JPH0786136A

JPH0786136A - 面位置設定装置

Info

Publication number: JPH0786136A
Application number: JP5228707A
Authority: JP
Inventors: Takashi Miyaji; 敬宮地
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1993-09-14
Publication date: 1995-03-31
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JP3305448B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置
において、露光領域の走査方向の幅が変化しても、最適
なオートフォーカス及びオートレベリング制御を行う。【構成】ウエハの露光面でスリット状の露光領域１６
Ａ又は１６を囲む領域３４内のフォーカス位置ΔＺ（曲
面４６又は４７のフォーカス位置）を計測する。狭い露
光領域１６Ａの場合には、露光領域１６Ａ内の部分曲面
４６ａのフォーカス位置のデータのみを用いて部分曲面
４６ａの近似平面を算出し、通常の露光領域１６の場合
には、露光領域１６内の部分曲面４７ａのフォーカス位
置のデータのみを用いて部分曲面４７ａの近似平面を算
出し、それら近似平面を投影光学系による結像面に合致
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、面位置設定装置に関
し、特に、例えば矩形又は円弧状等のスリット状の照明
領域に対してレチクル及び感光性の基板を同期して走査
することにより、レチクル上のパターンをその基板上の
各ショット領域に逐次露光する所謂ステップ・アンド・
スキャン方式の露光装置の、オートフォーカス機構又は
オートレベリング機構に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子又
は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー技術を用い
て製造する際に、フォトマスク又はレチクル（以下、
「レチクル」と総称する）のパターンを投影光学系を介
して、フォトレジスト等が塗布されたウエハ（又はガラ
スプレート等）上に露光する投影露光装置が使用されて
いる。一般に投影露光装置では高い解像度が要求され、
装着されている投影光学系の開口数は高いため、投影像
の焦点深度（フォーカスマージン）は開口数の自乗に反
比例して減少している。そこで、ウエハの各ショット領
域を投影光学系の結像面に対して焦点深度の範囲内で合
わせ込むために、従来より投影露光装置には、露光フィ
ールド内の所定の基準点でのウエハのフォーカス位置を
投影光学系による結像面に合わせ込むためのオートフォ
ーカス機構、及び露光フィールド内のウエハの露光面の
傾斜角を結像面に平行に設定するためのオートレベリン
グ機構が設けられている。

【０００３】従来のオートフォーカス機構は、ウエハの
各ショット領域内の所定の計測点のフォーカス位置（投
影光学系の光軸方向の位置）の結像面からのデフォーカ
ス量を検出するための焦点位置検出センサー（以下、
「ＡＦセンサー」という）と、Ｚステージの高さを制御
してそのデフォーカス量を許容範囲内に収めるためのサ
ーボ系とより構成されている。そのＡＦセンサーの内
で、斜入射方式の検出装置では、露光フィールド内の所
定の計測点に斜めに投射されたスリットパターン像を受
光部で再結像し、ウエハの表面のフォーカス位置が変化
すると、その再結像されたスリットパターン像の位置が
変化することから、その計測点でのフォーカス位置を検
出するものである。

【０００４】一方、オートレベリング機構は、ウエハの
各ショット領域上の３点以上の計測点でのフォーカス位
置を検出するレベリングセンサーと、それら３点以上の
計測点でのフォーカス位置により定まる平均的な面の傾
斜角のずれ量を許容範囲内に収めるためのサーボ系とよ
り構成されている。これに関して、従来一般に使用され
ていた一括露光方式の投影露光装置（ステッパー等）で
は、フォーカス位置の検出対象であるウエハが露光中静
止しているため、投影光学系の開口数が更に大きくなっ
た場合でも、デフォーカス量を検出するＡＦセンサー及
びレベリングセンサーの分解能及び精度を向上し、サー
ボ系内のＺステージのメカニズムを高精度化する等によ
り、焦点深度の減少に対応することが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】最近は、半導体素子等
の１個のチップパターンが大型化する傾向にあり、投影
露光装置においては、レチクル上のより大きな面積のパ
ターンをウエハ上に露光する大面積化が求められてい
る。また、半導体素子等のパターンが微細化するのに応
じて、投影光学系の解像度を向上することも求められて
いるが、投影光学系の解像度を向上するためには、投影
光学系の露光フィールドを大きくすることが設計上ある
いは製造上難しいという不都合がある。特に、投影光学
系として、反射屈折系を使用するような場合には、無収
差の露光フィールドの形状が円弧状の領域となることも
ある。

【０００６】斯かる転写対象パターンの大面積化及び投
影光学系の露光フィールドの制限に応えるために、例え
ば矩形、円弧状又は６角形等の照明領域（これを「スリ
ット状の照明領域」という）に対してレチクル及びウエ
ハを同期して走査することにより、レチクル上のそのス
リット状の照明領域より広い面積のパターンを逐次ウエ
ハ上の各ショット領域に露光する所謂ステップ・アンド
・スキャン方式の投影露光装置が開発されている。

【０００７】この種の投影露光装置においても、走査露
光中のウエハの露光面を結像面に合わせ込むためのオー
トフォーカス機構及びオートレベリング機構が必要であ
る。しかしながら、ステップ・アンド・スキャン方式の
場合には、フォーカス位置の検出対象であるウエハが露
光中に移動し、計測点のフォーカス位置を示すＡＦセン
サー又はレベリングセンサーの出力信号が走査方向の位
置の関数として変化するために、一括露光方式の投影露
光装置と同様の信号処理及び制御を行った場合には、ウ
エハのフォーカス位置の変動に対する追従性が悪く、ウ
エハの露光面を結像面に対して焦点深度の範囲内で合わ
せ込むことが困難であるという不都合がある。以下、こ
の不都合について詳細に説明する。

【０００８】即ち、ステップ・アンド・スキャン方式の
投影露光装置の場合、先に述べたようにフォーカス位置
の検出信号は走査方向の位置の関数として、しかもそれ
が時系列として観測される。このため単にこの信号を偏
差信号として閉ループサーボを動作させた場合には、仮
に系の応答が十分速いものであればＺステージはその時
系列信号にダイナミックに追従する形で制御が行われる
ことになる。スリット状の露光領域（露光照野）の走査
方向の幅が走査速度に対して十分に小さいものである場
合には、これで特に不都合はないが、通常スリット状の
露光領域の走査方向の幅は走査速度に対して無視できな
い値を持っている。

【０００９】このため、仮に露光領域の中心をフォーカ
ス位置の検出信号に完全に追従させて移動させても、ウ
エハ上の或る一点がスリット状の露光領域内を通過する
間のＺステージの動きが、振動としてその点での結像特
性に対して悪影響を及ぼすことになる。また、このこと
は、次のように考えることもできる。スリット状の露光
領域は、走査方向に有限の幅を持っているため、ウエハ
上でその幅内で１周期となる凹凸を限界として、それよ
り細かい凹凸には本質的に追従できないこととなる。こ
の場合の最良の制御は、何の制御も行わないことであ
り、先の例のように細かい凹凸に対して露光領域の中心
を追従させた場合には、却って合焦精度の悪化による像
劣化を招くこととなる。

【００１０】また、ステップ・アンド・スキャン方式の
場合には、走査露光方式で露光する際のレチクルのパタ
ーンの端部において、不要なパターンの露光を防止する
ためにスリット状の照明領域、ひいてはスリット状の露
光領域（露光照野）の形状を小さくする必要がある。こ
れは露光中に露光領域の形状（走査方向の幅）が変化す
ることを意味するが、従来のステッパー等では有り得な
かった動作であるため、従来は露光領域の形状の変化に
対応する制御方式は特に考えられていなかった。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、ステップ・アン
ド・スキャン方式の露光装置において、露光動作中に露
光領域の形状が変化した場合でも、移動しているウエハ
の露光面のフォーカス位置に対する追従性を適当な状態
に制御することによって、焦点深度内にウエハの露光面
を保持することと像劣化の防止とのバランスを取り、最
適なオートフォーカス及びオートレベリング制御を行う
ことができる面位置設定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】本発明による面位置設定
装置は、所定形状の可変の照明領域（８）に対して転写
用のパターンが形成されたマスク（７）を所定の方向に
走査するマスクステージ（９）と、このマスクステージ
に同期して感光性の基板（１５）を所定の方向に走査す
る基板ステージ（２０）とを有し、マスク（７）のパタ
ーンを逐次基板（１５）上に露光する走査型の露光装置
に設けられ、基板（１５）の露光面を所定の基準面に合
わせ込むための装置であって、基板ステージ（２０）に
設けられ基板（１５）の露光面の所定の近似平面をその
所定の基準面に合わせ込む面設定手段（１７，１９，２
４）と、マスクのパターンの露光領域（１６）及びこの
露光領域に対して走査方向に手前側の領域よりなる計測
領域内の複数の計測点（ＰＡ１，ＰＢ１，ＰＣ１）で基
板（１５）の露光面の高さを検出する高さ検出手段（２
５Ａ１，２５Ｂ１，２５Ｃ１）とを有する。

【００１３】更に本発明は、その高さ検出手段により検
出されたそれら複数の計測点の高さの内から、可変の照
明領域（８）に応じて定まるそのマスクのパターンの可
変の露光領域（１６）内での基板（１５）の露光面の高
さを用いて、基板（１５）の露光面の近似平面を求める
近似平面演算手段（４０）を有し、この近似平面演算手
段で求められた近似平面をその面設定手段によりその所
定の基準面に合わせ込むものである。

【００１４】

【作用】斯かる本発明の原理につき説明する。先ず高さ
検出手段は、基板（１５）上の対応する計測点でのマス
ク方向の位置（フォーカス位置）を検出するものであ
る。図２に示すように、マスクパターンのスリット状の
最大の露光領域（１６）に対して一方向に計測点（ＰＢ
１〜ＰＢＮ）が設定され、他方向にも計測点（ＰＣ１〜
ＰＣＮ）が設定されている。この場合、基板（１５）が
図２で右方向に走査される場合には、計測点（ＰＢ１〜
ＰＢＮ）でのフォーカス位置が使用され、基板（１５）
が左方向に移動する場合には計測点（ＰＣ１〜ＰＣＮ）
でのフォーカス位置が使用される。

【００１５】例えば基板（１５）が図３に示すように右
方向に走査される場合、露光領域（１６）の手前の高さ
検出手段（２５Ｂ１等）により基板（１５）上の計測点
（ＰＢ１等）でのフォーカス位置を先読みし、フォーカ
ス位置に対応する信号（ＳＢ１）を図４に示すような時
系列信号として検出する。実際に処理対象となるのはフ
ォーカス位置に対応する信号であるが、以下ではフォー
カス位置そのものを処理対象として説明する。先ずその
フォーカス位置（ΔＺで表す）を、基板（１５）の移動
座標をモニターするための測定手段（レーザ干渉計等）
で測定された走査方向の座標位置に同期してサンプリン
グすることにより、先の時系列信号を図７に示すように
位置の関数として記憶する。結果として、２次元座標
（Ｘ，Ｙ）に対して検出されたフォーカス位置ΔＺを割
り当てた３次元マップとして、検出されたフォーカス位
置が管理される。図７（ａ）及び（ｂ）の曲面（４６）
及び（４７）はフォーカス位置に接する曲面である。

【００１６】また、マスク（７）のパターンを基板（１
５）上に露光する際に、図６（ａ）に示すように、マス
ク（７）の端部では照明領域（８Ａ）の走査方向の幅は
狭くなり、図６（ｂ）に示すように、マスク（７）の中
央部では照明領域（８）の走査方向の幅は広くなる。そ
の図６（ａ）及び（ｂ）に対応する基板（１５）上のス
リット状の露光領域は、それぞれ図７（ａ）の露光領域
（１６Ａ）及び図７（ｂ）の露光領域（１６）のように
走査方向の幅が変化している。

【００１７】本発明では、図６（ａ）に示すようにマス
ク（７）の端部では、そのフォーカス位置の情報である
３次元マップから、図７（ａ）の露光領域（１６Ａ）内
のデータを切り出してその近似平面を算出する。一方、
図６（ｂ）に示すようにマスク（７）の中央部では、図
７（ｂ）の３次元マップから露光領域（１６）内のデー
タを切り出してその近似平面を算出する。そのように露
光領域（１６Ａ又は１６）内でのフォーカス位置の計測
点の個数をｎ個として、ｉ番目の計測点の２次元座標を
（Ｘ_i,Ｙ_i)（ｉ＝１〜ｎ）、ｉ番目の計測点でのフォー
カス位置の計測値をΔＺ_iとする。この場合、その近似
平面のＸ方向の傾斜角θ_X、Ｙ方向の傾斜角θ_Y及びそ
の近似平面のフォーカス位置ΔＺ₀は、次式で算出され
る。

【００１８】

【数１】

【００１９】その後、３個の自由度を有する面設定手段
（１７，１９，２４）に傾斜角θ_X、傾斜角θ_Y及びフ
ォーカス位置ΔＺ₀を供給し、その面設定手段ではそれ
ら３個のパラメータを偏差量として基板（１５）の位置
を制御することにより、サーボ制御が行われる。サーボ
制御については、それら３個のパラメータを速度指令値
として全体を閉ループ制御とし、この指令値が０となる
ようにループを制御してもよい。又は、それら３個のパ
ラメータを位置の指令値とし、この指令値に追従するよ
うにその面設定手段を制御してもよい。

【００２０】以上の動作は、基板（１５）が載置された
ステージの走査方向の位置に同期して、或る一定の間隔
で繰り返し実行される。このような方式によれば、逐次
その時々の露光領域（１６Ａ，１６）の大きさに対し
て、露光領域（１６Ａ，１６）の走査方向の幅が大きけ
れば広い範囲で近似平面計算が行われることとなり、結
果として全体の系は緩やかな追従性を持つようになり、
基板（１５）の表面の細かい凹凸には追従しなくなる。
逆に、露光領域（１６Ａ，１６）の走査方向の幅が小さ
い場合には、狭い範囲で近似平面計算が行われることと
になり、全体の系は速い追従性を持つこととなり、基板
（１５）の表面の細かい凹凸にまで追従するようにな
る。このようにして追従性を制御することで、フォーカ
ス位置のマージンの確保と不要な振動の抑制による像劣
化の防止という背反する２つの要素をバランスさせて、
最適な妥協点を設定している。

【００２１】

【実施例】以下、本発明による面位置設定装置の一実施
例につき図面を参照して説明する。本実施例は、ステッ
プ・アンド・スキャン方式の投影露光装置のオートフォ
ーカス機構及びオートレベリング機構に本発明を適用し
たものである。図１は本実施例の投影露光装置の全体構
成を示し、この図１において、光源及びオプティカルイ
ンテグレータ等を含む光源系１からの露光光ＩＬが、第
１リレーレンズ２、レチクルブラインド（可変視野絞
り）３Ａ、第２リレーレンズ４、ミラー５、及びメイン
コンデンサーレンズ６を介して、均一な照度でレチクル
７上の矩形の照明領域８を照明する。レチクルブライン
ド３Ａの配置面はレチクル７のパターン形成面と共役で
あり、レチクルブラインド３Ａの開口の位置及び形状に
より、レチクル７上の照明領域８の位置及び形状が設定
される。装置全体の動作を制御する主制御系１３が、駆
動部３Ｂを介してレチクルブラインド３Ａの開口の位置
及び形状を設定する。光源系１内の光源としては、超高
圧水銀ランプ、エキシマレーザ光源、又はＹＡＧレーザ
の高調波発生装置等が使用される。

【００２２】レチクル７の照明領域８内のパターンの像
が、投影光学系ＰＬを介してフォトレジストが塗布され
たウエハ１５上の矩形の露光領域１６内に投影露光され
る。投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、光
軸ＡＸに垂直な２次元平面内で図１の紙面に平行な方向
にＸ軸を、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取る。本実
施例では、スキャン方式で露光する際のレチクル７及び
ウエハ１５の走査方向はＸ軸に平行である。

【００２３】レチクル７はレチクルステージ９上に保持
され、レチクルステージ９はレチクルベース１０上に例
えばリニアモータによりＸ方向に所定速度で駆動される
ように支持されている。レチクルステージ９のＸ方向の
一端に固定された移動鏡１１でレーザ干渉計１２からの
レーザビームが反射され、レーザ干渉計１２によりレチ
クル７のＸ方向の座標が常時計測されている。レーザ干
渉計１２で計測されたレチクル７の座標情報は主制御系
１３に供給され、主制御系１３は、レチクル駆動系１４
を介してレチクルステージ９の位置及び移動速度の制御
を行う。

【００２４】一方、ウエハ１５は、ウエハホルダー１７
上に保持され、ウエハホルダー１７は３個の伸縮自在な
ピエゾ素子等よりなる支点（図５の支点１８Ａ〜１８
Ｃ）を介してＺレベリングステージ１９上に載置され、
Ｚレベリングステージ１９はＸＹステージ２０上に載置
され、ＸＹステージ２０はウエハベース２１上に２次元
的に摺動自在に支持されている。Ｚレベリングステージ
１９は、３個の支点を介してウエハホルダー１７上のウ
エハ１５のＺ方向の位置（フォーカス位置）の微調整を
行うと共に、ウエハ１５の露光面の傾斜角の微調整を行
う。更にＺレベリングステージ１９は、ウエハ１５のＺ
方向への位置の粗調整をも行う。また、ＸＹステージ２
０は、Ｚレベリングステージ１９、ウエハホルダー１７
及びウエハ１５をＸ方向及びＹ方向に位置決めすると共
に、走査露光時にウエハ１５をＸ軸に平行に所定の走査
速度で走査する。

【００２５】ＸＹステージ２０に固定された移動鏡２２
で外部のレーザ干渉計２３からのレーザビームを反射す
ることにより、レーザ干渉計２３によりＸＹステージ２
３のＸＹ座標が常時モニターされ、検出されたＸＹ座標
が主制御系１３に供給されている。主制御系１３は、ウ
エハ駆動系２４を介してＸＹステージ２０及びＺレベリ
ングステージ１９の動作を制御する。スキャン方式で露
光を行う際には、投影光学系ＰＬによる投影倍率をβと
して、レチクルステージ９を介してレチクル７を照明領
域８に対して−Ｘ方向（又はＸ方向）に速度Ｖ_Rで走査
するのと同期して、ＸＹステージ２０を介してウエハ１
５を露光領域１６に対してＸ方向（又は−Ｘ方向）に速
度Ｖ_W(＝β・Ｖ_R)で走査することにより、レチクル７の
パターン像が逐次ウエハ１５上に露光される。

【００２６】次に、本実施例におけるウエハ１５の露光
面のＺ方向の位置（フォーカス位置）を検出するための
ＡＦセンサー（焦点位置検出系）の構成につき説明す
る。本実施例では、３Ｎ（Ｎは３以上の整数）個の同じ
構成のＡＦセンサーが配置されているが、図１ではその
内の３個のＡＦセンサー２５Ａ１，２５Ｂ１，２５Ｃ１
を示す。先ず中央のＡＦセンサー２５Ａ１において、光
源２６Ａ１から射出されたフォトレジストに対して非感
光性の検出光が、送光スリット板２７Ａ１内のスリット
パターンを照明し、そのスリットパターンの像が対物レ
ンズ２８Ａ１を介して、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対
して斜めに露光領域１６の中央に位置するウエハ１５上
の計測点ＰＡ１に投影される。計測点ＰＡ１からの反射
光が、集光レンズ２９Ａ１を介して振動スリット板３０
Ａ１上に集光され、振動スリット板３０Ａ１上に計測点
ＰＡ１に投影されたスリットパターン像が再結像され
る。

【００２７】振動スリット板３０Ａ１のスリットを通過
した光が光電検出器３１Ａ１により光電変換され、この
光電変換信号が増幅器３２Ａ１に供給される。増幅器３
２Ａ１は、振動スリット板３０Ａ１の駆動信号により光
電検出器３１Ａ１からの光電変換信号を同期検波し、得
られた信号を増幅することにより、計測点ＰＡ１のフォ
ーカス位置に対して所定範囲でほぼ線形に変化するフォ
ーカス信号を生成し、このフォーカス信号をフォーカス
信号処理系３３に供給する。同様に、他のＡＦセンサー
２５Ｂ１は、計測点ＰＡ１に対して−Ｘ方向側の計測点
ＰＢ１にスリットパターン像を投影し、このスリットパ
ターン像からの光を光電検出器３１Ｂ１で光電変換し
て、増幅器３２Ｂ１に供給する。増幅器３２Ｂ１は、計
測点ＰＢ１のフォーカス位置に対応するフォーカス信号
をフォーカス信号処理系３３に供給する。同様に、ＡＦ
センサー２５Ｃ１は、計測点ＰＡ１に対してＸ方向側の
計測点ＰＣ１にスリットパターン像を投影し、このスリ
ットパターン像からの光を光電検出器３１Ｃ１で光電変
換して、増幅器３２Ｃ１に供給する。増幅器３２Ｃ１
は、計測点ＰＣ１のフォーカス位置に対応するフォーカ
ス信号をフォーカス信号処理系３３に供給する。

【００２８】この場合、ＡＦセンサー２５Ａ１〜２５Ｃ
１からの光電変換信号から増幅器３２Ａ１〜３２Ｃ１に
より得られたフォーカス信号は、それぞれ計測点ＰＡ１
〜ＰＣ１が投影光学系ＰＬによる結像面に合致している
ときに０になるようにキャリブレーションが行われてい
る。従って、各フォーカス信号は、それぞれ計測点ＰＡ
１〜ＰＣ１のフォーカス位置の結像面からのずれ量（デ
フォーカス量）に対応している。

【００２９】図２は本例でのウエハ１５上の計測点の分
布を示し、この図２において、露光領域１６内の中央の
Ｙ方向に伸びた直線に沿ってＮ個の計測点ＰＡ１〜ＰＡ
Ｎが配列され、計測点ＰＡ１〜ＰＡＮからそれぞれ−Ｘ
方向に所定間隔だけ離れた位置に計測点ＰＢ１〜ＰＢＮ
が配列され、計測点ＰＡ１〜ＰＡＮからそれぞれＸ方向
に所定間隔だけ離れた位置に計測点ＰＣ１〜ＰＣＮが配
列されている。また、外側の計測点ＰＢ１〜ＰＢＮ及び
ＰＣ１〜ＰＣＮにほぼ接する矩形の領域３４がフォーカ
ス位置の検出が行われる計測領域となる。

【００３０】本実施例では、図１のレチクルブラインド
３Ａの位置及び形状を変えて露光領域１６の位置及び形
状を最大限に変えたとしても、その領域３４はその露光
領域１６を含む領域となるように設定されている。本実
施例では、ウエハ１５をＸ方向に走査するときには、露
光領域１６内に対して走査方向に手前の計測点ＰＢ１〜
ＰＢＮで先読みされたフォーカス信号の計測値を使用
し、ウエハ１５を−Ｘ方向に走査するときには、露光領
域１６内に対して走査方向に手前の計測点ＰＣ１〜ＰＣ
Ｎで先読みされたフォーカス信号の計測値を使用する。
但し、図２において例えばウエハを−Ｘ方向に走査する
ときには、露光領域１６に対して走査方向に手前の計測
点ＰＢ１〜ＰＢＮでのフォーカス信号の計測値が使用さ
れるが、計測点ＰＢ１〜ＰＢＮは露光領域１６の左側
（−Ｘ方向側）のエッヂＢＬ上、又はそのエッヂＢＬか
ら走査方向に手前側（−Ｘ方向側）に設定されているこ
とが望ましい。同様に、ウエハをＸ方向に走査するとき
に使用される計測点ＰＣ１〜ＰＢＮは、露光領域１６の
右側（Ｘ方向側）のエッヂＣＬ上、又はそのエッヂＣＬ
から走査方向に手前側（Ｘ方向側）に設定されているこ
とが望ましい。なお、本例とは異なり、３Ｎ個の計測点
でのフォーカス信号を同時に使用する方式も考えられる
が、この場合には３Ｎ個の計測点はその領域３４内にほ
ぼ均等な密度で配置されている必要がある。

【００３１】以下では、図３に示すようにウエハ１５を
Ｘ方向に走査する、即ちレチクル７を−Ｘ方向に走査す
るものとして説明する。この場合、図２の計測点ＰＢ１
〜ＰＢＮのフォーカス位置を対応するＡＦセンサー２５
Ｂ１〜２５ＢＮで検出するようにする。図３はそれらの
内のＡＦセンサー２５Ｂ１による位置検出の様子を示
し、この図３に示すように、露光領域１６に対して走査
方向（Ｘ方向）に手前側の計測点ＰＢ１でのフォーカス
位置をＡＦセンサー２５Ｂ１で計測し、ＡＦセンサー２
５Ｂ１からの光電変換信号を増幅器３２Ｂ１に通してフ
ォーカス信号ＳＢ１を得る。フォーカス信号ＳＢ１は、
計測点ＰＢ１のフォーカス位置（Ｚ方向の位置）の結像
面からのずれ量に対応する信号である。即ち、フォーカ
ス信号ＳＢ１は、図４の曲線３５で示すように、ウエハ
１５の露光面の凹凸に対応する信号となる。

【００３２】図５はこの場合のフォーカス信号処理系３
３及び主制御系１３等の構成の一例を示し、この図５に
おいて、露光領域１６の走査方向に手前側の計測点のフ
ォーカス位置を検出するＮ個のＡＦセンサー２５Ｂ１〜
２５ＢＮが使用される。ＡＦセンサー２５Ｂ１〜２５Ｂ
Ｎからの光電変換信号はそれぞれ増幅器３２Ｂ１〜３２
ＢＮを介して、フォーカス信号としてフォーカス信号処
理系３３内の信号処理回路３６Ｂ１〜３６ＢＮに供給さ
れる。信号処理回路３６Ｂ１〜３６ＢＮでは、入力され
たフォーカス信号から外乱光等によるノイズ成分が除去
され、信号成分のコンディショニングが行われる。

【００３３】それら信号処理回路３６Ｂ１〜３６ＢＮか
らのフォーカス信号は、それぞれウエハ１５の座標位置
を検出するためのレーザ干渉計２３の位置信号に基づい
て一定の位置間隔で発生する同期信号をサンプリングク
ロックとして動作するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変
換器３７Ｂ１〜３７ＢＮによりデジタルデータに変換さ
れる。そして、Ａ／Ｄ変換器３７Ｂ１〜３７ＢＮからの
デジタル化されたフォーカス信号は主制御系１３内の入
出力部３８を経て、主制御系１３内のメモリ３９に記憶
される。メモリ３９内では、レーザ干渉計２３により計
測される座標、及び予め記憶されている計測点ＰＢ１〜
ＰＢＮの配列に基づいて、ウエハ１５上の各点でのフォ
ーカス信号を２次元座標（Ｘ，Ｙ）に対応させた３次元
マップとして記憶している。また、その３次元マップの
内容は新たにＡ／Ｄ変換器３７Ｂ１〜３７ＢＮでデータ
をサンプリングする毎に書き換えられる。

【００３４】そして、主制御系１３内の演算部４０が入
出力部３８を介してメモリ３９から必要な領域のデータ
を切り出す。この場合、演算部４０は、図１の駆動部３
Ｂを介してレチクルブラインド３Ａの開口の位置及び形
状を設定する機能を有するため、この設定情報からウエ
ハ１５上の露光領域（レチクルパターンの投影領域）１
６の位置及び形状を正確に知ることができる。そこで、
演算部４０はメモリ３９から、現在の露光領域１６内の
フォーカス信号のデータを切り出し、既に説明した（数
１）の演算により現在の露光領域１６内のウエハ１５の
露光面の近似平面のフォーカス位置ΔＺ₀、及び２方向
への傾斜角θ_X,θ_Yを算出する。

【００３５】そして、演算部４０は、予めキャリブレー
ション（又はテストプリント等）により決定されている
投影光学系の結像面とその近似平面との間の３個のパラ
メータの差分を偏差として、ウエハ駆動系２４に供給す
る。ウエハ駆動系２４内では演算部４０から供給された
偏差データをデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器４１
を介してコントローラ４２に供給し、コントローラ４２
では、例えば一般的なＰＩ制御（比例、積分制御）によ
り、露光領域１６内のウエハ１５の露光面を結像面に合
致させるための、Ｚレベリングステージ１９の３個の支
点１８Ａ〜１８Ｃの伸縮量を算出して、これら３個の伸
縮量の駆動信号を、それぞれサーボアンプ４３Ａ〜４３
Ｃを介してＺレベリングステージ１９の支点１８Ａ〜１
８Ｃに供給する。

【００３６】そして、支点１８Ａ〜１８Ｃの伸縮量が調
整され、ウエハ１５の露光面のフォーカス位置及び傾斜
角が調整される。このウエハ１５のフォーカス位置がＡ
Ｆセンサー２５Ｂ１〜２５ＢＮにより検出されてフィー
ドバックされ、図５の系全体が閉ループのサーボ系とし
て動作する。これにより、露光領域１６内のウエハ１５
の露光面の平均的な平面が結像面に合致するように制御
される。

【００３７】より具体的に、本例において、図１のレチ
クル７のパターンを逐次ウエハ１５上に露光する場合、
図６（ａ）に示すように、レチクル７のパターン領域４
４は所定幅の遮光帯４５により囲まれている。そして、
レチクル７を−Ｘ方向に走査すると、先ずレチクル７の
端部ではレチクルブラインド３Ａによって規定される照
明領域８Ａの一端を遮光帯４５の中に入れて、遮光帯４
５の外を通過した露光光がウエハ１５側に照射されない
ようにする必要がある。そして、露光が進んで、図６
（ｂ）に示すようにレチクル７の中央部のパターンを露
光する場合には、照明領域８は通常の大きさになる。ま
た、図６（ａ）及び（ｂ）の状態に対応して、ウエハ１
５上の露光領域はそれぞれ図７（ａ）の走査方向に狭い
露光領域１６Ａ、及び図７（ｂ）の通常の露光領域１６
となる。なお、この走査露光時のレチクルブラインド３
Ａの駆動方法については、例えば特開平４−１９６５１
３号公報に開示されている。

【００３８】また、図７（ａ）及び（ｂ）の場合に共通
に、フォーカス位置のデータはそれぞれ露光領域１６Ａ
又は１６を囲む領域３４で検出されている。この際に本
実施例では、図７（ａ）の場合には、領域３４で曲面４
６で表されるフォーカス位置ΔＺのデータの内の、狭い
露光領域１６Ａ内の部分曲面４６ａで表されるデータの
みを使用して、その部分曲面４６ａの近似平面を算出
し、この近似平面が投影光学系による結像面に合致する
ようにサーボ系を動作させる。一方、図７（ｂ）の場合
には、領域３４で曲面４７で表されるフォーカス位置Δ
Ｚのデータの内の、通常の露光領域１６内の部分曲面４
７ａで表されるデータを使用して、その部分曲面４７ａ
の近似平面を算出し、この近似平面が投影光学系による
結像面に合致するようにサーボ系を動作させる。即ち、
フォーカス位置のデータが広い範囲で得られていても、
実際のスリット状の露光領域（１６Ａ又は１６等）内の
データのみを使用して近似平面を求めることになる。

【００３９】これにより、走査露光中に露光領域の走査
方向の幅が変化した場合でも、各時点での露光領域に応
じて最適な追従精度でオートフォーカス及びオートレベ
リングが実行される。なお、上述実施例において、図５
の回路の機能をコンピュータのソフトウエアによって実
行してもよい。また、レチクルブラインド３Ａによって
規定されるレチクル７上の照明領域８、ひいてはウエハ
１５上の露光領域１６の走査方向の幅に応じてメモリ３
９からフォーカス信号を読み出すとき、特に走査露光の
開始直後及び終了直前（即ち、露光領域１６が通常の大
きさ（幅）となっているとき以外）においては、その露
光領域の大きさの変化に同期して連続的にフォーカス信
号を読み出すようにしてもよい。あるいは、その大きさ
が所定量だけ変化する毎に、段階的にフォーカス信号を
読み出すようにしてもよい。また、上述実施例は本発明
を投影光学系を搭載した投影露光装置に適用したもので
あるが、それ以外に例えば、反射式の投影露光装置、プ
ロキシミティ方式の露光装置、又はコンタクト方式の露
光装置にも本発明を適用することができる。このように
本発明は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を免脱
しない範囲で種々の構成を取り得る。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、高さ検出手段により得
られた高さ情報の内で、実際の露光領域内のデータのみ
を使用して近似平面を求めるようにしているため、ステ
ップ・アンド・スキャン方式等の走査型の露光装置にお
いて、露光領域の走査方向の幅が変化した場合でも、移
動している基板の露光面のフォーカス位置に対する追従
性を適当な状態に制御することができる。その適当な状
態とは、マスクパターンの露光領域そのものを焦点深度
の範囲内に収めることと、追従性を高めることによる不
要な振動の抑制とのバランスがとれているという状態で
ある。即ち、その露光領域（露光照野）の大きさが露光
中にダイナミックに変わる場合においても、設定された
露光領域の大きさに最適な追従性が逐次設定される。従
って、常に最適なオートフォーカス及びオートレベリン
グ制御を行うことができる。

【００４１】本発明は、特に高解像の投影光学系を搭載
したステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に
おいて、焦点深度及び限界解像性能共に余裕（マージ
ン）の少なくなった場合に大きな効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による面位置設定装置の一実施例が適用
された投影露光装置の全体を示す概略構成図である。

【図２】図１のウエハ１５上の計測点の配置の一例を示
す図である。

【図３】ウエハ１５を所定の方向に走査する場合のＡＦ
センサーによるフォーカス位置の検出動作の説明に供す
る模式図である。

【図４】図３のＡＦセンサーによるフォーカス信号を示
す波形図である。

【図５】実施例のオートフォーカス機構及びオートレベ
リング機構の例を示す要部の構成図である。

【図６】実施例において露光されるレチクル上の照明領
域の変化を示す図である。

【図７】実施例においてウエハ上の露光領域の大きさに
応じて、近似平面の計算に使用するフォーカス位置の検
出データの範囲を変える場合の説明図である。

【符号の説明】

３Ａレチクルブラインド７レチクルＰＬ投影光学系１３主制御系１５ウエハ１６Ａ，１６露光領域１８Ａ〜１８Ｃ支点１９Ｚレベリングステージ２０ＸＹステージ２３ウエハ側のレーザ干渉計２４ウエハ駆動系２５Ａ１，２５Ｂ１〜２５ＢＮ，２５Ｃ１ＡＦセンサ
ーＰＢ１〜ＰＢＮ計測点３２Ｂ１〜３２ＢＮ増幅器３３フォーカス信号処理系３６Ｂ１〜３６ＢＮ信号処理回路３９メモリ４０演算部４２コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定形状の可変の照明領域に対して転写
用のパターンが形成されたマスクを所定の方向に走査す
るマスクステージと、該マスクステージに同期して感光
性の基板を所定の方向に走査する基板ステージとを有
し、前記マスクのパターンを逐次前記基板上に露光する
走査型の露光装置に設けられ、前記基板の露光面を所定
の基準面に合わせ込むための装置であって、前記基板ステージに設けられ前記基板の露光面の所定の
近似平面を前記所定の基準面に合わせ込む面設定手段
と、前記マスクのパターンの露光領域及び該露光領域に対し
て走査方向に手前側の領域よりなる計測領域内の複数の
計測点で前記基板の露光面の高さを検出する高さ検出手
段と、該高さ検出手段により検出された前記複数の計測点の高
さの内から、前記可変の照明領域に応じて定まる前記マ
スクのパターンの可変の露光領域内での前記基板の露光
面の高さの情報を用いて、前記基板の露光面の近似平面
を求める近似平面演算手段と、を有し、該近似平面演算手段で求められた近似平面を前記面設定
手段により前記所定の基準面に合わせ込むことを特徴と
する面位置設定装置。