JP2001255139A - 制御系の制御性評価方法及び露光装置並びに基板のフラットネス計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対象物の表面形状による制御性への影響を判
別することができ、制御系の制御性をより正確に把握す
ることができる制御系の制御系評価方法及び露光装置、
並びにフラットネス計測方法を提供する。 【解決手段】 基準面ＦＦに対象物Ｗの表面Ｗｆを合わ
せ込むように駆動系を制御する制御系の制御性評価方法
であって、対象物Ｗの表面形状を計測しその表面Ｗｆの
近似平面ＡＰＦを算出し、その近似平面ＡＰＦと対象物
Ｗの表面Ｗｆとの第１の相対的位置関係ＲＦ１Ｄを算出
し、基準面ＦＦに対象物Ｗの表面Ｗｆを合わせ込むよう
に駆動系２３を制御して基準面ＦＦと対象物Ｗの表面Ｗ
ｆとの第２の相対的位置関係ＲＦ２Ｄを計測し、第１の
相対的位置関係ＲＦ１Ｄと第２の相対的位置関係ＲＦ２
Ｄとを比較する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基準面に対象物の
表面を合わせ込むように駆動系を制御する制御系の制御
性評価方法、及びその制御系を有する露光装置、並びに
基板のフラットネス計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子（集積回路等）、
液晶ディスプレイ等の半導体デバイスの製造工程におけ
る微細パターンの形成に際しては、投影光学系を介して
フォトマスクあるいはレチクル（以下、レチクルと総称
する）のパターンを感光基板（感光材が塗布されたウエ
ハ、ガラスプレート等）上に転写する露光装置が用いら
れている。露光装置は、一般に、基準面としての投影光
学系の結像面に対象物としての感光基板の露光面を合わ
せ込むために、例えば基板ステージなどの駆動系を制御
する制御系、いわゆる自動焦点制御系（ＡＦ制御系）を
有している。

【０００３】また、露光装置では、例えば装置立ち上げ
時や点検時などにおいて、上述したＡＦ制御系の制御に
どの程度の誤差（制御誤差）が含まれるのかを把握する
ために、ＡＦ制御系の制御性を評価する場合がある。図
１０は従来の制御性評価方法を示す模式図であり、この
図１０（Ａ）に示されるように、ウエハなどの基板の露
光面Ｗｆは微小な凹凸やうねりを有している。従来、Ａ
Ｆ制御性を評価するには、投影光学系ＰＬの結像面ＦＦ
に露光面Ｗｆを合わせ込むための目標値（図１０
（Ｂ））を定め、この目標値に基づいて駆動形を制御
し、制御した際の結像面ＦＦと露光面Ｗｆとの相対的な
位置関係（姿勢誤差）を制御誤差として計測し、この計
測結果に基づいて評価を実施している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＡＦ制御の
制御性は、対象物としての基板の表面形状に応じてその
制御の難易度が変化する。すなわち、基板の表面が平坦
に近い場合には、駆動系の制御量が小さくなる傾向にあ
るため、ＡＦ制御の制御誤差を小さく抑えることは比較
的容易である。しかしながら、上述した従来の制御性評
価方法では、制御後の基準面と対象物の表面との相対的
な位置関係（制御誤差）だけに基づいて制御性を評価す
るため、基板の表面形状（凹凸）による制御誤差への影
響を判別するのが極めて困難であった。

【０００５】本発明は、上述する事情に鑑みてなされた
ものであり、対象物の表面形状による制御性への影響を
判別することができ、制御系の制御性をより正確に把握
することができる制御系の制御系評価方法及び露光装
置、並びにフラットネス計測方法を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、図１から図９に対応付けした以下の技術
を採用している。本発明は、基準面（ＦＦ）に対象物
（Ｗ）の表面（Ｗｆ）を合わせ込むように駆動系を制御
する制御系の制御性評価方法であって、前記対象物
（Ｗ）の表面形状を計測し該表面（Ｗｆ）の近似平面
（ＡＰＦ）を算出する第１ステップと、前記近似平面
（ＡＰＦ）と前記対象物（Ｗ）の表面（Ｗｆ）との第１
の相対的位置関係（ＲＦ１Ｄ又はＲＦ１Ｒ）を算出する
第２ステップと、前記基準面（ＦＦ）に前記対象物
（Ｗ）の表面（Ｗｆ）を合わせ込むように駆動系（２
３）を制御して前記基準面（ＦＦ）と前記対象物（Ｗ）
の表面（Ｗｆ）との第２の相対的位置関係（ＲＦ２Ｄ又
はＲＦ２Ｒ）を計測する第３ステップと、前記第１の相
対的位置関係（ＲＦ１Ｄ又はＲＦ１Ｒ）と前記第２の相
対的位置関係（ＲＦ２Ｄ又はＲＦ２Ｒ）とを比較する第
４ステップとを有することを特徴としている。

【０００７】図１は本発明に係る制御系の制御性評価方
法の手順の一例を模式的に示す図である。すなわち、図
１（Ａ）は対象物Ｗの表面形状を計測しその表面Ｗｆの
近似平面ＡＰＦを算出するステップ（第１ステップ）、
図１（Ｂ）は算出した近似平面ＡＰＦと対象物Ｗの表面
Ｗｆとの第１の相対的位置関係ＲＦ１Ｄ（又はＲＦ１
Ｒ）を算出するステップ（第２ステップ）、図１（Ｃ）
および（Ｄ）は基準面ＦＦに対象物Ｗの表面Ｗｆを合わ
せ込むように駆動系を制御し、制御後の基準面ＦＦと対
象物Ｗの表面Ｗｆとの第２の相対的位置関係ＲＦ２Ｄ
（又はＲＦ２Ｒ）を計測するステップ（第３ステッ
プ）、をそれぞれ示している。図１（Ｃ）での駆動系の
制御に際し、理想的には、対象物Ｗの近似平面ＡＰＦが
基準面ＦＦに一致するのが望ましく、その場合、第１の
相対的位置関係ＲＦ１Ｄ（又はＲＦ１Ｒ）と第２の相対
的位置関係ＲＦ２Ｄ（又はＲＦ２Ｒ）とは一致すること
になる。ところが実際の制御では制御誤差が生じるた
め、第１の相対的位置関係ＲＦ１Ｄ（又はＲＦ１Ｒ）と
第２の相対的位置関係ＲＦ２Ｄ（又はＲＦ２Ｒ）とは異
なることになる。従来の制御性評価方法では、評価対象
の制御誤差として第２の相対的位置関係だけを計測して
いるため、上述課題として、その相対的な位置関係（制
御誤差）に対象物表面の凹凸の影響がどの程度関与して
いるのかを判別するのが極めて困難であった。それに対
し、本発明では、対象物の表面の凹凸の度合いを示す第
１の相対的位置関係ＲＦ１Ｄ（又はＲＦ１Ｒ）を算出す
るとともに、これを第２の相対的位置関係ＲＦ２Ｄ（又
はＲＦ２Ｒ）と比較するため、第２の相対的位置関係
（制御誤差）ＲＦ２Ｄ（又はＲＦ２Ｒ）に対象物の表面
形状の影響がどの程度関与しているかを判別することが
可能となる。したがって、制御系の制御性をより正確に
把握することが可能となる。

【０００８】また、本発明は、基準面に基板（Ｗ）の表
面（Ｗｆ）を合わせ込むように駆動系（２３）を制御す
る制御系を備え、投影光学系（ＰＬ）を介してマスク
（Ｒ）のパターンを該基板（Ｗ）に転写する露光装置
（１０）において、上述した特徴を有する制御性評価方
法に基づいて前記制御系を評価することを特徴としてい
る。この露光装置では、基板の表面形状に基づいて制御
系を評価することができる。そのため、基板表面の凹凸
の影響に応じて、制御系の制御性をより正確に把握する
ことが可能となる。

【０００９】また、本発明は、基板のフラットネスを計
測するためのフラットネス計測方法であって、前記基板
（Ｗ）の表面高さを複数の計測点で計測し、該計測結果
から前記基板の表面（Ｗｆ）の近似平面を前記基板の一
部領域ごとに算出し、該近似平面と前記基板の表面（Ｗ
ｆ）との相対的位置関係を前記一部領域ごとに算出する
ことを特徴としている。この基板のフラットネス計測方
法では、基板表面の一部領域ごとに近似平面と基板表面
との相対的位置関係を算出するため、領域ごとに細かく
基板のフラットネスを計測することができ、基板全体の
フラットネスをより正確に把握することが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る制御系の制御
性評価方法の一実施例について説明する。実施例を説明
するにあたり、本発明に係り、本実施例に好ましく適用
される露光装置の構成について図面を参照して説明す
る。

【００１１】図２には、露光装置１０の全体構成が概略
的に示されている。この露光装置１０は、マスクとして
のレチクルＲと基板としてのウエハＷとを一次元方向
（ここでは、図２における紙面直交方向であるＹ方向）
に同期移動させつつ、レチクルＲに形成された回路パタ
ーンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷの各ショット領
域に転写する、ステップ・アンド・スキャン方式の走査
型露光装置、いわゆるスキャニング・ステッパである。

【００１２】露光装置１０は、光源２０、この光源２０
からの照明光によりレチクルＲを照明する照明光学系２
１、レチクルＲを保持するレチクルステージ２２、レチ
クルＲから射出される照明光をウエハＷ上に投射する投
影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持する基板ステージとして
のウエハステージ２３、ウエハＷ表面の高さ位置（投影
光学系ＰＬの光軸方向の高さ位置）を多点で検出する斜
入射方式の焦点位置検出系２４、および装置全体を統括
的に制御する主制御ユニット２５等を備えている。

【００１３】光源２０としては、例えば高圧水銀灯、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ光源、ＡｒＦエキシマレーザ光源、
Ｆ2 エキシマレーザ光源、金属蒸気レーザ又はＹＡＧレ
ーザの高調波を発振する光源等が用いられる。照明光学
系２１は、光源２０からの照明光を所定の照明領域に整
形しその照明光をレチクルＲに均一に照明するために、
図示しないリレーレンズ、フライアイレンズ（又はロッ
ト・インテグレータ）、コンデンサレンズ等の各種レン
ズ系や、開口絞り及び前記レチクルＲのパターン面と共
役な位置に配置されたブラインド等を含んで構成されて
いる。

【００１４】レチクルステージ２２は、Ｙ方向に駆動自
在なレチクルＹ駆動ステージ３０、レチクルＲを保持し
かつレチクルＹ駆動ステージ３０上で微小駆動自在なレ
チクル微小駆動ステージ３１を含んで構成され、図示し
ないベース上に配置されている。レチクル微小駆動ステ
ージ３１は、主制御ユニット２５からの指令のもとで、
前記投影光学系ＰＬの光軸に垂直な面内で、図２の紙面
に平行なＸ方向、Ｘ方向に垂直なＹ方向、及び前記投影
光学系ＰＬの光軸と平行な軸線を中心とする回転方向
（θ方向）にそれぞれ微小量だけ、かつ高精度にレチク
ルＲの位置制御を行うようになっている。また、レチク
ル微小駆動ステージ３１のＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向
の位置は、レーザ干渉計等の図示しない計測装置により
常時モニターされ、これにより得られた位置情報Ｓ１は
前記主制御ユニット２５に供給されるようになってい
る。

【００１５】投影光学系ＰＬは、図示しない複数のレン
ズ等を含んで構成され、レチクルＲを透過した照明光を
所定の縮小倍率１／β（βは正の整数）に縮小し、ウエ
ハＷの露光面Ｗｆに投影するものである。

【００１６】ウエハステージ２３は、二次元平面内（図
２中のＸＹ平面内）で駆動自在なＸＹ駆動ステージ３
５、ウエハＷを吸着保持しかつＸＹ駆動ステージ３５上
でＺ方向（図２に示す投影光学系ＰＬの光軸に平行な方
向）に微小駆動自在なＺレベリングステージ３６を含ん
で構成され、図示しないベース上に配置されている。Ｘ
Ｙ駆動ステージ３５は、例えば磁気浮上型の２次元リニ
アアクチュエータ等から成る駆動機構を有しており、主
制御ユニット２５の指令のもとで、ウエハＷの所定位置
への位置決めや移動を行うようになっている。また、Ｚ
レベリングステージ３６は、例えばピエゾ素子等を用い
てＺ方向に伸縮自在な図示しない複数の駆動機構を有
し、主制御ユニット２５の指令のもとで、駆動機構を伸
縮することにより、ウエハＷ表面をＸＹ平面から所望の
角度に傾けたり、ウエハＷ表面をＺ方向に微小駆動させ
たりできるようになっている。また、Ｚレベリングステ
ージ３６のＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向の位置は、レー
ザ干渉計等の図示しない計測装置により常時モニターさ
れ、これにより得られた位置情報Ｓ２は主制御ユニット
２５に供給されるようになっている。

【００１７】焦点位置検出系２４は、ウエハＷに塗布さ
れるレジストに対して非感光性の照明光ＩＬを用い、投
影光学系ＰＬの投影視野内に設けられる複数の計測点に
おいて、投影光学系ＰＬの光軸方向に関するウエハＷの
表面（露光面Ｗｆ）の高さ位置あるいは焦点ずれを検出
するものである。照明光ＩＬをウエハＷに照射する光路
上には、集光レンズ４０、複数のスリット状開口を有す
るスリット板４１、レンズ系４２、ミラー４３、及び投
光用対物レンズ４４が順次配設され、スリット板４１の
スリット状の開口の像（スリット像）がウエハＷの露光
面Ｗｆ上に、投影光学系ＰＬの光軸に対して斜めに投影
されるようになっている。

【００１８】本実施形態では、ウエハＷの露光面Ｗｆ上
に照明領域が矩形状に整形され、図３に示されるよう
に、この矩形の照明領域（以後、スリット領域と称す
る）ＬＡ内に設定される複数の９×３の２７点の計測点
において照明光のスリット像ＳＰがＸ方向およびＹ方向
に対して４５°傾いた方向に延びた状態に結像される。
また、図２に戻り、露光面Ｗｆで反射された照明光は、
集光対物レンズ４５、振動ミラー４６及び結像レンズ４
７等を経て受光器４８の受光面に再投影され、受光器４
８の受光面に前記２７点のスリット像が再結像される。

【００１９】前記振動ミラー４６は、例えばスリット像
の長手方向と直交する方向など、所定の方向にスリット
像を微小振動させるものであり、主制御ユニット２５か
らの駆動信号を受ける加振装置４９により振動される。
また、前記受光器４８の受光面には、受光素子（光変換
素子）からなる図示しない複数（ここでは２７個）の受
光センサが前記スリット板４１のスリット状開口に対応
して配設されており、受光センサからの検出信号は、信
号を選択するセレクタ回路５０を経て、同期検波回路５
１に供給される。なお、セレクタ回路５０は、主制御ユ
ニット２５の指令のもとで電気的に設定される任意の計
測点に対応する検出信号を選択するものである。

【００２０】また、同期検波回路５１は、セレクタ回路
５０で選択された複数の各検出信号を加振装置４９の駆
動信号で個別に同期検波し、これから得られる各計測点
に対するフォーカス信号（各計測点における高さ位置に
関する信号）を主制御ユニット２５に供給するようにな
っている。

【００２１】主制御ユニット２５は、上述した構成の露
光装置１０の動作を統括して制御するものであり、焦点
位置検出系２４からのフォーカス信号に基づいて、駆動
系としてのＺレベリングステージ３６を制御できるよう
になっている。また、フォーカス信号から得られる各計
測点における露光面Ｗｆの高さ位置や焦点ずれ量に関す
る情報を格納する記憶部５２を有し、記憶部５２には、
後述する制御性の評価結果も履歴データとして記憶され
る。さらに、主制御ユニット２５には、後述する制御性
の評価結果を表示するためのディスプレイ５３が接続さ
れている。

【００２２】ここで、上述のように構成される露光装置
１０の実露光動作（スキャン露光動作）について簡単に
説明しておく。レチクルＲの回路パターンをウエハＷの
各ショット領域に転写するスキャン露光時において、露
光装置１０は、主制御ユニット２５の制御のもとで、レ
チクルＹ駆動ステージ３０をＹ方向に一定速度Ｖで走査
させるとともに、これに同期してウエハステージ２３の
ＸＹ駆動ステージ３５を−Ｙ方向に一定速度Ｖ／β（１
／βは投影光学系ＰＬの縮小倍率）で走査させ、図４に
示されるように、投影光学系ＰＬのスリット状の照明領
域（スリット領域ＬＡ）とウエハＷの露光面Ｗｆ（ショ
ット領域ＳＡ）とをＹ方向に相対的にスキャン移動させ
る。また、このスキャン露光時において、図２の露光装
置１０は、レチクルＲの回路パターン形成面とウエハＷ
の露光面Ｗｆとを投影光学系ＰＬに関して共役にするた
めに、焦点位置検出系２４により検出されたフォーカス
信号（露光面Ｗｆの高さ位置に関する信号）に基づい
て、投影光学系ＰＬの結像面にウエハＷの露光面Ｗｆを
合わせ込むように、主制御ユニット２５の制御のもと
で、駆動系としてのＺレベリングステージ３６を制御
（自動焦点合わせ制御：以後、ＡＦ制御と称する）す
る。このスキャン露光時のＡＦ制御は、スリット領域Ｌ
Ａ内の２７点の計測点のうち、セレクタ回路５０により
選択される複数点ＫＰ（例えば５点、図４参照）のフォ
ーカス信号に基づいて近似平面を算出し、続いて投影光
学系ＰＬの結像面にこの近似平面を合わせ込むためのＺ
方向、ローリング方向（θｘ）、ピッチング方向（θ
ｙ）における目標値を設定し、この目標値に基づいてＺ
レベリングステージ３６を制御する。

【００２３】本実施形態の露光装置１０は、上述したＡ
Ｆ制御を行うＡＦ制御系（主制御ユニット２５、焦点位
置検出系２４、Ｚレベリングステージ３６や他のステー
ジを含む）の制御性が次に説明する制御性評価方法に基
づいて評価されるようになっている。図５には、本発明
に係る制御性評価方法のフローチャートが示されてお
り、以後、このフローチャートに基づいて制御性評価方
法の一実施例について説明する。

【００２４】まず、制御性の評価を開始するにあたり、
主制御ユニット２５は、ウエハステージ２３を駆動する
ことにより、図６に示されるウエハＷ上の所望のショッ
ト領域（露光領域）ＨＡを、投影光学系ＰＬのスリット
領域（照明領域）に対応する計測開始位置に位置決めす
る（ステップ１００）。ショット領域ＳＡは、この図６
に示されるように、通常は矩形領域である。しかし、本
例ではこれに限らず、ウエハＷの周縁に位置し一部が欠
けた状態の領域、いわゆる欠けショット領域ＫＡ（図６
に示す斜線部のショット領域）についても対応する。な
お、この欠けショット領域ＫＡを評価する方法について
は後述する。

【００２５】ショット領域ＳＡの位置決めを終えると、
次に、主制御ユニット２５は、スリット領域に設けられ
る９×３の２７点の計測点の各々においてウエハＷの露
光面Ｗｆの高さ位置の計測を行い、この計測結果から露
光面Ｗｆの近似平面を算出する（ステップ１０１）。高
さ位置の計測は、本実施例では、ウエハステージ２３を
Ｙ方向に駆動することにより、図７に示されるように、
投影光学系ＰＬの結像面（図７ではスリット領域ＬＡに
相当する）とウエハＷの露光面Ｗｆ（ショット領域Ｓ
Ａ）とを相対的に所定距離（ステップ移動距離）ずつス
テップ移動させ、このステップ移動の停止時に露光面Ｗ
ｆの高さ位置を焦点位置検出系２４により２７点ずつ計
測する。また、本実施例では、スリット領域ＬＡ内の計
測点ＦＰのＹ方向のピッチＰ１がステップ移動距離Ｐ２
の整数倍となるように、ウエハステージ２３のステップ
移動を制御する。そのため、この図７に示されるよう
に、露光面Ｗｆ上の任意の点（図中斜線で示される点）
についてその高さ位置を複数回（ここでは３回）繰り返
して計測することになる。続いて、主制御ユニット２５
は、焦点位置検出系２４から送られる高さ位置データを
各点ごとに平均化した後、その平均高さ位置データを記
憶部５２に記憶する。近似平面の算出は、記憶部５２に
記憶された平均高さ位置データに基づいてステップ移動
の停止位置（評価位置）ごとに行う。すなわち、各評価
位置におけるスリット領域内の２７点の計測点のうち例
えば５点の平均高さ位置データを用いて、最小自乗近似
などにより露光面Ｗｆの凹凸を平均化した近似平面を算
出する。なお、このときのステップ移動の停止位置は、
制御性を評価する際の評価位置として記憶部５２に保持
される。

【００２６】次に、主制御ユニット２５は、近似平面と
露光面Ｗｆとの第１の相対的位置関係（基板のフラット
ネス）を算出する（ステップ１０２）。すなわち、主制
御ユニット２５は、ステップ移動の停止位置（評価位
置）でのスリット領域ごとに、ステップ１０１で算出し
た近似平面に対する露光面Ｗｆの、Ｚ方向、ローリング
方向（θｘ）、ピッチング方向（θｙ）の差分を２７点
の各計測点についてそれぞれ求め、これらから近似平面
に対する露光面Ｗｆの偏差（最適姿勢データ）を算出
し、そのデータを第１の相対的位置関係として記憶部５
２に記憶する。このとき算出する偏差は、各スリット領
域内の露光面Ｗｆの凹凸の度合いを示す値であり、いわ
ゆる基板のフラットネス（ローカルフラットネス）であ
る。なお、本実施例では、このローカルフラットネスを
偏差（＝デビエーションＲＦ１Ｄ（図１参照）：近似平
面ＡＰＦと露光面Ｗｆとの高さ位置の差（絶対値）の最
大値）として算出しているが、レンジ（＝レンジＲＦ１
Ｒ（図１参照）：近似平面ＡＰＦに対する露光面Ｗｆの
高さ位置の最大値と最小値との幅）として算出してもよ
い。

【００２７】次に、実際にＡＦ制御を行い、このときの
ＡＦ制御の制御誤差として投影光学系ＰＬの結像面とウ
エハＷの露光面Ｗｆとの第２の相対的位置関係を算出す
る（ステップ１０３）。本実施例の制御性評価方法にお
けるＡＦ制御では、前述した実露光動作時のＡＦ制御と
同様に、図２の主制御ユニット２５の制御のもとで、Ｘ
Ｙ駆動ステージ３５を実露光動作時と同一の速度で走査
し、投影光学系ＰＬの結像面とウエハＷの露光面Ｗｆと
を相対的にスキャン移動させ、スリット領域内の２７点
の計測点のうち、セレクタ回路５０により選択される複
数点（例えば５点）で計測される高さ位置から露光面Ｗ
ｆの近似平面を算出し、投影光学系ＰＬの結像面にこの
近似平面を合わせ込むための目標値（露光面Ｗｆの目標
座標値（ｚ、θｘ、θｙ））を求め、この目標値に基づ
いてＺレベリングステージ３６を制御する。なお、この
ときセレクタ回路５０で選択する計側点は、実露光動作
時と同一位置のものであるのが好ましい。

【００２８】そして、スキャン移動中、ＡＦ制御後のウ
エハＷの露光面Ｗｆの高さ位置を、ステップ１０１にお
けるステップ移動の停止位置（評価位置）ごとに焦点位
置検出系２４により計測し、その計測結果からＡＦ制御
の制御誤差として、投影光学系ＰＬの結像面とウエハＷ
の露光面Ｗｆとの相対的な位置関係（第２の相対的位置
関係）を算出する。第２の相対的位置関係の算出は、各
評価位置ごとの高さ位置データから、投影光学系ＰＬの
結像面と露光面Ｗｆとの、Ｚ方向、ローリング方向（θ
ｘ）、ピッチング方向（θｙ）の各差分を２７点の計測
点についてそれぞれ求め、評価位置ごとの偏差を算出す
ることにより行う。また、算出したデータを第２の相対
的位置関係として記憶部５２に記憶する。この偏差を算
出するとき、ローカルフラットネスを図１に示す偏差Ｒ
Ｆ１Ｄとして算出している場合は偏差ＲＦ２Ｄを算出
し、ローカルフラットネスを図１に示すレンジＲＦ１Ｒ
として算出している場合はレンジＲＦ２Ｒを算出する。

【００２９】次に、第１の相対的位置関係（ローカルフ
ラットネス）と第２の相対的位置関係（制御誤差）とを
比較する（ステップ１０４）。本実施例では、ステップ
１０２で求めた各地点（評価位置）における最適姿勢デ
ータにステップ１０３で採取した各地点の制御誤差デー
タを加算し、この加算データ（第２の相対的位置関係に
関するデータ）と第１の相対的位置関係のデータとをそ
れぞれ２倍してレンジ値に変換してディスプレイ５３に
供給し、図８の表示例に示されるように、各データを各
評価位置ごとに並べてプロット表示する。

【００３０】前述したように、第１の相対的位置関係
（ローカルフラットネス）は露光面Ｗｆの各スリット領
域での凹凸の度合い（偏差やレンジなど）を示すもので
あり、一方、第２の相対的位置関係は結像面に対するＡ
Ｆ制御の制御誤差（露光面Ｗｆの姿勢誤差）を示すもの
である。この図８のようにグラフ表示（横軸が各評価位
置、縦軸がずれ量（偏差やレンジ））することにより、
ウエハＷの露光面Ｗｆの凹凸の度合いが一目で確認でき
るとともに、制御誤差としての第２の相対的位置関係
（２つのグラフの差として示される）に露光面Ｗｆの表
面形状の影響がどの程度関与しているかを判別すること
が可能となる。例えば、この図８に示されるデータの場
合、ウエハＷの凹凸の度合いに大きく影響を受けること
なく、同程度の制御誤差範囲内で安定してＡＦ制御が行
われていることが分かる。

【００３１】また、ディスプレイ５３上での他の表示例
として、図９（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、度数分
布として表示してもよい（横軸が度数（データ数）、縦
軸がずれ量（偏差やレンジ））。このように表示するこ
とで、ウエハＷの露光面Ｗｆの凹凸の度合いと制御誤差
との関係を定量的に判別することが可能となる。なお、
図８および図９は、Ｚ方向、θｘ方向、θｙ方向のいず
れかのデータ、もしくはそれらのデータを合成したもの
であり、ディスプレイ５３上には各方向について個別に
比較データを表示できるようになっている。

【００３２】このように、本実施例の制御性評価方法で
は、第１の相対的位置関係と第２の相対的位置関係とを
比較することにより、ＡＦ制御系の制御性を評価する。
そして、こうした制御性評価を各ショット領域ごとに実
施し、ウエハＷの露光面Ｗｆ全体に対しての評価も行
う。なお、露光装置１０では、例えば初期装置導入時や
メンテナンス時などの任意の時点、あるいは装置稼動開
始時や所定期間ごとの所定の時点で上述した制御性評価
を実施し、この評価に基づいて装置の調整やプロセス条
件の見直しを図る。

【００３３】また、制御性の評価結果（比較データ）は
履歴データとして記憶部５２に記憶され、以降の制御性
評価時において基準データや参考データとして参照され
る。なお、単体での露光装置の制御性評価に限らず、例
えば複数台の露光装置を通信手段としての伝送路を介し
て接続し、それらを統括するホストコンピュータに接続
しておき、装置ごとの制御誤差を比較するといったこと
も行われる。

【００３４】以上のように、本実施例の制御性評価方法
によれば、ウエハＷの露光面Ｗｆの凹凸の度合いを示す
第１の相対的位置関係（ローカルフラットネス）を算出
するとともに、これを第２の相対的位置関係（制御誤
差）と比較するため、第２の相対的位置関係（制御誤
差）に対して露光面Ｗｆの凹凸の影響がどの程度関与し
ているかを判別することが可能となる。したがって、制
御系（ＡＦ制御系）の制御性を従来に比べてより正確に
把握することができる。しかも、本実施例では、これら
をグラフ表示するため、視覚的に制御性を把握すること
ができる。

【００３５】また、本実施例では、ステップ移動の停止
位置（評価位置）でのスリット領域ごとに制御性評価を
実施するため、露光面Ｗｆに対して細かく制御性を評価
でき、より詳細に制御性を把握することができる。しか
も、停止した状態でウエハＷの表面形状を計測し、その
計測結果から第１の相対的位置関係を算出するので、移
動中に生じる例えばウエハステージ２３の誤差が計測結
果に含まれにくく、より正確に基板の表面形状を計測す
ることができる。しかも、本実施例では、露光面Ｗｆ上
の任意の点についてその高さ位置を複数回（本例では３
回）繰り返して計測し、その計測結果を平均化して近似
平面を算出するため、計測誤差を少なくすることができ
る。なお、表面形状の計測は、ステップ移動の停止時に
行うものに限らず、ウエハＷと露光面Ｗｆとを相対的に
移動させながら行ってもよい。すなわち、上述した実施
例におけるステップ１０３におけるスキャン移動と同様
にステップ１０１においてＸＹ駆動ステージ３５を駆動
し、この移動中に焦点位置検出系２４により露光面Ｗｆ
の高い位置を計測してもよい。このようにすることで、
連続的に露光面Ｗｆの高さ位置を計測することができ、
制御性評価に要する処理時間を短縮することができる。

【００３６】また、本実施例では、制御性の評価結果を
履歴データとして記憶部５２に記憶するため、以後の制
御性を評価する際にそのデータを参照することで、制御
系の経時的な変化を把握することができる。なお、上述
したように本実施例では露光面Ｗｆの凹凸の影響がどの
程度関与しているかを判別できるので、異なるウエハＷ
を用いて制御性評価を実施する場合にも、それらを比較
して評価することが可能となる。

【００３７】また、本実施例で示した露光装置１０によ
れば、ウエハＷの表面形状に基づいて、ＡＦ制御系を評
価することができるため、ＡＦ制御系の制御性をより正
確に把握することができる。しかも、上述した制御性評
価において、ウエハＷのフラットネス（ローカルフラッ
トネス）も同時に計測することができる。このように、
同一の制御系（ＡＦ制御系）でウエハＷのフラットネス
とＡＦ制御系の制御性評価とを実施できるため、他の計
測装置で計測したフラットネスを用いてＡＦ制御系を評
価する場合に比べて、ＡＦ制御系の制御性をより正確に
把握することができるという利点を有する。

【００３８】次に、図６の欠けショット領域ＫＡについ
て制御性を評価する方法について説明する。欠けショッ
ト領域ＫＡを評価する場合にも、上述した実施例で示し
た制御性評価方法と同様の手順に基づいて制御性評価を
実施する。ただし、欠けショット領域ＫＡを評価する場
合には、露光面の高さ位置を計測する際に、計測不能
（高さ位置データが異常値を示す）な計測点が生じるた
め、その計測不能な計測点を予め省く設定としておいた
り、計測後の異常値に基づいてそのデータを省くなどに
より、上述した各相対的位置関係を算出する。このよう
にすることで、欠けショット領域ＫＡについても制御性
を評価することが可能となり、これにより欠けショット
領域ＫＡへのパターンの形成に関係する条件の管理が容
易となり、欠けショット領域ＫＡに安定してパターンを
形成することができ、１枚のウエハに対するデバイスの
形成数を安定的に増やすことが可能となる。

【００３９】なお、上述した実施例において示した動作
手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一
例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において
プロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能であ
る。本発明は、例えば以下のような変更をも含むものと
する。

【００４０】上述した実施例では、２７点の計測点につ
いて露光面の高さ位置を計測しているが、これに限るも
のでなく、計測点の配置位置や高さ位置、および計測に
用いる計測点の数は任意である。

【００４１】また、上述した実施例では、ステップ１０
３においてウエハＷの表面形状を計測しているが、ステ
ップ１０１において計測した際のウエハＷの表面形状
（露光面Ｗｆの高さ位置）をそのままステップ１０３で
用い、第２の相対位置関係を算出してもよい。

【００４２】また、本実施形態の露光装置として、マス
クと基板とを静止した状態でマスクのパターンを露光
し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・
リピート型の露光装置にも適用することができる。

【００４３】また、本実施形態の露光装置として、投影
光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマ
スクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも
適用することができる。

【００４４】また、露光装置の用途としては半導体製造
用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガ
ラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用
の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装
置にも広く適当できる。

【００４５】また、本実施形態の露光装置の光源は、ｇ
線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシ
マレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９
３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線
や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例え
ば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射
型のランタンヘキサボライト（LaB6）、タンタル（Ta）
を用いることができる。さらに、電子線を用いる場合
は、マスクを用いる構成としてもよいし、マスクを用い
ずに直接基板上にパターンを形成する構成としてもよ
い。さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍
および拡大系のいずれでもよい。

【００４６】また、投影光学系としては、エキシマレー
ザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石
などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ２レーザやＸ
線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし
（レチクルも反射型タイプのものを用いる）、また、電
子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏
向器からなる電子光学系を用いればいい。なお、電子線
が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもな
い。

【００４７】また、ウエハステージやレチクルステージ
にリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用い
たエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力
を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ス
テージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、
ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、
ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁
石ユニット（永久磁石３９１）と電機子ユニット（３８
０Ａ、３８０Ｂ）のいずれか一方をステージに接続し、
磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動
面側（ベース）に設ければよい。

【００４８】また、ウエハステージの移動により発生す
る反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されて
いるように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）
に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた
露光装置においても適用可能である。

【００４９】また、レチクルステージの移動により発生
する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載され
ているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大
地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備
えた露光装置においても適用可能である。

【００５０】また、本実施形態の露光装置は、本願特許
請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシス
テムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を
保つように、組み立てることで製造される。これら各種
精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種
光学系については光学的精度を達成するための調整、各
種機械系については機械的精度を達成するための調整、
各種電気系については電気的精度を達成するための調整
が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立
て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気
回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。こ
の各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前
に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはい
うまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立
て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体
としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造
は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルーム
で行うことが望ましい。

【００５１】また、半導体デバイスは、デバイスの機能
・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づい
たマスク（レチクル）を製作するステップ、シリコン材
料からウエハを製造するステップ、前述した実施形態の
露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光する
ウエハ処理ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイ
シング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含
む）、検査ステップ等を経て製造される。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
以下の効果を得ることができる。請求項１に係る制御系
の制御性評価方法では、対象物の表面形状を計測しその
近似平面と対象物の表面との第１の相対的位置関係を算
出するとともに、基準面に対象物の表面を合わせ込むよ
うに駆動系を制御した際の基準面と対象物の表面との第
２の相対的位置関係を計測し、第１の相対的位置関係と
第２の相対的位置関係とを比較するため、対象物の表面
形状に基づいて制御系の制御性を評価することができ
る。したがって、対象物の表面形状による制御性への影
響を判別することができ、制御系の制御性をより正確に
把握することができる。

【００５３】請求項２に係る制御系の制御性評価方法で
は、対象物の表面の一部領域ごとに第１の相対的位置関
係と第２の相対的位置関係とを比較するため、領域ごと
に細かく制御性を評価することができ、より詳細に制御
性を把握することができる。

【００５４】請求項３に係る制御系の制御性評価方法で
は、対象物を移動させながらその表面形状を計測するた
め、連続的に対象物の表面形状を計測することができ、
制御性評価に要する処理時間を短縮することができる。

【００５５】請求項４に係る制御系の制御性評価方法で
は、ステップ移動の停止時に対象物の表面形状を計測す
るため、移動中に生じる誤差が表面形状の計測に含まれ
にくく、より正確に対象物の表面形状を計測することが
できる。

【００５６】請求項５に係る制御系の制御性評価方法で
は、対象物の表面高さを複数の計測点でそれぞれ複数回
計測するため、その計測結果を平均化するなどにより、
計測誤差を少なくすることができる。

【００５７】請求項６に係る露光装置では、基板の表面
形状に基づいて、基準面に基板の表面を合わせ込むため
の制御系を評価することができるため、制御系の制御性
をより正確に把握することができる。

【００５８】請求項７に係る露光装置では、制御系の評
価結果を履歴データとして記憶する記憶部を備えるた
め、記憶された履歴データを参照することにより、制御
系の経時的な変化を把握することができる。

【００５９】請求項８に係る基板のフラットネス計測方
法では、基板表面の一部領域ごとに近似平面と基板表面
との相対的位置関係を算出するため、領域ごとに細かく
フラットネスを計測することができ、より正確に基板の
フラットネスを把握することができる。

【００６０】請求項９に係る基板のフラットネス計測方
法では、基板を移動させながら基板の表面高さを計測す
るため、表面高さの計測に要する計測時間を短縮するこ
とができる。

【００６１】請求項１０に係る基板のフラットネス計測
方法では、ステップ移動の停止時に基板の表面高さを計
測するため、移動中に生じる誤差がその計測結果に含ま
れにくく、より正確に基板のフラットネスを計測するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る制御系の制御性評価方法の手順
を示す模式図である。

【図２】 図１の評価方法に基づいて制御系が制御され
る露光装置の一実施形態を示す構成図である。

【図３】 照明領域（スリット領域）に投影されたスリ
ット状のパターン像を示す平面図である。

【図４】 スキャン露光時におけるスリット領域および
計測点の移動の様子を示す動作説明図である。

【図５】 本発明に係る制御性評価方法の一実施例を示
すフローチャート図である。

【図６】 ウエハに設定されるショット領域の配置例を
示す配置図である。

【図７】 ウエハの表面形状の計測時におけるスリット
領域および計測点の移動の様子を示す動作説明図であ
る。

【図８】 図２の露光装置のディスプレイに表示される
データの表示例を示す図である。

【図９】 図２の露光装置のディスプレイに表示される
データの他の表示例を示す図である。

【図１０】 従来の制御系の制御性評価方法を説明する
ための図である。

【符号の説明】 Ｒ レチクル（マスク） Ｗ ウエハ（対象物） ＰＬ 投影光学系 Ｗｆ 露光面（対象物の表面） ＬＡ 照明領域（スリット領域） ＳＰ ショット領域 ＫＡ 欠けショット領域 ＡＰＦ 近似平面 ＦＦ 結像面（基準面） ＲＦ１Ｄ，ＲＦ１Ｒ 第１の相対的位置関係（ローカル
フラットネス） ＲＦ２Ｄ，ＲＦ２Ｒ 第２の相対的位置関係 １０ 露光装置 ２３ ウエハステージ ２４ 焦点位置検出系 ２５ 主制御ユニット ３５ ＸＹ駆動ステージ ３６ Ｚレベリングステージ ５２ 記憶部 ５３ ディスプレイ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｆ 9/02 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｇ０１Ｂ 11/24 Ａ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ｂ ５２６Ｚ Ｆターム(参考） 2F065 AA24 AA37 AA47 AA53 BB03 BB27 CC00 CC19 CC20 DD00 FF01 FF10 FF55 GG03 GG05 HH03 HH05 HH12 JJ03 JJ26 LL09 LL30 PP12 PP22 QQ18 QQ24 QQ25 QQ45 SS01 SS13 TT02 2F069 AA54 AA66 BB15 BB40 CC07 DD30 GG04 GG07 GG35 GG45 GG52 GG62 HH09 JJ14 JJ25 MM24 MM34 NN09 NN17 NN26 PP02 RR03 4M106 AA01 CA24 CA47 DB02 DB07 DB12 DB13 DJ03 DJ04 DJ05 DJ06 5F046 CC04 CC05 CC14 DA05 DB05

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準面に対象物の表面を合わせ込むよう
   に駆動系を制御する制御系の制御性評価方法であって、 前記対象物の表面形状を計測し該表面の近似平面を算出
   する第１ステップと、 前記近似平面と前記対象物の表面との第１の相対的位置
   関係を算出する第２ステップと、 前記基準面に前記対象物の表面を合わせ込むように駆動
   系を制御して前記基準面と前記対象物の表面との第２の
   相対的位置関係を計測する第３ステップと、 前記第１の相対的位置関係と前記第２の相対的位置関係
   とを比較する第４ステップとを有することを特徴とする
   制御系の制御性評価方法。
2. 【請求項２】 前記対象物の表面の一部領域ごとに前記
   第１の相対的位置関係と前記第２の相対的位置関係とを
   比較することを特徴とする請求項１記載の制御系の制御
   性評価方法。
3. 【請求項３】 前記第１ステップでは、前記対象物を移
   動させながら該対象物の表面形状を計測することを特徴
   とする請求項１または２記載の制御系の制御性評価方
   法。
4. 【請求項４】 前記第１ステップでは、前記対象物をス
   テップ移動させ、該ステップ移動の停止時に該対象物の
   表面形状を計測することを特徴とする請求項１または２
   記載の制御系の制御性評価方法。
5. 【請求項５】 前記第１ステップでは、前記対象物の表
   面の高さを複数の計測点でそれぞれ複数回計測し、該計
   測結果から前記表面の近似平面を算出することを特徴と
   する請求項１から４のいずれかに記載の制御系の制御性
   評価方法。
6. 【請求項６】 基準面に基板の表面を合わせ込むように
   駆動系を制御する制御系を備え、投影光学系を介してマ
   スクのパターンを該基板に転写する露光装置において、 請求項１から５のいずれかの制御性評価方法に基づいて
   前記制御系を評価することを特徴とする露光装置。
7. 【請求項７】 前記制御系の評価結果を履歴データとし
   て記憶する記憶部を備えることを特徴とする請求項６記
   載の露光装置。
8. 【請求項８】 基板のフラットネスを計測するためのフ
   ラットネス計測方法であって、 前記基板の表面高さを複数の計測点で計測し、該計測結
   果から前記基板表面の近似平面を前記基板の一部領域ご
   とに算出し、該近似平面と前記基板の表面との相対的位
   置関係を前記一部領域ごとに算出することを特徴とする
   基板のフラットネス計測方法。
9. 【請求項９】 前記基板を移動させながら該基板の表面
   高さを計測することを特徴とする請求項８記載の基板の
   フラットネス計測方法。
10. 【請求項１０】 前記基板をステップ移動させて該ステ
    ップ移動の停止時に該基板の表面高さを計測することを
    特徴とする請求項８記載の基板のフラットネス計測方
    法。