JP3521543B2

JP3521543B2 - 走査露光方法及び装置

Info

Publication number: JP3521543B2
Application number: JP11419695A
Authority: JP
Inventors: 裕二今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-05-18
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 2004-04-19
Anticipated expiration: 2019-04-19
Also published as: JPH0837150A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばスリットスキャ
ン方式、又はステップ・アンド・スキャン方式等でマス
クパターンを感光性の基板上に逐次露光する走査露光方
法及び装置に関し、特にオートフォーカス又はオートレ
ベリングを行いながら走査露光方式で露光を行う場合に
適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子、撮像素子
（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラ
フィ工程で製造する際に、レチクル（又はフォトマスク
等）のパターンを感光材が塗布されたウエハ（又はガラ
スプレート等）上に転写する投影露光装置が使用されて
いる。従来の投影露光装置としては、ウエハの各ショッ
ト領域を順次投影光学系の露光フィールド内に移動させ
て、各ショット領域にそれぞれレチクルのパターン像を
一括露光するというステップ・アンド・リピート方式の
縮小投影型露光装置（ステッパー）が多く使用されてい
た。

【０００３】このようなステッパー方式の投影露光装置
においては、ウエハの各ショット領域を投影光学系の結
像面に合わせ込むためのオートフォーカス機構、及びオ
ートレベリング機構が設けられている。これらオートフ
ォーカス機構、及びオートレベリング機構は、投影光学
系の露光フィールド内の所定の計測点（又は計測領域）
でのフォーカス位置（又は傾斜角）を計測し、この計測
結果に基づいて例えばサーボ系によりウエハのフォーカ
ス位置（又は傾斜角）を補正するものである。この場
合、ウエハは露光中静止しているため、オートフォーカ
ス機構、及びオートレベリング機構の応答速度が遅くと
も、特に不都合はなかった。

【０００４】これに対して、最近の半導体素子等におい
てはパターンが益々微細化しているため、投影光学系の
解像力を高めることが求められている。解像力を高める
ための手法には、露光光の波長の短波長化、又は投影光
学系の開口数の増大等の手法があるが、何れの手法を用
いる場合でも、従来例と同じ程度の露光フィールドを確
保しようとすると、露光フィールドの全面で結像性能
（ディストーション、像面湾曲等）を所定の精度に維持
することが困難になってきている。そこで最近見直され
ているのが、所謂スリットスキャン方式、又はステップ
・アンド・スキャン方式等の走査露光方式の投影露光装
置である。

【０００５】この走査露光方式の投影露光装置では、矩
形状、円弧状、又は２次元的に配置された複数の台形状
等の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」とい
う）に対してレチクル及びウエハを相対的に同期して走
査しながら、そのレチクルのパターンがウエハ上に露光
される。従って、ステッパー方式と同じ面積のパターン
をウエハ上に露光する場合、走査露光方式では、ステッ
パー方式に比べて投影光学系の露光フィールドを小さく
することができ、露光フィールド内での結像性能が向上
する可能性がある。

【０００６】また、従来レチクルの大きさの主流は６イ
ンチサイズであり、投影光学系の投影倍率の主流は１／
５倍であったが、半導体素子等の回路パターンの大面積
化により、倍率１／５倍のもとでのレチクルの大きさは
６インチサイズでは間に合わなくなっている。そのた
め、投影光学系の投影倍率を例えば１／４倍に変更した
投影露光装置を設計する必要がある。そして、このよう
な被転写パターンの大面積化に応えるためにも、走査露
光方式が有利である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】斯かる走査露光方式の
投影露光装置においても、走査露光中にウエハの各ショ
ット領域を結像面に合わせ込む機構が必要である。とこ
ろが、走査露光方式でステッパー方式と同様に、実際の
露光領域内でウエハのフォーカス位置（又は傾斜角）を
計測し、この計測結果に基づいて補正を行うものとして
も、ウエハが走査されていると共に、オートフォーカス
機構（又はオートレベリング機構）の応答速度が所定の
値であるために、実際の露光領域を結像面に合わせ込む
のが困難であるという不都合がある。

【０００８】また、その応答速度を考慮して、実際の露
光領域に対して走査方向に手前側の計測点でウエハのフ
ォーカス位置を先読みし、この先読みした結果に基づい
て露光領域でのフォーカス位置（又は傾斜角）を補正す
る方法も考えられる。しかしながら、このような先読み
方式をそのまま採用した場合、ウエハの周辺部等におい
てウエハの表面の高さが大きく変化する領域があると、
オートフォーカス機構（又はオートレベリング機構）で
の補正量が大きくなり過ぎて、実際の露光領域が結像面
に追従できない恐れがある。これを避けるためには、ウ
エハの走査速度を低くすればよいが、それでは露光工程
のスループットが低下してしまう。

【０００９】更に、例えばウエハとウエハホルダとの間
にレジスト残屑等の大きな異物が挟まれている場合に
も、ウエハの表面の高さが大きく変化する。従って、異
物が存在する領域での先読み情報をそのまま使用する
と、フォーカス位置又は傾斜角の補正量が大きくなり過
ぎて、実際の露光面が結像面に追従できない恐れがあ
る。更に、異物が存在する領域では高さが部分的に大き
く変化するため、その異物が存在する領域での先読み情
報をそのまま使用すると、他の領域でのフォーカス位置
又は傾斜角が実際の値から大きく外れてしまう恐れがあ
る。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、走査露光方式で
露光する際に、走査速度を低くすることなく、ウエハ等
の感光性の基板上の実際の露光領域を投影光学系の結像
面に対して正確に合わせ込むと共に、感光性の基板表面
の高さが大きく変化するような場合にも、全体としてオ
ートフォーカス又はオートレベリングの追従精度を悪化
させないようにすることを目的とする。

【００１１】

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の走査露光方法
は、例えば図１〜図３に示すように、転写用のパターン
が形成されたマスク（１２）上の所定形状の照明領域を
照明し、この照明領域内のパターンを投影光学系（８）
を介して感光性の基板（５）上に投影し、その照明領域
に対してマスク（１２）を所定方向に走査するのと同期
して基板（５）をその照明領域と共役な露光領域（２
４）に対して所定方向（±Ｙ方向）に走査することによ
り、マスク（１２）上のパターンを逐次基板（８）上に
露光する方法において、例えば図７及び図８に示すよう
に、その照明領域と共役な露光領域（２４）に対して走
査方向に手前側の計測点（２５Ｄ）で基板（５）の投影
光学系（８）の光軸方向の高さを先読みし、このように
先読みされた高さに基づいてその照明領域と共役な露光
領域（２４）内の基板（５）の高さ（フォーカス位置）
を制御するに際して、そのように先読みされた高さが投
影光学系（８）の結像面に対して所定の許容範囲を超え
て外れたときに、基板（８）の高さをそれまでに設定さ
れていた高さに固定するものである。

【００１３】この場合、その先読みされた高さに基づい
て基板（５）の傾斜角の制御（レベリング）をも行い、
その先読みされた高さが投影光学系（８）の結像面に対
して所定の許容範囲を超えて外れたときに、基板（５）
の高さ及び傾斜角をそれぞれそれまでに設定されていた
高さ及び傾斜角に固定することが望ましい。また、その
照明領域と共役な露光領域（２４）に対して走査方向に
手前側で走査方向に交差する方向に配列された一列の計
測点（２５Ｄ）で基板（５）の高さを計測するのと並行
して、露光領域（２４）内で走査方向に交差する方向に
配列された一列の計測点（２５Ｃ）でも基板（５）の高
さを計測し、露光領域（２４）に対して走査方向に手前
側の一列の計測点（２５Ｄ）で計測された高さが投影光
学系（８）の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外
れたときに、基板（５）の高さをそれまでに設定されて
いた高さに固定するようにしてもよい。

【００１４】更に、例えば図３に示すように、露光領域
（２４）に対して走査方向に手前側の計測点は、走査方
向に交差する方向に配列された複数の計測点を有する第
１列の計測点（ＡＦ１１〜ＡＦ１９）と、第１列の計測
点よりも露光領域側に位置し、走査方向に交差する方向
に配列された複数の計測点を有する第２列の計測点（Ａ
Ｆ２１〜ＡＦ２９）とを有し、基板の高さを制御する際
は、何れかの列の計測点を選択可能であることが望まし
い。

【００１５】次に、本発明においては、そのように先読
みされた高さを所定の記憶部（２２Ａ）中の所定のサン
プリング周波数で定まるアドレスで指定される領域に順
次格納し、その所定の記憶部中で基板（５）の走査速度
に応じて定まるアドレスで指定される領域から順次高さ
を読み出し、このように読み出された高さがその所定の
許容範囲内であるときに、このように読み出された高さ
に基づいて基板（５）の高さを投影光学系（８）の結像
面に合焦させるようにしてもよい。

【００１６】また、本発明の走査露光装置は、マスク
（１２）上の転写用のパターンの一部を投影光学系
（８）を介して感光性の基板（５）上の所定形状の露光
領域（２４）に投影し、そのマスクをその投影光学系に
対して所定方向に走査するのと同期してその基板をその
所定方向に対応する方向に走査することにより、そのマ
スクのパターンを逐次その基板上に転写露光する走査露
光装置において、その露光領域に対して走査方向に手前
側の計測点でその基板のその投影光学系の光軸方向の高
さを先読みするフォーカス位置検出系（６０〜７１Ａ）
と、該先読みされた高さに基づいてその露光領域内のそ
の基板の高さを制御するに際して、その先読みされた高
さがその投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を
超えて外れたときに、その基板の高さをそれまでに設定
されていた高さに固定する制御系（２２Ａ）と、を有す
ることを特徴とするものである。この場合、その制御系
は、そのフォーカス位置検出系から得られるその先読み
された高さに基づいてその基板の傾斜角の制御をも行
い、その先読みされた高さがその投影光学系の結像面に
対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、その基板
の高さ及び傾斜角をそれぞれそれまでに設定されていた
高さ及び傾斜角に固定することが望ましい。

【００１７】

【作用】斯かる本発明の走査露光方法によれば、マスク
（１２）及び基板（５）を同期して走査して基板（５）
上にマスク（１２）のパターン像を露光する際に、基板
（５）上で走査方向に対して手前側の計測点（２５Ｄ）
で基板（５）の高さを計測する。その後、先読み方式で
高さが計測された領域がマスク（１２）のパターン像の
露光領域（２４）に達した際に、先読みした高さに基づ
いてその領域の高さを設定する。これにより、走査露光
方式でも走査速度を低くすることなく、基板（５）の露
光面が投影光学系（８）の結像面にほぼ正確に合わせ込
まれる。即ち、オートフォーカスが行われる。

【００１８】また、例えば図８（ａ）に示すように、計
測点（２５Ｄ）で先読みされた高さが結像面（３９）に
対して所定の許容範囲を超えた外れた場合には、その計
測結果を無視する。即ち、その計測された領域が露光領
域（２４）に達したときの基板（５）の高さをそれまで
に設定されていた高さに設定することにより、オートフ
ォーカスの制御量が急激に大きくなり全体として追従精
度が悪化することがなくなる。また、一般に基板（５）
上で高さが急激に変化する部分は、基板（５）の周辺部
の露光に適さない部分であることが多いため、その部分
での計測データを無視しても影響は少ない。

【００１９】次に、そのように基板（５）を走査しなが
ら所定の計測点で高さを先読みすることにより、その基
板（５）上の走査方向の傾斜角が検出できる。更に、所
定の計測点が走査方向に交差する方向に複数ある場合に
は、基板（５）上での非走査方向の傾斜角も検出でき
る。そこで、検出された傾斜角に基づいて基板（５）の
傾斜角の制御（レベリング）をも行うことができる。こ
の際にも、その先読みされた高さが投影光学系（８）の
結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、
基板（５）の傾斜角をそれまでに設定されていた傾斜角
に固定することにより、オートレベリングを行うときの
追従精度が全体として悪化することがなくなる。

【００２０】また、その照明領域と共役な露光領域（２
４）に対して走査方向に手前側で走査方向に交差する方
向に配列された一列の計測点（２５Ｄ）で基板（５）の
高さを計測するのと並行して、露光領域（２４）内で走
査方向に交差する方向に配列された一列の計測点（２５
Ｃ）でも基板（５）の高さを計測する場合には、露光領
域（２４）内の計測データと先読みされた計測データと
を用いて、より高精度にオートフォーカスが行われる。
この際にも、先読みされた高さが投影光学系（８）の結
像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、基
板（５）の高さをそれまでに設定されていた高さに固定
することにより、オートフォーカスを行う際の追従精度
が全体として悪化することがない。

【００２１】更に、基板の高さを制御する際に、第１列
の計測点（ＡＦ１１〜ＡＦ１９）と、第２列の計測点
（ＡＦ２１〜ＡＦ２９）との何れかの列の計測点を選択
可能であるため、例えば先読み領域が露光領域に近すぎ
た場合や、基板の走査速度が速い場合は、走査方向に手
前側の先読み領域である第１の計測点（ＡＦ１１〜ＡＦ
１９）をサンプル点とすることができる。

【００２２】次に、本発明においては、上述のように先
読みされた高さデータは、所定の記憶部（２２Ａ）中で
例えば所定のサンプリング周波数で順次連続するアドレ
スで指定される領域に格納される。そこで、実際の露光
領域での高さ又は傾斜角の制御を行うための高さデータ
を読み出すとき、走査速度が常に一定である場合には、
現在格納中のアドレスから所定量だけ離れたアドレスの
高さデータを読み出せばよい。しかしながら、実際には
走査速度は基板上の感光材料の感度等に応じて変化する
ため、正確に制御を行うには、現在格納中のアドレスか
ら基板（５）の走査速度に応じて定まるアドレスで指定
される領域から高さデータを読み出すことが望ましい。

【００２３】また、本発明の走査露光装置によれば、マ
スク（１２）及び基板（５）を同期して走査して基板
（５）上にマスク（１２）のパターン像を露光する際
に、フォーカス位置検出系（６０〜７１Ａ）が基板
（５）上で走査方向に対して手前側の計測点（２５Ｄ）
で基板（５）の高さを計測する。その後、先読み方式で
高さが計測された領域がマスク（１２）のパターン像の
露光領域（２４）に達した際に、主制御系（２２Ａ）が
先読みした高さに基づいてその領域の高さを設定する。
このとき、例えば図８（ａ）に示すように、計測点（２
５Ｄ）で先読みされた高さが結像面（３９）に対して所
定の許容範囲を超えた外れた場合には、その計測された
領域が露光領域（２４）に達したときの基板（５）の高
さをそれまでに設定されていた高さに設定する。このこ
とにより、オートフォーカスの制御量が急激に大きくな
り全体として追従精度が悪化することがなくなる。更
に、所定の計測点が走査方向に交差する方向に複数ある
場合には、基板（５）上での非走査方向の傾斜角も検出
できる。そこで、主制御系（２２Ａ）は、検出された傾
斜角に基づいて基板（５）の傾斜角の制御（レベリン
グ）をも行うことができる。この際にも、その先読みさ
れた高さが投影光学系（８）の結像面に対して所定の許
容範囲を超えて外れたときに、基板（５）の傾斜角をそ
れまでに設定されていた傾斜角に固定することにより、
オートレベリングを行うときの追従精度が全体として悪
化することがなくなる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。本実施例は、ステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置で露光を行う際に本発明を適用した
ものである。図１は本実施例で使用される投影露光装置
を示し、この図１において、図示省略された照明光学系
からの露光光ＥＬによる矩形の照明領域（以下、「スリ
ット状の照明領域」という）によりレチクル１２上のパ
ターンが照明され、そのパターンの像が投影光学系８を
介してウエハ５上に投影露光される。この際、図１の紙
面に垂直な方向にＹ軸を取ると、露光光ＥＬのスリット
状の照明領域に対して、レチクル１２が＋Ｙ方向（又は
−Ｙ方向）に一定速度Ｖで走査されるのに同期して、ウ
エハ５は−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に一定速度Ｖ・β
（βは投影光学系８の投影倍率）で走査される。投影倍
率βは例えば１／４、又は１／５である。

【００２５】レチクル１２及びウエハ５の駆動系につい
て説明するに、レチクル支持台９上にＹ軸方向に移動自
在にレチクルＹ駆動ステージ１０が載置され、このレチ
クルＹ駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ
１１が載置され、レチクル微小駆動ステージ１１上にレ
チクル１２が真空チャック等により保持されている。レ
チクル微小駆動ステージ１１は、投影光学系８の光軸に
垂直な面内で図１の紙面に平行なＸ方向、Ｙ方向及び回
転方向（θ方向）にそれぞれ微小量だけ且つ高精度にレ
チクル１２の位置制御を行う。レチクル微小駆動ステー
ジ１１上には移動鏡２１が配置され、レチクル支持台９
上に配置された干渉計１４によって、常時レチクル微小
駆動ステージ１１のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置が
モニターされている。干渉計１４により得られた位置情
報Ｓ１が主制御系２２Ａに供給されている。

【００２６】一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ軸方向に
移動自在にウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その
上にＸ軸方向に移動自在にウエハＸ軸駆動ステージ３が
載置され、その上にＺレベリングステージ４が設けら
れ、このＺレベリングステージ４上にウエハ５が真空吸
着によって保持されている。Ｚレベリングステージ４上
にも移動鏡７が固定され、外部に配置された干渉計１３
により、Ｚレベリングステージ４のＸ方向、Ｙ方向及び
θ方向の位置がモニターされ、干渉計１３により得られ
た位置情報も主制御系２２Ａに供給されている。主制御
系２２Ａは、ウエハ駆動装置２２Ｂ等を介してウエハＹ
軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ３及びＺレ
ベリングステージ４の位置決め動作を制御すると共に、
装置全体の動作を制御する。

【００２７】また、ウエハ側の干渉計１３によって計測
される座標により規定されるウエハ座標系と、レチクル
側の干渉計１４によって計測される座標により規定され
るレチクル座標系の対応をとるために、Ｚレベリングス
テージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定さ
れている。この基準マーク板６上には各種基準マークが
形成されている。これらの基準マークの中にはＺレベリ
ングステージ４側に導かれた照明光により裏側から照明
されている基準マーク、即ち発光性の基準マークも設け
られている。

【００２８】本例のレチクル１２の上方には、基準マー
ク板６上の基準マークとレチクル１２上のマークとを同
時に観察するためのレチクルアライメント顕微鏡１９及
び２０が装備されている。この場合、レチクル１２から
の検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡１９及
び２０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在
に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系
２２Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１
８によりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は露光光ＥＬ
の光路外に退避される。

【００２９】図１の走査露光方式の投影露光装置には、
斜め入射型の多点フォーカス位置検出系が装着されてい
る。本例の多点フォーカス位置検出系は、露光領域内、
及び露光領域に対して走査方向に手前側でそれぞれウエ
ハのフォーカス位置（投影光学系８の光軸方向の位置）
を検出する先読み方式である。図２は本実施例の多点フ
ォーカス位置検出系の光学系を示し、この図２におい
て、レチクル１２上のパターン形成面（レチクル面）と
ウエハ５の露光面とは投影光学系８に関して共役になっ
ている必要があるが、レチクル面はあまり変動しない。
そこで、斜め入射型の多点のフォーカス位置検出系によ
ってウエハ５の露光面が投影光学系８の結像面に焦点深
度の範囲内で合致しているかどうか（合焦しているかど
うか）のみを検出し、この検出結果に基づいてウエハ５
の露光面のフォーカス位置及び傾斜角の制御を行う。

【００３０】多点のフォーカス位置検出系において、露
光光ＥＬとは異なりウエハ５上のフォトレジストを感光
させない照明光が、図示省略された照明光源から光ファ
イバ束６０を介して導かれている。光ファイバ束６０か
ら射出された照明光は、集光レンズ６１を経てパターン
形成板６２Ａを照明する。パターン形成板６２Ａを透過
した照明光は、レンズ６３、ミラー６４及び照射対物レ
ンズ６５を経てウエハ５の露光面に投影され、ウエハ５
の露光面にはパターン形成板６２Ａ上のパターンの像が
投影光学系８の光軸ＡＸ１に対して斜めに投影結像され
る。ウエハ５で反射された照明光は、集光対物レンズ６
６、回転方向振動板６７及び結像レンズ６８を経て受光
器６９Ａの受光面に再投影され、受光器６９Ａの受光面
には、パターン形成板６２Ａ上のパターンの像が再結像
される。この場合、主制御系２２Ａは加振装置７０を介
して回転方向振動板６７に後述のような振動を与え、受
光器６９Ａの多数の受光素子からの検出信号が信号処理
装置７１Ａに供給され、信号処理装置７１Ａは、各検出
信号を加振装置７０の駆動信号で同期検波して得た多数
のフォーカス信号を主制御系２２Ａに供給する。

【００３１】図３（ｂ）は、図２の本例のパターン形成
板６２Ａを示し、図３（ｂ）に示すように、パターン形
成板６２Ａの第１列目には９個のスリット状の開口パタ
ーン７２−１１〜７２−１９が形成され、第２列目〜第
５列目にもそれぞれ９個の開口パターン７２−２１〜７
２−５９が形成されている。即ち、パターン形成板６２
Ａには、合計で４５個のスリット状の開口パターンが形
成されており、これらのスリット状の開口パターンの像
が図２のウエハ５の露光面上にＸ軸及びＹ軸に対して斜
めに投影される。

【００３２】図３（ａ）は、本例の投影光学系８の下方
のウエハ５の露光面を示し、この図３（ａ）において、
投影光学系８の円形の照明視野２３に内接するＸ方向に
長い矩形の露光フィールド２４内に図２のレチクル１２
のパターンが露光され、この露光フィールド２４に対し
てＹ方向にウエハ５が走査（スキャン）される。本例の
多点フォーカス位置検出系により、露光フィールド２４
のＹ方向の上側のＸ方向に伸びた第１列の９個の計測点
ＡＦ１１〜ＡＦ１９よりなる先読み領域２５Ａ、第２列
の計測点ＡＦ２１〜ＡＦ２９よりなる先読み領域２５
Ｂ、露光フィールド２４内の第３列の計測点ＡＦ３１〜
ＡＦ３９よりなる計測領域２５Ｃ、露光フィールド２４
のＹ方向の下側の第４列の計測点ＡＦ４１〜ＡＦ４９よ
りなる先読み領域２５Ｄ、及び第５列の計測点ＡＦ５１
〜ＡＦ５９よりなる先読み領域２５Ｅにそれぞれスリッ
ト状の開口パターンの像が投影される。

【００３３】図３（ｃ）は、本例の多点フォーカス位置
検出系の受光器６９Ａを示し、この受光器６９Ａ上の第
１列目には９個の受光素子７５−１１〜７５−１９が配
置され、第２列目〜第５列目にもそれぞれ９個の受光素
子７５−２１〜７５−５９が配置されている。即ち、受
光器６９Ａには、合計で４５個の受光素子が配列されて
おり、各受光素子上にはスリット状の絞り（図示省略）
が配置されている。また、それら受光素子７５−１１〜
７５−５９上にそれぞれ図３（ａ）の計測点ＡＦ１１〜
ＡＦ５９に投影されたスリット状の開口パターンの像が
再結像される。各受光素子７５−１１〜７５−５９の検
出信号は信号処理装置７１Ａに供給されている。そし
て、ウエハ５の露光面で反射された光を、図２の回転方
向振動板６７で振動することで、受光器６９Ａ上では再
結像された各像の位置が絞りの幅方向であるＲＤ方向に
振動する。

【００３４】また、図３（ａ）の各計測点ＡＦ１１〜Ａ
Ｆ５９上のスリット状の開口の像は、投影光学系８の光
軸に対して斜めに投影されているため、ウエハ５の露光
面のフォーカス位置が変化すると、それら投影像の受光
器６９Ａ上での再結像位置はＲＤ方向に変化する。従っ
て、信号処理装置７１Ａ内で、各受光素子７５−１１〜
７５−５９の検出信号をそれぞれ回転方向振動板６７の
加振信号で同期検波することで、計測点ＡＦ１１〜ＡＦ
５９のフォーカス位置にそれぞれ対応する４５個のフォ
ーカス信号が得られる。これら４５個のフォーカス信号
の内の所定のフォーカス信号より後述のように、ウエハ
の露光面の傾斜角（レベリング角）及び平均的なフォー
カス位置を算出する。これら計測されたレベリング角及
びフォーカス位置は図２の主制御系２２Ａに供給され、
主制御系２２Ａは、その供給されたレベリング角及びフ
ォーカス位置に基づいて駆動装置２２Ｂ及びＺレベリン
グステージ４を介してウエハ５のレベリング角及びフォ
ーカス位置の設定を行う。

【００３５】従って、本例では図３（ａ）に示す４５個
の全ての計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９のフォーカス位置を
計測することができる。但し、本例では、図４に示すよ
うに、ウエハのスキャン方向に応じてそれら４５個の計
測点中で実際にフォーカス位置を計測する点（以下、
「サンプル点」という）の位置を変えている。また、本
実施例では、先読み領域２５Ａ若しくは２５Ｂ（又は２
５Ｅ若しくは２５Ｄ）のみでフォーカス位置の先読みを
行う「先読みモード」と、それら先読み領域の他に露光
フィールド２４内の計測領域２５Ｃでもフォーカス位置
を計測する「分割先読みモード」とを有している。先
ず、単純な先読みモードでは、例えばウエハを−Ｙ方向
に走査するときには、先読み領域２５Ｄ内の全ての計測
点ＡＦ４１〜ＡＦ４９をサンプル点として計測を行う。
逆に、ウエハを＋Ｙ方向に走査する際には、先読み領域
２５Ｂ（又は２５Ａ）内の計測点がサンプル点となる。
なお、露光フィールド２４のＹ方向の幅が広く、先読み
領域２５Ｄ（又は２５Ｂ）が露光フィールド２４に近づ
き過ぎた場合や、ウエハの走査速度が速いような場合に
は、それよりも走査方向に手前側の先読み領域２５Ｅ
（又は２５Ａ）内の計測点をサンプル点とすることがあ
る。これは以下の分割先読みモードでも同様である。

【００３６】次に、分割先読みモードでは、図４（ａ）
に示すように、露光フィールド２４に対して＋Ｙ方向に
ウエハをスキャンする場合には、先読み領域２５Ｂ中の
奇数番目の計測点ＡＦ２１，ＡＦ２３，‥‥，ＡＦ２
９、及び露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃ中の偶
数番目の計測点ＡＦ３２，ＡＦ３４，‥‥，ＡＦ３８が
サンプル点となる。逆に、図４（ｂ）に示すように、露
光フィールド２４に対して−Ｙ方向にウエハをスキャン
する場合には、先読み領域２５Ｄ中の奇数番目の計測点
ＡＦ４１，ＡＦ４３，‥‥，ＡＦ４９、及び露光フィー
ルド２４内の計測領域２５Ｃ中の偶数番目の計測点ＡＦ
３２，ＡＦ３４，‥‥，ＡＦ３８がサンプル点となる。

【００３７】更に、先読みモード、及び分割先読みモー
ドの何れでも、走査露光時のフォーカス位置の計測結果
は、ウエハ側のステージの移動座標に応じて逐次変化し
ていくため、それらフォーカス位置の計測結果は、ステ
ージのスキャン方向（Ｙ方向）の座標及び非スキャン方
向（Ｘ方向）の計測点の座標よりなる２次元のマップと
して図１の主制御系２２内の記憶部に記憶される。この
ように記憶された計測結果を用いて、露光時のウエハの
フォーカス位置及びレベリング角が算出される。そし
て、際に図１のＺレベリングステージ４を駆動してウエ
ハの露光面のフォーカス位置及びレベリング角を設定す
る場合は、計測結果に従ってオープンループ制御により
Ｚレベリングステージ４の動作が制御される。

【００３８】なお、レチクル及びウエハの走査速度は常
に一定ではなく、ウエハ上のフォトレジストの感度等に
応じて変更される。このように走査速度が変更される場
合には、以下のようなデータ処理を行うことが望まし
い。即ち、先ず、先読みモード、及び分割先読みモード
の何れでも、走査露光時のフォーカス位置の計測結果
（計測データ）は、ウエハ側のステージの移動に同期し
て所定のサンプリング周波数で、主制御系２２Ａ内のバ
ッファメモリ内のアドレスに順次記憶される。また、図
１の主制御系２２Ａ内には、ウエハ側のステージの走査
速度Ｖ_W、及び先読み領域の中心から露光フィールドの
中心までの走査方向の間隔Ｇ_scの情報が供給されてい
る。そして、走査露光の開始後に、実際に図１のＺレベ
リングステージ４を駆動してウエハの露光面のフォーカ
ス位置及びレベリング角を設定する場合は、主制御系２
２Ａでは、内部のバッファメモリ内で現在先読みデータ
が格納されるアドレスに対して、（間隔Ｇ_sc／走査速度
Ｖ_W）で表される時間だけ前に読み込まれた計測結果を
読み出し、このように読み出した結果を用いてオープン
ループ制御によりＺレベリングステージ４の動作を制御
する。これにより、走査速度が変化しても正確に合焦が
行われる。

【００３９】この場合、先読みモードでは、予め計測さ
れた結果に基づいて露光フィールド２４内での露光が行
われる。即ち、図５（ａ）に示すように、例えばウエハ
を＋Ｙ方向に走査するときには、第２列の先読み領域２
５Ｂ中の所定のサンプル点でウエハ上の領域２６のフォ
ーカス位置の計測が行われ、その後図５（ｂ）に示すよ
うにウエハ上の領域２６が露光フィールド２４内に達し
たときに、図５（ａ）での計測結果に基づいて、ウエハ
上の領域２６のフォーカシング及びレベリング制御が行
われる。一方、分割先読みモードでは、その領域２６の
フォーカシング及びレベリング制御を行う際に、図４
（ａ）及び（ｂ）に示したように、露光フィールド２４
内の計測領域２５Ｃ中のサンプル点、即ちその領域２６
で露光中に計測されるフォーカス位置のデータも合わせ
て使用される。この分割先読みモードでは、露光フィー
ルド２４内の計測領域２５Ｃでの計測データは追従誤差
（ウエハの露光面と投影光学系の結像面との姿勢の差
分）の補正用として使用される。

【００４０】図６は本例のＺレベリングステージ４及び
この制御系を示し、この図５において、Ｚレベリングス
テージ４の上面部材は下面部材上に３個の支点２８Ａ〜
２８Ｃを介して支持されており、各支点２８Ａ〜２８Ｃ
はそれぞれフォーカス方向（Ｚ方向）に伸縮自在になっ
ている。各支点２８Ａ〜２８Ｃの伸縮量を調整すること
により、Ｚレベリングステージ４上のウエハ５の露光面
のフォーカス位置、スキャン方向の傾斜角θ_Y及び非ス
キャン方向の傾斜角θ_Xを所望の値に設定することがで
きる。各支点２８Ａ〜２８Ｃの近傍にはそれぞれ、各支
点のフォーカス方向の変位量を例えば０．０１μｍ程度
の分解能で計測できる高さセンサー２９Ａ〜２９Ｃが取
り付けられている。なお、フォーカス方向（Ｚ方向）へ
の位置決め機構として、よりストロークの長い高精度な
機構を別に設けても良い。

【００４１】Ｚレベリングステージ４のレベリング動作
を制御するために、主制御系２２Ａはフィルタ部３０Ａ
及び３０Ｂにそれぞれ刻々に変化する非スキャン方向の
設定すべき傾斜角θ_X及びスキャン方向の設定すべき傾
斜角θ_Yを供給する。フィルタ部３０Ａ及び３０Ｂはそ
れぞれ異なるフィルタ特性でフィルタリングして得られ
た傾斜角を演算部３１に供給し、主制御系２２Ａは演算
部３１にはウエハ５上の露光対象とする領域の座標Ｗ
（Ｘ，Ｙ）を供給する。更に、不図示の信号ラインを介
して主制御系２２Ａは、演算部３１に対してウエハの露
光面の設定すべきフォーカス位置の情報をも供給する。
演算部３１は、座標Ｗ（Ｘ，Ｙ）、フォーカス位置、及
び２つの傾斜角に基づいて駆動部３２Ａ〜３２Ｃに設定
すべき変位量の情報を供給する。各駆動部３２Ａ〜３２
Ｃにはそれぞれ高さセンサー２９Ａ〜２９Ｃから支点２
９Ａ〜２９Ｃの現在の高さの情報も供給され、各駆動部
３２Ａ〜３２Ｃはそれぞれ支点２９Ａ〜２９Ｃの高さを
演算部３１に設定された高さに設定する。

【００４２】これにより、ウエハ５の露光面のスキャン
方向の傾斜角及び非スキャン方向の傾斜角がそれぞれ所
望の値に設定される。また、支点２８Ａ，２８Ｂ及び２
８Ｃが配置されている位置をそれぞれ駆動点ＴＬ１，Ｔ
Ｌ２及びＴＬ３と呼ぶと、駆動点ＴＬ１及びＴＬ２はＹ
軸に平行な１直線上に配置され、駆動点ＴＬ３は駆動点
ＴＬ１とＴＬ２との垂直２等分線上に位置している。そ
して、投影光学系によるスリット状の露光フィールド２
４が、ウエハ５上のショット領域ＳＡ_ij上に位置してい
るものとすると、本例では、支点２８Ａ〜２８Ｃを介し
てウエハ５のレベリング制御を行う際に、そのショット
領域ＳＡ_ijのフォーカス位置は変化しない。従って、レ
ベリング制御とフォーカス制御とが分離した形で行われ
るようになっている。また、ウエハ５の露光面のフォー
カス位置の設定は、３個の支点２８Ａ〜２８Ｃを同じ量
だけ変位させることにより行われる。

【００４３】次に、本例のレベリング動作及びフォーカ
シング動作につき詳細に説明する。先ず、レベリング用
の傾斜角及びフォーカシング用のフォーカス位置の算出
法を示す。（Ａ）傾斜角の算出法図５に示すように、各列の計測点において非スキャン方
向のｍ番目のサンプル点のＸ座標をＸ_m、スキャン方向
のｎ番目のサンプル点のＹ座標をＹ_nとして、Ｘ座標Ｘ
_m及びＹ座標Ｙ_nのサンプル点で計測されたフォーカス
位置の値をＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n）で表す。また、非スキャ
ン方向のサンプル数をＭ、スキャン方向のサンプル数を
Ｎとして、次の演算を行う。但し、和演算Σ_mは添字ｍ
に関する１〜Ｍまでの和を表す。

【００４４】ＳＸ＝Σ_mＸ_m，ＳＸ２＝Σ_mＸ_m ²，ＳＭＺ＝Σ_mＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n），ＳＸＺ＝Σ_m（ＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n）・Ｘ_m）（１）同様に、和演算Σ_nが添字ｎに関する１〜Ｎまでの和を
表すものとして、次の演算を行う。ＳＹ＝Σ_nＹ_n，ＳＹ２＝Σ_nＹ_n ²，ＳＮＺ＝Σ_nＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n），ＳＹＺ＝Σ_n（ＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n）・Ｙ_n）（２）そして、（１）式及び（２）式を用いて次の演算を行
う。

【００４５】Ａｎ＝（ＳＸ・ＳＭＺ−Ｍ・ＳＸＺ）／（ＳＸ²−Ｍ・ＳＸ２）（３）Ａｍ＝（ＳＹ・ＳＮＺ−Ｎ・ＳＹＺ）／（ＳＹ²−Ｎ・ＳＹ２）（４）次に、各Ａｎより、最小自乗近似によりスキャン方向の
ｎ番目のサンプル点における非スキャン方向（Ｘ方向）
の傾斜角ＡＬ（Ｙ_n）を求め、各Ａｍより、最小自乗近
似により非スキャン方向のｍ番目のサンプル点における
スキャン方向（Ｙ方向）の傾斜角ＡＬ（Ｘ_m）を求め
る。その後、次のような平均化処理により非スキャン方
向の傾斜角θ_X及びスキャン方向の傾斜角θ_Yを求め
る。

【００４６】θ_X＝（Σ_nＡＬ（Ｙ_n））／Ｎ（５） θ_Y＝（Σ_mＡＬ（Ｘ_m））／Ｍ（６）

【００４７】（Ｂ）フォーカス位置算出法フォーカス位
置の算出法には平均化処理法と最大最小検出法とがあ
り、本例では最大最小検出法でフォーカス位置を算出す
る。参考のため、平均化処理法では、上述のフォーカス
位置の値ＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n）を用いて、次式よりウエハ
５の露光面の全体としてのフォーカス位置〈ＡＦ〉を計
算する。

【００４８】〈ＡＦ〉＝（Σ_nΣ_mＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n））／（Ｍ・Ｎ）（７）次に、最大最小検出法では、最大値及び最小値を表す関
数をそれぞれMax( ）及びMin( ）として、次式よりウ
エハ５の露光面の全体としてのフォーカス位置ＡＦ′を
計算する。ＡＦ′＝（Max(ＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n))＋Min(ＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n)) （８）そして、図５（ｂ）に示すように、計測された領域２６
が露光フィールド２４に達したときには、（５）式、
（６）式、（８）式の検出結果θ_X，θ_Y及びＡＦ′に
基づいて、図６の３個の支点２８Ａ〜２８Ｃがそれぞれ
高さセンサー２９Ａ〜２９Ｃの計測結果を基準としてオ
ープンループで駆動される。具体的に、オートフォーカ
ス制御は、３個の支点２８Ａ〜２８Ｃを同時に駆動する
ことにより実行され、オートレベリング制御は、図６に
示す露光フィールド２４内のフォーカス位置が変化しな
いように実行される。

【００４９】即ち、図６において、露光フィールド２４
の中心点と支点２８Ａ，２８ＢのＸ方向の間隔をＸ₁、
露光フィールド２４の中心点と支点２８ＣのＸ方向の間
隔をＸ₂、露光フィールド２４の中心点と支点２８Ａの
Ｙ方向の間隔をＹ₁、露光フィールド２４の中心点と支
点２８ＢのＹ方向の間隔をＹ₂として、非スキャン方向
の傾斜角θ_Xの結果に基づき、支点２８Ａ，２８Ｂと支
点２８ＣとにそれぞれＸ₁：Ｘ₂の比で逆方向の変位が
与えられ、スキャン方向の傾斜角θ_Yの結果に基づき、
支点２８Ａと支点２８ＢとにそれぞれＹ₁：Ｙ₂の比で
逆方向の変位が与えられる。

【００５０】次に、本実施例における露光動作の一例に
つき図７〜図９を参照して説明する。先ず、図７は、本
実施例のウエハ５のショット配列を示し、この図７にお
いて、ウエハ５上にＸ方向及びＹ方向にそれぞれ所定ピ
ッチでショット領域ＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡ２０が配
列されている。１層目への露光を行う際にはショット領
域ＳＡ１〜ＳＡ２０は仮想的なものであり、２層目への
露光を行う際にはショット領域ＳＡ１〜ＳＡ２０には既
にそれぞれ同一又は異なる回路パターンが形成されてい
る。

【００５１】そして、先ず第１のショット領域ＳＡ１に
露光を行う際には、露光フィールド２４に対してウエハ
５をＹ方向に走査し、それに同期してレチクル１２（図
１参照）を−Ｙ方向に走査する。この結果、ウエハ５に
対して相対的に露光フィールド２４は軌跡３３Ａに沿っ
て移動する。この際に、分割先読みモードでは、先読み
領域２５Ｄ、及び露光フィールド２４内の計測領域２５
Ｃ内の所定の計測点でフォーカス位置が計測され、この
計測結果に基づいてウエハ５のフォーカシング及びレベ
リングが実行される。但し、そのショット領域ＳＡ１
は、ウエハ５の周辺部にあるため、実測されたフォーカ
ス位置のデータをそのまま使用すると、フォーカス位
置、及びレベリング角の補正量が大きくなり過ぎて追従
精度が悪化する。そのため、以下のように実測されたフ
ォーカス位置のデータが所定の許容値から外れたときに
は、そのデータを無視するようにしている。

【００５２】即ち、図８（ａ）は、ショット領域ＳＡ１
への露光を開始するために、ウエハ５のＹ方向への走査
を開始した直後の状態を示し、この図８（ａ）におい
て、露光フィールド２４及び先読み領域２５Ｄは、ウエ
ハ５の周辺部の薄い部分（ウエハ５に塗布されたフォト
レジスト層の膜厚が大きく変化する周辺領域）に位置し
ている。また、本例の多点フォーカス位置検出系では、
予め計測点においてその仮想的な基準面が投影光学系８
の結像面と一致している、すなわちウエハ５の露光面
（例えば表面）が投影光学系８の結像面に合致している
ときに、検出されるフォーカス位置が０になるようにキ
ャリブレーションが行われているものとする。このと
き、先読み領域２５Ｄ（ウエハ５の表面）で計測される
フォーカス位置ΔＺは、そのまま結像面３９のフォーカ
ス位置からの差分を表しており、そのフォーカス位置Δ
Ｚはかなり大きな値となる。そこで、本実施例では、予
め許容値Δｍａｘを定め、その計測されたフォーカス位
置ΔＺの絶対値がその許容値Δｍａｘを超える場合に
は、そのフォーカス位置ΔＺを無視する。具体的に、シ
ョット領域ＳＡ１への露光を行う前に、ショット領域Ｓ
Ａ１の例えば中央部でフォーカス位置を計測しておき、
図８（ａ）の状態では計測されたフォーカス位置ΔＺの
絶対値がその許容値Δｍａｘを超えるものとすると、図
８（ａ）の状態ではその予め計測されたフォーカス位置
のデータに基づいてＺレベリングステージ４のフォーカ
ス位置、及びレベリング角を制御する。

【００５３】その後、ウエハ５を更に＋Ｙ方向に走査し
て図８（ｂ）のように、先読み領域２５Ｄがショット領
域ＳＡ１にかかると、計測されるフォーカス位置の絶対
値は許容値Δｍａｘ以下になるため、その実測されたフ
ォーカス位置に基づいて、Ｚレベリングステージ４のフ
ォーカス位置、及びレベリング角を制御する。これによ
り、図８（ａ）の状態から図８（ｂ）の状態に移行する
過程で、ウエハ５のフォーカス位置又はレベリング角
（傾斜角）が大きく変動することがなくなるため、図８
（ｂ）の状態からショット領域ＳＡ１に露光を開始する
際に、ショット領域ＳＡ１の露光面は正確に結像面に合
わせ込まれる。従って、ウエハ５の走査速度を低くする
ことなく、オートフォーカス及びオートレベリングの追
従精度が良好であり、ショット領域ＳＡ１の全面に高い
解像度でレチクルのパターンが露光される。

【００５４】次に、図７において、ショット領域ＳＡ１
への露光終了後に隣のショット領域ＳＡ２への露光を行
う際には、図１のウエハＸ軸駆動ステージ３を介してウ
エハ５を−Ｘ方向にステッピングさせる。これにより、
露光フィールド２４はウエハ５に対して＋Ｘ方向に移動
して、ショット領域ＳＡ２への走査開始位置に至る。そ
の状態から、露光フィールド２４に対してウエハ５を−
Ｙ方向に走査し、それに同期してレチクル１２（図１参
照）を＋Ｙ方向に走査する。この結果、ウエハ５に対し
て相対的に露光フィールド２４は軌跡３３Ｂに沿って移
動する。この際に、分割先読みモードでは、先読み領域
２５Ｂ、及び露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃ内
の所定の計測点でフォーカス位置が計測され、この計測
結果に基づいてウエハ５のフォーカシング及びレベリン
グが実行される。但し、そのショット領域ＳＡ２も、ウ
エハ５の周辺部にあるため、実測されたフォーカス位置
のデータをそのまま使用すると、フォーカス位置、及び
レベリング角の補正量が大きくなり過ぎて追従精度が悪
化する恐れがある。そのため、以下のようにしている。

【００５５】即ち、図９（ａ）は、ショット領域ＳＡ２
の中央部への露光を行っている状態を示し、この図９
（ａ）において、先読み領域２５Ｂでのフォーカス位置
の計測結果の結像面からのずれ量は許容値以内であるた
め、計測結果に基づいてオートフォーカス及びオートレ
ベリングが行われる。ところが、その後ウエハ５が更に
−Ｙ方向に走査されて、図９（ｂ）に示すように、先読
み領域２５Ｂがウエハ５の周辺部の薄い部分に移動する
と、先読み領域２５Ｂで計測されるフォーカス位置ΔＺ
（即ち、結像面からのずれ量）の絶対値は上述の許容値
Δｍａｘを超えてしまう。そこで、先読み領域２５Ｂで
計測されたフォーカス位置ΔＺの絶対値が許容値Δｍａ
ｘを超えたときには、そのフォーカス位置ΔＺのデータ
を無視して、Ｚレベリングステージ４のフォーカス位
置、及びレベリング角をそれまでに設定されていた値に
維持して露光を行う。

【００５６】但し、図９（ｂ）の状態で、先読み領域２
５Ｂで計測されたフォーカス位置ΔＺの絶対値が許容値
Δｍａｘを超えるのは、回路パターンが露光されないウ
エハ５の周辺部であると共に、先読みされたデータが実
際に使用されるまでは時間遅れがあるため、ショット領
域ＳＡ２への露光に関しては絶対値が許容値Δｍａｘを
超えるデータを無視しても殆ど影響はない。しかしなが
ら、このように絶対値が許容値Δｍａｘを超えるデータ
を無視することにより、図９（ｂ）の状態からＺレベリ
ングステージ４のフォーカス位置及びレベリング角が大
きく変化することがなくなる。即ち、Ｚレベリングステ
ージ４の無駄な動作がなくなり、制御系の安定性が高ま
る利点がある。

【００５７】図７に戻り、その後同様にしてウエハ５上
のショット領域ＳＡ３〜ＳＡ２０への走査露光が行われ
る。また、各ショット領域ＳＡ３〜ＳＡ２０に対する露
光フィールド２４の相対的な走査方向をそれぞれ矢印で
示す。この場合、中央部のショット領域ＳＡ３〜ＳＡ１
８では先読み領域での計測データをそのまま使用してオ
ートフォーカス及びオートレベリングが実行されるが、
周辺部のショット領域ＳＡ１９，ＳＡ２０では、部分的
に先読み領域での計測データが無視される。これによ
り、ウエハ５の各ショット領域をそれぞれ結像面に合わ
せ込んだ状態で、且つＺレベリングステージ４が無駄な
動きをすることなく効率的に走査露光方式での露光が行
われる。

【００５８】なお、図７ではウエハ上の走査方向に対し
て周辺部のショット領域への露光を行う場合について説
明したが、ウエハ上の非走査方向（Ｘ方向）に対して周
辺部のショット領域への露光を行う場合につき、図１０
を参照して説明する。図１０は、ウエハ５上のＸ方向の
エッジ部に近接して配置されたショット領域ＳＡを示
し、この図１０において、ショット領域ＳＡを露光フィ
ールド２４に対して＋Ｙ方向（紙面内右方向）に走査す
ることによりショット領域ＳＡへの露光が行われる。従
って、分割先読みモードでは、露光フィールド２４の手
前側の先読み領域２５Ｂ内の計測点ＡＦ２１，ＡＦ２
３，…，ＡＦ２９で計測されたフォーカス位置のデー
タ、及び露光フィールド２４内の計測領域の計測点で計
測されたフォーカス位置のデータが使用される。

【００５９】また、図１０では、ショット領域ＳＡの走
査方向の両端部がウエハ５からはみ出しているものとす
る。このような場合でも、例えばショット領域ＳＡ内に
２個の同じ回路パターン３４Ａ及び３４Ｂが形成される
ときには、回路パターン３４Ａの部分だけは正常に露光
されるため、ショット領域ＳＡの全体が無駄になること
はない。しかしながら、露光フィールド２４に対してシ
ョット領域ＳＡを＋Ｙ方向に走査すると、先読み領域２
５Ｂ内の端部の計測点ＡＦ２１でのフォーカス位置の絶
対値は、初期位置３５Ａでは許容値Δｍａｘを超え、中
間の位置３５Ｂでは許容値Δｍａｘ以内となり、走査終
了に近い位置３５Ｃでは再び許容値Δｍａｘを超えてし
まう。即ち、計測点ＡＦ２１でのフォーカス位置の絶対
値は、Ｙ方向の両端の区間ΔＹ１及びΔＹ３では許容値
Δｍａｘを超え、中央の区間ΔＹ２では許容値Δｍａｘ
以内となる。

【００６０】そこで、このような場合には、区間ΔＹ１
及びΔＹ３での計測データを使用するときには計測点Ａ
Ｆ２１での計測データを無視し、区間ΔＹ２での計測デ
ータを使用するときには計測点ＡＦ２１での計測データ
も使用するようにする。これにより、ショット領域ＳＡ
のフォーカス位置及び傾斜角が、ウエハ５の周辺部の露
光に適さない領域の計測データによって誤った値に設定
されることが防止され、少なくとも回路パターン３４Ａ
の領域には高い解像度でレチクルのパターンが露光され
る。

【００６１】更に、先読み領域の計測点での計測値がウ
エハ周辺部の欠けショット（図１０のショット領域ＳＡ
のようなショット領域）で許容値Δｍａｘを超えた場合
だけでなく、ウエハの内部についても計測値について許
容値（閾値）を設定してもよい。つまり、露光領域中に
はプロセス段差以外に、例えばウエハの裏面のレジスト
残屑のような異物に起因するＺレベリングステージ４で
は追従できないような大きさの凹凸が存在する場合があ
り、このような場合、先読み領域内の計測値の一部にフ
ォーカス位置の特異的な大きな変動として現れる。例え
ば図１０において、ショット領域ＳＡの裏面に異物Ｑが
付着していると、区間ΔＹ１内で先読み領域２５Ｂ内の
計測点ＡＦ２３での計測値が大きく変動し、この計測値
をそのまま使用すると、Ｚレベリングステージ４では追
従できないためにその異物Ｑの付着領域の近くの領域が
合焦されなくなる。そこで、本例では、ウエハの内部に
おいて先読み領域内の１つ又は複数個の計測点でのフォ
ーカス位置の計測値が、所定の許容値を超えたとき、所
定の大きさを超える異物がウエハ裏面にあると認識する
と共に、主制御系２２Ａ内のバッファメモリに、異物が
存在するウエハ上の位置の座標（又は異物が存在するシ
ョット領域の位置）、及びそのときのフォーカス位置の
変動量を記憶する。

【００６２】また、この際のフォーカス位置の変動量と
しては、Ｚ方向のみの変位を用いてもよいが、ウエハス
テージの移動に伴うフォーカス位置の変化量を用いても
よい。そして、このフォーカス位置の変動量が局所的な
変化の場合は、一例としてその異物が存在する位置での
フォーカス位置の計測値を、高さ及び傾斜角の制御情報
としては除外する。その局所的な変化とはＺレベリング
ステージ４の追従性能から判断され、Ｚレベリングステ
ージ４の追従応答以上のフォーカス変化量のみを無視す
るのが最もよい。

【００６３】また、主制御系２２Ａ内に格納された異物
情報はウエハの露光終了時に付属のＣＲＴディスプレイ
上に異物マップとして表示してもよい。また、オンライ
ン回線を用いてホストコンピュータ上に異物情報を送
り、異物情報をオンライン回線上のホストコンピュータ
で管理してもよい。なお、上述実施例においては、ウエ
ハの露光面の多点のフォーカス位置を計測するために、
２次元的に配列されたスリット状の開口パターン像をウ
エハ上に投影する多点フォーカス位置検出系が使用され
ている。しかしながら、その代わりに、例えばウエハ上
の１列の先読み領域に対しては、非スキャン方向に細長
いスリット状になっているパターンの像を投影し、その
非スキャン方向の全体のフォーカス位置を計測するフォ
ーカス位置検出系を使用しても良い。また、明暗パター
ンを投影してそのパターン像の横ずれ量を検出する画像
処理方式のフォーカス位置検出系を用いて、ウエハの露
光面上の２次元的なフォーカス位置の分布を計測する場
合でも、上述実施例と同様の分割先読み等を適用するこ
とにより、高精度なフォーカシング及びレベリングを行
うことができる。

【００６４】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る
ことは勿論である。

【００６５】

【発明の効果】本発明の走査露光方法によれば、基板の
高さを先読みし、先読みされた結果を用いて高さ制御を
行っているため、走査露光方式で露光する際に、走査速
度を低くすることなく、ウエハ等の感光性の基板上の実
際の露光領域の高さを投影光学系の結像面の高さに正確
に合わせ込むことができる。また、先読みされた高さが
所定の許容範囲を外れた場合に、基板の高さをそれまで
に設定されていた高さに固定しているため、基板表面の
高さが大きく変化するような場合にも、全体としてオー
トフォーカスの追従精度が悪化しない利点がある。

【００６６】また、このように先読みされた高さが所定
の許容範囲を外れた場合に、基板の高さをそれまでに設
定されていた高さに固定する方法により、基板の周辺部
の露光領域での走査方向をどの方向にしても常に良好な
追従精度が得られる。更に、その先読みされた高さに基
づいて基板の傾斜角の制御をも行い、その先読みされた
高さが投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を超
えて外れたときに、基板の傾斜角をそれまでに設定され
ていた傾斜角に固定することにより、全体としてレベリ
ングの追従精度が悪化しない利点がある。

【００６７】また、照明領域と共役な露光領域内に対し
て走査方向に手前側で走査方向に交差する方向に配列さ
れた一列の計測点で基板の高さを計測するのと並行し
て、露光領域内で走査方向に交差する方向に配列された
一列の計測点で前記基板の高さを計測する場合には、先
読みされた高さと実際の高さとを用いてより高精度にオ
ートフォーカス、及びオートレベリングを行うことがで
きる。この場合でも、露光領域に対して走査方向に手前
側の一列の計測点で計測された高さが所定の許容範囲を
超えたときに、基板の高さ及び傾斜角をそれまでに設定
されていた値に固定することにより、全体としてオート
フォーカス及びオートレベリングの追従精度が悪化しな
い。

【００６８】更に、基板の高さを制御する際に、第１列
の計測点（ＡＦ１１〜ＡＦ１９）と、第２列の計測点
（ＡＦ２１〜ＡＦ２９）との何れかの列の計測点を選択
可能とした場合には、例えば先読み領域が露光領域に近
すぎた場合や、基板の走査速度が速い場合は、走査方向
に手前側の先読み領域である第１の計測点（ＡＦ１１〜
ＡＦ１９）をサンプル点とすることができる。

【００６９】また、先読みされた高さを所定の記憶部中
の所定のサンプリング周波数で定まるアドレスで指定さ
れる領域に順次格納し、その所定の記憶部中で基板の走
査速度に応じて定まるアドレスで指定される領域から順
次高さを読み出し、該読み出された高さがその所定の許
容範囲内であるときに、このように読み出された高さに
基づいて基板の高さを投影光学系の結像面に合焦させる
ときには、基板の走査速度が変更された場合でも、正確
に合焦が行われる。

【００７０】本発明の走査露光装置によれば、先読みさ
れた高さが所定の許容範囲を外れた場合に、基板の高さ
をそれまでに設定されていた高さに固定しているため、
基板表面の高さが大きく変化するような場合にも、全体
としてオートフォーカスの追従精度が悪化しない利点が
ある。また、その先読みされた高さに基づいて基板の傾
斜角の制御をも行い、その先読みされた高さが投影光学
系の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたとき
に、基板の傾斜角をそれまでに設定されていた傾斜角に
固定することにより、全体としてレベリングの追従精度
が悪化しない利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査露光方法の一実施例が適用さ
れる投影露光装置を示す構成図である。

【図２】図１の投影露光装置の多点フォーカス位置検出
系の光学系を示す構成図である。

【図３】（ａ）は実施例において投影光学系による露光
フィールドを含む領域に２次元的な配列で投影されたス
リット状の開口パターン像を示す平面図、（ｂ）は多点
フォーカス位置検出系のパターン形成板上の開口パター
ンを示す図、（ｃ）は受光器上の受光素子の配列を示す
図である。

【図４】（ａ）は実施例で分割先読みを行う場合のサン
プル点を示す図、（ｂ）は逆方向にスキャンする場合で
且つ分割先読みを行う場合のサンプル点を示す図であ
る。

【図５】先読みしたフォーカス位置を用いて露光を行う
場合を示す説明図である。

【図６】実施例のオートフォーカス及びオートレベリン
グ用の機構並びにその制御部を示す構成図である。

【図７】ウエハ上のショット配列の一例を示す平面図で
ある。

【図８】分割先読み方式でショット領域ＳＡ１に露光を
行う場合の動作の説明に供する要部の拡大断面図であ
る。

【図９】分割先読み方式でショット領域ＳＡ２に露光を
行う場合の動作の説明に供する要部の拡大断面図であ
る。

【図１０】ウエハ５上の非走査方向のエッジ部に近いシ
ョット領域に露光を行う場合の説明に供するウエハの部
分拡大平面図である。

【符号の説明】

２ウエハＹ軸駆動ステージ４Ｚレベリングステージ５ウエハ８投影光学系１０レチクルＹ駆動ステージ１２レチクル２２Ａ主制御系２４スリット状の露光フィールド２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｄ，２５Ｅ先読み領域２５Ｃ計測領域６２Ａパターン形成板６９Ａ受光器７１Ａ信号処理装置ＡＦ１１〜ＡＦ５９計測点ＳＡ１〜ＳＡ２０ショット領域

───────────────────────────────────────────────────── 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 7/207

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上の転写用のパターンの一部を投
影光学系を介して感光性の基板上の所定形状の露光領域
に投影し、前記マスクを前記投影光学系に対して所定方
向に走査するのと同期して前記基板を前記所定方向に対
応する方向に走査することにより、前記マスクのパター
ンを逐次前記基板上に転写露光する走査露光方法におい
て、前記露光領域に対して走査方向に手前側の計測点で前記
基板の前記投影光学系の光軸方向の高さを先読みし、該先読みされた高さに基づいて前記露光領域内の前記基
板の高さを制御するに際して、前記先読みされた高さが前記投影光学系の結像面に対し
て所定の許容範囲を超えて外れたときに、前記基板の高
さをそれまでに設定されていた高さに固定することを特
徴とする走査露光方法。
【請求項２】前記先読みされた高さに基づいて前記基
板の傾斜角の制御をも行い、前記先読みされた高さが前
記投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を超えて
外れたときに、前記基板の高さ及び傾斜角をそれぞれそ
れまでに設定されていた高さ及び傾斜角に固定すること
を特徴とする請求項１記載の走査露光方法。
【請求項３】前記露光領域内に対して走査方向に手前
側で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点
で前記基板の高さを計測するのと並行して、前記露光領
域内で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測
点で前記基板の高さを計測し、前記露光領域に対して走査方向に手前側の一列の計測点
で計測された高さが前記投影光学系の結像面に対して所
定の許容範囲を超えて外れたときに、前記基板の高さを
それまでに設定されていた高さに固定することを特徴と
する請求項１記載の走査露光方法。
【請求項４】前記露光領域に対して走査方向に手前側
の計測点は、前記走査方向に交差する方向に配列された
複数の計測点を有する第１列の計測点と、前記第１列の
計測点よりも前記露光領域側に位置し、前記走査方向に
交差する方向に配列された複数の計測点を有する第２列
の計測点とを有し、前記基板の高さを制御する際は、何
れかの列の計測点を選択可能であることを特徴とする請
求項１〜３の何れか一項に記載の走査露光方法。
【請求項５】前記先読みされた高さを所定の記憶部中
の所定のサンプリング周波数で定まるアドレスで指定さ
れる領域に順次格納し、前記所定の記憶部中で前記基板
の走査速度に応じて定まるアドレスで指定される領域か
ら順次高さを読み出し、該読み出された高さが前記所定
の許容範囲内であるときに、該読み出された高さに基づ
いて前記基板の高さを前記投影光学系の結像面に合焦さ
せることを特徴とする請求項１記載の走査露光方法。
【請求項６】マスク上の転写用のパターンの一部を投
影光学系を介して感光性の基板上の所定形状の露光領域
に投影し、前記マスクを前記投影光学系に対して所定方
向に走査するのと同期して前記基板を前記所定方向に対
応する方向に走査することにより、前記マスクのパター
ンを逐次前記基板上に転写露光する走査露光装置におい
て、前記露光領域に対して走査方向に手前側の計測点で前記
基板の前記投影光学系の光軸方向の高さを先読みするフ
ォーカス位置検出系と、該先読みされた高さに基づいて前記露光領域内の前記基
板の高さを制御するに際して、前記先読みされた高さが前記投影光学系の結像面に対し
て所定の許容範囲を超えて外れたときに、前記基板の高
さをそれまでに設定されていた高さに固定する制御系
と、を有することを特徴とする走査露光装置。
【請求項７】前記制御系は、前記フォーカス位置検出
系から得られる前記先読みされた高さに基づいて前記基
板の傾斜角の制御をも行い、前記先読みされた高さが前
記投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を超えて
外れたときに、前記基板の高さ及び傾斜角をそれぞれそ
れまでに設定されていた高さ及び傾斜角に固定すること
を特徴とする請求項６に記載の走査露光装置。