JPH10326733A - スリットスキャン式投影露光装置及び投影露光方法並びにこれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

スリットスキャン式投影露光装置及び投影露光方法並びにこれを用いた半導体装置の製造方法

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JPH10326733A
JPH10326733A JP9133946A JP13394697A JPH10326733A JP H10326733 A JPH10326733 A JP H10326733A JP 9133946 A JP9133946 A JP 9133946A JP 13394697 A JP13394697 A JP 13394697A JP H10326733 A JPH10326733 A JP H10326733A
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Application number
JP9133946A
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English (en)
Inventor
Koichiro Narimatsu
孝一郎 成松
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Exposure apparatus for microlithography
    • G03F7/70216Systems for imaging mask onto workpiece
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面に段差のある半導体チップの露光におい
て、デフォーカスをなくす。 【解決手段】 スリットスキャン式露光装置において、
投影光学系により、レティクル像をウェーハステージ上
に装着されたウェーハ上に投影する。同時に、フォーカ
ス用照明光により、ウェーハ上に、スキャン方向に対し
て垂直な方向に複数のフォーカスセンスエリアを配列し
て形成するように照射し、反射された照明光を複数の受
光器で受光してウェーハステージを制御する。このと
き、複数の受光器からのフォーカス信号を、スキャン方
向と垂直な方向のウェーハ上の指定領域に対応して選択
して用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明が属する技術分野】この発明は、半導体ウェーハ
の投影露光装置及び投影露光方法並びにこれを用いた半
導体装置の製造方法に関するものであり、さらに詳しく
は、スリットスキャン露光方式による投影縮小露光装置
の露光フォーカシング及びレベリングの改良に関するも
のである。

【0002】

【従来の技術】従来から用いられ、また、この発明で用
いるスリットスキャン露光方式の投影露光装置(以下、
適宜、スキャン式ステッパという)及び露光方法につい
て、特にそのフォーカシング及びレベリングの仕方の一
例について、図1及び図2を参照して説明する。図1
は、スキャン式ステッパの装置構成を示し、図2は、ウ
ェーハ上に投影されるスリット状露光エリアを示す図、
ならびにオートフォーカス機能の照射側パターン形成板
及び受光側パターン板を示す図である。動作原理は、照
明系1から照射された照射光により、レティクル2上の
パターンを、投影光学系6を通して出来るスリット状露
光エリア7によって半導体ウェーハ8の上に露光する。
図2(a)は、この半導体ウェーハ8上に照射されるス
リット状露光エリア7(又はスリット状露光フィール
ド)を示している。

【0003】レティクルステージ3上に設置したレティ
クル2と、ウェーハ側XYステージ11上に設置された
ウェーハ8とは、相反する方向に移動(スキャン)し、
ウェーハ8の露光エリア全体が露光される。この時、レ
ティクルステージ3とウェーハ側XYステージ11と
は、主制御装置16により、レティクル用ステージ制御
装置13及びウェーハ側XYZステージ制御装置15を
介して、正しくスキャン速度、位置合わせ等の同期が取
られる。

【0004】またこの時、フォーカス及びレベリングセ
ンサ群17〜27(追って詳細を説明する)とウェーハ
側Zステージ用位置検出装置14により求められたウェ
ーハのZ位置及び傾き量は、主制御装置16に入力さ
れ、主制御装置16によりウェーハ側Zステージ制御装
置12を制御することにより、ウェーハ8の露光面を、
投影光学系6で作られたスリット状露光エリア7の像面
に位置合わせする。

【0005】次に、フォーカス及びレベリングセンサ群
17〜26とウェーハ側Zステージ用位置検出装置14
の動作原理を以下に説明する。露光光とは異なるウェー
ハ8上のフォトレジストを感光させない照明光が、照明
光学系から光ファイバ光束17を介して導かれる。光フ
ァイバ光束17から照射された照明光は、集光レンズ1
8を経て照射側パターン形成板19を照明する。図2
(b)に照射側パターン形成板19の形状を示す。この
照射側パターン形成板19の中に設けられた複数の開孔
を照射光が透過する。

【0006】図1に戻り、この照射側パターン形成板1
9を透過した照明光は、レンズ20、ミラー21及び照
射対物レンズ22を経てウェーハ8の露光面に投影さ
れ、ウェーハ8の露光面には照射側パターン形成板19
上のパターンの像が、フォーカスセンスエリアとして、
光軸に対して斜めに投影結像される。図2(a)に、ス
リット状露光エリア7の中に、複数のフォーカスセンス
エリアF1〜Fnが配列されて照射されている状態を示
す。

【0007】図1に戻り、ウェーハ8で反射された照明
光は、集光対物レンズ23、ミラー24、結像レンズ2
5、受光側パターン板26を経て、受光器27の受光面
に再投影される。図2(b)には、受光側パターン板2
6の形状を示しており、これは照射側パターン形成板1
9と同じ形状のものである。

【0008】図1に戻り、受光器27の受光面には、照
射側パターン形成板19の像が再結像される。しかし、
ウェーハ8のZ位置が変化すると、ウェーハ8で反射さ
れた照明光は、受光側パターン板26上での再投影され
るX方向の位置が変化し、受光側パターン板26を通過
して受光器27へ達する光量が変化する。よって、ウェ
ーハ8のZ位置は、受光側パターン板26上でのX方向
位置、受光器27上での光量に変換される。更にこの光
量はIV変換により電圧に変換され、フォーカス信号と
してウェーハ側Zステージ用位置検出装置14に供給さ
れる。ウェーハ側Zステージ用位置検出装置14は、各
受光器7からのフォーカス信号を、演算処理して、主制
御装置16に供給する。なお、4はレティクルステージ
干渉計ミラー、5はレティクルステージ干渉計、9はウ
ェーハステージ干渉計ミラー、10はウェーハステージ
干渉計である。

【0009】次に、この演算処理について従来の方法を
説明する。図11は、従来のスキャン式ステッパの露光
方法における、半導体チップ上でのフォーカシング及び
レベリング状態を示す図である。図11(a)の様なパ
ターンレイアウトを持つ半導体チップ(特にメモリ搭載
ロジックなど)で構成される露光領域があった場合、ス
キャン式ステッパのオートフォーカスシステムは、図1
1(a)に示す様にスキャン方向と垂直方向に配列され
たフォーカスセンスエリアF1〜Fnを形成し、これに
対応した図2(c)に示す複数の受光器27(以下、適
宜、フォーカスセンサAF1〜AFnと称する)が、ス
キャン方向に露光と同時に、または先読みでセンシング
を行う。

【0010】従来技術では、これらの複数のフォーカス
センサAF1〜AFnのフォーカス信号SF1〜SFn
が均一になるように、例えば全センサのフォーカス信号
の平均値(ΣAFn)/nなどを用いて、オートフォー
カスを行っていた。即ちウェーハ8を吸着したウェーハ
側XYステージ11、ウェーハ側Zステージ12を、レ
べリング補正(傾き補正)も含めて上下させていた。

【0011】

【発明が解決しようとする課題】図11(b),(c)
は、このような従来オートスキャン方法により、半導体
ウェーハ(細かくは、チップ)に対してフォーカシング
とレべリングを行った状態を示す。先ず、図11(a)
は、半導体チップ表面に段差のある領域1と領域2とが
あり、その上に照射されるフォーカスセンスエリアF1
〜Fnの配列を示している。

【0012】図11(b)は、図11(a)のA1−B
1線上を照射している場合のレべリング状態を示し、図
11(c)は、図11(a)のA2−B2線上を照射し
ている場合のレべリング状態を示している。このよう
に、半導体チップのスキャン方向と垂直な方向(X方
向)にチップ表面の段差がある場合、断面A1−B1、
断面A2−B2のフォーカシングとレべリング状態は、
領域1と領域2の段差の1/2だけ、デフォーカス状態
になる。例えば、領域1と領域2の段差が、1μmあっ
た場合、デフォーカス量は0.5μmとなり、サブミク
ロンリソグラフィにおいては致命的となる。

【0013】ところで、半導体チップの露光において
は、領域1(例えば、メモリ領域)と、領域2(例え
ば、ロジック領域)は、必ずしも同一工程で露光される
わけではない。即ち、領域1と領域2は各々別のマスク
を用いて、露光されることがある。この様な状況におい
て、この半導体チップをスキャン式ステッパで露光する
場合、露光と同時に行うオートフォーカスは、工程に応
じて領域1もしくは領域2のみで良いことになる。

【0014】よって、工程毎の露光プログラムによっ
て、オートフォーカスを行うチップ上の領域を指定する
ことが出来れば、その工程にとって不要な領域の段差に
左右されることがなく、オートフォーカス精度が向上す
る。この方法は、特に、半導体チップ内の段差が大き
く、焦点深度が小さい場合に有効である。

【0015】次に、図12は、従来のオートスキャン方
法により、半導体ウェーハ8の表面の段差について、フ
ォーカシングとレべリングを行った他の状態を示す。図
12(a)は、半導体チップ表面でスキャン方向(矢
印、これをY方向とする)に段差のある領域1と領域2
とがあり、その上に照射されるフォーカスセンスエリア
F1〜Fnの配列を示している。図12(b)は、図1
2(a)のA1−A2線上でチップ表面を照射している
場合のレべリング状態を示し、図12(c)は、図12
(a)のB1−B2線上を照射している場合のレべリン
グ状態を示している。

【0016】このように、領域B1−B2のフォーカシ
ング状態は、フォーカスセンスエリアF1〜Fnのスキ
ャン方向(Y方向)の長さが、領域2のスキャン方向の
長さ内に入っているので、領域2を露光する際のデフォ
ーカス量は理想的には0となる。しかし、半導体チップ
のスキャン方向(Y方向)にチップ表面の段差がある場
合、その段差エッジ近傍の断面A1−A2のフォーカシ
ングとレべリング状態は、図12(b)に示すように、
デフォーカス状態になる。

【0017】この理由を、次に説明する。従来のスキャ
ン式ステッパのオートフォーカスシステムでは、フォー
カスセンスエリアF1〜Fnは、スキャン方向と45度
の角度をなし、かつ一つのフォーカスセンスエリアは
0.2mm×2.0mm程度の大きさを持っている。従
って、フォーカスセンスエリアF1〜FnのY方向長さ
が例えば1.4mm(=2mm×√2)を持つので、フ
ォーカスセンスエリアF1〜Fnが領域1と領域2の段
差に掛かっている割合に応じて、フォーカシング状態が
変化することになる。即ち、領域2の露光にとっては、
デフォーカスが生ずることになる。例えば、このフォー
カスセンスエリアF1〜Fnが領域1と領域2の段差に
掛かってぃる割合が、1:2で、領域1と領域2の段差
が1μmであった場合、デフォーカス量は0.33μm
となり、サブミクロンリソグラフィにおいては致命的と
なる。

【0018】半導体ウェーハの露光においては、領域1
(例えば、メモリ領域)と、領域2(例えば、ロジック
領域)は、必ずしも同一工程で露光されるわけではな
い。即ち、領域1と領域2は各々別のマスクを用いて、
露光されることがある。この様な状況において、この半
導体チップをスキャン式ステッパで露光する場合、露光
と同時に行うオートフォーカスは、工程に応じて領域1
もしくは領域2のみで良いことになる。

【0019】そこで、フォーカスセンスエリアの形状を
改善することによって、オートフォーカスを行うチップ
上の領域をより絞り込むことが出来れば、その工程にと
って不要な領域の段差に左右されることがなく、オート
フォーカス精度が向上する。これは、特に、半導体チッ
プ内の段差が大きく、焦点深度が小さい場合に有効であ
る。この発明は、上述のような従来の問題を解決するた
めになされたもので、半導体ウェーハあるいはチップの
表面に段差がある場合でも、露光のデフォーカスを生じ
ることのないスリットスキャン式投影露光方法及び投影
露光装置並びにこれを用いた半導体装置の製造方法を提
供しようとするものである。

【0020】

【課題を解決するための手段】この発明のスリットスキ
ャン式投影露光装置は、投影光学系によりレティクル像
をウェーハステージ上に装着されたウェーハ上にスリッ
トスキャン式で投影するとともに、フォーカス用照明光
により前記ウェーハ上に前記スキャン方向に対して垂直
な方向に複数のフォーカスセンスエリアを配列して形成
するように照射し、反射された前記照明光を複数の受光
器で受光して前記ウェーハステージを制御するスリット
スキャン式投影露光装置において、前記複数の受光器か
らのフォーカス信号を、前記スキャン方向と垂直な方向
の前記ウェーハ上の指定領域に対応して選択して用いる
ようにしたことを特徴とするものである。また、この発
明のスリットスキャン式投影露光装置は、前記半導体ウ
ェーハ表面の同一段差の領域を前記指定領域としたこと
を特徴とするものである。

【0021】また、この発明のスリットスキャン式投影
露光装置は、投影光学系によりレティクル像をウェーハ
ステージ上に装着されたウェーハ上にスリットスキャン
式で投影するとともに、フォーカス用照明光により前記
ウェーハ上に前記スキャン方向に対して垂直な方向に複
数のフォーカスセンスエリアが配列して形成されるよう
に照射し、反射された前記照明光を複数の受光器で受光
して前記ウェーハステージを制御するスリットスキャン
式投影露光装置において、前記フォーカスセンスエリア
の形状を前記スキャン方向において1mm以下としたこ
とを特徴とするものである。

【0022】また、この発明のスリットスキャン式投影
露光装置は、前記フォーカスセンスエリアを長方形とし
前記ウェーハ上で前記スキャン方向と垂直になるように
形成したことを特徴とするものである。また、この発明
のスリットスキャン式投影露光装置は、前記フォーカス
センスエリアを点状に形成したことを特徴とするもので
ある。また、この発明のスリットスキャン式投影露光装
置は、前記フォーカスセンスエリアを前記ウェーハ上の
スキャン方向と垂直な方向で前記指定領域の長さに延び
た長方形としたことを特徴とするものである。

【0023】次に、この発明のスリットスキャン式投影
露光方法は、投影光学系によりレティクル像をウェーハ
ステージ上に装着されたウェーハ上にスリットスキャン
式で投影するステップと、フォーカス用照明光により前
記ウェーハ上に前記スキャン方向に対して垂直な方向に
複数のフォーカスセンスエリアが配列して形成されるよ
うに照射し、反射された前記照明光を複数の受光器で受
光して、前記複数の受光器からのフォーカス信号を、前
記スキャン方向と垂直な方向の前記ウェーハ上の指定領
域に対応して選択して用いることにより、前記ウェーハ
ステージを制御するステップとを含むことを特徴とする
ものである。

【0024】また、この発明のスリットスキャン式投影
露光方法は、投影光学系によりレティクル像をウェーハ
ステージ上に装着されたウェーハ上にスリットスキャン
式で投影するステップと、フォーカス用照明光により前
記ウェーハ上に前記スキャン方向に対して垂直な方向に
複数のフォーカスセンスエリアが配列して形成され、か
つ前記フォーカスセンスエリアの前記スキャン方向の長
さが1mm以下の形状となるように照射し、反射された
前記照明光を複数の受光器で受光して前記ウェーハステ
ージを制御するようにしたステップとを含むことを特徴
とするものである。

【0025】さらに、この発明の半導体製造方法は、前
記のスリットスキャン式投影露光方法により前記レティ
クル像が露光された前記半導体ウェーハを、現像処理す
ることによりパターンを形成するステップを含むことを
特徴とするものである。

【0026】

【発明の実施の形態】

実施の形態1.図3及び図4は、この発明の実施の形態
1によるオートフォーカス露光方法及び投影露光装置を
説明するための図である。投影露光装置としては、図1
及び図2と概略同様の構成のものを用いるが、制御が異
なる。図3は、このオートフォーカス露光方法のステッ
プを示すフロー図、図4は、スキャン方向と垂直な方向
に表面段差のある半導体チップを、この実施の形態によ
るスリットスキャン式の露光方法により、フォーカシン
グ及びレベリングする状態を示している。

【0027】この実施の形態の露光方法について、図3
を参照しながら説明する。まず、半導体ウェーハのフォ
ーカシング及びレベリング領域を、露光プログラムなど
に入力する(図3のフロー図におけるステップS1)。
ここで、主制御装置16は、スキャン方向と垂直方向に
並んだ複数のフォーカスセンサAF1〜AFnから、半
導体チップ上のフォーカシングをする指定領域に応じ
て、使用するフォーカスセンサAF1〜AFnを選択す
る(図3のフロー図におけるステップS2)。これは、
非スキャン方向のフォーカシング及びレベリングエリア
の決定である。

【0028】次に、露光即ちスキャンがスタートすると
(図3のフロー図におけるステップS3)、逐一ウェー
ハの露光位置のY座標は計測されており(図3のフロー
図におけるステップS4)、露光位置が指定されたフォ
ーカシング及びレベリング領域に入ると(図3のフロー
図におけるステップS5)、これに対応したフォーカス
センサF1〜Fnからフォーカス信号の取り込みが主制
御装置16により行われる(図3のフロー図におけるス
テップS6)。これは、スキャン方向のフォーカシング
及びレベリングエリアの指定に対応する。

【0029】この様にしてフォーカスセンサAF1〜A
Fnから選択的に取り込みが行われたフォーカス信号の
みが、均一になるように、例えば取り込みが行われたフ
ォーカスセンサAF1〜AFn’のフォーカス信号の平
均値(ΣAFn’)/n’などを算出する(図3のフロ
ー図におけるステップS7)。この算出値を用いて、主
制御装置16により、ウェーハ側Zステージ制御装置1
2を制御し、投影光学系5で作られたスリット状露光エ
リア7の像面にウェーハ8を位置合わせする(図3のフ
ロー図におけるステップS8)。ウェーハの露光位置
が、露光領域を出れば終了する(図3のフロー図におけ
るステップS9)。以上のプロセスは、例えば主制御装
置16に組み込まれたプログラムにより制御する。

【0030】図4は、以上のような方法により、半導体
チップに対してフォーカシングとレべリングを行った状
態を示す。図4(a)は、半導体チップ表面に段差のあ
る領域1と領域2とがあり、その上に照射されるフォー
カスセンスエリアF1〜Fnの配列を示している。図4
(b)は、図4(a)のA1−B1線上を照射し領域1
にフォーカシングしている場合のレべリング状態を示
し、図4(c)は、図4(a)のA2−B2線上を照射
し同じく領域1をフォーカシングしている場合のレべリ
ング状態を示している。図4(a)〜(c)にいおて、
フォーカスセンスエリアF1〜Fnのうち、実線で示さ
れたものは、フォーカス信号が取り込まれているもの、
破線で示されたものは、フォーカス信号が取り込まれて
いないものを示す。

【0031】このように、半導体チップのスキャン方向
と垂直な方向(X方向)にチップ表面の段差がある場合
でも、フォーカシングをする指定領域1に応じてフォー
カスセンサAF1〜AFnの信号取り込みを選択すれ
ば、断面A1‐B1をフォーカシングしてレベリング
し、露光する時には、領域1のみにZ方向の位置合わせ
が行われる。また、断面A2‐B2をフォーカシングし
てレベリングし、露光する時には、各オートフォーカス
センサAF1〜AFnの出力信号の取り込みが切り替わ
り、同じく領域1のみにZ方向の位置合わせが行われ
る。このような方法により、デフォーカス状態を生ぜ
ず、ウェーハ表面に正確にフォーカスさせて露光するこ
とができる。

【0032】実施の形態2.図5は、この発明の実施の
形態2によるオートフォーカス露光方法を説明するため
の図である。投影露光装置としては、図1及び図2と概
略同様の構成のものを用いるが、フォーカスセンスエリ
アの形状が異なる。図5は、スキャン方向と同じ方向に
表面段差のある半導体チップを、この実施の形態による
スリットスキャン式の露光方法により、フォーカシング
及びレベリングする状態を示している。図5(a)は、
半導体チップ表面に段差のある領域1と領域2とがあ
り、その上に照射されるフォーカスセンスエリアF1〜
Fnの配列を示している。

【0033】この図5(a)では、図2(a)で示した
フォーカスセンスエリアF1〜Fnの形状が、長辺方向
に小型化された形状を示している。このようにフォーカ
スセンスエリアF1〜Fnの形状を小型化するために
は、図2(b)で示した照射側パターン形成板19及び
受光側パターン板26の開孔を小型化する。図5(b)
は、図5(a)のA1−A2線上を照射し領域2にフォ
ーカシングしている場合のレべリング状態を示し、図5
(c)は、図5(a)のB1−B2線上を照射し同じく
領域2をフォーカシングしている場合のレべリング状態
を示している。いま、例えば、フォーカスセンスエリア
F1〜Fnの長辺方向を従来の2mmからlmmに小型
化した場合を考える。従来の技術と同様、領域A1−A
2のフォーカシング状態は、領域1と領域2の段差によ
り、デフォーカス状態になる。

【0034】しかし、この発明の場合、フォーカスセン
スエリアF1〜Fnのスキャン方向(Y方向)の長さ
は、0.7mm(=lmm÷√2)と従来の1.4mm
(=2mm÷√2)に比べ半減する。このとき、このフ
ォーカスセンスエリアF1〜Fnが領域1と領域2の段
差に掛かっている割合に応じて、フォカシング状態が変
化することにかわりはないが、領域2の露光にとって、
デフォーカスが生ずる領域が半減することになる。

【0035】即ち、従来の技術では、領域1と領域2の
段差エッジから領域2に向って、1.4mmまでは、領
域1と領域2の段差により、デフォーカス状態になる
が、この実施の形態では、このデフォーカス状態の領域
を、0.7mmまで半減できる。

【0036】図6は、フォーカスセンスエリアF1〜F
nが領域1と領域2の段差に掛かっている割合に応じ
て、フォーカシング状態が変化することを示したシミュ
レーション結果である。図6では、フォーカスセンスエ
リアF1〜Fnのスキャン方向(Y方向)の長さが、そ
れぞれ1.4mm,0.7mm及び0.2mmの場合に
ついて、フォーカス中心位置が段差エッジから離れた距
離(横軸)に対応して、デフォーカス量(縦軸)を示し
ている。フォーカスセンスエリアF1〜Fnを、スキャ
ン方向に短くすることの効果が示されている。

【0037】実施の形態3.図7は、この発明の実施の
形態3により、スキャン方向に段差がある半導体チップ
の露光をする場合に用いる、フォーカスセンスエリアF
1〜Fnの形状を示す図である。この例では、フォーカ
スセンスエリアF1〜Fnの形状は、X方向、Y方向の
長さが同じでlmm以下の点状としている。この点が小
さいほど、このデフォーカス状態の領域を、低減でき
る。

【0038】実施の形態4.図8は、この発明の実施の
形態4により、スキャン方向に段差がある半導体チップ
の露光をする場合に用いる、フォーカスセンスエリアF
1〜Fnの形状を示す図である。図8に示したフォーカ
スセンスエリアF1〜Fnの形状は、スキャン方向と垂
直方向に並んだ複数の露光エリアが各々長方形である場
合、長辺方向をスキャン方向と垂直に配置した形状とし
ている。このとき、線の幅(即ちY方向の幅)が小さい
ほど、このデフォーカス状態の領域を、低減できる。

【0039】実施の形態5.図9は、この発明の実施の
形態5により、スキャン方向に段差がある半導体チップ
の露光をする場合に用いる、フォーカスセンスエリアF
1〜Fnの形状を示す図である。図9に示したフォーカ
スセンスエリアF1〜Fnの形状は、スキャン方向と垂
直方向に並んだ複数のセンサが、フォーカシングする領
域の長さと同じ長さの、1本の線状になった形状を示し
ている。このとき、線の幅(即ちY方向の幅)が小さい
ほど、このデフォーカス状態の領域を、低減できる。

【0040】実施の形態6.図10は、この発明の実施
の形態6によるオートフォーカス露光方法を説明するた
めの図である。この実施の形態では、図4で説明したよ
うに、ウェーハ表面にスキャン方向と垂直な方向に表面
段差があり、かつ図5で説明したような、スキャン方向
にも表面段差のある半導体チップを、この実施の形態の
露光方法により、フォーカシング及びレベリングする場
合を示している。

【0041】図10は、半導体チップ表面に、スキャン
方向にも、また、スキャン方向と垂直の方向にも、段差
のある領域1と領域2とがあり、その上に照射されるフ
ォーカスセンスエリアF1〜Fnの配列を示している。
この場合、フォーカスセンスエリアF1〜Fnの形状
は、実施の形態2で説明したように、スキャン方向に
は、例えば1mm以下に縮小されている。また、実施の
形態1で説明したように、スキャン方向と垂直な方向
(X方向)の表面段差に対しては、フォーカスセンサA
F1〜AFnの信号取り込みを指定する。このように、
実施の形態1の特徴と実施の形態2の特徴を組み合わせ
る。これにより、半導体ウェーハ、あるいはチップの表
面に、スキャン方向及びスキャン方向と垂直の方向に段
差がある場合も、デフォーカスを解消することができ
る。

【0042】以上、この発明の実施の形態によるスリッ
トスキャン式投影露光装置および投影露光方法について
述べた。以上述べたような投影露光装置を用い、あるい
は以上述べたような投影露光方法によって半導体ウェー
ハにパターンを形成し、ウェーハ処理を行い、半導体装
置を製造することができる。このようにして、半導体装
置を製造すると、半導体パターンの線幅のばらつきが抑
制され、品質向上を図ることができる。

【0043】

【発明の効果】この発明によれば、半導体ウェーハの表
面にスキャン方向と垂直な方向に段差があっても、フォ
ーカシングする指定領域に対応するフォーカスセンサを
選択して信号処理をし、半導体ウェーハに対するフォー
カシング及びレベリングを行なうようにしたので、半導
体チップの段差の影響を受けずに、指定された領域のみ
に精度よくZ方向の位置合わせが可能となる。特に、半
導体チップ内の段差が大きく、焦点深度が小さい場合に
有効である。

【0044】また、この発明によれば、半導体ウェーハ
の表面にスキャン方向と同じ方向に段差があっても、半
導体ウェーハ上に照射するフォーカスセンスエリアのス
キャン方向での長さを縮小して、半導体ウェーハに対す
るフォーカシング及びレベリングを行なうようにしたの
で、半導体チップの段差の影響を減らし、指定された領
域に精度よくZ方向の位置合わせが可能となる。特に、
半導体チップ内の段差が大きく、焦点深度が小さい場合
に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図1】 この発明で用いるスキャン式ステッパ装置の
構成と動作原理を示す図である。

【図2】 この発明で用いるスキャン式ステッパ装置に
おけるウェーハ上に投影されたスリット状露光エリア及
びフォーカスセンスエリアの平面図、ならびにオートフ
ォーカス機能の照射側パターン形成板及び受光側パター
ン板を示す図である。

【図3】 この発明の実施の形態1によるスキャン式ス
テッパ装置における、フォーカシング及びレベリングの
動作を説明するフローチャートである。

【図4】 この発明の実施の形態1によるスキャン式ス
テッパ装置における、半導体チップ上でのフォーカシン
グ及びレベリング状態を示す図である。

【図5】 この発明の実施の形態2によるスキャン式ス
テッパ装置における、半導体チップ上でのフォーカシン
グ及びレベリング状態を示す図である。

【図6】 この発明の実施の形態2によるスキャン式ス
テッパ装置における、フォーカシング状態の変化を示す
図である。

【図7】 この発明の実施の形態3によるスキャン式ス
テッパ装置における、フォーカスセンスエリアの形状を
示す図である。

【図8】 この発明の実施の形態4によるスキャン式ス
テッパ装置における、フォーカスセンスエリアの形状を
示す図である。

【図9】 この発明の実施の形態5によるスキャン式ス
テッパ装置におけるフォーカスセンスエリアの形状を示
す図である。

【図10】 この発明の実施の形態6によるスキャン式
ステッパ装置における、半導体チップ上でのフォーカシ
ング及びレベリング状態を示す図である。

【図11】 従来のスキャン式ステッパにおける、半導
体チップ上でのフォーカシング及びレベリング状態を示
す図である。

【図12】 従来のスキャン式ステッパにおける、他の
半導体チップ上でのフォーカシング及びレベリング状態
を示す図である。

【符号の説明】

1 照明系、 2 レティクル、 3 レティクルステ
ージ、 6 投影光学系、 7 スリット状露光エリ
ア、 8 半導ウェーハ、 11 ウェーハ側XYステ
ージ、 12 ウェーハ側Zステージ、 13 レティ
クル用ステージ制御装置、 14 ウェーハ側Zステー
ジ用位置検出装置、 15 ウェーハ側XYZステージ
制御装置、 16 主制御装置、 17 光ファイバ光
束、 19 照射側パターン形成板、 26 受光側パ
ターン板、 27 受光器、 フォーカスセンスエリア
F1〜Fn。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 投影光学系によりレティクル像をウェー
    ハステージ上に装着されたウェーハ上にスリットスキャ
    ン式で投影するとともに、フォーカス用照明光により前
    記ウェーハ上に前記スキャン方向に対して垂直な方向に
    複数のフォーカスセンスエリアを配列して形成するよう
    に照射し、反射された前記照明光を複数の受光器で受光
    して前記ウェーハステージを制御するスリットスキャン
    式投影露光装置において、前記複数の受光器からのフォ
    ーカス信号を、前記スキャン方向と垂直な方向の前記ウ
    ェーハ上の指定領域に対応して選択して用いるようにし
    たことを特徴とするスリットスキャン式投影露光装置。
  2. 【請求項2】 前記半導体ウェーハ表面の同一段差の領
    域を前記指定領域としたことを特徴とする請求項1に記
    載のスリットスキャン式投影露光装置。
  3. 【請求項3】 投影光学系によりレティクル像をウェー
    ハステージ上に装着されたウェーハ上にスリットスキャ
    ン式で投影するとともに、フォーカス用照明光により前
    記ウェーハ上に前記スキャン方向に対して垂直な方向に
    複数のフォーカスセンスエリアが配列して形成されるよ
    うに照射し、反射された前記照明光を複数の受光器で受
    光して前記ウェーハステージを制御するスリットスキャ
    ン式投影露光装置において、前記フォーカスセンスエリ
    アの形状を前記スキャン方向において1mm以下とした
    ことを特徴とするスリットスキャン式投影露光装置。
  4. 【請求項4】 前記フォーカスセンスエリアを長方形と
    し前記ウェーハ上で前記スキャン方向と垂直になるよう
    に形成したことを特徴とする請求項3に記載のスリット
    スキャン式投影露光装置。
  5. 【請求項5】 前記フォーカスセンスエリアを点状に形
    成したことを特徴とする請求項3に記載のスリットスキ
    ャン式投影露光装置。
  6. 【請求項6】 前記フォーカスセンスエリアを前記ウェ
    ーハ上のスキャン方向と垂直な方向で前記指定領域の長
    さに延びた長方形としたことを特徴とする請求項3記載
    のスリットスキャン式投影露光装置。
  7. 【請求項7】 前記複数の受光器からのフォーカス信号
    を、前記スキャン方向と垂直な方向の前記ウェーハ上の
    指定領域に対応して選択して用いるようにしたことを特
    徴とする請求項3に記載のスリットスキャン式投影露光
    装置。
  8. 【請求項8】 前記半導体ウェーハ表面の同一段差の領
    域を前記指定領域としたことを特徴とする請求項7に記
    載のスリットスキャン式投影露光装置。
  9. 【請求項9】 投影光学系によりレティクル像をウェー
    ハステージ上に装着されたウェーハ上にスリットスキャ
    ン式で投影するステップと、フォーカス用照明光により
    前記ウェーハ上に前記スキャン方向に対して垂直な方向
    に複数のフォーカスセンスエリアが配列して形成される
    ように照射し、反射された前記照明光を複数の受光器で
    受光して、前記複数の受光器からのフォーカス信号を、
    前記スキャン方向と垂直な方向の前記ウェーハ上の指定
    領域に対応して選択して用いることにより、前記ウェー
    ハステージを制御するステップとを含むことを特徴とす
    るスリットスキャン式投影露光方法。
  10. 【請求項10】 投影光学系によりレティクル像をウェ
    ーハステージ上に装着されたウェーハ上にスリットスキ
    ャン式で投影するステップと、フォーカス用照明光によ
    り前記ウェーハ上に前記スキャン方向に対して垂直な方
    向に複数のフォーカスセンスエリアが配列して形成さ
    れ、かつ前記フォーカスセンスエリアの前記スキャン方
    向の長さが1mm以下の形状となるように照射し、反射
    された前記照明光を複数の受光器で受光して前記ウェー
    ハステージを制御するようにしたステップとを含むこと
    を特徴とするスリットスキャン式投影露光方法。
  11. 【請求項11】 請求項9又は10に記載のスリットス
    キャン式投影露光方法により前記レティクル像が露光さ
    れた前記半導体ウェーハを、現像処理することによりパ
    ターンを形成するステップを含むことを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
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