JPH09293660A

JPH09293660A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH09293660A
Application number: JP8105407A
Authority: JP
Inventors: Munetake Sugimoto; 宗毅杉本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 1997-11-11

Abstract

(57)【要約】【課題】多点の焦点位置検出系を使用したときに、一
部の計測点が欠けていても、スループットを低下させる
ことなく、高精度に合焦を行う。【解決手段】照射光学系２９、及び受光光学系３０か
らなる多点の焦点位置検出系の複数の焦点位置の計測点
の内で、計測値の信頼性の高い有効な計測点を判定する
主制御装置１８と、主制御装置１８によって有効である
と判定された計測点での焦点位置検出系による２９，３
０による検出信号に基づいてＺチルトステージ４の動作
を制御するオートフォーカス系コントローラ３１とを設
ける。主制御装置１８は、予め複数の計測点の内で、検
出結果の信頼性の高い計測点の配置を複数の配置に場合
分けし、複数の配置をそれぞれ異なる複数のパラメータ
に対応させて記憶しておいて、判定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程中
で、マスクパターンを感光基板上に転写するために使用
される投影露光装置に関し、特に多点の焦点位置検出系
を用いてオートフォーカス方式で合焦を行う投影露光装
置に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子等を製造するために、
マスクとしてのレチクルに形成されたパターンを投影光
学系を介してフォトレジストが塗布されたウエハ（又は
ガラスプレート等）の各ショット領域に転写するステッ
パー等の投影露光装置が使用されている。斯かる投影露
光装置では、従来より投影光学系の露光フィールドの例
えば中央のウエハ上の計測点にスリット像等を投影する
ことにより、その計測点での焦点位置（投影光学系の光
軸方向の位置）を検出する光学式の焦点位置検出系が備
えられ、この焦点位置検出系の検出結果に基づいて、オ
ートフォーカス方式でウエハの表面を投影光学系の結像
面に合わせ込んで露光を行っていた。

【０００３】従来の焦点位置検出系は、その露光フィー
ルド内の例えば中心付近の１点での焦点位置を計測して
いれば十分であったが、最近は転写パターンの線幅の一
層の微細化に伴って投影光学系の焦点深度が狭くなると
共に、転写パターンの大面積化に伴って露光フィールド
が広くなり、各ショット領域の平均的な面を結像面に合
わせ込むようなオートフォーカス制御が求められてい
る。そこで、最近は露光フィールド内又はこの露光フィ
ールドの近傍の複数の計測点でウエハの焦点位置を計測
する多点の焦点位置検出系（以下、「多点ＡＦセンサ」
と呼ぶ）が使用されるようになっている。

【０００４】このような多点ＡＦセンサを使用した場
合、複数の計測点の全てで正常に焦点位置が検出される
場合には、例えばそれらの計測点での焦点位置を等しい
重みで平均化することによって、露光フィールド内に位
置決めされているショット領域の平均的な焦点位置が求
められる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多点Ａ
Ｆセンサを使用して、例えばウエハの周縁部のショット
領域のオートフォーカスを行うような場合、複数の計測
点の内の一部がウエハのエッジの外にはみ出して、焦点
位置が正常に計測できない場合がある。このような場合
には、オートフォーカス動作を中断して前のショット
領域への露光を行った状態にウエハの高さをロックして
露光を行うか、ウエハを全部の計測点での焦点位置計
測ができる位置へ移動して焦点位置計測を行う、所謂シ
フトフォーカス計測を行うか、又は多点ＡＦセンサの
信号処理系より装置全体を統轄制御する主制御装置に正
常に焦点位置の計測ができない旨の情報を送って、その
処理方法の指示を待っていた。

【０００６】しかしながら、のようにオートフォーカ
ス動作を中断した場合には、合焦精度を向上するために
計測点を増やしたにもかかわらず、オートフォーカスを
かけないショット領域が増加するので、半導体チップ等
の歩留りが悪化するという不都合がある。また、のよ
うにシフトフォーカス計測を行うと、ウエハステージの
移動に費やす時間が増え、スループット（単位時間当た
りのウエハの露光処理枚数）が低下する不都合がある。
更に、のように焦点位置の計測が正常にできない場合
毎に主制御装置の指示を求める方法でも、処理方法の決
定に要する時間が増え、スループットが低下するといっ
た数々の不都合が生じる。

【０００７】本発明は斯かる問題点に鑑み、多点ＡＦセ
ンサを使用した場合に、複数の計測点の内の何れかで正
確に焦点位置の検出ができないときであっても、露光工
程でのスループットを低下させることなく、高精度に合
焦動作を行うことができる投影露光装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像を感光基
板（Ｗ）上に投影する投影光学系（ＰＬ）とその感光基
板（Ｗ）をその投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）に垂
直な平面内で移動する基板ステージ（５）と、その感光
基板（Ｗ）のその投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）方
向の位置を調整する高さ調整ステージ（４，３２Ａ〜３
２Ｃ）と、その投影光学系（ＰＬ）の露光フィールド、
又はこの露光フィールドの近傍の複数の計測点（Ｓ１〜
Ｓ４）でその感光基板（Ｗ）の表面のその投影光学系
（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）方向の位置（焦点位置）を検出
する多点の焦点位置検出系（２９，３０）とを備え、こ
の焦点位置検出系（２９，３０）の検出結果に基づいて
その高さ調整ステージ（４，３２Ａ〜３２Ｃ）を介して
その感光基板（Ｗ）の表面をその投影光学系（ＰＬ）の
結像面に合わせ込んで、その感光基板（Ｗ）上の各ショ
ット領域にそのマスク（Ｒ）のパターン像を露光する投
影露光装置において、その感光基板（Ｗ）上の各ショッ
ト領域の位置とその感光基板（Ｗ）の有効露光領域との
関係に基づいて、その焦点位置検出系（２９，３０）の
複数の計測点の内で、計測値の信頼性の高い有効な計測
点を判定する判定手段（１８）と、この判定手段（１
８）によって有効であると判定された計測点でのその焦
点位置検出系（２９，３０）による計測値に基づいてそ
の高さ調整ステージ（４，３２Ａ〜３２Ｃ）の動作を制
御する制御手段（３１）と、を設けたものである。

【０００９】斯かる本発明によれば、感光基板（Ｗ）の
周縁部等のショット領域への露光を行う際には、判定手
段（１８）が当該ショット領域の座標と有効露光領域と
の関係に基づいて有効な計測点を判定し、制御手段（３
１）ではその有効な計測点での焦点位置を用いて高さ調
整ステージ（４）の動作を制御するため、焦点位置検出
が正確にできない計測点が存在しても、スループットを
低下させることなく、その感光基板（Ｗ）の表面を結像
面に高精度に合焦できる。

【００１０】この場合、予めその焦点位置検出系（２
９，３０）の複数の計測点の内で、計測値の信頼性の高
い計測点の配置を複数の配置に場合分けし、この複数の
配置をそれぞれ異なる値の複数のパラメータ（各計測点
の計測データの重み等）に対応させてその判定手段（１
８）に記憶しておき、その判定手段（１８）はその感光
基板（Ｗ）上の各ショット領域への露光が行われる直前
にそれぞれその複数のパラメータの何れかを選択してそ
の制御手段（３１）に供給し、この制御手段（３１）は
供給されたパラメータに応じて定まる計測点での計測値
を使用することが望ましい。それらの複数のパラメータ
は、露光直前に判定手段（１８）から制御手段（３１）
に供給されるため、予め感光基板（Ｗ）上の全部のショ
ット領域に対してどの計測点を使用するかを定めて記憶
しておく方式に比べて、記憶容量が格段に少なくて済
む。

【００１１】次に、その制御手段（３１）は、その焦点
位置検出系（２９，３０）からの検出信号が異常である
ときには、この異常な検出信号に対応する計測点を除外
した配置に対応するようにそのパラメータを切り換え、
この切り換え後のパラメータに応じて定まる計測点での
計測値を使用することが望ましい。これによって、スル
ープットを低下させることなく、合焦動作を継続でき
る。

【００１２】また、その焦点位置検出系（２９，３０）
の複数の計測点から１つ以上の計測点を選択する組み合
わせの数に対して、その計測値の信頼性の高い計測点の
配置の場合分けの個数が少ないことが望ましい。これに
よって、少ない記憶容量で、且つ短時間に有効な計測点
を判定できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による投影露光装置
の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本
例は、投影光学系の露光フィールド内の４点で焦点位置
計測を行う多点の焦点位置検出系を備えたステッパー型
の投影露光装置に本発明を適用したものである。

【００１４】図１は本例の投影露光装置を示す概略構成
図であり、この図１において、超高圧水銀ランプ等から
なる露光光源、フライアイレンズ等からなる照度分布均
一化光学部材、レチクルブラインド、及びメインコンデ
ンサレンズ等で構成され、且つ照明光学系コントローラ
２０によって制御されている照明光学系１から照射され
る露光用の照明光ＩＬは、レチクルＲの転写パターン領
域をほぼ均一な照度分布で照明する。なお、照明光ＩＬ
としては超高圧水銀ランプの輝線の他に、エキシマレー
ザ（ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等）
等のエキシマレーザ光、あるいは金属蒸気レーザ光やＹ
ＡＧレーザの高周波等を用いても構わない。露光光源が
水銀ランプの場合には、照明光学系１の中にシャッタが
設けられており、このシャッタの開閉動作は照明光学系
コントローラ２０によって制御されている。

【００１５】次に、レチクルＲのパターン領域を通過し
た照明光ＩＬは、両側（又はウエハ側に片側）テレセン
トリックな投影光学系ＰＬに入射し、投影光学系ＰＬを
介して縮小倍率β（βは１／５、１／４等）で縮小され
たレチクルＲのパターン像が表面にフォトレジストが塗
布されたウエハＷ上の１つのショット領域に投影露光さ
れる。以下では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ
軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図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軸を取って説
明する。

【００１６】レチクルＲは、ＸＹ方向に移動自在でＸＹ
平面内で回転自在なレチクルステージ２上に真空吸着さ
れている。レチクルＲの上方にミラーを介してレチクル
アライメント検出系３が配置され、レチクルアライメン
ト検出系３は、レチクルＲ上のアライメントマークの計
測信号をアライメント系コントローラ２３を介して、装
置全体を統轄制御するミニコンピュータよりなる主制御
装置１８に出力する。この計測信号に基づいて、主制御
装置１８は、レチクルステージ２の位置決め目標位置を
算出する。この目標位置はアライメント系コントローラ
２３に供給され、このコントローラは駆動部１１を介し
てレチクルステージ２の位置決めを行う。

【００１７】一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダ
及び回転ステージを介して、Ｚ方向に移動できると共
に、所定範囲で傾斜できるＺチルトステージ４上に保持
され、このＺチルトステージ４はＸＹ方向に移動自在な
ＸＹステージ５上に保持されている。また、Ｚチルトス
テージ４上に固定されたＬ字型の移動鏡６と外部のレー
ザ干渉計９とによって、Ｚチルトステージ４（ウエハ
Ｗ）のＸ座標、及びＹ座標が計測され、計測結果がステ
ージ系コントローラ２４に供給されている。主制御装置
１８によるステッピング指令に基づいて、ステージ系コ
ントローラ２４は駆動部７を介してＸＹ方向にＸＹステ
ージ５の位置決めを行う。更に、必要に応じて主制御装
置１８はＸＹステージ５のＸ座標、Ｙ座標を取り込める
ようになっている。

【００１８】また、ウエハＷのアライメントセンサとし
ては、投影光学系ＰＬを介したＴＴＬ方式のアライメン
ト検出系１０と、オフ・アクシス方式のアライメント検
出系８とが設けられ、両者の検出信号がアライメント系
コントローラ２３を介して主制御装置１８に供給されて
いる。主制御装置１８は、アライメント検出系８，１０
からの検出信号、及びＸＹステージ５の座標に基づい
て、ウエハＷの各ショット領域のウエハマークの座標を
算出する。Ｚチルトステージ４上にはアライメント用の
基準マークが形成された基準マーク部材ＦＭが固定され
ている。

【００１９】更に、ウエハＷの焦点位置検出系として、
投影光学系ＰＬの側面部に投影光学系ＰＬの露光フィー
ルドＩＡＲ内のウエハＷの表面の４個の計測点に、それ
ぞれスポット像を形成するための検出光を光軸ＡＸに斜
めに照射する照射光学系２９と、そのスポット像からの
反射光を受光して例えば振動スリット上にそのスポット
像を再結像し、その振動スリットを通過した検出光を受
光する４個の光電検出器を含む受光光学系３０とからな
る、斜入射方式の４点の焦点位置検出系が配置されてい
る。以下、この焦点位置検出系を「多点ＡＦセンサ２
９，３０」と呼ぶ。受光光学系３０の４個の光電検出器
からの検出信号はオートフォーカス系コントローラ３１
に供給され、オートフォーカス系コントローラ３１では
それらの各検出信号を振動スリットの駆動信号で同期整
流してフォーカス信号を生成する。このフォーカス信号
は、予めウエハＷの表面が結像面に合致しているときに
０となるように校正されており、所定範囲でウエハＷの
焦点位置（Ｚ方向の位置）の変化量に対して線形に変化
する。従って、オートフォーカス系コントローラ３１で
は通常は４個の計測点に対応するフォーカス信号より、
ウエハＷの表面の平均的な面の結像面との焦点位置のず
れ（デフォーカス量）を算出する。なお、更に傾斜角を
算出してオートレベリング制御を行うようにしてもよ
い。

【００２０】図２（ａ）は、本例の露光フィールドＩＡ
Ｒ内の多点ＡＦセンサ２９，３０による４個の計測点Ｓ
１〜Ｓ４の配置の一例を示し、この図２（ａ）に示すよ
うに、４個の計測点Ｓ１〜Ｓ４は矩形の露光フィールド
ＩＡＲの４隅に配置されている。なお、計測点の個数及
び配置は任意であり、例えば露光フィールドＩＡＲの中
心にもその計測点を設定してもよい。但し、図２（ａ）
に示すように、露光フィールドＩＡＲの周縁部に計測点
を設定したときには、焦点位置検出系として被検面に所
定の流量等の空気を吹き出して、その背圧よりギャップ
を検出する空気マイクロメータ等をも使用できる。

【００２１】また、本例のＸＹステージ５とＺチルトス
テージ４との間には、Ｚ方向に移動自在な３個のＺアク
チュエータ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃが配置され、オート
フォーカス系コントローラ３１がそれらＺアクチュエー
タ３２Ａ〜３２Ｃの伸縮量を制御することで、ウエハＷ
の表面がオートフォーカス方式で結像面に合致されるよ
うに構成されている。更に、投影光学系ＰＬにはレンズ
コントローラ２１が接続され、レンズコントローラ２１
は主制御装置２０の制御のもとで内部の所定のレンズの
光軸ＡＸ方向の位置や傾斜角を制御することで、投影光
学系ＰＬの倍率誤差やディストーション等を補正する。

【００２２】ウエハＷを露光するための露光プログラム
は、図１に示すように、主制御装置１８に接続されたデ
ータファイル記憶装置１９に記憶されており、オペレー
タのキーボード４１の操作で、主制御装置１８に対して
その露光プログラムが送られる。主制御装置１８からは
各コントローラに露光開始命令が送られ、一連の露光作
業が開始される。オペレータは、主制御装置１８の制御
状態、露光動作の進行状況をディスプレイ４２によって
監視、確認できる。また、主制御装置１８には、露光状
態等をモニタするための計器類を備えた制御パネル４３
も接続されている。

【００２３】次に、本例の投影露光装置でオートフォー
カス方式で合焦を行って露光を行う動作の一例につき説
明する。先ず、主制御装置１８の制御のもとでオフ・ア
クシス方式のアライメント光学系８を用いてサーチアラ
イメントが行われ、このサーチアライメントでは、ウエ
ハＷ上のショット配列を示すサーチアライメントマーク
の位置が検出され、この検出結果よりショット配列の回
転角、及びオフセットが算出される。そして、ウエハＷ
のショット配列がレチクルＲのパターン配列にＸＹ座標
系で平行になるようにレチクルステージ２の回転角が補
正される。サーチアライメントが終了すると、レチクル
Ｒの転写パターンとウエハＷの各ショット領域との正確
な位置合わせを行うために、各ショット領域の正確な配
列座標を算出するためのファインアライメントを行う。
ファインアライメントの計測結果はアライメント系コン
トローラ２３を介して、主制御装置１８に伝達され、主
制御装置１８でショット領域の座標が算出される。ここ
では、例えばＴＴＬ方式のアライメント光学系１０を用
いてＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメン
ト）方式でウエハＷ上の所定のショット領域（サンプル
ショット）のウエハマークの位置が検出され、この検出
結果を統計処理することによって、各ショット領域の中
心座標を算出するための変換パラメータ（スケーリン
グ、ローテーション、オフセット等）が求められる。こ
れより、ファインアライメントが完了する。

【００２４】次に、主制御装置１８はファインアライメ
ントによって求められた変換パラメータを用いて、次に
露光するショット領域の座標を算出し、算出された座標
及び露光開始コマンドをステージ系コントローラ２４に
送ると同時に、そのショット領域におけるオートフォー
カス動作の判定作業を行う。オートフォーカス動作の判
定作業では、先ず露光しようとしているショット領域に
おいて、焦点位置の各計測点がウエハＷのエッジの外側
にはみ出していないかどうかの判定、即ち４個の計測点
が全て有効であるかどうかの判定を行う。具体的に、算
出された当該ショット領域の中心の配列座標、図２
（ａ）の計測点Ｓ１〜Ｓ４の相対配列座標及びウエハＷ
のエッジ情報に基づいて、当該ショット領域の計測点の
何れがウエハＷ上に位置するかが判定される。ここで、
４個の計測点が有効である場合、主制御装置１８はオー
トフォーカス系コントローラ３１に主パラメータでのオ
ートフォーカス動作を行うように命令を出力する。主パ
ラメータとは、次の表１に示すように、図２（ａ）の焦
点位置の計測点Ｓ１〜Ｓ４に対して同一の重み１０を与
えるパラメータである。この主パラメータでオートフォ
ーカスができない場合に備えて、本例では表１に示すよ
うに、有効な計測点の配列に応じた４種類の副パラメー
タを備えている。これらの副パラメータも、それぞれ各
計測点に付与する重みの集合である。また、これらの副
パラメータには優先順位が設定され、優先順位の高い順
に使用可能な副パラメータが選択される。

【００２５】即ち、露光しようとしているショット領域
において、主パラメータでのオートフォーカス動作が困
難であると判断された場合、データファイル記憶装置１
９から主パラメータと同時に読み込んである４つの副パ
ラメータのそれぞれについて優先順位に従いオートフォ
ーカス動作が可能であるかどうか判定が行われ、可能な
場合は、主パラメータと同様にオートフォーカス系コン
トローラ３１にその副パラメータでのオートフォーカス
動作の命令を出力する。

【００２６】主制御装置１８によるオートフォーカス動
作の判定作業と並列に、ＸＹステージ５のステッピング
が行われて、露光対象のショット領域が露光フィールド
ＩＡＲに設定され、位置決めが行われる。その後、多点
ＡＦセンサ２９，３０の受光光学系３０からの、そのシ
ョット領域内の４個の計測点における焦点位置（Ｚ方向
の位置）の結像面からのずれ量に対応した検出信号に基
づいて、オートフォーカス系コントローラ３１はその４
個の計測点での焦点位置のずれ量ΔＺ₁ 〜ΔＺ ₄ を求め
る。そして、オートフォーカス系コントローラ３１は主
制御装置１８に選択されたオートフォーカス処理のパラ
メータに従って、それらのずれ量ΔＺ₁〜ΔＺ₄ を基に
ウエハＷ表面の当該ショット領域の平均的な焦点位置の
ずれ量を求める。そして、その焦点位置のずれ量に応じ
てオートフォーカス系コントローラ３１は、Ｚアクチュ
エータ３２Ａ〜３２Ｃを駆動してウエハＷを保持してい
るＺチルトステージ４を上下動することで、オートフォ
ーカス動作を行う。オートフォーカス系コントローラ３
１はオートフォーカス動作が終了したら、主制御装置１
８にその旨を知らせる。主制御装置１８は、ウエハＷ上
の当該ショット領域の目標位置への位置決めとオートフ
ォーカスとが終了した時点で、照明光学系コントローラ
２０にシャッタ開放命令を出力して、露光を行う。

【００２７】また、主制御装置１８のオートフォーカス
動作の判定作業時に優先順位の一番低い副パラメータ、
即ち表１の副パラメータ４においてもオートフォーカス
動作が行えないと判断したときには、オートフォーカス
系コントローラ３１にＺチルトステージ４をロックする
命令を送り、オートフォーカス動作を行わずに、即ちウ
エハＷの焦点位置を直前に露光したショット領域で設定
した焦点位置に固定した状態で、照明光学系コントロー
ラ２０にシャッタ開放命令を出力し、露光を行う。

【００２８】

【表１】

【００２９】また、表１の重み付けの欄のＳ１〜Ｓ４
は、図２（ａ）の露光フィールドＩＡＲ内の焦点位置の
計測点Ｓ１〜Ｓ４を示す。次に、オートフォーカス処理
のパラメータの重み付けの意味を説明する。例えば、表
１の副パラメータ１における計測点Ｓ３，Ｓ４の重み付
けが１０となっているが、これは、計測点Ｓ３，Ｓ４に
おいて検出される焦点位置のずれ量ΔＺ₃，ΔＺ₄ をオ
ートフォーカス系コントローラ３１において１０倍にし
て焦点位置の算出に用いることを意味する。また、計測
点Ｓ１，Ｓ２の重み付けが０となっているため、計測点
Ｓ１，Ｓ２での焦点位置のずれ量ΔＺ₁ ，ΔＺ₂ をオー
トフォーカス系コントローラ３１において０倍、即ち無
視してオートフォーカス動作を行うことを示している。
計算上では、次のようにして副パラメータ１を用いたと
きの平均的な焦点位置のずれ量ΔＺが求められる。

【００３０】 ΔＺ＝（ΔＺ₁ ・０＋ΔＺ₂ ・０＋ΔＺ₃ ・１０＋ΔＺ₄ ・１０）／２０＝（ΔＺ₃ ＋ΔＺ₄ ）／２また、表１の重み付けの右の欄には、主パラメータが使
用できないときの副パラメータの優先順位を示してい
る。以下では、その優先順位につき説明する。図３は、
ウエハＷ上の周縁部のショット領域の部分拡大図であ
り、この図３において、先ず欠けのないショット領域２
０１において、主制御装置１８はオートフォーカス系コ
ントローラ３１に主パラメータを用いて、通常のオート
フォーカス動作を行うように命令する。また、ショット
領域２０１は、図２（ａ）の計測点Ｓ１〜Ｓ４に対応す
る４個の計測点Ｆ１１〜Ｆ１４の全てがウエハＷ上に存
在するので、フォーカス信号は４点の計測点Ｆ１１〜Ｆ
１４の全てで正常に検出される。そのため、オートフォ
ーカス系コントローラ３１は、表１の主パラメータの重
み付けを用いてオートフォーカスを行うことができる。

【００３１】次に、一部が欠けているショット領域２０
２において、主制御装置１８は、ファインアライメント
に基づく座標により、ショット領域２０２では主パラメ
ータを用いたオートフォーカス処理は不可能であると判
断する。そして、使用できる副パラメータを優先順位の
高い順に検索する。この場合、算出された座標より、シ
ョット領域２０２では計測点Ｓ１，Ｓ２に対応する計測
点のみが有効であるため、オートフォーカス処理のパラ
メータは表１の副パラメータ４となる。そして、主制御
装置３０は、オートフォーカス系コントローラ３１にフ
ォーカス処理の副パラメータ４を用いてオートフォーカ
ス動作を行うように命令する。そして、オートフォーカ
ス系コントローラ３１においては、４個の計測点Ｆ２１
〜Ｆ２４での焦点位置のずれ量の検出を行う。このと
き、ショット領域２０２は一部がウエハＷからはみ出し
ているために、計測点Ｆ２１，Ｆ２２での焦点位置のず
れ量は正常に検出されるが、計測点Ｆ２３，Ｆ２４での
焦点位置のずれ量は異常値であるか、対応する光電検出
器の検出信号が極めて弱くなる。副パラメータ４は、計
測点Ｆ２１，Ｆ２２で重み付け１０で、計測点Ｆ２３，
Ｆ２４で重み付け０であるため、計測点Ｆ２１，Ｆ２２
での焦点位置のずれ量を１０倍し、計測点Ｆ２３，Ｆ２
４での焦点位置のずれ量を無視して計算を行い、これに
基づいてオートフォーカス動作を行う。なお、例えばシ
ョット領域２０２のような欠けショットであっても、１
つのショット領域に同一の複数のチップパターンを形成
する場合（複数個取り）には、一部のチップパターンは
正常に露光される。

【００３２】また、ショット領域２０３において、主制
御装置１８は、ファインアライメントに基づく座標によ
り、主パラメータを用いたオートフォーカス処理は不可
能であると判断して副パラメータを優先順位の高い順に
検索する。この場合、算出された座標より有効な計測点
は計測点Ｓ１のみであるため、ショット領域２０３で
は、該当する副パラメータが存在しないと判断する。そ
して、主制御装置３０は、オートフォーカス系コントロ
ーラ３１にオートフォーカス処理を行わずに、Ｚチルト
ステージ４をロックするように命令を出す。一方、オー
トフォーカス系コントローラ３１においては焦点位置の
ずれ量の検出を行っており、ショット領域２０３はショ
ット領域の大部分がウエハＷからはみ出しているため
に、計測点Ｆ３１での焦点位置のずれ量は正常に検出さ
れるが、計測点Ｆ３２，Ｆ３３，Ｆ３４での焦点位置の
ずれ量は異常値であるか、あるいは検出信号が極めて弱
い。ここで、オートフォーカス系コントローラ３１は、
主制御装置１８からのロック命令により、焦点位置のず
れ量の重み付けの計算を行うことなしにＺチルトステー
ジ４をロックし、露光の終了を待つことになる。

【００３３】このように本例によれば、各ショット領域
への露光の前に有効なオートフォーカス用の計測点を判
定しているため、スループットを低下させることなく、
正確に各ショット領域を結像面に合焦させて露光でき
る。なお、上述の実施の形態では、主制御装置１８がフ
ァインアライメントによって算出された座標によって、
オートフォーカス処理のパラメータの選択、及びオート
フォーカス動作の可否を判定したが、オートフォーカス
系コントローラ３１自体が例えば焦点位置のずれ量の異
常を検知して自動的に切り換えを行っても構わない。こ
れは、例えば図３のショット領域２０１において、主制
御装置１８が主パラメータで露光可能なショット領域と
判断したとする。しかしながら、例えばショット領域２
０１の計測点Ｆ１３のウエハの底面に異物が存在し、計
測点Ｆ１３の周辺が凸状になっているものとする。これ
より、オートフォーカス系コントローラ３１は、４点全
ての計測点Ｆ１１〜Ｆ１４で正常であるはずの焦点位置
のずれ量が、計測点Ｆ１３のみ異常値を示すこととな
る。オートフォーカス系コントローラ３１は、この時点
で主パラメータでの重み付け計算によるオートフォーカ
ス動作を中止し、既に主制御装置１８から割り当てられ
た記憶済みのオートフォーカス処理のパラメータの中か
ら計測点Ｓ３の重み付けの値が０の副パラメータを優先
順位の高い順に検索し、この結果、副パラメータ３を選
択することとなる。次に、副パラメータ３でフォーカス
信号の重み付けの計算、及びオートフォーカス動作を行
い、主制御装置１８にオートフォーカス動作終了の信号
を送り、露光が行われることとなる。このような処理を
行えば、設定されたオートフォーカス処理のパラメータ
の重み付け１０の計測点において、焦点位置のずれ量の
異常値が出力された場合、強引にオートフォーカスの追
い込みをしなくて済む利点もある。

【００３４】また、本例では、計測点Ｓ１〜Ｓ４の内で
少なくとも２つの計測点を選ぶ組み合わせは１１通りあ
り、更に計測点Ｓ１〜Ｓ４の内で少なくとも１個の計測
点を選ぶ組み合わせは１５通りとなるが、表１ではパラ
メータは５種類のみとなっている。従って、例えば図２
（ｂ）のショット領域５１のように計測点Ｓ３，Ｓ４に
対応する計測点ＦＡ３，ＦＡ４が有効なショット領域
と、図２（ｃ）に示すショット領域５２のように計測点
Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４に対応する計測点ＦＢ１，ＦＢ３，Ｆ
Ｂ４が有効であるショット領域とは、共に同じ副パラメ
ータ１で処理される。このように、副パラメータの場合
分けを一部を共通にして圧縮したことによって、スルー
プットを低下させず、且つ合焦精度を高く維持してオー
トフォーカスを行うことができる。

【００３５】更に、上述の実施の形態では、オートフォ
ーカス処理のパラメータの例として、各計測点から得ら
れる焦点位置のずれ量の重み付けを変化させた組み合わ
せをあげたが、各計測点でのずれ量から平均的なずれ量
を求めるための計算式をパラメータの代わりに使用して
も、同様の効果を得ることができる。なお、本発明は上
述の実施の形態に限定されず、例えばステップ・アンド
・スキャン方式の投影露光装置で先読み方式でオートフ
ォーカスやオートレベリングを行う場合に適用する等、
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。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、感光基板上の各ショッ
ト領域の位置と感光基板の有効露光領域との関係に基づ
いて、焦点位置検出系の複数の計測点の内で、計測値の
信頼性の高い有効な計測点を判定する判定手段と、この
判定手段によって有効であると判定された計測点での焦
点位置検出系による計測値に基づいて高さ調整ステージ
の動作を制御する制御手段とを設けたことにより、多点
の焦点位置検出系を使用する際に感光基板の周縁部等で
信頼性の高い有効な計測点が減少したショット領域にお
いても、スループットを低下させることなく高精度に合
焦を行うことができる利点がある。

【００３７】また、判定手段が予め焦点位置検出系の複
数の計測点の内で、計測値の信頼性の高い計測点の配置
を複数の配置に場合分けし、この複数の配置をそれぞれ
異なる値の複数のパラメータに対応させて記憶してお
き、感光基板上の各ショット領域への露光が行われる直
前にそれぞれ複数のパラメータの何れかを選択して制御
手段に供給し、この制御手段は供給されたパラメータに
応じて定まる計測点での計測値を使用する場合には、そ
れらの複数のパラメータは、露光直前に判定手段から制
御手段に供給されるため、例えば予め全部のショット領
域について有効な計測点の配置を記憶しておく方式と比
べて記憶容量が極めて少なくて済むという利点がある。

【００３８】また、制御手段が焦点位置検出系からの検
出信号が異常であるときには、この異常な検出信号に対
応する計測点を除外した配置に対応するようにパラメー
タを切り換え、この切り換え後のパラメータに応じて定
まる計測点での計測値を使用する場合には、判定手段が
有効とした計測点において、何らかの理由により正確に
焦点位置が検出できないときに、スループットが低下し
ないと共にその計測点のデータを排除できるため合焦精
度を高く維持できる。

【００３９】また、焦点位置検出系の複数の計測点から
１つ以上の計測点を選択する組み合わせの数に対して、
計測値の信頼性の高い計測点の配置の場合分けの個数が
少ない場合には、判定手段が計測値の信頼性の高い有効
な計測点を判定する時間が速くなるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の実施の形態の一例
を示す概略構成図である。

【図２】露光フィールド内の焦点位置の計測点及び対応
するショット領域内での計測点を示す拡大平面図であ
る。

【図３】図１のウエハＷ上のショット領域を示す部分拡
大平面図である。

【符号の説明】１照明光学系２レチクルステージ４Ｚチルトステージ５ＸＹステージＲレチクルＷウエハ１８主制御装置１９データファイル記憶装置２０照明光学系コントローラ２１投影光学系コントローラ２３アライメント系コントローラ２４ステージ系コントローラ２９照射光学系３０受光光学系３１オートフォーカス系コントローラ３２Ａ〜３２ＣＺアクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンの像を感光
基板上に投影する投影光学系と、前記感光基板を前記投影光学系の光軸に垂直な平面内で
移動する基板ステージと、前記感光基板の前記投影光学系の光軸方向の位置を調整
する高さ調整ステージと、前記投影光学系の露光フィールド、又は該露光フィール
ドの近傍の複数の計測点で前記感光基板の表面の前記投
影光学系の光軸方向の位置を検出する多点の焦点位置検
出系と、を備え、該焦点位置検出系の検出結果に基づいて前記高さ調整ス
テージを介して前記感光基板の表面を前記投影光学系の
結像面に合わせ込んで、前記感光基板上の各ショット領
域に前記マスクのパターン像を露光する投影露光装置に
おいて、前記感光基板上の各ショット領域の位置と前記感光基板
の有効露光領域との関係に基づいて、前記焦点位置検出
系の複数の計測点の内で、計測値の信頼性の高い有効な
計測点を判定する判定手段と、該判定手段によって有効であると判定された計測点での
前記焦点位置検出系による計測値に基づいて前記高さ調
整ステージの動作を制御する制御手段と、を設けたこと
を特徴とする投影露光装置。
【請求項２】請求項１記載の投影露光装置であって、予め前記焦点位置検出系の複数の計測点の内で、計測値
の信頼性の高い計測点の配置を複数の配置に場合分け
し、該複数の配置をそれぞれ異なる値の複数のパラメー
タに対応させて前記判定手段に記憶しておき、前記判定手段は、前記感光基板上の各ショット領域への
露光が行われる直前にそれぞれ前記複数のパラメータの
何れかを選択して前記制御手段に供給し、該制御手段は供給されたパラメータに応じて定まる計測
点での計測値を使用することを特徴とする投影露光装
置。
【請求項３】請求項２記載の投影露光装置であって、前記制御手段は、前記焦点位置検出系からの検出信号が
異常であるときには、該異常な検出信号に対応する計測
点を除外した配置に対応するように前記パラメータを切
り換え、該切り換え後のパラメータに応じて定まる計測
点での計測値を使用することを特徴とする投影露光装
置。
【請求項４】請求項２又は３記載の投影露光装置であ
って、前記焦点位置検出系の複数の計測点から１つ以上の計測
点を選択する組み合わせの数に対して、前記計測値の信
頼性の高い計測点の配置の場合分けの個数が少ないこと
を特徴とする投影露光装置。