表面形状測定方法、表面形状測定装置、露光方法、及び露光装置
【課題】 露光時のウエハなどの基板表面形状測定において、露光ショット間に生じる表面形状測定値のオフセットを低減させる。
【解決手段】 基板上の少なくとも一部を照明し、前記照明された基板から反射された光を検出することによって、前記基板の表面形状を測定するために、前記基板に形成される複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記照明する領域を変更する変更手段と、前記複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数を決定する決定手段とを備える。
【解決手段】 基板上の少なくとも一部を照明し、前記照明された基板から反射された光を検出することによって、前記基板の表面形状を測定するために、前記基板に形成される複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記照明する領域を変更する変更手段と、前記複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数を決定する決定手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に使用される投影露光装置において、最良な像性能を得るべくウエハなどの基板の表面位置を計測する測定方法、測定装置、それを用いる露光方法、及びそれを搭載した露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体素子、液晶表示素子または薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に、マスクまたはレチクル（以下「レチクル」と総称する）のパターンの像を投影光学系を介して感光基板上に結像する投影露光装置が使用されている。
【０００３】
近年、半導体素子の高集積化に伴って加工線幅の微細化に伴って、投影露光装置の投影レンズの高ＮＡ化、使用光源波長の短波長化、大画面化が進んでいる。これらを達成する手段として、かつては露光領域をウエハ上に縮小して一括投影露光をするステッパーと呼ばれる露光装置が用いられていたが、現在では、露光領域を矩形のスリット形状とし、レチクルとウエハを相対的に高速走査し大画面を精度良く露光する走査型露光装置（以下、スキャナーと呼ぶ）が主流になりつつある。
【０００４】
スキャナーでは露光スリット単位でウエハの表面形状を最適露光像面位置に合わせ込むことができるためにウエハ平面度の影響も低減できる効果を有している。そのためにスキャナーでは、ウエハ表面を走査露光中に露光像面位置にリアルタイムで合わせ込む必要があるために、露光スリットに差し掛かる前に、ウエハ表面位置を光斜入射系の表面位置検出手段で計測し駆動補正を行うという技術を使用している。
【０００５】
特に露光スリットの長手方向、及び走査方向と直行する方向には高さのみならず表面の傾きを計測すべく複数点の計測を行っている。上記走査露光におけるフォーカス・チルト計測の方法に関しては特開平０６−２６０３９１号公報などに提案されている。
【０００６】
この従来の露光装置に適用したフォーカス検出系の構成例等を図１１及び図１２に示したので、これについて以下に説明する。
エキシマレーザーなどの光源８００から射出された光は、露光に最適な所定の形状の露光スリットに成型される照明系８０１を経て、マスクまたはレチクル１００（以後レチクルと呼ぶ）の下面に形成されたパターン面を照明する。レチクル１００のパターン面には露光すべきＩＣパターンが形成されており、上記ＩＣパターンから射出された光は投影レンズ１０２を通過して結像面に相当するウエハ１０３の面上近傍に像を形成する。
前記レチクル１００は一方向（Ｙ方向）に往復走査可能なレチクルステージＲＳ上に載置されている。
【０００７】
ウエハ１０３は図１１のＸＹ及びＺ方向に走査駆動可能で、かつ、傾け補正（チルトと呼ぶ）が可能な構成となっているウエハステージＷＳ上に載置されている。
前記レチクルステージＲＳとウエハステージＷＳを露光倍率の比率の速度で相対的にＹ方向に走査させることでレチクル１００上の１ショット領域の露光を行う。１ショット領域の露光が終了した後にはウエハステージＷＳは次のショットへステップ移動し、先程とは逆方向に走査露光を行い、次のショットが露光される。これらの動作をステップ・アンド・スキャンと言い、スキャナー特有の露光方法である。これらの動作を繰り返すことで、ウエハ全域についてのショットの露光を行う。図１１において、８１はウエハ側干渉計であり、４００は演算装置である。そして、ウエハステージＷＳの制御はウエハステージ制御系１０００によって行われ、装置全体の制御は主制御系１１００によって行われる。
【０００８】
１ショット内の走査露光中には、フォーカス・チルト検出系３３によりウエハ１０３の表面の面位置情報を取得し、露光像面からのずれ量を算出し、Ｚ方向及び傾き（チルト）方向へのステージ駆動によりほぼ露光スリット単位でウエハ表面の高さ方向の形状に合わせこむ動作が行われている。
【０００９】
このフォーカス・チルト検出系３３の構成を図１２に示す。このフォーカス・チルト検出系は光学的な高さ計測手段を使用している。ウエハ表面、正しくはウエハ上に塗布されたレジスト表面に対して高入射角度で光束を入射させ、反射光の像ズレをＣＣＤ等の位置検出素子で検出する方法をとっている。特に、ウエハ上の複数の計測すべき点に複数の光束（マルチマーク）を入射させ、各々の光束を個別のセンサに導き、異なる位置の高さ計測情報から露光すべき面のチルトを算出している。
【００１０】
一方、特開平０７−６６１２０号公報には、スキャン露光方式ではなく、レチクル上に配置された１ショット内のＩＣパターンを、投影レンズによりウエハ上に縮小投影し、一括投影露光をするステッパーにおけるウエハ面位置の検出方法が紹介されており、特にショットの大きさに応じて、入射光のウエハに対する位置を可変とし、ショットサイズに応じて、その測定位置を最適化する表面形状測定方法を紹介している。
【特許文献１】特開平０６−２６０３９１号公報
【特許文献２】特開平０７−６６１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
微細化トレンドにしたがって焦点深度がきわめて小さくなり、露光すべきウエハ表面を最良結像面に合わせこむ精度、いわゆるフォーカス精度は益々厳しくなってきている。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、このフォーカス精度、特に、ウエハ上のパターンの影響や、レジストの厚さむらによるフォーカス検出の騙され（＝オフセット）の発生に関するものである。
【００１３】
図１１及び図１２に示した様な、斜入射照明のフォーカス検出系を使用しても、今後の半導体の微細化に対応するフォーカス検出精度には問題がある。特に、ウエハ上のパターンの影響や、レジストの厚さむらによるフォーカス検出の騙され（＝オフセット）が発生し、計測誤差が無視できない状況である。すなわち、図１３に示すように、周辺回路パターンやスクライブライン近傍においては、同図のようにレジスト表面の段差は焦点深度に比べて小さいが、フォーカス計測にとっては、その計測結果に大きな誤差が発生してしまう。それは、レジスト表面の傾斜角度の影響により、フォーカス検出系に用いられている測定光の、ウエハにおける、反射光がレジスト内の多重反射や、レジスト表面形状の影響を受けた屈折により、正反射角度からのずれが発生し、これらが誤差の要因となる。また、図１４に示すように、ＩＣパターンの粗密の違いにより、ＩＣパターンが密な領域Ａと粗な領域Ｂとでは、反射率に差が生じたりしてしまう。このように、ＩＣパターンにより、反射角や反射強度が変化するため、その反射光を受光した検出波形に非対称性が発生して、検出誤差が生じ、検出波形のコントラストが著しく低下して面位置検出ができない場合も発生する。
【００１４】
そのため、図１２に示す従来のフォーカス検出系では、ウエハに照明する角度を入射角８０度以上として、信号歪を軽減してオフセットの発生を防いでいる。この入射角８０度以上とすることで、ウエハの縦構造に起因する問題は解決することはできるが、測定対象のウエハを搭載したウエハステージを移動させながらの計測という点で検出精度が劣化する可能性がある。一方、ウエハ上の広範囲な領域の表面形状を一括して計測する方法、例えば複数ショット領域の表面形状を一括照明をして、得られる反射光を基に、複数ショット領域の表面形状を計測する方法もあるが、ウエハ上のショットサイズの変更、及びショットレイアウトの変更に伴い、各ショット内の表面形状測定位置が、ショット間で同一でなくなり、表面形状測定結果にショット間オフセットが生じる等の問題が発生する可能性がある。
【００１５】
本発明は、露光時のウエハなどの基板表面形状測定において、露光ショット間に生じる表面形状測定値のオフセットを低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は、基板上の少なくとも一部を照明し、前記照明された基板から反射された光を検出することによって、前記基板の表面形状を測定する表面形状測定装置において、前記基板に形成される複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記照明する領域を変更する変更手段と、前記複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数を決定する決定手段とを備えることを特徴としている。
【００１７】
また、前記決定手段は、前記複数の露光ショット間で前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数が同一となるように決定することを特徴としてもよい。
【００１８】
また、前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光は、基板表面に対して斜め方向から照明されることを特徴としてもよい。
【００１９】
また、前記表面形状測定装置は、前記基板からの反射光と、前記基板に反射させずに導光させた参照光とを干渉させることによって得られる干渉縞を用いて、前記基板の表面形状を測定することを特徴としてもよい。
【００２０】
また、前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光の中心波長及びその波長幅の少なくともいずれかを変更する波長変更手段を備えることを特徴としてもよい。
【００２１】
また、前記基板上の少なくとも一部を照明するための複数の照明手段と、前記照明された基板から反射された光を検出する複数の検出手段とを備えることを特徴とすることができる。
【００２２】
また、本発明は、基板上の少なくとも一部を照明し、前記照明された基板から反射された光を検出することによって、前記基板の表面形状を測定する表面形状測定方法において、前記基板に形成される複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記照明する領域を変更する工程と、前記複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数を決定する工程とを備えることを特徴としている。
【００２３】
また、前記決定する工程では、前記複数の露光ショット間で前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数が同一となるように決定することを特徴としてもよく、前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光は、基板表面に対して斜め方向から照明されることを特徴としてもよく、前記表面形状測定方法は、前記基板からの反射光と、前記基板に反射させずに導光させた参照光とを干渉させることによって得られる干渉縞を用いて、前記基板の表面形状を測定することを特徴としてもよく、前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光の中心波長及びその波長幅の少なくともいずれかを変更する工程を備えることを特徴とすることができる。
【００２４】
また、本発明に係る露光装置は、前記した複数の表面形状測定装置のいずれかを備えることを特徴とし、本発明に係る露光方法は、前記した複数の表面形状測定方法のいずれかを用いて基板の表面位置を測定することを特徴とする。
【００２５】
本発明は、上記露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明に係る基板の表面形状測定方法、及び装置を用いれば、複数のショットに対し、各ショット毎の表面形状を測定するサンプリング・ポイントを同位置にしたことにより、表面形状測定結果に生じるショット間オフセットの値を低減することが可能となり、縮小される焦点深度に対し高いフォーカス補正精度を達成し、１枚の基板あたりの歩留まり向上を得ることが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明を実施するための好ましい形態として、基板（測定及び露光対象）がウエハである場合の実施例について、図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１〜図８、図１０を用いて、本発明の実施例１を説明する。本実施例は、既に本出願人から提案（ＵＳＰ４８６１１６２）しているように、複数のウエハ駆動するステージを構成した露光装置に適用した例である。図１０は、計測用ステージと露光用ステージの二つのウエハ駆動ステージを有し、そのステージ間を、ウエハを吸着したままのチャックの搬送を可能とした構成例を示す図である。この方法は、可動なウエハチャック上に専用マークを配置して、この専用マークとウエハとの三次元的な位置関係を計測用ステージにおいてアライメント検出システム及び表面形状測定システムにより計測し、チャックにウエハを吸着したまま露光用ステージに搬送し、今度はチャック上の専用マークのみの三次元位置をアライメント検出システムにより計測し、計測用ステージで計測したウエハとの三次元的な位置関係を使用して、ウエハをＸＹＺに駆動し、投影レンズを用いて露光を行う方法である。
【００２９】
図１０の計測用ステージ周辺には本発明で提案する、表面形状測定装置が配置されており、その構成例を図１に示す。図１において、光源１から発せられた波長λ１の光は、レンズ系、及びアパーチャーで構成されるビーム径変換光学系２により所定の形状を有する光に成形され、ハーフミラー３により２分割される。ハーフミラー３を透過した光は、ミラー４で反射され、ウエハ６の表面形状を測定する領域に対して角度θの入射角で斜め方向から照射される。図２は、図１におけるウエハ６と照射光との関係を異なる角度から見た図であり、ウエハ６上の複数のショット（ｓｈｏｔ）領域をカバーすべく広範の斜入射照明領域を照明している。再び図１において、ウエハ６で反射した光は、ハーフミラー７を透過する。
【００３０】
一方、ハーフミラー３で反射した参照光は、ミラー１０で反射し、位相シフト手段１２、及びミラー１１を経て、ミラー７で反射し、ここでウエハ６からの反射光と重ね合わされ干渉縞を発生し、検出光学系８を介してその干渉縞が撮像素子９にて検出される。撮像素子９で検出される干渉縞の例を図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示す干渉縞の濃淡はウエハ６上の表面形状測定領域の表面形状に対応しており、この干渉縞の画像に対し、位相シフト法等の干渉計測技術を適用すれば、ウエハ６上の表面形状を検出することができる。例えば以下に、位相シフト法を適用した場合の表面形状測定方法を説明する。
【００３１】
ウエハ６に入射角θで照射された光に対する反射光と、ウエハ６に照射されなかった参照光との干渉を考える。両者の光の位相差をφとし、ある基準面からの高さをｈとすると、位相差φは次の式（１）により表される。
【００３２】
φ＝４πｈ／（λ・ｃｏｓθ） 式（１）
ここで、音響光学素子等の位相シフト手段１２により、参照光の位相を、０、π／２、π、３π／２だけ変化させ、各位相シフト時の干渉縞の画像を記録し、記録した複数個の干渉縞の画像から位相差φを計算し、さらに高さｈに換算する。この時、記録した４枚の干渉縞の画像の特定のサンプリング・ポイント（検出点）の干渉光強度をそれぞれａ、ｂ、ｃ、ｄとすると、位相φを表す式は次式のような簡単な式（２）になる。
【００３３】
φ＝ｔａｎ−１［（ａ−ｃ）／（ｂ−ｄ）］ 式（２）
こうして求められた、ウエハ６上の、複数の位置における高さ情報を３次元的に繋げていくと図５（ｂ）に示すような表面形状測定結果を得ることができ、これらの表面形状測定結果を記憶装置１８に記憶しておき、図１０の露光用ステージにおけるスキャン露光時に、投影レンズのフォーカス情報として用いることができる。
【００３４】
図３は、ウエハ上のショットレイアウトを示した図であり、斜線部分が斜め方向からの照明光の照射領域とすると、ウエハ上の複数ショット（ｓｈｏｔ）に対して照明光は照射されており、前述の位相シフト法を適用すれば、広範な領域の表面形状を測定することが可能である。
【００３５】
次に、図６〜図７を用いて、撮像素子９で得られる複数の干渉縞画像に対して位相シフト法を適用し、ウエハ上の複数ショットの表面形状を求める際の、測定位置を決定する方法について述べる。図６は、ウエハ上の複数ショットに対する、斜入射照明光の照明領域の関係を示したものであり、図１で示した表面形状測定装置を用いて、最大で２４ショットの領域の表面形状を測定する場合の図であり、以下に述べる説明を容易にする為、楕円で囲った４ショットの拡大図を図７に示す。
【００３６】
図７において、各ショット内の複数の○印は、表面形状を測定するサンプリング・ポイントの位置を表している。このサンプリング・ポイントの場所、及び個数は、１ショットあたりのショットサイズ、測定精度、及び測定に係るスループット等を考慮して適宜決定する。例えば、図７のショットサイズをＸ方向１８ｍｍ、Ｙ方向３２ｍｍとしたとき、ａ＝ｃ＝０．５ｍｍ、ｂ＝ｄ＝１ｍｍとして、１ショット内のサンプリング・ポイントを１７箇所（X方向）×３１箇所（Ｙ方向）＝５２７箇所と定める。このサンプリング・ポイントの特定は、干渉縞画像を処理するソフトウエアで任意の箇所を特定でき、例えば、ＩＣパターンが露光されないスクライブラインの領域等の不必要と思われる領域の測定を除外することもできる。これらの、１ショット内に定めたサンプリング・ポイントの位置、及び個数を、その他のショットにおいても同じになるように、その他のショットにおけるサンプリング・ポイントを特定していく。具体的には、インターフェイスからショットサイズおよびレイアウトが入力され、入力された値からＣＣＤ等の位置検出素子の検出点を決定手段２０により決定する。このようにして表面形状を測定する全ショットに対して、各ショット内のサンプリング・ポイントを同一場所とすることにより、表面形状測定のショット間オフセットを低減することが可能となる。
【００３７】
本実施例では、照明光が斜入射である場合を述べたが、ウエハに対して垂直上方からの照明光を用いて測定光学系を構成しても良い。
【実施例２】
【００３８】
次に、図３〜図４を用いて、本発明の実施例２を説明する。図３は、例えば、１ショットのサイズが、Ｘ方向１８ｍｍ、Ｙ方向３２ｍｍであり、図１で述べた表面形状測定装置により、斜線を引いた領域の表面形状を測定するべく、照明光学系の照明領域を示した図である。勿論、照明領域に対して、ウエハが存在しない部分の測定は行わない。図４（ａ）、（ｂ）は、図３に示すショットサイズ、及びショットレイアウトに対し、ショットサイズの変更に伴い、ショットレイアウトが変更になった場合の測定方法を示す図である。図３に示すショットサイズを例えば、Ｘ方向：１８ｍｍ、Ｙ方向：３２ｍｍとし、表面形状を一括測定する領域をＸ方向の測定ショット数が４ショット、Ｙ方向の測定ショットを７ショットとし、照射光のサイズは、Ｘ方向：１８（ｍｍ／ショット）×４ショット＝７２ｍｍ、Ｙ方向：３２（ｍｍ／ショット）×７ショット＝２２４ｍｍとしていた。
【００３９】
しかし、図４において、ショットサイズがＸ方向：２５ｍｍ、Ｙ方向：３３ｍｍとなり、サイズ変更に伴いショットレイアウトも図３に比べて変化している。この場合、表面形状測定に関わる時間短縮を目的として、斜入射照明光の照明領域のサイズを変更する。この場合、変更前は、図４（ａ）に示すようにＸ方向７２ｍｍ、Ｙ方向２２４ｍｍとしていたが、変更後のショットサイズ、及びショットレイアウトに合わせて、図４（ｂ）に示すように、Ｘ方向：２５（ｍｍ／ショット）×３ショット＝７５ｍｍ、Ｙ方向：３３（ｍｍ／ショット）×６ショット＝１９８ｍｍとするため、Ｘ方向に１．０４倍、Ｙ方向に０．８８倍にそれぞれ独立に変倍して、照明光のサイズ（領域）を最適化している。照明光のサイズは、図１５におけるビーム径変換光学系によって変更できる。ビーム径変換光学系は、例えば複数のレンズを備え、これらのレンズ間の距離を変化させることによってビーム径を変換させるものであってもよく、公知のビームエクスパンダー等を用いてもよい。
【００４０】
図８に示す流れ図は、実施例２で述べた斜入斜光による照明領域、及び、表面形状測定領域内のサンプリング・ポイントの決定方法の流れを示すものである。表面形状を測定する前にウエハ上のショットサイズ、及びショットレイアウト情報を取得し（工程１）、一括で照明する表面形状測定領域のサイズを決定し、照射領域を変更する（工程２）。そして、ウエハの照明領域から得られる干渉縞に対して、表面形状を測定する際のショット内のサンプリング・ポイントが、全ショットを通じて同じになるように指定をし（工程３）、ウエハの表面形状測定を行う（工程４）。
【００４１】
本実施例では、各ショット内のサンプリング・ポイントの指定は、干渉縞画像を処理するソフトウエハ上で行う方法を述べたが、ソフトウエア上でサンプリング・ポイントを事前に固定しておき、図１に示す検出光学系８の配置を変更し、撮像素子９の撮像面の検出エリアに対する、ウエハの検出エリアに対応する干渉縞像の大きさを変更してもよい。
【００４２】
また、本実施例では、位相シフト法における参照光の位相を、音響光学素子等の位相シフト手段により変更する方法を述べたが、位相シフト手段はこれに限らず、参照光路中のミラーをピエゾ素子等で駆動することにより参照光の位相を変化させても良い。
【００４３】
また、本実施例では、斜入射照明光が単色光で、かつ、固定した波長による測定方法を述べたが、光源はこれに限らず、図１５に示すように、互いに波長の異なる光源１，１３，１４と各光源毎に付随するビーム径変換光学系２，１６，１７を配置し、表面形状を測定するウエハの縦構造、または、ショット内のＩＣパターンの粗密に起因する測定誤差が発生しにくい波長を光源切り替え器１５により選択して測定を行っても良い。波長の切り替えは、波長選択性のある光学フィルターを使っても良く、また、光源にはブロードバンド光を用いても良い。図１５に示す表面形状測定装置では、図１に示した表面形状測定装置と同一の要素には同一の符号を付けて、それらについて重複説明は省略する。
【００４４】
図９は、本発明の実施例２を説明する図である。図２に示す実施例１との違いは、斜入射照明光学系、及び、干渉縞を検出するシステムが複数配置されているところである。斜入射照明光学系、及び、検出システムを複数個配置することにより、ウエハ６に対し複数の斜入射照明領域１、斜入射照明領域２等について同時に干渉縞を検出し、スループットを向上させることができる。
【実施例３】
【００４５】
次に、図１６を用いて、本発明の実施例３を説明する。前述した実施例１における図１０に示した構成は、表面形状測定装置を、計測用ステージと露光用ステージの２つのウエハ駆動ステージを有する露光装置に適用した場合である。それに対して、図１６に示す露光装置は、１つのウエハ駆動ステージのみを有するものであり、図１１に示した露光装置と同一の要素には同一の符号を付けてある。この露光装置に対して、オフアクシス（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ）の位置に、実施例1、または実施例２で述べた表面形状測定装置が配置されている（図１６に示す表面形状測定装置では図１に示した表面形状測定装置と同一の要素には同一の符号を付けてある。）。この露光装置は、露光が行われる前に、ウエハ６を搭載したウエハ駆動ステージＷＳが表面形状測定装置の検出位置に移動し、表面形状測定装置によるウエハ表面の形状測定が行われ、その形状情報を露光時のフォーカス情報とし、露光時にウエハのＺ方向の制御を行う。
【実施例４】
【００４６】
次に、上記実施例１〜３のいずれかに係る露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１７は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。
【００４７】
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、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。
【００４８】
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例１に係る表面形状測定装置を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例１に係るウエハと斜入射照明光の関係を説明するための斜視図である。
【図３】ウエハ上の露光ショットと斜入射照明光との関係を示す平面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、ショットサイズ、及びショットレイアウトが変更になった時の照明領域調整または照明範囲を変更する手順を説明するための平面図である。
【図５】（ａ）は図１で示す表面形状測定装置で得られた干渉縞を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の干渉縞を基に得られた被測定物の表面形状を示す斜視図である。
【図６】ウエハと斜入射照明光の関係を説明するための平面図である。
【図７】各ショットにおける表面形状を測定するサンプリング・ポイントを示す図である。
【図８】本発明の実施例１に示す表面形状測定方法の一部を示す流れ図である。
【図９】本発明の実施例２に係るウエハと斜入射照明光の関係を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施例に係る表面形状測定装置を露光装置に適用した場合を示す図である。
【図１１】従来例において、走査型露光装置（スキャナー）の構成を示す図である。
【図１２】従来例における、フォーカス検出方法を示す図である。
【図１３】レジスト内のフォーカス検出光の光路を示す図である。
【図１４】ウエハの縦構造の違いによる検出騙されを説明するための図である。
【図１５】本発明の実施例２に係る表面形状測定装置を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施例３に係る表面形状測定装置を有する露光装置の構成を説明するための図である。
【図１７】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１３，１４：光源、２，１６，１７：ビーム径変換光学系、３，７：ハーフミラー、４，１０，１１：ミラー、６：ウエハ、８：検出光学系、９：撮像素子、１２：位相シフト手段、１５：光源切り替え器、２０：決定手段、３３：フォーカス・チルト検出系、１００：レチクル、８００：光源、８０１：照明系。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に使用される投影露光装置において、最良な像性能を得るべくウエハなどの基板の表面位置を計測する測定方法、測定装置、それを用いる露光方法、及びそれを搭載した露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体素子、液晶表示素子または薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィー工程で製造する際に、マスクまたはレチクル（以下「レチクル」と総称する）のパターンの像を投影光学系を介して感光基板上に結像する投影露光装置が使用されている。
【０００３】
近年、半導体素子の高集積化に伴って加工線幅の微細化に伴って、投影露光装置の投影レンズの高ＮＡ化、使用光源波長の短波長化、大画面化が進んでいる。これらを達成する手段として、かつては露光領域をウエハ上に縮小して一括投影露光をするステッパーと呼ばれる露光装置が用いられていたが、現在では、露光領域を矩形のスリット形状とし、レチクルとウエハを相対的に高速走査し大画面を精度良く露光する走査型露光装置（以下、スキャナーと呼ぶ）が主流になりつつある。
【０００４】
スキャナーでは露光スリット単位でウエハの表面形状を最適露光像面位置に合わせ込むことができるためにウエハ平面度の影響も低減できる効果を有している。そのためにスキャナーでは、ウエハ表面を走査露光中に露光像面位置にリアルタイムで合わせ込む必要があるために、露光スリットに差し掛かる前に、ウエハ表面位置を光斜入射系の表面位置検出手段で計測し駆動補正を行うという技術を使用している。
【０００５】
特に露光スリットの長手方向、及び走査方向と直行する方向には高さのみならず表面の傾きを計測すべく複数点の計測を行っている。上記走査露光におけるフォーカス・チルト計測の方法に関しては特開平０６−２６０３９１号公報などに提案されている。
【０００６】
この従来の露光装置に適用したフォーカス検出系の構成例等を図１１及び図１２に示したので、これについて以下に説明する。
エキシマレーザーなどの光源８００から射出された光は、露光に最適な所定の形状の露光スリットに成型される照明系８０１を経て、マスクまたはレチクル１００（以後レチクルと呼ぶ）の下面に形成されたパターン面を照明する。レチクル１００のパターン面には露光すべきＩＣパターンが形成されており、上記ＩＣパターンから射出された光は投影レンズ１０２を通過して結像面に相当するウエハ１０３の面上近傍に像を形成する。
前記レチクル１００は一方向（Ｙ方向）に往復走査可能なレチクルステージＲＳ上に載置されている。
【０００７】
ウエハ１０３は図１１のＸＹ及びＺ方向に走査駆動可能で、かつ、傾け補正（チルトと呼ぶ）が可能な構成となっているウエハステージＷＳ上に載置されている。
前記レチクルステージＲＳとウエハステージＷＳを露光倍率の比率の速度で相対的にＹ方向に走査させることでレチクル１００上の１ショット領域の露光を行う。１ショット領域の露光が終了した後にはウエハステージＷＳは次のショットへステップ移動し、先程とは逆方向に走査露光を行い、次のショットが露光される。これらの動作をステップ・アンド・スキャンと言い、スキャナー特有の露光方法である。これらの動作を繰り返すことで、ウエハ全域についてのショットの露光を行う。図１１において、８１はウエハ側干渉計であり、４００は演算装置である。そして、ウエハステージＷＳの制御はウエハステージ制御系１０００によって行われ、装置全体の制御は主制御系１１００によって行われる。
【０００８】
１ショット内の走査露光中には、フォーカス・チルト検出系３３によりウエハ１０３の表面の面位置情報を取得し、露光像面からのずれ量を算出し、Ｚ方向及び傾き（チルト）方向へのステージ駆動によりほぼ露光スリット単位でウエハ表面の高さ方向の形状に合わせこむ動作が行われている。
【０００９】
このフォーカス・チルト検出系３３の構成を図１２に示す。このフォーカス・チルト検出系は光学的な高さ計測手段を使用している。ウエハ表面、正しくはウエハ上に塗布されたレジスト表面に対して高入射角度で光束を入射させ、反射光の像ズレをＣＣＤ等の位置検出素子で検出する方法をとっている。特に、ウエハ上の複数の計測すべき点に複数の光束（マルチマーク）を入射させ、各々の光束を個別のセンサに導き、異なる位置の高さ計測情報から露光すべき面のチルトを算出している。
【００１０】
一方、特開平０７−６６１２０号公報には、スキャン露光方式ではなく、レチクル上に配置された１ショット内のＩＣパターンを、投影レンズによりウエハ上に縮小投影し、一括投影露光をするステッパーにおけるウエハ面位置の検出方法が紹介されており、特にショットの大きさに応じて、入射光のウエハに対する位置を可変とし、ショットサイズに応じて、その測定位置を最適化する表面形状測定方法を紹介している。
【特許文献１】特開平０６−２６０３９１号公報
【特許文献２】特開平０７−６６１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
微細化トレンドにしたがって焦点深度がきわめて小さくなり、露光すべきウエハ表面を最良結像面に合わせこむ精度、いわゆるフォーカス精度は益々厳しくなってきている。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、このフォーカス精度、特に、ウエハ上のパターンの影響や、レジストの厚さむらによるフォーカス検出の騙され（＝オフセット）の発生に関するものである。
【００１３】
図１１及び図１２に示した様な、斜入射照明のフォーカス検出系を使用しても、今後の半導体の微細化に対応するフォーカス検出精度には問題がある。特に、ウエハ上のパターンの影響や、レジストの厚さむらによるフォーカス検出の騙され（＝オフセット）が発生し、計測誤差が無視できない状況である。すなわち、図１３に示すように、周辺回路パターンやスクライブライン近傍においては、同図のようにレジスト表面の段差は焦点深度に比べて小さいが、フォーカス計測にとっては、その計測結果に大きな誤差が発生してしまう。それは、レジスト表面の傾斜角度の影響により、フォーカス検出系に用いられている測定光の、ウエハにおける、反射光がレジスト内の多重反射や、レジスト表面形状の影響を受けた屈折により、正反射角度からのずれが発生し、これらが誤差の要因となる。また、図１４に示すように、ＩＣパターンの粗密の違いにより、ＩＣパターンが密な領域Ａと粗な領域Ｂとでは、反射率に差が生じたりしてしまう。このように、ＩＣパターンにより、反射角や反射強度が変化するため、その反射光を受光した検出波形に非対称性が発生して、検出誤差が生じ、検出波形のコントラストが著しく低下して面位置検出ができない場合も発生する。
【００１４】
そのため、図１２に示す従来のフォーカス検出系では、ウエハに照明する角度を入射角８０度以上として、信号歪を軽減してオフセットの発生を防いでいる。この入射角８０度以上とすることで、ウエハの縦構造に起因する問題は解決することはできるが、測定対象のウエハを搭載したウエハステージを移動させながらの計測という点で検出精度が劣化する可能性がある。一方、ウエハ上の広範囲な領域の表面形状を一括して計測する方法、例えば複数ショット領域の表面形状を一括照明をして、得られる反射光を基に、複数ショット領域の表面形状を計測する方法もあるが、ウエハ上のショットサイズの変更、及びショットレイアウトの変更に伴い、各ショット内の表面形状測定位置が、ショット間で同一でなくなり、表面形状測定結果にショット間オフセットが生じる等の問題が発生する可能性がある。
【００１５】
本発明は、露光時のウエハなどの基板表面形状測定において、露光ショット間に生じる表面形状測定値のオフセットを低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は、基板上の少なくとも一部を照明し、前記照明された基板から反射された光を検出することによって、前記基板の表面形状を測定する表面形状測定装置において、前記基板に形成される複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記照明する領域を変更する変更手段と、前記複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数を決定する決定手段とを備えることを特徴としている。
【００１７】
また、前記決定手段は、前記複数の露光ショット間で前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数が同一となるように決定することを特徴としてもよい。
【００１８】
また、前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光は、基板表面に対して斜め方向から照明されることを特徴としてもよい。
【００１９】
また、前記表面形状測定装置は、前記基板からの反射光と、前記基板に反射させずに導光させた参照光とを干渉させることによって得られる干渉縞を用いて、前記基板の表面形状を測定することを特徴としてもよい。
【００２０】
また、前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光の中心波長及びその波長幅の少なくともいずれかを変更する波長変更手段を備えることを特徴としてもよい。
【００２１】
また、前記基板上の少なくとも一部を照明するための複数の照明手段と、前記照明された基板から反射された光を検出する複数の検出手段とを備えることを特徴とすることができる。
【００２２】
また、本発明は、基板上の少なくとも一部を照明し、前記照明された基板から反射された光を検出することによって、前記基板の表面形状を測定する表面形状測定方法において、前記基板に形成される複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記照明する領域を変更する工程と、前記複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数を決定する工程とを備えることを特徴としている。
【００２３】
また、前記決定する工程では、前記複数の露光ショット間で前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数が同一となるように決定することを特徴としてもよく、前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光は、基板表面に対して斜め方向から照明されることを特徴としてもよく、前記表面形状測定方法は、前記基板からの反射光と、前記基板に反射させずに導光させた参照光とを干渉させることによって得られる干渉縞を用いて、前記基板の表面形状を測定することを特徴としてもよく、前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光の中心波長及びその波長幅の少なくともいずれかを変更する工程を備えることを特徴とすることができる。
【００２４】
また、本発明に係る露光装置は、前記した複数の表面形状測定装置のいずれかを備えることを特徴とし、本発明に係る露光方法は、前記した複数の表面形状測定方法のいずれかを用いて基板の表面位置を測定することを特徴とする。
【００２５】
本発明は、上記露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明に係る基板の表面形状測定方法、及び装置を用いれば、複数のショットに対し、各ショット毎の表面形状を測定するサンプリング・ポイントを同位置にしたことにより、表面形状測定結果に生じるショット間オフセットの値を低減することが可能となり、縮小される焦点深度に対し高いフォーカス補正精度を達成し、１枚の基板あたりの歩留まり向上を得ることが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明を実施するための好ましい形態として、基板（測定及び露光対象）がウエハである場合の実施例について、図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１〜図８、図１０を用いて、本発明の実施例１を説明する。本実施例は、既に本出願人から提案（ＵＳＰ４８６１１６２）しているように、複数のウエハ駆動するステージを構成した露光装置に適用した例である。図１０は、計測用ステージと露光用ステージの二つのウエハ駆動ステージを有し、そのステージ間を、ウエハを吸着したままのチャックの搬送を可能とした構成例を示す図である。この方法は、可動なウエハチャック上に専用マークを配置して、この専用マークとウエハとの三次元的な位置関係を計測用ステージにおいてアライメント検出システム及び表面形状測定システムにより計測し、チャックにウエハを吸着したまま露光用ステージに搬送し、今度はチャック上の専用マークのみの三次元位置をアライメント検出システムにより計測し、計測用ステージで計測したウエハとの三次元的な位置関係を使用して、ウエハをＸＹＺに駆動し、投影レンズを用いて露光を行う方法である。
【００２９】
図１０の計測用ステージ周辺には本発明で提案する、表面形状測定装置が配置されており、その構成例を図１に示す。図１において、光源１から発せられた波長λ１の光は、レンズ系、及びアパーチャーで構成されるビーム径変換光学系２により所定の形状を有する光に成形され、ハーフミラー３により２分割される。ハーフミラー３を透過した光は、ミラー４で反射され、ウエハ６の表面形状を測定する領域に対して角度θの入射角で斜め方向から照射される。図２は、図１におけるウエハ６と照射光との関係を異なる角度から見た図であり、ウエハ６上の複数のショット（ｓｈｏｔ）領域をカバーすべく広範の斜入射照明領域を照明している。再び図１において、ウエハ６で反射した光は、ハーフミラー７を透過する。
【００３０】
一方、ハーフミラー３で反射した参照光は、ミラー１０で反射し、位相シフト手段１２、及びミラー１１を経て、ミラー７で反射し、ここでウエハ６からの反射光と重ね合わされ干渉縞を発生し、検出光学系８を介してその干渉縞が撮像素子９にて検出される。撮像素子９で検出される干渉縞の例を図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示す干渉縞の濃淡はウエハ６上の表面形状測定領域の表面形状に対応しており、この干渉縞の画像に対し、位相シフト法等の干渉計測技術を適用すれば、ウエハ６上の表面形状を検出することができる。例えば以下に、位相シフト法を適用した場合の表面形状測定方法を説明する。
【００３１】
ウエハ６に入射角θで照射された光に対する反射光と、ウエハ６に照射されなかった参照光との干渉を考える。両者の光の位相差をφとし、ある基準面からの高さをｈとすると、位相差φは次の式（１）により表される。
【００３２】
φ＝４πｈ／（λ・ｃｏｓθ） 式（１）
ここで、音響光学素子等の位相シフト手段１２により、参照光の位相を、０、π／２、π、３π／２だけ変化させ、各位相シフト時の干渉縞の画像を記録し、記録した複数個の干渉縞の画像から位相差φを計算し、さらに高さｈに換算する。この時、記録した４枚の干渉縞の画像の特定のサンプリング・ポイント（検出点）の干渉光強度をそれぞれａ、ｂ、ｃ、ｄとすると、位相φを表す式は次式のような簡単な式（２）になる。
【００３３】
φ＝ｔａｎ−１［（ａ−ｃ）／（ｂ−ｄ）］ 式（２）
こうして求められた、ウエハ６上の、複数の位置における高さ情報を３次元的に繋げていくと図５（ｂ）に示すような表面形状測定結果を得ることができ、これらの表面形状測定結果を記憶装置１８に記憶しておき、図１０の露光用ステージにおけるスキャン露光時に、投影レンズのフォーカス情報として用いることができる。
【００３４】
図３は、ウエハ上のショットレイアウトを示した図であり、斜線部分が斜め方向からの照明光の照射領域とすると、ウエハ上の複数ショット（ｓｈｏｔ）に対して照明光は照射されており、前述の位相シフト法を適用すれば、広範な領域の表面形状を測定することが可能である。
【００３５】
次に、図６〜図７を用いて、撮像素子９で得られる複数の干渉縞画像に対して位相シフト法を適用し、ウエハ上の複数ショットの表面形状を求める際の、測定位置を決定する方法について述べる。図６は、ウエハ上の複数ショットに対する、斜入射照明光の照明領域の関係を示したものであり、図１で示した表面形状測定装置を用いて、最大で２４ショットの領域の表面形状を測定する場合の図であり、以下に述べる説明を容易にする為、楕円で囲った４ショットの拡大図を図７に示す。
【００３６】
図７において、各ショット内の複数の○印は、表面形状を測定するサンプリング・ポイントの位置を表している。このサンプリング・ポイントの場所、及び個数は、１ショットあたりのショットサイズ、測定精度、及び測定に係るスループット等を考慮して適宜決定する。例えば、図７のショットサイズをＸ方向１８ｍｍ、Ｙ方向３２ｍｍとしたとき、ａ＝ｃ＝０．５ｍｍ、ｂ＝ｄ＝１ｍｍとして、１ショット内のサンプリング・ポイントを１７箇所（X方向）×３１箇所（Ｙ方向）＝５２７箇所と定める。このサンプリング・ポイントの特定は、干渉縞画像を処理するソフトウエアで任意の箇所を特定でき、例えば、ＩＣパターンが露光されないスクライブラインの領域等の不必要と思われる領域の測定を除外することもできる。これらの、１ショット内に定めたサンプリング・ポイントの位置、及び個数を、その他のショットにおいても同じになるように、その他のショットにおけるサンプリング・ポイントを特定していく。具体的には、インターフェイスからショットサイズおよびレイアウトが入力され、入力された値からＣＣＤ等の位置検出素子の検出点を決定手段２０により決定する。このようにして表面形状を測定する全ショットに対して、各ショット内のサンプリング・ポイントを同一場所とすることにより、表面形状測定のショット間オフセットを低減することが可能となる。
【００３７】
本実施例では、照明光が斜入射である場合を述べたが、ウエハに対して垂直上方からの照明光を用いて測定光学系を構成しても良い。
【実施例２】
【００３８】
次に、図３〜図４を用いて、本発明の実施例２を説明する。図３は、例えば、１ショットのサイズが、Ｘ方向１８ｍｍ、Ｙ方向３２ｍｍであり、図１で述べた表面形状測定装置により、斜線を引いた領域の表面形状を測定するべく、照明光学系の照明領域を示した図である。勿論、照明領域に対して、ウエハが存在しない部分の測定は行わない。図４（ａ）、（ｂ）は、図３に示すショットサイズ、及びショットレイアウトに対し、ショットサイズの変更に伴い、ショットレイアウトが変更になった場合の測定方法を示す図である。図３に示すショットサイズを例えば、Ｘ方向：１８ｍｍ、Ｙ方向：３２ｍｍとし、表面形状を一括測定する領域をＸ方向の測定ショット数が４ショット、Ｙ方向の測定ショットを７ショットとし、照射光のサイズは、Ｘ方向：１８（ｍｍ／ショット）×４ショット＝７２ｍｍ、Ｙ方向：３２（ｍｍ／ショット）×７ショット＝２２４ｍｍとしていた。
【００３９】
しかし、図４において、ショットサイズがＸ方向：２５ｍｍ、Ｙ方向：３３ｍｍとなり、サイズ変更に伴いショットレイアウトも図３に比べて変化している。この場合、表面形状測定に関わる時間短縮を目的として、斜入射照明光の照明領域のサイズを変更する。この場合、変更前は、図４（ａ）に示すようにＸ方向７２ｍｍ、Ｙ方向２２４ｍｍとしていたが、変更後のショットサイズ、及びショットレイアウトに合わせて、図４（ｂ）に示すように、Ｘ方向：２５（ｍｍ／ショット）×３ショット＝７５ｍｍ、Ｙ方向：３３（ｍｍ／ショット）×６ショット＝１９８ｍｍとするため、Ｘ方向に１．０４倍、Ｙ方向に０．８８倍にそれぞれ独立に変倍して、照明光のサイズ（領域）を最適化している。照明光のサイズは、図１５におけるビーム径変換光学系によって変更できる。ビーム径変換光学系は、例えば複数のレンズを備え、これらのレンズ間の距離を変化させることによってビーム径を変換させるものであってもよく、公知のビームエクスパンダー等を用いてもよい。
【００４０】
図８に示す流れ図は、実施例２で述べた斜入斜光による照明領域、及び、表面形状測定領域内のサンプリング・ポイントの決定方法の流れを示すものである。表面形状を測定する前にウエハ上のショットサイズ、及びショットレイアウト情報を取得し（工程１）、一括で照明する表面形状測定領域のサイズを決定し、照射領域を変更する（工程２）。そして、ウエハの照明領域から得られる干渉縞に対して、表面形状を測定する際のショット内のサンプリング・ポイントが、全ショットを通じて同じになるように指定をし（工程３）、ウエハの表面形状測定を行う（工程４）。
【００４１】
本実施例では、各ショット内のサンプリング・ポイントの指定は、干渉縞画像を処理するソフトウエハ上で行う方法を述べたが、ソフトウエア上でサンプリング・ポイントを事前に固定しておき、図１に示す検出光学系８の配置を変更し、撮像素子９の撮像面の検出エリアに対する、ウエハの検出エリアに対応する干渉縞像の大きさを変更してもよい。
【００４２】
また、本実施例では、位相シフト法における参照光の位相を、音響光学素子等の位相シフト手段により変更する方法を述べたが、位相シフト手段はこれに限らず、参照光路中のミラーをピエゾ素子等で駆動することにより参照光の位相を変化させても良い。
【００４３】
また、本実施例では、斜入射照明光が単色光で、かつ、固定した波長による測定方法を述べたが、光源はこれに限らず、図１５に示すように、互いに波長の異なる光源１，１３，１４と各光源毎に付随するビーム径変換光学系２，１６，１７を配置し、表面形状を測定するウエハの縦構造、または、ショット内のＩＣパターンの粗密に起因する測定誤差が発生しにくい波長を光源切り替え器１５により選択して測定を行っても良い。波長の切り替えは、波長選択性のある光学フィルターを使っても良く、また、光源にはブロードバンド光を用いても良い。図１５に示す表面形状測定装置では、図１に示した表面形状測定装置と同一の要素には同一の符号を付けて、それらについて重複説明は省略する。
【００４４】
図９は、本発明の実施例２を説明する図である。図２に示す実施例１との違いは、斜入射照明光学系、及び、干渉縞を検出するシステムが複数配置されているところである。斜入射照明光学系、及び、検出システムを複数個配置することにより、ウエハ６に対し複数の斜入射照明領域１、斜入射照明領域２等について同時に干渉縞を検出し、スループットを向上させることができる。
【実施例３】
【００４５】
次に、図１６を用いて、本発明の実施例３を説明する。前述した実施例１における図１０に示した構成は、表面形状測定装置を、計測用ステージと露光用ステージの２つのウエハ駆動ステージを有する露光装置に適用した場合である。それに対して、図１６に示す露光装置は、１つのウエハ駆動ステージのみを有するものであり、図１１に示した露光装置と同一の要素には同一の符号を付けてある。この露光装置に対して、オフアクシス（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ）の位置に、実施例1、または実施例２で述べた表面形状測定装置が配置されている（図１６に示す表面形状測定装置では図１に示した表面形状測定装置と同一の要素には同一の符号を付けてある。）。この露光装置は、露光が行われる前に、ウエハ６を搭載したウエハ駆動ステージＷＳが表面形状測定装置の検出位置に移動し、表面形状測定装置によるウエハ表面の形状測定が行われ、その形状情報を露光時のフォーカス情報とし、露光時にウエハのＺ方向の制御を行う。
【実施例４】
【００４６】
次に、上記実施例１〜３のいずれかに係る露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１７は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。
【００４７】
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、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。
【００４８】
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例１に係る表面形状測定装置を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例１に係るウエハと斜入射照明光の関係を説明するための斜視図である。
【図３】ウエハ上の露光ショットと斜入射照明光との関係を示す平面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、ショットサイズ、及びショットレイアウトが変更になった時の照明領域調整または照明範囲を変更する手順を説明するための平面図である。
【図５】（ａ）は図１で示す表面形状測定装置で得られた干渉縞を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の干渉縞を基に得られた被測定物の表面形状を示す斜視図である。
【図６】ウエハと斜入射照明光の関係を説明するための平面図である。
【図７】各ショットにおける表面形状を測定するサンプリング・ポイントを示す図である。
【図８】本発明の実施例１に示す表面形状測定方法の一部を示す流れ図である。
【図９】本発明の実施例２に係るウエハと斜入射照明光の関係を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施例に係る表面形状測定装置を露光装置に適用した場合を示す図である。
【図１１】従来例において、走査型露光装置（スキャナー）の構成を示す図である。
【図１２】従来例における、フォーカス検出方法を示す図である。
【図１３】レジスト内のフォーカス検出光の光路を示す図である。
【図１４】ウエハの縦構造の違いによる検出騙されを説明するための図である。
【図１５】本発明の実施例２に係る表面形状測定装置を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施例３に係る表面形状測定装置を有する露光装置の構成を説明するための図である。
【図１７】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１３，１４：光源、２，１６，１７：ビーム径変換光学系、３，７：ハーフミラー、４，１０，１１：ミラー、６：ウエハ、８：検出光学系、９：撮像素子、１２：位相シフト手段、１５：光源切り替え器、２０：決定手段、３３：フォーカス・チルト検出系、１００：レチクル、８００：光源、８０１：照明系。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の少なくとも一部を照明し、前記照明された基板から反射された光を検出することによって、前記基板の表面形状を測定する表面形状測定装置において、
前記基板に形成される複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記照明する領域を変更する変更手段と、
前記複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数を決定する決定手段とを備えることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
前記決定手段は、前記複数の露光ショット間で前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数が同一となるように決定することを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項３】
前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光は、基板表面に対して斜め方向から照明されることを特徴とする請求項１または２に記載の表面形状測定装置。
【請求項４】
前記表面形状測定装置は、前記基板からの反射光と、前記基板に反射させずに導光させた参照光とを干渉させることによって得られる干渉縞を用いて、前記基板の表面形状を測定することを特徴とする請求項１〜３の少なくともいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項５】
前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光の中心波長及びその波長幅の少なくともいずれかを変更する波長変更手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項６】
前記基板上の少なくとも一部を照明するための複数の照明手段と、
前記照明された基板から反射された光を検出する複数の検出手段とを備えることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項７】
基板上の少なくとも一部を照明し、前記照明された基板から反射された光を検出することによって、前記基板の表面形状を測定する表面形状測定方法において、
前記基板に形成される複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記照明する領域を変更する工程と、
前記複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数を決定する工程とを備えることを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項８】
前記決定する工程では、前記複数の露光ショット間で前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数が同一となるように決定することを特徴とする請求項７に記載の表面形状測定方法。
【請求項９】
前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光は、基板表面に対して斜め方向から照明されることを特徴とする請求項７または８に記載の表面形状測定方法。
【請求項１０】
前記表面形状測定方法は、前記基板からの反射光と、前記基板に反射させずに導光させた参照光とを干渉させることによって得られる干渉縞を用いて、前記基板の表面形状を測定することを特徴とする請求項７〜９の少なくともいずれかに記載の表面形状測定方法。
【請求項１１】
前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光の中心波長及びその波長幅の少なくともいずれかを変更する工程を備えることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の表面形状測定方法。
【請求項１２】
請求項１〜６の少なくともいずれかに記載の表面形状測定装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
請求項７〜１１の少なくともいずれかに記載の表面形状測定方法を用いて基板の表面位置を測定することを特徴とする露光方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１】
基板上の少なくとも一部を照明し、前記照明された基板から反射された光を検出することによって、前記基板の表面形状を測定する表面形状測定装置において、
前記基板に形成される複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記照明する領域を変更する変更手段と、
前記複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数を決定する決定手段とを備えることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
前記決定手段は、前記複数の露光ショット間で前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数が同一となるように決定することを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項３】
前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光は、基板表面に対して斜め方向から照明されることを特徴とする請求項１または２に記載の表面形状測定装置。
【請求項４】
前記表面形状測定装置は、前記基板からの反射光と、前記基板に反射させずに導光させた参照光とを干渉させることによって得られる干渉縞を用いて、前記基板の表面形状を測定することを特徴とする請求項１〜３の少なくともいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項５】
前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光の中心波長及びその波長幅の少なくともいずれかを変更する波長変更手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表面形状測定装置。
【請求項６】
前記基板上の少なくとも一部を照明するための複数の照明手段と、
前記照明された基板から反射された光を検出する複数の検出手段とを備えることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項７】
基板上の少なくとも一部を照明し、前記照明された基板から反射された光を検出することによって、前記基板の表面形状を測定する表面形状測定方法において、
前記基板に形成される複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記照明する領域を変更する工程と、
前記複数の露光ショットの大きさ及び配置の少なくともいずれかに基づいて前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数を決定する工程とを備えることを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項８】
前記決定する工程では、前記複数の露光ショット間で前記光を検出する複数の検出点の位置及び個数が同一となるように決定することを特徴とする請求項７に記載の表面形状測定方法。
【請求項９】
前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光は、基板表面に対して斜め方向から照明されることを特徴とする請求項７または８に記載の表面形状測定方法。
【請求項１０】
前記表面形状測定方法は、前記基板からの反射光と、前記基板に反射させずに導光させた参照光とを干渉させることによって得られる干渉縞を用いて、前記基板の表面形状を測定することを特徴とする請求項７〜９の少なくともいずれかに記載の表面形状測定方法。
【請求項１１】
前記基板上の少なくとも一部を照明する照明光の中心波長及びその波長幅の少なくともいずれかを変更する工程を備えることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の表面形状測定方法。
【請求項１２】
請求項１〜６の少なくともいずれかに記載の表面形状測定装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
請求項７〜１１の少なくともいずれかに記載の表面形状測定方法を用いて基板の表面位置を測定することを特徴とする露光方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−２７５５５５（Ｐ２００６−２７５５５５Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９０８５１（Ｐ２００５−９０８５１）
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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