(57)【要約】【課題】基板表面の段差が大きいような場合でも面位置の検出精度の低下を防止できるようにした露光処理方法及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】ウエーハの表面上に塗布されたフォトレジストにスキャン露光を行う際に、ウエーハの表面を走査して当該ウエーハ表面の面位置データを取得する（ステップＡ１）。また、ウエーハ表面の段差部の位置及びその大きさに関する段差情報をＣＡＤデータや膜厚設計値等から取得する（ステップＡ２）。次に、取得した段差情報に基づいて面位置データを補正し（ステップＡ３）、補正された面位置データに基づいてウエーハ表面の面位置を調整する（ステップＡ４）。そして、面位置が調整されたウエーハ表面上のフォトレジストに露光処理を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面上に塗布されたフォトレジストに露光処理を行う露光処理方法であって、
前記基板の表面を走査して当該基板表面の面位置データを取得する工程と、
前記基板表面の段差部の位置及びその大きさに関する段差情報に基づいて前記面位置データを補正する工程と、
補正された前記面位置データに基づいて前記基板表面の面位置を調整する工程と、
前記面位置が調整された前記基板表面上の前記フォトレジストに前記露光処理を行う工程と、を含むことを特徴とする露光処理方法。
【請求項２】
前記露光処理はスキャン方式の露光処理であり、
前記基板表面の面位置を調整する工程と、前記フォトレジストに前記露光処理を行う工程とを並行して行うことを特徴とする請求項１に記載の露光処理方法。
【請求項３】
前記段差情報のうちの、前記段差部の位置及びその大きさの少なくとも一方に関する情報は設計値であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光処理方法。
【請求項４】
前記段差情報のうちの前記段差部の位置に関する情報を当該段差部の形成工程で使用されるフォトマスクのマスクデータから取得する工程、を含むことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の露光処理方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の露光処理方法を行って前記基板表面上の前記フォトレジストに前記露光処理を行う工程と、
前記露光処理された前記フォトレジストを現像処理して前記基板表面上に所定のレジストパターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光処理方法及び、半導体装置の製造方法に関し、特に、基板表面の段差が大きいような場合でも面位置の検出精度の低下を防止できるようにした技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置には、ウエーハ上に塗布されたフォトレジストに対してフォトマスクのパターンをステップ＆リピートで転写するタイプのステッパと、ウエーハを載せたステージとフォトマスクとを平面視で相対的に逆方向に移動させ、スリットを通した光（以下、「スリット光源」ともいう。）でフォトマスクのパターンを連続的に転写するタイプのスキャナと、がある。また、フォトレジスト表面の高さおよび面位置検出機構として、例えば斜入射光学系を用いて基板からの反射光をセンサ上の位置ずれとして検知する方法や、エアーマイクロセンサや静電容量センサなどのギャップセンサを用いる方法などが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、従来例に係るウエーハ表面の面位置の検出とその調整方法を示すフローチャートである。図４ではスキャナを用いた露光処理の場合について説明する。熱処理工程によってウエーハに軽度の歪みが生じている場合や、スキャナのステージ上にゴミが付着しているような場合には、ウエーハはステージ上で部分的に傾いてしまうことが多く、そのまま露光処理を行うと、デフォーカス（即ち、ピンボケ）となるおそれがある。
【０００４】
そこで、図４のステップＢ１では、まずウエーハ表面の面位置の検出を行う。ここでは図５（Ａ）に示すように、例えば斜入射光学系等を用いて、フォトレジスト９５表面の複数箇所で、フォトレジスト９５表面の基準面に対する高さを順次測定する。フォトレジスト９５表面の各測定箇所にそれぞれ紐付けされた測定値の集まりが面位置データである。
次に、図４のステップＢ２では、オートフォーカシングやオートレベリングを行って、図５（Ｂ）に示すようにフォトレジスト９５表面の高さができるだけ均一となるようにウエーハ９１の高さや傾きを調整する。ここで、オートフォーカシングとは、ステージを高さ（Ｚ方向）方向に動かす操作のことである。また、オートレベリングとは、ステージを
水平面（ＸＹ平面）に対して傾斜させる操作のことである。スキャナを用いた露光工程では、面位置の検出（ステップＢ１）とその調整（ステップＢ２）とを連続的に繰り返し行いながら、これと並行してスキャン露光を行う。
【特許文献１】特開平９−２３６４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来例に係る方法によれば、チップ領域に形成されるデバイスの中に、そのデバイス特有の急峻な段差（例えば、メモリセルと周辺回路との段差や、製品回路部とスクライブラインとの段差、配線部と非配線部との段差など）が存在する場合には、その段差が原因で面位置を適切に調整できない場合があった。
例えば、図５（Ａ）に示したように、フォトレジスト９５下に配線パターン９３が形成されている場合には、スキャナが備える面位置検出機構は配線パターン９３による段差部９９も含めて面位置の検出（即ち、レジストパターン９５の表面高さの測定）を行う。そして、図５（Ｂ）に示したように、スキャナは、レジストパターンの表面高さができるだけ均一となるように自動的にレベリング補正を行う。つまり、配線部と非配線部との段差を含めて面位置検出を行い、面位置の傾斜成分をできるだけキャンセルする（即ち、０に近づける）ように、レベリング補正を行う。
【０００６】
ここで、配線パターンが薄く段差が小さい場合には、傾斜成分に含まれる段差の割合は小さいので、面位置検出精度に対する段差の影響はそれほど問題とはならない。しかしながら、例えば図５（Ｂ）に示したように、配線パターン９３が厚く形成され、配線部と非配線部との段差が極めて大きい場合には、段差の分だけ傾斜成分が大きく検出されるので、傾斜成分が誤検出され、面位置の検出精度が大きく低下してしまうという問題があった。
【０００７】
面位置検出精度が大きく低下してしまうとフォトマスクのパターンをフォトレジスト９５に良好に結像させることができないおそれがあり、またその結果、転写されるパターンの精度が著しく低下してしまうおそれがある。
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、基板表面の段差が大きいような場合でも面位置の検出精度の低下を防止できるようにした露光処理方法及び半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、発明１の露光処理方法は、基板の表面上に塗布されたフォトレジストに露光処理を行う露光処理方法であって、前記基板の表面を走査して当該基板表面の面位置データを取得する工程と、前記基板表面の段差部の位置及びその大きさに関する段差情報に基づいて前記面位置データを補正する工程と、補正された前記面位置データに基づいて前記基板表面の面位置を調整する工程と、前記面位置が調整された前記基板表面上の前記フォトレジストに前記露光処理を行う工程と、を含むことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、「基板の表面を走査して当該基板表面の面位置データを取得する」とは、例えば、斜入射光学系等を用いて基板表面の複数の測定ポイントで基板表面の高さを測定することである。また「基板表面の面位置を調整する」とは、例えば、露光装置のステージを水平面に対して傾けたり、高さ方向に沿って移動させたりすることによって、ステージに固定された基板表面の面位置を調整することである。
【００１０】
発明２の露光処理方法は、発明１の露光処理方法において、前記露光処理はスキャン方式の露光処理であり、前記基板表面の面位置を調整する工程と、前記フォトレジストに前記露光処理を行う工程とを並行して行うことを特徴とするものである。
発明３の露光処理方法は、発明１又は発明２の露光処理方法において、前記段差情報のうちの、前記段差部の位置及びその大きさの少なくとも一方に関する情報は設計値であることを特徴とするものである。
【００１１】
発明４の露光処理方法は、発明１から発明３の何れか一の露光処理方法において、前記段差情報のうちの前記段差部の位置に関する情報を当該段差部の形成工程で使用されるフォトマスクのマスクデータから取得する工程、を含むことを特徴とするものである。
発明１から発明４の露光処理方法によれば、補正後の面位置データには段差部の位置とその大きさが反映されているので、たとえ段差が大きいような場合でも面位置の検出精度の低下を防止することができる。従って、露光処理工程のパターン転写精度の向上に貢献することができる。
【００１２】
発明５の半導体装置の製造方法は、発明１から発明４の何れか一の露光処理方法を行って前記基板表面上の前記フォトレジストに前記露光処理を行う工程と、前記露光処理された前記フォトレジストを現像処理して前記基板表面上に所定のレジストパターンを形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。発明５の露光処理方法によれば、発明１から発明４の露光処理方法を応用しているので、レジストパターンの加工精度の向上に寄与することができる。
【００１３】
本発明は、基板表面の面位置検出及びその調整と露光処理とを連続的に並行して行う、スキャン方式の露光処理に適用して極めて好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る露光処理方法を示すフローチャートである。この実施の形態では、ウエーハの表面上に塗布されたフォトレジストを、スキャナを用いて露光処理する場合について説明する。
まず図１のステップＳ１で、フォトレジストが表面に塗布されたウエーハをスキャナ内に搬入する。そして、搬入したウエーハをステージ上に配置し、チャック吸着によってステージに固定する。次に、図１のステップＳ２で、ウエーハ上のフォトレジストに対してスキャン方式の露光処理（即ち、スキャン露光）を行う。このステップＳ２では、ウエーハ表面の面位置検出とその調整とを連続的に繰り返し行いながら、これと並行してスキャン露光を行う。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態に係るウエーハ表面の面位置の検出とその調整方法を示すフローチャートである。まず図２のステップＡ１では、チップ領域毎、又はショット毎にウエーハ表面を走査してその面位置データを取得する。走査手段としては、例えば、スキャナが備える斜入射光学系や、エアーマイクロセンサ又は静電容量センサなどのギャップセンサ等を用いる。
【００１６】
例えば図３（Ａ）に示すように、フォトレジスト５表面の複数箇所で、フォトレジスト５表面の基準面に対する高さを順次測定する。フォトレジスト９表面の各測定箇所にそれぞれ紐付けされた測定値の集まりが面位置データである。説明の便宜上から、ここでは図３（Ａ）に示すように、測定箇所ａ点におけるフォトレジスト５表面の基準面からの高さが「０」であり、測定箇所ｂ点におけるフォトレジスト５表面の基準面からの高さが「７」である場合を想定する。
上述したように、フォトレジスト９の表面の高さは走査手段を用いた実測によって得られるものであり、その値は例えば高さ方向（即ち、Ｚ方向）の座標で示される。なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す基準面は、例えばスキャナが備える（スリット光源用の）スリットと略平行な仮想の平面である。
【００１７】
次に図２のステップＡ２では、チップ領域における段差部の位置とその大きさとに関する情報（以下、「段差情報」という。）をスキャナに読み込ませる。ここで、段差部の位置は例えばＸ、Ｙ方向の座標で示され、その位置に関する情報は例えばデバイスの設計図であるＣＡＤデータから取得する。或いは、段差部の位置に関する情報は、当該段差部を形成する工程で使用されたフォトマスクのマスクデータから取得しても良い。
【００１８】
一例を挙げると、図３（Ａ）に示したように、ウエーハ１表面の段差部９が配線パターン３の有無（即ち、配線部と非配線部の存在）によって生じている場合には、段差部９の位置は配線パターン３の外周とほぼ一致し、段差部９を境にした高低領域のうちの高い領域は配線パターン９の形成領域とほぼ一致する。従って、段差部９の位置に関する情報を、配線パターン３のＣＡＤデータから取得したり、配線パターン３形成用フォトマスクにおける光の透過率情報（マスクデータ）から取得したりすることが可能である。
【００１９】
また、段差部（段差）の大きさはＺ方向の座標で示され、その大きさに関する情報は当該段差を形成している膜の厚さに関する設計データから取得する。一例を挙げると、図３（Ａ）に示したように、ウエーハ１表面の段差部９が配線パターン３によって生じている場合には、段差部９の大きさは配線パターン３の厚さにほぼ等しい。そこで、この配線パターン３の膜厚の設計値を段差部９の大きさとする。ここでは説明の便宜上から、配線パターン３の膜厚の設計値が「３」である場合を想定する。
【００２０】
次に、図２のステップＡ３では、取得した段差情報に基づいて面位置データを補正する。例えば、図３（Ａ）に示したように、ａ点におけるフォトレジスト５表面の高さ（測定値）は「０」であり、ｂ点におけるフォトレジスト５表面の高さ（測定値）は「７」であった。また、段差部９の大きさは「３」であった。ここで、ｂ点ではフォトレジスト５下に配線パターン３が形成されており、このｂ点におけるフォトレジスト５表面の高さ「７」には配線パターン３の厚さ（即ち、段差部９の大きさ「３」）が含まれている。即ち、ｂ点において段差成分を除いた、実質的なフォトレジスト５表面の高さは「４」（＝７−３）である。
【００２１】
そこで、面位置データに含まれる、ｂ点におけるフォトレジスト５表面の高さのデータを「７」から「４」に補正する。なお、ａ点ではフォトレジスト５下に配線パターン３が形成されていないので、その高さの測定値には段差成分は含まれていない。従って、ａ点におけるフォトレジスト５表面の高さのデータについては補正を行わないで「０」のままとする。
【００２２】
次に、図２のステップＡ４では、補正された面位置データに基づいてオートフォーカシングやオートレベリングを行い、ウエーハ表面の面位置を調整する。即ち、補正後の面位置データから、図３（Ａ）に示したｂ点の実質的な高さは「４」であることが分かっているので、ウエーハ１を固定しているステージを水平面に対して傾けたり、高さ方向に沿って移動させたりしてｂ点の高さを「４」だけ下げ、その高さを「３」（＝７−４）にする。また、ａ点については高さ「０」をできるだけ動かさないようにする。
【００２３】
これにより、図３（Ｂ）に示すように、ウエーハ１のａ点からｂ点にかけての部分が基準面と平行になる（なお、図２のステップＡ２において、取得した段差情報から、段差の大きさが所定の値よりも小さいと判断される場合、即ち、傾斜成分に含まれる段差の割合が極めて小さいと判断される場合には、ステップＡ３の面位置データの補正を行わなくても良い。その場合には、未補正の面位置データに基づいてオートフォーカシングやオートレベリングを行って、ウエーハ表面の面位置を調整する。）。
【００２４】
図１のステップＳ２では、上述したような面位置の検出とその調整を連続的に繰り返し行う。そして、このような連続的、繰り返しの処理と並行してスキャン露光を連続的に行う。スキャン露光が終了したら、図１のステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、チャック吸着を解除してウエーハをステージから取り出し、スキャナ内から搬出する。その後、上記ウエーハに現像処理を施してその表面の各チップ領域上にレジストパターンをそれぞれ形成する。
【００２５】
このように本発明の実施の形態によれば、図２のステップＡ３で得られた補正後の面位置データには、段差部９の位置とその大きさが反映されているので、たとえ段差部９が大きいような場合でも、ウエーハ１表面の面位置の検出精度の低下を防止することができる。従って、露光処理工程のパターン転写精度や、レジストパターンの加工精度の向上に貢献することができる。また、製品の要求によりＣＭＰ等の平坦化技術を適用できないものや、平坦化処理での十分な平坦化が望めないものにおけるパターン転写精度の向上にも大きく貢献することができる。この実施の形態では、ウエーハ１が本発明の「基板」に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態に係る露光処理方法を示すフローチャート。
【図２】実施の形態に係る面位置の検出とその調整方法を示すフローチャート。
【図３】実施の形態に係る面位置調整方法を示す概念図。
【図４】従来例に係る面位置の検出とその調整方法を示すフローチャート。
【図５】従来例に係る面位置調整方法を示す概念図。
【符号の説明】
【００２７】
１  ウエーハ、３  配線パターン、５  フォトレジスト、９  段差部
【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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