JPH01170022A - 露光方法及び基板の姿勢制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は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に関するものである。

（従来の技術） 従来のこの種の装置は、例えば特開昭５８−１０３１３
６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位平面を求め、この近位
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）させていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の如〈従来の技術におい１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。

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を目的とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

上記目的の為に本発明では、以下の様な構成をとった。

まず、基板上の多数点の高さを測定する機構であり、こ
の機構はまた任意の高さを事前に設定しておけば、基板
上の点が設定した高さになったとき、これを検出するこ
とができる機能をもっている。

次に、基板の姿勢を制御する機構を設け、基板を３点以
上の軸で支え、少なくとも２軸を上下させることにより
基板の姿勢を制御するように構成する。また、この姿勢
制御機構は測定機構からの検出信号に基づいて、基板と
のある点が検出信号の位置になるように軸を駆動して追
い込むことができるようになっている。

以上述べた測定機構及び姿勢制御機構を使用して、以下
の様な手法で基板を目標とする姿勢にする。

まず、測定機構を使用して、基板上の３点以上の点で高
さを測定し、得られた測定結果から基板のｎ次平面方程
式を算出する。

次にあらかじめ設定されていた目標とする姿勢（平面）
にした時に駆動軸をどれだけ動かせばよいかを算出する
。

次に、１つの駆動軸について少なくとも１つのモニター
点を設け、他の駆動軸を固定し、１つの駆動軸を目標と
する位置に駆動した場合のモニター点の高さ変化を算出
し、その高さで信号が出力されるように測定装置をセン
トしておく。

測定装置をモニター点上に移動させ、１つの駆動軸を駆
動してモニター点の高さが計算位置になるように駆動軸
を駆動する。これを駆動軸の数だけくり返す。

以上の手法により高精度なレベリング制御が達成される
。

〔作　用〕

本発明に於いては、基板上のある点を実際に計算した高
さになったかどうかを測定装置でチエツクしながら駆動
装置を駆動するので、精度よく基板を姿勢制御できる。

〔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０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
表わしである。これらレベリングステージ９と駆動系１
Ｏ１１１，１２は水平面内で２次元的に平行移動するｘ
ｙ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１Ｏ１１
１，，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ｌＬ１２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。

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ｘｙ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′ｆＩＸ３、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１４、バーピングガラス（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、二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Ｉ４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、各シ四ット領域毎にレ
チクルＲのパターン像が合焦して露光される。またバー
ピングガラス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、このバーピ
ングガラス６をｆ頃けることによって、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、バーピングガラス６の傾斜はバーピング駆
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。

ここで制御部３６は、バーピング駆動部３８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、バーピングガラス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バーピングガラ
ス６の傾斜を逐次変化させていく追従モードである。

この追従モードによってバーピングガラス６を傾斜させ
る詳しい動作については、例えば特開昭６１−１８３９
２８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
ト像を一次元フオドアレイ（ＣＣＤ等）や−次元ポジシ
ランセンサ（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
光すべきシッッＨＭ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かりアルタイムに行なわ
れる。

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１０．１１．１２
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　、
ｆｆｉ。

、ｉ！、上に位置し、線１．．１．．１．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１
０，１１．１２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ｌＯ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１１１２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６２−２７
４２０１号公報に開示されている。

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−敗）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。

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１００〜１２Ｂを説明する。

〔ステップ１００〕 ここでは、バーピング駆動部３８が２つのモードのうち
追従モードでバーピングガラス６を傾斜制御している場
合、このバーピングガラス６の追従を停止し、所定の原
点をへ復帰させて高さ測定モードに移行させる。バーピ
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。

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Ｏｖになるよう
にＺステージを上下動させる。２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ばフォー
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ｘｙステージ８を
位置決めする。このとき２ステージの上下動は禁止され
ている。そして、測定点Ｐ、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、バーピングガラス
６の傾斜をサーボ制御し、測定点Ｐｌ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Ｏｖになったとき
、制御部３６はバーピング駆動部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、との高さ方向の差に相当している。

以上の動作を複数の測定点Ｐ＋の全てに対して同様に繰
り返し、各測定点Ｐ、のウェハ中心点に対する高さ位置
を測定する。

−ｍ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、、Ｐ
、　、Ｐｃ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、　、Ｐ、　、Ｐｃは
それぞれ線１．．１．、Ｉｔ、の上に位置するものとし
、測定点Ｐ１とＡ軸の間隔、測定点Ｐ、とＢ軸の間隔、
及び測定点Ｐｃ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、の高さ位置と、各
測定点Ｐ、のｘｙ座標系上の位置、すなわち測定点Ｐム
の３次元座標値に基づいて、ウェハ表面のｎ火手面方程
式（現在の平面式）を算出する０本実施例では最小二乗
法を用いて１次子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次子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Ｉｔ）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Ｐ
Ｌ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、バーピング駆動部
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１１
０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
。そこでまずオーブ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−、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、ｌ、Ｔｂｌ　
を同様に算出し、現在の高さ位置との差Ｓ−１Ｓｂを求
める。この演算により求めれた各軸Ａ、Ｂの差は Ｓ、＝Ｔ、’　−Ｔ、　、Ｓ、−Ｔ、’−Ｔ、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、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３１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。

以上のステップ１１６によって、ウェハＷのオーブン制
御によるグローバルレヘリングが終了する。

〔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エツクするか否かを判断し、チエツ
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、チエツ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。

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
出しく姿勢制御Ｉｌ）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Ａ、　、Ｂ、　ＳＣ，の３点で規定される面に
あるものとする０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Ｃ＋　
、Ａｓ　、Ｂｓの３点で規定される面にあるものとする
。また面Ａ、Ｂ、Ｃ。

上に設定された３つの点Ｐ０、Ｉ’ｂｔ、Ｐｃｌの夫々
は、第２図中に示した３つの測定点Ｐ−１Ｐｂ、Ｐｃに
対応しているものとする。この測定点Ｐ。

、Ｐ、　、ＰＣ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、、Ｐ、の２
点のみである。尚、面Ｃ３ＡコＢｓ上に設定された３つ
の点Ｐａ３、Ｐｂ３、Ｐｃ３は各測定点Ｐ、　、Ｐ、　
、Ｐｃの目標平面上での位置を表わす。

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Ａｌ）だけを目標平面の高さ位置（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図（ｂ）に示された面Ｃ，Ａ３　Ｂ、
の１次子面方程式を求める。

次に、Ａ軸に最も近い測定点Ｐ１の第１段階の平面Ｃ，
Ａ３　Ｂ、上での点Ｐ。を求め、この点Ｐ、！の高さＨ
ｌを算出する。この高さＨｌはバーピングガラス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、の平面ＣｌＡ３Ｂ１上の点Ｐａｔの高さＨｌ
が求まると、制御部３６は高さＨ，分のバーピング原点
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
えられるようにバーピング駆動部３８を制御する。バー
ピング駆動部３日はエンコーダ１７からの読み値に基づ
いてバーピングガラス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、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
。

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、の高さに応じたフォーカス信号がＯｖになるよう
に六輪（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次子面方程式は第４図（ｂ）の面ＣＩＡＩＢ
＋　と−敗する。

〔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Ｃ＋　Ａｓ　Ｂ　＋から第４図（Ｃ）に
示すような目標平面Ｃ，Ａｍ　Ｂ３にもっていた場合、
Ｂ軸に最も近い測定点Ｐ、の高さＨ５を算出する。尚、
第４図（ｃ）において、点Ｐ５、は、測定点Ｐ、の面Ｃ
ｌＡ３Ｂ１上での位置である。この点Ｐｂｔ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、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ｘ
ｙ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１１、だけオフセットして設定
されるように、バーピングガラス６の傾斜量を調整する
。

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、の高さに応じたフォーカス信号がＯｖ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次子面方程式は第４図（ｃ
）の面Ｃ，Ａ、Ｂ３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、次のステン７’ｌ１８から前述の動作と同
様の動作が実行される。

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１０Ｂ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２
０Ｂ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．
１２４．１２６．１２Ｂを１つにまとめたものである。

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、オーブン制御とモニタリング制御
とを自動的に選択し、なおかつ再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エツクす
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ブン側にセットする
。

（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エツクして、オーブンのときはステ
ップ２０８（ステップ１１２〜１１６）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２１Ｏ（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エツクして、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。

以上のシーケンスによれば、ステップ１０Ｂ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゛ブ１２０でバーピング駆動部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２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。

以上、本実施例によれば、目標とする平面Ａ。

ＢｓＣ＋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＞ｖ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。

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０例えば第４
図（ｂ）（ｃ）中の点Ｐａｔ、Ｐｂ１等を再計測し、こ
の点Ｐｌから点Ｐｌの高さを再演算で求め、点Ｐ、に対
する点Ｐ１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。に対する点Ｐｂ３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。

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．
２　＃　ｍ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〜Ｉ’＋ｓ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ツ
トした近似平面（１火手面方程式）を決定することがで
きる。第６図中の測定点（ショット）Ｐ、はウェハＷの
ほぼ中心に位置し、点（ショッ））Ｐｇ、Ｐｇ、Ｐａ、
Ｐｓ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）Ｐ−〜ｐ＋ｓ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）Ｐｌｌ、Ｐ、、Ｐ、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Ｐ＋ｓ付近（ウ
ェハ左側）は上方にそりが発生し、点Ｐ、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Ｐ、〜ｐ＋ｓ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Ａ＋　Ｂ＋　Ｃ＋　
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
でウニへ周辺のそりが発生した部分の測定点、例えばＰ
ｙ　、Ｐａ　、Ｐ９　、Ｐ＋ｓ、Ｐ＋ａ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〜Ｐ、での高さ計測値に対しては重
み付けを大きくしてお（、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。

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Ｐ＋、Ｐ□、Ｐ、　、Ｐ、、Ｐｌ
＋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次子面方程式で近似
されるウェハ表面は平面Ａｔ、Ｂ１、ＣＩ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、各ブロック毎に近値された１次子面方
程式に基づいてレベリングをかけていくものである０例
えば第６図中において、点Ｐ１、Ｐ８、Ｐｌ、Ｐ６、Ｐ
ｌ、Ｐ、を含む第１のブロックと、点Ｐ＋　、Ｐｓ、Ｐ
ａ、Ｐｌ、ＰＩ。、ｐＨを含む第２のブロックと、点Ｐ
＋　、Ｐａ　、Ｐ３、Ｐｏ、Ｐｌ！、Ｐｌ３を含む第３
のブロックと、点Ｐ＋　、Ｐｔ、Ｐｓ、Ｐｈ、Ｐｒ４、
ｐｔｓを含む第４のブロックとの４ブロツクに分ける。

そしてまず各ブロック内の測定点の高さをステップ１０
２において順次計測した後、各ブロック毎の１次子面方
程式を求める。この結果、例えば第１ブロツクについて
は第８図に示すような１火手面ＲＰ　ｌが決定され、第
２ブロツクについては、１火手面Ｒｐｘが決定される。

各ブロック毎の１次子面が決定された後、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次子面が最良結像面（目標平面）と平行になるように
、例えばオーブ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ロツＨＡＴ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。

また、ウェハ上の３点を計測してオーブン制御によって
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、スルーブツ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
の精密さとオーブ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。

まずステップ２２０でブロック毎の１次子面方程式を求
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
について実行しくステップ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２２Ｂ
のように、記憶したレベリング量に基づいてウェハを各
ブロック毎にオーブン制御で傾斜させればよい。

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Ｄｉｅ　ｂｙ　
Ｄｉｅ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Ｐａの高さ値に基づいて、高次平
面Ａｔ　Ｂ＋　ＣＩ’を決定してもよい、この場合、面
Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋。

を特定する演算処理に多少時間はかかるものの、面Ａｔ
　Ｂｔ　Ｃ＋°が特定された後はウェハ表面の任意のシ
ョット領域ＳＡについて最も近位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。

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。

先に説明したグローバルレベリングでは、１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、ロフト先頭の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。

さらにロフト先頭の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
グ量の平均偵を求め、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。

先に述べた実施例において、ステップ１０２．１０４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ＡＩ　Ｂ、Ｃ，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Ａ、
Ｂ、Ｃ，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
か否かをチエツクし、はみ出す場合は測定点とすべきシ
ッッＨ１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。

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２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０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２．．２ｘ、Ｚ
ｉ、Ｚａのように求められたとする。“この場合、目標
平面Ａ３　Ｂｓ　Ｃ＋を決定する１火手面方程式を、Ｚ
＝ａｘ＋ｂｙ＋ｒ　（ただし、ａ、ｂ。

Ｔは定数）とすると、定数ａ、ｂは Ｌ （Ｌ　＋２４）−（Ｚｔ　＋Ｚｓ） Ｌ で表わされる。ここでＬはショット領域のｘＳｙ方向の
長さに相当する。

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次子面方程式を決定してもよい
。

〔発明の効果〕

以上の様に本発明によれば、目標とする平面を水平面と
してレベリングを行なうと、個々のウェハ（又はマスク
）等の基板のテーパによって引き起こされていた影響を
取り除くことができ、露光の際、装置の理論上の解像力
を得ることができる。

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。

更に、本発明の実施例ではウェハ上の各測定点の高さを
測定する手段として、既存の斜入射型オートフォーカス
系を利用している。このため、装置をレベリング対応に
改造するのが比較的容易であるという利点がある。また
、測定を投影レンズ中心で行なうため、測定時のステー
ジ移動距離が、エアマイクロ等を使用した測定手段と比
較して、短かいという利点がある。もちろんエアマイク
ロを用いても同様の効果が得られる。

また、本発明の実施例では、２つのレベリング駆動軸を
目標とする平面に駆動した後、再度ウェハ面をチエツク
する機能を有する。したがって、ウェハ面が目標とする
平面にどれだけ近づいたか確認できるほか、確実にウェ
ハ面を目標とする平面に追い込むことができるという利
点をもつ。

【図面の簡単な説明】

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、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、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、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、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、第６
図は測定点のウェハ上での配置を示す平面図、第７図、
第８図はウェハの断面形状の一例を示す図、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、第１０図はウェハの断面形状の一例を示す図、第
１１図は目標平面を決定する方法を示す平面図である。 〔主要部分の符号の説明］ ＰＬ・・・投影レンズ、 Ｗ・・・ウェハ、 ６・・・バーピングガラス、 ７・・・投射対物レンズ、 ８・・・ｘｙステージ、 ９・・・レベリングステージ、 ｔｏ、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・・・バーピング駆動部。 出願人　　日本光学工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板上の１点以上の位置をモニタしながら基板の姿勢
   を制御することを特徴とする基板姿勢制御装置。