JPH07130635A - 基板の高さ位置検出装置 - Google Patents
基板の高さ位置検出装置Info
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- JPH07130635A JPH07130635A JP27839593A JP27839593A JPH07130635A JP H07130635 A JPH07130635 A JP H07130635A JP 27839593 A JP27839593 A JP 27839593A JP 27839593 A JP27839593 A JP 27839593A JP H07130635 A JPH07130635 A JP H07130635A
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- G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板上の複数の計測点における高さ位置を高
スループットで高精度に検出することができる基板の高
さ位置検出装置を提供すること。 【構成】 基板上に複数の光束を照射して、基板上にお
ける光束の入射方向に複数の第1照射点を所定間隔で形
成する投光手段は、基板上の第1照射点の配列線とは異
なり、かつ当該配列線と平行な2つの線上に1つの第2
照射点を形成する。受光手段は第1光束の反射光を個別
に受光する第1受光素子を有するとともに、第1受光素
子が検出可能な基板の高さ位置の範囲とほぼ同じ検出範
囲で第2光束の一方の反射光を受光する第2受光手段
と、基板の高さ位置が第2受光手段の検出範囲からずれ
た位置にあるとき、他方の第2光束の反射光を受光し
て、そのずれの方向を検出する方向センサとを有する。
スループットで高精度に検出することができる基板の高
さ位置検出装置を提供すること。 【構成】 基板上に複数の光束を照射して、基板上にお
ける光束の入射方向に複数の第1照射点を所定間隔で形
成する投光手段は、基板上の第1照射点の配列線とは異
なり、かつ当該配列線と平行な2つの線上に1つの第2
照射点を形成する。受光手段は第1光束の反射光を個別
に受光する第1受光素子を有するとともに、第1受光素
子が検出可能な基板の高さ位置の範囲とほぼ同じ検出範
囲で第2光束の一方の反射光を受光する第2受光手段
と、基板の高さ位置が第2受光手段の検出範囲からずれ
た位置にあるとき、他方の第2光束の反射光を受光し
て、そのずれの方向を検出する方向センサとを有する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は基板の高さ位置検出装置
に関し、特に露光装置における投影光学系の焦点位置に
ウェハ等の基板の表面を設定するための基板の高さ位置
検出装置に関する。
に関し、特に露光装置における投影光学系の焦点位置に
ウェハ等の基板の表面を設定するための基板の高さ位置
検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の基板の高さ位置を検出す
る手法として特開昭58−113706号公報等に開示
されている手法が知られている。これは基板(ウェハ)
の表面に斜め方向から結像光束を投射し、ウェハからの
反射光束を振動させながらスリット板を介して光電検出
器で受光する。そしてこの光電検出器から出力される光
電信号を反射光束を振動させる振動信号で同期検波して
信号処理し、投影光学系の結像面(ベストフォーカス
面)とウェハ表面との高さ方向(Z軸方向)における偏
差量を求め、この偏差量が0となるようにZステージを
サーボ制御してウェハの高さ位置をベストフォーカス面
と合致させるという技術である。
る手法として特開昭58−113706号公報等に開示
されている手法が知られている。これは基板(ウェハ)
の表面に斜め方向から結像光束を投射し、ウェハからの
反射光束を振動させながらスリット板を介して光電検出
器で受光する。そしてこの光電検出器から出力される光
電信号を反射光束を振動させる振動信号で同期検波して
信号処理し、投影光学系の結像面(ベストフォーカス
面)とウェハ表面との高さ方向(Z軸方向)における偏
差量を求め、この偏差量が0となるようにZステージを
サーボ制御してウェハの高さ位置をベストフォーカス面
と合致させるという技術である。
【0003】また、近年ウェハの高さ位置測定の測定点
が一点ではウェハ表面の段差の影響により正確な高さ位
置を検出できないため、ウェハ上の複数点における高さ
位置を検出する高さ位置検出系(以下、「多点AF系」
という)が提案されている。この多点AF系は、例えば
所定ピッチで並んだ複数のスリット光をウェハに対して
斜め方向から照射して、その複数のスリット光のウェハ
からの反射光と夫々のスリット光に対応する複数の受光
器(受光素子)との相対位置に基づいて、ウェハ上の複
数点における高さ位置を高精度に検出するものである。
が一点ではウェハ表面の段差の影響により正確な高さ位
置を検出できないため、ウェハ上の複数点における高さ
位置を検出する高さ位置検出系(以下、「多点AF系」
という)が提案されている。この多点AF系は、例えば
所定ピッチで並んだ複数のスリット光をウェハに対して
斜め方向から照射して、その複数のスリット光のウェハ
からの反射光と夫々のスリット光に対応する複数の受光
器(受光素子)との相対位置に基づいて、ウェハ上の複
数点における高さ位置を高精度に検出するものである。
【0004】また、ウェハ上の1点に結像光束を投射す
るとともにその反射光を受光素子で受光して、ウェハの
高さ位置を検出する高さ位置検出検出系において、ウェ
ハの高さ位置がベストフォーカス位置からずれて、ウェ
ハからの反射光が受光素子の受光領域からはずれたとき
(ウェハの高さ位置が受光素子によって検出可能な高さ
位置の範囲からはずれたとき)に、受光素子の両脇に設
けられたずれ方向検出用のセンサによってその反射光を
光電検出し、ウェハのベストフォーカス位置からのずれ
方向を検出する技術が特開昭161616号公報によっ
て開示されている。
るとともにその反射光を受光素子で受光して、ウェハの
高さ位置を検出する高さ位置検出検出系において、ウェ
ハの高さ位置がベストフォーカス位置からずれて、ウェ
ハからの反射光が受光素子の受光領域からはずれたとき
(ウェハの高さ位置が受光素子によって検出可能な高さ
位置の範囲からはずれたとき)に、受光素子の両脇に設
けられたずれ方向検出用のセンサによってその反射光を
光電検出し、ウェハのベストフォーカス位置からのずれ
方向を検出する技術が特開昭161616号公報によっ
て開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の如
き多点AF系においては、従来の技術のように複数の受
光素子の両脇にずれ方向検出用のセンサを設けること
は、多点AF系の装置構成を大きくし(測定点の配置や
光学系を制約し)、現実的ではなかった。また、特に複
数のスリット光をウェハに対して斜め方向から照射し
て、ウェハ上の計測方向に所定ピッチで配列された複数
のスリット像を形成し、各スリット光の反射光を複数の
受光器によって個別に検出する多点AF系においては、
ウェハの高さ位置が目標位置からずれることによって、
ウェハ上のスリット像はそのスリット像の配列方向にず
れてしまう。このウェハ上でのスリット像のずれ量が、
スリット像のピッチ(隣接する2つのスリット像の間
隔)の1/2になると、これらの反射光は夫々対応する
受光器に対して1つずつずれて入射する。従って一番端
の受光器以外の受光器は、ウェハ表面が目標位置にある
ときと同様の信号を出力する。このとき多点AF系は、
ウェハ表面が目標位置からずれているにもかかわらず、
そのときのウェハ表面の位置を目標位置として誤検出し
てしまうという問題があった。
き多点AF系においては、従来の技術のように複数の受
光素子の両脇にずれ方向検出用のセンサを設けること
は、多点AF系の装置構成を大きくし(測定点の配置や
光学系を制約し)、現実的ではなかった。また、特に複
数のスリット光をウェハに対して斜め方向から照射し
て、ウェハ上の計測方向に所定ピッチで配列された複数
のスリット像を形成し、各スリット光の反射光を複数の
受光器によって個別に検出する多点AF系においては、
ウェハの高さ位置が目標位置からずれることによって、
ウェハ上のスリット像はそのスリット像の配列方向にず
れてしまう。このウェハ上でのスリット像のずれ量が、
スリット像のピッチ(隣接する2つのスリット像の間
隔)の1/2になると、これらの反射光は夫々対応する
受光器に対して1つずつずれて入射する。従って一番端
の受光器以外の受光器は、ウェハ表面が目標位置にある
ときと同様の信号を出力する。このとき多点AF系は、
ウェハ表面が目標位置からずれているにもかかわらず、
そのときのウェハ表面の位置を目標位置として誤検出し
てしまうという問題があった。
【0006】本発明は上記の如き問題に鑑み、基板上の
複数の計測点の配置を制約することなく、各測定点にお
ける高さ位置を高スループットで高精度に検出すること
ができる基板の高さ位置検出装置を提供することを目的
とする。
複数の計測点の配置を制約することなく、各測定点にお
ける高さ位置を高スループットで高精度に検出すること
ができる基板の高さ位置検出装置を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明においては、少なくとも2つの第1光束を基
板(W)に対して斜め方向から照射し、基板(W)上の
第1光束の入射方向に所定間隔で配列された少なくとも
2つの第1照射点(AF11〜AF55)を形成する投
光手段(60〜65、66a)と、第1光束の基板
(W)からの反射光を少なくとも2つの第1受光素子
(DT11〜DT55)によって個別に光電検出すると
ともに、基板(W)の高さ位置と基板の高さ方向におけ
る所定の目標位置との高さ方向の偏差量に対応した信号
を出力する第1受光手段(66b、67〜71)と、基
板(W)を保持するとともに、高さ方向に移動可能なス
テージ(2、3、4)と、第1受光手段(66b、67
〜71)からの信号に基づいて、基板(W)の高さ位置
が目標位置と一致するようにステージの高さ方向への駆
動を制御する制御手段(22)とを有する基板の高さ位
置検出装置において、投光手段(60〜65、66a)
は基板上の第1照射点の配列線とは異なり、かつ該配列
線と平行な少なくとも1つの線上に1つの第2照射点
(AF60、AF70)が形成されるように、第2光束
を基板上に照射し、第1受光素子中の1つの特定受光素
子が検出可能な基板の高さ位置の検出範囲とほぼ同じ検
出範囲を有し、第2光束の基板からの反射光を受光する
第2受光手段(DT60)と、基板の高さ位置が、第2
受光手段(DT60)の基板の高さ位置の検出範囲から
ずれた位置にあるとき、第2光束の基板からの反射光を
受光して、少なくともずれの方向を検出する方向センサ
(DT70)とを有することとした。
ため本発明においては、少なくとも2つの第1光束を基
板(W)に対して斜め方向から照射し、基板(W)上の
第1光束の入射方向に所定間隔で配列された少なくとも
2つの第1照射点(AF11〜AF55)を形成する投
光手段(60〜65、66a)と、第1光束の基板
(W)からの反射光を少なくとも2つの第1受光素子
(DT11〜DT55)によって個別に光電検出すると
ともに、基板(W)の高さ位置と基板の高さ方向におけ
る所定の目標位置との高さ方向の偏差量に対応した信号
を出力する第1受光手段(66b、67〜71)と、基
板(W)を保持するとともに、高さ方向に移動可能なス
テージ(2、3、4)と、第1受光手段(66b、67
〜71)からの信号に基づいて、基板(W)の高さ位置
が目標位置と一致するようにステージの高さ方向への駆
動を制御する制御手段(22)とを有する基板の高さ位
置検出装置において、投光手段(60〜65、66a)
は基板上の第1照射点の配列線とは異なり、かつ該配列
線と平行な少なくとも1つの線上に1つの第2照射点
(AF60、AF70)が形成されるように、第2光束
を基板上に照射し、第1受光素子中の1つの特定受光素
子が検出可能な基板の高さ位置の検出範囲とほぼ同じ検
出範囲を有し、第2光束の基板からの反射光を受光する
第2受光手段(DT60)と、基板の高さ位置が、第2
受光手段(DT60)の基板の高さ位置の検出範囲から
ずれた位置にあるとき、第2光束の基板からの反射光を
受光して、少なくともずれの方向を検出する方向センサ
(DT70)とを有することとした。
【0008】
【作用】本発明においては、第1受光手段は基板の高さ
位置と、高さ方向における目標位置とのずれ量を検出す
る。ここで、基板の高さ位置が変位することによって、
第1光束の反射光が第1受光素子からずれた位置に照射
され、基板の高さ位置の検出ができなくなったとき、方
向センサが第2光束の反射光を受光するため、基板の高
さ位置の目標位置からのずれ方向を検出することができ
る。従って、検出したずれ方向とは逆の方向に基板を移
動させることによって、基板表面を目標位置の近傍に配
置することができる。そして、基板の高さ位置が目標位
置の近傍に配置され、第1光束の反射光が夫々対応する
第1受光素子によって受光されると、第2光束の反射光
が第2受光手段によって受光されるので、このとき(第
2受光手段が第2光束を受光しているとき)の第1受光
手段からの検出信号に基づいて、基板の高さ位置を高精
度に検出することが可能となる。
位置と、高さ方向における目標位置とのずれ量を検出す
る。ここで、基板の高さ位置が変位することによって、
第1光束の反射光が第1受光素子からずれた位置に照射
され、基板の高さ位置の検出ができなくなったとき、方
向センサが第2光束の反射光を受光するため、基板の高
さ位置の目標位置からのずれ方向を検出することができ
る。従って、検出したずれ方向とは逆の方向に基板を移
動させることによって、基板表面を目標位置の近傍に配
置することができる。そして、基板の高さ位置が目標位
置の近傍に配置され、第1光束の反射光が夫々対応する
第1受光素子によって受光されると、第2光束の反射光
が第2受光手段によって受光されるので、このとき(第
2受光手段が第2光束を受光しているとき)の第1受光
手段からの検出信号に基づいて、基板の高さ位置を高精
度に検出することが可能となる。
【0009】また、第1光束の反射光が夫々対応する第
1受光素子に対して1つずつずれて入射しているときで
も、方向センサが第2光束の反射光を受光し、かつ第2
受光手段が第2光束の反射光を受光していないため、基
板の高さ位置が目標位置からずれていることがわかる。
従って基板の高さ位置の誤検出もなくなる。
1受光素子に対して1つずつずれて入射しているときで
も、方向センサが第2光束の反射光を受光し、かつ第2
受光手段が第2光束の反射光を受光していないため、基
板の高さ位置が目標位置からずれていることがわかる。
従って基板の高さ位置の誤検出もなくなる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の第1実施例につき図面を参照
して説明する。本実施例は、矩形状又は円弧状等の照明
領域(以下、「スリット状の照明領域」という)に対し
てレチクル及びウェハを相対的に同期して走査すること
によってレチクルのパターンをウェハ上に露光するスリ
ットスキャン露光方式の投影露光装置のオートフォーカ
ス機構に本発明を適用したものである。
して説明する。本実施例は、矩形状又は円弧状等の照明
領域(以下、「スリット状の照明領域」という)に対し
てレチクル及びウェハを相対的に同期して走査すること
によってレチクルのパターンをウェハ上に露光するスリ
ットスキャン露光方式の投影露光装置のオートフォーカ
ス機構に本発明を適用したものである。
【0011】図1は本実施例の投影露光装置を示し、こ
の図1において、照明光学系20からのスリット状に形
成された露光光ELによりレチクルR上にスリット状の
照明領域が形成され、スリット状の照明領域内に存在す
るレチクルR上のパターンの像が投影光学系PLを介し
てウェハW上に投影露光される。このとき、レチクルR
は露光光ELのスリット状の照明領域に対して図1の紙
面に対して手前方向に一定速度Vで走査されるととも
に、レチクルRの走査と同期してウェハWは図1の紙面
に対して向こう側に一定速度V/β(1/βは投影光学
系PLの縮小倍率)で走査される。すなわち、レチクル
RとウェハWとは紙面垂直方向(Y方向)に逆位相で同
期して走査される。
の図1において、照明光学系20からのスリット状に形
成された露光光ELによりレチクルR上にスリット状の
照明領域が形成され、スリット状の照明領域内に存在す
るレチクルR上のパターンの像が投影光学系PLを介し
てウェハW上に投影露光される。このとき、レチクルR
は露光光ELのスリット状の照明領域に対して図1の紙
面に対して手前方向に一定速度Vで走査されるととも
に、レチクルRの走査と同期してウェハWは図1の紙面
に対して向こう側に一定速度V/β(1/βは投影光学
系PLの縮小倍率)で走査される。すなわち、レチクル
RとウェハWとは紙面垂直方向(Y方向)に逆位相で同
期して走査される。
【0012】レチクル支持台9上には図1のY方向、X
方向、及びXY平面内での回転方向(θ方向)に駆動自
在なレチクルステージ11が載置され、レチクルRはこ
のレチクルステージ11上に真空チャック等により保持
されている。レチクルステージ11上には移動鏡21が
配置され、レチクル支持台9上に配置された干渉計14
によって常時レチクルステージ11のX方向、Y方向及
びθ方向の位置がモニターされている。干渉計14によ
り得られた位置情報S1は主制御系MCSに供給されて
おり、主制御系MCSはレチクル駆動装置23を介して
レチクルステージ11の位置決め動作を制御する。
方向、及びXY平面内での回転方向(θ方向)に駆動自
在なレチクルステージ11が載置され、レチクルRはこ
のレチクルステージ11上に真空チャック等により保持
されている。レチクルステージ11上には移動鏡21が
配置され、レチクル支持台9上に配置された干渉計14
によって常時レチクルステージ11のX方向、Y方向及
びθ方向の位置がモニターされている。干渉計14によ
り得られた位置情報S1は主制御系MCSに供給されて
おり、主制御系MCSはレチクル駆動装置23を介して
レチクルステージ11の位置決め動作を制御する。
【0013】一方、ウェハ支持台1上にはY軸方向に駆
動自在なYステージ2が載置され、その上にX軸方向に
駆動自在なXステージ3が載置され、さらにその上にZ
軸方向に駆動自在なZステージ4が設けられている。そ
してウェハWはこのZステージ4上に真空吸着によって
保持されている。Zステージ4上にも移動鏡7が固定さ
れ、外部に配置された干渉計13によりZステージ4の
X方向、Y方向及びθ方向の位置が常時モニターされて
いる。そして干渉計13から得られたウェハWのXY座
標系上における位置情報S2も主制御系MCSに供給さ
れている。
動自在なYステージ2が載置され、その上にX軸方向に
駆動自在なXステージ3が載置され、さらにその上にZ
軸方向に駆動自在なZステージ4が設けられている。そ
してウェハWはこのZステージ4上に真空吸着によって
保持されている。Zステージ4上にも移動鏡7が固定さ
れ、外部に配置された干渉計13によりZステージ4の
X方向、Y方向及びθ方向の位置が常時モニターされて
いる。そして干渉計13から得られたウェハWのXY座
標系上における位置情報S2も主制御系MCSに供給さ
れている。
【0014】また本実施例における投影露光装置内に
は、Zステージ4上に配置されているウェハWと投影光
学系PLとの間の空間を空調するための空調装置16が
設けられている。この空調装置16は図1に示すよう
に、ウェハWと投影光学系PLとの間の空間に、X方向
から清浄された空気流を送るように配置されており、上
記空間に生じる空気の揺らぎを防止する。また、主制御
系MCSはウェハ駆動装置22を介してYステージ2、
Xステージ3及びZステージ4の位置決め動作を制御す
るとともに、装置全体の動作を制御する。
は、Zステージ4上に配置されているウェハWと投影光
学系PLとの間の空間を空調するための空調装置16が
設けられている。この空調装置16は図1に示すよう
に、ウェハWと投影光学系PLとの間の空間に、X方向
から清浄された空気流を送るように配置されており、上
記空間に生じる空気の揺らぎを防止する。また、主制御
系MCSはウェハ駆動装置22を介してYステージ2、
Xステージ3及びZステージ4の位置決め動作を制御す
るとともに、装置全体の動作を制御する。
【0015】次に本装置に組み込まれている高さ位置検
出系(多点AF系)について説明する。照明光源20か
らの照明光ELとは異なり、ウェハW上のフォトレジス
トを感光させない照明光(光束)ILが光源60から射
出される。光源60から射出された光束ILは集光レン
ズ61を経てパターン形成板62を照明する。パターン
形成板には所定形状の複数の開口パターンか設けられて
おり、このパターン形成板62を透過した光束ILは、
レンズ63、ミラー64、平行平板ガラス65、及び照
射対物レンズ66aを経てウェハWの表面に照射され
る。すなわちウェハWの表面にはこの複数の開口パター
ンの像が投影結像される。また、平行平面ガラス64は
図1の紙面に垂直な方向を長手方向とする回転軸を有
し、この回転軸を中心に所定の角度範囲で回転すること
ができる。この平行平面ガラス64を傾けることによっ
て、ウェハ表面上に投影されるパターンの像の位置を調
整することができる。
出系(多点AF系)について説明する。照明光源20か
らの照明光ELとは異なり、ウェハW上のフォトレジス
トを感光させない照明光(光束)ILが光源60から射
出される。光源60から射出された光束ILは集光レン
ズ61を経てパターン形成板62を照明する。パターン
形成板には所定形状の複数の開口パターンか設けられて
おり、このパターン形成板62を透過した光束ILは、
レンズ63、ミラー64、平行平板ガラス65、及び照
射対物レンズ66aを経てウェハWの表面に照射され
る。すなわちウェハWの表面にはこの複数の開口パター
ンの像が投影結像される。また、平行平面ガラス64は
図1の紙面に垂直な方向を長手方向とする回転軸を有
し、この回転軸を中心に所定の角度範囲で回転すること
ができる。この平行平面ガラス64を傾けることによっ
て、ウェハ表面上に投影されるパターンの像の位置を調
整することができる。
【0016】ウェハWで反射された光束(反射光)IL
は、集光対物レンズ66b、回転方向振動板67及び結
像レンズ68を経て受光器69の受光面に再投影され、
この受光面にはパターン形成板62上の複数のパターン
の像が再結像される。受光器69はウェハW上に投影さ
れる複数のパターン像の反射光を個別に受光する複数の
受光素子を有し、各受光素子からの検出信号は信号処理
装置71に供給される。主制御系MCSは加振装置(例
えばバイブレータや超音波振動子等)70を介して回転
方向振動板67に振動を与える。各スリット像のウェハ
Wからの反射光は全て回転方向振動板67によって振動
されているため、受光器69上に再結像される各パター
ン像と各受光素子とは相対的に振動している。信号処理
装置71は受光器69上の複数の受光素子からの各検出
信号を加振装置70の振動信号で同期検波してフォーカ
ス信号(Sカーブ信号)を得て、このフォーカス信号を
主制御系MCSに供給する。尚、ウェハWの表面が基準
平面(例えば投影光学系PLの結像面)と一致したと
き、各フォーカス信号が0となるように、主制御系MC
Sは予め平行平板ガラス65を駆動して、平行平板ガラ
ス65の傾きを調整しておく。
は、集光対物レンズ66b、回転方向振動板67及び結
像レンズ68を経て受光器69の受光面に再投影され、
この受光面にはパターン形成板62上の複数のパターン
の像が再結像される。受光器69はウェハW上に投影さ
れる複数のパターン像の反射光を個別に受光する複数の
受光素子を有し、各受光素子からの検出信号は信号処理
装置71に供給される。主制御系MCSは加振装置(例
えばバイブレータや超音波振動子等)70を介して回転
方向振動板67に振動を与える。各スリット像のウェハ
Wからの反射光は全て回転方向振動板67によって振動
されているため、受光器69上に再結像される各パター
ン像と各受光素子とは相対的に振動している。信号処理
装置71は受光器69上の複数の受光素子からの各検出
信号を加振装置70の振動信号で同期検波してフォーカ
ス信号(Sカーブ信号)を得て、このフォーカス信号を
主制御系MCSに供給する。尚、ウェハWの表面が基準
平面(例えば投影光学系PLの結像面)と一致したと
き、各フォーカス信号が0となるように、主制御系MC
Sは予め平行平板ガラス65を駆動して、平行平板ガラ
ス65の傾きを調整しておく。
【0017】図2(b)は、パターン形成板62上に形
成されたスリット状の開口パターンの一例を示す。この
図2(b)に示すように、パターン形成板62には5列
の開口パターンが形成されており、各列には5つの開口
パターンが等間隔で配列されている。すなわち、第1列
目には5個の開口パターンHP11〜HP15が形成さ
れ、さらに第2列目〜第5列目にも夫々5個の開口パタ
ーンHP21〜HP25、HP31〜HP35、HP4
1〜HP45、HP51〜HP55が形成されている。
成されたスリット状の開口パターンの一例を示す。この
図2(b)に示すように、パターン形成板62には5列
の開口パターンが形成されており、各列には5つの開口
パターンが等間隔で配列されている。すなわち、第1列
目には5個の開口パターンHP11〜HP15が形成さ
れ、さらに第2列目〜第5列目にも夫々5個の開口パタ
ーンHP21〜HP25、HP31〜HP35、HP4
1〜HP45、HP51〜HP55が形成されている。
【0018】また、図2(b)において第2列目の開口
パターンHP23と第3列目の開口パターンHP33と
の間には開口パターンHP60が形成されており、また
第3列目の開口パターンHP33と第4列目の開口パタ
ーンHP43との間には開口パターンHP70が形成さ
れている。このように、パターン形成板62には全部で
27個の開口パターンが形成されている。
パターンHP23と第3列目の開口パターンHP33と
の間には開口パターンHP60が形成されており、また
第3列目の開口パターンHP33と第4列目の開口パタ
ーンHP43との間には開口パターンHP70が形成さ
れている。このように、パターン形成板62には全部で
27個の開口パターンが形成されている。
【0019】図2(a)は、ウェハW上に形成される開
口パターンHP11〜HP55、HP60、HP70の
像(以下「スリット像」という)AF11〜AF55、
AF60、AF70の様子を示す。この図2(a)にお
いて、投影光学系PLの円形の照明視野23に内接し、
X方向を長手方向とする矩形状の露光フィールド24内
の表面上に図1のレチクルRのパターンが露光される。
口パターンHP11〜HP55、HP60、HP70の
像(以下「スリット像」という)AF11〜AF55、
AF60、AF70の様子を示す。この図2(a)にお
いて、投影光学系PLの円形の照明視野23に内接し、
X方向を長手方向とする矩形状の露光フィールド24内
の表面上に図1のレチクルRのパターンが露光される。
【0020】さて、露光フィールド24のほぼ中央部に
は露光フィールド24の長手方向(X方向)に列を成し
て、第3列の5個のスリット像AF31〜35が形成さ
れ、露光フィールド24の中心点と第3列の3番目のス
リット像AF33の中心点とはほぼ一致している。さら
に露光フィールド24の−Y方向側に第1列の5個の計
測点AF11〜15、第2列の5個のスリット像AF2
2〜25が夫々照射され、露光フィールド24の+Y方
向側に第4列の5個の計測点AF41〜45、第5列の
5個のスリット像AF51〜55が夫々照射される。ま
た、これらの各スリット像(AF11〜AF55)の長
手方向はX(あるいはY)方向に対して45°傾いてい
る。一般にウェハ上に形成されているパターンはX(あ
るいはY)方向を長手方向として格子状に並んでいる。
従ってこれらのパターンの方向によってスリット像の反
射光の方向が変化しないように、スリット像の長手方向
をX(あるいはY)方向に交差する方向(例えば45
°)に傾けるのである。そして、夫々の列における5つ
のスリット像(例えばAF51〜AF55)は一定間隔
Pwで並んでいる。また、本例の多点AF系において、
これらのスリット像AF11〜AF55は夫々のスリッ
ト像の中心点を計測点として、ウェハWと投影光学系P
Lの結像面との光軸AX方向(Z軸方向)の偏差量、す
なわちウェハの高さ位置を求めるためのものである。
は露光フィールド24の長手方向(X方向)に列を成し
て、第3列の5個のスリット像AF31〜35が形成さ
れ、露光フィールド24の中心点と第3列の3番目のス
リット像AF33の中心点とはほぼ一致している。さら
に露光フィールド24の−Y方向側に第1列の5個の計
測点AF11〜15、第2列の5個のスリット像AF2
2〜25が夫々照射され、露光フィールド24の+Y方
向側に第4列の5個の計測点AF41〜45、第5列の
5個のスリット像AF51〜55が夫々照射される。ま
た、これらの各スリット像(AF11〜AF55)の長
手方向はX(あるいはY)方向に対して45°傾いてい
る。一般にウェハ上に形成されているパターンはX(あ
るいはY)方向を長手方向として格子状に並んでいる。
従ってこれらのパターンの方向によってスリット像の反
射光の方向が変化しないように、スリット像の長手方向
をX(あるいはY)方向に交差する方向(例えば45
°)に傾けるのである。そして、夫々の列における5つ
のスリット像(例えばAF51〜AF55)は一定間隔
Pwで並んでいる。また、本例の多点AF系において、
これらのスリット像AF11〜AF55は夫々のスリッ
ト像の中心点を計測点として、ウェハWと投影光学系P
Lの結像面との光軸AX方向(Z軸方向)の偏差量、す
なわちウェハの高さ位置を求めるためのものである。
【0021】また図2(a)に示すように、開口パター
ンHP60の像はウェハWの表面上のスリット像AF2
3とAF33との間にスリット像AF60となって結像
し、開口パターンHP70の像はウェハWの表面上のス
リット像AF33とAF43との間にスリット像AF7
0となって結像する。スリット像AF60はスリット像
AF11〜AF55の夫々とほぼ同じ大きさであり、こ
のスリット像AF60の長手方向はスリット像AF11
〜AF55と同様に、X(あるいはY)方向に対して4
5°傾いている。また、スリット像AF70はX方向を
長手方向とする。また、図2(a)において、各列の第
3番目のスリット像AF13、AF23、AF33、A
F43、AF53の夫々の中心点、スリット像AF60
の中心点、及びスリット像AF70の中心点は全てY軸
に平行な同一直線上にある。
ンHP60の像はウェハWの表面上のスリット像AF2
3とAF33との間にスリット像AF60となって結像
し、開口パターンHP70の像はウェハWの表面上のス
リット像AF33とAF43との間にスリット像AF7
0となって結像する。スリット像AF60はスリット像
AF11〜AF55の夫々とほぼ同じ大きさであり、こ
のスリット像AF60の長手方向はスリット像AF11
〜AF55と同様に、X(あるいはY)方向に対して4
5°傾いている。また、スリット像AF70はX方向を
長手方向とする。また、図2(a)において、各列の第
3番目のスリット像AF13、AF23、AF33、A
F43、AF53の夫々の中心点、スリット像AF60
の中心点、及びスリット像AF70の中心点は全てY軸
に平行な同一直線上にある。
【0022】これらのスリット像AF11〜AF55、
AF60、及びAF70を形成する光束は、XZ平面を
ウェハWに対する入射平面として、ウェハWの表面に対
して斜めに照射される。従って、ウェハWの高さ位置が
変化すると、各スリット像の照射位置もX方向(スリッ
ト像AF11〜AF55の列方向)に沿って移動する。
AF60、及びAF70を形成する光束は、XZ平面を
ウェハWに対する入射平面として、ウェハWの表面に対
して斜めに照射される。従って、ウェハWの高さ位置が
変化すると、各スリット像の照射位置もX方向(スリッ
ト像AF11〜AF55の列方向)に沿って移動する。
【0023】また、本実施例の如く多点AF系の光束を
X軸に対して0°の方向(X軸に平行な方向)からウェ
ハW上に照射することにより、例えばX軸に対して45
°の角度を成す方向から照射する場合に比べて、図2
(b)に示すパターン形成板62の大きさを小さくする
ことが可能となる。従って、多点AF系の光学系におけ
るレンズの口径を小さくすることができるという利点が
ある。さらに、ウェハWと投影光学系PLとの間の空間
には空調装置16によってX方向(非スキャン方向)か
ら空気流が送られているため、多点AF系を構成する光
学部材(例えば照射光学系66aや集光光学系66b
等)によって空気流が乱れることがない。
X軸に対して0°の方向(X軸に平行な方向)からウェ
ハW上に照射することにより、例えばX軸に対して45
°の角度を成す方向から照射する場合に比べて、図2
(b)に示すパターン形成板62の大きさを小さくする
ことが可能となる。従って、多点AF系の光学系におけ
るレンズの口径を小さくすることができるという利点が
ある。さらに、ウェハWと投影光学系PLとの間の空間
には空調装置16によってX方向(非スキャン方向)か
ら空気流が送られているため、多点AF系を構成する光
学部材(例えば照射光学系66aや集光光学系66b
等)によって空気流が乱れることがない。
【0024】図2(c)は、図1における受光器69の
受光面の様子を示し、この受光面には図2(a)におけ
るスリット像AF11〜AF55の夫々に対応して第1
列目に5個の受光素子DT11〜DT15が配置され、
第2列目〜第5列目にも夫々5個の受光素子DT21〜
DT55が配置されている。そして夫々の列の5つの受
光素子は、一定間隔Pdで並んでいる。また、受光素子
DT23とDT33との間には、スリット像AF60の
反射光を受光するための受光素子DT60が配置されて
いる。この受光素子DT60は受光素子DT11〜DT
55の夫々とほぼ同じ大きさである。さらに第3列目の
受光素子DT31〜DT35と第4列目の受光素子DT
41〜DT45との間には、受光素子の列方向に伸びた
受光素子(方向弁別センサ)70が配置されており、ス
リット像AF70の反射光を受光する。この方向弁別セ
ンサ70は列方向に受光領域70aと受光領域70bと
に2分割されている。また、受光領域70aと受光領域
70bとの境界線、各列の第3番目の受光素子DT1
3、DT23、DT33、DT43、DT53の各中心
点、及び受光素子DT60の中心点は全て同一直線上に
ある。また、この受光器69の夫々の受光素子の光の入
射側には、各スリット像の反射光以外の光(例えば迷
光)が入射しないように不図示のスリット状の絞りが配
置されている。また前述の如く図1に示すように、各ス
リット像のウェハWからの反射光は、全て回転方向振動
板67によって回転振動しているため、受光器69上に
再結像される各像の位置は、図2(c)に示すように受
光素子の列方向であるRD方向に振動する。また、受光
素子DT60及び方向弁別センサDT70の受光領域7
0a、70bは光の入射の有無のみを検出して信号処理
装置71に検出信号を出力する。また受光領域70aと
受光領域70bとの境界線上にスリット像AF70の反
射光が照射されたとき、方向弁別センサ70からは検出
信号は出力されない。
受光面の様子を示し、この受光面には図2(a)におけ
るスリット像AF11〜AF55の夫々に対応して第1
列目に5個の受光素子DT11〜DT15が配置され、
第2列目〜第5列目にも夫々5個の受光素子DT21〜
DT55が配置されている。そして夫々の列の5つの受
光素子は、一定間隔Pdで並んでいる。また、受光素子
DT23とDT33との間には、スリット像AF60の
反射光を受光するための受光素子DT60が配置されて
いる。この受光素子DT60は受光素子DT11〜DT
55の夫々とほぼ同じ大きさである。さらに第3列目の
受光素子DT31〜DT35と第4列目の受光素子DT
41〜DT45との間には、受光素子の列方向に伸びた
受光素子(方向弁別センサ)70が配置されており、ス
リット像AF70の反射光を受光する。この方向弁別セ
ンサ70は列方向に受光領域70aと受光領域70bと
に2分割されている。また、受光領域70aと受光領域
70bとの境界線、各列の第3番目の受光素子DT1
3、DT23、DT33、DT43、DT53の各中心
点、及び受光素子DT60の中心点は全て同一直線上に
ある。また、この受光器69の夫々の受光素子の光の入
射側には、各スリット像の反射光以外の光(例えば迷
光)が入射しないように不図示のスリット状の絞りが配
置されている。また前述の如く図1に示すように、各ス
リット像のウェハWからの反射光は、全て回転方向振動
板67によって回転振動しているため、受光器69上に
再結像される各像の位置は、図2(c)に示すように受
光素子の列方向であるRD方向に振動する。また、受光
素子DT60及び方向弁別センサDT70の受光領域7
0a、70bは光の入射の有無のみを検出して信号処理
装置71に検出信号を出力する。また受光領域70aと
受光領域70bとの境界線上にスリット像AF70の反
射光が照射されたとき、方向弁別センサ70からは検出
信号は出力されない。
【0025】ここで、ウェハの高さ位置がベストフォー
カス位置にあるとき、高さ位置検出用のスリット像AF
11〜AF55は夫々対応する受光素子DT11〜DT
55上に再結像される。スリット像AF11〜AF55
を受光した受光素子DT11〜DT55は夫々図1にお
ける信号処理装置71に検出信号を出力し、信号処理装
置71は夫々の検出信号に対応したフォーカス信号を主
制御系MCSに出力する。同様にスリット像AF60は
受光素子DT60上に再結像され、受光素子DT60は
信号処理装置71を介して主制御系MCSに検出信号を
出力する。この受光素子DT60からの検出信号は、ス
リット像AF11〜AF55の反射光が夫々対応する受
光素子に入射したことを知らせるための信号である。ま
た、スリット像AF70は方向弁別センサDT70の境
界線上に再結像される。
カス位置にあるとき、高さ位置検出用のスリット像AF
11〜AF55は夫々対応する受光素子DT11〜DT
55上に再結像される。スリット像AF11〜AF55
を受光した受光素子DT11〜DT55は夫々図1にお
ける信号処理装置71に検出信号を出力し、信号処理装
置71は夫々の検出信号に対応したフォーカス信号を主
制御系MCSに出力する。同様にスリット像AF60は
受光素子DT60上に再結像され、受光素子DT60は
信号処理装置71を介して主制御系MCSに検出信号を
出力する。この受光素子DT60からの検出信号は、ス
リット像AF11〜AF55の反射光が夫々対応する受
光素子に入射したことを知らせるための信号である。ま
た、スリット像AF70は方向弁別センサDT70の境
界線上に再結像される。
【0026】ウェハの高さ位置がベストフォーカス位置
から+Z方向に移動すると、スリット像AF11〜AF
55、AF60及びAF70は受光面上において図2
(c)における上側にシフトする。このとき、スリット
像AF70は受光領域DT70b上に再結像され、受光
領域70bは信号処理装置71に対して、ウェハWがベ
ストフォーカス位置から+Z方向にずれていることを知
らせるための信号を出力する。同様に、ウェハWが−Z
方向に移動すると、各スリット像は図2(c)における
下側にシフトする。このとき、スリット像AF70は受
光領域DT70a上に再結像され、受光領域70aは信
号処理装置71に対してウェハWがベストフォーカス位
置から−Z方向にずれていることを知らせるための信号
を出力する。
から+Z方向に移動すると、スリット像AF11〜AF
55、AF60及びAF70は受光面上において図2
(c)における上側にシフトする。このとき、スリット
像AF70は受光領域DT70b上に再結像され、受光
領域70bは信号処理装置71に対して、ウェハWがベ
ストフォーカス位置から+Z方向にずれていることを知
らせるための信号を出力する。同様に、ウェハWが−Z
方向に移動すると、各スリット像は図2(c)における
下側にシフトする。このとき、スリット像AF70は受
光領域DT70a上に再結像され、受光領域70aは信
号処理装置71に対してウェハWがベストフォーカス位
置から−Z方向にずれていることを知らせるための信号
を出力する。
【0027】次に本例におけるウェハWの表面の高さ位
置をベストフォーカス面の近傍に配置する動作について
説明する。先ず主制御系MCSはすでにウェハW上に形
成されている複数のショット領域のうち、最初に露光を
行うショット領域(第1ショット領域)を投影光学系P
Lの下方に配置する。そして、レチクルR上のパターン
をウェハW上に露光する露光動作に入る前に、受光素子
DT60及びDT70からの信号に基づいてウェハWの
表面をベストフォーカス面の近傍に配置させる。このと
き、例えばウェハWの表面がすでにベストフォーカス位
置の近傍にある場合を考える。
置をベストフォーカス面の近傍に配置する動作について
説明する。先ず主制御系MCSはすでにウェハW上に形
成されている複数のショット領域のうち、最初に露光を
行うショット領域(第1ショット領域)を投影光学系P
Lの下方に配置する。そして、レチクルR上のパターン
をウェハW上に露光する露光動作に入る前に、受光素子
DT60及びDT70からの信号に基づいてウェハWの
表面をベストフォーカス面の近傍に配置させる。このと
き、例えばウェハWの表面がすでにベストフォーカス位
置の近傍にある場合を考える。
【0028】このとき、受光素子DT11〜DT55が
ウェハW上のスリット像AF11〜AF55の反射光を
受光し、かつ受光素子DT60はスリット像AF60の
反射光を受光しており、主制御系MCSは受光素子DT
60からの信号を信号処理装置71を介して入力してい
るので、ウェハ表面がベストフォーカス位置の近傍にあ
ると判断する。
ウェハW上のスリット像AF11〜AF55の反射光を
受光し、かつ受光素子DT60はスリット像AF60の
反射光を受光しており、主制御系MCSは受光素子DT
60からの信号を信号処理装置71を介して入力してい
るので、ウェハ表面がベストフォーカス位置の近傍にあ
ると判断する。
【0029】ウェハ表面がベストフォーカス位置の近傍
に配置されると、次に主制御系MCSは受光素子DT1
1〜DT55からの信号に基づいてウェハ表面とベスト
フォーカス位置とを一致させる。信号処理装置71は第
1列目〜第5列目の受光素子DT11〜DT55からの
検出信号に基づいてウェハ上の各計測点(スリット像A
F11〜AF55の中心点)におけるフォーカス信号を
主制御系MCSに出力する。そして主制御系MCSは各
フォーカス信号に基づいて各計測点の高さ位置を計測
し、それらの高さ位置に基づいて例えばウェハW上の領
域の仮想平面を求め、ウェハW上のショット領域がベス
トフォーカス位置と一致するようにZステージの駆動を
制御する。そして主制御系MCSはYステージ2及びX
ステージ3の駆動を制御してウェハW上にレチクルRの
パターンを露光する次に、ウェハWの表面がベストフォ
ーカス位置から−Z方向にずれており、スリット像AF
11〜AF55の反射光が、夫々に対応する受光素子の
1つ隣の受光素子に入射している場合を考える(以下、
このような状態を「ピッチずれ」と呼ぶ)。受光素子A
F11〜AF55は各列の第1番目の受光素子(DT1
1、DT21、DT31、DT41、DT51)以外の
受光素子がスリット像の反射光を受光している。しか
し、方向弁別センサの70の受光領域70aはスリット
像AF70からの反射光を受光しており、スリット像A
F60の反射光は受光素子DT60からずれた位置に照
射されため、主制御系MCSには受光素子DT60から
の検出信号が入力されず、方向弁別センサ70aからの
検出信号を入力する。従って、主制御系MCSはウェハ
Wの表面がベストフォーカス位置から−Z方向にずれて
いると判断する。そして、主制御系MCSはウェハ駆動
装置22を介してZステージ4を+Z方向に駆動する。
に配置されると、次に主制御系MCSは受光素子DT1
1〜DT55からの信号に基づいてウェハ表面とベスト
フォーカス位置とを一致させる。信号処理装置71は第
1列目〜第5列目の受光素子DT11〜DT55からの
検出信号に基づいてウェハ上の各計測点(スリット像A
F11〜AF55の中心点)におけるフォーカス信号を
主制御系MCSに出力する。そして主制御系MCSは各
フォーカス信号に基づいて各計測点の高さ位置を計測
し、それらの高さ位置に基づいて例えばウェハW上の領
域の仮想平面を求め、ウェハW上のショット領域がベス
トフォーカス位置と一致するようにZステージの駆動を
制御する。そして主制御系MCSはYステージ2及びX
ステージ3の駆動を制御してウェハW上にレチクルRの
パターンを露光する次に、ウェハWの表面がベストフォ
ーカス位置から−Z方向にずれており、スリット像AF
11〜AF55の反射光が、夫々に対応する受光素子の
1つ隣の受光素子に入射している場合を考える(以下、
このような状態を「ピッチずれ」と呼ぶ)。受光素子A
F11〜AF55は各列の第1番目の受光素子(DT1
1、DT21、DT31、DT41、DT51)以外の
受光素子がスリット像の反射光を受光している。しか
し、方向弁別センサの70の受光領域70aはスリット
像AF70からの反射光を受光しており、スリット像A
F60の反射光は受光素子DT60からずれた位置に照
射されため、主制御系MCSには受光素子DT60から
の検出信号が入力されず、方向弁別センサ70aからの
検出信号を入力する。従って、主制御系MCSはウェハ
Wの表面がベストフォーカス位置から−Z方向にずれて
いると判断する。そして、主制御系MCSはウェハ駆動
装置22を介してZステージ4を+Z方向に駆動する。
【0030】さて、ここでスリット像AF33に注目し
てみる。Zステージを+Z方向に駆動している途中でス
リット像AF33の反射光が受光素子DT33に入射し
たとき、スリット像DT70の反射光はまだ受光領域D
T70b上に照射されている。すなわち、このときはま
だ方向弁別センサ70はウェハWがベストフォーカス位
置からずれていることを知らせる信号を主制御系MCS
に出力している。従って主制御系MCSは、受光素子D
T33が受光した光束がスリット像AF33であるの
か、または1ピッチずれたスリット像AF32の反射光
であるのかを判別することができない。しかし、このと
き受光素子DT60はスリット像AF60の反射光を受
光しており、主制御系MCSは受光素子DT60からの
検出信号を信号処理装置71を介して入力するので、受
光素子DT33がスリット像AF33の反射光を受光し
たと判断する。即ち、スリット像AF11〜AF55の
反射光は夫々対応した受光素子DT11〜DT55に入
射したと判断する。従って、主制御系MCSは受光素子
DT60からの検出信号を入力すると、Zステージ4の
+Z方向への駆動を停止させる。
てみる。Zステージを+Z方向に駆動している途中でス
リット像AF33の反射光が受光素子DT33に入射し
たとき、スリット像DT70の反射光はまだ受光領域D
T70b上に照射されている。すなわち、このときはま
だ方向弁別センサ70はウェハWがベストフォーカス位
置からずれていることを知らせる信号を主制御系MCS
に出力している。従って主制御系MCSは、受光素子D
T33が受光した光束がスリット像AF33であるの
か、または1ピッチずれたスリット像AF32の反射光
であるのかを判別することができない。しかし、このと
き受光素子DT60はスリット像AF60の反射光を受
光しており、主制御系MCSは受光素子DT60からの
検出信号を信号処理装置71を介して入力するので、受
光素子DT33がスリット像AF33の反射光を受光し
たと判断する。即ち、スリット像AF11〜AF55の
反射光は夫々対応した受光素子DT11〜DT55に入
射したと判断する。従って、主制御系MCSは受光素子
DT60からの検出信号を入力すると、Zステージ4の
+Z方向への駆動を停止させる。
【0031】ウェハ表面がベストフォーカス位置の近傍
に配置されると、上述の動作と同様に主制御系MCSは
受光素子DT11〜DT55からの信号に基づいてウェ
ハ表面とベストフォーカス位置とを一致させた後、レチ
クルのパターンをウェハ上に露光する。また、ウェハW
の表面が+Z方向にずれているときは、先の−Z方向に
ずれているときの動作と高さ方向を逆方向に動作させる
ことにより、ウェハW上のショット領域とベストフォー
カス位置とを一致させることができる。
に配置されると、上述の動作と同様に主制御系MCSは
受光素子DT11〜DT55からの信号に基づいてウェ
ハ表面とベストフォーカス位置とを一致させた後、レチ
クルのパターンをウェハ上に露光する。また、ウェハW
の表面が+Z方向にずれているときは、先の−Z方向に
ずれているときの動作と高さ方向を逆方向に動作させる
ことにより、ウェハW上のショット領域とベストフォー
カス位置とを一致させることができる。
【0032】以上のような構成及び動作によって、ウェ
ハ表面の高さ位置がベストフォーカス位置からずれてい
るとき(特にピッチずれが生じているとき)でも、速や
かにウェハ表面をベストフォーカス面の近傍に配置する
ことが可能となる。また、第1ショット領域を露光する
際に、ウェハ表面はベストフォーカス位置とほぼ一致し
ているため、2番目以降に露光を行うショット領域に対
しては上述のウェハ表面をベストフォーカス位置の近傍
に配置する動作を行う必要はない。
ハ表面の高さ位置がベストフォーカス位置からずれてい
るとき(特にピッチずれが生じているとき)でも、速や
かにウェハ表面をベストフォーカス面の近傍に配置する
ことが可能となる。また、第1ショット領域を露光する
際に、ウェハ表面はベストフォーカス位置とほぼ一致し
ているため、2番目以降に露光を行うショット領域に対
しては上述のウェハ表面をベストフォーカス位置の近傍
に配置する動作を行う必要はない。
【0033】また、上述のようにウェハ表面をベストフ
ォーカス位置の近傍に配置する動作は、ウェハをステー
ジ上に配置した後のウェハのプリアライメント動作と同
時に行っても良い。また、本実施例においてはスリット
像AF70を形成する光束は照射せず、スリット像AF
60だけを使ってもよい。このとき方向弁別センサDT
70の2つの受光領域DT70a、DT70bは、スリ
ット像AF60の反射光を受光する受光素子DT60の
両脇に配置される。
ォーカス位置の近傍に配置する動作は、ウェハをステー
ジ上に配置した後のウェハのプリアライメント動作と同
時に行っても良い。また、本実施例においてはスリット
像AF70を形成する光束は照射せず、スリット像AF
60だけを使ってもよい。このとき方向弁別センサDT
70の2つの受光領域DT70a、DT70bは、スリ
ット像AF60の反射光を受光する受光素子DT60の
両脇に配置される。
【0034】次に本発明の第2実施例を図1及び図3を
用いて説明する。本実施例は図1に示した第1実施例に
おけるパターン形成板62と受光器69の構成、及び信
号処理装置71による信号処理方法が異なるだけで、そ
の他の構成は第1実施例と同様である。従って、第1実
施例と同様の機能を果たす部材については説明を省略す
る。
用いて説明する。本実施例は図1に示した第1実施例に
おけるパターン形成板62と受光器69の構成、及び信
号処理装置71による信号処理方法が異なるだけで、そ
の他の構成は第1実施例と同様である。従って、第1実
施例と同様の機能を果たす部材については説明を省略す
る。
【0035】本実施例における不図示のパターン形成板
は、図2(b)に示した第1実施例と同様に25個の開
口パターン(HP11〜HP55)の他に、図2(b)
における開口パターンHP60の位置に1つの開口パタ
ーンが設けられている。これらの開口パターンによって
図3(a)に示すように、ウェハ上に焦点検出用のスリ
ット像AF11〜AF55が形成される他、スリット像
AF23とスリット像AF33との間にY方向を長手方
向としたスリット像AF80が形成される。そして、図
7(b)に示すように、受光器69の受光面上には図2
(c)に示した第1実施例と同様に受光素子DT11〜
DT55の他に、スリット像AF80の反射光を受光す
るための受光素子DT80が第2列目の受光素子DT2
1〜DT25と第3列目の受光素子DT31〜DT35
との間に配置されている。この受光素子DT80は受光
素子DT11〜DT55の列方向に複数の受光領域が配
列されたアレイセンサである。受光素子DT11〜DT
55は先の第1実施例と同様に、スリット像AF11〜
AF55からの反射光を受光すると、検出信号を信号処
理装置71に出力する。同様に、アレイセンサDT80
はスリット像AF80からの反射光を受光すると、検出
信号を図1における信号処理装置71に出力する。信号
処理装置71はアレイセンサDT80の中心部を基準位
置AC(以下、「中心位置AC」とする)として、スリ
ット像AF80の反射光の受光位置とこの中心位置AC
とのずれ量及びずれの方向を計測する。この中心位置A
Cは受光素子DT11〜DT55の各列の3番目の受光
素子DT13、DT23、DT33、DT43、DT5
3の中心点を結ぶ直線上にある。すなわち、スリット像
AF80の反射光がアレイセンサの中心点に照射された
とき、ウェハWの高さ位置はベストフォーカス位置と一
致している。
は、図2(b)に示した第1実施例と同様に25個の開
口パターン(HP11〜HP55)の他に、図2(b)
における開口パターンHP60の位置に1つの開口パタ
ーンが設けられている。これらの開口パターンによって
図3(a)に示すように、ウェハ上に焦点検出用のスリ
ット像AF11〜AF55が形成される他、スリット像
AF23とスリット像AF33との間にY方向を長手方
向としたスリット像AF80が形成される。そして、図
7(b)に示すように、受光器69の受光面上には図2
(c)に示した第1実施例と同様に受光素子DT11〜
DT55の他に、スリット像AF80の反射光を受光す
るための受光素子DT80が第2列目の受光素子DT2
1〜DT25と第3列目の受光素子DT31〜DT35
との間に配置されている。この受光素子DT80は受光
素子DT11〜DT55の列方向に複数の受光領域が配
列されたアレイセンサである。受光素子DT11〜DT
55は先の第1実施例と同様に、スリット像AF11〜
AF55からの反射光を受光すると、検出信号を信号処
理装置71に出力する。同様に、アレイセンサDT80
はスリット像AF80からの反射光を受光すると、検出
信号を図1における信号処理装置71に出力する。信号
処理装置71はアレイセンサDT80の中心部を基準位
置AC(以下、「中心位置AC」とする)として、スリ
ット像AF80の反射光の受光位置とこの中心位置AC
とのずれ量及びずれの方向を計測する。この中心位置A
Cは受光素子DT11〜DT55の各列の3番目の受光
素子DT13、DT23、DT33、DT43、DT5
3の中心点を結ぶ直線上にある。すなわち、スリット像
AF80の反射光がアレイセンサの中心点に照射された
とき、ウェハWの高さ位置はベストフォーカス位置と一
致している。
【0036】次に、レチクルR上のパターンをウェハW
上に露光する露光動作に入る前に、ウェハWの表面をベ
ストフォーカス面の近傍に配置する動作について説明す
る。先ずアレイセンサDT80はスリット像AF80の
反射光を受光すると、検出信号を信号処理装置71に出
力する。信号処理装置71は上述のように、スリット像
AF80の受光位置の中心位置ACからのずれの方向と
ずれ量を計測して主制御系MCSに出力する。主制御系
そMCSはスリット像AF80の反射光がアレイセンサ
の中心位置ACに来るように、Zステージ4をサーボ制
御してウェハWの高さ位置をベストフォーカス位置の近
傍に配置する。
上に露光する露光動作に入る前に、ウェハWの表面をベ
ストフォーカス面の近傍に配置する動作について説明す
る。先ずアレイセンサDT80はスリット像AF80の
反射光を受光すると、検出信号を信号処理装置71に出
力する。信号処理装置71は上述のように、スリット像
AF80の受光位置の中心位置ACからのずれの方向と
ずれ量を計測して主制御系MCSに出力する。主制御系
そMCSはスリット像AF80の反射光がアレイセンサ
の中心位置ACに来るように、Zステージ4をサーボ制
御してウェハWの高さ位置をベストフォーカス位置の近
傍に配置する。
【0037】ウェハWがベストフォーカス位置の近傍に
配置されると、主制御系MCSは先の第1実施例と同様
に、信号処理装置71からのフォーカス信号に基づいて
ウェハW上のショット領域がベストフォーカス位置と一
致するようにZステージの駆動を制御する。以上のよう
に、本実施例ではウェハの高さ位置のベストフォーカス
位置からのずれ量とずれの方向とを同時に知ることがで
き、ピッチずれを生じているときでも速やかにウェハ表
面をベストフォーカス位置の近傍に配置することが可能
となる。
配置されると、主制御系MCSは先の第1実施例と同様
に、信号処理装置71からのフォーカス信号に基づいて
ウェハW上のショット領域がベストフォーカス位置と一
致するようにZステージの駆動を制御する。以上のよう
に、本実施例ではウェハの高さ位置のベストフォーカス
位置からのずれ量とずれの方向とを同時に知ることがで
き、ピッチずれを生じているときでも速やかにウェハ表
面をベストフォーカス位置の近傍に配置することが可能
となる。
【0038】また本実施例の変形例として、信号処理装
置71によるアレイセンサの信号処理をより簡単にする
ために、アレイセンサの長さを短くした(受光領域の数
を少なくした)例を図3(c)に示す。これは先の第2
実施例と同様に、第2列目の受光素子DT21〜DT2
5と第3列目の受光素子DT31〜DT35との間に細
長く伸びた受光領域を有する。そして、この受光領域は
中央部(受光素子DT11〜DT55における第2番目
から第4番目の間)に配置されるアレイセンサDT90
と、その両側に配置される方向弁別センサDT91、D
T92とから構成されている。方向弁別センサDT9
1、DT92は図2(c)に示した方向弁別センサの受
光領域DT70a、DT70bと同様に、スリット像A
F80の反射光を受光すると、ウェハの高さ位置のベス
トフォーカス位置からのずれの方向を知らせる信号を信
号処理装置71に出力する。またアレイセンサDT90
は先の第2実施例と同様に中心位置ACを有する。アレ
イセンサDT90がスリット像AF80の反射光を受光
すると、信号処理装置71に検出信号を出力し、この信
号処理装置71は先の第2実施例と同様にスリット像A
F80の反射光の受光位置と中心位置ACとのずれの量
及びそのずれの方向を計測する。
置71によるアレイセンサの信号処理をより簡単にする
ために、アレイセンサの長さを短くした(受光領域の数
を少なくした)例を図3(c)に示す。これは先の第2
実施例と同様に、第2列目の受光素子DT21〜DT2
5と第3列目の受光素子DT31〜DT35との間に細
長く伸びた受光領域を有する。そして、この受光領域は
中央部(受光素子DT11〜DT55における第2番目
から第4番目の間)に配置されるアレイセンサDT90
と、その両側に配置される方向弁別センサDT91、D
T92とから構成されている。方向弁別センサDT9
1、DT92は図2(c)に示した方向弁別センサの受
光領域DT70a、DT70bと同様に、スリット像A
F80の反射光を受光すると、ウェハの高さ位置のベス
トフォーカス位置からのずれの方向を知らせる信号を信
号処理装置71に出力する。またアレイセンサDT90
は先の第2実施例と同様に中心位置ACを有する。アレ
イセンサDT90がスリット像AF80の反射光を受光
すると、信号処理装置71に検出信号を出力し、この信
号処理装置71は先の第2実施例と同様にスリット像A
F80の反射光の受光位置と中心位置ACとのずれの量
及びそのずれの方向を計測する。
【0039】このような構成により、例えばウェハWの
高さ位置がベストフォーカス位置からずれたことによっ
て、スリット像AF80の反射光が方向弁別センサDT
91に入射したとき、主制御系MCSはウェハWの表面
がベストフォーカス位置から+Z方向にずれていると判
断し、ウェハ駆動装置22を介してZステージ4を−Z
方向に駆動する。そしてスリット像AF80の反射光が
アレイセンサDT90に入射すると、主制御系MCSは
スリット像AF80の反射光がアレイセンサの中心位置
にくるように、Zステージ4をサーボ制御してウェハW
の高さ位置をベストフォーカス位置の近傍に配置する。
高さ位置がベストフォーカス位置からずれたことによっ
て、スリット像AF80の反射光が方向弁別センサDT
91に入射したとき、主制御系MCSはウェハWの表面
がベストフォーカス位置から+Z方向にずれていると判
断し、ウェハ駆動装置22を介してZステージ4を−Z
方向に駆動する。そしてスリット像AF80の反射光が
アレイセンサDT90に入射すると、主制御系MCSは
スリット像AF80の反射光がアレイセンサの中心位置
にくるように、Zステージ4をサーボ制御してウェハW
の高さ位置をベストフォーカス位置の近傍に配置する。
【0040】ここで第2実施例において、スリット像A
F80を形成する光束を照射せず、高さ位置検出用のス
リット像AF11〜AF55を形成する光束を照射する
だけでも、受光器69上でのスリット像AF11〜AF
55の反射光のずれ方向(ウェハの高さ位置のずれ方
向)を検出することができる。これは、アレイセンサD
T80の代わりに、第3列目の受光素子DT31〜DT
35の両側に方向弁別センサを設けることによって達成
される。このような構成により、スリット像AF11〜
AF55の反射光が例えば図3(b)の上側にずれたと
き、スリット像AF31の反射光が受光素子DT31の
隣に設けられた方向弁別センサに入射するため、ずれの
方向が検出される。
F80を形成する光束を照射せず、高さ位置検出用のス
リット像AF11〜AF55を形成する光束を照射する
だけでも、受光器69上でのスリット像AF11〜AF
55の反射光のずれ方向(ウェハの高さ位置のずれ方
向)を検出することができる。これは、アレイセンサD
T80の代わりに、第3列目の受光素子DT31〜DT
35の両側に方向弁別センサを設けることによって達成
される。このような構成により、スリット像AF11〜
AF55の反射光が例えば図3(b)の上側にずれたと
き、スリット像AF31の反射光が受光素子DT31の
隣に設けられた方向弁別センサに入射するため、ずれの
方向が検出される。
【0041】また、ピッチずれのみを検出するのであれ
ば受光器69の受光面上には受光素子DT11〜DT5
5だけあればよい。これは図3(c)において、例えば
各列の第1番目の受光素子DT11、DT21、DT3
1、DT41、DT51以外の全ての受光素子にスリッ
ト像AF11〜AF55の反射光が入射したときは、ピ
ッチずれが生じていると判断し、Zステージを+Z方向
に駆動する。同様に各列の第1番目と第2番目の受光素
子以外の受光素子に光が入射しているようなときは、ス
リット像AF11〜AF55の反射光が2ピッチ分ずれ
ていると判断し、Zステージを+Z方向に駆動する。
ば受光器69の受光面上には受光素子DT11〜DT5
5だけあればよい。これは図3(c)において、例えば
各列の第1番目の受光素子DT11、DT21、DT3
1、DT41、DT51以外の全ての受光素子にスリッ
ト像AF11〜AF55の反射光が入射したときは、ピ
ッチずれが生じていると判断し、Zステージを+Z方向
に駆動する。同様に各列の第1番目と第2番目の受光素
子以外の受光素子に光が入射しているようなときは、ス
リット像AF11〜AF55の反射光が2ピッチ分ずれ
ていると判断し、Zステージを+Z方向に駆動する。
【0042】また、本発明は上述の第1及び第2実施例
のようにスリットスキャン露光方式の投影露光装置だけ
ではなく、従来から広く一般に用いられているステップ
アンドリピート方式の縮小投影型露光装置(ステッパ
ー)にも適用することができる。なお、本発明は上述の
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。
のようにスリットスキャン露光方式の投影露光装置だけ
ではなく、従来から広く一般に用いられているステップ
アンドリピート方式の縮小投影型露光装置(ステッパ
ー)にも適用することができる。なお、本発明は上述の
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】以上のように本発明によれば、基板の高
さ位置が目標位置からずれることにより、高さ位置の検
出ができなくなっても、基板表面の目標位置からのずれ
方向を検出することができる。従って、基板の表面をベ
ストフォーカス位置に速やかに配置し、高精度に基板の
高さ位置を検出することができる。また、高さ位置検出
用の複数の光束の基板からの反射光が夫々対応する受光
素子に対して1つずつずれて入射しているときでも、基
板の高さ位置が目標位置からずれていることが分かるた
め、高さ位置を誤検出することがなくなる。
さ位置が目標位置からずれることにより、高さ位置の検
出ができなくなっても、基板表面の目標位置からのずれ
方向を検出することができる。従って、基板の表面をベ
ストフォーカス位置に速やかに配置し、高精度に基板の
高さ位置を検出することができる。また、高さ位置検出
用の複数の光束の基板からの反射光が夫々対応する受光
素子に対して1つずつずれて入射しているときでも、基
板の高さ位置が目標位置からずれていることが分かるた
め、高さ位置を誤検出することがなくなる。
【0044】また基板上において、高さ位置検出用の測
定点(スリット像の中心点)の配列線とは異なり、かつ
この配列線と平行な線上に1つの照射点を形成している
ため、高さ位置検出系における測定点の配置や光学系を
制約することなく、基板表面と目標位置とのずれを検出
することができる。
定点(スリット像の中心点)の配列線とは異なり、かつ
この配列線と平行な線上に1つの照射点を形成している
ため、高さ位置検出系における測定点の配置や光学系を
制約することなく、基板表面と目標位置とのずれを検出
することができる。
【図1】本発明による高さ位置検出装置の第1実施例が
適用された投影露光装置を示す図である。
適用された投影露光装置を示す図である。
【図2】(a)はウェハ上に投影されたスリット状の開
口パターン像の配置を示す平面図、(b)は高さ位置検
出系のパターン形成板上の開口パターンの配置を示す平
面図、(c)は受光器上の受光素子の配置を示す平面図
である。
口パターン像の配置を示す平面図、(b)は高さ位置検
出系のパターン形成板上の開口パターンの配置を示す平
面図、(c)は受光器上の受光素子の配置を示す平面図
である。
【図3】(a)は第2実施例におけるウェハ上に投影さ
れたスリット状の開口パターン像の配置を示す平面図、
(b)は第2実施例における受光器上の受光素子の配置
を示す平面図、(c)は第2実施例における受光器上に
設けられた受光素子の変形例を示す平面図である。
れたスリット状の開口パターン像の配置を示す平面図、
(b)は第2実施例における受光器上の受光素子の配置
を示す平面図、(c)は第2実施例における受光器上に
設けられた受光素子の変形例を示す平面図である。
62・・・パターン形成板 69・・・受光器 71・・・信号処理装置 22・・・ウェハ駆動装置 4・・・Zステージ W・・・ウェハ R・・・レチクル MCS・・主制御系 EL・・・露光光 IL・・・照明光
Claims (5)
- 【請求項1】 少なくとも2つの第1光束を基板に対し
て斜め方向から照射し、前記基板上の前記第1光束の入
射方向に所定間隔で配列された少なくとも2つの第1照
射点を形成する投光手段と、 前記第1光束の前記基板からの反射光を少なくとも2つ
の第1受光素子によって個別に光電検出するとともに、
前記基板の高さ位置と前記基板の高さ方向における所定
の目標位置との前記高さ方向の偏差量に対応した信号を
出力する第1受光手段と、 前記基板を保持するとともに、前記高さ方向に移動可能
なステージと、 前記第1受光手段からの信号に基づいて、前記基板の高
さ位置が前記目標位置と一致するように前記ステージの
前記高さ方向への駆動を制御する制御手段とを有する基
板の高さ位置検出装置において、 前記投光手段は前記基板上の第1照射点の配列線とは異
なり、かつ該配列線と平行な少なくとも1つの線上に1
つの第2照射点が形成されるように、第2光束を前記基
板上に照射し、 前記第1受光素子中の1つの特定受光素子が検出可能な
前記基板の高さ位置の検出範囲とほぼ同じ検出範囲を有
し、前記第2光束の前記基板からの反射光を受光する第
2受光手段と、 前記基板の高さ位置が、前記第2受光手段の前記基板の
高さ位置の検出範囲からずれた位置にあるとき、前記第
2光束の前記基板からの反射光を受光して、少なくとも
前記ずれの方向を検出する方向センサとを有することを
特徴とする基板の高さ位置検出手段。 - 【請求項2】 前記制御手段は、前記方向センサからの
信号に基づいて前記基板の高さ位置が前記目標位置の近
傍にくるように前記ステージの駆動を制御するととも
に、前記第2受光手段からの信号を入力しているときの
前記第1受光手段からの信号に基づいて、前記基板の高
さ位置と前記目標位置とが一致するように前記ステージ
の駆動を制御することを特徴とする請求項1に記載の装
置。 - 【請求項3】 前記ステージは前記高さ方向にほぼ垂直
な平面内で2次元移動可能であり、 前記投光手段は、前記基板上に形成されるパターンの方
向に交差する方向を長手方向とするスリット状の前記第
1照射点及び第2照射点を形成するための少なくとも3
つの開口部が設けられた遮光板を有するとともに、前記
ステージの一方の移動方向から前記基板に対して斜めに
前記第1及び第2光束を照射することを特徴とする請求
項2に記載の装置。 - 【請求項4】 前記投光手段は、前記配列線と異なり、
かつ該配列線と平行な2つの線上に夫々1つの前記第2
照射点が形成されるように、2つの前記第2光束を前記
基板上に照射し、 前記第2受光手段は一方の前記第2光束の前記基板から
の反射光を受光するとともに、前記方向センサは他方の
前記第2光束の前記基板からの反射光を受光することを
特徴とする請求項3に記載の装置。 - 【請求項5】 前記第2受光手段は前記少なくとも2つ
の第1受光素子の間隔の2倍以上の大きさを有し、前記
第1受光素子の配列方向と同じ方向に並んだアレイ状素
子で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の
装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27839593A JP3453818B2 (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 基板の高さ位置検出装置及び方法 |
US08/333,291 US5569930A (en) | 1993-11-08 | 1994-11-01 | Substrate height position detecting apparatus wherein a stop plate transmits a pattern of oblique light beams which are reflected by the substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27839593A JP3453818B2 (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 基板の高さ位置検出装置及び方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07130635A true JPH07130635A (ja) | 1995-05-19 |
JP3453818B2 JP3453818B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=17596749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27839593A Expired - Fee Related JP3453818B2 (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 基板の高さ位置検出装置及び方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5569930A (ja) |
JP (1) | JP3453818B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999005707A1 (fr) * | 1997-07-22 | 1999-02-04 | Nikon Corporation | Procede de mise au point, procede d'exposition et regleur |
US5991007A (en) * | 1997-05-23 | 1999-11-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Step and scan exposure system and semiconductor device manufactured using said system |
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