JPH0652707B2

JPH0652707B2 - 面位置検出方法

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Publication number: JPH0652707B2
Application number: JP63256314A
Authority: JP
Inventors: 春名川島; 章義鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-10-11
Filing date: 1988-10-11
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPH02102518A; US5118957A

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、特にステツパーと呼ば
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エハ表面の、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ツパーの縮小投影レ
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と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、ウエハの
被露光領域（シヨツト）全体を位置付ける必要がある。

これを達成するためには、ウエ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、ウエハ表面の位置と傾きを調整してやることが
重要である。

従来のステツパーにおけるウエ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エハ表
面の複数箇所の面位置を検出した結果に基づいてウエハ
表面の位置と傾きを求める方法、或いは、ウエハ表面に
光束を斜め入射させ、ウエ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ずれとして検出
する検出光学系を用いて、ウエ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ツ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
す様にウエハ上の被露光領域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
ウエハ面位置情報が得られない。それ故、被露光領域10
0内で第３図に示す様な表面形状をもつウエハＷに対し
ては、ウエハ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、ウエハ上の被露光領域
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
の中央部のウエ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
をもつウエハＷに対しても、ウエハ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10
0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に
は、ウエハ上に塗布してあるレジストの表面の反射され
る光とウエ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エ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Ａｌがコートされて
いる部分があったり無かったりでウエハ基板の反射率が
種々変化する。そして、ウエ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
より求めるウエ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、ウエハ
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、その目的はウエ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為に、本発明の面位置検出方法は、
ウエハまたは前記ウエハのパターンと実質的に同一のパ
ターン構造が形成されたウエハの面形状を検出する段階
と、該面形状に基づいて、前記ウエハの面位置検出時に
前記パターン構造に依存して生じる誤差を検出する段階
と、該誤差を補正して前記ウエハの面位置を検出する段
階とを有することを特徴としている。

本発明の好ましい形態では、ウエハ上に並んだ複数個の
同一のパターン構造が形成された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
エハの面形状を示す面形状関数を決定する段階と、該面
形状関数と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。

更に本発明の好ましい形態は、ウエハ上に並んだ複数個
の同一のパターン構造が形成された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、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エハの面
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１は不図示
のレチクルのパターンを１／５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Ｚ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エハであり、先の露光工程で
形成された多数個の被露光領域（シヨツト）が配列して
ある。３はウエハ２を載置するステージで、ウエハ２は
ウエハステージ３に吸着され固定される。ウエハステー
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ｚ軸方向及びｘ，ｙ，ｚ軸方向に平行な軸のま
わりに回転するＺステージで構成されている。又、ｘ，
ｙ，ｚ軸は互いに直交する様に設定してある。従って、
ウエハステージ３を駆動することにより、ウエハ２の表
面の位置を縮小投影レンズ１の光軸ＡＸ方向及び光軸Ａ
Ｘ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、ウエハ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、ウエハ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はウエハ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
に示す様にウエハ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個所の測定点の
位置を測定する。

ウエハ２の各測定点で反射した光束は、折り曲げミラー
９により方向に変えられた後、検出レンズ10を介して２
次元位置検出素子11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、ウエハ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とウエハ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CCD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。ウエハ２の縮小投影レンズ１の光軸
ＡＸ方向の位置の変化は、２次元位置検出素子11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、ウエ
ハ２上の被露光領域100内の５つの測定点41〜45におけ
るウエハ表面の光軸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。

ウエハステージ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、ウエ
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、ウエハステ
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13からの
指令信号を受け、この信号に応答してウエハステージ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駆動手段によりウエハ２の光軸Ａ
Ｘ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駆動手段によりウエハ２の光軸ＡＸ方
向の位置と傾き（φ_x,y）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、ウエハ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駆動手段がウエハ２の光軸ＡＸ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エハ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
エハ２の表面位置検出時に生じる検出誤差の主たる要因
は、ウエハ２のレジスト表面で反射した光とウエハ２の
基板面で反射した光との干渉にある。又、ウエハ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100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
ツプ＆リピート方式によりレチクルのパターンをウエハ
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、ウエハ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。従って、検出光学系（４〜11）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
ンとウエハ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、ウエハ２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、ウエハ基板からの反
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100の周辺部にあ
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＋Δ
ｙ）、（ｘ−Δｘ，ｙ＋Δｙ）、（ｘ−Δｘ，ｙ−Δ
ｙ）、（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図に示す様にウエハ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、ウエハ２上の被露光領域（シヨツト）100をレチ
クルパターンに位置合わせした時、被露光領域100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（４〜11）のセツテイ
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。

ウエハ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、予め決めておく。そして、ウエハステージ
３を順次ステップ移動させることにより、ウエハ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。この時のウエハステージ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、ウエハ２
上の各被露光領域の測定点71〜75におけるウエハ表面の
光軸ＡＸ方向の位置Ｚ_１〜Ｚ_５を検出光学系（４〜11）
により検出する。この位置Ｚ_１〜Ｚ_５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、ウエハ２上の各被露光領域100の測定点71〜75
における面位置Ｚ_１〜Ｚ_５は、Ｚ_１＝Ｆ_１（ｘ，ｙ）＝ｆ_１（ｘ，ｙ）＋Ｃ_１Ｚ_２＝Ｆ_２（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）＝ｆ_２（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ）＋Ｃ_２Ｚ_３＝Ｆ_３（ｘ−Δｘ，ｙ＋Δｙ）＝ｆ_３（ｘ−Δｘ，ｙ＋Δｙ）＋Ｃ_３Ｚ_４＝Ｆ_４（ｘ−Δｘ，ｙ−Δｙ）＝ｆ_４（ｘ−Δｘ，ｙ−Δｙ）＋Ｃ_４Ｚ_５＝Ｆ_５（ｘ＋Δｘ，ｙ−Δｙ）＝ｆ_５（ｘ＋Δｘ，ｙ−Δｙ）＋Ｃ_５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Ｚ_１〜Ｚ_５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，Δ
ｙ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Ｚ_１〜Ｚ_５の値より、Ｚ_１〜Ｚ_５の組（測定点の
組）毎にウエハ２の面形状を推定することができる。上
記のＦ_１〜Ｆ_５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_１〜ｆ
_５は定数項を含まないｘとｙのみの関数、Ｃ_１〜Ｃ_５は
定数項を示している。

各測定点71〜75の測定値はウエハ２の基板面からの反射
光の影響を受けているといても、各測定点71〜75が同一
面形状の基板面を有するウエ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Ｚ_１
〜Ｚ_５の値から類推されるウエハ２の面形状は物理的に
同じ面、即ち同一ウエ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、ウエハ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ｆ_１〜ｆ_５との間には次の関数が成立する。

ｆ（ｘ，ｙ）＝ｆ_１（ｘ，ｙ）＋Δｆ_１（ｘ，ｙ）＝ｆ_２（ｘ，ｙ）＋Δｆ_２（ｘ，ｙ）＝ｆ_３（ｘ，ｙ）＋Δｆ_３（ｘ，ｙ）＝ｆ_４（ｘ，ｙ）＋Δｆ_４（ｘ，ｙ）＝ｆ_５（ｘ，ｙ）＋Δｆ_５（ｘ，ｙ）ここで、関数ｆ（ｘ，ｙ）は定数項を含まない関数であ
り、Δｆ_１〜Δｆ_５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_１〜Δｆ_５は各測定点
の検出時に検出系の検出誤差やウエハ上のゴミ等の影響
で生じる項である。又、ｆ_１〜ｆ_５は前記のｆ_１（ｘ，
ｙ）〜ｆ_５（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_１〜ｆ_５は前述の通り
実際の測定値Ｚ_１〜Ｚ_５に基づいて求められるものであ
るため、この様な誤差Δｆ_１〜Δｆ_５が生じるのであ
る。

さて、面形状関数Ｆ_１〜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
_１〜Ｚ_５を面位置データとして用いて、最小自乗法によ
り関数Ｆ_１〜Ｆ_５の係数（即ち関数ｆ_１〜ｆ_５の係数）
を算出する。この方法は、 ∫∫（Fi（ｘ，ｙ）−Zi（ｘ，ｙ）)²dxdy＝０（ｉ＝１〜５）なる式を解く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ｆ₁〜ｆ₅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）が多い程小さくなるため、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図のフローチヤートに示す様に、として係数を平均化し、 ∫∫〔(x,y)−｛fi(x,y)＋ΔCi｝〕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Ｆ_１〜Ｆ_５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Ｆ_１〜Ｆ_５の定数項Ｃ_１〜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_１〜Ｆ_５と定数項Ｃ_１〜Ｃ_５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Ｚ_１（ｘ）〜Ｚ_５（ｘ）として描いている。

例えば、被露光領域100中の測定点71〜75の位置検出時
のオフセツト値を直接定数項Ｃ_１〜Ｃ_５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ツト
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から各々オフセツト値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−Ci(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Ｚ、真
の面位置データをZi′（＝Zi−Ci）とする時、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の面位置データに交換されて制御装置13内のメモリ
に格納される。ウエハ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Ci（ｉ＝１〜５）を求めて、
この定数項Ciに基づいてオフセツト値Coi（ｉ＝１〜
５）をメモリに格納する。

次に、ウエハ２上の第１被露光領域が縮小投影レンズ１
の真下にくるようにウエハステージ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ツト値Coi（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
々対応するオフセツト値で補正し、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10
0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方向の間隔及びウエハ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エハス
テージ２上のウエハの光軸ＡＸ方向の位置と傾きが調整
（補正）される。これによって、ウエハ２の表面即ち第
１被露光領域を縮小投影レンズ１の最良結像面に位置付
える。

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、ウエハ２上
の第２被露光が縮小投影レンズ１の真下にくるようにウ
エハステージ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10図のフローチヤ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Ｃ₀₁（＝Ｃ_１）を予め実験に
より求めている。従って、他のオフセット値Ｃ₀₂〜Ｃ₀₅
は、各定数項Ｃ_２〜Ｃ_５の値と、定数項Ｃ_１の値との差
に基づいて、オフセット値Ｃ₀₁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Ｃ₀₁〜Ｃ₀₅を求め
ることにより、オフセツト値の信頼性を向上させてい
る。

通常これらのオフセツト値は小さいため、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、焦点深度が浅くなりウエハ表面と傾
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イカルになった場合、オフセット
の影響でウエ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、被露光領域と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
とづいてウエ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別個にフォーカ
スチェッ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。

以上説明したウエハ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_ｉは各測定点固有の値なので、面形状関数Ｆ
_ｉ（ｘ，ｙ）を決めるために用いる被露光領域の数（シ
ョット数）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、仮に計測ショット数を２０、各シ
ョット間でステップ移動に必要な時間を０．５sec 、計
測時間を０．１sec としても、オフセット値Ｃ_ｉを求め
るのに必要な時間は約１２sec にすぎない。又、前述の
様にオフセット値Ｃ_ｉを決定を各ロットの多数枚のウエ
ハの内１枚目のウエハについてのみに行ない、次からの
ウエハについては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_１〜Ｃ_５を決定
後、第１０図に示す様にウエ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Ｃ_１〜Ｃ_５を求めるため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
フローチヤートに示す。

上記実施例で、ウエハ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とビームスプリツター（又なハーフミラ
ー）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ツター97を透過し、ビームスプリ
ツター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
ルを介して複数置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、ウエハ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、ウエハ２の縮小投影レンズ１の光軸ＡＸ方
向の位置の変化は２次元位置検出素子11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、同一工程のウエハ間でウエハ
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
ト表面とウエ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
ウエ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
一工程内のウエ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とビームスプリツター97に偏光特性を
与え、ウエハに入射する複数の光束の偏光方向をウエハ
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、ウエハ
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、本発明によればウエハ上の被露光領
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、ウエハと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
焦点深度とウエ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
とウエ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図はウエハ上の被露光領域（シヨツト）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ヤート図。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
フローチヤート図。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ヤート図。１……縮小投影レンズ２，Ｗ……ウエハ３……ウエハステージ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 10……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（シヨツト）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターンが形成されたウエハの面位置を検
出する方法であって、前記ウエハまたは前記ウエハのパターンと実質的に同一
のパターン構造が形成されたウエハの面形状を検出する
段階と、該面形状に基づいて、前記ウエハの面位置検出時に前記
パターン構造に依存して生じる誤差を検出する段階と、該誤差を補正して前記ウエハの面位置を検出する段階と
を有する面位置検出方法。
【請求項２】ウエハ上に並んだ複数個の同一のパターン
構造が形成された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エハの面形状
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。
【請求項３】ウエハ上に並んだ複数個の同一のパターン
構造が形成された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、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エ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。