(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一パターン構造が形成された複数個の被露光領域が配列された第１物体の順次露光位置に送り込まれた前記被露光領域を、第２物体上のパターンを介して露光する露光系と、前記露光系に対して予め決められた位置で、かつ互いに異なる複数の位置に検出域を有し前記第１物体の該検出域ごとの面位置を検出する面位置検出装置とを備えた露光装置を用いた露光方法において、
前記被露光領域が露光位置に位置すると、前記面位置検出装置の該検出域が前記複数個の被露光領域の外に位置する場合、該検出域が前記複数個の被露光領域の内に位置するように、前記面位置検出装置が当該被露光領域に対する検出を行うときの当該被露光領域の配置を設定する設定工程と、
前記配置の情報にしたがって、前記配置に対応した、前記複数個の被露光領域の内の複数の検出箇所の各々に関し、前記面位置検出装置により該検出域ごとの面位置を検出し、該検出に基づき、前記配置に対応した前記面位置検出装置の該検出域ごとの検出値の補正量を求める工程と、
前記配置とした被露光領域に関し、前記面位置検出装置によって前記第１物体の該検出域ごとの面位置を検出する面位置検出工程と、
前記面位置検出工程で得られた検出値を前記補正量により補正する補正工程と、
前記配置とした被露光領域を露光位置に送り込み前記第２物体上のパターンを介して当該被露光領域を露光する前に、前記補正された検出値に基づいて前記第１物体の傾きを調整する調整工程とを有することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記配置とした被露光領域を露光位置に送り込み前記面位置検出装置によって前記第１物体の該検出域ごとの面位置を検出する第２面位置検出工程と、
前記第２面位置検出工程で得られた少なくとも１つの該検出域の面位置に基づいて、前記第１物体と前記第２物体との間隔方向における前記第１物体の位置を調整する第２調整工程とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
同一パターン構造が形成された複数個の被露光領域が配列されレジストが塗布されたウエハの順次露光位置に送り込まれた前記被露光領域を、マスク上のパターンを介して露光する露光系と、前記露光系に対して予め決められた位置で、かつ互いに異なる複数の位置に検出域を有し前記ウエハの該検出域ごとの面位置を検出するの面位置検出装置とを備えた露光装置を用いて素子を製造する方法において、
前記被露光領域が露光位置に位置すると、前記面位置検出装置の該検出域が前記複数個の被露光領域の外に位置する場合、該検出域が前記複数個の被露光領域の内に位置するように、前記面位置検出装置が当該被露光領域に対する検出を行うときの当該被露光領域の配置を設定する設定工程と、
前記配置の情報にしたがって、前記配置に対応した、前記複数個の被露光領域の内の複数の検出箇所の各々に関し、前記面位置検出装置により該検出域ごとの面位置を検出し、該検出に基づき、前記配置に対応した前記面位置検出装置の該検出域ごとの検出値の補正量を求める工程と、
前記配置とした被露光領域に関し、前記面位置検出装置によって前記ウエハの該検出域ごとの面位置を検出する面位置検出工程と、
前記面位置検出工程で得られた検出値を前記補正量により補正する補正工程と、
前記配置とした被露光領域を露光位置に送り込み前記マスク上のパターンを介して当該被露光領域を露光する前に、前記補正された検出値に基づいて前記ウエハの傾きを調整する調整工程とを有することを特徴とする素子の製造方法。
【請求項４】
同一パターン構造が形成された複数個の被露光領域が配列された第１物体の順次露光位置に送り込まれた前記被露光領域を、第２物体上のパターンを介して露光する露光系と、前記露光系に対して予め決められた位置で、かつ互いに異なる複数の位置に検出域を有し前記第１物体の該検出域ごとのの面位置を検出する面位置検出装置とを備えた露光装置において、
前記被露光領域が露光位置に位置すると、前記面位置検出装置の該検出域が前記複数個の被露光領域の外に位置する場合、該検出域が前記複数個の被露光領域の内に位置するように、前記面位置検出装置が当該被露光領域に対する検出を行うときの当該被露光領域の配置を設定し、
前記配置の情報にしたがって、前記配置に対応した、前記複数個の被露光領域の内の複数の検出箇所の各々に関し、前記面位置検出装置により該検出域ごとの面位置を検出し、該検出に基づき、前記配置に対応した前記面位置検出装置の該検出域ごとの検出値の補正量を求め、
前記配置とした被露光領域に関し、前記面位置検出装置によって前記第１物体の該検出域ごとの面位置を検出し、
前記配置とした被露光領域に関して得られた検出値を前記補正量により補正し、
前記配置とした被露光領域を露光位置に送り込み前記第２物体上のパターンを介して当該被露光領域を露光する前に、前記補正された検出値に基づいて前記第１物体の傾きを調整することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光方法、素子の製造方法、および露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のウエハー表面位置検出方法としては、特開昭６２−１４０４１８号公報に詳しく記載されているが、例えば図１に示すように露光領域の中心部の高さ情報を斜入射の面位置検出光学系により検出、調整する方法が提案されている。
【０００３】
図１において、１は縮小投影レンズでありその光軸は図中ＡＸで示されている。また、光軸ＡＸは図中のＺ方向と平行な関係にある。３はウエハ２を吸着し、固定するステージである。光源４から射出した光は照明用レンズにより略平行な光束となり、ピンホールが形成されたマスク６を照明する。マスク６のピンホールを通過した光束は、結像レンズ７を経て折り曲げミラー８に入射し、方向を変えられた後、ウエハ２の表面に斜めから入射する。ピンホール像は、ウエハ２の露光領域の中央部を照射し、そこで反射される。
【０００４】
ウエハ２の露光領域で反射した光束は、折り曲げミラー９により方向を変えられた後、検出レンズ１０を介して位置検出素子１１上に入射する。位置検出素子１１はＣＣＤやポジションセンサなどから成り、反射光束の素子１１の受光面への入射位置を検知することが可能である。ウエハ２の縮小投影レンズ１の光軸ＡＸ方向の位置変化は位置検出素子１１上の反射光束の入射位置のずれとして検出できるため、ウエハ２上の露光領域の中央部におけるウエハ表面の光軸ＡＸ方向の位置が、位置検出素子１１からの出力信号に基づいて検出できる。また、従来の半導体製造装置において上記露光領域中心部にないアライメントマークをマーク検出光学系で検出するアライメント計測時にも上記露光領域の中心部に配置されたフォーカスセンサーでウエハ表面位置を検出し、ウエハー２の光軸ＡＸ方向の位置を調整していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例のような方式では、ウエハ周辺で露光する場合に、ウエハからフォーカスセンサーがはずれてしまったり、ウエハのそり等の影響で、露光領域の一部が縮小投影レンズの焦点面からはずれることがある。
【０００６】
また、ウェハ周辺でウェハアライメントマークを計測するときにウェハからフォーカスセンサーがはずれてしまう場合またはウエハーのそり等の影響を受けてアライメントマークがマーク検出光学系の焦点面からはずれてしまう場合がある。
【０００７】
一般にマーク検出光学系と縮小投影レンズの焦点位置は異なることが多く、またオフアクシス系のアライメント計測位置は露光位置とは異なるため、アライメント前にフォーカス制御する必要がある。
【０００８】
図２は、ウエハ上に複数の被露光領域（シヨツト）が形成されたもので、図示はされていないが各シヨツト周辺にその位置を検出するためのアライメントマークが形成されている。１００は縮小投影レンズの概略位置を示し、１０１は縮小投影レンズの露光領域中心部の面位置を検出するフォーカスセンサーの検出域を示し、ＭＸは縮小投影レンズと固定位置関係にあるＸ方向用のアライメントマークを計測するための第１のマーク検出光学系の検出域を示し、ＭＹは縮小投影レンズと固定位置関係にあるＹ方向用のアライメントマークを計測するための第２のマーク検出光学系の検出域を示す。
【０００９】
図２におけるショットＰ０には、露光位置における第１のマーク検出光学系の検出域ＭＸと第２のマーク検出光学系の検出域ＭＹとフォーカスセンサー検出域１０１との位置関係を示している。ところがＰ１ショットにおいて第２のマーク検出光学系にてＹ方向のマークを計測する時には、フォーカスセンサーの検出域１０１はウエハーから外れてしまい、Ｐ１ショットにおいてフォーカスは不能となる。同様に、Ｐ２ショットにおいても第１のマーク検出光学系にてＸ方向のマークを計測する時にフォーカスセンサーの検出域の位置１０１はウエハーから外れてしまいフォーカス不能となってしまう。またフォーカスセンサーの検出域１０１はウエハーから外れてしまわなくとも、フォーカスセンサーの検出域の位置とマーク検出光学系の検出域の位置が離れているため、マーク検出光学系の検出域のウエハの高さ位置の測定に誤差が乗る。その結果アライメントマーク計測時において、マーク検出光学系の焦点面とアライメントマークとのずれが大きくなり、マークの位置検出精度を低下させてしまうという欠点があった。
【００１０】
本発明は、上記従来例における問題点に鑑みてなされたもので、ウエハ周辺で、マスクのパターンを良好に転写可能とすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための露光方法は、同一パターン構造が形成された複数個の被露光領域が配列された第１物体の順次露光位置に送り込まれた前記被露光領域を、第２物体上のパターンを介して露光する露光系と、前記露光系に対して予め決められた位置で、かつ互いに異なる複数の位置に検出域を有し前記第１物体の該検出域ごとの面位置を検出する面位置検出装置とを備えた露光装置を用いた露光方法において、
前記被露光領域が露光位置に位置すると、前記面位置検出装置の該検出域が前記複数個の被露光領域の外に位置する場合、該検出域が前記複数個の被露光領域の内に位置するように、前記面位置検出装置が当該被露光領域に対する検出を行うときの当該被露光領域の配置を設定する設定工程と、
前記配置の情報にしたがって、前記配置に対応した、前記複数個の被露光領域の内の複数の検出箇所の各々に関し、前記面位置検出装置により該検出域ごとの面位置を検出し、該検出に基づき、前記配置に対応した前記面位置検出装置の該検出域ごとの検出値の補正量を求める工程と、
前記配置とした被露光領域に関し、前記面位置検出装置によって前記第１物体の該検出域ごとの面位置を検出する面位置検出工程と、
前記面位置検出工程で得られた検出値を前記補正量により補正する補正工程と、
前記配置とした被露光領域を露光位置に送り込み前記第２物体上のパターンを介して当該被露光領域を露光する前に、前記補正された検出値に基づいて前記第１物体の傾きを調整する調整工程とを有することを特徴とする露光方法である。
【００１２】
上記目的を達成するための素子の製造方法は、同一パターン構造が形成された複数個の被露光領域が配列されレジストが塗布されたウエハの順次露光位置に送り込まれた前記被露光領域を、マスク上のパターンを介して露光する露光系と、前記露光系に対して予め決められた位置で、かつ互いに異なる複数の位置に検出域を有し前記ウエハの該検出域ごとの面位置を検出するの面位置検出装置とを備えた露光装置を用いて素子を製造する方法において、
前記被露光領域が露光位置に位置すると、前記面位置検出装置の該検出域が前記複数個の被露光領域の外に位置する場合、該検出域が前記複数個の被露光領域の内に位置するように、前記面位置検出装置が当該被露光領域に対する検出を行うときの当該被露光領域の配置を設定する設定工程と、
前記配置の情報にしたがって、前記配置に対応した、前記複数個の被露光領域の内の複数の検出箇所の各々に関し、前記面位置検出装置により該検出域ごとの面位置を検出し、該検出に基づき、前記配置に対応した前記面位置検出装置の該検出域ごとの検出値の補正量を求める工程と、
前記配置とした被露光領域に関し、前記面位置検出装置によって前記ウエハの該検出域ごとの面位置を検出する面位置検出工程と、
前記面位置検出工程で得られた検出値を前記補正量により補正する補正工程と、
前記配置とした被露光領域を露光位置に送り込み前記マスク上のパターンを介して当該被露光領域を露光する前に、前記補正された検出値に基づいて前記ウエハの傾きを調整する調整工程とを有することを特徴とする素子の製造方法である。
また、上記目的を達成するための露光装置は、同一パターン構造が形成された複数個の被露光領域が配列された第１物体の順次露光位置に送り込まれた前記被露光領域を、第２物体上のパターンを介して露光する露光系と、前記露光系に対して予め決められた位置で、かつ互いに異なる複数の位置に検出域を有し前記第１物体の該検出域ごとのの面位置を検出する面位置検出装置とを備えた露光装置において、
前記被露光領域が露光位置に位置すると、前記面位置検出装置の該検出域が前記複数個の被露光領域の外に位置する場合、該検出域が前記複数個の被露光領域の内に位置するように、前記面位置検出装置が当該被露光領域に対する検出を行うときの当該被露光領域の配置を設定し、
前記配置の情報にしたがって、前記配置に対応した、前記複数個の被露光領域の内の複数の検出箇所の各々に関し、前記面位置検出装置により該検出域ごとの面位置を検出し、該検出に基づき、前記配置に対応した前記面位置検出装置の該検出域ごとの検出値の補正量を求め、
前記配置とした被露光領域に関し、前記面位置検出装置によって前記第１物体の該検出域ごとの面位置を検出し、
前記配置とした被露光領域に関して得られた検出値を前記補正量により補正し、
前記配置とした被露光領域を露光位置に送り込み前記第２物体上のパターンを介して当該被露光領域を露光する前に、前記補正された検出値に基づいて前記第１物体の傾きを調整することを特徴とする露光装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
以下、本発明を図に示した第１の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図３は、ウェハー上ＷＦ上の各ショットの位置を計測するステップアンドリピートタイプの露光装置を示す図で、この図において、光源ＬＳからのレーザ光はビームスプリッタＢＳで２つの光路に分割された後、レチクルステージＲＳと投影レンズＬＮの間に配置されている対物ミラーＭＸ、ＭＹのそれぞれから投影レンズＬＮに入射され、ウエハーＷＦ上のウエハーＷＦ上のウエハーマークＷＭｘ、ＷＭｙを照明している。撮像装置ＣＭｘはウエハーマークＷＭｘの像を投影レンズＬＮ、対物ミラーＭｘ、ハーフミラーＨＭｘを介して撮像し、撮像装置ＣＭｙはウエハーマークＷＭｙの像を投影レンズＬＮ、対物ミラーＭｙ、ハーフミラーＨＭｙを介して撮像している。この例では、ウエハマークから撮像装置までの投影レンズを含む光学系によってマーク検出光学系が構成されている。そしてウエハーマークＷＭｘ、ＷＭｙの位置ずれ量は撮像装置ＣＭｘ、ＣＭｙの撮像画面の中心に対して検出される。
【００１５】
図４は面位置検出装置備えた縮小投影露光装置の部分的概略図で、その光軸は図中ＡＸで示されている。光軸ＡＸは図中のＺ方向と平行な関係にある。４〜１１は、ウエハー２の表面位置および傾きを検出するために設けた検出光学系の各要素を示している。４は発光ダイオード半導体レーザなどの高輝度光源、５は照明用レンズである。光源４から射出した光は照明用レンズにより平行な光束となり複数個のピンホールが形成されたマスク６を照明する。マスク６の各ピンホールを通過した複数個の光束は、結像レンズ７を経て折り曲げミラー８に入射し、折り曲げミラー８で方向を変えられた後、ウエハー２の表面に入射する。複数個の光束は、図５に示すように縮小投影レンズに対しウエハが露光されるべき位置にいる時、ウエハー上の被露光領域の中央部を含む５箇所(５０１〜５０５)を照射し、各々の箇所で反射される。ここで、面位置検出装置が縮小投影レンズに対し固定的位置関係にあるので、前記５箇所の面位置の検出域の位置は、投影レンズの露光領域に対し予め決められた位置となる。
【００１６】
本実施例では、マスク６にピンホールを５個形成し、中央部を含む５箇所の測定点の位置が測定可能となる。ただし、本発明の位置合わせ装置において、面位置検出装置は光学式でなくとも例えばエアー式でも上記のような位置に検出域を持てば構わない。
【００１７】
ウエハー２の各測定点で反射した光束は、折り曲げミラー９により方向を変えられた後、検出レンズ１０を介して２次元位置検出素子１１に入射する。２次元位置検出素子１１はＣＣＤなどから成り複数個の光束の素子１１の受光面への入射位置を各々独立に検知することが可能である。
【００１８】
ウエハー２の縮小投影レンズ１の光軸ＡＸ方向の位置の変化は、２次元位置検出素子１１上の複数の光束の入射位置のズレとして検出できるためウエハー上の５つの測定点におけるウエハー表面の光軸ＡＸ方向の位置が２次元位置検出素子１１からの出力信号に基づいて検出できる。
【００１９】
ウエハーステージ３のｘ軸およびｙ軸方向の変位はレーザ干渉計を用いて測定され、ウエハーステージ３の変位量を示す信号がレーザ干渉計から信号線を介して制御装置１３へ入力される。ウエハーステージ３の移動はステージ駆動手段１２により制御され、ステージ駆動装置１２は、信号線を介して制御装置１３からの指令信号を受け、この信号に応答してウエハーステージ３を駆動する。ステージ駆動装置１２は第１駆動手段と第２駆動手段を有し、第１駆動手段によりウエハー２の光軸ＡＸと直交する面内における位置(ｘ，ｙ）と回転(θ)とを調整し、第２駆動手段により、ウエハー２の光軸ＡＸ方向の位置と傾き(φｘｙ)とを調整する。
【００２０】
制御装置１３は、２次元位置検出素子１１からの出力信号(面位置データ)でウエハー２の表面の位置を検出する。そして、この検出結果に基づいて所定の指令信号をステージ駆動装置１２に入力する。この指令信号に応答して、ステージ駆動装置１２の第２駆動手段が作動し、第２駆動手段が作動し、第２駆動手段がウエハー２の光軸ＡＸ方向の位置と傾きを調整する。
【００２１】
図６は、ショットＮＯ．１１を露光する時のＸＹステージ位置と面位置を検出するための５箇所の測定点とウエハーマークを計測するためのマーク検出光学系の検出域Ｍｘ、Ｍｙの位置関係を示したものである。
【００２２】
図７は、ショットＮＯ．１１においてウエハーマークＷＭｙを計測する時のステージ位置と面位置計測のための５箇所の測定点とマーク検出光学系の検出域Ｍｘ、Ｍｙの位置関係を示したものである。
【００２３】
図８は、ショットＮＯ．１１においてウエハーマークＷＭｘを計測する時のステージ位置と面位置計測のための５箇所の測定点とマーク検出光学系の検出域Ｍｘ、Ｍｙの位置関係を示したものである。
【００２４】
以下に図９に示すフローチャートを用いて、本実施例の露光までの工程を説明する。
【００２５】
ステップＳ０１：ＸＹステージをＹ方向のずれ量計測用ウエハーマークＷＭｙを検出域Ｍｙで計測できる位置へ移動する。
【００２６】
ステップＳ０２：図７において、面位置計測の５箇所の測定点の中で検出域Ｍｙに最も距離が近くかつウエハ上でのウエハマークの位置より面位置測定点がウエハよりはずれると推定される計測不可能な測定点以外の測定点すなわちこの場合は測定位置５０１と５０４を選択する。
【００２７】
ステップＳ０３：ステップＳ０２で選択された測定点で面位置を計測してステージ駆動装置１２の第２の駆動手段によってウエハー２の光軸ＡＸ方向の位置を補正する。
【００２８】
ステップＳ０４：検出域ＭｙでウエハーマークＷＭｙを計測する。
【００２９】
ステップＳ０５：ＸＹステージをＸ方向のずれ量計測用ウエハーマークＷＭｘを検出域Ｍｘで計測できる位置へ移動する。
【００３０】
ステップＳ０６：図８においては、すべての面位置測定点がウエハ上にあるが、検出域Ｍｘに最も距離が近い５０１、５０２の測定点を選択する。
【００３１】
ステップＳ０７：ステップＳ０６で選択された測定点で面位置を計測して例えば複数個の有効測定点があれば平均値もしくは検出域と測定点との距離に応じた重み付けを行って平均化した平均値をとるなどしてステージ駆動装置１２の第２の駆動手段によってウエハー２の光軸ＡＸ方向の位置を補正する。
【００３２】
ステップＳ０８：検出域ＭｘでウエハーマークＷＭｘを計測する。
【００３３】
ステップＳ０９：予め選択されたアライメント計測用サンプルショット全て計測が終了するまでステップＳ０１からステップＳ０８まで繰り返す。
【００３４】
ステップＳ１０：アライメント計測用各サンプルショットの計測値から、ウエハを光軸と直交する面内で移動させる第１の駆動手段の補正量を計算する。以後、第１駆動手段を用いてステージを移動させる場合、この補正量によりステージの座標位置を補正して駆動するものとする。
【００３５】
次に、ステップＳ１１、Ｓ１２に示すフォーカス計測の為の補正値を求める段階、および、ステップＳ１３、Ｓ１４に示す露光のための第２駆動手段によるウェハの光軸方向の位置及び傾きの補正方法について説明する。
【００３６】
図１０は、全ショットに対して、露光時の位置と、露光の直前に複数のフォーカスセンサーでウエハの面位置を測定する予備計測位置との、移動量を示している。矢印で示す８方向は、フォーカスセンサー５箇所の検出域の中心位置を、ステージを移動させることを示し、点印は、露光と予備計測の位置が一致していることを示している。
【００３７】
矢印で示す位置は、図１１の例えば、ショットＮｏ．１，３，５，１７，２９，３１，２３，１１に示すように、ウェハ周辺側の露光位置でのフォーカスセンサーの検出域の一部がレイアウト外に位置する場合、全てのフォーカスセンサーの検出域がレイアウト内に位置するように、ウェハ中心側に移動させた位置とする。本実施例では、方向が同じ移動の場合、その移動量も同じにしている。
【００３８】
また、他の例として、露光位置でのフォーカスセンサーの検出域の一部がパターン領域とパターン領域の境界部（スクライブライン）などのようにパターン部と段差が大きいために極端に面位置測定誤差量がパターン部のそれと異なる位置に位置する場合、全てのフォーカスセンサーの検出域がパターン領域内に位置するように、ウェハを移動させた位置としても良い。
【００３９】
この移動量は、図３に示すコンソールＣＳにより、ショットのレイアウト情報、および、フォーカスセンサー５箇所の検出域から、自動的に計算されるものである。
【００４０】
図３において、ＣＵはステッパー全体を制御する制御ユニット、ＣＳは位置合わせデータや露光データなどの必要な情報を制御ユニットＣＵに入力するためのコンソールである。
【００４１】
図１１は、図１０の方向に移動した場合の、フォーカスセンサー５箇所の検出域の位置を、代表例で示すものである。
【００４２】
図１２に、フォーカスオフセット補正量の算出を行なう為の、計測のサンプルショット（ショットＮｏ．８，１５，２６，２１）と、サンプルショット計測時のフォーカスセンサーの移動位置を、図１０と同じく、矢印、および、点印で示している。移動方向の数は図１０と同じであり、図１０と移動方向が同じである移動の移動量は、それに対応する図１０の移動方向の移動量に同じである。
【００４３】
このサンプルショットは、図３に示すコンソールＣＳにより、フォーカスセンサー５箇所の検出域が、露光位置と予備計測位置とが同一の場合を含めた９箇所の移動位置において、全てレイアウト内となる様に、サンプルショットの数を設定すれば、自動的に設定されるものである。
【００４４】
一般に、縮小投影レンズにより、ウェハ上に形成される、回路パターンに比べ、アライメントに用いられるマークは、線幅が太いものとなっている。すなわち、回路パターンを形成するために縮小投影レンズが必要とする焦点深度は、アライメントマークを観察するためにマーク検出光学系が必要とする焦点深度に比べて、厳しいものが要求される。
【００４５】
そのため、露光領域全面に良好な回路パターンを形成するには、フォーカスセンサーの検出域の位置での、ウェハ表面に形成されたパターン凹凸による、フォーカス計測値の差を考慮する必要がある。
【００４６】
ウェハ表面のパターン凹凸による、フォーカスセンサーの計測差を、ウェハ上に同一のパターンが複数転写されており、形成された複数の同一構造を有するパターンの周期性を用いて補正する方法が、特開平２ー１０２５１８で知られている。
【００４７】
しかし、この方法を用いても、ウェハ周辺のショットで、フォーカスセンサーの検出域が、ウェハ上に形成されたパターン領域と、パターンのない外周領域の境界部に位置した場合には、形成されているパターンの周期性がなくなるため、補正値を求めることができない。このような、ウェハ周辺のショットでは、フォーカスセンサーの複数計測点の内、境界部に位置した計測点に誤差が生じるため、ウェハ面傾きの計測精度が劣化し、焦点深度に余裕がなくなる場合が生じてしまう。また、フォーカスセンサーの複数計測点の内、ウェハ上に形成されたパターン領域内に位置する計測点だけを用いても、ウェハ周辺ではウェハ面のソリの影響により、ウェハ面傾きの計測精度が劣化してしまったり、計測点が２点以下となり、面の傾き補正ができなくなる場合が生じる。いずれにしろ、ウェハ周辺のショットでは、焦点深度に余裕がなくなる場合が生じてしまう。
【００４８】
以下に、図１３に示すフローチャートを用いて、フォーカス、レベリングための第二駆動手段によるウェハ位置の補正方法について説明する。
【００４９】
図１３は、図９に示すＳ１１〜Ｓ１４の詳細なフローチャートである。
【００５０】
図９に示したステップＳ１１，Ｓ１２のフォーカスオフセット補正量の計測、および、決定方法は、特開平２−１０２５１８により知られているものを、図１２に示すショット内の９箇所に対して求めるように拡張したものである。ステップＳ１１０〜Ｓ１１５は、図９に示したステップＳ１１を詳細に記したものである。
【００５１】
ステップＳ１１０：ステージの第２駆動手段において、ウェハー面の姿勢を、傾き、および、光軸Ａｘ方向の位置を固定する。
【００５２】
ステップＳ１１１：図１２に示す、例えばショットＮｏ．８に示すサンプルショットの位置に、ステージを移動する。
【００５３】
ステップＳ１１２：図１２に示す、例えばショットＮｏ．８の点印（または、矢印）で示す位置に、ステージを移動する。
【００５４】
ステップＳ１１３：図１２に示す、例えばショットＮｏ．８の点印（または、矢印）で示す位置で、フォーカスセンサーの各５点の計測点で、光軸Ａｘ方向のウェハ位置を測定する。
【００５５】
ステップＳ１１４：図１２に示す、予め決められたショット内９箇所の位置で、全て計測が終了するまで、ステップＳ１１２からステップＳ１１３までを繰り返す。
【００５６】
ステップＳ１１５：図１２に示す、予め決められたフォーカスオフセット計測用サンプルショットで、全て計測が終了するまで、ステップＳ１１１からステップＳ１１４までを繰り返す。
【００５７】
ステップＳ１２０〜Ｓ１２１は、図９に示したステップＳ１２を詳細に記したものである。
【００５８】
ステップＳ１２０：フォーカスセンサーの各計測点に対して、ショット内９箇所の計４ショット分の計測値より、９つのウェハー表面を表わすグローバル平面を算出する。
【００５９】
この決定されたグローバル平面の、光軸Ａｘ方向との切片をもって、計測点のショット内９箇所の移動位置に対する、フォーカス計測の補正量とする。このフォーカス計測補正量の算出を、フォーカスセンサーの５つの計測点に対して、行なうものとする（補正量を決定については、特開平２−１０２５１８に詳しいので、概念のみ示し詳細は省略する。）。
【００６０】
ステップＳ１２１：算出された、フォーカスセンサーの５つの計測点に、それぞれ９種類で、合計４５個のフォーカス計測補正量をメモリーに格納する。
【００６１】
ステップＳ１３００〜Ｓ１３１２，および、ステップＳ１３２０〜Ｓ１３２５は、図９に示したステップ１３を詳細に記したものである。
【００６２】
ステップＳ１３００：露光を行うショット、例えばショットＮｏ．１に対して、下記の判定を行なう。
【００６３】
露光位置で、複数のフォーカスセンサー計測点の一部が、ウェハ上に形成されたパターン領域と、パターンのない外周領域の境界部、または、パターンのない外周領域及びウエハ外に位置している場合は、ステップＳ１３０１の動作を行なう。
【００６４】
露光位置で、複数のフォーカスセンサー計測点の全てが、ウェハ上に形成されたパターン領域上に位置している場合は、図１４のステップＳ１３２０の動作を行なう。
【００６５】
ステップＳ１３０１：例えば、図１１のショットＮｏ．１に示す位置すなわち前述した各シヨツトであらかじめ決められた予備計測位置に、フォーカスセンサーの計測点が位置する様に、ステージを移動する。
【００６６】
ステップＳ１３０２：フォーカスセンサーの５計測点各々で、ウェハ面の光軸Ａｘ方向の位置を計測する。
【００６７】
ステップＳ１３０３：ステップＳ１２１でメモリーに格納された、フォーカス計測補正量のうち、例えば、図１１のショットＮｏ．１に示す位置に対応する、５点計測点各々の補正量を読み出す。
【００６８】
この補正量により、ステップＳ１３０２で計測した、フォーカスセンサーの５計測点各々の計測値を補正する。
【００６９】
ステップＳ１３０４：ステップＳ１３０３で補正された、フォーカスセンサーの５計測点各々の計測値より、例えば、図１１のショットＮｏ．１に示す位置に対応する、ウェハ表面の傾き量を算出する。
【００７０】
ステップＳ１３０５：ステップＳ１３０４で算出された、ウェハ表面の傾き量に従い、第２駆動手段を動かし、例えば、図１１のショットＮｏ．１に示す位置のウェハ表面の傾きを駆動、および、調整する。
【００７１】
ステップＳ１３０６：ステップＳ１３０５で調整した傾き状態を保つ様に、第２駆動手段の傾き調整機構を制御する（レベリングロック）。
【００７２】
ステップＳ１３０７：例えば、図１１のショットＮｏ．１の予備計測位置から、ショットＮｏ．１のショットを露光位置に位置する様に、ステージを移動する。
【００７３】
ステップＳ１３０８：露光位置で、ウェハ上に形成されたパターン領域上に位置している、フォーカスセンサー計測点、例えば、ショットＮｏ．１では、５０３、５０４の２計測点を用いて、ウェハ面の光軸Ａｘ方向の位置を計測する。
【００７４】
ステップＳ１３０９：ステップＳ１２１でメモリーに格納された、フォーカス計測補正量のうち、図１２の点印で示す位置に対応する、５点計測点各々の補正量を読み出す。
【００７５】
さらに、この補正量のうち、例えば、ショットＮｏ．１では、フォーカスセンサー５０３、５０４の２計測点に対応する補正量により、ステップＳ１３０９で計測したフォーカスセンサー５０３、５０４の計測値を補正する。
【００７６】
ステップＳ１３１０：ステップＳ１３０９で補正された、例えば、フォーカスセンサー５０３、５０４の２計測点の計測値より、ショットＮｏ．１のショットのウェハ面の光軸Ａｘ方向の位置を算出する。
【００７７】
ウェハ面の光軸Ａｘ方向の位置の算出方法は、ショット中心のフォーカスセンサー５０３の値としても良いし、ステップＳ１３０４で算出したウェハ表面の傾き量とショット内２点の計測値であるフォーカスセンサー５０３、５０４の値より、露光するショット全面に最適な光軸Ａｘ方向の位置を推定し、算出しても良い。
【００７８】
ステップＳ１３１１：ステップＳ１３１０で算出された、ウェハ表面の光軸Ａｘ方向の位置に従い、第二駆動手段を動かし、例えば、ショットＮｏ．１の光軸Ａｘ方向の位置を駆動、および、調整する。
【００７９】
このとき、ステップＳ１３０６で制御される第２駆動手段の傾き状態は、保たれるものとする。
【００８０】
ステップＳ１３１２：ステップＳ１３１１で調整した光軸Ａｘ方向の位置を保つ様に、第二駆動手段の光軸Ａｘ方向の位置調整機構を制御する（レベリング＆フォーカスロック）。
【００８１】
ステップＳ１４０：パターン転写のための、露光を行なう。
【００８２】
露光終了後は、次のショットの露光のためにステップＳ１３００〜Ｓ１４０を最終ショットの露光が終了するまで繰り返すものとする。
【００８３】
以下に、露光位置で、複数のフォーカスセンサー計測点の全てが、ウェハ上に形成されたパターン領域上に位置している場合について図１４を用いて説明する。
【００８４】
ステップＳ１３２０：例えば、図１１のショットＮｏ．１４に示す位置に、フォーカスセンサーの計測点が位置する様に、ステージを移動する。
【００８５】
この位置は、露光の場合の位置に等しいものである。
【００８６】
ステップＳ１３２１：フォーカスセンサーの５計測点各々で、ウェハ面の光軸Ａｘ方向の位置を計測する。
【００８７】
ステップＳ１３２２：ステップＳ１２１でメモリーに格納された、フォーカス計測補正量のうち、例えば、図１１のショットＮｏ．１４に示す露光位置に対応する、５点計測点各々の補正量を読み出す。
【００８８】
この補正量により、ステップＳ１３２１で計測した、フォーカスセンサーの５計測点各々の計測値を補正する。
【００８９】
ステップＳ１３２３：ステップＳ１３２２で補正された、フォーカスセンサーの５計測点各々の計測値より、例えば、図１１のショットＮｏ．１４に示す露光位置に対応する、ウェハ表面の傾き量を算出する。
【００９０】
同時に、５計測点各々の計測値より、ショットＮｏ．１４のショットのウェハ面の光軸Ａｘ方向の位置を算出する。
【００９１】
ウェハ面の光軸Ａｘ方向の位置の算出方法は、ショット中心のフォーカスセンサー５０３の値としても良いし、同時に算出するウェハ表面の傾き量とショット内５点の計測値より、露光するショット全面に最適な光軸Ａｘ方向の位置を推定し、算出しても良い。
【００９２】
ステップＳ１３２４：ステップＳ１３２３で算出された、ウェハ表面の傾き量と光軸Ａｘ方向の位置に従い、例えば、ショットＮｏ．１４の光軸Ａｘ方向の位置を駆動、および、調整する。
【００９３】
ステップＳ１３２５：ステップＳ１３２４で調整した傾きと光軸Ａｘ方向の位置を保つ様に、第二駆動手段の光軸Ａｘ方向の位置調整機構を制御する（レベリング＆フォーカスロック）。
【００９４】
この後、ステップＳ１４０の露光を行なう。
【００９５】
なお、図９には、ステップＳ１１、Ｓ１２をウェハ毎に行なうフローを示したが、フォーカスセンサーの計測点を補正する値は、ウェハプロセスに依存して一定であると考えられるため、ウェハをロットで一括に連続露光を行なう場合などは、ロットの一枚目のウェハに対して、ステップＳ１１、Ｓ１２を行ない、２枚目以降のウェハは、ステップＳ１１、Ｓ１２を省略し、一枚目のウェハで求めた補正値を用いてもよい。
【００９６】
また、本実施例では、露光位置と予備計測位置とで、フォーカスセンサーの検出域のウエハのパターン構造が異なっていたため、予備計測位置での各フォーカスセンサーのフォーカス計測補正量を測定し算出していた。しかし、図１５のように１シヨツト領域内に同一構造を有するパターンａ，ｂ，ｃ，ｄが形成されていて、他のシヨツトも同様に構成されている場合、露光位置と予備計測位置との移動量をウエハに形成されたパターン間隔の整数倍にすれば、露光位置と予備計測位置とで、フォーカスセンサーの検出域のウエハのパターン構造が同一になるため、本実施例のように、サンプルシヨツトで、８方向に動かして合計４５個のフォーカス計測補正量を計測して算出する必要がなく、わずか５個のフォーカス計測補正量を計測して算出するだけで良い。
【００９７】
例えば、図１５のウエハ周辺のＮｏ．１シヨツトの露光位置でのフォーカスセンサーの検出域は、図１６（ａ）のようになり、検出域がレイアウト外になるフォーカスセンサーが存在する。この時、予備計測位置を露光位置からパターン間隔だけ移動すると図１６（ｂ）に示すようになり、各フォーカスセンサーの検出域のウエハのパターン構造はウエハ周辺でないＮＯ．５シヨツトの露光位置での、フォーカスセンサーの検出域のウエハのパターン構造と同じになるため、サンプルシヨツトとしてＮＯ．２，４，５，６，８を選択し、各シヨツトにおいて露光位置での計測だけをすれば良くなる。
【００９８】
また、本実施例では、予備計測位置でウエハの傾きを計測し、その位置でその計測値に基づいてウエハの傾きを調整しているが、対象としているシヨツトが予備計測位置から露光位置に移動し露光する前までにその計測値に基づいてウエハの傾きを調整すれば良い。
【００９９】
また、本実施例では、レチクル上の回路パターンを投影レンズを介してウエハ上に投影露光する例を示したが、投影レンズを用いないプロキシミティ型の露光方法にも適用でき、その場合は、本実施例の「光軸Ａｘ方向の位置」を「ウエハとマスクとの間隔方向の位置」と読み替えれば良い。
【０１００】
また、本実施例では、アライメントマーク検出位置でのフォーカスセンサーの測定結果を選択して、その位置での光軸方向の位置を補正したが、本実施例の露光に際のように、アライメントマーク検出位置と異なる予備計測位置でフォーカスセンサーによって面位置を測定し、その測定値に基づいてウエハの光軸方向の位置及び傾きを補正しそしてその姿勢を保持しながら、または、補正しながら予備計測位置からアライメントマーク検出位置に移動してもよい。特にアライメントマーク検出位置で、全てのフォーカスセンサーによる検出が不可能な場合有効である。
【０１０１】
（第２の実施例）
第１の実施例では、各計測ショット毎に有効測定点を選択するようにしたが、アライメント計測用サンプルショットで５箇所の測定点の中で使用する測定点を予め図３に示すコンソールＣＳで計算しテーブルとしてメモリー上に記憶してもよい。表１はＹ方向のウエハーマークを計測する時の各アライメントショットにおける有効測定点のテーブルを表したもので表２はＸ方向のウエハーマークを計測する時のテーブルを表したものである。ただし、ＹＥＳは使用するフォーカスセンサーを表しＮＯは使用しないフォーカスセンサーを表す。
【０１０２】
もちろん、ウエハ周辺での露光の際のフォーカス調整にも適用できる。
【０１０３】
【表１】
0003919689.tif 000002
【０１０４】
【表２】
0003919689.tif 000003
【０１０５】
（第３の実施例）
第１の実施例では、各アライメント計測ショット毎に有効測定点を選択するようにしたが、本実施例では、全測定点の面位置データよりウエハの近似平面を算出し、フォーカスセンサーの測定点の位置とマーク検出光学系の検出域の位置との位置関係よりマーク検出光学系の検出域のウエハの面位置を算出してその値を基にステージ駆動装置１２の第２の駆動手段によってウエハー２の光軸ＡＸ方向の位置を補正する。もちろん測定点がウエハ上にないフォーカスセンサーの面位置データは除外される。また近似平面を算出する際、各面位置データに検出域と測定点との距離に応じた重み付けを行って処理しても構わない。
【０１０６】
（第４の実施例）
前述の第１の実施例から第３の実施例においては、ウェハ表面に形成されたパターン凹凸による、フォーカス計測値の差を、露光の場合のみ考慮したが、アライメントの場合も、この点を考慮すれば、精度を向上させることが可能となる。
【０１０７】
以下に、アライメントの場合の、フォーカスセンサーの計測値の補正方法について説明する。
【０１０８】
図１７は、アライメントのための、フォーカスオフセット補正量計測を行なう場合の、移動量を示している。矢印で示す２方向は、フォーカスセンサー５箇所の検出域の中心位置を、ステージを移動させることを示している。
【０１０９】
矢印横方向に移動させるとマークＭｘが、また、矢印縦方向に移動させるとマークＭｙが、それぞれのマーク検出光学系で観察できるものとする。矢印で示す位置は、例えば、図１８、および、図１９のショットＮｏ．１５に示すように、フォーカスセンサー５箇所の検出域が、レイアウト内に位置するものである。
【０１１０】
この場合は、フォーカスオフセット補正量計測の為の、サンプルショットにショットＮｏ．８，１５，２６，２１が選択されている例を示している。
【０１１１】
このサンプルショットは、図３に示すコンソールＣＳにより、フォーカスセンサー５箇所の検出域が、２箇所の移動位置において、全てレイアウト内となる様に、サンプルショットの数を設定すれば、自動的に設定されるものである。
【０１１２】
図１８は、図１７の矢印横方向に移動した場合の、フォーカスセンサー５箇所の検出域の位置を、例えば、ショットＮｏ．１５に示すものである。
【０１１３】
図１９は、図１７の矢印縦方向に移動した場合の、フォーカスセンサー５箇所の検出域の位置を、例えば、ショットＮｏ．１５に示すものである。
【０１１４】
図２０は、アライメントのためのフォーカスオフセット補正量計測を示すの詳細なフローチャートである。
【０１１５】
本フローチャートに示す計測は、図９に示したフローチャート中、ステップＳ０１の前に行なわれるものである。
【０１１６】
ステップＳ００１：通常、ステップＳ１〜Ｓ０９のアライメント計測動作を行なう前に、不図示のステージ近傍に設けられた粗検出用の顕微鏡を用いて、ウェハー上の不図示のウェハ上に形成されたマークを観察し、パターンの形成されたウェハを装置に対して、位置合わせを行なうのが、一般的である。
【０１１７】
粗検出用の顕微鏡は、縮小投影レンズを介さず、単独でマークを観察するもので、図３に示すマーク観察光学系の視野内に、マークを確実に位置させる目的で用いられるものである。
【０１１８】
ステップＳ００１１〜Ｓ００１７は、図１３で説明したステップＳ１１０〜Ｓ１１５に相当し、ステップＳ００２０、Ｓ００２１は、図１３で説明したステップＳ１２０〜Ｓ１２１に相当する。ここでは、詳細な説明を省略する。
【０１１９】
ステップＳ００２１でメモリーに格納された補正値は、ステップＳ０３，および、ステップＳ０７で、フォーカスセンサーで面位置を測定される場合に、用いられる。
【０１２０】
補正値の反映のさせ方は、ステップＳ１３０３，Ｓ１３０９，Ｓ１３２２と同様なので、詳細な説明は省略する。
【０１２１】
（第５の実施例）
次に上記説明した露光方法を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図２１は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤなど）の製造のフローを示す。ステツプ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステツプ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、ステツプ３（ウエハー製造）ではシリコンなどの材料を用いてウエハーを製造する。ステツプ４（ウエハープロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハーを用いて、リソグラフイー技術によってウエハー上に実際の回路を形成する。次のステツプ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステツプ４によって作製されたウエハーを用いて半導体チップ化する工程であり。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）などの工程を含む。ステツプ６（検査）ではステツプ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。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（ステツプ７）される。
【０１２２】
図２２は上記ウエハープロセスの詳細なフローを示す。ステツプ１１（酸化）ではウエハーの表面を酸化させる。ステツプ１２（ＣＶＤ）ではウエハー表面に絶縁膜を形成する。ステツプ１３（電極形成）ではウエハー上に電極を蒸着によって形成する。ステツプ１４（イオン打ち込み）ではウエハーにイオンを打ち込む。ステツプ１５（レジスト処理）ではウエハーに感光剤を塗布する。ステツプ１６（露光）では上記説明した露光方法によってマスクの回路パターンをウエハーに焼付け露光する。ステツプ１７（現像）では露光したウエハーを現像する。ステツプ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。ステツプ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステツプを繰り返し行うことによってウエハー上に多重に回路パターンが形成される。
【０１２３】
本実施例の製造方法を用いれば、従来製造が難しかった高集積度の半導体デバイスが製造することができる。
【０１２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウエハ周辺で、マスクのパターンの良好な転写が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のウエハ表面位置検出方法を用いる縮小投影露光装置の部分概略図。
【図２】従来のウエハマークを計測する時のウエハーの面位置の検出域とマーク検出光学系の検出域との位置関係を示す図。
【図３】本発明の一実施例に係わるステップアンドリピートタイプの露光装置を示す図。
【図４】本発明の位置合わせ装置を用いる縮小投影露光装置の部分概略図。
【図５】面位置検出光学系による面位置検出での被露光領域と各測定点の位置関係を示す説明図。
【図６】露光時のＸＹステージ位置と面位置を計測するためのウエハー上の５箇所の測定点とウエハーマーク計測用のマーク検出光学系の検出域との位置関係を示す図。
【図７】Ｙ方向のずれ量を計測する時、ＸＹステージの位置と面位置計測用のウエハー上の５箇所の測定点とウエハーマーク計測用のマーク検出光学系の検出域との位置関係を示す図。
【図８】Ｘ方向のずれ量を計測する時、ＸＹステージの位置と面位置計測用のウエハー上の５箇所の測定点とウエハーマーク計測用のマーク検出光学系の検出域との位置関係を示す図。
【図９】本発明に第１実施例に係わる露光方法を示すフローチャート。
【図１０】露光位置と予備計測位置との移動量を示す図。
【図１１】シヨツトレイアウトとフォーカスセンサーの検出域とを示す図。
【図１２】計測のサンプルシヨツトを示す図。
【図１３】図９に示すＳ１１〜Ｓ１４の詳細なフローチャート。
【図１４】Ｓ１３２０〜Ｓ１４０のフローチャート。
【図１５】１シヨツト内に同一構造を有する複数のパターンが形成されているシヨツトレイアウトを示す図。
【図１６】図１５に示すシヨツトレイアウトの場合の露光位置と予備計測位置のフォーカスセンサーの検出域の位置を示す図。
【図１７】フォーカスオフセット補正量計測位置と露光位置との移動量を示す図。
【図１８】シヨツトレイアウトとフォーカスセンサーの検出域とを示す図。
【図１９】シヨツトレイアウトとフォーカスセンサーの検出域とを示す図。
【図２０】フォーカスオフセット補正量計測を示すフローチャート。
【図２１】デバイスの製造方法を示すフローチャート。
【図２２】ウエハプロセスを示すフローチャート。
【符号の説明】
ＸＹＳ  ＸＹステージ
ＷＦ  ウエハー
ＬＮ  縮小投影レンズ
ＲＳ  レチクルステージ
ＲＴ  レチクル
ＣＭ  撮像装置
ＣＳ  コンソール
ＣＵ  制御ユニット
【図１】
0003919689.tif 000004
【図２】
0003919689.tif 000005
【図３】
0003919689.tif 000006
【図４】
0003919689.tif 000007
【図５】
0003919689.tif 000008
【図６】
0003919689.tif 000009
【図７】
0003919689.tif 000010
【図８】
0003919689.tif 000011
【図９】
0003919689.tif 000012
【図１０】
0003919689.tif 000013
【図１１】
0003919689.tif 000014
【図１２】
0003919689.tif 000015
【図１３】
0003919689.tif 000016
【図１４】
0003919689.tif 000017
【図１５】
0003919689.tif 000018
【図１６】
0003919689.tif 000019
【図１７】
0003919689.tif 000020
【図１８】
0003919689.tif 000021
【図１９】
0003919689.tif 000022
【図２０】
0003919689.tif 000023
【図２１】
0003919689.tif 000024
【図２２】
0003919689.tif 000025