JPH09236425A - 面位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検出面の凹凸の影響を受けることなく被検
出面の位置を高精度に検出する。 【技術手段】 凹凸を有する被検出面の面位置を、該被
検出面を相対走査しながら連続的に検出する方法におい
て、前記被検出面を相対走査しながら連続的にその面状
態の特徴データを検出する段階と、前記連続的に得られ
た複数の特徴データを処理しその後の被検出面の面位置
検出において該被検出面の位置を測定すべき計測位置を
離散的に決定する段階とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ等の平板状
物体の表面の高さや傾き等を検出する面位置検出方法に
関し、特にスリット・スキャン方式の露光装置において
投影光学系の光軸方向に関するウエハ表面の位置や傾き
を連続的に検出する面位置検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のメモリチップの大きさは露光装置
の解像線幅やセルサイズのトレンドとメモリ容量の拡大
トレンドの差から徐々に拡大傾向を示しており、例えば
２５６Ｍの第１世代では１４ｘ２５ｍｍ程度と報告され
ている。

【０００３】このチップサイズでは現在クリティカルレ
イヤー用の露光装置として使用されている縮小投影露光
装置（ステッパ）の直径３１ｍｍの露光域では、１回の
露光あたり１チップしか露光できずスループットが低下
するために、より大きな露光面積を可能とする露光装置
が必要とされている。大画面の露光装置としては従来よ
り高スループットが要求されるラフレイヤー用の半導体
素子露光装置あるいはモニタ等の大画面液晶表示素子の
露光装置として反射投影露光装置が広く使用されてい
る。これは円弧スリット状の照明光でマスクを直線走査
しこれを同心反射ミラー光学系でウエハ上に一括露光す
るいわゆるマスク−ウエハ相対走査によるスリット・ス
キャン型の露光装置である。

【０００４】これらの装置におけるマスク像の焦点あわ
せは、感光基板（フォトレジスト等が塗布されたウエハ
あるいはガラスプレート）の露光面を投影光学系の最良
結像面に逐次あわせ込むために、高さ計測とオートフォ
ーカスやオートレベリングの補正駆動をスキャン露光中
連続的に行っている。

【０００５】これらの装置における高さおよび面位置検
出機構は、例えばウエハ表面に光束を斜め上方より入射
するいわゆる斜入射光学系を用いて感光基板からの反射
光をセンサ上の位置ずれとして検知する方法や、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
を用いる方法などがあり、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
さおよび傾きの補正駆動量を算出、補正するというもの
であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】現在使用されているス
リット・スキャン型の露光装置のコンセプトを２５６Ｍ
以降に対応可能な解像力となるよう投影系のみを改良し
た場合、次の問題が発生する。

【０００７】即ち、回路パターンの微細化に対応できる
ように縮小投影系が高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狭
くなってくる。現状のラフ工程に使用されている露光装
置では許容深度が５μｍ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るが、２５６Ｍ対応を考
慮した場合その許容深度は１μｍ以下となるため前記計
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
きなくなる。また従来のステッパ方式での露光シーケン
スは露光位置でのフォーカス補正終了後露光開始へと連
続的（シリーズ）に処理が移行して行くためフォーカス
計測時間のバラツキは精度に影響を与えなかったが、ス
リット・スキャン方式での露光シーケンスはフォーカス
の計測中も露光を行っているため両者が同時（パラレ
ル）に処理を行っている。従ってフォーカス計測時間の
ショット間のバラツキは駆動系を含んだフォーカス補正
系全体のフィードバックループに時間遅れの成分として
影響しフォーカス補正精度悪化の原因となる。また高精
度のフォーカス検出を実現する課題としてチップ表面の
凹凸の問題がある。許容深度不足に対するプロセス側か
らのアプローチとしてリセスアレイやＣＭＰ等の低段差
構造を実現する手法が開発されているがそれでも０. ５
μｍ程度の凹凸は最後まで残り、特に周辺回路部分やス
クライブの部分に関してはステップ状の段差が残ってし
まう。このステップ状の段差部分ではレジスト塗布後で
も表面に緩やかな傾斜が残ってしまい、結果として次の
ような問題が発生する。即ち、斜入射方式の高さ検出系
において上記の様な緩やかな傾斜を持つ表面を検出する
場合、検出光の強度が極端に低下する恐れがある。これ
は他のノイズ光を除去することを目的として入射角とほ
ぼ同じ角度の反射光のみ検出するように検出光路を限定
しているためであるが、傾斜部での検出光強度を上げよ
うと検出光路側の受光絞りの径を広げると逆にノイズ光
の強度も増大し計測誤差が発生するため、受光絞りの径
をむやみに拡大することはできない。また検出ビームの
大きさに比べ測定対象部分の傾斜領域が小さい場合検出
波形の形状が非対称に崩れることとなり大きな計測誤差
を発生させることにもなる。このような現象は、特に、
チップ領域に比べプロセス上の制御が行われていないス
クライブ等の部分では発生しやすく、またウエハ内での
再現性も乏しいためオフセットによる補正も困難であ
る。このような状態でスリット・スキャンのフォーカス
計測を行った場合、スキャン露光の途中でフォーカス検
出ができずにスキャン露光がストップしたり大きなデフ
ォーカスを発生させ、チップ不良を発生させてしまうと
いう問題が発生する。またこれらトラブルとなる計測値
の除去をスキャン露光の計測中に行うことも考えられる
が、限られた計測時間内での処理はシステムの複雑化を
招くこととなり、また仮に構成したとしても計測時間の
変動やスループット低下等により合焦精度が悪化する恐
れがある。即ち、リアルタイムでフォーカス補正を行う
とともに同時に露光を行うシステムにおいては、各ユニ
ット間の連携がスムーズに行われるのが第１であり、そ
の仮定が崩れるとオフセット補正タイミングのズレや補
正系の遅れ補償の位相ズレ等の問題が発生し、設計値通
りの解像性能を得ることができない。

【０００８】本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的はスキャン計測すべき計測ポイ
ントを事前に決定し、検出表面の凹凸の影響を受けるこ
となくウエハ表面の位置を高精度に検出することができ
る面位置検出方法を提供することにあり、特にスリット
・スキャン露光方式における高精度の面位置検出方法を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の面位置検出方法は、凹凸を有する被検出面
の面位置を、該被検出面を相対走査しながら連続的に検
出する方法において、前記被検出面を相対走査しながら
連続的にその面状態の特徴データを検出する段階と、前
記連続的に得られた複数の特徴データを処理しその後の
被検出面の面位置検出において該被検出面の位置を測定
すべき計測位置を離散的に決定する段階とを有すること
を特徴とする。好ましくは、前記特徴データを検出する
段階において、該特徴データとして面位置データととも
に検出信号の形状を示す特徴量を同時に検出することを
特徴とする。

【００１０】本発明の好ましい態様において、前記凹凸
を有する被検出面はパターンを形成されたウエハの表面
であり、本発明の方法は該ウエハを露光する露光装置に
適用される。その場合、ウエハの面位置としてはウエハ
表面の高さおよび傾きを計測し、ウエハの面位置を相対
走査しながら連続的に表面状態の特徴データを検出する
段階においては露光時より低速なスキャンスピードによ
り多点の計測値を測定することを特徴とする。

【００１１】また前記ウエハの面位置を相対走査しなが
ら連続的に表面状態の特徴データを検出する段階におい
て高さデータとともに検出信号の形状を示す特徴量を同
時に検出することを特徴とし連続的に得られた複数の特
徴データを処理しその後の高さおよび傾きを離散的に測
定する計測位置を決定する場合に高さデータの不連続点
や検出信号の形状を示す特徴量の異常点を考慮するとと
もに被露光領域を露光する際のスキャンスピードや補正
系の追従スピード、装置間のセンサ取り付け位置誤差等
も併せて考慮することを特徴とする。

【００１２】さらに、先頭の１枚または先頭から複数枚
のウエハの特徴データの計測に基づいて決定された計測
位置情報を記憶し、そのウエハに引き続く少なくともロ
ット内のウエハに対して、前記記憶した計測位置の内の
いくつかの点にて面位置の測定を行うことを特徴とす
る。

【００１３】

【作用】上記の構成によれば、表面状態の特徴データに
基づいて、段差部等のように高さデータの不連続点や検
出信号の形状を示す特徴量の異常点を計測位置から取り
除くことができ、安定して面位置を検出することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は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で示され、またその
像面は図中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の倍率で１／４ないし１／２に縮小
投影されてその像面に像を形成する。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はウエハを載置するステージで、ウエハ４をウエハス
テージ５に吸着、固定するチャック、Ｘ軸方向とＹ軸方
向に各々水平移動可能なＸＹステージ、投影レンズ１の
光軸方向であるＺ軸方向への移動やＸ軸、Ｙ軸方向に平
行な軸の回りに回転可能なレベリングステージ、前記Ｚ
軸に平行な軸の回りに回転可能な回転ステージにより構
成されており、レチクルパターン像をウエハ上の被露光
領域に合致させるための６軸補正系を構成している。

【００１５】図１における１０から１９はウエハ４の表
面位置およ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よう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ように貼
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はレンズ系で両テレセントリック系より
なり、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
しているが各光束は紙面垂直方向に各々３光束が並行し
ている。このときレンズ系１３に対してピンホールの形
成されている平面とウエハ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
するように設定している。

【００１６】本実施形態において光照射手段からの各光
束のウエハ４面上への入射角Φ（ウエハ面にたてた垂線
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に示すように複数個のパターン領域（露光
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に示すようにパターン領域の互い
に独立した各測定点に入射、結像している。また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) からＸＹ平面内でΘ°（例え
ば２２．５°）回転させた方向より入射させている。こ
れにより本出願人が特願平３−１５７８２２号で提案し
ているように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、即ち１５から１９について説明する。１６は受光レ
ンズで両テレセントリック系よりなり、ウエハ４面から
の６つの反射光束をミラー１５を介して受光している。
受光レンズ１６内に設けたストッパ絞り１７は６つの各
測定点に対して共通に設けられており、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。両テレセントリック系で構
成された受光レンズ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ように再結像されて
いる。またこの受光する側（１６から１８) はウエハ４
面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っているために、各測
定点の局所的な傾きにより検出面でのピンホール像の位
置が変化することはなく、各測定点の光軸方向ＡＸでの
高さ変化に応答して検出面上でピンホール像が変化する
ように構成されている。

【００１８】ここで光電変換手段群１９は６個の１次元
ＣＣＤラインセンサにより構成している。これは次の点
で従来の２次元センサの構成よりも有利である。まず補
正光学系群１８を構成する上で光電変換手段を分離する
ことにより各光学部材やメカ的なホルダーの配置の自由
度が大きくなる。また検出の分解能を向上させるにはミ
ラー１５から補正光学系群１８までの光学倍率を大きく
する必要があるが、この点でも光路を分割して個別のセ
ンサに入射させる構成とした方が部材をコンパクトにま
とめることが可能である。さらにスリット・スキャン方
式では露光中のフォーカス連続計測が不可欠となり計測
時間の短縮が絶対課題となるが、従来の２次元ＣＣＤセ
ンサでは必要以上のデータを読み出しているのもその一
因であるが１次元ＣＣＤセンサの１０倍以上の読み出し
時間を必要とする。

【００１９】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に示すように、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ＲＸ（Ｘ軸方向) 方向に一
定速度でスキャンするとともに、ＲＹ（Ｙ軸方向：紙面
に垂直) には常に目標座標位置をスキャンするように補
正駆動される。このレチクルステージのＸ方向およびＹ
方向の位置情報は、図１のレチクルステージ３に固定さ
れたＸＹバーミラー２０へ外部のレチクル干渉系（Ｘ
Ｙ) ２１から複数のレーザービームが照射されることに
より常時計測されている。露光照明光学系６はエキシマ
レーザー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イター、
コリメータおよ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ある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】図１に示すメイン制御部２７は、レチクル
２のスリット像をウエハ４の所定領域にＸＹ面内の位置
（Ｘ，Ｙの位置およびＺ軸に平行な軸の回りの回転Θ)
とＺ方向の位置（Ｘ，Ｙ各軸に平行な軸の回りの回転
α, βおよびＺ軸上の高さＺ)を調整しながらスキャン
露光を行うように、全系をコントロールしている。即
ち、レチクルパターンのＸＹ面内での位置合わせはレチ
クル干渉計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
の位置データから制御データを算出し、レチクル位置制
御系２２およ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。レチクルステージ３を図１
矢印３ａの方向にスキャンする場合、ウエハステージ５
は図１の矢印５ａの方向に投影レンズの縮小倍率分だけ
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。

【００２１】レチクルパターンの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
の傾きおよび光軸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。

【００２２】以下、本発明に係る面位置検出方法により
ウエハ４の被露光領域の位置を検出する方法を述べる。
まず、その補正方法の概略を図４のフローチャートを用
いて説明する。step 101でスタート指令を受け、step 1
02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領域内部の表面形状を測定
するために、step 103で特定サンプルショット領域にて
プリスキャン測定を行う。その後、step 104にて、測定
されたスキャンフォーカス検出値を用いて被露光領域を
露光像面位置に補正するのに最適なフォーカス検出値を
測定できる計測位置を選択する。選択が完了すると、st
ep 105にてチップの被露光域内部の表面形状を特定する
補正項を決定するために、複数サンプルショット領域に
て再度プリスキャン測定を行う。step 106にて、測定さ
れたスキャンフォーカス検出値を用いてスキャン中の計
測値を最適露光像面位置までの距離に補正するための補
正項を求める。補正値の算出が完了すると step 107 に
て各被露光位置でのスキャン露光シーケンスへ移行し、
選択された計測位置でのフォーカス検出値を前記補正値
で補正しながら露光域を露光像面に合わせるための補正
量算出および補正駆動を行う。

【００２３】以下、最適なフォーカス検出値を測定でき
る計測位置の選択方法について詳細に説明する。その前
にスキャン露光方式でのフォーカス測定ポイントの決定
方法について説明する。ステッパ方式では露光位置でス
テージが停止していたため、その停止位置でのフォーカ
スを計測し補正するというショット間共通の最低１カ所
にてフォーカス・チルト計測をすることによりその目的
は達成できていた。しかし、先にも述べたようにスキャ
ン方式ではショットの露光中常にステージは移動してい
るためショット内複数点を計測しなければならない。ま
たその測定位置やタイミングは駆動系との連携やスリッ
ト幅、スキャンスピードとの対応など多くの要因を考慮
して決定する必要がある。今、その決定要因としてスリ
ット幅をＷｓ、フォーカス計測時間をＴｍ、フォーカス
補正時間をＴｄ、ステージのスキャンスピードをＶとす
ると、まず露光領域表面の凹凸の周期をｆとした場合、
サンプリング定理より露光時の補正サイクル１／（Ｔｍ
＋Ｔｄ）は２ｆを越えている必要がある。即ち、凹凸の
周期として例えば周辺回路の部分を１周期として３ｍｍ
とすれば、その凹凸を検出あるいは補正を含めた補正を
行う場合のサイクル時間は３／（２ｘＶ) 以下とする必
要がある。この数字は例えばスキャンスピードとしＶ＝
１００ｍｍ／ｓｅｃとした場合サイクル時間が１５ｍｓ
となり、補正を含めた場合、駆動系の応答時間を考慮す
ると実現が困難な領域に入ってきている。現実的な解と
してスキャンスピードを落とすことが考えられるがスル
ープットが落ちるため好ましくない。しかしこの時間を
検出のみに割り当てた場合十分検出可能でありウエハの
表面状態を検出することが可能である。この点から、プ
リスキャンにより表面状態を検出して露光表面の凹凸の
傾向を把握し、実際の露光に際して検出に必要かつ補正
サイクル時間から補正可能な実際の露光時の計測位置を
決定するという方法によれば、スループットを落とさず
に精度よくフォーカス補正をするスキャン装置を提供す
ることが可能である。また露光に際しては露光エリアが
Ｗｓという有限なスリット幅を持つため、スリット内で
１点以上のフォーカス計測が実行できる関係、即ちＷｓ
／Ｖ＞（Ｔｍ＋Ｔｄ) を満足していれば、スリットサイ
ズ毎にステッパと同様の補正精度が得られる。またスキ
ャン露光中にフォーカスが平均化されることを考慮すれ
ばこのような補正系で十分であることは言うまでもな
い。

【００２４】

【実施例１】ウエハの被露光領域内部をステージの高さ
補正系を固定した状態でフォーカス値をスキャン計測し
た例を示す。図３（ａ）に示す様な被露光領域内が４つ
の領域に分割された領域をフォーカス計測の５つのセン
サａ〜ｅでスキャンしながら１３点計測した時の計測結
果を図３（ｂ）に示す。見やすくするために図３（ｂ）
においてｂおよびｄの計測値はプロットしていない。図
の横軸はスキャン方向の位置座標、縦軸はフォーカスの
計測値、ドットが各センサの各計測位置での計測結果を
表しており、図中の曲線は最小２乗法等を使用して算出
した近似曲線である。本来ウエハ表面は投影レンズの許
容深度の値以下に凹凸は押さえられているはずである
が、スクライブや周辺回路部分では図５に示すようなレ
ジスト表面傾斜が発生してしまう。このような部分では
反射光を正確に集光することができず、図６（ｂ）に示
すＰ２（非対称）あるいはＰ３（微少ピーク）のような
検出波形となってしまい、処理結果は実際の値から大き
く外れた結果となる。このようにステージを固定した状
態でスキャン計測した計測値から近似曲面を計算により
求め、各計測位置において実際の計測値と近似曲面との
偏差を求め、その偏差の量が所定の値を越えた場合には
その計測ポイントを実際のスキャン露光の際の計測ポイ
ントから外す処置を行うことによって正確なフォーカス
検出が可能となる。また図３（ｂ）のｃのセンサ計測値
に見られるように全計測値にわたって偏差の量が大きい
場合には、その位置の計測を全て無効として残りのセン
サによりフォーカスやチルトの補正量を算出するように
することも効果がある。以上のように計測結果が安定し
ている位置を選択する事によりウエハ全面にわたり安定
した計測値を得ることが期待でき正確なフォーカス検出
をする事が可能となる。

【００２５】図７を用いて補正シーケンスの説明を行
う。まずstep１にてウエハを搬入し、チャックに吸着固
定した後、step２にてプリスキャン１の計測点、即ちプ
リスキャン２あるいは露光時のショット内計測候補点を
算出する。具体的には先に説明したサンプリング定理や
補正系の応答時間の関係から必要十分な計測ポイント数
を算出する。この場合露光時における計測ポイント数よ
り多く取った方が後のstep７での計測ポイント決定を行
う上で有利である。対象がファースト（１ｓｔ）プリン
トの場合以外はここでウエハ全体のアライメント計測を
行い位置決めを完了する。次にstep３にてウエハ内でチ
ャックの影響を受けにくい中心付近のショットをプリス
キャン１の計測対象ショットとして選びショット中心で
フォーカス位置補正を行う。これ以降はステージはスキ
ャン方向のみの移動でＺ方向の補正は行わない。step４
にて、step２で算出した第１計測ポイントに移動、step
５にてその位置のフォーカス計測値Ｚij（ｊ＝１から
５）を測定し、メモリする。step６のループ確認で全計
測ポイントｎ点の計測完了までループする。step７に
て、メモリに格納されたＺi j の全計測値から図３
（ｂ）に示すように近似曲線を計算により求め、各計測
位置において実際の計測値と近似曲面との偏差を求め、
その偏差の量が所定の値を越えた場合にはその計測ポイ
ントを実際のスキャン露光の際の計測ポイントから外す
処置を行う。偏差が大きいと認められた計測点Ｐijを以
降の計測ポイントから除去する。また補正の応答スピー
ドから考慮して必要最小限かつ計測ポイントの偏りが発
生しないように露光時の計測ポイントを決定する。具体
的にはスクライブを避け補正サイクルがほぼ周期的とな
りかつ計測値の変化がなだらかな部分を選択することと
する。表面形状の凹凸が極端に悪い場合や計測点が選択
できない場合があるかもしれないが、その場合は計測ポ
イントでの計測値が全５点共有効となる必要はなくスパ
ンが十分とれれば最低２点でもチルト量まで算出可能で
ある。このようにして決定された最終的な計測ポイント
に関してstep８にて計測系のレジスト表面凹凸などに起
因するオフセットを測定するプリスキャン２を実施す
る。以上の処理により各被露光領域を投影系の焦点面に
正確に一致させるための最適計測ポイントの選択とその
位置での正確な計測オフセットが算出される。以上のデ
ータを基にstep９からstep16のシーケンスでウエハ露光
を実施する。step16にてウエハ内の全被露光ショットの
露光完了を確認後step17にてウエハを回収する。

【００２６】

【実施例２】前記実施例１と同様にウエハの被露光領域
内部をステージの高さ補正系を固定した状態でフォーカ
ス値をスキャン計測し、その時の計測値の算出と同時に
検出波形の特徴パラメータを算出する。先にも述べたよ
うに斜入射方式の高さ検出系では、ノイズ光を除去する
ことを目的として入射角とほぼ同じ角度の反射光のみ検
出するように検出光路を限定しているため、緩やかな傾
斜を持つ表面を検出する場合、検出光の強度が極端に低
下する恐れがある。例えばファーストプリントでのフォ
ーカス検出波形はウエハ上に全くパターンが形成されて
いないため、図６（ａ）に示すようなバランスのとれた
対称性の良い波形が得られるが、後工程になってくると
図６（ｂ）に示すように非対称性（Ｐ２）や検出光の強
度が極端に低下するＳ／Ｎの悪化（Ｐ３）が顕著になる
現象が発生し、計測誤差やバラツキの原因となってい
る。このような場合、計測結果を統計処理するまでもな
く波形自体の特徴量、即ち反射光量や波形の対称性を算
出すれば、安定した計測値が得られるポイントかどうか
判定を行うことができる。図７のstep５でのフォーカス
計測時に上記波形の特徴量を同時に算出してメモリし、
その後のstep８にて判定を行うことにより、測定ポイン
ト選択の信頼性を向上させることができる。

【００２７】

【実施例３】プリスキャン１による計測を行う場合、前
記した関係からその計測時間は短い方が多くの計測点を
得ることができ、結果として露光領域内の凹凸状態の傾
向を正確に把握することができるが、計測系の負担が大
きくなってしまう。露光時のスキャンスピードはレジス
ト感度および要求スループットによって変更される可能
性があるが、プリスキャン１の測定はロット１枚めの単
１ショットにて計測するだけでよいので前記露光時のス
キャンスピードに一致させる必要はない。むしろ低速に
て多点の計測を行いサンプル点を増やした方が露光時に
フォーカス測定を行う位置の選択には都合が良い。即ち
図７のstep２の計測候補点を決定する際にstep７での異
常点算出が無理なく行われるように考慮して、例えば検
出マークが十分重なるような位置関係となるように計測
ポイントを決定し、測定系の応答速度を優先してプリス
キャン１計測でのスキャンスピードを決定する。このよ
うにして測定した測定値から異常値判定を行う場合、例
えばあるセンサの計測値に対して高周波濾過フィルタを
通すことにより簡単に異常点を選別して抽出することが
できる。また計測ポイントを決定するに当たり計測値の
精度を高めるために、１ポイントの計測当たりＮ回の波
形データ取り込みを行い、全計測ポイント取り込み後各
ポイントの計測値を算出し、１ポイントのＮ回の計測値
毎の平均値をそのポイントの測定値として使用しても良
いし、また低速スキャンで実際の露光時の計測ポイント
より多いポイントの計測データを測定し、数点毎に平均
値を算出（いわゆる移動平均）することにより計測候補
点の算出用データとしてもよい。

【００２８】

【実施例４】複数の装置間マッチングを考慮した場合、
フォーカスビーム位置と露光位置との関係は厳密に管理
する必要がある。例えばスキャン方向において前記関係
が装置毎に異なっている場合、像面位置とフォーカス計
測原点とのキャリブレーションを実際に露光を行って求
めても、その値はスキャン方向での測定位置に依存する
ため、装置毎に求めなければ正確なフォーカスオフセッ
ト補正を行うことができない。また前記関係の装置間マ
ッチングを取るためにメカ的な調整機構を付加すると構
成的あるいはコスト的に肥大化してしまう。このような
場合、前記関係を事前に求めておきその相対間差をオフ
セットとして管理しておけば、実際の測定ポイントの選
択時に補正後の装置間でマッチングを取ることができ、
露光条件を１台の装置で求めておきその値を他の複数の
マシンに適用することが可能となる。この状況を図８
（ａ）〜（ｂ’）を用いて説明する。図８（ａ）の装置
ａのフォーカス原点と投影レンズ像面とのキャリブレー
ションを図８（ａ）の状態、即ち露光スリット位置と被
露光位置との関係（Ｄａ）で行ったとする。ここで求め
られた補正値を別の装置ｂ（図８（ｂ））で適用しよう
とすると、前記Ｄａの関係でレンズ対ステージを位置決
めされた状態でフォーカス検出ビームが観察している位
置は装置ａとは異なり、露光スリット位置とフォーカス
検出ビーム位置の距離の差即ちフォーカス検出系の取り
付け位置の機差分だけ異なる位置を検出することとな
る。このように前記取り付け位置の機差により装置毎に
キャリブレーションを行わなければならなくなるが、図
８（ｂ’）で説明するようにフォーカス検出系の取り付
け位置の機差を考慮して図７のstep２およびstep７を実
施するようにすれば，装置毎にキャリブレーションを行
う必要はなくなり管理が簡単になる。

【００２９】以上説明した計測位置選択のためのプリス
キャン測定は、形成されるパターンが異なる各工程で行
うことになるが、ロット内の１枚のみで測定するだけで
十分であり、その後の同一工程に関してはロット先頭の
１枚で求めた計測位置をメモリに記憶しておいて各フォ
ーカス計測および補正時に使用することにより本来の目
的は十分実現可能であり、スループットを低下させるこ
となく高精度のレベリング補正および露光が実施され
る。ロット内のウエハのばらつきが大きいと予想される
場合には、先頭の複数枚のウエハにて計測位置選択のた
めのプリスキャンを行い、以後のウエハでは、それらの
共通計測位置を使えば、さらなる精度向上が期待され
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば 露
光に先立ちウエハ上の被露光領域のプリスキャン計測を
実施し、最もフォーカス値が高精度に測定される位置を
求めることによりウエハ上の被露光領域のＩＣパターン
に起因する検出誤差および表面の段差構造に起因する計
測不安定等の発生を低減することができ、プロセス毎の
フォーカスオフセットを正確に算出してスキャン露光中
に計測されるフォーカス計測値の信頼性を高めることが
できる。また安定した計測値が得られるポイントを選択
することによりその後のオフセット測定や露光時のフォ
ーカス測定の際に計測不安定などにより例外処理を発生
させることがないため、処理上のスループットも改善す
るとことができる。従ってスリット・スキャン露光装置
などで工程が進み表面に段差ができてきたウエハにおい
てもその段差に左右されることなくウエハ本来の歪み成
分の補正を行い、被露光領域を確実に焦点深度内に位置
づけることができ、その結果として良好なパターン転写
を高スループットで行い、２５６Ｍ以降のより集積度の
高いチップを安定して作成することができるという優れ
た効果がある。

【００３１】

【発明の適用範囲】なお、上述においては、本発明を主
に半導体ウエハを露光する半導体露光装置に適用する例
について説明したが、本発明は露光装置以外の半導体製
造装置、あるいは半導体ウエハ以外の平板状物体、例え
ば液晶表示装置のガラス基板に露光等の処理を施す装置
にも適用可能である。

【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
略図である。

【図２】 図１における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であ
る。

【図３】 図１におけるウエハのチップ上での計測ポイ
ントと各計測ポイントでの計測値の状態を示す説明図で
ある。

【図４】 図１の装置におけるウエハ搬入から搬出まで
のシーケンスを示す概略フローチャート図である。

【図５】 図１におけるウエハのチップ段差部で発生す
る現象を説明する説明図である。

【図６】 図１の装置において検出される検出信号の模
式図である。

【図７】 本発明の一実施例に係る面位置検出方法にお
ける計測ポイントの選択、オフセットの測定および各シ
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
を示すフローチャート図である。

【図８】 実施例４におけるセンサの取り付け位置誤差
に関する説明図である。

【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、１４，１５：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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凹凸を有する被検出面の面位置を、該被
   検出面を相対走査しながら連続的に検出する方法におい
   て、 前記被検出面を相対走査しながら連続的にその面状態の
   特徴データを検出する段階と、 前記連続的に得られた複数の特徴データを処理しその後
   の被検出面の面位置検出において該被検出面の位置を測
   定すべき計測位置を離散的に決定する段階とを有するこ
   とを特徴とする面位置検出方法。
2. 【請求項２】 前記特徴データを検出する段階におい
   て、該特徴データとして面位置データとともに検出信号
   の形状を示す特徴量を同時に検出することを特徴とする
   請求項１記載の面位置検出方法。
3. 【請求項３】 前記凹凸を有する被検出面が、パターン
   を形成されたウエハの表面であり、該ウエハを露光する
   露光装置に適用されたことを特徴とする請求項１または
   ２記載の面位置検出方法。
4. 【請求項４】 前記特徴データを検出する段階におい
   て、露光時より低速な走査速度でより多点の計測値を測
   定することを特徴とする請求項３記載の面位置検出方
   法。
5. 【請求項５】 前記連続的に得られた複数の特徴データ
   を処理しその後の面位置を測定する計測位置を離散的に
   決定する場合に、前記面位置データの不連続点や検出信
   号の形状を示す特徴量の異常点を考慮するとともに被露
   光領域を露光する際の走査速度や補正系の追従スピー
   ド、装置間の面位置センサ取り付け位置誤差等も併せて
   考慮することを特徴とする請求項３記載の面位置検出方
   法。
6. 【請求項６】 先頭から１枚または複数枚のウエハの特
   徴データを検出し、該特徴データに基づいて決定された
   計測位置情報を記憶し、そのウエハに引き続く少なくと
   もロット内のウエハに対して、前記記憶した計測位置の
   全部または一部にて前記測定を行うことを特徴とする請
   求項１記載の面位置検出方法。
7. 【請求項７】 前記面位置として、前記ウエハ表面の高
   さおよび傾きを計測することを特徴とする請求項３〜６
   のいずれかに記載の面位置検出方法。