JPH09275071A

JPH09275071A - 露光装置

Info

Publication number: JPH09275071A
Application number: JP8110279A
Authority: JP
Inventors: Yuji Imai; 裕二今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】プロセス等の影響を受けない高精度の合せ面
設定が可能な露光装置を提供する。【解決手段】ウエハＷの露光処理開始前に、コンピュ
ータ８０、ステージコントローラ７０によりウエハＷの
傾斜量（この傾斜量は、例えば駆動系３０の制御量から
算出される）の変化量とレベリング検出系の検出量の変
化量との相対関係が、少なくとも１つの任意のショット
領域について計測される。そして、ウエハＷの露光に際
してのアライメント時に、制御手段（７０、８０）では
フォーカス検出系の検出結果と、レベリング検出系の検
出結果及び上記の相対関係の計測結果とに基づいてウエ
ハＷが投影光学系ＰＬの像面に一致するように駆動系３
０を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置に係り、
更に詳しくは半導体素子あるいは液晶表示基板等の製造
におけるリソグラフィ工程で用いられるマスクのパター
ンを投影光学系を介して感光基板上に転写する露光装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子等の製造のための
リソグラフィ工程では、種々の露光装置が用いられてい
るが、現在では逐次移動型一括露光方式の露光装置、す
なわちステップ・アンド・リピート方式の露光装置であ
るいわゆるステッパが主として用いられている。

【０００３】感光基板、例えばウエハ等は、高温工程な
どのプロセス処理により反りやうねり、あるいは歪み等
が発生するのが通常であり、このためウエハでは場所に
よっては露光面が露光光軸に対し垂直にならない場合が
存在し、そのような場合はチップ全面にわたって投影光
学系の焦点深度内に設定することが困難となる。

【０００４】そこで、このような不都合が生じないよう
に、ステッパ等の露光装置では、ウエハの露光面の傾斜
を各ショット領域毎に投影光学系の結像面に合わせ込む
レベリング機構が装備されている。従来の露光装置にお
けるレベリング機構の一つとして、斜め上方からウエハ
表面に投射された平行光束のウエハ表面からの反射光を
受光してウエハ表面のレベリング量を検出するレベリン
グセンサを備えたレベリング機構が知られており、かか
るレベリング機構を備えた装置では、レベリングセンサ
の出力が常に所定量になるようにウエハが搭載された基
板テーブルを傾斜駆動することにより、合せ面設定を行
っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ウエハ等の被露光基板
上にはパターニングによる段差構造の変化及び成膜条件
の違い等が存在する。このため、上記従来のレベリング
機構を備えた装置では、レベリングセンサで検出される
被露光基板からの反射光のプロファイルが変化し、この
プロファイル変化が大きすぎるとレベリング機構の制御
部で演算される合せ面設定量にズレが発生し、レベリン
グ機構により合わせ面設定を実行後、実際に露光した
時、投影光学系の像面と合せ面とが一致しない為に色ム
ラが発生する、という不都合があった。

【０００６】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、その目的は、プロセス等の影
響を受けない高精度の合せ面設定が可能な露光装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、マスクのパターンを投影光学系を介して感光基板上
に転写する露光装置であって、前記感光基板が搭載され
る基板テーブルと；この基板テーブルを前記投影光学系
の光軸方向及び傾斜方向に駆動する駆動系と；前記基板
テーブル及び前記駆動系の少なくとも一部が搭載され、
前記光軸直交面内で２次元移動するステージと；前記投
影光学系の光軸に対し所定角度傾斜した方向から前記感
光基板上に平行光束を投射し、前記感光基板からの反射
光束を受光し、その受光面上での反射光束の結像位置に
基づいて前記感光基板表面の傾斜を検出するレベリング
検出系と；前記感光基板表面の前記投影光学系の光軸方
向の位置を検出する焦点検出系と；前記感光基板の傾斜
量の変化量と前記レベリング検出系の検出量の変化量と
の相対関係を、少なくとも１つの任意のショット領域に
ついて前記感光基板の露光処理開始前に計測する計測手
段と；前記感光基板の露光に際してのアライメント時
に、前記焦点検出系の検出結果と、前記レベリング検出
系の検出結果及び前記計測手段の計測結果とに基づいて
前記感光基板表面が前記投影光学系の像面に一致するよ
うに前記駆動系を制御する制御手段とを有する。

【０００８】これによれば、感光基板の露光処理開始前
に、計測手段により感光基板の傾斜量の変化量とレベリ
ング検出系の検出量の変化量との相対関係が、少なくと
も１つの任意のショット領域について計測される。そし
て、感光基板の露光に際してのアライメント時に、制御
手段では焦点検出系の検出結果と、レベリング検出系の
検出結果及び計測手段の計測結果とに基づいて感光基板
表面が投影光学系の像面に一致するように駆動系を制御
する。

【０００９】従って、レベリング検出系で検出される被
露光基板（感光基板）からの反射光のプロファイルが変
化し、このプロファイル変化によりレベリング検出系に
検出誤差が生じても、感光基板の露光に際してのアライ
メント時には制御手段により前記の相対関係に基づいて
レベリング検出系の検出誤差を補正した状態で面位置の
調整が行なわれ、プロセス等の影響を受けない高精度の
合せ面設定が可能となる。

【００１０】この場合において、計測手段は、請求項２
に記載の発明の如く、駆動系の制御量に基づいて感光基
板の傾斜量の変化量を計測しても良く、あるいは請求項
３に記載の発明の如く、焦点検出系による感光基板表面
の複数点での検出結果に基づいて感光基板の傾斜量及び
その変化量を計測するようにしても良い。後者の場合に
は、焦点検出系による感光基板表面の光軸方向位置の検
出は、感光基板上の複数のチップエリアについて行なう
ことが望ましい。このようにすれば他のチップエリアで
の検出値と極端に異なる値についてはこれを傾斜量の算
出の基礎データから除外することで、感光基板裏面にゴ
ミ等の異物が存在する場合に、この影響を殆ど受けるこ
とのない高精度な近似平面及びその傾斜の算出が可能と
なる。

【００１１】また、計測手段は、請求項４に記載の発明
の如く、ロット先頭の感光基板毎に感光基板の傾斜量の
変化量とレベリング検出系の検出量の変化量との相対関
係の計測を実行するようにすることが望ましい。これ
は、一般に露光動作は、ロット単位で処理されるため、
同一ロット内では同一製品の同一プロセス工程の基板が
処理されるのでレベリング検出系で検出される検出光へ
の影響は、ほとんど同じである。従って、スループット
の向上を測る場合は、上記相対関係の計測を実行すれば
十分だからである。

【００１２】しかし、プロセス工程での成膜条件が安定
しないような場合があり、このような場合にはレベリン
グ検出系で検出される検出光への影響が基板毎に異なる
ような状況も予想され、スループットより精度優先の観
点からは基板毎に上記相対関係の計測を実行することが
必要となる。かかる意味において、計測手段は、請求項
５に記載の発明の如く、予め設定された設定に従い、ロ
ット先頭の感光基板毎又は基板毎のいずれかを選択し、
感光基板の傾斜量の変化量とレベリング検出系の検出量
の変化量との相対関係の計測を実行するようにしておく
ことが、より一層望ましい。

【００１３】

【発明の実施形態】以下、本発明の一実施形態を図１な
いし図４に基づいて説明する。

【００１４】図１には、一実施形態に係る露光装置１０
０の構成が示されている。この露光装置１００は、ステ
ップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（い
わゆるステッパ）である。

【００１５】この露光装置１００は、感光基板としての
ウエハＷを保持してＸＹ２次元平面内（図における紙面
に直交する水平面内）を２次元移動するＸＹステージ２
０を備えたステージ装置１２と、このステージ装置１２
の上方に配置されその光軸方向がＸＹステージ移動面に
直交するＺ軸方向とされた投影光学系ＰＬと、ウエハＷ
のＺ軸方向位置を検出する斜入射光式の焦点検出系と、
ウエハＷ表面の傾斜を検出する（投影光学系ＰＬの像面
とのウエハＷ表面の傾斜量の差を検出する）レベリング
検出系と、これらの制御系とを備えている。

【００１６】前記ステージ装置１２は、不図示のベース
上を図１の紙面平行方向であるＸ軸方向と紙面直交方向
であるＹ軸方向に２次元移動可能なＸＹステージ２０
と、このＸＹステージ２０上に設けられた基板テーブル
としての試料台１０と、この試料台１０をＺ軸方向及び
傾斜方向に駆動する駆動系としてのＺ駆動系３０と、Ｘ
Ｙステージ２０を駆動するＸＹ駆動系４０とを有してい
る。ここで、試料台１０は、実際には３点で支持され、
これらの支持点は不図示の上下動機構を構成する３本の
上下駆動軸によりＺ軸方向に独立して上下動可能とされ
ている。そして、前記Ｚ駆動系３０は、この上下動機構
及びその駆動源を含んで構成されている。なお、図１で
はＺ駆動系３０は、図示の便宜上、ＸＹステージ２０か
ら分離して示されているが、実際には、このＺ駆動系３
０はＸＹステージ２０上に搭載されている。

【００１７】ウエハＷは試料台１０上に設けられたウエ
ハホルダ１４上に載置され、不図示のバキュームチャッ
クを介してウエハホルダ１４に吸着保持されている。試
料台１０上のウエハホルダ１４近傍の一端（図１におけ
る左端）側には、各種の基準マークが形成された基準マ
ーク板ＦＭが固定されている。また、試料台１０上の基
準マーク板ＦＭの更に一端側には、移動鏡１６が設けら
れている。

【００１８】試料台１０のＸＹ座標位置、すなわちウエ
ハＷのＸＹ座標位置は、移動鏡１６にレーザビームを照
射してその反射光を受光するレーザ干渉計５０によって
管理されている。なお、実際には移動鏡及びレーザ干渉
計は、Ｘ軸用とＹ軸用とでそれぞれ設けられているが、
図１ではＸ軸用移動鏡及びＹ軸用移動鏡を代表的に移動
鏡１６として表わし、Ｘ軸用レーザ干渉計及びＹ軸用レ
ーザ干渉計を代表的にレーザ干渉計５０として表わして
いる。

【００１９】前記投影光学系ＰＬは、本実施形態では両
側テレセントリックで所定の縮小倍率（例えば１／４あ
るいは１／５）のものが使用されている。この投影光学
系ＰＬの図１における上方には不図示のレチクルホルダ
によって水平に保持されたマスクとしてレチクルＲが配
置されており、このレチクルＲの上方に照明光学系の一
部を構成するコンデンサレンズ系ＣＬが配置されてい
る。レチクルＲのパターン面には、不図示の回路パター
ンが形成されている。

【００２０】また、コンデンサレンズ系ＣＬの上方には
照明系を構成する水銀ランプ等の光源から不図示の照明
系光学部材を介して送られてきた照明光（露光光）をレ
チクルＲに向けて反射する反射ミラーＭが配置されてい
る。

【００２１】この露光装置１００では、不図示のアライ
メント検出系の検出信号に基づいてレチクルＲとウエハ
Ｗとの位置合わせ（アライメント）が行なわれ、また、
後述する焦点検出系及びレベリング検出系からの検出信
号に基づいて、投影光学系の結像面とウエハＷ表面とが
一致するように、面位置の調整が行なわれ、このように
して位置決め及び合焦がなされた状態で、ミラーＭ、コ
ンデンサレンズ系ＣＬを含む照明系から射出された露光
光によりレチクルＲのパターン領域ＰＡがほぼ均一な照
度で照明されると、レチクルＲのパターンが投影光学系
ＰＬを介して表面にフォトレジストが塗布されたウエハ
Ｗ上に投影され、そのパターンの縮小像が結像される。

【００２２】なお、ここでは図示を省略したが、照明系
は、例えば水銀ランプ等の光源と、この光源から射出さ
れた露光光を集光する楕円鏡と、この集光された露光光
をほぼ平行な光束に変換するインプットレンズと、この
インプットレンズから出力された光束が入射して後側
（レチクル側）焦点面に多数の二次光源を形成するフラ
イアイレンズと、これら二次光源から射出された露光光
を集光してレチクルＲを均一な照度で照明する前記コン
デンサレンズ系ＣＬ等を含んで構成される。

【００２３】前記焦点検出系は、ウエハＷの表面に投影
光学系ＰＬの光軸に対し所定角度傾斜した方向から露光
光とは異なる波長の光を照射する照射光学系９１と、こ
の照射光学系９１からの光をウエハＷ表面の投影光学系
ＰＬの光軸上近傍に結像させる照射対物レンズ９２と、
照射対物レンズ９２の光軸と投影光学系ＰＬの光軸に関
し対称な光軸を有する受光側対物レンズ９３と、この受
光側対物レンズ９３を介してウエハ表面からの反射光束
を反射して方向変換する回転方向振動ミラー９４と、当
該振動ミラー９４からの反射光束がその受光面に再結像
される受光器９５とを備えている。ここで、回転方向振
動ミラー９４は、不図示の加振装置によって紙面直交方
向の回転軸を中心に所定角度範囲内で回転振動（回転方
向に振動）されるようになっており、これによって受光
器９５の受光面上で像が紙面水平方向に走査され、信号
処理ユニット６５によって加振装置の駆動信号で同期検
波して得られたフォーカス信号が後述するステージコン
トローラ７０及びホストコンピュータ８０に送出される
ようになっている。

【００２４】レベリング検出系は、焦点検出系を構成す
る照射光学系９１からの光と異なり、且つ露光光の波長
とも異なる波長の光を投影光学系ＰＬの光軸に対し所定
角度傾斜した方向からウエハＷ表面に照射する光源６１
と、この光源６１からの光を平行光に変換するレンズ６
２と、この平行光のウエハＷ表面からの反射光束を集光
するレンズ６３と、レンズ６３からの光がその受光面に
結像されるディテクタ６４とを備えている。このディテ
クタ６４の受光面（結像面）上では、ウエハＷの傾斜に
応じて反射光の結像位置がずれ、このずれに応じた検出
信号が前記信号処理ユニット６５に送られ、信号処理ユ
ニット６５ではこの検出信号に基づいてウエハＷの傾斜
量を検出し、この検出信号をレベリング量としてステー
ジコントローラ７０及びホストコンピュータ８０に送
る。

【００２５】従って、ディテクタ６４としては、４分割
受光素子、２次元ＰＳＤ、ＣＣＤカメラ等の２次元位置
情報を出力するものが用いられ、例えば４分割受光素子
の場合には各分割領域の光量比に応じた信号が出力さ
れ、２次元ＰＳＤの場合は抵抗比に応じた信号が出力さ
れ、ＣＣＤカメラの場合は位置ずれ量に応じた信号が出
力される。

【００２６】制御系は、前記レーザ干渉計５０の出力を
モニタするステージコントローラ７０と、前記信号処理
ユニット６５と、ホストコンピュータ８０等から構成さ
れている。

【００２７】ステージコントローラ７０は、ホストコン
ピュータ８０からの指示に応じてレーザ干渉計５０の出
力をモニタしつつ、ＸＹ駆動系４０を介してＸＹステー
ジ２０の位置を制御したり、信号処理ユニット６５から
のフォーカス信号あるいはレベリング量の信号に基づい
てＺ駆動系３０を介して試料台１０をＺ軸方向に駆動し
たり、その傾斜を調整したりする。

【００２８】次に、上述のようにして構成された露光装
置１００における合わせ面の補正処理について説明す
る。

【００２９】まず、補正処理の説明に先立って、後で出
てくるＺ駆動系３０のチルト量（Ｚθx，Ｚθy）、ウエ
ハＷの傾斜量（Ｚθsx，Ｚθsy）との関係について、図
２に基づいて説明する。この図２は、Ｚ駆動系３０のチ
ルト量（Ｚθx，Ｚθy）とウエハＷの傾斜量（Ｚθsx，
Ｚθsy）との関係を視覚的にわかりやすく示したもので
ある。すなわち、前述の如く、試料台１０は、実際には
３点で支持され、これらの支持点は不図示の上下動機構
を構成する３本の上下駆動軸によりＺ軸方向に独立して
上下動されるのであるが、３本の上下駆動軸が駆動され
たときのウエハＷのＸ軸回りの傾斜角をＺθsx、Ｙ軸回
りの傾斜角をＺθsyとし、これらに対応する試料台１０
上のＹ軸上の点、Ｘ軸上の点のＺ軸方向変位量Ｚθx ，
Ｚθy をチルト量として示したものである。

【００３０】なお、図２に示される傾斜角Ｚθsx、Ｚθ
syは、レベリング検出の対象が理想的な反射面である場
合に当該レベリング検出系によって検出されるレベリン
グ量であり、実際のレベリング検出系ではプロセス等の
影響によりこれを必ずしも正確に検出できないので、以
下に述べる合わせ面補正処理が必要となるのである。

【００３１】まず、ステージコントローラ７０では
ホストコンピュータ８０からの指示に応じ、ウエハＷ内
の指定されたショットが露光位置（投影光学系ＰＬの露
光フィールド内）に位置決めされるように、レーザ干渉
計５０の出力をモニタしつつＸＹ駆動系４０を介してＸ
Ｙステージ２０を移動する。ＸＹステージ２０の位置決
めが完了すると、ステージコントローラ７０では、光源
６１をオンにするとともに、後述するようにしてＺ駆動
系３０のチルト量（Ｚθx1，Ｚθy1）を求めるとともに
信号処理ユニット６５からのレベリング量の信号に基づ
いて傾斜量（Ｚθsx1，Ｚθsy1)を求める。

【００３２】ここで、Ｚ駆動系３０のチルト量（Ｚθx
1，Ｚθy1）はＺ駆動系３０に対する制御量に基づいて
算出しても良く、あるいはＺ駆動系３０により駆動され
る試料台１０の３点の支軸の駆動量を検出するエンコー
ダ等のセンサの出力に基づいて算出しても良い。なお、
制御量は各上下駆動軸に対して与えられるが、各駆動軸
の位置は既知であるから演算により上記チルト量（Ｚθ
x1，Ｚθy1）は、容易に求めることができる。

【００３３】次に、ステージコントローラ７０で
は、Ｚ駆動系３０の制御量を一定量ずつ変化させ（試料
台１０を徐々に傾け）、このときｎ＝２，３，４，……
…についてチルト量（Ｚθxn，Ｚθyn）及び傾斜量（Ｚ
θsxn，Ｚθsyn）を求め、両者の相対関係を求める。こ
のようにして求められた相対関係の一例が図３に示され
ている。この図３において、一点鎖線で示される直線ｆ
₀は、この装置のメモリに予め記憶された合わせ面補正
の基準データであり、チルト量（Ｚθx ，Ｚθy ）と基
準板ＦＭ表面（基準平面）について予めレベリング検出
系により計測された傾斜量（Ｚθsx，Ｚθsy）との関係
を示す。また、実線で示される直線ｆx は被露光用のウ
エハＷについて計測されたデータから得られる近似直線
の一例を示すもので、チルト量Ｚθx と試料台１０上に
載置されたウエハＷについてレベリング検出系により計
測された傾斜量Ｚθsxとの相対関係を示し、二点鎖線で
示される直線ｆy は上記ウエハＷについて計測されたデ
ータから得られる近似直線の一例を示すもので、チルト
量Ｚθy と試料台１０上に載置されたウエハＷについて
レベリング検出系により計測された傾斜量Ｚθsyとの相
対関係を示す。

【００３４】図３に示されるように、チルト量と傾斜量
との相対関係は、通常は線形であるので、最低２ヶ所の
Ｚ駆動系３０のチルト量について傾斜量を求めれば良い
が、精度向上を考慮して多数点計測しても良い。このよ
うに多数点計測を行う場合には、ディテクタ６５の計測
結果が非線形となるような場合でも、近似曲線を用いて
正確な相対関係を算出することが出来る。

【００３５】本実施形態では、このような合わせ面の補
正（より正確には、補正基準データの計測）、すなわち
レベリング検出系の補正を露光前に後述するようなタイ
ミングで行なう。

【００３６】そして、実際にウエハＷを合せ面（通常
は、投影光学系ＰＬの基板側像面）に設定する場合は、
ステージコントローラ７０では信号処理ユニット６５か
ら出力されるフォーカス信号に応じてＺ駆動系３０を介
して試料台１０をＺ軸方向に駆動してオートフォーカス
動作を行なうとともに、基準板ＦＭ表面（基準平面）上
で予め求められた図３の直線ｆ₀で設定される傾斜量
（Ｚθsx₀ ，Ｚθsy₀ ）と同一の合せ面となる補正位置
（Ｚθsx'，Ｚθsy'）になるようにＺ駆動系３０を制御
することにより、ウエハＷ上の当該ショット領域の全体
を投影光学系ＰＬの基板側像面にほぼ一致させることが
できる。

【００３７】次に、本実施形態の露光装置１００による
露光処理動作について、メインコンピュータ８０内ＣＰ
Ｕの制御アルゴリズムを示す図４のフローチャートに沿
って説明する。

【００３８】前提として、不図示のオフアクシスアライ
メント検出系による基準板ＦＭを用いたいわゆるベース
ライン計測等の準備作業は終了しているものとする。

【００３９】ステップ２００で不図示のウエハ搬送系の
制御部にウエハのローディングを指示する。これによ
り、ウエハ搬送系によって不図示のウエハキャリアから
ウエハＷが取り出され、ＸＹステージ２０に向かって搬
送され、その途中で不図示のプリアライメント機構で大
まかなアライメントが行なわれた後、ＸＹステージ２０
上のウエハホルダ１４へと運ばれ、ウエハＷの裏面が真
空吸着で固定される。すなわち、このようにしてウエハ
Ｗがウエハホルダ１４上にローディングされる。

【００４０】次のステップ２０２では一般にサーチアラ
イメントと呼ばれるウエハ全体の位置決めを実行した
後、ステップ２０４に進む。このステップ２０４ではＸ
Ｙステージ２０上にロードされているウエハＷがロット
の先頭であるか否かを判断する。これは、一般に露光動
作は、ロット単位で処理されるため、同一ロット内では
同一製品の同一プロセス工程の基板が処理されるので上
記レベリング検出系で検出される検出光への影響は、ほ
とんど同じである。従って、スループットの向上を測る
場合は、ロット先頭のみで合せ面補正を実行すれば十分
だからである。

【００４１】従って、ロットの先頭である場合は、ステ
ップ２０４における判断が肯定され、ステップ２０８に
移行して前述した合わせ面補正処理（チルト量と傾斜量
との相対関係を得るまでの過程）を実行した後、ステッ
プ２１０に進む。一方、ロットの先頭でない場合は、ス
テップ２０６に進んで基板毎補正のモードが設定されて
いるか否かを判断する。このモードの設定は、予めオペ
レータにより、不図示の制御系ラックのキーボードから
の入力により行なわれ、本実施形態の場合は、ロット先
頭毎に合わせ面補正を実行するモードと、基板毎に合わ
せ面補正を実行するモードとのいずれかを予め設定でき
るようになっている。上述したように、通常はロット先
頭のみで合せ面補正を実行すればよいので、ロット先頭
毎に合わせ面補正を実行するモードが設定され、このス
テップ２０６における判断は否定され、ステップ２１０
に移行する。しかし、プロセス工程での成膜条件が安定
しないような場合があり、このような場合には精度を優
先する必要から基板毎に合せ面補正を実行することが望
ましい。かかる場合に、オペレータにより基板毎に合わ
せ面補正を実行するモードが予め設定され、ステップ２
０６における判断が肯定され、ステップ２０８に進んで
前述した合わせ面補正を実行した後、ステップ２１０に
進む。

【００４２】次のステップ２１０では、ステージコント
ローラ７０に指令を与え、ＸＹ駆動系４０を介してＸＹ
ステージ２０を２次元方向に移動させつつ、不図示のオ
フアクシスアライメント検出系を用いてウエハＷ上の所
定の複数のショット領域に付設されたアライメントマー
クの位置を計測し、この計測結果と設計上のショットの
配列データとを用いて最小自乗法による統計的処理によ
りウエハＷ上の全てのショット配列データを算出するＥ
ＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）計測
を実行する。

【００４３】次のステップ２１２〜２１６ではステッピ
ング・アンド・リピート方式の露光を実行する。

【００４４】これを更に詳述すると、ステップ２１２で
は、ステージコントローラ７０に指令を与え、ウエハＷ
上のショット領域が投影光学系ＰＬの露光フィールド内
に位置決めされるように、上記ステップ２１０で求めた
ショット配列データに従ってＸＹ駆動系４０を介してＸ
Ｙステージを移動（ステッピング）させ、これと同時に
信号処理ユニット６５からのフォーカス信号及びレベリ
ング量の検出信号（合わせ面設定量）に基づいてウエハ
Ｗ上のショット領域が投影光学系ＰＬの基板側像面に一
致するようにＺ駆動系３０を介して試料台１０をＺ軸位
置及び傾斜を調整する。すなわち、このようにして試料
台１０を３次元方向に駆動し、ウエハＷ上のショット領
域の３次元の位置決めを実行する。この際に、上記ステ
ップ２０８で計測された合わせ面補正データに基づいて
基準板ＦＭ表面（基準平面）上で予め求められた図３の
直線ｆ₀ で設定される傾斜量（Ｚθsx₀ ，Ｚθsy₀ ）と
同一の合せ面となる補正位置（Ｚθsx'，Ｚθsy'）にな
るようにＺ駆動系３０が制御される。

【００４５】このようにして、ウエハＷ上の目的のショ
ット領域とレチクルＲのパターン領域とが正確にアライ
メントされ、次のステップ２１６で不図示の照明光学系
内のシャッタを開いて、レチクルＲのパターンを投影光
学系ＰＬを介してウエハＷ上の目的のショット領域に転
写（露光）する。この露光終了後、ステップ２１６でウ
エハの全ショット領域の露光が終了したか否かを判断
し、この判断が否定された場合は、ステップ２１２に戻
り、以後ステップ２１６の判断が肯定されまで、ステッ
プ２１２→２１４→２１６の処理・判断を繰り返す。

【００４６】このようにして、ウエハＷ上の全てのショ
ット領域をステップ・アンド・リピート方式で露光後、
ステップ２１８でロットの終了か否か、すなわち１ロッ
ト分の全ウエハの露光が終了した否かを判断し、この判
断が否定された場合には、ステップ２２０でウエハ搬送
系の制御部にウエハＷのアンロード命令を与えて、ウエ
ハＷをウエハホルダ１４上からアンロードさせた後、ス
テップ２００に戻り、以降ステップ２１８における判断
が肯定されるまで上記ステップ２００〜２１８の処理・
判断を繰り返す。そして、１ロット分の全ウエハの露光
が終了し、ステップ２１８における判断が肯定される
と、本ルーチンの一連の処理を終了する。

【００４７】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態の露光装置１００では、ステージコントローラ７
０及びメインコンピュータ８０の機能によって計測手段
及び制御手段が実現されている。

【００４８】以上説明したように、本実施形態による
と、露光する製品基板毎に、レベリング検出系（合せ面
検出手段）により検出される傾斜とＺ駆動系３０のチル
ト量との相対関係を用いて基板を合せ面（一般的には投
影光学系の像面になる。）に正確に合せることが出来
る。このことにより、レチクルＲのパターンをウエハＷ
に正確に転写出来ると共に、高精度な合せ面設定精度が
実現出来ることで、プロセス側でのＺ方向（フォーカ
ス）マージンが広くなり、製品の歩留り向上が期待され
る。

【００４９】なお、上記実施形態では、チルト量（Ｚθ
x，Ｚθy）は駆動系の制御量に基づいて求める場合を例
示したが、焦点検出系を用いてこれを検出するようにす
ることは可能である。

【００５０】すなわち、例えば、ＸＹステージ２０を、
Ｘ、Ｙ方向にステップ移動させながら、レベリング検出
系のウエハＷ上の検出エリア（又は露光ショットエリア
又はチップショトエリア）について、焦点検出系を用い
てウエハＷ表面のＺ軸方向位置を計測する。各計測点
（ＸＹステージ２０の各移動位置に対応）で得られたＺ
軸方向位置のデータを用いて例えば最小自乗法による統
計的処理により近似平面（あるいは平均平面）及びその
傾斜量を算出する。これと同時にこの時のレベリング検
出系からの検出信号に基づいて算出される傾斜量を求め
る。このような動作をＺ駆動系３０を徐々に変化させな
がら繰り返して行うことで、前述した相対関係と同様の
相対関係が求められ、合わせ面の補正量を算出すること
ができる。

【００５１】なお、この焦点検出系によるチルト量の検
出は、ウエハＷ上の複数のチップエリアについて行なう
ことが望ましい。他のチップエリアでの検出値と極端に
異なる値についてはこれを傾斜量の算出の基礎データか
ら除外することで、ウエハＷ裏面にゴミ等の異物が存在
する場合に、この影響を殆ど受けることのない高精度な
近似平面及びその傾斜の算出が可能となる。

【００５２】また、上記実施形態では、１枚のウエハに
ついて見れば、ウエハ上の全てのショットエリアについ
て同一の合わせ面補正データを用いた合わせ面補正を行
なう場合について説明したが、例えば、プロセスパター
ンの異なるショット毎（例えば、ブラインド設定別）に
補正量を求めるようにしても良い。このようにする場合
は、それぞれのプロセスパターンについての合わせ面補
正データ（前述した相対関係のデータ）をメモリに格納
し、露光時に被露光ショットに合わせた合わせ面補正が
可能になる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プロセス等の影響を受けない高精度の合せ面設定を実現
することができるという従来にない優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概
略的に示す図である。

【図２】チルト量と傾斜量の関係を示す図である。

【図３】チルト量と傾斜量の相対関係の一例を示す線図
である。

【図４】図１の装置による露光処理動作を説明するため
の図であって、メインコンピュータ８０内ＣＰＵの制御
アルゴリズムを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０試料台（基板テーブル）２０ＸＹステージ（ステージ）３０Ｚ駆動系（駆動系）６１光源（レベリング検出系の一部）６２レンズ（レベリング検出系の一部）６３レンズ（レベリング検出系の一部）６４ディテクタ（レベリング検出系の一部）６５信号処理ユニット（焦点検出系の一部、レベリ
ング検出系の一部）７０ステージコントローラ（計測手段の一部、制御
手段の一部）８０ホストコンピュータ（計測手段の一部、制御手
段の一部）９１照射光学系（焦点検出系の一部）９２照射対物レンズ（焦点検出系の一部）９３受光側対物レンズ（焦点検出系の一部）９４回転方向振動ミラー（焦点検出系の一部）９５受光器（焦点検出系の一部）１００露光装置Ｒレチクル（マスク）ＰＬ投影光学系Ｗウエハ（感光基板）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターンを投影光学系を介して
感光基板上に転写する露光装置であって、前記感光基板が搭載される基板テーブルと；この基板テ
ーブルを前記投影光学系の光軸方向及び傾斜方向に駆動
する駆動系と；前記基板テーブル及び前記駆動系の少な
くとも一部が搭載され、前記光軸直交面内で２次元移動
するステージと；前記投影光学系の光軸に対し所定角度
傾斜した方向から前記感光基板上に平行光束を投射し、
前記感光基板からの反射光束を受光し、その受光面上で
の反射光束の結像位置に基づいて前記感光基板表面の傾
斜を検出するレベリング検出系と；前記感光基板表面の
前記投影光学系の光軸方向の位置を検出する焦点検出系
と；前記感光基板の傾斜量の変化量と前記レベリング検
出系の検出量の変化量との相対関係を、少なくとも１つ
の任意のショット領域について前記感光基板の露光処理
開始前に計測する計測手段と；前記感光基板の露光に際
してのアライメント時に、前記焦点検出系の検出結果
と、前記レベリング検出系の検出結果及び前記計測手段
の計測結果とに基づいて前記感光基板表面が前記投影光
学系の像面に一致するように前記駆動系を制御する制御
手段とを有する露光装置。
【請求項２】前記計測手段は、前記駆動系の制御量に
基づいて前記感光基板の傾斜量の変化量を計測すること
を特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記計測手段は、前記焦点検出系による
前記感光基板表面の複数点での検出結果に基づいて前記
感光基板の傾斜量及びその変化量を計測することを特徴
とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】前記計測手段は、ロット先頭の感光基板
毎に前記感光基板の傾斜量の変化量と前記レベリング検
出系の検出量の変化量との相対関係の計測を実行するこ
とを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項５】前記計測手段は、予め設定された設定に
従い、ロット先頭の感光基板毎又は基板毎のいずれかを
選択し、前記感光基板の傾斜量の変化量と前記レベリン
グ検出系の検出量の変化量との相対関係の計測を実行す
ることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。