JP3376179B2 - 面位置検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面位置検出方法に関
し特にスリットスキャン方式（走査型露光方式）の露光
装置において投影光学系の光軸方向に関するウエハー表
面の位置や傾きを連続的に検出する面位置検出方法及び
走査型露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のメモリーチップの大きさは露光装
置の解像線幅及びセルサイズの縮小トレンドに対するメ
モリ容量の拡大トレンドの差から徐々に拡大傾向を示し
ており例えば２５６Ｍの第１世代では１４ｘ２５mm程度
と報告されている。

【０００３】このチップサイズでは現在クリティカルレ
イヤー用の露光装置として使用されている縮小投影露光
装置(ステッパー)の直径３１mmの露光域では１回の露光
あたり１チップしか露光できず、スループットがあがら
ないためにより大きな露光面積を可能とする露光装置が
必要とされている。大画面の露光装置としては、従来よ
り、高スループットが要求されるラフレイヤー用の半導
体素子露光装置或いはモニター等の大画面液晶表示素子
の露光装置として反射投影露光装置が広く使用されてい
る。これは円弧スリット状の照明光でマスクを直線走査
しこれを同心反射ミラー光学系でウエハー上に一括露光
するいわゆるマスク-ウエハー相対走査によるスリット
・スキャン方式（走査型露光方式）の露光装置である。

【０００４】これらの装置におけるマスク像の焦点あわ
せは感光基板(フォトレジスト等が塗布されたウエハー
或いはガラスプレート)の露光面を投影光学系の最良結
像面に逐次あわせ込むために高さ計測とオートフォーカ
ス・オートレベリングの補正駆動をスキャン露光中連続
的におこなっている。

【０００５】これらの装置における高さ及び面位置検出
機構は例えばウエハー表面に光束を斜め上方より入射す
るいわゆる斜入射光学系を用いて感光基板からの反射光
をセンサー上の位置ずれとして検知する方法やエアーマ
イクロセンサーや静電容量センサーなどのギャップセン
サーを用いる方法などがありスキャン中の複数の高さ測
定値から測定位置が露光スリット領域を通過するときの
高さ及び傾きの補正駆動量を算出、補正するというもの
であった。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】現在使用されてい
るスリット・スキャン方式の露光装置のコンセプトを２
５６Ｍ以降に対応可能な解像力となる様,投影系を改良
した場合次の問題が発生する。

【０００７】即ち回路パターンの微細化に対応できる様
に縮小投影系が高ＮＡ化されるに従い回路パターンの転
写工程におけるフォーカスの許容深度はますます狭くな
ってくる。現状のラフ工程に使用されている露光装置で
は許容深度が５um以上確保されているためスキャン露光
中に連続計測される計測値に含まれる計測誤差やチップ
内段差の影響は無視できるが２５６Ｍ対応を考慮した場
合その許容深度は１um以下となるため前記計測誤差やチ
ップ内段差（チップ内のパターン構造）の影響を補正す
る必要がある。

【０００８】従来の縮小投影露光装置においては感光基
板上に同一パターン構造を有する複数のチップが配置さ
れており、その表面形状は露光位置でほぼ再現されるた
めロット処理に先立ち先行のパイロットウエハーで試し
焼きを行えば上記オフセットは補正することができる。
即ち面に対するフォーカス検出系の各計測点のキャリブ
レーションを行うことができるが、露光領域内複数ポイ
ントをスキャンしながら計測する上記スリット・スキャ
ン方式の露光装置ではこのフォーカスセンサーのキャリ
ブレーションを測定点毎に焼きにより求める場合例えば
チップ内２０ポイントの補正を行うと仮定すると顕微鏡
で像質を確認する作業は前記縮小投影露光装置の場合の
２０倍もかかってしまい生産効率を大きく悪化させるこ
とになる。

【０００９】またレジスト表面を確実にとらえる様にセ
ンサーを構成したとしても次のような場合その表面に沿
って補正を行った場合かえってデフォーカスが発生する
場合がある。即ち、メモリーなどの露光域内の構成は大
きく分けるとメモリーセルの部分と周辺回路の部分とか
らなり一般的にクリティカルな解像性能を要求される露
光領域はメモリーセルの部分に集中している。２５６Ｍ
のチップを例にとるとクリティカルな線幅転写が要求さ
れるメモリーセル領域とメモリーセル領域を分割する様
にたて・よこに走るルールの緩い周辺回路部分からなっ
ている。この境界領域を拡大したのが図４(a),(b)であ
る。セル部分と周辺回路部分はＣＭＰ(chemical mechan
ical polishing)やリセスアレイ形成法などにより平坦
化が進められているが１um程度の段差が残ってしまう。
今図４(a)に示す様にこの領域をスキャンしながらＺ方
向の補正を計測値どうり行う場合、即ちスリットの露光
像面をレジスト表面に常にトラッキングさせる場合、ス
リットのスキャン方向の幅即ち短辺が５mmに対して周辺
回路部分が２ｍｍあるとすると段差がある周辺回路の両
脇にあるメモリーセルの各々２ｍｍの領域(図４(a)のハ
ッチング部分)で１um程度のデフォーカスが発生するこ
とになる。周辺回路の線幅管理はメモリーセルのそれに
比べ緩くなっているためフォーカス深度もそれに応じて
拡大している。この点を考慮すれば実段差（パターン構
造）に露光像面を追従させることは好ましくなく段差デ
ータを補正量として管理する方が精度的に有利であると
考えられるが現状ではオフセット管理および補正の方法
が確立されていない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した従来の
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は多点の
フォーカス計測系のキャリブレーションを行いウエハー
表面の位置を高精度に検出する事ができる面位置検出方
法を提供する事にあり 特にスリットスキャン露光方式
における高精度の面位置検出方法を提供することにあ
る。

【００１１】本発明の面位置検出方法のある形態は、パ
ターン構造を有する領域が形成された物体を面位置検出
手段に対して相対走査して、前記領域内の複数の検出ポ
イントの面位置を前記面位置検出手段で測定する面位置
検出方法において、前記面位置検出手段が面位置を検出
する際の前記複数の検出ポイント間のパターン構造の違
いにより生じる各検出ポイント毎の誤差を検出する段階
と、前記物体を前記面位置検出手段に対して相対走査し
て、前記面位置検出手段で前記領域内の前記複数の検出
ポイントの面位置を検出する際、検出ポイント毎に該検
出ポイントに対応した前記誤差で検出結果を補正する段
階とを有することを特徴とする。

【００１２】前記面位置検出方法の好ましい形態は、前
記物体には、前記領域と同一のパターン構造を有する複
数の領域が形成されており、前記物体を前記面位置検出
手段に対して相対走査して、前記面位置検出手段で前記
複数の領域内の前記複数の検出ポイントと同一箇所の面
位置を検出する際、検出ポイント毎に該検出ポイントに
対応した前記誤差で検出結果を補正する段階とを有する
ことを特徴とする。

【００１３】前記誤差検出段階の好ましい形態は、前記
複数の各領域内であって同一箇所の面位置データの組毎
に各々の面位置データに基づいて前記物体の面形状を各
々検出する段階と、前記各面形状に基づいて前記誤差を
検出する段階とを有することを特徴とする。

【００１４】本発明の走査型露光方法のある形態は、レ
チクルとウエハを投影光学系に対し同期させて走査させ
るとともに前記投影光学系を介して前記レチクル上のパ
ターンを前記ウエハ上に投影露光する際、前記ウエハ上
のパターン構造を有する被露光領域内の走査方向に並ん
だ複数の検出ポイントの面位置を順次検出して前記被露
光領域を前記投影光学系の像面位置に位置させる走査型
露光方法において、面位置を検出する際、前記複数の検
出ポイント間のパターン構造の違いにより生じるの各検
出ポイント毎の誤差を検出する段階と、前記複数の検出
ポイントの面位置を順次検出する際、検出ポイント毎に
該検出ポイントに対応した前記誤差で検出結果を補正す
る段階とを有することを特徴とする。

【００１５】前記走査型露光方法の好ましい形態は、前
記ウエハには、前記被露光領域と同一のパターン構造を
有する複数の被露光領域が形成されており、前記複数の
検出ポイントと同一箇所のの面位置を順次検出する際、
検出ポイント毎に該検出ポイントに対応した前記誤差で
検出結果を補正する段階とを有することを特徴とする。

【００１６】前記誤差検出段階の好ましい形態は、前記
複数の各被露光領域内であって同一箇所の面位置データ
の組毎に各々の面位置データに基づいて前記ウエハの面
形状を各々検出する段階と、前記各面形状に基づいて前
記誤差を検出する段階とを有することを特徴とする。

【００１７】本発明の面形状検出方法のある形態は、物
体に対して斜入射する光束によって物体の面位置を検出
する面位置検出手段によって、前記物体上に形成された
同一のパターン構造を有する複数の領域の各領域内の同
一箇所の面位置をそれぞれ検出して物体の面形状を検出
する方法において、前記面位置検出手段によって、前記
領域の同一箇所の面位置を検出する第１検出段階と、前
記検出結果に基づいて前記物体を所定の位置に駆動する
段階と、前記物体を駆動後、前記面位置検出手段によっ
て、再度前記領域の同一箇所の面位置を検出する第２検
出段階と、前記駆動の際の駆動量と前記第２検出段階の
検出結果に基づいて前記各領域の面位置を算出する段階
とを有することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の面位置検出方法を
用いるスリット・スキャン方式の投影露光装置の部分概
略図である。

【００１９】図１において１は縮小投影レンズであり、
その光軸は図中ＡＸで示され、またその像面は図中Ｚ方
向と垂直な関係にある。レチクル２はレチクルステージ
３上に保持され、レチクル２のパターンは縮小投影レン
ズの倍率で１/４ないし１/２に縮小投影されその像面に
像を形成する。４は表面にレジストが塗布されたウエハ
ーであり、先の露光工程で形成された同一のパターン構
造を有する多数個の被露光領域(ショット)が配列されて
いる。５はウエハーを載置するステージで、ウエハー４
をウエハーステージ５に吸着・固定するチャック、Ｘ軸
方向とＹ軸方向に各々水平移動可能なＸＹステージ、投
影レンズ１の光軸（ＡＸ）方向であるＺ軸方向への移動
やＸ軸、Ｙ軸の回りに回転可能なレベリングステージ、
Ｚ軸の回りに回転可能な回転ステージにより構成されて
おり、レチクルパターン像をウエハー上の被露光領域に
合致させるための６軸補正系を構成している。

【００２０】図１における１０から１９はウエハー４の
表面位置及び傾きを検出するために設けた検出光学系の
各要素を示している。１０は光源であり、白色ランプ、
または相異なる複数のピーク波長を持つ高輝度発光ダイ
オードの光を照射する様に構成された照明ユニットより
なっている。１１はコリメータレンズであり光源１０か
らの光束を断面の強度分布がほぼ均一の平行光束として
射出している。１２はプリズム形状のスリット部材であ
り一対のプリズムを互いの斜面が相対する様に貼り合わ
せており、この貼り合わせ面に複数の開口(例えば６つ
のピンホール)をクロム等の遮光膜を利用して設けてい
る。１３は両テレセントリック系の光学系で、スリット
部材１２の複数のピンホールを通過した独立の６つの光
束をミラー１４を介してウエハー４面上の６つの測定点
に導光している。図１では２光束のみ図示しているが各
光束は紙面垂直方向に各々３光束もっている。このとき
レンズ系１３に対してピンホールの形成されている平面
とウエハー４の表面を含む平面とはシャインプルーフの
条件(Scheinmpflug's condition)を満足するように設定
している。

【００２１】本実施例において光照射手段からの各光束
のウエハー４面上への入射角Φ(ウエハー面にたてた垂
線即ち光軸となす角)はΦ=７０゜以上である。ウエハー
４面上には図３に示す様に、同一パターン構造を有する
複数個の被露光領域(ショット)が配列されている。レン
ズ系１３を通過した６つの光束は図２に示す様にパター
ン領域の互いに独立した各測定点に入射・結像してい
る。また６つの測定点がウエハー４面内で互いに独立し
て観察されるようにＸ方向(スキャン方向5a)からＸＹ平
面内でΘ゜(例えば２２.５゜)回転させた方向より入射
させている。

【００２２】これにより本出願人が特願平3-157822号で
提案している様に各要素の空間的配置を適切にし面位置
情報の高精度な検出を容易にしている。

【００２３】次にウエハー４からの反射光束を検出する
側、即ち１５から１９の各構成について説明する。１６
は両テレセントリック系の受光光学系でウエハー４面か
らの６つの反射光束をミラー１５を介して受光してい
る。受光光学系１６内に設けたストッパー絞り１７は６
つの各測定点に対して共通に設けられておりウエハー４
上に存在する回路パターンによって発生する高次の回折
光(ノイズ光)をカットしている。両テレセントリック系
の受光光学系１６を通過した光束はその光軸が互いに平
行となっており補正光学系群１８の６個の個別の補正レ
ンズにより光電変換手段群１９の検出面に、互いに同一
の大きさのスポット光となる様に再結像させている。

【００２４】またこの受光する側(１６から１８)はウエ
ハー４面上の各測定点と光電変換手段群１９の検出面と
が、互いに共役となるように倒れ補正を行っているため
に各測定点の局所的な傾きにより検出面でのピンホール
像の位置が変化することはなく各測定点の光軸方向ＡＸ
での高さ変化に応答して検出面上でピンホール像が変化
するように構成されている。

【００２５】ここで光電変換手段群１９は６個の１次元
ＣＣＤラインセンサーにより構成している。これは次の
点で従来の２次元センサーの構成よりも有利である。ま
ず１８の補正光学系群を構成する上で光電変換手段を分
離する事により各光学部材やメカ的なホルダーの配置の
自由度が大きくなる。また検出の分解能を向上させるに
はミラー１５から補正光学系群１８までの光学倍率を大
きくする必要があるがこの点でも光路を分割して個別の
センサーに入射させる構成とした方が部材をコンパクト
にまとめることが可能である。さらにスリット・スキャ
ン方式では露光中のフォーカス連続計測が不可欠となり
計測時間の短縮が絶対課題となるが従来の２次元ＣＣＤ
センサーでは必要以上のデータを読み出しているのもそ
の一因であるが１次元ＣＣＤセンサーの１０倍以上の読
み出し時間を必要とする。

【００２６】次にスリット・スキャン方式の露光システ
ムについて説明する。

【００２７】図１に示す様にレチクル２はレチクルステ
ージ３に吸着・固定された後投影レンズ１の光軸ＡＸと
垂直な面内で図１に示す矢印３ａ(Ｘ軸方向)方向に一定
速度でスキャンするとともに矢印３ａと直交する方向
(Ｙ軸方向:紙面に垂直)には常に目標座標位置を維持し
てスキャンする様に補正駆動される。このレチクルステ
ージのＸ方向及びＹ方向の位置情報は図１のレチクルス
テージに固定されたＸＹバーミラー２０へ外部からレチ
クル干渉系(ＸＹ)２１から複数のレーザービームが照射
されることにより常時計測されている。

【００２８】露光照明光学系６はエキシマレーザー等の
パルス光を発生する光源を使用し不図示のビーム整形光
学系、オプティカルインテグレイター、コリメータ及び
ミラー等の部材で構成され、遠紫外領域のパルス光を効
率的に透過或いは反射する材料で形成されている。ビー
ム整形光学系は入射ビームの断面形状(寸法含む)を所望
の形に整形するためのものであり、オプティカル・イン
テグレータは光束の配光特性を均一にしてレチクル２を
均一照度で照明するためのものである。露光照明光学系
６内の不図示のマスキングブレードによりチップサイズ
に対応して矩形の照明領域が設定され、その照明領域で
部分照明されたレチクル２上のパターンが投影レンズ１
を介してレジストが塗布されたウエハー４上に投影され
る。

【００２９】図１に示すメイン制御部２７はレチクル２
のスリット像をウエハー４の所定領域にＸＹ面内の位置
(Ｘ,Ｙの位置,及びＺ軸の回りの回転Θ)とＺ方向の位置
（Ｘ,Ｙ各軸にの回りの回転α,β及びＺ軸上の高さＺ)
を調整しながら、レチクルとウエハを投影光学系に対し
同期させて走査させるとともに縮小投影光学系１を介し
てレチクル２上のパターンをウエハ上に投影露光するス
キャン露光を行う様に全系をコントロールしている。即
ちレチクル上のパターンのＸＹ面内での位置あわせはレ
チクル干渉計２１とウエハーステージ干渉計２４の位置
データと不図示のアライメント顕微鏡から得られるウエ
ハーの位置データから制御データを算出し、レチクル位
置制御系２２及びウエハー位置制御系２５をコントロー
ルすることにより実現している。

【００３０】レチクルステージ３を図１ 矢印３aの方
向に走査する場合ウエハーステージ５は図１の矢印５a
の方向に投影レンズの縮小倍率分だけ補正されたスピー
ドで走査される。レチクルステージ３の走査スピードは
露光照明光学系６内の不図示のマスキングブレードのス
キャン（走査）方向の幅とウエハー４の表面に塗布され
たレジストの感度からスループットが有利となるように
決定される。

【００３１】レチクル上のパターンのＺ軸方向の位置合
わせ即ち像面への位置合わせはウエハー４の高さデータ
を検出する面位置検出系２６の演算結果をもとにウエハ
ーステージ内のレベリングステージへの制御をウエハー
位置制御系２５を介しておこなっている。即ちスキャン
方向に対してスリット近傍に配置されたウエハー高さ測
定用スポット光３点の高さデータからスキャン方向と垂
直方向の傾き及び光軸ＡＸ方向の高さを計算して露光位
置での最適像面位置への補正量を求め補正を行ってい
る。

【００３２】次に、本発明の面位置検出方法によりウエ
ハー４の被露光領域の位置を検出する方法をのべる。

【００３３】ウエハー４の被露光領域のＺ方向の位置即
ち像面位置に対する位置(Z)および傾き(α,β)のずれを
検出するためにはウエハー４の表面を正確に計測すると
ともに照明領域形状と被露光領域のパターン構造(実際
の段差)との関係も考慮しなければならない。前者の表
面を正確に計測するという目的に対して光学方式の検出
系を用いた場合次のような検出誤差の要因が考えられ
る。即ちウエハー４のレジスト表面で反射した光とウエ
ハー４の基板面で反射した光との干渉の影響である。そ
の影響は広い意味でのパターン構造である基板面の材質
により変化しAlなどの高反射の配線材料では無視できな
い量となる。また静電容量センサーをウエハー面位置検
出センサーとして使用した場合においては、高速素子や
発光ダイオードの基板として使用するGaAsウエハーでは
誘電体であるがためSiウエハーとは異なり大きな計測オ
フセットを持つことが知られている。また計測誤差の他
の例として被露光領域のパターン構造(実際の段差)の考
慮をあげたが、これは先にも述べたとうり実段差に露光
像面を追従させることは好ましくなく、図４(b)に示す
ように段差データを補正量として管理する方が精度的に
有利である。

【００３４】その補正方法の概略を図５のフローチャー
トを用いて説明する。step101でスタート指令を受け、s
tep102でウエハーをステージ上に搬入・チャックに吸着
固定する。その後チップの被露光域内の表面形状（複数
の面位置）を測定するために、step103で図３に示すよ
うな、斜線の複数のサンプルショット領域にてプリスキ
ャン測定（実際にスキャンさせながら各被露光領域内の
複数箇所の面位置を検出する）をおこなう。その後、測
定された面位置検出値（面位置データ）を用いて、スキ
ャン露光中の面位置検出値を最適露光像面位置までの距
離に補正するための補正値（パターン構造に依存する誤
差）をstep104にて算出する。補正値の算出が完了する
とstep105にてスキャン露光中、各面位置を検出する検
出ポイントでの面位置検出値を、検出ポイントのパター
ン構造に対応した前記補正値で補正し、補正された面位
置検出値に基づいて、被露光領域を露光像面に合わせ露
光を行う。

【００３５】このプリスキャン測定で求められた補正値
は、パターン構造（被露光領域内の実際の段差、基板の
材質）に依存する。従って、同一ロットもしくは同一工
程を経たウエハ同士では、パターン構造が同一と考えら
れるので、最初の少なくとも一枚のでも求めた補正値
を、以後のウエハに適用することが可能である。そのフ
ローチャートを図６に示す。図６に示したフローチャー
トの様なシーケンスによって、大幅なスループットが期
待できる。

【００３６】以下、パターン構造（被露光領域内の実際
の段差、基板の材質）に依存する計測誤差要因をスキャ
ン露光中の面位置検出値から補正するためのオフセット
値（補正値）の計測方法を詳細に説明する。

【００３７】ウエハーの面位置及び傾きを検出する際に
問題となるパターン構造（被露光領域内の実際の段差、
基板の材質）に依存する誤差を面位置計測データから補
正するオフセット値を導出する方法を以下図５のフロー
チャートを使用して説明する。

【００３８】まず上記オフセット値を算出するために予
めサンプルショットとしてスキャン計測すべき被露光領
域を複数個決めておく。これはウエハーの面精度の影響
を受けにくい様ウエハー上中心対称かつ全面の情報を効
率的に得られる例えば図３に示す様な斜線の被露光領域
の位置を選択することが望ましい。この配置はＣＭＰな
どの研磨工程やその他の処理工程等を考慮した場合ウエ
ハーの円形状という特殊性から変形が中心対称的に発生
することが想定されるからである。まずstep1でウエハ
ー４をウエハーステージ５のチャック上に載せ吸着・固
定する。その後step2で不図示のAA顕微鏡下へ特定ショ
ットのアライメントマークを移動・AA顕微鏡のフォーカ
ス補正を行いアライメントマークの位置を計測する。こ
の測定を複数(ｇショット)のショットで測定し得られる
アライメントデータからウエハー上の全露光位置のショ
ットの配列データを補正し各被露光領域がスキャン露光
中正しくレチクルと位置合わせできるような状態にして
おく。この状態にしておけば各被露光位置のパターンは
同一のレチクルにて処理されているため各露光位置にお
けるステージ座標で定義した第ｊ回目の面位置計測時の
パターン構造はアライメント精度の範囲内で完全に一致
する事が期待され、実際各測定ごとにほぼ一定の計測デ
ータを示すことが確認されている。このステップで得ら
れた配列情報に従って以下のサンプルショット移動及び
ショット内のスキャンが実行されるためショット間での
ショット内各スキャン位置でのチップ内形状はアライメ
ント精度の範囲内で同一パターン構造の同一箇所を測定
していることになる。またこの測定の段階でウエハー全
面の傾斜成分をフォーカス検出系で測定しておきstep3
に入る前にウエハー全体の傾斜成分を補正するようにウ
エハーステージ５内部のレベリングステージを補正駆動
しておく。

【００３９】このstep2でのショット配列補正が確定す
ると、step3でオフセット計測のシーケンスに移行して
いく。まず予め決定されたサンプルショットSi(i=1〜m)
内 第１計測ポイント（検出ポイント）位置へウエハー
系のレーザー干渉計24の出力信号に基づいて移動する(s
tep3,step4)。そこで被露光領域内第ｊ計測ポイントで
のウエハー表面での面位置計測データ即ちウエハー表面
の光軸AX方向の位置Zjk(k=1〜ｐ)を検出光学系(10〜19)
で検出することになるが、実際の露光時にはほぼ投影レ
ンズの像面近傍で計測されるためこのオフセット測定の
際も像面近傍で計測する必要がある。今ウエハーの面形
状が変形をうけていない場合、ウエハー全面の面形状を
知るためにはウエハーの高さを固定(レベリングステー
ジの高さ固定)してウエハーステージをＸ，Ｙ方向にス
テップ・位置決めを行い、逐次面位置測定を行えばよ
い。しかるにウエハーが複数の処理工程を経て加工が進
んでくるとウエハー全面の形状は図８(a),(b)に示すよ
うな凸または凹の形状を持つ傾向がある。このような全
体的に変形を受けたウエハーにおいて斜入射の検出光学
系を用いた場合、図８(a)に示す様にウエハーの高さを
固定したままフォーカス計測を進めると検出用光ビーム
の入射位置はウエハー形状の変化即ち高さ変化に応じて
横方向にシフトしてしまい本来必要としている露光像面
近傍での観察パターンとは異なる位置を読んでいる可能
性が高くなる。この問題の解決方法として図８(b)に示
す様に各計測位置でＺステージの位置を像面近傍位置へ
補正する方法をとっている。このシーケンスを図７に戻
って説明する。まずstep5にてＸＹ平面内で露光位置と
同一の位置へ位置決めされた状態で不図示のレベリング
ステージの位置検出系でレベリングステージの位置を検
出して、ウエハーステージ５内のレベリングステージの
位置(Z０,α０,β０)を記憶(最初のサンプルショットの
第１ポイントでのみ測定その後の各ショット、各ポイン
トでの補正計算にはこのデータを使用)した後、ウエハ
ー表面での面位置計測データを求め、その値を用いて像
面位置までウエハー表面を移動してＺ補正駆動をおこな
う。この像面位置までのウエハー表面のＺ補正駆動を行
うことにより前記検出用光ビームの横方向シフトの問題
はなくなり(図８(b))補正後のレベリングステージの位
置(Zj,α０,β０)とその位置での面位置計測データ即ち
ウエハー表面の光軸AX方向の位置Z０jk(k=1〜ｐ)のデー
タから、Zjk(k=1〜ｐ)=Z0jk+Zj-Z0;と計算する。ここで
は補正量（Zj-Z0）をレベリングステージのＺ方向の位
置検出結果で行う例を説明したが、計測値Z0jkの値を基
にレベリングステージの補正駆動を行っているのでレベ
リングステージの駆動誤差が無視できる場合、補正駆動
前の計測値Ｚ0jkの値と補正駆動後のＺ0jkの値を加算し
ていくことによっても実現可能である。この位置Ｚ0jk
(k=1〜ｐ)に対応する信号がｐ個のＣＣＤリニアセンサ
ーで構成された検出部１９からフォーカス信号処理部２
６へ入力され上記補正計算を実施した後、第ｊ計測ポイ
ントでの計測値としてメモリーされる。またstep6にて
この位置でのウエハーステージのポジション(X,Y)も同
時にメモリーする。

【００４０】step7では同様の測定をサンプルショット
内全計測ポイント(j=1〜n)での計測が終了したか判定し
終了していなければstep4で次の計測ポイントへ移動し
同様の計測をくりかえす。終了した場合step8で全サン
プルショット(i=1〜ｍ)での計測が終了したか判定し終
了していなけれstep3へ移動する。

【００４１】step8の判定で全サンプルショット内全サ
ンプル計測ポイントでの計測が終了したと判定された場
合step9にて被露光位置内計測位置での全計測ポイン
ト、全センサー位置でのオフセット補正値Cjkを計算す
る。この計算に関しては本出願人が先に提案した特公平
６-５２７０７号にある面位置検出方法においてステッ
パーなどで用いられる被露光位置内単一ポイント計測の
例を説明しているが今回提案する検出方法はそれをスキ
ャン方式の露光装置での応用を考慮し高精度かつ被露光
領域内の複数ポイントでの計測オフセット補正として使
用できるように次のように改良している。即ち本オフセ
ット計測シーケンスで得られる被露光位置内の計測ポイ
ントjでの計測センサーkの計測値Zjkによりnｘp個のウ
エハーの面形状を示す面形状関数Ｆnp(x,y)(各面形状関
数のデータポイント数はサンプルショットSi(i=1〜m)の
ｍポイント)が決定される。これらの面形状関数Fnp(x,
y)の曲面の次数や展開式は所定の多項式の形で予め定め
ておき、各面のオフセット量を求めるために測定値Zjk
を面位置データとして用い最小自乗法によりFnpの係数
即ちオフセット補正値を求める。

【００４２】具体的には、 ∬(Fjk(x,y)-Zjk(x,y))2dxdy=0(j=1〜n,k=1〜p) なる式を満足する様な定数項Cjkを求めることになる。

【００４３】この補正値導出のシーケンスをサンプルシ
ョットm=3,走査方向の計測ポイントｊ=3,計測センサー
ｋ=3の場合を 図９(a)を用いて説明する。まず簡略化
のためにウエハーの平面度は１次元的であり平面の式、
ａＸ+ｂＹ+ｃＺ=ｄ で b=c=0と仮定する。

【００４４】今ウエハー上の断面構造は図９(a)にある
ように計測ポイントj=1では計測センサーk=1,2が同一の
高さに対しｋ=3のみ段差が測定される構造(例えばメモ
リーセル領域中下地材質が異なる部分k=1,2で干渉の影
響により基板側に計測値がシフトしている)がj=3でも繰
り返されており、ｊ=2の計測ポイントでは、ｋ=2のみ段
差が大きい測定値が得られる構造(例えばメモリーセル
に対する周辺回路領域)になっているとする。この被露
光領域のパターンはサンプルショットをm=1〜３で測定
した場合図のようにアライメント精度の範囲内で合致し
ているためその面位置測定値Zjkも再現する。

【００４５】このようにして得られた２７個の計測値Zj
kから次のような計算処理によりオフセットCjkをもとめ
る。即ち図９(a)のＺ21データを基準(この位置の投影レ
ンズ像面とのオフセットC21は例えば先行ウエハーで実
際に露光などにより求める)として他のＣｊkを求めるこ
とにする。今m=1〜３のＺ21計測データで作る面F21を基
準すなわち定数項０として扱い、たとえば周辺回路領域
に相当するZ22のオフセットC22を求めるには図９(b)に
示す様にZ22のm=1〜３の計測値で求められる面形状関数
F22と前記F21とのウエハーの形状に関する差分を求める
とよい。

【００４６】ここでの差分は一般の平面の式でいわれる
d(切片)の差分量でありその値は図のC22として算出可能
である。また同様にして干渉の影響でシフトしているZ1
1のC11に関してもF21とF11との切片の差分として求める
ことが可能である。同様の計算を他のCjkの算出時にも
行いその結果をメモリーに記憶する。

【００４７】引き続き各被露光位置でのフォーカス位置
計測・Ｃjkによる計測値補正・レベリングステージの位
置補正の過程を図７及び図１０にて説明する。今図７の
step11,12で第Ｎショットの第１計測ポイントに到達し
た位置即ち図１０（a）に示すように第Ｎ-1ショットを
露光中にフォーカス計測ビームが第Ｎショット第１計測
ポイントにかかる位置へウエハーステージ５が移動して
いる状態を説明する。step12で第Ｎショット、第１計測
ポイントでのＺjk計測値具体的には図１０（a）CR1,CR
2,CR3の計測ビームに対する光電変換手段群１９のうち
３つのＣＣＤリニアセンサーからの検出信号をフォーカ
ス信号処理部２６にて処理しその高さデータＺ11,Z12,Z
13をもとめる。この測定データには干渉による計測誤差
や段差によるオフセット誤差を含んでいるためstep9で
求めたCjkの補正データを使用し次のように差分を求め
ることによりウエハー本来の面位置計測データZTjkをも
とめる。

【００４８】ZTjk=ZjkーCjk ここで算出されたZTjkはレジスト表面に起因する計測オ
フセットが補正された露光エリア内のウエハーの変形分
のみを含んでおりこの面位置データを基にstep14で最小
自乗平面を算出する。

【００４９】次にstep15で投影レンズ１の露光像面と前
記最小自乗平面との差分及びレベリングステージのＺjk
測定時の位置と現在位置との差分を補正する様にウエハ
ーステージ５を光軸方向と傾き方向に補正駆動しウエハ
ー露光エリアを縮小投影レンズ像面に一致させる。以上
の様に第ｊ計測ポイントの補正駆動が終了するとstep16
で全計測ポイントが終了したか確認しj=nとなるまで計
測・補正駆動を並列にくりかえす。

【００５０】即ち図１０（b）の状態ではｊ＝１のデー
タで補正を行い同時にｊ＝２のポイントでフォーカスの
計測およびオフセット補正をおこなう。その補正データ
を使用して図１０（c）の位置にスキャンしてきた段階
ではｊ＝２のデータで補正を行い、同時にｊ＝３のポイ
ントでフォーカスの計測およびオフセット補正をおこな
う。その補正データを使用して図１０（ｄ）の位置にス
キャンしてきた段階ではｊ＝３のデータで補正を行う。
ｊ＝nポイントまで計測・補正が完了するとstep17でウ
エハー上全露光ショットの露光が終了したかを確認し、
Ｎ=wとなるまで各ショット スキャン露光をくりかえ
す。

【００５１】以上説明したウエハーの面位置及び傾きを
検出する際に問題となる計測誤差やチップ内段差のオフ
セット値を計測データから補正値として導出するシーケ
ンス即ち多点フォーカス検出機構でのセンサー間キャリ
ブレーションは形成されるパターンが異なる各工程で行
うことになるがロット内の１枚のみで測定するだけで十
分であり、その後の同一工程に関してはロット先頭の１
枚で求めたオフセットＣijをメモリーに記憶しておいて
各フォーカス計測・補正時に使用する事により本来の目
的は十分実現可能でありスループットを低下させること
なく高精度のレベリング補正及び露光が実施される。

【００５２】上記実施例ではウエハー上のパターンに依
存したオフセットを補正するシーケンスを例にとったが
上記例に限定されるものではなく例えば多点フォーカス
の原点をキャリブレーションする際も従来は高精度の平
面を用意したり実際に露光により求めたりしていたが今
回のシーケンスをパターン加工されていないウエハーで
実施する事によりフォーカスセンサーの取り付け位置オ
フセットを簡単に求めることが可能である。また面のみ
に限定されるものでもなく１点の高さ検出センサーでス
キャンフォーカスを行う場合スキャン内の基準面例えば
メモリーセルの表面を常に像面位置に固定したい場合も
同様のオフセット補正シーケンスを実行することにより
可能である。

【００５３】また上記実施例では被露光領域内でメモリ
ーセルなどフォーカス深度が最も厳しい１ポイントを事
前に露光してベストフォーカスを求める様にしたが１ポ
イントに限るものではなく、また装置要因即ちレンズの
環境による変化を求めるため最低１ポイント測定し被露
光領域内で個別にフォーカス補正位置を変化した方がよ
い場合即ちロジックデバイスなどで部分的に表面高さが
異なる場合にはその設計値から上記面位置データオフセ
ットCijのデータを補正してもよい。具体的には照明領
域スリットの幅を考慮しCijで定義される２次元マップ
からオフセットを変更すべき領域が大きい場合その段差
分でCijを補正する。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によればウエ
ハー上の被露光領域のICパターンに起因する検出誤差及
び表面の段差構造を、露光に先立ち最もフォーカス値が
高精度に測定される条件でプリスキャンすることにより
計測し、かつその被露光領域内で最もフォーカス精度が
要求される部分の高さを基準としてオフセット管理する
ことによりスキャン露光中に計測されるフォーカス計測
値の検出誤差をリアルタイムで補正することができる。

【００５５】従ってスリットスキャン露光装置などで工
程が進み表面に段差ができてきたウエハーにおいてもそ
の段差に左右されることなくウエハー本来の歪み成分の
補正を行い被露光領域を確実に焦点深度内に位置づける
ことができる。このためより良好なパターン転写を行い
２５６Ｍ以降のより集積度の高い回路を安定して作成す
る事ができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面位置検出方法を用いるスリットスキ
ャン方式の投影露光装置の部分的概略図。

【図２】検出光学系による面位置検出での露光スリット
と各測定点の位置関係を示す説明図。

【図３】ウエハー上の被露光領域の配列状態と本発明で
プリスキャンを行うサンプルショットの選択の例を示す
平面図。

【図４】被露光領域スキャン中のIC表面トポグラフィー
を示す被露光領域とフォーカス制御されたスリット露光
の像面位置の関係を説明する説明図。

【図５】本発明の面位置検出方法を用いたオフセットの
測定及び各ショットでの露光時の面位置補正駆動のシー
ケンスの概略例を示すフローチャート図。

【図６】本発明の面位置検出を用いたロット着工のシー
ケンス例を示すフローチャート図。

【図７】本発明の面位置検出方法を用いたオフセットの
測定及び各ショットでの露光時の面位置補正駆動のシー
ケンスの１例を示すフローチャート図。

【図８】本発明の高精度にフォーカスオフセットを算出
するための補正駆動を行う必要性を説明する説明図。

【図９】本発明のオフセット算出の方法を具体的に説明
する説明図。

【図１０】本発明の面位置検出方法を用いたスリットス
キャン露光時のスリットと面位置検出センサーの位置関
係を説明する説明図。

【符号の説明】

１ 縮小投影レンズ ２ レチクル ３ レチクルステージ ４ ウエハー ５ ウエハーステージ ６ 露光照明光学系 １０ 光源 １１ コリメータレンズ １２ プリズム形状のスリット部材 １４ 折り曲げミラー １５ 折り曲げミラー １９ 光電変換手段群 ２１ レチクルステージ干渉計 ２２ レチクル位置制御系 ２４ ウエハーステージ干渉計 ２５ ウエハー位置制御系 ２６ 面位置検出系 ２７ メイン制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−236837（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−86136（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−61120（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−168718（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 G03F 9/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターン構造を有する領域が形成された
   物体を面位置検出手段に対して相対走査して、前記領域
   内の複数の検出ポイントの面位置を前記面位置検出手段
   で測定する面位置検出方法において、 前記面位置検出手段が面位置を検出する際の前記複数の
   検出ポイント間のパターン構造の違いにより生じる各検
   出ポイント毎の誤差を検出する段階と、 前記物体を前記面位置検出手段に対して相対走査して、
   前記面位置検出手段で前記領域内の前記複数の検出ポイ
   ントの面位置を検出する際、検出ポイント毎に該検出ポ
   イントに対応した前記誤差で検出結果を補正する段階と
   を有することを特徴とする面位置検出方法。
2. 【請求項２】 前記物体には、前記領域と同一のパター
   ン構造を有する複数の領域が形成されており、前記物体
   を前記面位置検出手段に対して相対走査して、前記面位
   置検出手段で前記複数の領域内の前記複数の検出ポイン
   トと同一箇所の面位置を検出する際、検出ポイント毎に
   該検出ポイントに対応した前記誤差で検出結果を補正す
   る段階とを有することを特徴とする請求項１の面位置検
   出方法。
3. 【請求項３】 前記誤差検出段階は、前記複数の各領域
   内であって同一箇所の面位置データの組毎に各々の面位
   置データに基づいて前記物体の面形状を各々検出する段
   階と、前記各面形状に基づいて前記誤差を検出する段階
   とを有することを特徴とする請求項２の面位置検出方
   法。
4. 【請求項４】 レチクルとウエハを投影光学系に対し同
   期させて走査させるとともに前記投影光学系を介して前
   記レチクル上のパターンを前記ウエハ上に投影露光する
   際、前記ウエハ上のパターン構造を有する被露光領域内
   の走査方向に並んだ複数の検出ポイントの面位置を順次
   検出して前記被露光領域を前記投影光学系の像面位置に
   位置させる走査型露光方法において、 面位置を検出する際、前記複数の検出ポイント間のパタ
   ーン構造の違いにより生じるの各検出ポイント毎の誤差
   を検出する段階と、 前記複数の検出ポイントの面位置を順次検出する際、検
   出ポイント毎に該検出ポイントに対応した前記誤差で検
   出結果を補正する段階とを有することを特徴とする走査
   型露光方法。
5. 【請求項５】 前記ウエハには、前記被露光領域と同一
   のパターン構造を有する複数の被露光領域が形成されて
   おり、前記複数の検出ポイントと同一箇所のの面位置を
   順次検出する際、検出ポイント毎に該検出ポイントに対
   応した前記誤差で検出結果を補正する段階とを有するこ
   とを特徴とする請求項４の走査型露光方法。
6. 【請求項６】 前記誤差検出段階は、前記複数の各被露
   光領域内であって同一箇所の面位置データの組毎に各々
   の面位置データに基づいて前記ウエハの面形状を各々検
   出する段階と、前記各面形状に基づいて前記誤差を検出
   する段階とを有することを特徴とする請求項５の走査型
   露光方法。
7. 【請求項７】 物体に対して斜入射する光束によって物
   体の面位置を検出する面位置検出手段によって、前記物
   体上に形成された同一のパターン構造を有する複数の領
   域の各領域内の同一箇所の面位置をそれぞれ検出して物
   体の面形状を検出する方法において、 前記面位置検出手段によって、前記領域の同一箇所の面
   位置を検出する第１検出段階と、 前記検出結果に基づいて前記物体を所定の位置に駆動す
   る段階と、 前記物体を駆動後、前記面位置検出手段によって、再度
   前記領域の同一箇所の面位置を検出する第２検出段階
   と、 前記駆動の際の駆動量と前記第２検出段階の検出結果に
   基づいて前記各領域の面位置を算出する段階とを有する
   ことを特徴とする面形状検出方法。