(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクルの回路パターンを感光性基板に投影する投影光学系と、前記感光性基板を保持するステージと、前記感光性基板の面位置を検出する面位置検出手段と、を備え、前記面位置検出手段の検出結果に基づいて前記ステージを駆動して前記感光性基板の前記投影光学系の光軸方向に沿った位置を調整する露光装置において、
前記面位置検出手段は、
形成するパターンの形状を変更可能な第１のパターンジェネレータと、
その第１のパターンジェネレータの形成したパターンを感光性基板上に前記光軸に対して傾斜した方向より投影して前記感光性基板面上にパターン像を形成する投光光学系と、
前記パターン像からの光を導く受光光学系と、
前記受光光学系によって導かれた光を検出する受光素子と、
前記第１のパターンジェネレータを制御するコンピュータと、を有し、
前記コンピュータは、前記感光性基板に形成されている回路パターンの形状に応じて、前記第１のパターンジェネレータが形成するパターンの形状を変更する
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記受光光学系は可動ミラーを有し、さらに前記パターン像が再結像される面上に第２のパターンジェネレータを有し、前記受光素子では前記可動ミラーの変動中の前記第２のパターンジェネレータから出射する光の光量の時間変化が検出され、該光量の時間変化により前記感光性基板面の面位置が検出されることを特徴とする請求項１の露光装置。
【請求項３】
前記２つのパターンジェネレータはＤＭＤ素子であることを特徴とする請求項２の露光装置。
【請求項４】
前記２つのパターンジェネレータは互いに同一ないし相似のパターンを形成することを特徴とする請求項２の露光装置。
【請求項５】
前記パターンジェネレータはＤＭＤ素子、ＳＬＭ素子、液晶素子、および面発光素子のいずれかであることを特徴とする請求項１の露光装置。
【請求項６】
前記受光素子は所定面上に再形成された前記パターン像の位置情報を検出し、該位置情報により前記感光性基板面の面位置が検出されることを特徴とする請求項１の露光装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかの露光装置を用いてウエハを露光し、その露光されたウエハを現像するデバイス製造方法であって、
前記ウエハに形成されている回路パターンの形状に応じて前記第１のパターンジェネレータが形成するパターンの形状を前記コンピュータで変更して、前記ウエハの面位置を前記面位置検出手段で検出するステップと、
前記面位置検出手段の検出結果に基づいて、前記ウエハの前記投影光学系の光軸方向に沿った位置を前記ステージで調整するステップと、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】
本発明は検出装置及びそれを用いた露光装置に関し、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する工程のうち、リソグラフィー工程において使用される投影露光装置や走査型露光装置においてレチクル等の第１物体面上のパターンをウエハ等の第２物体面上に投影光学系により投影する際のウエハ面の高さ及び傾きを計測し、該ウエハの光軸方向の位置合わせ（焦点合わせ）を行う場合に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイスの微細加工技術として、マスク（レチクル）の回路パターン像を投影光学系（投影レンズ）により感光基板上に形成し、感光基板をステップアンドリピート方式又はステップアンドスキャン方式で露光する縮小投影露光装置（ステッパー）や走査型の投影露光装置が種々と提案されている。
【０００３】
このうちステッパーにおいては、レチクル上の回路パターンを所定の縮小倍率を持った投影光学系を介して、ウエハ面上の所定の位置に縮小投影して転写を行い、１回の投影転写終了後、ウエハが載ったステージを所定の量だけ移動して、再び転写を行うステップを繰り返してウエハ全面の露光を行っている。
【０００４】
又、走査型の投影露光装置では、光源手段からの光を照明手段によりスリット状光束に整形して第１物体（レチクル）面上のパターンを照明し、該第１物体面上のパターンを投影光学系により可動ステージに載置した第２物体（ウエハ）面上に走査手段により該第１物体と該可動ステージを該スリット状光束の短手方向に該投影光学系の撮影倍率に対応させた速度比で同期させて走査させながら投影露光している。
【０００５】
このような投影露光装置を用いて微細な回路パターンの転写を行うには、ウエハ面へのフォーカス位置（投影光学系の光軸方向の位置）を適切に設定することが重要になってくる。
【０００６】
図１５は従来のウエハ面の面位置情報（光軸方向情報）を検出する面位置検出装置を有した投影露光装置の要部概略図である。同図において２１は回路原版（第１物体）であるところのレチクルでレチクルステージ２２に載置されている。２３はレチクル２１を１／５に縮小投影する投影レンズ、６はレジストを塗布したウエハ、７はウエハチャックであり、ウエハ６を吸着保持している。８，９はＸＹステージ、１０はＺステージである。
【０００７】
１０１は照明系であり、レチクル２１を照明している。照明系１０１からの光束２０でレチクル２１を照明すると、レチクル２１上の回路パターンはウエハ６上に結像し、回路パターンがレジストに焼き付けられる。１ショットの焼き付けが完了すると、ＸＹステージ８，９をステップ駆動し、隣に焼き付ける。このようにして、１枚のウエハ全面にマトリクス状に、回路パターンが焼き付けられている。
【０００８】
次に面位置検出装置について説明する。光源１から照射された光線はコリメータレンズ２によって平行光にされ、スリット１７の裏面からスリット全面を均一に照射する。スリット１７とウエハ６面上の被検出面６ａはシャインプルーフの関係になっており、スリット１７上に開口として形成されたスリットの像はウエハ６面上に投影される。
【０００９】
ウエハ６面上に投影されたスリット像は受光レンズ系１１，可動ミラー１２，そして受光レンズ系１３を介してスリット１８面上に再結像する。スリット１８の開口を通過した光束を集光レンズ１５によって集光して受光センサ１６上に導光している。
【００１０】
受光側ではやはりウエハ面６とスリット１８が共役になっており、投光側のスリット１７の各開口に対応する位置に開口群が配置されている。振動ミラー１２でスリット１７のスリット像の空間像を受光側のスリット１８に対して単振動させている。その結果、受光センサ１６は投光側のスリット１７の空間像と受光スリット１８のスリットとのＡＮＤの出力を検出する。
【００１１】
図中、ウエハ６が上下（光軸ＡＸ方向）に動くと、パターン像はスリット１８上を移動することになり、振動ミラー１２の振動に伴って受光センサ１６で得られる信号は時間的に変化する。このときの受光センサ１６からの出力信号より信号処理回路２４でウエハの基準面位置を算出している。この算出した結果を基にドライバ２５がＺステージ１０を駆動し、ウエハ面６の高さを調整している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図１５に示すような光学方式の面位置検出装置は被検査面６ａとしてミラーのように理想的な反射面に対しては面位置を高精度に計測することが可能である。しかしながらプロセスウエハのように計測面内に段差があったり、表面にレジストのような透明なフィルムに覆われている被検面に対しては位置検出誤差が生じることが知られている。
【００１３】
例えば、局所的に１μｍ近い段差があるウエハサンプルに１μｍ程度のレジストが塗布されていた場合、光束の入射条件によっては１μｍ近い面位置検出誤差が発生することがある。これらの検出誤差は、実際にウエハーを焼く前にいろいろなフォーカス条件で試し焼きをすることによって最適フォーカス位置が求められるため、最終的にはオフセットとして処理されているが、このオフセットの量が大きいことは計測再現性を悪化させる大きな原因になる。
【００１４】
ウエハの面位置検出の最大の目的はウエハ露光像面と投影レンズによるレチクル投影像面を一致させることである。しかしながら、レチクルパターンの投影画像は、
（１）レチクル自体の歪
（２）投影レンズの像面湾曲
等により平面になっていないことが一般である。また非露光面であるウエハ表面もレチクル像面とは無関係に歪んでいるため、レチクル像面と被露光面を完全に一致させることは困難である。このことは投影レンズのＮＡが増大し、焦点深度が十分確保できない昨今では深刻な問題である。
【００１５】
特に最近の半導体素子はますます微細化が進み、投影レンズのＮＡの増大に伴いパターンを焼き付け可能な最良像面からの許容範囲を意味する焦点深度は小さくなっている為、ウエハの面位置の検出精度はますます厳しいものとなっている。
【００１６】
本発明は、ウエハ表面の光軸方向の位置情報、そしてウエハ表面の傾き情報を高精度に検出し、ウエハ表面を投影光学系の結像位置に高精度に位置させ、高集積度のデバイスを容易に製造することができる検出装置及びそれを用いた露光装置の提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の露光装置は、レチクルの回路パターンを感光性基板に投影する投影光学系と、前記感光性基板を保持するステージと、前記感光性基板の面位置を検出する面位置検出手段と、を備え、前記面位置検出手段の検出結果に基づいて前記ステージを駆動して前記感光性基板の前記投影光学系の光軸方向に沿った位置を調整する露光装置において、
前記面位置検出手段は、
形成するパターンの形状を変更可能な第１のパターンジェネレータと、
その第１のパターンジェネレータの形成したパターンを感光性基板上に前記光軸に対して傾斜した方向より投影して前記感光性基板面上にパターン像を形成する投光光学系と、
前記パターン像からの光を導く受光光学系と、
前記受光光学系によって導かれた光を検出する受光素子と、
前記第１のパターンジェネレータを制御するコンピュータと、を有し、
前記コンピュータは、前記感光性基板に形成されている回路パターンの形状に応じて、前記第１のパターンジェネレータが形成するパターンの形状を変更する
ことを特徴としている。
【００１８】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記受光光学系は可動ミラーを有し、さらに前記パターン像が再結像される面上に第２のパターンジェネレータを有し、前記受光素子では前記可動ミラーの変動中の前記第２のパターンジェネレータから出射する光の光量の時間変化が検出され、該光量の時間変化により前記感光性基板面の面位置が検出されることを特徴としている。
【００１９】
請求項３の発明は請求項２の発明において、前記２つのパターンジェネレータはＤＭＤ素子であることを特徴としている。
【００２０】
請求項４の発明は請求項２の発明において、前記２つのパターンジェネレータは互いに同一ないし相似のパターンを形成することを特徴としている。
【００２１】
請求項５の発明は請求項１の発明において、前記パターンジェネレータはＤＭＤ素子、ＳＬＭ素子、液晶素子、および面発光素子のいずれかであることを特徴としている。
【００２２】
請求項６の発明は請求項１の発明において、前記受光素子は所定面上に再形成された前記パターン像の位置情報を検出し、該位置情報により前記感光性基板面の面位置が検出されることを特徴としている。
【００２３】
請求項７の発明のデバイスの製造方法は、請求項１乃至６のいずれかの露光装置を用いてウエハを露光し、その露光されたウエハを現像するデバイス製造方法であって、
前記ウエハに形成されている回路パターンの形状に応じて前記第１のパターンジェネレータが形成するパターンの形状を前記コンピュータで変更して、前記ウエハの面位置を前記面位置検出手段で検出するステップと、前記面位置検出手段の検出結果に基づいて、前記ウエハの前記投影光学系の光軸方向に沿った位置を前記ステージで調整するステップと、を有することを特徴としている。
【００４７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の面位置検出装置を有した投影露光装置の実施形態１の要部概略図である。図１の実施形態を説明する前に、本実施形態において用いているＤＭＤ素子の構成について説明する。
【００４８】
ＤＭＤ素子とは Deformable Mirror Device の略であり、シリコンチップ上にフォトリソグラフィーによって２次元配列の微小なミラーを形成した構成より成っており、各ミラーは画素ミラーと呼ばれ、静電力によって微小角（〜１０度）駆動することができるようになっている。画素ミラーのサイズは最小１７μｍ□程度であり、開口率は８０％を越えている。この微小な画素ミラーの複数の組み合わせによって反射型のスリット群を形成している。
【００４９】
図２（Ａ）はＤＭＤ素子の概念図である。画素ミラーのマトリクスは最大５６８×７６８以上である。図２（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は画素ミラーを駆動して所望のスリットパターン（パターン）を形成した例である。ここでは単純な３つのパターンを示したが、基本的にどんな形のパターンでも形成可能である。ＤＭＤ素子のサイズは基本的にフォトリソグラフィーによって製作するものなので露光ショットと同一サイズのものが作成可能である。
【００５０】
例えばＤＭＤ素子を露光ショット面に投影する為の投光レンズ系として等倍のアフォーカル系を用いれば、ＤＭＤ素子をそのまま露光ショットの全面計測可能なスリットとして適用することができる。
【００５１】
次に図１の実施形態１の各要素について説明する。本実施形態では物体としてデバイス製造用のウエハ６を用いて、そのウエハ面の垂直方向（Ｚ方向）の高さや傾き等の面位置情報（焦点位置情報）を検出する場合を示している。
【００５２】
図中１０１は露光光を照射する照明系であり、ＤＵＶのｉ線やＫｒＦ，ＡｒＦのエキシマレーザ等からの露光光２０を射出している。２１は回路パターンが描画されたレチクル（第１物体）であり、レチクルステージ２２に載置している。
【００５３】
２３は投影レンズ（投影光学系）であり、レチクル２１上の回路パターン（投影光学系２３側に描画されている）をレジストが塗布されたウエハ（第２物体）６に縮小投影している。ウエハ６はウエハチャック７に吸着保持されている。
【００５４】
尚、本実施形態がステップアンドスキャン方式の投影露光装置の場合には、レチクル２１とウエハ６とを投影光学系２３の結像倍率に応じて同期を取りながら所定の速度比で走査（スキャン）させながら投影露光を行っている。８，９はＸＹステージ、１０はＺチルトステージである。
【００５５】
本実施形態では、面位置検出装置（面位置検出手段）（各要素１〜５，１１〜１６，１９）を用いてウエハ６の面位置情報を検出することによってウエハ６の投影光学系２３の光軸方向の高さが投影光学系２３に関して、レチクル２１と共役関係となるようにしている。即ち、ウエハ６が投影光学系２３の最良結像面に位置するようにドライバ２５でステージ１０を駆動制御している。
【００５６】
特に本実施形態では面位置検出装置の光路中に投受光スリットとしてパターンジェネレータとしてのＤＭＤ素子を配置し、ＤＭＤ素子の任意の画素ミラーを駆動することにより、任意のパターンを形成し（可変スリット）、このパターン像をウエハ上の被検出領域に投影することで被検出領域内の任意の場所を測ることができるようにしている。又、ＤＭＤ素子を駆動するコンピュータ（主制御系１００）にあらかじめ測定点に関する情報を入力しておき、その測定点に対応する素子部分に被検出面への投影光束を生じるよう制御することにより、測定エラーの少ない高精度な焦点検出を行っている。また、本実施形態では、被露光ショット内でも最も線幅の細いエリアに対してパターン投影して面位置検出を行うことで選択的にフォーカスすることができ、これによってクリティカルレイヤの焼き付け精度を向上させ、全体としてチップの歩留まりを向上させている。
【００５７】
次に本実施形態における面位置検出装置の各要素について説明する。光源１（ＬＥＤやハロゲンランプ等）から射出された波長λの照明光（測定光）はコリメータレンズ２によって平行光となり、投光側のＤＭＤ素子（第１のＤＭＤ素子）３に入射する。ＤＭＤ素子の画素ミラー（パターン）で反射した反射光は、投光レンズ系４，５によってウエハ６面に結像する。このときウエハ６面上にはＤＭＤ素子３の画素ミラーに基づくパターン像が形成される。尚、ＤＭＤ素子３とウエハ６とは投光レンズ系４，５によってシャインプルーフの関係となるようにしている。
【００５８】
ウエハ６で反射された照明光は、受光レンズ系１１，振動ミラー１２，受光レンズ系１３によって集光され、受光側のＤＭＤ素子（第２のＤＭＤ素子）１４の画素ミラー面上に再結像する。ＤＭＤ素子１４からの光束をレンズ系１５によって受光センサ１６面上に集光している。
【００５９】
投光側のＤＭＤ素子３と受光側のＤＭＤ素子１４とは光学的に共役関係となっている。振動ミラー１２を駆動手段１９で振動させてウエハ６面上に形成したパターン像を受光側のＤＭＤ素子１４面上で振動させている。受光センサ１６はウエハ６面上に形成したパターン像と受光側のＤＭＤ素子１４の画素ミラーに基づくパターンとのＡＮＤ出力を検出していることになる。
【００６０】
本実施形態においてウエハ６が上下方向（投影光学系の光軸ＡＸ方向）に動くと、受光側のＤＭＤ素子１４に形成されるパターン像はＤＭＤ素子１４面上を移動する。このときのパターン像の移動を光量の変化として受光センサー１６で検出している。そして受光センサー１６からの出力信号を信号処理回路２４で算出することによってウエハ６の高さ情報や傾き情報等の面位置情報（焦点位置情報）を検出している。この結果に基づいてドライバ２５でＺチルトステージ１０を駆動することでウエハ６面を投影光学系２３の最良結像面にもっていく。
【００６１】
次に本実施形態における各要素の特徴について説明する。投光側のＤＭＤ素子（ＤＭＤ）３は照明光の光軸に対してθ２、投光光学系４，５の光軸に対してθ１の角度で設定されている。角度θ１は投光光学系４，５の倍率と焦点検出光のウエハ６への入射角によって決まる。倍率を１倍、入射角を１５度とすれば角度θ１は１５度である。角度θ２は角度θ１と画素ミラーの振れ角φによって決まり、（θ１＋２φ）を越えない範囲で最大の角度を選ぶことが望ましい。φ〜１０°とすると、θ２＝３５°となる。
【００６２】
ＤＭＤ３の各画素ミラーは、駆動電圧が０の時は偏向角０°であり、ＤＭＤ３の表面に対し平行になっている。したがって駆動電圧がＯＦＦ状態の画素ミラーに入射した光束はＤＭＤ３に対し３５°で正反射し、投光レンズ４、５に入射することはない。
【００６３】
一方、（駆動電圧がかけられている）ＯＮ状態の画素ミラーに入射した光はこのミラーによって２０°偏向されるのでＤＭＤ３の表面からの出射角は１５°となり、２次光源としてスリット像を形成する１要素となることができる。ＤＭＤ３と被計測面６ａの位置関係はいわゆるシャインプルーフの関係を満たし、図では画素ミラーａ，ｂ，ｃと、計測点（空中像）ａ’，ｂ’，ｃ’は共役関係にある。計測点ａ’、ｂ’、ｃ’に投影された画素ミラーａ，ｂ，ｃの空中像（ａ’，ｂ’，ｃ’）はウエハ面６で反射され、受光レンズ系１１、１３によって、受光側のＤＭＤ１４上に再投影される。受光側のＤＭＤ１４の画素ミラーａ”、ｂ”、ｃ”はやはり計測点ａ’、ｂ’、ｃ’と共役な位置に配置され、投光側のＤＭＤ３の各配列の画素ミラーａ，ｂ，ｃと受光側のＤＭＤ１４の画素ミラーａ”，ｂ”，ｃ”とはそれぞれ共役な関係にある。当然、この際、ＤＭＤ３とＤＭＤ１４の各画素ミラーによる形成パターンは同一ないし結像倍率に応じた相似形である。
【００６４】
振動ミラー１２が所定の角度にあり、ＤＭＤ３の空間像ａ’、ｂ’、ｃ’と被計測面６ａが一致したとき、画素ミラーａ，ｂ，ｃの空中像ａ’、ｂ’、ｃ’による反射光が画素ミラーａ”、ｂ”、ｃ”によって反射され、受光センサ１６に入射する光量が最大となる。このとき振動ミラー１２の振動数をｆとすると、受光センサ１６からの出力信号の振動数は２ｆとなる。またウエハ６がこの基準位置よりずれると前記出力信号のうち振動数２ｆの成分は減り、振動数ｆの成分が増加するので、この出力信号を信号処理回路２４で位相検波することにより、被計測面６ａの面位置情報を算出することができる。
【００６５】
次に図３，４を用いて面位置検出装置を半導体素子製造用の投影露光装置に適用した場合の動作について説明する。図３（Ａ）はウエハ上のある形成パターン部分に従来の面位置検出装置に於ける計測スポットが当たっている様子を示している。
【００６６】
図で４１ａ〜４１ｄはパターン形成部であり、その輪郭は段差部を示す。４０は計測スポットである。通常これら計測スポット４０はスリット状の光束が用いられ、パターンのエッジに対して角度を持たせて入射させることが多い。その理由は計測スポット４０がエッジ部に入射するとエッジによる散乱が起こり、計測値に影響を及ぼすからである。
【００６７】
つまりエッジ部と並行にスリットを照射した場合、その影響は最大になる。エッジに対し斜めにスリットを照射することによってスリットがエッジ部と交差する領域は面積的に小さくすることはできるのでこれら検出誤差はある程度低減することができるが０にすることはできない。ところが昨今のように投影レンズにＮＡ０．５〜０．６というようなｈｉｇｈＮＡの投影レンズが使われるようになると、像面の焦点深度は１μｍを切るようになり僅かな検出誤差も許容できなくなる。
【００６８】
図３（Ｂ）は本発明の面位置検出装置を前記パターン領域に対して適用した例である。入射側のＤＭＤ３はパターン面に対し共役なので、パターン４１ａ〜４１ｄに対し各画素ミラーの結像位置が図の点線のマトリクスに対応する。
【００６９】
本発明によればこれら画素ミラーによる投影パターン像であるところのスリット像はＤＭＤドライバ３１によって任意に形成できるので、例えば領域４２ａ〜４２ｄのように照射するようにしている。このような照射領域４２ａ〜４２ｄではフォーカスビームがエッジに当たることがないのでエッジ散乱に起因するフォーカスエラーを０にすることができ、本実施形態ではこれによって高精度な面位置検出を可能としている。
【００７０】
図４は本発明を走査型の投影露光装置に適用した場合のウエハ面上に投影されるパターンを示している。点線のマトリクスを塗りつぶした矩形領域はＤＭＤ３の画素ミラーのサイズで分割したウエハー６面上の測定領域である。６１はスリット状の露光領域、６２は露光領域の中心軸、矢印はステージの走査方向を示す。説明の簡略化のために各測定画素に８行１３列の番号を付ける。
【００７１】
図４では第４列の測定画素ラインと露光スリット中心６２が一致している。このとき対応するＤＭＤ３の画素ミラーのマトリクスを８行３列とすると図５（Ａ）のように画素ミラーを反転（スイッチＯＮ）すれば良い（実際の露光スリットの大きさは幅で５ｍｍ以上、長さ方向に２０ｍｍ以上あるので、マトリクスの大きさは１０００×２５０以上になる。）。
【００７２】
ステージは最大２００ｍｍ／秒程度で露光スリットに対して走査される。画素ミラーのサイズを１７μｍとすると、第５列の測定画素ラインがスリット中心にくるまでの所要時間は８５μ秒である。ＤＭＤの画素ミラーの応答速度は１０μ秒なのでＤＭＤの画素ミラーはスキャン系に十分な応答速度を有していることがわかる。つまりＤＭＤドライバ３１は８５μ秒後に図５（Ｂ）のように画素ミラーを反転させればウエハー上の所望の測定点を計測できることがわかる。
【００７３】
現実の制御系に於いてはステージの走査速度は２００ｍｍ／秒からばらつきをもつのでＤＭＤの画素ミラーの制御をオープンループで時間制御するよりもＸ、Ｙステージの位置をモニターするレーザー干渉測長器のコントローラ３０からのステージの位置情報を主制御系１００を介してＤＭＤドライバ３１にフィードバックし、その位置情報に応じて画素ミラーを制御するのがより適当である。画素ミラーの制御は投光側のＤＭＤ３と受光側のＤＭＤ１４を同時に行う必要があるため、主制御系１００はＤＭＤドライバ３１と３２の両方に対し同じ制御信号を出力する。
【００７４】
上記手法により本実施形態は一括露光方式のステッパーにも、ステップ＆スキャンに代表される走査型露光方式のステッパーにも適用でき、高精度なフォーカス検出系を提供することができる。
【００７５】
検出誤差の小さい計測点を知ることは現実的にはかなり難しい作業であるが、本発明による効果を最大限に活用するためには欠かせない工程である。光プローブでウエハ表面の高さを測る工程に於いて、検出誤差を生む要因は、表面が誘電体膜であることに起因する干渉や、下地の反射率むらによる影響などがある。しかし、前者はＳ偏光で大きい入射角で投光することにより緩和され、反射率むらの影響も投光ビーム形状を工夫することにより低減できる。
【００７６】
しかしながら、レジストの表面段差やうねりによる影響は入射条件の変更によっても低減することは困難である。ところが、レジスト表面の段差が被測定面のどこに存在しているかはレチクルの設計情報から知ることが可能である。ある露光プロセスでレジストを露光しようとしている時、必ず１つ前のレチクルによってパターニングされた部分はエッジになっている筈である。よって一つ前のレチクルのパターン情報を主制御系１００にインプットしておき、主制御系１００によってフォーカス計測位置を自動判別させ、ステージ走査時に最適な画素ミラー制御信号をＤＭＤドライバ３１、３２に出すようにしておけばリアルタイムで最適なフォーカス制御を行うことができる。
【００７７】
図６はこの工程が入ることによる露光工程のシーケンス変更例のフローチャートである。ウエハ搬入前に「ＤＭＤ制御信号生成工程」が入ったところが主な変更点である。ＡＦ測定点を算出するに当たって、１工程前のレチクル情報だけでは十分ではない。レジスト段差はそのプロセスに至るまでのすべての露光工程がら発生し得るからである。
【００７８】
しかしながら、それ以前の全ての工程によるエッジを考慮しなければならないというわけでもない。ＭＯＳトランジスタのゲート電極作成工程のように非常に薄い段差しか発生しない工程もあれば、素子分離やメモリセル領域を確定させるための工程では大きな段差が発生する（〜１μｍ）。
【００７９】
そのため、それまでの全てのレチクル情報のうち、段差に関して支配的ないくつかのレイヤを選択し、段差に関する重み係数を入力する工程が必要となる。レチクル情報はレチクル設計データをそのまま入力すればよいので、データをＭＴ（磁気テープ）等に落としてステッパー制御系が読み取れるようにしておく（ステップ１）。
【００８０】
レチクル重み係数はウエハを酸化したり成膜したりするときの膜厚で決まる。よって各工程で作製される膜厚やデバイス設計者の意図よって決定される重み係数をステッパーのコンソールより入力できるようにしておく（ステップ２）。
【００８１】
次にＡＦ計測点決定プロセスが入る（ステップ３）。（ステップ１），（ステップ２）の工程によってウエハ座標のどこにどれ程の段差があるかわかっているので、ＤＭＤの画素ミラーのうち、どこを計測点にすべきか否かを判定する。
【００８２】
具体的には図２（Ｂ）のように、レチクルパターン図面を投影倍率を考慮しながらＤＭＤの画素ミラーのサイズに領域分割し、各画素毎にエッジが入るか否かを判定し、エッジが入らない、あるいはエッジから十分はなれている領域を選択し、計測点と判定する。これら計測点情報からウエハの位置座標毎のＤＭＤの画素ミラー制御信号が作成され、それらは主制御系１００に保存される。
【００８３】
露光時は、レーザー干渉測長器のコントローラ３０から出力されるＸ、Ｙステージ８，９の位置信号から主制御系１００が前記ＤＭＤの画素ミラー制御信号を選択し、それらをＤＭＤドライバ３０、３１に出力する。
【００８４】
図７は本発明の実施形態２の要部概略図である。実施形態１と異なるところは振動ミラーと受光側のＤＭＤを用いていないことと、受光素子としてポジションセンサを用いていることである。振動ミラーを用いていないので実時間制御に有利であり、走査型の投影露光装置の面位置検出系に好適である。
【００８５】
図７において３７は光散乱素子としてのブレーズド格子である。ブレーズド格子３７は図８に示したように１０°程度で入射した光束を格子面に対し垂直に射出するように構成されている。格子ピッチは画素ミラーのサイズの１／１０程度以下である。格子表面に金属を蒸着し表面反射率が９０％以上になっているものが好ましい。
【００８６】
代用として拡散板や多段のバイナリ格子を用いてもよい。３６は結像レンズであり、ブレーズド格子３７上に再結像されたスリット像をポジションセンサ３４上に再々結像する。４５はシリンドリカルレンズであり、ブレーズド格子３７上に結像した２次元のスリット像を１次元の像に圧縮するときに用いている。
【００８７】
２次元画像を扱う時はポジションセンサは２次元ＣＣＤ３４となり、１次元画像に圧縮する時は１次元ＣＣＤ４４を用いている。結像レンズ３６は１つしか示していないが、ＤＭＤのスリット画像は両テレセンのレンズ系でリレーされているので結像レンズ３６も両テレセン系になっているのが好ましい。また結像倍率も２〜３倍以上であることが好ましい。
【００８８】
本実施形態ではポジションセンサ３４面上に形成されるＤＭＤ３の画素ミラーから成るパターンの位置情報より信号処理回路３３にてウエハ６の面位置を検出している。そして、その検出結果に基づいてドライバ２５でＺチルトステージ１０を駆動制御するのは前述のとおりである。
【００８９】
図９は本実施形態において２次元ＣＣＤ３４上にＤＭＤ３の画素ミラーが結像倍率１０の結像レンズ３６によって投影されている様を模式的に示した図である。
【００９０】
背景の１７０μｍ□の格子は１０倍で投影されたＤＭＤの画素ミラーを示す。図９（Ａ）のように１画素おきに計測に画素を決めた場合、指定された２ｎ列目（ｎ＝１，２，・・・）の画素が２（ｎ−１）列と２（ｎ＋１）列目の画素の位置と区別できるためにはセンサ上で±１７０μｍの範囲が検出レンジとなり、これを高さ検出範囲に換算すると±１５μｍとなる。高さ検出範囲を拡大したい場合は計測画素ピッチを拡大すれば良い。
【００９１】
図９（Ｂ）では２画素おきに計測画素を指定しているが、この場合、計測レンジは１．５倍に拡大する。３画素おきに指定すれば２倍になる。
【００９２】
シリンドリカルレンズ４５を導入し、２次元のスリット画像を１次元のスリット画像に変換する際は図９の２次元画像をｙ方向に積分したものとなる。検出位置は前述したようにレチクルのエッジ情報をもとにランダムに選択しても、それらをｙ方向に積分することによってスリットの数は圧縮され、スリットの位置検出する処理時間の低減に役立つ。その際、被検物の高さ変位によってスリット像はｘ方向に移動するのみなので、ｙ方向に関しては間引く必要はなく、任意の画素を計測画素として使用することができる。
【００９３】
次にパターンジェネレータの変形例を説明する。図１０は空間光変調素子（ＳＬＭ）の説明図である。導電性の膜であって光に対し所定の反射率を有するミラー電極５０と紙面に垂直な面内に２次元的に配列された画素電極５２、５３で粘弾性膜５１を挟み込む構造をしている。ミラー電極５０と画素電極との間には基底電圧Ｖ０が印加されている（例えば２５０Ｖ）。１画素毎交互に配置されている画素電極５２、５３の間にはスイッチがあり、電位差±Ｖｓ［Ｖ］を与えることができる。Ｖｓ＝０のとき、粘弾性膜５１内の電位分布は一様になるためミラー電極５０は平坦になり、斜めから入射した光束を正反射する（図１０（Ａ））。Ｖｓとして所定の電圧、例えば±１５Ｖが印加された場合、粘弾性膜５１内の電位分布は一様でなくなり、例えば画素電極５２のピッチに等しい間隔で凹凸を有する、所謂位相格子構造がミラー電極５０によって形成される（図１０（Ｂ））。この場合、傾入射した光は散乱されたり、偏向されたりするのでこの部分をスリットの非反射部とすることで画素電極単位の空間光変調素子として作用する。また、光学系の構成によっては位相格子部をスリットとして用いる事も当然可能である。前出の実施例では可変スリットとしてＤＭＤ素子を例に挙げたが、このような空間光変調素子を前出のＤＭＤ素子に置換して用いても同様の装置を構成することができる。
【００９４】
パターンジェネレータの役割として可変スリットだけが目的ならば、ＳＬＭの代わりに液晶装置、２次元アレイ状の面発光素子等も使用することができる。図１１は第３の実施形態の要部概略図であり、本実施形態は可変スリットとして液晶装置を用いた例である。以下、図中、前出と同様の部材には同じ符番を冠し、説明は省略する。
【００９５】
６１が液晶装置、６２が偏光板である。本装置では、ステージの位置をレーザー測長器３０によりモニタし、主制御装置１００を介して、液晶制御装置６３によって液晶装置６１を制御する。液晶装置６１によって偏光を制御された光は偏光板６２で明暗像として２次元スリット像を形成することができる。
【００９６】
図１２は第４の実施形態の要部概略図で、本実施形態は可変スリットとして２次元アレイ状の面発光素子７１を用いた例である。７１にはＬＥＤやＬＤを２次元アレイ状に並べたのもでも良いし、ＣＲＴディスプレイ装置でも良いし、プラズマディスプレイのような、所謂ＦＥＤ(Field Emission Display)でも良い。
【００９７】
以上の各実施形態は半導体素子製造用の投影露光装置、とくにスキャン露光装置に適用した例について述べてきたが、本発明はその他ＥＢ露光装置や、液晶露光装置、Ｘ線露光装置、あるいは一般に用いられている高さ検出装置に適用可能である。
【００９８】
次に上記説明した投影露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法を説明する。
本実施例の半導体デバイス（デバイス）製造方法は、前述した投影露光装置（露光装置）のいずれかを用いてウエハを露光し、その露光されたウエハを現像する。
そしてウエハに形成されている回路パターンの形状に応じて、第１のパターンジェネレータ（第１のＤＭＤ素子）が形成するパターンの形状をコンピュータ（主制御系）１００で変更するステップを有している。
【００９９】
図１３は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローチャートである。
【０１００】
本実施例においてステップ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。
【０１０１】
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、前記用意したマスク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。
【０１０２】
次のステップ５（組立）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）等の工程を含む。
【０１０３】
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なう。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。
【０１０４】
図１４は上記ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。まずステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
【０１０５】
ステップ１３（電極形成）ではウエ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）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【０１０６】
ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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）ではエッチングがすんで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０１０７】
尚本実施例の製造方法を用いれば高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように各要素を設定することにより、ウエハ表面の光軸方向の位置情報、そしてウエハ表面の傾き情報を高精度に検出し、ウエハ表面を投影光学系の結像位置に高精度に位置させ、高集積度のデバイスを容易に製造することができる検出装置及びそれを用いた露光装置を達成することができる。
【０１０９】
特に、半導体素子製造用の投影露光装置の面位置検出装置に適用することにより、被検出領域内の任意の場所を測ることが可能になり、測定エラーの少ない高精度な面位置検出を行うことができる。また、被露光ショット内でも最も線幅の細いエリアに対して選択的にフォーカスすることができるのでクリティカルレイヤの焼き付け精度が向上し、全体としてチップの歩留まりを向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投影露光装置の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明で用いているＤＭＤの画素ミラーの説明図
【図３】ＩＣパターンとスリットの位置関係の説明図
【図４】走査型の投影露光装置におけるＤＭＤの画素ミラーと走査スリットの説明図
【図５】走査型の投影露光装置におけるＤＭＤの画素ミラーの時間変化の説明図
【図６】本発明の実施形態１の露光シーケンスのフローチャート
【図７】本発明の投影露光装置の実施形態２の要部概略図
【図８】図７のブレーズド格子の説明図
【図９】図７のポジションセンサ上のスリット画像の説明図
【図１０】本発明に係るＳＬＭ素子の説明図
【図１１】本発明の実施形態３の要部概略図
【図１２】本発明の実施形態４の要部概略図
【図１３】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図１４】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図１５】従来の投影露光装置の要部概略図
【符号の説明】
１    光源
２，１５    コリメータレンズ
３，１４    ＤＭＤ素子
４，５    投光レンズ系
６    ウエハー（被検物）
７    ウエハチャック
８，９    ＸＹステージ
１０    Ｚチルトステージ
１１，１３    受光レンズ系
１２    振動ミラー
１６    受光センサ
１７，１８    スリット
２１    レチクル
２２    レチクル保持台
２３    投影レンズ
２４    信号処理回路
２５    Ｚステージコントローラ
３０    レーザー干渉計コントローラ
３１，３２    ＤＭＤドライバ
３３（４４）    ２次元（１次元）センサ
３６    結像レンズ
３７    ブレーズド格子
３８    反射ミラー
４５    シリンドリカルレンズ
１００    主制御装置
５０    ミラー電極
５２，５３    画素電極
５１    粘弾性膜
６１    液晶装置
６２    偏光板
７１    面発光素子
【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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