JP2001015422A

JP2001015422A - 投影露光方法、投影露光装置、及びそれを用いたデバイスの製造方法

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Publication number: JP2001015422A
Application number: JP11187693A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Hattori; 服部　　正
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2001-01-19
Anticipated expiration: 2019-07-01
Also published as: JP4261689B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ステージ走り面が傾いているときの、ステー
ジの駆動によるフォーカス方向へのステージの変動分を
あらかじめ計測する。【解決手段】被露光体を保持する基板保持盤の上に光
を反射する物体を載置し、投影光学系の光軸方向に関す
る位置を前記光軸方向と交差する方向のそれぞれの位置
において検出する複数の位置検出器を用いて、ステージ
を駆動させて前記物体表面の同一箇所の前記光軸方向に
関する位置を検出し、前記位置検出器を用いて得られた
計測値に基づいて前記ステージの前記光軸方向の変動し
た量を補正するテーブルを作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原板上のパターン
を投影光学系を介して基板上に投影露光を行い、例えば
ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバ
イス、液晶パネル等の表示デバイス、磁気ヘッド等のデ
バイスを製造するための、投影露光方法、投影露光装
置、及びそれを用いたデバイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は静止露光装置（ステッパ）のフォ
ーカスアルゴリズムを示す。ウエハステージにロードさ
れたウエハは、ウエハ内で代表する数ショットにおける
フォーカス計測ショットにおいてフォーカス計測される
（ステップ１０１）。これによって求められたフォーカ
ス計測データから、例えば最小２乗近似等の方法でグロ
ーバル近似平面を計算する（ステップ１０２）。

【０００３】次にＸＹステージを対象露光ショットの位
置にステップ移動し（ステップ１０３）、同時にグロー
バル近似平面から推定した露光ショットにおけるフォー
カス・ティルトポジションにＺ・ティルトウエハステー
ジを移動させる。移動完了後、再度露光ポジションにお
いてフォーカス計測１０５を行い、フォーカストレラン
ス判定（ステップ１０６）にパスするまで追い込み駆動
（ステップ１０７）及び計測（ステップ１０５）を行
う。フォーカストレランスにパスしたら、フォーカス駆
動・アッベ補正駆動（ステップ１０７）によるステップ
で発生したＸＹ方向の残留振動の収束を待ち（ステップ
１０８）、露光を開始する（ステップ１０９）。ステッ
プ１１０では全ショットにわたる露光シーケンスが終了
したかを判別し、終了していなければ最初に計測したグ
ローバル近似平面のデータを用いて上記フォーカスアル
ゴリズム（ステップ１０３〜１１０）を繰り返す。

【０００４】ウエハステージは、露光光軸方向（フォー
カス方向）については、非常に高精度で加工されたガイ
ド（以下ステージ定盤と称す）の上を、エアーベアリン
グ等によって非接触に移動する。ところが、ウエハの大
口径化によって、ステージの駆動領域が広大になり、ま
た、露光されるパターンの微細化によってフォーカス深
度が浅くなり、すべての領域で高精度な加工をすること
は非常に困難である。また、ステージの移動による加重
変動によって、ステージ定盤自身も変形する。そのた
め、ステージが移動すると、上記加工精度の影響や定盤
の変形による影響のため、ウエハ表面がフォーカス方向
に変動してしまう。

【０００５】しかし、静止露光装置においては、フォー
カス計測（ステップ１０５）はショットの露光位置にウ
エハステージを位置決めしてから行う方式（オンアクシ
ス）であり、フォーカス計測系で計測したフォーカス目
標位置に対して残留偏差があった場合には再度残留偏差
を０にするための補正駆動を行えばよい。すなわち、ス
テージの移動によってウエハ表面がフォーカス方向に変
動した量は、フォーカス検出系によって検出され、その
分ステージをフォーカス方向に駆動すればよかった。フ
ォーカス軸駆動によって発生する駆動精度はトータル的
なスループットに影響するのみであり、露光ショットの
不良（フォーカスぼけ）を引き起こすものではなかっ
た。

【０００６】レチクルパターン像を一括してウエハ上に
投影露光する静止露光装置に対して、レチクル上にパタ
ーンの一部をウエハ上に投影しつつレチクルステージと
ウエハステージを投影レンズの投影倍率に従って走査す
る走査露光（スキャン露光）を行う走査露光装置は、静
止露光装置に対してより深い焦点深度と広い露光画角を
確保することができ、投影レンズの一次元方向における
ディストーションを平均化することができるメリットか
ら、現在露光装置としての主流になりつつある。

【０００７】走査露光装置は、例えば図２に示すように
第一コンデンサ２０３からの露光光をスリット２０１に
よって細いシート状のビームに絞り、ショットの露光領
域の一部を投影レンズ２０４を介してウエハ上に投影し
ながらレチクルステージ１とウエハステージ２を投影レ
ンズの投影倍率と同じ速度比率で走査させることで露光
を行う。投影レンズの高ＮＡ化に伴い像面の焦点深度は
ますます狭くなってきており、０．１８ミクロンピッチ
の解像度を得ようとした場合の焦点深度は約０．４ミク
ロンとなる。そのため走査露光中のフォーカスアライメ
ント誤差に与えられているマージンはますます厳しくな
っている。走査露光中のフォーカス制御においては、図
２に示すようにフォーカス計測器２０２が露光スリット
よりも前方に配置されており、露光中にフォーカス計測
と制御を行うことにより、ウエハ上を投影スリットが通
過するショット内のスキャン軸方向におけるすべての場
所において、最適なフォーカス位置になるように制御し
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで先の例のよう
に、ステージ定盤の平面度や変形の影響がある場合、図
３のようにステージ駆動によってウエハ表面がフォーカ
ス方向に変動してしまう。そのため先読み位置で計測し
たウエハ表面高さＺｐを検出して、露光領域にステージ
が達したときにＺｐだけ駆動しても、ステージ変動によ
る変動分Ｚｄがあった場合には、Ｚｄだけウエハ表面が
ベストフォーカス位置からずれてしまうという問題があ
った。そのため、これらフォーカスの変動分をあらかじ
め計測しておき、先読み位置から露光領域までステージ
が駆動した場合、この変動分を補正し、フォーカス誤差
を低減させる必要がある。

【０００９】ところが、そのようなステージ駆動による
フォーカス方向への変動分を計測するのは容易ではなか
った。例えば、ウエハの代わりに、非常に平面度の高い
基板を用いて、ステージ駆動領域全面でフォーカス計測
を行ったとする。しかし、この計測値は、ステージの変
動分と、上記基板の平面度の合計値であり、純粋にステ
ージの変動分を取り出すためには、上記基板をより高精
度に加工するなどの対策が必要であり、コストの面から
も現実的ではなかった。

【００１０】本発明の目的は、上記従来例に鑑み、ステ
ージの駆動によるフォーカス方向への変動分をあらかじ
め計測することを可能にする投影露光方法、投影露光装
置、及びそれを用いたデバイスの製造方法を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、投影露光
方法が、被露光体を保持する基板保持盤の上に光を反射
する物体を載置し、投影光学系の光軸方向に関する位置
を前記光軸方向と交差する方向のそれぞれの位置におい
て検出する複数の位置検出器を用いて、ステージを駆動
させて前記物体表面の同一箇所の前記光軸方向に関する
位置を検出するステップと、前記位置検出器を用いて得
られた計測値に基づいて前記ステージの前記光軸方向に
変動した量を補正するテーブルを作成するステップ、を
有することを特徴とする。

【００１２】第２の発明は、第１の発明の投影露光方法
において、前記基板保持盤の上に載置する物体は、ウエ
ハであることを特徴とする。

【００１３】第３の発明は、第１の発明の投影露光方法
において、前記投影光学系の像面とステージ走り面が平
行であるとき、前記補正テーブルに前記位置検出器のオ
フセットを含めることができることを特徴とする。

【００１４】第４の発明は、第１の発明の投影露光方法
において、前記補正テーブルにおける個々の値が、前記
光軸方向におけるフォーカス位置を示す絶対値であるこ
とを特徴とする。

【００１５】第５の発明は、第１の発明の投影露光方法
において、前記位置検出器を用いて得られた計測値が異
常値であるとき、前記異常値を検出することを特徴とす
る。

【００１６】第６の発明は、第１の発明の投影露光方法
において、前記基板保持盤を交換する際、前記位置検出
器を用いた前記計測を行い、前記補正テーブルを作成す
ることを特徴とする。

【００１７】第７の発明は、第１の発明の投影露光方法
が、レチクルを載置するレチクルステージとウエハを載
置するウエハステージを前記投影光学系の投影倍率に従
って走査して露光を行う走査型の投影露光方法であっ
て、前記補正テーブルは前記走査の方向毎に作成される
ことを特徴とする。

【００１８】第８の発明は、第１の発明の投影露光方法
において、前記補正テーブルを構成する各点の間隔を前
記位置検出器の計測間隔より狭くし、前記位置検出器に
よってそれぞれ計測された前記各点における値を関数近
似して前記補正テーブルを作成することを特徴とする。

【００１９】第９の発明は、投影露光装置が、被露光体を
保持する基板保持盤と、前記基板保持盤を載置し駆動可
能であるステージと、前記被露光体に露光を行うための
投影光学系と、前記投影光学系の光軸方向に関する位置
を、前記光軸方向と交差する方向のそれぞれの位置にお
いて検出する複数の位置検出器と、前記基板保持盤の上
に載置された前記位置検出器の照射光を反射する物体に
対して、前記ステージを駆動させて前記物体表面の同一
箇所の前記光軸方向に関する位置を前記複数の位置検出
器を用いて計測する手段と、前記位置検出器を用いて得
られた計測値に基づいて前記ステージの前記光軸方向に
変動した量を補正するテーブルを作成する手段、を有す
ることを特徴とする。

【００２０】第１０の発明は、第９の発明の投影露光装
置において、前記基板保持盤の上に載置する物体は、ウ
エハであることを特徴とする。

【００２１】第１１の発明は、第９の発明の投影露光装
置において、前記投影光学系の像面とステージ走り面が
平行であるとき、前記補正テーブルに前記位置検出器の
オフセットを含めることができることを特徴とする。

【００２２】第１２の発明は、第９の発明の投影露光装
置において、前記補正テーブルにおける個々の値が、前
記光軸方向におけるフォーカス位置を示す絶対値である
ことを特徴とする。

【００２３】第１３の発明は、第９の発明の投影露光装
置において、前記位置検出器を用いて得られた計測値が
異常値であるとき、前記異常値を検出することを特徴と
する。

【００２４】第１４の発明は、第９の発明の投影露光装
置において、前記基板保持盤を交換する際、前記位置検
出器を用いた前記計測を行い、前記補正テーブルを作成
することを特徴とする。

【００２５】第１５の発明は、第９の発明の投影露光装
置が、レチクルを載置するレチクルステージとウエハを
載置するウエハステージを前記投影光学系の投影倍率に
従って走査して露光を行う走査型の投影露光装置であっ
て、前記補正テーブルは前記走査の方向毎に作成される
ことを特徴とする。

【００２６】第１６の発明は、第９の発明の投影露光装
置において、前記補正テーブルを構成する各点の間隔を
前記位置検出器の計測間隔より狭くし、前記位置検出器
によってそれぞれ計測された前記各点における値を関数
近似して前記補正テーブルを作成することを特徴とす
る。

【００２７】第１７の発明は、デバイスの製造方法が、
感光基板を保持する基板保持盤の上に光を反射する物体
を載置し、投影光学系の光軸方向に関する位置を前記光
軸方向と交差する方向のそれぞれの位置において検出す
る複数の位置検出器を用いて、ステージを駆動させて前
記物体表面の同一箇所の前記光軸方向に関する位置を検
出するステップと、前記位置検出器を用いて得られた計
測値に基づいて前記ステージの前記光軸方向に変動した
量を補正するためのテーブルを作成するステップと、前
記テーブルに従って前記ステージを駆動させて前記感光
基板に露光を行うステップと、前記感光基板に現像処理
工程を施してデバイスを製造するステップ、を有するこ
とを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】図４に本発明における走査露光装
置の実施例を示す。エキシマレーザー光源からの露光光
は第一コンデンサレンズ群２０３を経由してスリット２
０１に達する。スリット２０１は露光光の光束をＺ方向
に関して７ｍｍ程度の細いシート状のビームに絞ってお
り、紙面に対して垂直方向の軸（Ｘ軸）に関しＺ方向に
積分した照度が均一になるように調整することが可能で
ある。４０２はマスキングブレードであり、レチクルス
テージ１とウエハステージ２をスキャンさせて露光する
際にレチクル７のパターン描画画角の端に追従して走査
する。マスキングブレード４０２は、レチクル７のパタ
ーンエリアを通過して減速している間にレチクルパター
ンによって遮光されていない部分に露光光が当たってウ
エハ１２上に投光されてしまうことを防止する。マスキ
ングブレード４０２を通過した露光光は第二コンデンサ
レンズ群４０１を経由してレチクルステージ１上のレチ
クル７に照射される。レチクルパターンを通過した露光
光は投影レンズ２０４を経由してウエハ１２表面近傍に
レチクルパターンの結像面を構成する。

【００２９】レチクルステージ１は３本のレチクルレー
ザー干渉計８によってＸＹθ方向に制御されている。図
面上では表現上１本に省略されているが、Ｙ方向に２
本、紙面と垂直に１本のレーザー干渉計が配置されてい
る。レチクルステージ１は鏡筒定盤９上に設けられたガ
イド上をＸＹθ方向に移動可能である。特にＹ軸に関し
てはウエハステージ２と同期スキャンするために長スト
ロークにわたって駆動可能であり、Ｘθ軸はレチクル７
のレチクルステージ１への吸着誤差を解消するための微
少駆動に用いられる。レチクル駆動を行った際の反力は
ベースプレート４０６と剛につながっている不図示の反
力吸収装置に逃がされるような構造になっており、駆動
の反動による鏡筒定盤９のゆれは発生しない。

【００３０】２０２はフォーカス検出器であり、投影レ
ンズ２０４を介することなくウエハステージ２上に搭載
されたウエハ１２のＺ、ωｘ、ｗｙ方向の位置をマーク
の有無にかかわらず、高速に計測することができる。レ
チクルステージ１とウエハステージ２を同期スキャンさ
せて露光を行う際のフォーカス計測はこのフォーカス検
出器２０２を用いる。

【００３１】９は鏡筒定盤であり、露光装置の高精度な
計測器を取り付ける基台となっている。鏡筒定盤９は床
の上に直接置かれたベースプレート４０６に対し微少量
上方に浮上した状態で位置決めされている。先に説明し
たフォーカス検出器２０２は鏡筒定盤９に取り付けられ
ているので、これらの計測器の計測値は結果的に鏡筒定
盤９からの相対的な距離を計測していることになる。１
０は定盤間レーザー１０とウエハステージ２に実装され
ている不図示の３軸のＺセンサーの和が上位シーケンス
から指令される目標値になるような制御を行っているこ
とにより、ウエハステージ２上のウエハ１２が鏡筒定盤
９に対してフォーカス方向において上位シーケンスから
指定される目標値になるように維持される。１１はウエ
ハステージ干渉計であり、レチクルステージ１同様に３
本配置され、ウエハステージ２のＸＹθ方向の制御に用
いている。

【００３２】３はステージ定盤であり、ベースプレート
４０６から鏡筒定盤９同様、微少量浮上して位置決めさ
れている。ステージ定盤３は床からベースプレート４０
６を経由してウエハステージ２に伝達される振動を取り
除く働きと、ウエハステージ２を駆動したときの反力を
なまらせてベースプレート４０６に逃がす働きを兼ねて
いる。

【００３３】ウエハステージ２は、ステージ定盤３の上
に微少距離浮上して搭載されている。Ｚ軸の目標値を固
定し、ＸＹ軸を変化させた場合に描くウエハチャック面
上の任意の点の軌道面（以下ステージ走り面）は、理想
的には像面と一致しているのが望ましい。しかし実際に
はステージ走り面は、図５に示すようにステージ定盤面
の凹凸の影響を受けている。このとき、この像面とステ
ージ走り面のずれ量は、ステージ定盤面が像面に対して
傾斜して設置されているために生じる傾き成分（以下、
一次成分）と、先に述べたように、ステージ定盤の加工
精度や加重変形の影響を受け、ステージ走り面が凹凸に
なる成分（以下、高次成分）とに分類することができ
る。

【００３４】図６は図４に示されたウエハステージ２の
制御を行う制御演算ユニットを表している。ウエハステ
ージ干渉計１１と定盤間干渉計１０とウエハステージ２
に実装されているＺセンサーをデータはセンサー信号入
力部６０１に取り込まれる。この信号は補正処理部６０
２に渡され補正処理を行った結果各軸の現在位置を表す
データを得る。この補正処理部では後に示すように、ス
テージの位置をリアルタイムに変更したい場合に用い
る。今回の例では、ステージのＸＹ位置に応じてＺ方向
（フォーカス方向）にリアルタイムに補正駆動を行う場
合である。この場合、ステージＺ方向への補正量をＸＹ
の関数としてあらかじめ用意しておかなければならな
い。６０７はプロファイラであり、上位シーケンスから
指令されたステップ的な制御目標値の変化に対して、ス
テージに規定された以上の加速度が加わらないように徐
々に目標値を変化させてステージを移動させるものであ
る。差分演算器６０３は、プロファイラ６０７の出力と
補正処理部６０２の出力を比較して逐次的に変化する目
標値に対する偏差量を計算する。６０４はサーボ補償器
であり、ウエハステージ２にメカ的な特性に配慮した補
償器、たとえばＰＩＤ調節計やノッチフィルターの機能
が実装されている。サーボ補償器６０４を経た制御量
は、推力分配器６０５によって実際に配置されているウ
エハステージのアクチュエータの操作量として分配さ
れ、ドライブ出力６０６となる。

【００３５】図７は図４の２０２フォーカス検出系の詳
細である。７０１は発光素子であり、ここから非露光光
が発光され、ウエハ１２の表面に反射して、７０２の受
光素子に受光される。このときの反射光の位置から、ウ
エハ１２表面のＺ方向の位置を検出することができる。
図８は、この非露光光がウエハ１２表面に投影されたと
きの検出点の配置図であり、このように本実施例では７
点で検出している。図８の８１３、８１４、８１５、８
１６、８１７、８１８、８１９はウエハ上の検出位置を
表しており、それに対応して８０３、８０４、８０５、
８０６、８０７、８０８、８０９（図８において不図
示）は、８１３から８１９の検出位置に照射する個々の
センサーを表すとする。８０１はスリット露光領域であ
り８１３はこの位置におけるフォーカス検出位置であ
る。このスリット露光領域がウエハ上で移動することに
より、８０２のようなショットを露光することができ
る。８１４、８１５、８１６は、ウエハステージ２を紙
面下から上へスキャンさせるときの先読みセンサー８０
４、８０５、８０６のウエハ１２表面におけるフォーカ
ス計測位置であり、Ｚとティルトを同時に計測すること
ができる。８１７、８１８、８１９は、同様にウエハス
テージ２を紙面上から下へスキャンさせるときの先読み
センサー８０７、８０８、８０９の計測位置である。

【００３６】本発明におけるステージ走り面の計測は、
上記フォーカスセンサーを用いることによって実現でき
る。その概念を、図９に従って説明する。

【００３７】図９において、上記のようなフォーカス検
出系が、Ｙ方向（スキャン方向）に対して配置されてい
る。例えば、図８における８１３と８１５であり、この
間隔をＬｙとする。

【００３８】まず、ステージ座標Ｙ＝ｙ０において先読
みセンサー８０５が、ウエハ１２上のＰ点（８１５）の
フォーカス計測を行っているとする。この値をＺｐ（ｙ
０）とする。次に、ステージをＬｙだけ駆動し、この座
標をＹ＝ｙ１とする。すると、中心センサー８０３は、
ウエハ１２上のＰ点の位置のフォーカスを計測すること
になる。この値をＺｃ（ｙ１）とする。すると、ステー
ジがｙ０からｙ１に駆動したことによって、フォーカス
方向に変動した量Ｚｄは、Ｚｄ（ｙ１）＝Ｚｃ（ｙ１）−Ｚｐ（ｙ０）という式で与えることができる。

【００３９】これを、概念的に示したものが図１０であ
る。ウエハ１２は、表面に凹凸を持っている。また、ス
テージ定盤の凹凸によって、ステージがｙ０からｙ１に
駆動されると、フォーカス方向にＺｄだけウエハ１２表
面が変動するとする。ウエハ１２がＹ＝ｙ０の位置にあ
るとき、先読みセンサー８０５はウエハ１２上のある点
Ｐ点のフォーカス位置を計測しており、この値がＺｐ
（ｙ０）と計測される。ステージがＬｙだけ駆動し、ス
テージ位置がＹ＝ｙ１になった場合、中心センサー８０
３は、Ｙ＝ｙ０において先読みセンサー８０５が計測し
たウエハ１２上のＰ点のフォーカスを計測することにな
る。つまり、ウエハ１２上で同じ位置を計測しているの
で、ウエハ１２表面の凹凸の如何にかかわらず、同じ計
測値を検出するはずである。ところが、ステージ駆動に
よってウエハ１２表面がフォーカス方向にＺｄだけ変動
したと仮定すると、中心センサー８０３の計測値Ｚｃ
（ｙ１）は、先読みセンサー８０５の計測値Ｚｐ（ｙ
０）に対し、Ｚｄ（ｙ１）だけ変動して検出される。つ
まり、Ｚｃ（ｙ１）＝Ｚｐ（ｙ０）＋Ｚｄ（ｙ１）となって、先の式と一致する。

【００４０】これを、ウエハ１２全面にわたって計測を
行う。また、Ｘ方向も同様に、例えば、８０７センサー
と８０９センサーを用いてステージをＬｘだけ駆動し
て、その計測値の差からステージ駆動によるフォーカス
位置の変動分を計測することができる。また、先の例で
は、ステージがｙ０からｙ１に移動するときの計測方法
を述べているが、ステージが逆方向に移動するとき、先
で求めたＺｄ（ｙ１）の値を符号反転して用いてもよい
し、逆方向の先読みセンサー８０８と中心センサー８０
３とを用いて新たに計測し直してもよい。逆方向の先読
みセンサーを用いてテーブルを作成した場合、ステップ
またはスキャン方向に依存してフォーカス方向への変動
量が変化する場合にも対応することが可能となる。すな
わち、図８においてステージが紙面下から上へ駆動する
場合は、先読みセンサー８０５と中心センサー８０３で
テーブルを作成し、ステージが紙面上から下へ駆動する
ときは、先読みセンサー８０８と中心センサー８０３で
テーブルを作成する。逆に、補正する場合は、ステージ
が紙面下から上へ駆動するときは、先読みセンサー８０
５と中心センサー８０３で作成したテーブルを用いて補
正し、ステージが紙面上から下へ駆動するときは、先読
みセンサー８０８と中心センサー８０３で作成したテー
ブルを用いればよい。

【００４１】ここで求められた計測データは、ステージ
の座標と対応づけて、テーブルとしてメモリーに保存し
ておく。そして、スキャン露光を行うときは、このメモ
リー内のテーブルを用いてステージを補正駆動する。ス
テージの補正量は、図６の６０２で演算される。例え
ば、ステージがｙ０からｙ１に駆動するとき、先読みセ
ンサー８０５で計測したウエハ１２表面のフォーカス位
置がＺｐであったとする。ステージのＰ点が露光位置に
来るときまでに、ステージをフォーカス方向に−Ｚｐだ
け駆動するのだが、ステージの走り面の影響で、ウエハ
１２表面はＺｄだけ変動してしまう。この分を、前もっ
て駆動しておくことで、Ｐ点が露光位置に来たときに、
ウエハ１２表面を像面に合わせ込むことができる。

【００４２】ここでは走査露光装置における応用例を述
べたが、上記実施例は走査露光装置に限らず、静止露光
装置でも応用可能である。静止露光装置に上記補正テー
ブルを用いる場合、ステージの駆動におけるフォーカス
方向への変動量の影響を少なくすることができ、ウエハ
表面をフォーカス位置に駆動する動作が高速になるた
め、結果スループットを向上させることができる。

【００４３】上記で求められた計測データを、メモリー
に格納する方法であるが、上記計測データを計測位置に
対応づけて保存する場合、ステージの駆動開始位置と駆
動目標位置との関係から、ステージのフォーカス駆動量
を演算しなければならない。これは、テーブルが、ステ
ージがＡ点からＢ点まで移動したときのフォーカス方向
への変動分、すなわちＡ点とＢ点とのフォーカス位置の
差分によって構成されているためである。従って、ステ
ージの移動する経路によっては、この演算は非常に複雑
なものになってしまう。

【００４４】そこで、テーブルに格納するデータを、差
分という形ではなくて、絶対量という形で格納する方法
をとる。これを、図１０と照らし合わせて説明する。

【００４５】ステージがｙ０の位置にあるとき、ウエハ
１２上のＰ点における先読みセンサー８０５の計測値を
Ｚｐ（ｙ０）であったとする。ステージをＬｙだけ駆動
して、ステージ位置がｙ１に来たとき、このウエハ１２
上の同じ位置Ｐ点を中心センサーで計測したときの計測
値をＺｃ（ｙ１）とし、この２つの計測値の差をＺｄ
（ｙ１）とすることは先に述べた通りである。このと
き、ステージがｙ１にいるとき、先読みセンサー８０５
はウエハ１２上のＱ点のフォーカス位置を計測してい
る。この計測値をＺｐ（ｙ１）とする。同様にステージ
をＬｙだけ駆動し、ｙ２の位置に来たとき、中心センサ
ー８０３でＱ点のフォーカス位置を計測し、その計測値
をＺｃ（ｙ２）とする。Ｑ点を計測する２つの計測値の
差から、Ｚｄ（ｙ２）を求める。同様に、Ｚｄ（ｙ
３）、Ｚｄ（ｙ４）というように計測していく。このと
き、仮にｙ０におけるステージのフォーカス位置の絶対
値をＺ０とする。すると、ステージがｙ１に駆動された
ときのフォーカス位置Ｚ（ｙ１）は、Ｚ（ｙ１）＝Ｚ０＋Ｚｄ（ｙ１）となる。また、ステージがｙ２に来たときのフォーカス
位置Ｚ（ｙ２）は、となる。同様に、Ｚ（ｙ３）＝Ｚ０＋Ｚｄ（ｙ１）＋Ｚｄ（ｙ２）＋Ｚｄ（ｙ３）Ｚ（ｙ４）＝Ｚ０＋Ｚｄ（ｙ１）＋Ｚｄ（ｙ２）＋Ｚｄ（ｙ３）＋Ｚｄ（ｙ４）：：Ｚ（ｙｎ）＝Ｚ０＋Ｚｄ（ｙ１）＋Ｚｄ（ｙ２）＋・・・＋Ｚｄ（ｙｎ）で表すことができる。これを、ステージのＹ方向の計測
可能領域全面にわたって行う。すなわち、前記手段によ
って計測された差分データから、ステージのフォーカス
位置の絶対位置をテーブルに持つことができる。また、
ステージをＸ方向に駆動して同様なことを繰り返すこと
で、ウエハ全面におけるフォーカス補正量のテーブルを
持つことができる。ただし、このままでは、例えばＸ＝
ｘ０におけるＹ方向に並んだテーブル列と、Ｘ＝ｘ１に
おけるテーブル列とは相関関係がない。そこで、ステー
ジがＸに駆動した場合のフォーカス位置の変動量も、同
様に求める。この場合、例えば、Ｙ＝ｙ０のときだけの
テーブルを作成し、上式で基準に用いたＺ０の値を、Ｘ
位置に応じて変更すればよい。こうすることによって、
Ｘ方向にステージが駆動した場合でも、上記テーブルを
用いてフォーカス補正量を求めることができる。結果的
に、ＸＹ２次元に配列されたフォーカス補正量のテーブ
ルを作成することができる。

【００４６】なお、ここではこの装置が主にＹ方向にス
キャンするために、Ｙ方向主体で記述している。Ｘ方向
にスキャンする装置においては、上記ＸＹを逆に考えた
方が自然である。

【００４７】ここでは、基準となる点をｙ０としたが、
通常はステージが原点にいるときに、ｙ０が０になるよ
うに、テーブル全体からオフセットを引いてやればよ
い。

【００４８】なお、上記テーブルの間隔は、先読みセン
サーと中心センサーの配置によって決定される。通常ス
テージ定盤の平面度は、それほど高い空間周波数成分を
持っていないため、計測点の間にステージが存在する場
合は、その近傍の計測点のデータから１次または高次の
関数で補間を行えば十分である。

【００４９】しかし、より厳密なテーブルを作成したい
場合には、その計測点の間を、さらに同様な計測で計測
点の間隔を狭くする方法もある。

【００５０】計測点の間隔をＬｙよりも小さくした場
合、隣接した計測データの間には相関関係がない。そこ
で、相関関係のなかったテーブルに相関関係をもたせ、
一つの計測点の細かいテーブルとして扱うことができよ
うな手段を、以下に述べる。図１３のアルゴリズムはそ
の一例を示している。

【００５１】まず、計測したデータに対し、間隔Ｌｙご
とに加算していくのは、今まで述べてきた方法と同様で
ある。このとき間隔Ｌｙの間に他の計測点が存在する場
合は、これを別のテーブルとして加算していく。図１２
の例では、Ｌｙの間にあと２つ計測点があるので、計３
つのテーブルができる。なお、最初の計測点の外側に、
基準となる点を設ける。図１２のＡ０、Ｂ０、Ｃ０がそ
れで、値を０とする。こうしてできた３つのテーブル
は、オフセットのみが異なる、形状の非常に似たテーブ
ルになる。これら３つのテーブルのなかで適当な領域を
選んで、関数近似する。図１２では、中心付近の３点を
選んで、２次関数近似を行っている。この場合、Ａ２か
らＣ４までの領域が２次関数で近似できるという前提で
ある。空間周波数が高い場合は、計測点の間隔をさらに
狭くし、多くのサンプル点を選んで高次の関数近似を行
えばよい。３つのテーブルについて、２次関数ｙ＝ａｘ
²＋ｂｘ＋ｃの係数ａｂを求め、この３つの係数を平均
化する。このａｂ係数が、最終的に一つにテーブルがま
とまったときの関数近似の係数になる。

【００５２】平均されたａｂ係数を用いて、今度は３つ
のテーブルそれぞれのオフセットを求める。どこか１点
を選んで、先の２次関数のａｂ係数とｘｙから、テーブ
ルのオフセットｃが求まる。例えば、テーブル１の場合
は、Ａ２点から、ｃを求めることができる。図１３のア
ルゴリズムでは、精度良く求めるため、Ａ３、Ａ４点か
らもｃを求めて、それを平均化している。こうして求ま
ったオフセットｃを、各テーブルから引く。すると、図
１２のように３つのテーブルを１つのテーブルにまとめ
ることができる。

【００５３】また、この計測が行うことができる領域
は、ウエハ上をフォーカス計測できる範囲である。従っ
て、通常のウエハを用いてテーブルを作成した場合は、
ウエハの形状と同様に、丸い領域でテーブルが作成され
る。４隅または、その範囲外では、テーブルは作成する
ことができない。しかし、フォーカス精度が要求される
領域もこの計測可能範囲であるため、この範囲外は、１
次または高次の関数による補間を行えばよく、計測範囲
と範囲外で、データが不連続にならないように補完すれ
ばよい。

【００５４】このような形式でテーブルを持つようにす
れば、ステージの駆動の開始位置と目標位置からフォー
カス補正量を計算する必要がなくなり、ステージのＸＹ
の現在位置に応じたフォーカス補正量をテーブルから求
めて、リアルタイムにステージをフォーカス方向に駆動
することができる。

【００５５】ここでは、ステージ定盤面の平面度によ
る、ステージのＺ方向の変動分のみについて述べたが、
フォーカス計測のセンサーを多点で計測することによ
り、ティルトのテーブルも同様に作成することができ
る。ただし、ここでは、主にＺ方向についてのみ述べて
いる。

【００５６】ここで、先読みセンサー８０５と中心セン
サー８０３は、共に原点がレンズ像面と一致していると
いう前提で記述しているが、このセンサー間にオフセッ
トが存在しても、ステージ走り面と像面が一致している
場合、全く同様な手段で補正することができる。つま
り、先読みセンサー８０５で計測したＰ点のウエハ表面
におけるフォーカス位置を、ステージを駆動して中心セ
ンサー８０３で計測したとき、双方の計測値に偏差が生
じている場合、これが、ステージの走りが変動したの
か、中心センサー８０３に対して先読みセンサー８０５
がオフセットを持っているのか、どちらかの可能性があ
るが、前記補正方法においては、原因がどちらでも補正
することが可能である。

【００５７】これを図１１で説明する。ここでは、ステ
ージの走り面が像面と一致していると仮定する。ウエハ
１２上のＰ点を先読みセンサー８０５で計測していると
する。実際にウエハ１２表面が像面からずれている量は
Ｚｄｅｆであるとする。先読みセンサー８０５は、像面
に対してＺｏｆｓだけオフセットを持っているとする
と、計測値Ｚｐ＝Ｚｄｅｆ−Ｚｏｆｓである。ステージ
をＬｙだけ駆動して中心センサー８０３にてウエハ１２
上のＰ点を計測すると、Ｚｃ＝Ｚｄｅｆを計測すること
ができる。これを上記の例にあてはめると、となる。つまり、今まで述べた手段によって、先読みセ
ンサー８０５にオフセットがあった場合でも、全く同様
な扱いができることを表している。

【００５８】先読みセンサー８０５のオフセット分は、
上記フォーカスの絶対位置のテーブルに変換した場合、
図５における５０２のように１次成分となって表れる。
逆に、上記テーブルが１次成分を持つ場合、これを先読
みセンサー８０５のオフセットとして、予め補正しても
よい。すなわち、ステージ走り面と像面が一致してい
て、補正テーブルの１次成分から先読みセンサー８０５
にＺｏｆｓのオフセットがあると予想されるとき、先読
みセンサー８０５の計測値がＺｐであった場合、ステー
ジは（Ｚｐ＋Ｚｏｆｓ）だけ駆動すればよい。

【００５９】以上述べた手段は、像面が変動しないとい
う前提のもとに論じてきたが、実際に像面は、変形照明
モードや気圧や温度などの外的要因によっても変動す
る。そこで、上記テーブルにおける１次成分のみを分離
し別の手段で補正し、ここで求めるテーブルは高次の成
分のみに限定しても良い。

【００６０】ここで述べた方法は、ステージ駆動による
フォーカス方向への変動量を、特別な工具や計測装置を
用いることなく計測することができる。そのため、ウエ
ハチャックなどの交換によって、ウエハステージの走り
が変動してしまうおそれがある場合、それらの行為を行
った後に、上記手段によって、手軽に補正テーブルを計
測し直すことができる。

【００６１】また、計測値に異常値があった場合を考え
る。例えば計測基板（ウエハ）に非常に微少なゴミが付
着しており、先読みセンサーではこれを計測してしまっ
たが、中心センサーでは計測できなかった場合、あるい
は、外乱などによって、計測値が非常に大きかったりす
る場合である。図１４がその例であるが、ここではＤ４
という計測値が異常値であった場合である。補正テーブ
ルはこれらの累積加算であるため、どこか一ヶ所に異常
値があっても、そこより後から加算したテーブルは、す
べて異常になってしまう。ここで、図１５のアルゴリズ
ムは、計測データに異常値があっても、それを回避する
一例である。差分データからテーブルを作成する際、差
分データの値が、周辺のデータと比較して極端に大きす
ぎないかチェックしている。これがもし、あるしきい値
を超えて大きすぎた場合は、異常値と見なして別処理を
行う。図１４の例では、例えばＤ４が異常値と見なされ
たとする。この例では、周辺のＤ３とＤ５の平均値を、
Ｄ４の代わりに用いている。この他にも、周辺のデータ
複数点で関数近似してもよいし、また、計測データの一
部あるいは全体に対してフィルタ処理を行っても良い。
このように、たとえ異常値があったとしても、精度良く
補正テーブルを作成することができる。

【００６２】以上述べてきた方法で、フォーカス精度を
向上させることができ、ウエハへのより正確な露光を行
うことができる。

【００６３】次に上記説明した露光装置を利用したデバ
イスの生産方法の実施例を説明する。

【００６４】図１６は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等）の製造のフローを示す。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なう。
ステップ２（露光制御データ作成）では設計した回路パ
ターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成す
る。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、上記用意した露光制御デー
タが入力された露光装置とウエハを用いて、リソグラフ
ィ技術によっ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
査を行なう。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。

【００６５】図１７は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７
（現像）では露光したウエハを現像する。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なうことによって、ウエハ上に多重
に回路パターンが形成される。

【００６６】本実施形態の製造方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コスト
に製造することができる。

【００６７】

【発明の効果】本発明の第1の発明の効果は、ステージ
が駆動したときのフォーカス位置の変動量を特別な装置
や工具を用いることなく計測でき、かつ補正テーブルを
作り露光時に使用することで、ウエハへのより正確な露
光を行えることである。

【００６８】第２の発明の効果は、基板保持盤の上に載
置する物体をウエハとすることで、特別な治具を用いる
必要がなく簡便となり、ウエハへの正確な露光を行える
ことである。

【００６９】第３の発明の効果は、オフセット値を補正
テーブルに含むことで、フォーカス位置を簡単に求め、
ウエハへの正確な露光を行えることである。

【００７０】第４の発明の効果は、補正テーブルの個々
の値をフォーカス位置を示す絶対値とすることで、より
使いやすい補正テーブルとなり、ウエハへの正確な露光
を行えることである。

【００７１】第５の発明の効果は、計測物体上にゴミが
付着したとき等においても、正確な補正テーブルを作る
ことができ、ウエハへのより正確な露光を行えることで
ある。

【００７２】第６の発明の効果は、ウエハチャックを交
換したときにおいても、ウエハへのより正確な露光を行
えることである。

【００７３】第７の発明の効果は、走査露光装置に対応
した補正テーブルを作成することで、ウエハへのより正
確な露光を行えることである。

【００７４】第８の発明の効果は、より厳密な補正テー
ブルを作成し、ウエハへのより正確な露光を行えること
である。

【００７５】第９の発明の効果は、ステージが駆動した
ときのフォーカス位置の変動量を特別な装置や工具を用
いることなく計測でき、かつ補正テーブルを作り露光時
に使用することで、ウエハへのより正確な露光を行える
ことである。

【００７６】第１０の発明の効果は、基板保持盤の上に
載置する物体をウエハとすることで、特別な治具を用い
る必要がなく簡便となり、ウエハへの正確な露光を行え
ることである。

【００７７】第１１の発明の効果は、オフセット値を補
正テーブルに含むことで、フォーカス位置を簡単に求
め、ウエハへの正確な露光を行えることである。

【００７８】第１２の発明の効果は、補正テーブルの個
々の値をフォーカス位置を示す絶対値とすることで、よ
り使いやすい補正テーブルとなり、ウエハへの正確な露
光を行えることである。

【００７９】第１３の発明の効果は、計測物体上にゴミ
が付着したとき等においても、正確な補正テーブルを作
ることができ、ウエハへのより正確な露光を行えること
である。

【００８０】第１４の発明の効果は、ウエハチャックを
交換したときにおいても、ウエハへのより正確な露光を
行えることである。

【００８１】第１５の発明の効果は、走査露光装置に対
応した補正テーブルを作成することで、ウエハへのより
正確な露光を行えることである。

【００８２】第１６の発明の効果は、より厳密な補正テ
ーブルを作成し、ウエハへのより正確な露光を行えるこ
とである。

【００８３】第１７の発明の効果は、ステージが駆動し
たときのフォーカス位置の変動量を特別な装置や工具を
用いることなく計測でき、かつ補正テーブルを作り露光
時に使用することで、ウエハへのより正確な露光を行え
ることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例における静止露光装置（ステッパ）のフ
ォーカスアルゴリズムを示す図

【図２】走査露光装置におけるウエハステージフォーカ
ス駆動を示す図

【図３】ステージ定盤の平面度によるフォーカス誤差を
示す図

【図４】本発明における走査露光装置の構成図

【図５】ステージ定盤面の平面度によるステージの軌跡
を示す図

【図６】図４に示されたウエハステージの制御を行う制
御演算ユニットを示す図

【図７】図４におけるフォーカス検出系の詳細図

【図８】図７のフォーカス検出系のウエハ面への投影図

【図９】本発明を適用してステージ走り面を計測する方
法を示す図

【図１０】図９を側面より見た図

【図１１】先読みセンサーがオフセットを持っていると
きの図

【図１２】計測点を細かく取ったときのテーブルの作成
手段を示す図

【図１３】図１２のアルゴリズムを示す図

【図１４】異常データの処理を示す図

【図１５】図１４のアルゴリズムを示す図

【符号の説明】

１レチクルステージ２ウエハステージ３ステージ定盤４像面５露光位置６先読み位置７レチクル９鏡筒定盤１２ウエハ２０２フォーカス検出器２０４投影レンズ８１３中心フォーカスセンサー計測位置８１４〜８１９先読みフォーカスセンサー計測位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被露光体を保持する基板保持盤の上に光
を反射する物体を載置し、投影光学系の光軸方向に関す
る位置を前記光軸方向と交差する方向のそれぞれの位置
において検出する複数の位置検出器を用いて、ステージ
を駆動させて前記物体表面の同一箇所の前記光軸方向に
関する位置を検出するステップと、前記位置検出器を用
いて得られた計測値に基づいて前記ステージの前記光軸
方向に変動した量を補正するテーブルを作成するステッ
プ、を有することを特徴とする投影露光方法。
【請求項２】前記基板保持盤の上に載置する物体は、
ウエハであることを特徴とする請求項１記載の投影露光
方法。
【請求項３】前記投影光学系の像面とステージ走り面
が平行であるとき、前記補正テーブルに前記位置検出器
のオフセットを含めることができることを特徴とする請
求項１記載の投影露光方法。
【請求項４】前記補正テーブルにおける個々の値は、
前記光軸方向におけるフォーカス位置を示す絶対値であ
ることを特徴とする請求項１記載の投影露光方法。
【請求項５】前記位置検出器を用いて得られた計測値
が異常値であるとき、前記異常値を検出することを特徴
とする請求項１記載の投影露光方法。
【請求項６】前記基板保持盤を交換する際、前記位置
検出器を用いた前記計測を行い、前記補正テーブルを作
成することを特徴とする請求項１記載の投影露光方法。
【請求項７】前記投影露光方法は、レチクルを載置す
るレチクルステージとウエハを載置するウエハステージ
を前記投影光学系の投影倍率に従って走査して露光を行
う走査型の投影露光方法であって、前記補正テーブルは
前記走査の方向毎に作成されることを特徴とする請求項
１記載の投影露光方法。
【請求項８】前記補正テーブルを構成する各点の間隔
を前記位置検出器の計測間隔より狭くし、前記位置検出
器によってそれぞれ計測された前記各点における値を関
数近似して前記補正テーブルを作成することを特徴とす
る請求項１記載の投影露光方法。
【請求項９】被露光体を保持する基板保持盤と、前記
基板保持盤を載置し駆動可能であるステージと、前記被
露光体に露光を行うための投影光学系と、前記投影光学
系の光軸方向に関する位置を、前記光軸方向と交差する
方向のそれぞれの位置において検出する複数の位置検出
器と、前記基板保持盤の上に載置された前記位置検出器
の照射光を反射する物体に対して、前記ステージを駆動
させて前記物体表面の同一箇所の前記光軸方向に関する
位置を前記複数の位置検出器を用いて計測する手段と、
前記位置検出器を用いて得られた計測値に基づいて前記
ステージの前記光軸方向に変動した量を補正するテーブ
ルを作成する手段、を有することを特徴とする投影露光
装置。
【請求項１０】前記基板保持盤の上に載置する物体
は、ウエハであることを特徴とする請求項９記載の投影
露光装置。
【請求項１１】前記投影光学系の像面とステージ走り
面が平行であるとき、前記補正テーブルに前記位置検出
器のオフセットを含めることができることを特徴とする
請求項９記載の投影露光装置。
【請求項１２】前記補正テーブルにおける個々の値
は、前記光軸方向におけるフォーカス位置を示す絶対値
であることを特徴とする請求項９記載の投影露光装置。
【請求項１３】前記位置検出器を用いて得られた計測
値が異常値であるとき、前記異常値を検出することを特
徴とする請求項９記載の投影露光装置。
【請求項１４】前記基板保持盤を交換する際、前記位
置検出器を用いた前記計測を行い、前記補正テーブルを
作成することを特徴とする請求項９記載の投影露光装
置。
【請求項１５】前記投影露光装置は、レチクルを載置
するレチクルステージとウエハを載置するウエハステー
ジを前記投影光学系の投影倍率に従って走査して露光を
行う走査型の投影露光装置であって、前記補正テーブル
は前記走査の方向毎に作成されることを特徴とする請求
項９記載の投影露光装置。
【請求項１６】前記補正テーブルを構成する各点の間
隔を前記位置検出器の計測間隔より狭くし、前記位置検
出器によってそれぞれ計測された前記各点における値を
関数近似して前記補正テーブルを作成することを特徴と
する請求項９記載の投影露光装置。
【請求項１７】感光基板を保持する基板保持盤の上に
光を反射する物体を載置し、投影光学系の光軸方向に関
する位置を前記光軸方向と交差する方向のそれぞれの位
置において検出する複数の位置検出器を用いて、ステー
ジを駆動させて前記物体表面の同一箇所の前記光軸方向
に関する位置を検出するステップと、前記位置検出器を
用いて得られた計測値に基づいて前記ステージの前記光
軸方向に変動した量を補正するためのテーブルを作成す
るステップと、前記テーブルに従って前記ステージを駆
動させて前記感光基板に露光を行うステップと、前記感
光基板に現像処理工程を施してデバイスを製造するステ
ップ、を有することを特徴とするデバイスの製造方法。