JPH02102518A - 面位置検出方法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は面位置検出方法に関し、特にステッパーと呼ば
れる縮小投影露光装置において、この装置の投影光学系
によるレチクル像面に対するウェハ表面の、投影光学系
の光軸方向に関する位置や傾きを検出する面位置検出方
法に関する。

〔従来技術〕

現在、超ＬＳＩの高集積化に応じて回路パターンの微細
化が進んでおり、これに伴なってステッパーの縮小投影
レンズはより高ＮＡ化されて、回路パターンの転写工程
におけるレンズの許容深度は狭くなっている。又、縮小
投影レンズによる露光領域の大きさも大型化される傾向
にある。

この様な事情を鑑みると、大型化された露光領域全体に
亘って良好な回路パターンの転写を可能にするためには
、縮小投影レンズの許容深度内に、確実に、ウェハの被
露光領域（ショット）全体を位置付ける必要がある。

これを達成するためには、ウェハ表面の縮小投影レンズ
の像面、即ちレチクル像に対する位置と傾きを高精度に
検出し、ウェハ表面の位置と傾きを調整してやることが
重要である。

従来のステッパーにおけるウェハ表面の位置や傾きの検
出方法としては、エアマイクロセンサを用いてウェハ表
面の複数箇所の面位置を検出した結果に基づいてウェハ
表面の位置と傾きを求める方法、或いは、ウェハ表面に
光束を斜め入射させ、ウェハ表面からの反射光の反射点
の位置ずれをセンサ上での反射光の位置すれとして検出
する検出光学系を用いて、ウェハ表面の位置を検出する
方法が知られている。

しかしながら、この様な従来の面位置検出方法では、検
出精度を上げることが困難であり、縮小投影レンズの高
ＮＡ化、高画角化が進むステッパーが求める上述の要求
を、もはや満足させることができない。

又、エアマイクロセンサを用いる方法、検出光学系を用
いる方法の両者共、各々次に述べる様な問題点を抱えて
いる。

エアマイクロセンサを用いた多点計測では、第２図に示
す様にウェハ上の被露光領域１００の外部にしか測定点
２１〜２４を設けることができず、被露光領域１００の
中央部のウェハ面位置情報が得られない。それ故、被露
光領域１００内で第３図に示す様な表面形状をもつウニ
、ハＷに対しては、ウェハＷを縮小投影レンズのレチク
ルパターンの最良結像面に対して、第３図に２点鎖線で
示す様に被露光領域１００の外部の測定点位置しか合わ
せることができない。このため、被露光領域１００の中
央部が縮小投影レンズの許容焦点深度から外れてしまい
、レチクルパターンの良好な転写が行えない場合が生じ
る。

又、検出光学系を用いる方法は、ウェハ上の被露光領域
内に自由に測定点を設けることが可能であり、第４図に
示す様に被露光領域１００の中央部に測定点４１を設け
、この中央部のウェハ表面の位置情報を得ることができ
る。それ故、被露光領域１００内で第５図に示す様な表
面形状をもつウェハＷに対しても、ウェハＷを縮小投影
レンズのレチクルパターンの最良結像面に対し、第５図
に一点鎖線で示すように被露光領域１００内の測定点の
平均した位置に合わせることができる。このため、被露
光領域１００全面を縮小投影レンズの許容焦点深度内に
おさめることができ、レチクルパターンの良好な転写が
可能になる。ところが、このような検出光学系を用いる
方法では、ウェハ上に塗布しであるレジストの表面で反
射される光とウェハ基板面で反射される光との間で生じ
る干渉の影響が問題になる。

被露光領域１００内の各測定点４１〜４５では、それぞ
れ作られるＩＣパターンに対応してウェハ基板の構造が
異なっている。具体的には、例えば基板上にＡｉ！がコ
ートされている部分があったり無かったりでウェハ基板
の反射率が種々変化する。そして、ウェハ基板からの反
射光の強度の違いにより干渉の度合も変化するので、各
測定点毎に各々異なった検出誤差を生じる。光学方式の
多点検出により求めるウェハ表面の位置はこの様な干渉
の影響をのがれられないため、干渉の影響による検出誤
差が縮小投影レンズの許容焦点深度に対して大きくなる
と、ウェハ表面の位置をレチクルパターンの最良結像面
位置に位置付けることができず、レチクルパターンの良
好な転写が行えない。

〔発明の概要〕

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり
、その目的はウェハ表面の位置を高精度に検出すること
ができる面位置検出方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の面位置検出方法は
、ウェハ上に並んだ複数個の被露光領域のほぼ同一箇所
の面位置を各々検出し、複数個の面位置データを求める
段階と、該複数個の面位置データに基づいて前記ウェハ
の面形状を示す面形状関数を決定する段階と、該面形状
関数の定数項に基づいて前記被露光領域の前記箇所の面
位置データを補正する段階とを有することを特徴として
いる。

又、本発明の好ましい形態では、ウェハ上に並んだ複数
個の被露光領域のほぼ同一の複数箇所の面位置を各々検
出し、複数個の面位置データを求める段階と、各被露光
領域の同一箇所の面位置データの組毎に各々の面位置デ
ータに基づいて前記ウェハの面形状を示す面形状関数を
決定する段階と、各面形状関数の定数項に基づいて前記
被露光領域の前記複数個の面位置データを補正する段階
と、該補正された複数個の面位置データから最小自乗平
面を求める段階とを有することを特徴としている。

本発明の更なる特徴と具体的形態は後述する各実施例で
明らかにされる。

〔実施例〕

第１図は本発明の面位置検出方法を用いる縮小投影露光
装置の部分的概略図である。

第１図において、１は縮小投影レンズであり、その光軸
は図中ＡＸで示されている。縮小投影レンズｌは不図示
のレチクルのパターンを１７５乃至１／２０に縮小して
投影し、その像面にレチクルパターン像を形成する。又
、光軸ＡＸは図中の２方向と平行な関係にある。２は表
面にレジストが塗布されたウェハであり、先の露光工程
で形成された多数個の被露光領域（ショット）が配列し
である。３はウェハ２を載置するステージで、ウェハ２
はウェハステージ３に吸着され固定される。ウェハステ
ージ３はＸ軸方向に動くＸステージとｙ軸方向に動くＹ
ステージと２軸方向及びｘ＋　Ｖｒ　　ｚ軸方向に平行
な軸のまわりに回転する２ステージで構成されている。

又、”＋　７＋　”軸は互いに直交する様に設定しであ
る。従って、ウェハステージ３を駆動することにより、
ウェハ２の表面の位置を縮小投影レンズｌの光軸ＡＸ方
向及び光軸ＡＸに直交する面内で調整でき、更にレチク
ルパターン像に対する傾きも調整できる。

第１図における符番４〜１１は、ウェハ２の表面位置及
び傾きを検出するために設けた検出光学系の各要素を示
している。４は発光ダイオード、半導体レーザなどの高
輝度光源、５は照明用レンズである。光源４から射出し
た光は照明用レンズにより略平行な光束となり複数個の
ピンホールが形成されたマスク６を照明する。マスク６
の各ピンホールを通過した複数個の光束は、結像レンズ
７を経て折り曲げミラー８に入射し、折り曲げミラー８
で方向を変えられた後、ウェハ２の表面に入射する。こ
こで、結像レンズ７と折り曲げミラー８はウェハ２上に
ピンホールの像を形成している。複数個の光束は、第４
図に示す様にウェハ２の被露光領域１００の中央部を含
む５箇所（４１〜４５）を照射し、各々の箇所で反射さ
れる。即ち、本実施例ではマスク６にピンホールを５個
形成し、被露光領域１００内でその中央部を含む５箇所
の測定点の位置を測定する。

ウェハ２の各測定点で反射した光束は、折り曲げミラー
９により方向を変えられた後、検出レンズｌＯを介して
２次元位置検出素子ｌｌ上に入射する。ここで、検出レ
ンズ１０は結像レンズ７、折り曲げミラー８、ウェハ２
、折り曲げミラー９と協力して、マスク６のピンホール
の像を２次元位置検出素子１１上に形成している。従っ
て、マスク６とウェハ２と２次元位置検出素子１１は互
いに光学的共役な位置にある。

２次元位置検出素子１１はＣＯＤなどから成り、複数個
の光束の素子１１の受光面への入射位置を各々独立に検
知することが可能である。ウェハ２の縮小投影レンズｌ
の光軸ＡＸ方向の位置の変化は、２次元位置検出素子１
１上の複数の光束の入射位置のズレとして検出できるた
め、ウェハ２上の被露光領域１００内の５つの測定点４
１〜４５におけるウェハ表面の光軸ＡＸ方向の位置が、
２次元位置検出素子１１からの出力信号に基づいて検出
できる。又、この２次元位置検出素子１１からの出力信
号は信号線を介して制御装置１３へ入力される。

ウェハステージ３のＸ軸及びｙ軸方向の変位は不図示の
レーザ干渉計を用いて周知の方法により測定され、ウェ
ハステージ３の変位量を示す信号がレーザ干渉計から信
号線を介して制御装置１３へ入力される。又、ウェハス
テージ３の移動はステージ駆動手段１２により制御され
、ステージ駆動装置１２は、信号線を介して制御装置１
３からの指令信号を受け、この信号に応答してウェハス
テージ３を駆動する。

ステージ駆動装置１２は第１駆動手段と第２駆動手段を
有し、第１駆動手段によりウェハ２の光軸ＡＸと直交す
る面内における位置（ｘ、　ｙ）と回転（θ）とを調整
し、第２駆動手段によりウェハ２の光軸ＡＸ方向の位置
と傾き（φ１．）とを調整する。

制御装置１３は、２次元位置検出素子１１からの出力信
号（面位置データ）を後述する方法で処理し、ウェハ２
の表面の位置を検出する。そして、この検出結果に基づ
いて所定の指令信号をステージ駆動装置１２に入力する
。この指令信号に応答して、ステージ駆動装置１２の第
２駆動手段が作動し、第２駆動手段がウェハ２の光軸Ａ
Ｘ方向の位置と傾きを調整する。

以下、本発明の面位置検出方法によりウェハ２の被露光
領域の位置を検出する方法を述べる。

前述した様に、第１図の検出光学系（４〜１１）による
ウェハ２の表面位置検出時に生じる検出誤差の主たる要
因は、ウェハ２のレジスト表面で反射した光とウェハ２
の基板面で反射した光との干渉にある。

又、ウェハ２の基板面の構造は被露光領域１００内の場
所により異なるため、被露光領域ｌＯＯ内の相異なる箇
所（例えば第４図の測定点４１〜４５）の検出時に生じ
る検出誤差は、各箇所での基板面の反射条件の差により
各々個別の値になる。

ところが、第１図に示す様な縮小投影露光装置は、ステ
ップ＆リピート方式によりレチクルのパターンをウェハ
２上の各被露光領域に順次転写する装置であり、面”位
置検出及び転写（露光）動作の前に、ウェハ２の被露光
領域に既に形成されているＩＣパターンがレチクルパタ
ーンと位置合わせされる。

従つて、検出光学系（４〜Ｉｆ）を固定して光投射位置
を一定にしておき、レチクルパターンとウェハ２上の被
露光領域との位置合わせ動作と被露光領域の複数箇所の
面位置検出動作を順次行うようにすれば、検出光学系（
４〜１１）は、ウエノ１２上に並んだ各被露光領域のほ
ぼ同一箇所（測定点）の面位置を検出することになる。

この事は、検出光学系（４〜１１）が各被露光領域の同
一基板構造をもつ箇所毎に面位置を検出していることに
相当する。このため、ウェハ基板からの反射光とレジス
ト表面からの反射光との干渉による検出結果への影響は
、被露光領域中の各測定点毎に固有の値となることが予
想でき、我々は実際に各測定毎にほぼ一定の検出誤差が
生じることを実験により確認した。

本発明はこの現象を面位置検出に応用したものであり、
以下に述べる方法で被露光領域の各測定点に関する面位
置データを補正し、正確な面位置情報を得た。

最初に、第７図に示す様に被露光領域１００内に５つの
測定点７１〜７５を設定する。測定点７１は被露光領域
１００のほぼ中央部にあり、面位置検出時には光軸ＡＸ
と交わる。又、残りの測定点７２〜７５は被露光領域１
０００周辺部にあり、測定点７１がｘ−ｙ座標上の点（
ｘ、　　ｙ）にあるとすると、各測定点７２〜７５の位
置は各々（Ｘ＋Δｘ、　ｙ＋Δｙ）、（Ｘ−Δｘ、　　
ｙ十Δｙ）、（Ｘ−Δｘ、　　ｙ−Δｙ）、（Ｘ＋Δｘ
、　ｙ−Δｙ）なる点にあることになる。又、被露光領
域１００は第８図に示す様にウェハ２上にＸ軸及びｙ軸
に沿って規則正しく並べられている。

次に、ウェハ２上の被露光領域（ショット）　Ｚｏ。

をレチクルパターンに位置合わせした時、被露光領域１
００の各測定点７１〜７５上にマスク６の各ピンホール
の像が投射されるように、第１図の検出光学系（４〜１
１）のセツティングを行う。この時、被露光領域１００
は縮小投影レンズ１の真下に位置付けられており、測定
点７１は光軸ＡＸと交差している。

ウェハ２の面形状関数を決定するために必要な被露光領
域を複数個、予め決めてお（。そして、ウェハステージ
３を順次ステップ移動させることにより、ウェハ２上の
予め決めた複数の被露光領域を順次縮小投影レンズ１の
真下に送り込み、レチクルのパターンとの位置合わせを
行う。この時のウェハステージ３の移動制御はレーザ干
渉計からの出力信号をたよりに行う。そして、ウェハ２
上の各被露光領域の測定点７１〜７５におけるウェハ表
面の光軸ＡＸ方向の位置２１〜Ｚ５を検出光学系（４〜
１１）により検出する。この位置Ｚ、〜Ｚ５に対応する
信号が２次元位置検出素子１１から制御装置１３へ入力
される。

ここで、ウェハ２上の各被露光領域１００の測定点７１
〜７５における面位置２．−２．は、Ｚｌ＝ＦＩ　（Ｘ
、ｙ） ”ｆ　＋　（ＸＩ　　Ｙ）　＋ＣＩ Ｚ２＝：Ｆ２（ｘ＋Δｘ、　　ｙ＋Δｙ）＝ｆ２（ｘ＋
Δｘ、　　ｙ＋ΔＹ）＋Ｃ２Ｚ３＝Ｆ３（ｘ−ΔＸＩＹ
＋Δｙ） ＝ｆ３（ｘ−Δｘ、　　ｙ十ΔＹ）＋Ｃ３Ｚ４＝Ｆ４（
ｘ−Δｘ、　ｙ−Δｙ） ＝ｆ４（ｘ−Δｘ、　ｙ−ΔＹ）＋Ｃ４Ｚ６＝ＦＢ（ｘ
＋Δｘ、ｙ−Δｙ） ＝ｆ５（ｘ十ΔＸ１３’−Δｙ）＋Ｃｓなる面形状関数
で表わすことができる。この関数のｘ、　ｙ座標のとり
方は第７図、第８図に示した通りである。実際の面位置
検出は検出の対象とした特定の被露光領域毎に行われる
ため、上記ｚｌ〜Ｚ５の値（面位置データ）はＸ、ｙに
関して離散的な値になる。又、ΔＸ、Δ２ｙは第７図を
用いて説明した各測定点間の距離である。この様に、複
数個の被露光領域の各測定点７１〜７５で得られた２１
〜Ｚ６の値より、２、−２　、の組（測定点の組）毎に
ウェハ２の面形状を推定することができる。上記のＦ１
〜Ｆ６は各測定点７１〜７５に関して、例えば多項式近
似により求めた面形状関数を示しており、ｆ　、−ｆ　
、は定数項を含まないＸとｙのみの関数、Ｃ１〜Ｃ６は
定数項を示している。

各測定点７１〜７５の測定値はウェハ２の基板面からの
反射光の影響を受けているとしても、各測定点７１〜７
５が同一面形状の基板面を有するウェハ面の位置を検出
していることに何ら変りはない。各被露光領域の各測定
点の２１〜Ｚｌｓの値から類推されるウェハ２の面形状
は物理的に同じ面、即ち同一ウェハ面を測定していると
いう観点からは全く同じものになる筈である。但し、各
測定点の面位置検出は、前述した様に各測定点固有の基
板構造の影響を各被露光領域毎の測定毎に受けているた
め、一定量の定数シフトが存在する。従って、ウェハ２
の面形状を示す真の関数をｆ（ｘ、ｙ）とした時、関数
ｆ（ｘ、ｙ）と関数ｆ１〜ｆ５との間には次の関数が成
立する。

ｆ　（ｘ、　　ｙ）＝ｆ　Ｉ（ｘ、　　ｙ）＋Δｆ　１
（ｘ＋　　ｙ）＝ｆ２　（ｘ＋　　ｙ）＋Δｆｚ（ｘ、
ｙ）＝ｒ３（ｘ、　　ｙ）＋Δ’　３（ｘ、ｙ）＝’　
４（ｘ、　　ｙ）＋Δｔ４（ＸＩ　　ｙ）”＝’　ｓ　
（ｘ、　　ｙ）＋Δｆ５（ｘ、ｙ）ここで、関数ｆ（ｘ
、ｙ）は定数項を含まない関数であり、Δｆ１〜Δｆ５
はランダム成分による各係数の微小な差を示す関数であ
る。関数Δｆ、〜Δｆ５は各測定点の検出時に検出系の
検出誤差やウェハ上のゴミ等の影響で生じる項である。

又、ｆ、〜ｆ、は前記の’　ｓ　（ｘ＋　３’）　〜ｆ
　ａ　（Ｘ＋ΔＸ。

ｙ−Δｙ）と同じ関数で、座標変換を行ったものである
。関数ｆ、−ｆ８は前述の通り実際の測定値２、−２．
に基づいて求められるものであるため、この様な誤差Δ
ｆ、〜Δｆ６が生じるのである。

さて、面形状関数Ｆ　、　−Ｆ　５の曲面の次数や展開
式は、所定の多項式の形で予め定められているので、測
定値Ｚ、〜Ｚ５を面位置データとして用いて、最小自乗
法により関数Ｆ１〜Ｆ５の係数（即ち関数ｆ　、　−ｆ
　、の係数）を算出する。この方法は、ｆｆ（Ｆｉ　（
ｘ、　　ｙ）　−Ｚｉ　（ｘ、　　ｙ））”ｄｘｄｙ＝
０（ｉ＝１〜５） なる式を解（様に実行すれば良い。ここで、Ｆｉ　（ｘ
。

ｙ）は面形状関数であり、Ｚｉ　（ｘ、　ｙ）は各測定
点における測定値である。

関数ｆ、〜ｆ、の各係数と真の関数ｆの係数との差は、
測定値（面位置データ）が多い程小さ（なるため、要求
する精度にあわせて検出対象とする被露光領域の数を選
ぶ。

又、第１１図のフローチャートに示す様に、として係数
を平均化し、 ｆ　ｆ　ＣＴ　（ｘ、　ｙ）　　（ｒｉ（ｘ、　ｙ）＋
ΔＣｉｌ　］　ｄｘｄｙ　＝　０（ｉ＝１〜５） となる様にΔＣｉ　（ｉ＝１〜５）を求めてやり、新た
に、 Ｃｉ’　＝Ｃｉ＋ΔＣｉ を算出し、このＣｉ’を各面形状関数Ｆ１〜Ｆ５の定数
項としてやれば、各定数項の信頼性を向上させることが
できる。

本実施例では、面形状関数Ｆ１〜Ｆ６の定数項Ｃ、−Ｃ
５を各測定点の検出時に生じる固有の検出誤差としてと
り扱う。面形状関数Ｆ、〜Ｆ８と定数項Ｃ１〜Ｃ５の関
数を第６図に示す。尚、第６図では、面形状関数を単純
にＺｌ（Ｘ）〜ＺＩｓ（Ｘ）として描いている。

ここでは、被露光領域１００中の測定点７１〜７５の位
置検出時のオフセット値を直接定数項Ｃ１〜Ｃ５の値に
設定し、検出時に得られる各測定点の面位置データをオ
フセット値で補正する。即ち、各測定点７１〜７５の測
定値（面位置データ）Ｚｉから各々オフセット値Ｃｉを
引き算した値を真の面位置データとする。そして、これ
により各測定点の相互の高さの関係（被露光領域の傾き
）も正確にわかる。これらの真の面位置データＺｉ−Ｃ
ｉ　（ｉ＝１〜５）をもとに、例えば最小自乗法により
被露光領域１００の最小自乗平面を決定する。これは最
小自乗平面の位置を２１真の面位置データをＺｉ’　　
（＝Ｚｉ−Ｃｉ）とする時、 Σ　（Ｚ−ｚｉ’）”＝。

を満たすＺを算出することにより得られる。そして、こ
の結果から被露光領域１００の傾き具合と光軸ＡＸ方向
の位置が決定できる。

さて、第１図に戻り、制御装置１３に入力された２次元
位置検出素子１１からの信号は、各被露光領域の各測定
点７１〜７５の面位置データに変換されて制御装置１３
内のメモリに格納される。ウェハ２上の予め指定してお
いた被露光領域の面位置検出が全て終了し、メモリ内に
規定数の面位置データが格納されると、制御装置１３が
そのメモリ内の面位置データを使って、上述した面形状
関数の決定を行う。即ち、各測定点７１〜７５に対応す
る面位置データの組毎に、その複数個のデータから面形
状関数Ｆｉ　（ｘ、　ｙ）　（ｉ＝１〜５）を決定する
。そして、この各関数Ｆｉ（ｘ、ｙ）の各々の定数項Ｃ
１（ｉ　＝　１〜５）を求めて、この定数項Ｃｉの値を
オフセット値としてメモリに格納する。

次に、ウェハ２上の第１被露光領域が縮小投影レンズｌ
の真下に（るようにウェハステージ３を動かし、レチク
ルパターンに対して第１被露光領域を位置合わせする。

位置合わせ終了後、検出光学系（４〜１１）により第１
被露光領域の５つの測定点（７１〜７５）の面位置検出
を行い、２次元位置検出素子１１からの出力信号に基づ
いて制御装置１３内で各測定点の面位置データを形成す
る。制御装置１３はそのメモリからオフセット値Ｃｉ　
（ｉ＝１〜５）を読み出し、第１被露光領域の各面位置
データを各々対応するオフセット値で補正し、５個の新
たな（真の）面位置データを形成する。制御装置１３は
、この５個の補正された面位置データに基づいて第１被
露光領域１００の最小自乗平面を求め、この最小自乗平
面とレチクルパターン像との光軸ＡＸ方向の間隔及びウ
ェハ２の傾き方向と傾き量を算出する。

制御装置１３はこの算出結果に応じた指令信号をステー
ジ駆動装置１２へ入力し、ステージ駆動装置によりウェ
ハステージ２上のウェハの光軸ＡＸ方向の位置と傾きが
調整（補正）される。これによって、ウェハ２の表面即
ち第１被露光領域を縮小投影レンズｌの最良結像面に位
置付ける。

そして、この面位置の調整終了後、第１被露光領域を露
光してレチクルパターンの転写を行う。

第１被露光領域に対する露光が終了したら、ウェハ２上
の第２被露光領域が縮小投影レンズｌの真下にくるよう
にウェハステージ３を駆動し、上記同様の面位置検出、
面位置調整、露光動作を実行する。

以上の手順を第１Ｏ図のフローチャート図に簡単に示す
。

本実施例では、複数個の測定点の中で面位置検出の基準
となる点を予め決め、ここでは測定点７１を基準点とし
て、この点のオフセット値Ｃ１を予め実験により求めて
いる。従って、他のオフセット値、即ち定数項Ｃ２〜Ｃ
５はこのＣ１の値との差として求められている。この様
な方法でオフセット値Ｃ１〜ＣＩｓを求めることにより
オフセット値の信頼性を向上させている。

通常これらのオフセット値は小さいため、従来の焦点深
度の深い縮小投影レンズを用いる装置では省略すること
も可能であったが、焦点深度が浅くなリウエハ表面の傾
き補正までも必要とされる段階になると、この小さな値
までも問題になるのである。

例えば各測定点の面位置の値が縮小投影レンズの許容焦
点深度に対してクリティカルになった場合、オフセット
の影響でウェハに用いた被露光領域に関しては、この時
にメモリに記憶しておいた面位置データをそのまま用い
ることができる。この様な方法で面位置の検出、面位置
調整及び露光を行う手順を第１２図のフローチャートに
示す。

上記実施例で、ウェハ２上の被露光領域の各測定点にお
ける検出誤差の決定は形成されるパターンが異なる各工
程毎に行うと述べたが、この各工程毎の検出誤差の決定
を更に正確に行うためには、次に述べる検出光学系を用
いると良い。

第９図にこの検出光学系の概略構成図を示す。この光学
系は第１図に示した光学系（４〜１１）とは、ピンホー
ルを有するマスク６を照明する部分が、波長が異なる光
を発する複数の光源で構成される点が異なる。

第９図において、９２．９３は互いに波長が異なる光を
発する発光ダイオードや半導体レーザなどの高輝度光源
である。光源９２．９３から発した光は各々照明用レン
ズ９４．９５を経てミラー９６とビームスプリッタ−（
又はハーフミラ−）９７により方向を９０°変えられる
。又、光源９２より発した光はビームスプリッタ−９７
を透過し、ビームスプリッタ−９７により光源９３より
発した光と同一光路を有する光となる。そして、マスク
７６は、この光源９２．９３より発した２つの光束で均
一に照明され、マスク６のピンホールを介して複数個の
光束が形成される。これらの光束は各々相異なる波長の
光が重なり合ったものであり、結像レンズ７を経て折り
曲げミラー８で方向を変えられた後、ウェハ２の被露光
領域の各測定点を照明する。

複数の光束は第４図で示した様に被露光領域の中央を含
む５個の測定点で各々反射し、反射した各光束は折り曲
げミラー９により方向を変えられた後、検出レンズを経
て２次元位置検出素子１１上に入射する。そして、この
時、マスク６のピンホールの像が素子１１の受光面上に
形成される。

第１図同様、ウェハ２の縮小投影レンズｌの光軸ＡＸ方
向の位置の変化は２次元位置検出素子ｌｌ上への複数の
光束の入射位置のズレとして検知できる。従って、被露
光領域内の５個の測定点の面位置を各々個別に検出でき
る。

本実施例では、検出光として波長が異なる複数の光を含
むものを用いているため、同一工程のウェハ間でウェハ
上に塗布されたレジストの膜厚のバラツキによりレジス
ト表面とウェハ基板からの反射光同志の干渉の影響が変
化しても、複数波長の光による検出による平均化効果で
ウェハ毎の検出値のバラツキを小さくできる。

即ち、複数の波長を有する光を用いることで、各測定点
に関する検出誤差をより正確に決定することができ、同
一工程内のウェハ全てに対してレチクルパターンの良好
な転写を行うことが可能になる。

又、反射ミラー９６とビームスプリッタ−９７に偏光特
性を与え、ウェハに入射する複数の光束の偏光方向をウ
ェハ２の表面に対してＳ偏光としてやると共に、これら
の光束の入射角度を光軸ＡＸに対して８０°以上に設定
することで、レジスト表面からの反射光を支配的にし、
ウェハ基板からの反射光の強度を小さくすることができ
る。従って、より正確に各測定点の検出誤差を決定する
ことが可能になる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によればウェハ上の被露光領
域中の測定点がもつ測定点下のＩＣパターンにより生じ
る固有の検出誤差を知り、この検出誤差を補正すること
ができる。従って、超ＬＳＩの高集積化に伴ない縮小投
影レンズの許容焦点深度が小さくなっても、又、露光領
域が大型化しても、ウェハの被露光領域全面を確実に焦
点深度内に位置付けることができる。このため、より良
好なパターンの転写が行え、より集積度の高い回路を作
成できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本面位置検出方法を用いる縮小投影露光装置の
部分的概略図。 第２図はエアマイクロセンサによる面位置検出での被露
光領域と各測定点の位置関係を示す説明図。 第３図はエアマイクロセンサによる面位置検出での許容
焦点深度とウェハ表面の位置関係を示す説明図。 第４図は検出光学系による面位置検出での被露光領域と
各測定点の位置関係を示す説明図。 第５図は検出光学系による面位置検出での許容焦点深度
とウェハ表面の位置関係を示す説明図。 第６図は面形状関数の一例を示すグラフ図。 第７図は被露光領域中に設定した各測定点の配置を示す
説明図。 第８図はウェハ上の被露光領域（ショット）の配列状態
を示す平面図。 第９図は検出光学系の他の実施例を示す概略構成図。 第１０図は本発明の面位置検出方法を用いた面位置調整
動作の一例を示すフローチャート図。 第１１図は面形状関数の定数項を求める方法の一例を示
すフローチャート図。 第１２図は本発明の面位置検出方法を用いた面位置調整
動作の他の例を示すフローチャート図。 １・・・・・・・・・・・・・縮小投影レンズ２、Ｗ・
・・・・・・・・・・・・・・ウェハ３・・・・・・・
・・・・・・ウェハステージ４、９２．９３・・・・・
・・・・・高輝度光源５．９４．９５・・・・・・・・
・照明用レンズ６・・・・・・・・・ピンホールをもつ
マスク７・・・・・・・・・・・・・・・結像レンズ８
．９　・・・・・・・・・・・折り曲げミラーｌＯ・・
・・・・・・・・・・・・・検出レンズ１１　・・・・
・・・・・・・２次元位置検出素子１２・・・・・・・
・・・・・ステージ駆動装置１３・・・・・・・・・・
・・・・・・制御装置７１〜７５・・・・・・・・・・
・・・・測定点１００・・・・・・・・被露光領域（シ
ョット）第６図 Ｚ 第７図 第１？図 特許庁長官　　吉　１）文　毅　　殿 １、事件の表示 昭和６３年特許願第２５６３１４ ２、発明の名称 面位置検出方法 ３、補正をする者 ７デ ６、補正の対象 明細書及び図面 ７、補正の内容 願書に最初に添付した明細書及び図面の浄書・別紙のと
おり。（内容に変更なし） 住 名 所 称 事件との関係　　　　　特許出願人 東京都大田区下丸子３−３Ｏ−２ （１００）　　キャノン株式会社 代表者　賀　　来　　ｎν　三　部 ４、代 理 人 居 所 〒１４６東京都大田区下丸子３−３０−２手続補正書（
自発） １．事件の表示 昭和６３年特許願第２５６３１４号 ２、発明の名称 面位置検出方法 ３、補正をする者 住所 名称 事件との関係　　　　　特許出願人 東京都大田区下丸子３−３Ｏ−２ （１００）　　キャノン株式会社 代表者　山　路　敬　三 ４、代理人 居所 〒１４６東京都大田区下丸子３−３０−２キャノン株式
会社内（電話７５８−２１１１）５、補正の対象 平成１年２月１３日付の手続補正書で浄書した明細書 ６、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲を別紙の通り補正する。 （２）明細書の第１９頁の第９行目の「ここでは、」を
「例えば、」と補正する。 （３）明細書の第２０頁の第１９行目乃至第２０行目の
「この定数項ＣＩの〜格納する。」を「この定数項Ｃｔ
に基づいてオフセット値Ｃｏｔ（ｉ＝１〜５）をメモリ
に格納する。」と補正する。 （４）明細書の第２１頁の第９行目の’Ｃ＋　Ｊを’Ｃ
ｏ＋Ｊと補正する。 （５）明細書の第２２頁の第１３行目乃至第１７行目の
「この点のオフセット値Ｃ３を〜求めることにより」を
、「この点のオフセット値Ｃｏｔ（＝ＣＩ　）を予め実
験により求めている。従って、他のオフセット値ＣＯ２
〜Ｃｏ１ｔは、各定数項０２〜Ｃ５の値と、定数項Ｃ１
の値との差に基づいて、オフセット値Ｃｏｔを基準にし
て、求められている。この様な方法でオフセット値Ｃ０
ｌ〜ＣＯＳを求めることにより、」と補正する。 （６）明細書の第２３頁の第７行目乃至第８行目の［オ
フセットの影響で〜被露光領域に関しては、」を、次の
通り補正する。 「オフセットの影１でウェハの傾きに逆向きの補正をか
けてしまう恐れがある。通常オフセット値の大きさは０
．５μｍ以内と考えられるが、被露光領域の多点測定に
おいて検出誤差が各点毎にランダムに発生し、しかもそ
の測定値にもとづいてウェハの位置に補正をかける場合
には、測定値間相互の関係を本発明のように補正するこ
とは非常にメリットが大きい。何故ならば、被露光領域
中心の一点だけならともかく、周辺部の各点に関して個
別にフォーカスチエツクを行ないオフセット値を求める
ことは実用的には非常に難しいからである。 以上説明したクエへ表面の各測定点における検出誤差の
決定は、形成されるパターンが異なる各工程について行
なう必要がある。しかしながら、その頻度は各工程につ
いて最初に一度行なえば十分であり、各工程の初めに決
定し、制御装置内のメモリに格納しておけば、半導体チ
ップ製造のスループットを殆ど低下させることなく、生
産を行なうことができる。又、検出誤差即ちオフセット
値Ｃ，は各測定点国有の値なので、面形状関数Ｆ＋　　
（Ｘ、ｙ）を決めるために用いる被露光領域の数（ショ
ツト数）は、装置に要求されるフォーカス精度から適宜
決定する。即ち、フォーカス精度に対する要求が緩い工
程では少ない数で良く、逆に酷しい工程では多くの数が
要求される。但し、仮に計測ショツト数を２０、各ショ
ット間でステップ移動に必要な時間を０．５．。。、計
測時間を０．１１゜。とじても、オフセット値ＣＩを求
めるのに必要な時間は約１２３゜。にすぎない。 又、前述の様にオフセット値ＣＩの決定を各ロットの多
数枚のウェハの内１枚目のウェハについてのみに行ない
、次からのウェハについては１枚目で求めた値を用いる
ようにすれば、スループットの低下は殆ど無視できる。 又、上記実施例では、オフセット値Ｃ，〜Ｃ６を決定後
、第１０図に示す様にウェハ上の各被露光領域の各測定
点を全て再測定して面位置データを求めていたが、オフ
セット値Ｃ１〜Ｃ６を求めるために用いた被露光領域に
関しては、」 特許請求の範囲 （１）パターンが形成されたウェハの面位置を検出する
方法であって、前記ウェハ又は前記クエへのパターンと
実質的に同一構造のパターンが形成されたウェハの面形
状を検出する段階と、該面形状に基づいて、前記ウェハ
の面位置検出時に前記パターンの構造に依存して生じる
誤差を検出する段階と、該誤差を補正しで前記クエへの
面位置を検出する段階とを有する面位置検出方法。 （２）ウェハ上に並んだ複数個の被露光領域のほぼ同一
箇所の面位置を各々検出し、複数個の面位置データを求
める段階と、該複数個の面位置データに基づいて前記ク
エへの面形状を示す面形状関数を決定する段階と、該面
形状関数の定数項に基づいて前記被露光領域の前記箇所
の面位置データを補正する段階とを有する面位置検出方
法。 （３）ウェハ上に並んだ複数個の被露光領域のほぼ同一
の複数箇所の面位置を各々検出し、複数個の面位置デー
タを求める段階と、各被露光領域の同一箇所の面位置デ
ータの組毎に各々の面位置データに基づいて前記クエへ
の面形状を示す面形状関数を決定する段階と、各面形状
関数の定数項に基づいて前記被露光領域の前記複数箇所
の面位置データを補正する段階と、該補正された複数個
の面位置データから最小自乗平面を求める段階とを、有
する面位置検出方法。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウェハ上に並んだ複数個の被露光領域のほぼ同一
   箇所の面位置を各々検出し、複数個の面位置データを求
   める段階と、該複数個の面位置データに基づいて前記ウ
   ェハの面形状を示す面形状関数を決定する段階と、該面
   形状関数の定数項に基づいて前記被露光領域の前記箇所
   の面位置データを補正する段階とを有する面位置検出方
   法。
2. （２）ウェハ上に並んだ複数個の被露光領域のほぼ同一
   の複数箇所の面位置を各々検出し、複数個の面位置デー
   タを求める段階と、各被露光領域の同一箇所の面位置デ
   ータの組毎に各々の面位置データに基づいて前記ウェハ
   の面形状を示す面形状関数を決定する段階と、各面形状
   関数の定数項に基づいて前記被露光領域の前記複数箇所
   の面位置データを補正する段階と、該補正された複数個
   の面位置データから最小自乗平面を求める段階とを有す
   る面位置検出方法。