JPH11233422A

JPH11233422A - 走査型露光方法及び半導体デバイスの製造方法

Info

Publication number: JPH11233422A
Application number: JP10041150A
Authority: JP
Inventors: Shinji Wakamoto; 信二若本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】基板の周辺で走査方向を外から内へも行い、
かつ合焦に問題のない走査型露光方法と該方法を用いた
半導体デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】レチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬ
を介して基板Ｗ上に転写する走査型露光方法である。基
板Ｗ上の第１の領域内における基板表面の投影光学系Ｐ
Ｌの光軸方向の位置の検出により投影光学系の合焦を行
い、第１の領域について基板Ｗの内から外に向けて走査
露光すると共に、基板表面の光軸方向の位置を保存す
る。第１領域に隣接する第２領域を走査露光する際、投
影光学系を保存した光軸方向の位置に合焦した状態か
ら、第２領域内の基板表面の投影光学系ＰＬの光軸方向
の位置検出と、投影光学系の合焦を開始し、第２領域に
ついて基板Ｗの外から内に向けて走査露光する。基板の
内から外への走査ショットの情報から次ショットを始め
基板を外から内へ走査するので、合焦時間が短い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型露光方法及
び走査型露光方法を用いる半導体デバイスの製造方法に
関し、特に半導体基板の周辺のショットでの合焦を迅速
に行うことのできる走査型露光方法及びそのような走査
型露光方法を用いる半導体デバイスの製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハにマスクのパターンを投影
露光する装置は、半導体デバイスの微細加工化に対応す
るために、大きな開口数（Ｎ．Ａ）の投影レンズを使用
して解像度を上げ、また露光面積を大きくとるために、
マスクとウエハを同期させて走査するような走査型露光
装置が主流となりつつある。しかし、レンズの大Ｎ．Ａ
化は、レンズの焦点深度を浅くする結果につながり、ウ
エハ露光面の法線方向（Ｚ方向）の位置合わせは、より
高精度化を要求されることになる。

【０００３】また近年化学機械的研磨（ＣＭＰ）と呼ば
れるウエハ平坦化技術が用いられるようになったため、
ウエハ面には極力うねりや凹凸の少ないようにパターン
を形成する必要がある。したがって、ウエハ面はできる
だけＺ方向に平面度の高い一様な焼き付けをしなければ
ならない。

【０００４】従来の走査型の投影露光装置においては、
ウエハ周縁のショットでは、ウエハの外側から走査（ス
キャン）すると、Ｚ方向の位置を予測できない場所から
走査を開始することになるため、必ずウエハを内側から
外側に走査するようなシーケンスとなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来技術
によれば、ウエハ周縁に近いショットでは必ず内側から
外側へ一方向に走査するため、マスクを露光開始位置に
戻す動作が必要となり、そのための時間がかかりスルー
プットを低下させるという問題があった。

【０００６】そこで本発明は、ウエハの周辺のショット
で、走査を内側から外側方向だけでなく、外側から内側
方向へも行うことにより、スループットの低下がなく、
かつウエハエッジにかかるショットでもフォーカス合わ
せに問題のない、走査型露光方法及びそのような走査型
露光方法を用いた半導体デバイスの製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による走査型露光方法は、（図
１参照）レチクルＲと感応基板Ｗとを投影光学系ＰＬに
対して所定の走査方向（Ｙ方向）に相対移動しつつ、レ
チクルＲに形成されたパターンを投影光学系ＰＬを介し
て感応基板Ｗ上に逐次転写する走査型露光方法におい
て；感応基板Ｗ上の第１の領域内の検出点における基板
Ｗの表面の投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）の位置
を検出することにより投影光学系ＰＬの合焦（フォーカ
ス）を行いつつ、該第１の領域について基板Ｗの内から
外に向けて走査露光する工程と；前記第１の領域の走査
露光中に、所定の検出点における基板Ｗの表面の前記光
軸方向の位置を保存する保存工程と；前記第１の領域に
隣接する第２の領域を走査露光するに際して、投影光学
系ＰＬを前記保存した光軸方向の位置に合焦した状態か
ら、前記第２の領域内の検出点における基板Ｗの表面の
投影光学系ＰＬの光軸方向の位置の検出とその検出に基
づく投影光学系ＰＬの合焦を開始し、該第２の領域につ
いて基板Ｗの外から内に向けて走査露光する工程とを備
える。

【０００８】このように構成すると、基板Ｗの内から外
に向けて走査露光するショット即ち第１の領域の走査中
の、あるＸＹ位置でのＺ方向位置情報から次のショット
即ち第２の領域の走査を開始して基板Ｗを外から内に向
けて走査露光するので、合焦に要する時間が短縮され
る。

【０００９】請求項２に係る発明による走査型露光方法
は、レチクルＲと感応基板Ｗとを投影光学系ＰＬに対し
て所定の走査方向（Ｙ方向）に相対移動しつつ、レチク
ルＲに形成されたパターンを投影光学系ＰＬを介して感
応基板Ｗ上に逐次転写する走査型露光方法において；感
応基板Ｗ上の第１の領域内の検出点における基板Ｗの表
面の投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）の位置を検出
することにより投影光学系ＰＬの合焦を行いつつ、該第
１の領域について基板Ｗの内から外に向けて走査露光す
る工程と；前記第１の領域の走査露光中に、該第１の領
域内の基板Ｗの表面の前記光軸方向の位置の平均値を保
存する保存工程と；前記第１の領域に隣接する第２の領
域を走査露光するに際して、投影光学系ＰＬを前記保存
した光軸方向の位置に合焦した状態から、前記第２の領
域内の検出点における基板Ｗの表面の投影光学系ＰＬの
光軸方向の位置の検出とその検出に基づく投影光学系Ｐ
Ｌの合焦を開始し、該第２の領域について基板Ｗの外か
ら内に向けて走査露光する工程とを備える。

【００１０】このように構成すると、第１の領域内の基
板Ｗの表面の前記光軸方向の位置の平均値を保存して、
その保存した光軸方向の位置に合焦した状態から投影光
学系ＰＬの合焦を開始し、第２の領域を基板Ｗの外から
内に走査露光するので、合焦開始の位置が偏った位置に
なることが防止され、合焦に要する時間が短縮される。

【００１１】請求項３に係る発明による走査型露光方法
は、レチクルＲと感応基板Ｗとを投影光学系ＰＬに対し
て所定の走査方向（Ｙ方向）に相対移動しつつ、レチク
ルＲに形成されたパターンを投影光学系ＰＬを介して感
応基板Ｗ上に逐次転写する走査型露光方法において；感
応基板Ｗ内の所定の矩形領域を感応基板Ｗの外から内に
向けて走査する工程と；多点フォーカスセンサ１３Ａ〜
１３Ｃによって感応基板Ｗ上の検出点における感応基板
Ｗの表面の投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）の位置
を検出するフォーカス検出工程と；感応基板Ｗを投影光
学系ＰＬの光軸方向または前記光軸直交面に対して傾斜
駆動する基板駆動工程と；前記基板駆動工程における感
応基板Ｗの駆動を制御する制御工程とを備え；前記制御
工程は、前記所定の矩形領域の露光開始辺の両端のうち
基板Ｗのエッジから遠い端から走査方向に基板Ｗのエッ
ジの向きに第１の走査方向距離Ｌ１（図５）をとり、第
１の走査方向距離Ｌ１の点から走査方向に直角な方向
（Ｘ方向）の基板Ｗのエッジまでの第１の非走査方向距
離Ｌ３が第１の閾値より大きいときには、感応基板Ｗを
投影光学系ＰＬの光軸方向駆動、及び前記光軸直交面に
対して走査方向及び走査方向に直角な方向の傾斜駆動を
制御し；第１の非走査方向距離Ｌ３が第１の閾値より小
さく、前記所定の矩形領域の露光開始辺の両端のうち基
板Ｗのエッジから遠い端から走査方向に基板Ｗのエッジ
の向きに、第１の走査方向距離Ｌ１より小さい第２の走
査方向距離Ｌ２をとり、第２の走査方向距離Ｌ２の点か
ら走査方向に直角な方向の基板Ｗのエッジまでの第２の
非走査方向距離Ｌ４が第２の閾値より大きいときには、
感応基板Ｗを投影光学系ＰＬの光軸方向駆動、及び投影
光学系ＰＬの前記光軸直交面に対して走査方向に直角な
傾斜駆動のみを制御し；第１の非走査方向距離Ｌ３が第
１の閾値より小さく、且つ第２の非走査方向距離Ｌ４が
第２の閾値より小さいときには、感応基板Ｗを投影光学
系ＰＬの光軸方向駆動のみ制御する；走査型露光方法。

【００１２】このように構成すると、第１の非走査方向
距離Ｌ３と第１の閾値とを比較し、また第２の非走査方
向距離Ｌ４と第２の閾値とを比較し、その結果により、
多点フォーカスセンサ１３Ａ〜１３Ｃから適切な個数の
センサを選択することができ、感応基板Ｗをその傾斜方
向についても制御するか投影光学系ＰＬの光軸方向駆動
のみ制御するかを定めることができる。

【００１３】請求項４に係る発明による走査型露光方法
は、請求項３において、感応基板Ｗ上の領域毎に領域の
形状を記録した領域マップに基づいて第１の非走査方向
距離Ｌ３と第１の閾値の大小、第２の非走査方向距離Ｌ
４と第２の閾値との大小を判断するものとしてもよい。
第１の走査方向距離Ｌ１と第２の走査方向距離Ｌ２は、
一般にはそれぞれある指定された定数であり、それらの
距離と基板Ｗの外径等の幾何学的寸法から、第１の非走
査方向距離Ｌ３と第２の非走査方向距離Ｌ４は、計算に
より求めることができる。したがって、感応基板Ｗ上の
領域毎に領域の形状を記録した領域マップにそれらを記
録することができ、ひいてはその領域マップに基づいて
第１の非走査方向距離Ｌ３と第１の閾値の大小、第２の
非走査方向距離Ｌ４と第２の閾値との大小を判断するよ
うにすることができる。

【００１４】請求項５に係る発明による走査型露光方法
は、図１及び図８に示されるように、レチクルＲと感応
基板Ｗとを投影光学系ＰＬに対して所定の走査方向（Ｙ
方向）に相対移動しつつ、レチクルＲに形成されたパタ
ーンを投影光学系ＰＬを介して感応基板Ｗ上に逐次転写
する走査型露光方法において；感応基板Ｗ内の所定の矩
形領域を感応基板Ｗの内から外に向けて走査する工程
と；多点フォーカスセンサＳ４〜Ｓ８によって感応基板
Ｗ上の検出点における感応基板Ｗ表面の投影光学系ＰＬ
の光軸方向（Ｚ軸方向）の位置を検出するフォーカス検
出工程と；感応基板Ｗを投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ
軸方向）または光学軸直交面（ＸＹ平面）に対して傾斜
駆動する基板駆動工程と；前記基板駆動工程における感
応基板Ｗの駆動を制御する制御工程とを備え；前記制御
工程は、前記多点フォ−カスセンサのうち１点でも感応
基板Ｗから外れたとき、感応基板Ｗの非走査方向（Ｘ軸
方向）において感応基板Ｗの中心軸（Ｙ軸）に最も近い
センサＳ５、Ｓ８のみを残し、投影光学系ＰＬの光軸方
向（Ｚ軸方向）のみの制御に切り替える工程を含む。こ
のとき、ウエハＷの面の傾斜制御は止める。

【００１５】ここでセンサが基板Ｗから外れるとは、基
板ＷのエッジからＤＲ（図４）の領域に出てしまうこと
をいう。また中心軸に最も近いセンサとは、最も近いセ
ンサ１個であってもよいし、最も近いグループの複数の
センサであってもよい。

【００１６】このように構成すると、傾斜制御の可否に
拘わらず露光領域の全域に渡って光軸方向の制御をかけ
ることができる。

【００１７】また、請求項６に記載のように、請求項５
に記載の走査型露光方法では、前記切り替えられた光軸
方向のみの制御に用いるセンサの目標位置を、その切り
替え直前の感応基板Ｗの検出位置とすることを特徴とし
てもよい。

【００１８】このように構成すると、使用していたセン
サに投影光学系ＰＬの像面オフセットがあったとして
も、目標位置が変わらず、フォーカスの急変を防止でき
るので、光軸方向のみの制御に切り替えるたときのフォ
ーカス差を小さくすることができる。

【００１９】請求項７に係る発明による半導体デバイス
の製造方法は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の走査型露光方法を用いてレチクルＲに形成されたパタ
ーンを投影光学系ＰＬを介して感応基板Ｗ上の複数の領
域に逐次転写する工程と；前記パターンの転写された感
応基板Ｗをダイシングして、前記複数の領域に対応する
個々の半導体デバイスに分割する工程とを備える。

【００２０】このように構成すると、基板Ｗの内から外
に向けて走査露光する領域の走査露光中に、投影光学系
ＰＬの光軸方向の基板Ｗの表面位置を保存して、隣接し
た領域を走査露光するに際して、保存した位置から投影
光学系ＰＬの合焦を開始して基板Ｗを外から内に向けて
走査露光するので合焦に要する時間が短縮され、ひいて
は半導体デバイス製造のスループットが向上される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複
した説明は省略する。

【００２２】図１は、本発明の実施に適した投影露光装
置の構成を説明する概略側面図である。図１において、
マスクあるいはレチクル（以下「レチクル」という）Ｒ
を載置するレチクルステージ１６の上方にレチクルＲを
照明する照明光学系ＩＵが設けられ、レチクルステージ
１６の下方には投影光学系ＰＬ、その下方には感応基板
であるウエハＷを載置するためのウエハホルダ７がこの
順に配列されている。

【００２３】照明光学系ＩＵはレチクルステージ１６上
のレチクルを一様に照明するように構成されており、ウ
エハホルダ７に載置されたウエハＷの表面が、投影光学
系ＰＬに関して、レチクルＲのパターンの形成された面
とほぼ共役になるように、レチクルホルダ１６、投影光
学系ＰＬ、ウエハホルダ７は配置される。

【００２４】なお説明の便宜のために、ＸＹＺ座標系
を、Ｚ軸が投影光学系ＰＬの光軸と平行に、またＺ軸に
直交する平面内に、互いに直交するＸ軸とＹ軸を、図１
においてＹ軸を紙面内に、Ｘ軸を紙面に垂直な方向にと
るものとする。またレチクルＲとウエハＷの走査は、Ｙ
軸方向にされるものとする。

【００２５】レチクルステージ１６には干渉ミラー２０
が固定されており、干渉ミラー２０にレーザー光１９を
発射しその反射光を受光して、レチクルステージ１６の
Ｙ方向の位置を計測する干渉計ユニット１８が設けられ
ている。なお干渉計ユニットと同用干渉ミラーは、図１
にはＹ方向用のみが図示されているが、実際はＸ方向に
も設けられている。

【００２６】レチクルステージ１６には、これをＹ方向
に駆動するためのレチクルステージ駆動機構１７が設け
られている。これも図１にはＹ方向用のみが図示されて
いるが、実際はＸ方向にも設けられている。

【００２７】ウエハホルダ７は、ウエハＷをＸ方向とＹ
方向に移動できるように構成されたウエハステージ６、
４の上に搭載されている。ウエハステージ４は、ベース
３上に設置されている。

【００２８】ウエハステージ６には干渉ミラー１１が固
定されており、干渉ミラー１１にレーザー光を発射しそ
の反射光を受光して、ウエハステージ６のＹ方向の位置
を計測する干渉計ユニット１０が設けられている。

【００２９】ウエハステージ４には、これをＹ方向に駆
動するためのウエハステージ駆動機構９が設けられてい
る。

【００３０】なお干渉計ユニットと同用干渉ミラー、及
びウエハステージ駆動機構は、図１にはＹ方向用のみが
図示されているが、実際はＸ方向にも設けられている点
は、レチクルステージの場合と同様である。

【００３１】さらに投影光学系ＰＬの光軸方向、即ちＺ
方向にウエハステージ６を駆動するためのＺ駆動軸５
が、ウエハステージを構成する上部ステージ６と下部ス
テージ４との間に設けられており、このＺ駆動機構はエ
ンコーダまたは静電容量センサ等のＺ方向位置モニタ１
２により、ウエハステージ６がＺ方向のどの位置がモニ
ターされる。

【００３２】さらに投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に
は、ウエハＷの表面のＺ方向位置を検出するＺ方向位置
検出装置１４が設けられている。Ｚ方向位置検出装置１
４は、光源系１４Ａと受光系１４Ｂとを含んで構成され
ている。

【００３３】Ｚ方向位置検出装置１４は、図２に示され
るように、スリット状の投影露光照野に対し、予め露光
面のＺ方向位置を予測制御するための先読み用のＺ方向
位置検出センサ（以下「ＡＦセンサ」と表記）１３Ａと
１３Ｃを有している。これらの先読みセンサは、ウエハ
ステージ６の走査方向により、切り替えられるように構
成されている。

【００３４】またＺ方向位置検出装置１４は、露光照野
内のウエハＷの面のＺ方向位置もモニターする追従ＡＦ
センサ１３Ｂをも有している。

【００３５】ＡＦセンサ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは、実
際にはひとつづつのセンサではなく、図３に示されすよ
うに複数のＡＦセンサからなっており、追従用センサ１
３Ｂは走査方向、非走査方向にレベリングが可能な配置
となっている。図３に示される例では、先読みセンサ１
３Ａは、センサＳ９、Ｓ１０、Ｓ１３の３個がＸ方向に
一行だけ等間隔で配列され、先読みセンサ１３Ｃは、セ
ンサＳ１、Ｓ２、Ｓ３のやはり３個がＸ方向に一行だけ
等間隔で配列されている。これら先読みセンサ１３Ａと
１３Ｃとの間に、追従センサ１３Ｂが配置されている。
追従センサ１３Ｂは、先読みセンサＳ１とＳ９と同じ列
にＳ４、Ｓ７の２個、先読みセンサＳ２とＳ１０と同じ
列にそれらの丁度中間点にＳ６の１個、先読みセンサＳ
３とＳ１１と同じ列にＳ５、Ｓ８の２個が配置されてい
る。追従センサＳ４とＳ５、追従センサＳ７とＳ８は、
それぞれ同じ行に置かれている。なお行というときはＸ
軸に平行な直線上、列というときはＹ軸に平行な直線上
の並びをいう。

【００３６】以上のような構成を有する投影露光装置の
作用を説明する。図１で、レチクルＲのパターンが、照
明光学系ＩＵにより一様に照明される。照明されたパタ
ーンは、投影光学系である投影レンズＰＬを介してウエ
ハＷに投影露光される。

【００３７】レチクルステージ１６とウエハステージ６
とは、投影レンズＰＬの倍率と同じ比率で同期して走査
される。レチクルステージ１６は図示された干渉計ユニ
ット１８と干渉計ミラー２０により、Ｙ方向の位置がモ
ニタされる。レチクルステージ１６は、図示された駆動
機構１７によりＹ方向に駆動される。

【００３８】同様に、ウエハステージ６は干渉計ユニッ
ト１０によりステージのＸＹ位置がモニターされ、ＸＹ
方向の駆動機構９によりＸＹ方向に駆動される。

【００３９】一方ウエハＷの面のＺ方向位置は、光源系
１４ＡからウエハＷの面に複数のスリットが投影され、
そのウエハＷの面における反射光を受光系１４Ｂで受光
する構成のＺ方向位置検出装置１４により検出される。

【００４０】図３に示されるように、Ｘ方向（非走査方
向）に複数個（図中３個）配列された先読みセンサＳ
１、Ｓ２、Ｓ３（図２の１３Ｃ）により、Ｚ方向位置の
他にＸ方向の傾斜を先読みすることができる。追従セン
サに関して反対側の先読みセンサＳ９、Ｓ１０、Ｓ１１
（図２の１３Ａ）も同様である。先読みセンサ１３Ａと
１３Ｃとは、走査する方向により切り替えられる。この
ようにして、走査するウエハＷの面を、予めＺ方向位置
の情報を取りながら予測制御することが可能となる。

【００４１】また追従センサは３行、即ち第１行Ｘ方向
にＳ４、Ｓ５、第２行にＳ６、第３行Ｘ方向にＳ７、Ｓ
８が配列されているので、例えばこれらが全て作動して
いるときは、Ｚ方向位置の他にＸ方向とＹ方向（走査方
向）の傾斜を検出することができる。

【００４２】また、ウエハステージは投影光学系ＰＬの
光軸方向にはＺ駆動軸５により駆動されるが、ウエハス
テージのＺ方向の位置はＺ方向位置モニタ１２によって
もモニタされている。

【００４３】ここで図４を参照してエッジショットにつ
いて説明する。ウエハエッジというとき、それは必ずし
もウエハＷの実際の外径を意味しない。なぜなら、ウエ
ハＷの表面にはレジストが塗布されていないエッジリン
スと呼ばれる領域があり、また、ウエハＷ自体のエッジ
だれ部分があるからである。そのような露光に適さない
領域として、ディスエーブルレンジ（Ｄｉｓａｂｌｅ
Ｒａｎｇｅ）ＤＲと呼ばれる露光禁止帯領域分を設けて
いる。このディスエーブルレンジ分だけウエハＷの外径
から内側に入った部分をウエハエッジ（図４では、破線
で図示）と定義する。

【００４４】さらに、エッジショットとは、ショットの
露光照野が先に定義されたウエハエッジにかかるような
ショットだけでなく、ウエハステージが走査を開始する
ための加速中にエッジにかかるようなショットも含むも
のとする。

【００４５】なお図４〜図６、図８では、ウエハＷはそ
の周辺部の、説明に必要な部分のみが図示されており、
その他の部分は破断線で破断して図示が省略されてい
る。

【００４６】図７を参照して、ウエハＷの走査方向の呼
び方を説明する。図中、ウエハＷのウエハエッジの内側
の領域のほぼ中心に原点Ｏをとり、原点Ｏを通るＸＹ直
交座標系を設定する。図７に示されるショットは、ＸＹ
座標系の第４象限に位置する各辺がＸ方向とＹ方向に向
いた長方形のショットであり、その左辺のＸ座標をＸ
１、右辺のＸ座標をＸ２、上辺のＹ座標をＹ１、下辺の
Ｙ座標をＹ２とする。

【００４７】またウエハＷのＸ軸よりＹの正方向の領域
（第１と第２象限の領域）をウエハＷの上半分とよび、
同じくＹの負方向の領域（第３と第４象限の領域）をウ
エハＷの下半分とよぶ。

【００４８】図７において、ウエハＷの外側から内側に
向けて走査するショットとは、走査方向（Ｙ方向）のシ
ョットの重心（図心）位置（Ｙ１＋Ｙ２）／２がウエハ
内Ｙ方向上半分にある場合には、露光照野がウエハＷに
対して上から下に走査するショットを指し、下半分にあ
る場合には、露光照野がウエハＷに対して、下から上に
走査する場合のショットを指すものとする。丁度Ｙ方向
に真ん中（Ｘ軸上）のショットは、外側から内側の走査
と定義することにする。

【００４９】例えば図４を参照すると、図示されている
のはウエハＷの下半分（第４象限の領域）であり、ショ
ット１は上から下に走査されているので、ウエハＷの内
側から外側に向けて走査するショットであり、ショット
２は下から上に走査されているので、ウエハＷの外側か
ら内側に向けて走査するショットということになる。

【００５０】エッジショットをウエハＷの外側から内側
に走査する場合には、走査加速開始位置から常に追従さ
せながら制御することが不可能であり、走査中にウエハ
内にＡＦセンサが入った場所から制御を開始する。この
際、できるだけもともとのウエハＷのＺ方向位置を、オ
ートフォーカス目標位置に近づけておくことで、フォー
カスの引き込みに必要な時間を短くすることができる。
このＺ方向位置予測は、露光しようとしているショット
の前に行ったショットの内側から外側に走査するショッ
トのＺ方向情報を利用する。

【００５１】図４を参照して、本発明の第１の実施の形
態を説明する。図４の例ではウエハＷの下半分でかつそ
の右端（第４象限の領域）にショット１、２が位置して
いる場合である。図４には、ウエハＷ上に碁盤目状に配
置されたのショット配列のうち、下部に位置する第１行
と第２行が示されており、ショット１は第１行のＹ軸か
ら遠い即ち右端のショット、ショット２は第２行の右端
のショットであり、ショット２の下辺がショット１の上
辺に沿うように両ショットが隣接している。

【００５２】まず図示のように、第１行の複数のショッ
トが左から右に向かって交互に上から下、下から上と走
査され、最後にショット１が上から下に走査されてい
る。ショット１が上から下に走査されているということ
は、先に説明したように内側から外側に向けて走査され
ているということになる。

【００５３】ショット１では露光領域の大きさに応じ
て、例えば図３に示されるＡＦセンサのうちＳ３、Ｓ
５、Ｓ６、Ｓ８の４つのセンサを使ってフォーカス・レ
ベリングの制御が行われている。この走査中にウエハ外
に抜けているようなショットでは、ＡＦセンサがどれか
一つでも（例えばセンサＳ３が）ウエハ外（ディスエー
ブルレンジの境界線より外）に出た時点で制御をストッ
プするモード、或いは、ウエハ外に抜けていくＡＦセン
サから徐々に（例えばセンサＳ３、Ｓ６、Ｓ５、Ｓ８と
いった順番で）センサをオフし、残っているセンサだけ
で制御を続け、最終的にすべてのセンサがウエハＷの外
に出たところで制御がストップするモードとなってい
る。

【００５４】本実施の形態では、ショット１の次にショ
ット２を下から上に走査して露光する。このようにショ
ット１の焼き付けの後にウエハＷの外側から焼き付けを
行うショット２では、ウエハＷ内に入ってくるセンサか
ら徐々にスイッチをオンして制御するモードも考えられ
る。しかし実際には制御を開始した後に他のセンサをオ
ンすると外乱となり、制御を狂わせる原因となるため、
通常は走査中は選択されたセンサの数は固定であり、そ
の選択されているセンサが全てウエハＷ内に入りきった
ところで、フォーカス制御を開始する。

【００５５】選択された全てのＡＦセンサがウエハＷ内
に入り制御を開始する時点で、センサの検出するウエハ
Ｗの位置はできるだけ、制御目標位置、即ち投影光学系
ＰＬのベストフォーカス位置に近い位置が望ましい。こ
のため通常は、前ショット１のウエハ外に出る瞬間、或
いはＺの制御をオフする瞬間のＺ方向位置を保存して、
ショット２の走査を開始する。

【００５６】また、エッジぎりぎりの情報ではなく、シ
ョット１の走査加速開始位置でフォーカスをかけた時の
Ｚ方向位置、或いはショット１の露光開始位置のＺ方向
位置の検出値で、ショット２の走査を開始するようにし
てもよい。このようにすると、ウエハエッジぎりぎりの
領域のレジストのエッジリンスの段差や、レジストの塗
布むら、或いはウエハＷ自体のエッジだれ、ウエハ外径
のばらつき、ＸＹ方向のエッジ計算の誤差によるＺの振
られに起因する、ウエハＷ外に出る直前のＺ方向位置検
出の誤差を拾うことを防止できる。

【００５７】また、ショット２の走査を開始するＺ方向
の位置を、ショット１の走査中のＺ方向位置の平均値と
してもよい。この場合は、前記のようなレジストの塗布
むら等によるＺ方向位置の局部的振られの影響を緩和す
ることができ、ショット２の合焦開始の位置が偏った位
置になることが防止され、合焦に要する時間が短縮され
る。

【００５８】次に図５を参照して本発明の第２の実施の
形態を説明する。本実施の形態は、エッジショットをウ
エハＷの外側から走査する場合のレベリング判断に係わ
るものである。図５に示されるショットのウエハＷ上の
位置は、先に説明した図７に示されるショットと同様で
あり、それを拡大して示したものである。

【００５９】図５において、ＸＹ座標系の第４象限にあ
るショットの下辺Ｙ１からＹの負方向に（ウエハＷの外
側方向に）距離Ｌ１だけ離れた位置を考える。このＹ位
置にて、ショットの左辺Ｘ１からＸの正方向のディスエ
ーブルレンジ境界線までの長さを計算し距離Ｌ３とす
る。ここで距離Ｌ１はある指定された定数であり、ウエ
ハＷの外径、ディスエーブルレンジ境界線からの距離の
計算にて距離Ｌ３を求めることが可能である。

【００６０】この距離Ｌ３が閾値である所定の長さ以上
ある場合にＸ方向（非走査方向）に少なくとも２個以
上、Ｙ方向（走査方向）にやはり少なくとも２個以上の
ＡＦセンサを選択し、走査方向、非走査方向のレベリン
グ制御も可能と判断するものである。例えば図３のＳ１
１、Ｓ１０、Ｓ８、Ｓ６、Ｓ５を使って、走査中にこれ
ら全てのセンサがウエハ内に入ったところで制御を開始
する。

【００６１】距離Ｌ１は、走査方向と非走査方向のレベ
リング制御に必要な整定距離を意味している。このＬ１
×Ｌ３の領域はＸＹレベリングに必要な加速ウインドウ
と呼ばれる。

【００６２】次に図６を参照して本発明の第３の実施の
形態を説明する。制御によっては、走査方向のレベリン
グをオフにして、非走査方向のみのレベリングとするこ
とも可能である。非走査方向だけのレベリングとするこ
とにより、レベリング制御の自由度を一つ減らすことが
できるため、制御にとって楽な方向であり、整定に必要
な距離を減らすことができる。

【００６３】走査方向のレベリングをしないことは、走
査中にＺ方向に徐々にずれていくことを意味する。した
がって、投影光学系ＰＬのコントラストを落とす要因と
なるが、平均化の効果もあるため、影響は比較的小さ
い。また走査のためのスリットは、図２に示されるよう
に短辺と長辺を有する長方形の形状を有しており、その
短辺は走査方向に向いており、長辺は非走査方向に向い
ているので、レベリングをしないことによる影響は、一
般に非走査方向と比べて走査方向の方が小さい。

【００６４】図６に示されるように、加速中のエッジ領
域でＬ１×Ｌ３（図５）の加速ウィンドウが取れない場
合、ＸＹ座標系の第４象限にあるショットの下辺Ｙ１か
らＹの負方向に距離Ｌ２だけ離れた位置を考える。この
Ｙ位置にて、ショットの左辺Ｘ１からＸの正方向のディ
スエーブルレンジ境界線までの長さを計算しＬ４とす
る。ここでＬ２はある指定された定数であり、ウエハＷ
の外径、ディスエーブルレンジ境界線からの距離の計算
にてＬ４を求めることが可能である。

【００６５】この距離Ｌ４が所定の長さ以上ある場合に
Ｘ方向（非走査方向）に少なくとも２個以上のＡＦセン
サを選択し、非走査方向のレベリング制御を可能と判断
するものである。例えば図３のＳ１１、Ｓ１０、Ｓ８、
Ｓ６等を使って、非走査方向のレベリング（とＺ方向の
フォーカス）を行う。ウエハＷを外側から内側に向かっ
て走査するときに、これら全てのセンサがウエハ内に入
ったところで制御を開始する。この距離Ｌ２は非走査方
向のレベリングをするための整定距離と考えることでき
る。

【００６６】この場合で、非走査方向にＬ４の長さが取
れない場合のショットは、例えば図３の一番内側（第４
象限の領域でＹ軸側）の列のセンサＳ１１、Ｓ８のみを
使ってフォーカスだけができると判断しその制御を行
う。この最小数のフォーカスセンサを使って、ウエハＷ
内にセンサが入った時点でフォーカス制御を開始する。
レベルリングの制御を行わないことで、より短時間に制
御を安定させることができる。このようなショットで
は、大部分の面積がウエハＷの外に出ているため、レベ
リングが制御されないことによる誤差は小さい。

【００６７】以上説明したように、例えば図４に示され
るような場合、ウエハＷを外側から内側に走査するショ
ット２と、ショット２に隣接しその前に走査したウエハ
Ｗの内側から外側に走査するショット１では、ウエハＷ
のＸＹ方向にお互いに近い位置を露光するためにＺ方向
の位置における変化も小さい。したがってショット１の
走査中に、Ｚ方向位置検出センサがウエハＷの外に出る
直前のＺ方向位置を検出しその値を保存しておき、その
保存されたＺ方向位置にショット２の合焦開始位置を設
定し走査を開始する。この状態でショット２内に、選択
されているＺ方向位置検出センサがウエハＷの内側に入
ったときに、Ｚ方向位置制御を開始する。ショット１で
はウエハＷの外に出るときのＸＹ位置は計算可能なた
め、ウエハ外にＺ方向位置検出センサが出ると同時に制
御をオフし、そのＺを保存しておくことができる。

【００６８】またウエハＷのエッジぎりぎりのＺ方向位
置よりも、ウエハ内側の所定のＸＹ位置におけるＺ方向
位置を保存しておいた方がよい場合もある。例えば、シ
ョット１の走査の加速開始位置や、露光開始直前のＺ方
向位置を保存しておくことにより、安定したＺ方向位置
を提供することができる。このようにして、ウエハの周
辺のエッジだれ、レジストの塗布むら等によるＺ方向位
置の大きな変動を拾うのを避けることができる。

【００６９】または、ショット１の走査中にウエハＷ内
にＺ方向位置検出センサがかかっている間の平均的なＺ
を保存しておき、この位置からショット２の走査を開始
することも可能である。この場合は、ウエハＷの外から
内に走査するショットでもＺ方向位置に大きな差がな
く、追従を間に合わせることが可能となる。

【００７０】また、ウエハＷの外側から内側に走査する
ショットにおいて、露光開始位置から走査方向にある特
定の長さを規定し、一方、非走査方向にウエハエッジま
での長さを計算し、フォーカス制御とレベリング制御に
十分な整定距離を取ることができる場合にレベリング面
合わせも制御するようにすることもできる。

【００７１】このように本発明によれば、エッジショッ
トでも内から外あるいは外から内の走査方向を変更する
ことなく交互の走査を行うことができるので、スループ
ットの向上が見込まれる。また、フォーカス面合わせも
問題のない走査型露光方法を提供することができる。

【００７２】本発明の第４の実施の形態は、半導体デバ
イスの製造方法である。本実施の形態では、以上説明し
た走査型露光方法を用いて、先ずレチクルＲに形成され
たパターンを投影光学系ＰＬを介して感応基板Ｗ上の複
数の領域に逐次転写する。次に、このようにしてパター
ンの転写された感応基板Ｗをダイシングして、前記の複
数の領域に対応する個々の半導体デバイスに分割する。
このようにすると、基板Ｗの周辺部におけるショットで
も内から外あるいは外から内と交互に、レチクルＲを大
きく移動させることなく走査を行うことができるので、
走査露光の作業性を高く維持することができ、デバイス
製造のスループットの向上を図ることができる。

【００７３】図８を参照して、本発明の第５の実施の形
態を説明する。ここでは、ウエハＷ上の第４象限の領域
を内から外に走査をする場合を示す。ウエハＷは、第４
象限及びその隣接部分以外は破断線にて省略して図示し
てある。図８（ａ）に示されるように、追従センサは、
内側寄りの列の先頭行のセンサＳ５、最後行のセンサＳ
８、中心のセンサＳ６、外側寄りの列の先頭行のセンサ
Ｓ４、最後行のセンサＳ７が選択されて有効になってい
るとする。

【００７４】走査開始位置Ｐ１を出発位置としてウエハ
Ｗを内から外に走査する際、もともと選択されていたセ
ンサの内、ウエハ非走査方向に対してウエハＷの中心軸
（図中Ｙ軸）から一番遠い側のセンサ（図中右側のセン
サ）Ｓ４がウエハから外れる位置をＰ２とする。このと
き、右側列のセンサＳ４とセンサＳ７をオフにし、ウエ
ハ中心軸に最も近い側（図中左側）の列のセンサＳ５、
Ｓ８のみを残す。この実施の形態では、中心のセンサＳ
６もオフにしている。ここで理解できるように、ウエハ
Ｗの中心軸から最も近いセンサとは１個のセンサに限ら
ず、最も近いグループに属する複数のセンサであっても
よい。ここでは、図中最も左側の列にある２個のセンサ
Ｓ５、Ｓ８が中心軸に最も近いセンサとして残されてい
る。

【００７５】右側列のセンサＳ４、Ｓ７と中心のセンサ
Ｓ６をオフにすることにより、非走査方向のレベリング
制御はかけられなくなる。したがって、投影光学系の光
軸直交面に対する傾斜制御を中止し、光軸方向のフォー
カスのみの制御に切り替える。

【００７６】さらに左側列の先頭行のセンサＳ５がウエ
ハから外れる位置Ｐ３では、右側列だけでなく左側列の
センサもウエハから外れるので、センサＳ５、Ｓ８もオ
フにしてフォーカスの制御もやめる。ただし、露光はそ
のまま最後まで継続する。

【００７７】図８（ａ）の場合、位置Ｐ２では中心軸に
最も近いセンサとして、左側列の先頭行のセンサＳ５だ
け、あるいは左側列の最後行のセンサＳ８だけを有効と
して残し、フォーカス制御のみを行うものとしてもよ
い。

【００７８】図８（ｂ）を参照して、フォーカスのみの
制御に切り替えることを特徴とした例を次に説明する。
図８（ｂ）では、ウエハから外れたセンサをオフにする
ことによって徐々にセンサを切り替えていく場合を示し
ている。図８（ａ）と同様に、センサＳ４がウエハから
外れる位置Ｐ２で、センサＳ４をオフとし、残りのセン
サＳ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８によりフォーカスのみの制御
とし、センサＳ６の他センサＳ５も外れる位置Ｐ３以降
では、それらはずれたセンサをオフとして、フォーカス
の制御もやめる。

【００７９】また、図８（ａ）（ｂ）の両方の場合にお
いて、フォーカスのみの制御に切り替えたときの、切り
替え直前の位置Ｐ２でのフォーカスセンサの値を記憶し
ておき、その値を目標値としてフォーカス制御を行うよ
うにしてもよい。

【００８０】このようにすることにより、フォーカス制
御に切り替えられたときのフォーカス差を小さくするこ
とができる。特に、センサーに投影レンズ像面のオフセ
ットがある場合に、センサが切り替わることによる目標
位置の変化を防ぐことができる。

【００８１】また、先に説明したような制御方法の判定
機能や、センサの選択機能の追加は、ソフトウェアの簡
単な変更で実施可能なものである。

【００８２】また、上述の実施の形態をＥＢ（電子ビー
ム）露光装置やＸ線露光装置に適用してもよい。また、
投影光学系は屈折系に限らず、反射屈折系、反射系のい
ずれの場合でもよく、ＥＢ露光装置の場合は電磁レンズ
となる。また、投影系に限らず、プロキシミティの露光
装置に適用してもよい。

【００８３】なお、以上の説明で内外走査、外内走査と
いうときの内と外の意味は下記の通りである。基板のほ
ぼ中心に直角座標系ＸＹ座標の原点をとり、走査はＹ軸
方向に行われるとすると、第１象限と第２象限に相当す
る基板上では、Ｙ軸の正の向きに走査する場合を内外走
査、Ｙ軸の負の向きに走査する場合を外内走査と呼び、
第３象限と第４象限では、Ｙ軸の負の向きに走査する場
合を内外走査、Ｙ軸の正の向きに走査する場合を外内走
査と呼ぶ。例えば図８は、基板の第４象限に相当する部
分を図示説明しているので、図示のように下向き（Ｙ軸
の負の向き）の走査は内外走査である。

【００８４】また、非走査方向（Ｘ軸方向）において内
寄り、外寄り、あるいは中心軸に近い、中心軸から遠い
という場合は、基板中心原点のＸＹ座標において、いず
れの象限においてもＹ軸に近い方を内寄りあるいは中心
軸に近い、Ｙ軸から遠い方を外寄りあるいは中心軸から
遠いと呼んでいる。

【００８５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板の内
から外に向けて走査露光する第１の領域の走査中の、投
影光学系ＰＬの光軸方向の位置情報から第２の領域の走
査を開始して基板Ｗを外から内に向けて走査露光するの
で、合焦に要する時間が短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】投影露光装置の概略側面図である。

【図２】露光照野とＡＦセンサの配置図である。

【図３】ＡＦセンサの詳細配置図である。

【図４】第１の実施の形態についてウエハの周辺部のシ
ョットを示す図である。

【図５】第２の実施の形態についてＸＹレベリングが可
能と判断するための条件を示す図である。

【図６】第３の実施の形態についてＸレベリングが可能
と判断するための条件を示す図である。

【図７】ＸＹ座標上のウエハとショットの関係を示す図
である。

【図８】第５の実施の形態についてセンサの選択を示す
図である。

【符号の説明】

９ウエハステージ駆動装置１０干渉計ユニット１１干渉ミラー１３Ａ、１３Ｃ先読みセンサ１３Ｂ追従センサ１４位置検出装置１４Ａ光源系１４Ｂ受光系１６レチクルステージ１８干渉計ユニット１７レチクルステージ駆動機構２０干渉ミラーＤＲディスエーブルレンジＩＵ照明光学系ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レチクルと感応基板とを投影光学系に対
して所定の走査方向に相対移動しつつ、前記レチクルに
形成されたパターンを投影光学系を介して前記感応基板
上に逐次転写する走査型露光方法において；前記感応基
板上の第１の領域内の検出点における前記基板表面の前
記投影光学系の光軸方向の位置を検出することにより前
記投影光学系の合焦を行いつつ、該第１の領域について
前記基板の内から外に向けて走査露光する工程と；前記
第１の領域の走査露光中に、所定の検出点における前記
基板表面の前記光軸方向の位置を保存する保存工程と；
前記第１の領域に隣接する第２の領域を走査露光するに
際して、前記投影光学系を前記保存した光軸方向の位置
に合焦した状態から、前記第２の領域内の検出点におけ
る前記基板表面の前記投影光学系の光軸方向の位置の検
出とその検出に基づく前記投影光学系の合焦を開始し、
該第２の領域について前記基板の外から内に向けて走査
露光する工程とを備える；走査型露光方法。
【請求項２】レチクルと感応基板とを投影光学系に対
して所定の走査方向に相対移動しつつ、前記レチクルに
形成されたパターンを投影光学系を介して前記感応基板
上に逐次転写する走査型露光方法において；前記感応基
板上の第１の領域内の検出点における前記基板表面の前
記投影光学系の光軸方向の位置を検出することにより前
記投影光学系の合焦を行いつつ、該第１の領域について
前記基板の内から外に向けて走査露光する工程と；前記
第１の領域の走査露光中に、該第１の領域内の前記基板
表面の前記光軸方向の位置の平均値を保存する保存工程
と；前記第１の領域に隣接する第２の領域を走査露光す
るに際して、前記投影光学系を前記保存した光軸方向の
位置に合焦した状態から、前記第２の領域内の検出点に
おける前記基板表面の前記投影光学系の光軸方向の位置
の検出とその検出に基づく前記投影光学系の合焦を開始
し、該第２の領域について前記基板の外から内に向けて
走査露光する工程とを備える；走査型露光方法。
【請求項３】レチクルと感応基板とを投影光学系に対
して所定の走査方向に相対移動しつつ、前記レチクルに
形成されたパターンを投影光学系を介して前記感応基板
上に逐次転写する走査型露光方法において；前記感応基
板内の所定の矩形領域を前記感応基板の外から内に向け
て走査する工程と；多点フォーカスセンサによって前記
感応基板上の検出点における前記感応基板表面の前記投
影光学系の光軸方向の位置を検出するフォーカス検出工
程と；前記感応基板を前記投影光学系の光軸方向または
前記光軸直交面に対して傾斜駆動する基板駆動工程と；
前記基板駆動工程における感応基板の駆動を制御する制
御工程とを備え；前記制御工程は、前記所定の矩形領域
の露光開始辺の両端のうち前記基板のエッジから遠い端
から走査方向に前記基板のエッジの向きに第１の走査方
向距離をとり、該第１の走査方向距離の点から走査方向
に直角な方向の前記基板のエッジまでの第１の非走査方
向距離が第１の閾値より大きいときには、前記感応基板
を前記投影光学系の光軸方向駆動、及び前記光軸直交面
に対して走査方向及び走査方向に直角な方向の傾斜駆動
を制御し；前記第１の非走査方向距離が第１の閾値より
小さく、前記所定の矩形領域の露光開始辺の両端のうち
前記基板のエッジから遠い端から走査方向に前記基板の
エッジの向きに、前記第１の走査方向距離より小さい第
２の走査方向距離をとり、該第２の走査方向距離の点か
ら走査方向に直角な方向の前記基板のエッジまでの第２
の非走査方向距離が第２の閾値より大きいときには、前
記感応基板を前記投影光学系の光軸方向駆動、及び前記
投影光学系の前記光軸直交面に対して走査方向に直角な
傾斜駆動のみを制御し；前記第１の非走査方向距離が第
１の閾値より小さく、且つ前記第２の非走査方向距離が
第２の閾値より小さいときには、前記感応基板を前記投
影光学系の光軸方向駆動のみ制御する；走査型露光方
法。
【請求項４】前記感応基板上の領域毎に領域の形状を
記録した領域マップに基づいて前記第１の非走査方向距
離と第１の閾値の大小、第２の非走査方向距離と第２の
閾値との大小を判断することを特徴とする請求項３に記
載の走査型露光方法。
【請求項５】レチクルと感応基板とを投影光学系に対
して所定の走査方向に相対移動しつつ、前記レチクルに
形成されたパターンを投影光学系を介して前記感応基板
上に逐次転写する走査型露光方法において；前記感応基
板内の所定の矩形領域を前記感応基板の内から外に向け
て走査する工程と；多点フォーカスセンサによって前記
感応基板上の検出点における前記感応基板表面の前記投
影光学系の光軸方向の位置を検出するフォーカス検出工
程と；前記感応基板を前記投影光学系の光軸方向または
前記光学軸直交面に対して傾斜駆動する基板駆動工程
と；前記基板駆動工程における感応基板の駆動を制御す
る制御工程とを備え；前記制御工程は、前記多点フォ−
カスセンサのうち１点でも前記感応基板から外れたと
き、前記感応基板の非走査方向において前記感応基板の
中心軸に最も近いセンサのみを残し、前記投影光学系の
光軸方向のみの制御に切り替える工程を含むことを特徴
とする；走査型露光方法。
【請求項６】前記切り替えられた光軸方向のみの制御
に用いるセンサの目標位置を、その切り替え直前の前記
感応基板の検出位置とすることを特徴とした、請求項５
に記載の走査型露光方法。
【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の走査型露光方法を用いて前記レチクルに形成されたパ
ターンを前記投影光学系を介して前記感応基板上の複数
の領域に逐次転写する工程と；前記パターンの転写され
た感応基板をダイシングして、前記複数の領域に対応す
る個々の半導体デバイスに分割する工程とを備える；半
導体デバイスの製造方法。