JP4174324B2 - 露光方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光方法及び装置に係り、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を投影露光する露光方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いてデバイス（例えば、半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド）を製造する際に、マスク又はレチクル（奔出願ではこれらの用語を交換可能に使用する）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
投影露光装置においては、集積回路の微細化及び高密度化に伴い、より高い解像力でレチクルの回路パターンをウェハに投影露光することが要求されている。投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど解像度はよくなる。このため、近年の光源は、超高圧水銀ランプ（ｇ線（波長約４３６ｎｍ））、ｉ線（波長約３６５ｎｍ）から波長の短いＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）になり、Ｆ_２レーザー（波長約１５７ｎｍ）の実用化も進んでいる。更に、露光領域の一層の拡大も要求されている。
【０００４】
これらの要求を達成するために、略正方形状の露光領域をウェハに縮小して一括投影露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる）から、露光領域を矩形のスリット形状としてレチクルとウェハを相対的に高速走査し大画面を精度よく露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）が主流になりつつある。
【０００５】
スキャナーでは、露光中において、ウェハの所定の位置が露光スリット領域に差し掛かる前に、光斜入射系の表面位置検出手段によってそのウェハの所定の位置における表面位置を計測し、その所定の位置を露光する際にウェハ表面を最適な露光像面位置に合わせ込む補正を行ってウェハの平面性の影響を低減することができる。特に、露光スリットの長手方向（即ち、走査方向と直交する方向）には、ウェハの表面位置の高さ（フォーカス）だけではなく表面の傾き（チルト）を計測するために、露光スリット領域の前段及び後段に複数点の計測点を有している。なお、一般に、露光走査は前段からと後段からの両方向から行われる。従って、露光をする前にウェハのフォーカス及びチルトを計測可能とするために露光スリット領域の前段及び後段に計測点を配置する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
さらに、スキャナーにおけるウェハの表面位置計測と補正方法として、露光領域外の先読み領域に複数点の計測点を配置させ、フォーカス及び走査方向と非走査方向のチルトを計測する提案がされている（例えば、特許文献２参照。）。また、露光領域内に複数の計測点を配置させ、フォーカス及び走査方向と非走査方向の傾き情報を計測し補正駆動する提案がされている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００７】
かかる提案について、図１８及び図１９を参照して説明する。図１８は、ウェハ１０００上のフォーカス及びチルトの計測位置ＦＰ１乃至ＦＰ３を示す概略断面図である。図１９は、計測結果により最適な露光像面位置にウェハ１０００を駆動させた状態を示す概略断面図である。図１８を参照するに、ウェハ１０００のフォーカス及びチルトの計測を計測位置ＦＰ１乃至ＦＰ３の位置で順次行う。計測位置ＦＰ１乃至ＦＰ３の計測から先読み平面ＰＭＰを求め、図１９に示すように、露光位置（即ち、露光スリット）２０００にウェハ１０００を移動する際に最良結像面ＢＦＰに一致するようにウェハ１０００の姿勢を駆動して露光を行う。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−４５６０９号公報
【特許文献２】
特開平６−２６０３９１号公報
【特許文献３】
特開平６−２８３４０３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年では露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進み、焦点深度が極めて小さくなり、露光すべきウェハ表面を最良結像面に合わせ込む精度、いわゆるフォーカス精度もますます厳しくなってきている。
【００１０】
特に、走査方向（露光スリットの短手方向）のウェハ表面の傾きも厳密に測定し、精度良く補正する必要が生じて来ている。表面形状の平面度が悪いウェハにおいては、露光領域のフォーカス検出精度が特に問題となる。例えば、露光装置の焦点深度が０．４μｍの場合、ウェハの平面度は、焦点深度の１／５とすれば０．０８μｍ、焦点深度の１／１０とすれば０．０４μｍというように数十ｎｍオーダーの制御が必要である。かかる問題は、露光スリットに差し掛かる前にウェハ表面位置を光斜入射系の表面位置検出手段で計測する、そのタイミングに間隔がある事が原因であり、その間のウェハ平面に関しては情報が無く、考慮することができないことによるものである。
【００１１】
例えば、この計測のタイミングとしては、図２０に示すように、走査方向に対してウェハ１０００上に２ｍｍの間隔で順次行うとする。すると、この２ｍｍの間の情報、例えば、図２０のポイントＰ１乃至Ｐ３では、ウェハ１０００の平面度が悪いため、２ｍｍ間隔の計測から求めた先読み平面ＰＭＰから、表面位置がΔずれている場合が発生する。ここで、図２０は、先読み平面ＰＭＰとウェハ１０００の平面のずれを示す概略断面図である。
【００１２】
露光では、先読み平面ＰＭＰを最良結像面ＢＦＰに一致させて露光するので、図２０では、ずれ量Δだけデフォーカスして露光することが発生する。かかるデフォーカスは、この例のような走査方向だけでなく、走査方向と直交する方向でも同じように発生する。この原因は、計測のタイミングではなく、上述した光斜入射系の計測点の配置数によるものである。
【００１３】
走査方向の計測タイミングを細かく、例えば、０．５ｍｍ間隔とすることや、光斜入射系の計測点数を多くすることでずれ量の誤差を小さくすることはできるが、露光時の走査速度の低下や計測時間の増大によるスループットの低下、装置構成の複雑化に伴うコスト増大、トラブル発生の可能性の増大など、別の問題を発生させる恐れがある。
【００１４】
そこで、本発明は、スループットの低下を招くことなく、ウェハ表面に対して優れたフォーカス補正を行うことができる露光方法及び装置を提供することを例示的目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としての露光方法は、パターンを被処理体上の複数のショットに投影露光する露光方法であって、前記複数のショットの夫々を第１の数の計測点で計測し、それらの各ショットの第１の平面情報を取得するステップと、前記複数のショットのうち、前記第１の平面情報が予め設定された平面情報よりも悪いショットを特定するステップと、前記特定ステップで特定されたショットを前記第１の数よりも多い第２の数の計測点で計測し、そのショットの第２の平面情報を取得するステップと、前記複数のショットのうち前記特定のステップで特定されたショット以外のショットを前記第１の平面情報に基づいて露光し、前記複数のショットのうち前記特定ステップで特定されたショットを前記第２の平面情報に基づいて露光するステップとを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明者は、ウェハの平面度（特に、露光装置のウェハチャックに支持された状態での、計測点間（例えば、２ｍｍ間隔）の平面度）に関して、半導体プロセスを経て行く上では変化が発生しない場合があることを発見した。即ち、半導体製造プロセスを行う前の最初のウェハ（レジストも塗布されておらず、パターンも形成されていないウェハ）の平面度と、プロセスを経た段階、例えば、酸化膜の成膜やメタルのプロセスを経たウェハの平面度とは同じである。
【００１８】
ウェハ全体に熱が掛かる工程を経た後では全体に収縮が起きたり、裏面と温度差が生じたりして形状全体が凹凸形状になる場合があるが、露光装置のウェハチャックに支持されて平面矯正された後のウェハ平面は、凹凸形状が無いものとなる。この様な状態で問題となるのは、半導体製造プロセスを行う前のウェハの時から存在する、例えば、２ｍｍ間という微小間隔内での平面度である。
【００１９】
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の成膜時には、ウェハの裏面にも成膜されるために膜ムラに起因して平面度が劣化するが、最新のプロセスにおいてはウェハの裏面をエッチングする工程が導入されており、裏面の平面度の劣化がプロセスを経ることで発生することはない。
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の一側面としての露光方法及び装置について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明の一側面としての露光方法１００を説明するためのフローチャートである。
【００２１】
露光方法１００は、所望のパターンをウェハ上の複数のショット（部分）に投影露光する露光方法である。なお、所望のパターンは複数の露光工程を経てウェハ上の１ショット領域に形成され、図１では、ウェハ一枚の半導体プロセスの最初から最後の工程までのリソグラフィーにおける露光の流れを示している。
【００２２】
まず、１枚のウェハが半導体プロセスに投入され、露光のために露光装置に搬入されると、複数のショットに対して複数回の露光（露光工程）が終了したかどうか判断する（ステップ１０２）。複数のショットに対して複数回の露光工程の露光が終了した場合は、ウェハ上の複数のショットに所望のパターンが形成されており、露光を終了する。複数のショットに対して複数回の露光（露光工程）が終了していないと判断した場合、次に、かかる露光が各ショットに対する最初の露光（即ち、第１露光工程）であるかどうか判断する（ステップ１０４）。かかる露光が、第１露光工程でない場合は後述するステップ１１６に進み、第１露光工程である場合は、更に、ウェハ上の複数のショットの全てに第１露光工程が行われたかどうか判断する（ステップ１０６）。ウェハ上の複数のショットの全てに第１露光工程が行われていないと判断した場合、第１露光工程の露光が行われていないショットに対して、所定の計測点でフォーカス及びチルト計測して平面情報を取得すると共に第１露光工程の露光を行う（ステップ１０８）。フォーカス及びチルトの計測は、従来と同様に、ショット上の飛び飛び（例えば、２ｍｍ間隔）に配置された計測点に光を斜め方向から照射し、計測点からの反射光をセンサーにて検出することで行う。また、計測したフォーカス及びチルトからショットの平面情報を取得し、かかる情報を基にして、ウェハのフォーカス及びチルトの駆動を行いながら露光する。なお、図１に示すフローチャートでは、各ショットにおけるフォーカス及びチルト計測、露光は１回のみの記載となっているが、実際の露光は、ウェハ及びレチクルを走査して、フォーカス及びチルトは露光前に計測して、フォーカス及びチルト計測と露光とを複数回繰り返して行う。
【００２３】
次に、ステップ１０８で取得した平面情報が、予め設定された平面情報よりも悪い平面情報を有するショットを特定する（ステップ１１０）。ステップ１０８で取得した平面情報が予め設定された平面情報よりも悪くなければ次のショットを露光するためにステップ１０６に戻り、予め設定された平面情報よりも悪い平面情報を有するショットの場合は特定ショットとして登録した（ステップ１１２）後、次のショットを露光するためにステップ１０６に戻る。
【００２４】
即ち、閾値を、例えば、０．１μｍとして予め設定し、ショット上の飛び飛びの計測点（例えば、２ｍｍ間隔）で計測された計測値のうち、連続した計測値の差分が事前に設定した閾値より大きな値の場合には、かかるショットは平面情報の悪い特定ショットとして特定する。
【００２５】
次のショットへ移動しても同様に、所定の計測点でフォーカス及びチルト計測して平面情報を取得すると共に露光を行い（ステップ１０８）、予め設定された平面情報よりも悪い平面情報を有するショットの特定（ステップ１１０）及び特定ショットの登録（ステップ１１２）を繰り返して全てのショットについて露光を行う。
【００２６】
ウェハ上の複数のショットの全てに第１露光工程の露光が行われると（ステップ１０６）、ステップ１１２において特定された特定ショットのみに対して、所定の計測点より多い計測点でフォーカス及びチルトを計測して詳細な平面情報を取得する（ステップ１１４）。即ち、特定ショットにおいて、ステップ１０８で計測した計測点よりも多い計測点（例えば、ステップ１０８の計測点が２ｍｍ間隔なら、０．５ｍｍ間隔にする）でフォーカス及びチルトを計測し、ステップ１０８で取得した平面情報よりも詳細な平面情報を取得する。
【００２７】
ここで、図２乃至図７を参照して、詳細な平面情報を取得する方法の一例を説明する。図２乃至図４は、特定ショットの走査方向における詳細な平面情報を取得するための計測の一例を示すウェハの概略断面図、図５乃至図７は、特定ショットの走査方向に直交する方向における詳細な平面情報を取得するための計測の一例を示すウェハの概略平面図である。
【００２８】
図２乃至図４において、ウェハ３００上のＦＰ１、ＦＰ２及びＦＰ３の飛び飛びの点がフォーカス及びチルトを計測する計測点である。数値例としてあげれば、ＦＰ１とＦＰ２の間の距離、ＦＰ２とＦＰ３の間の距離は２ｍｍである。
【００２９】
図２を参照するに、ウェハ３００をフォーカス方向（Ｚ方向）へ変化させないように走査方向へ微小量Δ１（例えば、０．５ｍｍ）だけ駆動させ、計測点ＦＰ１と計測点ＦＰ２の間の詳細計測点ＤＦＰ１のフォーカス及びチルトを、例えば、後述する検出系２６０によって計測する。次に、ウェハ３００をフォーカス方向（Ｚ方向）へ変化させないように走査方向へ微小量Δ２（例えば、０．５ｍｍ）だけ駆動させ、図３に示すように、詳細計測点ＤＦＰ１とは異なる計測点ＦＰ１と計測点ＦＰ２の間の詳細計測点ＤＦＰ２のフォーカス及びチルトを検出系２６０によって計測する。同様に、ウェハ３００をフォーカス方向（Ｚ方向）へ変化させないように更に走査方向へ微小量Δ３（例えば、０．５ｍｍ）だけ駆動させ、図４に示すように、詳細計測点ＤＦＰ１及びＤＦＰ２とは異なる計測点ＦＰ１と計測点ＦＰ２の間の詳細計測点ＤＦＰ３のフォーカス及びチルトを検出系２６０によって計測する。これにより、計測点ＦＰ１と計測点ＦＰ２の間の詳細計測点ＤＦＰ１、ＤＦＰ２及びＤＦＰ３（即ち、０．５ｍｍ間隔）のフォーカス及びチルトを入手することができ、計測点ＦＰ１及びＦＰ２に加えて詳細計測点ＤＦＰ１、ＤＦＰ２及びＤＦＰ３のフォーカス及びチルトから平面情報を取得することができる。このように、ウェハ３００を走査方向に微小に駆動することを繰り返して、特定ショットの走査方向における詳細な平面情報を取得することができ、駆動する微小量によって必要な詳細な平面情報を調整することができる。
【００３０】
図５において、ウェハ３００上の露光領域５００の前段及び後段５１０及び５２０に配置されたＦＰ１ａ、ＦＰ１ｂ及びＦＰ１ｃの飛び飛びの点がフォーカス及びチルトを計測する計測点であり、かかる計測点ＦＰ１ａ、ＦＰ１ｂ及びＦＰ１ｃのフォーカス及びチルトを検出系２６０によって計測する。
【００３１】
次に、ウェハ３００をフォーカス方向（Ｚ方向）へ変化させないように走査方向と直交する方向へ微小量Δ４だけ駆動させ、図６に示すように、詳細計測点ＤＦＰ１ａ、ＤＦＰ１ｂ及びＤＦＰ１ｃのフォーカス及びチルトを検出系２６０によって計測する。更に、ウェハ３００をフォーカス方向（Ｚ方向）へ変化させないように走査方向と直交する方向へ微小量Δ５だけ駆動させ、図７に示すように、詳細計測点ＤＦＰ２ａ、ＤＦＰ２ｂ及びＤＦＰ２ｃのフォーカス及びチルトを検出系２６０によって計測する。これにより、計測点ＦＰ１ａと計測点ＦＰ１ｂの間及び計測点ＦＰ１ｂと計測点ＦＰ１ｃの間の詳細計測点ＤＦＰ１ｂ、ＤＦＰ２ｂ及び詳細計測点ＤＦＰ１ｃ及びＤＦＰ２ｃのフォーカス及びチルトを入手することができ、計測点ＦＰ１ａ乃至ＦＰ１ｃに加えて詳細計測点ＤＦＰ１ｂ、ＤＦＰ２ｂ、ＤＦＰ１ｃ及びＤＦＰ２ｃのフォーカス及びチルトから詳細な平面情報を取得することができる。このように、ウェハ３００を走査方向に直交する方向に微小に駆動することを繰り返して、詳細な平面情報を所得することができ、駆動する微少量によって必要な詳細な平面情報を調整することができる。
【００３２】
取得した特定ショットの詳細な平面情報は、第２露光工程の露光に使用できるように、データベースとして記憶装置などに格納しておく。特定ショットの詳細な平面情報を取得し終えたら、ステップ１０２及びステップ１０４に戻り、第２露光工程以降の工程を行う。即ち、第２露光工程以降も第１露光工程と同様に、ウェハ上の複数のショットの全てに露光が行われたかどうか判断する（ステップ１１６）。ウェハ上の複数のショットの全てに露光が行われていないと判断した場合、露光を行うショットが特定ショットかどうか判断する（ステップ１１８）。特定ショットでない場合は、ステップ１０８の平面情報に基づいてウェハのフォーカス及びチルトの駆動を行いながら露光する。（ステップ１２０）。一方、特定ショットの場合は、ステップ１１４で取得した詳細な平面情報に基づいてウェハのフォーカス及びチルトの駆動を行いながら露光する。（ステップ１２２）。
【００３３】
ここで、ステップ１１４で取得した詳細な平面情報に基づいたウェハのフォーカス及びチルトの駆動について説明する。図２及び図３において、詳細な平面情報の取得のための計測を、詳細計測点ＤＦＰ１及びＤＦＰ２で行ったが、詳細計測点ＤＦＰ１と詳細計測点ＤＦＰ２との間隔（サンプリングピッチ）を０．５ｍｍとすれば、ウェハが露光スリットに移動したとき、例えば０．５ｍｍずつ走査露光することで、フォーカス及びチルトの駆動を行い、各詳細計測点とフォーカス及びチルトを制御する目標値との差分が最小となるようにウェハ面のフォーカス及びチルトを駆動させればよい。
【００３４】
サンプリングピッチは、使用するウェハについて、例えば、干渉計などで平面の変化の度合いがどの程度であるかを事前に計測し、かかる計測結果に基づいて設定する。これにより、必要以上に詳細なサンプリングピッチで計測することから防止することができる。
【００３５】
また、最初数枚のウェハは、微小間隔、例えば、０．１ｍｍで計測し、かかる計測結果からウェハの平面性のバラツキの傾向を判断し、最初数枚のウェハ以降は、平面性のバラツキ傾向からサンプリングピッチを設定してもよい。ウェハの平面情報をフーリエ変換し、空間周波数の頻度がある閾値以上の周波数となるようなサンプリングピッチとする判断でもよい。
【００３６】
以上ように、あるショットの露光を終了すると、次のショットに移動して、同様に、ステップ１２０又はステップ１２２を繰り返して行い、ウェハ上の複数のショットの全ての露光を行い、１枚のウェハにとって全露光工程の露光を行うことで半導体製造における露光の工程を全て終了する。
【００３７】
本実施形態では、あくまで、最初の飛び飛びの計測点でのフォーカス及びチルト計測の計測結果の変化が大きい場合には、計測点間の平面性も悪いとの判断で、かかる計測点間の平面情報を詳細に計測するものであり、最初のフォーカス及びチルト計測の計測結果の変化が小さい場合には、計測点間の平面性もよいと判断し、平面情報を詳細に計測していない。従って、平面性の悪いショットのみのフォーカ及びチルトを計測するため、平面性の悪いショットにおける計測のサンプリング誤差を低減して優れたフォーカス補正を行うことができると共に、スループットの低下の発生を防ぐことができる。
【００３８】
図１では、１枚のウェハについてフォーカス計測及び露光に関して記載したものであるが、複数のウェハの場合には、各ウェハを認識して図１と同様に行えばよいので説明は省略する。
【００３９】
なお、本実施形態では、最初の露光工程では、ウェハの平面性に関してのサンプリング誤差に対しての対応を行うことはできない。それは、これまで説明してきたように、最初の露光工程では先に露光を行い、その後に露光時のフォーカス及びチルトを計測して、平面情報の悪い特定ショットを特定し、特定ショットのみ詳細な平面情報を取得しているからである。しかしながら、半導体プロセスにおいては、最初の露光工程は、Ｗｅｌｌ等の比較的ラフな線幅の露光工程であり、サンプリング誤差を気にしてフォーカスマージンを少しでも稼ぎたいクリチカルな露光工程ではないので問題は発生しない。むしろ、本発明では、最初の工程はクリチカルな工程ではないことを利用して、露光を行った後に今後の工程で問題となりうるショットを露光時のフォーカス及びチルト計測から判断し、詳細な計測を行うという最低限のスループットの低下で優れたフォーカス補正を達成するものである。
【００４０】
以下、図８乃至図１４を参照して、本発明の一側面である露光装置２００について説明する。図８は、本発明の一側面である露光装置２００の例示的一形態を示す概略構成図である。露光装置２００は、上述した露光方法１００を行うことができる露光モードを有し、例えば、ステップ・アンド・リピート方式やステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２３０に形成されたパターンをウェハ３００に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー技術に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャナー）を例に説明する。
【００４１】
図８を参照するに、エキシマレーザーなどの光源２１０から射出された光は、露光に最適な所定の形状の露光光束に整形される照明光学系２２０を経て、レチクル２３０に形成されたパターンを照明する。レチクル２３０のパターンは露光すべきＩＣ回路パターンを含み、かかるパターンから射出された光は投影光学系２４０を通過して結像面に相当するウェハ３００面近傍に像を形成する。
【００４２】
レチクル２３０は、投影光学系２４０の光軸に直交する平面内及びかかる光軸方向に移動可能な構成となっているレチクルステージ２３５上に載置されている。
【００４３】
ウェハ３００は、レジストを塗布する図示しないコーターから搬入され、投影光学系２４０の光軸に直交する平面内及びかかる光軸方向に移動可能でチルト補正可能な構成となっているウェハステージ２５０上に載置されている。
【００４４】
レチクルステージ２３５とウェハステージ２５０を露光倍率の比率の速度で相対的に走査させることでレチクル２３０のショット領域の露光を行う。ワンショット露光が終了した後には、ウェハステージ２５０は次のショットへステップ移動し、先ほどとは逆方向に走査露光を行い次のショットが露光される。これを繰り返すことでウェハ３００全域についてショット露光する。
【００４５】
制御部２７０は、各種ニットの制御ばかりではなく、後述する検出系２６０が計測したウェハ３００のフォーカス及びチルトから平面情報を算出し、各ショットと平面情報を関連付けしたデータベースとして記憶部２８０に格納する。
【００４６】
記憶部２８０は、制御部２７０に接続され、制御部２７０がウェハステージ２５０を制御するのに必要な各ショットの平面情報を格納している。記憶部２８０は、制御部２７０が算出したウェハ３００の各ショットにおける平面情報をデータベースとして格納して、かかるショットを露光するたびに対応するデータベースを制御部２７０は参照することができる。
【００４７】
制御部２７０によって、ワンショット内の走査露光中には、フォーカス及びチルトを計測する検出系２６０によりウェハ３００の表面の面位置情報を取得し、露光像面からのずれ量を算出し、フォーカス（高さ）及びチルト（傾き）方向へウェハステージ２５０を駆動させ、ほぼ露光スリット単位でウェハ３００表面の高さ方向の形状に合わせ込む動作が行われている。
【００４８】
検出系２６０は、光学的な高さ計測システムを使用している。ウェハ３００表面に対して大きな角度（低入射角度）で光束を入射させ、ウェハ３００からの反射光の像ズレをＣＣＤカメラなどの位置検出素子で検出する方法をとっている。ウェハ３００上の複数の計測すべき点に光束を入射させ、各々の光束を個別のセンサーに導き、異なる位置の高さ計測情報から露光すべき面のチルトを算出している。
【００４９】
図９及び図１０に示すように、露光領域（即ち、露光スリット位置）５００の前段及び後段の領域５１０及び５２０内には複数の計測点Ｋ１乃至Ｋ５が面形状をなすように配置されており、走査露光中の露光スリットが露光領域５００に差し掛かる前にウェハ３００のフォーカス及びチルト情報、特に、走査方向へのチルト情報の同時計測を可能としている。図９及び図１０は、露光領域５００に対する計測点Ｋ１乃至Ｋ５の配置を示す概略平面図であって、図９は、３点の計測点Ｋ１乃至Ｋ３を配置した場合、図１０は、５点の計測点Ｋ１乃至Ｋ５を配置した場合を示している。
【００５０】
図１０を参照するに、露光領域５００に対して前段の領域５１０内に５点の計測点Ｋ１乃至Ｋ５を投影するように構成し、露光領域５００に差し掛かる前に高精度に露光直前のフォーカス及びチルト情報を取得し、露光位置の補正駆動が可能なようにしている。同様に逆方向の走査露光に対応するように、後段の領域５２０内にも同様に５点の計測点Ｋ１乃至Ｋ５が投影されるように構成されている。
【００５１】
図１１に、図８に示す露光装置２００の検出系２６０がウェハ３００を検出するために照明する光の形状の拡大図を示す。ここで、図１１は、露光装置２００におけるフォーカス及びチルトの計測システムを示す光学概略図である。但し、図１１においては、便宜上、フォーカス及びチルトの測定領域（例えば、前段の領域５１０）内に５点の計測点Ｋ１乃至Ｋ５を配置している様子のみを示す。特に、本実施形態では、計測点Ｋ２及びＫ４の間隔と計測点Ｋ１、Ｋ３及びＫ５の間隔とが異なった配置となるように投影されるマークＭ１乃至Ｍ５の形状を示す。フォーカス及びチルトの計測用光軸は、走査方向とほぼ直交する方向から複数の光軸が入射されるように配置してあり、各計測点Ｋ１乃至Ｋ５に投影されるマークＭ１乃至Ｍ５は、それぞれフォーカス及びチルトの計測光学系の光軸断面内で所定量回転させて投影される。その結果、ウェハ３００上では計測スリットの向きが斜めになるように、また、中心計測点に向かってスリットのピッチ方向が配列形成されるように配置されている。
【００５２】
図１２は、図１１に示す計測点の配置を実現させるための計測光学系の概略配置図である。５つの照明レンズ２１６は、図示しない光源から供給された光により、フォーカス及びチルト計測用投影パターンマスク２６２に形成されたフォーカス計測用スリット状マークを照明する。光源としては、ウェハ３００上の感光性レジストを感光させない波長の光であることと、レジスト薄膜干渉の影響を受けにくいように、ある程度波長幅の広いハロゲンランプやＬＥＤなどが望ましい。マスク２６２には、Ａ視図に示すように、複数の計測点分だけのスリット状マークが形成されている。複数の計測マークにそれぞれ照明されて形成された光束は光路合成プリズム２６３により光路合成され、フォーカスマーク投影光学系２６４によりウェハ３００上に斜め投影される。
【００５３】
ウェハ３００表面にて反射された光束は、フォーカス受光光学系２６５により光路分割プリズム２６６内に中間結像点を形成する。光路分割プリズム２６６により計測点毎に光路分割された後には計測分解能を向上させるべく、計測点毎に配置された拡大検出光学系２６７により計測点毎の位置検出素子２６８へ導かれる。位置検出素子２６８は、本実施形態では、１次元ＣＣＤを使用しており、素子の並び方向が計測方向となる。Ｂ視図には、位置検出素子２６８から光軸方向を見た際の計測用マークと位置検出素子２６８と拡大検出光学系２６７の関係を示しており、各計測点の位置検出素子２６８は、スリット状マークと直交する方向に設定されている。
【００５４】
位置検出素子２６８としては、１次元ＣＣＤを用いているが、２次元ＣＣＤを配置してもよい。あるいは、受光素子結像面に参照スリット板を形成し、参照スリット板の手前において光束を走査し、参照スリット板からの透過光量を検出するような構成でもかまわない。
【００５５】
ここで走査露光時のフォーカス及びチルトの計測による面位置補正の概略について述べる。図１３に示すように、走査方向ＳＤに凹凸形状を有したウェハ３００が露光位置ＥＰに差し掛かる前に露光スリット前方に平面を形成するように複数点配置されたフォーカス及びチルトの計測位置ＦＰでウェハ３００の表面位置のフォーカス、露光スリット領域長手方向（走査方向ＳＤに垂直な方向）のチルト（チルトＸと呼ぶ）に加えて、露光スリット領域短手方向（走査方向ＳＤ）のチルト（チルトＹと呼ぶ）計測を行う。そして、計測された平面情報及び上述の制御部２７０によって記憶部２８０にデータベース化されているウェハ３００の平面情報に基づいて、図１４に示すように、ウェハステージを駆動させ露光位置ＥＰへの補正駆動を行う。図１４において、露光の前に計測された領域が露光スリットに差し掛かった際にはすでに補正が完了しており、露光スリットにて露光される。ここで、図１３は、露光位置ＥＰとウェハ３００上のフォーカス及びチルトの計測位置ＦＰを示す概略斜視図、図１４は、計測された及び記憶部２８０に格納されたウェハ３００の平面情報に基づいて露光位置ＥＰにウェハ３００を駆動させた状態を示す概略斜視図である。
【００５６】
ここまでの説明には、各面位置計測領域に計測点を５点配置した構成例で行ったが、各計測領域に計測点を３点配置した構成でもこれまでの説明と同様である。
【００５７】
なお、半導体製造プロセスの最初の露光工程の露光後に平面性の悪いショットのみ詳細な平面情報を取得し、最初の露光工程以降の露光時におけるウェハのフォーカス及びチルトの駆動に使用するという本発明は、１台の露光装置に限定するものではない。
【００５８】
例えば、複数の露光装置２００があり、各ウェハ３００が限定された露光装置で露光されるという条件下であれば、各ウェハ３００の平面情報は、複数の露光装置２００の記憶部２８０に存在すればよいが、ある露光工程のウェハ３００を露光する露光装置２００を限定しない場合であっても本発明の効果は同様に発揮される。
【００５９】
図１５は、複数の露光装置２００によってウェハ３００ａ乃至３００ｃを露光する場合の例示的一態様を示す概略構成図である。複数の露光装置２００は、それぞれを制御する主制御装置７００にＬＡＮ等でデータの通信が可能なネットワーク７１０として接続されている。また、各ウェハ３００ａ乃至３００ｃの平面情報も、主制御装置７００とデータの通信が可能な記憶装置８００内にデータベースとして格納される。
【００６０】
これにより、記憶装置８００に格納された各ウェハ３００ａ乃至３００ｃの平面情報は、主制御装置７００からネットワーク７１０を介して、各ウェハ３００ａ乃至３００ｃを露光する露光装置２００の制御部２７０へ送信され、かかる平面情報に基づいて各ウェハ３００ａ乃至３００ｃのフォーカス及びチルトを駆動することができる。
【００６１】
各ウェハ３００ａ乃至３００ｃの平面情報は、露光装置２００のある工場内の主制御装置７００の近傍にある記憶装置８００に格納されることに限定する必要はなく、ある程度の距離が離れた場所にある場合でも、インターネット等で接続してデータのやり取りができるようにすることで本発明の効果を発揮することができる。
【００６２】
次に、図１６及び図１７を参照して、上述の露光装置２００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェ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で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。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。
【００６３】
図１７は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置２００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。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うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置２００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面として機能するものである。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、スループットの低下を招くことなく、ウェハ表面に対して優れたフォーカス補正を行うことができる露光方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一側面としての露光方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】 特定ショットの走査方向における詳細な平面情報を取得するための計測の一例を示すウェハの概略断面図である。
【図３】 特定ショットの走査方向における詳細な平面情報を取得するための計測の一例を示すウェハの概略断面図である。
【図４】 特定ショットの走査方向における詳細な平面情報を取得するための計測の一例を示すウェハの概略断面図である。
【図５】 特定ショットの走査方向に直交する方向における詳細な平面情報を取得するための計測の一例を示すウェハの概略平面図である。
【図６】 特定ショットの走査方向に直交する方向における詳細な平面情報を取得するための計測の一例を示すウェハの概略平面図である。
【図７】 特定ショットの走査方向に直交する方向における詳細な平面情報を取得するための計測の一例を示すウェハの概略平面図である。
【図８】 本発明の一側面である露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図９】 露光領域に対して３つの計測点を配置した場合を示す概略平面図である。
【図１０】 露光領域に対して５つの計測点を配置した場合を示す概略平面図である。
【図１１】 図８に示す露光装置におけるフォーカス及びチルトの計測システムを示す光学概略図である。
【図１２】 図１１に示す計測点の配置を実現させるための計測光学系の概略配置図である。
【図１３】 露光位置とウェハ上のフォーカス及びチルトの計測位置を示す概略斜視図である。
【図１４】 計測された及び記憶部に格納されたウェハの平面情報に基づいて露光位置にウェハを駆動させた状態を示す概略斜視図である。
【図１５】 複数の露光装置によってウェハを露光する場合の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図１６】 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図１７】 図１６に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図１８】 ウェハ上のフォーカス及びチルトの計測位置を示す概略断面図である。
【図１９】 計測結果により最適な露光像面位置にウェハを駆動させた状態を示す概略断面図である。
【図２０】 先読み平面とウェハの平面とのずれを示す概略断面図である。
【符号の説明】
２００ 露光装置
２６０ 検出系
２６１ 照明レンズ
２６２ マスク
２６３ 光路合成プリズム
２６４ フォーカスマーク投影光学系
２６５ フォーカス受光光学系
２６６ 光路分割プリズム
２６７ 拡大検出光学系
２６８ 位置検出素子
２７０ 制御部
２８０ 記憶部
７００ 主制御装置
８００ 主記憶装置

Claims (6)

1. パターンを被処理体上の複数のショットに投影露光する露光方法であって、
   前記複数のショットの夫々を第１の数の計測点で計測し、それらの各ショットの第１の平面情報を取得するステップと、
   前記複数のショットのうち、前記第１の平面情報が予め設定された平面情報よりも悪いショットを特定するステップと、
   前記特定ステップで特定されたショットを前記第１の数よりも多い第２の数の計測点で計測し、そのショットの第２の平面情報を取得するステップと、
   前記複数のショットのうち前記特定のステップで特定されたショット以外のショットを前記第１の平面情報に基づいて露光し、前記複数のショットのうち前記特定ステップで特定されたショットを前記第２の平面情報に基づいて露光するステップとを有することを特徴とする露光方法。
2. 前記第２の平面情報を取得するステップは、前記複数のショットを露光した後に行うことを特徴とする請求項１記載の露光方法。
3. 前記第１の平面情報を取得するステップは、前記複数のショットに対する最初の露光時に行うことを特徴とする請求項１記載の露光方法。
4. パターンを被処理体上の複数のショットに投影露光する露光装置であって、
   前記複数のショットの夫々を第１の数の計測点で計測し、それらの各ショットの第１の平面情報を取得可能、且つ、前記複数のショットのうち、前記第１の平面情報が予め設定された平面情報よりも悪い特定のショットを前記第１の数よりも多い第２の数の計測点で計測し、その特定のショットの第２の平面情報を取得可能な取得手段と、
   前記特定ショットを特定すると共に、前記複数のショットのうち前記特定のショット以外のショットが前記第１の平面情報に基づいて露光され、前記複数のショットのうち前記特定のショットが前記第２の平面情報に基づいて露光されるように制御する制御手段とを有することを特徴とする露光装置。
5. 前記被処理体を駆動する駆動手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記第２の平面情報に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項４記載の露光装置。
6. 請求項４又は５記載の露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップと、
   投影露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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