(57)【要約】【課題】リソグラフィー性能を向上させることができる半導体ウェハ露光装置及び露光方法を提供する。【解決手段】半導体ウェハ上に光を照射する複数のレンズ１１０と、半導体ウェハのトポグラフィーを測定し、このトポグラフィーに応じたデータを生成するレベリングセンサ１２２と、レベリングセンサからのデータを受け、ある焦点面に誘起させる収差を決定するアナイライザ１１２と、複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズを調整して収差を誘起させるコントローラ１１４とを具備する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ上に光を照射する複数のレンズと、
前記半導体ウェハのトポグラフィーを測定し、このトポグラフィーに応じたデータを生成するセンサと、
前記センサからのデータを受け、ある焦点面に誘起させる収差を決定するアナイライザと、
前記複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズを調整して前記収差を誘起させるコントローラ
とを具備したことを特徴する半導体ウェハ露光装置。
【請求項２】
前記複数のレンズは少なくとも３つのレンズと、
１つの焦点制御用レンズとを含むことを特徴する請求項１記載の半導体ウェハ露光装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズの傾きを調整することを特徴する請求項１記載の半導体ウェハ露光装置。
【請求項４】
半導体ウェハの少なくとも第１及び第２の部分のトポグラフィーを測定し、
前記半導体ウェハの前記第１の部分のトポグラフィーに応じて、ある焦点面で誘起させる第１の収差を決定し、
複数のレンズを調整して前記第１の収差を誘起させ、
前記誘起された第１の収差を持つ前記半導体ウェハの前記焦点面に合焦するように、前記複数のレンズを介して前記半導体ウェハ上を露光する
ことを特徴とする半導体ウェハ露光方法。
【請求項５】
半導体ウェハのトポグラフィーを測定し、
前記トポグラフィーに応じて露光スリットの数を決定し、
前記決定された数の露光スリットを介して前記半導体ウェハ上を露光する
ことを特徴とする半導体ウェハ露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ表面のトポグラフィー（topography）に応じて露光を行なう半導体ウェハ露光装置及び露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造においてリソグラフィー技術は必要不可欠である。リソグラフィー工程では、フォトレジスト材料が半導体基板の表面に適用された後、高解像度の回路パターンイメージがフォトレジスト上に露光される。フォトレジストが露光されることにより、使用するフォトレジストのタイプに応じて、露光された部分が容易に除去され、あるいは露光された部分が残る。これにより、パターン化されたフォトレジストが残り、次の材料またはエッチング溶液が適用された際に、パターン化されたフォトレジストによりマスクされ、これにより材料またはエッチング溶液のパターン処理が行われる。この結果、制御された方法により、あるものに対して材料を追加する、ドーピングする、エッチングする等して、例えば、トランジスタのゲート、他の導電配線、ソース／ドレイン領域、溝等を形成することができる。
【０００３】
しかし、リソグラフィー期間では高い精度が要求されるので、リソグラフィー工程は、露光される基板の高さ（topographic height）に非常に敏感である。もし、半導体ウェハ表面の高低（topographical variations）が考慮されないと、チップ領域全体に対する共通した焦点深度の低下により、リソグラフィー性能が著しく損なわれる可能性がある。このような問題は、特に薄い焦点面を使用する高い開口数（ＮＡ）リソグラフィーの使用の増加に伴い、より重大になっている。従来のスキャンタイプ露光装置は、レベリング（leveling）により、チップのトポグラフィーに対応している。この方法では、スキャン中にトポグラフィーが一様になるようにステージの高さ及び傾きを変更することにより、チップ領域全体に渡って焦点差を減少させることができる。従来のレベリングでは、ステージがＺ軸方向（高さ方向）に移動し、トポグラフィープロファイルに追随する。レベリングは、スキャン方向におけるトポグラフィーの変化を修正するために使用される。
【０００４】
しかし、スリット方向では、ステージを傾斜させることのみにより、焦点差が減少する。ステージを傾斜することにより、半導体ウェハ表面の種々の部分が焦点面から外れてしまう。これにより、クリティカルディメンション（ＣＤ）エラーあるいはパターン潰れやパターン滓のような不良が誘発され、リソグラフィー性能が悪化する。ある場合には、ステージの傾斜により、露光の焦点ずれが通常、発生する。
【０００５】
従って、従来では、スリット方向での半導体ウェハ表面のトポグラフィーをレベリングするシステムが必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、スリット方向での半導体ウェハ表面のトポグラフィーをレベリングすることにより、リソグラフィー性能を向上させることができる半導体ウェハ露光装置及び露光方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体ウェハ露光装置は、半導体ウェハ上に光を照射する複数のレンズと、前記半導体ウェハのトポグラフィーを測定し、このトポグラフィーに応じたデータを生成するセンサと、前記センサからのデータを受け、ある焦点面に誘起させる収差を決定するアナイライザと、前記複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズを調整して前記収差を誘起させるコントローラとを具備したことを特徴する。
【０００８】
本発明の半導体ウェハ露光方法は、半導体ウェハの少なくとも第１及び第２の部分のトポグラフィーを測定し、前記半導体ウェハの前記第１の部分のトポグラフィーに応じて、ある焦点面で誘起させる第１の収差を決定し、複数のレンズを調整して前記第１の収差を誘起させ、前記誘起された第１の収差を持つ前記半導体ウェハの前記焦点面に合焦するように、前記複数のレンズを介して前記半導体ウェハ上を露光することを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体ウェハ露光方法は、半導体ウェハのトポグラフィーを測定し、前記トポグラフィーに応じて露光スリットの数を決定し、前記決定された数の露光スリットを介して前記半導体ウェハ上を露光することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スリット方向での半導体ウェハ表面のトポグラフィーをレベリングすることにより、リソグラフィー性能を向上させることができる半導体ウェハ露光装置及び露光方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、本発明の実施の形態の説明する前に、本発明の概要について説明する。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る半導体ウェハ露光装置は、照明装置、レチクルスキャンステージ、ウェハスキャンステージ、及び少なくとも１つの投影レンズを有する。さらに、半導体ウェハ露光装置は、レベリングセンサ、アナライザ、及びコントローラを有する。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る半導体ウェハ露光装置は、ステージを傾斜させることに加えて、下位レンズ収差を誘起させることにより、トポグラフィーをレベリングする。この収差を誘起させるために、投影レンズは、独立して調整可能な複数の投影レンズを含む。さらに、レンズの応答時間を改善するために、投影レンズは、焦点制御用レンズを含む。
【００１４】
このような構成において、レベリングセンサにより、半導体ウェハ内の各チップ領域のトポグラフィーが測定される。測定されたトポグラフィー情報（例えば、所定位置におけるウェハの高さ）がアナライザに送られ、トポグラフィー情報に基づいて、誘起させる収差が決定される。この情報はコントローラに送られ、上記収差が誘起されるようにレンズ及びステージの傾斜が調整される。コントローラは、１つ以上のレンズの位置をダイナミック的に調整し、露光されているウェハの種々の部分におけるトポグラフィーに焦点面を緊密に近接させる。
【００１５】
さらに、露光スリットを複数の小さなスリットに分割することにより、露光されているウェハの種々の部分におけるトポグラフィーに焦点面を緊密に近接させる。アナライザは、レベリングセンサからの高さ情報を受け、この高さ情報を用いて、スリットの適切な分割数を決定する。この高さ情報がコントローラに送られ、スリット毎に、ステージの高さ及び傾きがダイナミック的に制御される。さらに、フレアを抑制するために、照射プロファイルが制御される。
【００１６】
以下、図面を参照して本発明を種々の実施の形態により説明する。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体ウェハ露光装置の構成を示している。この半導体ウェハ露光装置１００は、照明装置１０２、レチクルスキャンステージ１０４、ウェハスキャンステージ１０６、及び少なくとも１つの投影レンズを有する。半導体ウェハ上に投影するための投影レンズとして、本実施形態では３個のレンズ１１０が使用される。これらの構成に加えて、ウェハ露光装置１００は、ウェハ表面の高さを測定するためのレベリングセンサ１２２、所望する焦点面を形成するための調整値を決定するアナライザ１１２、アナライザ１１２の出力に基づいてレンズ１１０を調整するコントローラ１１４及びウェハスキャンステージ１０６を制御するステージコントローラ１１６を有する。
【００１８】
図１に示す半導体ウェハ露光装置１１０は、リソグラフィー性能を向上させるために、レンズ収差が使用される。例えば、１個以上のレンズ１１０の調整による下位収差の導入により、露光されるウェハ表面の種々の部分におけるトポグラフィーに焦点面がより一致するようにされる。従来装置では、収差は一般的に避けられない。ここでいう焦点面とは、従来装置で使用されている平面に限定されない。この収差を誘起させるために、レンズが傾斜され、ウェハ部分のトポグラフィーにより近づくように焦点面が調整される。
【００１９】
所望する収差を導入するために、複数のレンズ１１０は、それぞれ独立して傾斜させることができる。発明を容易に理解するために、図１に示す装置では例えば３個のレンズ１１０が使用される。しかし、本発明は３個のレンズを有する装置に限定されるものではなく、レンズの数はいくつであってもよい。
【００２０】
図１に示す３個のレンズ１１０において、各レンズの傾斜、及びレンズ間の距離は、独立して調整が可能である。例えば、図２に示すように、上方の２個のレンズ１１０ａ、１１０ｂの傾斜及び距離は互いに独立して調整される。これに対して、下側のレンズ１１０ｃは固定されている。これらレンズの調整は、例えば、それぞれのレンズの傾き及び位置を制御する１個以上の圧電素子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄにより行われる。例えば、所望する収差を誘起させるために、圧電素子１１８ａはレンズ１１０ａの一部分を上昇させ、これに対し圧電素子１１８ｃは固定したままにする。さらに、例えば、圧電素子１１８ｂはレンズ１１０ｂの一部分を一方向に傾け、これに対し圧電素子１１８ｄはレンズ１１０ｂを他方向に傾ける。他の例では、圧電素子１１８ａ、１１８ｄは固定したままにし、これに対して圧電素子１１８ｂ、１１８ｃは、レンズ１１０ａ、１１０ｂを傾ける。このようにして、レンズ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは所望する傾き及び位置の如何なる組み合わせでも調整できる。このような構成において、特に、３個のレンズ１１０を有する装置の使用により、露光されるウェハ表面部分のトポグラフィーにより近い２次曲線のような如何なる２次曲線にも従う形状となるように焦点面が整形される。
【００２１】
また、図３に示すように、３個のレンズ１１０に対して第４のレンズ１２０を追加してもよい。この例では、上部３個のレンズは固定されていてもよい。しかし、より一般的にいうと、１個以上のレンズを固定し、残りのレンズを調整する。もしくは、全てのレンズを調整してもよい。
【００２２】
レンズ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃのそれぞれが傾けられると、焦点面に収差が誘起される。計算された収差は（本例では）、焦点面では２次曲線となる。焦点面における曲線の次数は、調整されるレンズの数に依存する。例えば、２個のレンズを使用すると１次曲線の焦点面となり、３個のレンズを使用すると２次曲線の焦点面となり、４個のレンズを使用すると３次曲線の焦点面となる。
【００２３】
各レンズの調整量を決定するために、アナライザ１１２はレベリングセンサ１２２からの高さ情報を受ける。ウェハが部分毎にスキャンされることにより、レベリングセンサ１２２はウェハの種々の部分のウェハ表面における高さを決定する。レベリングセンサは一般的に良く知られており、従来のリソグラフィー装置で使用されている。種々の位置におけるウェハ表面の高さ情報は、センサ１２２からアナライザ１１２に送られ、アナライザ１１２で処理され、レンズ１１０において所望する焦点面が形成されるように調整値が決定される。
【００２４】
所望の焦点面が一度決定されると、アナライザ１１２はこの情報をコントローラ１１４に出力し、ウェハの高さ情報に基づき所望の収差が導入されるようにレンズのいくつか、あるいは全てのレンズが調整され、照明されるウェハ表面のトポグラフィーにより一致するように調整される。このような制御は圧電素子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄにより行われる。圧電素子の制御は、従来から一般的によく知られている。他の例では、追加の収差レンズ１２０が圧電素子により調整される。各ウェハの部分の焦点面がウェハ表面のトポグラフィーに近づくようにするためにスキャンが実行されるので、アナライザ１１２及びコントローラ１１４はダイナミック的に計算を行い、リアルタイムでレンズ１１０を制御することができる。
【００２５】
図４は、ウェハ表面１３０の一部の断面を示している。ウェハ表面のトポグラフィーは段差１３０（ａ）があるように示されている。この段差により、チップ表面１３０の高さに差が生じている。線１２９は従来装置を使用したときに得られる焦点面を示している。レンズを傾けることによって、０次に傾けられた焦点面が得られる。図示するように、焦点面１２９はチップ表面１３０のトポグラフィーに一致しない。焦点面１２９と表面１３０との間に大きな差が生じていることが領域１３１内の矢印で示されている。
【００２６】
これに対し、図５は、照明されるウェハ部分のトポグラフィーにより近づくように、２次の焦点面が誘起されたウェハ表面１３０の一部分を示している。再度説明するが、ウェハ表面１３０のトポグラフィーは、表面１３０のレベルに段差１３０（ａ）があるように示されている。表面１３０からレンズ１１０への距離が表面１３０の位置に応じて変化するので、先に説明したように、このような高さの差はリソグラフィー性能を悪化させる。図１に示す実施形態の装置の使用により形成される２次曲線の焦点面が破線１３２で示されている。２次曲線の焦点面の他の例が、図４において実線１３４で示されている。実線１３４で示されている焦点面は、破線１３２よりも、表面のトポグラフィーにより近接している。つまり、実線１３４で示されている焦点面は、トポグラフィー内の変化により近づいている。焦点面１３２または１３４がウェハ表面１３０部分のトポグラフィーと一致する程度は、アナライザ１１２からの出力に基づくレンズ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄの傾きにより決定される。加えて、ウェハ表面と焦点面との間の焦点差が、ウェハ表面１３０部分上のいかなる点におけるしきい値よりも大きくならないように、しきい値１３６が設定される。
【００２７】
反応時間を改善するために、図３に示すように、第４のレンズ１２０が追加される。この第４のレンズ１２０を追加することにより、上部３個のレンズは固定され、この第４のレンズ１２０が調整される。この第４のレンズ１２０は、上部３個のレンズよりも小型のものでよい。小型のレンズを使用することにより、レンズの動きのみではなく、反応時間も改善することができる。
【００２８】
図６は、図１の装置を用いた本発明の一実施形態に係る半導体ウェハ露光方法を実施する際の手順を示すフローチャートである。開始に当り、ステップ２００に示すように、バルクシリコンウェハ（bulk silicon wafer）、シリコンオンインシュレータ（silicon-on-insulator wafer）等の半導体ウェハが露光装置内に挿入される。次に、ステップ２０２に示すように、レベリングセンサ１２２を使用してウェハ表面の高さが測定される。ステップ２０４において、アナライザ１１２がレベリングセンサ１２２からの高さ情報を受け、露光されるウェハの各部分に対する所望の高さ及び傾きを決定する。チップ表面と焦点面との間の最大焦点差のために、ステップ２０４において、先のしきい値１３６を決定、もしくは確認してもよい。このしきい値１３６は、ウェハ毎の基準、もしくはウェハの部分毎の基準として調整される。ステップ２０６において、コントローラ１１４は１個以上のレンズの高さ及び／又は傾きの調整により、導入すべき収差を制御する。半導体ウェハをスキャンしながら露光する期間におけるレンズ１１０の高さ及び傾きは、スキャン中に、コントローラ１１４によりリアルタイムでダイナミック的に調整される。
【００２９】
ステップ２０８において、ウェハが露光装置１００から取り出される。一例では、収差の分析は、ある１つのウェハ、あるいはウェハのある部分に対して一回実行され、焦点面を形成するためにダイナミック的な調整値が決定される。長期間に渡って形成された調整値を示す情報は、メモリやその他コンピュータにより読み出し可能なメディアに格納され、さらなるウェハが装置により露光される等に、これらの調整値をメモリから読み出すことにより、調整値を再度決定する必要がないようにすることができる。これにより、多量のウェハを連続して露光する時に、露光プロセスを劇的にスピードアップさせることができる。あるいは、個々のウェハ毎に収差の調整値を最初から決定してもよい。
【００３０】
次に他の実施形態による方法を説明する。本例では、露光スリットを小さなスリットに分割するようにしたものである。このような構成によれば、焦点面をウェハ表面のトポグラフィーにより近づけることができる。図７は、焦点面にこの分割露光スリットを採用した場合におけるウェハ部分３３０表面の断面図を示している。ウェハ部分の表面３３０には高さ方向に段差３３０（ａ）が生じている。このような高さの差に対応するために、露光スリットが２以上の小さなスリットに分割され、ウェハ表面の小部分にのみ露光される。このような構成において、スリットのサイズは遮蔽窓（blind aperture）の使用により調整され、スリットのサイズが物理的に調整される。
【００３１】
図７中に示す破線３３２は、２つのスリットを使用する際に形成される焦点面の一例を示している。また、実線３３４は、３つのスリットを使用する際に形成される焦点面の一例を示している。本例では２つまたは３つのスリットを使用する場合を示しているが、いかなる数のスリットを使用するようにしてもよい。ある構成によれば、スリットの数は与えられた焦点面の変曲点の数に関連する。例えば、スリットの数Ｓｎ、与えられた焦点面の変曲点の数Ａｎには、次式に示すような関係が成立する。
【００３２】
Ｓｎ＝Ａｎ＋２
すなわち、変曲点が存在しない場合、スリットの数は２である。他の例では、１つの変曲点が存在する場合、スリットの数は３である。
【００３３】
先に説明したように、しきい値３３６は、ウェハ表面と焦点面との間の焦点差が、いかなる点におけるしきい値よりも大きくならないように設定される。
【００３４】
アナライザ１１２は、スリットの最適な数を決定するために使用され、その情報はコントローラ１１６に転送される。コントローラ１１６は、各スリットのステージの高さ及び傾きを制御し、チップ表面のトポグラフィーにマッチした焦点面を提供する。コントローラ１１６は、さらに、各スリット内の光照射プロファイルを制御して、フレアを抑制する。フレアとは、スリットのエッジからの照射漏れの一種である。照射プロファイルは、ニユートラルデンシティ（ＮＤ）フィルタのようなフィルタにより制御される。
【００３５】
図８は、図１の装置を用いた本発明の他の実施形態に係る半導体ウェハ露光方法を実施する際の手順を示すフローチャートである。開始に当り、ステップ４００に示すように、半導体ウェハが露光装置内に挿入される。次に、ステップ４０２に示すように、レベリングセンサを使用してウェハ表面の高さが測定される。ステップ４０４において、アナライザが高さ情報を受け、最適なスリットの数を決定し、かつ各スリットのステージ高さ及び傾きを決定する。さらに、チップ表面とスリットの焦点面との間の焦点差のために、ステップ４０４においてしきい値を設定する。このしきい値は、焦点差が所定値よりも小さくなるように設定される。ステップ４０６において、コントローラは各スリットのステージの高さ及び傾きをダイナミック的に制御する。加えて、各スリット内で照射プロファイルが制御され、フレアが抑制される。そして、ステップ４０８において、ウェハが露光装置から取り出される。
【００３６】
以上説明したように、上記各実施形態の半導体ウェハ露光装置及び露光方法によれば、レベリングセンサは半導体ウェハのトポグラフィーを測定し、このトポグラフィーに応じたデータを生成し、アナイライザはセンサからのデータを受け、ある焦点面に誘起させる収差を決定し、コントローラはアナイライザからのデータにより複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズを調整して収差を誘起させるようにしたので、スリット方向での半導体ウェハ表面のトポグラフィーをレベリングすることができ、これによってリソグラフィー性能を向上させることができる。
【００３７】
さらに、上記各実施形態の半導体ウェハ露光装置及び露光方法によれば、半導体ウェハのトポグラフィーを測定し、トポグラフィーに応じて露光スリットの数を決定し、決定された数の露光スリットを介して半導体ウェハ上を露光するようにしたので、スリット方向での半導体ウェハ表面のトポグラフィーをレベリングすることができ、これによってリソグラフィー性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体ウェハ露光装置の構成を示す図。
【図２】図１の装置で使用されるレンズの一構成例を示す断面図。
【図３】図１の装置で使用されるレンズの他の構成例を示す断面図。
【図４】従来の装置を用いて焦点面が形成される半導体ウェハ表面の断面図。
【図５】図１の装置を用いて焦点面が形成される半導体ウェハ表面の断面図。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体ウェハ露光方法の手順を示すフローチャート。
【図７】本発明の他の実施形態に係る半導体ウェハ露光方法を用いて焦点面が形成される半導体ウェハ表面の断面図。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る半導体ウェハ露光方法の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３９】
１００…ウェハ露光装置、１０２…照明装置、１０４…レチクルスキャンステージ、１０６…ウェハスキャンステージ、１１０…投影レンズ、１１２…アナライザ、１１４…コントローラ、１１６…ステージコントローラ、１１８…圧電素子、１２２…レベリングセンサ。
【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】
2009182323.tif 000009
【図８】
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