(57)【要約】【課題】露光装置のステージと半導体ウエハの間に異物が存在し、半導体ウエハ表面が盛り上がり局所的なフォーカスずれを起こしてしまいレジストのパターニング不良を引き起こしてしまう。フォーカスボケの一要因であるウエハ裏面に付着している微細なゴミの有無を判別できるようにする。【解決手段】一般的な半導体露光装置に対して、ショット毎に露光時のパラメータ結果を蓄積する部分を有し、以上のような構成から、ショット毎にフォーカス、レベリングを制御している値をウエハ面内でデータベースで比較、判断するアルゴリズムを有することにより、ウエハ裏面に付着している微細なゴミを検知することができるようになり、生産性および信頼性の高い半導体露光装置及び同装置を用いる半導体製造方法を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクル上に描画されたパターンを半導体ウエハに光学的にステップ＆リピート方式により縮小転写露光する半導体露光装置において、
前記ウエハステージの露光領域内で複数のフォーカス計測ポイントを有し、光学像面に対してウエハステージ面の鉛直方向の位置と複数のセンサーからウエハステージ面の傾斜量を計算する機能と、
ウエハステージの鉛直方向制御量と傾斜（チルト値）制御量をショット毎にデータとして記録保存する機能と、
前記データからショット毎のウエハステージの制御量変動を計算する機能を備えた露光装置。
【請求項２】
前記半導体露光装置を用いる半導体製造方法で、ショット毎のウエハステージの傾斜（チルト値）制御量が、予め定められたチルト許容値と比較して、許容値内に含まれるか否かにより半導体ウエハと半導体露光ステージとの間に異物の有無判定することを特徴とする露光方法。
【請求項３】
前記半導体製造方法で、前記ショット毎のウエハステージの傾斜（チルト値）制御量から、異物が付着した位置を特定する事を特徴とする請求項２の露光方法。
【請求項４】
前記半導体露光装置を用いる半導体製造方法で、ショット毎のウエハステージの傾斜（チルト値）制御量が、予め定められたチルト許容値外の場合は、前記半導体露光装置または前記半導体露光装置を統括するシステムで前記半導体ウエハを処理した直後に処理した前記半導体ウエハ異常情報(異物の付着場所と規模)を知らせることを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造において用いられる露光装置及び露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体ウエハ上に特定のパターンを焼付けるために、半導体ウエハ表面にフォトレジストを塗布し露光ステージに搬送し、マスクパターンをフォトレジストに転写することが行われる。
【０００３】
従来、マスクパターンをフォトレジストに転写する半導体露光装置としては、ウエハを搬送して搭載されたステージを平面内で位置決めした後露光を行うことを繰り返す、逐次移動型露光装置（ステッパー）が主流である。
【０００４】
光源としてＫｒＦエキシマレーザがよく用いられる。光源から出た光は、照明光学系を通り、レチクルステージ上に保持されたレチクル上に照射される。更に投影光学系を通った光は、ウエハステージ上に保持されたウエハ上に縮小投影される。
【０００５】
ウエハステージはレーザ干渉計により、ステッピング方向の位置が精密に制御される。また、光が透過する方向（ステージに対して鉛直方向）に関しては、ウエハステージをステッピング駆動直後に、フォーカス検出系により、ウエハ面と投影光学系像面と距離及び傾きを計測して、ウエハ面が像面にならうようＺ方向〔フォーカス〕及びチルト方向(レベリング)にウエハステージを駆動制御される。その状態でショット単位の露光が行われていく。
【０００６】
１枚のウエハについて、前記記載の動作を、ショット逐次移動後、露光ショット毎に１枚ウエハの露光処理が終了するまで繰り返して行う。
【０００７】
しかしながら、リソグラフィー工程の前工程  つまり、レジスト塗布以前の工程やレジスト塗布装置において半導体ウエハ裏面に異物が付着した場合がある。この場合、露光装置のステージと半導体ウエハの間に異物が挟まり、半導体ウエハ表面に凹凸ができる。この時にウエハステージを駆動制御して像面とウエハ面を合わせるが、局所的なフォーカスずれを起こしてしまいレジストのパターニング不良が引き起こされる。
【０００８】
現在、レジストパターニングの出来栄えを顕微鏡による目視検査及び自動マクロ検査装置で検査を行っており、パターン不良が検出された時は、パターニングされたレジストパターンを剥離再生し、再露光を行っている。しかし、目視検査は全ウエハを検査するのではなく、抜き取り検査である。また、自動マクロ検査にしても、全ウエハを検査するには多くの時間がかかるため、全検するには至っていない。従って、パターニング不良を全て発見するのは不可能であり、次工程に進んだ場合は、歩留まり低下を招くことになる。
従来の露光処理を行う時に以上のような短所がある。しかし、この課題を解決するために新たに（例えば、特許文献１参照。）で提案されている半導体デバイス製造方法について説明する。
【０００９】
ウエハを前記半導体露光装置のステージに吸着させた状態で露光領域内の複数位置においてフォーカス測定をし、局部的にフォーカスがずれている位置が有るか検出する事により前記ウエハと半導体露光装置のステージ間に異物の有無を判断する機能を有する。更に、露光領域内のフォーカス値の近似平面を求めるとともに、前記近似平面から局部的にフォーカス値がずれている位置を検出し、局部的なフォーカスずれが検出された場合は、予め設定した前記半導体露光装置のフォーカス許容値と比較し、前記局部的なフォーカスずれが前記フォーカス許容値内の場合及び局部的なフォーカスずれが検出されなかった場合は、前記露光領域内を露光する機能を有すること特徴とする。
【特許文献１】特開２００３−２５７８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、フォーカス検出系において検出されたフォーカス計測値は、通常のプロセスウエハではゆるやかなトレンドを持つことが多い。最近のウエハ平坦化プロセス等によりチップ内の段差を極力少なくすることによって、より微細な露光パターンを得ることができるわけであり、結果としてフォーカス計測値にはそれほど急峻な変化は現れないのである。逆にフォーカス計測値に急峻な変化が現れる場合の多くは、ウエハを吸着保持するウエハチャック上やウエハ上に異物（ゴミなど）が付着した場合である。しかし、異物がウエハ裏面に付着した場合はフォーカス制御して露光することにより、フォーカスボケが発生しない。一方で、フォーカス計測値に急峻な変化が現れない場合でも、ウエハ裏面に異物が付着して、パターン形成ができなかったり、パターン形状が変化する場合がある。スリット長手方向のチップサイズが２０ｍｍ程度であるため、僅かな異物によるウエハ面の微小な凹凸の変化量は、単点のフォーカス計測点では検出されない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体露光装置は、ウエハステージの露光領域内で複数のフォーカス計測ポイントを有し、光学像面に対してウエハステージ面の鉛直方向の位置と複数のセンサーからウエハステージ面の傾斜量を計算する機能を持ち、ウエハステージの鉛直方向（フォーカス値）制御量と傾斜（チルト値）制御量をショット毎にデータとして記録保持する機能を備えており、前記データのショット毎のウエハステージの制御量変動から、半導体ウエハと半導体露光ステージの間に異物の有無を判断する手段を備えている。
【００１２】
本発明に係る半導体露光装置の半導体製造方法によると、ショット毎のウエハステージの傾斜（チルト値）制御量が、予め定められたチルト許容値と比較して、許容値内に含まれるか否かにより半導体ウエハと半導体露光ステージの間の異物の有無を判断することができる。
【００１３】
また、前記ショット毎のウエハステージの傾斜（チルト値）制御量から、異物が付着した位置と異物の大きさを特定することもできる。
【００１４】
更に、ショット毎のウエハステージの傾斜（チルト値）制御量が、予め定められたチルト許容値外の場合は、前記半導体露光装置または前記半導体露光装置を統括するシステムで前記半導体ウエハを処理した直後に処理した前記半導体ウエハ異常情報(異物の付着位置と大きさ)を知らせることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の露光装置及び露光方法によれば、ウエハ裏面に異物が付着したことを迅速に検知することが可能である。これによって生産性および信頼性の高い露光装置及び露光方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の半導体露光装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の投影露光装置の主要部の断面を示す図である。
【００１７】
縮小投影レンズ１を通過した露光光７は、ウエハ６上で結像する。ウエハステージ５は、Ｚ方向(光軸)に駆動可能である。また、ウエハステージ４はＸ、Ｙ方向（水平方向）に移動可能である。フォーカス検出モジュール８は、発光部３からの光を受光部２により受けて発生した信号を受けて、縮小投影レンズ１の光学系の像面とウエハ６の上面との距離を計測する。コントローラ９は、ウエハステージ４、５のユニット制御を司るものである。データ蓄積部１０は、ショット毎に露光時のパラメータ結果を蓄積し、データを比較、判定する部分である。記録部１１は、ウエハの異常を記録する部分である。
【００１８】
以上のような構成から、ステッピング露光をウエハ内でｎ回繰り返し、ショット毎に結果を逐次得られるフォーカス計測値は、データベースとして、データ蓄積部１０に保持される。ショット毎にフォーカス、レベリングを制御している値をウエハ面内でデータベースで比較することが可能となり、ウエハ裏面に付着している異物を推測することができるようになる。また、ウエハ裏面に異物が付着しておきるパターン不良を含むウエハをオペレータに通知する事ができる。
【００１９】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態において説明した露光装置を用いた異物判定手段の検知アルゴリズムについて、図２を用いて説明する。
【００２０】
ウエハを露光ステージに搬送し（ステップ１０１）、ウエハとレチクルのグローバルなアライメントを行う（ステップ１０２）。そして、１ショット分のステッピングを開始する（ステップ１０３）。その後、フォーカス計測を行い（ステップ１０４）、ウエハステージ５の駆動量フォーカス（Ｚ値）とチルト値をデータ蓄積部１０に保存する（ステップ１０５）。そして、ショット露光を行う（ステップ１０６、１０７）。そして、ウエハ内のｎショット(ｍａｘ数)まで、ステップ１０４〜１０７を繰り返す（ステップ１０８）。そして、露光の終了後、ウエハを搬出する（ステップ１０９）。そして、第１から第ｎショットまでのウエハステージ駆動量であるＺ値及びチルト値をある閾値と比較する（ステップ１１０）。次のウエハの露光については、ステップ１０１からの処理を繰り返す。
【００２１】
以上のように図２に示すような検知アルゴリズムから、ショットＮｏ．と駆動量フォーカス（Ｚ値）とチルト値等のパラメータをデータ蓄積部１０に保存し、比較判断可能となる。
【００２２】
図３（ａ）にショットＮｏのウエハ上の配列例を示す。また、図３（ｂ）にショットごとのパラメータのデータベースを示している。
【００２３】
ショットＮｏは、ウエハ上のショット露光順番を示しており、レシピ（プロセスプログラム）によって、ショットＮｏ(max)が決まる。
【００２４】
異物判定手段について、図４の集計グラフ結果より説明する。図４はショットＮｏとチルト値を集計した図である。ここではショット数８４点の中で、ショットＮｏが３６、３７、４０、４１のチルト値が、他のショットのチルト値と明らかにかけ離れている事がわかる。事実このショットでフォーカスがぼけていることが確認できた。このようにチルト値が、あるバンド幅の閾値以内では異常はなく、あるバンド幅の閾値以上では、フォーカスボケが発生していることがわかった。
【００２５】
本例ではこのように、フォーカス制御に関係するパラメータ（チルト値）を、ウエハの全てのショットを比較し異常判別できる閾値を求め、ある閾値以上であれば、ウエハ裏面とウエハステージの間に異物が存在していると判断できる。
【００２６】
ここで、異物有無の判定に有効なパラメータについて説明する。
【００２７】
図５は、ウエハ裏面に異物が発見されたウエハ内を露光処理した時のレジストパターン寸法とショット毎にウエハステージ５をチルト制御した値(Ｔｘ)との関係を示した図である。本事例では、チルト値(Ｔｘ)が、−１０〜２０（μrad）以外ではパターン形状異常２６、寸法が細くなるフォーカスボケ２５が見られる。これらは、特定ショットに見られるため、明らかにウエハ裏面ゴミ付着によるフォーカスボケであることがわかる。
【００２８】
一方で、図６では、ウエハ裏面に異物が発見されたウエハ内を露光処理した時のレジストパターン寸法とショット毎にウエハステージ５をフォーカス（Ｚ）制御した値(ｚ-POS)との関係を示した図である。あるショットでレジストパターン寸法がフォーカスボケ２１により細く変化しても、フォーカス制御値はウエハ内の他のフォーカス制御値と何ら値としては変わらない。
【００２９】
フォーカスボケとフォーカス制御値は何ら相関が無く、フォーカスボケを検知することができないことがわかる。
【００３０】
以上のように、ウエハ裏面異物によるフォーカスボケを検知できるパラメータとして、チルト値を観察することが極めて有効である。
【００３１】
また、図４に示すように、ショットＮｏとチルト値(Ｔｘ)をデータベース上で比較し異常なショットＮｏを抽出し、図３のショットＮｏからウエハ上のショット座標(Ｒ、Ｃ)を照会し、ウエハ裏面とウエハステージの間の異物の位置をオペレータに提示することができる。
【００３２】
また、閾値から超えた値の大きさから異物の大きさも推測できると考えられる。
【００３３】
（第３の実施の形態）
異常情報の提供と半導体露光装置と製品ロットの処理方法について、図７の処理アルゴリズムを使って説明する。
【００３４】
まず、ロット処理開始（ステップ１１１）する。そして、ウエハを搬入し、１ショット分のステッピングを開始する。フォーカス計測を行い、ウエハステージ５の駆動量フォーカス（Ｚ値）とチルト値をデータ蓄積部１０に保存し、ショット露光を行う（ステップ１１２）。第ｍウエハまで、（ステップ１１２）の動作を繰り返す（ステップ１１３）。そして、ロット処理を終了する（ステップ１１４）。第１ウエハから第ｍウエハまで、第１から第ｎショットまでのウエハステージ駆動量であるＺ値及びチルト値をウエハごとにバラツキ、平均値を集計する（ステップ１１５）。データ値が閾値より小さい場合は、集計されたフォーカス制御量であるＺ値及びチルト値とバラツキを一意に決めた閾値と比較する（ステップ１１６）。データ値及びバラツキについて閾値と比較して、異常ウエハと面内異常ショットを算出する（ステップ１１７）。そして、異常があれば通知する（ステップ１１８）。異常があればロット再生を行う（ステップ１１９）。データ値が閾値より大きい場合は、ロットは次工程で処理される（ステップ１２０）。
【００３５】
以上のような処理アルゴリズムを持った動作をロット処理時で行う時に持たせる。つまり、ウエハ単位でのデータべース（フォーカス値、レベリング値）をウエハ毎に集計する。ウエハ内のショット毎のウエハステージの傾斜（チルト値）制御量が、予め定められたチルト許容値以上の場合或はウエハ毎で集計されたバラツキが許容値以上の場合は、露光装置でロットを処理した後にウエハ異常情報(異物の付着位置と大きさ)を知らせる処理アルゴリズムである。
【００３６】
ウエハ異常情報を受けて、オペレータがロットの進行を中断させて、前記ロットを再生する。前記ロットは救済され、不良ウエハの削減を図ることができる。
【００３７】
一方で、露光装置は、ウエハチャックに異物が付着している位置がわかるため清掃を速やかに行うことが可能であり、メンテナンス時間の短縮を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の露光装置及び露光方法は、ウエハ裏面の異物付着の場所を特定することができるので、より微細なパターンを形成するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の露光装置の概略図
【図２】本発明の第２の実施の形態のアルゴリズムを示す図
【図３】露光時のショットマップを示す図
【図４】ショットＮｏとチルト値を集計した図
【図５】チルト値に対するレジストパターン寸法を示す図
【図６】フォーカス制御値とレジストパターン寸法の関係を示す図
【図７】本発明の第３の実施の形態のアルゴリズムを示す図
【符号の説明】
【００４０】
１  縮小投影レンズ
２  受光部
３  発光部
４  ウエハステージ
５  ウエハステージ
６  ウエハ
７  露光光
８  フォーカス検出モジュール
９  コントローラ
１０  データ蓄積部
１１  記録部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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