(57)【要約】【課題】走査型投影露光装置において、ウエハー表面の凹凸形状を最適露光面に精度良く補正追従させる。【解決手段】レチクル上の回路パターンを投影光学系を介してウエハー上の露光領域に投影露光する露光装置において、特にスリット状の露光領域を走査させることによってウエハー上に投影露光する装置であり、露光スリットの前方に先読み計測点を３点以上設けた面位置計測装置において、そのウエハー平面度を露光装置に搬入する前に、露光装置とは別に構成したフォーカス検出系により、露光装置での走査露光方向でのフォーカス計測のタイミングによる飛び飛びの計測点の間、及びに走査露光方向と直交方向に構成した少なくとも３点以上の計測点の間のウエハーの平面情報を事前に求めておき、露光時にはフォーカス検出系で計測しない間のウエハーの位置では、該平面情報を使用して、フォーカス、チルトを制御、駆動することで、縮小される焦点深度に対し高いフォーカス補正精度を達成し、一枚のウエハーあたりの歩留まり向上を得ることが可能となる。【選択図】　　　図４
2004071851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクル上に形成された回路パターンをウエハー上に投影露光する投影露光装置において、該レチクルと該ウエハーを相対的に走査して露光する露光装置であり、該露光装置上において、該ウエハーへの露光位置の前後にそれぞれ少なくとも３点以上の領域に光を斜め方向から照射し、該ウエハーからの反射光をセンサーにて検出するフォーカス検出系を構成し、この該フォーカス検出系で該ウエハーの各計測点における高さ方向を求め、少なくとも３点以上の計測点からの情報から露光領域平均的な高さと走査露光方向と直交方向の傾きおよび走査露光方向への傾きを算出し、該ウエハー表面を最適露光像面位置に補正駆動を行う該露光装置において、３点以上の高さ計測点は該ウエハー上で平面を形成するように配置されており、かつ該露光位置の前後の計測点位置は同一形状であり、走査露光方向での計測のタイミングによる飛び飛びの計測点の間、及びに走査露光方向と直交方向に構成した少なくとも３点以上の計測点の間の該ウエハーの平面情報を事前に求めておき、露光時には該フォーカス検出系で計測しない間の該ウエハーの位置では、該平面情報を使用して、フォーカス、チルトを制御、駆動することを特徴とした半導体露光方法。
【請求項２】
該平面情報を露光装置へ搬入する前に計測する位置が、該露光装置のフォーカス検出系の位置とは異なる、ことを特徴とした前記請求項１に記載の半導体露光方法。
【請求項３】
該平面情報を計測する位置と該露光位置とは異なり、その該ウエハー平面度を計測する時の、該ウエハーを支持する吸着方法が、該露光装置での吸着方法が同一な方法で行う、ことを特徴とした前記請求項２に記載の半導体露光方法。
【請求項４】
該平面情報を計測する位置と該露光位置とは異なり、その間を該ウエハーを移動する時に、該ウエハーと該ウエハーを吸着しているウエハーチャックと一緒に移動する、ことを特徴とした前記請求項３に記載の半導体露光方法。
【請求項５】
レチクル上に形成された回路パターンをウエハー上に投影露光する投影露光装置において、該レチクルと該ウエハーを相対的に走査して露光する露光装置であり、該露光装置上において、該ウエハーへの露光位置の前後にそれぞれ少なくとも３点以上の領域に光を斜め方向から照射し、該ウエハーからの反射光をセンサーにて検出するフォーカス検出系を構成し、この該フォーカス検出系で該ウエハーの各計測点における高さ方向を求め、少なくとも３点以上の計測点からの情報から露光領域平均的な高さと走査露光方向と直交方向の傾きおよび走査露光方向への傾きを算出し、該ウエハー表面を最適露光像面位置に補正駆動を行う該露光装置において、３点以上の高さ計測点は該ウエハー上で平面を形成するように配置されており、かつ該露光位置の前後の計測点位置は同一形状であり、走査露光方向での計測のタイミングによる飛び飛びの計測点の間、及びに走査露光方向と直交方向に構成した少なくとも３点以上の計測点の間の該ウエハーの平面情報を事前に求めておき、露光時には該フォーカス検出系で計測しない間の該ウエハーの位置では、該平面情報を使用して、フォーカス、チルトを制御、駆動することを特徴とした半導体露光装置。
【請求項６】
該平面情報を露光装置へ搬入する前に計測する位置が、該露光装置のフォーカス検出系の位置とは異なる、ことを特徴とした前記請求項５に記載の半導体露光装置。
【請求項７】
該平面情報を計測する位置と該露光位置とは異なり、その該ウエハー平面度を計測する時の、該ウエハーを支持する吸着方法が、該露光装置での吸着方法が同一な方法で行う、ことを特徴とした前記請求項６に記載の半導体露光装置。
【請求項８】
該平面情報を計測する位置と該露光位置とは異なり、その間を該ウエハーを移動する時に、該ウエハーと該ウエハーを吸着しているウエハーチャックと一緒に移動する、ことを特徴とした前記請求項７に記載の半導体露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に使用される半導体露光装置において、最良な像性能を得るべくウエハー表面位置を計測する方法およびそれを搭載した半導体露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に、マスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）のパターンを投影光学系を介して感光基板上に結像する半導体露光装置が使用されている。
【０００３】
この半導体製造用の投影露光装置においては、集積回路の微細化、高密度化に伴いレチクル面上の回路パターンをウエハー面上により高い解像力で投影露光できることが要求されている。回路パターンの投影解像力は、投影光学系の開口数（ＮＡ）と露光波長に依存するので、露光波長を固定にして投影光学系のＮＡを大きくする方法や露光波長をより短波長化する、例えばｇ線よりｉ線、ｉ線よりエキシマレーザー発振波長、エキシマレーザー発振波長においても、２４８、１９３ｎｍ、更には１５７ｎｍを使用する露光方法の検討を行っており、１９３ｎｍの露光波長については既に製品化されている。更に露光面積の大画面化も進んでいる。
【０００４】
これらを達成する手段としてかってはほぼ正方形状に近い露光領域をウエハー上に縮小して一括投影露光する方式の通称ステッパーと呼ばれる装置に対し、露光領域を矩形のスリット形状とし、レチクルとウエハーを相対的に高速走査し大画面を精度良く露光する通称スキャナーが主流になりつつある。スキャナーでは走査露光スリット単位でウエハーの表面形状を最適露光像面位置に合わせ込むことができるためにウエハー平面度の影響も低減できる効果を有している。
【０００５】
走査型露光装置、通称スキャナーでは、走査露光スリット毎にウエハー表面を走査露光中に露光像面位置にリアルタイムで合わせ込むためには露光スリットに差し掛かる事前にウエハー表面位置を光斜入射系の表面位置検出手段で計測し駆動補正を行うという技術が用いられている。特に露光スリットの長手方向、走査方向と直行方向には高さのみならず表面の傾きを計測すべく複数点の計測点を有している。
【０００６】
図１４に示した様に、走査露光スリットの図１４では上下に光斜入射系の表面位置検出手段の計測点をそれぞれ三点ずつ構成している。図１５では、五点ずつ構成している例である。上下にそれぞれ構成するのは、露光の為の走査が、図１４，１５においては、上からと下からの両方向から行われる為、露光する前にウエハーのフォーカスを計測を可能とする為に上下にフォーカス検出系を構成している。上記走査露光におけるフォーカス、チルト計測の方法に関しては特開平０９−０４５６０９などに提案されている。さらに、走査型露光装置における、面位置計測と補正方式に関する提案としては、露光領域外の先読み領域にて面情報面情報を複数点の計測点でフォーカスおよび、走査方向と非走査方向の傾き情報を計測する提案（特開平０６−２６０３９１）や、また、露光領域内に複数の計測点を配置させ、フォーカスおよび、走査方向と非走査方向の傾き情報を計測し補正駆動する提案（特開平０６−２８３４０３）がされている。
【０００７】
図７，８にその実施の原理図を示した。図７において、ウエハー３のフォーカス計測を毛計測位置ＦＰ１，２，３の飛び飛びの位置で行う。この三点から先読み計測による平面ＰＭＰを求め、図８の露光位置にウエハー３を移動時には最良結像面ＢＦＰに一致する様にウエハー３の姿勢を駆動して露光を行うものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
微細化トレンドにしたがって焦点深度がきわめて小さくなり、露光すべきウエハー表面を最良結像面に合わせ込む精度いわゆるフォーカス精度もますます厳しくなってきている。特に走査露光方向のウエハー表面の傾きも厳密に測定し精度良く補正する必要が生じて来ている。特に表面形状精度が悪いウエハーにおいては露光領域のフォーカス検出精度が問題となる事が判明した。数値例を上げると、露光装置の焦点深度は、０．４μｍと言う値の場合もあり、それに対してウエハーの平面度の制御要求は、深度の１／５とすれば０．０８μｍ、１／１０とすれば、０．０４μｍとなり、数十ｎｍのオーダーとなっている。
【０００９】
この問題は前述の様に走査型露光装置、通称スキャナーで露光スリットに差し掛かる前にウエハー表面位置を光斜入射系の表面位置検出手段で計測する、そのタイミングが飛び飛びである事が原因であり、その間のウエハー平面度に関しては情報が無い為、考慮する事ができない事によるものである。別の言葉でこの問題点を表現すれば、『スキャナーにおける、フォーカスサンプリング誤差』と言える。
【００１０】
この問題はステッパーにおいても発生しているが、スキャナーほど重要視はされない。何故ならスキャナーにおいては、露光スリット部分での露光であり、ステッパーの場合の露光範囲、例えば露光範囲が角２０ｍｍとか、と比較して狭い露光面積である。スキャナーの場合、この露光スリットの面積が狭い範囲なので、ウエハーの平面度に対して、その狭い範囲に関して、フォーカスを変えたり、チルトさせたりして対応できるが、ステッパーの場合は、例えば角２０ｍｍと言う広い範囲での最適像面となる様な対応のみであり、狭い範囲でのウエハー平面度のばらつきへの対応ができない点が異なる事である。（もちろんステッパーの最適像面を求めるのに、ウエハー上で細かいサンプリングに基ずいた情報の方が高精度を達成するのは当然の事ではあるが。）
【００１１】
例えばこの計測のタイミングとしては、図７に示す様に、スキャン方向に対してウエハー上３ｍｍ毎の飛び飛びの値で行うとする。すると、この３ｍｍの間の情報、例えば図７のポイントＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３では、ウエハー平面度が悪い為、３ｍｍの飛び飛びの計測から求め、先読み計測による平面から、Δずれている場合が発生する。露光では、先読み計測による平面を露光投影光学系の最良像面に一致させて露光するので、図７では、ずれ量Δだけデフォーカスして露光する事が発生する。この飛び飛びの計測はスキャン方向だけでなく、スキャン方向と直交する方向でも同じように発生する。この原因は、計測のタイミングではなく、図１４，１５に示した光斜入射系の計測点数の構成数によるものである。
【００１２】
もちろん、計測タイミングを細かく、例えば１ｍｍずつや、光斜入射系の計測点数を多くする事で、図９のずれ量Δの誤差は小さくなるが、露光時の走査速度の低下や走査計測時間の増大によるスループットの低下や、装置構成の複雑化に伴う装置価格Ｕｐ，トラブル発生の可能性増大と言う、別の問題を発生させる恐れがある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では、マスク上に形成された回路パターンをウエハー上に投影露光する投影露光装置において、マスクとウエハーを相対的に走査して露光する露光装置であり、ウエハー上に斜め方向から照射し、ウエハーからの反射光をセンサーにて検出することでウエハー表面の高さ方向の情報を計測するウエハー表面位置計測手段を有し、露光領域の前後と露光領域内のそれぞれの位置に少なくとも３点以上の計測点を有し、前記３点の高さ計測点は平面を形成するように配置されており、３点の高さ位置情報から露光領域の平均的な高さと走査露光方向と直交方向、つまり露光スリットの長手方向の傾き、および走査露光方向への傾きを算出し、露光すべきウエハー表面を最適露光像面位置に補正駆動を行うようにしたものであり、そのウエハー平面度を露光装置に搬入する前に、露光装置とは別に構成したフォーカス検出系により、露光装置での走査露光方向でのフォーカス計測のタイミングによる飛び飛びの計測点の間、及びに走査露光方向と直交方向に構成した少なくとも３点以上の計測点の間のウエハーの平面情報を事前に求めておき、露光時にはフォーカス検出系で計測しない間のウエハーの位置では、該平面情報を使用して、フォーカス、チルトを制御、駆動することを特徴とした半導体露光方法、及びに露光装置の提案であり、ウエハー平面情報を計測するフォーカス検出系の位置が、露光位置のフォーカス検出系とは異なる位置で行い、そのウエハー平面度を計測する時の、ウエハーを支持する吸着方法が、露光装置での吸着方法と同一な方法で行い、その間をウエハーを移動する時に、ウエハーとウエハーを吸着しているウエハーチャックと一緒に移動する、ことを特徴とした半導体露光方法、及び露光装置。
【００１４】
まず、本発明での新規提案の内容の説明を行う前に、従来の走査型露光装置、所謂スキャナーのウエハーに対するフォーカス、チルト計測についての図２以降を用いて詳細な説明を行う。図２は今までに製品化や既に提案されている露光装置の構成を示すものである。
【００１５】
エキシマレーザーなどの光源８００から射出された光は、露光に最適な所定の形状の露光光束に成型される照明系８０１を経て、マスクまたはレチクル１（以後レチクルと呼ぶ）の下面に形成されたパターン面を照明する。レチクル１のパターン面には露光すべきＩＣ回路パターンが形成されており、上記パターンから射出された光は投影露光レンズ（以下“投影レンズ”とする）を通過して結像面に相当するウエハー面上近傍に像を形成する。前記レチクルは１方向に往復走査可能なレチクルステージＲＳ上に載置されている。ウエハーは図面上のＸＹおよびＺ方向に走査駆動可能また傾け補正（チルトと呼ぶ）可能な構成となっているウエハーステージＷＳ上に載置されている。
【００１６】
前記レチクルステージとウエハーステージを露光倍率の比率の速度で相対的に走査させることでレチクル上のショット領域の露光を行う。ワンショット露光が終了した後にはウエハーステージは次のショットへステップ移動し、先ほどとは逆方向に走査露光を行い次のショットが露光される。これらの動作をステップアンドスキャンといいスキャナー特有の露光方法である。これを繰り返すことでウエハー全域についてショット露光する。
【００１７】
ワンショット内の走査露光中には、フォーカス、チルト検出系３３によりウエハー表面の面位置情報を取得し、露光像面からのずれ量を算出し、Ｚ方向および傾き（チルト）方向へのステージ駆動によりほぼ露光スリット単位でウエハー表面の高さ方向の形状に合わせこむ動作が行われている。
【００１８】
このフォーカス、チルト検出系は光学的な高さ計測システムを使用している。ウエハー表面に対して大きな角度（低入射角度）で光束を入射させ、反射光の像ズレをＣＣＤなどの位置検出素子で検出する方法をとっている。特に、ウエハー上の複数の計測すべき点に光束を入射させ、各々の光束を個別のセンサーに導き、異なる位置の高さ計測情報から露光すべき面のチルトを算出している。
【００１９】
特に、近年では露光光の短波長化、投影レンズの高ＮＡ化が激しくなり、露光焦点深度が激減してきている、本発明では矩形形状の走査スリットの短い方向、つまり走査方向への面傾きも高精度に計測補正する必要が生じてきている。
【００２０】
図１５に示した通り、ＡＭｆまたは、ＡＭｒの領域内には複数のフォーカスチルト計測点が面形状をなすように配置されており、走査露光中のスリットが露光領域に差し掛かる露光直前に面のフォーカス、チルト情報、特に走査方向へのチルト情報の同時計測を可能にしている。
【００２１】
以下に図１４、１５に示したウエハー表面上のフォーカス計測点に関する説明を述べる。図１４、１５はフォーカス計測点の配置を示ものであり、図１４には三点、図１５には５点の計測点を構成した場合の実施例を示している。図１５では、露光スリット位置ＡＥの図上では下方、ＡＭｆ領域内に５点の計測点を投影するように構成し露光スリットに差し掛かる事前に高精度に露光直前のフォーカスチルト情報を取得し、露光位置に補正駆動が可能なようにしている。同様に逆方向のスキャン露光に対応するようにＡＭｒ領域にも同様に５点の計測点が投影されるように構成されている。
【００２２】
図１５に示す例では露光スリット前方の事前計測領域に平面を形成するようにフォーカス計測点を複数点配置することでフォーカス、チルトＸに加えて、同時にチルトＹを計測することができるために高精度な計測が可能となっている。
【００２３】
ここでスキャン露光時のフォーカスチルト事前計測による面位置補正の概略について述べる。図５に示す通り、スキャン方向ＳＤに凹凸を有したウエハー３が露光位置ＥＰに差し掛かる事前に露光スリット前方に平面を形成するように複数点配置されたフォーカス計測位置ＦＰでウエハー表面位置のフォーカス、露光スリット領域長手方向のチルト（チルトＸと呼ぶ）にくわえて、露光スリット短手方向（スキャン方向）のチルト（チルトＹと呼ぶ）計測を行う。そして、計測された情報にもとづいて不図示のウエハーステージを駆動させ露光位置への補正駆動を行う。図６には事前計測された領域が露光スリットに差し掛かった際にはすでに補正が完了しており、露光スリットにて露光される。
【００２４】
フォーカス、チルト計測点は、走査露光すべき領域が露光スリット領域に差しかかる直前にフォーカス、チルト情報を計測するために、図１４，１５に示した通り、露光スリット領域の前後に面を形成するような配置で複数の計測点を配置している。
【００２５】
このフォーカス計測用投影スリットの方向はウエハー上で斜め方向に形成されており、特にチルト計測点の投影スリットの向きが異ならせてある。露光領域の事前計測領域の複数計測点の投影スリットパターンはフォーカス計測用スリット状マークのピッチ配列方向が中心計測点に向かって配列されるよう構成されている。これにより、周辺での計測点の欠損を極力小さくさせ、ウエハー周辺ショットでの計測精度を向上させる方法が本出願人から既に提案されている。
【００２６】
図３に、図２に示した従来例のフォーカス計測システムの拡大したの光学概略図を示す。図３は説明の簡略化のために前方事前計測領域内に５点の計測点を配置している様子のみを示す。特にこの実施例では、奥側の計測点スパンと手前の計測点スパンとが異なった配置となるように投影されるマークの形状を示す。
【００２７】
フォーカス計測用光軸は露光スキャンとほぼ直交方向から複数の光軸が入射されるように配置してあり、各計測点に投影されるマークはそれぞれフォーカス計測光学系の光軸断面内で所定量回転させて投影される。その結果、ウエハー上では計測スリットの向きが斜めになるよう、また中心計測点に向かってスリットのピッチ方向が配列形成されるように配置されている。
【００２８】
図４は図３の計測点配置を実現させるためのフォーカス計測光学系概略配置図である。５１は５つの照明レンズであり不図示の光源から供給された光にて、フォーカス計測用投影パターンマスク５２に形成されたフォーカス計測用スリット状マークを照明する。光源としては、ウエハー上の感光性レジストを感光させない波長の光であることと、レジスト薄膜干渉の影響を受けにくいある程度波長幅の広いハロゲンランプやＬＥＤなどが望ましい。
【００２９】
投影マスク５２にはＡ視図に示すとおり、複数の計測点分だけのスリット状マークが形成されている。複数の計測マークにそれぞれ照明されて形成された光束は光路合成プリズム５３により光路合成され、フォーカスマーク投影光学系６１によりウエハー３上に斜め投影される。ウエハー３表面にて反射された光束はフォーカス受光光学系６２により光路分割プリズム６３内に中間結像点を形成する。光路分割プリズム６３により各計測点ごとに光路分割されたのちには計測分解能を向上させるべく、各計測点ごとに配置された拡大検出光学系６３により各計測点毎の位置検出素子７１へ導かれる。計測素子７１は本発明では１次元ＣＣＤを用いており、素子の並び方向が計測方向となる。Ｂ視図には位置計測素子７１から光軸方向を見た際の計測用マークと位置計測素子と拡大光学系６３の関係を示しており、各計測点の位置ＣＣＤはスリット状マークと直交方向に設定されている。
【００３０】
位置計測素子としてはい１次元ＣＣＤを用いているが、２次元ＣＣＤを配置してもよい。あるいは、受光素子結像面に参照スリット板を形成し、参照スリット手前において光束を走査し、参照スリットからの透過光量を検出するような構成でもかまわない。
【００３１】
ここまで実施例の説明には、図１５に示した、各面位置計測領域に計測点を５点配置した構成例で行ったが、各計測領域に３点の配置でもこれまでの説明は同様である。
【００３２】
図１４には露光領域前方の事前計測領域にそれぞれ３点の計測点を構成していた実施例を示すものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
次に、図１を用いて本発明での新規提案の内容の説明を行う。図１において、右側の構成は従来例を示した図２と同様である。図１の左側の構成が図２の従来例とは異なるもので、ウエハーステージＷＳ２、干渉計８２、ステージ駆動系１００１、制御系１１０１、フォーカスチルト計測システム３４を図１の右側の図２と同様な露光系に構成されているものとは別に構成する。図１において、破線の四角で囲ったものが計測ステーションＭＳである。
【００３４】
計測ステーションＭＳへウエハー４は搬送され、露光装置ＥＴへ搬送される前に、本出願で提案するフォーカスの詳細先読みをフォーカス検出系３４で行う。この時、ウエハー４には既にコーター（不図示）によりレジストが表面に塗布されている。このフォーカスの詳細先読みは、ウエハー４を干渉計８２だよりにウエハーステージＷＳ２を微小量移動させ行う。この微少量は、露光装置ＥＴの露光時のフォーカス検出系３３の飛び飛びにフォーカス検出する量より小さな値とする事で、飛び飛びの間のウエハー平面度情報を得る事ができる。
【００３５】
以下本発明を詳細に説明する。図２２を使用して本発明の一実施例を説明する。図２２は、ウエハーの流れを示す図であり、まず１枚目のウエハーが露光装置に搬入され、詳細平面計測を全ショットに対して行う。詳細平面計測後、露光順番の第１ショットへ移動し、Ｆｏｃｕｓ計測を飛び飛びに、例えば２ｍｍピッチで、行いその後、先に計測した詳細平面度情報を使用して飛び飛びの間を露光する場合には、フォーカス、チルト駆動を行って、露光を行う。スキャナーでは、レチクルとウエハーをスキャンして露光を行うので、図２２では、破線の四角で囲んだ部分がそのスキャンしている事を意味している。
【００３６】
このスキャン露光で、１ショットの範囲全部を露光を終了すると、次のショットへ移動して、同じ様に、飛び飛びのフォーカス計測、詳細平面度情報を使用した、フォーカス、チルト駆動での露光を繰り返して行い、ウエハー内の全ショットの露光を行う。１枚のウエハーの露光が終了すると、次のウエハーの露光の設定がある場合には、次のウエハーの露光を同様な手順で行う。
【００３７】
図１６から図２１を使用して、詳細平面度計測の説明を行う。図１６，１７，１８はスキャン方向の計測例で、図１９，２０，２１はスキャン方向と直交の方向の計測例である。図１６において、ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３が飛び飛びでのフォーカス計測する位置である。数値例としてあげれば、ＦＰ１とＦＰ２，ＦＰ２とＦＰ３の間の距離は２ｍｍの値である。
【００３８】
まず詳細平面度計測において、スキャン方向の計測例について説明を行う。図１６においては、ＦＰ１とＦＰ２間のＤＦＰ１をフォーカス、チルト検出系３３で平面度計測を行い、次にＸＹステージをフォーカス方向（Ｚ方向）へ変化させない様、スキャン方向へ微小駆動し、図２２に示す様に、ＦＰ１とＦＰ２間のＤＦＰ２をフォーカス検出系３３で平面度計測する。同じ様に図２３では、ＸＹステージをフォーカス方向（Ｚ方向）へ変化させない様、スキャン方向へ微小駆動し、ＦＰ１とＦＰ２間のＤＦＰ３をフォーカス検出系３３で平面度計測を行う。この事で、ＦＰ１とＦＰ２間のＤＦＰ１、ＤＦＰ２、ＤＦＰ３の平面度情報を入手することができる。
【００３９】
次に詳細平面度計測において、スキャン方向と直交の方向の計測例について説明を行う。スキャン方向の計測例と同様に、図１９，２０，２１でスキャン方向と直交の方向にＸＹステージをフォーカス方向（Ｚ方向）へ変化させない様微小駆動し、各位置でフォーカス検出系で平面度計測を行う。
【００４０】
図１９，２０，２１では、フォーカス、チルト検出系のウエハー面での計測する光のスポット３３−１，２，３，４，５，６をウエハーの領域Ａ１，２，３との相対位置関係を示している。
この事で、スキャン方向及びにスキャン方向と直交の方向に対して、詳細平面度計測が可能となる。
【００４１】
図２３を使用して本発明の別の実施例について説明を行う。図２３は、ステージが計測用と露光用に二つある場合のウエハーの流れを示す図であり、まず１枚目のウエハーが計測ステージに搬入され、詳細平面計測を全ショットに対して行う。ウエハーの詳細平面計測後、ウエハーを支持しているチャック上のマーク（＝チャックマーク）に対してＦｏｃｕｓ計測を行う。この事でウエハー全面の平面度とチャックマークとの平面性の関係を得る事ができる。
【００４２】
次にウエハーはチャックに支持されたまま、露光ステージに移動される。
計測ステージでは、露光ステージの動きとは独立に必要に応じて、次のウエハーの詳細平面計測を全ショットに対して行い、更にチャックマークに対してＦｏｃｕｓ計測を最初のウエハーと同様に行い、ウエハー全面の平面度とチャックマークとの平面性の関係を得た後で、露光ステージへ、ウエハーはチャックに支持されたまま、移動される。（必要に応じて、待機する場合もあり。）
露光ステージへ移動されたウエハーは、チャックマークに対してＦｏｃｕｓ計測のみ行い、計測ステージで、計測した、ウエハー全面の平面度とチャックマークとの平面性の関係の情報にもとづき、第１ショットへ移動し、フォーカス、チルト駆動を行って、露光を行う。
【００４３】
スキャナーでは、レチクルとウエハーをスキャンして露光を行うので、第１ショットの範囲全部を露光を終了すると、次のショットへ移動して、同じ様に、詳細平面度情報を使用した、フォーカス、チルト駆動での露光を繰り返して行い、ウエハー内の全ショットの露光を行う。
１枚のウエハーの露光が終了すると、次のウエハーの露光の設定がある場合には、次のウエハーの露光を同様な手順で行う。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、マスク上に形成された回路パターンをウエハー上に投影露光する投影露光装置において、マスクとウエハーを相対的に走査して露光する走査型露光装置であり、ウエハー上走査露光領域の前後に少なくとも各列３点以上の領域に光を斜め方向から照射し、ウエハーからの反射光をセンサーにて検出することでウエハー表面の平均的な高さと傾きを求めフォーカス計測を可能とする検出系を構成し、走査露光される表面を最適露光像面位置に補正駆動を行う露光装置において、そのウエハー平面度を露光装置に搬入する前に、露光装置とは別に構成したフォーカス検出系により、露光装置での走査露光方向でのフォーカス計測のタイミングによる飛び飛びの計測点の間、及びに走査露光方向と直交方向に構成した少なくとも３点以上の計測点の間のウエハーの平面情報を事前に求めておき、露光時にはフォーカス検出系で計測しない間のウエハーの位置では、該平面情報を使用して、フォーカス、チルトを制御、駆動することで、縮小される焦点深度に対し高いフォーカス補正精度を達成し、一枚のウエハあたりの歩留まり向上を得ることが可能となる。
【００４５】
【他の実施例】
次に図１１に、本発明の露光系においてＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒで全ての計測が終了後、ウエハーをチャックに吸着したままチャック毎、搬送して、チャックマークのみ計測して露光を行う、露光装置についての実施例を示す。
【００４６】
ウエハーを吸着したまま搬送されたチャックは、露光装置のチャックを吸着するチャックに吸着される。フォーカス検出系により、チャックマークのフォーカスを検出し、必要に応じてフォーカス方向に駆動後、位置合わせ検出系ＡＳによって、チャックマーク上の二次元計測可能なマークの位置を計測する。複数のチャックマークにおいてこの計測を行い、Ｏｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒでの計測、計算結果にもとづき各ショットへ、干渉計付きＸＹステージで駆動し、各ショットにおいてフォーカス計測及びに必要に応じてフォーカス方向に駆動後、露光を行い、全ショット露光後には、ウエハーを吸着したままチャックを、露光装置の外へと搬送する。
【００４７】
図１１においては、ベースラインが安定していて、安価で安定しているＨｅＮｅＬａｓｅｒや半導体レーザー等の非露光光な光源を使用するＴＴＬ−Ｏｆｆａｘｉｓ方式をチャックマークの二次元位置検出の位置合わせ検出系ＡＳとして採用している。
【００４８】
この時、露光装置の位置合わせ検出系ＡＳは、チャックマークのみの計測しかしない為、複雑な構成が不要かつＴＩＳ除去も不要となり大幅なコストダウンとなりうる。ＴＩＳはＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒの検出系のみとれば良く、信号シミュレータにＴＩＳの考慮も不要となる。
【００４９】
ここまで説明してきた、移動可能なチャックを使用するシステムとＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒのシステムに、本出願で提案した、ウエハー表面のフォーカスの詳細先読み検出を適用する事でウエハーフォーカスの高精度検出、露光、高スループットが可能となる。
それは、平面（ＸＹ）の計測のみ行う場合でなく、フォーカス（Ｚ）も同様に露光装置外の系で行えば、露光装置ではチャックマークのみＸＹＺの計測を行えば良い事となる為である。
【００５０】
本発明での提案のフォーカス詳細先読みを達成させるＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒの構成の一実施例を図１２に示す。このＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒには、ウエハーを吸着したまま移動可能なウエハーを支持するチャック、立体的に移動させる、ＸＹＺ　ステージ，レジスト有り／無しで表面形状計測をするＰｒｏｆｉｌｅｒ、露光装置に構成するアライメント　スコープと同等な二次元位置検出系同じくフォーカス検出系、ウエハーの周辺部も含めた異物検査を行える異物検査系、Ｏｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒ全体を制御し、かつ表面形状からアライメントオフセットを算出するシミュレータを所有した、ＣＰＵで構成されている。
【００５１】
但し各検出系の検出原理に付いては、既に色々なところで提案され実施されて効果が確認されていて、どの方式を採用しても構わないので、ここでの説明は割愛する。
【００５２】
実際のウエハー及びに情報の流れを図１３に示す。
図１３−▲１▼の様にレジストを塗布する前にウエハーは、（ここではチャックマークが乗った移動可能なチャックに吸着されずに）Ｏｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒに搬送される。
次に図１３−▲２▼の様に、このウエハー上のアライメントマークの立体形状をＰｒｏｆｉｌｅｒで計測する。
次に図１３−▲３▼で示す様に、ウエハーはレジストを塗布する為にコーターに運ばれ、レジストが塗布される。
次に図１３−▲４▼に示す様に、ウエハーは再度Ｏｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒに運ばれるが、この時にはチャックマークが乗った移動可能なチャックに吸着されて、チャック毎搬送され、アライメントマーク上のレジストの表面形状をＰｒｏｆｉｌｅｒで計測する。
この為、Ｏｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒにおいては、ウエハーのみでもチャックマークの付いたチャックでも搭載できる機能が必要となる。
【００５３】
これを一つの機械機構で達成しても良いし、レジスト塗布前のウエハーもＰｒｏｆｉｌｅｒ計測の為に、チャックマークが乗った移動可能なチャックまたは同等な構造で、チャックマークがないチャックに一度ウエハーを吸着させ、Ｐｒｏｆｉｌｅｒ計測後、チャックからウエハーを離して、レジスト塗布の為に、コーターに運ばれ、レジストが塗布される。
【００５４】
次に図１３−▲４▼に示す様に、ウエハーは再度Ｏｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒに運ばれ、アライメントマーク上のレジストの表面形状をＰｒｏｆｉｌｅｒ　で計測する。
【００５５】
アライメントマーク上のレジストの表面形状をＰｒｏｆｉｌｅｒ　で計測する時と同時もしくは、その前後にＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒに構成した位置合わせ検出系で、ウエハー上の各ショットに配置された、Ｘ及びＹ方向検出の為の複数のアライメントマークのアライメント信号を検出する。又この時にフォーカス計測も行い、各ショットの三次元位置関係を求めておく。次に複数のチャックマークを、干渉計付きＸＹＺ　ステージ基準で三次元位置計測を行う。
【００５６】
既に提案したＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒで述べた様に信号シミュレータにより発生するオフセット量を算出する。
異物検査においては、レジスト塗布前に行って、コーターへの異物の拡散を防止する事もできるし、塗布後に行い、露光不良等の発生を未然に防ぐシーケンスも可能となる。
Ｏｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒにおいて全ての計測を終了すると、露光装置へウエハーをチャックに吸着したままチャック毎、ウエハーとチャックマークとの三次元的な相対関係情報と共に搬送する。
【００５７】
このオフセットとチャックマークとの三次元的な相対関係を元に露光装置でチャックマークのみ三次元的な位置計測を行いマークアライメント、露光を行ない、全てのショットの露光終了後、ウエハー　は現像の為にデベロッパーへ搬送される。
【００５８】
露光装置における構成は図１１の実施例と同様で、ウエハーを吸着したまま搬送されたチャックは、露光装置のチャックを吸着するチャックに吸着される。フォーカス検出系により、チャックマークのみフォーカスを検出し、必要に応じてフォーカス方向に駆動後、位置合わせ検出系ＡＳによって、チャックマーク上の二次元計測可能なマークの位置を計測する。複数のチャックマークにおいてこの計測を行い、Ｏｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒでの計測、計算結果にもとずき各ショットへ、干渉計付きＸＹステージで駆動し、各ショットにおいてフォーカス計測は今回は不要なのでＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒでの計測情報にもとずいて必要に応じてフォーカス方向に駆動後、露光を行い、全ショット露光後には、ウエハーを吸着したままチャックを、露光装置の外へと搬送する。
【００５９】
この事で露光装置では、チャックマークのみの三次元計測を行って後は露光を行うだけとなり、露光装置のスループットを向上させる事ができ、ＯｆｆｓｅｔＡｎａｌｙｚｅｒを含めた露光系全体のＣｏｏ（Ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ）の性能をＵｐする事となる。
【００６０】
フォーカスに関しては、本発明の詳細先読みを行うのに光を使用したフォーカス検出系だけの構成に限定するものではなく、非光を使用したフォーカス系、例えば静電容量センサーやエアーセンサー等の非光学計測系、を構成して、オフセットをＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒ上で求める事も可能となる。この時も、露光装置での露光を妨げない範囲で、Ｏｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒにおいて色々な事を、スループットを低下せずに実施する事ができるのは同様である。
【００６１】
又、本発明のチャックの上にマークを配置した上でのウエハーハンドリングのＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒを使用する方法は、図１１に示した様に露光装置においてＴＴＬＯｆｆａｘｉｓ方式に限定するものではない。例えばＯｆｆａｘｉｓ顕微鏡を使用してチャックマーク位置を検出することにおいても同様に、プロセスによりアライメントマーク形状が非対称になる事による精度劣化を防ぐ事が可能である。
【００６２】
もちろん、ベースラインの変動に対する対策は、Ｏｆｆａｘｉｓ顕微鏡において必要で、熱的に影響されにくい部材を使用したり、頻繁にベースライン補正を行なう必要がある。
【００６３】
この様に、本発明のチャックの上にマークを配置した上でのウエハーハンドリングのＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒ　を使用する方法では、プロセスによりアライメントマーク形状が非対称になる事による精度劣化を防ぐので、ＣＭＰ等の半導体形成プロセスの影響を受けずに、高精度でかつ高スループットの位置合わせ方式を可能とする為、プロセスにおける複雑な最適化も不要となり、Ｃｏｏ向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例であるフォーカス詳細先読みの投影露光装置の構成概略を示す図。
【図２】従来の露光装置の構成を示す図。
【図３】従来の露光装置の実施例であるフォーカス計測の原理を説明する図。
【図４】従来の露光装置の実施例であるフォーカス計測の構成を説明する図。
【図５】スキャン露光時のウエハー面フォーカスチルト計測をあらわす図。
【図６】スキャン露光時のウエハー面フォーカスチルト計測結果により露光スリット位置に内の最適露光像面位置にウエハー面を駆動させ、露光を行う様子を表す図。
【図７】ウエハー面フォーカスチルト計測を飛び飛びに計測している状態を示す図。
【図８】計測結果により最適露光像面位置にウエハー面を駆動させた状態を示す図。
【図９】ウエハー面フォーカスチルト計測の飛び飛び計測での不具合を示す図。
【図１０】本発明の実施例である、移動可能なマーク付きウエハーチャックを説明する図。
【図１１】本発明の実施例である移動可能なマーク付きウエハーチャックを使用した露光装置の構成を説明する図。
【図１２】本発明の実施例である、露光機へウエハー移動前に、フォーカスの詳細先読みも行うＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒの構成を説明する図。
【図１３】本発明の実施例である、露光機へウエハー移動前に、フォーカスの詳細先読みも行うＯｆｆｓｅｔ　Ａｎａｌｙｚｅｒを使用してウエハーの三次元情報を求めて露光、現像を行うシーケンスの説明する図。
【図１４】露光スリット内三点の従来のフォーカス計測システムの光学構成概略を示す図。
【図１５】露光スリット内五点の従来のフォーカス計測システムの光学構成概略を示す図。
【図１６】スキャン方向の計測例。
【図１７】スキャン方向の計測例。
【図１８】スキャン方向の計測例。
【図１９】スキャン方向と直交の方向の計測例。
【図２０】スキャン方向と直交の方向の計測例。
【図２１】スキャン方向と直交の方向の計測例。
【図２２】本発明のウエハーの流れを示す図。
【図２３】ステージが計測用と露光用にある場合のウエハーの流れを示す図。
【符号の説明】
１：レチクル
２：投影レンズ
３：ウエハー
４：ウエハー＠計測ステーション上
５：ウエハー＠露光装置へ搬送中
３３：フォーカスチルト計測システム
５１：フォーカス計測用照明レンズ
５２：計測用マークが形成された投影マスク
５３：光路合成プリズム
６１：フォーカス計測用マーク投影光学系
６２：フォーカス計測用マーク受光光学系
６３：フォーカス計測用マーク拡大受光光学系
７１：位置検出センサー
ＲＳ：レチクルステージ
ＷＳ：ウエハーステージ
８１：干渉計
８００：露光用レーザー光源
８０１：投影露光用照明光学系
１０００：ステージ駆動系
１１００：制御系
ＭＳ：計測ステーション
ＥＴ：露光装置
ＷＳ２：ウエハーステージ＠計測ステーション
８３：干渉計＠計測ステーション
１００１：ステージ駆動系＠計測ステーション
１１０１：制御系＠計測ステーション
５：光源（例えばＨｅ−Ｎｅレーザー）
７：ファイバー
８：アライメント照明光学系
９：ビームスプリッタ
１０：リレーレンズ
１１：対物
１２：レチクル
１３：縮小投影光学系
１４：ミラー
１５：エレクター
１６：ＣＣＤカメラ
１７：ＣＣＤカメラ上に形成されたチャックマーク像　１８　ＸＹステージ
２０：レチクルパターン露光用照明光学系
２１：チャックマーク付き移動可能なウエハーチャック
２２：θーＺステージ
２３：チルトステージ
２５：バーミラー
２６：レーザー干渉計
２９：フォーカス計測系（投光系）
３０：フォーカス計測系（検出系）
ＡＳ：ＴＴＬ　Ｏｆｆａｘｉｓアライメント　スコープ
３１，３２：チャックマーク
３３：チャックを吸着するチャック
５１：コンピュータ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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