JP2002031506A

JP2002031506A - 面位置検出装置の調整方法、合焦装置、露光装置、並びにデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2002031506A
Application number: JP2000215132A
Authority: JP
Inventors: Shinji Wakamoto; 信二若本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】検出誤差を効果的に低減することができる面
位置検出装置の調整方法を提供する。【解決手段】所定の基準面に対して検出される位置情
報から検出誤差を算出し、その検出誤差を線形な少なく
とも一つの誤差成分に分解し、その少なくとも一つの誤
差成分に基づいて光学系を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検面の位置情報
を検出する面位置検出装置を調整する方法に関し、特
に、半導体素子等のデバイスを製造するための露光装置
に用いられる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘ
ッド等のデバイスを製造するフォトリソグラフィ工程で
は、フォトマスク又はレチクル（以下、レチクルと称す
る）に形成されたパターンをフォトレジスト等の感光剤
が塗布されたウエハやガラスプレート等の基板（以下、
ウエハと称する）上に投影露光している。投影露光にお
いては、レチクルのパターンの結像面にウエハの表面
（露光面）を位置合わせする作業、すなわち焦点合わせ
を行うため、ウエハの表面の位置情報を正確に検出する
必要がある。

【０００３】ウエハ表面の位置情報を検出するための面
位置検出装置としては、ウエハ表面に対して複数のビー
ムをスリット状にして投光する投光系と、ウエハ表面で
反射した複数のビームを受光してウエハ表面の位置情報
を検出する受光系とを備え、投影光学系の結像面とウエ
ハ表面とのずれ量を高精度に検出するものが知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】こうした面位置検出装
置では、各ビームによる計測点は予め定められた原点位
置にそれぞれ配置されていることが望ましいが、様々な
要因によって原点位置からずれ、原点オフセット（セン
サ間オフセット）を有する。このセンサ間オフセットは
面位置検出に検出誤差を生じさせるものであり、センサ
の精度保証範囲の制約から小さくすることが望ましい。

【０００５】しかしながら、オフセットを補正するため
の光学調整要素が多くあり、かつ調整要素に対するディ
ストーションの効き方が異なるため、調整が複雑である
ことが問題であった。また、複数のビーム毎に１つの光
学系を設ける構成にすれば、各ビームのオフセットを独
立に調整することができるが、ビームの数が多くなると
それだけ光学系や調整機構が増えるため、装置が大型化
してしまう。

【０００６】本発明は、上述する事情に鑑みてなされた
ものであり、検出誤差を効果的に低減することができる
面位置検出装置の調整方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
を目的として、本発明では、複数のビームの原点オフセ
ットが傾向を持って変化することに着目し、このオフセ
ットを線形要素に分解したものである。請求項１に記載
の発明は、被検面（Ｗｆ）に対して複数のビームを投光
する投光系（２１）と、前記被検面（Ｗｆ）で反射した
複数のビームを受光して前記被検面（Ｗｆ）の位置情報
を検出する受光系（２２）とを備える面位置検出装置
（１３）を調整する方法であって、所定の基準面に対し
て検出される位置情報から検出誤差を算出し、該検出誤
差を線形な少なくとも一つの誤差成分に分解し、該少な
くとも一つの誤差成分に基づいて前記投光系（２１）及
び前記受光系（２２）のうち少なくとも一方を調整する
ことを特徴とする。この面位置検出装置では、複数のビ
ームに対して独立の光学系を備えるのではなく、複数の
ビームに対して共通の光学系（投光系もしくは受光系）
を備えているので、その共通の光学系を通った複数のビ
ームに含まれる検出誤差（ディストーション）は、誤差
成分ごとに特徴的な傾向を示す場合が多い。そこで、そ
の特徴的な傾向に着目して、検出誤差を線形な少なくと
も一つの誤差成分に分解することにより、検出誤差に含
まれる誤差成分を特定することが可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る面位置検出装
置の調整方法の一実施例について説明する。図１は、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
一実施形態の要部構成を示しており、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１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
上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。

【０００９】露光装置１０は、光源からの照明光（エネ
ルギビーム）によりレチクルＲを照明する照明系１１、
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１２、ウエハ表面Ｗｆの位置情報
（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向の高さ位置）を検出す
る斜入射方式の面位置検出装置１３、及び装置全体を統
括的に制御する主制御系１４等を備えている。ウエハス
テージ１２は、二次元平面内（図１中のｘｙ平面内）で
駆動自在なｘｙステージ１６、ウエハＷを吸着保持しか
つｘｙステージ１６上でＺ軸方向（図１に示す投影光学
系ＰＬの光軸ＡＸ方向）に微小駆動自在なＺレベリング
ステージ１７、これらｘｙステージ１６及びＺレベリン
グステージ１７を駆動する駆動装置１８等を備えて構成
されている。なお、Ｚレベリングステージ１７のｘ方
向、ｙ方向、及び回転方向の位置は、レーザ干渉計等の
不図示の計測装置により常時モニターされ、その位置情
報は主制御系１４に供給される。

【００１０】また、レチクルＲのパターンの結像面にウ
エハＷの露光面Ｗｆを位置合わせ（焦点合わせ）するた
めに、面位置検出装置１３、主制御系１４、及び駆動装
置１８からなる合焦装置２０が構成されている。この合
焦装置２０は、投影光学系ＰＬの結像面に対する焦点深
度内にウエハ表面Ｗｆの現在の露光領域が収まるよう
に、主制御系１４の指令のもとで、面位置検出装置１３
からの検出信号に基づいて、駆動装置１８を介してＺレ
ベリングステージ１７を駆動し、ウエハＷの露光面Ｗｆ
のフォーカス位置及びその露光面Ｗｆの傾斜角を制御す
るように構成されている。

【００１１】次に、面位置検出装置１３の構成及び位置
情報の検出方法について説明する。面位置検出装置１３
は、被検面であるウエハＷの露光面Ｗｆに対して斜め方
向に複数のビームを投光する投光系２１と、露光面Ｗｆ
で反射した複数のビームを斜め方向から受光して露光面
Ｗｆの位置情報を検出する受光系２２とを備えて構成さ
れている。

【００１２】より具体的には、図１に示される面位置検
出装置１３において、光源３０からの照明光は、コンデ
ンサーレンズ３１によって、略平行光束に変換され、プ
リズム３２に入射する。プリズム３２の投光側には、複
数のスリット状の開口が設けられた投光パターン板３３
が配置されており、プリズム３２によって偏向した照明
光は投光パターン板３３を通過する。投光パターン板３
３を通過した複数のビームからなる照明光は、集光レン
ズ３４、投射用対物レンズ３５を経てウエハＷの露光面
Ｗｆに投射される。これにより、ウエハＷの露光面Ｗｆ
に投光パターン板３３のスリットの像が投影光学系ＰＬ
の光軸ＡＸに対して斜めに投影・結像される。なお、光
源３０としては、ウエハＷの表面に塗布されるレジスト
に対して非感光性でかつレジスト膜による干渉の影響の
少ない光を発するもの、例えば波長幅の広い白色光源を
用いるのが望ましい。さらに、白色光源に限らず、レジ
ストに対する感光性の弱い波長帯の光を供給する発光ダ
イオード等を光源３０に用いてもよい。また、パターン
板３３としては、上述したスリット状の開口を有するも
のに限らず、透過部と遮光部とが交互に設けられた縞状
の開口を有する透過格子型や、凹凸を有する反射回折格
子型、あるいは反射部と非反射部とが交互に形成された
反射格子型など、他の形態のものを用いてもよい。

【００１３】ウエハＷで反射された複数のビームは、集
光対物レンズ３６、振動ミラー３７、結像レンズ３８及
び平行平板（プレーンパラレルガラスもしくはハービン
グガラス）３９を経てプリズム４０に入射する。ここで
は、プリズム４０の入射面とウエハＷの露光面Ｗｆとは
いわゆるアオリの結像関係を満たすように配置され、プ
リズム４０の投光面とウエハＷの露光面Ｗｆとも同様に
アオリの結像関係を満たしている。これらの関係によ
り、露光面Ｗｆ上に投影されたスリットの各像がプリズ
ム４０の投光面上に結像する。平行平板３９は、図１の
紙面と直交する方向（ｙ方向）、及び紙面に平行な方向
に回転軸を有し、これらの回転軸を中心に不図示の駆動
部を介して微小量回転可能な構成となっている。なお、
この平行平板３９の回転によってプリズム４０の受光面
におけるスリット像の結像位置が変位するようになって
いる。

【００１４】また、プリズム４０から射出された複数の
ビームは、ミラー４１、リレーレンズ４２，４３を経
て、受光器４４の受光面に再投影される。これにより、
パターン板３３上のスリット像が受光器４４の受光面に
再結像される。ここで、振動ミラー３７は、加振装置４
６によって振動され、複数のビームにモジュレーション
をかけて反射させることにより受光器４４での分解能と
検出再現性を向上させるものである。また、受光器４４
の受光面には複数の受光素子が配置されており、各受光
素子の検出信号は信号処理装置４７に供給される。信号
処理装置４７は、ウエハＷの露光面Ｗｆと面位置検出装
置１３によって規定されている基準面との投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸと平行なＺ軸方向のずれ量（ΔＺ）を検出
すると、そのずれ量ΔＺを主制御系１４に供給する。な
お、本実施例において、面位置検出装置１３の基準面は
投影光学系ＰＬの結像面と一致するように、予め設定さ
れているものとする。さらに、プリズム４０を有する受
光系２２の横倍率βは１倍とする。

【００１５】図２は、面位置検出装置１３の主要部を模
式的に示している。この図２において、パターン板３３
には、複数（ここでは９個）のスリット状の開口パター
ンＳＬが設けられており、この開口パターンＳＬは、ｘ
軸及びｙ軸に対して４５゜で交差する方向から照射さ
れ、ウエハＷの露光面Ｗｆ上の露光領域内において、ｘ
軸及びｙ軸に対して４５°傾いたＸ軸及びＹ軸に沿った
スリット像ＳＲとして結像される。また、受光系２２の
プリズム４０の入射面にはスリット状の開口を有する受
光パターン板４８（図１参照）が配置されており、この
受光パターン板４８の開口を通過したスリット像は、受
光器４４の受光素子ＳＰＤにそれぞれ再結像される。す
なわち、この面位置検出装置１３では、投光系２１から
のスリット像ＳＲがウエハＷの露光面Ｗｆ上において投
影光学系ＰＬの光軸ＡＸ（図１参照）に対して斜めに投
影されるため、ウエハＷの露光面ＷｆがＺ軸方向に変化
すると、受光器４４上でのスリット像ＳＲの再結像位置
は開口パターンＳＬの幅方向であるＸ軸方向に変化す
る。そして、このＸ軸方向のスリット像のずれに伴う光
量変化を受光素子ＳＰＤで光電検出することにより、ウ
エハＷの露光面ＷｆのＺ軸方向のずれ量ΔＺを検出する
ようになっている。

【００１６】ところで、投光系２１及び受光系２２の取
り付け精度や環境の変化等の様々な要因により、被検面
（ウエハＷの露光面Ｗｆ）が理想的な状態（ベストフォ
ーカス位置）にある場合にも、受光パターン板４８や受
光器４４に投影されるスリット像ＳＲの位置が基準とな
る設計位置からずれて、検出される位置情報に誤差が生
じることがある。すなわち、センサ間オフセットを生じ
ることになる。そこで、この面位置検出装置１３では、
ウエハＷに対して露光面Ｗｆの位置情報を検出するのに
先立って、投光系２１及び受光系２２を起因とする検出
誤差を小さくするための調整作業を実施する。図３は、
本実施例の調整方法の手順を示すフォローチャート図で
あり、以後、この図３の各ステップに沿って面位置検出
装置１３の調整方法について説明する。なお、調整の実
施にあたっては、予め、ウエハステージ１２上に基準と
なるスーパーフラットウエハを配置しておき、これを基
準平面として用いるか、又はウエハステージ１２上に設
けられた不図示の基準平面板を用いる。

【００１７】〔ステップ１００〕まず、投光系２１及び
受光系２２に含まれる誤差成分と検出誤差（ディストー
ション）との相関関係を求める。ここで、ディストーシ
ョンに影響する誤差成分の代表的なものを図４に示す。
この図４において、（ａ）光軸シフトは、受光パターン
板４８（図１参照）に入射する光軸のずれによる誤差成
分、（ｂ）入射角ずれは、受光パターン板４８に入射す
るビームの角度（入射角）のずれによりｘ軸方向に倍率
が残留して生じる誤差成分、（ｃ）回転ずれは、投光パ
ターン板３３が光軸を中心に回転することによって生じ
る誤差成分、（ｄ）偏心ずれは、検出用のビームの光軸
が集光対物レンズ３６や結像レンズ３８の中心からずれ
ることにより生じる誤差成分である。このステップ１０
０では、これらの各誤差成分が検出誤差にどのような影
響を与えるのかを定量的に見積もる。

【００１８】また、上述した（ａ）〜（ｄ）の誤差成分
は、それぞれ例えば次の方法により調整することが可能
である。（ａ）光軸シフトに対しては光路中に配置され
る平行平板３９の傾き（チルト角）を調整する、（ｂ）
入射角ずれに対しては受光パターン板４８のビームに対
する傾きを調整する、（ｃ）回転ずれに対しては投光パ
ターン板３３における光軸を中心とした回転量を調整す
る、（ｄ）偏心ずれに対しては集光対物レンズ３６もし
くは結像レンズ３８の光軸に対する偏心量を調整する、
などである。

【００１９】〔検出誤差とＺ方向のずれ量との関係〕こ
こで、受光パターン板４８におけるスリット像（ビー
ム）の位置ずれ（検出誤差（Δx_ow，Δy_ow））とＺ方向
のずれ量とがどのような関係にあるかを考える。先に図
２を用いて説明したように、ウエハＷの露光面Ｗｆ上の
露光領域内に結像される開口パターンのスリット像ＳＲ
は、ｘ軸及びｙ軸に対して４５°傾いていることから、
図５（ａ）に示すように、受光パターン板４８における
スリット像ＳＲもｘ軸及びｙ軸に対して４５°傾くこと
になる。また、前述したように、Ｘ軸方向（ｘ軸に対し
て４５°傾いた方向）のスリット像のずれ量ΔＸがＺ軸
方向のずれ量ΔＺとして検出されることから、ΔＸとΔ
Ｚとの関係は式（１）のように表される。なお、φは図
５（ｂ）に示すように、受光パターン板４８へのビーム
の入射角である。

【００２０】

【数１】

【００２１】また、ｘ軸及びｙ軸方向の検出誤差（Δx
_ow，Δy_ow）をＸ軸及びＹ軸方向に変換すると式（２）
のように表される。さらに、式（１）及び式（２）か
ら、式（３）及び式（４）の関係を導くことができる。

【００２２】

【数２】

【数３】

【数４】

【００２３】ここで、受光パターン板４８におけるスリ
ット像ＳＲの投影像の理想的な設計位置を式（５）で表
し、その設計位置からのｘ軸及びｙ軸方向のずれ量（検
出誤差（Δx_ow，Δy_ow））を式（６）で表すものとす
る。

【００２４】

【数５】

【数６】

【００２５】〔光軸シフトと検出誤差との関係〕次に、
各誤差成分ごとに検出誤差との相関関係について検討す
る。平行平板３９を回転させると、受光パターン板３８
におけるスリット像がｘ軸方向に移動することから、光
軸シフト量δに対しては、次式（７）及び式（８）が成
り立つ。ここで、θは平行平板３９のチルト角、ｔは平
行平板３９の厚み、ｎは平行平板３９の屈折率である。

【００２６】

【数７】

【数８】

【００２７】また、式（７），（８）を式（４）に代入
しＺ方向のずれ量ΔＺに換算することにより、次式
（９），（１０）が得られる。

【００２８】

【数９】

【数１０】

【００２９】すなわち、Oが求まるとき、平行平板３９
のチルト角θは次式（１１）のように表される。

【００３０】

【数１１】

【００３１】〔入射角ずれと検出誤差との関係〕受光パ
ターン板４８に対するビームの入射角が図５（ｃ）に示
すように、設計値からθ_Tずれているとき、次式が成り
立つ。

【００３２】

【数１２】

【００３３】式（４）を用いてＺ方向に換算すると、

【００３４】

【数１３】

【００３５】ただし、

【００３６】

【数１４】

【００３７】すなわち、Ａが求まるとき、入射角のずれ
量θ_Tは次式（１５）のように表される。

【００３８】

【数１５】

【００３９】〔回転ずれと検出誤差との関係〕受光パタ
ーン板４８が図５（ｄ）に示すように、ビームの光軸を
中心にαだけ回転ずれを生じたとき、次式（１６）が成
り立つ。

【００４０】

【数１６】

【００４１】式（４）を用いてＺ方向に換算すると、

【００４２】

【数１７】

【数１８】

【００４３】ただし、

【００４４】

【数１９】

【００４５】すなわち、Ｂが求まるとき、受光パターン
板４８の回転ずれαは、次式（２０）のように表され
る。

【００４６】

【数２０】

【００４７】〔偏心ずれと検出誤差との関係〕受光系２
２に対してビームの光軸がεだけ偏心しているとき、次
式（２１）のような近似式が成り立つ。ここで、ηは光
学系（受光系２２）で決定される定数である。

【００４８】

【数２１】

【００４９】式（４）を用いてＺ方向に換算すると、

【００５０】

【数２２】

【数２３】

【００５１】ただし、

【００５２】

【数２４】

【００５３】すなわち、Ｃが求まるとき、ビームの光軸
偏心εは、次式（２５）のように表される。

【００５４】

【数２５】

【００５５】〔線形モデルの作成〕上記の４つの誤差成
分を考慮すると、光軸シフト，入射角ずれ，回転ずれ，
偏心ずれがあった場合に帰着すべき線形モデルは、式
（１０），式（１３），式（１８），式（２３）より、
以後 x_ow＝ｘ、y_ow＝ｙと表記すると、次式（２６）の
ようになる。

【００５６】

【数２６】

【００５７】〔ステップ１０１〕次に、面位置検出装置
１３の検出誤差を実際に計測する。具体的には、基準と
なる平面板をウエハＷと同じ面位置に設置し、その平面
板に対して面位置検出装置１３で検出される位置情報か
ら検出誤差を算出する。このとき、計測箇所（各スリッ
ト像の投影箇所）のＺ方向の基準高さを一定にするため
に、平面板上の一箇所を各計測箇所に移動させたり、ウ
エハステージ２２の走り位置を基準としたりするとよ
い。

【００５８】〔ステップ１０２〕続いて、算出された面
位置検出装置１３の検出誤差から、スリット像が投影さ
れる各計測箇所（ｘ，ｙ）に対するΔＺを相関させ、式
（２４）の各パラメータ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｏ）を最小二乗
法により帰着させてその解を求める。

【００５９】〔ステップ１０３〕また、最小二乗法で式
（２４）に帰着させた（A，B，C，O）の解から、検出誤
差に含まれる誤差成分を特定するとともに、各誤差成分
に対して必要な調整量を算出する。すなわち、上述した
式（１１），式（１５），式（２０），式（２５）によ
り、平行平板３９のチルト角、受光パターン板４８に対
する入射角ずれ量θ_T 、投光パターン板の回転量α、及
び光軸偏心量εのそれぞれを算出する。

【００６０】〔ステップ１０４〕そして、ステップ１０
３で算出した必要調整量に基づいて面位置検出装置１３
の調整を行う。これにより、投光系２１及び受光系２２
を起因とする検出誤差が低減される。

【００６１】すなわち、本実施例の面位置検出装置の調
整方法では、検出誤差を線形な複数の誤差成分に分解す
るので、検出誤差（ディストーション）に対して、どの
ような誤差成分がどの程度影響を及ぼしているのかを特
定することができる。そして、特定された複数の誤差成
分に対して、それぞれ適切な量の調節を実施することに
より、複数の誤差成分からなる検出誤差（ディストーシ
ョン）を容易かつ確実に低減させることができる。誤差
成分の分解には、検出誤差に対して線形な統計的モデル
を用いており、多数の誤差成分に対しても最小二乗法に
よって帰着させることで確実に解を得ることができる。
なお、誤差成分の特定には、検出用の複数のビームが共
通の光学系（投光系２１及び受光系２２）を通ることか
ら、そこで生じる誤差成分がそれぞれ線形な傾向を示す
ことを利用している。したがって、誤差成分に対する調
整作業も線形な動作となるため容易かつ正確に実施する
ことが可能である。

【００６２】ここで、上述した実施例で示した調整方法
では、式（２６）に帰着可能な誤差成分を調整の対象と
しているが、上述した誤差成分以外の更に高次の成分に
ついても検出誤差との相関付けが可能な場合には、調整
の対象とすることができる。例えば、図４（ｅ）に示す
ように、誤差成分が台形ディストーションの場合、式
（２６）に対して次に示す式（２７）のように高次成分
を追加することにより、その誤差成分の解を求めること
が可能となる。

【００６３】

【数２７】

【００６４】さらに、上述した実施例では、受光パター
ン板４８におけるスリット像（ビーム）の位置ずれを調
整する方法について説明したが、本発明はこれに限るも
のではなく、例えば、ウエハＷの露光面Ｗｆ上における
スリット像（ビーム）の位置ずれを調整するようにして
もよい。以下、ウエハＷの露光面Ｗｆにおけるスリット
像（ビーム）の位置を調整する方法について説明する。
なお、ここでは特に投影光学系ＰＬの光軸に対するビー
ムの位置ずれを調整する場合について説明する。

【００６５】ウエハＷの露光面Ｗｆでのビームの位置ず
れの調整に対しては、図１に示したウエハステージ２２
上に、予め、図６（ａ）に示すような高反射部５０ａと
低反射部５０ｂの明暗を付けたパターン板５０を配置し
ておき、このパターン板５０をスリット状のビームＳＲ
を用いてステージスキャンし、そのときの光量変化をモ
ニターする。このとき、図６（ｂ）に示すように、台形
状にビーム光量の変化がモニターされる。このビーム光
量の変化における台形の傾斜部の交わる点を算出するこ
とで、スリット像（ビーム）のウエハ表面Ｗｆにおける
位置を特定することができる。このとき、ウエハステー
ジの走り位置を基準とすることで、先の図４に示したよ
うなウエハ表面Ｗｆにおける検出用ビームのディストー
ション（検出誤差）が算出される。そして、前述した実
施例と同様の手順により、その検出誤差に含まれる誤差
成分を特定することが可能となる。以下、ウエハ表面Ｗ
ｆ上での検出誤差と誤差成分との相関関係について検討
する。

【００６６】（ａ）光軸シフトとビームの位置ずれとの
関係式（７）より次式（２８）が成り立つ。

【００６７】

【数２８】

【００６８】ただし、

【００６９】

【数２９】

【００７０】Ｏx’が求まるとき、前述した平行平板３
９のチルト角θは次式（３０）のように表される。

【００７１】

【数３０】

【００７２】（ｂ）入射角ずれとビームの位置ずれとの
関係式（１２）より、

【００７３】

【数３１】

【００７４】ただし、

【００７５】

【数３２】

【００７６】Ａ’が求まるとき、入射角のずれ量θ_Tは
次式（３３）のように表される。

【００７７】

【数３３】

【００７８】（ｃ）回転ずれとビームの位置ずれとの関
係式（１６）より、

【００７９】

【数３４】

【００８０】ただし、

【００８１】

【数３５】

【００８２】（ｄ）偏心ずれとビームの位置ずれとの関
係式（２１）より、

【００８３】

【数３６】

【００８４】ただし、

【００８５】

【数３７】

【００８６】Ｃ’が求まるとき、ビームの光軸偏心ε
は、次式（３８）のように表される。

【００８７】

【数３８】

【００８８】（ｅ）線形モデルの作成これらの式から、４つの誤差成分（光軸シフト，入射角
ずれ，パターン板回転，偏心ずれ）があった場合に帰着
すべき線形モデルは、次式（３９）のようになる。

【００８９】

【数３９】

【００９０】計算手法としては、ビームの位置ずれ（Δ
x, Δy）の最小二乗式を式（３９）の線形モデルにて帰
着させるとともに、共通に存在するB’については平均
を取るとよい。

【００９１】ウエハ表面Ｗｆにおける検出誤差における
上述した各誤差成分は、それぞれ例えば次の方法により
調整することが可能である。（ａ）光軸シフトに対して
は図１の投光部２１に設置された不図示の平行平板の傾
き（チルト角）を調整する、（ｂ）入射角ずれに対して
は投光パターン板３３のビームに対する傾きを調整す
る、（ｃ）回転ずれに対しては投光パターン板３３にお
ける光軸を中心とした回転量を調整する、（ｄ）偏心ず
れに対しては集光レンズ３４もしくは投射用対物レンズ
３５の偏心量を調整する、などである。

【００９２】このように、特定された複数の誤差成分に
対して、それぞれ適切な量の調節を実施することによ
り、ウエハＷの露光面Ｗｆにおけるスリット像（ビー
ム）の検出誤差（ディストーション）を容易かつ確実に
低減させることができる。

【００９３】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。

【００９４】上記実施例では、斜入射方式の面位置検出
装置の調整方法について説明したが、斜入射方式に限ら
ず他の方式の検出装置に対しても適用可能である。

【００９５】また、パターン形成板に形成されるパター
ンの数や配置位置、及び形状は任意に定めてよい。

【００９６】また、本発明に係る調整方法が適用される
装置は、露光装置に限らず、複数のフォーカス検出点を
有する装置システムに対して広く適用可能である。

【００９７】また、本発明に係る調整方法に伴って、投
影露光時のベストフォーカス面に対する較正（フォーカ
スキャリブレーション）を行ってもよい。

【００９８】また、面位置検出装置に配置されるプリズ
ム４０は、特開平６−９７０４５号公報に記載されてい
るように、投影光学系ＰＬの結像面に対してシャインプ
ルーフの条件を満たすように配置するとよい。

【００９９】また、任意の露光層を有するウエハに対し
ても良好にウエハ表面の位置情報を検出するために、特
開平９−２６６１４９号公報に記載されているように、
露光すべき感光基板を用いて面位置検出装置の検出誤差
を算出するようにしてもよい。

【０１００】また、本発明が適用される露光装置とし
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を用いてもよい。

【０１０１】また、本発明が適用される露光装置とし
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
装置を用いてもよい。

【０１０２】また、露光装置の用途としては半導体デバ
イス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。

【０１０３】また、本発明が適用される露光装置の光源
は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦ
エキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ
（１９３ｎｍ）、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、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。

【０１０４】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
（このとき、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よ
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。

【０１０５】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）と電機子ユニットのいずれか一
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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】また、本発明が適用される露光装置は、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。

【０１０９】また、半導体デバイスは、デバイスの機能
・性能設計を行う工程、この設計ステップに基づいたマ
スク（レチクル）を製作する工程、シリコン材料からウ
エハを製造する工程、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工
程、デバイス組み立て工程（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）、検査工程等を経て
製造される。

【０１１０】

【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から請求項７
に記載の各発明によれば、検出誤差を線形な少なくとも
一つの誤差成分に分解することにより、検出誤差に含ま
れる誤差成分を特定するとともに、その特定された誤差
成分に基づいて調整作業を効果的に実施することができ
る。また、請求項８に記載の発明によれば、所定の光学
系の焦点深度内に基板を精度よく位置合わせすることが
できる。また、請求項９に記載の発明によれば、露光精
度を向上させることができる。また、請求項１０に記載
の発明によれば、形成されたパターンの精度が向上した
デバイスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例に好ましく適用される露
光装置の一実施形態の要部構成を示す図である。

【図２】図１に示す面位置検出装置の主要部を模式的
に示す斜視図である。

【図３】本発明に係る面位置検出装置の調整方法の一
実施例の手順を示すフォローチャート図である。

【図４】各誤差成分によるスリット像の位置ずれの様
子を示す図である。

【図５】誤差成分と検出誤差との関係を説明するため
の図である。

【図６】ウエハ表面上におけるスリット像（ビーム）
の位置ずれを計測する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（基板）Ｗｆウエハ表面，露光面（被検面）ＰＬ投影光学系１０露光装置１１照明系１２ウエハステージ１３面位置検出装置１４主制御系１８駆動装置２０合焦装置２１投光系２２受光系３２，４０プリズム３３投光パターン板３４集光レンズ３５投射用対物レンズ３６集光対物レンズ３７振動ミラー３９平行平板４４受光器４６加振装置４７信号処理装置ＳＬ開口パターンＳＲスリット像４８受光パターン板

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA04 AA11 AA37 AA39 BB01 CC19 DD00 DD03 FF01 FF07 FF61 GG02 GG24 HH06 HH12 JJ03 JJ08 JJ26 LL00 LL13 LL28 LL46 PP12 QQ03 QQ25 QQ39 RR02 RR08 SS13 UU05 UU07 5F046 CB02 CB25 DA12 DB05 DB10 FA09 FB10 FB16 FC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検面に対して複数のビームを投光する
投光系と、前記被検面で反射した複数のビームを受光し
て前記被検面の位置情報を検出する受光系とを備える面
位置検出装置を調整する方法であって、所定の基準面に対して検出される位置情報から検出誤差
を算出し、該検出誤差を線形な少なくとも一つの誤差成分に分解
し、該少なくとも一つの誤差成分に基づいて前記投光系及び
前記受光系のうち少なくとも一方を調整することを特徴
とする面位置検出装置の調整方法。
【請求項２】前記検出誤差に対して線形な統計的モデ
ルを用いて前記検出誤差を前記少なくとも一つの誤差成
分に分解することを特徴とする請求項１に記載の面位置
検出装置の調整方法。
【請求項３】前記誤差成分は、光軸シフト、入射角ず
れ、回転ずれ、及び偏心ずれのうち少なくとも一つから
なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
面位置検出装置の調整方法。
【請求項４】前記光軸シフトからなる誤差成分に対し
て、光路中に配置される平行平板の傾きを調整すること
を特徴とする請求項３に記載の面位置検出装置の調整方
法。
【請求項５】前記入射角ずれからなる誤差成分に対し
て、前記複数のビームが通過するパターン板の傾きを調
整することを特徴とする請求項３に記載の面位置検出装
置の調整方法。
【請求項６】前記回転ずれからなる誤差成分に対し
て、前記複数のビームが通過するパターン板の回転量を
調整することを特徴とする請求項３に記載の面位置検出
装置の調整方法。
【請求項７】前記偏心ずれからなる誤差成分に対し
て、光路中に配置されるレンズの偏心量を調整すること
を特徴とする請求項３に記載の面位置検出装置の調整方
法。
【請求項８】請求項１から請求項７のいずれか一項に
記載の調整方法で調整される面位置検出装置と、該面位
置検出装置の検出結果に基づいて所定の光学系の焦点深
度内に基板を位置合わせする駆動装置とを備えることを
特徴とする合焦装置。
【請求項９】パターンが形成されたマスクをエネルギ
ビームにより照明する照明系と、前記マスクのパターン
を基板上に転写する投影光学系と、該投影光学系の焦点
深度内に基板を位置合わせする請求項８に記載の合焦装
置とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１０】リソグラフィ工程を含むデバイスの製
造方法であって、前記リソグラフィ工程では請求項９に記載の露光装置を
用いることを特徴とするデバイスの製造方法。