JPH065495A

JPH065495A - 位置検出方法及び装置

Info

Publication number: JPH065495A
Application number: JP18583992A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ota; 和哉太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1994-01-14
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JP3255299B2

Abstract

(57)【要約】【目的】比較的簡単な構成で且つ短時間に、感光基板
上の特異的な高さ分布点に引きづられることなく、その
感光基板の平均的な高さ又は傾きを検出する。【構成】ウエハ２上にスリット像２３を斜めに投影
し、このスリット像２３の像を受光系で再結像して、こ
の再結像された像よりその投影点の高さを検出する。こ
の際に、スリット像２３とウエハ２とを相対的に連続的
に走査して、その高さ情報を連続的に収集する。その
後、各ショット領域２５の中の高さ情報より各ショット
領域の平均的な面の高さ又は傾きを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子等を
製造するための露光装置のオートフォーカス機構又はレ
ベリング機構に適用して好適な位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レチクル上に形成された回路パターンを
投影光学系を介してウエハ上に転写する投影露光装置に
おいては、投影光学系の焦点深度が比較的浅いと共にウ
エハには部分的に凹凸が存在することがあるため、ウエ
ハの各ショット領域に対して投影光学系の最良結像面に
対する焦点ずれの補正をそれぞれ行う必要がある。その
場合の投影光学系の光軸方向の位置の検出装置として、
従来は例えばウエハ等の被検面上に斜めにスリットの像
を投影する斜め入射型オートフォーカスセンサが使用さ
れている（例えば特開昭５６−４２２０５号公報参
照）。

【０００３】この方式では、被検面が上下すると、その
スリットの被検面上での位置が斜め入射光学系の光軸に
ほぼ垂直な方向にずれるので、このずれ量を測定するこ
とにより被検面の高さを検出することができる。また、
この方式を発展させ、多数のスリット像を被検面上に２
次元的に投影し、その被検面上の多点の位置検出を行う
ようにした位置検出装置が本出願人により提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の位置
検出装置においては、ウエハ上に投影されるスリット像
の面積は、一度に転写する回路パターン全体の面積（１
ショット分の露光領域の面積）に比べて小さく、スリッ
ト像が投影されていない部分の情報が無視されていた。
そのためウエハ上の特異的な高さ分布点がスリット像と
重なってしまったような場合には、他の大部分の露光領
域において適切な焦点合わせができなくなる不都合があ
った。

【０００５】これに関して、ウエハ面の高さを離散した
複数の点で計測し、その結果から統計計算によってウエ
ハ面の平均的な高さや傾きを求める方法も提案されてい
るが、その方法では計測時間が長くなってしまう。更
に、高精度に平均的な高さや傾きを計測するためには計
測点を多くする必要があり、検出装置の構成が複雑化す
る不都合がある。本発明は斯かる点に鑑み、比較的簡単
な構成で且つ短時間に、感光基板上の特異的な高さ分布
点に引きづられることなく、その感光基板の平均的な高
さ又はその感光基板の平均的な傾きを検出できる位置検
出方法及びこの方法が実施てきる位置検出装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
検出方法は、２次元平面内及びこの２次元平面に垂直な
高さ方向（Ｚ方向）で被検物（２）を位置決めするステ
ージ（５〜７）と、その被検物（２）のその２次元平面
に対する傾きを調整するレベリング手段（１０〜１２）
と、そのステージの３次元の位置決め座標及びそのレベ
リング手段で設定された傾きを測定する測定手段（１０
〜１２，４０）と、そのステージ上のその被検物（２）
の被検面の高さ方向の位置を検出する位置計測手段（１
９，２０）とを用いる。

【０００７】そして、本発明では、そのステージ（５〜
７）を駆動してその被検物（２）をその２次元平面内で
移動させながら、その被検面の高さ方向（Ｚ方向）の位
置をその２次元平面の座標（Ｘ，Ｙ）と対応付けて記憶
する第１の工程と、この記憶したその被検面の高さ方向
の位置（Ｚ座標）の情報の集合体よりその被検面の平均
的な高さ及びその被検面のその２次元平面に対する傾き
の少なくとも一方を算出する第２の工程と、この第２の
工程で算出された情報に基づいてそのステージ（５〜
７）及びそのレベリング手段（１０〜１２）を駆動して
その被検物（２）の被検面の高さ及びその被検面のその
２次元平面に対する傾きの少なくとも一方を所定の範囲
内に設定する第３の工程とを有するものである。

【０００８】また、第２の位置検出方法は、その第１の
位置検出方法において、その被検物（２）の被検面が複
数の処理領域（例えば複数のショット領域）よりなり、
これら複数の処理領域においてその第１の工程とその第
２の工程とを適用してこれら複数の処理領域のそれぞれ
について平均的な高さ及びその２次元平面に対する傾き
の少なくとも一方を算出し、この算出された情報に基づ
いてそのステージ（５〜７）及びそのレベリング手段
（１０〜１２）を駆動してその被検物（２）の被検面の
それら複数の処理領域のそれぞれについて順に高さ及び
その２次元平面に対する傾きの少なくとも一方を所定の
範囲内に設定するものである。この場合、その位置計測
手段（１９，２０）がその被検物（２）の被検面の複数
箇所の高さ方向の位置を検出するものであってもよい。

【０００９】また、本発明による位置検出装置は、例え
ば図１に示すように、２次元平面内及びこの２次元平面
に垂直な高さ方向（Ｚ方向）で被検物（２）を位置決め
するステージ（５〜７）と、その被検物（２）のその２
次元平面に対する傾きを調整するレベリング手段（１０
〜１２）と、そのステージ（５〜７）の３次元の位置決
め座標及びそのレベリング手段で設定される傾きを測定
する測定手段（４０，１０〜１２）と、そのステージ上
のその被検物の被検面の高さ方向（Ｚ方向）の位置を検
出する位置計測手段（１９，２０）と、そのステージ
（５〜７）を駆動してその被検物をその２次元平面内で
移動させながら、その被検面の高さ方向の位置をその２
次元平面の座標と対応付けて記憶する制御手段（４１，
４４）と、このように記憶したその被検面（２）の高さ
方向の位置の情報の集合体よりその被検面の平均的な高
さ及びその被検面のその２次元平面に対する傾きの少な
くとも一方を算出する演算手段（４５）とを有し、この
算出された情報に基づいてそのステージ（５〜７）及び
そのレベリング手段（１０〜１２）を駆動してその被検
物（２）の被検面の高さ及びその被検面のその２次元平
面に対する傾きの少なくとも一方を所定の範囲内に設定
するものである。

【００１０】

【作用】斯かる本発明の第１の位置検出方法によれば、
従来のように静止状態でその被検物（２）の被検面の所
定の計測点の高さを検出するのではなく、その被検物
（２）の被検面を２次元平面内で連続的に移動させなが
らその被検面の所定の連続的な領域の高さを検出してい
る。従って、その被検面の多くの高さ情報を短時間に得
ることができ、特異的な高さ分布点に引きづられること
なく、その被検面の平均的な面の高さ及び／又は傾きを
正確に求めることができる。また、第３の工程ではその
被検物（２）の被検面の高さ方向の位置及び／又はその
被検面の傾きが所定範囲内に設定されるが、高さ方向の
位置の設定動作はオートフォーカス動作であり、その傾
きの設定動作はレベリング動作である。

【００１１】これに関して、一般にその被検物（２）の
被検面は多数のショット領域に分割されており、例えば
従来のオートフォーカス動作又はレベリング動作におい
ては、第１のショット領域の高さ又は傾きを計測して高
さ又は傾きを所定の範囲内に設定した後にそのショット
領域への露光等が行われる。その後、そのステージ（５
〜７）を駆動してその被検物（２）の第２のショット領
域への移動を行ってから、再び第２のショット領域の高
さ又は傾きを計測して高さ又は傾きを所定の範囲内に設
定した後にそのショット領域への露光等が行われる。即
ち、従来の方法では、移動、計測、設定、処理（露光
等）がシリアルに実行される。

【００１２】しかしながら、本発明では、第１のショッ
ト領域から第２のショット領域への移動の際に同時にそ
の第２のショット領域の高さ又は傾きを計測することが
できる。従って、特に計測だけの時間を設ける必要がな
く、全体として露光等の処理のスループットが更に向上
する。

【００１３】また、第２の位置検出方法によれば、その
被検物（２）の被検面が例えば多数のショット領域より
構成されている場合には、先ず最初にその被検面を連続
的に移動させながら、それら多数のショット領域の平均
的な面の高さ及び／又は傾きを全部計測する。その後、
その計測結果に基づいてそれら多数のショット領域の平
均的な面の高さ及び／又は傾きを順次所定の範囲内に設
定しながら、各ショット領域で露光等の処理を行う。即
ち、予めその被検面を連続的に移動させて全ショット領
域の計測を行った後に、それら全ショット領域について
高さ及び／又は傾きの設定を行いながら露光等の処理が
行われる。この場合でも全体の作業時間は大幅に短縮さ
れる。

【００１４】更に、その位置計測手段（１９，２０）が
その被検物（２）の被検面の複数箇所の高さ方向の位置
を検出する場合には、その被検面を連続的に移動させる
と、複数の連続する領域で平行して高さ情報が得られ
る。従って、計測時間がより短縮される。また、本発明
の位置検出装置によれば、上記の位置検出方法を実施す
ることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の第１実施例につき図１及び図
２を参照して説明する。本例はステップアンドリピート
方式の縮小投影型露光装置（ステッパー）のオートフォ
ーカス機構部及びレベリング機構部に本発明を適用した
ものである。図１は本実施例の縮小投影型露光装置を示
し、この図１において、図示省略した照明光学系で生成
された波長λ₀ の露光光ＩＬがレチクルホルダー１６上
に保持されたレチクル１のパターン領域を均一な照度で
照明している。その露光光ＩＬのもとで、レチクル１に
描かれた回路パターンが投影光学系３を介して１／５に
縮小されてウエハ２上の各ショット領域に投影される。

【００１６】ウエハ２は回転テーブル（θテーブル）４
に真空吸着され、回転テーブル４が載置されているＺス
テージ５は上下駆動機構１０〜１２を介してＸステージ
６に載置され、このＸステージ６がＹステージ７に載置
されている。上下駆動機構１０〜１２は、便宜上図１で
は横一直線上に配列して表現しているが、実際には三角
形の頂点を形作するように配置されている。それら３個
の上下駆動機構１０〜１２を個別に投影光学系３の光軸
方向（Ｚ方向）に上下させることにより、ウエハ２の高
さ（Ｚ方向の位置）及び傾きを所定範囲内で変えること
ができる。また、Ｚステージ５を駆動することにより、
ウエハ２をＺ方向に大きく移動させることができる。そ
れら上下駆動機構１０〜１２にはそれぞれ現在の高さを
計測する位置センサーが組み込まれ、Ｚステージ５にも
Ｚ方向の位置を計測する位置センサーが組み込まれ、こ
れらにより計測されたウエハ２の高さ及び傾きが後述の
中央制御系４１に供給されている。

【００１７】なお、３個の上下駆動機構１０〜１２の内
の２個の駆動機構だけを動かしてウエハ２の傾きを変え
ると共に、ウエハ２の高さはＺステージ５だけで調整す
るシステムを採用しても良い。

【００１８】１３は駆動モータを示し、駆動モータ１３
で送りねじ１４を回転することにより、Ｘステージ６を
投影光学系３の光軸に垂直で且つ図１の紙面に平行なＸ
方向に移動させることができる。同様に、図１の手前側
に駆動モータ２１が設けられ、駆動モータ２１で送りね
じ２２を回転することによりＹステージ７を図１の紙面
に垂直なＹ方向に移動させることができる。また、Ｚス
テージ５の上には移動鏡８が配置され、この移動鏡８で
干渉計４０のレーザービームを反射することにより、干
渉計４０においてＸステージ６のＸ座標が計測される。
同様に、図示省略したＹ方向用の干渉計によりＹステー
ジ７のＹ座標が計測される。この計測された座標（Ｘ，
Ｙ）はメモリ４４に格納される。

【００１９】９は種々のアライメントマークよりなる基
準マーク集合体を示し、この基準マーク集合体９がＺス
テージ５上の回転テーブル４の近傍に設定されている。
また、１７はアライメント系を示し、例えばウエハ２の
アライメントを行う際には、そのアライメント系１７か
ら射出された波長λ₁ のアライメントビームＡＬがミラ
ー１８を介して投影光学系３に入射する。この投影光学
系３から射出されたアライメントビームＡＬがウエハ２
上の各ショット領域の近傍のアライメント用のウエハマ
ーク又は基準マーク集合体９の所定のアライメントマー
ク上に入射する。そして、これらウエハマーク又はアラ
イメントマークから反射されたアライメントビームが投
影光学系ＰＬ及びミラー１８を経てアライメント系１７
に戻る。アライメント系１７では戻されたアライメント
ビームよりそれらウエハマーク又はアライメントマーク
の位置の目標位置からのずれを検出することができる。

【００２０】１５はアライメント用の顕微鏡を示し、ア
ライメント時にその顕微鏡１５をレチクル１の上方で所
定の計測点に移動し、その顕微鏡１５により露光光ＩＬ
と同じ波長の照明光のもとでレチクル１上のアライメン
ト用のレチクルマーク及びＺステージ５上の所定のマー
クを同時に観察することができる。

【００２１】本例でウエハ２への露光を行う際には、ウ
エハ２を回転テーブル４に載置した後、アライメント系
１７からのアライメントビームＡＬによってウエハ２の
各ショット領域のＸＹ平面内における位置を計測して位
置決めが行われる。その後、後述の手順で計測された各
ショット領域の平均的な高さ及び傾きに基づいてそれら
各ショット領域のオートフォーカス及びレベリングを行
った後に、レチクル１の回路パターンの転写が行われ
る。そして、一連のショット領域に、順次ステップアン
ドリピート方式により位置決めが行われた後にレチクル
１の回路パターンが転写されていく。

【００２２】また、アライメントビームＡＬがＺステー
ジ５上で投影される位置とレチクル１のパターンが投影
光学系３を介して投影される位置との相対間隔は基準マ
ーク集合体９を用いて計測できる。即ち、露光光ＩＬと
同じ波長の照明光のもとでアライメント用の顕微鏡１５
を用いてレチクル１上のレチクルマークと基準マーク集
合体９上の第１のアライメントマークとを同時に観察し
た後に、Ｘステージ６及びＹステージ７を駆動してアラ
イメントビームＡＬで基準マーク集合体９上の第２のア
ライメントマークを検出する。それら第１のアライメン
トマークの計測から第２のアライメントマークの計測ま
での間に移動したＺステージ５のＸＹ平面内での移動量
は干渉計４０等によって計測され、更に基準マーク集合
体９上の両マークの間隔は予め定められており、事前に
計測しておけば以後は変動しないのでその値を使えば良
い。従って、以上の作業により求められた移動量とマー
ク間隔からレチクル１のパターンの投影位置とアライメ
ントビームＡＬの投影位置との間隔が分かる。なお、図
１に示したのはＹ方向用のアライメント系１７のみであ
り、Ｘ方向用にも同様のアライメント系が存在する。

【００２３】次に、本例のオートフォーカス検出系は、
例えば特開昭５６−４２２０５号公報で開示されている
検出系と同様に送光系１９と受光系２０とから構成され
ている。図１では紙面に平行なＸＺ面と平行に送光系１
９から検出ビームを射出しているが、ウエハ２上の回路
パターンの影響を受けにくくする目的で、実際にはＸＺ
面に対して４５゜で交差する（当然ながらＹＺ面に対し
ても４５゜で交差する）面に平行に方向に検出ビームを
射出するのが望ましい。

【００２４】この場合、送光系１９からウエハ２の露光
面に投影光学系３の光軸、従ってＺ軸に対して斜めに検
出ビームを照射することにより、送光系１９内にある送
光スリットの像を一度ウエハ２上に結像する。そして、
ウエハ２から斜めに反射される検出ビームを受光系２０
内の対物レンズを介して受光して、この受光した検出ビ
ームを受光系２０内の振動ミラーで反射させて受光スリ
ット上に導き、この受光スリット上にウエハ２上のスリ
ット像を再結像させる。その受光スリットの後ろには光
電変換素子が配置され、この光電変換素子の出力信号が
検出系４３に供給されている。

【００２５】その振動ミラーは受光系２０のほぼ瞳面の
近傍に配置され、その振動ミラーを一定周期で振動させ
ることにより、その受光スリット上でスリットの長手方
向に垂直な方向にその再結像されたスリット像を振動さ
せる。検出系４３では受光系２０内の光電変換素子の出
力信号をその振動ミラーの駆動振動で同期検波すること
により、ウエハ２のそのスリット像が投影された計測点
の高さ（Ｚ座標）に応じて変化する位置検出信号（これ
を時間ｔの関数として「Ｚ（ｔ）」で表す）が得られ、
この位置検出信号Ｚ（ｔ）が例えばアナログ／デジタル
変換器を介してメモリ４４に供給される。投影光学系３
の最良結像面（ベストフォーカス面）を基準面として、
送光系１９の検出ビームをＺステージ５上の基準マーク
集合体９に照射した場合に、その基準面に基準マーク集
合体９のマーク面が合致したときにその位置検出信号Ｚ
（ｔ）が０になるようにオフセット調整がなされてい
る。従って、ウエハ上の任意の計測点にその送光系１９
からスリット像を投影した場合に、その位置検出信号Ｚ
（ｔ）はその基準面とその計測点との高さの差に比例す
るように変化する。

【００２６】本例では、ウエハ２の各ショット領域の平
均的な高さ及び傾きを計測する場合には、ウエハ２上に
送光系１９からスリット像を投影した状態で、Ｘステー
ジ６及びＹステージ７を駆動してウエハ２をＸＹ平面内
で連続的に移動させる。この際にはウエハ２上でスリッ
ト像が投影される計測点のＸＹ平面内での座標（Ｘ
（ｔ），Ｙ（ｔ））が連続的に変化し、この連続的に変
化する座標（Ｘ（ｔ），Ｙ（ｔ））に対応して位置検出
信号Ｚ（ｔ）が生成される。その２次元座標は干渉計４
０等により計測されており、メモリ４４にはその２次元
座標で定まるアドレス領域に順次位置検出信号Ｚ（ｔ）
が格納される。

【００２７】また、４１は装置全体の動作を制御する中
央制御系、４２は駆動制御系、４５は演算系を示し、中
央制御系４１はメモリ４４から読み出した位置検出信号
Ｚ（ｔ）を演算系４５に供給する。演算系４５は供給さ
れた位置検出信号Ｚ（ｔ）の集合体より、ウエハ２の各
ショット領域の平均的な高さ及び傾きを算出して、この
算出結果を中央制御系４１に供給する。中央制御系４１
は、駆動制御系４２を介して駆動モータ１３，２１及び
上下駆動機構１０〜１２を動作させてウエハ２の各ショ
ット領域の平均的な高さ及び傾きを所定の目標値に設定
する。

【００２８】次に、本例の露光時の動作につき説明す
る。先ず、中央制御系４１はオートフォーカス検出系の
送光系１９からウエハ２上にスリット像を投影させた状
態で、駆動制御系４２を介してＸステージ６及びＹステ
ージ７の一方又は両方を連続的に移動させる。これに応
じて、検出系４３から出力されるウエハ２のスリット像
の投影部の高さを表す位置検出信号Ｚ（ｔ）及び干渉計
４０から出力されるステージ位置の座標Ｘ（ｔ），Ｙ
（ｔ）が一定時間間隔Δｔでサンプリングされて、メモ
リ４４に記憶される。

【００２９】即ち、サンプリング時点を順次ｔ₀ ，ｔ
₁ ，ｔ₂ ，‥‥，ｔ_n とすると、次のような座標及び位
置検出信号が得られる。

【数１】Ｚ（ｔ_i ），Ｘ（ｔ_i ），Ｙ（ｔ_i ）（ｉ＝
１，２，３，……，ｎ；ｔ_i+1−ｔ_i ＝Δｔ）

【００３０】この際には、図２に示すように、ウエハ２
が載置されたステージをＸ軸（及びＹ軸）に対して４５
°で交差する方向に少しずつ走査間隔ｄでずらしながら
走査して、オートフォーカス検出系から投影されるスリ
ット像２３がウエハ２上の各ショット領域を斜めに３回
程度横切るようにする。この場合のステージ走査の特徴
は、スリット像２３とウエハ２との相対変位（走査）の
方向がスリット像２３の短辺方向であり、且つスリット
像２３との相対変位の方向をウエハ２の縁部で折り返す
毎にそのスリット像２３とウエハ２との相対位置関係を
スリット像２３の長手方向に一定間隔ｄずつずらす点に
ある。

【００３１】そして、スリット像２３によるウエハ２の
全面の転写領域２４の走査が終了した後に、露光動作に
移る。例えば図２の斜線で示したショット領域２５に露
光する場合を説明する。この場合、図１の中央制御系４
１はメモリ４４に記憶された情報の中から、図２のショ
ット領域２５の太線２６〜２８及び黒点２９，３０で示
した位置に対応した総数でＮ組の情報｛Ｚ（ｔ_j ），Ｘ
（ｔ_j ），Ｙ（ｔ_j ）；ｊ＝１，‥‥，Ｎ）｝を選び出
す。次に、ショット領域２５全体の平均的な面を次の
（数２）で定義される仮想面で表す。この（数２）は２
次元座標（Ｘ，Ｙ）でのその仮想面のＺ座標を表してい
る。

【数２】Ｚ＝ａＸ＋ｂＹ＋ｃ

【００３２】この（数２）において、座標Ｘ及びＹにそ
れぞれ計測座標Ｘ（ｔ_j ）及びＹ（ｔ_j ）を代入して得
られるＺ座標をＺ（ｔ_j ）^* として、この計算座標Ｚ
（ｔ_j）^* と実測値Ｚ（ｔ_j ）との差の２乗和Ｓが最も
小さくなるようなパラメータａ，ｂ，ｃを求める。その
２乗和Ｓは次のように表すことができる。

【００３３】

【数３】

【００３４】そして、その２乗和Ｓをパラメータａ，
ｂ，ｃでそれぞれで偏微分して、偏微分結果が０となる
ようなパラメータａ，ｂ，ｃの値ａ^* ，ｂ^* ，ｃ^* を見
つける。これらの値を計算すると次の（数４）のように
なる。ただし、以下の（数４）において、Ｘ_j ＝Ｘ（ｔ
_j ），Ｙ_j ＝Ｙ（ｔ_j ），Ｚ_j ＝Ｚ（ｔ_j ）の置き換え
をしている。

【００３５】

【数４】

【００３６】この（数４）の演算は図１の演算系４５で
実行され、この演算により得られた値ａ^* ，ｂ^* ，ｃ^*
が中央制御系４１に供給される。これらの値ａ^* ，ｂ
^* ，ｃ^* を（数２）のパラメータａ，ｂ，ｃに代入して
得られる平面が投影光学系３の理想結像面に合致するよ
うに、中央制御系４１は駆動制御系４２を介して上下駆
動機構１０〜１２を駆動する。具体的に、計測中固定し
ておいたウエハ２のショット領域２５の平均面を表す式
を次の（数５）と考える。

【数５】Ｚ＝０

【００３７】そして、そのショット領域２５の平均面が
次の（数６）で表される面になるように上下駆動機構１
０〜１２を駆動すればよい。

【数６】Ｚ＝−ａ^* Ｘ−ｂ^* Ｙ−ｃ^*

【００３８】図１の上下駆動機構１０〜１２の座標をそ
れぞれ（Ｘ₁ ，Ｙ₁），（Ｘ₂ ，Ｙ₂），（Ｘ₃ ，Ｙ₃ ）
とすれば、各座標を（数６）へ代入して得られる座標Ｚ
₁ ，Ｚ₂ ，Ｚ₃ がそれぞれ上下駆動機構１０〜１２が目
標とするＺ座標である。このようにして図２に示すウエ
ハ２のショット領域２５の平均的な面の高さ及び傾きが
調整されて、そのショット領域２５の平均的な面が投影
光学系３の理想結像面に合致した状態で、図１の主制御
系４１は露光光ＩＬをレチクル１に照射してウエハ２の
ショット領域２５への露光を行う。

【００３９】また、図２のウエハ２の各ショット領域に
ついて、順次既に計測されたデータに基づいて平均的な
面の高さ及び傾きを投影光学系３の最良結像面に対して
許容範囲内で合致させた状態でレチクル１のパターンの
露光が行われる。この場合、図２に示すようにスリット
像２３の投影により、ウエハ２の各ショット領域におい
て、３列のほぼ平行な連続な領域及び２点の高さが計測
され、この計測結果により各ショット領域の平均的な面
が決定される。従って、それらショット領域の中に高さ
の特異点が存在しても、その特異点に影響されることな
く正確に平均的な面を決定することができる。更に、露
光を行う前にウエハ２を連続的に移動することにより、
ウエハ２の全ショット領域の多数の高さ情報が迅速に収
集されるので、露光時間が全体として短縮されスループ
ットが向上する。

【００４０】次に、本発明の第２実施例につき図３を参
照して説明する。本例の露光装置の構成は図１と同じで
あり、ウエハ２の各ショット領域の高さ情報の収集方法
が異なっている。本例では、図３に示すように、ウエハ
２が載置されたステージをＸ軸（及びＹ軸）に対して４
５°で交差する方向に走査間隔ｄ′だけずらしながら走
査して、オートフォーカス検出系から投影されるスリッ
ト像２３がウエハ２上の各ショット領域を斜めに１回程
度横切るようにする。即ち、本例のスリット像２３の走
査間隔ｄ′は図２に示す第１実施例の走査間隔ｄに比べ
て広い。

【００４１】このとき、例えばウエハ２上の斜線で示し
たショット領域３１を考えると、高さ計測用のスリット
像２３はそのショット領域３１を１回横切るだけであ
り、そのままでは第１実施例に比べてそのショット領域
３１の平均的な面を精度よく決定することができない。
そのため本例では、そのショット領域３１の中心座標
（Ｘ_c ，Ｙ_c ）を中心として半径Ｌの円３２を考え、こ
の円３２の内部の計測データに基づいて第１実施例と同
様の計算により、その円３２の内部の平均的な面を決定
する。そして、その円３２の平均的な面をそのショット
領域３１の平均的な面とみなす。これにより、ショット
領域３１内に高さの特異点が存在しても、その特異点に
影響されずに正確にそのショット領域の平均的な面を決
定できる。

【００４２】また、この際に、ショット領域３１の中心
座標（Ｘ_c ，Ｙ_c ）から遠くに離れた位置での計測値ほ
ど重みを軽くして面を決定することもできる。この場合
の各計測結果｛Ｚ（ｔ_j ），Ｘ（ｔ_j ），Ｙ（ｔ_j ）；
ｊ＝１，‥‥，Ｎ）｝の重み係数をそれぞれｋ_j とする
と、（数４）に対応してパラメータａ，ｂ，ｃの値ａ
^* ，ｂ^* ，ｃ^* を決定する式は次のようになる。

【００４３】

【数７】

【００４４】また、重み係数ｋ_j は例えば次のようにな
る。

【数８】ｋ_j ＝１−（ｒ_j ／Ｌ）ｒ_j ＝｛（Ｘ_j −Ｘ_c ）² ＋（Ｙ_j −Ｙ_c ）² ｝^1/2 このように、ショット領域３１の中心から離れた位置の
計測データの重みを軽くすることにより、より正確にシ
ョット領域３１の平均的な面を決定することができる。

【００４５】この第２実施例では走査間隔が広げられて
いるが、ウエハ２の反り等による面の凹凸の周期は一般
に１個のショット領域の大きさに比べて長いので、一般
に面決定精度を落とすことなくより短時間で各ショット
領域の平均的な面を決定することができる。なお、第１
実施例のように走査間隔が狭い場合にも第２実施例を適
用して、より広い位置情報から各ショット領域の面を求
めてよい。

【００４６】次に、本発明の第３実施例につき図１及び
図４を参照して説明する。先ず、本例の露光装置と図１
の第１実施例の露光装置との相違を図１を参照して説明
する。本例の露光装置では、オートフォーカス検出系の
送光系１９からウエハ２に対して投影するスリット像の
長手方向の長さを第１実施よりも長くする。そして、受
光系２０では光電変換素子としてアレイ式に５個に分割
された受光素子を用いる。これにより、ウエハ２上に５
個のスリット像を投影しているのと等価になり、受光系
２０ではウエハ２上の５箇所分の位置検出信号が得られ
る。これら５箇所分の位置検出信号は並行にメモリ４４
に供給される。

【００４７】本例では、図４に示すように、ウエハ２上
に細長いスリット像が投影され、この細長いスリット像
の５個の分割像３３ａ〜３３ｅの高さが並行に検出され
る。そして、５個の分割像３３ａ〜３３ｅの両端の分割
像３３ａと３３ｅとの間隔をｄ１として、一例としてウ
エハ２が載置されたステージをＸ軸（及びＹ軸）に対し
て４５°で交差する方向に走査間隔ｄ２（＝５・ｄ１／
４）だけずらしながら走査することにより、ウエハ２の
全部の転写領域２４の高さ情報を収集することができ
る。これにより、スリット像の１回の走査で第１実施例
の５回分の走査に等しい位置情報を得ることができる。
それら５個の分割像３３ａ〜３３ｅからの反射光を受光
する受光する受光素子の出力信号を予め同じ条件で（投
影光学系３の最良結像面で０となるように）キャリブレ
ーションしておくことにより、第１実施例又は第２実施
例と同じ計算によりウエハ２の各ショット領域の平均的
な面を決定することができる。この第３実施例において
は一度にウエハ上の広い範囲を走査できるため、ウエハ
の全面の位置情報をより短時間で収集できる。

【００４８】また別の走査方法として、図４に破線の軌
跡及び実線の軌跡で示すように、Ｘ軸に対して４５°で
交差する方向に対するずらし量をｄ１にして、往復時に
スリット像の分割像３３ａと分割像３３ｅとが重なるよ
うにする方法もある。この場合には、分割像３３ａによ
る測定結果と分割像３３ｅによる測定結果とが同一にな
るかどうかで、図１のＸステージ６及びＹステージ７の
平面度が分かる。

【００４９】次に、本発明の第４実施例につき図５を参
照して説明する。本例でも図５（ａ）に示すように、細
長いスリット像の５個の分割像３３ａ〜３３ｅの高さを
並行に検出する。ただし、本例では第１実施例〜第３実
施例のように予めウエハ２の全面を走査して位置情報を
収集するのではなく、ウエハ２の第１のショット領域の
露光が終了して第２のショット領域へ移動するときにこ
の第２のショット領域の高さ情報を収集して、第２のシ
ョット領域へ移動してからは計測を行うことなくオート
フォーカス等を行って露光を行うものである。言い換え
ると、本例では１ショット領域毎に位置検出と露光とが
交互に行われる。

【００５０】即ち、本例では先ず図５（ａ）に示すよう
に第１のショット領域３４の露光が終了してから、図５
（ｂ）に示すように分割像３３ａ〜３３ｅとウエハとを
斜めに相対的に走査して、分割像３３ａ〜３３ｅが次に
露光対象とする第２のショット領域３５に接するように
する。その後、図５（ｃ）に示すように、分割像３３ａ
〜３３ｅで第２のショット領域３５の全面を走査してこ
のショット領域３５の位置情報を収集した後に、このシ
ョット領域３５の平均的な面を決定する。そして、図５
（ｄ）に示すように、その第２のショット領域３５のオ
ートフォーカス及びレベリングを行ってから露光を行
う。

【００５１】次に、本発明の第５実施例につき図６を参
照して説明する。本実施例でも、図６（ａ）に示すよう
に、ウエハ上に細長いスリット像を投影し、この細長い
スリット像を５個に分割した分割像３５ａ〜３５ｅの高
さをそれぞれ検出する。しかしながら、本実施例ではシ
ョット領域３６に露光中の状態で、それら分割像３５ａ
〜３５ｅがそのショット領域３６と次の露光対象である
ショット領域３７との間の非露光領域でＹ軸に沿って配
列されている点が第４実施例とは異なっている。

【００５２】この実施例でも、１ショット領域毎に位置
検出と露光とが交互に行われる。ただし、本実施例では
図６（ｂ）に示すように、分割像３５ａ〜３５ｅとウエ
ハとを相対的にＸ方向に走査することによりショット領
域３７の高さ情報が収集される。そして、走査が終了し
た時点で図６（ｃ）に示すように、ショット領域３７に
対する露光が行われる。

【００５３】まこの第５実施例では隣りのショット領域
へ直線的に移動するだけで、余分な動作をすることな
く、次に露光対象とするショット領域の平均的な面が求
められ、より一層の時間短縮ができる。また、投影され
るスリット像の長手方向をＸ軸またはＹ軸に揃えると、
従来例であれば、ウエハ上の回路パターンの影響を受け
る虞があるが、本実施例においてはスリット像とウエハ
とを相対的に走査することによってウエハ上の回路パタ
ーンの影響を無視できる程度に低減できる。従って、ス
リット像をＸ軸またはＹ軸に揃えても不都合はない。

【００５４】なお、上述の各実施例においてステージの
走査速度が速いと、フォーカス検出信号の応答速度が追
いつかない場合が考えられるが、これは、走査方向に対
する一種の平均化効果と考えれば不都合はない。また、
上述実施例では各ショット領域の平均的な面の高さ及び
傾きを同時に算出しているが、平均的な面の高さ又は傾
きの一方を算出するようにしてもよい。この場合には、
露光の直前にそれぞれ傾き又は高さの計測が行われる。

【００５５】また、ウエハ２上の高さを検出する装置と
しては、スリット像を投影する方式の他に、例えばウエ
ハ２上に２次元的な格子状のパターンの像を斜めに投影
して、この格子状のパターンの像の部分的な位置ずれよ
り比較的広い範囲の高さ情報を収集できる方式の検出装
置を使用してもよい。このように、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。

【００５６】

【発明の効果】本発明の第１の位置検出方法及び位置検
出装置によれば、ステージを連続的に移動させることに
より被検面の高さ情報を大量に且つ迅速に収集できるの
で、比較的簡単な構成で且つ短時間に、感光基板上の特
異的な高さ分布点に引きづられることなく、その感光基
板の平均的な高さ又はその感光基板の平均的な傾きを検
出できる利点がある。

【００５７】また、第２の位置検出方法によれば、予め
感光基板を連続的に移動させて、感光基板の全ての処理
対象領域について高さ情報を求めているので、次の処理
工程（露光等）では高さ情報の収集を行う必要がなく、
全体としての処理時間を短縮してスループットを向上す
ることができる。また、位置計測手段が被検面の複数箇
所の位置情報を検出する場合には、高さ情報の収集時間
をより短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の縮小投影型露光装置を示
す概略構成図である。

【図２】その第１実施例においてスリット像でウエハ上
を走査する様子を示す平面図である。

【図３】本発明の第２実施例においてスリット像でウエ
ハ上を走査する様子を示す平面図である。

【図４】本発明の第３実施例においてスリット像でウエ
ハ上を走査する様子を示す平面図である。

【図５】本発明の第４実施例におけるウエハの高さ情報
の収集動作及びウエハへの露光動作の説明に供する線図
である。

【図６】本発明の第５実施例におけるウエハの高さ情報
の収集動作及びウエハへの露光動作の説明に供する線図
である。

【符号の説明】

１レチクル２ウエハ３投影光学系４回転テーブル５Ｚステージ６Ｘステージ７Ｙステージ８移動鏡９基準マーク集合体１０〜１２上下駆動機構１３，２１駆動モータ１５アライメント用の顕微鏡１７アライメント系１９オートフォーカス検出系の送光系２０オートフォーカス検出系の受光系２３スリット像３３ａ〜３３ｅスリット像の分割像４０干渉計４１中央制御系４２駆動制御系４３検出系４４メモリ４５演算系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元平面内及び該２次元平面に垂直な
高さ方向で被検物を位置決めするステージと、前記被検
物の前記２次元平面に対する傾きを調整するレベリング
手段と、前記ステージの３次元の位置決め座標及び前記
レベリング手段で設定した傾きを測定する測定手段と、
前記ステージ上の前記被検物の被検面の高さ方向の位置
を検出する位置計測手段とを用い、前記ステージを駆動して前記被検物を前記２次元平面内
で移動させながら、前記被検面の高さ方向の位置を前記
２次元平面の座標と対応付けて記憶する第１の工程と、該記憶した前記被検面の高さ方向の位置の情報の集合体
より前記被検面の平均的な高さ及び前記被検面の前記２
次元平面に対する傾きの少なくとも一方を算出する第２
の工程と、該第２の工程で算出された情報に基づいて前記ステージ
及び前記レベリング手段を駆動して前記被検物の被検面
の高さ及び前記被検面の前記２次元平面に対する傾きの
少なくとも一方を所定の範囲内に設定する第３の工程と
を有する事を特徴とする位置検出方法。
【請求項２】前記被検物の被検面が複数の処理領域よ
りなり、該複数の処理領域において前記第１の工程と前
記第２の工程とを適用して該複数の処理領域のそれぞれ
について平均的な高さ方向の位置及び前記２次元平面に
対する傾きの少なくとも一方を算出し、該算出された情報に基づいて前記ステージ及び前記レベ
リング手段を駆動して前記被検物の被検面の前記複数の
処理領域のそれぞれについて順に高さ及び前記２次元平
面に対する傾きの少なくとも一方を所定の範囲内に設定
する事を特徴とする請求項１記載の位置検出方法。
【請求項３】前記位置計測手段が前記被検物の被検面
の複数箇所の高さ方向の位置を検出する事を特徴とする
請求項１又は２記載の位置検出方法。
【請求項４】２次元平面内及び該２次元平面に垂直な
高さ方向で被検物を位置決めするステージと、前記被検物の前記２次元平面に対する傾きを調整するレ
ベリング手段と、前記ステージの３次元の位置決め座標及び前記レベリン
グ手段で設定する傾きを測定する測定手段と、前記ステージ上の前記被検物の被検面の高さ方向の位置
を検出する位置計測手段と、前記ステージを駆動して前記被検物を前記２次元平面内
で移動させながら、前記被検面の高さ方向の位置を前記
２次元平面の座標と対応付けて記憶する制御手段と、該記憶した前記被検面の高さ方向の位置の情報の集合体
より前記被検面の平均的な高さ及び前記被検面の前記２
次元平面に対する傾きの少なくとも一方を算出する演算
手段とを有し、該算出された情報に基づいて前記ステージ及び前記レベ
リング手段を駆動して前記被検物の被検面の高さ及び前
記被検面の前記２次元平面に対する傾きの少なくとも一
方を所定の範囲内に設定する事を特徴とする位置検出装
置。