JP4261689B2 - 露光装置、当該露光装置に対して用いられる方法、及び当該露光装置を用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、液晶パネル等の表示デバイス、磁気ヘッド等のデバイスを製造するための露光装置、当該露光装置に対して用いられる方法、及び当該露光装置を用いたデバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は静止露光装置（ステッパ）のフォーカスアルゴリズムを示す。ウエハステージにロードされたウエハは、ウエハ内で代表する数ショットにおけるフォーカス計測ショットにおいてフォーカス計測される（ステップ１０１）。これによって求められたフォーカス計測データから、例えば最小２乗近似等の方法でグローバル近似平面を計算する（ステップ１０２）。
【０００３】
次にＸＹステージを対象露光ショットの位置にステップ移動し（ステップ１０３）、同時にグローバル近似平面から推定した露光ショットにおけるフォーカス・ティルトポジションにＺ・ティルトウエハステージを移動させる。移動完了後、再度露光ポジションにおいてフォーカス計測１０５を行い、フォーカストレランス判定（ステップ１０６）にパスするまで追い込み駆動（ステップ１０７）及び計測（ステップ１０５）を行う。フォーカストレランスにパスしたら、フォーカス駆動・アッベ補正駆動（ステップ１０７）によるステップで発生したＸＹ方向の残留振動の収束を待ち（ステップ１０８）、露光を開始する（ステップ１０９）。ステップ１１０では全ショットにわたる露光シーケンスが終了したかを判別し、終了していなければ最初に計測したグローバル近似平面のデータを用いて上記フォーカスアルゴリズム（ステップ１０３〜１１０）を繰り返す。
【０００４】
ウエハステージは、露光光軸方向（フォーカス方向）については、非常に高精度で加工されたガイド（以下ステージ定盤と称す）の上を、エアーベアリング等によって非接触に移動する。ところが、ウエハの大口径化によって、ステージの駆動領域が広大になり、また、露光されるパターンの微細化によってフォーカス深度が浅くなり、すべての領域で高精度な加工をすることは非常に困難である。また、ステージの移動による加重変動によって、ステージ定盤自身も変形する。そのため、ステージが移動すると、上記加工精度の影響や定盤の変形による影響のため、ウエハ表面がフォーカス方向に変動してしまう。
【０００５】
しかし、静止露光装置においては、フォーカス計測（ステップ１０５）はショットの露光位置にウエハステージを位置決めしてから行う方式（オンアクシス）であり、フォーカス計測系で計測したフォーカス目標位置に対して残留偏差があった場合には再度残留偏差を０にするための補正駆動を行えばよい。すなわち、ステージの移動によってウエハ表面がフォーカス方向に変動した量は、フォーカス検出系によって検出され、その分ステージをフォーカス方向に駆動すればよかった。フォーカス軸駆動によって発生する駆動精度はトータル的なスループットに影響するのみであり、露光ショットの不良（フォーカスぼけ）を引き起こすものではなかった。
【０００６】
レチクルパターン像を一括してウエハ上に投影露光する静止露光装置に対して、レチクル上にパターンの一部をウエハ上に投影しつつレチクルステージとウエハステージを投影レンズの投影倍率に従って走査する走査露光（スキャン露光）を行う走査露光装置は、静止露光装置に対してより深い焦点深度と広い露光画角を確保することができ、投影レンズの一次元方向におけるディストーションを平均化することができるメリットから、現在露光装置としての主流になりつつある。
【０００７】
走査露光装置は、例えば図２に示すように第一コンデンサ２０３からの露光光をスリット２０１によって細いシート状のビームに絞り、ショットの露光領域の一部を投影レンズ２０４を介してウエハ上に投影しながらレチクルステージ１とウエハステージ２を投影レンズの投影倍率と同じ速度比率で走査させることで露光を行う。投影レンズの高ＮＡ化に伴い像面の焦点深度はますます狭くなってきており、０．１８ミクロンピッチの解像度を得ようとした場合の焦点深度は約０．４ミクロンとなる。そのため走査露光中のフォーカスアライメント誤差に与えられているマージンはますます厳しくなっている。走査露光中のフォーカス制御においては、図２に示すようにフォーカス計測器２０２が露光スリットよりも前方に配置されており、露光中にフォーカス計測と制御を行うことにより、ウエハ上を投影スリットが通過するショット内のスキャン軸方向におけるすべての場所において、最適なフォーカス位置になるように制御している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで先の例のように、ステージ定盤の平面度や変形の影響がある場合、図３のようにステージ駆動によってウエハ表面がフォーカス方向に変動してしまう。そのため先読み位置で計測したウエハ表面高さＺｐを検出して、露光領域にステージが達したときにＺｐだけ駆動しても、ステージ変動による変動分Ｚｄがあった場合には、Ｚｄだけウエハ表面がベストフォーカス位置からずれてしまうという問題があった。そのため、これらフォーカスの変動分をあらかじめ計測しておき、先読み位置から露光領域までステージが駆動した場合、この変動分を補正し、フォーカス誤差を低減させる必要がある。
【０００９】
ところが、そのようなステージ駆動によるフォーカス方向への変動分を計測するのは容易ではなかった。例えば、ウエハの代わりに、非常に平面度の高い基板を用いて、ステージ駆動領域全面でフォーカス計測を行ったとする。しかし、この計測値は、ステージの変動分と、上記基板の平面度の合計値であり、純粋にステージの変動分を取り出すためには、上記基板をより高精度に加工するなどの対策が必要であり、コストの面からも現実的ではなかった。
【００１０】
本発明の目的は、上記従来例に鑑み、投影光学系の光軸の方向における基板ステージの位置の補正を行う露光装置、当該露光装置に対して用いられる方法、及び当該露光装置を用いたデバイスの製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、基板ステージに保持された基板の複数のショットを、投影光学系を介して露光する露光装置に対して用いられ、前記投影光学系の光軸の方向の目標位置を固定して前記光軸に直交する方向に前記基板ステージを移動させた場合の前記光軸の方向における前記基板ステージの移動量を求めて前記光軸の方向における前記基板ステージの位置の補正を行う方法であって、
前記基板ステージに保持された物体の表面の前記直交する方向に配列された複数の箇所に関して前記光軸の方向における位置をそれぞれ検出する複数の検出器のうち前記直交する方向に配列された２つの検出器を用いて、前記複数の箇所それぞれに関して前記光軸の方向における位置を検出するステップと、
前記複数の箇所それぞれに関して前記２つの検出器を用いて検出された位置の差に基づいて前記移動量を求め、求められた前記移動量に基づき前記直交する方向における前記基板ステージの位置に応じた前記補正の量を求めてテーブルとしてメモリーに保存するステップと、
を有することを特徴とする方法である。
【００１９】
第２の発明は、基板を保持する基板ステージと、投影光学系と、前記基板ステージに保持された基板の表面の複数の箇所に関して前記投影光学系の光軸の方向における位置をそれぞれ検出する複数の検出器と、前記投影光学系の光軸の方向の目標位置を固定して前記光軸に直交する方向に前記基板ステージを移動させた場合の前記光軸の方向における前記基板ステージの移動量に基づき前記光軸の方向における前記基板ステージの位置の補正を行う制御手段とを有し、前記基板ステージに保持された基板の複数のショットを、前記投影光学系を介して露光する露光装置であって、
前記目標位置を固定して前記直交する方向に前記基板ステージを移動させ、前記基板ステージに保持された物体の表面の前記直交する方向に配列された複数の箇所それぞれに関して前記複数の検出器のうち前記直交する方向に配列された２つの検出器を用いて前記光軸の方向における位置を検出し、
前記複数の箇所それぞれに関して前記２つの検出器を用いて検出された位置の差に基づいて前記移動量を求め、求められた前記移動量に基づき前記直交する方向における前記基板ステージの位置に応じた前記補正の量を求めてテーブルとしてメモリーに保存する、
ことを特徴とする露光装置である。
【００２７】
第３の発明は、上記第２の発明の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
前記ステップで露光された基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図４に本発明における走査露光装置の実施例を示す。エキシマレーザー光源からの露光光は第一コンデンサレンズ群２０３を経由してスリット２０１に達する。スリット２０１は露光光の光束をＺ方向に関して７ｍｍ程度の細いシート状のビームに絞っており、紙面に対して垂直方向の軸（Ｘ軸）に関しＺ方向に積分した照度が均一になるように調整することが可能である。４０２はマスキングブレードであり、レチクルステージ１とウエハステージ２をスキャンさせて露光する際にレチクル７のパターン描画画角の端に追従して走査する。マスキングブレード４０２は、レチクル７のパターンエリアを通過して減速している間にレチクルパターンによって遮光されていない部分に露光光が当たってウエハ１２上に投光されてしまうことを防止する。マスキングブレード４０２を通過した露光光は第二コンデンサレンズ群４０１を経由してレチクルステージ１上のレチクル７に照射される。レチクルパターンを通過した露光光は投影レンズ２０４を経由してウエハ１２表面近傍にレチクルパターンの結像面を構成する。
【００２９】
レチクルステージ１は３本のレチクルレーザー干渉計８によってＸＹθ方向に制御されている。図面上では表現上１本に省略されているが、Ｙ方向に２本、紙面と垂直に１本のレーザー干渉計が配置されている。レチクルステージ１は鏡筒定盤９上に設けられたガイド上をＸＹθ方向に移動可能である。特にＹ軸に関してはウエハステージ２と同期スキャンするために長ストロークにわたって駆動可能であり、Ｘθ軸はレチクル７のレチクルステージ１への吸着誤差を解消するための微少駆動に用いられる。レチクル駆動を行った際の反力はベースプレート４０６と剛につながっている不図示の反力吸収装置に逃がされるような構造になっており、駆動の反動による鏡筒定盤９のゆれは発生しない。
【００３０】
２０２はフォーカス検出器であり、投影レンズ２０４を介することなくウエハステージ２上に搭載されたウエハ１２のＺ、ωｘ、ｗｙ方向の位置をマークの有無にかかわらず、高速に計測することができる。レチクルステージ１とウエハステージ２を同期スキャンさせて露光を行う際のフォーカス計測はこのフォーカス検出器２０２を用いる。
【００３１】
９は鏡筒定盤であり、露光装置の高精度な計測器を取り付ける基台となっている。鏡筒定盤９は床の上に直接置かれたベースプレート４０６に対し微少量上方に浮上した状態で位置決めされている。先に説明したフォーカス検出器２０２は鏡筒定盤９に取り付けられているので、これらの計測器の計測値は結果的に鏡筒定盤９からの相対的な距離を計測していることになる。１０は定盤間レーザー１０とウエハステージ２に実装されている不図示の３軸のＺセンサーの和が上位シーケンスから指令される目標値になるような制御を行っていることにより、ウエハステージ２上のウエハ１２が鏡筒定盤９に対してフォーカス方向において上位シーケンスから指定される目標値になるように維持される。１１はウエハステージ干渉計であり、レチクルステージ１同様に３本配置され、ウエハステージ２のＸＹθ方向の制御に用いている。
【００３２】
３はステージ定盤であり、ベースプレート４０６から鏡筒定盤９同様、微少量浮上して位置決めされている。ステージ定盤３は床からベースプレート４０６を経由してウエハステージ２に伝達される振動を取り除く働きと、ウエハステージ２を駆動したときの反力をなまらせてベースプレート４０６に逃がす働きを兼ねている。
【００３３】
ウエハステージ２は、ステージ定盤３の上に微少距離浮上して搭載されている。Ｚ軸の目標値を固定し、ＸＹ軸を変化させた場合に描くウエハチャック面上の任意の点の軌道面（以下ステージ走り面）は、理想的には像面と一致しているのが望ましい。しかし実際にはステージ走り面は、図５に示すようにステージ定盤面の凹凸の影響を受けている。このとき、この像面とステージ走り面のずれ量は、ステージ定盤面が像面に対して傾斜して設置されているために生じる傾き成分（以下、一次成分）と、先に述べたように、ステージ定盤の加工精度や加重変形の影響を受け、ステージ走り面が凹凸になる成分（以下、高次成分）とに分類することができる。
【００３４】
図６は図４に示されたウエハステージ２の制御を行う制御演算ユニットを表している。ウエハステージ干渉計１１と定盤間干渉計１０とウエハステージ２に実装されているＺセンサーをデータはセンサー信号入力部６０１に取り込まれる。この信号は補正処理部６０２に渡され補正処理を行った結果各軸の現在位置を表すデータを得る。この補正処理部では後に示すように、ステージの位置をリアルタイムに変更したい場合に用いる。今回の例では、ステージのＸＹ位置に応じてＺ方向（フォーカス方向）にリアルタイムに補正駆動を行う場合である。この場合、ステージＺ方向への補正量をＸＹの関数としてあらかじめ用意しておかなければならない。６０７はプロファイラであり、上位シーケンスから指令されたステップ的な制御目標値の変化に対して、ステージに規定された以上の加速度が加わらないように徐々に目標値を変化させてステージを移動させるものである。差分演算器６０３は、プロファイラ６０７の出力と補正処理部６０２の出力を比較して逐次的に変化する目標値に対する偏差量を計算する。６０４はサーボ補償器であり、ウエハステージ２にメカ的な特性に配慮した補償器、たとえばＰＩＤ調節計やノッチフィルターの機能が実装されている。サーボ補償器６０４を経た制御量は、推力分配器６０５によって実際に配置されているウエハステージのアクチュエータの操作量として分配され、ドライブ出力６０６となる。
【００３５】
図７は図４の２０２フォーカス検出系の詳細である。７０１は発光素子であり、ここから非露光光が発光され、ウエハ１２の表面に反射して、７０２の受光素子に受光される。このときの反射光の位置から、ウエハ１２表面のＺ方向の位置を検出することができる。図８は、この非露光光がウエハ１２表面に投影されたときの検出点の配置図であり、このように本実施例では７点で検出している。図８の８１３、８１４、８１５、８１６、８１７、８１８、８１９はウエハ上の検出位置を表しており、それに対応して８０３、８０４、８０５、８０６、８０７、８０８、８０９（図８において不図示）は、８１３から８１９の検出位置に照射する個々のセンサーを表すとする。８０１はスリット露光領域であり８１３はこの位置におけるフォーカス検出位置である。このスリット露光領域がウエハ上で移動することにより、８０２のようなショットを露光することができる。８１４、８１５、８１６は、ウエハステージ２を紙面下から上へスキャンさせるときの先読みセンサー８０４、８０５、８０６のウエハ１２表面におけるフォーカス計測位置であり、Ｚとティルトを同時に計測することができる。８１７、８１８、８１９は、同様にウエハステージ２を紙面上から下へスキャンさせるときの先読みセンサー８０７、８０８、８０９の計測位置である。
【００３６】
本発明におけるステージ走り面の計測は、上記フォーカスセンサーを用いることによって実現できる。その概念を、図９に従って説明する。
【００３７】
図９において、上記のようなフォーカス検出系が、Ｙ方向（スキャン方向）に対して配置されている。例えば、図８における８１３と８１５であり、この間隔をＬｙとする。
【００３８】
まず、ステージ座標Ｙ＝ｙ０において先読みセンサー８０５が、ウエハ１２上のＰ点（８１５）のフォーカス計測を行っているとする。この値をＺｐ（ｙ０）とする。次に、ステージをＬｙだけ駆動し、この座標をＹ＝ｙ１とする。すると、中心センサー８０３は、ウエハ１２上のＰ点の位置のフォーカスを計測することになる。この値をＺｃ（ｙ１）とする。すると、ステージがｙ０からｙ１に駆動したことによって、フォーカス方向に変動した量Ｚｄは、
Ｚｄ（ｙ１）＝Ｚｃ（ｙ１）−Ｚｐ（ｙ０）
という式で与えることができる。
【００３９】
これを、概念的に示したものが図１０である。ウエハ１２は、表面に凹凸を持っている。また、ステージ定盤の凹凸によって、ステージがｙ０からｙ１に駆動されると、フォーカス方向にＺｄだけウエハ１２表面が変動するとする。ウエハ１２がＹ＝ｙ０の位置にあるとき、先読みセンサー８０５はウエハ１２上のある点Ｐ点のフォーカス位置を計測しており、この値がＺｐ（ｙ０）と計測される。ステージがＬｙだけ駆動し、ステージ位置がＹ＝ｙ１になった場合、中心センサー８０３は、Ｙ＝ｙ０において先読みセンサー８０５が計測したウエハ１２上のＰ点のフォーカスを計測することになる。つまり、ウエハ１２上で同じ位置を計測しているので、ウエハ１２表面の凹凸の如何にかかわらず、同じ計測値を検出するはずである。ところが、ステージ駆動によってウエハ１２表面がフォーカス方向にＺｄだけ変動したと仮定すると、中心センサー８０３の計測値Ｚｃ（ｙ１）は、先読みセンサー８０５の計測値Ｚｐ（ｙ０）に対し、Ｚｄ（ｙ１）だけ変動して検出される。つまり、
Ｚｃ（ｙ１）＝Ｚｐ（ｙ０）＋Ｚｄ（ｙ１）
となって、先の式と一致する。
【００４０】
これを、ウエハ１２全面にわたって計測を行う。また、Ｘ方向も同様に、例えば、８０７センサーと８０９センサーを用いてステージをＬｘだけ駆動して、その計測値の差からステージ駆動によるフォーカス位置の変動分を計測することができる。また、先の例では、ステージがｙ０からｙ１に移動するときの計測方法を述べているが、ステージが逆方向に移動するとき、先で求めたＺｄ（ｙ１）の値を符号反転して用いてもよいし、逆方向の先読みセンサー８０８と中心センサー８０３とを用いて新たに計測し直してもよい。逆方向の先読みセンサーを用いてテーブルを作成した場合、ステップまたはスキャン方向に依存してフォーカス方向への変動量が変化する場合にも対応することが可能となる。すなわち、図８においてステージが紙面下から上へ駆動する場合は、先読みセンサー８０５と中心センサー８０３でテーブルを作成し、ステージが紙面上から下へ駆動するときは、先読みセンサー８０８と中心センサー８０３でテーブルを作成する。逆に、補正する場合は、ステージが紙面下から上へ駆動するときは、先読みセンサー８０５と中心センサー８０３で作成したテーブルを用いて補正し、ステージが紙面上から下へ駆動するときは、先読みセンサー８０８と中心センサー８０３で作成したテーブルを用いればよい。
【００４１】
ここで求められた計測データは、ステージの座標と対応づけて、テーブルとしてメモリーに保存しておく。そして、スキャン露光を行うときは、このメモリー内のテーブルを用いてステージを補正駆動する。ステージの補正量は、図６の６０２で演算される。例えば、ステージがｙ０からｙ１に駆動するとき、先読みセンサー８０５で計測したウエハ１２表面のフォーカス位置がＺｐであったとする。ステージのＰ点が露光位置に来るときまでに、ステージをフォーカス方向に−Ｚｐだけ駆動するのだが、ステージの走り面の影響で、ウエハ１２表面はＺｄだけ変動してしまう。この分を、前もって駆動しておくことで、Ｐ点が露光位置に来たときに、ウエハ１２表面を像面に合わせ込むことができる。
【００４２】
ここでは走査露光装置における応用例を述べたが、上記実施例は走査露光装置に限らず、静止露光装置でも応用可能である。静止露光装置に上記補正テーブルを用いる場合、ステージの駆動におけるフォーカス方向への変動量の影響を少なくすることができ、ウエハ表面をフォーカス位置に駆動する動作が高速になるため、結果スループットを向上させることができる。
【００４３】
上記で求められた計測データを、メモリーに格納する方法であるが、上記計測データを計測位置に対応づけて保存する場合、ステージの駆動開始位置と駆動目標位置との関係から、ステージのフォーカス駆動量を演算しなければならない。これは、テーブルが、ステージがＡ点からＢ点まで移動したときのフォーカス方向への変動分、すなわちＡ点とＢ点とのフォーカス位置の差分によって構成されているためである。従って、ステージの移動する経路によっては、この演算は非常に複雑なものになってしまう。
【００４４】
そこで、テーブルに格納するデータを、差分という形ではなくて、絶対量という形で格納する方法をとる。これを、図１０と照らし合わせて説明する。
【００４５】
ステージがｙ０の位置にあるとき、ウエハ１２上のＰ点における先読みセンサー８０５の計測値をＺｐ（ｙ０）であったとする。ステージをＬｙだけ駆動して、ステージ位置がｙ１に来たとき、このウエハ１２上の同じ位置Ｐ点を中心センサーで計測したときの計測値をＺｃ（ｙ１）とし、この２つの計測値の差をＺｄ（ｙ１）とすることは先に述べた通りである。このとき、ステージがｙ１にいるとき、先読みセンサー８０５はウエハ１２上のＱ点のフォーカス位置を計測している。この計測値をＺｐ（ｙ１）とする。同様にステージをＬｙだけ駆動し、ｙ２の位置に来たとき、中心センサー８０３でＱ点のフォーカス位置を計測し、その計測値をＺｃ（ｙ２）とする。Ｑ点を計測する２つの計測値の差から、Ｚｄ（ｙ２）を求める。同様に、Ｚｄ（ｙ３）、Ｚｄ（ｙ４）というように計測していく。このとき、仮にｙ０におけるステージのフォーカス位置の絶対値をＺ０とする。すると、ステージがｙ１に駆動されたときのフォーカス位置Ｚ（ｙ１）は、
Ｚ（ｙ１）＝Ｚ０＋Ｚｄ（ｙ１）
となる。また、ステージがｙ２に来たときのフォーカス位置Ｚ（ｙ２）は、
Ｚ（ｙ２）＝Ｚ（ｙ１）＋Ｚｄ（ｙ２）
＝Ｚ０＋Ｚｄ（ｙ１）＋Ｚｄ（ｙ２）
となる。同様に、
Ｚ（ｙ３）＝Ｚ０＋Ｚｄ（ｙ１）＋Ｚｄ（ｙ２）＋Ｚｄ（ｙ３）
Ｚ（ｙ４）＝Ｚ０＋Ｚｄ（ｙ１）＋Ｚｄ（ｙ２）＋Ｚｄ（ｙ３）＋Ｚｄ（ｙ４）
：
：
Ｚ（ｙｎ）＝Ｚ０＋Ｚｄ（ｙ１）＋Ｚｄ（ｙ２）＋・・・＋Ｚｄ（ｙｎ）
で表すことができる。これを、ステージのＹ方向の計測可能領域全面にわたって行う。すなわち、前記手段によって計測された差分データから、ステージのフォーカス位置の絶対位置をテーブルに持つことができる。また、ステージをＸ方向に駆動して同様なことを繰り返すことで、ウエハ全面におけるフォーカス補正量のテーブルを持つことができる。ただし、このままでは、例えばＸ＝ｘ０におけるＹ方向に並んだテーブル列と、Ｘ＝ｘ１におけるテーブル列とは相関関係がない。そこで、ステージがＸに駆動した場合のフォーカス位置の変動量も、同様に求める。この場合、例えば、Ｙ＝ｙ０のときだけのテーブルを作成し、上式で基準に用いたＺ０の値を、Ｘ位置に応じて変更すればよい。こうすることによって、Ｘ方向にステージが駆動した場合でも、上記テーブルを用いてフォーカス補正量を求めることができる。結果的に、ＸＹ２次元に配列されたフォーカス補正量のテーブルを作成することができる。
【００４６】
なお、ここではこの装置が主にＹ方向にスキャンするために、Ｙ方向主体で記述している。Ｘ方向にスキャンする装置においては、上記ＸＹを逆に考えた方が自然である。
【００４７】
ここでは、基準となる点をｙ０としたが、通常はステージが原点にいるときに、ｙ０が０になるように、テーブル全体からオフセットを引いてやればよい。
【００４８】
なお、上記テーブルの間隔は、先読みセンサーと中心センサーの配置によって決定される。通常ステージ定盤の平面度は、それほど高い空間周波数成分を持っていないため、計測点の間にステージが存在する場合は、その近傍の計測点のデータから１次または高次の関数で補間を行えば十分である。
【００４９】
しかし、より厳密なテーブルを作成したい場合には、その計測点の間を、さらに同様な計測で計測点の間隔を狭くする方法もある。
【００５０】
計測点の間隔をＬｙよりも小さくした場合、隣接した計測データの間には相関関係がない。そこで、相関関係のなかったテーブルに相関関係をもたせ、一つの計測点の細かいテーブルとして扱うことができような手段を、以下に述べる。図１３のアルゴリズムはその一例を示している。
【００５１】
まず、計測したデータに対し、間隔Ｌｙごとに加算していくのは、今まで述べてきた方法と同様である。このとき間隔Ｌｙの間に他の計測点が存在する場合は、これを別のテーブルとして加算していく。図１２の例では、Ｌｙの間にあと２つ計測点があるので、計３つのテーブルができる。なお、最初の計測点の外側に、基準となる点を設ける。図１２のＡ０、Ｂ０、Ｃ０がそれで、値を０とする。こうしてできた３つのテーブルは、オフセットのみが異なる、形状の非常に似たテーブルになる。これら３つのテーブルのなかで適当な領域を選んで、関数近似する。図１２では、中心付近の３点を選んで、２次関数近似を行っている。この場合、Ａ２からＣ４までの領域が２次関数で近似できるという前提である。空間周波数が高い場合は、計測点の間隔をさらに狭くし、多くのサンプル点を選んで高次の関数近似を行えばよい。３つのテーブルについて、２次関数
ｙ＝ａｘ²＋ｂｘ＋ｃ
の係数ａｂを求め、この３つの係数を平均化する。このａｂ係数が、最終的に一つにテーブルがまとまったときの関数近似の係数になる。
【００５２】
平均されたａｂ係数を用いて、今度は３つのテーブルそれぞれのオフセットを求める。どこか１点を選んで、先の２次関数のａｂ係数とｘｙから、テーブルのオフセットｃが求まる。例えば、テーブル１の場合は、Ａ２点から、ｃを求めることができる。図１３のアルゴリズムでは、精度良く求めるため、Ａ３、Ａ４点からもｃを求めて、それを平均化している。こうして求まったオフセットｃを、各テーブルから引く。すると、図１２のように３つのテーブルを１つのテーブルにまとめることができる。
【００５３】
また、この計測が行うことができる領域は、ウエハ上をフォーカス計測できる範囲である。従って、通常のウエハを用いてテーブルを作成した場合は、ウエハの形状と同様に、丸い領域でテーブルが作成される。４隅または、その範囲外では、テーブルは作成することができない。しかし、フォーカス精度が要求される領域もこの計測可能範囲であるため、この範囲外は、１次または高次の関数による補間を行えばよく、計測範囲と範囲外で、データが不連続にならないように補完すればよい。
【００５４】
このような形式でテーブルを持つようにすれば、ステージの駆動の開始位置と目標位置からフォーカス補正量を計算する必要がなくなり、ステージのＸＹの現在位置に応じたフォーカス補正量をテーブルから求めて、リアルタイムにステージをフォーカス方向に駆動することができる。
【００５５】
ここでは、ステージ定盤面の平面度による、ステージのＺ方向の変動分のみについて述べたが、フォーカス計測のセンサーを多点で計測することにより、ティルトのテーブルも同様に作成することができる。ただし、ここでは、主にＺ方向についてのみ述べている。
【００５６】
ここで、先読みセンサー８０５と中心センサー８０３は、共に原点がレンズ像面と一致しているという前提で記述しているが、このセンサー間にオフセットが存在しても、ステージ走り面と像面が一致している場合、全く同様な手段で補正することができる。つまり、先読みセンサー８０５で計測したＰ点のウエハ表面におけるフォーカス位置を、ステージを駆動して中心センサー８０３で計測したとき、双方の計測値に偏差が生じている場合、これが、ステージの走りが変動したのか、中心センサー８０３に対して先読みセンサー８０５がオフセットを持っているのか、どちらかの可能性があるが、前記補正方法においては、原因がどちらでも補正することが可能である。
【００５７】
これを図１１で説明する。ここでは、ステージの走り面が像面と一致していると仮定する。ウエハ１２上のＰ点を先読みセンサー８０５で計測しているとする。実際にウエハ１２表面が像面からずれている量はＺｄｅｆであるとする。先読みセンサー８０５は、像面に対してＺｏｆｓだけオフセットを持っているとすると、計測値Ｚｐ＝Ｚｄｅｆ−Ｚｏｆｓである。ステージをＬｙだけ駆動して中心センサー８０３にてウエハ１２上のＰ点を計測すると、Ｚｃ＝Ｚｄｅｆを計測することができる。これを上記の例にあてはめると、
Ｚｄ（ｙ１）＝Ｚｃ（ｙ１）−Ｚｐ（ｙ０）
＝Ｚｄｅｆ−（Ｚｄｅｆ−Ｚｏｆｓ）
＝Ｚｏｆｓ
となる。つまり、今まで述べた手段によって、先読みセンサー８０５にオフセットがあった場合でも、全く同様な扱いができることを表している。
【００５８】
先読みセンサー８０５のオフセット分は、上記フォーカスの絶対位置のテーブルに変換した場合、図５における５０２のように１次成分となって表れる。逆に、上記テーブルが１次成分を持つ場合、これを先読みセンサー８０５のオフセットとして、予め補正してもよい。すなわち、ステージ走り面と像面が一致していて、補正テーブルの１次成分から先読みセンサー８０５にＺｏｆｓのオフセットがあると予想されるとき、先読みセンサー８０５の計測値がＺｐであった場合、ステージは（Ｚｐ＋Ｚｏｆｓ）だけ駆動すればよい。
【００５９】
以上述べた手段は、像面が変動しないという前提のもとに論じてきたが、実際に像面は、変形照明モードや気圧や温度などの外的要因によっても変動する。そこで、上記テーブルにおける１次成分のみを分離し別の手段で補正し、ここで求めるテーブルは高次の成分のみに限定しても良い。
【００６０】
ここで述べた方法は、ステージ駆動によるフォーカス方向への変動量を、特別な工具や計測装置を用いることなく計測することができる。そのため、ウエハチャックなどの交換によって、ウエハステージの走りが変動してしまうおそれがある場合、それらの行為を行った後に、上記手段によって、手軽に補正テーブルを計測し直すことができる。
【００６１】
また、計測値に異常値があった場合を考える。例えば計測基板（ウエハ）に非常に微少なゴミが付着しており、先読みセンサーではこれを計測してしまったが、中心センサーでは計測できなかった場合、あるいは、外乱などによって、計測値が非常に大きかったりする場合である。図１４がその例であるが、ここではＤ４という計測値が異常値であった場合である。補正テーブルはこれらの累積加算であるため、どこか一ヶ所に異常値があっても、そこより後から加算したテーブルは、すべて異常になってしまう。ここで、図１５のアルゴリズムは、計測データに異常値があっても、それを回避する一例である。差分データからテーブルを作成する際、差分データの値が、周辺のデータと比較して極端に大きすぎないかチェックしている。これがもし、あるしきい値を超えて大きすぎた場合は、異常値と見なして別処理を行う。図１４の例では、例えばＤ４が異常値と見なされたとする。この例では、周辺のＤ３とＤ５の平均値を、Ｄ４の代わりに用いている。この他にも、周辺のデータ複数点で関数近似してもよいし、また、計測データの一部あるいは全体に対してフィルタ処理を行っても良い。このように、たとえ異常値があったとしても、精度良く補正テーブルを作成することができる。
【００６２】
以上述べてきた方法で、フォーカス精度を向上させることができ、ウエハへのより正確な露光を行うことができる。
【００６３】
次に上記説明した露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
【００６４】
図１６は微小デバイス（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）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（露光制御データ作成）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意した露光制御データが入力された露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、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）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００６５】
図１７は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００６６】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、投影光学系の光軸の方向における基板ステージの位置の補正を正確に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例における静止露光装置（ステッパ）のフォーカスアルゴリズムを示す図
【図２】走査露光装置におけるウエハステージフォーカス駆動を示す図
【図３】ステージ定盤の平面度によるフォーカス誤差を示す図
【図４】本発明における走査露光装置の構成図
【図５】ステージ定盤面の平面度によるステージの軌跡を示す図
【図６】図４に示されたウエハステージの制御を行う制御演算ユニットを示す図
【図７】図４におけるフォーカス検出系の詳細図
【図８】図７のフォーカス検出系のウエハ面への投影図
【図９】本発明を適用してステージ走り面を計測する方法を示す図
【図１０】図９を側面より見た図
【図１１】先読みセンサーがオフセットを持っているときの図
【図１２】計測点を細かく取ったときのテーブルの作成手段を示す図
【図１３】図１２のアルゴリズムを示す図
【図１４】異常データの処理を示す図
【図１５】図１４のアルゴリズムを示す図
【符号の説明】
１ レチクルステージ
２ ウエハステージ
３ ステージ定盤
４ 像面
５ 露光位置
６ 先読み位置
７ レチクル
９ 鏡筒定盤
１２ ウエハ
２０２ フォーカス検出器
２０４ 投影レンズ
８１３ 中心フォーカスセンサー計測位置
８１４〜８１９ 先読みフォーカスセンサー計測位置

Claims (15)

1. 基板ステージに保持された基板の複数のショットを、投影光学系を介して露光する露光装置に対して用いられ、前記投影光学系の光軸の方向の目標位置を固定して前記光軸に直交する方向に前記基板ステージを移動させた場合の前記光軸の方向における前記基板ステージの移動量を求めて前記光軸の方向における前記基板ステージの位置の補正を行う方法であって、
   前記基板ステージに保持された物体の表面の前記直交する方向に配列された複数の箇所に関して前記光軸の方向における位置をそれぞれ検出する複数の検出器のうち前記直交する方向に配列された２つの検出器を用いて、前記複数の箇所それぞれに関して前記光軸の方向における位置を検出するステップと、
   前記複数の箇所それぞれに関して前記２つの検出器を用いて検出された位置の差に基づいて前記移動量を求め、求められた前記移動量に基づき前記直交する方向における前記基板ステージの位置に応じた前記補正の量を求めてテーブルとしてメモリーに保存するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記物体は、被露光基板であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記補正の量は、前記直交する方向における前記基板ステージの基準位置から前記直交する方向に前記基板ステージを移動させた場合のものであることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. しきい値を超えた前記差を除外して前記補正の量を求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 前記基板を保持するチャックを交換した場合に、前記補正の量を求めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 前記露光装置は、レチクルを載置するレチクルステージと前記基板ステージとを前記投影光学系の投影倍率に従って走査して露光を行う走査露光装置であり、前記補正の量は、前記走査の方向ごとに求めることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 前記複数の箇所の間にそれぞれ配列された複数の箇所について前記検出するステップを行って前記移動量を求め、その移動量にも基づいて、前記２つの検出器の検出箇所の間隔より狭い間隔で前記補正の量を求めることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 基板を保持する基板ステージと、投影光学系と、前記基板ステージに保持された基板の表面の複数の箇所に関して前記投影光学系の光軸の方向における位置をそれぞれ検出する複数の検出器と、前記投影光学系の光軸の方向の目標位置を固定して前記光軸に直交する方向に前記基板ステージを移動させた場合の前記光軸の方向における前記基板ステージの移動量に基づき前記光軸の方向における前記基板ステージの位置の補正を行う制御手段とを有し、前記基板ステージに保持された基板の複数のショットを、前記投影光学系を介して露光する露光装置であって、
   前記目標位置を固定して前記直交する方向に前記基板ステージを移動させ、前記基板ステージに保持された物体の表面の前記直交する方向に配列された複数の箇所それぞれに関して前記複数の検出器のうち前記直交する方向に配列された２つの検出器を用いて前記光軸の方向における位置を検出し、
   前記複数の箇所それぞれに関して前記２つの検出器を用いて検出された位置の差に基づいて前記移動量を求め、求められた前記移動量に基づき前記直交する方向における前記基板ステージの位置に応じた前記補正の量を求めてテーブルとしてメモリーに保存する、
   ことを特徴とする露光装置。
9. 前記物体は、被露光基板であることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. 前記補正の量は、前記直交する方向における前記基板ステージの基準位置から前記直交する方向に前記基板ステージを移動させた場合のものであることを特徴とする請求項８または９に記載の露光装置。
11. しきい値を超えた前記差を除外して前記補正の量を求めることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の露光装置。
12. 前記基板を保持するチャックを交換した場合に、前記補正の量を求めることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の露光装置。
13. レチクルを載置するレチクルステージと前記基板ステージとを前記投影光学系の投影倍率に従って走査して露光を行う露光装置であって、前記補正の量は、前記走査の方向ごとに求めることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の露光装置。
14. 前記複数の箇所の間にそれぞれ配列された複数の箇所それぞれに関して前記２つの検出器を用いて前記光軸の方向における位置を検出して前記移動量を求め、その移動量にも基づいて、前記２つの検出器の検出箇所の間隔より狭い間隔で前記補正の量を求めることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の露光装置。
15. 請求項８乃至１４のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
    前記ステップで露光された基板を現像するステップと、
    を有することを特徴とするデバイスの製造方法。

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