JP2008258325A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面位置の計測精度を向上させる。
【解決手段】原版からの光を投影する投影光学系を有し、投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、計測器と制御器とを有する。計測器は、基板に配されたショット内の計測点に関し、投影光学系の光軸の方向における基板の表面の位置を計測する。制御器は、計測点の複数の大きさそれぞれに関し、基板に配された複数のショットにおいて計測器に該表面の位置を計測させる。そして、計測器は、計測された位置に基づき、複数の大きさそれぞれに関して計測の再現性を示す指標を算出し、算出された指標に基づいて計測点の大きさを決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置に関する。

フォトリソグラフィー技術を用いて微細な半導体素子又は液晶表示素子を製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によって基板に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が使用されている。投影露光装置においては、半導体素子の高集積化に伴い、より高い解像力でレチクルの回路パターンを基板に投影露光することが要求されている。投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。したがって、波長を短くすればするほど解像力はよくなる。このため、近年の光源は、超高圧水銀ランプ（ｇ線、ｉ線）から波長の短いＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザになり、液浸露光装置の実用化の検討も進んでいる。更に、露光領域の一層の拡大も要求されている。

これらの要求を達成するために、ステッパーに換わってスキャナーが主流になりつつある。ステッパーは、略正方形形状の露光領域を基板に縮小して一括露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置である。また、スキャナーは、露光領域を矩形のスリット形状としてレチクルと基板を相対的に高速走査し、大画面を精度よく露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である。

スキャナーでは、露光中に、基板の所定位置が露光スリット領域にさしかかる前にフォーカスチルト計測系により当該基板の所定位置における表面位置を計測し、その所定位置を露光する際には、基板表面を最適の露光結像位置に合わせ込む補正を行っている。また、基板の表面位置の高さ（フォーカス）だけではなく、表面の傾き（チルト）を計測するために、露光スリットの長手方向（走査方向と直交する方向）も含め、露光スリット領域内には複数の計測チャンネルを有している。このようなフォーカス及びチルトの計測方法は、特許文献１に記載されている。

従来のオフセットを計測する方法を、図２を用いて説明する。図２（ａ）は、基板４０内のフォーカス計測のためのサンプルショット（図２（ａ）では８ショット）を示す。図２（ｂ）は、サンプルショット内の計測チャンネルと計測点の一例を示す。図２（ｂ）において、前記計測チャンネルの夫々には、平均化効果を目的として、不図示の複数の計測マークが配置されているものとする。基板４０上の所定のサンプルショットに対して走査方向に所定の間隔（例えば１ｍｍ）で複数の計測マークによるフォーカス計測を行う。次に、サンプルショット内で、基準となる計測チャンネルの基準となる計測点でのフォーカス計測値から基準面を作成する。図２（ｃ）に示すように、各計測点Ｐｊ（ｊ＝１、２、３、・・・、ｍ）でのフォーカス計測値と基準面との差分をサンプルショットで平均したものを、各計測点Ｐjにおけるオフセットとして求める。当該オフセットを用いて、次の基板からのフォーカス計測値を補正して、基板の面位置（フォーカス及びチルト）を計測している。
特開平６−２６０３９１号公報

しかし、近年では露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進み、焦点深度が極めて小さくなり、露光すべき基板表面を最良結像面に合わせ込む精度、いわゆるフォーカス精度もより厳しいものが求められてきている。特に、最近では基板上のパターンの粗密や基板に塗布されたレジストの厚さむらに起因する表面位置計測器の計測誤差が無視することができなくなってきている。

レジストの厚さむらに起因する計測誤差としては、周辺回路パターンやスクライブライン近傍には、焦点深度と比べれば小さいが、フォーカス計測にとっては大きな段差が発生している。このため、塗布されるレジスト表面の傾斜角度が大きくなり、表面位置計測器の計測する反射光が反射や屈折によって正反射角度からずれを生じ、計測誤差（オフセット）となる。

図３は、基板上のパターンの粗密に起因する計測誤差を示すものである。例えばパターンが粗な領域では基板の反射率が高く、パターンが密な領域では反射率が低いというように、基板の反射率に差が生じてしまう。このため、表面位置計測器により計測される反射光の反射強度が変化し、パターンの粗密のない場合の本来の信号波形Ａに対して信号波形Ｂのように非対称性が発生し、例えば重心処理等の信号処理では計測誤差（オフセット）が生じる。

図４は、ある計測点における計測マークと、基板下地のパターンの位置関係とそれによって生じる計測誤差（オフセット）について示した図である。基板の下地のパターンと計測マークとの位置関係によっては、計測領域Ａではオフセットが小さいが、計測領域Ｂでは大きなオフセットが生じるところまで計測領域が含まれている。さらに、反射率大と反射率小との境界には僅かな段差があり、レジストの塗布状態がサンプルショットによって異なるような場合にはサンプルショットによってオフセットが変化することが考えられる。

図５は、ある計測チャンネルにおける計測点に対する基準面からのオフセットを示した図である。図５において、オフセットのサンプルショット間のばらつきを上下の矢印で示してある。図５では、例えば、計測点Ｐ４でのオフセットが他の計測点に比べてばらつきが大きく、オフセットの安定性（再現性）に欠けていることがわかる。上記オフセットのばらつきが基板の平坦度の許容範囲より大きい場合には、計測点Ｐ４で求められたオフセットで補正しても、ショットによっては許容範囲以上のデフォーカスが生じてフォーカス精度が悪化する。その結果、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ，線幅）がその許容範囲から外れてしまう恐れがある。

本発明は、基板の表面位置の計測精度を向上させることを例示的目的とする。

本発明は、原版からの光を投影する投影光学系を有し、投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、基板に配されたショット内の計測点に関し、投影光学系の光軸の方向における基板の表面の位置を計測する計測器と、計測点の複数の大きさそれぞれに関し、基板に配された複数のショットにおいて計測器に表面の位置を計測させ、計測された位置に基づき、複数の大きさそれぞれに関して計測の再現性を示す指標を算出し、算出された指標に基づいて計測点の大きさを決定する制御器と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、基板の表面位置の計測精度を向上させることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

［露光装置の実施形態］
図２０は、本発明に係る半導体露光装置の全体的な構成を示す図である。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２０に形成された回路パターンを基板４０に露光する走査露光装置である。かかる露光装置１は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィ工程に好適である。露光装置１は、照明装置１０と、レチクル２０を載置するレチクルステージ２５と、投影光学系３０と、基板４０を保持し且つ移動する基板ステージ４５と、フォーカスチルト計測系５０と、アライメント計測系７０と、制御器６０とを有する。制御器６０は、ＣＰＵやメモリを有し、照明装置１０、レチクルステージ２５、基板ステージ４５、フォーカスチルト計測系５０、アライメント計測系７０と電気的に接続され、露光装置１の動作を制御する。

照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２０を照明し、光源部１２と、照明光学系１４とを有する。光源部１２は、レーザ光を使用し、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザなどを使用することができる。しかし、光源の種類はエキシマレーザに限定されず、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザや波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を使用してもよい。

照明光学系１４は、光源部１２から射出した光束を用いて被照明面を照明する光学系であり、光束を露光に最適な所定の形状の露光スリットに成形し、レチクル２０を照明する。照明光学系１４は、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含み、例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で配置する。照明光学系１４は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーターを含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。

レチクル２０は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターンが形成され、レチクルステージ２５に支持され、駆動されている。レチクル２０から発せられた回折光は、投影光学系３０を通り、基板４０上に投影される。レチクル２０と基板４０とは、光学的に共役の関係に配置される。レチクル２０と基板４０を縮小倍率比の速度比で走査することによりレチクル２０のパターンを基板４０上に転写する。露光装置１には、不図示の光斜入射系のレチクル計測器が設けられており、レチクル２０は、レチクル計測器によって位置が計測され、所定の位置に配置される。レチクルステージ２５は、不図示のレチクルチャックを介してレチクル２０を支持し、不図示の移動機構に接続されている。不図示の移動機構は、リニアモーター等で構成され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にレチクルステージ２５を駆動することでレチクル２０を移動させることができる。投影光学系３０は、物体面からの光束を像面に結像する機能を有し、レチクル２０に形成されたパターンを経た回折光を基板４０上に結像する。

基板４０は、被処理体であり、フォトレジストが基板上に塗布されている。基板４０は、アライメント計測系７０及びフォーカスチルト計測系５０が位置計測を行うための被計測体でもある。アライメント計測系７０は、基板４０のＸＹ位置ずれを計測するためのものであり、図では露光投影光学系の光軸とは別の光軸上に配置されて非露光光を用いる、いわゆるオフアクシス方式を示している。基板ステージ４５は、基板チャック４６によって基板４０を支持する。基板チャック４６には、少なくとも３つ以上の基板チャックマークが配置されており、フォーカスチルト計測系５０によってＺ高さ情報を、アライメント計測系によってＸＹ位置情報を得ることができる。基板ステージ４５は、レチクルステージ２５と同様に、リニアモーターを利用して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向に基板４０及び基板チャック４６を移動させる。また、レチクルステージ２５の位置と基板ステージ４５の位置は、例えば、レーザ干渉計などにより監視され、両ステージ２５，４５は一定の速度比率で駆動される。基板ステージ４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、レチクルステージ２５及び投影光学系３０は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

次に、図２０の露光装置１におけるフォーカスチルト計測系５０を説明する。フォーカスチルト計測系５０は、光学的な計測器を用いて投影光学系３０の光字句の方向における露光中の基板４０の表面の位置（Ｚ軸方向）の位置情報を計測する。投影光学系３０を用いて基板４０の表面に対して高入射角度で投影し、受光光学系を用いてフォーカス計測用のスリット状の計測マークの投影像をＣＣＤ等の光電変換素子に再結像させ、光電変換素子からの信号波形を用いて基板４０の面位置を計測する。

スキャナーでは、フォーカスチルト計測系５０が、基板の所定の位置が露光スリット領域に差し掛かる前に当該基板の所定の位置における表面位置を計測し、その所定の位置を露光する際には、基板表面を最適な露光結像位置に合わせ込む補正を行う。また、基板の表面位置の高さ（フォーカス）だけではなく、表面の傾き（チルト）を計測するために、露光スリットの長手方向（即ち、走査方向と直交する方向）も含め、露光スリット領域内には複数の計測チャンネルを有している。

［計測領域の最適化］
図1は、本発明のフォーカス計測方法の概要を説明するフロー図である。ステップ１００において、制御器６０は、フォーカスチルト計測系５０が基板４０上に設けられた複数のショット内の複数の計測点のそれぞれにおいて異なる計測領域で計測した計測結果である基板表面の位置情報を複数取得する。ステップ１１０において、制御器６０は、まず、取得した複数の位置情報に基づいて、異なる計測領域のそれぞれについて基準面からのオフセットの指標（計測の再現性を示す指標）を算出する。ステップ１２０において、制御器６０は、ステップ１１０で算出された、異なる計測領域でのオフセットの指標に基づいて、最適な計測領域を決定する。

本明細書において、「計測チャンネル」とは、非走査方向に配置されたＣＣＤ等の受光素子の計測部と定義し、「計測点」とは同一ＣＣＤにおける走査方向の計測地点と定義する。また、「計測領域」とは、フォーカス計測時に各計測点における計測マークが基板上を走査する際の走査方向の領域と定義する。以下、計測領域の最適化手法に関する実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
図６は、計測領域の最適化に関する第1の実施形態を示すフロー図である。

ステップ２００において先行基板を搬入する。ステップ２１０において、制御器６０はフォーカス計測のための計測領域の初期設定を行う。ステップ２２０において、制御器６０は、フォーカスチルト計測系５０に基板のあるショットでフォーカス計測を行わせ、制御器６０は計測した面位置情報を取得する。ステップ２３０において、制御器６０は、設定したすべてのサンプルショットのフォーカス計測が終了していないと判断すれば、ステップＳ２４０において、制御器６０は、フォーカスチルト計測系５０にサンプルショットを変更してフォーカス計測を行わせる。ステップ２５０において、制御器６０は、想定している計測領域のすべてのフォーカス計測が終了していないと判断すれば、ステップ２６０において計測領域を変更する。ステップ２６０における計測領域の変更方法について詳細を以下説明する。

図８は本実施形態における計測領域の一例を示した図であり、紙面下方向にステージが走査しているとする。図８の計測領域Ａ１が初期計測領域であるとすると、計測領域Ａ１とは異なる計測領域Ａ２、Ａ３、・・・、計測領域Ａｋに順次変更していく。計測領域を変更する方法としては、（１）基板ステージの走査速度を変更する方法と、（２）ＣＣＤの蓄積時間を変更する方法とが挙げられるが、本実施形態では上記（１）及び（２）のいずれを変更してもよい。計測点はショット内の所定の位置として予め決定されていることが多い。計測領域によらずに計測点を一致させる場合には、ＣＣＤ蓄積時間のタイミングを調整して、図８に示されるように、計測領域Ａ１〜Ａｋが所定の計測点に対して紙面上下方向に対称に変化させるようにすればよい。

図６に戻り、ステップ２５０において、制御器６０は、全サンプルショットでＡ１からＡｋまでの全計測領域でフォーカス計測が終了していると判断すれば、ステップ２７０に進む。ステップ２７０において、制御器６０は、それぞれの計測領域Ａｉにおける基準面からの差分をオフセットとして算出する。

図７はステップ２７０の詳細を示すフロー図である。ステップ３００において、制御器６０は、基準面を求めるための基準となる計測チャンネル及び基準となる計測点を指定する。例えば、本実施形態における基準となる計測チャンネルは図２（ｂ）のｃｈ３であり、基準となる計測点は図２（ｂ）のＰ３であるとする。ステップ３１０において、制御器６０は、異なる計測領域のうちの一つの計測領域Ａｉを設定し、ステップ３２０において、計測領域Ａｉにおける基準面を算出する。具体的には、基準となる計測チャンネルｃｈ３に着目し、基準となる計測点Ｐ３で、指定した計測領域Ａｉにおけるフォーカス計測値をサンプルショット分（図２(ａ)では８ショット）取得する。取得した８ショット分のフォーカス計測値をもとに近似を行い基準面とする。なお、上記基準面は平面近似でもよいし、より詳細な基板の基準面を求めるために、高次の多項式を用いた曲面で近似してもよい。

ステップ３３０において、制御器６０は、計測領域Ａｉにおいて、各計測チャンネルｃｈ1、ｃｈ２、・・・、ｃｈnの各計測点Ｐｊ（ｊ＝１，２・・・ｍ）で、基準面からの差分をオフセットとしてサンプルショット分算出する。ステップ３４０において、制御器６０は、全計測領域Ａｉでオフセットを算出したと判断しなければ、ステップ３５０において計測領域Ａｉを変更し、ステップ３２０に戻ることを繰り返す。制御器６０（決定部６２）は、図６のステップ２７０が終了したと判断すれば、ステップ２８０において、計測領域の最適化を行う。

図９は、ステップ２８０において、特定の計測点で計測領域の最適化を実施した例を示す図である。図９（ａ）は、図８（ｂ）の計測領域Ａ１、Ａ２、・・・Ａｋにおけるある計測チャンネルにおける計測点Ｐj（ｊ＝１，２・・・ｍ）での基準面からのオフセットのサンプルショット間のばらつきを示した図である。このオフセットのサンプルショット間のばらつきは、計測の再現性を示す指標である。なお、図９（ａ）には所定のトレランスが記されている。このトレランスは基板プロセスのデザインルールによって決められる。このトレランスは、例えば、６５ｎｍＮｏｄｅのＷ−ＣＭＰプロセスの場合では５０ｎｍ、Ｃｕのデュアルダマシンプロセスの場合では３０ｎｍというように規定できるものである。

図９（ｂ）は、現行の計測領域Ａ１におけるサンプルショット間ばらつきのうち、前記トレランスを超えている計測点Ｐ１及びＰ４について計測領域毎にプロットさせた図である。この例では、計測点Ｐ１については、計測領域Ａ３のみでオフセットのサンプルショット間ばらつきが所定のトレランスよりも小さいことが示され、現行の計測領域Ａ１の代わりに計測領域Ａ３を最適な計測領域として設定すればよい。計測点Ｐ４については、複数の計測領域Ａ３及びＡ４で所定のトレランスよりも小さいことが示されている。特に、オフセットのショット間ばらつきが小さいほどフォーカス精度は向上するという観点に立ち、ショット間ばらつき（計測の再現性を示す指標）が最小である計測領域Ａ４を最適な計測領域として設定すればよい。

［第２の実施形態］
図１０は、計測領域の最適化に関する第２の実施形態を示す図であり、全計測点で最適化を実施した図である。第２の実施形態は、各計測チャンネルに着目した場合に、ＣＣＤの蓄積時間は同一走査においては一定であるほうが望ましい、という場合に特に効果がある。図１０（ａ）では、ある計測チャンネルにおいて、基板ステージの走査速度を一定にし、ＣＣＤの蓄積時間を複数設定することで得られた各計測領域Ａ１、Ａ２、・・・Ａｋにおけるオフセットのサンプルショット間ばらつきを示す。なお、各計測領域Ａｉによらずに各計測点Ｐｊが一致するために、ＣＣＤの蓄積開始時間のタイミングを調整している。図１０（ａ）では、上述の基板プロセスのデザインルールによって決まる所定のトレランスが記されており、現行の計測領域Ａ１においては、当該計測チャンネルにつきオフセットのサンプルショット間のばらつきの平均がトレランスを超えている。図１０（ｂ）は、現行の計測領域Ａ１も含め、各計測領域毎にオフセットのサンプルショット間のばらつきの平均値（計測の再現性を示す指標の平均値）をプロットしたものを示す。この例では、図１０（ｂ）において、オフセットのサンプルショット間ばらつき(指標)の平均値が所定のトレランスよりも小さい計測領域Ａ４を、当該計測チャンネルにおける全計測点で共通する最適な計測領域として設定すればよい。

［第３の実施形態］
図１１は、第３の実施形態を示すフロー図である。第３の実施形態は、事前に最小単位の計測領域でフォーカス計測を実施しておき、それより長い計測領域でのフォーカス計測値を推定してから、その結果に基づいて計測領域を最適化する。ステップ２００において、先行基板を搬入した後、ステップ２１５において、制御器６０はフォーカス計測のための最小計測領域を設定する。ステップ２２０において最小計測領域のみで事前にフォーカス計測を実施し、ステップ２５０においてサンプルショットでのフォーカス計測が終了するまでステップ２６０でサンプルショットを移動することを繰り返す。続いて、ステップ２６５において、最小計測領域でのフォーカス計測値に基づいて各計測領域Ａｉにおけるフォーカス計測値を推測する。

図１２は、第３の実施形態における計測領域を示す図であり、計測領域によらず計測点が一致している例である。図１２を用いて、最小計測領域でのフォーカス計測値から各計測領域Ａｉでのフォーカス計測値を推定する手法を説明する。図１２において、例えば計測領域Ａ１は最小計測領域４つ分に相当しており、計測領域Ａ２は最小計測領域６つ分に相当している。したがって、計測領域Ａ１におけるフォーカス計測値は、Ａ１に相当する最小計測領域４つのフォーカス計測値の積分によって求めることができる。また、計測領域Ａ２におけるフォーカス計測値は、Ａ２に相当する最小計測領域６つのフォーカス計測値の積分によって求めることができる。

次に、これまでの記載した実施形態と同様に、ステップ２７０において各計測領域における各計測チャンネル、各計測点でのオフセットの算出をし、ステップ２８０にて、計測領域の最適化を行えばよい。

［第４の実施形態］
図１３は、第４の実施形態における計測領域Ａｉを示す図である。これまでの実施形態では、計測点Ｐjの位置が、計測領域Ａｉによって不変である場合について記載してきた。しかし、計測点Ｐjの位置は微小にずれていてもよい。図１３は、例えば、ステージの走査速度は変えずに、ＣＣＤ蓄積開始時間を一致させ、蓄積終了時間を変えた場合の図で、計測領域Ａｉは計測開始位置が一致しており、計測終了位置が異なっている。この場合、計測領域Ａｉの変化に伴って計測点が厳密には若干ずれることとなるが、計測終了位置付近のみの基板プロセスの影響をキャンセルさせるためには効果がある。

図１４（ａ）は、ある計測チャンネルの現行の計測点Ｐjを示しており、図１４（ｂ）が本発明による計測領域の最適化によって求められた計測点Ｐj'及びオフセットである。特に、ツインステージの場合、計測ステーションにおいてフォーカス計測を詳細に行って事前に基板全体の平面度を取得し、露光ステーションにおいてステージの基準マークの高さ計測のみを行って露光スリットと基板との高さ制御を行っている。したがって、計測ステーションにおけるフォーカス計測時には計測点は必ずしも等間隔である必要はなく、本発明による計測領域の最適化が適用可能である。

図１４（ｂ）のように、計測点Ｐj'が不等間隔であるとする。そのような場合でも、当該計測点Ｐj'でのオフセットを算出した後に、図１４（ｃ）のように計測点Ｐj'でのフォーカス計測値に対してオフセット補正を行えば、計測点Ｐj'において許容範囲を超えるデフォーカが生じにくくなる。そして、露光ステーションと計測ステーションとの間で基板ステージのスワップ（交換）または移動が行われている間に、直線補間や３次スプライン補間のような統計的な手法により、露光制御に必要な基板の表面形状（高さ分布）を算出することが可能である。

［第５の実施形態］
図１５は第５の実施形態における計測領域Ａｉを示す図である。図１５は、第３の実施形態において、各計測領域でフォーカス計測の計測開始位置を一致させた場合に相当する。図１５を用いて、最小計測領域でのフォーカス計測値から各計測領域Ａｉでのフォーカス計測値を推定することを説明する。図１５において、例えば計測領域Ａ１は最小計測領域３つ分に相当しており、計測領域Ａ２は最小計測領域４つ分に相当している。したがって、計測領域Ａ１におけるフォーカス計測値は、Ａ１に相当する最小計測領域３つのフォーカス計測値の積分によって求めることができる。また、計測領域Ａ２におけるフォーカス計測値は、Ａ２に相当する最小計測領域４つのフォーカス計測値の積分によって求めることができる。

本発明の第５の実施形態も、計測点の位置が微小にずれる場合であるが、第４の実施形態と同様の最適化をツインステージの場合に適用すれば効果がある。

［第６の実施形態］
図１６は第６の実施形態における計測領域Ａｉを示す図である。これまで記載した実施形態ではいずれも計測領域Ａｉの幅（以下、計測幅と呼ぶ）が変化している場合を記載してきたが、これに限らず、計測幅が一定の場合でも計測点を微小にずらすことにより、結果的に計測領域をずらすことが可能である。

図１６は計測幅が一定であり、計測点をステージ走査方向に微小にずらして計測した計測領域の一例を示した図である。具体的には、ステージの走査速度やＣＣＤのトータルの蓄積時間は変えずに、蓄積開始時間のタイミングを変えることによって実現が可能である。本実施形態では、特に各計測領域における計測点Ｐｊの微小なずれに対応するために、図１６に示すように計測領域Ａｉにおける計測点Ｐｊに対してはＰｊ(Ａｉ)と記載して区別する。

図１７（ａ）は、図１６における計測領域Ａｉにおけるオフセットのサンプルショット間ばらつきを示した図である。ここで、計測点に関しては、計測領域Ａ１、計測領域Ａ２の計測点Ｐ１に対して、Ｐ１(Ａ1)、Ｐ１(Ａ2)のように区別をしている。図１７（ｂ）は、現行の計測領域Ａ１に着目し、所定のトレランスを超える計測点Ｐ１について、異なる計測領域ＡｉでのオフセットＰ１（Ａ１）、Ｐ１（Ａ２）、・・・Ｐ１（Ａｋ）のサンプルショット間ばらつきを計測領域毎にプロットしたものである。図１７（ｂ）では、計測領域Ａ３でサンプルショット間ばらつき（計測の再現性を示す指標）が所定のトレランスより小さいために、現行の計測領域Ａ１の代わりに計測点Ｐ１では計測領域Ａ３を選択すればよい。

［第７の実施形態］
第７の実施形態は、フォーカス計測領域の最適化の応用例を示した実施形態である。図１８は、実際の露光の前に、フォーカス及び露光量を変えて露光条件出しを行う、いわゆるＦＥＭ（Ｆｏｃｕｓ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｍａｔｒｉｘ）露光時に、計測領域の最適化手法を適用した場合のフロー図である。ＦＥＭ露光時には、露光量を細かく振って設定する必要があるために、基板ステージの走査速度は実際の露光時よりも低速で行われることが多い。そこで、ステップ４００では、本発明のフォーカス計測を低速の走査速度で実施して、計測領域の最適化を事前に行っておく。ステップ４１０において、ＦＥＭ露光により露光条件を設定する。その後に、ステップ４２０において、ステップ４００で最適化した計測領域を一致させるように、ＦＥＭ露光時より高速な実際の露光での基板ステージの走査速度に対応したＣＣＤの蓄積時間を設定する。ステップ４３０では設定したＣＣＤ蓄積時間を用いて実際の露光で用いる基板でフォーカス計測を行い、ステップ４４０にて露光処理を実施すればよい。

［第８の実施形態］
これまで記載した実施形態は、いずれも先行基板についてのみ計測領域の最適化を行う場合を記載してきたが、これに限らず実際の露光の途中でも露光すべき基板毎に計測領域の最適化を行ってもよい。図１９は、第８の実施形態を示すフロー図である。まず、ステップ５００で実際の露光すべき基板を搬入したあと、ステップ５１０にて所定のサンプルショットで、設定した計測領域でフォーカス計測を行い、オフセットのサンプルショット間のばらつきを取得する。ステップ５３０で、このばらつきが事前に設定した所定のトレランスより超えている場合には、ステップ５４０にて、再度計測領域の最適化を実施するというシーケンスも可能である。その後、ステップ５５０で露光処理を行い、ステップ５６０にて基板を搬出し、ステップ５７０ですべての基板が露光済みになるまで繰り返せばよい。

［デバイス製造の実施形態］
図２１及び図２２を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図２１は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。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（原版またはレチクルともいう）を製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウエハ（基板ともいう）を製造する。ステップ４（基板プロセス）は前工程と呼ばれ、マスクと基板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。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成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（ステップ７）される。

図２２は、ステップ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、基板の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、基板の表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、基板上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では基板上にイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では基板に感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１を用い、マスクに形成されたパターンを介し基板を露光する。ステップ１７（現像）では、露光した基板を現像する。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、エッチングが済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うことによって基板上に多重に回路パターンが形成される。

本発明の計測方法の概要を説明するフロー図。 オフセット計測方法を説明する図。 基板上のパターンの反射率差による計測誤差を説明する図。 計測領域におけるオフセットを説明した図。 各計測点におけるオフセットのショット間ばらつきを示した図。 第１の実施形態を示すフロー図。 第１の実施形態における基準面からのオフセットを算出する方法を示すフロー図。 第１の実施形態における計測領域の一例を示した図。 第１の実施形態における計測領域を最適化する手法を示した図。 第２の実施形態における計測領域を最適化する手法を示した図。 第３の実施形態を示すフロー図。 第３の実施形態における計測領域の一例を示した図。 第４の実施形態における計測領域の一例を示す図。 第４の実施形態を示した図。 第５の実施形態における計測領域の一例を示す図。 第６の実施形態における計測領域の一例を示す図。 第６の実施形態における計測領域を最適化する手法を示した図。 本発明におけるフォーカス計測をＦＥＭ露光時に適用した場合のフロー図。 第８の実施形態を示すフロー図。 本発明に係る半導体露光装置の全体的な構成を説明する図である。 本発明に係るデバイス製造プロセスを説明するフロー図。 本発明に係る基板プロセスを説明するフロー図。

Claims (9)

1. 原版からの光を投影する投影光学系を有し、前記投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、
   基板に配されたショット内の計測点に関し、前記投影光学系の光軸の方向における該基板の表面の位置を計測する計測器と、
   該計測点の複数の大きさそれぞれに関し、該基板に配された複数のショットにおいて前記計測器に該表面の位置を計測させ、該計測された位置に基づき、該複数の大きさそれぞれに関して計測の再現性を示す指標を算出し、該算出された指標に基づいて該計測点の大きさを決定する制御器と、
   を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記制御器は、該計測点を該ショット内に複数設定し、該複数の計測点それぞれの大きさを決定することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御器は、該計測点を該ショット内に複数設定し、該複数の大きさそれぞれに関して該複数の計測点における該指標の平均値を算出し、該算出された平均値に基づき、該複数の計測点に対して共通の計測点の大きさを決定することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記制御器は、該計測点の大きさの単位を設定し、該単位ごとに該計測器に該表面の位置を計測させ、該単位ごとに計測された該表面の位置に基づき、該複数の大きさそれぞれに関して該表面の位置を算出し、該算出された該表面の位置に基づき、該複数の大きさそれぞれに関して該指標を算出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項に記載の露光装置。
5. 前記制御器は、該複数のショットそれぞれに関して前記計測器により計測された該表面の位置に基づき、該複数のショットそれぞれに関して該計測点に対応したオフセットを算出し、該複数のショット間での該オフセットのばらつきを該指標として算出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項に記載の露光装置。
6. 前記制御器は、該複数の大きさのうち該オフセットのばらつきが最小となるものを選択することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 走査露光装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 該基板を保持し且つ移動する基板ステージを有し、前記計測器は、移動している前記基板ステージに保持された該基板の表面の位置を計測することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか1項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   該露光された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製造方法。

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