JP3587343B2

JP3587343B2 - 面位置検出方法、露光装置およびデバイス製造方法

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Application number: JP35405297A
Authority: JP
Inventors: 雄一山田; 淳河原
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Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2017-12-09
Also published as: US6163369A; JPH11176735A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置の投影光学系光軸方向における基板の被露光領域の面位置を検出する面位置検出技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の半導体製造装置、特にステッパと呼ばれる逐次移動型の半導体露光装置に強く求められている性能として生産性の向上がある。すなわちチップメーカはメモリトレンドに沿った集積率の増加に対してチップ代替に見合うメモリコストが提示できるようにチップ単価を抑えて行く必要がある。
露光装置メーカとしては高性能のみならず生産性向上に寄与できるような装置を提供しなければならない状況にあり、解像力や位置合わせ精度などの基本性能を備えた上で時間当たりの処理能力すなわちウエハ処理枚数を増加させることを要求されている。
【０００３】
そのような中で現在生産現場で使用されている半導体露光装置のステップ時間を短縮する方法として、本出願人は特公平４−５０７３１および特開平４−１１６４１４においてステップ中に基板表面の位置や傾きを検出して補正する方法を提案している。この方法を用いれば、露光位置に位置決めされたことを確認して位置や傾きを検出する従来の方法に比べると面位置補正の開始タイミングが早くなるために、全体のステップ時間を短縮することが可能となる。
また、移動中計測位置での計測値が露光位置での計測値と等価になるよう補正するフォーカスオフセットを事前に算出しておき、移動中の面位置計測値を積極的に使用してステップ時間を短縮する方法や、連続ステップを考慮してフォーカス検出範囲を限定した計測を行なうことにより計測時間を短縮する方法などを導入しさらにステップ時間を短縮する提案をしてきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在に至るまで半導体製造のプロセス設計において露光装置の露光波長は配線ルールに沿って選択されてきている。すなわち０．３５μｍルールにはｉ−線ステッパ、０．２５μｍルールにはＫｒＦステッパという具合に、使用露光波長を解像線幅の限界として製造ラインが構築されてきており、おのずと焦点深度に関するバジェット（ｂｕｄｇｅｔ）も１．０μｍ程度を装置とプロセスで共有する状態が続いていた。ところが次世代０．１８μｍルールにおける露光技術としてＫｒＦの露光装置を継続して採用していく方針が打ち出され、目標として０．ｌμｍルールの１ギガＤＲＡＭの量産までＫｒＦ露光を延命しようという動きもある。それには位相シフトマスクや超解像などの微細化の技術開発に加えてＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｏｌｉｓｈ）の採用によるチップ内平坦度の向上が大きく寄与している。ＣＭＰを利用することによりトレンチ構造をとる場合のチップ段差は５０ｎｍ程度に収まることが報告されており、従来の焦点深度を一気に減らした高ＮＡのレンズを設計し波長以下の解像力を持たせることが可能となった。
【０００５】
ところが一方では高ＮＡ化に伴う焦点深度の減少という課題に対してフォーカス・レベリングの補正精度の更なる改善が必要となって来ている。すなわちプロセスサイドでのチップ段差の保証の方法はＣＭＰ、ＰＳＭ（位相シフトマスク）、ＲＡ（ｒｅｃｅｓｓｅｄａｒｒａｙ）等各社各様の多様化をみせ始めており、同一世代のチップを作成するにあたり各ユーザ毎に異なる深度余裕をもって製造が始まろうとしている。従ってユーザの特定工程、特にスタック方式により完全平坦化が難しいプロセスにおいては従来以上の補正精度が必要とされる場合があり、このような状況の中で従来の移動中計測値をオフセット補正することにより補正駆動を行なっていた方法では、ウエハ上の位置によりそのオフセット再現性が若干異なるためにウエハ上のショットの位置によって補正精度が若干規格を満足できない場合が発生する。その主な原因は、３００ｍｍウエハ対応などによりウエハの外形自体がスケールアップしステージのチルト方向構造体変形がウエハの半径方向に拡大するに従ってそのｚ方向の振輻が大きくなるため、ウエハ周辺と内側でのオフセットの再現性に差が発生することにある。この不安定は従来の精度であれば許容できる範囲であるが、上記のような残留チップ段差を装置側でカバーする場合においては無視できない量となってきている。また、従来のステップ時間短縮のためにフォーカス検出域を限定して合焦動作を行なう方式では、露光以外のシーケンスの時、例えばグローバルアライメント計測や、ユーザオペレーションが実行された後のステップコマンドにおいて、被検面がフォーカスの検出範囲を越えてしまう場合が発生することによりシーケンスが止まってしまうという場合があった。
【０００６】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、高精度で高速な面位置検出技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、投影光学系を介して基板にパターンを投影する露光装置に用いられる面位置検出方法であって、前記投影光学系の光軸の方向に直交する方向に前記基板上の被露光領域を位置決めするための前記基板の移動中に、前記光軸方向における前記被露光領域の位置を検出する第１の検出モードと、前記位置決め後に、前記光軸方向における前記被露光領域の位置を検出する第２の検出モードとのうち一方を、前記被露光領域毎に選択する選択工程と、前記選択工程において選択された検出モードにおける検出結果に基づいて得られる面位置を前記被露光領域の面位置として検出する検出工程とを含むことを特徴とする。このような面位置検出方法は、特に逐次移動型の露光装置に好適に適用される。
【０００８】
また、本発明は、投影光学系を介して基板にパターンを投影する露光装置であって、前記投影光学系の光軸の方向における前記基板の被露光領域の位置を検出する第１検出手段と、前記光軸方向に直交する方向に前記基板上の被露光領域を位置決めするための前記基板の移動中に、前記第１検出手段による検出を行う第１の検出モードと、前記位置決め後に、前記第１検出手段による検出を行う第２の検出モードとのうち一方を、前記被露光領域毎に選択する選択手段と、前記選択手段により選択された検出モードにおける検出結果に基づいて得られる面位置を前記被露光領域の面位置として検出する第２検出手段とを有することを特徴としてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい第１の実施形態に係る露光装置では、ウエハを載置したまま投影光学系の光軸と略直交する方向に沿って移動して該ウエハの所定被検出域を前記投影光学系の像面に送り込むステージと、前記ウエハの所定位置の前記光軸方向に関する位置および傾きの少なくとも一方を検出する検出器と、該検出器による検出値に基づいて前記所定面を前記投影光学系の焦平面に合焦させる合焦手段とを有する露光装置において、移動中に計測した面位置情報により前記所定被検出面を所定設定面に合焦させるステップ方式（Ｂ）と、該所定被検出面が所定位置に略位置決めされた状態での面位置情報により所定設定面に合焦させるステップ方式（Ａ）とを持つ。
【００１０】
このように移動中に計測した面位置情報により前記所定被検出面を所定設定面に合焦させるスピード重視のステップ方式（Ｂ）と、該所定被検出面が所定位置に略位置決めされた状態での面位置情報により所定設定面に合焦させる精度重視のステップ方式（Ａ）との２つのステップ方式とをもつことにより前記問題点が発生する局面において前記２つのステップ方式を使いわけることにより上記の問題を解決することができる。
【００１１】
また、前記２つのステップ方式の選択に関して、予めレイアウト情報をもとにショット毎にステップ方式を設定し、設定された方法に従って各ショット所定設定面に合焦させることにより高速かつ高精度なチップ露光のジョブ設計が自動で可能となる。
【００１２】
さらに前記２つのステップ方式をステップ開始直前のステージ位置の状態を元にどちらかを選択してステップ移動し所定設定面に合焦させることによりシーケンスが停止してしまう様な状況を回避することが可能になる。
【００１３】
そして前記２つのステップ方式におけるフォーカス検出の手段においてそのステップ方式に従ってフォーカスの検出レンジを切り換えることにより検出範囲と検出時間を各々変更することを可能にし、全体の処理時間を考慮した上で精度と生産性を両立したチップ処置のジョブ作成が可能となる。
【００１４】
本発明の好ましい第２の実施形態に係る露光装置では、ウエハを搭載したまま投影光学系の光軸と略直交する方向に沿って移動して該ウエハの所定被検出域を前記投影光学系の像面に送り込むステージと、前記ウエハの所定位置の前記光軸方向に関する位置および傾きの少なくとも一方を検出する検出器と、該検出器による検出値に基づいて前記所定面を前記投影光学系の焦平面に合焦させる合焦手段とを有する露光装置において、移動中に計測した面位置情報により前記所定被検出面を所定設定面に合焦させるとともに、自動判定用補正精度を検定する段階を有するスピード重視のステップ方式（Ｄ）と、該所定被検出面が所定位置に略位置決めされた状態での面位置情報により所定設定面に合焦させる精度重視のステップ方式（Ｃ）とを持ち、前記問題点が発生する局面においてそれまでの各ショットの計測履歴から最適なステップ方式を自動で選択することにより上記の問題を解決する。例えば、前記ステップ移動方法（Ｃ）最中の移動中面位置情報の履歴から前記ステップ方式（Ｄ）で十分に補正精度が出せると判断された場合にはステップ方式を前記ステップ方式（Ｄ）に切り換え、また前記ステップ移動方法（Ｄ）最中の所定面の合焦後面位置情報の履歴から前記ステップ移動方法（Ｄ）では十分な補正精度が出せないと判断された場合にはステップ方式を前記ステップ方式（Ｃ）に切り換える。したがって、例えばロット先頭ウエハで各露光ショットのステップ方式を前記ステップ方式（Ｃ）にしておき、前記２つのステップ方式の切り換えを絶えず行なえば、高精度で高速な表面位置検出補正方法を持った露光位置を提供することができる。
【００１５】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
実施例１
図１は本発明の一実施例に係る自動焦点合せ装置を備えた縮小投影露光装置の一部分の要部概略図である。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で示している。縮小投影レンズ１はレチクル（不図示）の回路パターンを例えば１／５倍に縮小して投影し、その焦平面に回路パターン像を形成する。また、光軸ＡＸは図中のｚ軸方向と平行な関係にある。２は表面にレジストを塗布したウエハであり、先の露光工程で互いに同じパターンが形成された多数個の被露光領域（ショット）が配列している。３はウエハを載置するウエハステージである。ウエハ２はウエハステージ３に吸着・固定されている。ウエハステージ３は、ｘ軸方向に動くｘステージと、ｙ軸方向に動くｙステージと、ｚ軸方向および各ｘ、ｙ、ｚ軸方向に平行な軸のまわりに回転するθ・レベリングステージで構成している。また、ｘ、ｙ、ｚ軸は互いに直交するように設定してある。従って、ウエハステージ３を駆動することにより、ウエハ２の表面の位置を縮小投影レンズ１の光軸ＡＸ方向および光軸ＡＸに直交する平面に沿った方向に調整し、さらに焦平面、すなわち回路パターン像に対する傾きも調整している。図１における符番４〜１１はウエハ２の表面位置および傾きを検出するために設けた検出手段の各要素を示している。４は照明用光源、例えば発光ダイオード、半導体レーザなどの高輝度な光源である。５は照明用レンズである。光源４から射出した光は照明用レンズ５によって平行な光束となり、複数個（例えば５個）のピンホールを形成したマスク６を照明する。マスク６の各ピンホールを通過した複数個の光束は、結像レンズ７を経て折曲げミラー８に入射し、折曲げミラー８で方向を変えた後、ウエハ２の表面に入射している。ここで結像レンズ７と折曲げミラー８はウエハ２上にマスク６の複数個のピンホールの像を形成している。複数個のピンホールを通過した光束は、図２に示すようにウエハ２の被露光領域１００の中央部を含む５ケ所（７１〜７５）を照射し、各々の箇所で反射される。すなわち、本実施例ではマスク６にピンホールを５組形成し、被露光領域１００内で、後述するようにその中央部を含む５ケ所の測定点（７１〜７５）の位置を測定している。ウエハ２の各測定点（７１〜７５）で反射した光束は折曲ミラー９により方向を変えた後、検出レンズ１０を介して素子を２次元的に配置した位置検出素子１１上に入射する。ここで検出レンズ１０は結像レンズ７、折曲げミラー８、ウエハ２、折曲げミラー９と協働してマスク６のピンホールの像を位置検出素子１１上に形成している。すなわちマスク６とウエハ２と位置検出素子１１は互いに光学的に共役な位置にある。
【００１６】
図１では模式的に示してあるが、光学配置上困難な場合には位置検出素子１１を各ピンホールに対応して複数個配置しても良い。位置検出素子１１は２次元的なＣＣＤなどから成り、複数個のピンホールを介した複数の光束の位置検出素子１１の受光面への入射位置を各々独立に検知することが可能となっている。ウエハ２の縮小投影レンズ系１の光軸ＡＸ方向の位置の変化は、位置検出素子１１上の複数の光束の入射位置のズレとして検出できるため、ウエハ２の被露光領域１００内の５つの測定点（７１〜７５）における、ウエハ表面の光軸ＡＸ方向の位置が、位置検出素子１１からの出力信号として面位置検出装置１４を介して制御装置１３へ入力している。ウエハステージ３のｘ軸およびｙ軸方向の変位はウエハステージ上に設けた基準ミラー１５とレーザ干渉計１７とを用いて周知の方法により測定し、ウエハステージ３の変位量を示す信号をレーザ干渉計１７から信号線を介して制御装置１３へ入力している。またウエハステージ３の移動はステージ駆動装置１２により制御される。ステージ駆動装置１２は、信号線を介して制御装置１３から指令信号を受け、この信号に応答してウエハステージ３をサーボ駆動している。ステージ駆動装置１２は第１駆動手段と第２駆動手段を有し、第１駆動手段によりウエハ２の光軸ＡＸと直交する面内における位置（ｘ，ｙ）と回転（θ）とを調整し、第２駆動手段によりウエハ２の光軸ＡＸ方向の位置（ｚ）と傾き（α，β）とを調整している。面位置検出装置１４は位置検出素子１１からの出力信号（面位置データ）を基に処理し、ウエハ２の表面の位置を検出する。そしてこの検出結果を制御装置１３へ転送し所定の指令信号によりステージ駆動装置１２の第２駆動手段が作動し、第２駆動手段がウエハ２の光軸ＡＸ方向の位置と傾きを調整する。
【００１７】
次に本実施例におけるフォーカス検出位置について説明する。本実施例では基本的に補正駆動量算出に用いる移動中計測点と、前記位置での計測値を露光位置での計測値と等価となるように補正することを主たる目的とするオフセット算出基準用の露光位置計測点とが設定される。最初に露光位置計測点を図２に示す。測定点７１は被露光領域１００のほぼ中央部にあり、露光位置では光軸ＡＸと交わる。また、残りの測定点７２〜７５は被露光領域１００の周辺部にある。このように通常の露光位置計測点は、ウエハ内全ショットにおいて各センサが計測する部分が各々個別に各ショット同じチップの段差形状を測定しており、像面を基準平面とした場合の各センサにおける段差形状依存のオフセット値は各センサ毎に一意に決定される。従って、従来の露光位置における位置決め状態でチップの傾斜および高さ方向の位置を検出する場合、オフセットはショット毎に変更する必要はない。
【００１８】
次に移動中に計測する場合の移動中計測点の一例を図３に示す。図では光軸ＡＸと交わる位置の測定点７１の代わりに移動中は測定点８１を測定している様子を示す。すなわち、ウエハは図中右から左にステップ移動しており、各測定点７１〜７５は移動中に計測している位置がそれぞれ８１〜８５というようにチップ上左の位置にシフトした位置を計測していることになる。
【００１９】
このようにステップ移動中に計測を行なう場合、チップとの相対位置において露光位置とは厳密には違う段差構造を持った表面を測定していることになる。これは、図４のような１２ショットしか含まないショットレイアウトでさえ５種類（左、右、右上、左上、上）の異なる計測点を持つこととなり、最大で８種類の移動中計測点を持つこととなる。またこれに加えて前記移動中計測区間での本体構造体の変化はウエハ上のショット位置（ｘ，ｙ）とそのときの姿勢の変形（α，β）との関係から、毎回のステップ移動による姿勢変形が同じ（α，β）としても中心からのショット位置とのかけ算で求まるｚ方向の変位分として各ショット異なる値となる。しかしながら、この本体変形は毎回の再現性が良いことが確認されているためにショット内段差に伴うオフセット同様にショット毎のオフセットとして管理することが可能である。
【００２０】
引き続き本実施例の中で用いている２種類のステップ方式、すなわちスピード重視のステップ方式（Ｂ−タイプ）と補正精度重視のステップ方式（Ａ−タイプ）について図５および図６のフローチャートを用いて説明する。まず図５のスピード重視のステップ方式（Ｂ−タイプ）では、Ｓ４０１でステップ移動を開始して、目標位置到達前の移動中計測位置に到達したか否かをＳ４０２で常に現在位置を読み込みながら判定し、移動中フォーカス計測位置に到達したと判断されるとＳ４０３にてフォーカス計測を行ない、事前に求めておいた移動中計測特有のオフセット、すなわち目標位置例えば露光位置での装置状態に対する装置変形や目標位置と異なる位置での下地の段差に起因するオフセット（以下、フォーカスオフセット１という）を用いて計測値を補正し、補正後のデータで補正駆動量を算出してＳ４０４にて補正駆動を行なう。その後Ｓ４０５にて指定目標位置近傍に到達するまで判定を繰り返し、近傍到達が確認されるとＳ４０６にて最終的な位置決め完了確認を行なう。
【００２１】
次に図６を用いて補正精度重視のステップ方式（Ａ−タイプ）を説明する。まずＳ５０１でステップ移動を開始して、目標位置到達前の移動中計測位置に到達したか否かをＳ５０２で常に現在位置を読み込みながら判定し、移動中フォーカス計測位置に到達したと判断されると引き続きＳ５０３にて指定目標位置近傍に到達するまで判定を繰り返し、近傍到達が確認されると初めてＳ５０４にてフォーカス計測を行ない、事前に求めておいたオフセット、すなわち目標位置例えば露光位置での下地の段差に起因するオフセット（以下、フォーカスオフセット２という）を用いて計測値を補正し、補正後のデータで補正駆動量を算出してＳ５０５にて補正駆動を行なう。その後Ｓ５０６にて最終的な位置決め完了確認を行なう。
【００２２】
以上２つのステップ方式は移動中に計測を行なって早めにステージの面位置の補正を開始するか、あるいは目標位置近傍到達を待ってステージの面位置の補正を開始するかという点が異なっている。なお、図６ではＳ５０２を入れて移動中計測点到達時の処理がないことを示したがＳ５０１の後すぐＳ５０３として目標位置近傍に到達するのを待つシーケンスとしても良い。
【００２３】
次に、図７のフローチャートを用いて図１の装置の露光動作を説明する。まずＳ７０１にてジョブがセレクトされ、ジョブ内に記載されているショットのレイアウト情報を用いて前記した精度重視のステップ方式（Ａ−タイプ：露光位置あるいはＡＡ観察位置等に到達した位置でフォーカス補正を実施する）とスピード重視のステップ方式（Ｂ−タイプ：移動中計測位置でフォーカス補正を実施する）のどちらのステップ方式を用いるかをショット毎に判定し選択していく。具体的にはウエハのステップ方向をｘ軸方向にとった場合、その行の両端のショットは精度重視のＡ−タイプをセットしその他のショットはスピード重視のＢ−タイプにセットしておく。例えば図４のようなショット配列のイメージであればＳＨ４，ＳＨ５，ＳＨ８，ＳＨ９をＢ−タイプに設定し、残る８ショットをＡ−タイプに設定する。この例のようにショット数が少ない場合にはＡ−タイプの比率が高くなるが、本来この実施例で説明するようなステップ移動方式の選別が必要な大径ウエハ、例えば３００ｍｍウエハでの２５６Ｍチップの露光を考えた場合、全９６ショット中７６ショット（約８０％）はＢ−タイプのスピード重視のステップを選択することができる。実際の量産段階でのレイアウトの状況を考慮すると、さらにシュリンク、カットダウンが進行しているためさらに比率は向上してくるが、逆に一つ内側のチップ精度に関してもＡ−タイプにすべき場合がでてくる可能性がある。その場合の判定方法としてはチップ位置座標のステップ方向軸座標すなわちｘ軸方向へのステップ移動であればそのショットのｘ座標をある閾値で判定してステップ方式の判別を行なっても良い。以上のような判定方法等により各ショットのステップ方式を選択し、次にＳ７０３でロット内のウエハを搬入し、何枚目かのチェックを行ない、セットされたウエハがロットの一枚目の場合にはＳ７０４にて上記２つのステップ方式のフォーカス計測に必要なフォーカスオフセットを従来と同じ方法で測定する。以上でロット内で処理するウエハ各ショットでのステップ方式とそれに用いるフォーカスオフセットの測定が完了する。
【００２４】
以下、ロット内での各ウエハ露光処理の手順を説明する。Ｓ７０５にて次の露光ショットへの移動の準備を行ない、当該ショットの位置、ステップ方式、フォーカスオフセットの設定等を行なう。Ｓ７０５でそのステップ方式のチェックを行ない、精度優先ステップの場合にはＡ−タイプで、速度優先ステップの場合にはＢ−タイプでステップ移動するようにステップ方式を切り換える。Ｓ７０８で露光前の位置決め位置最終確認を行ない、Ｓ７０９にて露光を行なう。Ｓ７１０で全ショットの露光完了をチェックし、終了していなければＳ７０５〜Ｓ７０９のフローを繰り返す。全ショットの露光が完了した場合にはＳ７１１にてウエハの搬出を行ない、ロット完了でなければＳ７０３に戻り、次のウエハロードを行なって上記露光フローを継続する。
【００２５】
実施例２
露光装置上でのフォーカス検出を行なう状況としては、前記したような露光時にレチクルパターンをウエハ上に連続的にステップアンドリピートを繰り返しながら投影露光する場合のみならず、ユーザのテストコマンド実行等のオペレーションが介在し露光が中断した後に露光シーケンスに復帰する場合や、グローバルアライメント計測などウエハ上やステージ上の位置を示すマークを計測しその後再び露光シーケンスに復帰する場合にも使用されるが、このような場合には、ステップ距離が長いためにウエハの変形分の凹凸があったりオペレーションの介在がある等の理由によりｚ方向の位置が保証されずフォーカスの検出レンジが連続的なステップアンドリピー卜の検出範囲より広い必要がある。また前記したような連続的な露光時とは異なる計測の場合には、その計測位置がウエハの周辺になる場合が多いことも考えられる。
以上述べたように連続的な露光を行なうステップとそれ以外のステップ移動においてはその精度やスピードに関する要求スペックが異なっており、後者の場合には検出域を広げた静止位置での確実なフォーカス計測および補正を行なうＡ−タイプのステップを行なう必要がある。
【００２６】
以下、図８を用いて第２の実施例を説明する。図８はステップ移動を実行するためのソフトウエアプログラムの機能モジュールを示している。このモジュールが起動される前段階として上記説明したステップ移動の開始トリガ、すなわち条件として以下のようなものがある。まず第１に、ユーザオペレーションが介在した場合には連続ステップの条件が崩れてしまい、次ショットへのステップはＡ−タイプのステップを選択することとなる。この場合、ユーザオペレーションの入力を検出し内部的なステップ方式選択フラグをオン（Ａ−タイプ選択）と設定する。またグローバルアライメント計測などは、内部的にシーケンスが決定されているためにソフト的に前記ステップ方式選択フラグをオンと設定することが可能である。以上のように外部オペレーションや内部シーケンスの判定によりシーケンス中の各ステップに対する前記ステップ方式選択フラグがセットされる。
【００２７】
このような条件のもと図８のステップ移動のための機能モジュールがコールされてＳ８０１で起動され、Ｓ８０２にてステップに必要な情報例えば目標位置などをセットする。次にＳ８０３で前記特殊なステップが必要な場合にセットされるステップ方式選択フラグをチェックしオン（Ａ−タイプ選択）であればＳ８０４でフォーカス検出域の拡大を行なってＳ８０５で精度重視のＡ−タイプのステップ方式を実行する。フラグがオフであれば連続的なステップであるので、Ｓ８０５でスピード重視のＢ−タイプのステップ方式を起動する。いずれのステップ方式を選択した場合もＳ８０５で位置決め完了確認後、Ｓ８０６でステップ方式選択フラグをオフしてステップ移動を終了する。
【００２８】
以上の説明においては、ステップ方式選択フラグがオンの場合、計測域の拡大を行なっていたが、計測時間がレンジに依存しない検出器すなわちＰＳＤ（位置検出ダイオード）等のアナログセンサの場合には、検出域共通のまま振動の影響を受けにくいＡ−タイプとオフセットが事前に測定されている必要があるＢ−タイプのステップとの選択を行なうようにしても良い。
【００２９】
実施例３
以下、本発明の第３の実施例を説明する。本実施例のハードウエア構成は、上記実施例１と共通である。
本実施例に係るステップ方式の１つである前記自動判定用精度重視ステップ方式（Ｃ−タイプ）を図１〜４を参照しながら図１０のフローチャートで詳細に説明する。まず前記露光ショットがレンズ下露光位置に来るようにステージ目標位置を制御装置１３に設定後ウエハステージ３の移動を開始する（Ｓ１００１）。次にレーザ干渉計１７および制御装置１３にて前記露光ショット位置を監視し、前記露光ショットが移動中面位置検出に適した所定位置に到達すると、前記面位置検出装置にてｌ度目の面位置検出（移動中面位置検出）を行なう（Ｓ１００２）。
【００３０】
前記移動中面位置検出は前記ステージ目標位置での該露光エリアの像面位置に対する面位置を検出するものであるが、本ステップ方式（Ｃ−タイプ）では、前記検出結果はステージ移動中の面位置検出精度を算出することを主たる目的とし、ウエハ２の高さおよび傾きの調整には使用しない。以上でステージ移動中の動作を終了し、ウエハステージ３の位置決め終了確認（Ｓ１００３）後、前記面位置検出装置にて２度目の面位置検出（静止面位置検出）を行なう（Ｓ００４）。前記静止面位置検出後に検出結果を使ってウエハ２の高さおよび傾き調整を行なう（Ｓ１００５）。そして、前記移動中面位置検出結果を前記フォーカスオフセット１を用いて補正したデータと前記静止面位置検出結果を前記フォーカスオフセット２を用いて補正したデータの差分から移動中面位置検出結果を使ってウエハ２の高さおよび傾き調整を行なった場合の露光像面に対する誤差（移動中面位置検出誤差）を算出し制御装置１３に露光エリア毎に分類して格納する（Ｓ１００６）。
【００３１】
次に本実施例のステップ方式の１つである自動判定用スピード重視ステップ方式（Ｄ−タイプ）を図１１のフローチャートで詳細に説明する。まず前記ステップ方式（Ｃ−タイプ）と同様にステージ目標位置を制御装置１３に設定後ウエハステージ３の移動を開始する。同じくＣ−タイプと同様に所定位置にてｌ度目の面位置検出（移動中面位置検出）を行ない（Ｓ１１０２）、検出結果を前記補正オフセットを用いて補正したデータを用いてウエハ２の高さおよび傾き調整を行なう（Ｓ１１０３）。前記調整後、ウエハステージ３の位置決め終了確認（Ｓｌｌ０４）を待ち、前記面位置検出装置にて２度目の面位置検出（静止面位置検出）を行なう（Ｓ１１０５）。前記静止面位置検出は前記移動中面位置検出結果による前記高さおよび傾き調整の誤差を測定することを主たる目的とするものでウエハ２の高さおよび傾きの調整には使用しない。最後に本実施例では前記静止面位置検出結果から移動中面位置検出誤差を算出し、制御装置１３に各露光エリア毎に分類して格納する（Ｓｌｌ０６）。
【００３２】
以上のようなステップ方式を用いる本実施例を図９のフローチャートを用いて詳細に説明する。
まずＳ９０１にて不図示のウエハ供給手段によりパターン付きのウエハ２をウエハステージ３に供給し、Ｓ９０２にて不図示のアライメント機構によりウエハ２の光軸ＡＸおよびウエハステージ３の基準配列に対するｘｙ方向の位置ずれを計測し、ウエハ上に転写されたショット配列の格子に合わせてステップするための格子を算出し、制御装置１３に格納する。これにより、露光位置における各ショットでの各フォーカスセンサ毎の段差形状依存によるオフセットが一意に決定できるようになる。続いてウエハが１枚目であれば（Ｓ９０３）、露光位置のフォーカス検出値から露光位置の像面基準の面位置を算出するための計測オフセットと移動中のフォーカス検出値から露光位置の像面基準の面位置を算出するための計測オフセット等を算出する（Ｓ９０４）。これにより、露光位置やステージ移動中所定位置における、露光位置での像面位置基準の面位置検出が正確に行なえる。
【００３３】
次にＳ９０５で前記制御装置１３は格納された前記移動中面位置検出誤差の履歴から前記移動中面位置検出精度を計算し閾値等で判定することでＣ−タイプまたはＤ−タイプのステップ方式の選択を自動で行なう。
【００３４】
前記選択は２枚目以降の新たなウエハが搬入されるたびにそれまでに蓄積された前記移動中面位置検出誤差の履歴から全ショットにおいて自動で行なうもので、ウエハ処理枚数が増せば履歴データも増えるので信頼度も自動的で高まる特徴を持つ。これにより従来の経験に基づく選択に比べ高精度で即時性の高い選択が可能である。
以上のステップ方式の自動選択結果を踏まえ次の露光ショットがレンズ下露光位置に来るようにステージ目標位置を制御装置１３に設定後ウエハステージ３の移動を開始（Ｓ９０６）する。該露光ショットの前記ステップ方式の自動選択結果に基づき前記Ｃ−タイプのステップ方式（Ｓ９０９）またはＤ−タイプのステップ方式（Ｓ９０８）を実行する。以上のようなステップ方式で全６軸の位置決め完了確認後、Ｓ９１０で露光を行なう。Ｓ９１１では全ショットの露光が終了したか否かのループ管理を行ない、該ウエハの全ショットの露光が終了していなければ、次の露光ショットにウエハステージ移動を行ない（Ｓ９０６）、終了していればウエハステージ３上のウエハの搬出を行なう（Ｓ９１２）。同様にＳ９１３では全ウエハの露光が終了したか否かのループ管理を行ない、終了していなければ次ウエハを搬入し（Ｓ９０１）、終了していれば処理を終了する。
【００３５】
以上の実施例の中で、ショットにより精度重視のステップ方式に途中で切り換わるショット位置などは装置的に不安定な状態にある可能性があり、また全体的なチップの生産効率が変化している場合などこのステップ方式の自動選択の影響によりスピード重視ステップの比率が低下していることが考えられる。このような場合には装置のメンテナンス例えばチャックのクリーニングやステージのチューニングなどを行なえば元のチップ生産効率に戻すことが可能となる。このような状況に対処するために本実施例では以下のような方法を用いている。
すなわち、図１において、制御装置１３に接続された不図示のホストターミナルに対してロットの処理に関して各ウエハ毎の処理情報に関するデータべースを構築し、その中で前記ステップ方式が変更されたショットに関してＹｅｓ／Ｎｏの情報を保持していく方法をとっている。オペレータはロット処理後その処理時間や補正精度をチェックするとともにこのデータベースを閲覧することにより装置メンテナンスの必要性を判断することができる。また別の通知方法としては、ロットの処理中に前記ステップ方式の切り換え頻度およびスピード重視ステップ方式のウエハ内の比率等を算出し、ある閾値を元に判断を行ない、通知すべきと判断した場合には、前記ホストターミナル画面上或いは別の表示手段を用いてオペレータに即時通知を行なう。前記閾値に関しては処理されるロットの必要精度によりオペレータが随時変更することが可能である。
【００３６】
実施例４
次に本発明の第４の実施例を説明する。本実施例の露光装置では移動中面位置検出時の精度のばらつきの主原因であるステージの振動を計測するための手段を備える。前記振動計測手段として例えば静電容量センサ等を使用すれば、リアルタイムで傾き計測が可能である。これにより本実施例では、各露光ショットのステップ時に前記移動中面位置検出中のステージ振動を前記振動計測手段にて計測する。次ウエハの各露光ショットのステップ時には前記計測した振動計測値に基づきステップ方式を選択する。本実施例を用いれば移動中面位置検出時の精度のばらつきの主原因であるステージ振動そのものをステップ方式の判断基準に使うので、例えばウエハ１枚の振動計測値からでも移動中面位置検出時の精度が推測可能であり、早い時期にステップ方式の判定が可能である。
【００３７】
【デバイス生産方法の実施例】
次に上記説明した露光装置または露光方法を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
図１２は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００３８】
図１３は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した面位置検出方法を採用した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００３９】
本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高精度で高速な面位置検出技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に関わるステップアンドリピート方式の縮小投影露光装置の部分的概略図である。
【図２】本発明の一実施例における被露光領域中に設定した露光位置測定点の配置を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施例における被露光領域中に設定した移動中計測点の配置を示す説明図である。
【図４】ウエハ上にレイアウトされた露光位置と各測定位置の対応およびショット間のステップ移動の様子を説明する説明図である。
【図５】本発明の第１の実施例に関わる、スピード優先のステップ移動の方法を説明するフローチャート図である。
【図６】本発明の第１の実施例に関わる、精度優先のステップ移動の方法を説明するフローチャート図である。
【図７】本発明の第１の実施例に関わる、レイアウト情報に基づきショット毎にステップ方式を切り換える一例を示すフローチャート図である。
【図８】本発明の第１の実施例に関わる、ステップ方式の選択動作の一例を示すフローチャート図である。
【図９】本発明の第３の実施例に関わる、図１の装置による過去のステップ履歴情報に基づきショット毎にステップ方式を自動で切り換える一例を示すフローチャート図である。
【図１０】本発明の第３の実施例に関わる、図１の装置によるステップ方式の選択動作の一例（Ｃ−タイプ）を示すフローチャート図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に関わる、図１の装置によるステップ方式の選択動作の一例（Ｄ−タイプ）を示すフローチャート図である。
【図１２】微小デバイスの製造の流れを示す図である。
【図１３】図１２におけるウエハプロセスの詳細な流れを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１：縮小投影レンズ、２：ウエハ、３：ウエハステージ、４：高輝度光源、５：照明用レンズ、６：ピンホールを持つマスク、７，１０：結像レンズ、８，９：折り曲げミラー、１１：２次元検出素子、１２：ステージ駆動装置、１３：制御装置、１４：面位置検出装置、７１〜７５：露光位置測定点、８１〜８５：移動中計測点、１００〜１０２：被露光領域。

Claims

投影光学系を介して基板にパターンを投影する露光装置に用いられる面位置検出方法であって、
前記投影光学系の光軸の方向に直交する方向に前記基板上の被露光領域を位置決めするための前記基板の移動中に、前記光軸方向における前記被露光領域の位置を検出する第１の検出モードと、前記位置決め後に、前記光軸方向における前記被露光領域の位置を検出する第２の検出モードとのうち一方を、前記被露光領域毎に選択する選択工程と、
前記選択工程において選択された検出モードにおける検出結果に基づいて得られる面位置を前記被露光領域の面位置として検出する検出工程と
を含むことを特徴とする面位置検出方法。
前記選択工程において、前記被露光領域の前記基板内における位置に基づいて前記第１および第２の検出モードのうち一方を選択することを特徴とする請求項１に記載の面位置検出方法。
前記選択工程において、前記露光装置が前記基板上の複数の被露光領域に対しステップアンドリピートを繰り返しながら露光する場合か否かに基づいて前記第１および第２の検出モードのうち一方を選択することを特徴とする請求項１に記載の面位置検出方法。
前記選択工程において、同一の被露光領域に対する前記第１の検出モードにおける検出結果および前記第２の検出モードにおける検出結果に基づいて前記第１および第２の検出モードのうち一方を選択することを特徴とする請求項１に記載の面位置検出方法。
前記選択工程において、前記第１の検出モードの誤差の履歴に基づいて前記第１および第２の検出モードのうち一方を選択することを特徴とする請求項４に記載の面位置検出方法。
前記選択工程における選択により前記第１の検出モードから前記第２の検出モードへ変更された前記被露光領域に関する情報を保持することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の面位置検出方法。
前記情報を操作者に通知することを特徴とする請求項６に記載の面位置検出方法。
前記選択工程において、前記露光装置の振動計測手段の計測結果に基づいて前記第１および第２の検出モードのうち一方を選択することを特徴とする請求項１に記載の面位置検出方法。
投影光学系を介して基板にパターンを投影する露光装置であって、
前記投影光学系の光軸の方向における前記基板の被露光領域の位置を検出する第１検出手段と、
前記光軸方向に直交する方向に前記基板上の被露光領域を位置決めするための前記基板の移動中に、前記第１検出手段による検出を行う第１の検出モードと、前記位置決め後に、前記第１検出手段による検出を行う第２の検出モードとのうち一方を、前記被露光領域毎に選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された検出モードにおける検出結果に基づいて得られる面位置を前記被露光領域の面位置として検出する第２検出手段と
を有することを特徴とする露光装置。
前記選択手段は、前記被露光領域の前記基板内における位置に基づいて前記第１および第２の検出モードのうち一方を選択することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
前記選択手段は、前記露光装置が前記基板上の複数の被露光領域に対しステップアンドリピートを繰り返しながら露光する場合か否かに基づいて前記第１および第２の検出モードのうち一方を選択することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
前記選択手段は、同一の被露光領域に対する前記第１の検出モードにおける検出結果および前記第２の検出モードにおける検出結果に基づいて前記第１および第２の検出モードのうち一方を選択することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
前記選択手段は、前記第１の検出モードの誤差の履歴に基づいて前記第１および第２の検出モードのうち一方を選択することを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
前記選択手段の選択により前記第１の検出モードから前記第２の検出モードへ変更された前記被露光領域に関する情報を保持する保持手段を有することを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の露光装置。
前記情報を操作者に通知する通知手段を有することを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
振動計測手段を有し、前記選択手段は、前記振動計測手段の計測結果に基づいて前記第１および第２の検出モードのうち一方を選択することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
前記選択手段の選択結果に基づいて前記第１検出手段の検出域を設定する設定手段を有することを特徴とする請求項９〜１６のいずれかに記載の露光装置。
請求項９〜１７のいずれかに記載の露光装置を用いて基板にパターンを投影する投影工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。