JP7040069B2 - 露光機および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォトレジストを露光する露光機、およびフォトレジストを露光することを行う半導体装置の製造方法に関するものである。

従来より、半導体ウェハ上に配置したフォトレジストを露光、現像してパターニングし、パターニングしたフォトレジストを用いて種々の処理を行う半導体装置の製造方法が提案されている。

ここで、フォトレジストを露光する際には、次のような方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、まず、フォーカスセンサを用いてフォトレジストにおける複数の位置の表面高さを検出し、検出した表面高さに基づいて半導体ウェハを傾ける。具体的には、複数の位置における表面高さの差が小さくなるように半導体ウェハを傾ける。つまり、露光部と複数の位置における表面高さの間隔の差が小さくなるように半導体ウェハを傾ける。その後、フォトレジストにフォトマスクに形成された描画パターンが転写されるように、露光部にてショット露光を行う。

特開２００７－２７５９３号公報

ところで、上記のような露光を行う露光機は、現状では、ショット露光する範囲（以下では、ショットサイズという）は変更可能とされているが、フォーカスセンサで検出する検出位置が変更し難くなっている。このため、ショットサイズを小さくした場合、フォーカスセンサでは、ショット露光される部分と異なる部分の表面高さを検出する場合がある。例えば、ショットサイズを半導体ウェハのチップ形成領域と一致させる場合、フォーカスセンサでは、ショット露光するチップ形成領域と別の位置の表面高さを検出する場合がある。

この場合、フォトレジストにおける半導体ウェハ側と反対側の表面（以下では、単にフォトレジストの表面という）が平坦となっている際には大きな問題は発生し難い。しかしながら、フォトレジストの表面が平坦でなくうねっている場合には、ショット露光する部分の外側の表面高さに基づいて半導体ウェハを傾けることは、フォーカス精度が低下して露光精度が低下する原因となる。

例えば、近年では、高い電界破壊強度が得られるパワーデバイスの素材として炭化珪素（以下では、単にＳｉＣという）で構成される半導体ウェハが注目されている。しかしながら、この半導体ウェハは、ＳｉＣインゴットを切断することで形成されるが、ＳｉＣインゴットを切断すると切断面にうねりが発生することが確認されている。明確な理由については検討中であるが、ＳｉＣインゴットを製造する際の残留応力に影響するものであると推定される。

このため、このようなＳｉＣで構成される半導体ウェハを用いて半導体装置を製造する場合、フォトレジストを配置するとフォトレジストの表面にもうねりが発生する。したがって、特に、ＳｉＣで構成される半導体ウェハに形成されたフォトレジストでは、現状の露光機を用いてショット露光を行うと、ショット露光する部分と異なる部分の表面高さを検出する場合があり、露光精度が低下する可能性がある。

本発明は上記点に鑑み、露光精度が低下することを抑制できる露光機および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１では、半導体ウェハ（１１０）に形成されたフォトレジスト（１００）を露光する露光機であって、フォトレジストが形成された半導体ウェハを保持する保持ステージ（１０）と、保持ステージを変位させる調整部（２０）と、フォトレジストのうちの半導体ウェハ側と反対側の表面（１００ａ）でレーザが反射されるようにレーザを出力する出力部（４１～４５）を有する発光部（４０）と、フォトレジストで反射されたレーザが入力される入力部（５１～５５）を有する受光部（５０）とを有し、入力部に入力されたレーザに基づき、フォトレジストの表面高さに応じた検出信号を出力するフォーカスセンサ（３０）と、フォトマスクに形成されたパターンをショット露光してフォトレジストに転写する露光部（６０）と、調整部、フォーカスセンサ、および露光部を制御する制御部（７０）と、を備え、制御部は、フォトレジストのうちのショット露光される部分における複数の検出位置の表面高さに応じた検出信号が入力されるように調整部およびフォーカスセンサの少なくとも一方を制御し、複数の検出信号に基づき、調整部を制御して保持ステージを傾ける変位をさせることにより、保持ステージを傾ける前に対して複数の検出位置における表面高さの差を小さくするようにし、発光部は、複数の出力部を有し、複数の出力部は、第１出力部（４１）と、第１出力部を通過する第１方向に沿って配置された複数の第２出力部（４２）と、第１出力部を挟んで複数の第２出力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第４出力部（４４）と、第１方向と交差し、第１出力部を通過する第２方向に沿って配置された複数の第３出力部（４３）と、第１出力部を挟んで複数の第３出力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第５出力部（４５）と、を有し、複数の第２～第５出力部は、第１出力部側から数えて同じ順番に位置する出力部と第１出力部との間隔がそれぞれ等しくされており、受光部は、複数の入力部を有し、複数の入力部は、第１入力部と、第１入力部を通過する第１方向に沿って配置された複数の第２入力部と、第１入力部を挟んで複数の第２入力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第４入力部と、第１方向と交差し、第１入力部を通過する第２方向に沿って配置された複数の第３入力部と、第１入力部を挟んで複数の第３入力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第５入力部と、を有し、複数の第２～第５入力部は、第１入力部側から数えて同じ順番に位置する入力部と第１入力部との間隔がそれぞれ等しくされており、さらに、制御部は、フォーカスセンサを制御し、フォトレジストのうちのショット露光される部分の大きさに対応した出力部を選択して当該選択した出力部からレーザが出力されるようにすることにより、複数の検出位置の表面高さに基づく検出信号が入力されるようにする。

これによれば、フォトレジストのうちのショット露光される部分の複数の表面高さを検出し、これら複数の表面高さに基づいて保持ステージ（すなわち、半導体ウェハ）を傾ける。このため、露光精度が低下することを抑制することができる。

また、請求項５は、半導体ウェハ（１１０）に配置されたフォトレジスト（１１０）を露光することを含む半導体装置の製造方法であって、フォトレジストのうちの半導体ウェハ側と反対側の表面（１００ａ）でレーザが反射されるようにレーザを出力する複数の出力部（４１～４５）を有する発光部（４０）と、フォトレジストで反射されたレーザが入力される複数の入力部（５１～５５）を有する受光部（５０）とを有し、入力部に入力されたレーザに基づき、フォトレジストの表面高さに応じた検出信号を出力するフォーカスセンサ（３０）を用意することと、複数のチップ形成領域（１１１）を有し、フォトレジストが配置された半導体ウェハを用意することと、フォトマスクに形成されたパターンをショット露光してフォトレジストに転写すること、とを行う。そして、転写することの前に、フォトレジストのうちのショット露光される部分における複数の検出位置の表面高さを検出することと、複数の検出位置の表面高さに基づいて半導体ウェハを傾けることにより、半導体ウェハを傾ける前に対して複数の検出位置の表面高さの差が小さくなるようにすることと、を行い、フォーカスセンサを用意することでは、複数の出力部として、第１出力部（４１）と、第１出力部を通過する第１方向に沿って配置された複数の第２出力部（４２）と、第１出力部を挟んで複数の第２出力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第４出力部（４４）と、第１方向と交差し、第１出力部を通過する第２方向に沿って配置された複数の第３出力部（４３）と、第１出力部を挟んで複数の第３出力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第５出力部（４５）と、を有し、複数の第２～第５出力部が、第１出力部側から数えて同じ順番に位置する出力部と第１出力部との間隔がそれぞれ等しくされたものを用意し、複数の入力部として、第１入力部と、第１入力部を通過する第１方向に沿って配置された複数の第２入力部と、第１入力部を挟んで複数の第２入力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第４入力部と、第１方向と交差し、第１入力部を通過する第２方向に沿って配置された複数の第３入力部と、第１入力部を挟んで複数の第３入力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第５入力部と、を有し、複数の第２～第５入力部が、第１入力部側から数えて同じ順番に位置する入力部と第１入力部との間隔がそれぞれ等しくされたものを用意し、表面高さの差が小さくなるようにすることでは、ファーカスセンサを制御し、フォトレジストのうちのショット露光される部分の大きさに対応した出力部を選択して当該選択した出力部からレーザが出力されるようにすることにより、複数の検出位置の表面高さに基づく検出信号が入力されるようにする。

これによれば、フォトレジストのうちのショット露光される部分の複数の表面高さを検出し、これら複数の表面高さに基づいて半導体ウェハを傾ける。このため、露光精度が低下することを抑制することができる。

なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。

第１実施形態における露光機を示す模式図である。 半導体ウェハおよびフォトレジストを示す平面図である。 図１に示す発光部の出力部を示す平面図である。 図１に示す受光部の入力部を示す平面図である。 図１に示すフォーカスセンサで表面高さが検出される第１～第５検出位置を示す模式図である。 第２実施形態における発光部を示す平面図である。 選択される出力部を説明するための平面図である。 第３実施形態におけるフォーカスセンサで表面高さが検出される第１～第５検出位置を示す模式図である。 第４実施形態における半導体ウェハに形成された結晶欠陥を説明するための断面図である。 第４実施形態における半導体ウェハに形成された結晶欠陥を説明するための平面図である。 第４実施形態におけるフォーカスセンサで表面高さが検出される第１～第５検出位置を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態の露光機の構成について説明する。露光機は、保持ステージ１０、調整ステージ２０、フォーカスセンサ３０、露光部６０、制御部７０等を備えている。

保持ステージ１０は、露光対象であるフォトレジスト１００が配置された半導体ウェハ１１０が搭載される設置面を構成する設置台となるものである。本実施形態では、保持ステージ１０は、図示しない吸引部が備えられており、半導体ウェハ１１０を吸引することによって当該半導体ウェハ１１０を保持する。

なお、半導体ウェハ１１０は、本実施形態では、図２に示されるように、正方形状とされた複数のチップ形成領域１１１を有するＳｉＣウェハで構成されており、表面１１０ａにうねりが発生している。そして、半導体ウェハ１１０の表面１１０ａに形成されたフォトレジスト１００には、半導体ウェハ１１０に発生しているうねりが引き継がれて表面１００ａにうねりが発生している。

調整ステージ２０は、保持ステージ１０を変位させる駆動部として機能するものである。本実施形態では、調整ステージ２０は、図１に示されるように、保持ステージ１０の設置面をｘｙ平面とすると、ｘｙ平面の面方向に沿って保持ステージ１０を変位させることができると共に、ｘｙ平面と直交するｚ軸方向に沿って保持ステージ１０を変位させることができるように構成されている。また、調整ステージ２０は、ｚ軸方向に沿った軸を回転軸として保持ステージ１０を回転できるように構成されている。さらに、調整ステージ２０は、ｘｙ平面における一方向に沿って延びる軸を回転軸として保持ステージ１０を回転できるように構成されている。つまり、調整ステージ２０は、保持ステージ１０を回転させることで半導体ウェハ１１０を傾けることができるようにも構成されている。なお、本実施形態では、調整ステージ２０が調整部に相当している。

以下では、保持ステージ１０をｘｙ平面の面方向に沿って変位させることを単に水平方向に変位させるともいう。また、保持ステージ１０をｘｙ平面における一方向に沿って延びる軸を回転軸として回転させることを単に保持ステージ１０を傾けるともいう。

フォーカスセンサ３０は、一対の発光部４０および受光部５０を有する構成とされている。

発光部４０は、露光部６０から出力される光の波長と異なる波長のレーザを出力するものであり、例えば、赤外線レーザを出力するレーザ出力装置で構成されている。なお、発光部４０は、フォトレジスト１００の表面１００ａにてレーザが全反射されるように、レーザの入射方向とフォトレジスト１００の表面１００ａとの成す角度が小さくなるように配置されている。

受光部５０は、フォトレジスト１００にて反射されたレーザが入力されるように配置されており、例えば、フォトダイオードやＣＣＤ（Charge Coupled Deviceの略）カメラ等で構成される。

ここで、本実施形態の発光部４０および受光部５０の具体的な構成について説明する。本実施形態の発光部４０は、図３に示されるように、レーザを出力する部分となる第１～第５出力部４１～４５を有する構成とされており、５本のレーザを出力できるように構成されている。具体的には、第１～第５出力部４１～４５は、第１出力部４１を中心とし、第２～第５出力部４２～４５が第１出力部４１の周囲に配置されている。また、第２～第５出力部４２～４５は、図示しないステッピングモータ等で構成される駆動部を備えており、変位可能に構成されている。

本実施形態では、初期状態として、第２～第５出力部４２～４５は、第１出力部４１を基準として、第２出力部４２と第４出力部４４が対称となるように配置されていると共に、第３出力部４３と第５出力部４５とが対称となるように配置されている。また、第２～第５出力部４２～４５は、隣合う互いの出力部との間隔が等しくなるように配置されている。例えば、第２出力部４２と第３出力部４３との間隔と、第２出力部４２と第５出力部４５との間隔は、等しくされている。つまり、第２～第５出力部４２～４５は、これらを仮想線で結ぶと略正方形状となるように配置されている。

なお、本実施形態の発光部４０は、レーザを生成する１つの光源を有し、当該光源で生成されたレーザを回折格子等によって分岐させることで５本のレーザを出力できるように構成されている。但し、発光部４０の構成はこれに限定されることはなく、例えば、レーザを生成する複数の光源を有し、各光源で生成されたレーザを出力するようにしてもよい。

受光部５０は、図４に示されるように、フォトレジスト１００で反射されたレーザが入力される部分となる第１～第５入力部５１～５５を有する構成とされている。受光部５０は、発光部４０と同様に、第１入力部５１を中心とし、第２～第５入力部５２～５５が第１入力部５２～５５の周囲に配置されている。また、第２～第５入力部５２～５５は、図示しないステッピングモータ等で構成される駆動部を備えており、変位可能に構成されている。

そして、フォーカスセンサ３０は、フォトレジスト１００の表面１００ａで全反射されるように発光部４０からレーザを出力し、反射されたレーザが受光部５０に入力されると、入力されたレーザに基づく検出信号を制御部７０に出力する。本実施形態では、発光部４０は、第１～第５出力部４１～４５を有しており、受光部５０は、第１～第５入力部５１～５５を有している。このため、フォーカスセンサ３０は、各レーザに基づき第１～第５検出信号を制御部７０に入力する。なお、第１～第５検出信号は、それぞれ第１～第５出力部４１～４５から出力されたレーザに基づく検出信号である。

露光部６０は、本実施形態では、波長が３６５ｎｍである水銀ランプのｉ線を光源とする光源部、所定の描画パターンが形成されたフォトマスクを保持する保持部、投影レンズ等を有する構成とされている。そして、露光部６０は、フォトマスクに形成された描画パターンをショット露光する。なお、本実施形態では、ショットサイズは、チップ形成領域１１１と同じ大きさとされている。つまり、露光部６０は、１回のショット露光により、１つのチップ形成領域１１１上に配置されたフォトレジスト１００をショット露光する。

制御部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unitの略）、ＲＡＭ（Random Access Memoryの略）、ＲＯＭ（Read Only Memoryの略）、フラッシュメモリ等を有しており、調整ステージ２０、フォーカスセンサ３０および露光部６０等と接続されている。そして、制御部７０は、ＣＰＵがＲＯＭ、フラッシュメモリに記憶されたプログラムを実行し、その実行の際にＲＡＭを作業領域として使用する。制御部７０は、このようなＣＰＵの作動によってプログラムに記述された機能を実現する。なお、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリは、非遷移的実体的記憶媒体である。

具体的には、制御部７０は、まず、フォトレジスト１００のうちの露光部６０でショット露光される部分の表面高さを検出できるように、調整ステージ２０およびフォーカスセンサ３０を制御する。例えば、図５に示されるように、フォーカスセンサ３０で表面高さが検出される位置を第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５とする。なお、第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５は、第１～第５出力部４１～４５から出力されたレーザが照射（すなわち、反射）される位置でもある。

そして、制御部７０は、調整ステージ２０を変位させてチップ形成領域１１１の中心が第１検出位置Ｐ１となるようにする。この場合、第２～第５検出位置Ｐ２～Ｐ５は、チップ形成領域１１１の外側に位置することがある。

このため、制御部７０は、第２～第５検出位置Ｐ２～Ｐ５がチップ形成領域１１１内に位置するようにする。具体的には、制御部７０は、第２～第５出力部４２～４５および第２～第５入力部５２～５５に備えらえている駆動部を駆動し、第２～第５出力部４２～４５および第２～第５入力部５２～５５を変位させる。本実施形態では、チップ形成領域１１１が正方形状とされているため、制御部７０は、チップ形成領域１１１の各角部に第２～第５検出位置Ｐ２～Ｐ５が位置するように、第２～第５出力部４２～４５および第２～第５入力部５２～５５の位置を調整する。

そして、制御部７０は、フォーカスセンサ３０から入力される第１～第５検出信号に基づいて第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５の表面高さを把握する。その後、制御部７０は、第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５の表面高さの差が小さくなるように、調整ステージ２０を駆動して保持ステージ１０を傾け、半導体ウェハ１１０を傾ける。つまり、露光部６０と第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５との間隔の差が小さくなるように半導体ウェハ１１０を傾ける。

次に、制御部７０は、露光部６０を制御してショット露光させ、図示しないフォトマスクに形成された描画パターンをフォトレジスト１００に転写させる。その後、制御部７０は、調整ステージ２０を駆動して保持ステージ１０を平行移動させることと、上記各処理を行うことと、を各チップ形成領域１１１に対して順に行う。例えば、図２中の矢印に沿って、各チップ形成領域１１１上のフォトレジスト１００に対して順にショット露光を行う。

以上が本実施形態における露光機の構成である。次に、上記露光機を用いた半導体装置の製造方法について説明する。

まず、ＳｉＣで構成されるインゴットを用意し、当該インゴットを切断することによってＳｉＣで構成される半導体ウェハ１１０を用意する。そして、半導体ウェハ１１０の表面１１０ａにフォトレジスト１００を配置し、フォトレジスト１００が配置された半導体ウェハ１１０を保持ステージ１０に搭載する。

次に、フォーカスセンサ３０を用いて露光部６０でショット露光される部分の表面高さを検出する。本実施形態では、チップ形成領域１１１が正方形状とされているため、図５を参照して説明したように、チップ形成領域１１１の中心である第１検出位置Ｐ１、およびチップ形成領域１１１の各角部近傍の位置である第２～第５検出位置Ｐ２～Ｐ５の表面高さを検出する。なお、この工程では、第２～第５出力部４２～４５および第２～第５入力部５２～５５の位置調整を適宜行う。

次に、フォーカスセンサ３０から入力される第１～第５検出信号に基づき、第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５の表面高さの差が小さくなるように、調整ステージ２０を駆動して半導体ウェハ１１０を傾ける。そして、フォトマスクに形成された描画パターンがフォトレジスト１００に転写されるように、露光部６０にてショット露光する。

その後は、フォトレジスト１００を現像し、イオン注入や熱処理等の所定の半導体製造プロセスを行うことにより、所望の半導体装置が製造される。

以上説明したように、本実施形態では、フォトレジスト１００のうちのショット露光される部分の複数の表面高さを検出し、これら複数の表面高さに基づいて半導体ウェハ１１０を傾けている。このため、露光精度が低下することを抑制することができ、ひいてはフォーカス裕度が狭くなる微細加工にも対応できる。

また、本実施形態では、チップ形成領域１１１における中心を第１検出位置Ｐ１とし、チップ形成領域１１１における各角部を第２～第５検出位置Ｐ２～Ｐ５として表面高さを検出している。つまり、第２、第４検出位置Ｐ２、Ｐ４は、第１検出位置Ｐ１を挟んで対称とされ、第３、第５検出位置Ｐ３、Ｐ５は、第１検出位置Ｐ１を挟んで対称とされている。そして、第２～第４検出位置Ｐ２～Ｐ４は、第１検出位置Ｐ１との間隔が互いに等しくされている。このため、対称的に表面高さを検出でき、まばらに表面高さを検出する場合と比較して、検出精度の向上を図ることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対し、発光部４０および受光部５０の構成を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の発光部４０は、図６に示されるように、第２～第５出力部４２～４５を複数備える構成とされている。具体的には、第２出力部４２は、第１出力部４１を通過する第１方向に沿って複数配置されている。第４出力部４４は、第１出力部４１を通過する第１方向に沿って、第１出力部４１を挟んで第２出力部４２と反対側に複数配置されている。第３出力部４３は、第１出力部４１を通過する第１方向と交差し、第１出力部４２を通過する第２方向に沿って複数配置されている。第５出力部４４は、第１出力部４２を通過する第２方向に沿って、第１出力部４１を挟んで第３出力部４３と反対側に複数配置されている。なお、本実施形態では、第１方向と第２方向とは、直交している。

より詳しくは、各第２～第５出力部４２～４４は、それぞれ第１出力部４１側を基準とし、第１出力部４１側から数えて同じ順番に位置する出力部と第１出力部４１との間隔が等しくされている。例えば、最も第１出力部４１側に位置する第２～第５出力部４２～４５（第１出力部４１側から数えて１番目）は、それぞれ第１出力部４１との間隔がそれぞれ等しくされている。

受光部５０は、特に図示しないが、発光部４０と同様の構成とされており、複数の第２～第５入力部５２～５５を有する構成とされている。そして、各第２～第５入力部５２～５５は、それぞれ第１方向または第２方向に沿って複数配置されている。

以上が本実施形態におけるフォーカスセンサ３０の構成である。そして、このようなフォーカスセンサ３０を用いる場合には、フォトレジスト１００の表面高さを検出する際、チップ形成領域１１１の大きさ（すなわち、ショットサイズ）に対応した第２～第５出力部４２～４５および第２～第５入力部５２～５５が選択される。

例えば、図７に示されるように、チップ形成領域１１１の大きさがＳ１である場合には、発光部４０では、最も第１出力部４１側に位置する第２～第５出力部４２～４５が選択され、第１出力部４１および選択された第２～第５出力部４２～４５からレーザが出力されるようにする。また、例えば、チップ形成領域１１１の大きさがＳ２である場合には、発光部４０では、第１出力部４１側に２番目に近い位置に形成された第２～第５出力部４２～４５が選択され、第１出力部４１と選択された第２～第５出力部４２～４５からレーザが出力されるようにする。これにより、上記図５に示すように、フォトレジスト１００のうちのショット露光される部分に第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５を位置させることができる。

以上説明したように、本実施形態では、第２～第５出力部４２～４５および第２～第５入力部５２～５５を複数備えるようにし、ショットサイズに応じてレーザを出力する出力部を選択するようにしている。このようにしても、フォトレジスト１００のうちのショット露光される部分に第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５を位置させることができ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、第２～第５出力部４２～４５および第２～第５入力部５２～５５自体を変位させる必要がない。このため、表面高さを検出する際の制御の簡略化を図ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態に対し、出力部および入力部を１つとしたものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の発光部４０は、特に図示しないが、第１出力部４１のみを有する構成とされている。同様に、受光部５０は、第１入力部５１のみを有する構成とされている。つまり、本実施形態のフォーカスセンサ３０は、１本のレーザをフォトレジスト１００に照射すると共に、反射された１本のレーザが入力されるように構成されている。

以上が本実施形態におけるフォーカスセンサ３０の構成である。そして、このようなフォーカスセンサ３０を用いる場合には、フォトレジスト１００の表面高さを検出する際、調整ステージ２０を駆動して保持ステージ１０を水平方向に移動させることにより、第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５の表面高さを検出する。例えば、図８に示されるように、矢印に沿って、第２検出位置Ｐ２、第３検出位置Ｐ３、第１検出位置Ｐ１、第５検出位置Ｐ５、第４検出位置Ｐ４の順に表面高さが検出されるように、保持ステージ１０を水平方向に移動させる。なお、この際、フォーカスセンサ３０自体は固定したままとし、変位させない。

以上説明したように、フォーカスセンサ３０の出力部を１つとする場合には、保持ステージ１０を変位させることで第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５の表面高さを検出するようにしても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、保持ステージ１０を変位させており、フォーカスセンサ３０は変位させない。このため、従来の露光機の構成を流用でき、構成の簡略化を図ることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。第４実施形態は、第１実施形態に対し、表面高さを検出した部分に結晶欠陥が存在する場合には、別の部分の表面高さを検出するようにしたものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の露光機は、第１実施形態と同様の構成とされているが、制御部７０は、第１～第５検出信号に基づき、第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５における表面高さを把握すると、把握した表面高さの最大値と最小値との差（以下では、単に差という）を演算する。そして、制御部７０は、差が１μｍ以上であると判定すると、異なる位置で再び表面高さを検出する。

すなわち、ＳｉＣで構成される半導体ウェハ１１０は、ＳｉＣインゴットを成長させる際に結晶欠陥が形成されることが知られている。そして、このようなＳｉＣインゴットを用いて半導体ウェハ１１０を構成すると、図９Ａに示されるように、半導体ウェハ１１０の表面１１０ａに対して凸となる結晶欠陥１１２ａ、または凹となる結晶欠陥１１２ｂが存在する場合があることが知られている。この場合、結晶欠陥１１２ａの半導体ウェハ１１０の表面１１０ａからの高さは、１μｍ以上となり、結晶欠陥１１２ｂの半導体ウェハ１１０の表面１１０ａからの深さは、１μｍ以上となる。また、図９Ｂに示されるように、結晶欠陥１１２ａは、最大で長さが０．８ｍｍ程度となることも知られている。なお、図９Ｂは、結晶欠陥１１２ａを示す模式図であるが、結晶欠陥１１２ｂも同様である。

そして、半導体ウェハ１１０の表面１１０ａにフォトレジスト１００を形成した場合、結晶欠陥１１２ａ、１１２ｂがある部分では、フォトレジスト１００の表面１００ａも結晶欠陥１１２ａ、１１２ｂに応じた形状となる。このため、差が１μｍ以上である場合には、結晶欠陥１１２ａ、１１２ｂが位置する部分を検出位置としたことが想定される。この場合、このまま半導体ウェハ１１０を傾けると傾き誤差が大きくなり、露光精度が低下する。

このため、本実施形態の制御部７０は、差が１μｍ以上であると判定すると、調整ステージ２０を駆動して保持ステージ１０を水平方向に１ｍｍ移動し、チップ形成領域１１１内で別の第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５の表面高さを検出する。なお、本実施形態では、図１０に示されるように、最初に表面高さを検出する場合には、チップ形成領域１１１の外縁に対し、第２～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５が１ｍｍ以上内側となるようにする。これにより、第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５のいずれかが結晶欠陥１１２ａ、１１２ｂに応じた形状となっている場合には、水平方向に１ｍｍずらしたとしても、第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５をチップ形成領域１１１内に位置させることができる。

以上説明したように、本実施形態では、差が１μｍ以上である場合には、１ｍｍずらした場所で再度表面高さを検出する。このため、露光精度が低下することを抑制できる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態では、チップ形成領域１１１が正方形状である例について説明したが、チップ形成領域１１１は長方形状であってもよいし、他の形状とされていてもよい。

また、上記各実施形態では、ＳｉＣで構成される半導体ウェハ１１０を例に挙げて説明したが、シリコンで構成される半導体ウェハ１１０を用いてもよい。なお、Ｓｉで構成される半導体ウェハ１１０は、ＳｉＣで構成される半導体ウェハ１１０より表面１１０ａのうねりが小さいが、上記露光機を用いて露光することにより、露光精度の向上を図ることができる。

さらに、上記各実施形態では、フォトレジスト１００の表面高さを検出する際には、ショット露光される部分において、５箇所の表面高さを検出していたが、２～４箇所の表面高さを検出するようにしてもよいし、６箇所以上の表面高さを検出するようにしてもよい。この場合、例えば、第１、第２、第４実施形態では、表面高さを検出する数に合わせて出力部および入力部の数を変更すればよい。

そして、上記第４実施形態では、検出位置を全体的に１ｍｍ移動させる例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、制御部７０は、差が１μｍ以上である場合には、第１～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５の表面高さに基づいて平均の表面高さを導出し、当該平均の表面高さから最も離れている表面高さの検出位置が結晶欠陥１１２ａ、１１２ｂに応じた形状となっていると判定するようにしてもよい。そして、制御部７０は、結晶欠陥１１２ａ、１１２ｂに応じた形状となっているのが第２～第５検出位置Ｐ２～Ｐ５のいずれかであると判定した場合には、対応する第２～第５出力部４２～４５および第２～第５入力部５２～５５のみを移動させるようにしてもよい。

また、上記第４実施形態において、差が１μｍ以上である場合には、結晶欠陥１１２ａ、１１２ｂの長さが最大で０．８ｍｍ程度であるため、保持ステージ１０を少なくとも０．８ｍｍ移動させればよく、１ｍｍ以上移動させるようにしてもよい。なお、１ｍｍ以上移動させる場合には、最初に表面高さを検出する際、チップ形成領域１１１の外縁から第２～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５を移動させる長さだけ離した位置にすることにより、移動させた後も第２～第５検出位置Ｐ１～Ｐ５をチップ形成領域１１１内に位置させることができる。

さらに、上記各実施形態において、フォトマスクに形成された描画パターンが微細でない場合には、第２～第５検出位置Ｐ２～Ｐ５がフォトレジスト１００のうちのショット露光される部分の外側であっても、そのまま第１～第５検出信号に基づいて半導体ウェハ１１０の傾きを調整するようにしてもよい。

すなわち、フォトレジスト１００にフォトマスクの描画パターンをショット露光して転写する場合には、フォトマスクに形成された描画パターンが微細になるほどフォーカス裕度が狭くなることが知られている。そして、本発明者らの検討によれば、ＳｉＣで構成される半導体ウェハ１１０を用いる場合には、特に、０．４μｍ以下の線幅を有する描画パターンをショット露光して転写する際に露光精度の低下が顕著に確認された。

このため、描画パターンが０．４μｍより大きい線幅で構成される場合には、第２～第５検出位置Ｐ２～Ｐ５がショット露光される部分の外側であったとしても、そのまま第１～第５検出信号に基づいて半導体ウェハ１１０の傾きを調整するようにしてもよい。そして、描画パターンが０．４μｍ以下である場合、上記各実施形態のように、第２～第５検出位置Ｐ２～Ｐ５をショット露光される部分の内側に位置させるようにしてもよい。つまり、フォトマスクに形成されている描画パターンに応じ、第２～第５検出位置Ｐ２～Ｐ５の変更の可否を決定するようにしてもよい。これによれば、第２～第５検出位置Ｐ２～Ｐ５を変更しない場合には、スループットを向上でき、第２～第５検出位置Ｐ２～Ｐ５を変更する場合には、露光精度が低下することを抑制できる。

さらに、上記各実施形態を組み合わせることもできる。例えば、上記第４実施形態を上記第２実施形態または上記第３実施形態に組み合わせ、差が１μｍ以上である場合には、別の位置で表面高さを再び検出するようにしてもよい。

１０ 保持ステージ
２０ 調整ステージ（調整部）
３０ フォーカスセンサ
４０ 発光部
５０ 受光部
６０ 露光部
７０ 制御部

Claims (5)

1. 半導体ウェハ（１１０）に形成されたフォトレジスト（１００）を露光する露光機であって、
   前記フォトレジストが形成された前記半導体ウェハを保持する保持ステージ（１０）と、
   前記保持ステージを変位させる調整部（２０）と、
   前記フォトレジストのうちの前記半導体ウェハ側と反対側の表面（１００ａ）でレーザが反射されるように前記レーザを出力する出力部（４１～４５）を有する発光部（４０）と、前記フォトレジストで反射された前記レーザが入力される入力部（５１～５５）を有する受光部（５０）とを有し、前記入力部に入力された前記レーザに基づき、前記フォトレジストの表面高さに応じた検出信号を出力するフォーカスセンサ（３０）と、
   フォトマスクに形成されたパターンをショット露光して前記フォトレジストに転写する露光部（６０）と、
   前記調整部、前記フォーカスセンサ、および前記露光部を制御する制御部（７０）と、を備え、
   前記制御部は、前記フォトレジストのうちのショット露光される部分における複数の検出位置の表面高さに応じた前記検出信号が入力されるように前記調整部および前記フォーカスセンサの少なくとも一方を制御し、複数の前記検出信号に基づき、前記調整部を制御して前記保持ステージを傾ける変位をさせることにより、前記保持ステージを傾ける前に対して前記複数の検出位置における表面高さの差を小さくし、
   前記発光部は、複数の前記出力部を有し、
   複数の前記出力部は、第１出力部（４１）と、前記第１出力部を通過する第１方向に沿って配置された複数の第２出力部（４２）と、前記第１出力部を挟んで前記複数の第２出力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第４出力部（４４）と、前記第１方向と交差し、前記第１出力部を通過する第２方向に沿って配置された複数の第３出力部（４３）と、前記第１出力部を挟んで前記複数の第３出力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第５出力部（４５）と、を有し、
   前記複数の第２～第５出力部は、前記第１出力部側から数えて同じ順番に位置する出力部と前記第１出力部との間隔がそれぞれ等しくされており、
   前記受光部は、複数の前記入力部を有し、
   複数の前記入力部は、第１入力部と、前記第１入力部を通過する第１方向に沿って配置された複数の第２入力部と、前記第１入力部を挟んで前記複数の第２入力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第４入力部と、前記第１方向と交差し、前記第１入力部を通過する第２方向に沿って配置された複数の第３入力部と、前記第１入力部を挟んで前記複数の第３入力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第５入力部と、を有し、
   前記複数の第２～第５入力部は、前記第１入力部側から数えて同じ順番に位置する入力部と前記第１入力部との間隔がそれぞれ等しくされており、
   さらに、前記制御部は、前記フォーカスセンサを制御し、前記フォトレジストのうちのショット露光される部分の大きさに対応した前記出力部を選択して当該選択した出力部から前記レーザが出力されるようにすることにより、前記複数の検出位置の表面高さに基づく前記検出信号が入力されるようにする露光機。
2. 前記制御部は、前記検出信号が入力されるようにする際、前記フォトレジストのうちのショット露光される部分における中心の第１検出位置、前記第１検出位置を挟んで対称となる第２、第４検出位置、および前記第１検出位置を挟んで対称となり、かつ、前記第１検出位置との間の間隔が前記第１検出位置と前記第２、第３検出位置との間隔と等しくなる第４、第５検出位置の表面高さに応じた前記検出信号が入力されるようにする請求項１に記載の露光機。
3. 前記制御部は、複数の前記検出信号に基づいて前記表面高さの最大値と最小値を把握し、前記最大値と前記最小値との差が１μｍ以上である場合、少なくとも、複数の前記検出信号に基づく平均の表面高さから最も離れた表面高さとなる前記検出位置から０．８ｍｍ以上離れた別の検出位置の表面高さを検出し、前記別の検出位置の表面高さに応じた検出信号を含む複数の前記検出信号に基づき、前記調整部を制御して前記保持ステージを傾ける変位をさせる請求項１または２に記載の露光機。
4. 前記制御部は、前記フォトマスクに形成されたパターンが所定の線幅未満である場合、前記複数の検出位置の表面高さに基づく前記検出信号が入力されるように、前記調整部および前記フォーカスセンサの少なくとも一方を制御する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の露光機。
5. 半導体ウェハ（１１０）に配置されたフォトレジスト（１１０）を露光することを含む半導体装置の製造方法であって、
   前記フォトレジストのうちの前記半導体ウェハ側と反対側の表面（１００ａ）でレーザが反射されるように前記レーザを出力する複数の出力部（４１～４５）を有する発光部（４０）と、前記フォトレジストで反射された前記レーザが入力される複数の入力部（５１～５５）を有する受光部（５０）とを有し、前記入力部に入力された前記レーザに基づき、前記フォトレジストの表面高さに応じた検出信号を出力するフォーカスセンサ（３０）を用意することと、
   複数のチップ形成領域（１１１）を有し、前記フォトレジストが配置された前記半導体ウェハを用意することと、
   フォトマスクに形成されたパターンをショット露光して前記フォトレジストに転写することと、を行い、
   前記転写することの前に、前記フォトレジストのうちのショット露光される部分における複数の検出位置の表面高さを前記フォーカスセンサの前記検出信号に基づいて検出することと、前記複数の検出位置の表面高さに基づいて前記半導体ウェハを傾けることにより、前記半導体ウェハを傾ける前に対して前記複数の検出位置の表面高さの差が小さくなるようにすることと、を行い、
   前記フォーカスセンサを用意することでは、
   複数の前記出力部として、第１出力部（４１）と、前記第１出力部を通過する第１方向に沿って配置された複数の第２出力部（４２）と、前記第１出力部を挟んで前記複数の第２出力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第４出力部（４４）と、前記第１方向と交差し、前記第１出力部を通過する第２方向に沿って配置された複数の第３出力部（４３）と、前記第１出力部を挟んで前記複数の第３出力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第５出力部（４５）と、を有し、前記複数の第２～第５出力部が、前記第１出力部側から数えて同じ順番に位置する出力部と前記第１出力部との間隔がそれぞれ等しくされたものを用意し、
   前記複数の入力部として、第１入力部と、前記第１入力部を通過する第１方向に沿って配置された複数の第２入力部と、前記第１入力部を挟んで前記複数の第２入力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第４入力部と、前記第１方向と交差し、前記第１入力部を通過する第２方向に沿って配置された複数の第３入力部と、前記第１入力部を挟んで前記複数の第３入力部と反対側にそれぞれ配置された複数の第５入力部と、を有し、前記複数の第２～第５入力部が、前記第１入力部側から数えて同じ順番に位置する入力部と前記第１入力部との間隔がそれぞれ等しくされたものを用意し、
   前記表面高さの差が小さくなるようにすることでは、前記ファーカスセンサを制御し、前記フォトレジストのうちのショット露光される部分の大きさに対応した前記出力部を選択して当該選択した出力部から前記レーザが出力されるようにすることにより、前記複数の検出位置の表面高さに基づく前記検出信号が入力されるようにする半導体装置の製造方法。

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