JP5172125B2 - 表面レベル判読方法及び露光装置のレベル制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置に関し、より詳しくは、半導体製造装置用レべリングアルゴリズム及びその関連装置（Ｌｅｖｅｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ）に関するものである。

半導体素子の製造工程はシリコンウエハのような半導体基板上に微細パターンを形成する工程を含む。前記微細パターンの形成工程は薄膜形成工程、フォトレジスト塗布工程、露光工程、現象工程、及びエッチング工程に細分できる。前記露光工程は、露光装置を用いて前記フォトレジストにパターンを転写することを含む。前記半導体素子の高集積化には、前記パターンを前記フォトレジストの正確な位置に精密に転写する技術が必要である。そして、スキャナ（ｓｃａｎｎｅｒ）またはステッパ（ｓｔｅｐｐｅｒ）のような前記露光装置ではレチクル（ｒｅｔｉｃｌｅ）に形成されたパターンを縮小させて転写する縮小投映露光法が広く採用される。

一般に前記露光装置は光源（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）、集光レンズ（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｌｅｎｓ）、レチクル（ｒｅｔｉｃｌｅ）、投映レンズ（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｌｅｎｓ）、ウエハホルダ、及びレべリングステージを具備する。前記ウエハホルダにはフォトレジストが塗布されたウエハが装着される。前記レチクルを透過した光は前記投映レンズを介して前記フォトレジストに投影される。前記レチクルに形成されたパターンは前記フォトレジストの一部の領域にフィールド（ｆｉｅｌｄ）単位に転写される。

前記パターンを精密に転写するためには前記投映レンズの焦点距離に前記フォトレジストの表面が位置しなければならない。前記フォトレジストの表面が前記投映レンズの焦点距離よりも近かったり遠かったりする場合は、ライン細り（ｌｉｎｅ ｔｈｉｎｎｉｎｇ）、ライン端部切れ（ｅｎｄ ｌｉｎｅ ｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇ）、及びコンタクト詰め（ｃｏｎｔａｃｔ ｎｏｔ ｏｐｅｎ）のようなパターニング不良を誘発する。ところで、前記フォトレジストの表面は同一ウエハであってもその位置によって相違するレベルを示す。したがって、前記フォトレジストの表面レベルを判読して制御することは非常に重要となる。

前記レべリングステージは前記ウエハホルダに装着された前記ウエハを上下、左右、前後、及び回転方向に調節する役割をする。前記レべリングステージを効果的に作動させるためには前記フォトレジストの表面レベルを正確に判読しなければならない。

図１及び図２は、従来の表面レベル判読方法を説明するための概念図である。

図１を参照すると、感知装置ＳＡに半導体基板に定義されたフィールドＦを整列させる。前記フィールドＦは行Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及び列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に沿って２次元的に配列された複数のチップ（ｃｈｉｐｓ）を具備する。すなわち、第１行Ｒ１の第１列Ｃ１に配列された第１チップＲ１Ｃ１ないし第３行Ｒ３の第３列Ｃ３に配列された第９チップＲ３Ｃ３を具備する。また、前記フィールドＦは前記チップＲ１Ｃ１ないしＲ３Ｃ３の間に配置されたスクライブライン（ｓｃｒｉｂｅ ｌｉｎｅ）ＳＬを具備する。前記フィールドＦは測定許容領域及び測定禁止領域に区分することができる。フォトレジスト表面から反射する光は前記フィールドＦ内のパターン（ｐａｔｔｅｒｎ）や構造から影響を受ける。それによって、前記測定許容領域は前記チップＲ１Ｃ１ないしＲ３Ｃ３内に重畳するように設定し、前記測定禁止領域は前記スクライブラインＳＬを含むように設定する。

前記感知装置ＳＡは、複数のセンサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９を具備する。前記センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９のうち前記測定禁止領域に一部でも重畳したり前記フィールドＦを外れたセンサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９はオフとし、前記測定許容領域内に完全に入り込むセンサＳ５に限ってオンとする。

前記フィールドＦの表面に向けて光を照射する。前記表面から前記オンされたセンサＳ５に反射される光を感知してレベル信号を生成する。前記光を照射させて反射する光を感知してレベル信号を生成することを、矢印２０方向に移動させながら順次に行う。

前記レベル信号を演算し前記フィールドＦの表面レベルを判読する。この場合、前記第２列Ｃ２に配列された前記第４チップＲ１Ｃ２、前記第５チップＲ２Ｃ２及び前記第６チップＲ３Ｃ２からレベル信号が生成される。一方、前記第１列Ｃ１及び前記第３列Ｃ３に配列された前記第１チップＲ１Ｃ１、前記第２チップＲ２Ｃ１、前記第３チップＲ３Ｃ１、前記第７チップＲ１Ｃ３、前記第８チップＲ２Ｃ３、及び前記第９チップＲ３Ｃ３に対するレベル信号は得ることができない。すなわち、前記フィールドＦの前記第２列Ｃ２に対する表面レベルを判読することができるが、前記第１列Ｃ１及び前記第３列Ｃ３に対する表面レベルは判読することができない。したがって、前記フィールドＦの行Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の方向傾斜を判読できない。

図２を参照すると、前記フィールドＦは半導体基板の端に位置するものである。前記半導体基板の端にはエッジ余白（ｅｄｇｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ）ＥＣが設定される。前記エッジ余白ＥＣは前記第３チップＲ３Ｃ１、前記第４チップＲ１Ｃ２、前記第５チップＲ２Ｃ２、及び前記第６チップＲ３Ｃ２と接触される。この場合、前記測定禁止領域は前記スクライブラインＳＬ、前記エッジ余白ＥＣ及び前記エッジ余白ＥＣに接触される前記チップＲ３Ｃ１、Ｒ１Ｃ２、Ｒ２Ｃ２、Ｒ３Ｃ２を含むように設定する。ところで、従来の表面レベル判読方法によれば前記第１列Ｃ１に対応する前記センサＳ３、Ｓ４はすべてオフされる。これによって、前記第１チップＲ１Ｃ１及び前記第２チップＲ２Ｃ１に対する表面レベルを判読することができない。

結果的に、従来の表面レベル判読方法によれば、前記フィールドＦの表面レベルを判読することができない領域が多量に発生し、判読できる表面レベルの正確度も期待できない。

一方、前記表面レベル判読方法と係った他の方法として、黒沢博史（ＫＵＲＯＳＡＷＡ ＨＩＲＯＳＨＩ）により、「露光装置」という名称で特許文献１に開示されている。黒沢博史によれば、ウエハの端においてフォーカスエラー（ｆｏｃｕｓ ｅｒｒｏｒ）と判定された場合に強制露光手段によって露光することができる装置を供給する。しかしながら、前記強制露光手段は高いパターニング不良の発生率を示している。
特開２００１−３３２４７１号公報

本発明が解決しようとする技術的課題は、上述の従来技術の問題点を改善するためのもので、多様なパターンを有する基板の表面レベルを正確に判読できる方法を提供することにある。

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、露光装置の精密なレベル制御方法を提供することにある。

本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、基板の精密なレベル制御が可能な半導体露光装置を提供することにある。

前記技術的課題を達成するために本発明は、複数のセルで構成された少なくとも１つのセルアレイを有する感知装置を用いて基板に定義されたフィールドの表面レベルを判読する方法を提供する。この方法は、前記少なくとも１つのセルアレイを構成する前記セルのうち一部を選択して有効セルを選定することを含む。前記フィールドの表面に光を照射する。前記表面から前記有効セルに反射する光を感知して有効レベル信号を抽出する。

本発明のいくつかの実施形態において、前記フィールドは測定許容領域及び測定禁止領域を具備することができる。また、前記フィールドは行方向及び列方向に沿って２次元的に配列された複数のチップ（ｃｈｉｐｓ）、前記チップ間に配置されたスクライブライン（ｓｃｒｉｂｅ ｌｉｎｅ）、及びエッジ余白（ｅｄｇｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ）を具備することができる。この場合、前記測定許容領域は、前記エッジ余白から離隔されたチップ内に重畳することができ、前記測定禁止領域は前記エッジ余白に接触されたチップ及び前記スクライブラインを含むことができる。

他の実施形態において、前記有効セルは前記測定許容領域に対応するものとすることができる。

さらに他の実施形態において、前記セルアレイを構成する前記セルを小グループとして分割することができる。前記小グループのうち前記測定許容領域に対応するものを選択して前記有効セルを選定することができる。

さらに他の実施形態において、前記セルは前記セルアレイ内に行方向及び列方向に沿って２次元的に配列されることができる。前記セルはフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を含むことができる。

さらに他の実施形態において、前記セルアレイはＣＭＯＳイメージセンサ（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）またはＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）とすることができる。

また、本発明は、複数のセルで構成された少なくとも１つのセルアレイを有する感知装置を用いて基板に定義されたフィールドの表面レベルを判読し、前記フィールドのレベルを制御する露光装置のレベル制御方法を提供する。この方法は、前記少なくとも１つのセルアレイを構成する前記セルのうち一部を選択して有効セルを選定することを含む。前記フィールドの表面に光を照射する。前記表面から前記有効セルに反射する光を感知して有効レベル信号を抽出する。前記有効レベル信号を用いて前記フィールドの表面レベルを判読する。前記表面レベルが判読された基板をレべリングステージに装着する。前記表面レベルを用いて前記レべリングステージに装着された前記基板を上下、左右、前後、及び回転方向に制御する。

さらに、本発明は半導体露光装置を提供する。この装置は、フィールドが定義された基板を装着するウエハホルダを具備する。前記ウエハホルダの一面にレべリングステージが敷設される。前記レべリングステージは前記ウエハホルダに装着された前記基板を上下、左右、前後、及び回転方向に調節する役割をする。前記フィールドの表面に向けて光を放出する発光部が提供される。前記表面から反射する光を感知する感知装置が提供される。前記感知装置は複数のセルで構成された少なくとも１つのセルアレイを具備する。前記少なくとも１つのセルアレイを構成する前記セルのうち一部を選択して有効セルを選定するセル選定部が提供される。前記有効セルに感知された有効レベル信号を受信して前記フィールドの表面レベルを判読する演算部が提供される。前記フィールドの表面レベルに基づいて位置調整信号を送出する制御部が提供される。前記制御部は前記レべリングステージに電気的に接続される。

本発明によれば、少なくとも１つのセルアレイを構成するセルのうち一部を選択して有効セルを選定し、フィールドの表面から前記有効セルに反射する光を感知して有効レベル信号を抽出する。前記有効レベル信号を演算して前記フィールドの表面レベルを判読することができる。これによって、多様なパターンを有する基板の表面レベルを正確に判読することができる。さらに、前記表面レベルを用いてレべリングステージに装着された基板を上下、左右、前後、及び回転方向に制御することができる。結果的に、前記基板の精密なレベル制御が可能な半導体露光装置を実現することができる。

以下、添付した図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を詳しく説明する。しかしながら、本発明は、ここで説明する実施形態に限られず、他の形態で具体化されることもある。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された発明が完成されていることを示すと共に、当業者に本発明の思想を十分に伝えるために提供するものである。図面において、層及び領域の厚みは明確性をあたえるために誇張して図示されたものである。また、層が、他の層、または基板「上」にあると言われた場合、それは他の層、または基板上に直接形成することができるか、またはそれらの間に第３の層が介在されることもある。明細書全体にわたって同じ参照番号は、同様の構成要素を示す。

図３は本発明に係る表面レベル判読方法を説明するためのフローチャート、図４及び図５は本発明の好適な実施形態における半導体基板の主要部分を示す平面図、図６は本発明の実施形態に係るレベル測定原理（ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）を説明するための概念図、そして、図７は本発明の好適な実施形態における感知装置の主要部分を示す概念図である。また、図８は本発明の実施形態に係る表面レベル測定方法を説明するための概念図であり、図９は本発明の実施形態に係る表面レベル判読方法を説明するための概念図である。さらに、図１０は本発明の実施形態に係る有効セルを選定する方法を示す概念図であり、図１１ないし図１４は本発明の他の実施形態に係る表面レベル判読方法を説明するための概念図である。さらに、図１５は本発明の実施形態に係る半導体露光装置の主要部分を示す概路図である。

まず、図３ないし図９を参照して本発明の実施形態に係る表面レベル判読方法を説明する。

図３を参照すると、本発明の実施形態に係る表面レベル判読方法は、ステップ５１において感知装置にフィールドを整列することを含む。前記感知装置は複数のセルで構成された少なくとも１つのセルアレイを具備することができる。前記フィールドはシリコンウエハのような基板に定義することができる。ステップ５３において、前記少なくとも１つのセルアレイを構成する前記セルのうち一部を選択して有効セルを選定する。ステップ５５において、前記フィールドの表面に光を照射する。ステップ５７において、前記表面から前記有効セルに反射する光を感知して有効レベル信号を抽出する。ステップ５９において、前記有効レベル信号を演算して表面レベルを判読する。

図３及び図４を参照すると、前記フィールドＦは行Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及び列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に沿って２次元的に配列された複数のチップＲ１Ｃ１〜Ｒ３Ｃ３を具備することができる。すなわち、第１行Ｒ１の第１列Ｃ１に配列された第１チップＲ１Ｃ１ないし第３行Ｒ３の第３列Ｃ３に配列された第９チップＲ３Ｃ３を具備することができる。また、前記フィールドＦは前記チップＲ１Ｃ１〜Ｒ３Ｃ３間に配置されたスクライブライン（ｓｃｒｉｂｅ ｌｉｎｅ）ＳＬを具備することができる。

図３、図４及び図５を参照すると、前記基板Ｗは前記シリコンウエハのような半導体基板とすることができる。前記基板Ｗは端に沿ってエッジ余白（ｅｄｇｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ）ＥＣが設定されている。例えば、前記シリコンウエハは２００〜３００ｍｍの直径を有するものとする。前記エッジ余白ＥＣは２〜３ｍｍの幅で前記シリコンウエハの端に沿って設定される。

一般的に、半導体製造工程は前記基板Ｗ上にフォトレジストを塗布する工程、及び前記フォトレジストに微細なパターンを転写する工程を含む。前記パターンを転写する工程としてはスキャナ（ｓｃａｎｎｅｒ）またはステッパ（ｓｔｅｐｐｅｒ）のような露光装置が広く用いられる。また、前記露光装置としては前記パターンを縮小して転写する縮小投映露光方式も広く採用されている。

前記パターンは、前記基板Ｗ上に前記フィールドＦ単位で矢印６１のように順次に形成される。そして、前記半導体製造工程は前記チップＲ１Ｃ１〜Ｒ３Ｃ３において精密なパターン転写を必要とする。前記精密なパターンを転写するために前記露光装置の焦点距離に前記フォトレジストが位置するように制御しなければならない。ところで、前記基板Ｗは、ボウ（ｂｏｗ）や、ワーページ（ｗａｒｐａｇｅ）などと言われる「反り」や「ゆがみ」の影響から、その位置によって相対的に異なるレベルを示す。これによって、前記露光装置は前記フィールドＦごとに表面レベルを判読し、前記表面レベルを用いて前記基板Ｗを上下、左右、前後、及び回転方向に制御する機能を具備することができる。

図３及び図６を参照すると、前記露光装置は前記表面レベルを判読するために発光部７１及び感知装置ＳＡを備える。前記発光部７１は前記フィールドＦの表面に向けて光を放出する役割をする。前記フィールドＦの表面は第１レベル７５または第２レベル７５’に位置することができる。前記感知装置ＳＡは前記フィールドＦの表面から反射する光を感知する役割をする。

前記発光部７１から放出された光は、矢印７３の経路に沿って前記フィールドＦの表面に向けて照射することができる。前記フィールドＦの表面が前記第１レベル７５に位置する場合、前記フィールドＦの表面から反射する光は矢印７７の経路に沿って前記感知装置ＳＡに到逹することができる。また、前記フィールドＦの表面が前記第２レベル７５’に位置する場合、前記フィールドＦの表面から反射する光は矢印７７’の経路に沿って前記感知装置ＳＡに到逹することができる。すなわち、前記フィールドＦの表面から反射する光は前記フィールドＦの表面レベルによって相違なる経路を示す。前記相違なる経路を有する光を感知して前記フィールドＦの表面レベルを判読することができる。

ところで、前記フォトレジストの表面から反射する光は前記フォトレジスト下部のパターンや構造によって影響を受ける可能性がある。すなわち、前記チップＲ１Ｃ１〜Ｒ３Ｃ３上の前記表面から反射する光は前記スクライブラインＳＬ上の前記表面から反射する光と相違なる経路を示す。すなわち、前記スクライブラインＳＬ上の前記表面から反射する光は前記フィールドＦの表面レベルを判読するのに邪魔となる。また、前記基板Ｗの端及び前記基板Ｗの中において、前記フォトレジストは相違なる厚さを有するものとする。したがって、精密なパターンを形成するために前記チップＲ１Ｃ１〜Ｒ３Ｃ３上の表面レベルを正確に判読することが好ましい。

前記フィールドＦは測定許容領域と測定禁止領域とで分類される。前記測定許容領域は前記チップＲ１Ｃ１〜Ｒ３Ｃ３内に重畳するように設定することができる。前記測定禁止領域は前記スクライブラインＳＬを含むように設定することができる。前記フィールドＦは前記エッジ余白ＥＣに重畳することができる。この場合、前記エッジ余白ＥＣ及び前記エッジ余白ＥＣに接触するチップは前記測定禁止領域として設定することができる。

図３、図６及び図７を参照すると、前記感知装置ＳＡは行方向及び列方向に沿って２次元的に配置された複数のセル８０を具備することができる。前記セル８０はフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）のような光感知センサを用いて実現することができる。前記行方向及び前記列方向に沿って２次元的に配置された複数のセル８０はセルアレイＣＡを構成することができる。前記感知装置ＳＡは少なくとも１つの前記セルアレイＣＡを具備する。

図７に示すように、前記感知装置ＳＡは一列に配置された９個の前記セルアレイＣＡを具備することができる。この場合、前記セルアレイＣＡは第１センサＳ１〜第９センサＳ９の役割をする。これと違って、前記感知装置ＳＡはドーナツ状または多角形状に配置された複数の前記セルアレイＣＡを具備することもできる。一方、前記セルアレイＣＡはＣＭＯＳイメージセンサ（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）またはＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）とすることができる。前記ＣＭＯＳイメージセンサ及び前記ＣＣＤは前記行方向及び前記列方向に沿って２次元的に配置された複数の前記セル８０を具備することができる。

図３及び図８を参照すると、ステップ５１において、前記感知装置ＳＡに前記フィールドＦを整列する。この場合、前記フィールドＦの幅９１が前記感知装置ＳＡの前記第３センサＳ３ないし前記第７センサＳ７に対応するように整列することができる。前記第５センサＳ５は前記フィールドＦの中央に対応するように整列することができる。この場合、前記第３センサＳ３及び前記第７センサＳ７の一部領域は前記フィールドＦの幅９１を外れる。続いて、前記感知装置ＳＡは矢印２０の方向に沿って前記第１行Ｒ１、前記第２行Ｒ２、及び前記第３行Ｒ３の順序に移動することができる。

図３及び図９を参照すると、ステップ５３において、前記少なくとも１つのセルアレイＣＡを構成する前記セル８０のうち一部を選択して有効セル１００を選定する。前記有効セル１００は前記セル８０のうち前記測定許容領域に対応するセンサＳ３’、Ｓ４’、Ｓ５’、Ｓ６’、Ｓ７’で選定することができる。ここで、前記第１センサＳ１、前記第２センサＳ２、前記第８センサＳ８、及び第９センサＳ９は前記フィールドＦを外れるのでオフすることが好ましい。

ステップ５５において、前記発光部７１から前記フィールドＦの表面に向けて光を照射する。まず、前記発光部７１から前記第１行Ｒ１の表面に向けて光を照射することができる。

ステップ５７において、前記第１行Ｒ１の表面から前記有効セル１００に反射する光を感知して有効レベル信号を抽出する。続いて、前記発光部７１及び前記感知装置ＳＡに前記フィールドＦの前記第２行Ｒ２を整列する。前記発光部７１から前記第２行Ｒ２の表面に向けて光を照射することができる。前記第２行Ｒ２の表面から前記有効セル１００に反射する光を感知して有効レベル信号を抽出する。続いて、前記発光部７１及び前記感知装置ＳＡに前記フィールドＦの前記第３行Ｒ３を整列する。前記発光部７１から前記第３行Ｒ３の表面に向けて光を照射することができる。前記第３行Ｒ３の表面から前記有効セル１００に反射する光を感知して有効レベル信号を抽出する。

ステップ５９において、前記有効レベル信号を演算して前記フィールドＦの表面レベルを判読することができる。

ところで、従来の表面レベル判読方法によれば、前記測定禁止領域に重畳される前記第３センサＳ３、前記第４センサＳ４、前記第６センサＳ６、及び前記第７センサＳ７はオフされる。この場合、前記第２列Ｃ２に配置された前記第４チップＲ１Ｃ２、前記第５チップＲ２Ｃ２、及び前記第６チップＲ３Ｃ２に対する表面レベルは判読することができるが、前記第１列Ｃ１及び前記第３列Ｃ３に配置された前記第１チップＲ１Ｃ１、前記第２チップＲ２Ｃ１、前記第３チップＲ３Ｃ１、前記第７チップＲ１Ｃ３、前記第８チップＲ２Ｃ３、及び前記第９チップＲ３Ｃ３に対する表面レベルは判読することができない。結果的に、前記行Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３方向に対する傾斜程度を判別することができない。

一方、本発明の実施形態に係る表面レベル判読方法によれば、前記セル８０のうち前記第１列Ｃ１の前記測定許容領域に対応するセンサＳ３’、Ｓ４’は前記有効セル１００に含むことができる。また、前記セル８０のうち前記第３列Ｃ３の前記測定許容領域に対応するセンサＳ６’、Ｓ７’も前記有効セル１００に含むことができる。これによって、前記有効レベル信号は前記第１チップＲ１Ｃ１ないし前記第９チップＲ３Ｃ３にそれぞれ対応するすべての情報を含むことができる。その結果、前記列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３方向だけではなく前記行Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３方向に対する傾き程度をすべてを判別することができる。すなわち、多様なパターンを具備する前記フィールドＦの表面レベルを精密に判読することができる。

次に、図３、及び図１０ないし図１４を参照して本発明の他の実施形態に係る表面レベル判読方法を説明する。

図３及び図１０を参照すると、ステップ５３において、前記セル８０のうち一部を選択する方法としては多様な方法が用いられる。前記感知装置ＳＡを構成する前記セル８０は第１グループＳＡ００のように示すことができる。また、前記感知装置ＳＡを構成する前記セル８０は第１小グループＳＡ１１、第２小グループＳＡ２２、第３小グループＳＡ２３、第４小グループＳＡ２４、第５小グループＳＡ２５、第６小グループＳＡ２６、第７小グループＳＡ５７、第８小グループＳＡ５８、及び第９小グループＳＡ８９のように分割させることができる。

詳しくは、前記第１小グループＳＡ１１は前記セルアレイＣＡを構成する前記セル８０を均等な大きさの小グループとして分割したものとする。前記第２小グループＳＡ２２は前記セル８０のうち前記セルアレイＣＡの中に配置された２０％を分割選択したものとする。前記第３小グループＳＡ２３は前記セル８０のうち前記セルアレイＣＡ内の左側に配置された２０％を分割選択したものとする。前記第４小グループＳＡ２４は前記セル８０のうち前記セルアレイＣＡ内の上端に配置された２０％を分割選択したものとする。前記第５小グループＳＡ２５は前記セル８０のうち前記セルアレイＣＡ内の右側に配置された２０％を分割選択したものとする。前記第６小グループＳＡ２６は前記セル８０のうち前記セルアレイＣＡ内の左中央に配置された２０％を分割選択したものとする。前記第７小グループＳＡ５７は前記セル８０のうち前記セルアレイＣＡ内の上部に配置された５０％を分割選択したものとする。前記第８小グループＳＡ５８は前記セル８０のうち前記セルアレイＣＡ内の下部に配置された５０％を分割選択したものとする。前記第９小グループＳＡ８９は前記セル８０のうち前記セルアレイＣＡの中に配置された８０％を分割選択したものとする。さらに、前記セル８０（ＳＡ００に対応する）は１〜９９％範囲内で多様な方法で分割及び選択することができる。

図３、図１０及び図１１を参照すると、前記第２小グループＳＡ２２を用いて有効セル１０１を選定することができる。この場合、前記有効セル１０１は前記第２小グループＳＡ２２のうち前記測定許容領域に対応するセンサＳ４”、Ｓ５”、Ｓ６”で選定することができる。ここで、前記第２小グループＳＡ２２のうち前記測定禁止領域に重畳されるセンサＳ３、Ｓ７は採用しない。前記有効セル１０１に反射する光を感知して有効レベル信号を抽出する。この場合も、前記有効レベル信号は前記第１チップＲ１Ｃ１ないし前記第９チップＲ３Ｃ３にそれぞれ対応するすべての情報を含むことができる。その結果、前記列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３方向だけではなく前記行Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３方向に対する傾き程度を判別することができる。すなわち、多様なパターンを備える前記フィールドＦの表面レベルを精密に判読することができる。

図３、図１０及び図１２を参照すると、前記フィールドＦは前記基板Ｗの前記エッジ余白ＥＣに重畳することができる。前記エッジ余白ＥＣは前記第３チップＲ３Ｃ１、前記第４チップＲ１Ｃ２、前記第５チップＲ２Ｃ２、及び前記第６チップＲ３Ｃ２に接触される。上述のように、前記エッジ余白ＥＣに接触される前記第３チップＲ３Ｃ１、前記第４チップＲ１Ｃ２、前記第５チップＲ２Ｃ２、及び前記第６チップＲ３Ｃ２は前記測定禁止領域に設定することができる。また、前記測定禁止領域は前記スクライブラインＳＬを含むことができる。

ところで、従来の表面レベル判読方法によれば、前記第３センサＳ３及び前記第４センサＳ４は前記測定禁止領域に重畳されるのでオフとなる。これによって、前記第１チップＲ１Ｃ１及び前記第２チップＲ２Ｃ１に対する表面レベルを判読することができない。すなわち、前記エッジ余白ＥＣに重畳される前記フィールドＦの表面レベルを判読することができない。

一方、本発明の実施形態に係る表面レベル判読方法によれば、前記第２小グループＳＡ２２を用いて有効セルＳ４”を選定することができる。前記有効セルＳ４”は前記第１チップＲ１Ｃ１及び前記第２チップＲ２Ｃ１に重畳することができる。前記有効セルＳ４”から反射する光を感知して有効レベル信号を抽出する。この場合、前記有効レベル信号は前記第１チップＲ１Ｃ１及び前記第２チップＲ２Ｃ１にそれぞれ対応する情報を含むことができる。その結果、前記第１チップＲ１Ｃ１及び前記第２チップＲ２Ｃ１に対する表面レベルを判読することができる。すなわち、前記エッジ余白ＥＣに重畳する前記フィールドＦの表面レベルを判読することができる。

図３、図１０及び図１３を参照すると、前記フィールドＦの前記第２列Ｃ２及び前記第３列Ｃ３は前記基板Ｗの前記エッジ余白ＥＣに重畳することができる。前記エッジ余白ＥＣは前記第６チップＲ３Ｃ２、前記第７チップＲ１Ｃ３、前記第８チップＲ２Ｃ３、及び前記第９チップＲ３Ｃ３に接触することができる。上述のように、前記エッジ余白ＥＣに接触する前記第６チップＲ３Ｃ２、前記第７チップＲ１Ｃ３、前記第８チップＲ２Ｃ３、及び前記第９チップＲ３Ｃ３は前記測定禁止領域に設定することができる。また、前記測定禁止領域は前記スクライブラインＳＬを含むことができる。

ところで、従来の表面レベル判読方法によれば、前記第３センサＳ３及び前記第４センサＳ４は前記測定禁止領域に重畳するのでオフとなる。それで、前記第１チップＲ１Ｃ１、前記第２チップＲ２Ｃ１、及び前記第３チップＲ３Ｃ１に対する表面レベルを判読することができない。したがって、前記フィールドＦの表面レベルは前記第５センサＳ５だけを用いて判読しなければならない。

一方、本発明の実施形態に係る表面レベル判読方法によれば、前記第２小グループＳＡ２２を用いて有効セル１０３を選定することができる。この場合、前記有効セル１０３は前記第２小グループＳＡ２２のうち前記測定許容領域に対応するセンサＳ４”、Ｓ５”で選定することができる。ここで、前記第２小グループＳＡ２２のうち前記測定禁止領域に重畳するセンサＳ３は採用しない。これによって、前記第１チップＲ１Ｃ１、前記第２チップＲ２Ｃ１、前記第３チップＲ３Ｃ１、第４チップＲ１Ｃ２、及び第５チップＲ２Ｃ２に対する表面レベルを判読することができる。すなわち、前記エッジ余白ＥＣに重畳する前記フィールドＦの表面レベルを相対的に精密に判読することができる。

図３、図１０及び図１４を参照すると、前記フィールドＦの前記第２列Ｃ２及び前記第３列Ｃ３が前記基板Ｗの前記エッジ余白ＥＣに重畳する場合、前記第１小グループＳＡ１１を用いて前記フィールドＦの表面レベルを判読することもできる。上述のように、前記第１小グループＳＡ１１は前記セルアレイＣＡを構成する前記セル８０を均等な大きさの小グループＳＳで分割したものとする。前記均等な大きさの小グループＳＳのうち前記測定許容領域に対応するセンサを用いて前記フィールドＦの表面レベルを判読することができる。この場合も、前記エッジ余白ＥＣに重畳する前記フィールドＦの表面レベルを相対的に精密に判読することができる。

次に、図１５を参照して本発明の実施形態に係る半導体露光装置を説明する。

図１５を参照すると、本発明の実施形態に係る半導体露光装置は測定部（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）ＭＰ及び露光部（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）ＥＰを具備することができる。例えば、前記半導体露光装置はＡＳＭＬ社のＴｗｉｎｓｃａｎとすることができる。

また、前記半導体露光装置は、ウエハホルダ９３及びレべリングステージ９７を具備することができる。前記ウエハホルダ９３にフィールドが定義された基板８１が装着されることができる。前記基板８１はシリコンウエハのような半導体基板とすることができる。前記基板８１上にフォトレジスト８２が塗布されることができる。前記ウエハホルダ９３は基準レベル識別標識（ｆｉｄｕｃｉａｌ ｍａｒｋ）９５を具備することができる。前記基準レベル識別標識９５は前記ウエハホルダ９３の前記基板８１が装着される面に前記基板８１と隣接するように配置することができる。前記基準レベル識別標識９５は前記基板８１の相対的なレベルを判読することができる基準レベルの役割をする。前記基準レベル識別標識９５は前記ウエハホルダ９３に２つ以上を配置することができる。前記レべリングステージ９７は前記ウエハホルダ９３の一面に敷設されることができる。前記レべリングステージ９７は前記ウエハホルダ９３に装着された前記基板８１を上下、左右、前後、及び回転方向に移動する役割をする。

前記ウエハホルダ９３及び前記レべリングステージ９７は、前記測定部ＭＰと前記露光部ＥＰの間を移動するように配置することができる。一方、前記レべリングステージ９７は前記露光部ＥＰに固定されることができる。この場合、前記ウエハホルダ９３は分離されて前記測定部ＭＰと前記露光部ＥＰの間を移動することもできる。

前記測定部ＭＰは発光部７１及び感知装置ＳＡを具備することができる。前記発光部７１は矢印７３のような経路に沿って前記フォトレジスト８２の表面に向けて光を放出することができる。すなわち、前記発光部７１は前記フィールドの表面に向けて光を放出する役割をする。前記感知装置ＳＡは矢印７７のような経路に沿って前記フォトレジスト８２の表面から反射する光を感知することができる。すなわち、前記感知装置ＳＡは前記フィールドの表面から反射する光を感知する役割をする。

前記感知装置ＳＡは複数のセルで構成された少なくとも１つのセルアレイを具備する。前記感知装置ＳＡは一列に配置された９個の前記セルアレイを具備することができる。前記セルアレイはＣＭＯＳイメージセンサ（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）またはＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）とすることができる。前記セルは前記セルアレイ内に行方向及び列方向に沿って２次元的に配列されることができる。前記セルはフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）を含むことができる。前記ＣＭＯＳイメージセンサ及び前記ＣＣＤは前記行方向及び前記列方向に沿って２次元的に配列された複数の前記セルを具備することができる。

前記露光部ＥＰは光源（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｌｉｇｈｔ）１４１、集光レンズ（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｌｅｎｓ）１４３、レチクル（ｒｅｔｉｃｌｅ）１４５、及び投映レンズ（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｌｅｎｓ）１４７を具備することができる。前記光源１４１は４３６ｎｍ波長を有するＧ−線、３６５ｎｍ波長を有するＩ−線、２４８ｎｍ波長のＫｒＦエキシマレーザ、または１９３ｎｍ波長のＡｒＦエキシマレーザが用いられる。前記光源１４１から発生する光は前記集光レンズ１４３、前記レチクル１４５、及び前記投映レンズ１４７を介して前記フォトレジスト８２を感光させることができる。前記レチクル１４５は所定のパターンが前記フォトレジスト８２に投影できるようにマスクの役割をする。

前記感知装置ＳＡと隣接した位置にセル選定部１２１が配置される。前記感知装置ＳＡは前記セル選定部１２１と電気的に相互接続することができる。前記セル選定部１２１は前記少なくとも１つのセルアレイを構成する前記セルのうち一部を選択して有効セルを選定する役割をする。また、前記感知装置ＳＡは前記セル選定部１２１を介して演算部１２５に電気的に接続されることができる。前記感知装置ＳＡは前記有効セルに感知された有効レベル信号を前記演算部１２５に送信することができる。前記演算部１２５は前記有効レベル信号を受信して前記フィールドの表面レベルを判読する役割をする。しかしながら、前記感知装置ＳＡは前記演算部１２５に直接電気的に接続されることもできる。前記演算部１２５は制御部１２７に電気的に接続されることができる。前記演算部１２５は前記フィールドの表面レベルを前記制御部１２７に送信することができる。前記制御部１２７は前記レべリングステージ９７に電気的に接続することができる。前記制御部１２７は前記フィールドの表面レベルに基づいて位置調整信号を送出する役割をする。前記レべリングステージ９７は前記位置調整信号によって前記ウエハホルダ９３に装着された前記基板８１を上下、左右、前後、及び回転方向に移動する役割をする。

図１５に示すように、前記測定部ＭＰ及び前記露光部ＥＰは互いに離隔されて配置することができる。この場合、前記フィールドの表面レベルは前記測定部ＭＰで判読することができる。続いて、前記露光部ＥＰで前記レべリングステージ９７は前記表面レベルを用いて前記基板８１を上下、左右、前後、及び回転方向に移動することができる。一方、前記測定部ＭＰは前記露光部ＥＰ内に配置することもできる。

次に図７、図１２及び図１５をさらに参照して本発明の実施形態に係る露光装置のレベル制御方法を説明する。

図７、図１２及び図１５を参照すると、感知装置ＳＡにフィールドＦを整列する。前記感知装置ＳＡは複数のセル８０で構成された少なくとも１つのセルアレイＣＡを具備することができる。前記感知装置ＳＡは一列に配置された９個の前記セルアレイを具備することができる。前記セルアレイはＣＭＯＳイメージセンサ（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）またはＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）とすることができる。前記セルは前記セルアレイ内に行方向及び列方向に沿って２次元的に配列されることができる。前記セルはフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を含むことができる。前記ＣＭＯＳイメージセンサ及び前記ＣＣＤは前記行方向及び前記列方向に沿って２次元的に配置された複数の前記セルを具備することができる。

前記フィールドＦは測定許容領域及び測定禁止領域で分類することができる。前記測定許容領域は前記チップＲ１Ｃ１〜Ｒ３Ｃ３内に重畳するように設定することができる。前記測定禁止領域は前記スクライブラインＳＬを含むように設定することができる。前記フィールドＦは前記エッジ余白ＥＣに重畳することができる。この場合、前記エッジ余白ＥＣ及び前記エッジ余白ＥＣに接触するチップは前記測定禁止領域に設定することができる。

前記セル選定部１２１で前記セル８０のうち一部を選択して有効セルＳ４”を選定することができる。前記有効セルＳ４”は前記測定許容領域に対応することによって選定することができる。

図１２を参照して説明したように、前記セル選定部１２１は前記第２小グループＳＡ２２を用いて前記有効セルＳ４”を選定することができる。前記有効セルＳ４”は前記第１チップＲ１Ｃ１及び前記第２チップＲ２Ｃ１に重畳することができる。

前記発光部７１で前記フィールドＦの表面に向けて光を照射することができる。前記表面から前記有効セルＳ４”に反射する光を感知して有効レベル信号を抽出する。前記有効レベル信号は前記感知装置ＳＡから前記演算部１２５に送信することができる。前記演算部１２５は前記有効レベル信号を演算して前記フィールドＦの表面レベルを判読することができる。

前記表面レベルが判読された基板８１を露光部ＥＰのレべリングステージ９７に装着することができる。前記演算部１２５は前記フィールドＦの表面レベルを制御部１２７に伝送することができる。前記制御部１２７は前記フィールドＦの表面レベルに基づいて前記レべリングステージ９７に位置調整信号を送信することができる。前記レべリングステージ９７は前記位置調整信号に基づいて前記基板８１を上下、左右、前後、及び回転方向に制御することができる。

ところで、従来の表面レベル判読方法によれば、前記第３センサＳ３及び前記第４センサＳ４は前記測定禁止領域に重畳されるのでオフとなる。それで、前記第１チップＲ１Ｃ１及び前記第２チップＲ２Ｃ１に対する表面レベルを判読することができない。すなわち、前記エッジ余白ＥＣに重畳される前記フィールドＦの表面レベルを判読することができない。この場合、前記レべリングステージ９７は前記フィールドＦの表面レベルを使わないで前記基板８１を制御しなければならない。

一方、本発明の実施形態に係る表面レベル判読及びレベル制御方法によれば、前記有効セルＳ４”から反射する光を感知して有効レベル信号を抽出することができる。この場合、前記有効レベル信号は前記第１チップＲ１Ｃ１及び前記第２チップＲ２Ｃ１にそれぞれ対応するすべての情報を含むことができる。その結果、前記第１チップＲ１Ｃ１及び前記第２チップＲ２Ｃ１に対する表面レベルを判読することができる。すなわち、前記エッジ余白ＥＣに重畳される前記フィールドＦの表面レベルを判読することができる。結果的に、前記レべリングステージ９７は前記フィールドＦの表面レベルに基づいて前記基板８１を上下、左右、前後、及び回転方向に制御することができる。すなわち、前記露光装置において、前記基板８１の精密なレベル制御が可能である。

従来の表面レベル判読方法を説明する概念図である。 従来の表面レベル判読方法を説明する概念図である。 本発明に係る表面レベル判読方法を説明するフローチャートである。 本発明の好適な実施形態における半導体基板の主要部分を示す平面図である。 本発明の好適な実施形態における半導体基板の主要部分を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るレベル測定原理を説明する概念図である。 本発明の好適な実施形態における感知装置の主要部分を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る表面レベル測定方法を説明する概念図である。 本発明の実施形態に係る表面レベル判読方法を説明する概念図である。 本発明の実施形態に係る有効セルを選定する方法を示す概念図である。 本発明の他の実施形態に係る表面レベル判読方法を説明する概念図である。 本発明の他の実施形態に係る表面レベル判読方法を説明する概念図である。 本発明の他の実施形態に係る表面レベル判読方法を説明する概念図である。 本発明の他の実施形態に係る表面レベル判読方法を説明する概念図である。 本発明の実施形態に係る半導体露光装置の主要部分を示す概路図である。

符号の説明

７１ 発光部
８０ セル
８１ 基板
８２ フォトレジスト
９３ ウエハホルダ
９５ 識別標識
９７ レべリングステージ
１２１ セル選定部
１２５ 演算部
１２７ 制御部
１４１ 光源
１４３ 集光レンズ
１４５ レチクル
１４７ 投映レンズ
ＣＡ セルアレイ
ＥＣ エッジ余白
ＥＰ 露光部
Ｆ フィールド
ＭＰ 測定部
Ｒ１Ｃ１〜Ｒ３Ｃ３ チップ
ＳＡ 感知装置
ＳＬ スクライブライン

Claims (11)

1. 複数のセルで構成された少なくとも１つのセルアレイを有する感知装置を用いて基板に定義されたフィールドの表面レベルを判読する方法において、
   前記少なくとも１つのセルアレイを構成する前記セルのうち一部を選択して有効セルを選定するステップと、
   前記フィールドの表面に光を照射するステップと、
   前記表面から前記有効セルに反射する光を感知して有効レベル信号を抽出するステップと、
   を含み、
   前記フィールドは、測定許容領域及び測定禁止領域を具備し、
   前記有効セルを選定することは、
   前記セルアレイを構成する前記セルを小グループに分割し、
   前記小グループのうちいずれかを前記測定許容領域に対応させることにより選択する
   ことを特徴とする表面レベル判読方法。
2. 前記フィールドは、行方向及び列方向に沿って２次元的に配列された複数のチップ及び前記チップ間に配置されたスクライブラインを具備し、前記測定許容領域は前記チップに重畳され、前記測定禁止領域は前記スクライブラインを含むことを特徴とする請求項１記載の表面レベル判読方法。
3. 前記フィールドは、行方向及び列方向に沿って２次元的に配列された複数のチップ、前記チップ間に配置されたスクライブライン、及びエッジ余白を具備し、前記測定許容領域は前記エッジ余白から離隔されたチップ内で重畳され、前記測定禁止領域は前記エッジ余白に接触されたチップ及び前記スクライブラインを含むことを特徴とする請求項１記載の表面レベル判読方法。
4. 前記有効セルは、前記測定許容領域に対応することを特徴とする請求項１記載の表面レベル判読方法。
5. 前記セルは、前記セルアレイ内に行方向及び列方向に沿って２次元的に配列されることを特徴とする請求項１記載の表面レベル判読方法。
6. 前記セルは、フォトダイオードを含むことを特徴とする請求項１記載の表面レベル判読方法。
7. 前記セルアレイは、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤであることを特徴とする請求項１記載の表面レベル判読方法。
8. 複数のセルで構成された少なくとも１つのセルアレイを有する感知装置を用いて基板に定義されたフィールドの表面レベルを判読し、前記フィールドのレベルを制御する露光装置のレベル制御方法において、
   前記少なくとも１つのセルアレイを構成する前記セルのうち一部を選択して有効セルを選定するステップと、
   前記フィールドの表面に光を照射するステップと、
   前記表面から前記有効セルに反射する光を感知して有効レベル信号を抽出するステップと、
   前記有効レベル信号を用いて前記フィールドの表面レベルを判読するステップと、
   前記表面レベルが判読された基板をレベリングステージに装着するステップと、
   前記表面レベルを用いて前記レベリングステージに装着された前記基板を上下、左右、前後、及び回転方向に制御するステップと、
   を含み、
   前記フィールドは、測定許容領域及び測定禁止領域を具備し、
   前記有効セルを選定することは、
   前記セルアレイを構成する前記セルを小グループで分割し、
   前記小グループのうちいずれかを前記測定許容領域に対応させることにより選択する
   ことを特徴とする露光装置のレベル制御方法。
9. 前記有効セルは、前記測定許容領域に対応することを特徴とする請求項８記載の露光装置のレベル制御方法。
10. 前記セルは、フォトダイオードを含むことを特徴とする請求項８記載の露光装置のレベル制御方法。
11. 前記セルアレイは、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤであることを特徴とする請求項８記載の露光装置のレベル制御方法。

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