(57)【要約】      （修正有）【課題】  オフセット値を精度良く求める。【解決手段】基板４０１上の複数のショット４０２Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれに関し、複数の箇所に関し検出器により検出された表面の複数の位置４０３Ａ，Ｂ，Ｃを近似する線または面を算出する。さらに、前記複数の箇所のそれぞれに関し、前記検出器により検出された前記表面の位置４０３Ａ，Ｂ，Ｃと、前記線または面の前記光軸方向における位置との差を算出する。次に、前記複数の箇所のそれぞれに関し、前記差を前記複数のショットにわたって平均化する。このようにしてオフセット値を求める。【選択図】図４
2008066634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版からの光を基板に投影するための投影光学系と、前記投影光学系の光軸の方向における前記基板の表面の位置を検出する検出器とを有し、前記投影光学系の光軸を横切る走査方向に前記原版および前記基板を移動させながら、前記検出器により前記基板上のショット内における前記表面の位置を検出し、該検出された位置から予め求められたオフセット値を減算し、該減算値に基づいて前記基板を前記光軸の方向に移動させ、かつ前記原版及び前記投影光学系を介して前記基板を露光する露光装置であって、
（１）前記基板上の複数のショットのそれぞれに関し、
複数の箇所に関し前記検出器により検出された前記表面の複数の位置を近似する線または面を算出し、
前記複数の箇所のそれぞれに関し、前記検出器により検出された前記表面の位置と、前記線または面の前記光軸方向における位置との差を算出し、
（２）前記複数の箇所のそれぞれに関し、前記差を前記複数のショットにわたって平均化することにより、前記オフセット値を求める、
ように構成されていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記線または面は、直線または平面である、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記線または面は、曲線または曲面である、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記近似の方法は、複数の方法から選択可能である、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
【請求項５】
前記線または面を、前記光軸に垂直な面内の位置座標に関する関数で表す、ように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置。
【請求項６】
前記関数は、３次以下の関数である、ことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記複数の方法のそれぞれに関して前記複数のショットにわたる前記差の再現性を算出し、前記再現性の最も良い前記差を前記複数のショットにわたって平均化することにより、前記オフセット値を求める、ように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項８】
前記近似の方法は、前記ショットごとに、複数の方法から選択可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程を有する、ことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査方向に原版および基板を移動させながら、前記原版及び投影光学系を介して前記基板を露光する露光装置（走査露光装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ等の基板を露光する走査露光装置において、フォーカスセンサはウエハ面上の離散的なポイントを計測するようにしか構成されていない。そのため、レジストの下地に凹凸パターンがある場合、フォーカス精度の観点から、予め下地パターンの凹凸に起因したオフセット値を計測しておくことが好ましい。そして、フォーカス計測値（ウエハ面の高さ）から当該オフセット値を差し引いた値に基づいてウエハの高さを調整しながらウエハを露光する方法が提案されている（特許文献１）。特許文献１において、オフセット値は、複数のサンプルショットにおけるウエハ面の高さの計測値に基づいて求められている。
【特許文献１】特開２０００−０４５６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ウエハ面上に特異的な領域、例えば、異常な傾きをもった部位、があると、サンプルショットの選び方に依ってオフセット値が変化してしまう。
図２にて説明をする。ウエハ基板２０１上に、パターン２０２Ａ〜Ｃが形成されている。このときにパターン構造に対応したオフセット値を求めるために、サンプルショット２０２Ａ〜Ｃの高さ分布を計測する。この計測結果を２０３Ａのように単純平均して、平均化された高さ分布（オフセット値分布に対応）２０３Ｂを算出する。この例では、ウエハ基板が２次放物面に近い形状をしており、かつショット２０２Ａとショット２０２Ｃとがショット２０２Ｂに関しほぼ対称な配置となっているため、計測結果を単純に平均化することで、オフセット値を比較的精度良く求めることができた。
【０００４】
しかしながら、ウエハ基板とウエハ基板台との間にゴミをはさむ、もしくは、回路作成途中のプロセスにおいてウエハ基板が反るなどした場合、基板形状は上述のような２次放物面状になるとは限らない。
図３にて状況を説明する。図３において、ウエハ基板３０１はパターン形成過程におけるプロセス処理により反ってしまったため、ウエハ基板が放物面状ではなくなってしまっている。その基板３０１上に３０２Ａ〜Ｃのように形成されたパターンの高さ分布を３０３Ａのように単純平均すると、基板形状の影響を受けるため、平均化された高さ分布は、例えば、３０３Ｂのように傾いた形となってしまう。すなわち、パターン構造に対応したオフセット値分布を精度よく算出することができない。その結果、基板面の高さ計測値が当該オフセット値により補正されることになるため、フォーカス精度が悪化するという問題があった。
本発明は、オフセット値を精度良く求めることを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するための露光装置は、原版からの光を基板に投影するための投影光学系と、前記投影光学系の光軸の方向における前記基板の表面の位置を検出する検出器とを有する。動作は、前記投影光学系の光軸を横切る走査方向に前記原版および前記基板を移動させながら、前記検出器により前記基板上のショット内における前記表面の位置を検出し、該検出された位置から予め求められたオフセット値を減算する。さらに、該減算値に基づいて前記基板を前記光軸の方向に移動させ、かつ前記原版及び前記投影光学系を介して前記基板を露光する。そして、本発明の露光装置は、以下のようにしてオフセット値を求めるように構成されていることを特徴とする。
まず、（１）前記基板上の複数のショットのそれぞれに関し、
複数の箇所に関し前記検出器により検出された前記表面の複数の位置を近似する線または面を算出する。さらに、前記複数の箇所のそれぞれに関し、前記検出器により検出された前記表面の位置と、前記線または面の前記光軸方向における位置との差を算出する。
次に、（２）前記複数の箇所のそれぞれに関し、前記差を前記複数のショットにわたって平均化することにより、前記オフセット値を求める。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、例えば、オフセット値を精度良く求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、好ましい実施態様では、半導体露光装置に適用される。そして、基板（ウエハ）の下地パターンや検出器（フォーカスセンサ）の特性などを除去するために、露光を実施する前に下地パターンやフォーカスセンサの特性等を予め計測しておく。下地パターンの起伏成分（パターンオフセット）の抽出をするに当り、ウエハ上の複数ショット（サンプルショット）のそれぞれに関し、複数箇所のフォーカス計測結果からウエハ局所成分を取り除き算出する。
【０００８】
その場合、ウエハ局所成分除去方法を複数もっており、それを使い分けるとよい。また、複数持っているウエハ局所成分除去方法の中から最適な方法を、パターン計測再現性、レンジ（計測値または算出値のばらつき）などを指標として自動的選択する。複数のウエハ局所成分除去方法としては、例えば、基板のみの表面形状を、平面近似、曲面近似、直線近似、曲線近似する方法がある。ウエハ局所成分除去方法は、ウエハ場所（例えばショット）により使い分けしてもよい。または、走査方向／非走査方向で使い分けてもよい。
【０００９】
より具体例には、ウエハ形状が反ったことなどを考慮して、各サンプルショットでの計測結果から、１次傾き成分を取り除くことにより、局所的なウエハ傾き成分を除去できる。また、ウエハフラットネス成分として１次成分に続いて、２次成分の多いことが予想されるが、その場合は２次成分まで考慮して成分を除去することで、パターンオフセット計測性能が向上できる。
【００１０】
図４にて状況を説明する。ウエハ基板４０１はパターン形成過程におけるプロセス処理により反ってしまったため、ウエハ基板がおわん形状ではなくなってしまっている。その基板４０１上に４０２Ａ〜Ｃのように複数形成されたパターンから、各々のサンプルショットにおいて、４０３Ａ〜Ｃのように１次近似面を計算しそれを各々計測されたパターン値から差し引いてから、４０４Ａのように平均化することで、４０４Ｂのように良好なパターンを算出できる。
【００１１】
また、図５のように、各サンプルショットで一次面を差し引く変わりに、２次の双曲面を差し引くことも考えられる。ウエハ基板５０１上にパターン５０２が形成されている。ウエハ基板上が概ね２次双曲面形状に反っているため、そこに形成されるパターン５０２もその面に従い、若干、２次双曲面上に曲がっている状況となっている。そのため、基板成分５０１を取り除く際には平面５０３を用いたパターン５０５よりも、２次双曲面５０４にてウエハ基板５０１面を取り除いた、パターン５０６のほうがパターン抽出精度は高くなる。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
＜露光装置の構成＞
図１は本発明の一実施例に係る走査型露光装置の概略構成を示した図である。同図において、１０１は光源で、例えばエキシマレーザやｉ線ランプ等である。１０２は光源１０１からの光のビーム形状を整形し、インコヒーレント化する光学素子群である。光学素子群１０２は、ビーム整形光学系、オプティカルインテグレータ、コンデンサレンズ等からなる。遮光板（マスキングブレード）１０３は例えば上下左右４枚の独立に移動可能な可動板から構成される。投影レンズ１０７は、レチクル１０５により形成された像をウエハ１１１の上に投影する。レチクル１０５は位置合せをされた状態でレチクルステージ１０６の上に搭載され、ウエハ１１１はウエハステージ１１０の上に搭載される。これらの各ステージはエアパット等により、浮上した状態で駆動され、２次元に自由に駆動することができる構成となっている。１０８、１０９はウエハ１１１の位置をレチクル１０５と共役な位置に持ってくる、合焦の際に使用するフォーカスセンサである。投光器１０８が光をウエハ面上に投光し、ウエハからの反射光を受光素子１０９にて計測する。ウエハ１１１の面が露光光光軸方向に移動すると、受光素子１０９での結像位置が図中上下に変化することとなり、合焦位置を計測することができる。
【００１３】
＜パターン計測＞
次にパターン凹凸計測方法を説明する。パターンの凹凸を計測するため、基板を露光する前に、予めフォーカスセンサによりウエハ表面（パターンを含んでいる）を計測する。計測時間の都合上、幾つかのショットに限定した表面形状計測結果からパターン算出する方法となる。その方法では、サンプルショットとして選択されたショットでの計測結果しかないため、ショット毎の計測結果から、ウエハのローカルフラットネス成分を除去することとなる。その場合、ある程度推定が必要となる。具体例としては、ウエハ表面形状に含まれているモードが低次成分から順番に入っているとすれば、まずは１次成分を取り除き各サンプルショットでのパターン形状とし、複数サンプルショットでの計測結果を平均化し、最終的なパターンオフセットとする方法が考えられる。
【００１４】
このとき１次面（平面）以外に、２次近似面（放物面）、３次近似面なども考えられる。図５の例では、平面近似結果に対し２次双曲面での近似のほうが、パターンを忠実に抽出するのに都合が良いと考えられる。逆に、パターンが平面形状をしているのであれば、曲面近似により再現性を悪化させることも考えられる。どの近似面が良いのかは、基本的にはウエハ面の反り状況の依存が大きくなる。オペレータが補正方法を入力する方法もあるが、自動的に補正するのが好ましい。
【００１５】
図７に具体的な方法を述べている。ウエハ基板７０１上にパターン７０２Ａ〜Ｃが形成されている。各ショットの計測結果から７０３Ａ〜Ｃの平面成分を算出して、各ショット計測結果から取り除く方法と、７０４Ａ〜Ｃの２次放物面を算出して取り除く方法がある。また、２つの方法でウエハ面成分を取り除いた結果である７０６Ａ、Ｂの、各サンプルショット同一ポイント７０５Ａ、Ｂの再現性を比較し、ばらつきの少ない再現性のよい方法を適切な除去方式であると判断し、決定するとより好ましい。図７の場合、２次放物面を算出して取り除く方法でウエハ面成分を取り除いた結果である７０６Ｂの方が再現性がよくなっている。
【００１６】
基本的には前述した概念でパターンオフセットを計算することとなるが、走査型露光装置において複数のフォーカスセンサにより計測する場合には算出方法を工夫することで性能向上することが考えられる。
図８には走査型露光装置で複数フォーカスセンサを持った構成での例を挙げている。ここでフォーカスセンサ８０１はＡ〜Ｇまでの６ＣＨ構成となっている。この６ＣＨはあるポイント８０２を中心に構成されていることとする。このポイント８０２は具体的には、走査型露光装置の露光光中心である場合が普通である。このフォーカスセンサで基板走査中にウエハ基板面を計測する。図８（ｂ）は、ショット８０３をスキャンしながら６ＣＨの各フォーカスセンサで５ポイントずつ、計３０ポイントを計測する例を示す。本実施例ではウエハ成分取り除き方としては、ショット８０３上の３０個の全計測ポイントから平面を算出する方法を用いている。
【００１７】
なお、例えばフォーカスセンサの経時変化や誤計測が発生した場合には、ウエハ成分と区別がつかないため、片ボケが発生することとなる。その場合は、非走査方向については平面を取らない方法を採用するとよい。具体的には、Ａ〜Ｇ各ＣＨの走査方向位置での最小二乗近似直線を算出し、その傾き平均値をＡ〜Ｇの各ＣＨにおいて使用する。
【００１８】
ウエハ基板などの特殊な状況から走査方向、非走査方向で上は基板面内チルトばらつき状況が違っている場合にもこの方法は適用できる。そのため、前述した各ＣＨの走査方向の最小二乗近似直線成分を算出する方法だけではなく、非走査方向の最小二乗近似直線成分を算出し、その平均傾き量を算出し、その成分を取り除く方法も考えられる。さらに、ウエハ基板状況により、特定位置において、特定方向のウエハ基板再現性が良いため、パターンオフセットサンプルショットの位置に応じて、取り除き方法を変える方法も考えられる。
【００１９】
次に、図６を用いてパターン算出フローの説明をする。ステップ６０１でパターンオフセット算出処理が開始されると、ステップ６０２にてウエハ基板上幾つかのショットにてステージのフォーカス方向の制御をしない状態でフォーカス計測する。ステップ６０３では各ショットの近似面または近似線の除去処理を実施する。近似面は１次平面、２次平面、３次平面が考えられ、非走査方向／走査方向いずれかの方向のみ除去する、近似線除去などが考えられる。
【００２０】
全サンプルショットのパターンについて除去方法実施後のステップ６０５では、ショット各位置での計測値の再現性もしくはレンジ（ばらつき）を計算する。ステップ６０６では、各方法で除去された結果のショット各位置での再現性またはレンジを確認し、最も良いかまたは小さいものが最適な除去方法と判断する。ステップ６０７ではステップ６０６にて決定された方法によりウエハ成分を除去された各ショットオフセット値を平均化し、パターンオフセットを決定し、ステップ６０８にて終了する。
本実施例によれば、パターン計測精度を向上させることができるため、良好な露光結果を得ることができる露光装置を構成可能となる。
【００２１】
＜デバイスの製造の実施例＞
次に、図１の露光装置を利用した微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造プロセスを説明する。
図９は半導体デバイスの製造のフローを示す。
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスク（原版またはレチクルともいう）を製作する。
一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクを設置した露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。
次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程である。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。
【００２２】
上記ステップ４のウエハプロセスは、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップステップを有する。また、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し、レジスト処理ステップ後のウエハを露光する露光ステップを有する。さらに、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例に係る走査型露光装置の概略構成を示した図である。
【図２】おわん形状をしたウエハ基板上の複数のサンプルショットにおけるパターン凹凸計測結果を単純平均する場合の説明図である。
【図３】プロセス処理により反ってしまったウエハ基板上の複数のサンプルショットにおけるパターン凹凸計測結果を単純平均する場合の説明図である。
【図４】ウエハ基板上の複数のサンプルショットにおけるパターン凹凸計測結果からウエハの局所成分として１次近似面を差し引いてから平均する場合の説明図である。
【図５】ウエハ基板上の複数のサンプルショットにおけるパターン凹凸計測結果からウエハの局所成分として２次双曲面を差し引いてから平均する場合の説明図である。
【図６】図１の装置におけるパターン算出処理を説明するためのフロー図である。
【図７】ウエハの局所成分除去方法を選択する方法の説明図である。
【図８】図１の走査型露光装置におけるフォーカスセンサによる基板上計測ポイントの配置図である。
【図９】デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０１  光源
１０２  光学素子群
１０３  遮光板（マスキングブレード）
１０５  レチクル
１０６  レチクルステージ１０６
１０７  投影レンズ
１０８  フォーカスセンサ（投光器）
１０９  フォーカスセンサ（受光素子）
１１０  ウエハステージ
１１１  ウエハ
２０１、３０１、４０１、５０１、７０１  ウエハ基板
２０２Ａ〜Ｃ、３０２Ａ〜Ｃ、４０２Ａ〜Ｃ、５０２Ａ〜Ｃ、７０２Ａ〜Ｃ  パターン
２０３Ａ、２０３Ｂ、３０３Ａ、３０３Ｂ、４０３Ａ、４０３Ｂ、５０３Ａ、５０３Ｂ  パターン凹凸計測値
５０３  平面（局所成分）
５０４  ２次双曲面（局所成分）
５０５、７０５Ａ、７０５Ｂ  平面を除去したパターン凹凸
５０６  ２次双曲面を除去したパターン凹凸
７０３Ａ〜Ｃ  平面成分
７０４Ａ〜Ｃ  ２次放物面
７０６Ａ、Ｂ  ２次放物面を除去したパターン凹凸
８０１  フォーカスセンサ
８０２  計測ポイント
８０３  ショット８０３
【図１】
2008066634.tif 000003
【図２】
2008066634.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008066634.tif 000008
【図７】
2008066634.tif 000009
【図８】
2008066634.tif 000010
【図９】
2008066634.tif 000011