JPH11233422A - 走査型露光方法及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

走査型露光方法及び半導体デバイスの製造方法

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JPH11233422A
JPH11233422A JP10041150A JP4115098A JPH11233422A JP H11233422 A JPH11233422 A JP H11233422A JP 10041150 A JP10041150 A JP 10041150A JP 4115098 A JP4115098 A JP 4115098A JP H11233422 A JPH11233422 A JP H11233422A
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scanning
substrate
optical system
projection optical
sensitive substrate
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JP10041150A
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Inventor
Shinji Wakamoto
信二 若本
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Original Assignee
Nikon Corp
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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
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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 (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
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