JP2001338870A - 走査露光装置及び方法、管理装置及び方法、ならびにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光線幅がばらつく原因の解析をいち早く行
えるようにした走査露光装置及び方法、管理装置及び方
法、ならびにデバイス製造方法を提供する。 【解決手段】 マスクＭを載置するマスクステージ２３
と、ウエハＷを載置するウエハステージ２５と、ウエハ
Ｗの面位置情報を検出する合焦機構２６と、合焦機構２
６の検出結果に基づいてウエハＷの面位置を調整する調
整手段２７，４２とを備える。マスクＭのパターンを露
光光を用いてウエハＷ上に投影するとともにウエハＷと
露光光を相対走査してウエハＷ上の露光領域を露光す
る。露光時に調整手段２７，４２によって調整されたウ
エハＷの姿勢情報を、合焦機構２６から取得して、予め
求められた露光領域の表面形状情報に対応してメモリに
記憶させる制御手段２８を有する。姿勢情報と表面形状
情報とを使って、ウエハＷの露光される面が露光光に対
してどのような状態で露光されたかがわかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘ
ッド等のマイクロデバイスを製造するためのリソグラフ
ィ工程で使用される走査露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の走査露光装置として、回路パタ
ーンが形成されたフォトマスク又はレチクル（以下、マ
スクという。）を載置するマスクステージと、感光材が
塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を載置す
る基板ステージと、基板の面位置情報を検出する合焦機
構と、この合焦機構の検出結果に基づいて基板の面位置
を調整する調整手段とを備えているものが知られてい
る。この走査露光装置は、ウエハの各ショット領域を投
影光学系の露光フィールド内に順次移動させて、各ショ
ット領域にマスクのパターン像を順次露光するようにな
っている。

【０００３】このような走査露光装置に用いる面位置設
定装置（合焦機構）として、例えば、特開平６−２８３
４０３号公報に開示されたものが知られている。この装
置には、基板の走査方向及びその走査方向と交差する方
向の複数の計測点において、基板の投影光学系の光軸と
平行な方向の高さをそれぞれ測定する多点測定手段が設
けられている。そして、基板の走査時において、所定形
状の照明領域と投影光学系に関して共役な露光フィール
ドに対して基板が走査される際の各計測点の前記高さを
測定する。各計測点の測定結果の最大値と最小値に基づ
いて、露光面の平均面を求め、さらにその平均面の高さ
と投影光学系の像面の高さとの差分を求める。次いで、
その差分に基づいて、基板の高さを基板ステージにより
設定して、露光面の合わせ込みが行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
走査露光装置では、基板の各ショット領域に形成された
パターンの露光線幅がばらつく不具合が発生した場合、
そのばらつきがなぜ生じたのか、その原因の切り分けが
すぐにできず、その原因の解析や調査に多大な時間と労
力を要していたという問題点があった。

【０００５】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたもの、その課題は、露光線幅がばらつく
原因の解析をいち早く行えるようにした走査露光装置及
び方法、管理装置及び方法、ならびにデバイス製造方法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に請求項１に係る発明は、基板（Ｗ）の面位置情報を検
出する面位置検出手段（２６）と、面位置検出手段の検
出結果に基づいて基板の面位置を調整する調整手段（２
７，８４，８５，８６）と、を備え、マスクのパターン
の像を露光光を用いて基板上に投影するとともに基板と
露光光とを相対走査することによって基板上の露光領域
（ＳＡｉｊ）を露光する走査露光装置であって、面位置
検出手段からの検号に基づいて、露光時に調整手段によ
って調整された基板の姿勢情報を得るとともに、該姿勢
情報を、予め求められた基板上の露光領域の表面形状情
報に対応付けてメモリ（９１）に記憶する制御手段（２
８）を有することを特徴とするものである。

【０００７】このような構成によれば、対応してメモリ
に記憶された露光時の基板の姿勢情報（トレースデー
タ）と、基板上の露光領域の表面形状情報（フラットネ
スデータ）とを使って、基板の露光される面が露光光に
対してどのような状態で露光されたかがわかる。そのた
め、パターンの露光線幅がばらつく不具合が発生したと
き、露光時のフォーカス状態が、その露光線幅がばらつ
く原因としてどの程度影響しているかを最初に判断する
ことができる。

【０００８】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
走査露光装置において、制御手段は、姿勢情報と表面形
状情報とに基づいて、基板上に転写される前記パターン
の像の状態を予測する像状態予測手段（１０１）を有す
ることを特徴とするものである。

【０００９】このような構成によれば、像状態予測手段
により、露光時の基板の姿勢情報と表面形状情報とに基
づいて、露光線幅が一定値以上ばらつくという予測結果
が得られる。この結果が露光中に得られた場合、制御手
段により露光処理を中止させることができる。

【００１０】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載の走査露光装置において、姿勢情報は、調整手段に
よって調整される基板の制御目標位置に対する基板の追
従誤差を含むことを特徴とするものである。

【００１１】このような構成によれば、像状態予測手段
は、基板の表面形状情報（フラットネスデータ）に、露
光中に得た追従誤差を加味した情報を考慮してパターン
の像の状態を予測するので、その像面に対して基板の露
光面がどのような姿勢で通過して露光されたかがわか
る。

【００１２】請求項４に係る発明は、請求項３に記載の
走査露光装置において、制御手段は、追従誤差と表面形
状情報とに基づいて、基板の露光面上の複数の計測点に
おける露光光が照射されている間の目標位置に対する光
軸方向位置の平均ずれ量と、露光光が照射されている間
の光軸方向位置の振動成分の標準偏差との少なくとも一
方を算出することを特徴とするものである。

【００１３】このような構成によれば、像状態予測手段
は、露光領域に対して基板の露光面の各部がどのような
姿勢で通過したか、すなわち結像面に対する露光面各部
のずれ量を露光光の基板への照射幅で見ることができ
る。

【００１４】請求項５に係る発明は、請求項４に記載の
走査露光装置において、制御手段は、平均ずれ量と振動
成分の標準偏差との少なくとも一方、及び基板上に転写
されるパターン像の状態の各データを互いに対応させて
予め格納するデータ記憶部（９１）をさらに備え、像状
態予測手段は、データ記憶部に記憶されたパターン像の
状態データと、露光中或いは露光後に得た平均ずれ量及
び振動成分の標準偏差の少なくとも一方とに基づいて、
露光されたパターンの像の状態を予測することを特徴と
するものである。

【００１５】このような構成によれば、像状態予測手段
は、露光中或いは露光後に求められる前記平均ずれ量及
び振動成分の標準偏差を、データ記憶部に格納された各
データと照合することにより、その露光時におけるパタ
ーンの像の状態である露光線幅のばらつき量を露光中或
いは露光後に予測することができる。また、実際に計測
した線幅ばらつき量がデータ記憶部に記憶された過去の
データである露光線幅のばらつき量よりも大きければ、
露光時のフォーカス状態が原因でなく、その他の原因に
より露光線幅のばらつきが生じたことがわかる。

【００１６】請求項６に係る発明は、請求項１〜５のい
ずれか一項に記載の走査露光装置において、パターンの
像の状態は、基板上に形成されたパターンの線幅情報を
含むことを特徴とするものである。

【００１７】請求項７に係る発明は、請求項２〜６のい
ずれか一項に記載の走査露光装置において、姿勢情報と
表面形状情報とに基づいて、基板上に転写されるパター
ンの像の状態を予測する像状態予測手段は、投影光学系
の性能、マスクを照明する照明条件、パターンの設計線
幅等のデータに基づいて、パターンの像の状態を算出す
る結像シミュレーション手段（９０）を含むことを特徴
とするものである。

【００１８】このような構成によれば、平均ずれ量、振
動成分の標準偏差、パターンの露光線幅等の過去に登録
して蓄積しておいたデータベースがなくても、投影光学
系の性能、マスクの照明条件等のデータを露光時の平均
ずれ量、振動成分の標準偏差とともに結像シュミレーシ
ョン手段に入力することにより、パターンの像の状態で
ある露光線幅のばらつき量を露光中或いは露光後に予測
することができる。

【００１９】請求項８に係る発明は、請求項２〜７のい
ずれか一項に記載の走査露光装置において、姿勢情報と
表面形状情報とに基づいて、基板上に転写されるパター
ンの像の状態を予測する像状態予測手段により予測され
たパターンの像の状態が所定の許容範囲を逸脱したとき
には、異常露光であると判定する判定手段（１０１）を
備えたことを特徴とするものである。

【００２０】このような構成によれば、判定手段により
異常露光の判定を自動で行えるので、その判定結果を使
って露光中或いは露光後に警告を発して異常露光を知ら
せることができる。

【００２１】請求項９に係る発明は、請求項２〜８のい
ずれか一項に記載の走査露光装置において、姿勢情報と
表面形状情報とに基づいて、基板上に転写されるパター
ンの像の状態を予測する像状態予測手段により予測され
たパターンの像の状態を、数値データ、平面的表現及び
立体的表現の少なくとも１つによって表示する表示手段
（９４）を備えたことを特徴とするものである。

【００２２】このような構成によれば、予測されたパタ
ーンの像の状態である露光線幅のばらつき量が数値デー
タ等により表示手段に表示されるので、操作者は、その
表示された露光線幅のばらつき量から所定の許容範囲を
逸脱していることを簡単に確認できる。

【００２３】請求項１０に係る発明は、露光光によって
マスクのパターンの像を基板上に投影し、露光光に対し
て基板を相対走査することによって基板上の露光領域を
露光する走査露光方法であって、露光時に基板の面位置
を検出することによって基板の姿勢情報を検出し、検出
された姿勢情報と、予め求められた基板の露光領域にお
ける表面形状情報とに基づいて、基板に形成されるパタ
ーンの像の状態を予測することを特徴とするものであ
る。

【００２４】このような構成によれば、露光時の基板の
姿勢情報と表面形状情報とに基づいて、露光線幅が一定
値以上ばらつくという予測結果が得られ、予測結果が不
良の時は露光処理を中止させたり警告を発することがで
きる。

【００２５】請求項１１に係る発明は、請求項１０に記
載の走査露光方法において、姿勢情報と表面形状情報と
によって求められる姿勢誤差情報に対応して、基板上に
転写されるパターンの像の状態のデータが予め記憶され
ており、記憶されたデータに基づいて基板に形成される
パターンの像の状態を予測することを特徴とするもので
ある。

【００２６】請求項１２に係る発明は、請求項１１に記
載の走査露光方法において、姿勢誤差情報は、基板の露
光面上の複数の計測点における露光光が照射されている
間の目標位置に対する光軸方向位置の平均ずれ量と、露
光光が照射されている間の光軸方向位置の振動成分の標
準偏差との少なくとも一方を含むことを特徴とするもの
である。

【００２７】請求項１３に係る発明は、請求項１０〜１
２のいずれか一項に記載の走査露光方法において、パタ
ーンの像の状態は、基板上に形成されたパターンの線幅
情報を含むことを特徴とするものである。

【００２８】請求項１４に係る発明は、請求項１０〜１
３のいずれか一項に記載の走査露光方法において、予測
されたパターンの像の状態が所定の許容範囲を逸脱した
とき、異常露光であると判定することを特徴とするもの
である。

【００２９】請求項１５に係る発明は、基板（Ｗ）の面
位置情報を検出する面位置検出手段（２６）と、面位置
検出手段の検出結果に基づいて基板の面位置を調整する
調整手段（２７，８４，８５，８６）とを備え、マスク
のパターンの像を露光光を用いて基板上に投影するとと
もに基板と露光光を相対走査することによって基板上の
露光領域を露光する走査露光装置（２１）に用いられ、
走査露光装置の露光処理情報を管理する管理装置であっ
て、走査露光装置と接続されるインターフェース（９
２）と、インターフェースを介して取得された面位置検
出手段の検出信号に基づいて、露光時に調整手段によっ
て調整された基板の姿勢情報を得るとともに、姿勢情報
を、予め求められた基板上の露光領域の表面形状情報に
対応付けてメモリ（９１）に記憶する制御手段（２８）
とを有することを特徴とするものである。

【００３０】このような構成によれば、対応してメモリ
に記憶された露光時の基板の姿勢情報（トレースデー
タ）と、基板上の露光領域の表面形状情報（フラットネ
スデータ）とを使って、基板の露光される面が露光光に
対してどのような状態で露光されたかがわかる。そのた
め、パターンの露光線幅がばらつく不具合が発生したと
き、露光時のフォーカス状態が、その露光線幅がばらつ
く原因としてどの程度影響しているかを最初に判断する
ことができる。

【００３１】請求項１６に係る発明は、請求項１５に記
載の管理装置において、制御手段は、姿勢情報と表面形
状情報とに基づいて、基板上に転写されるパターンの像
の状態を予測する像状態予測手段を有することを特徴と
するものである。

【００３２】請求項１７に係る発明は、請求項１６に記
載の管理装置において、像状態予測手段は、姿勢情報と
表面形状情報とによって求められる姿勢誤差情報に対応
して、基板上に転写されるパターンの像の状態のデータ
が予め記憶されており、記憶されたデータに基づいて基
板に形成されるパターンの像の状態を予測することを特
徴とするものである。

【００３３】請求項１８に係る発明は、請求項１７に記
載の管理装置において、姿勢誤差情報は、基板の露光面
上の複数の計測点における露光光が照射されている間の
目標位置に対する光軸方向位置の平均ずれ量と、露光光
が照射されている間の光軸方向位置の振動成分の標準偏
差との少なくとも一方を含むことを特徴とするものであ
る。

【００３４】請求項１９に係る発明は、請求項１６〜１
８のいずれか一項に記載の管理装置において、パターン
の像の状態は、基板上に形成されたパターンの線幅情報
を含むことを特徴とするものである。

【００３５】請求項２０に係る発明は、請求項１６〜１
９のいずれか一項に記載の管理装置において、予測され
たパターンの像の状態が所定の許容範囲を逸脱したと
き、異常露光であると判定する判定手段をさらに有する
ことを特徴とするものである。

【００３６】また、請求項２１に係る発明は、基板の面
位置情報を検出する面位置検出手段と、面位置検出手段
の検出結果に基づいて基板の面位置を調整する調整手段
とを備え、マスクのパターンの像を露光光を用いて基板
上に投影するとともに基板と露光光を相対走査すること
によって基板上の露光領域を露光する走査露光装置に用
いられ、走査露光装置の露光処理情報を管理する管理方
法であって、走査露光装置からインターフェースを介し
て前記面検出手段の検出信号を取得し、露光時に調整手
段によって調整された基板の姿勢情報を得、姿勢情報
と、予め求められた基板の露光領域における表面形状情
報とに基づいて、基板に形成されるパターンの像の状態
を予測することを特徴とするものである。

【００３７】このような構成によれば、露光時の基板の
姿勢情報と表面形状情報とに基づいて、露光線幅が一定
値以上ばらつくという予測結果が得られ、予測結果が不
良の時は露光処理を中止させたり警告を発することがで
きる。

【００３８】請求項２２に係る発明は、請求項２１に記
載の管理方法において、姿勢情報と表面形状情報とによ
って求められる姿勢誤差情報に対応して、基板上に転写
されるパターンの像の状態のデータが予め記憶されてお
り、記憶されたデータに基づいて基板に形成されるパタ
ーンの像の状態を予測することを特徴とするものであ
る。

【００３９】請求項２３に係る発明は、請求項２２に記
載の管理方法において、姿勢誤差情報は、基板の露光面
上の複数の計測点における露光光が照射されている間の
目標位置に対する光軸方向位置の平均ずれ量と、露光光
が照射されている間の光軸方向位置の振動成分の標準偏
差との少なくとも一方を含むことを特徴とするものであ
る。

【００４０】請求項２４に係る発明は、請求項２１〜２
３のいずれか一項に記載の管理方法において、パターン
の像の状態は、基板上に形成されたパターンの線幅情報
を含むことを特徴とするものである。

【００４１】請求項２５に係る発明は、請求項２１〜２
４のいずれか一項に記載の管理方法において、予測され
たパターンの像の状態が所定の許容範囲を逸脱したと
き、異常露光であると判定することを特徴とするもので
ある。

【００４２】請求項２６に係る発明は、リソグラフィ工
程を含むデバイス製造方法であって、リソグラフィ工程
で、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の走査露
光装置を用いることを特徴とするものである。

【００４３】請求項２７に係る発明は、リソグラフィ工
程を含むデバイス製造方法であって、リソグラフィ工程
で、請求項１０〜請求項１４のいずれか一項に記載の走
査露光方法を用いることを特徴とするものである。

【００４４】請求項２８に係る発明は、リソグラフィ工
程を含むデバイス製造方法であって、リソグラフィ工程
で、請求項１５〜請求項２０のいずれか一項に記載の管
理装置を用いることを特徴とするものである。

【００４５】請求項２９に係る発明は、リソグラフィ工
程を含むデバイス製造方法であって、リソグラフィ工程
で、請求項２１〜請求項２５のいずれか一項に記載の管
理方法を用いることを特徴とするものである。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る走査露光装
置の第１の実施形態を図１〜図１８に基づいて説明す
る。

【００４７】図１及び図３に示すように、走査露光装置
２１は、照明光学系２２と、所定のパターンが形成され
たマスクＭを載置するマスクステージ２３と、投影光学
系２４と、感光基板としてのウエハＷを載置する基板ス
テージとしてのウエハステージ２５とを備えている。ま
た、走査露光装置２１は、ウエハＷの面位置情報を検出
する面位置検出手段の一部をなす斜入射方式の合焦機構
２６と、合焦機構２６の検出結果に基づいてウエハＷの
面位置を調整する調整手段の一部をなす主制御系２７と
を備えている。

【００４８】また、走査露光装置２１は、マスクＭのパ
ターンを露光光ＥＬを用いてウエハＷ上に投影するとと
もに、ウエハＷと露光光ＥＬを相対走査することによっ
てウエハＷ上の露光領域（図４に示す複数のショット領
域ＳＡｉｊ）を順次露光するようになっている。また、
走査露光装置２１は、ウエハＷ上の露光領域が実際にど
のような姿勢で露光されたかを計測し、この計測結果か
ら露光線幅のばらつき量ΔＣＤ（パターンの像の状態）
を予測する等の解析を行う制御手段としてのΔＣＤ管理
装置２８（図１，図６参照）を備えている。

【００４９】照明光学系２２には、高圧水銀灯、ＫｒＦ
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のいずれかからなる光源３０
から、露光光ＥＬが入射する。照明光学系２２は、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、開口絞り及びマスクＭ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いる。露光光ＥＬは、
照明光学系２２を通過することにより、マスクＭ上の回
路パターンを均一に照明するように調整される。また、
露光光ＥＬの照明領域は、図２（ａ）に実線で示すよう
にスリット状に成形されている。

【００５０】このスリット状の露光フィールド７６に対
してマスクＭとウエハＷを同期して走査しながら、マス
クＭ上の回路パターンが、図４に示すウエハＷの露光面
Ｗｆ上の複数のショット領域ＳＡに順次露光されるよう
になっている。例えば、ショット領域ＳＡ１１では、ウ
エハＷが露光フィールド７６に対してＹ方向に走査さ
れ、次のショット領域ＳＡ１２では、ウエハＷが露光フ
ィールド７６に対して−Ｙ方向に走査される。以下、こ
れを繰り返してショット領域ＳＡ１３以降の各ショット
領域が順次露光される。

【００５１】前記マスクステージ２３は、照明光学系２
２の下方において、そのマスク載置面が投影光学系２４
の光軸方向と直交するように配置されている。このマス
クステージ２３は、マスク支持台３２上において、Ｙ方
向（図１の紙面に垂直な方向）に駆動自在なマスクＹ駆
動ステージ３３を有する。このマスクＹ駆動ステージ３
３上には、前記マスク載置面をなすマスク微小駆動ステ
ージ３４が載置されている。このマスク微小駆動ステー
ジ３４上にマスクＭが真空チャック等により保持されて
いる。

【００５２】マスク微小駆動ステージ３４は、投影光学
系２４の光軸に垂直な面内で、図１の紙面に平行なＸ方
向、図１の紙面に垂直なＹ方向、及び、投影光学系２４
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、かつ高精度にマスクＭの位置制御
を行う。マスク微小駆動ステージ３４上には移動鏡３５
（図３参照）が配置されているとともに、マスク支持台
３２上には干渉計３６が配置されている。この干渉計３
６によって、マスク微小駆動ステージ３４のＸ方向、Ｙ
方向及びθ方向の位置が常時モニターされ、この干渉計
３６により得られた位置情報Ｓ１は前記主制御系２７に
供給されている。

【００５３】前記投影光学系２４は図示しない複数のレ
ンズ等を含んでおり、前記露光光ＥＬは投影光学系２４
を通過する際に、その断面形状が前記照明領域の大きさ
から所定の縮小倍率１／ｎ（ｎは正の整数）に縮小され
る。そして、マスクＭ上の回路パターンが、所定の縮小
倍率で縮小された状態で、ウエハステージ２５上に投影
光学系２４の光軸に交差するように保持されたウエハＷ
の露光面Ｗｆに投影転写されるようになっている。

【００５４】前記ウエハステージ２５は、投影光学系２
４の下方において、そのウエハ載置面が投影光学系２４
の光軸方向と交差するように配置されている。ウエハス
テージ２５のウエハ支持台３９上には、Ｙ方向に駆動自
在なウエハＹ駆動ステージ４０が載置され、そのウエハ
Ｙ駆動ステージ４０上には、Ｘ方向に駆動自在なウエハ
Ｘ駆動ステージ４１が載置されている。また、ウエハＸ
駆動ステージ４１上には、上面を投影光学系２４の光軸
と直交するＸＹ平面に対し微小に傾斜させることができ
るとともにその光軸と平行なＺ方向に微小駆動自在なＺ
レベリングステージ４２が設けられている。このＺレベ
リングステージ４２上には、ウエハＷが真空吸着によっ
て保持される。また、Ｚレベリングステージ４２上に
は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って延びる平面Ｌ字状の移動
鏡４３が固定されている。一対の干渉計４４は、その移
動鏡４３の外側面と対向するように配置されている。そ
して、図１に示す一方の干渉計４４によりＺレベリング
ステージ４２のＸ方向の位置がモニターされ、図３に示
す他方の干渉計４４により同ステージ４２のＹ方向の位
置がモニターされ、そして両干渉計４４により同ステー
ジ４２のθ方向の位置がモニターされている。これら干
渉計４４により得られた位置情報Ｓ２は、前記主制御系
２７に供給される。

【００５５】マスクＭは、露光時に、スリット状の露光
フィールド７６に対してＹ方向の図１において紙面の手
前側又は向こう側に一定速度Ｖで走査される。このマス
クＭの移動に同期して、ウエハＷは図１の紙面に対して
向こう側又は手前側に一定速度Ｖ／β（１／βは投影光
学系２４の縮小倍率）で走査されるようになっている。
このようなマスクＭとウエハＷの同期走査は、主制御系
２７の制御のもとで実行される。

【００５６】図１及び図２に示すように、合焦機構２６
には、露光光ＥＬとは異なるウエハＷ上のフォトレジス
トを感光させない照明光が、図示しない照明光源から光
ファイバ束４７を介して導かれている。光ファイバ束４
７から射出された照明光は、集光レンズ４８を経て、多
数のスリット状開口４９−ij（ｉ＝１〜５、ｊ＝１〜
９、図２（ｂ）参照）のパターンを有するパターン形成
板４９を照明する。パターン形成板４９には、図２
（ｂ）に示すように、第１行には９個のスリット状開口
４９−１１〜４９−１９が形成され、第２行〜第５行に
もそれぞれ９個のスリット状開口が形成されている。す
なわち、パターン形成板４９には、合計で４５個のスリ
ット状開口が形成されている。

【００５７】パターン形成板４９を透過した照明光は、
レンズ５０、ミラー５１及び照射対物レンズ５２を経て
ウエハＷの露光面Ｗｆに投影される。その露光面Ｗｆ上
には、パターン形成板４９のスリット状開口４９−１１
〜４９−５９よりなるパターン像が、図２（ａ）に示す
ように、露光面Ｗｆ上にＸ軸及びＹ軸に対して斜めに投
影されるようになっている。

【００５８】その露光面Ｗｆ上では、図２（ａ）におい
てスリット状の露光フィールド７６の上側でＸ方向に並
んだ第１行の９個の計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１９と、露光
フィールド７６内でＸ方向に３列に並んだ第２行〜第４
行の計測点ＡＦ２１〜ＡＦ４９と、露光フィールド７６
の下側でＸ方向に並んだ第５行の計測点ＡＦ５１〜ＡＦ
５９とに、前記スリット状開口４９−ijの各像が対応し
て投影されるようになっている。なお，本例では、第１
行の計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１９は、矩形状の露光フィー
ルド７６の長辺の一方から上側に所定距離（例えば４ｍ
ｍ）だけ離れた位置にあり、第２行の計測点ＡＦ５１〜
ＡＦ５９は、その長手方向の他方から下側に前記所定距
離だけ離れた位置にある。

【００５９】ウエハＷの露光面Ｗｆで反射された照明光
は、集光対物レンズ５３、回転方向振動板５４及び結像
レンズ５５を経て受光器５６の受光面に再投影される。
すなわち、その受光面には、パターン形成板４９上のス
リット状開口４９−ijよりなるパターン像が再結像され
る。また、受光器５６の受光面には多数の受光センサ５
６−ij（ｉ＝１〜５、ｊ＝１〜９、図２（ｃ）参照）が
配設されている。すなわち、受光器５６上には、第１行
目に９個の受光センサ５６−１１〜５６−１９が配置さ
れ、第２行目〜第５行目にもそれぞれ９個の受光センサ
５６−２１〜５６−５９が配置されている。このよう
に、受光器５６には、合計で４５個の受光センサ５６−
ij（ｉ＝１〜５、ｊ＝１〜９）が配行されており、各受
光センサ５６−ij上には図示しないスリット状の絞りが
配置されている。これらの各受光センサ５６−ij上に
は、図２（ａ）の各計測点ＡＦij（ｉ＝１〜５、ｊ＝１
〜９）に投影されたスリット状の開口４９−ijの各像が
再結像されるようになっている。

【００６０】図１に示す前記回転方向振動板５４は、露
光面Ｗｆで反射されたスリット状の開口４９−ijの各像
を受光器５６上に再結像させる際に、その各像の位置を
前記図示しないスリット状の絞りの開口幅の短手方向に
振動させるべく回転振動されている。各受光センサ５６
−ijで検出された検出信号は、信号処理装置５８に供給
される。信号処理装置５８は、それぞれの検出信号を回
転振動周波数の信号で同期検波することにより、ウエハ
Ｗ上の各計測点ＡＦijのうちの任意の複数点（本実施形
態では９点）について、投影光学系２４の光軸と平行な
Ｚ方向の位置（フォーカス位置）に対応する９個のフォ
ーカス信号を生成する。

【００６１】信号処理装置５８は、生成した９個のフォ
ーカス信号を常時出力している。主制御系２７は、信号
処理装置５８から出力される９個のフォーカス信号に基
づいて、ウエハＷの前記Ｚ方向における制御目標位置を
図示しない内部の演算部で算出する。この目標位置に
は、ウエハＷの露光面Ｗｆの傾斜角（Ｘ方向の傾きθｘ
であるロール，Ｙ方向の傾きθｙであるピッチ）の制御
目標値と、平均的なフォーカス位置（合わせ込み面の位
置）の制御目標値が含まれる。また、主制御系２７は、
その算出した前記傾斜角及び合わせ込み面の位置の各制
御目標値に応じた制御信号により、図５に示す駆動部８
４〜８６及び支点７８〜８０を介してＺレベリングステ
ージ４２を駆動するようになっている。この駆動によ
り、ウエハＷの露光面Ｗｆの傾斜（ロール及びピッチ）
及び前記Ｚ方向の高さが調整され、露光面Ｗｆの合わせ
込み面への合わせ込みが行われる。

【００６２】具体的には、主制御系２７は、ウエハＷが
露光フィールド７６に対して図２でＹ方向に走査される
場合には、第１行の受光センサ５６−１１〜５６−１９
の９個のセンサのうちの３つのセンサ５６−１１，５６
−１５，５６−１９（計測点ＡＦ１１，ＡＦ１５，ＡＦ
１９に対応）、及び露光フィールド７６内の６つのセン
サ５６−２１，５６−２５，５６−２９，５６−３１，
５６−３５，５６−３９（計測点ＡＦ２１，ＡＦ２５，
ＡＦ２９，ＡＦ３１，ＡＦ３５，ＡＦ３９に対応）によ
り、露光面Ｗｆ上の露光フィールド７６に入る直前の領
域を先読みする。すなわち、露光フィールド７６よりそ
の走査方向で４ｍｍ手前の領域７６´内にある９個の計
測点ＡＦ１１、１５，１９，２１，２５，２９，３１，
３５，３９でのＺ方向の位置を先読みするようになって
いる。同様に、ウエハＷが露光フィールド７６に対して
図２で−Ｙ方向に走査される場合には、受光センサ５６
−５１，５６−５５，５６−５９，５６−４１，５６−
４５，５６−４９，５６−３１，５６−３５，５６−３
９の９個のセンサにより、露光面Ｗｆ上の露光フィール
ド７６に入る直前の領域を先読みする。例えば、露光フ
ィールド７６に対してその走査方向で４ｍｍ手前の領域
内にある９個の計測点ＡＦ５１、５５，５９，４１，４
５，４９，３１，３５，３９でのＺ方向の位置を先読み
するようになっている。そのため、以下の説明では、受
光センサ５６−１１、５６−１５，５６−１９，５６−
２１，５６−２５，５６−２９，５６−３１，５６−３
５，５６−３９をＹ方向の先読みセンサＬ１と称し、受
光センサ５６−５１、５６−５５，５６−５９，５６−
４１，５６−４５，５６−４９，５６−３１，５６−３
５，５６−３９を−Ｙ方向の先読みセンサＬ５と称す
る。その先読みは、各ショット領域が露光フィールド７
６に対して走査される際に、前記先読みセンサＬ１又は
Ｌ５の９個の検出信号に対応して信号処理装置５８から
常時出力される９個のフォーカス信号を、主制御系２７
により走査方向において所定のタイミングで複数回サン
プリングすることにより行う。

【００６３】さらに、主制御系２７の制御のもとに、駆
動部８４〜８６（図５参照）を介して各支点７８〜８０
の伸縮量を調整することにより、Ｚレベリングステージ
４２のウエハＷの露光面Ｗｆの合わせ込み位置、Ｘ方向
及びＹ方向の傾斜角が所望の値に設定されるようになっ
ている。

【００６４】このように、主制御系２７は、先読みセン
サＬ１又はＬ５による先読み時に信号処理装置５８から
出力される９個のフォーカス信号に基づいて、露光面Ｗ
ｆの先読みした領域の露光時における制御目標位置を算
出する。その制御目標位置は、投影光学系２４の像面の
Ｚ方向の位置と一致するような露光面Ｗｆの平均的なフ
ォーカス位置（合わせ込み面の位置）と、その像面と露
光面Ｗｆとが平行になるような露光面Ｗｆの傾斜角θ
ｘ，θｙを含む。そして、主制御系２７は、露光面Ｗｆ
上の任意の点の先読み時をｔｏとすると、ｔｏから所定
時間（ここでは、ウエハＷが４ｍｍ走査方向に移動する
のに要する時間）が経過したｔ１時に、先読みした領域
が露光位置（露光フィールド７６の下方位置）に達した
として、Ｚレベリングステージ４２を制御して露光面Ｗ
ｆを投影光学系２４の像面に合わせ込むようになってい
る。

【００６５】また、図３に示すように、Ｚレベリングス
テージ４２上のウエハＷの近傍には基準マーク板６１が
固定され、その基準マーク板６１上には各種基準マーク
が形成されている。その基準マーク板６１上の基準マー
クとマスクＭ上のマークとを同時に観察するための一対
のマスクアライメント顕微鏡６２が、マスクＭの上方に
装備されている。また、マスクステージ２３とマスクア
ライメント顕微鏡６２との間には、マスクＭからの検出
光をマスクアライメント顕微鏡６２に導くために、一対
の偏向ミラー６３が移動自在に配置されている。この偏
向ミラー６３は、露光シーケンスが開始されると、主制
御系２７からの指令のもとで、ミラー駆動装置６４によ
りマスクＭの上方位置から側方へ待避される。これによ
り、ウエハ側の前記一対の干渉計４４によって計測され
た座標により規定されるウエハ座標系と、マスク側の干
渉計３６によって計測された座標により規定されるマス
ク座標系との対応、すなわちウエハＷとマスクＭとのア
ライメントが図られるようになっている。

【００６６】このように、主制御系２７は、ウエハステ
ージ２５の各ステージ４０〜４２及びマスクステージ２
３の各ステージ３３、３４の位置決め動作、マスクＭと
ウエハＷとの同期露光動作、及び合焦機構２６の合焦動
作等をはじめとして、露光装置２１全体の動作を制御す
る。

【００６７】次に、前記ΔＣＤ管理装置２８について、
図６及び図７に基づいて説明する。ΔＣＤ管理装置２８
は、図４に示す複数のショット領域ＳＡijのうちの自動
又は手動で選択した計測ショット領域（図４で斜線が付
された領域ＳＡ１３,ＳＡ１４, …ＳＡ５３, ＳＡ５４
の８個の領域）に対してのみ、その領域内の各点が実際
にどのようなフォーカス状態で露光されたかを計測す
る。例えば、計測ショット領域内を走査方向において、
露光フィールド７６のスリット幅で分割して考え、走査
方向にそのスリット幅で連続する一連の各面部分が実際
にどのようなフォーカス状態で露光されたかを順次計測
する。これとともに、その計測結果に基づいて、各計測
ショット領域ＳＡ１３, ＳＡ１４, …内の各位置で実際
に露光されたパターンの露光線幅のばらつき量ΔＣＤ
が、露光時のフォーカス状態に起因するものであるの
か、それ以外の原因によるものかを解析する。

【００６８】ΔＣＤ管理装置２８は、露光時に、各計測
ショット領域ＳＡ１３, ＳＡ１４，…内のｎ番目の点を
含む領域（前記一連の面部分の一つ）が主制御系２７に
よって調整されたウエハＷの姿勢情報（トレースデー
タ）を合焦機構２６から取得するＣＰＵ９０を備える。
このＣＰＵ９０は、ウエハＷの姿勢情報を、予め求めら
れたウエハＷ上の露光領域の表面形状情報（フラットネ
スデータ）に対応してデータ記憶部としてのメモリ９１
に記憶させる。ＣＰＵ９０は、前記姿勢情報と表面形状
情報とに基づいてウエハＷ上に転写されるパターンの像
の状態を予測する像状態予測手段を構成する。また、Δ
ＣＤ管理装置２８は、ＣＰＵ９０及びメモリ９１の他
に、入出力インターフェイス回路部９２、入力部（例え
ばキーボード）９３、及び表示部９４を有するコンピュ
ータにより構成されている。

【００６９】ＣＰＵ９０は、１つの計測ショット領域が
露光フィールド７６に対して走査される際に、先読みセ
ンサＬ１又はＬ５の９個の検出信号に対応して信号処理
装置５８から出力される９個のフォーカス信号（先読み
データ）を、所定のタイミングで、例えば、ウエハＷが
走査方向に１ｍｍ移動する毎にサンプリングする。この
サンプリングにより取得した各先読みデータ（面位置情
報）は、メモリ９１に順次記憶される。

【００７０】また、ＣＰＵ９０は、走査露光中又は走査
露光前に、計測ショット領域の表面形状情報（フラット
ネスデータ）を取得する。このフラットネスデータの詳
細は後述する。これらのフラットネスデータは、フラッ
トネスデータ取得部９５によりウエハＷのＸ，Ｙ座標に
対応してメモリ９１に記憶される。そして、各計測ショ
ット領域のフラットネスデータ（デバイストポグラフ
ィ）は、グラフ作成部１０２により、図１２に示すよう
に立体的なグラフ、等高線のグラフ，或いは数値表とし
て作成されるようになっている。これらのグラフ等は、
検索により表示部９４に表示されるようになっている。

【００７１】また、ＣＰＵ９０は、各計測ショット領域
ＳＡ１３, ＳＡ１４, …内の前記先読みした各領域が先
読み位置から所定距離例えば４ｍｍ送られた位置で、ど
のような姿勢で露光されたか、その露光時の姿勢をトレ
ースデータとして取得する。そのトレースデータは、前
述した９個の検出信号の走査露光時におけるサンプリン
グデータから求められる。具体的には、トレースデータ
は、４ｍｍ先読みした９個の検出信号から求められる
Ｚ，ピッチ，ロールの制御目標値，及び、４ｍｍ先読み
し保存されたデータと４ｍｍ進んだときのリアルタイム
データとの差分をとることにより算出されるＺ，ピッ
チ，ロールの各追従誤差量を含む。各計測点ＡＦ１１〜
ＡＦ５９における計測値をＺ１１〜Ｚ５９として、Ｚ，
ピッチ，ロールの制御目標値及び追従誤差の計算式を以
下に記す。 （i）Ｚ制御目標値Ｚ_targ は、下記の（１）式で算出
される。

【００７２】 Ｚ_targ ＝( Ｚ_targ1＋Ｚ_targ2＋Ｚ_targ3) ／３−Ｐt_cmp （１）式 ここで、Ｐt_cmp ＝投影レンズ像面に対するウエハテー
ブルの傾斜（装置変数）×４ｍｍ、 Ｚ_targ1＝（Ｚ１１、Ｚ２１、Ｚ３１）中の使用センサ
平均値、 Ｚ_targ2＝（Ｚ１５、Ｚ２５、Ｚ３５）中の使用センサ
平均値、 Ｚ_targ3＝（Ｚ１９、Ｚ２９、Ｚ３９）中の使用センサ
平均値である。 （ii）ロール制御目標値Ｒ_targ は、下記の（２）式で
算出される。

【００７３】 Ｒ_targ ＝(Z11+Z21+Z31)/3 −(Z19+Z29+Z39)/3 （２）式 （iii）ピッチ制御目標値Ｐ_targ は、下記の（３）式
で算出される。 Ｐ_targ ＝(Z11+Z15+Z19)/3 −(Z31+Z35+Z39)/3 （３）式 （iv）Ｚ追従誤差値Ｚtrace_err は、下記の（４）式で
算出される。

【００７４】 Ｚtrace_err ＝Ｚ_check2 −{(Ｚ_check1)´−( Ｚ_targ)´} （４）式 ここで、Ｚ確認用１: Ｚ_check1 は、Ｚ_check1 ＝(Z11
+Z15+Z19+Z21+Z25+Z29)/6 −Ｐt_cmp1であり、Ｚ確認用
２: Ｚ_check2 は、Ｚ_check2 ＝(Z21+Z25+Z29+Z39+Z35
+Z31)/6 −Ｐt_cmp2である。また、( Ｚ_check1)´は(
Ｚ_check1)の算出値に対し（４ｍｍ／スキャンスピー
ド）分遅延した値であり、( Ｚ_targ )´は( Ｚ_targ )
の算出値に対し（４ｍｍ／スキャンスピード）分遅延し
た値である。また、Ｐt_cmp1＝投影レンズ像面に対する
ウエハテーブルの傾斜（装置変数）×６ｍｍであり、Ｐ
t_cmp2＝投影レンズ像面に対するウエハテーブルの傾斜
（装置変数）×２ｍｍである。 （v）ロール追従誤差値Ｒ_errorは、下記の（５）式で
算出される。

【００７５】 Ｒ_error＝Ｒ_check2 −{(Ｒ_check1)´−( Ｒ_targ )´} （５）式 ここで、Ｒ確認用１：Ｒ_check1 は、Ｒ_check1 ＝(Z11
+Z21)/2 −(Z19+Z29)/2 であり、Ｒ確認用２：Ｒ_check
2 は、Ｒ_check2 ＝(Z21+Z31)/2 −(Z29+Z39)/2 であ
る。また、( Ｒ_check1)´は( Ｒ_check1)の算出値に対
し（４ｍｍ／スキャンスピード）分遅延した値である。
また、( Ｒ_targ )´は( Ｒ_targ )の算出値に対し（４
ｍｍ／スキャンスピード）分遅延した値である。 （vi）ピッチ追従誤差値Ｐ_errorは、下記の（６）式で
算出される。

【００７６】 Ｐ_error＝Ｐ_check2 −{(Ｐ_check1)´−( Ｐ_targ )´} （６）式 ここで、Ｐ確認用１：Ｐ_check1 は、Ｐ_check1 ＝(Z11
+Z15+Z19)/3 −(Z21+Z25+Z29)/3 であり、Ｐ確認用２：
Ｐ_check2 は、( Ｐ_check1)´は( Ｐ_check1)の算出値
に対し（４ｍｍ／スキャンスピード）分遅延した値であ
る。また、( Ｐ_targ )´は( Ｐ_targ )の算出値に対し
（４ｍｍ／スキャンスピード）分遅延した値である。

【００７７】これら取得したトレースデータ（Ｚ，ピッ
チ，ロールの制御目標値及び追従誤差量）を、前記フラ
ットネスデータに対応してメモリ９１に順次記憶する。
これらの記憶した追従誤差から、図１５に示すような制
御目標値（目標位置）を二次元的に表示するグラフを、
グラフ作成部１０２で作成するようになっている。

【００７８】また、ＣＰＵ９０は、ショットフラットネ
スに対して、ＺＴトレース（Ｚ，ロール，ピッチの追従
誤差）を加味して、ショット内の任意の点が露光スリッ
ト領域内に入ってから出るまでの間の追従誤差によるＺ
方向のオフセット平均値であるＺ平均オフセットＺａｖ
ｅ（ｘ１、ｙ、ｗ１、ｓ１）を算出する。ここで、ｗ１
はウエハ番号１、ｓ１はショット番号１を意味する。

【００７９】より具体的に言うと、Ｚ平均オフセットＺ
ａｖｅ（ｘ１、ｙ）とは、ショット内（ｘ１、ｙ）の位
置が露光スリット領域内に入ってから出るまでの間のＺ
方向成分の追従ずれの平均値のことであり、下記の
（７）式で表すことができる。

【００８０】

【数１】 ここで、ｙはショット内スキャンＹ座標（露光エリア３
３[ ｍｍ] の場合、３３±ｎ[ ｍｍ] よりｙ＝０〜４１
[ ｍｍ] ）、ｍは露光スリット位置の中心から、スリッ
ト幅でデータを取り出した時のデータ数（ｙ＝１[ ｍ
ｍ] ピッチの場合、ｍ＝９）、ｎはスリット片幅のデー
タ数（露光スリット中心位置を除く） （ｎ＝（ｍ−１）／２、ｙ＝１[ ｍｍ] ピッチの場合、
ｍ＝９よりｎ＝４）、ａｍはショット内各露光スリット
位置中心からのＹ方向距離（ａｍ（ｊｐ）＝ｊｐ）、Ｚ
（ｊ）はショット内スキャン方向位置ｊでのＺ目標位置
＋Ｚ追従誤差、Ｔｘ（ｊ）はショット内スキャン方向位
置ｊでのロール目標位置＋ロール追従誤差、Ｔｙ（ｊ）
はショット内スキャン方向位置ｊでのピッチ目標位置＋
ピッチ追従誤差、Ｆｌｔ（ｘ１，ｙ）はショット内座標
（ｘ１，ｙ）でのフラットネス、ｊｐはデータカウンタ
ｊｐ＝−（ｍ−１）／２〜（ｍ−１）／２（ｙ＝１[ ｍ
ｍ] ピッチの場合、ｍ＝９よりｊｐ＝−４〜４）、ｘ１
は露光スリット範囲内座標である。

【００８１】ダイナミックフラットネス計測時は、計測
に使用したＡＦセンサのＸピッチを指定する。２．９[
ｍｍ] の場合、計測点数９個が上限となる。スタティッ
クフラットネス計測時は、通常、０．５[ ｍｍ] ピッチ
（計測数５１個）を上限とする。

【００８２】さらに、ＣＰＵ９０は、メインＡＦセンサ
によりスキャン計測されたデバイストポグラフィー（シ
ョットフラットネス）に対して、ＺＴトレースの追従誤
差（ロール，ピッチ、Ｚのずれ量）を加味して、ショッ
ト内の任意の点が露光スリット範囲内に入ってから出る
までの間の追従誤差によるＺ方向の標準偏差Ｚｍｓｄ
（ｘ１，ｙ）を算出する。

【００８３】より具体的に言うと、Ｚｍｓｄ（ｘ１，
ｙ）とは、ショット内（ｘ１，ｙ）の位置での露光スリ
ット内のＺ標準偏差のことであり、下記の（８）式で表
すことができる。

【００８４】

【数２】 ここで、Ｚａｖｅ（ｘ１，ｙ）は、ショット内（ｘ１，
ｙ）の位置が露光スリット範囲内に入ってから出るまで
の間のＺ方向成分の追従ずれの平均値、ｙはショット内
スキャンＹ座標（露光エリア３３[ｍｍ] の場合、３３
±ｎ[ｍｍ] よりｙ＝０〜４１[ｍｍ] ）、ｍは露光スリ
ット位置の中心から、スリット幅でデータを取り出した
時のデータ数（ｙ＝１[ｍｍ] ピッチの場合、ｍ＝
９）、ｎはスリット片幅のデータ数（露光スリット中心
位置を除く） （ｎ＝（ｍ−１）／２、ｙ＝１[ｍｍ] ピッチの場合、
ｍ＝９よりｎ＝４）、ａｍはショット内各露光スリット
位置中心からのＹ方向距離（ａｍ（ｊｐ）＝ｊｐ）、Ｚ
（ｊ）はショット内スキャン方向位置ｊでのＺ目標位置
＋Ｚ追従誤差、Ｔｘ（ｊ）はショット内スキャン方向位
置ｊでのロール目標位置＋ロール追従誤差、Ｔｙ（ｊ）
はショット内スキャン方向位置ｊでのピッチ目標位置＋
ピッチ追従誤差、Ｆｌｔ（ｘ１，ｙ）はショット内座標
（ｘ１，ｙ）でのフラットネス、ｊｐはデータカウンタ
ｊｐ＝−（ｍ−１）／２〜（ｍ−１）／２（ｙ＝１[ｍ
ｍ] ピッチの場合、ｍ＝９よりｊｐ＝−４〜４）、ｘ１
は露光スリット範囲内座標である。

【００８５】ダイナミックフラットネス計測時は、計測
に使用したＡＦセンサのＸピッチを指定する。２．９
[ｍｍ] の場合、計測点数９個が上限となる。スタティ
ックフラットネス計測時は、通常、０．５[ｍｍ] ピッ
チ（計測数５１個）を上限とする。

【００８６】また、ＣＰＵ９０は、各計測ショット領域
内での、露光線幅のばらつき量ΔＣＤを、線幅ばらつき
量演算部１００で（予め記憶されている設計線幅−測長
線幅）の演算により算出するようになっている。測長線
幅は、ウエハＷの全てのショット領域の露光が終了した
後に、各計測ショット領域ＳＡ１３, ＳＡ１４, …のパ
ターンの露光線幅を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanni
nng Electron Micro-scope ）等の測長機により測定し
て得られる。このようにして得た各ショット領域の測長
線幅は、入力部９３により入力してメモリ９１に記憶さ
れる。そして、線幅ばらつき量演算部１００で算出した
露光線幅のばらつき量ΔＣＤを、図１７に示すように立
体的に表示したグラフがグラフ作成部１０２で作成され
るようになっている。そのばらつき量ΔＣＤは、等高線
のグラフ、或いは、数値表で表示するようにしてもよ
い。露光線幅のばらつき量ΔＣＤのグラフも、検索によ
り表示部９４に表示できるようになっている。

【００８７】次に、本例に係る走査露光装置の動作を説
明する。まず、図４に示す複数のショット領域ＳＡijの
うち、８個の計測ショット領域ＳＡ１３，ＳＡ１４，Ｓ
Ａ２６，ＳＡ２１，ＳＡ３１，ＳＡ３６，ＳＡ５３，及
びＳＡ５４以外のショット領域ＳＡ１１，ＳＡ１２，
…，ＳＡ５５，ＳＡ５６に対する露光処理について説明
する。これらのショット領域を計測ショット領域と区別
するために、以下の説明で単にショット領域という。

【００８８】各ショット領域では、従来の走査露光装置
と同様に、露光フィールド７６に対してマスクＭとウエ
ハＷを同期走査しながら、マスクＭ上の回路パターンが
順次露光されていく。具体的には、図２に示すように、
１つのショット領域の露光フィールド７６より走査方向
手前の領域７６´（４ｍｍ手前の先読み領域）を、複数
の受光センサ（計測点ＡＦ１１，１５，１９，２１，２
５，２９，３１，３５，３９にそれぞれ対応するセン
サ）からなる前記Ｙ方向の先読みセンサＬ１で先読みす
る。この先読み領域が所定量（例えば４ｍｍ）移動した
とき、その先読み時に得た先読みデータに基づいて算出
した制御目標位置（ロール、ピッチ、及びＺ方向の高
さ）へＺレベリングステージ４２を移動させる。

【００８９】このような先読みとＺレベリングステージ
４２の移動制御とを所定時間毎に繰り返しながら、その
ショット領域に回路パターンが露光されていく。なお、
各ショット領域に対する露光処理において、前記先読み
をせずに、ある領域の露光直前にその領域の前記制御目
標位置を求めてＺレベリングステージ４２をその位置へ
移動させるようにしてもよい。

【００９０】次に、前記各計測ショット領域ＳＡ１３,
ＳＡ１４, …に対して行う露光処理とこの露光処理中に
行うΔＣＤ計測処理について、図８〜図１０に基づいて
説明する。

【００９１】まず、各計測ショット領域に対して行う露
光処理は、前記各ショット領域（ＳＡ１１，ＳＡ１２，
…ＳＡ５５，ＳＡ５６）に対して行う前記露光処理と同
様である。

【００９２】すなわち、各計測ショット領域では、露光
フィールド７６に対してマスクＭとウエハＷを同期走査
しながら、マスクＭ上の回路パターンが順次露光されて
いく。

【００９３】このような露光処理中に、各計測ショット
領域において以下のΔＣＤ計測処理シーケンスが実行さ
れる。 （ΔＣＤ計測処理シーケンス） （工程１）ΔＣＤ計測対象のショットマップの決定（図
８のステップＳ１）図４に示す複数のショット領域の中
から、ΔＣＤ（露光線幅のばらつき量）の計測対象とな
る計測ショット領域ＳＡ１３, ＳＡ１４, …を、自動又
はマニュアルで指定する。自動の場合には、ＥＧＡ計測
ショット領域又は予め決められた専用ショット領域を選
択する。

【００９４】（工程２）フラットネスデータの取得（図
８のステップＳ２） 前記露光処理中又は露光処理前に、計測ショット領域の
段差等のある表面形状情報（フラットネスデータ）を取
得する。このフラットネスデータは、例えば、以下の３
つの方法がある。

【００９５】（i）スタティックウエハフラットネス計
測（ 事前にウエハフラットネス機能を用いての計測） スタティックウエハフラットネス機能を使用して、露光
フィールド７６の中心センサ（計測点ＡＦ３５に対応す
るセンサ）で各ショットのフラットネスを計測する。計
測ピッチは、Ｘ・Ｙ方向とも任意指定が可能である。

【００９６】（ii）プリスキャンでのショットフラット
ネス計測 各ショット中心でＡＦ後、ＡＦ／ＡＬ制御なしでショッ
トスキャンし露光スリット中心行９個（計測点ＡＦ３１
〜ＡＦ３９に対応）のセンサ値を取得し、フラットネス
を計測する。このとき、センサ間オフセットは予め補正
されているものとする。

【００９７】（iii）露光中のショットフラットネス計
測 現状３×３＝９個が同時読込み可能なＡＦセンサの最大
数であるため、先頭の３個のセンサ（ＡＦ１１，ＡＦ１
５，ＡＦ１９に対応するセンサ）を使用する。通常、フ
ラットネス計測時は、ステージ制御しないが、露光中の
場合は、ステージのＺ，ロール，ピッチを制御してしま
っている。したがって、ショット内のフラットネス成分
を分離するため、下記（９）式のように、ＡＦトレース
データから、Ｚ・ロール・ピッチのステージ駆動エンコ
ーダ値を差し引く。

【００９８】制御用に選択された先頭のセンサ：Ｓｎｓ
１の場合、センサのスリット中心からの座標（ｘ１，ｙ
１）、ウエハ１のショット１で選択されたセンサ１のＡ
Ｆトレース：Ｚ_aftr(x1, y,w1,s1)、ウエハ１のショッ
ト１での露光中のエンコーダトレース：Ｚ_enc(y, w1,
s1) ，Ｔx_enc(y, z, w1, s1) ，Ｔy_enc(y, w1, s1)。
ただし原点は最前行のセンサが乗ったときにリセット。

【００９９】Ｓｎｓ１の列のショットフラットネスは下
記の（９）式で求まる。 Ｆlt_sns_1(x1, y, w1, s1) ＝ Ｚ_aftr(x1, y, w1,s1) −Ｔx_enc(y, z, w1, s1)* x1 −Ｔy_enc(y, w1, s1)* y1−Ｚ_enc(y, w1, s1) （９）式 現状の３列配置の場合、同様にＦlt_sns_2(x2, y, w1,
s1),Ｆlt_sns_3(x3, y, w1, s1) が求まる。このとき
も、センサ間オフセットが予め補正されているものとす
る。

【０１００】これらのフラットネスデータは、フラット
ネスデータ取得部９５によりウエハＷのＸ，Ｙ座標に対
応してメモリ９１に記憶される。そして、各計測ショッ
ト領域のフラットネスデータ（デバイストポグラフィ）
は、グラフ作成部１０２により、図１２に示すように立
体的なグラフ、等高線のグラフ，或いは数値表として作
成されるようになっている。これらのグラフ等は、検索
により表示部９４に表示される。

【０１０１】（工程３）各計測点の計測結果の取得（図
８のステップＳ３） ＣＰＵ９０は、露光フィールド７６の先読み領域７６´
内の計測点ＡＦ１１，ＡＦ１５，ＡＦ１９，ＡＦ２１，
ＡＦ２５，ＡＦ２９，ＡＦ３１，ＡＦ３５，ＡＦ３９の
Ｚ方向の高さに応じたフォーカス信号をサンプリングし
て得る。このサンプリングは、ウエハＷが所定距離（例
えば１ｍｍ）移動する毎に行う。

【０１０２】（工程４）トレースデータ（Ｚ，ピッチ，
ロールの制御目標値及び追従誤差）の算出（図８のステ
ップＳ４） 次に、ＣＰＵ９０は、先読みした各領域が露光フィール
ドに進んだときのＺ，ピッチ，ロールの制御目標値と、
実際に露光フィールドに達したときの追従誤差（ロー
ル、ピッチ、Ｚ方向のずれ量）を、サンプリングに応じ
て逐次求める。このようにして取得したトレースデータ
は、前記フラットネスデータに対応して、すなわち、そ
のフラットネスデータと同じウエハＷのＸ，Ｙ座標毎に
メモリ９１に記憶する。各計測ショット領域での制御目
標値は図１５に示すように二次元的なグラフで表示され
るとともに、その各部の追従誤差も図１６に示すように
二次元的なグラフで表示される。

【０１０３】（工程５）Ｚ平均オフセットデータの算出
（図８のステップＳ５） 前記ステップＳ２で取得した各計測ショット領域のフラ
ットネスデータ（図１０（ａ）参照）に前記ステップＳ
４で算出した追従誤差を加味して、前述の如くＺ平均オ
フセットを求める。詳細については前述の通りであるの
で、ここでは説明を省略する。

【０１０４】このようにして求めたＺ平均オフセットに
より、露光時に各計測ショット領域内の各部が露光フィ
ールド７６に対してどのような姿勢で通過したかがわか
る。このようにして１つの計測ショット領域の連続する
一連の面部分（露光フィールド７６のスリット幅の面部
分）のＺ平均オフセットを順次求めて、メモリ９１に記
憶する。これらの記憶したＺ平均オフセットのデータ
は、図１３に示すように三次元的なグラフで表示され
る。

【０１０５】（工程６）移動標準偏差の算出（図８のス
テップＳ６） 次に、ＣＰＵ９０は、前記フラットネスデータに対し
て、トレースデータの追従誤差（ロール、ピッチ、Ｚ方
向のずれ量）を加味して、計測ショット領域内の任意の
点が露光フィールド７６内に入ってから出るまでの間の
Ｚ方向成分の追従ずれの標準偏差（移動標準偏差）Ｚｍ
ｓｄを移動標準偏差演算部９９で、上記式２により算出
する。

【０１０６】このようにして、１つの計測ショット領域
の連続する一連の面部分（前記スリット幅の面部分）の
移動標準偏差を順次求めて、メモリ９１に記憶する。こ
れらの記憶した移動標準偏差は、図１４に示すような三
次元的なグラフで表示される。この移動標準偏差は、二
次元的なグラフや数値表で表示してもよい。

【０１０７】（工程７）露光線幅の良否判定（図８のス
テップＳ７） （ａ）この良否判定の１つの方法は、次の通りである。 露光中或いは全てのショット領域ＳＡijの露光が終了し
た後に、各計測ショット領域の露光中に得たメモリ９１
に記憶してあるＺ平均オフセットと移動標準偏差の各デ
ータを、過去の蓄積データと照合することにより、各計
測ショット領域での予想し得る露光線幅のばらつき量Δ
ＣＤがわかる。そのばらつき量が、一定値以上、すなわ
ち所定の許容範囲を超えると線幅良否判定部１０１が判
定した場合、露光中であれば、表示部９４に警告表示等
をすることにより、警告を発することができる。或い
は、走査露光装置２１の主制御系２７に信号を送って露
光処理を中止させることができる。また、例えば、露光
処理終了後、実際にＳＥＭ等で計測した線幅ばらつき値
が、過去のデータとして持っている合焦誤差（露光時の
フォーカス状態）に起因するばらつき値よりも大きい場
合には、その露光線幅のばらつきは、合焦誤差以外の原
因により生じたものであるとわかる。

【０１０８】（ｂ）前記良否判定の別の方法は、次の通
りである。 図４に示す全てのショット領域ＳＡijの露光が終了した
後に、各計測ショット領域に形成されたパターンの露光
線幅を、走査型電子顕微鏡等の測長機により測定し、こ
の測定により得られた各計測ショット領域の測長線幅を
入力部９３によりΔＣＤ管理装置２８に入力する。

【０１０９】入力された各計測ショット領域の測長線幅
と予めメモリ９１に記憶されているパターンの設計線幅
との差から、各計測ショット領域の露光線幅のばらつき
量ΔＣＤを線幅ばらつき量演算部１００で演算し、各シ
ョット領域について演算した露光線幅のばらつき量ΔＣ
Ｄをメモリ９１に記憶させる。

【０１１０】そして、ある計測ショット領域の露光線幅
のばらつき量が一定値以上の場合、線幅良否判定部１０
１は、その露光線幅のばらつきが合焦誤差以外の原因に
より生じたものであると判断し、表示部９４に警告表示
等をする。

【０１１１】そして、各計測ショット領域の前記露光線
幅のばらつき量ΔＣＤは、グラフ作成部１０２により図
１７に示すように立体的に表示される。このグラフか
ら、その計測ショット領域の各部で、露光線幅がどの程
度変動しているかが一目でわかる。

【０１１２】また、図１８に示すグラフは、横軸にデフ
ォーカス量を、縦軸に移動標準偏差Ｚｍｓｄをとるとと
もに、露光線幅を等高線で示したものである。このグラ
フによれば、設計線幅が１８０ｎｍに対して、デフォー
カス量と移動標準偏差Ｚｍｓｄが共に少なければ、実際
に露光した計測ショット領域内各部の露光線幅の測定値
（測定線幅）は、１７５〜１８０ｎｍの等高線内にほと
んど入ることがわかる。

【０１１３】なお、本実施形態においては、ΔＣＤ値、
すなわち設定値に対する線幅の変動値を計算、表示して
いたが、これに代えてＣＤ値、すなわち実露光時線幅を
計算，表示してもよい。

【０１１４】次に第１の実施形態の変形例について説明
する。この変形例は、先の移動標準偏差Ｚmsd の代わり
に、焦点ずれと線幅値との対応データ、いわゆるＣＤフ
ォーカスデータを用いたものである。そして、先に求め
たショット内各点におけるＺ平均オフセット（図１３）
に対応する焦点ずれ、及びその点の像高に基づいてＣＤ
値又はΔＣＤ値を求めることができる。

【０１１５】本変形例の目的は、投影レンズの像面湾曲
の影響を考慮して、ＣＤフォーカスデータ（ＣＤ−Ｆoc
usデータ）を元にΔＣＤショットマップを作成する機能
を有することにある。このＣＤフォーカスデータは、装
置情報として予め記憶されているものとする。

【０１１６】ΔＣＤ管理装置２８は、ＣＤ−Ｆocusテー
ブルファイルの登録・編集・削除・グラフ表示機能を有
する。ＣＤフォーカスデータの作成時は、投影光学系の
各像高毎に、デフォーカス量とＣＤ値をテーブルに入力
する。このときのデータは図９の如く表することができ
る。そして、投影レンズの像面湾曲の影響を考慮して、
各像高毎にＣＤフォーカスデータに基づいて近似式を作
成する。この近似式は１次式でも２次式以上の式でもよ
い。

【０１１７】像高数は、Ｘ方向のＡＦセンサ数に基づい
て決定する。ΔＣＤ計測処理時は、その近似式と平均デ
フォーカス量（絶対値化はしない）からＣＤを算出し
て、ΔＣＤショットマップを作成する。

【０１１８】以上のように構成されたこの第１の実施形
態によれば、以下の効果を奏する。 （１）Ｘ，Ｙ座標毎に対応してメモリ９１に記憶された
露光時のウエハＷの姿勢情報（トレースデータ）と、ウ
エハＷ上の各計測ショット領域の表面形状情報（フラッ
トネスデータ）とを使って、ウエハＷの露光される面が
露光フィールド７６に対してどのような状態で露光され
たかがわかる。そのため、パターンの露光線幅がばらつ
く不具合が発生したとき、合焦誤差（露光時のフォーカ
ス状態）が、その露光線幅がばらつく原因としてどの程
度影響しているかを最初に判断することができる。した
がって、パターンの露光線幅がばらつく原因の解析をい
ち早く行うことができる。

【０１１９】具体的には、前記フラットネスデータによ
り各計測ショット領域の段差等の表面形状（図１０
（ａ）参照）がわかり、このフラットネスデータに対し
て露光フィールド７６がどのような姿勢で露光処理がな
されたかが前記トレースデータからわかる（図１０
（ｂ）参照）。これら２つのデータがわかれば、その計
測ショット領域内の各点、例えば図１０（ｂ）に示すＰ
ｏ点での、露光フィールド７６が入ってから出るまでの
間の結像面（図１０（ｃ）を参照）に対するずれ量（或
いは変動量）Ｚｉがわかる。そして、露光面Ｗｆの各計
測ショット領域内の各位置を先読みしながら、露光面Ｗ
ｆを目標位置に追従させて露光処理を行う。しかし、こ
の処理中にスリット状の露光フィールド７６が、各計測
ショット領域内の各点に対してどのような姿勢でかつど
のような高さで通過していくのか（図１１を参照）、そ
のときの姿勢誤差を表すデータとして、Ｚ平均オフセッ
トと、移動標準偏差とが必要である。その各点での変動
量を露光フィールド７６のスリット幅で平均したものが
Ｚ平均オフセットであり、その各点での変動の振動成分
をそのスリット幅で統計処理したのが前記移動標準偏差
である。この移動標準偏差がないと、その変動の振れ量
にかなりばらつきがあるのか、それとも全体的にあまり
ばらつきなく振れているのかわからない。したがって、
各計測ショット領域内の各位置が、投影光学系の結像面
に対してどの程度変動しているのかを知るためには、Ｚ
平均オフセットと、移動標準偏差の両方のデータが必要
となる。また、前記変形例の場合は、Ｚ平均オフセット
とＣＤフォーカスデータが必要である。

【０１２０】（２）各計測ショット領域の露光中或いは
全てのショット領域の露光が終了した後、Ｚ平均オフセ
ットと、移動標準偏差（又はＣＤフォーカスデータ）だ
け求まれば、これらのデータを、予め蓄積しておいたＺ
平均オフセット及び移動標準偏差のデータ（又はＣＤフ
ォーカスデータ）と、これらのデータに対応する露光線
幅のデータからなる過去のデータと照合することによ
り、各計測ショット領域の露光線幅のばらつき量を容易
に予測することができる。

【０１２１】（３）露光線幅のばらつき量ΔＣＤを計測
する対象となる計測ショット領域を、複数のショット領
域のなかから、自動又は手動によりそのショット領域を
示すマップ上で容易に選択することができる。

【０１２２】（４）各計測ショット領域の露光中に計測
して得たＺ平均オフセット及び移動標準偏差のデータ
（又はＣＤフォーカスデータ）を、そのときの露光線
幅、デフォーカス量、照明条件（例えば、輪体照明等）
走査方向（Ｙ方向走査又は−Ｙ方向走査）等の諸条件と
共にデータベース，例えばメモリ９１に登録しておくこ
とにより、これらの登録したデータを必要な時に検索す
ることができる。

【０１２３】（５）像状態予測手段としてのＣＰＵ９０
により、各ショット領域の露光時のトレースデータとフ
ラットネスデータとに基づいて、露光中に露光線幅が一
定値以上ばらつくという予測結果を得ることができる。
このような結果が得られた場合には、制御手段としての
ΔＣＤ管理装置２８から露光処理中の指令を主制御系２
７へ出力することにより、露光処理を中止させることが
できる。

【０１２４】（６）ＣＰＵ９０は、露光中に求められる
Ｚ平均オフセット及び移動標準偏差（又は予め求められ
ているＣＤフォーカスデータ）を、メモリ９１に格納さ
れた過去のデータと照合することにより、その露光時に
おけるパターンの像の状態である露光線幅のばらつき量
を露光中或いは露光後に予測することができる。また、
実際に計測した露光線幅のばらつき量がメモリ９１に記
憶された過去のデータである露光線幅のばらつき量より
も大きければ、合焦誤差が原因でなく、その他の原因に
より露光線幅のばらつきが生じたことがわかる。

【０１２５】（７）露光線幅のばらつき量が数値データ
等により表示手段に表示されるので、その表示された露
光線幅のばらつき量が所定の許容範囲を逸脱しているか
否かを簡単に判断することができる。例えば、各計測シ
ョット領域の露光線幅のばらつき量ΔＣＤが、図１７に
示すように立体的に表示される。このグラフから、各計
測ショット領域内の各部で、露光線幅がどの程度変動し
ているかが一目でわかる。したがって、設計線幅に対す
る露光線幅のばらつき量を容易に知ることができる。

【０１２６】（８）図１８に示すように、横軸にデフォ
ーカス量を、縦軸に移動標準偏差Ｚｍｓｄをとるととも
に、露光線幅を等高線で示したグラフを作成することに
より、ある設計線幅に対して、デフォーカス量と移動標
準偏差Ｚｍｓｄが変化した場合に、実際に露光した計測
ショット領域内各部の露光線幅の測定値（測定線幅）が
どの程度変動するかを容易に知ることができる。

【０１２７】（９）図９、図１２、図１３、図１４、図
１５、図１６、図１７、及び図１８に示すような各種の
グラフを表示するためのデータをメモリ９１に保存して
おくことにより、必要なデータのグラフを検索して表示
部９４に表示することができる。したがって、これらの
グラフを見ることにより、ウエハＷ毎に各計測ショット
領域の露光線幅のばらつき等を容易に管理することがで
きる。

【０１２８】（１０）前記ΔＣＤ管理装置２８を、走査
露光装置２１の主制御系２７とは別に設けてあり、その
ΔＣＤ管理装置２８をコンピュータにより構成してある
ので、従来の走査露光装置にほとんど変更を加えること
なく、ΔＣＤ管理装置２８を備えた高性能な走査露光装
置を容易に作ることができる。

【０１２９】（第２の実施形態）次に、本発明に係る走
査露光装置の第２の実施形態を図１９〜図２０に基づい
て説明する。

【０１３０】上記第１の実施形態では、前記ΔＣＤ管理
装置２８を、走査露光装置２１の主制御系２７とは別に
設けてある。これに対して、この実施形態では、ΔＣＤ
管理装置２８と同様の機能を持つΔＣＤ管理部２８Ａを
主制御系２７に組み込んである。ΔＣＤ管理部２８Ａ
は、入力部９３と表示部９４が無い点でのみ前記ΔＣＤ
管理装置２８と異なる。また、この実施形態では、測長
線幅等のデータは、走査露光装置２１内に設けてある不
図示の入力装置により入力可能である。そして、ΔＣＤ
管理部２８Ａで作成される前記各種のグラフのデータ
は、主制御系２７内のデータ記憶部としてのメモリ６８
に記憶してある。したがって、検索により必要なデータ
のグラフを表示装置６７で表示させることができるよう
になっている。

【０１３１】このように構成された第２の実施形態によ
れば、前記第１の実施形態及び前述の変形例の（１）〜
（１０）と同様の効果に加えて、以下の効果をも奏す
る。（１１）図４で斜線を付して示した計測ショット領
域以外のショット領域の露光処理と、各計測ショット領
域の露光処理及びΔＣＤ計測処理とが、主制御系２７に
より制御されるようになっている。そのため、上記第１
の実施形態のようにΔＣＤ管理装置２８を構成する専用
のコンピュータを設ける必要がなく、その分コストを大
幅に削減することができる。

【０１３２】（第３の実施形態）次に、本発明に係る走
査露光装置の第３の実施形態を説明する。この実施形態
では、上記第１の実施形態において、像状態予測手段と
してのＣＰＵ９０は、パターンの像の状態としての露光
線幅或いは露光線幅のばらつき量を算出する結像シミュ
レーション機能（結像シミュレーション手段）を備えて
いる。そのため、ＣＰＵ９０は、図１８に示すデータの
蓄積は不要である。その他の点は、第１の実施形態と同
様である。

【０１３３】前記結像シュミレーション機能は、パター
ンの設計線幅、デフォーカス量（露光面ＷｆのＺ方向の
ずれ量）、レンズＮＡ等の投影光学系２４の諸性能、マ
スクＭを照明する照明条件（例えば，輪体照明等の条
件）、走査方向等の諸データに加えて、Ｚ平均オフセッ
トや移動標準偏差のデータに基づいて、露光線幅或いは
露光線幅のばらつき量を算出するものである。

【０１３４】この第３の実施形態によれば、前記諸デー
タに加えて、Ｚ平均オフセットや移動標準偏差のデータ
基づいて露光線幅或いは露光線幅のばらつき量を算出す
るので、パターンの露光線幅等の過去に登録して蓄積し
ておいたデータベースがなくても、前記諸データをＣＰ
Ｕ９０に入力することにより、露光線幅或いはそのばら
つき量を露光中或いは露光後に予測することができる。

【０１３５】また、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）は、例えば図２１に示されるように、デバ
イスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路
設計等）を行うステップ（ステップ２０１）、この設計
ステップに基づいた回路パターンを形成したレチクル
（マスク）を製作するステップ（ステップ２０１）、デ
バイスの基材となる基板（ウエハ又はガラスプレート
等）を製造するステップ（ステップ２０３）、前記製作
及び製造したレチクル（マスク）と基板とを使用して、
リソグラフィ技術等によって基板上に実際の回路等を形
成する基板処理ステップ（ステップ２０４）、処理され
た基板を用いてデバイス組立を行う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：ステップ２０５）、及び作製されたデバ
イスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う検
査ステップ（ステップ２０６）等を経て製造される。

【０１３６】例えば、半導体デバイスの場合、上記ウエ
ハ処理ステップには、ウエハ処理の各段階の前処理工程
として、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエ
ハ表面に絶縁膜を形成する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込みステップが含まれ、各
段階において必要な処理に応じて選択されて実行され
る。また、このような前処理工程の終了後に行われる後
処理工程としては、ウエハに感光剤を塗布するレジスト
形成ステップ、上記各実施形態の露光装置及びその露光
方法を用いてマスクの回路パターンをウエハに転写する
露光ステップ、露光されたウエハを現像する現像ステッ
プ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材
をエッチングにより取り去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
ト除去ステップなどが含まれる。これらの前処理工程と
後処理工程と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が形成される。

【０１３７】以上説明したデバイス製造方法によると、
レジスト形成、現像の各ステップとともにリソグラフィ
工程を構成する露光ステップにおいて、前述した各実施
形態の露光装置及びその露光方法によりレチクルのパタ
ーンがウエハに転写されるので、パターンの露光線幅が
ばらつく不具合が発生したとき、露光時のフォーカス状
態が、その露光線幅がばらつく原因としてどの程度影響
しているかを最初に判断することができる。

【０１３８】本発明は、半導体素子などのマイクロデバ
イス、薄膜磁気ヘッド、及び撮像素子（ＣＣＤなど）の
製造に用いられる露光装置などにも適用することができ
る。また、これ以外に、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、
Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレ
チクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシ
リコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置に
も本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光や
ＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的
に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石
英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フ
ッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、
プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装
置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレ
ンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウ
エハなどが用いられる。

【０１３９】なお、上記各実施形態で示した投影光学系
や、照明光学系はほんの一例であって、本発明がこれに
限定されないことは勿論である。例えば、投影光学系と
して屈折光学系に限らず、反射光学素子のみからなる反
射系、又は反射光学素子と屈折光学素子とを有する反射
屈折系（カタッディオプトリック系）を採用しても良
い。波長２００ｎｍ程度以下の真空紫外光（ＶＵＶ光）
を用いる露光装置では、投影光学系として反射屈折系を
用いることも考えられる。この反射屈折型の投影光学系
としては、例えば米国特許第５，６６８，６７２号、並
びに米国特許第５，８３５，２７５号などに開示され
る、反射光学素子としてビームスプリッタと凹面鏡とを
有する反射屈折系、又は米国特許第５，６８９，３７７
号、並びに米国特許出願第８７３，６０５号（出願日：
１９９７年６月１２日）などに開示される、反射光学素
子としてビームスプリッタを用いずに凹面鏡などを有す
る反射屈折系を用いることができる。上記各米国特許、
及び米国特許出願における開示を援用して本明細書の記
載の一部とする。

【０１４０】この他、米国特許第５，０３１，９７６
号、第５，４８８，２２９号、及び第５，７１７，５１
８号に開示される、複数の屈折光学素子と２枚のミラー
（凹面鏡である主鏡と、屈折素子又は平行平面板の入射
面と反対側に反射面が形成される裏面鏡である副鏡）と
を同一軸上に配置し、その複数の屈折光学素子によって
形成されるレチクルパターンの中間像を、主鏡と副鏡と
によってウエハ上に再結像させる反射屈折系を用いても
良い。この反射屈折系では、複数の屈折光学素子に続け
て主鏡と副鏡とが配置され、照明光が主鏡の一部を通っ
て副鏡、主鏡の順に反射され、さらに副鏡の一部を通っ
てウエハ上に達することになる。上記米国特許における
開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

【０１４１】また、投影光学系２４は、縮小系、等倍
系、拡大系のいずれをも用いることができる。なお、こ
の発明は以下のように変更して具体化することもでき
る。

【０１４２】・第１の実施形態では、ウエハＷが図２で
Ｙ方向に走査される場合に、第１行〜第３行の受光セン
サを用いて露光面Ｗｆ上の露光フィールド７６よりその
走査方向で４ｍｍ手前の領域を先読みしている。この先
読みする領域は、露光フィールド７６に入る直前の領域
であれば４ｍｍに限定されない。同様に、ウエハＷが図
２で−Ｙ方向に走査される場合にも、第５行〜第３行の
受光センサを用いて露光面Ｗｆ上の露光フィールド７６
よりその走査方向で４ｍｍ手前の領域を先読みしてい
る。この先読みする領域は、露光フィールド７６に入る
直前の領域であれば４ｍｍに限定されない。

【０１４３】・前記第１の実施形態では、露光面Ｗｆ上
の露光フィールド７６よりその走査方向で手前の領域を
先読みして前記目標値を演算しているが、露光フィール
ド７６直前の露光面上の領域の位置を計測して目標値を
演算し、この演算後すぐにＺレベリングステージ４２を
目標位置に制御して露光するようにしてもよい。

【０１４４】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１、６、１
５〜２０、２６及び２８に係る発明によれば、パターン
の露光線幅がばらつく不具合が発生したとき、露光時の
フォーカス状態が、その露光線幅がばらつく原因として
どの程度影響しているかを最初に判断することができ
る。したがって、露光線幅がばらつく原因の解析をいち
早く行うことができる。

【０１４５】請求項２に係る発明によれば、露光時の基
板の姿勢情報と表面形状情報とに基づいて、露光線幅が
一定値以上ばらつくという予測結果を得ることができ
る。この結果が露光中に得られた場合に、制御手段によ
り露光処理を中止させることができる。

【０１４６】請求項３に係る発明によれば、基板の表面
形状情報に、露光中に得た追従誤差を加味した情報を考
慮してパターンの像の状態を予測することができ、その
像面に対して基板の露光面がどのような姿勢で通過して
露光されたかを知ることができる。したがって、前記原
因の解析を精度良く行うことができる。

【０１４７】請求項４に係る発明によれば、露光領域に
対して基板の露光面の各部がどのような姿勢で通過した
か、すなわち結像面に対する露光面各部のずれ量を露光
光の基板への照射幅で見ることができる。

【０１４８】請求項５に係る発明によれば、露光中或い
は露光後に求められる前記平均ずれ量及び振動成分の標
準偏差を、データ記憶部に格納された前記各データと照
合することにより、その露光時におけるパターンの像の
状態である露光線幅のばらつき量を露光中或いは露光後
に予測することができる。

【０１４９】請求項７に係る発明によれば、平均ずれ
量、振動成分の標準偏差、パターンの露光線幅等の過去
に登録して蓄積しておいたデータベースがなくても、投
影光学系の性能、マスクの照明条件等のデータを露光時
の平均ずれ量、振動成分の標準偏差とともに結像シュミ
レーション手段に入力することにより、パターンの像の
状態である露光線幅のばらつき量を露光中或いは露光後
に予測することができる。

【０１５０】請求項８に係る発明によれば、判定手段に
より異常露光の判定を自動で行えるので、その判定結果
を使って露光中或いは露光後に警告を発して異常露光を
知らせることができる。

【０１５１】請求項９に係る発明によれば、予測された
パターンの像の状態である露光線幅のばらつき量が数値
データ等により表示手段に表示されるので、操作者は、
その表示された露光線幅のばらつき量から所定の許容範
囲を逸脱していることを簡単に確認できる。

【０１５２】請求項１０〜１４、２１〜２５、２７及び
２９に係る発明によれば、露光時の基板の姿勢情報と表
面形状情報とに基づいて、露光線幅が一定値以上ばらつ
くという予測結果が得られ、予測結果が不良の時は露光
処理を中止させたり警告を発することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態に係る走査露光装置を、その
合焦機構を中心に示す構成図。

【図２】 （ａ）は露光面上の多数の計測点と露光フィ
ールドの関係を示す説明図、（ｂ）はパターン形成板上
の開口パターンの配置を示す説明図、（ｃ）は受光器上
の受光センサの配置を示す説明図。

【図３】 図１に示す走査露光装置を、そのマスクステ
ージ及び基板ステージを中心に示す構成図。

【図４】 ウエハ上の複数のショット領域を示す平面
図。

【図５】 図１に示す走査露光装置のオートフォーカス
及びオートレベリング機構とその制御構成を示す構成
図。

【図６】 走査露光装置にΔＣＤ管理装置を接続した状
態を示す概略図。

【図７】 ΔＣＤ管理装置を示すブロック図。

【図８】 ΔＣＤ計測処理シーケンスを示すフローチャ
ート。

【図９】 ＣＤデフォーカスデータを示すグラフ。

【図１０】 （ａ）は１つの計測ショット領域のフラッ
トネスデータを示す説明図、（ｂ）は露光時における露
光フィールドと露光面の関係を示す説明図、（ｃ）はあ
る点の結像面に対する変動を示す説明図。

【図１１】 露光時におけるスリット状の露光フィール
ドと露光面との関係を示す説明図。

【図１２】 １つのショット領域のデバイストポグラフ
ィを示すグラフ。

【図１３】 １つのショット領域のＺ平均オフセットを
示すグラフ。

【図１４】 １つのショット領域の移動標準偏差を示す
グラフ。

【図１５】 １つのショット領域内各部の露光時の目標
値を示すグラフ。

【図１６】 １つのショット領域内各部の露光時の追従
誤差を示すグラフ。

【図１７】 （ａ）は１つのショット領域内各部の露光
線幅のばらつき量ΔＣＤを立体表示したグラフ、（ｂ）
は同ΔＣＤを等高線表示したグラフ。

【図１８】 Ｚ平均オフセット、移動標準偏差（CDP Am
plitude ）、及び露光線幅の関係を示すグラフ。

【図１９】 本発明の第２の実施形態に係る走査露光装
置を示す構成図。

【図２０】 図１９に示す走査露光装置の主制御系に組
み込まれたΔＣＤ管理装置を示すブロック図。

【図２１】 デバイスの製造工程の一例を示すフローチ
ャート。

【符号の説明】

２１…走査露光装置、２２…照明光学系、２３…マスク
ステージ、２４…投影光学系、２５…基板ステージとし
てのウエハステージ、２６…面位置検出手段としての合
焦機構、２７…調整手段と像状態検出手段を兼ねる主制
御系、２８，２８Ａ…制御手段としてのΔＣＤ管理装
置、４２…調整手段としてのＺレベリングステージ、６
８，９１…データ記憶部としてのメモリ、７６…露光光
としての露光フィールド、７８〜８０…調整手段として
の支点、８４〜８６…調整手段としての駆動部、９０…
像状態予測手段としてのＣＰＵ、９７…追従誤差計測手
段としての追従誤差演算部、ＡＦ１１〜ＡＦ５９…計測
点、１０１…判定手段としての線幅良否判定部、６７，
９４…表示手段としての表示部、Ｍ…マスク、Ｗ…基板
としてのウエハ、Ｗｆ…露光面、ＳＡij…露光領域とし
てのショット領域。

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の面位置情報を検出する面位置検出
   手段と、前記面位置検出手段の検出結果に基づいて前記
   基板の面位置を調整する調整手段と、を備え、マスクの
   パターンの像を露光光を用いて前記基板上に投影すると
   ともに前記基板と前記露光光とを相対走査することによ
   って前記基板上の露光領域を露光する走査露光装置であ
   って、 前記面位置検出手段からの検出信号に基づいて、前記露
   光時に前記調整手段によって調整された前記基板の姿勢
   情報を得るとともに、該姿勢情報を、予め求められた前
   記基板上の前記露光領域の表面形状情報に対応付けてメ
   モリに記憶する制御手段を有することを特徴とする走査
   露光装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記姿勢情報と前記表
   面形状情報とに基づいて、前記基板上に転写される前記
   パターンの像の状態を予測する像状態予測手段を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査露光装置。
3. 【請求項３】 前記姿勢情報は、前記調整手段によって
   調整される前記基板の制御目標位置に対する前記基板の
   追従誤差を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載
   の走査露光装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記追従誤差と前記表
   面形状情報とに基づいて、前記基板の露光面上の複数の
   計測点における前記露光光が照射されている間の目標位
   置に対する光軸方向位置の平均ずれ量と、前記露光光が
   照射されている間の光軸方向位置の振動成分の標準偏差
   との少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項
   ３に記載の走査露光装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、前記平均ずれ量と前記
   振動成分の標準偏差との少なくとも一方、及び前記基板
   上に転写されるパターン像の状態の各データを互いに対
   応させて予め格納するデータ記憶部をさらに備え、前記
   像状態予測手段は、前記データ記憶部に記憶された前記
   パターン像の状態データと、露光中或いは露光後に得た
   前記平均ずれ量及び前記振動成分の標準偏差の少なくと
   も一方とに基づいて、露光された前記パターンの像の状
   態を予測することを特徴とする請求項４に記載の走査露
   光装置。
6. 【請求項６】 前記パターンの像の状態は、前記基板上
   に形成されたパターンの線幅情報を含むことを特徴とす
   る請求項１〜５のいずれか一項に記載の走査露光装置。
7. 【請求項７】 前記姿勢情報と前記表面形状情報とに基
   づいて、前記基板上に転写される前記パターンの像の状
   態を予測する像状態予測手段は、前記投影光学系の性
   能、前記マスクを照明する照明条件、前記パターンの設
   計線幅等のデータに基づいて、前記パターンの像の状態
   を算出する結像シミュレーション手段を含むことを特徴
   とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の走査露光装
   置。
8. 【請求項８】 前記姿勢情報と前記表面形状情報とに基
   づいて、前記基板上に転写される前記パターンの像の状
   態を予測する像状態予測手段により予測された前記パタ
   ーンの像の状態が所定の許容範囲を逸脱したときには、
   異常露光であると判定する判定手段を備えたことを特徴
   とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の走査露光装
   置。
9. 【請求項９】 前記姿勢情報と前記表面形状情報とに基
   づいて、前記基板上に転写される前記パターンの像の状
   態を予測する像状態予測手段により予測された前記パタ
   ーンの像の状態を、数値データ、平面的表現及び立体的
   表現の少なくとも１つによって表示する表示手段を備え
   たことを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載
   の走査露光装置。
10. 【請求項１０】 露光光によってマスクのパターンの像
    を基板上に投影し、前記露光光に対して前記基板を相対
    走査することによって前記基板上の露光領域を露光する
    走査露光方法であって、 前記露光時に前記基板の面位置を検出することによって
    前記基板の姿勢情報を検出し、 前記検出された姿勢情報と、予め求められた前記基板の
    露光領域における表面形状情報とに基づいて、前記基板
    に形成されるパターンの像の状態を予測することを特徴
    とする走査露光方法。
11. 【請求項１１】 前記姿勢情報と前記表面形状情報とに
    よって求められる姿勢誤差情報に対応して、前記基板上
    に転写されるパターンの像の状態のデータが予め記憶さ
    れており、前記記憶されたデータに基づいて前記基板に
    形成されるパターンの像の状態を予測することを特徴と
    する請求項１０に記載の走査露光方法。
12. 【請求項１２】 前記姿勢誤差情報は、前記基板の露光
    面上の複数の計測点における前記露光光が照射されてい
    る間の目標位置に対する光軸方向位置の平均ずれ量と、
    前記露光光が照射されている間の光軸方向位置の振動成
    分の標準偏差との少なくとも一方を含むことを特徴とす
    る請求項１１に記載の走査露光方法。
13. 【請求項１３】 前記パターンの像の状態は、前記基板
    上に形成されたパターンの線幅情報を含むことを特徴と
    する請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の走査露光
    方法。
14. 【請求項１４】 前記予測された前記パターンの像の状
    態が所定の許容範囲を逸脱したとき、異常露光であると
    判定することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか
    一項に記載の走査露光方法。
15. 【請求項１５】 基板の面位置情報を検出する面位置検
    出手段と、前記面位置検出手段の検出結果に基づいて前
    記基板の面位置を調整する調整手段とを備え、マスクの
    パターンの像を露光光を用いて前記基板上に投影すると
    ともに前記基板と前記露光光を相対走査することによっ
    て前記基板上の露光領域を露光する走査露光装置に用い
    られ、前記走査露光装置の露光処理情報を管理する管理
    装置であって、 前記走査露光装置と接続されるインターフェースと、 前記インターフェースを介して取得された前記面位置検
    出手段の検出信号に基づいて、前記露光時に前記調整手
    段によって調整された前記基板の姿勢情報を得るととも
    に、前記姿勢情報を、予め求められた前記基板上の前記
    露光領域の表面形状情報に対応付けてメモリに記憶する
    制御手段とを有することを特徴とする管理装置。
16. 【請求項１６】 前記制御手段は、前記姿勢情報と前記
    表面形状情報とに基づいて、前記基板上に転写される前
    記パターンの像の状態を予測する像状態予測手段を有す
    ることを特徴とする請求項１５に記載の管理装置。
17. 【請求項１７】 前記像状態予測手段は、前記姿勢情報
    と前記表面形状情報とによって求められる姿勢誤差情報
    に対応して、前記基板上に転写されるパターンの像の状
    態のデータが予め記憶されており、前記記憶されたデー
    タに基づいて前記基板に形成されるパターンの像の状態
    を予測することを特徴とする請求項１６に記載の管理装
    置。
18. 【請求項１８】 前記姿勢誤差情報は、前記基板の露光
    面上の複数の計測点における前記露光光が照射されてい
    る間の目標位置に対する光軸方向位置の平均ずれ量と、
    前記露光光が照射されている間の光軸方向位置の振動成
    分の標準偏差との少なくとも一方を含むことを特徴とす
    る請求項１７に記載の管理装置。
19. 【請求項１９】 前記パターンの像の状態は、前記基板
    上に形成されたパターンの線幅情報を含むことを特徴と
    する請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の管理装
    置。
20. 【請求項２０】 前記予測された前記パターンの像の状
    態が所定の許容範囲を逸脱したとき、異常露光であると
    判定する判定手段をさらに有することを特徴とする請求
    項１６〜１９のいずれか一項に記載の管理装置。
21. 【請求項２１】 基板の面位置情報を検出する面位置検
    出手段と、前記面位置検出手段の検出結果に基づいて前
    記基板の面位置を調整する調整手段とを備え、マスクの
    パターンの像を露光光を用いて前記基板上に投影すると
    ともに前記基板と前記露光光を相対走査することによっ
    て前記基板上の露光領域を露光する走査露光装置に用い
    られ、前記走査露光装置の露光処理情報を管理する管理
    方法であって、 前記走査露光装置からインターフェースを介して前記面
    位置検出手段の検出信号を取得し、 前記露光時に前記調整手段によって調整された前記基板
    の姿勢情報を得、 前記姿勢情報と、予め求められた前記基板の露光領域に
    おける表面形状情報とに基づいて、前記基板に形成され
    るパターンの像の状態を予測することを特徴とする管理
    方法。
22. 【請求項２２】 前記姿勢情報と前記表面形状情報とに
    よって求められる姿勢誤差情報に対応して、前記基板上
    に転写されるパターンの像の状態のデータが予め記憶さ
    れており、前記記憶されたデータに基づいて前記基板に
    形成されるパターンの像の状態を予測することを特徴と
    する請求項２１に記載の管理方法。
23. 【請求項２３】 前記姿勢誤差情報は、前記基板の露光
    面上の複数の計測点における前記露光光が照射されてい
    る間の目標位置に対する光軸方向位置の平均ずれ量と、
    前記露光光が照射されている間の光軸方向位置の振動成
    分の標準偏差との少なくとも一方を含むことを特徴とす
    る請求項２２に記載の管理方法。
24. 【請求項２４】 前記パターンの像の状態は、前記基板
    上に形成されたパターンの線幅情報を含むことを特徴と
    する請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の管理方
    法。
25. 【請求項２５】 前記予測された前記パターンの像の状
    態が所定の許容範囲を逸脱したとき、異常露光であると
    判定することを特徴とする請求項２１〜２４のいずれか
    一項に記載の管理方法。
26. 【請求項２６】 リソグラフィ工程を含むデバイス製造
    方法であって、 前記リソグラフィ工程で、請求項１〜請求項９のいずれ
    か一項に記載の走査露光装置を用いることを特徴とする
    デバイス製造方法。
27. 【請求項２７】 リソグラフィ工程を含むデバイス製造
    方法であって、 前記リソグラフィ工程で、請求項１０〜請求項１４のい
    ずれか一項に記載の走査露光方法を用いることを特徴と
    するデバイス製造方法。
28. 【請求項２８】 リソグラフィ工程を含むデバイス製造
    方法であって、 前記リソグラフィ工程で、請求項１５〜請求項２０のい
    ずれか一項に記載の管理装置を用いることを特徴とする
    デバイス製造方法。
29. 【請求項２９】 リソグラフィ工程を含むデバイス製造
    方法であって、 前記リソグラフィ工程で、請求項２１〜請求項２５のい
    ずれか一項に記載の管理方法を用いることを特徴とする
    デバイス製造方法。