JP2002195819A

JP2002195819A - 形状測定方法、形状測定装置、露光方法、露光装置、及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2002195819A
Application number: JP2000396984A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Shiraishi; 健一白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-10
Also published as: US20020082801A1; TW518704B; KR20020053716A

Abstract

(57)【要約】【課題】物体表面の所定領域の形状を精度良く測定す
る。【解決手段】物体Ｗの表面の法線方向に関する物体Ｗ
の表面の位置情報を、物体Ｗの表面上の複数の点Ｐｎ_S
（ｎ＝１〜４）それぞれから物体の外部へ至る複数の経
路に沿って計測する。この結果、複数の経路それぞれに
ついて、所定領域と他の領域との境界において特徴的に
変化する計測波形が得られる。引き続き、計測結果を解
析することにより、注目している所定領域と他の領域と
の境界点位置を上記の経路の数だけ求める。そして、求
められた境界点位置から所定領域の形状を特定する。し
たがって、物体Ｗの表面における所定領域の形状を精度
良く測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、形状測定方法、形
状測定装置、露光方法、露光装置、及びデバイス製造方
法に係り、より詳しくは、基板等の物体の表面における
所定領域の形状を測定する形状測定方法及び形状測定装
置、前記形状測定方法を使用する露光方法及び露光装
置、並びに前記露光方法をリソグラフィ工程において使
用するデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
のマイクロデバイスを製造するリソグラフィ工程では、
種々の露光装置が用いられている。近年では、例えば半
導体露光装置としては、フォトマスク又はレチクル（以
下、「レチクル」と総称する）に形成された微細なパタ
ーンをフォトレジスト等の感光剤が塗布された半導体ウ
エハやガラスプレート等の基板（以下、「ウエハ」と総
称する）上に投影光学系を介して転写する、ステップ・
アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるス
テッパ）や、このステッパに改良を加えたステップ・ア
ンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるス
キャニング・ステッパ）等の投影露光装置が、主として
用いられている。

【０００３】この種の投影露光装置では、投影光学系の
焦点深度が非常に狭いのが普通であり、ウエハのうねり
等の影響を避けるためには、各ショット領域を投影光学
系の最良結像面の焦点深度の範囲内に一致させる（像面
との合わせ込みを行う）必要がある。そのためにはウエ
ハの光軸方向位置と傾斜とを調整可能に構成する必要が
ある。このため、通常ウエハステージは、ウエハを載置
してその傾き及び投影光学系の光軸方向位置を調整可能
なテーブルを備えており、このテーブルをオートフォー
カス・レベリング機構により駆動することにより、いわ
ゆるフォーカス・レベリング動作が行われるようになっ
ている。

【０００４】こうしたオートフォーカス・レベリング機
構では、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示
されているような、多数の位置センサを有する多点焦点
位置検出系を使用して、ショット領域内におけるウエハ
表面の投影光学系の光軸方向位置に関する情報（フォー
カス情報）を計測し、その計測結果に基づいて、フォー
カス・レベリング動作を行っている。

【０００５】上記のような多点焦点位置検出系をオート
フォーカス・レベリング制御に使用する場合、ウエハ上
にほぼ均一に塗布されたほぼ平坦なレジスト表面に全セ
ンサの検出点が位置するウエハの周辺以外のショット領
域と、一部のセンサがレジスト表面から外れるウエハ周
辺のショット領域とで、使用するセンサの種類を異なら
せる制御が行われる。こうした、使用するセンサの種類
の切り替え制御は、センサそれぞれの検出点がほぼ平坦
なレジスト表面にあることが保証されるフォーカス位置
計測可能領域にあるか否かによってなされ、検出点がフ
ォーカス位置計測可能領域にあるセンサの中から、オー
トフォーカス・レベリング制御のために最適なセンサが
選ばれるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のフォーカス位置
計測可能領域については、従来は例えばウエハ外周から
の距離を作業者がキーボード等を使用して直接入力する
ことにより、ウエハ外縁から入力距離よりも内部であれ
ばフォーカス位置計測可能領域であることを露光装置に
認識させていた。しかし、フォーカス位置計測可能領域
は、ウエハ周辺でのプロセス段差や、いわゆるエッジリ
ンス処理によるウエハ周辺部におけるレジストの除去幅
によって異なる形状となる。このため、ウエハの各層の
露光ごとに、作業者がキーボード等を使用して入力する
ことにより、フォーカス位置計測可能領域の形状を露光
装置に認識させる必要があった。この結果、効率的に露
光動作を行うことができなかった。

【０００７】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、物体の表面における所定領域の
形状を精度良く測定することができる形状測定方法及び
形状測定装置を提供することにある。

【０００８】本発明の第２の目的は、高精度な露光を効
率良く行うことができる露光方法及び露光装置を提供す
ることにある。

【０００９】また、本発明の第３の目的は、微細なパタ
ーンを有する高集積度のデバイスを生産することが可能
なデバイス製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の形状測定方法
は、物体（Ｗ）の表面における所定領域の形状を測定す
る形状測定方法であって、前記物体の表面の法線方向に
関する前記物体の表面の位置情報を、前記物体の表面上
の複数の点それぞれから前記物体の外部へ至る複数の経
路に沿って計測する第１工程と；前記第１工程における
計測結果に基づいて、前記所定領域の形状を求める第２
工程と；を含む形状測定方法である。

【００１１】これによれば、第１工程において、物体の
表面の法線方向に関する物体の表面の位置情報を、物体
の表面上の複数の点それぞれから前記物体の外部へ至る
複数の経路に沿って計測する。この結果、複数の経路そ
れぞれにおいて、例えば上述のエッジリンス処理による
ウエハ周辺部におけるレジスト塗布領域の外縁位置（以
下、「エッジリンス位置」）やウエハ外縁位置のような
大きな段差が生じている位置において、物体の表面の法
線方向に関する物体の表面の位置情報が、大きくかつ急
激に変化している計測結果が得られる。引き続き、第２
工程において、計測結果を解析することにより、注目し
ている所定領域と他の領域との境界点位置を上記の経路
の数だけ求める。そして、求められた境界点位置から所
定領域の形状を特定する。したがって、物体の表面にお
ける所定領域の形状を精度良く測定することができる。

【００１２】本発明の形状測定方法では、前記複数の経
路それぞれを直線経路とすることができる。

【００１３】また、本発明の形状測定方法では、前記第
２工程が、前記複数の経路における計測結果の波形それ
ぞれに、低周波成分を抽出するローパスフィルタリング
処理を施すローパスフィルタリング工程を含むことがで
きる。ここで、前記第２工程が、前記ローパスフィルタ
リング処理で得られた波形それぞれに、微分処理を施す
微分工程を更に含むことができる。

【００１４】また、本発明の形状測定方法では、前記第
２工程が、前記複数の経路における計測結果の波形それ
ぞれに、微分処理を施す微分工程を含むことができる。

【００１５】なお、前記微分工程では、２次微分処理を
行うことができる。

【００１６】また、本発明の形状測定方法では、前記物
体を、その表面に感光剤がほぼ平坦に塗布された基板と
することができる。

【００１７】ここで、前記感光剤が、前記基板の辺縁付
近において除去されているものとすることができる。こ
の場合、前記所定領域を、前記基板の全体領域及び前記
感光剤の塗布領域の少なくとも一方とすることができ
る。

【００１８】本発明の形状測定装置は、物体（Ｗ）の表
面における所定領域の形状を測定する形状測定装置であ
って、前記物体の表面の法線方向に関する前記物体の表
面上の少なくとも１点の位置情報を計測する計測装置
（６０ａ，６０ｂ）と；前記物体と前記計測装置とを、
前記物体の表面と平行な方向に沿って相対移動させる駆
動装置（２４）と；前記駆動装置によって前記物体と前
記計測装置とを相対移動中に前記計測装置によって計測
された、前記物体の表面上の複数の点それぞれから前記
物体の外部へ至る複数の経路に沿った計測結果に基づい
て、前記所定領域の形状を求める処理装置（４２）と；
を備える形状測定装置である。

【００１９】これによれば、駆動装置によって物体と計
測装置とを物体の表面と平行な方向に沿って相対移動さ
せながら、計測装置が、物体の表面の法線方向に関する
物体の表面の位置情報を、物体の表面上の複数の点それ
ぞれから前記物体の外部へ至る複数の経路に沿って計測
する。そして、処理装置が、計測波形を解析することに
より、注目している所定領域と他の領域との境界点位置
を上記の経路の数だけ求め、求められた境界点位置から
所定領域の形状を特定する。すなわち、本発明の形状測
定装置は、本発明の形状測定方法を使用して、物体の表
面における所定領域の形状を測定することができる。し
たがって、物体の表面における所定領域の形状を精度良
く測定することができる。

【００２０】本発明の形状測定装置では、前記物体を、
その表面に感光剤がほぼ平坦に塗布された基板とするこ
とができる。

【００２１】本発明の露光方法は、露光ビームを基板
（Ｗ）に照射することにより、所定のパターンを前記基
板上に形成する露光方法であって、前記基板表面の平坦
領域の形状を、本発明の形状測定方法を使用して測定す
る形状測定工程と；前記形状測定工程における測定結果
から得られる前記基板表面の平坦領域の少なくとも１点
に関する前記基板表面の法線方向の位置情報を検出し、
前記位置情報の検出結果に基づいて、前記基板における
前記露光ビームの照射領域の少なくとも前記法線方向に
関する位置を制御しつつ、前記露光ビームを前記基板に
照射する露光工程と；を含む露光方法である。

【００２２】これによれば、形状測定工程において、本
発明の形状測定方法を使用して形状が精度良く測定され
た基板表面の平坦領域の少なくとも１点について、露光
工程において基板表面の法線方向の位置情報を検出す
る。そして、位置情報の検出結果に基づいて、基板にお
ける露光ビームの照射領域の少なくとも法線方向に関す
る位置を制御しつつ、露光ビームを基板に照射して露光
することにより、基板表面に所定のパターンを形成す
る。この結果、例えば、結像式光学系を用いる露光装置
では、オートフォーカス制御を確実かつ効率良く行いつ
つ、露光を行うことができる。したがって、高精度な露
光を効率良く行うことができる。

【００２３】本発明の露光方法では、前記位置情報検出
工程において、前記基板表面の平坦領域における複数の
点に関する前記基板表面の法線方向の位置情報を検出
し、前記露光工程において、前記基板の前記基板におけ
る前記露光ビームの照射領域の前記法線方向に関する位
置及び姿勢を制御することができる。かかる場合には、
例えば、結像式光学系を用いる露光装置では、オートフ
ォーカス・レベリング制御を確実かつ効率良く行いつ
つ、露光を行うことができる。

【００２４】本発明の露光装置は、露光ビームを基板
（Ｗ）に照射することにより、所定のパターンを前記基
板上に形成する露光装置であって、前記基板を保持して
移動する基板ステージ（ＷＳＴ）と；前記基板ステージ
を移動させる基板ステージ駆動装置（２４）と；前記基
板ステージ駆動装置を駆動装置とする本発明の形状測定
装置と；を備える露光装置である。

【００２５】これによれば、基板表面の所定領域の形状
を本発明の形状測定装置によって精度良く測定すること
ができる。この結果、精度良く測定された所定領域の形
状に基づいて露光制御を行うことにより、高精度な露光
を効率良く行うことができる。例えば、所定領域をレジ
ストが塗布されたほぼ平坦な領域とすれば、本発明の露
光方法を使用することにより、高精度な露光を効率良く
行うことができる。

【００２６】本発明の露光装置では、前記所定のパター
ンを前記基板上に結像する結像式光学系（ＰＬ）を更に
備え、前記形状測定装置の計測装置は、前記結像式光学
系の光軸方向に関する基準点からのズレを計測する構成
とすることができる。かかる場合には、焦点位置検出系
を備える露光装置では、当該焦点位置検出系を計測装置
として使用することができる。

【００２７】本発明のデバイス製造方法は、リソグラフ
ィ工程を含むデバイス製造方法において、前記リソグラ
フィ工程で、本発明の露光方法を用いて露光を行うこと
を特徴とするデバイス製造方法である。これによれば、
本発明の露光方法を使用して露光を行うことにより、所
定のパターンを精度良く区画領域に転写することができ
るので、微細な回路パターンを有する高集積度のデバイ
スの生産性を向上することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
１〜図９を参照して説明する。

【００２９】図１には、一実施形態に係る露光装置１０
０の概略的な構成が示されている。この露光装置１００
は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光
装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパであ
る。

【００３０】この露光装置１００は、光源及び照明光学
系を含む照明系１０、マスクとしてのレチクルＲを保持
するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板
（物体）としてのウエハＷを保持してＸＹ平面内を自在
に移動可能なウエハステージＷＳＴ、及びこれらを制御
する制御系等を備えている。

【００３１】前記照明系１０は、光源、照度均一化光学
系（コリメータレンズ、フライアイレンズ等から成
る）、リレーレンズ系、レチクルブラインド及びコンデ
ンサレンズ系等（いずれも図１では図示省略）を含んで
構成されている。

【００３２】照明系１０では、光源で発生した露光ビー
ムとしての照明光（以下、「照明光ＩＬ」と呼ぶ）は不
図示のシャッタを通過した後、照度均一化光学系により
照度分布がほぼ均一な光束に変換される。照度均一化光
学系から射出された照明光ＩＬは、リレーレンズ系を介
してレチクルブラインドに達する。このレチクルブライ
ンドを通過した光束は、リレーレンズ系、コンデンサレ
ンズ系を通過して回路パターン等が描かれたレチクルＲ
の照明領域（Ｘ軸方向に細長く伸びＹ軸方向の幅が所定
幅の長方形スリット状の照明領域）ＩＡＲを均一な照度
で照明する。

【００３３】前記レチクルステージＲＳＴ上には、レチ
クルＲが、例えば真空吸着（又は静電吸着）により固定
されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、リ
ニアモータ等を含む不図示のレチクルステージ駆動部に
より、後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ
平面内で２次元的に（Ｘ軸方向、これに直交するＹ軸方
向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向（θ_Z方
向）に）微少駆動可能であるとともに、不図示のレチク
ルベース上をＹ軸方向に指定された走査速度で移動可能
となっている。このレチクルステージＲＳＴは、レチク
ルＲの全面が少なくとも投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを横
切ることができるだけのＹ軸方向の移動ストロークを有
している。なお、主制御系２０は、レチクルステージ駆
動信号ＲＤＶをレチクルステージ駆動部に供給すること
により、レチクルステージＲＳＴの移動を制御してい
る。

【００３４】レチクルステージＲＳＴ上には、レチクル
レーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１３
からのレーザビームを反射する移動鏡１５が固定されて
おり、レチクルステージＲＳＴのＸＹ面内の位置はレチ
クル干渉計１３によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の
分解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクル
ステージＲＳＴ上には走査露光時の走査方向（Ｙ軸方
向）に直交する反射面を有する移動鏡と非走査方向（Ｘ
軸方向）に直交する反射面を有する移動鏡とが設けら
れ、レチクル干渉計１３はＸ軸方向及びＹ軸方向に設け
られているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１５、
レチクル干渉計１３として示されている。

【００３５】レチクル干渉計１３からのレチクルステー
ジＲＳＴの位置情報ＲＰＶは、ワークステーション（又
はマイクロコンピュータ）から成る制御装置としての主
制御系２０に送られ、主制御系２０ではレチクルステー
ジＲＳＴの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動部
を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。

【００３６】前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージ
ＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸの
方向がＺ軸方向とされている。ここでは、投影光学系Ｐ
Ｌは両側テレセントリックな縮小系であり、光軸ＡＸ方
向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメ
ントから成る屈折光学系が使用されている。この投影光
学系ＰＬの投影倍率は、ここでは、一例として１／５と
なっている。このため、照明系１０からの照明光ＩＬに
よってレチクルＲ上のスリット状照明領域ＩＡＲが照明
されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬが投影
光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投射され、前記スリッ
ト状照明領域ＩＡＲ内に存在するレチクルＲの回路パタ
ーンの縮小像（部分倒立像）が表面にフォトレジストが
塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な露
光領域ＩＡに形成される。

【００３７】前記ウエハステージＷＳＴは、ステージベ
ース１６上面に沿って、駆動装置としてのウエハステー
ジ駆動部２４によってＸＹ２次元面内で駆動されるＸＹ
ステージ１４と、該ＸＹステージ１４上に不図示のＺ・
チルト駆動機構を介して載置された基板ステージとして
のウエハテーブル１８と、該ウエハテーブル１８上に固
定されたウエハホルダ２５とを備えている。この場合、
ウエハホルダ２５によってウエハＷが真空吸着（又は静
電吸着）によって保持されている。また、ウエハテーブ
ル１８は、ボイスコイルモータ等を含むＺ・チルト駆動
機構によってＺ方向、Ｘ軸回り（θ_X）方向、及びＹ軸
回り（θ_Y）方向の３自由度方向に微少駆動されるよう
になっている。なお、主制御系２０は、ウエハステージ
駆動信号ＷＤＶをウエハステージ駆動部２４に供給する
ことにより、ウエハステージＷＳＴの移動を制御してい
る。

【００３８】前記ウエハテーブル１８上には、ウエハレ
ーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）３１から
のレーザビームを反射する移動鏡２７が固定され、外部
に配置されたウエハ干渉計３１により、ウエハテーブル
１８（すなわちウエハステージＷＳＴ）のＸＹ面内の中
心位置が例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出
されている。

【００３９】ここで、実際には、ウエハテーブル１８上
には、走査露光時の走査方向であるＹ軸方向に直交する
反射面を有する移動鏡と非走査方向であるＸ軸方向に直
交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、ウエハ干渉
計３１はＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ複数軸設けら
れ、上記のウエハテーブル１８のＸＹ位置のみならず、
ウエハテーブル１８のＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸回りの回転
（ピッチング、ローリング、及びヨーイング）も検出可
能となっている。図１ではこれらが代表的に移動鏡２
７、ウエハ干渉計３１として示されている。

【００４０】ウエハ干渉計３１で計測されるウエハテー
ブル１８（ウエハステージＷＳＴ）の位置情報（又は速
度情報）は主制御系２０に送られ、主制御系２０では前
記位置情報（又は速度情報）に基づいてウエハステージ
駆動部２４を介してウエハステージＷＳＴ（ＸＹステー
ジ１４）のＸＹ面内の位置、並びにＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸
回りの回転を制御する。

【００４１】投影光学系ＰＬの側面には、ウエハＷ上の
アライメントマーク（位置合わせマーク）を検出するオ
フアクシス・アライメント系ＡＳが設けられている。本
実施形態では、このアライメント系ＡＳとして、画像処
理方式のＦＩＡ（ Filed Image Alignment）系のアライ
メントセンサが用いられている。このアライメント系Ａ
Ｓでは、ハロゲンランプ等の光源からのブロードバンド
な光（アライメント光）により照明光学系を介してウエ
ハＷ上のアライメントマークを照明し、そのアライメン
トマーク部分からの反射光を結像光学系を介してＣＣＤ
等の撮像素子で受光する。これにより、撮像素子の受光
面にアライメントマークの明視野像が結像される。この
明視野像に対応する光電変換信号、すなわちアライメン
卜マークの反射像に対応する光強度信号ＩＭＤが撮像素
子から主制御系２０に供給される。主制御系２０では、
この光強度信号に基づき、アライメント系ＡＳの検出中
心を基準とするアライメントマークの位置を算出すると
ともに、その算出結果とそのときのウエハ干渉計３１の
出力であるウエハステージＷＳＴの位置情報とに基づい
て、ウエハ干渉計３１の光軸で規定されるステージ座標
系におけるアライメン卜マークの座標位置を算出するよ
うになっている。

【００４２】更に、本実施形態の露光装置１００では、
図１に示されるように、主制御系２０からの制御信号Ａ
ＦＳによってオンオフが制御される光源を有し、投影光
学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホールまたはスリ
ットの像を形成するための結像光束ＦＢを、光軸ＡＸに
対して斜め方向より照射する照射光学系６０ａと、それ
らの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する受
光光学系６０ｂとから成る計測装置としての斜入射光式
の多点焦点位置検出系が設けられている。本実施形態の
多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）としては、例え
ば特開平６−２８３４０３号公報等に開示されているも
のと同様の構成のものが用いられる。

【００４３】この場合、照射光学系６０ａを構成する不
図示のパターン形成板には４５個のスリット状の開口パ
ターンが５行９列のマトリックス状配置で形成されてい
る。このため、後述する走査露光の際には、ウエハＷ表
面の長方形状の露光領域ＩＡ近傍に、図２に示されるよ
うに、５行９列のマトリックス状配置で合計４５（＝５
×９）個のＸ軸及びＹ軸に対して４５度傾斜したスリッ
ト状の開口パターンの像（スリット像）Ｓ_1,1〜Ｓ
_5,9が、Ｘ軸方向に沿って距離ＤＸ（例えば、２．５ｍ
ｍ）の間隔、Ｙ軸方向に沿って距離ＤＹ（例えば、４ｍ
ｍ）の間隔で形成されるようになっている。なお、スリ
ット像Ｓ_3,5が、露光領域ＩＡのほぼ中心位置に形成さ
れるようになっている。

【００４４】また、受光光学系６０ｂを構成する不図示
の受光器は、５行９列のマトリックス状にされた合計４
５個のスリットが形成された受光用スリット板と、各ス
リットに対向して５行９列のマトリックス状配置で配置
された４５個のフォトセンサ（便宜上、「フォトセンサ
Ｄ_1,1〜Ｄ_5,9」と呼ぶ）とを有している。受光用スリッ
ト板の各スリット上に、図２に示されるスリット像Ｓ
_1,1〜Ｓ_5,9がそれぞれ再結像されると、スリット像の像
光束がフォトセンサＤ_1,1〜Ｄ_5,9によって受光可能とな
っている。この場合、受光光学系６０ｂ内には、回転方
向振動板が設けられており、該回転方向振動板を介して
受光用スリット板上では再結像された各像の位置が各ス
リットの長手方向と直交する方向に振動され、フォトセ
ンサＤ_1,1〜Ｄ_5,9それぞれの検出信号が信号選択処理装
置６２により選択的に前記回転振動周波数の信号で同期
検波される。そして、この信号選択処理装置６２により
同期検波して得られた所定数のフォーカス信号ＡＦＳが
主制御系２０に供給されるようになっている。なお、ど
のフォトセンサの検出信号を選択するかは、主制御系２
０が、センサ選択指示信号ＳＳＤによって、信号選択処
理装置６２に通知するようになっている。

【００４５】以上の説明から明らかなように、本実施形
態では、ウエハＷ上の検出点であるスリット像Ｓ_1,1〜
Ｓ_5,9のそれぞれとフォトセンサＤ_1,1〜Ｄ_5,9とが１対
１で対応し、各スリット像の位置におけるウエハ表面の
Ｚ位置の情報（フォーカス情報）が各フォトセンサＤか
らの出力であるデフォーカス信号に基づいて得られるの
で、以下においては、説明の便宜上、スリット像Ｓ_1,1
〜Ｓ_5,9を、特に別の必要がない限り、フォーカスセン
サと呼ぶものとする。

【００４６】主制御系２０では、後述する走査露光時等
に、受光光学系６０ｂからの焦点ずれ信号（デフォーカ
ス信号）、例えばＳカーブ信号に基づいて焦点ずれが零
となるようにウエハステージＷＳＴのＺ位置及びピッチ
ング量（θ_X回転量）及びローリング量（θ_Y回転量）
を、不図示のウエハステージ駆動部を介して制御するこ
とにより、オートフォーカス（自動焦点合わせ）及びオ
ートレベリングを実行する。

【００４７】前記主制御系２０は、図３に示されるよう
に、主制御装置４０と、記憶装置５０とを備えている。
主制御装置４０は、（ａ）レチクルＲの位置情報（速度
情報）ＲＰＶ及びウエハＷの位置情報（速度情報）ＷＰ
Ｖに基づいて、レチクル駆動部及びウエハ駆動部２４を
介してレチクルステージＲＳＴやウエハステージＷＳＴ
の移動を制御する等して露光装置１００の動作全体を制
御する制御装置４９と、（ｂ）信号選択処理装置６２か
らのフォーカス信号ＡＦＤを収集するフォーカス信号収
集装置４１と、（ｃ）収集されたフォーカス信号に基づ
いて、ウエハＷ表面のレジスト塗布領域における平坦領
域（以下、「レジスト平坦領域」という）の形状を求め
る処理装置としての信号処理装置４２とを備えている。

【００４８】ここで、信号処理装置４２は、（ｉ）収集
されたフォーカス信号にローパスフィルタリング処理を
施すローパスフィルタリング演算器４３と、（ii）ロー
パスフィルタリング処理が施されたフォーカス信号（以
下、「フィルタリング信号」という）に微分処理を施す
微分演算器４４と、（iii）微分処理が施されたフィル
タリング信号（以下、「微分信号」という）に基づい
て、レジスト平坦領域の外縁位置を求める外縁位置検出
装置４５と、（iv）レジスト平坦領域の外縁位置に基づ
いて、レジスト平坦領域の形状を規定する形状パラメー
タの値を求める形状パラメータ算出装置４６とを有して
いる。

【００４９】また、記憶装置５０は、その内部にフォー
カス信号データ格納領域５１と、フィルタリング信号デ
ータ格納領域５２と、微分信号データ格納領域５３、外
縁位置データ格納領域５４と、形状パラメータ値格納領
域５５とを有している。なお、図３においては、データ
の流れが実線矢印で示され、制御の流れが点線矢印で示
されている。主制御系２０の各装置の作用は後述する。

【００５０】本実施形態では、主制御装置４０を上記の
ように、各種の装置を組み合わせて構成したが、主制御
系２０を計算機システムとして構成し、主制御装置４０
を構成する上記の各装置の後述する機能を主制御系２０
に内蔵されたプログラムによって実現することも可能で
ある。

【００５１】次に、本実施形態の露光装置１００におけ
る露光工程の動作について、主に図４を参照しつつ、他
の図面を適宜参照して説明する。

【００５２】まず、図４のステップ１０１において、不
図示のレチクルローダにより、転写したいパターンが形
成されたレチクルＲがレチクルステージＲＳＴにロード
される。また、不図示のウエハローダにより、露光した
いウエハＷが基板テーブル１８にロードされる。

【００５３】次に、ステップ１０２において、制御装置
５９の制御のもとで、後述するウエハＷ表面におけるレ
ジスト平坦領域の形状測定以外の露光準備用計測を行
う。すなわち、基板テーブル１８上に配置された不図示
の基準マーク板を使用したレチクルアライメントや、更
にアライメント系ＡＳを使用したベースライン量の測定
が行われる。

【００５４】また、不図示のラフアライメント系によ
り、ウエハＷの中心位置とＺ軸回りの回転とが検出され
る。この検出結果として、ウエハＷの中心位置とウエハ
ステージＷＳＴの中心との差異（ΔＸ，ΔＹ）が求めら
れる。

【００５５】また、ウエハＷに対する露光が、第２層目
以降の露光であるときには、既に形成されている回路パ
ターンと重ね合わせ精度良く回路パターンを形成するた
め、上述のウエハＷの形状測定結果に基づいて、ウエハ
Ｗの移動すなわちウエハステージＷＳＴの移動を規定す
る基準座標系と、ウエハＷ上の回路パターンの配列すな
わちショット領域の配列に関する配列座標系との位置関
係が、アライメント系ＡＳを使用して高精度で検出され
る。

【００５６】次いで、サブルーチン１０３において、ウ
エハＷ表面におけるレジスト平坦領域（オートフォーカ
ス（ＡＦ）制御可領域）の形状が測定される。

【００５７】前提として、ウエハＷは、図５（Ａ）及び
図５（Ｂ）に総合的に示されるように、半径がＲ_Wのほ
ぼ円形であり、その表面にレジスト層ＰＲが形成されて
いる。このレジスト層ＰＲは、例えばスピンコートによ
るレジスト材の塗布によって形成され、ウエハＷの外縁
付近においては、リンス処理によりレジスト材が除去さ
れているものとする。ここで、レジスト層ＰＲの表面は
ほぼ平坦であるが、その外縁（以下、「エッジリンス」
という）付近は他のレジスト層ＰＲの表面領域と比べて
平坦度が劣っている。但し、エッジリンスにおける段差
に比べれば、はるかに小さな凹凸があるに過ぎないもの
とする。

【００５８】また、エッジリンスよりも所定距離Ｄ_EDだ
け内側に入れば、レジスト層ＰＲの表面は非常に平坦度
が高くなっていることが知られているものとする。そこ
で、サブルーチン１０３においては、エッジリンス位置
を４箇所で検出し、その検出結果に基づき、複数点レジ
スト平坦領域の形状として、その内部領域であれば平坦
度が保証されるウエハＷの中心位置を中心とする円の中
で、最も広い円の半径Ｒ_Dを求めるものとする。

【００５９】なお、本実施形態では、エッジリンスの計
測位置は、図６（Ａ）に示されるように、紙面の左下
（ｎ＝１）、右下（ｎ＝２）、右上（ｎ＝３）、及び左
上（ｎ＝４）の４箇所としている。そして、図６（Ｂ）
に示されるように、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０
ｂ）中の９個のフォーカスセンサＳ_3,1〜Ｓ_3,9から成る
センサ群ＭＰＳを使用してエッジリンス位置を検出して
いる。

【００６０】なお、ウエハＷの中心位置を原点とし、Ｘ
方向の反対方向をＸ_W方向とし、Ｙ方向の反対方向をＹ_W
方向とするウエハ座標系（Ｘ_WＹ_W座標系）を考える。こ
のＸ_WＹ_W座標系において、センサ群ＭＰＳの中央のフォ
ーカスセンサＳ_3,5の位置を（Ｘ_C，Ｙ_C）とすると、フ
ォーカスセンサＳ_3,k（ｋ＝１〜９）の位置は（Ｘ_C＋
（ｋ−５）・ＤＸ，Ｙ_C）となっている。以下、センサ
群ＭＰＳの中央のフォーカスセンサＳ_3,5のＸ_WＹ_W座標
系における位置（Ｘ_C，Ｙ_C）をセンサ群ＭＰＳの位置と
も呼ぶものとする。ここで、ウエハ干渉計３１の測長軸
で定義されるウエハステージ座標系（ＸＹ座標系）にお
けるウエハステージＷＳＴの中心位置を（Ｘ_S，Ｙ_S）と
すると、Ｘ_C＝Ｘ_S＋ΔＸ，Ｙ_C＝Ｙ_S＋ΔＹとなっている。すなわち、ウエハ干渉計３１による計測
結果を、ラフアライメント計測により求められたウエハ
ステージＷＳＴの中心位置とウエハＷの中心位置との差
異（ΔＸ，ΔＹ）によって補正することにより、Ｘ_WＹ_W
座標系におけるセンサ群ＭＰＳ、ひいては、各フォーカ
スセンサＳ_3,kの位置を求めることができる。以下、セ
ンサ群ＭＰＳやフォーカスセンサＳ_3,kの位置をいうと
きは、特にことわらない限り、Ｘ_WＹ_W座標系における位
置をいうものとする。

【００６１】サブルーチン１０３では、図７に示される
ように、まず、ステップ１１１において、ウエハステー
ジＷＳＴのピッチング量及びローリング量がともに０に
設定される。こうしたウエハステージＷＳＴのピッチン
グ量及びローリング量の設定は、ウエハ干渉計３１から
の位置情報（速度情報）に基づいて、主制御計２０（よ
り詳しくは、制御装置４９）がウエハステージ駆動部２
４を介して行う。

【００６２】引き続き、ステップ１１２において計測位
置パラメータｎを１に設定する。

【００６３】次に、ステップ１１３において、センサ群
ＭＰＳの位置（Ｘ_C，Ｙ_C）が第１番目の計測開始位置
（Ｘ１，Ｙ１_S）となるように、ウエハＷが移動され
る。ここで、計測開始位置（Ｘ１，Ｙ１_S）は、図６
（Ａ）に示されるように、ウエハＷ上の位置であり、か
つ、後述するように、フォーカスセンサＳ_3,kの全てが
十分にウエハＷの内側となる位置に設定されている。か
かるウエハＷの移動も、ウエハ干渉計３１からの位置情
報（速度情報）に基づいて、主制御系２０が、ウエハス
テージ駆動部２４を介して、ウエハステージＷＳＴを移
動制御することにより、行われる。

【００６４】図７に戻り、引き続き、ステップ１１４に
おいて、図６（Ａ）に示されるように、ウエハＷを＋Ｙ
方向移動させることにより、ウエハＷに対してフォーカ
スセンサＳ_3,kを計測終了位置であるウエハＷの外部ま
で＋Ｙ_W方向に相対移動させる。なお、この場合の移動
においては、オートフォーカス・レベリング制御は行わ
ない。かかるウエハＷの移動にあたっては、ウエハＷ、
まず、加速され、その後等速移動するように移動制御さ
れる。ここで、ウエハＷが等速移動となった時点で、ま
だ、フォーカスセンサＳ_3,kの全てがレジスト層ＰＲ表
面の平坦部にあることが保証されるように、上述の計測
開始位置（Ｘ１，Ｙ１_S）、加速度、及び等速移動速度
が設定されている。なお、ウエハＷが等速移動となった
時点で、フォーカスセンサＳ_3,kの全てがレジスト層Ｐ
Ｒ表面の平坦部にあることを保証するために、ウエハＷ
が等速移動となった時点で、ウエハＷの中心位置を中心
とし、フォーカスセンサＳ_3,kの全てがレジスト層ＰＲ
表面の平坦部にあることが保証される半径Ｒ_Tの円の内
部にフォーカスセンサＳ_3,kの全てが入るようにしてい
る。

【００６５】以上のようにして、ウエハＷが＋Ｙ方向に
移動すると、フォーカスセンサＳ_3, _kそれぞれは、図８
に示されるように、直線上の軌跡Ｔ１_kを辿る。なお、
図８では、Ｘ_W方向で最もウエハ外縁にフォーカスセン
サ（ここでは、フォーカスセンサＳ_3,9）の経路Ｔ１₉に
おいて、ウエハＷが等速移動となっていることが確実な
位置のウエハＷ中心からの距離をＲ_Tとし、距離Ｒ_Tを半
径とする円を点線で表している。

【００６６】そして、フォーカスセンサＳ_3,kは、軌跡
Ｔ１_k上の各位置におけるＺ位置Ｚ１ _k（Ｙ_W）を検出す
る。こうして検出されたＺ位置Ｚ１_k（Ｙ_W）は、信号選
択処理装置６２からフォーカス位置信号ＡＦＤとして、
主制御系２０に供給される。主制御系２０では、フォー
カス信号ＡＦＤをフォーカス信号収集装置４１が受信
し、フォーカス信号データ格納領域５１に格納する。こ
うして格納されたフォーカス信号に含まれているＺ位置
Ｚ１_k（Ｙ_W）は、図９（Ａ）に示されるウエハＷの外縁
（ウエハエッジ）、レジスト層のエッジリンスと対応し
て示されている図９（Ｂ）に示されるような、Ｙ_W位置
の変化に応じた変化形態となっている。

【００６７】図７に戻り、次に、ステップ１１５におい
て、軌跡Ｔ１_kごとにエッジリンス位置（半径）を算出
する。この推定にあたっては、まず、ローパスフィルタ
リング演算器４３が、フォーカス信号収集装置４１がフ
ォーカス位置信号を読み出して、予め定められた遮断周
波数ｆ_Cを使用して、ローパスフィルタリング処理を施
す。こうして得られたフィルタリング信号ＦＺ１
_k（Ｙ_W）の波形が、図９（Ｃ）に示されている。ローパ
スフィルタリング演算器４３は、求められたフィルタリ
ング信号ＦＺ１_k（Ｙ_W）をフィルタリング信号データ格
納領域５２に格納する。

【００６８】引き続き、微分演算器４４が、フィルタリ
ング信号データ格納領域５２からフィルタリング信号Ｆ
Ｚ１_k（Ｙ_W）を読み出し、１次微分処理を施した後、更
に微分処理を施して、２次微分処理を行う。こうして得
られた１次微分信号ＳＺ１_k（Ｙ_W）の波形及び２次微分
信号ＴＺ１_k（Ｙ_W）の波形が、図９（Ｄ）及び図９
（Ｅ）に示されている。微分演算器４４は、求められた
２次微分信号ＴＺ１_k（Ｙ_W）を微分信号データ格納領域
５３に格納する。

【００６９】次いで、外縁位置検出装置４５が、微分信
号データ格納領域５３から２次微分信号ＴＺ１_k（Ｙ_W）
を読み出し、予め実験的に求められた値ＴＺ_THを使用し
て、軌跡Ｔ１_kそれぞれにおける推定エッジリンス位置
（Ｘ１＋（ｋ−５）・ＤＸ，ＹＥ１_k）を求める。ここ
で、外縁位置検出装置４５は、２次微分信号ＴＺ１
_k（Ｙ_W）の値が値ＴＺ_THとなるＹ位置の内で、平坦部に
あることが保証される半径Ｒ_Tの円の外部の点であっ
て、かつ、最もウエハＷの内側にある点のＹ位置を、Ｙ
位置ＹＥ１_kとして求める。なお、１次微分信号ＳＺ１_k
（Ｙ_W）ではなく２次微分信号ＴＺ１_k（Ｙ_W）を用いて
推定エッジリンス位置を求めるのは、何らかの理由によ
りウエハステージＷＳＴの走り面（移動面）とウエハＷ
の表面とが平行でなくなった場合、フォーカス信号Ｚ１
_k（Ｙ_W）全体が傾斜し、１次微分信号ＳＺ１_k（Ｙ_W）に
オフセットが生じるからである。そこで、オフセットが
生じるおそれのない２次微分信号ＴＺ１_k（Ｙ_W）を用い
て推定エッジリンス位置を求めることとしている。

【００７０】引き続き、外縁位置検出装置４５は、軌跡
Ｔ１_kそれぞれにおける推定エッジリンス位置（Ｘ１＋
（ｋ−５）・ＤＸ，ＹＥ１_k）それぞれから推定される
エッジリンス円の半径ＲＥ１_kを、次式（１）により求
める。ＲＥ１_k＝｛（Ｘ１＋（ｋ−５）・ＤＸ）²＋（ＹＥ１_k）²｝^1/2 …（１）そして、外縁位置検出装置４５は、求められた半径ＲＥ
１_kを外縁位置データ格納領域５４に格納する。

【００７１】図７に戻り、次に、ステップ１１６におい
て、「ｎ＜４」であるか否か、すなわち、全ての計測位
置において、半径ＲＥｎ_k（ｎ＝１〜４）が求められた
か否かが判定される。この段階では、「ｎ＝１」であ
り、第１番目の計測位置でのみ半径ＲＥｎ_kが求められ
たのみなので、肯定的な判定がなされる。そして、処理
がステップ１１７に移行する。

【００７２】ステップ１１７では、「ｎ←ｎ＋１」が行
われる。そして、処理がステップ１１３に移行する。

【００７３】以後、上記と同様にして、半径ＲＥ２_k，
半径ＲＥ３_k，及び半径ＲＥ４_kが順次求められ、外縁位
置データ格納領域５４に格納される。このように４箇所
の計測位置で計測を行うのは、ウエハＷ上におけるフォ
ーカス位置検出用ビームのスリット状の照射領域形状を
考えると、対称性により、ｎ＝１の計測位置とｎ＝３の
計測位置とではフォーカス信号Ｚｎ_k（Ｙ_W）が同一形状
となり、ｎ＝２の計測位置とｎ＝４の計測位置とではフ
ォーカス信号Ｚｎ_k（Ｙ_W）が同一形状となるはずである
が、実際には、４箇所全てでフォーカス信号Ｚｎ
_k（Ｙ_W）の形状が全く異なってしまうからである。

【００７４】以上のようにして、４箇所の計測位置の全
てで半径ＲＥｎ_kが求められると、ステップ１１６にお
いて否定的な判定がなされる。そして、処理がステップ
１１８に移行する。

【００７５】ステップ１１８では、形状パラメータ算出
装置４６が、外縁位置データ格納領域５４から半径ＲＥ
ｎ_k（ｎ＝１〜４）を読み出して、レジスト平坦部の半
径Ｒ_Dを算出する。かかる半径Ｒ_Dの算出にあたって、形
状パラメータ算出装置４６は、まず、計測位置ごと（ｎ
の値ごと）に、９つの半径ＲＥｎ_kの中央値（メディア
ン）ＭＲＥｎとし、予め定められた値をαとして、 |ＲＥｎ_k−ＭＲＡｎ|＞α …（２）を満たす半径ＲＥｎ_kがあるか否かを判定する。

【００７６】この判定の結果、（２）式を満たす半径Ｒ
Ｅｎ_kがあるときには、形状パラメータ算出装置４６
は、半径ＲＥｎ_kを除いた半径ＲＥｎ_jの平均値ＲＥｎを
計測位置ごとに算出する。ここで、９つの半径ＲＥｎ_k
の平均を算出せずに、中央値ＭＲＥｎから値αよりも離
れた半径ＲＥｎ_kを取り除いた後に平均を算出したの
は、９個のフォーカスセンサＳ_3,1〜Ｓ_3,9全ての計測条
件が最適であるとは限らないため、他と大きく異なる半
径値となる場合があるので、このような半径値の平均値
ＲＥｎの算出結果への寄与を防止するためである。

【００７７】引き続き、形状パラメータ算出装置４６
は、ステップ１１９において、求められた４つの値ＲＥ
ｎ（ｎ＝１〜４）について、大きなばらつきがあるか否
かを、予め定められた値をβとして、Ｍａｘ（ＲＥｎ）−Ｍｉｎ（ＲＥｎ）＞β …（３）によって判定する。この判定が否定的な場合には、形状
パラメータ算出装置４６は、４つの半径ＲＥｎの平均値
ＲＥをエッジリンス半径として求める。そして、設計上
のエッジリンス付近の平坦度が劣る領域の幅にマージン
を加味した幅をＤ _EDとして、レジスト層平坦部の半径Ｒ
Ｄを、次式（４）により求める。ＲＤ＝ＲＥ−Ｄ_ED …（４）

【００７８】そして、形状パラメータ算出装置４６は、
オートフォーカス・レベリング制御の制御不可幅Ｄ
_Dを、次式（５）により求める。Ｄ_D＝Ｒ_W−ＲＤ …（５）こうして求められた制御不可幅Ｄ_Dを、形状パラメータ
算出装置４６は、形状パラメータ値格納領域５５に格納
する。

【００７９】一方、ステップ１１９において、（３）式
による判定が肯定的であった場合には、ステップ１２０
において、形状パラメータ算出装置４６はエラー表示を
し、作業者による制御不可幅Ｄ_Dの入力を促す。そし
て、制御不可幅Ｄ_Dが入力されると、その制御不可幅Ｄ_D
を形状パラメータ値格納領域５５に格納する。

【００８０】こうして、制御不可幅Ｄ_Dの決定が完了す
ると、サブルーチン１０３の処理を終了し、処理が、図
４のステップ１０４に移行する。

【００８１】ステップ１０４では、ウエハＷの露光が行
われる。この露光動作にあたって、まず、ウエハＷのＸ
Ｙ位置が、ウエハＷ上の最初のショット領域（ファース
ト・ショット）の露光のための走査開始位置となるよう
に、基板テーブル１８が移動される。この移動は、ウエ
ハ干渉計３１からの位置情報（速度情報）等（第２層目
以降の露光の場合には、基準座標系と配列座標系との位
置関係の検出結果、ウエハ干渉計３１からの位置情報
（速度情報）等）に基づき、主制御系２０によりウエハ
駆動部２４等を介して行われる。同時に、レチクルＲの
ＸＹ位置が、走査開始位置となるように、レチクルステ
ージＲＳＴが移動される。この移動は、主制御系２０に
より不図示のレチクル駆動部等を介して行われる。

【００８２】次に、主制御系２０が、上述の制御不可幅
Ｄ_Dに基づいて、オートフォーカス可能領域に検出点が
存在するセンサの中から、オートフォーカス・レベリン
グ制御を行うためのセンサを選択する。引き続き、主制
御系２０からの指示に応じて、多点フォーカス位置検出
系（６０ａ，６０ｂ）によって検出されたウエハＷのＺ
位置情報、レチクル干渉計１６によって計測されたレチ
クルＲのＸＹ位置情報、ウエハ干渉計３１によって計測
されたウエハＷのＸＹ位置情報に基づき、不図示のレチ
クル駆動部及びウエハ駆動部２４を介して、ウエハＷの
面位置の調整を行いつつ、レチクルＲとウエハＷとを相
対移動させて走査露光を行う。

【００８３】こうして、最初のショット領域の露光が終
了すると、次のショット領域の露光のための走査開始位
置となるように、ウエハステージＷＳＴが移動されると
ともに、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となる
ように、レチクルステージＲＳＴが移動される。そし
て、当該ショット領域に関する走査露光が、上述の最初
のショット領域と同様にして行われる。以後、同様にし
て各ショット領域について走査露光が行われ、露光が完
了する。

【００８４】そして、ステップ１０５において、不図示
のウエハローダにより、ウエハＷがウエハステージＷＳ
Ｔからアンロードされる。こうして、ウエハＷに関する
露光動作が終了する

【００８５】以下、ウエハごと、露光ロットごと、ある
いは、製造プロセスごとに、必要に応じて制御不可幅Ｄ
_Dを測定しながら、多数のウエハの露光が行われる。

【００８６】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、Ｚ方向に関するウエハＷの表面の位置を、ウエハＷ
の表面上の複数の点それぞれから前記物体の外部へ至る
複数の経路に沿って計測し、それらの複数の経路ごと
に、大きな段差が生じているエッジリンス位置を検出す
る。この結果、エッジリンスの形状を精度良くかつ自動
的に測定することができる。

【００８７】また、複数の経路に沿ったＺ方向に関する
ウエハＷの表面の位置の計測信号をローパスフィルタリ
ング処理してエッジリンス位置を検出するので、高周波
ノイズを除去することができ、精度良くエッジリンス位
置を検出することができる。

【００８８】また、複数の経路に沿ったＺ方向に関する
ウエハＷの表面の位置の計測信号をローパスフィルタリ
ング処理したフィルタリング信号を微分処理してエッジ
リンス位置を検出するので、段差の検出を精度良くで
き、精度良くエッジリンス位置を検出することができ
る。

【００８９】また、２次微分処理した２次微分信号を使
用してエッジリンス位置を検出するので、ウエハＷの傾
斜によるオフセットが発生せず、精度良くエッジリンス
位置を検出することができる。

【００９０】また、精度良く求められたエッジリンスの
形状に基づいて、オートフォーカス・レベリング制御の
可能領域を求めるので、精度良くオートフォーカス・レ
ベリング制御の可能領域の範囲を知ることができる。

【００９１】また、精度良く求められたオートフォーカ
ス・レベリング制御の可能領域の範囲内で、フォーカス
位置検出を行いつつ、露光を行うので、レチクルＲに形
成されたパターンをウエハＷに精度良く転写することが
できる。

【００９２】また、オートフォーカス・レベリング制御
用の多点フォーカス位置検出系（６０ａ，６０ｂ）を使
用して、オートフォーカス・レベリング制御の可能領域
を求めるので、装置構成を従来から大きく変更すること
なく、オートフォーカス・レベリング制御の可能領域の
範囲を求めることができる。

【００９３】なお、上記の実施形態では、多点フォーカ
ス位置検出系（６０ａ，６０ｂ）を使用して、ウエハ表
面におけるエッジリンス位置を検出したが、別途にウエ
ハ表面におけるエッジリンス位置の検出用のセンサを装
備することも可能である。

【００９４】また、上記の実施形態では、９個のセンサ
を同時に使用して、９経路に沿って同時にエッジリンス
位置を検出したが、同時に使用するセンサの数はいくつ
であってもよい。例えば、センサの数が１つであって
も、複数の経路について１つずつ順次エッジリンス位置
を検出すればよい。

【００９５】また、エッジリンス位置を精度良く計測す
るためには、遮断周波数ｆ_Cや値ＴＺ_TH，α，βを適切
に設定する必要があるが、こうした値の決定のために、
上記の実施形態における自動計測以外に、作業者がこれ
らの値の設定を自由にでき、計測結果を確認できる、い
わゆるアシストモードを更に設けておくことが好まし
い。

【００９６】また、上記の実施形態では、値ＴＺ_THを全
ての計測位置で共通な値を使用したが、計測位置ごとに
異なる値を使用することも可能である。

【００９７】また、上記の実施形態では、ウエハステー
ジＷＳＴを１つだけ備える構成としたが、図１０に示さ
れる露光装置１５０のように、互いに独立して２次元移
動が可能な２つのウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２を
備える構成の露光装置にも、本発明を適用することがで
きる。なお、以下における露光装置１５０の説明にあた
って、露光装置１００の各構成要素と同一又は同等な構
成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略す
る。

【００９８】図１０に示されるように、この変形例の露
光装置１５０は、図１の露光装置１００と比べて、
（ａ）投影光学系ＰＬから等距離の位置に設けられたア
ライメント系ＡＳ１，ＡＳ２と、（ｂ）アライメント系
ＡＳ１に対応して設けられた多点フォーカス位置検出系
（６４ａ，６４ｂ）と、（ｃ）アライメント系ＡＳ２に
対応して設けられた多点フォーカス位置検出系（６６
ａ，６６ｂ）とを備えている点に特徴を有している。ま
た、露光装置１５０は、ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳ
Ｔ２それぞれのＸＹ位置及び回転を検出するために、
（ｃ）ウエハステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２のＸ移動鏡に
対して干渉計ビームを照射するウエハ干渉計３１Ａ，３
１Ｂを備える構成となっている。その他の部分は、前述
した露光装置１００と同様に構成されている。

【００９９】この露光装置１５０では、上記のように互
いに独立して２次元移動がウエハステージＷＳＴ１，Ｗ
ＳＴ２上にそれぞれ載置されたウエハＷ１，Ｗ２につい
て、一方のウエハについて上述の実施形態と同様の走査
露光を各ショット領域に対して順次行っている最中に、
他方のウエハについて上述の実施形態と同様のファイン
アライメント及び形状測定を行うという、並行動作が可
能となっている。すなわち、多点フォーカス位置検出系
（６０ａ，６０ｂ）によって、走査露光中のオートフォ
ーカス・レベリング制御が実行されるとともに、これと
並行して、アライメント系ＡＳ１又はアライメント系Ａ
Ｓ２によるファインアライメント動作、及び多点フォー
カス位置検出系（６４ａ，６４ｂ）又は多点フォーカス
位置検出系（６６ａ，６６ｂ）によるフォーカス制御可
能領域（レジスト平坦領域）の形状測定動作を行うこと
ができる。この結果、露光精度及びスループットを向上
して、露光を行うことができる。

【０１００】本発明は、半導体素子の製造に用いられる
露光装置だけでなく、液晶表示素子、プラズマディスプ
レイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバ
イスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、
薄膜磁気へッドの製造に用いられる、デバイスパターン
をセラミックウエハ上に転写する露光装置、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。

【０１０１】また、半導体素子などのマイクロデバイス
だけでなく、光露光装置、ＥＵＶ（Extreme Ultraviole
t）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。

【０１０２】さらに、本発明は、露光装置に限らず、そ
の他の基板の処理装置（例えば、レーザリペア装置、基
板検査装置その他）、あるいはその他の精密機械におけ
る試料の形状測定にも広く適用できる。

【０１０３】また、本発明に係る露光装置では、投影光
学系に限らず、Ｘ線光学系、電子光学系等の荷電粒子線
光学系を用いることもできる。例えば、電子光学系を用
いる場合には、光学系は電子レンズ及び偏向器を含んで
構成することができ、電子銃として、熱電子放射型のラ
ンタンへキサボライト（ＬａＢ₆）、夕ンタル（Ｔａ）
を用いることができる。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。また、本発明に
係る露光装置では、露光用照明光として、前述した遠紫
外域、真空紫外域の光に限らず、波長５〜３０ｎｍ程度
の軟Ｘ線領域のＥＵＶ光を用いても良い。

【０１０４】また、例えば真空紫外光としては、ＡｒＦ
エキシマレーザ光やＦ₂レーザ光などが用いられるが、
これに限らず、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレー
ザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ
光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビ
ウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅
し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調
波を用いても良い。

【０１０５】また、上記実施形態では、投影光学系とし
て縮小系を用いる場合について説明したが、投影光学系
は等倍系および拡大系のいずれでも良い。

【０１０６】なお、複数のレンズ等から構成される照明
ユニット、投影光学系などを露光装置本体に組み込み、
光学調整をする。そして、上記の多点フォーカス位置検
出系、ウエハステージ、レチクルステージ、並びにその
他の様々な部品を機械的及び電気的に組み合わせて調整
し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすること
により、上記実施形態の露光装置１００等の本発明に係
る露光装置を製造することができる。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。

【０１０７】《デバイスの製造》次に、上記の実施形態
の露光装置及び方法を使用したデバイスの製造について
説明する。

【０１０８】図１１には、本実施形態におけるデバイス
（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の生産のフロ
ーチャートが示されている。図１１に示されるように、
まず、ステップ２０１（設計ステップ）において、デバ
イスの機能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計
等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を
行う。引き続き、ステップ２０２（マスク製作ステッ
プ）において、設計した回路パターンを形成したマスク
を製作する。一方、ステップ２０３（ウエハ製造ステッ
プ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造
する。

【０１０９】次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステッ
プ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成す
る。次いで、ステップ２０５（デバイス組立ステップ）
において、ステップ２０４において処理されたウエハを
用いてチップ化する。このステップ２０５には、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）等の工程が含まれる。

【０１１０】最後に、ステップ２０６（検査ステップ）
において、ステップ２０５で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。こうした工
程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【０１１１】図１２には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されてい
る。図１２において、ステップ２１１（酸化ステップ）
においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２
（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形
成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）において
はウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２
１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオ
ンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４
それぞれは、ウエハプロセスの各段階の前処理工程を構
成しており、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。

【０１１２】ウエハプロセスの各段階において、前処理
工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行
される。この後処理工程では、まず、ステップ２１５
（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を
塗布し、引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）に
おいて、上記で説明した実施形態の露光装置及び露光方
法によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光す
る。次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては
露光されたウエハを現像し、引き続き、ステップ２１８
（エッチングステップ）において、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。そして、ステップ２１９（レジスト除去ステッ
プ）において、エッチングが済んで不要となったレジス
トを取り除く。

【０１１３】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。

【０１１４】以上のようにして、精度良く微細なパター
ンが形成されたデバイスが製造される。

【０１１５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
形状測定方法によれば、物体の表面における所定領域の
形状を精度良く測定することができる。

【０１１６】また、本発明の形状測定装置によれば、本
発明の形状測定方法により、物体の表面における所定領
域の形状を測定するので、当該所定領域の形状を精度良
く測定することができる。

【０１１７】また、本発明の露光方法によれば、本発明
の形状測定方法により測定された基板の平坦領域の少な
くとも１点における基板表面の法線方向の位置情報を検
出し、検出された位置情報に基づいて基板の位置を制御
しつつ露光を行うので、高精度な露光を効率良く行うこ
とができる。

【０１１８】また、本発明の露光装置によれば、本発明
の露光方法を使用して露光を行うことができるので、高
精度な露光を効率良く行うことができる。

【０１１９】また、本発明のデバイス製造方法によれ
ば、リソグラフィ工程において本発明の露光方法を使用
して基板の露光を行うので、微細なパターンを有する高
集積度のデバイスを生産することできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示
す図である。

【図２】ウエハ表面の露光領域ＩＡ近傍に形成される４
５個のスリット像の配置を示す平面図である。

【図３】図１の主制御系の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】図１の装置による露光動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、ウエハの構成を
説明するための図である。

【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、計測位置を説明
するための図である。

【図７】図５の形状測定サブルーチンにおける動作を説
明するためのフローチャートである。

【図８】計測経路を説明するための図である。

【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｅ）は、計測結果及び加工
結果を説明するためのグラフである。

【図１０】変形例の露光装置の構成を概略的に示す図で
ある。

【図１１】デバイス製造方法を説明するためのフローチ
ャートである。

【図１２】図１１のウエハ処理ステップにおける処理の
フローチャートである。

【符号の説明】２４…ウエハステージ駆動部（基板ステージ駆動装置、
駆動装置）、４２…信号処理装置（処理装置）、６０ａ
…照射光学系（計測装置の一部）、６０ｂ…受光光学系
（計測装置の一部）、ＰＬ…投影光学系（結像式光学
系）、Ｗ…ウエハ（基板、物体）、ＷＳＴ…ウエハステ
ージ（基板ステージ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA51 CC19 FF44 HH05 HH12 JJ03 JJ05 JJ08 LL28 MM02 PP12 QQ13 QQ33 UU02 2F069 AA01 AA66 BB15 GG07 HH09 JJ13 JJ14 JJ27 NN04 NN05 PP02 5F046 DA13 DB05 DB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の表面における所定領域の形状を測
定する形状測定方法であって、前記物体の表面の法線方向に関する前記物体の表面の位
置情報を、前記物体の表面上の複数の点それぞれから前
記物体の外部へ至る複数の経路に沿って計測する第１工
程と；前記第１工程における計測結果に基づいて、前記
所定領域の形状を求める第２工程と；を含む形状測定方
法。
【請求項２】前記複数の経路それぞれは直線経路であ
ることを特徴とする請求項１に記載の形状測定方法。
【請求項３】前記第２工程は、前記複数の経路におけ
る計測結果の波形それぞれに、低周波成分を抽出するロ
ーパスフィルタリング処理を施すローパスフィルタリン
グ工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の
形状測定方法。
【請求項４】前記第２工程は、前記ローパスフィルタ
リング処理で得られた波形それぞれに、微分処理を施す
微分工程を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の
形状測定方法。
【請求項５】前記第２工程は、前記複数の経路におけ
る計測結果の波形それぞれに、微分処理を施す微分工程
を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の形状測
定方法。
【請求項６】前記微分工程では、２次微分処理を行う
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の形状測定方
法。
【請求項７】前記物体は、その表面に感光剤がほぼ平
坦に塗布された基板であることを特徴とする請求項１〜
６のいずれか一項に記載の形状測定方法。
【請求項８】前記感光剤は、前記基板の辺縁付近にお
いて除去されていることを特徴とする請求項７に記載の
形状測定方法。
【請求項９】前記所定領域は、前記基板の全体領域及
び前記感光剤の塗布領域の少なくとも一方であることを
特徴とする請求項８に記載の形状測定方法。
【請求項１０】物体の表面における所定領域の形状を
測定する形状測定装置であって、前記物体の表面の法線方向に関する前記物体の表面上の
少なくとも１点の位置情報を計測する計測装置と；前記
物体と前記計測装置とを、前記物体の表面と平行な方向
に沿って相対移動させる駆動装置と；前記駆動装置によ
って前記物体と前記計測装置とを相対移動中に前記計測
装置によって計測された、前記物体の表面上の複数の点
それぞれから前記物体の外部へ至る複数の経路に沿った
計測結果に基づいて、前記所定領域の形状を求める処理
装置と；を備える形状測定装置。
【請求項１１】前記物体は、その表面に感光剤がほぼ
平坦に塗布された基板であることを特徴とする請求項１
０に記載の形状測定装置。
【請求項１２】露光ビームを基板に照射することによ
り、所定のパターンを前記基板上に形成する露光方法で
あって、前記基板表面の平坦領域の形状を、請求項７〜９のいず
れか一項に記載の形状測定方法を使用して測定する形状
測定工程と；前記形状測定工程における測定結果から得
られる前記基板表面の平坦領域の少なくとも１点に関す
る前記基板表面の法線方向の位置情報を検出し、前記位
置情報検出結果に基づいて、前記基板における前記露光
ビームの照射領域の少なくとも前記法線方向に関する位
置を制御しつつ、前記露光ビームを前記基板に照射する
露光工程と；を含む露光方法。
【請求項１３】前記露光工程では、前記基板表面の平
坦領域における複数の点に関する前記基板表面の法線方
向の位置情報を検出し、前記基板の前記基板における前
記露光ビームの照射領域の前記法線方向に関する位置及
び姿勢を制御することを特徴とする請求項１２に記載の
露光方法。
【請求項１４】露光ビームを基板に照射することによ
り、所定のパターンを前記基板上に形成する露光装置で
あって、前記基板を保持して移動する基板ステージと；前記基板
ステージを移動させる基板ステージ駆動装置と；前記基
板ステージ駆動装置を駆動装置とする請求項１１に記載
の形状測定装置と；を備える露光装置。
【請求項１５】前記所定のパターンを前記基板上に結
像する結像式光学系を更に備え、前記形状測定装置の前記計測装置は、前記結像式光学系
の光軸方向に関する基準点からのズレを計測することを
特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
【請求項１６】リソグラフィ工程を含むデバイス製造
方法において、前記リソグラフィ工程で、請求項１２又は１３に記載の
露光方法を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス
製造方法。