(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキャン露光装置であって、
基板を載せて走査移動するステージと、
前記ステージに載せられた基板にパターンを投影するための投影光学系と、
前記ステージの水平方向の位置を計測する水平位置計測器と、
鉛直方向に関して前記基板の面位置を計測するフォーカス計測器と、
走査露光中に前記水平位置計測器によって計測された前記ステージの水平方向の位置と予め定められた位置とのずれ量の絶対値が閾値より小さくなった時に前記フォーカス計測器により計測された前記基板の面位置に基づいて、前記ステージを鉛直方向に駆動させる制御器と、
を備え、
前記閾値は、前記ステージの走査速度を、前記水平位置計測器が前記ステージの水平方向の位置を計測する際のサンプリング周波数で除した値以上であることを特徴とするスキャン露光装置。
【請求項２】
前記制御器は、前記走査速度及び前記サンプリング周波数に基づいて前記閾値を決定することを特徴とする請求項１に記載のスキャン露光装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記絶対値が前記閾値より小さくなった時に、前記フォーカス計測器に前記基板の面位置を計測させることを特徴とする請求項１または２に記載のスキャン露光装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記水平位置計測器が前記ステージの水平方向の位置を計測した時刻と該計測された位置と前記予め定められた位置とのずれ量の絶対値が前記閾値より小さくなったか否かを前記制御器が判断する時刻との時間差に基づいて前記ずれ量を修正することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のスキャン露光装置。
【請求項５】
前記フォーカス計測器は、ＣＣＤを含み、前記前記制御器は、前記ＣＣＤの電荷蓄積時間に基づいて前記ずれ量を修正することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のスキャン露光装置。
【請求項６】
基板を載せて走査移動するステージと、前記ステージに載せられた基板にパターンを投影するための投影光学系と、前記ステージの水平方向の位置を計測する水平位置計測器と、鉛直方向に関して前記基板の面位置を計測するフォーカス計測器とを有する露光装置におけるスキャン露光方法であって、
走査露光中に前記水平位置計測器によって計測された前記ステージの水平方向の位置と予め定められた位置とのずれ量の絶対値が閾値より小さくなった時に前記フォーカス計測器により計測された前記基板の面位置に基づいて、前記ステージを鉛直方向に駆動させる制御工程を有し、
前記閾値は、前記ステージの走査速度を、前記水平位置計測器が前記ステージの水平方向の位置を計測する際のサンプリング周波数で除した値以上であることを特徴とするスキャン露光方法。
【請求項７】
デバイスの製造方法であって、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のスキャン露光装置によっ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の製造方法。
【請求項８】
デバイスの製造方法であって、
請求項６に記載のスキャン露光方法によって基板を露光する工程と、
露光された前記基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スキャン露光装置及び方法並びにデバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の微細化に伴って、露光装置には高い解像度が求められている。解像度をさらに向上させるためには、露光光源の短波長化または投影光学系開口率（ＮＡ）の増加が求められる。ＮＡを増加させる場合、焦点深度がますます浅くなるために、露光技術の更なる高精度化が望まれる。
【０００３】
従来より、半導体デバイス等の製造プロセスに用いられる露光装置として、ウエハをステップ移動させながらウエハ上の複数の露光領域に原版（レチクル）のパターンを投影光学系を介して順次露光するステップ・アンド・リピート型の露光装置（ステッパと称することもある）が用いられている。しかしウエハの大口径化や半導体素子の高集積化に伴って、従来のステッパでは露光面積の増大やパターン形成の高精度化に対応しきれなくなってきた。
【０００４】
そこで、露光装置は従来のステッパから、ステップ移動と走査露光とを繰り返すことにより、ウエハ上の複数の領域に露光転写を繰り返すステップ・アンド・スキャン型の露光装置（スキャン露光装置或いはスキャナと称することもある）にその主力が移ってきている。スキャン露光装置では、ウエハおよびレチクルは、ウエハステージとレチクルステージにそれぞれ吸着・保持され、両ステージの相対走査を繰り返しながら露光が行われる。
【０００５】
スキャン露光装置が台頭してきた理由には２つ考えられる。第１の理由として、スキャン露光装置は、スリットにより露光光を制限して投影光学系の比較的光軸に近い部分のみを使用しているため、より高精度且つ広画角の微細パターンの露光が可能であることが挙げられる。第２の理由として、スキャン露光装置は、ショット内における複数点のフォーカス計測値を用いてウエハステージを駆動するため、ショット内で細かなフォーカス駆動を行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記スキャン露光装置では、必然的にステージ走査中にショット内で複数点のフォーカス計測を行わなければならない。このために、特に、同一ウエハ上の異なるショットで、ステージ走査中のどのタイミングでフォーカス計測を行うかが重要になってくる。
【０００７】
半導体デバイスは１回の露光で形成されるのではなく、同一個所に異なるレチクルを用いて複数回の露光を重ねて行うことにより形成される。よって、微細パターンを高精度に形成するためには、多数回の露光において、毎回同一箇所でフォーカス計測を実施する必要がある。例えば、Ｎ回目までの露光で図２に示すような段差形状が形成されていたとする。図２において、横軸はショット内の位置を表し、縦軸はそこに形成されたウエハ上の段差形状を模式的に表したものである。ここで、Ｎ＋１回目の露光において、走査中のフォーカス計測のタイミングがＮ回目までのフォーカス計測のタイミングとそれぞれのショットにおいてずれたとする。すると、例えば、本来はＡ点をフォーカス計測してフォーカス駆動を行うべきところを、Ｂ点をフォーカス計測してフォーカス駆動を行ってしまうことになり、各ショットは像面に対して異なるオフセットを持った位置で露光されることになる。結果として、露光精度にばらつきが生じ、焦点合わせの精度が低下することになる。場合によっては、チップ歩留まりの低下を招きかねない。
【０００８】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、例えば、基板上の予め設定された箇所で基板の面位置の計測を行うことを保証し、露光精度を向上させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面は、スキャン露光装置に係り、基板を載せて走査移動するステージと、前記ステージに載せられた基板にパターンを投影するための投影光学系と、前記ステージの水平方向の位置を計測する水平位置計測器と、鉛直方向に関して前記基板の面位置を計測するフォーカス計測器と、走査露光中に前記水平位置計測器によって計測された前記ステージの水平方向の位置と予め定められた位置とのずれ量の絶対値が閾値より小さくなった時に前記フォーカス計測器により計測された前記基板の面位置に基づいて、前記ステージを鉛直方向に駆動させる制御器と、を備え、前記閾値は、前記ステージの走査速度を、前記水平位置計測器が前記ステージの水平方向の位置を計測する際のサンプリング周波数で除した値以上であることを特徴とする。
【００１１】
或いは、前記制御器は、前記走査速度及び前記サンプリング周波数に基づいて前記閾値を決定する手段を有することが好ましい。
【００１２】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記制御器は、前記絶対値が前記閾値より小さくなった時に、前記フォーカス計測器に前記基板の面位置を計測させることが好ましい。
【００１３】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記制御器は、前記水平位置計測器が前記ステージの水平方向の位置を計測した時刻と該計測された位置と前記予め定められた位置とのずれ量の絶対値が前記閾値より小さくなったか否かを前記制御器が判断する時刻との時間差に基づいて前記ずれ量を修正することが好ましい。
【００１４】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記フォーカス計測器は、ＣＣＤを含み、前記前記制御器は、前記ＣＣＤの電荷蓄積時間に基づいて前記ずれ量を修正することが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の側面は、スキャン露光方法に係り、該スキャン露光方法は、基板を載せて走査移動するステージと、前記ステージに載せられた基板にパターンを投影するための投影光学系と、前記ステージの水平方向の位置を計測する水平位置計測器と、鉛直方向に関して前記基板の面位置を計測するフォーカス計測器とを有する露光装置におけるスキャン露光方法であって、走査露光中に前記水平位置計測器によって計測された前記ステージの水平方向の位置と予め定められた位置とのずれ量の絶対値が閾値より小さくなった時に前記フォーカス計測器により計測された前記基板の面位置に基づいて、前記ステージを鉛直方向に駆動させる制御工程を有し、前記閾値は、前記ステージの走査速度を、前記水平位置計測器が前記ステージの水平方向の位置を計測する際のサンプリング周波数で除した値以上であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第３の側面は、デバイスの製造方法に係り、上記のスキャン露光装置又はスキャン露光方法によって基板を露光する工程を有することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１８】
図３は、本発明の好適な実施の形態としてのスキャン露光装置の概略構成を示す図である。光源１０としてはＫｒＦエキシマレーザがよく用いられる。光源１０からの光は、照明光学系１１において成形され、その後、幅が数ｍｍ程度のスリットを通って、レチクルステージ（マスクステージ）１上に保持された原版（レチクル）１３上に照射される。さらに投影光学系１４を通った光は、ウェハステージ（基板ステージ）２上に保持されたウェハ１６に到達する。このとき、ウェハステージ２とレチクルステージ１とを一定速度で逆方向に移動させることにより、スリット幅より大きな露光フィールドを得ることができる。ここで逆方向に移動させるのは、投影光学系１４が像を反転させるためである。
【００１９】
レチクルステージ１及びウェハステージ２は、水平位置検出器としてのレーザ測長器１７及び１８を用いて水平方向の位置が精密に計測される。また、鉛直方向に関しては、フォーカス検出系３によりウェハ表面と露光像面との相対距離を検出される。フォーカス検出系３によるフォーカス計測値に基づいて、ウェハ表面を露光像面に一致させるようにウェハステージ２を駆動する。
【００２０】
このスキャン露光装置は、コントローラ１００によって制御される。
【００２１】
図１は、図３に示す本発明の好適な実施形態としてのスキャン露光装置の動作を示すフローチャートである。なお、この動作は、コントローラ１００によって制御される。コントローラ１００は、スキャン露光装置と一体をなしてもよいし、別体をなしてもよい。
【００２２】
ステップ１では、コントローラ１００は、設定されたレジスト感度などのプロセス条件に基づいて露光量及び走査速度Ｖを決定する。また、このステップでは、コントローラ１００は、チップ内のフォーカス計測をすべき位置ｒ（ｊ）も決定する。
【００２３】
ステップ２では、ステップ１で設定された走査速度にしたがって、（１）式で示される条件を満たす閾値Δ（例えば、Δ＝Ｖ／ｆ）を決定する。
【００２４】
Δ≧Ｖ／ｆ      ・・・（１）
ここで、Δは以下のステップで用いるための閾値、Ｖは走査速度、ｆはステージ２の位置を計測及び制御するサンプリング周波数である。（１）式は、レーザ測長器１８によるＮ回目のステージ位置のサンプリングとＮ＋１回目のステージ位置のサンプリングとの間に、フォーカス計測を行うべき地点がフォーカス検出器３の検出領域を通過してしまうことを避けるための条件を与える。走査速度に基づいて閾値Δを設定することにより、いかなる走査速度であっても、フォーカス計測すべきステージ位置のごく近傍でフォーカス計測を行うことができる。よって、ウエハ内の複数のショットで、常にほぼ同一地点でフォーカス検出系３によるフォーカス計測が行われることになる。
【００２５】
ステップ３では、走査露光を開始する。
【００２６】
ステップ４では、ステージ２の水平方向位置ｘをレーザ測長器１８から取り込み、ステージ２の水平方向位置ｘが（２）式で与えられる条件を満たす場合にのみフォーカス計測を行う。
【００２７】
ａｂｓ（ｘ−ｒ（ｊ））＜Δ      ・・・（２）
ここで、abs（  ）は、（  ）内の絶対値を算出する関数、ｘはサンプリングされたステージ位置を表すフォーカス計測位置、ｒ（ｊ）はフォーカス計測すべきステージ２の水平方向位置を表す。（２）式で与えられる条件を満たす場合には、フォーカス検出系３によりフォーカス計測が実行される。一方、該条件を満たさない場合には、ステップ４の最初に戻り、再度ステージ位置xを取り込む。
【００２８】
ステップ５では、ステップ４で計測されたフォーカス値に基づいてステージ２を鉛直方向に駆動し、ウエハ１６面を投影光学系１４の像面と一致させる。同時にｊを１増やして、次にフォーカス計測を実行すべきステージ２の水平方向位置ｒ（ｊ）を設定する。
【００２９】
ステップ６では、１ショットの露光が完了したか否かを判断し、１ショットの露光が完了していない場合にはステップ４、５を繰り返し、１ショットの露光が完了していたらステップ７に進む。
【００３０】
ステップ７では、１ウエハ（全ショット）の露光が完了したか否かを判断し、完了していなかったら、次のショットについてステップ３〜６を繰り返し、完了していたら一連の処理を終了する。
【００３１】
ここで、ステージ位置のサンプリングは、ステージを制御するディジタル制御系により行われることが好ましい。しかしながら、サンプリング周期を規定する基準クロックに対して、ある一定時刻経過した後、ステップ４の判断をせざるを得ない場合が多い。通常、ディジタル制御系では、
（１）基準クロックの立ち上がりエッジで割り込みを発生する、
（２）割り込みサイクルの先頭で、ステージ位置などの計測値を取り込む、
（３）制御演算その他の計算を行う、
といった処理を、サンプルごとに繰り返す。基準クロックの立ち上がりでステージ位置がラッチされ、これをステップ４の判断に用いるわけであるが、この判断をするまでの僅かな時間の間にもステージ２は一定速度で移動しているため、その移動分が誤差となりうる。また、走査露光はステージが往復運動を繰り返しながら行われるため、走査方向によりこの誤差の符号が逆転することとなって、誤差を２倍に増大させる結果となる。
【００３２】
そこで、ステップ４の条件式に代えて、（３）式を条件式とするステップ４'を採用することも有効である。
【００３３】
ステップ４'では、Ｎ番目のサンプリングにおいて、ステージ２の水平方向位置ｘが（３）式で与えられる条件を満たす場合にのみフォーカス計測を行う。
【００３４】
ａｂｓ（ｘ＋（ｄｔ×Ｖ）×ｄｉｒ−ｒ（ｊ））＜Δ      （３）
ここで、ｘは、サンプリングされたステージ２の水平方向位置、ｒ（ｊ）はフォーカス計測すべきステージ２の水平方向位置、ｄｉｒは、走査方向（＋１あるいは−１のいずれか）、ｄｔは、基準クロックの立ち上がりから（３）式の条件を満たすか否かを判断するまでの時間差を表す。これにより、上記の誤差を低減することができる。ｄｔは、ソフトウエアのステップ数から算出してもよいし、基準クロックより高い周波数の別クロックにしたがって動作するタイマを用いて、基準クロックの立ち上がり時にそのタイマがクリアされるようにして、ステップ４'の判断時にタイマ値を読み込んで算出しても良い。
【００３５】
フォーカス計測に用いられるセンサで代表的な例として、CCDが挙げられる。この場合、LED光源などを用いてウエハ上にマーク（パターン）を照射し、ウエハ表面で反射した像をCCDで検出する手法がとられる。CCDはその動作原理上、電荷を蓄積する時間が必要であるが、走査しながらフォーカス計測を行う場合、この蓄積時間分だけウエハが移動しながら計測されることになる。従って、蓄積時間をＴ、走査速度をＶとすれば、計測している領域の中心は、フォーカス計測をすべき目標位置に対してＶ×Ｔ／２だけずれる。この結果、走査方向が逆となるショット間では、互いにＶ×Ｔだけずれた地点を計測することになってしまう。
【００３６】
この場合は、ステップ４あるいはステップ４'に代えて、（４）式を条件式とするステップ４''を採用することが有効である。
【００３７】
ステップ４''では、Ｎ番目のサンプリングにおいて、ステージ２の水平方向位置が（４）式で与えられる条件を満たす場合にのみフォーカス検出器３によるフォーカス計測を行う。
【００３８】
ａｂｓ（ｘ＋（ｄｔ＋Ｔ）×Ｖ）×ｄｉｒ−ｒ（ｊ））＜Δ  ・・・（４）
次に、上記のスキャン露光装置を利用した半導体装置（半導体デバイス）の製造方法の一例を説明する。
【００３９】
図４は、半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造工程のフローを示す図である。
【００４０】
先ず、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なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と称され、上記の如く用意したマスクとウェハを用いて、フォトリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と称され、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンプリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージンク工程（チップ封入）等の工程を含む。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、これが出荷（ステップ７）される。
【００４１】
図５は前記ウェハプロセスの詳細なフローを示す図である。
【００４２】
ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上述したスキャン露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが終了して不要となったレジストを除去する。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００４３】
この製造方法によれば、積層される多数のパターンをそれぞれスキャン露光する際に、ほぼ同一のウエハの面方向位置においてフォーカス計測がなされるので、それぞれのパターンが投影光学系の焦点深度内で高精度に露光される。したがって、高性能の半導体デバイスを高い歩留まりで製造することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、基板上の予め設定された箇所で基板の面位置の計測を行うことを保証し、露光精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態としてのスキャン露光装置の動作を示すフローチャートである。
【図２】Ｎ回目までの露光で形成されたウエハ上の段差形状を模式的に表す図である。
【図３】本発明の好適な実施の形態としてのスキャン露光装置の概略構成を示す図である。
【図４】半導体デバイスの製造工程のフローを示す図である。
【図５】半導体デバイスの製造工程のフローを示す図である。
【図１】
0003870058.tif 000002
【図２】
0003870058.tif 000003
【図３】
0003870058.tif 000004
【図４】
0003870058.tif 000005
【図５】
0003870058.tif 000006