JP4392914B2 - 面位置検出装置、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面位置検出装置、露光装置、および該露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超ＬＳＩの高集積化に応じて回路パターンの微細化が進んでおり、これに伴なって投影レンズ系はより高ＮＡ化され、これに伴ない回路パターンの転写工程におけるレンズ系の許容焦点深度がより狭くなってきている。また、投影レンズ系により露光すべき被露光領域の大きさも大型化される傾向にある。このようなことにより、大型化された被露光領域全体に亘って良好な回路パターンの転写を可能にするためには、投影レンズ系の許容焦点深度内に確実に、ウエハの被露光領域（ショット）全体を位置付ける必要がある。これを達成するためには、投影レンズ系の焦平面、すなわちレチクルの回路パターン像がフォーカスする平面に対するウエハ表面の位置と傾きを高精度に検出し、ウエハ表面の位置や傾きを調整してやることが重要となってくる。
【０００３】
露光装置におけるウエハ表面の面位置の検出方法としては、エアマイクロセンサを用いてウエハ表面の複数箇所の面位置を検出し、その結果に基づいてウエハ表面の位置を求める方法や、ウエハ表面に光束を斜め方向から入射させ、ウエハ表面からの反射光の反射点の位置ずれをセンサ上への反射光の位置ずれとして検出する光投射式の光学式検出系（斜入射光学系）を用いてウエハ表面の面位置を検出する方法等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら一般に、光学式検出系に使用されるＣＣＤセンサは光蓄積時間を必要とし、データを読み出すのにも時間がかかる。そのため、露光装置のスループット向上に伴って必要とされる検出時間の短縮化が困難になりつつある。
【０００５】
また、静電容量センサは、センサ面とアースされた金属や半導体面間の静電容量から距離を高速に測定可能であるが、以下のような問題点がある。静電容量センサの距離精度（直線性）は、測定範囲と相反する関係にある。すなわち、精度の良い静電容量センサは測定範囲が狭いため、測定対象に近接して配置する必要に迫られる。そのため、ウエハ搬入時のトラブルなどにおいてセンサと接触し、センサやウエハを破損する可能性がある。また、距離精度が得られる静電容量センサでは、装置が必要十分とする測定範囲を満たせないこともある。
【０００６】
さらには以下のような問題点もある。静電容量センサは、センサと半導体間の距離、センサ面積、および間の空気の誘電率によって一意的に決定される容量の変化により距離測定を行うものである。しかしながら、加工を経たウエハは、表面に絶縁層や配線層などの複数の層が積層されているため、これらの誘電率からなる静電容量が付加される。このため、静電容量センサでは表面までの距離を正確に測定するのは困難である。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、検出時間の点で有利な面位置検出装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、本発明は、光照射により基板の表面位置を検出する光学式検出手段と、静電容量により基板の表面位置を検出する静電容量式検出手段と、記憶手段と、制御手段と、を有する面位置検出装置であって、
前記制御手段は、基板ロットの先頭の１枚または複数枚の基板の表面の各点に対して前記光学式検出手段および前記静電容量式検出手段に表面位置の検出を行わせ、該検出の結果に基づいて、前記静電容量式検出手段により検出された表面位置に対する各点での補正値を前記記憶手段に記憶させ、前記基板ロット内の他の基板の表面の各点に対して、前記静電容量式検出手段に表面位置の検出を行わせ、該検出により得られた表面位置を前記記憶手段に記憶された対応する補正値により補正する、ことを特徴とする面位置検出装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
これら本発明の構成において、具体的に以下の実施形態では面位置検出に際しては、被検出面についての光学式検出系および静電容量センサによる面位置検出結果に関する情報を予め得て記憶しておき、実際の面位置検出に際しては、静電容量センサにより面位置検出を行い、この検出値に対して前記記憶してある情報に基づいて補正を施した値を精確な面位置検出値として取得する。したがって、実際の面位置検出は静電容量センサにより高速に行われるとともに、最終的に得られる面位置検出値は、静電容量センサのみによる場合に比べ、精確なものとなる。また、面位置検出を行う際（例えば露光中）には、静電容量センサを被検出面の近傍へ移動させて検出を行い、検出終了後には、静電容量センサを再び接触の恐れのないところまで待避させることにより、被検出面との接触事故等が防止されることになる。
【００１６】
より具体的な態様として、表面に加工物が積層されたウエハについて面位置検出を行う際には、あらかじめウエハ面上のいくつかの点について静電容量センサおよび光学式検出系により面位置検出を行い、両者間の各点での検出値の差を誤差量としてテーブルに記録しておく。そして実際の面位置検出時（例えば露光時）には、静電容量センサにより面位置検出を行い、その検出値に対し、前記テーブルを用いて補正を施す。このとき、ウエハ表面の加工は全面が均一ではないのであらかじめの面位置検出に際しては必要十分な数の点で検出を行っておく必要がある。テーブルには前記誤差量とともに各点の位置情報を保存しておく。これらの誤差情報を得る対象となるのは、未知の加工が施された（未だテーブルが作成されていない）ロットの最初の１枚もしくは数枚だけでよく、以降はこれにより作成されたテーブルを使用して、静電容量センサにより面位置検出が行われることになる。したがって、テーブル作成によるトータルなスループットヘの影響は軽微である。
【００１７】
なお、特開平９−４５６０８号公報に示されているように、実段差（パターン構造）に露光像面を追従させずに、段差データを補正量として管理している場合には、上記誤差量をこの段差データの補正量に加味しておけば、テーブルのデータを参照して計算する回数を削減することができる。
【００１８】
［実施例１］
図４は本発明の第１の実施例に係る露光装置において、静電容量センサと光学式検出系によって測定対象面上の同一点を測る際の測定対象の動きを示す。同図において、４１は測定対象、４２は測定対象４１の面位置を検出するための静電容量センサ、４３は測定対象４１上の測定点、４４は光学式検出系の入射光、４５はその反射光、４６は測定対象１の移動方向である。静電容量センサ４２による測定時には、同図（ｂ）に示すように、静電容量センサ４２が測定対象４１面に近接しており、光学式検出系の入射光４４を遮るため、光学式検出系による測定時において測定対象４１面の測定点４３について測定を行うためには、同図（ａ）に示すように、測定対象４１の移動が不可欠である。
【００１９】
図３はこの露光装置の構成を示す。同図において、１は照明系、２はデバイスパターンが形成されたレチクル、３はレチクルステージ、４はレチクル２のデバイスパターンを投影する投影レンズ系、５はデバイスパターンが投影され、転写されるウエハ、６はウエハ５を保持し、光軸２５の方向に動くウエハチャック、７はウエハチャック６を保持して光軸２５と直交する平面に沿って２次元的に動くＸＹステージ、８は投影レンズ４やＸＹステージ７が置かれる定盤である。
【００２０】
９は開口の大きさと形状が可変である照明系１の絞り、１０は絞り９の開口の大きさと形状を変え、開口数（ＮＡ）を変えるための駆動装置、１１は光軸２５方向に動く投影レンズ系４のレンズ、１２はレンズ１１を光軸２５の方向に動かし、その位置を変えることにより投影レンズ系４の投影倍率を変えるための駆動装置、１３は絞り９と光学的に共役な位置にあり、開口の大きさが可変である投影レンズ系４の絞り（瞳）、１４は絞り１３の開口の大きさを変え、開口数（ＮＡ）を変える駆動装置である。
【００２１】
１５はウエハ５を照明する照明装置、１６はウエハ５の表面からの反射光を受け、ウエハ５の表面の位置に応じた信号を出力する受光装置である。照明装置１５および受光装置１６により、ウエハ５表面の光軸２５方向に関する位置（高さ）を検出するための装置を構成している。１７は装置１５および１６を制御する装置である。
【００２２】
１８はＸＹステージ７上に固設された反射鏡、１９は反射鏡１８の反射面にレーザ光を当ててＸＹステージ７の変位量を検出するレーザ干渉計、２０はレーザ干渉計１９の出力を受け、ＸＹステージ７の移動を制御する駆動装置である。駆動装置２０はまた、制御装置１７を介してウエハ５の表面の高さに関する情報を受け、ウエハチャック６を光軸方向に動かすことにより、ウエハ５の表面を投影レンズ系４によるレチクル２のデバイスパターンの結像面に合致させる。
【００２３】
２１は中央にピンホールを備える遮光板、２２はＣＣＤ等の光電変換素子アレイ（以下、「ＣＣＤ２２」と記す。）である。遮光板２１の表面はウエハ５の表面と同じ高さに設定されており、投影光学系４によるレチクル２のデバイスパターンの結像面の近傍にある。また、ＣＣＤ２２は遮光板２１のピンホールを通過した光を受けるように、遮光板２１の下方の所定量離れた位置に置いてある。
【００２４】
ＣＣＤ２２の位置は、投影光学系４の絞り１３の開口におけるレチクル２のデバイスパターンからの回折光の光強度分布に対応した光強度分布が生じる位置である。また、遮光板２１とＣＣＤ２２は一体的にＸＹステージ７上に固設されており、ＸＹステージ７を動かすことにより、遮光板２１のピンホールをデバイスパターンの結像面内の複数の位置に位置付け、各位置において光強度や光強度分布を検出できるようになっている。
【００２５】
２３はＣＣＤ２２を駆動し、ＣＣＤ２２からの出力を受け、結像面に形成されているデバイスパターン像の光強度分布（レチクル２のデバイスパターンを通過した光のレチクル２近傍における強度分布に対応）や、ＣＣＤ２２の受光面上に形成されている絞り１３の開口における光強度分布（投影光学系４の瞳の光強度分布）を検出する制御装置である。
【００２６】
デバイスパターン像の光強度分布は、ＸＹステージ７を動かすことにより遮光板２１のピンホールをデバイスパターンの結像面内の複数の位置に位置付け、各位置におけるＣＣＤ２２の各画素の出力和を検出することにより得る。絞り１３の開口における光強度分布は、ＸＹステージ７を動かすことにより遮光板２１のピンホールをデバイスパターンの結像面内の複数の位置に位置付けた時のＣＣＤ２２の出力から得られる光強度分布の平均値として得る。制御装置２３はまた、ＣＣＤ２２の出力から、デバイスパターン像の光強度分布とともに、レチクル２のデバイスパターンを通過した光の総光量に対応する情報も得る。
【００２７】
２４は、各装置１０、１２、１４、１７、２０、２３および２７を制御する主制御装置である。主制御装置２４には、照明系１の不図示の露光制御用シャッタの開閉時間すなわち露光に要した時間ｔと、各露光間の時間ｔ’と、装置２３からのデバイスパターン像の光強度分布と、絞り１３の開口における光強度分布およびデバイスパターンを通過した光の総光量のそれぞれに対応する情報とが入力される。
【００２８】
２６は面検出を行う上下方向に移動可能な静電容量センサ、２７は静電容量センサ２６を制御する装置である。
【００２９】
図１はウエハ５の面位置検出時の動作を示すフローチャートである。面位置検出動作を開始すると、まずステップ１において、静電容量センサ２６を所定位置まで動かす際にウエハ５との接触の恐れがないかどうかを光学式検出系１５，１６による距離測定により確認する。接触の恐れがないと判定した場合は直接ステップ２へ進み、接触の恐れがあればステップ８へ進んでウエハ５を所定の位置まで移動させてからステップ２へ進む。
【００３０】
ステップ２では、静電容量センサ２６を移動し、測定対象であるウエハ５がセンサ２６の測定可能範囲に入るまで近接させる。次に、ステップ３において、ウエハ５が未知の新しい加工が施されたものであるか否かを確認する。この確認は自動認識によることも不可能ではないが、本実施例ではあらかじめ入力端末からユーザによって入力されているデータで確認する。この結果、加工が施されていなければ補正値は０とし、既知の加工が施されていれば測定においてそれに対応した既存の誤差補正テーブルを使用することができるので、ステップ４へ進む。未知の加工が施されていれば、新しく誤差補正テーブルを作成する必要があるので、ステップ９へ進む。
【００３１】
ステップ９では、静電容量センサ２６による距離測定を行う。この値は加工物の影響による誤差を含んだ値である。次に、ステップ１０において、ウエハ５上の測定点を光学式検出系１５および１６下へ移動させる。光学式検出系１５および１６と静電容量センサ２６によるウエハ５上の同一点の測定は、ウエハ５の移動なしに行うのが望ましいが、ウエハ５に近接して配置されている静電容量センサ２６が光学式検出系１５および１６による斜入射光を遮るので、最小限の移動で測定可能なように静電容量センサ２６等が配置されている。
【００３２】
次に、ステップ１１において、光学式検出系１５および１６による距離測定を行う。光学式検出系１５および１６は、加工物表面までの距離を正確に測定できるので、これを正しい値とする。次に、ステップ１２において、光学式検出系１５および１６による距離測定と静電容量センサ２６による距離測定との差を誤差情報として、ウエハ５上の測定位置とともに誤差補正テーブルに保存する。
【００３３】
次に、ステップ１３において、ウエハ５表面の加工が全面均一ではないので、必要十分な個所の測定が終了したか否かを確認する。必要十分な個所の測定が終了したのであればステップ４へ進み、そうでなければステップ１４においてウエハ５を次の誤差情報記録点へ移動させてからステップ９へ戻る。
【００３４】
ステップ４では、静電容量センサ２６による測定を行う。次に、ステップ５において、誤差補正テーブルを用いて、誤差補正を行う。次に、ステップ６において、さらに測定の必要があるか確認する。さらなる測定の必要があればステップ４へ戻り、そうでなければステップ７ヘ進む。
【００３５】
ステップ７では、非測定時の静電容量センサ２６とウエハ５との接触の可能性をなくすため、静電容量センサ２６を待避させる。これにより、ウエハ５についての面位置検出動作が終了する。
【００３６】
［実施例２］
実施例１においては、静電容量センサ２６が光学式検出系１５および１６の斜入射光を遮るため、ウエハ５上の同一点を測定する際にウエハ５を移動させる必要があった。これに対し、本実施例では光学式検出系１５および１６の測定時に静電容量センサ２６を待避させ、ウエハ５を移動することなくウエハ５上の同一の点を測定することにより、ステージ移動精度に起因する誤差を皆無にして、光学式検出系１５および１６と静電容量センサ２６による測定値の差から求まる誤差量の精度を向上させるようにしている。
【００３７】
図２は、本実施例の露光装置における面位置検出動作を示すフローチャートである。面位置検出動作を開始すると、まず、ステップ２１において、静電容量センサ２６を所定位置まで動かす際にウエハ５との接触の恐れがないかどうかを確認する。接触の恐れがないと判定した場合は直接ステップ２２へ進み、接触の恐れがあればステップ２８でウエハ５を所定の位置まで移動させてからステップ２２へ進む。
【００３８】
ステップ２２では、静電容量センサ２６を移動し、測定対象であるウエハ５がセンサ２６の測定可能範囲に入るまで近接させる。次にステップ２３において、ウエハ５が未知の新しい加工が施されたものであるか否かを確認する。この確認は自動認識によることも不可能ではないが、本実施例ではあらかじめ入力端末からユーザによって入力されているデータで確認する。この結果、何の加工も施されていなければ補正値は０とし、既知の加工が施されていれば測定においてそれに対応した既存の誤差補正テーブルを使用することができるので、ステップ２４へ進む。未知の加工が施されていれば、新しく誤差補正テーブルを作成する必要があるので、ステップ２９へ進む。
【００３９】
ステップ２９では、静電容量センサ２６が測定位置にあるか否かを確認する。測定位置にあればステップ３５へ進み、そうでなければステップ３０へ進む。
【００４０】
ステップ３０では、光学式検出系１５および１６による距離測定を行う。光学式検出系１５および１６は加工物表面までの距離を正確に測定できるので、この測定結果を正しい値とする。次に、ステップ３１において、静電容量センサ２６を測定位置へ移動する。次に、ステップ３２において、静電容量センサ２６による距離測定を行う。この測定値は加工物の影響による誤差を含んだ値である。次に、ステップ３３において、光学式検出系１５および１６による距離測定値と静電容量センサ２６による距離測定値との差を誤差情報として、ウエハ５上の測定位置の座標とともに誤差補正テーブルに保存する。次に、ステップ１４において、ウエハ５表面の加工が全面均一ではないので、必要十分な個所の測定が終了したか否かを確認する。終了したのであればステップ２４へ進み、そうでなければステップ３９でウエハ５を次の誤差情報記録点へ移動させてからステップ２９へ戻る。
【００４１】
ステップ３５では、静電容量センサ２６による距離測定を行う。この値は加工物の影響による誤差を含んだ値である。次に、ステップ３６において、静電容量センサ２６を待避させる。次に、ステップ３７において、光学式検出系１５および１６による距離測定を行う。光学式検出系１５および１６は加工物表面までの距離を正確に測定できるので、この測定結果を正しい値とする。次に、ステップ３８において、この測定結果と、ステップ３５における静電容量センサ２６による測定結果との差を誤差情報として、ウエハ５上の測定位置とともに誤差補正テーブルに保存し、ステップ３４へ進む。
【００４２】
ステップ２４では、静電容量センサ２６による測定を行う。次に、ステップ２５において、誤差補正テーブルを用いて誤差補正を行う。次に、ステップ２６において、さらに測定の必要があるか否かを確認する。必要があればステップ２４へ戻る。必要がなければステップ２７ヘ進み、非測定時の静電容量センサ２６とウエハ５との接触の可能性をなくすために静電容量センサ２６を待避させ、面位置検出動作を終了する。
【００４３】
＜デバイス製造方法の実施例＞
次に上記説明した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図５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５１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ５２（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５３（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５４（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５５（組立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５４におい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５６（検査）ではステップ５５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５７）される。
【００４４】
図６は上記ウエハプロセス（ステップ５４）の詳細なフローを示す。ステップ６１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ６２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ６３（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６４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ６５（レジスト処理）ではウエハにレジストを塗布する。ステップ６６（露光）では上記説明した露光装置または露光方法によってマスクの回路パターンをウエハの複数のショット領域に並べて焼付露光する。ステップ６７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ６８（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６９（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、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００４５】
本実施例の製造方法を用いれば、より高精度かつ高いスループットで、ウエハと静電容量センサとが接触することなく、デバイスを製造することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、検出時間の点で有利な面位置検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例に係る露光装置におけるウエハの面位置検出時の動作を示すフローチャートである。
【図２】 本発明の第２の実施例に係る露光装置における面位置検出動作を示すフローチャートである。
【図３】 図１および図２の動作を行う露光装置の構成を示す図である。
【図４】 図３の露光装置において、静電容量センサと光学式検出系によって測定対象面上の同一点を測る際の測定対象の動きを示す図である。
【図５】 本発明の露光装置を利用できるデバイス製造方法を示すフローチャートである。
【図６】 図５中のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
１：照明系、２：レチクル、３：レチクルステージ、４：投影レンズ系、５：ウエハ、６：ウエハチャック、７：ＸＹステージ、８：定盤、９：絞り、１０：駆動装置、１１：レンズ、１２：駆動装置、１３：絞り（瞳）、１４：駆動装置、１５：照明装置、１６：受光装置、２５：光軸、１７：制御装置、１８：反射鏡、１９：レーザ干渉計、２０：駆動装置、２１：遮光板、２２：光電変換素子アレイ、２３：制御装置、２４：主制御装置、２６：静電容量センサ、２７：制御装置、４１：測定対象、４２：静電容量センサ、４３：測定点、４４：光学式検出系の入射光、４５：光学式検出系の反射光、４６：移動方向。

Claims (4)

1. 光照射により基板の表面位置を検出する光学式検出手段と、静電容量により基板の表面位置を検出する静電容量式検出手段と、記憶手段と、制御手段と、を有する面位置検出装置であって、
   前記制御手段は、基板ロットの先頭の１枚または複数枚の基板の表面の各点に対して前記光学式検出手段および前記静電容量式検出手段に表面位置の検出を行わせ、該検出の結果に基づいて、前記静電容量式検出手段により検出された表面位置に対する各点での補正値を前記記憶手段に記憶させ、前記基板ロット内の他の基板の表面の各点に対して、前記静電容量式検出手段に表面位置の検出を行わせ、該検出により得られた表面位置を前記記憶手段に記憶された対応する補正値により補正する、ことを特徴とする面位置検出装置。
2. 前記静電容量式検出手段は、基板の表面に対して垂直な方向に移動可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の面位置検出装置。
3. 基板を露光する露光装置であって、
   前記基板を保持して移動するステージと、
   前記ステージに保持された基板の表面位置を検出する請求項１または２に記載の面位置検出装置と、を有することを特徴とする露光装置。
4. 請求項３に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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