JP2003264138A - 面位置検出方法およびそれを用いた露光処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測点が１次元的に配置された露光装置にお
いても、被処理体周縁部の露光領域に対して、被処理体
内部の露光領域と同じ精度で面位置を検出することので
きる優れた面位置検出方法を提供する。 【解決手段】 面位置検出方法として、露光処理開始前
に補正値計測工程を有し、被処理体周縁部の露光領域を
露光する際には、露光領域中心の１測定点のみを用いて
面位置の計測を行い、検出した面位置に前記補正値計測
工程において記憶しておいた補正値を加算して補正する
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
等において被処理体上にパターンを形成するための面位
置検出方法、および露光処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造等において、ウェハ等
の被処理体上に所望の回路パターンを精度よく形成する
ためには、露光処理時に投影光学系の結像面に対して被
処理体の光軸方向の位置と傾斜（以下、面位置という）
を正確に最適位置に制御することが重要である。面位置
の検出方法としては、被処理体の露光領域内の段差によ
る誤差を低減するため、面位置を測定するための測定点
を露光領域内に複数設け、各測定点における測定結果よ
り、平均面位置あるいは近似平面を計算して、面位置を
決定する方法がある。近年、被処理体の移動と露光を繰
り返しながら被処理体全体を露光するステップアンドリ
ピート方式あるいはステップアンドスキャン方式が、露
光装置の光学系の露光領域より面積の大きい被処理体を
露光する方式として用いられているが、このような方式
の場合、被処理体の周縁部の露光領域においては、面位
置を検出するための測定点の一部が被処理体上に含まれ
ない場合が生じる。通常、１つの露光領域内には、複数
の半導体装置のパターンが含まれており、１枚の被処理
体からより多くの製品を得ることが望まれるため、一部
のパターンが被処理体の外部へはみ出るような被処理体
周縁部の露光領域に対しても、被処理体内部の露光領域
と同一の精度でパターン形成を行う必要がある。従来、
このような被処理体周縁部の露光領域に対する面位置検
出方法としては、２次元的に配置された計測点を有し、
光軸方向の面位置と、光軸に対する傾きを同一の光学系
を用いて計測することのできる露光装置に対しては、特
開平１０−２９４２５７号公報に記載されているよう
に、全ての測定点が被処理体内部に位置する露光領域を
露光する時に、面位置の調整が終了した後の各測定点に
おける計測値を記憶し、被処理体周縁部の露光領域を露
光する時には、被処理体内部に位置する計測点における
計測値が、記憶した計測値と同じ値になるように近似平
面を求め、その近似平面が投影光学系のベストフォーカ
ス面に一致するように面位置を調整する方法等が用いら
れている。しかし、光軸方向の面位置を検出する光学系
と光軸に対する傾きを検出する光学系が独立した露光装
置で、光軸方向の面位置を検出する計測点が１次元的に
配置された露光装置については、特開平１０−２９４２
５７号公報に記載の方法は用いることができず、隣接す
る被処理体内部の露光領域の面位置データを代用する方
法が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ような隣接する被処理体内部の露光領域の面位置データ
をそのまま代用する方法によれば、面位置を検出する被
処理体内部の露光領域と露光を行う被処理体周縁部の露
光領域の位置が異なるため、被処理体表面の平坦度の影
響や被処理体の厚みやそりによる誤差が生じ、被処理体
周縁部において正確な面位置で露光できないという欠点
があった。また、特開平１０−２９４２５７号公報に記
載の方法は、近似平面を求めるため計測点を２次元的に
配置しなければならず、１次元的に配置された計測点を
持つ露光装置においては使えないという欠点があった。

【０００４】本発明は、上記従来の問題に鑑み、計測点
が１次元的に配置された露光装置においても、被処理体
周縁部の露光領域に対して、被処理体内部の露光領域と
同じ精度で面位置を検出することのできる優れた面位置
検出方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、面位置検出方法を、露光処理開始前に
補正値計測工程を有し、被処理体周縁部の露光領域を露
光する際には、露光領域中心の１測定点のみを用いて面
位置の計測を行い、検出した面位置に前記補正値計測工
程において記憶しておいた補正値を加算して補正する構
成としたものである。

【０００６】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段
は、前記補正値計測工程を、露光領域内の全ての測定点
が被処理体の内部に位置する被処理体内部の露光領域に
おいて面位置の計測を行い、全測定点による測定結果を
平均して求めた平均面位置と露光領域の中心に位置する
１測定点により求めた面位置との差分を補正値として記
憶する構成としたものである。

【０００７】この構成によれば、被処理体周縁部の露光
領域において、測定点の一部が被処理体外部にあって
も、露光領域中心の１測定点のみ被処理体内部に含まれ
ていれば、全測定点により求めた平均面位置を用いて露
光を行う被処理体内部の露光領域と全く同じ条件で露光
処理を行うことが可能となる。このとき、測定点を中心
の１測定点に限定していることにより、複雑な場合わけ
が不要なため計算が簡単になり処理時間も短くて済む。
また、近似平面を求める必要がないため、測定点が１次
元的に配置されている場合でも面位置の検出を行うこと
ができる。

【０００８】具体的に請求項２の発明が講じた解決手段
は、前記補正値計測工程において、計測の対象となる被
処理体内部の露光領域を複数設定する構成としたもので
ある。

【０００９】この構成によれば、複数の露光領域におけ
る補正値計測の結果を平均化することができるため、よ
り高い精度で補正値を求めることが可能となる。

【００１０】具体的に請求項３の発明が講じた解決手段
は、露光処理方法を、同一条件で連続処理を行う被処理
体群の先頭の被処理体に対してのみ補正値計測を行い、
残りの被処理体に対する補正処理は、前記先頭の被処理
体における補正値を代用する構成としたものである。

【００１１】この構成によれば、被処理体群の先頭の被
処理体のみ補正値計測に時間を要するが、残りの被処理
体については補正値計測を省略することができるため、
処理時間を短縮することが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態に係る面
位置検出方法と露光処理方法を、図面を参照しながら説
明する。

【００１３】図１０に示すように、露光装置は、マスク
１０に描画された回路パターンを投影レンズ１２を介し
て、ステージ１３上に真空吸着等の手段により固定され
た半導体ウェハ１を露光する構成となっている。投影レ
ンズ１２の露光範囲１４内に所望の露光領域２が入るよ
うに、ステージ１３の移動を行い露光領域２の露光を行
う。このステージ１３の移動と露光を順次繰り返して行
うことにより、半導体ウェハ１の全面を露光する。ま
た、露光装置は、図１１に示すように、半導体ウェハ１
の露光領域２における光軸方向の面位置を測定するフォ
ーカス光学系１５と、半導体ウェハ１の露光領域２にお
ける光軸に対する傾きを計測するレベリング光学系１６
を有し、各々の計測結果に応じて最適位置にステージ１
３を調整する位置調整手段を有している。フォーカス光
学系１５の面位置測定点３１〜３５は、図３に示すよう
に露光領域２内部に５点、１次元的に配置されている。

【００１４】図１は、本発明の露光処理方法を示すフロ
ー図である。被処理体として、半導体ウェハ１を複数枚
処理する。

【００１５】まず、１枚目の半導体ウェハ１において、
露光処理開始前に補正値計測を行う。このとき補正値計
測は、図２に示すように、半導体ウェハ１において、露
光領域２１〜２４の４箇所において行う。この４箇所の
露光領域２１〜２４は、露光領域内の面位置測定点３１
〜３５の全てが、半導体ウェハ１の内部に位置する９箇
所の内部露光領域４より選択する。

【００１６】ここで、補正値の計測は、計測対象の露光
領域２１または２２、２３、２４への移動と、該露光領
域におけるレベリング調整をレベリング光学系１６を用
いて行った後、フォーカス光学系１５を用いて行われ
る。

【００１７】補正値の計算方法について図４を用いて説
明する。図４は内部露光領域４における半導体ウェハ１
の断面図を示している。半導体ウェハ１の表面１１は、
半導体装置の製造工程を経るに伴い段差を持つようにな
る。まず、内部露光領域４において、各測定点３１〜３
５において計測した各々の面位置６１〜６５に対し、こ
れらの平均面位置６６を求める。次に露光領域中心の測
定点３３における面位置６３と平均面位置６６の差分を
補正値７として記憶する。

【００１８】本実施の形態では、図２の各露光領域２
１、２２、２３、２４に対応する補正値を７１、７２、
７３、７４とする。補正値７１〜７４を順次求めて記憶
し、最後に補正値７１〜７４の平均値を平均化補正値７
５として記憶する。すなわち、平均化補正値７５＝（補
正値７１＋補正値７２＋補正値７３＋補正値７４）÷４
となる。

【００１９】以上のように求めた平均化補正値７５を記
憶した後、１枚目の半導体ウェハ１の露光処理を開始す
る。まず、露光領域の光軸に対する傾きをレベリング光
学系１６により検出し、露光領域２における半導体ウェ
ハ１表面の傾きが露光光学系の像面に一致するようにス
テージ１３の傾きの調整を実施する。次に、フォーカス
光学系１５を用いて、露光領域２における光軸方向の面
位置の計測を実施する。このとき、図５に示すように、
露光領域内の測定点３１〜３５のうち１つでも半導体ウ
ェハ１の外部へ位置するような周縁部露光領域５に対し
ては、測定点３３のみを用いて測定を行い、図６に示す
ように、測定点３３における面位置６３に対して、記憶
しておいた平均化補正値７５を加算した補正後面位置６
７を算出し、補正後面位置６７にステージ１３を位置調
整した後露光を行う。露光領域が内部露光領域４である
ときは、全ての測定点３１〜３５を使用して平均面位置
６６を算出し、ステージ１３を平均面位置６６に位置調
整した後、露光を行う。

【００２０】次に、２枚目の半導体ウェハ１に交換し、
補正値計測を実施する。１枚目と同様に平均化補正値７
５を記憶した後、露光処理を開始する。ウェハ周縁部露
光領域５に対する補正方法は１枚目と全く同様である。
３枚目以降も全く同様に繰り返し、全てのウェハの露光
処理を終了した時点で処理を完了する。

【００２１】図７に本発明の面位置検出方法を用いて露
光したパターンの例を示す。パターン８１は本発明の面
位置検出方法による半導体ウェハ内部の露光領域におけ
るパターンである。パターン８２は本発明の面位置検出
方法による半導体ウェハ周縁部の露光領域におけるパタ
ーンである。図８は従来の面位置検出方法を用いて露光
したパターンの例である。パターン８３は従来の面位置
検出方法による半導体ウェハ内部の露光領域におけるパ
ターンである。パターン８４は従来の面位置検出方法に
よる半導体ウェハ周縁部の露光領域におけるパターンで
ある。パターン８３、８４の比較より、従来の面位置検
出方法ではウェハ周縁部のパターン形状がウェハ内部の
パターン形状と異なることがわかる。これに対し、パタ
ーン８１、８２の比較より、本発明の面位置検出方法に
よれば、ウェハ周縁部でもウェハ内部と同等のパターン
形状が得られることがわかる。

【００２２】本発明の第２の実施形態に係る露光処理方
法を図面を参照して説明する。本実施形態は、第１の実
施形態に係る露光処理方法において、同一条件で連続処
理を行う被処理体群の露光処理を行う際、補正値計測工
程を被処理体群の先頭の被処理体のみに限定して行い、
残りの被処理体に対しては、先頭の被処理体の補正値を
代用する構成としたものである。

【００２３】図９は第２の実施形態に係る露光処理方法
を示すフロー図である。被処理体として、半導体ウェハ
１を複数枚連続処理する。

【００２４】まず、１枚目の露光処理を開始する前に、
１枚目のウェハにおいて、補正値計測を実施する。補正
値の計測は第１の実施形態と同様であり、平均化補正値
７５を記憶する。

【００２５】次に、１枚目のウェハの露光処理を開始す
る。ウェハ周縁部の露光領域５に対する補正方法は第１
の実施形態と同様であり、記憶しておいた平均化補正値
７５を加算した補正後面位置６７で露光処理を行う。

【００２６】次に、２枚の露光処理を開始する。このと
き、補正値計測は行わず省略する。ウェハ周縁部の露光
領域５に対する補正は、１枚目の補正値計測において記
憶しておいた平均化補正値７５を用いて補正を行い、露
光処理を行う。

【００２７】３枚目以降も２枚目と同様に１枚目の平均
化補正値７５を代用して露光処理を完了する。

【００２８】補正値計測に要する時間は１点約１秒であ
り、４点で約４秒であった。露光処理は１枚約６５ｓで
あった。第１の実施形態では、２５枚×（４秒＋６５
秒）＝１７２５秒かかるのに対し、第２の実施形態で
は、２５枚×６５秒＋４秒＝１６２９秒に短縮すること
ができた。

【００２９】なお、以上の実施形態の説明においては、
補正値計測を行う露光領域を４箇所としたが、これに限
らず、配置や選択個数は任意である。また１箇所でも構
わないことはいうまでもない。

【００３０】また、以上の実施形態の説明においては、
露光領域内の面位置計測点を１次元的に配置された５点
の測定点としたが、配置や測定点の個数はこれに限らず
任意であり、図１２に示すように２次元的に配置される
場合も本発明に含まれることはいうまでもない。

【００３１】また、以上の実施形態の説明においては、
５点の測定点における面位置の単純平均をとって平均面
位置としたが、測定点ごとに重み付けを行って平均面位
置を算出する方法も本発明に含まれる。

【００３２】また、以上の実施形態の説明においては、
被処理体として半導体ウェハを用いたが、本発明はこれ
に限るものではなく、液晶基板やその他の被処理体であ
っても構わない。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、被処理体周縁部の露光
領域に対し、あらかじめ求めた補正値により面位置の補
正が可能となるため、被処理体内部の露光領域と同じ面
位置の条件での露光処理が可能となる。したがって、被
処理体周縁部においても被処理体内部と同等の優れた形
状を有するパターンの形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光処理方法を
示すフロー図

【図２】補正値計測工程を行う被処理体内部の露光領域
を示す図

【図３】露光領域における面位置測定点の配置例を示す
図

【図４】被処理体内部の露光領域における被処理体の断
面図であり、補正値の算出方法を示す図

【図５】被処理体周縁部の露光領域の例を示す図

【図６】被処理体周縁部の露光領域における被処理体の
断面図であり、補正後面位置の算出方法を示す図

【図７】本発明の面位置検出方法を用いて露光したパタ
ーンの例を示す図

【図８】従来の面位置検出方法を用いて露光したパター
ンの例を示す図

【図９】本発明の第２の実施形態に係る露光処理方法を
示すフロー図

【図１０】露光装置の構成を説明するための図

【図１１】露光装置のレベリング光学系およびフォーカ
ス光学系を説明するための図

【図１２】露光領域における面位置測定点の配置例を示
す図

【符号の説明】

１ 半導体ウェハ（被処理体） ２ 露光領域 ４ 内部露光領域 ５ 周縁部露光領域 ７ 補正値（面位置６３と平均面位置６６の差分） １１ 半導体ウェハ１（被処理体）の表面 ２１〜２４ 補正値計測を行う露光領域 ３１〜３５ 面位置測定点 ６１ 面位置測定点３１における面位置 ６２ 面位置測定点３２における面位置 ６３ 面位置測定点３３における面位置 ６４ 面位置測定点３４における面位置 ６５ 面位置測定点３５における面位置 ６６ ６１〜６５の平均面位置 ６７ 補正後面位置 ８１ 本発明の面位置検出方法による内部露光領域にお
けるパターン ８２ 本発明の面位置検出方法による周縁部露光領域に
おけるパターン ８３ 従来の面位置検出方法による内部露光領域におけ
るパターン ８４ 従来の面位置検出方法による周縁部露光領域にお
けるパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 俊之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA20 AA31 BB02 CC19 DD10 FF10 PP12 QQ42 TT08 5F046 BA04 BA05 DA05 DA14 DB05 EC03 FC04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体の露光領域における光学系の光
   軸方向の面位置を前記露光領域内に配置された複数の測
   定点において検出する方法であって、前記被処理体の露
   光処理を開始する前に、前記複数の測定点の全てが被処
   理体の内部に位置する被処理体内部の露光領域において
   面位置の計測を行い、前記複数の測定点の全点により算
   出された平均面位置と、前記測定点のうち露光領域中心
   の１測定点における面位置の差を補正値として記憶する
   補正値計測工程を有し、前記測定点の一部が前記被処理
   体の外部に位置する被処理体周縁部の露光領域を露光す
   る際、前記１測定点のみを用いて検出した面位置に前記
   補正値を加算して面位置を補正することを特徴とする面
   位置検出方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の面位置検出方法であっ
   て、前記補正値計測工程における面位置の計測を、被処
   理体内部の複数の露光領域において計測する構成とし、
   前記複数の露光領域における計測結果の平均値を平均化
   補正値として記憶し、前記被処理体周縁部の露光領域を
   露光する際、前記１測定点のみを用いて検出した面位置
   に前記平均化補正値を加算して面位置を補正することを
   特徴とする面位置検出方法。
3. 【請求項３】 請求項１、２記載の面位置検出方法を用
   いた露光処理方法であって、前記補正値計測工程は、同
   一条件で連続処理を行う被処理体群の先頭の被処理体に
   対してのみ行い、残りの被処理体に対する補正処理は、
   前記先頭の被処理体における補正値を代用することを特
   徴とする露光処理方法。