JP3206464B2 - 基板の姿勢制御方法、装置及び露光方法、露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は基板の姿勢制御方法およ
び装置に関し、特に投影露光装置で用いられる半導体素
子製造用のマスク基板、又は半導体ウェハ等の基板の姿
勢制御方法及び装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種の装置は、例えば特開昭５
８−１０３１３６号公報に開示されているように、予め
マスク基板、又はウェハの表面の３点以上の高さ位置を
計測し、その各計測値に基づいて基板表面の近似平面を
求め、この近似平面が所定の水平面と平行になるように
基板を保持するチャックをレベリング（チルティング）
させ、その後露光を行っていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の技術
においては、基板上の３点以上の位置を測定し、その結
果から基板を、目標とする姿勢にするための駆動軸の駆
動量を算出し、駆動するという方法であるため、駆動後
の基板の位置の精度の向上に難点があった。すなわち、
測定系と駆動系はおのおの独立しているため、駆動する
精度が悪いと、測定系の精度がいくら良くても正しい位
置決め精度が得られず、また駆動する精度を良くして
も、測定系の精度が駆動する精度よりも悪いとよい精度
が得られないからである。 【０００４】本発明はこの様な従来の問題点に鑑みてな
されたもので、基板の制御位置の精度の向上及び基板の
制御位置の精度の向上させた状態で露光を行うことによ
り露光の性能を向上させることを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の本発明は、投影光学系の最良結像
面に対して基板上の複数のショット領域をレベリングす
る基板の姿勢制御方法であって、基板上の異なる４点以
上の計測点において投影光学系の光軸方向の位置を計測
し、各計測点の計測結果から、２次以上の式で表される
基板表面の高次平面を求め、高次平面に基づいて、基板
上の任意のショット領域について最も近似された傾斜量
を求めることにより、複数のショット領域毎にレベリン
グを行うことを特徴とする。 【０００６】また、請求項３記載の本発明は、投影光学
系の最良結像面に対して基板上の複数のショット領域を
レベリングする基板の姿勢制御装置であって、投影光学
系の光軸方向における基板の位置を計測する計測手段
と、基板上の異なる４点以上の計測点における計測手段
の計測結果から、２次以上の式で表される基板表面の高
次平面を求めるとともに、該高次平面に基づいて基板上
の任意のショット領域について最も近似された傾斜量を
求める演算手段と、演算手段で求められた傾斜量に基づ
いて、複数のショット領域毎にレベリングを行うレベリ
ング手段とを有することを特徴とする。 【０００７】 【作用】本発明に於いては、基板の表面構造に応じて精
度よく基板を姿勢制御できる。また、基板の表面構造に
応じて精度よく基板を姿勢制御でき露光精度が向上す
る。 【０００８】 【実施例】第１図は本発明の実施例による姿勢制御装置
が適用されるステップ・アンド・リピート方式の投影露
光装置の構成を示す。回路パターンを有するレチクルＲ
はレチクルホルダー２に保持され、均一な照度の照明光
ＩＬによって照明される。レチクルＲのパターンは投影
レンズＰＬによって半導体デバイス作成用のウェハＷに
結像投影される。ウェハＷはレベリングステージ９上に
載置され、３ケ所の駆動系１０、１１、１２によって任
意の方向に傾斜される。第１図ではウェハＷがテーパを
有し、このテーパを補正してウェハＷの表面と投影レン
ズＰＬの最良結像面（レチクルＲとの共役面）とを一致
（平行）させるためにレベリングステージ９を傾斜させ
た状態を誇張して表わしてある。これらレベリングステ
ージ９と駆動系１０、１１、１２は水平面内で２次元的
に平行移動するｘｙステージ８の上に設けられており、
ｘｙステージ８はモータ等を含むステージ駆動部３０に
よって駆動され、その座標位置はステージ干渉計３２に
よって逐次計測される。また上記レベリングステージ９
の駆動系１０、１１、１２のうち、本実施例では例えば
駆動系１０は固定とし、駆動系１１、１２の２つをそれ
ぞれ独立に上下動（投影レンズＰＬの光軸方向の動き）
させるものとする。この駆動系１１、１２はレベリング
駆動部３４からの駆動量指令に応答して上下動する。 【０００９】制御部３６はステージ干渉計３２からの計
測座標値に基づいて、ステージ駆動部３０へ所定の駆動
指令を出力するとともに、ｘｙ座標系の任意の位置にｘ
ｙステージ８（すなわちウェハＷ）を位置決めする。さ
て、投影レンズＰＬの最良結像面と、ウェハＷ上の局所
的なショット領域表面とを合致させるために、斜入射光
式フォーカスセンサーが設けられる。このセンサーは多
色ＬＥＤ、又はブロードな波長分布を有するハロゲンラ
ンプ等の光源３、集光レンズ４、スリット５、スリット
像の投影対物レンズ７、ウェハＷの表面からのスリット
像反射光を入射する受光対物レンズ１３、振動ミラー１
４、ハービングガラス（平行平板ガラス）６、受光スリ
ット１５、及び光電素子１６等で構成され、詳しくは特
開昭６０−１６８１１２号公報に開示されたものと同等
である。従って振動ミラー１４の作用によってスリット
像のウェハＷでの反射像がスリット１５を横切るように
振動し、この反射像の振動中心とスリット１５の中心と
が合致したとき、ウェハＷの表面と最良結像面とが一致
（合焦）するように設定されている。第１図には示して
いないが、光電素子１６からの光電信号（交流）は振動
ミラー１４の振動周波数に基づいて同期検波され、合焦
時にはＯＶとなり、フォーカスずれの前ピン、後ピンに
応じて正負に電圧変化するアナログ信号（所謂Ｓカーブ
信号）がフォーカス信号として得られる。このフォーカ
ス信号が常にＯＶになるように、不図示のＺステージ
（ｘｙステージ８内に含まれる）をサーボ制御により上
下動させることによって、各ショット領域毎にレチクル
Ｒのパターン像が合焦して露光される。またハービング
ガラス６は、受光スリット１５とスリット反射像の振動
中心とを相対的に変位させるもので、このハービングガ
ラス６を傾けることによって、合焦点として検出される
ウェハＷの表面高さを投影レンズＰＬの光軸方向にシフ
トさせる（フォーカスオフセットをかける）ことができ
る。ハービングガラス６の傾斜はハービング駆動部３８
によって行なわれるとともに、傾斜量（フォーカスオフ
セット）はロータリーエンコーダ１７を用いて検知され
る。 【００１０】ここで制御部３６は、ハービング駆動部３
８に２つのモードのうちのいずれか一方を実行するよう
に指令する。１つのモードは、ウェハＷの表面の多点で
高さ測定を行なうために、ハービングガラス６の傾斜を
所定の原点（又はプリセット点）に固定する高さ測定モ
ードであり、他のモードは、投影レンズＰＬの最良結像
面そのものが環境温度、湿度、大気圧又は露光エネルギ
ーの蓄積等の変動で光軸方向に変化するのに追従してハ
ービングガラス６の傾斜を逐次変化させていく追従モー
ドである。 【００１１】この追従モードによってハービングガラス
６を傾斜させる詳しい動作については、例えば特開昭６
１−１８３９２８号公報に開示されている。以上の斜入
射光式フォーカスセンサーは、同期検波型以外の方法で
もよく、例えばウェハ表面からの反射スリット像を一次
元フォトアレイ（ＣＣＤ等）や一次元ポジションセンサ
（ＰＳＤ等）によって受光し、その受光位置の変化から
焦点ずれを検出すれば同様の効果が得られる。また、ス
リット５のウェハ表面へのスリット像は、露光すべきシ
ョット領域のほぼ中央に投影されるため、実際に露光す
る部分の焦点合わせがリアルタイムに行なわれる。 【００１２】さて第２図はレベリングステージ９の構成
を示す図であり、ウェハＷはウェハホルダー（チャッ
ク）ＷＨに吸着され、このウェハホルダーＷＨはレベリ
ングステージ９に一体に設けられる。３ケ所の駆動系１
０、１１、１２は、ウェハＷの中心（あるいはホルダー
ＷＨのウェハＷ載置面の中心）から放射状に伸びた３本
の仮想線ｌ_a 、ｌ_b 、ｌ_c 上に位置し、線ｌ_a 、ｌ_b 、
ｌ_c はほぼ１２０゜の角度で開いている。またウェハ中
心から各駆動系１０、１１、１２の作用点までの距離
は、ともにほぼ等しいものとする。ここで以後の説明を
簡単にするため、固定点となる駆動系１０をＣ軸と呼
び、上下動する２つの駆動系１１、１２の夫々を、Ａ
軸、Ｂ軸と呼ぶことにする。また駆動系１１、１２には
Ａ軸、Ｂ軸の所定の原点からの高さ位置を検出するため
のポテンショメータが設けられている。このポテンショ
メータからの計測値は、後で詳しく述べるオープン制御
の際に使われる。尚、上記構成のレベリングステージ
は、例えば特開昭６２−２７４２０１号公報に開示され
ている。 【００１３】次に本実施例の動作について説明するが、
本実施例では従来と同様に予め測定しておいたウェハ表
面を所定の平面（ここでは最良像面）と平行（もしくは
一致）にするために、測定されたウェハ表面の傾き分だ
け駆動系１１、１２を所定量だけ一義的に駆動させるオ
ープン制御方式（オープン駆動）と、本実施例で最も特
徴とするモニタリング制御方式（クローズ駆動）との２
方式が択一的に実行できるように構成されている。 【００１４】第３図は上記オープン制御とモニタリング
制御のいずれか一方を実行して、ウェハＷの表面全体と
最良結像面とを平行に一致させるグローバルレベリング
の基本的なシーケンスを表わすフローチャート図であ
る。以下第３図の各ステップ１００〜１２８を説明す
る。 〔ステップ１００〕ここでは、ハービング駆動部３８が
２つのモードのうち追従モードでハービングガラス６を
傾斜制御している場合、このハービングガラス６の追従
を停止し、所定の原点へ復帰させて高さ測定モードに移
行させる。ハービングガラス６の傾斜はロータリーエン
コーダ１７によって検出されるため、原点への復帰は極
めて容易である。 【００１５】次に制御部３６は、ｘｙステージ８を移動
させて、ウェハＷのほぼ中心が投影レンズＰＬの光軸位
置にくるように位置決めし、その位置でフォーカスセン
サーから得られるフォーカス信号（Ｓカーブ信号）がＯ
ＶになるようにＺステージを上下動させる。Ｚステージ
の上下動が停止したら、その高さ位置を保って次のステ
ップ１０２を実行する。尚、このとき、ウェハ中心部の
表面はフォーカスセンサーに対しては合焦して設定され
るが、追従モードでないため最良結像面に対して合焦し
ているとは限らない。 〔ステップ１０２〕次に、予め指定しておいたウェハＷ
上の複数の測定点Ｐ_i （ｉ＝１、２、３…）の１つに、
フォーカスセンサーのスリット像が投影されるようにｘ
ｙステージ８を位置決めする。このときＺステージの上
下動は禁止されている。そして、測定点Ｐ_i でフォーカ
スセンサーから得られるフォーカス信号に基づいて、ハ
ービングガラス６の傾斜をサーボ制御し、測定点Ｐ_i が
フォーカスセンサーに対して合焦したのと同じ状態にす
る。これによってフォーカス信号（Ｓカーブ信号）がＯ
Ｖになったとき、制御部３６はハービング駆動部３８を
介してエンコーダ１７からの変化量を読み込む。この変
化量は、ウェハ中心点と測定点Ｐ_i との高さ方向の差に
相当している。 【００１６】以上の動作を複数の測定点Ｐ_i の全てに対
して同様に繰り返し、各測定点Ｐ_iのウェハ中心点に対
する高さ位置を測定する。一般に一つの平面は３点を決
めれば特定できるので、例えば第２図中に示した少なく
とも３つの測定点Ｐ_a 、Ｐ_b 、Ｐ_c を選ぶものとする。
もちろんこれ以上多くの測定点を選んでもよい。測定点
Ｐ_a 、Ｐ_b 、Ｐ_c はそれぞれ線ｌ_a 、ｌ_b、ｌ_c の上に
位置するものとし、測定点Ｐ_a とＡ軸の間隔、測定点Ｐ
_b とＢ軸の間隔、及び測定点Ｐ_c とＣ軸の間隔は、予め
定められているものとする。 〔ステップ１０４〕次に制御部３６は、複数の測定点Ｐ
_i の高さ位置と、各測定点Ｐ_i のｘｙ座標系上の位置、
すなわち測定点Ｐ_i の３次元座標値に基づいて、ウェハ
表面のｎ次平面方程式（現在の平面式）を算出する。本
実施例では最小二乗法を用いて１次平面方程式を算出す
るものとする。最小二乗法の適用については特開昭５８
−１０３１３６号公報に詳細に説明されているので、こ
こでは説明を省略する。 〔ステップ１０６〕次に、投影レンズＰＬの最良結像面
に相当した目標とする平面方程式（予め記憶されている
ものとする）と、先に求めた現在の１次平面方程式とを
比較し、目標平面に対してウェハ表面がどれぐらい傾い
ているかを算出する。 〔ステップ１０８〕次に算出された相対的な傾き（ズレ
量）が許容範囲か否かを判定する。この許容範囲の設定
は、投影レンズＰＬの焦点深度、ショット領域の大き
さ、ウェハＷの大きさ等を考慮して行なわれる。ここで
許容範囲に納まっていると判定されると、制御部３６は
ステップ１２０にジャンプし、ハービング駆動部３８を
高さ測定モードから追従モードに切替えてレベリング動
作を終了する。許容範囲外のときはステップ１１０を実
行する。 〔ステップ１１０〕ここでは、オペレータからの指示に
従って、オープン駆動とモニタリング駆動のうち、いず
れか一方を選択する。そこでまずオープン駆動が選択さ
れた場合を説明し、次にモニタリング駆動の場合につい
て説明する。 〔ステップ１１２〕まず、ステップ１０４で求められた
ウェハ表面の現在の平面方程式に基づいて、レベリング
駆動軸であるＡ軸とＢ軸との夫々の現在の平面との交点
の高さ位置Ｔ_a 、Ｔ_b を算出する。この交点の位置は各
駆動系１０、１１、１２のウェハ中心に対する距離によ
って予めわかっている。さらに制御部３６は、ウェハ表
面を目標平面と合致させたときのＡ軸とＢ軸の各高さ位
置Ｔ_a ' 、Ｔ_b ' を同様に算出し、現在の高さ位置との
差Ｓ_a 、Ｓ_b を求める。この演算により求められた各軸
Ａ、Ｂの差はＳ_a ＝Ｔ_a ' −Ｔ_a 、Ｓ_b ＝Ｔ_b ' −Ｔ_b
である。 〔ステップ１１４〕次に制御部３６は駆動系１１に設け
られているポテンショメータが現在値からＳ_a だけ変化
するようにＡ軸をサーボ制御により上下動させる。 〔ステップ１１６〕引き続き、又は同時に制御部３６
は、駆動系１２に設けられているポテンショメータの現
在値がＳ_b だけ変化するようにＢ軸をサーボ制御により
上下動させる。 【００１７】以上のステップ１１６によって、ウェハＷ
のオープン制御によるグローバルレベリングが終了す
る。 〔ステップ１１８〕ここでは、レベリング後のウェハ表
面が最良結像面と平行になったことをチェックするか否
かを判断し、チェックするときは再びステップ１０２か
ら同様に繰り返される。ここで、チェックの必要がない
ときは、次のステップ１２０が実行されて、オープン制
御方式による一連のグローバルレベリング動作が終了す
る。 【００１８】ところで、ステップ１１０においてモニタ
リング制御が選択されている場合は、オープン制御方式
と異なり独特のシーケンスを実行する。すなわちフォー
カスセンサーを用いて各駆動系１１、１２の作動後（又
は作動中）のウェハ表面の高さ位置をモニターしつつ、
より正確な面出し（姿勢制御）を行なう。以下、そのシ
ーケンスを第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を順次参照し
て説明する。 〔ステップ１２２〕まずこの時点でウェハＷの表面（現
在平面）は第４図（ａ）の点Ａ₁ 、Ｂ₁ 、Ｃ₁ の３点で
規定される面にあるものとする。点Ａ₁ 、Ｂ₁ 、Ｃ₁ の
各々は各軸Ａ、Ｂ、Ｃ上の点である。同様に目標とする
平面は点Ｃ₁ 、Ａ₃ 、Ｂ₃ の３点で規定される面にある
ものとする。また面Ａ₁ Ｂ₁ Ｃ₁ 上に設定された３つの
点Ｐ _a1、Ｐ_b1、Ｐ_c1の夫々は、第２図中に示した３つの
測定点Ｐ_a 、Ｐ_b 、Ｐ_c に対応しているものとする。こ
の測定点Ｐ_a 、Ｐ_b 、Ｐ_c は必らずしも第２図に示した
通りに定める必要はなく、任意の異なる位置（予め干渉
計３２で計測されている位置）でかまわない。ただし、
実際にモニタリング制御時にモニターする測定点は
Ｐ_a 、Ｐ_b の２点のみである。尚、面Ｃ₁ Ａ₃ Ｂ₃ 上に
設定された３つの点Ｐ_a3、Ｐ_b3、Ｐ_c3は各測定点Ｐ_a 、
Ｐ_b 、Ｐ_c の目標平面上での位置を表わす。 【００１９】さて、先のステップ１０８まで求められた
ウェハ表面の現在平面の一次平面方程式に基づいて、制
御部３６はＡ軸の高さ位置（点Ａ₁)だけを目標平面の高
さ置（点Ａ₃)に持っていた場合の第１段階の平面方程式
を求める。すなわち第４（ｂ）に示された面Ｃ₁ Ａ₃ Ｂ
₁ の１次平面方程式を求める。次に、Ａ軸に最も近い測
定点Ｐ_a の第１段階の平面Ｃ₁ Ａ₃ Ｂ₁ 上での点Ｐ_a2を
求め、この点Ｐ_a2の高さＨ_a を算出する。この高さＨ_a
はハービングガラス６の原点からの傾斜量、すなわちス
テップ１００で設定したフォーカス原点位置からのフォ
ーカスオフセット量に相当する。 〔ステップ１２４〕測定点Ｐ_a の平面Ｃ₁ Ａ₃ Ｂ₁ 上の
点Ｐ_a2の高さＨ_a が求まると、制御部３６は高さＨ_a 分
のハービング原点からのフォーカスオフセットがフォー
カスセンサーに与えられるようにハービング駆動部３８
を制御する。ハービング駆動部３８はエンコーダ１７か
らの読み値に基づいてハービングガラス６の傾斜駆動を
サーボ制御する。このオフセットを与えるとき、制御部
３６はフォーカスセンサーが測定点Ｐ_a を検出するよう
に、Ｚステージの高さ位置は固定したままｘｙステージ
８を位置決めする。 【００２０】次に制御部３６はフォーカスセンサーから
得られる測定点Ｐ_a の高さに応じたフォーカス信号がＯ
ＶになるようにＡ軸（駆動系１１）のみを上下方向に駆
動する。これはフォーカス信号を駆動系１１のサーボ回
路に供給することで、極めて正確に追込みができる。こ
の結果、ウェハ表面の１次平面方程式は第４図（ｂ）の
面Ｃ₁ Ａ₃ Ｂ₁ と一致する。 〔ステップ１２６〕次に制御部３６は、Ｂ軸のみを駆動
してウェハ表面を第４図（ｂ）の面Ｃ₁ Ａ ₃ Ｂ₁ から第
４図（ｃ）に示すような目標平面Ｃ₁ Ａ₃ Ｂ₃ にもって
いた場合、Ｂ軸に最も近い測定点Ｐ_b の高さＨ_b を算出
する。尚、第４図（ｃ）において、点Ｐ_b2は、測定点Ｐ
_b の面Ｃ₁ Ａ₃ Ｂ₁ 上での位置である。この点Ｐ_b2の高
さも演算により予め求めることができる。 〔ステップ１２８〕次に、制御部３６はフォーカスセン
サーが測定点Ｐ_b を検出するようにＺステージの高さ位
置は固定したままｘｙステージ８を位置決めする。そし
てさらにフォーカスセンサーが原点から高さＨ_b だけオ
フセットして設定されるように、ハービングガラス６の
傾斜量を調整する。 【００２１】次に制御部３６はフォーカスセンサーから
得られる測定点Ｐ_b の高さに応じたフォーカス信号がＯ
ＶになるようにＢ軸（駆動系１２）のみを上下方向にサ
ーボ駆動する。この結果、ウェハ表面の１次平面方程式
は第４図（ｃ）の面Ｃ₁ Ａ₃Ｂ₃ と一致する。以上のス
テップ１２２〜１２８により、ウェハのモニタリング
（クローズ）制御方式によるグローバルレベリングが完
了し、次のステップ１１８から前述の動作と同様の動作
が実行される。 【００２２】次に本実施例の他のシーケンスについて第
５図のフローチャート図を参照して説明する。このシー
ケンスでは、先のステップ１００〜１０８までを全く同
様に実行した後の流れが異なり、その特徴的なステップ
はステップ１０８からステップ１１８までの間のステッ
プ２００〜２１２である。ただし、ステップ２０８は先
のステップ１１２、１１４、１１６を１つにまとめたも
のであり、ステップ２１０はステップ１２２、１２４、
１２６、１２８を１つにまとめたものである。 【００２３】第５図のシーケンスは、特にレベリング量
が大きい場合に有効なものであり、オープン制御とモニ
タリング制御とを自動的に選択し、なおかつ両制御方式
をシーケンシャルに組み合わせたものである。以下ステ
ップ２００〜２１２について説明する。 〔ステップ２００〕ステップ１０８で、ウェハ表面の現
在平面と目標平面との傾きのズレ量が許容範囲以上ある
と判断された後、ここではそのズレ量がある値以上なの
か否かをチェックする。そしてズレ量が比較的大きいと
きはオープン制御を選択してステップ２０２へ進み、比
較的小さいときはモニタリング制御を選択してステップ
２０４へ進む。 〔ステップ２０２〕ここではシーケンスのフラグをオー
プン側にセットする。 〔ステップ２０４〕ここではシーケンスのフラグをモニ
タリング側にセットする。 〔ステップ２０６〕ここではフラグをチェックして、オ
ープンのときはステップ２０８（ステップ１１２〜１１
６）を実行してグローバルレベリングを行なう。またモ
ニタリングのときはステップ２１０（ステップ１２２〜
１２８）を実行してグローバルレベリングを行なう。 〔ステップ２１２〕ここで再度フラグをチェックして、
オープン側でレベリング動作を行なった場合は、再びス
テップ１０２へ戻って同様の動作を繰り返す。逆にモニ
タリング側でレベリング動作を行なった場合は、ステッ
プ１１８へ進み先の説明と同様の動作を実行する。 【００２４】以上のシーケンスによれば、ステップ１０
８で判断されたズレ量が極端に大きい場合でも、高速
に、かつ正確にウェハＷをレベリングさせることができ
る。尚、ステップ１２０でハービング駆動部３８を追従
モードに戻すまでは、レベリング後のウェハ表面と投影
レンズＰＬの最良結像面とは正確に平行にはなるもの
の、かならずしも合致しているとは限らない。従ってス
テップ１２０で追従モードに戻すことによって、それ以
後はフォーカスセンサーで検出されたフォーカス信号に
基づいてＺステージをサーボ制御することで最良結像面
自体の変動によらず常に合焦状態が維持できる。 【００２５】以上、本実施例によれば、目標とする平面
Ａ₃ Ｂ₃ Ｃ₁ はステップ１０６において任意に設定でき
るため、投影レンズＰＬの最良結像面がｘｙステージ８
の移動平面に対して傾いていた場合、すなわち像面傾斜
が生じていた場合でも、この像面傾斜に合わせて目標平
面を設定するだけでよいので、露光すべき１ショット内
で解像不良となる部分（ショットの４隅等）がなくなる
といった利点がある。 【００２６】また、投影レンズを有する露光装置におい
て、Ｎ．Ａ．が大きく、したがって焦点深度が浅いレン
ズを搭載している場合に、そのレンズの像面傾斜に合わ
せて目標平面を指定することで、浅い焦点深度を有効に
活用できる。また本実施例ではウェハ上の３点の高さ位
置を計測して平面を特定するものとしたが、これはもち
ろんモニタリング制御の途中で第１段階の平面に設定さ
れたウェハ表面を再計測する場合にも同様に実施でき
る。例えば第４図（ｂ)(ｃ）中の点Ｐ_a2、Ｐ_b2等を再計
測し、この点Ｐ_a2から点Ｐ_a3の高さを再演算で求め、点
Ｐ_a2に対する点Ｐ_a3の高さ方向のずれ分だけさらにフォ
ーカスオフセットを与えてＡ軸をモニタリング駆動し、
同様に点Ｐ_b2に対する点Ｐ_b3の高さ方向のずれ分だけさ
らにフォーカスオフセットを与えてＢ軸をモニタリング
駆動することもできる。 【００２７】またステップ１０２で測定するウェハＷ上
での点（正確にはフォーカスセンサーによる検出領域）
と、モニタリング制御時にモニターする点とは、本実施
例では一部重複するものとしたが、これは全く重複する
ことのない任意の点でもかまわない。さらに、斜入射型
のフォーカスセンサーを用いているため、ウェハ表面の
高さ計測が極めて高精度（例えば０．２μｍ程度の分解
能）に行なえる利点から、ウェハ表面上の多数点を測定
して近似平面を特定する精度が高くなる。そこで例えば
第６図に示すように、ウェハＷの表面にＰ₁ 〜Ｐ₁₅まで
の測定点（測定ショット）を設定し、各測定点のうち必
要な領域の面、又は重要な領域の面に含まれる点の高さ
計測値に所定の重み付けをすることによって、ウェハ表
面の一部の領域に最もフィットした近似平面（１次平面
方程式）を決定することができる。第６図中の測定点
（ショット）Ｐ₁ はウェハＷのほぼ中心に位置し、点
（ショット）Ｐ₂ 、Ｐ₃ 、Ｐ₄ 、Ｐ₅ は点Ｐ₁ からほぼ
等距離で４方向に位置するように定められ、点（ショッ
ト）Ｐ₆ 〜Ｐ₁₅はウェハ表面の周辺付近に位置するよう
に定められる。ここでウェハプロセスの影響等によって
ウェハＷが第７図のようにそっていた場合を考えてみ
る。第７図は第６図のウェハＷを点（ショット）Ｐ₁₃、
Ｐ ₄ 、Ｐ₉ を含む線で切った場合の断面を表わす。ウェ
ハプロセスで点Ｐ₁₃付近（ウェハ左側）は上方にそりが
発生し、点Ｐ₉ 付近（ウェハ右側）は下方にそりが発生
した場合、ステップ１０２の測定による各測定点Ｐ₁ 〜
Ｐ₁₅の高さから最小二乗法により求めたウェハ表面の現
在平面Ａ₁ Ｂ₁ Ｃ₁ は第７図中に示すように、ウェハ表
面の中央付近の平坦部に対してはわずかに傾いたものに
なってしまう。そこでウェハ周辺のそりが発生した部分
の測定点、例えばＰ₇ 、Ｐ₈ 、Ｐ₉ 、Ｐ₁₃、Ｐ₁₄等での
高さ計測値に対しては最小二乗法の演算時に重み付けを
小さくし、中央付近の点Ｐ₁ 〜Ｐ₅ での高さ計測値に対
しては重み付けを大きくしておく。このようにすると、
本来歩留りの悪いウェハ周辺部のそりに影響されること
なく、歩留りの良いウェハ中央部が重点的にレベリング
されることになる。 【００２８】またウェハによっては第８図に示すように
全体的に中央部がふくらんでそっている場合もある。第
８図は第６図中の点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₄ 、Ｐ₆ 、Ｐ₁₁を含
む線でウェハを切った断面を表わす。このようなウェハ
の場合、最小二乗法により１次平面方程式で近似される
ウェハ表面は平面Ａ₁ 、Ｂ₁ 、Ｃ₁ のように部分的には
ウェハ表面と平行となるものの、多くの部分ではかなら
ずしも平行となってはいない。そこで、このような状況
に対応するため、グローバルレベリングの他にブロック
レベリングを行なうシーケンスも設けておくとよい。ブ
ロックレベリングとは、ウェハ表面をいくつかのブロッ
クに分け、各ブロック毎に近似された１次平面方程式に
基づいてレベリングをかけていくものである。例えば第
６図中において、点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ 、Ｐ₆ 、Ｐ₇ 、Ｐ
₈ を含む第１のブロックと、点Ｐ ₁ 、Ｐ₃ 、Ｐ₄ 、
Ｐ₉ 、Ｐ₁₀、Ｐ₁₁を含む第２のブロックと、点Ｐ₁ 、Ｐ
₄ 、Ｐ ₅ 、Ｐ₁₁、Ｐ₁₂、Ｐ₁₃を含む第３のブロックと、
点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₅ 、Ｐ₆ 、Ｐ ₁₄、Ｐ₁₅を含む第４のブ
ロックとの４ブロックに分ける。そしてまず各ブロック
内の測定点の高さをステップ１０２において順次計測し
た後、各ブロック毎の１次平面方程式を求める。この結
果、例えば第１ブロックについては第８図に示すような
１次平面ＲＰ₁ が決定され、第２ブロックについては、
１次平面ＲＰ₂ が決定される。 【００２９】各ブロック毎の１次平面が決定された後、
ステップアンドリピート方式で各ショットを露光すると
き、そのショットがどのブロックに属するかを求め、そ
のブロックの１次平面が最良結像面（目標平面）と平行
になるように、例えばオープン制御方式でレベリングを
行なえばよい。このブロックレベリングは露光動作前の
アライメント動作において、ウェハ上の複数のショット
領域に付随したアライメントマークの位置を検出するサ
ンプルアライメントを実行する場合にも同様に実行する
ことが望ましい。 【００３０】また、ウェハ上の３点を計測してオープン
制御によってグローバルレベリングを行なった後に、再
度多数の測定点を計測して露光時、又はサンプルアライ
メント時にブロックレベリングを行なうようにしてもよ
い。さらに、スループットは多少低下するが、ブロック
レベリングをより高精度に行なうために、例えば第９図
のフローチャートに示すようなシーケンスを設けてもよ
い。第９図はブロックレベリング時にモニタリング制御
方式の精密さとオープン制御方式の高速性とを効率的に
組み合わせたシーケンスを概略的に表わしたものであ
る。 【００３１】まずステップ２２０でブロック毎の１次平
面方程式を求め、ステップ２２２で、１つのブロックに
関してＡ軸、Ｂ軸をモニタリング制御し、その１つのブ
ロックの現在平面と目標平面とを正確に合致させる。こ
のときフォーカスセンサーでモニターすべき点は、その
ブロック内に含まれている少なくとも２点を用いるのが
好ましい。そのブロックについてモニタリング制御によ
りレベリングが完了したら、ステップ２２４でそのとき
のＡ軸、Ｂ軸（駆動系１１、１２）の高さ位置をポテン
ショメータから読み取り記憶する。この動作をウェハ上
の全ブロックについて実行し（ステップ２２６）、各ブ
ロック毎のレベリング量（ポテンショメータ値）を予め
記憶しておく。このレベリング量はモニタリング制御に
より決定されているから極めて精密である。次に、サン
プルアライメント、又は露光の動作に移ったときは、ス
テップ２２８のように、記憶したレベリング量に基づい
てウェハを各ブロック毎にオープン制御で傾斜させれば
よい。 【００３２】尚、ブロックレベリングを行なう場合、分
割するブロック数を増やしていけば、ウェハ上のショッ
ト領域毎のレベリング、所謂イーチレベリング（又はDi
e byDieレベリング）に相当する動作も可能である。ま
た本実施例では、ウェハ表面の近似平面方程式は２次以
上の式でも扱えるため、例えば第１０図に示したウェハ
Ｗのように、ウェハ表面が波打っていた場合は、多数
（４点以上）の測定点Ｐi の高さ値に基づいて、高次平
面Ａ1 Ｂ1 Ｃ1'を決定してもよい。この場合、面Ａ1 Ｂ
1 Ｃ1'を特定する演算処理に多少時間はかかるものの、
面Ａ1 Ｂ1 Ｃ1'が特定された後はウェハ表面の任意のシ
ョット領域ＳＡについて最も近似された傾斜量がただち
に求まるため、ショット毎にレベリングを行なうことが
可能である。このことは第７図、第８図に示したウェハ
の場合にも同様にあてはまる。 【００３３】ところでｘｙステージ８は干渉計３２によ
り位置計測されるものの、レベリング動作に伴うウェハ
Ｗの横ずれ量は干渉計３２によって検出できない構造と
なっているのが一般的である。これは干渉計３２からの
レーザビームを受ける移動鏡がレベリングステージ９に
設けられないことに起因する。従ってレベリング動作前
と後とでウェハＷのｘｙ方向の位置が微小量でも狂って
くると、正しい重ね合わせ露光ができなくなる。もちろ
んグローバルレベリング又はブロックレベリングを行な
ってから、ウェハ上のアライメントマークの位置を計測
するようにしておけば、このような問題は生じない。し
かしながらシーケンスによっては、サンプルアライメン
トを行なってウェハ上のショット位置を決定したとき
と、実際にそのショットを露光するときとでレベリング
量が異なってくることもある。そこでこの場合は、その
レベリング量の差からショットの横ずれ量を計算によっ
て求めるか、又は横ずれ量検出センサーをレベリングス
テージ９とｘｙステージ８上の移動鏡との間に設けるよ
うにすればよい。 【００３４】先に説明したグローバルレベリングでは、
１枚のウェハに対しての動作を述べたが、同一ロット内
の多数枚のウェハを連続して処理する場合、ロット先頭
の１枚だけグローバルレベリング（又はブロックレベリ
ング）を行ない、それ以降のウェハについてはＡ軸、Ｂ
軸を固定したまま使用することもできる。さらにロット
先頭の２〜３枚のウェハについてはレベリング動作を行
なって処理し、そして各ウェハのレベリング量の平均値
を求め、その平均的な一定のレベリング量で以降のウェ
ハを処理することも可能である。 【００３５】先に述べた実施例において、ステップ１０
２、１０４の動作でウェハ上の測定点が３点のときは、
その３点で代表される現在平面Ａ₁ Ｂ₁ Ｃ₁ を特定し、
４点以上の測定点のときは自動的に最小二乗法により現
在平面Ａ₁ Ｂ₁ Ｃ₁ を特定するようにしてもよい。また
制御部３６によってウェハ上の測定点を定めるとき、通
常フォーカスセンサーはショット領域の中心部を検出す
るように働くので、制御部３６は一番初めに定めておい
たショット領域の中心部がウェハ外形からはみ出すか否
かをチェックし、はみ出す場合は測定点とすべきショッ
ト領域をウェハ内側に再設定するオートアドレッシング
機能も備えている。 【００３６】さらに本発明において目標平面となるべき
最良結像面を決定する手法としては、テストレチクルを
用いてウェハ上にためし焼きを行ない、１つのショット
領域内の４隅の解像力を調べ、解像力が最大（ベストフ
ォーカス）となるＺ方向（フォーカス方向）の高さ位置
を４隅の各々について求める方法等が利用できる。例え
ば第１１図に示すようにテストチャートのためし焼きに
よりショット４隅のベストフォーカス位置（高さ）がＺ
₁ 、Ｚ₂ 、Ｚ₃ 、Ｚ₄ のように求められたとする。この
場合、目標平面Ａ₃ Ｂ₃ Ｃ₁ を決定する一次平面方程式
を、Ｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋γ（ただし、ａ、ｂ、γは定数）
とすると、定数ａ、ｂは ｂ＝（Ｚ₁ ＋Ｚ₂)−（Ｚ₃ ＋Ｚ₄)／２Ｌ ａ＝（Ｚ₂ ＋Ｚ₄)−（Ｚ₁ ＋Ｚ₃)／２Ｌ で表わされる。ここでＬはショット領域のｘ、ｙ方向の
長さに相当する。 【００３７】もちろん、ためし焼きにより、ショット領
域内のさらに多数点についてベストフォーカス位置を求
め、最小二乗法等により目標平面のｎ次平面方程式を決
定してもよい。 【００３８】 【発明の効果】以上の様に本発明によれば、基板の表面
構造に応じて精度よく基板を姿勢制御できる。また、本
発明によれば基板の表面構造に応じて最適な基板を姿勢
制御を行うことが可能となり、露光の際、装置の理論上
の解像力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】第１図は本発明の実施例による基板姿勢制御装
置が組み込まれた投影露光装置の構成を示す図、 【図２】第２図はレベリングステージ部の平面的な構成
を示す平面図、 【図３】第３図は本実施例の基本動作を説明するフロー
チャート図、 【図４】第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はウェハレベリ
ングをモニタリング制御方式で実行するときの様子をモ
デル化して表わした斜視図、 【図５】第５図はオープン制御とモニタリング制御とを
複合化したシーケンスのフローチャート図、 【図６】第６図は測定点のウェハ上での配置を示す平面
図、 【図７】第７図はウェハの断面形状の一例を示す図、 【図８】第８図はウェハの断面形状の一例を示す図、 【図９】第９図はブロックレベリング時に好適なシーケ
ンスのフローチャート図、 【図１０】第１０図はウェハの断面形状の一例を示す
図、 【図１１】第１１図は目標平面を決定する方法を示す平
面図である。 【符号の説明】 ＰＬ…投影レンズ、 Ｗ…ウェハ、 ６…ハービングガラス、 ７…投射対物レンズ、 ８…ｘｙステージ、 ９…レベリングステージ、 １０、１１、１２…レベリング駆動系、 １３…受光対物レンズ、 １６…フォーカスセンサーの光電素子、 ３４…レベリング駆動部、 ３８…ハービング駆動部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．投影光学系の最良結像面に対して基板上の複数のシ
   ョット領域をレベリングする基板の姿勢制御方法であっ
   て、 前記基板上の異なる４点以上の計測点において前記投影
   光学系の光軸方向の位置を計測し、 前記各計測点の計測結果から、２次以上の式で表される
   前記基板表面の高次平面を求め、 前記高次平面に基づいて、前記基板上の任意のショット
   領域について最も近似された傾斜量を求めることによ
   り、前記複数のショット領域毎にレベリングを行うこと
   を特徴とする基板の姿勢制御方法。 ２．前記光軸方向の位置を計測する工程は、前記光軸に
   対して傾斜した方向から前記計測点に対して計測光を照
   射し、その反射光を検出することによって行われること
   を特徴とする請求項１に記載の姿勢制御方法。 ３．投影光学系の最良結像面に対して基板上の複数のシ
   ョット領域をレベリングする基板の姿勢制御装置であっ
   て、 前記投影光学系の光軸方向における前記基板の位置を計
   測する計測手段と、 前記基板上の異なる４点以上の計測点における前記計測
   手段の計測結果から、２次以上の式で表される前記基板
   表面の高次平面を求めるとともに、該高次平面に基づい
   て前記基板上の任意のショット領域について最も近似さ
   れた傾斜量を求める演算手段と、 前記演算手段で求められた傾斜量に基づいて、前記複数
   のショット領域毎にレベリングを行うレベリング手段と
   を有することを特徴とする基板の姿勢制御装置。 ４．前記計測手段は、前記光軸に対して傾斜した方向か
   ら前記計測点に対して計測光を照射する照射系と、前記
   計測光の前記基板からの反射光を検出する検出系とを有
   することを特徴とする請求項３に記載の姿勢制御装置。