JPH05283310A

JPH05283310A - 露光方法及び装置

Info

Publication number: JPH05283310A
Application number: JP4103607A
Authority: JP
Inventors: Shinji Wakamoto; 信二若本; Yuji Imai; 裕二今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-03-30
Filing date: 1992-03-30
Publication date: 1993-10-29
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JP3218466B2

Abstract

(57)【要約】【目的】感光基板の露光面に凹凸等が存在してもその
露光面の真の平均的な面を投影光学系の最良結像面に平
行に設定する。【構成】平面度の良好なウエハ４Ｂに対してレベリン
グ光学系の検出光Ｌ２を照射して求めた平均的な面を最
良結像面Ｐ１に平行にした状態で、焦点検出光学系の検
出光Ｌ３をウエハ４Ｂの複数の点に照射して最良結像面
Ｐ１からの位置ずれ量を求める。次に、処理対象のウエ
ハ４Ｃに対してもレベリング光学系を用いて検出した平
均的な面を最良結像面Ｐ１に平行に設定し、焦点検出光
学系を用いて求めた最良結像面Ｐ１からの位置ずれ量か
ら最初に求めた位置ずれ量を差し引いた量をレベリング
機構への補正量とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレベリング機構
を有する投影露光装置に適用して好適な露光方法及び露
光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等を製造す
る際に、レチクル上のパターンの像を投影光学系を介し
て感光基板の露光面に転写する投影露光装置が使用され
ている。この場合、その露光面上にそのパターンの鮮明
な像を転写するために、投影光学系の結像面（焦点面）
に対してその感光基板の露光面を平行に設定するための
レベリング機構が組み込まれている。このレベリング機
構は、感光基板の露光面の投影光学系の結像面からの傾
斜状態を計測するレベリング光学系とその感光基板の傾
斜状態を所望の状態に設定するレベリングステージとよ
り構成されている。

【０００３】図７（ａ）は従来のレベリング機構を備え
た投影露光装置の要部を示し、この図７（ａ）におい
て、１はレチクルホルダー２に載置されたレチクルであ
る。このレチクル１のパターンの像が露光光Ｌ１の下
で、投影光学系３を介してウエハ４のショット領域に転
写される。５はウエハ４を載置する上部ステージ、６は
３個の支点で上部ステージ５を支持する下部ステージを
示し、図７（ｃ）に示すように、上部ステージ５の３個
の支点５ａ〜５ｃの内の２個の支点５ａ及び５ｂは上下
に移動できるようになっており、残りの１個の支点５ｃ
は固定されている。下部ステージ６側でそれら２個の支
点５ａ及び５ｂの移動量を調整することにより、上部ス
テージ５の傾斜状態を所望の状態に設定することがで
き、上部ステージ５及び下部ステージ６よりレベリング
ステージが構成されている。上記構成のステージは、例
えば特開昭６２−２７４２０１号公報に開示されてい
る。

【０００４】７は下部ステージ６が載置されたウエハス
テージを示し、このウエハステージ７は、投影光学系３
の光軸にほぼ垂直な面内で２次元的にウエハ４を位置決
めするＸＹステージ及び投影光学系３の光軸に平行な方
向にウエハ４を位置決めするＺステージ等より構成され
ている。８はレーザー干渉計、９は駆動手段を示し、Ｘ
Ｙステージの座標はレーザー干渉計８によりモニターさ
れ、駆動手段９によりウエハステージ７の位置決めが行
われる。

【０００５】１０はレベリング光学系用の光源を示し、
この光源１０からの検出光Ｌ２は投射対物レンズ１１に
より平行光束に変換され、この平行光束が投影光学系３
の光軸に対して斜めにウエハ４の現在のショット領域の
露光面（レジスト層の表面）に投射されている。このウ
エハ４から投影光学系３の光軸に対して斜めに反射され
る平行光束よりなる検出光Ｌ２は、集光対物レンズ１２
により光電センサ１３の受光面に集束される。ウエハ４
の露光面の傾斜状態（傾き角）が変化すると、光電セン
サ１３の受光面での光量分布の重心の位置が変化するこ
とから、ウエハ４の露光面の傾斜状態を検出することが
できる（特開昭５８−１１３７０６号公報に開示）。ま
た、光電センサ１３は図７（ｂ）に示すように例えば４
分割された受光素子より構成されている。

【０００６】そして、図７（ｃ）に示すように、平面度
の良好なウエハ４の露光面が投影光学系３の最良結像面
（ベストフォーカス面）に平行な状態で、そのウエハ４
の検出領域１４から反射された検出光Ｌ２が光電センサ
１３の受光面の中心に集束されるように光電センサ１３
の位置決めを行っておく。それ以後は光電センサ１３の
受光面上の中心に検出光Ｌ２が集束されるように、レベ
リングステージ５，６を介してウエハ４の露光面の傾斜
状態を調整することにより、レベリングが行われる。

【０００７】また、図７（ａ）では図示省略してある
が、レベリング光学系の外にウエハ４の露光面上の所定
の計測点における投影光学系３の光軸に平行な方向の高
さを計測するための焦点検出光学系が配置されている。
ウエハステージ７のＺステージを駆動して、その焦点検
出光学系で検出した高さを投影光学系３の結像面に合わ
せることにより、ウエハ４の露光面は投影光学系３の結
像面に平行で且つこの結像面と同じ高さに設定される。
即ち、焦点検出光学系とＺステージとによりオートフォ
ーカス機構が構成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ウエハ
４の露光面の平面度が良好である場合には、レベリング
機構によりその露光面を投影光学系３の結像面に平行に
することができる。しかしながら、ウエハの露光面には
各種のプロセスを経ることにより高低差の大きい凹凸が
生ずることがあり、更にレジストの塗布むら等によりウ
エハから反射された検出光Ｌ２がそのウエハの露光面の
傾斜状態に対応しないことがある。このため、レベリン
グ機構を動作させてもウエハ４の露光面を投影光学系３
の結像面に平行にできない場合があるという不都合があ
る。

【０００９】例えば図８（ａ）は露光面に鋸歯状の凹凸
が形成されたウエハ４Ａの例を示し、この図８（ａ）に
おいて、Ｐ１は投影光学系３の最良結像面であるとす
る。この場合、ウエハ４Ａから反射される検出光Ｌ２に
より上部ステージ５を動かしてレベリングを行うと、ウ
エハ４Ａの露光面の平均的な面とその最良結像面Ｐ１と
が平行にならないことになる。実際には、図８（ｂ）に
示すように、ウエハ４Ａの露光面の真の平均的な面が最
良結像面Ｐ１と合致することが望ましい。

【００１０】また、投影光学系３にはレンズの収差によ
り最良結像面が光軸ＡＸに垂直でなくなる像面の傾斜が
生ずる場合があるが、従来はその傾斜した最良結像面と
ウエハ４を載置する上部ステージ５の上面とが平行にな
るように調整していた。しかしながら、調整誤差のため
に傾斜の残留分が存在する場合があった。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、感光基板の露光
面に凹凸等が存在してもその露光面の平均的な面を投影
光学系の最良結像面に平行に設定できる露光方法及び露
光装置を提供することを目的とする。また、本発明は、
投影光学系の最良結像面が傾斜していても感光基板の露
光面を常に正確にその最良結像面に平行に設定できる露
光方法及び露光装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、例えば図２〜図４に示す如く、マスクパターン
（１）の像を投影光学系（３）を介してこの投影光学系
の光軸にほぼ垂直な面内で移動自在なステージ（７）上
に載置された基板（４）の露光面に転写する露光方法に
おいて、その投影光学系の露光領域内の所定の計測点に
対応するその基板の露光面の計測点のその投影光学系の
結像面からのずれを検出する焦点検出光学系（２１，２
３，１７，１８，２５，２６，２７，２８）と、その基
板の露光面に光束を照射することにより、その露光面の
平均的な面のその投影光学系の結像面からの傾斜状態を
検出するレベリング光学系（１０，１５，１７，１８，
１３）と、その基板の露光面の傾斜状態を所定の状態に
設定するレベリングステージ（５，６）とを用いる。

【００１３】そして、予め平面度の良好な基板の露光面
に対してそのレベリング光学系で傾斜状態を検出するこ
とにより、その平面度の良好な基板の露光面をそのレベ
リングステージを介してその投影光学系の結像面に平行
に設定する工程（ステップ１０８，１０９）と、そのス
テージ（７）をその投影光学系（３）の光軸にほぼ垂直
な面内で移動させつつ、その焦点検出光学系を用いてそ
の平面度の良好な基板の露光面の複数の計測点における
その投影光学系の結像面からのずれ量を検出し、該検出
された複数のずれ量からその平面度の良好な基板の傾斜
量を算出して記憶する工程（ステップ１１０）と、処理
対象とする基板の露光面に対してそのレベリング光学系
で検出された平均的な面の傾斜状態をそのレベリングス
テージを介してその投影光学系の結像面に平行に設定す
る工程（ステップ１１５）と、そのステージをその投影
光学系の光軸に垂直な面内で移動させつつ、その焦点検
出光学系を用いてその処理対象とする基板の露光面の複
数の計測点におけるその投影光学系の結像面からのずれ
量を検出し、この検出された複数のずれ量からその処理
対象とする基板の傾斜量を算出する工程（ステップ１１
６，１１７）と、その平面度の良好な基板の傾斜量とそ
の処理対象とする基板の傾斜量との差の傾斜量をそのレ
ベリング光学系により検出されたその処理対象の基板の
露光面の平均的な面の傾斜状態にオフセットとして加算
して得られた傾斜状態に基づいて、そのレベリングステ
ージを介してその処理対象とする基板の露光面をその投
影光学系の結像面に平行にする工程（ステップ１１８，
１１９）と、その投影光学系を介してそのマスクパター
ンの像をその処理対象とする基板の露光面に転写する工
程（ステップ１１４）とを有するものである。

【００１４】また、本発明による露光装置は、例えば図
２に示すように、マスクパターン（１）の像を投影光学
系（３）を介してこの投影光学系の光軸にほぼ垂直な面
内で移動自在なステージ（７）上に載置された基板
（４）の露光面に転写する露光装置において、その投影
光学系の露光領域内の所定の計測点に対応するその基板
の露光面の計測点のその投影光学系の結像面からのずれ
を検出する焦点検出光学系（２１，２３，２４，１７，
１８，２５，２６，２７，２８）と、その基板の露光面
に光束を照射することにより、その露光面の平均的な面
のその投影光学系の結像面からの傾斜状態を検出するレ
ベリング光学系（１０，１５，１７，１８，１３）と、
その基板の露光面の傾斜状態を所定の状態に設定するレ
ベリングステージ（５，６）と、そのステージをその投
影光学系の光軸にほぼ垂直な面内で移動させつつ、その
焦点検出光学系を介してその基板の露光面の複数の計測
点におけるその投影光学系の結像面からのずれ量を求め
る制御手段（２０，２９）と、この求められた複数の計
測点におけるずれ量からその基板の露光面の傾斜量を算
出する演算手段（２９）と、この算出された傾斜量に基
づいてそのレベリング光学系で検出されたその基板の露
光面の平均的な面の傾斜状態にオフセットを加えるオフ
セット手段（２９）とを有するものである。

【００１５】

【作用】本発明においては、レベリング機構で検出され
た基板の傾斜状態に所定の補正を行い、その補正量をオ
ートフォーカス機構を用いて求めるようにしている。こ
の本発明の原理につき図１を参照して説明する。図１
（ａ）〜（ｆ）において、３を投影光学系、Ｐ１を投影
光学系３の最良結像面、４Ｂを平面度の良好な基板、４
Ｃを処理対象とする基板として、これら基板４Ｂ又は４
Ｃを上部ステージ５と下部ステージとよりなるレベリン
グステージに載置する。また、レベリングステージは図
示省略したＸＹステージにより面Ｐ２に沿って移動さ
れ、面Ｐ２と最良結像面Ｐ１とは平行でないものとす
る。

【００１６】先ず、図１（ａ）に示すように、レベリン
グステージに平面度の良好なウエハ４Ｂを載置し、この
ウエハ４Ｂの露光面にレベリング光学系の平行な検出光
Ｌ２を投影光学系３の光軸に対して斜めに照射して露光
面の傾きを検出する。その後、レベリングステージを駆
動してウエハ４Ｂの露光面を最良結像面Ｐ１に平行に設
定する。ウエハ４Ｂの露光面の平面度は良好であるた
め、レベリング光学系により露光面の傾斜は正確に検出
でき、その露光面は最良結像面Ｐ１に平行に設定され
る。

【００１７】次に、図１（ｂ）に示すように、レベリン
グステージを面Ｐ２に沿って左方向に移動させる。そし
て、焦点位置検出光学系より投影光学系３の光軸に対し
て斜めに検出光Ｌ３を照射してウエハ４Ｂの露光面の計
測点（例えば投影光学系３の光軸と交わる点）にスリッ
トパターン等のプローブパターン像を結像する。このプ
ローブパターン像からの反射光を焦点位置検出光学系で
所定の受光面に再結像し、この再結像されたプローブパ
ターン像の位置の変化よりそのウエハ４Ｂの露光面の計
測点の高さを検出する。実際には例えばその計測点の高
さと最良結像面Ｐ１の高さとの偏差δ₁₀を求める。

【００１８】その後、図１（ｃ）に示すように、レベリ
ングステージを面Ｐ２に沿って右方向に移動させた状態
で、焦点位置検出光学系を用いて今回の計測点の高さと
最良結像面Ｐ１の高さとの偏差δ₂₀を求める。また、そ
れ以外にもレベリングステージを面Ｐ２に沿って移動さ
せることにより、ウエハ４Ｂの露光面の種々の計測点に
おける最良結像面Ｐ１との偏差δ_j0を求める。これらの
偏差δ_j0により求められる平均的な面は、レベリングス
テージが移動する面Ｐ２を表すものである。従って、平
面度の良好なウエハ４Ｂの各計測点の高さを焦点位置検
出光学系で計測することにより、最良結像面Ｐ１を基準
とした面Ｐ２の傾斜が求められる。

【００１９】次に、図１（ｄ）に示すように、露光面の
凹凸が大きい処理対象とするウエハ４Ｃをレベリングス
テージに載置する。そして、レベリング光学系からの検
出光Ｌ２をウエハ４Ｃの露光面に照射して傾斜状態を計
測し、これにより平均的な面と判定された面を投影光学
系３の最良結像面Ｐ１に平行に設定する。しかしなが
ら、露光面の凹凸により、ウエハ４Ｃの真の平均的な面
Ｐ３と最良結像面Ｐ１とは平行には設定されていない。

【００２０】そこで、本発明では図１（ｅ）に示すよう
に、レベリングステージを面Ｐ２に沿って左方向に移動
させる。そして、焦点位置検出光学系より投影光学系３
の光軸に対して斜めに検出光Ｌ３を照射してウエハ４Ｃ
の露光面の計測点にプローブパターン像を結像する。そ
して、このプローブパターン像からの反射光を焦点位置
検出光学系で所定の受光面に再結像することにより、そ
の計測点の高さと最良結像面Ｐ１の高さとの偏差δ₁₁を
求める。

【００２１】次に、図１（ｆ）に示すように、レベリン
グステージを面Ｐ２に沿って右方向に移動させた状態
で、焦点位置検出光学系を用いて今回の計測点の高さと
最良結像面Ｐ１の高さとの偏差δ₂₁を求める。また、そ
れ以外にもレベリングステージを面Ｐ２に沿って移動さ
せることにより、ウエハ４Ｃの露光面の種々の計測点に
おける最良結像面Ｐ１との偏差δ_j1を求め、これらの偏
差δ_j1により平均的な面を求める。そして、ウエハ４Ｃ
の偏差δ_j1により求めた平均的な面の傾斜からウエハ４
Ｂの偏差δ_j0により求めた平均的な面の傾斜を差し引く
ことにより、傾斜オフセット量が算出される。このオフ
セット量をレベリング光学系で得られたウエハ４Ｃの露
光面の傾斜量に加算し、この結果に基づいてレベリング
ステージを駆動すると、ウエハ４Ｃの凹凸のある露光面
の真の平均的な面Ｐ３が投影光学系３の最良結像面Ｐ１
に平行に設定される。

【００２２】上述の手順を明確化したものが本発明によ
る露光方法であり、その露光方法を実施するための装置
が本発明による露光装置である。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図２〜図６を
参照して説明する。本例は投影露光装置に本発明を適用
したものであり、図２において図７に対応する部分には
同一符号を付してその詳細説明を省略する。図２は本例
の投影露光装置の要部を示し、この図２において、レチ
クル１のパターンの像が、露光光Ｌ１の下で投影光学系
３を介して感光基板としてのウエハ４上の所定のショッ
ト領域に転写される。ウエハ４は、上部ステージ５及び
下部ステージ６よりなるレベリングステージに載置さ
れ、レベリングステージはウエハステージ７に載置され
ている。

【００２４】１０はレベリング光学系用の光源を示し、
この光源１０からの検出光Ｌ２は、コンデンサーレンズ
１１により開口板１５に形成されたピンホール上に集光
される。このピンホールからの検出光Ｌ２は、ダイクロ
イックミラー１６を透過した後に第２投射対物レンズ１
７により平行光束に変換され、この平行光束がウエハ４
上に照射される。そして、このウエハ４からの反射光束
が第１集光対物レンズ１８を経てダイクロイックミラー
１９を透過した後に光電センサ１３の受光面に集束され
る。光電センサ１３としては受光面上の光量分布の中心
の２次元座標が検出できるもの、例えば４分割された受
光素子が使用される。この光電センサ１３からの傾斜情
報が信号処理回路２０に供給される。

【００２５】２１は焦点位置検出光学系用の光源であ
り、光源２１からの検出光Ｌ３はコンデンサーレンズ２
２によりスリット板２３のスリット状の開口パターン
（スリットパターン）の上を照明する。そのスリットパ
ターンからの検出光Ｌ３は、第１投射対物レンズ２４を
経てダイクロイックミラー１６で反射された後に、第２
投射対物レンズ１７によりウエハ４上の露光領域内の計
測点（例えば投影光学系３の光軸と交差する点）に投影
光学系３の光軸に斜めに集束され、この計測点にスリッ
ト板２３のスリットパターンの像が結像される。また、
このスリットパターンの像からの反射光は、第１集光対
物レンズ１８を経てダイクロイックミラー１９で反射さ
れた後に、第２集光対物レンズ２５及び振動ミラー２６
を介して受光スリット板２７上に集束され、この受光ス
リット板２７上にそのスリットパターンの像が再結像さ
れる。

【００２６】受光スリット板２７の背面には受光素子２
８が配置され、この受光素子２８からの検出信号が信号
処理回路２０に供給される。この状態でウエハ４が投影
光学系３の光軸の方向に移動すると、ウエハ４上でのス
リットパターンの像の位置は左方向又は右方向にずれる
ため、受光スリット板２７上でのスリットパターン像の
位置も受光スリット板２７に平行な方向にずれる。ま
た、振動ミラー２６によりそのスリットパターン像はそ
の移動方向に所定の振幅で一定周期で振動している。こ
れは光電顕微鏡の検出原理を適用したものであり、信号
処理回路２０において、受光素子２８の検出信号を振動
ミラー２６の駆動信号により同期検波することにより、
ウエハ４の計測点が投影光学系３の結像面の高さに合致
したときにゼロクロスとなる所謂Ｓカーブ状の位置検出
信号が得られる。この位置検出信号によりウエハ４の計
測点の投影光学系３の最良結像面からの高さの偏差量δ
を求めることができる。

【００２７】２９は主制御装置を示し、この主制御装置
２９には信号処理回路２０からレベリング光学系により
検出したウエハ４の露光面の傾斜状態の情報及び焦点位
置検出光学系により検出したウエハ４の所定の計測点の
最良結像面からの偏差量δの情報を供給する。これに応
じて主制御装置２９は、駆動手段９を介してウエハステ
ージ７の動作を制御することによりウエハ４の位置決め
を行うと共に、レベリングステージ５，６を制御してウ
エハ４の露光面の傾斜状態を投影光学系３の最良結像面
に平行に設定する。

【００２８】次に、本例のレベリング動作及び露光動作
の手順につき説明する。先ず或る処理対象とするウエハ
のレベリング動作及び露光動作につき説明する。この場
合、投影光学系３の像面傾斜を求めると共に、投影光学
系３の最良結像面とレベリングステージの移動面との平
行度を調べるために、図３に示す予備工程が必要であ
る。

【００２９】図３の予備工程において、初期工程とし
て、レチクル１として所定の格子点にのみパターンが形
成されたテストレチクルを載置し、レベリングステージ
に平面度が良好で且つレジストが塗布されたテストプリ
ント用のウエハを載置した状態で、ウエハステージ７の
中のＺステージを降下させてそのウエハの露光面を投影
光学系３の最良結像面よりも大きく下方に配置する。次
に、ステップ１０１で１回目の露光を行い、ステップ１
０２でＺステージのＺ座標が上限Ｚ_end に達したか否か
を調べる。上限に達していないときにはステップ１０３
に移行して、Ｚステージを投影光学系３の方向にΔＺだ
け移動させると共に、ウエハステージ７中のＸＹステー
ジを駆動してそのウエハの次のショット領域を投影光学
系３の露光領域に移動させた後に、ステップ１０１に戻
って露光を行う。また、Ｚ座標の設定に際しては焦点位
置検出光学系を動作させておくので、ＺステージをΔＺ
ずつ上昇させるとは、正確には投影光学系３とウエハの
露光面との間隔をΔＺずつ短縮することを意味する。

【００３０】そして、ＺステージのＺ座標が上限に達す
るまでステップ１０１〜１０３を繰り返した後に、ステ
ップ１０４に移行してウエハの現像を行って、投影光学
系３の露光領域（ショット領域）内の複数点で最良な結
像（ベストフォーカス）が得られるＺ座標を求める。次
に、ステップ１０５において、それらベストフォーカス
のＺ座標により形成される面を求めると、この面が投影
光学系３の結像面となる。像面傾斜が存在する場合に
は、そのように求められた面は投影光学系３の光軸に垂
直な面に対して傾斜していることより、像面傾斜が検出
される。以上はテストプリントにより投影光学系３の像
面傾斜を求める例であるが、例えばウエハステージ７上
に発光性の基準マークを設け、この基準マークの像を投
影光学系３を介してレチクルの下面（パターン面）に結
像すると共に、パターン面からの光を投影光学系及び基
準マークを介して光電検出する系でも像面傾斜を求める
ことができる。この場合には、基準マークを投影光学系
の光軸方向（Ｚ方向）に移動したときの光電信号の変化
に基づいて投影光学系の露光領域内の１点でのベストフ
ォーカス位置を求め、上記計測を露光領域内の複数点で
行うことによって、投影光学系３の結像面、ひいては像
面傾斜を求めることができる。

【００３１】次に、ステップ１０６において、その像面
傾斜が０になるように、レベリングステージの傾斜量の
オフセット量を算出し、主制御装置２９の内部の記憶部
に設定されているレベリング機構用の目標傾斜量にその
オフセット量を加算する。そして、このオフセット量が
加算された目標傾斜量に従って、主制御装置２９がレベ
リングステージ５，６の傾斜状態を制御することによ
り、レベリングステージ上のウエハの露光面は投影光学
系３の最良結像面に平行に設定される（ステップ１０
７）。

【００３２】その後、ステップ１０８で平面度が極めて
良好なスーパーフラットウエハをレベリングステージに
載置して、ステップ１０９でレベリング機構を動作させ
てから、ステップ１１０で焦点位置検出光学系を用いて
そのスーパーフラットウエハの表面の凹凸状態を計測す
る。具体的には、レベリング機構を動作させた状態で、
ウエハステージ７のＸＹステージを移動しながら、その
ウエハの所定個数の計測点の投影光学系３の最良結像面
からの偏差量を求め、これら偏差量から平均的な面を求
める。この平均的な面は例えば、統計的な演算処理（最
小自乗法等）、探索法等によって算出される。現在のウ
エハはスーパーフラットウエハであるため、求めた面は
レベリングの合わせ面を表す。このレベリングの合わせ
面の投影光学系３の最良結像面からの傾斜量が基準傾斜
量として主制御装置２９の記憶部に記憶される。これで
予備工程が終了する。

【００３３】次に、図４のステップ１１１において、レ
ベリングステージに処理対象となるウエハ４を載置し、
ステップ１１２でレベリング異常の出るプロセスか否か
を判定する。レベリング異常の出るプロセスとは、レベ
リング光学系で検出したウエハ４の平均的な面がそのウ
エハ４の実際の平均的な面に対して傾斜しているプロセ
ス（例えば図８中のウエハ１４Ａが形成されるようなプ
ロセス）をいい、このようなプロセスの存在は経験的に
分かっている。この場合、レベリング異常が出ないプロ
セスの場合には、ステップ１１３に移行してレベリング
機構を動作させた状態でステップ１１４において露光を
行う。

【００３４】レベリング異常の出るプロセスでは主制御
装置２９の動作はステップ１１５に移行して、先ずレベ
リング機構を動作させる。その後、ステップ１１６にお
いて主制御装置２９は、ＸＹステージを移動させること
により、焦点位置検出光学系を用いてその処理対象のウ
エハ４の露光面の所定個数の計測点の投影光学系３の最
良結像面からの偏差量を計測する。これはウエハ４の表
面の凹凸の状態を計測することを意味する。そして、主
制御装置２９はそれらのずれ量からウエハ４の表面の凹
凸の平均的な面を求める（ステップ１１７）。ただし、
このように求めた平均的な面にはＸＹステージが移動す
る面（即ち干渉計８によって規定される直交座標系を含
む面であって、この面に対する投影光学系の結像面）の
傾斜が含まれており、このＸＹステージに起因する面の
傾斜は既に補正されているので、ステップ１１８におい
てそのウエハ４の平均的な面の傾斜量からそのＸＹステ
ージの移動面の傾斜量を差し引いてレベリング機構への
傾斜量の補正量（新たなオフセット量）を算出する。

【００３５】その後、主制御装置２９が内部の記憶部に
設定されているレベリング機構用の目標傾斜量にその補
正量を加算し、この補正量が加算された目標傾斜量に従
って、主制御装置２９がレベリングステージ５，６の傾
斜状態を制御することにより、レベリングステージ上の
ウエハ４の凹凸を有する露光面の真の平均的な面が投影
光学系３の結像面に平行に設定される（ステップ１１
９）。その後、ステップ１１４に移行して露光を行うこ
とにより、レチクル１のパターンの像がウエハ４の凹凸
のある露光面に鮮明に転写される。

【００３６】なお、上述のレベリング機構の補正を、レ
ベリング異常が出ると推定されるプロセスで処理される
所定のロットのウエハの全てに対して行うのはスループ
ットの低下を招く。更に、レベリング機構の補正を行う
として選択された１枚のウエハの全てのショットに対し
て補正を行うのも、スループットの低下を招く。そこ
で、以下の図５及び図６を参照して、レベリング機構の
補正の回数を減らす方法の一例を説明する。

【００３７】先ず図５のステップ１２０において、レベ
リング機構の補正を行うウエハに対して、全ショットの
中で焦点位置検出光学系を用いて表面の凹凸状態の計測
を行うショット（計測ショット）の指定を行い、これら
計測ショットにおける位置ずれの計測点の指定を行う。
計測ショットは、ウエハ中で経験的に凹凸が激しいこと
が分かっているショット等を指定することができ、これ
らショット中の計測点としては平均的な面を規定するの
に充分な個数を確保する。その後、ステップ１２１で処
理対象とするロット中の全ウエハ毎にレベリング機構の
補正を行うか否かを選択する。

【００３８】ウエハ毎に補正する場合にはステップ１２
２に移行して、レベリング機構を動作させた後に、ステ
ップ１２０で指定された計測ショットに移動して（ステ
ップ１２３）、焦点位置検出光学系を用いて各計測ショ
ットの表面の凹凸の状態を測定する（ステップ１２
４）。全計測ショットについて計測を終了するまで、ス
テップ１２３〜１２５を繰り返した後に、ステップ１２
６でレベリング機構への目標傾斜量の補正量を算出す
る。この補正量は各ショット毎に異なる量となる。そし
て、その補正量で補正したレベリング機構を動作させて
（ステップ１２７）、全ショットへの露光を行う（ステ
ップ１２８）。

【００３９】ステップ１２１でウエハ毎には補正しない
場合には、動作は図６のステップ１２９に移行して、そ
のロットの先頭のウエハでレベリング機構の補正を行う
か否かを判断する。先頭のウエハで補正を行う場合に
は、先頭のウエハに対してはステップ１３０からステッ
プ１３１に移行して、このステップ１３１において、図
５のステップ１２２〜１２７と同じ工程を実施して、レ
ベリング機構への目標傾斜量の補正値を求める。その
後、ステップ１３２でその先頭のウエハに対する露光を
行う。

【００４０】そして、２枚目以降のウエハについては、
ステップ１３０からステップ１３２に移行して、先頭の
ウエハにより求めた補正量に基づいてレベリング機構の
補正を行った状態で露光を行う。一方、ステップ１２９
で先頭のウエハについて補正を行わない場合には、直接
ステップ１３２に移行してレベリング機構の補正を行う
ことなく露光を行う。なお、例えば先頭から所定枚のウ
エハについて補正を行いながら露光を行い、それ以降の
ウエハについてはそれまでの補正量の平均値に基づいて
補正を行うようにしてもよい。

【００４１】上述のように本例によれば、焦点位置検出
光学系を用いてウエハの表面の凹凸の状態を計測するよ
うにしているので、レベリング光学系により検出された
ウエハの露光面の平均的な面が真の平均的な面に交差し
ているような場合でも、レベリング機構に対する傾斜量
の補正値を設定することができる。従って、ウエハの表
面に凹凸が存在するような場合でも正確なレベリングを
行うことができる。また、投影光学系の最良結像面が傾
斜していてもウエハの露光面を常に正確にその最良結像
面に平行に設定することができる。

【００４２】なお、焦点位置検出光学系としては、多点
計測可能なセンサを用いても良い。多点計測可能なセン
サとは、投影光学系の露光領域（ショット領域）の交差
する対角線に沿って２本の細長いスリット像を投射する
か、又はその露光領域に平行に例えば３本の細長いスリ
ット像を投射する等して、反射光により再結像された像
を１次元又は２次元のイメージセンサにより複数に分割
して受光し、露光領域の複数箇所の高さを１度に計測で
きるものである。これによれば計測時間を大幅に短縮す
ることができる。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。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、焦点検出光学系を用い
てレベリング光学系の計測結果を補正するようにしてい
るので、感光基板の露光面に凹凸等が存在してもその露
光面の真の平均的な面を投影光学系の最良結像面に平行
に設定できる利点がある。更に、投影光学系の最良結像
面が傾斜していても感光基板の露光面を常に正確にその
最良結像面に平行に設定できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光方法及び露光装置の原理説明
図である。

【図２】本発明の一実施例の投影露光装置の要部を示す
構成図である。

【図３】実施例のレベリング機構の補正動作の予備工程
を示す流れ図である。

【図４】そのレベリング機構の補正動作を示す流れ図で
ある。

【図５】実施例で処理対象のウエハに対してレベリング
機構の補正を選択的に行う場合の動作の一部を示す流れ
図である。

【図６】図５の動作の残りの動作を示す流れ図である。

【図７】（ａ）は従来の投影露光装置の要部を示す構成
図、（ｂ）は図７（ａ）の光電センサの正面図、（ｃ）
は図７（ａ）のレベリング光学系を示す斜視図である。

【図８】（ａ）はウエハのレベリング光学系で検出され
た平均的な面が最良結像面に平行に設定された状態を示
す線図、（ｂ）はウエハの真の平均的な面が最良結像面
い平行に設定された状態を示す線図である。

【符号の説明】

１レチクル３投影光学系４ウエハ５上部ステージ６下部ステージ１３光電センサ１５開口板１６，１９ダイクロイックミラー１７第２投射対物レンズ１８第１集光対物レンズ２０信号処理回路２３スリット板２４第１投射対物レンズ２５第２集光対物レンズ２６振動ミラー２７受光スリット板２８受光素子２９主制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクパターンの像を投影光学系を介し
て該投影光学系の光軸にほぼ垂直な面内で移動自在なス
テージ上に載置された基板の露光面に転写する露光方法
において、前記投影光学系の露光領域内の所定の計測点に対応する
前記基板の露光面の計測点の前記投影光学系の結像面か
らのずれを検出する焦点検出光学系と、前記基板の露光面に光束を照射することにより、前記露
光面の平均的な面の前記投影光学系の結像面からの傾斜
状態を検出するレベリング光学系と、前記基板の露光面の傾斜状態を所定の状態に設定するレ
ベリングステージとを用い、予め平面度の良好な基板の露光面に対して前記レベリン
グ光学系で傾斜状態を検出することにより、前記平面度
の良好な基板の露光面を前記レベリングステージを介し
て前記投影光学系の結像面に平行に設定する工程と、前記ステージを前記投影光学系の光軸にほぼ垂直な面内
で移動させつつ、前記焦点検出光学系を用いて前記平面
度の良好な基板の露光面の複数の計測点における前記投
影光学系の結像面からのずれ量を検出し、該検出された
複数のずれ量から前記平面度の良好な基板の傾斜量を算
出して記憶する工程と、処理対象とする基板の露光面に対して前記レベリング光
学系で検出された平均的な面の傾斜状態を前記レベリン
グステージを介して前記投影光学系の結像面に平行に設
定する工程と、前記ステージを前記投影光学系の光軸に垂直な面内で移
動させつつ、前記焦点検出光学系を用いて前記処理対象
とする基板の露光面の複数の計測点における前記投影光
学系の結像面からのずれ量を検出し、該検出された複数
のずれ量から前記処理対象とする基板の傾斜量を算出す
る工程と、前記平面度の良好な基板の傾斜量と前記処理対象とする
基板の傾斜量との差の傾斜量を前記レベリング光学系に
より検出された前記処理対象の基板の露光面の平均的な
面の傾斜状態にオフセットとして加算して得られた傾斜
状態に基づいて、前記レベリングステージを介して前記
処理対象とする基板の露光面を前記投影光学系の結像面
に平行にする工程と、前記投影光学系を介して前記マスクパターンの像を前記
処理対象とする基板の露光面に転写する工程とを有する
事を特徴とする露光方法。
【請求項２】マスクパターンの像を投影光学系を介し
て該投影光学系の光軸にほぼ垂直な面内で移動自在なス
テージ上に載置された基板の露光面に転写する露光装置
において、前記投影光学系の露光領域内の所定の計測点に対応する
前記基板の露光面の計測点の前記投影光学系の結像面か
らのずれを検出する焦点検出光学系と、前記基板の露光面に光束を照射することにより、前記露
光面の平均的な面の前記投影光学系の結像面からの傾斜
状態を検出するレベリング光学系と、前記基板の露光面の傾斜状態を所定の状態に設定するレ
ベリングステージと、前記ステージを前記投影光学系の光軸にほぼ垂直な面内
で移動させつつ、前記焦点検出光学系を介して前記基板
の露光面の複数の計測点における前記投影光学系の結像
面からのずれ量を求める制御手段と、該求められた複数の計測点におけるずれ量から前記基板
の露光面の傾斜量を算出する演算手段と、該算出された傾斜量に基づいて前記レベリング光学系で
検出された前記基板の露光面の平均的な面の傾斜状態に
オフセットを加えるオフセット手段とを有する事を特徴
とする露光装置。