JP4652667B2 - 面位置計測方法及び走査型露光装置 - Google Patents
面位置計測方法及び走査型露光装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面位置計測方法および走査型露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、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、これに伴って投影露光装置で用いている投影レンズ系は、より高ＮＡ化されている。これに伴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いる。ゆえに、良好な回路パターンの転写を可能にする為には、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。
【０００３】
スリット・スキャン方式の露光装置では、被露光領域全体に亙って良好な回路パターンの転写を可能にする為に、レチクルの回路パターン像に対して、転写対象であるウエハ表面の位置と傾きをスキャン動作に同期しながら高精度に検出し、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行って、ウエハ表面を投影光学系の最良結像面に逐次合わせ込む方法が用いられている。
【０００４】
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をセンサ上の位置ずれとして検知する方式のものや、エアーマイクロセンサや静電容量センサなどのギャップセンサを用いる方式のものなどがあり、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、補正するものである。
【０００５】
さらに、上記検出機構においては、高ＮＡ化に伴ってより狭くなった縮小投影レンズ系の許容深度内に確実にウエハの被露光領域(ショット)全体を位置付ける為に、検出点(或は反射点)下の局所的なパターン段差(トポグラフィー)の影響で誤ったウエハ表面(フォーカス設定面)を検出しない様に、各ショット領域内の複数地点に検出点を設定し、検出値と最適フォーカス設定面との差を計測オフセットとして記憶し、厳密に管理する事が行なわれている。
【０００６】
図４は、ウエハ上の被露光領域の交互スキャンを説明したものである。同図では、６つのサンプルショットが配置され、１つのサンプルショット領域に対してそれぞれup側、down側のプリスキャンを行い、これによって最適像面位置への補正量を算出している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
回路パターンの微細化に対応して縮小投影系が高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小さくなってきている。現在、ラフ工程に使用されている露光装置では許容深度が１μｍ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ているが、１ＧＤＲＡＭ対応を考慮した場合、その許容深度は０．３μｍ以下になるため、前記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ない。つまり、ウエハ表面のフォーカス（高さ及び傾き）を計測してそのウエハ面を許容深度内に保持すべくフォーカシングを行なう場合、ウエハ表面は凸凹しており、チップやショット全体を像面に一致させるには予め記憶しているオフセットを正確に反映してオフセット補正しなければ許容深度を保持できない。この場合、各ショットでの露光時のフォーカス計測ポイントとオフセット測定ポイントが一致しなければ正確なオフセット補正が行なわれない。
【０００８】
スリット・スキャン露光方式においてはレチクルステージを戻す時間が無駄になるので、スループットを考慮した交互スキャンが一般的である。しかし、従来の面位置検出方法においてはup／downのスキャン方向毎の厳密な位置がずれることは考慮されておらず、ショット内の例えば中心を基準（オフセット基準面）にして最適像面位置へのフォーカス補正量を算出／管理して露光する方法が行われていた。その為、図６（i）、（ii）のように、基準とする計測ポイントに対応するウエハ面位置がスキャン方向毎に異なると、図６（iii）に示す様に、最適像面位置へのフォーカス補正量にup／downフォーカス差が生じ、方向差としてのデフォーカスが発生する問題となる。
【０００９】
こうした位置ずれの要因としては、ウエハ位置制御系が特定のサンプル間隔でステージ位置とウエハ制御系の制御サイクルの関係において駆動するため、例えば同じウエハステージ駆動プロファイルでウエハステージ制御系の制御サイクルをＴｓ、ウエハステージの移動速度をＶｓとすると、最大で、
Ｔｓ×Ｖｓ
だけ速度に応じて計測位置がばらつくことがあげられる。これをジッタと呼ぶ。
その一例を図５に示す。ショットの開始位置でサンプルクロックをリセットし、開始位置との同期を取った後、矢印方向にスキャンし、各計測ポイントをクロックの立下りで検出すると点５０１を検出したいのに点５０２を検出してしまうように位置ずれが発生する。
【００１０】
こうしたジッタはステージ速度によって変化し、特に最近は高スループット化によってステージ速度が上がっている為、ジッタに起因する位置ずれの度合いが大きくフォーカス精度に与える影響が無視できない。これに対しては、超高速な制御ハードウエアを使用して限りなく制御間隔を小さくし、限りなくジッタの量を０に近づけることでup／downスキャン方向差を無くす方法があるが、コスト上昇を招くだけでなく、スキャン方向差に特化することになって全体システムとしてのバランスを悪くするという欠点がある。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、走査方向による計測値の差を低減した面位置計測方法および走査型露光装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の面位置計測方法は、パターン構造を有する領域が形成された物体を所定の平面に沿う走査方向に往復走査しながら、面位置検出手段により前記平面に垂直な方向における前記領域内の面位置を検出する面位置計測方法であって、前記面位置検出手段に対し、前記物体を第１方向および前記第１方向と逆向きの第２方向に走査し、各方向の走査において、前記領域内の同一箇所に対して前記面位置を検出する検出工程と、前記検出工程において検出された前記面位置に基づき、前記各方向に関して基準面を決定し、検出された前記面位置と前記垂直な方向における前記基準面の位置との差であるオフセット値を、前記同一箇所に対し、前記各方向に関して算出し、前記第１及び第２方向に関して決定された２つの基準面の前記垂直な方向における差に基づき、算出された前記オフセット値を前記第１及び第２方向のうち対応する一方の方向にしたがって補正するための補正値を算出する算出工程と、前記算出工程で得られた前記オフセット値と前記補正値とに基づいて、前記第１および第２方向のうち一方の方向で走査するときの前記面位置検出手段の検出結果を前記第１及び第２方向のうち対応する一方の方向にしたがって補正する補正工程と、を有することを特徴とする。
また本発明の走査型露光装置は、パターン構造を有する被露光領域が形成された基板を所定の平面に沿う走査方向に往復走査しながら、面位置検出手段により前記平面に垂直な方向における前記領域内の面位置を順次検出して露光する走査型露光装置であって、前記面位置検出手段に対し、前記物体を第１方向および前記第１方向と逆向きの第２方向に走査する走査手段と、
各方向の走査において、前記領域内の同一箇所に対して前記面位置を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記面位置に基づき、前記各方向に関して基準面を決定し、検出された前記面位置と前記垂直な方向における前記基準面の位置との差であるオフセット値を、前記同一箇所に対し、前記各方向に関して算出し、前記第１及び第２方向に関して決定された２つの基準面の前記垂直な方向における差に基づき、算出された前記オフセット値を前記第１及び第２方向のうち対応する一方の方向にしたがって補正するための補正値を算出する算出手段と、前記算出手段により得られた前記オフセット値と前記補正値とに基づいて、前記第１および第２方向のうち一方の方向で走査するときの前記面位置検出手段の検出結果を前記第１及び第２方向のうち対応する一方の方向にしたがって補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１は、実施例１に係る面位置検出方法を用いたスリット・スキャン方式の投影露光装置の部分概略図である。
【００１４】
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、その像面は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１で縮小投影され、その焦平面に像を形成する。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４を吸着し固定しているウエハステージである。ウエハステージ５は、Ｘ軸方向とＹ軸方向に各々水平移動可能なＸＹステージと、Ｚ軸方向及びＸ、Ｙ軸の回りに回転可能なレベリングステージと、Ｚ軸の回りに回転可能な回転ステージとにより構成されている。また、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は互いに直交している。
【００１５】
１０〜１９はウエハ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はウエハ４上に投射するスリット状の光を生成する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、本実施例では各光束は紙面垂直方向に３つ重なって合計６光束となっている。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プリズムの斜面とウエハ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されている。
【００１６】
本実施例において、光照射手段１０〜１４からの各光束のウエハ４面への入射角Φ(ウエハ面に立てた垂線即ち光軸となす角)はΦ=７０゜以上である。ウエハ４面上には、図３に示すように先の露光工程で形成された同一パターン構造を有する複数個の領域(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（CL1、CL2、CL3、CR1、CR2、CR3）に入射・結像している。また、これらの６つの測定点がウエハ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各光束を入射させている。このことは、特許第２９１０３２７号公報（特願平３−１５７８２２号）により提案されており、これにより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。
【００１７】
次に、ウエハ４からの反射光束を検出する側１５から１９の各構成について説明する。ミラー１５を介したウエハ４面からの６つの反射光束は、両テレセントリック系の受光光学系１６に導かれる。受光光学系１６内のストッパ絞り１７は６つの各測定点に対して共通に設けられ、ウエハ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。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れる。光電変換手段群１９は、各々の測定点に対応して６個の１次元ＣＣＤラインセンサにより構成されている。１６から１８の受光光学系側は、ウエハ面４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なっているので、各測定点の局所的な傾きは検出面のピンホール像の位置に変化を与えず、各測定点でのＺ方向の高さの変化に対応して検出面上でピンホールの像の位置が変化する。
【００１８】
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。
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)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３のＸ方向及びＹ方向の位置情報は、レチクルステージに固定されたＸＹバーミラー２０へレチクルステージ干渉系２１から複数のレーザビームが照射されることにより常時計測されている。
【００１９】
露光照明光学系６は、エキシマレーザ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・インテグレータ、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４上に投影される。
【００２０】
メイン制御部２７は、レチクル２の照明された矩型領域の部分の像がウエハ４の所定領域に形成されるよう、スキャンに応じて全系をコントロールする役目をしている。ウエハ４に対してはＸＹ面内の位置、即ちＸＹ座標とＺ軸に平行な軸の回りの回転Θ、Ｚ方向の位置、即ちＺ座標とＸ，Ｙ各軸に平行な軸の回りの回転α，βについての制御が行なわれる。
【００２１】
レチクル２とウエハ４のＸＹ面内での位置合わせは、レチクルステージ干渉計２１とウエハステージ干渉計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の位置データと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。
【００２２】
レチクルステージ３を矢印３aの方向にスキャンする場合、ウエハステージ５は矢印５aの方向に投影レンズ１の縮小倍率分だけ補正されたスピードでスキャンされる。レチクルステージ３のスキャンスピードは、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方向の幅とウエハ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。
【００２３】
レチクル２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ステージ５内のレベリングステージへの制御をウエハ位置制御系２５を介して行なっている。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。 ウエハ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)及び傾き(α,β)のずれを検出するためにはウエハ４の表面を正確に計測しなければならない。前記目的に対して光学方式の検出系を用いた場合、パターン段差（トポグラフィー）及びパターン段差に起因する検出誤差が生じてしまうが、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ことが特開平９−０４５６０８号公報で提案されている。
【００２４】
図７は、本発明を用いた補正シーケンスの例である。step101でスタート指令を受け、step102でウエハをステージ上に搬入し、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、例えば図３に斜線で示す様な６つのサンプルショット領域において、１ショットごとにプリスキャン測定を行い、その結果をメモリに保持する。step103ではup側のプリスキャン測定を行ない、step104ではstep103のupスキャンと同一領域においてdown側のプリスキャン測定を行なう。このstep103、step104の動作を全サンプルショット（ここでは６ショット）分繰り返す。サンプルショット領域においては、複数回プリスキャン測定を行ってもよい。
【００２５】
その後、step106で、以下のように最適像面位置へのオフセット補正値を算出する。
図１の装置では、各検出ポイントの表面状態の相違によるフォーカス計測値の相違を補正するためのオフセット値を求めるために、step103、step104でメモリに記憶された面位置検出値（面位置データ）を用い、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スキャン露光中の面位置データ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）を算出する。
【００２６】
図６は、基準とする計測ポイントにおいて、up／downスキャン計測を行った際にジッタの影響でup／downフォーカス差が発生した場合の関係を説明したものである。
【００２７】
図６（i）はup側、（ii）はdown側を各々表しており、Ａ′、Ｂ′はスキャン方向毎のフォーカス計測領域を、Ａ、ＢはＡ′、Ｂ′の計測結果から求まったスキャン方向毎のオフセット基準面を表している。図６（iii）はオフセット基準面のup／downフォーカス差の補正方法を説明したものであり、例えばＡの方がＢよりもＺ軸方向の位置が高いときに、Ａ−Ｂ＝Ｘ（Ｘはup／downフォーカス差）とし、オフセット基準面のup／downフォーカス差をa ：ｂ（ａ，ｂ＞０）の比に振り分けオフセット管理する。すなわち、補正されたオフセット基準面は、Ａ−Ｘ・ａ／（ａ＋ｂ）＝Ｂ＋Ｘ・ｂ／（ａ＋ｂ）となる。
【００２８】
このように、オフセット基準面のup／downフォーカス差を任意の割合でオフセット管理することにより、最適像面位置へのフォーカス補正量にup／downフォーカス差が生じることなく良好な補正ができる。ここで、Ａ、Ｂどちらかを基準にオフセット管理してもよく、その場合もフォーカス方向差は生じない。
【００２９】
補正値の算出が完了するとstep107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。
【００３０】
ここで、step103〜step106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）とスキャン速度に依存する。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、パターン構造とスキャン速度が同一と考えられるので、最初の少なくとも一枚で求めた補正値を、以後のウエハに適用することが可能である。
【００３１】
ここで挙げた例は１つの例であり、step103〜step105のプリスキャン測定では、図３に斜線で示すような６つのサンプルショット領域において、全サンプルショットのupスキャンを先に行ってから全サンプルショットのdownスキャンを行うことも可能である。なお、サンプルショットの個数は６個に限るものではなく、任意の個数とることができる。また、本実施例では単ショットごとに面位置検出を行っているが、複数ショットごとに面位置検出を行ってもよい。
【００３２】
［実施例２］
また前述の方法において、up／downオフセット量をショット間で比較して、up／downフォーカス差に局所的異常が見られた場合、そのポイント或いはショットについてはプロセス要因、或いはチャック要因でのウエハ平面度の欠陥などの影響が考えられるので、オフセットの計算に使用しないことでオフセットの精度向上が期待できる。
【００３３】
その場合の実施例の概略を図８のフローチャートを用いて説明する。同図において、step201でスタート指令を受け、step202でウエハをステージ上に搬入して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、例えば図３に斜線で示す様な６つのサンプルショット領域において１ショットごとに、プリスキャン測定を行ない、その結果をメモリに保持する。step203ではup側のプリスキャン測定を行ない、、step204ではstep203のup側のスキャンと同一領域においてdown側のプリスキャン測定を行なう。このstep203、step204の動作を全サンプルショット（ここでは６ショット）分繰り返す。
【００３４】
その後、step205で最後のサンプルショットか否かを判定し、最後のサンプルショットの場合（Yes）はstep206で、up／downスキャンで測定されメモリに記憶された各面位置検出値（面位置データ）を用いてup／downフォーカス差を算出する。また、step205の判定の結果、最後のサンプルショットではなかった場合（No）は、step203へ戻る。
【００３５】
ｓｔｅｐ２０７でｕｐ／ｄｏｗｎフォーカス差（相対量）が所定の量を超えていない場合（Ｎｏ）は、ｓｔｅｐ２０８に移り、実施例１の計算方法を用いて最適像面位置へのオフセット補正値の算出をする。尚、前記所定の量とは、全サンプルショットから求まる平均値に対してレチクルデザインから想定される値等が考えられる。
【００３６】
step207でup／downフォーカス差が所定の量を超えている場合（Yes）は、プロセス要因或いはチャック要因でのウエハ平面度の欠陥等の影響と判断し、step211でエラーポイントを除いたup／downスキャン計測データから実施例１の計算方法を用いて、最適像面位置へのオフセット補正値を算出する。step208またはstep211で補正値の算出が完了すると、step209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。なお、step210はチャックからウエハを吸着解除し、ウエハを搬出する工程、step212は終了工程である。
【００３７】
以上述べたように、上記の実施例１及び２によれば、スキャン方向毎に位置ずれがあっても同一ポイントにおける計測オフセットの算出過程でフォーカス方向差を生じないので、スキャン方向に応じて発生する位置ずれ量（ジッタ）を考慮しなくても被露光領域の凸凹状態を高精度に補正できる。
【００３８】
従って、スリット・スキャン露光装置などでＤＯＦ（depth of focus）に左右されることなく計測オフセット設定面の補正を行ない、被露光領域を確実に位置付けることができる。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。
【００３９】
更に、up／downフォーカス差が所定の量を超えたポイント或いはショットは、プロセス要因でのウエハ平面度の欠陥等の影響が考えられ、その値をオフセットの計算に使用しないことによってオフセットの精度向上が可能となる。
【００４０】
【実施態様】
本発明の実施態様の例について、以下列挙する。
［実施態様１］ 面位置検出手段に対し、パターン構造を有する領域が形成された物体を相対走査して、該領域内の複数の検出ポイントの面位置を該面位置検出手段で測定する方法であって、前記面位置検出手段に対して前記物体を第１方向とその逆方向との双方向に交互に相対走査し、走査方向毎に計測値を保持する段階と、前記保持された計測値から前記検出ポイント間における各検出ポイント毎の計測偏差を算出する面位置算出段階と、前記面位置検出手段で前記領域内の前記検出ポイントの面位置を検出する際、前記検出ポイント毎に前記計測偏差で検出結果を補正する段階とを有する、面位置計測方法。
【００４１】
［実施態様２］ 前記計測偏差は前記検出ポイント間のパターン構造の違いにより生じるものであり、前記計測偏差を管理する面位置管理段階をさらに有する、実施態様１に記載の面位置計測方法。
【００４２】
［実施態様３］ 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方法であって、前記物体を交互に相対走査して走査方向毎に計測値を保持する段階と、保持された計測値の各検出ポイントにおける相対量が規定の量を超えた場合にエラーと判定するエラー判定段階と、エラーと判定された計測値を除く前記保持された計測値から前記複数の計測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計測偏差を算出する面位置算出段階と、前記算出された各検出ポイント毎の計測偏差を管理する面位置管理段階と、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計測偏差で検出結果を補正する段階とを具備する、面位置計測方法。
【００４３】
［実施態様４］ 前記面位置算出段階は、前記走査方向ごとの保持データから、前記複数のパターン構造を有する領域内の同一箇所に着目して算出する、実施態様１〜３のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００４４】
［実施態様５］ 前記面位置管理段階は、前記走査方向ごとの保持データから、前記複数のパターン構造を有する領域内の同一箇所に着目して算出された各検出ポイント毎の計測偏差を管理する、実施態様１〜４のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００４５】
［実施態様６］ 前記面位置算出段階は、前記走査方向ごとの保持データから、前記複数のパターン構造を有する領域毎に算出する、実施態様１〜５のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００４６】
［実施態様７］ 前記面位置管理段階は、前記走査方向ごとの保持データから、前記複数のパターン構造を有する領域毎に算出された各検出ポイント毎の計測偏差を管理する、実施態様１〜６のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００４７】
［実施態様８］ 前記面位置算出段階は、前記面位置検出手段に対して前記物体を交互に相対走査する際、各スキャン方向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計測偏差を所定の割合に振り分けて算出する、実施態様１〜７のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００４８】
［実施態様９］ 前記面位置管理段階は、前記面位置検出手段に対して前記物体を交互に相対走査する際、各スキャン方向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計測偏差を所定の割合に振り分けて管理する、実施態様１〜８のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００４９】
［実施態様１０］ 前記エラー判定段階は、前記複数のパターン構造を有する領域内の同一箇所の保持データを比較して判定する、実施態様３〜９のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００５０】
［実施態様１１］ 前記エラー判定段階は、前記複数のパターン構造を有する領域内の領域ごとの保持データを比較して判定する、実施態様３〜１０のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００５１】
［実施態様１２］ パターン構造を有する被露光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、前記領域内の単数または複数の検出ポイントの面位置を該面位置検出手段で順次検出して露光する走査型露光装置であって、前記面位置検出手段に対して前記物体を交互に相対走査し、走査方向毎に計測値を保持する手段と、前記保持された計測値から前記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計測偏差を算出する面位置算出手段と、前記算出された各検出ポイント毎の計測偏差を管理する面位置管理手段と、前記面位置検出手段で前記領域内の前記検出ポイントの面位置を検出する際、前記検出ポイント毎に該検出ポイントに対応した前記計測偏差で検出結果を補正する手段とを有する、走査型露光装置。
【００５２】
［実施態様１３］ パターン構造を有する被露光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順次検出して露光する走査型露光装置であって、前記物体を交互に相対走査して走査方向毎に計測値を保持する手段と、保持された計測値の各検出ポイントにおける相対量が規定の量を超えた場合にエラーと判定するエラー判定手段と、エラーと判定された計測値を除く前記保持された計測値から前記複数の計測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計測偏差を算出する面位置算出手段と、前記算出された各検出ポイント毎の計測偏差を管理する面位置管理手段と、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計測偏差で検出結果を補正する手段とを具備する、走査型露光装置。
【００５３】
［実施態様１４］ 前記エラー判定段階は、前記複数のパターン構造を有する領域内の同一箇所の保持データを比較して判定する、実施態様１３に記載の走査型露光装置。
【００５４】
［実施態様１５］ 前記エラー判定段階は、前記複数のパターン構造を有する領域内の領域ごとの保持データを比較して判定する、実施態様１３に記載の走査型露光装置。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、走査方向による計測値の差を低減した面位置計測方法および走査型露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係る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】 ウエハ上の被露光領域のサンプルショットを交互スキャンする説明図。
【図５】 ウエハ上の被露光領域の計測ポイントの位置ずれの説明図。
【図６】 本発明の面位置検出方法を用いたスキャン方向毎のフォーカス基準点の位置の関係を示す説明図。
【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概略例を示すフローチャート図。
【図８】 交互スキャンによりウエハ平面度の欠陥があった場合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。
【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，５：ウエハステージ，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：ウエハステージ干渉計，２５：ウエハ位置制御系，２６：面位置検出系，２７：メイン制御部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、面位置計測方法および走査型露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、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、これに伴って投影露光装置で用いている投影レンズ系は、より高ＮＡ化されている。これに伴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いる。ゆえに、良好な回路パターンの転写を可能にする為には、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。
【０００３】
スリット・スキャン方式の露光装置では、被露光領域全体に亙って良好な回路パターンの転写を可能にする為に、レチクルの回路パターン像に対して、転写対象であるウエハ表面の位置と傾きをスキャン動作に同期しながら高精度に検出し、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行って、ウエハ表面を投影光学系の最良結像面に逐次合わせ込む方法が用いられている。
【０００４】
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をセンサ上の位置ずれとして検知する方式のものや、エアーマイクロセンサや静電容量センサなどのギャップセンサを用いる方式のものなどがあり、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、補正するものである。
【０００５】
さらに、上記検出機構においては、高ＮＡ化に伴ってより狭くなった縮小投影レンズ系の許容深度内に確実にウエハの被露光領域(ショット)全体を位置付ける為に、検出点(或は反射点)下の局所的なパターン段差(トポグラフィー)の影響で誤ったウエハ表面(フォーカス設定面)を検出しない様に、各ショット領域内の複数地点に検出点を設定し、検出値と最適フォーカス設定面との差を計測オフセットとして記憶し、厳密に管理する事が行なわれている。
【０００６】
図４は、ウエハ上の被露光領域の交互スキャンを説明したものである。同図では、６つのサンプルショットが配置され、１つのサンプルショット領域に対してそれぞれup側、down側のプリスキャンを行い、これによって最適像面位置への補正量を算出している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
回路パターンの微細化に対応して縮小投影系が高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小さくなってきている。現在、ラフ工程に使用されている露光装置では許容深度が１μｍ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ているが、１ＧＤＲＡＭ対応を考慮した場合、その許容深度は０．３μｍ以下になるため、前記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ない。つまり、ウエハ表面のフォーカス（高さ及び傾き）を計測してそのウエハ面を許容深度内に保持すべくフォーカシングを行なう場合、ウエハ表面は凸凹しており、チップやショット全体を像面に一致させるには予め記憶しているオフセットを正確に反映してオフセット補正しなければ許容深度を保持できない。この場合、各ショットでの露光時のフォーカス計測ポイントとオフセット測定ポイントが一致しなければ正確なオフセット補正が行なわれない。
【０００８】
スリット・スキャン露光方式においてはレチクルステージを戻す時間が無駄になるので、スループットを考慮した交互スキャンが一般的である。しかし、従来の面位置検出方法においてはup／downのスキャン方向毎の厳密な位置がずれることは考慮されておらず、ショット内の例えば中心を基準（オフセット基準面）にして最適像面位置へのフォーカス補正量を算出／管理して露光する方法が行われていた。その為、図６（i）、（ii）のように、基準とする計測ポイントに対応するウエハ面位置がスキャン方向毎に異なると、図６（iii）に示す様に、最適像面位置へのフォーカス補正量にup／downフォーカス差が生じ、方向差としてのデフォーカスが発生する問題となる。
【０００９】
こうした位置ずれの要因としては、ウエハ位置制御系が特定のサンプル間隔でステージ位置とウエハ制御系の制御サイクルの関係において駆動するため、例えば同じウエハステージ駆動プロファイルでウエハステージ制御系の制御サイクルをＴｓ、ウエハステージの移動速度をＶｓとすると、最大で、
Ｔｓ×Ｖｓ
だけ速度に応じて計測位置がばらつくことがあげられる。これをジッタと呼ぶ。
その一例を図５に示す。ショットの開始位置でサンプルクロックをリセットし、開始位置との同期を取った後、矢印方向にスキャンし、各計測ポイントをクロックの立下りで検出すると点５０１を検出したいのに点５０２を検出してしまうように位置ずれが発生する。
【００１０】
こうしたジッタはステージ速度によって変化し、特に最近は高スループット化によってステージ速度が上がっている為、ジッタに起因する位置ずれの度合いが大きくフォーカス精度に与える影響が無視できない。これに対しては、超高速な制御ハードウエアを使用して限りなく制御間隔を小さくし、限りなくジッタの量を０に近づけることでup／downスキャン方向差を無くす方法があるが、コスト上昇を招くだけでなく、スキャン方向差に特化することになって全体システムとしてのバランスを悪くするという欠点がある。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、走査方向による計測値の差を低減した面位置計測方法および走査型露光装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の面位置計測方法は、パターン構造を有する領域が形成された物体を所定の平面に沿う走査方向に往復走査しながら、面位置検出手段により前記平面に垂直な方向における前記領域内の面位置を検出する面位置計測方法であって、前記面位置検出手段に対し、前記物体を第１方向および前記第１方向と逆向きの第２方向に走査し、各方向の走査において、前記領域内の同一箇所に対して前記面位置を検出する検出工程と、前記検出工程において検出された前記面位置に基づき、前記各方向に関して基準面を決定し、検出された前記面位置と前記垂直な方向における前記基準面の位置との差であるオフセット値を、前記同一箇所に対し、前記各方向に関して算出し、前記第１及び第２方向に関して決定された２つの基準面の前記垂直な方向における差に基づき、算出された前記オフセット値を前記第１及び第２方向のうち対応する一方の方向にしたがって補正するための補正値を算出する算出工程と、前記算出工程で得られた前記オフセット値と前記補正値とに基づいて、前記第１および第２方向のうち一方の方向で走査するときの前記面位置検出手段の検出結果を前記第１及び第２方向のうち対応する一方の方向にしたがって補正する補正工程と、を有することを特徴とする。
また本発明の走査型露光装置は、パターン構造を有する被露光領域が形成された基板を所定の平面に沿う走査方向に往復走査しながら、面位置検出手段により前記平面に垂直な方向における前記領域内の面位置を順次検出して露光する走査型露光装置であって、前記面位置検出手段に対し、前記物体を第１方向および前記第１方向と逆向きの第２方向に走査する走査手段と、
各方向の走査において、前記領域内の同一箇所に対して前記面位置を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記面位置に基づき、前記各方向に関して基準面を決定し、検出された前記面位置と前記垂直な方向における前記基準面の位置との差であるオフセット値を、前記同一箇所に対し、前記各方向に関して算出し、前記第１及び第２方向に関して決定された２つの基準面の前記垂直な方向における差に基づき、算出された前記オフセット値を前記第１及び第２方向のうち対応する一方の方向にしたがって補正するための補正値を算出する算出手段と、前記算出手段により得られた前記オフセット値と前記補正値とに基づいて、前記第１および第２方向のうち一方の方向で走査するときの前記面位置検出手段の検出結果を前記第１及び第２方向のうち対応する一方の方向にしたがって補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１は、実施例１に係る面位置検出方法を用いたスリット・スキャン方式の投影露光装置の部分概略図である。
【００１４】
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、その像面は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１で縮小投影され、その焦平面に像を形成する。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４を吸着し固定しているウエハステージである。ウエハステージ５は、Ｘ軸方向とＹ軸方向に各々水平移動可能なＸＹステージと、Ｚ軸方向及びＸ、Ｙ軸の回りに回転可能なレベリングステージと、Ｚ軸の回りに回転可能な回転ステージとにより構成されている。また、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は互いに直交している。
【００１５】
１０〜１９はウエハ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はウエハ４上に投射するスリット状の光を生成する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、本実施例では各光束は紙面垂直方向に３つ重なって合計６光束となっている。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プリズムの斜面とウエハ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されている。
【００１６】
本実施例において、光照射手段１０〜１４からの各光束のウエハ４面への入射角Φ(ウエハ面に立てた垂線即ち光軸となす角)はΦ=７０゜以上である。ウエハ４面上には、図３に示すように先の露光工程で形成された同一パターン構造を有する複数個の領域(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（CL1、CL2、CL3、CR1、CR2、CR3）に入射・結像している。また、これらの６つの測定点がウエハ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各光束を入射させている。このことは、特許第２９１０３２７号公報（特願平３−１５７８２２号）により提案されており、これにより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。
【００１７】
次に、ウエハ４からの反射光束を検出する側１５から１９の各構成について説明する。ミラー１５を介したウエハ４面からの６つの反射光束は、両テレセントリック系の受光光学系１６に導かれる。受光光学系１６内のストッパ絞り１７は６つの各測定点に対して共通に設けられ、ウエハ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。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れる。光電変換手段群１９は、各々の測定点に対応して６個の１次元ＣＣＤラインセンサにより構成されている。１６から１８の受光光学系側は、ウエハ面４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なっているので、各測定点の局所的な傾きは検出面のピンホール像の位置に変化を与えず、各測定点でのＺ方向の高さの変化に対応して検出面上でピンホールの像の位置が変化する。
【００１８】
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。
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)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３のＸ方向及びＹ方向の位置情報は、レチクルステージに固定されたＸＹバーミラー２０へレチクルステージ干渉系２１から複数のレーザビームが照射されることにより常時計測されている。
【００１９】
露光照明光学系６は、エキシマレーザ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・インテグレータ、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４上に投影される。
【００２０】
メイン制御部２７は、レチクル２の照明された矩型領域の部分の像がウエハ４の所定領域に形成されるよう、スキャンに応じて全系をコントロールする役目をしている。ウエハ４に対してはＸＹ面内の位置、即ちＸＹ座標とＺ軸に平行な軸の回りの回転Θ、Ｚ方向の位置、即ちＺ座標とＸ，Ｙ各軸に平行な軸の回りの回転α，βについての制御が行なわれる。
【００２１】
レチクル２とウエハ４のＸＹ面内での位置合わせは、レチクルステージ干渉計２１とウエハステージ干渉計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の位置データと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。
【００２２】
レチクルステージ３を矢印３aの方向にスキャンする場合、ウエハステージ５は矢印５aの方向に投影レンズ１の縮小倍率分だけ補正されたスピードでスキャンされる。レチクルステージ３のスキャンスピードは、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方向の幅とウエハ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。
【００２３】
レチクル２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ステージ５内のレベリングステージへの制御をウエハ位置制御系２５を介して行なっている。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。 ウエハ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)及び傾き(α,β)のずれを検出するためにはウエハ４の表面を正確に計測しなければならない。前記目的に対して光学方式の検出系を用いた場合、パターン段差（トポグラフィー）及びパターン段差に起因する検出誤差が生じてしまうが、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ことが特開平９−０４５６０８号公報で提案されている。
【００２４】
図７は、本発明を用いた補正シーケンスの例である。step101でスタート指令を受け、step102でウエハをステージ上に搬入し、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、例えば図３に斜線で示す様な６つのサンプルショット領域において、１ショットごとにプリスキャン測定を行い、その結果をメモリに保持する。step103ではup側のプリスキャン測定を行ない、step104ではstep103のupスキャンと同一領域においてdown側のプリスキャン測定を行なう。このstep103、step104の動作を全サンプルショット（ここでは６ショット）分繰り返す。サンプルショット領域においては、複数回プリスキャン測定を行ってもよい。
【００２５】
その後、step106で、以下のように最適像面位置へのオフセット補正値を算出する。
図１の装置では、各検出ポイントの表面状態の相違によるフォーカス計測値の相違を補正するためのオフセット値を求めるために、step103、step104でメモリに記憶された面位置検出値（面位置データ）を用い、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スキャン露光中の面位置データ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）を算出する。
【００２６】
図６は、基準とする計測ポイントにおいて、up／downスキャン計測を行った際にジッタの影響でup／downフォーカス差が発生した場合の関係を説明したものである。
【００２７】
図６（i）はup側、（ii）はdown側を各々表しており、Ａ′、Ｂ′はスキャン方向毎のフォーカス計測領域を、Ａ、ＢはＡ′、Ｂ′の計測結果から求まったスキャン方向毎のオフセット基準面を表している。図６（iii）はオフセット基準面のup／downフォーカス差の補正方法を説明したものであり、例えばＡの方がＢよりもＺ軸方向の位置が高いときに、Ａ−Ｂ＝Ｘ（Ｘはup／downフォーカス差）とし、オフセット基準面のup／downフォーカス差をa ：ｂ（ａ，ｂ＞０）の比に振り分けオフセット管理する。すなわち、補正されたオフセット基準面は、Ａ−Ｘ・ａ／（ａ＋ｂ）＝Ｂ＋Ｘ・ｂ／（ａ＋ｂ）となる。
【００２８】
このように、オフセット基準面のup／downフォーカス差を任意の割合でオフセット管理することにより、最適像面位置へのフォーカス補正量にup／downフォーカス差が生じることなく良好な補正ができる。ここで、Ａ、Ｂどちらかを基準にオフセット管理してもよく、その場合もフォーカス方向差は生じない。
【００２９】
補正値の算出が完了するとstep107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。
【００３０】
ここで、step103〜step106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）とスキャン速度に依存する。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、パターン構造とスキャン速度が同一と考えられるので、最初の少なくとも一枚で求めた補正値を、以後のウエハに適用することが可能である。
【００３１】
ここで挙げた例は１つの例であり、step103〜step105のプリスキャン測定では、図３に斜線で示すような６つのサンプルショット領域において、全サンプルショットのupスキャンを先に行ってから全サンプルショットのdownスキャンを行うことも可能である。なお、サンプルショットの個数は６個に限るものではなく、任意の個数とることができる。また、本実施例では単ショットごとに面位置検出を行っているが、複数ショットごとに面位置検出を行ってもよい。
【００３２】
［実施例２］
また前述の方法において、up／downオフセット量をショット間で比較して、up／downフォーカス差に局所的異常が見られた場合、そのポイント或いはショットについてはプロセス要因、或いはチャック要因でのウエハ平面度の欠陥などの影響が考えられるので、オフセットの計算に使用しないことでオフセットの精度向上が期待できる。
【００３３】
その場合の実施例の概略を図８のフローチャートを用いて説明する。同図において、step201でスタート指令を受け、step202でウエハをステージ上に搬入して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、例えば図３に斜線で示す様な６つのサンプルショット領域において１ショットごとに、プリスキャン測定を行ない、その結果をメモリに保持する。step203ではup側のプリスキャン測定を行ない、、step204ではstep203のup側のスキャンと同一領域においてdown側のプリスキャン測定を行なう。このstep203、step204の動作を全サンプルショット（ここでは６ショット）分繰り返す。
【００３４】
その後、step205で最後のサンプルショットか否かを判定し、最後のサンプルショットの場合（Yes）はstep206で、up／downスキャンで測定されメモリに記憶された各面位置検出値（面位置データ）を用いてup／downフォーカス差を算出する。また、step205の判定の結果、最後のサンプルショットではなかった場合（No）は、step203へ戻る。
【００３５】
ｓｔｅｐ２０７でｕｐ／ｄｏｗｎフォーカス差（相対量）が所定の量を超えていない場合（Ｎｏ）は、ｓｔｅｐ２０８に移り、実施例１の計算方法を用いて最適像面位置へのオフセット補正値の算出をする。尚、前記所定の量とは、全サンプルショットから求まる平均値に対してレチクルデザインから想定される値等が考えられる。
【００３６】
step207でup／downフォーカス差が所定の量を超えている場合（Yes）は、プロセス要因或いはチャック要因でのウエハ平面度の欠陥等の影響と判断し、step211でエラーポイントを除いたup／downスキャン計測データから実施例１の計算方法を用いて、最適像面位置へのオフセット補正値を算出する。step208またはstep211で補正値の算出が完了すると、step209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。なお、step210はチャックからウエハを吸着解除し、ウエハを搬出する工程、step212は終了工程である。
【００３７】
以上述べたように、上記の実施例１及び２によれば、スキャン方向毎に位置ずれがあっても同一ポイントにおける計測オフセットの算出過程でフォーカス方向差を生じないので、スキャン方向に応じて発生する位置ずれ量（ジッタ）を考慮しなくても被露光領域の凸凹状態を高精度に補正できる。
【００３８】
従って、スリット・スキャン露光装置などでＤＯＦ（depth of focus）に左右されることなく計測オフセット設定面の補正を行ない、被露光領域を確実に位置付けることができる。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。
【００３９】
更に、up／downフォーカス差が所定の量を超えたポイント或いはショットは、プロセス要因でのウエハ平面度の欠陥等の影響が考えられ、その値をオフセットの計算に使用しないことによってオフセットの精度向上が可能となる。
【００４０】
【実施態様】
本発明の実施態様の例について、以下列挙する。
［実施態様１］ 面位置検出手段に対し、パターン構造を有する領域が形成された物体を相対走査して、該領域内の複数の検出ポイントの面位置を該面位置検出手段で測定する方法であって、前記面位置検出手段に対して前記物体を第１方向とその逆方向との双方向に交互に相対走査し、走査方向毎に計測値を保持する段階と、前記保持された計測値から前記検出ポイント間における各検出ポイント毎の計測偏差を算出する面位置算出段階と、前記面位置検出手段で前記領域内の前記検出ポイントの面位置を検出する際、前記検出ポイント毎に前記計測偏差で検出結果を補正する段階とを有する、面位置計測方法。
【００４１】
［実施態様２］ 前記計測偏差は前記検出ポイント間のパターン構造の違いにより生じるものであり、前記計測偏差を管理する面位置管理段階をさらに有する、実施態様１に記載の面位置計測方法。
【００４２】
［実施態様３］ 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方法であって、前記物体を交互に相対走査して走査方向毎に計測値を保持する段階と、保持された計測値の各検出ポイントにおける相対量が規定の量を超えた場合にエラーと判定するエラー判定段階と、エラーと判定された計測値を除く前記保持された計測値から前記複数の計測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計測偏差を算出する面位置算出段階と、前記算出された各検出ポイント毎の計測偏差を管理する面位置管理段階と、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計測偏差で検出結果を補正する段階とを具備する、面位置計測方法。
【００４３】
［実施態様４］ 前記面位置算出段階は、前記走査方向ごとの保持データから、前記複数のパターン構造を有する領域内の同一箇所に着目して算出する、実施態様１〜３のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００４４】
［実施態様５］ 前記面位置管理段階は、前記走査方向ごとの保持データから、前記複数のパターン構造を有する領域内の同一箇所に着目して算出された各検出ポイント毎の計測偏差を管理する、実施態様１〜４のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００４５】
［実施態様６］ 前記面位置算出段階は、前記走査方向ごとの保持データから、前記複数のパターン構造を有する領域毎に算出する、実施態様１〜５のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００４６】
［実施態様７］ 前記面位置管理段階は、前記走査方向ごとの保持データから、前記複数のパターン構造を有する領域毎に算出された各検出ポイント毎の計測偏差を管理する、実施態様１〜６のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００４７】
［実施態様８］ 前記面位置算出段階は、前記面位置検出手段に対して前記物体を交互に相対走査する際、各スキャン方向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計測偏差を所定の割合に振り分けて算出する、実施態様１〜７のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００４８】
［実施態様９］ 前記面位置管理段階は、前記面位置検出手段に対して前記物体を交互に相対走査する際、各スキャン方向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計測偏差を所定の割合に振り分けて管理する、実施態様１〜８のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００４９】
［実施態様１０］ 前記エラー判定段階は、前記複数のパターン構造を有する領域内の同一箇所の保持データを比較して判定する、実施態様３〜９のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００５０】
［実施態様１１］ 前記エラー判定段階は、前記複数のパターン構造を有する領域内の領域ごとの保持データを比較して判定する、実施態様３〜１０のいずれかに記載の面位置計測方法。
【００５１】
［実施態様１２］ パターン構造を有する被露光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、前記領域内の単数または複数の検出ポイントの面位置を該面位置検出手段で順次検出して露光する走査型露光装置であって、前記面位置検出手段に対して前記物体を交互に相対走査し、走査方向毎に計測値を保持する手段と、前記保持された計測値から前記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計測偏差を算出する面位置算出手段と、前記算出された各検出ポイント毎の計測偏差を管理する面位置管理手段と、前記面位置検出手段で前記領域内の前記検出ポイントの面位置を検出する際、前記検出ポイント毎に該検出ポイントに対応した前記計測偏差で検出結果を補正する手段とを有する、走査型露光装置。
【００５２】
［実施態様１３］ パターン構造を有する被露光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順次検出して露光する走査型露光装置であって、前記物体を交互に相対走査して走査方向毎に計測値を保持する手段と、保持された計測値の各検出ポイントにおける相対量が規定の量を超えた場合にエラーと判定するエラー判定手段と、エラーと判定された計測値を除く前記保持された計測値から前記複数の計測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計測偏差を算出する面位置算出手段と、前記算出された各検出ポイント毎の計測偏差を管理する面位置管理手段と、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計測偏差で検出結果を補正する手段とを具備する、走査型露光装置。
【００５３】
［実施態様１４］ 前記エラー判定段階は、前記複数のパターン構造を有する領域内の同一箇所の保持データを比較して判定する、実施態様１３に記載の走査型露光装置。
【００５４】
［実施態様１５］ 前記エラー判定段階は、前記複数のパターン構造を有する領域内の領域ごとの保持データを比較して判定する、実施態様１３に記載の走査型露光装置。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、走査方向による計測値の差を低減した面位置計測方法および走査型露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係る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】 ウエハ上の被露光領域のサンプルショットを交互スキャンする説明図。
【図５】 ウエハ上の被露光領域の計測ポイントの位置ずれの説明図。
【図６】 本発明の面位置検出方法を用いたスキャン方向毎のフォーカス基準点の位置の関係を示す説明図。
【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概略例を示すフローチャート図。
【図８】 交互スキャンによりウエハ平面度の欠陥があった場合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。
【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，５：ウエハステージ，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：ウエハステージ干渉計，２５：ウエハ位置制御系，２６：面位置検出系，２７：メイン制御部。
Claims (6)
- パターン構造を有する領域が形成された物体を所定の平面に沿う走査方向に往復走査しながら、面位置検出手段により前記平面に垂直な方向における前記領域内の面位置を検出する面位置計測方法であって、
前記面位置検出手段に対し、前記物体を第１方向および前記第１方向と逆向きの第２方向に走査し、各方向の走査において、前記領域内の同一箇所に対して前記面位置を検出する検出工程と、
前記検出工程において検出された前記面位置に基づき、前記各方向に関して基準面を決定し、検出された前記面位置と前記垂直な方向における前記基準面の位置との差であるオフセット値を、前記同一箇所に対し、前記各方向に関して算出し、前記第１及び第２方向に関して決定された２つの基準面の前記垂直な方向における差に基づき、算出された前記オフセット値を前記第１及び第２方向のうち対応する一方の方向にしたがって補正するための補正値を算出する算出工程と、
前記算出工程で得られた前記オフセット値と前記補正値とに基づいて、前記第１および第２方向のうち一方の方向で走査するときの前記面位置検出手段の検出結果を前記第１及び第２方向のうち対応する一方の方向にしたがって補正する補正工程と、
を有することを特徴とする面位置計測方法。 - 前記検出工程は複数の検出箇所で実行され、
前記検出工程において各検出箇所に対する各方向の検出結果の相対量が所定量を超えたかどうかを判定する判定工程をさらに備え、
前記算出工程において、前記判定工程で前記相対量が所定量を超えた検出箇所に対する検出結果を除いて前記補正値を算出することを特徴とする請求項１に記載の面位置計測方法。 - 前記検出工程において、複数のサンプル領域のそれぞれに関して前記面位置が検出されることを特徴とする請求項１または２に記載の面位置計測方法。
- 前記算出工程において、前記２つの基準面を所定の比にもとづいて重み付け平均して、前記補正値を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の面位置計測方法。
- パターン構造を有する被露光領域が形成された基板を所定の平面に沿う走査方向に往復走査しながら、面位置検出手段により前記平面に垂直な方向における前記領域内の面位置を順次検出して露光する走査型露光装置であって、
前記面位置検出手段に対し、前記物体を第１方向および前記第１方向と逆向きの第２方向に走査する走査手段と、
各方向の走査において、前記領域内の同一箇所に対して前記面位置を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記面位置に基づき、前記各方向に関して基準面を決定し、検出された前記面位置と前記垂直な方向における前記基準面の位置との差であるオフセット値を、前記同一箇所に対し、前記各方向に関して算出し、前記第１及び第２方向に関して決定された２つの基準面の前記垂直な方向における差に基づき、算出された前記オフセット値を前記第１及び第２方向のうち対応する一方の方向にしたがって補正するための補正値を算出する算出手段と、
前記算出手段により得られた前記オフセット値と前記補正値とに基づいて、前記第１および第２方向のうち一方の方向で走査するときの前記面位置検出手段の検出結果を前記第１及び第２方向のうち対応する一方の方向にしたがって補正する補正手段と、を有することを特徴とする走査型露光装置。 - 前記検出手段は複数の検出箇所で検出を実行し、
各検出箇所に対する各走査方向の検出結果の相対量が所定量を超えたかどうかを判定する判定手段をさらに備え、
前記算出手段は、前記相対量が所定量を超えたと前記判定手段が判断した検出箇所に対する検出結果を除いて前記補正値を算出することを特徴とする請求項５に記載の走査型露光装置。
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