JPH09306823A

JPH09306823A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH09306823A
Application number: JP8125055A
Authority: JP
Inventors: Masaji Tanaka; 正司田中; Munetake Sugimoto; 宗毅杉本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1996-05-20
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】フォーカス・エラーの発生頻度を低減し、不
良率の低減を図る。【解決手段】多点ＡＦ系の複数の計測点から得られる
各計測値をグループ分けして重み付けすることでプロセ
ス毎に最適のフォーカス検出方法を設定できるように
し、また、計測に失敗した計測点があった場合のエラー
処理を複数のアルゴリズムの中から選択できるようにし
てエラー処理もプロセス毎に最適化できるようにする。
計測に失敗した計測点があった場合、ステップ１６から
選択したエラー処理アルゴリズムに従う処理（Ｓ１７又
はＳ１８）に進み、処理を継続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子を製造するのに使用される投影露光装置に関
し、特にウエハ等の感光基板の面位置を検出する手段を
備える投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ素子
等のデバイス素子をフォトリソグラフィ工程で製造する
に際し、フォトマスクまたはレチクル（以下、マスクと
いう）に形成されたパターンをフォトレジスト等の感光
剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の感光基板
上に転写する投影露光装置が用いられる。

【０００３】この投影露光装置としては、感光基板上の
各ショット領域を投影光学系の露光フィールド内に順次
移動させて、各ショット領域にマスクのパターンを順次
露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置、
及びマスクと感光基板とを投影光学系に対して同期して
走査することにより、投影光学系の有効露光フィールド
より広い範囲の露光領域への露光が可能な走査露光方式
の露光装置が知られている。走査露光方式の露光装置に
は、矩形状又は円弧状の照明領域に対してマスク及び感
光基板を相対的に同期して走査しながら１枚のマスクの
パターンの全体を１枚の感光基板の全面に逐次投影露光
するスリット・スキャン方式の露光装置と、感光基板上
の各ショット領域への露光を縮小投影で且つ走査露光方
式で行うと共に、各ショット領域間の移動をステッピン
グ方式で行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装
置とがある。

【０００４】近年、ＬＳＩ（Large Scale Integratio
n）の高集積化に伴い、ウエハ上の露光領域（ショット
領域）により微細なパターンを転写することが望まれて
おり、これに対応するために投影光学系の開口数ＮＡ
（Numerical Apature）は大きくなっている。開口数Ｎ
Ａが大きくなると、投影光学系の焦点深度が浅くなるの
で、露光領域をより正確かつ確実に投影光学系の焦点位
置（焦点深度内）に位置づけることが望まれている。

【０００５】また、投影露光装置による露光領域の大型
化が進んでいる。これにより、１回の露光でＬＳＩチッ
プ自体の露光面積の大型化を図った焼付けを行ったり、
１回の露光で複数のＬＳＩチップの焼付けを行ってい
る。このため、大型化する露光領域全体をより正確かつ
確実に投影光学系の焦点位置（焦点深度内）に位置づけ
ることが望まれている。このためには、感光基板の表面
上にあるべき投影光学系の結像面、すなわち、マスク像
に対する感光基板の光軸方向の位置と傾斜（以下、面位
置という）とを高精度に検出し、その感光基板の表面の
位置と傾斜とを調整することが重要である。

【０００６】なお、本明細書では、感光基板の露光領域
を露光装置の投影光学系の焦点位置に位置づける操作の
うち、感光基板が載置されたステージを光軸方向に並進
移動させる操作をフォーカシングといい、感光基板が載
置されたステージの光軸に対する傾きを変化させる操作
をレベリングという。

【０００７】感光基板の面位置を検出する方法として、
特開平２−１０２５１８号公報には、感光基板上のショ
ット領域内の複数の計測点（例えば５点）のそれぞれに
投影光学系を介することなくピンホール像を斜め方向か
ら照射し、その反射像を２次元位置検出素子（ＣＣＤ）
で受光し、その複数の計測点の光軸方向基準面からの位
置ずれを検出する多点フォーカス位置検出系（多点ＡＦ
系）が記載されている。また、特開平７−２１１６１２
号公報には、各計測点に投影光学系の像面湾曲の変化量
を加えて重み付けを行い最良結像面を求めた後、最良結
像面に感光基板を移動させて露光する方法が記載されて
いる。デバイス素子の製造工程においては、この多点Ａ
Ｆ系により１ショット毎に面位置が検出され、検出され
た面位置に基づいて露光装置のフォーカシング調整と露
光・転写が行われる。

【０００８】ところで、この多点ＡＦ系では、感光基板
の表面に大きな段差形状が形成されているときには、一
部の計測点で位置ずれがＡＦ系の計測可能範囲を超えて
しまい計測できないこと、すなわち計測に失敗すること
がある。また、ショット領域が感光基板の周辺部に位置
してその一部が感光基板から外れているような場合に
も、一部の計測点では計測に失敗する。このような計測
エラーが生じた場合、露光装置はエラー処理を行う。

【０００９】図１４は、従来の多点ＡＦ系を用いたステ
ップ・アンド・リピート方式の露光装置における感光基
板の面位置検出、フォーカシング、レベリング、露光の
シーケンスを説明するフローチャートである。露光装置
に予め入力されているデータに基づいて感光基板上のシ
ョット位置が指定されると、露光装置の制御系はそのシ
ョット位置が投影光学系の露光領域に位置するように基
板ステージを移動する（Ｓ１０１）。次に、多点ＡＦ系
により、ショット領域内の複数の計測点（例えば５点）
でショット領域の面位置を計測する（Ｓ１０２）。ステ
ップ１０３において５点の計測点全てにおいて計測値が
得られたか否かを判定し、判定結果が「ＹＥＳ」の場
合、露光装置はその計測値に基づいてショット領域の面
位置及び傾斜を求め、ショット領域がマスクパターン面
と一致するように基板ステージの光軸方向位置及び傾斜
を調整してフォーカシング及びレベリングを行い（Ｓ１
０４）、ショットの露光を行う（Ｓ１０５）。

【００１０】もし、ステップ１０３の判定結果が「Ｎ
Ｏ」の場合には、シーケンスは停止し、エラーアシスト
状態となって、オペレータによるエラー処理がなされる
（Ｓ１０６）。エラーアシスト処理においては、露光装
置の表示装置に選択肢「０」、「１」、「２」が表示さ
れ、オペレータがそのうちの一つを選択してエラー処理
を行う。例えば、選択肢「０」を選択すると、ステップ
１０５に進み、新たなフォーカシング処理を行わずに前
回のショット位置からステージ移動したままの状態で露
光を行う。選択肢「１」を選択すると、ステップ１０２
に戻り、再度多点ＡＦ計測を行う。選択肢「２」を選択
すると、ステップ１０１に戻り、そのショット領域に対
する露光を行わずに次のショット位置にステージ移動す
る。

【００１１】また、図１５は、多点ＡＦ系によって感光
基板の面位置を検出しながら露光を行う従来の走査型露
光装置のフォーカシング及びレベリング動作を説明する
フローチャートである。図１５はフォーカシングとレベ
リングのフローのみを示すものであり、ステージ移動と
露光動作は図１５の開始から終了に到る各工程で継続し
て行われる。走査型露光装置では、感光基板の露光領域
内に設定された計測点で露光領域の面位置を計測すると
共に露光領域の前方に設定された計測点を用いて面位置
を検出（先読み）し、その先読みした領域が露光領域に
位置するときベストフォーカス状態になっているように
基板ステージのフォーカシング及びレベリングを連続的
に調整しながら露光を行う。

【００１２】すなわち、ステージ移動しながら露光領域
内の複数の計測点及び露光領域前方の複数の計測点で感
光基板の面位置をＡＦ計測し（Ｓ２０１）、ステップ２
０２において全ての計測点で計測に成功したか否かを判
定する。ステップ２０２の判定結果が「ＹＥＳ」の場合
には、その計測データに基づいて基板ステージのフォー
カシング及びレベリング操作を行う（Ｓ２０３）。一
方、ステップ２０２における判定結果が「ＮＯ」の場合
には、その回の計測データは廃棄し、ステージのフォー
カシング及びレベリングを変えずに露光を継続する。つ
まり、走査露光方式ではたとえ計測に失敗した計測点が
あったとしても途中で走査露光を中断することはできな
いため、図１４のエラーアシスト処理における選択肢
「０」に相当する処理を自動的に実行するように設定さ
れている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、感光基板の
表面構造は、製造されるデバイスの種類あるいはそのデ
バイス製造のプロセスに応じて凹凸が多かったり比較的
平坦であったり、またショット領域中で凹凸の多い領域
が片寄っていたりと様々である。そして、露光装置のフ
ォーカシングに際して重視すべき計測点も、重ね合わせ
するパターン毎に、あるいはプロセス毎に異なっている
のが普通である。すなわち、プロセス毎に最適なオート
フォーカス条件は異なるのであり、全ての計測点を同列
に扱う従来の計測条件下ではフォーカス・エラーが生じ
る確率が大きかった。

【００１４】同様に、同じ計測点で計測に失敗した場合
のエラー処理においても、プロセスによってその計測点
の重要度が異なり、その計測点で計測値がとれない状態
でフォーカシングを行うと製品不良となる可能性が高い
場合、あるいはその計測点を無視しても充分な精度でフ
ォーカシングすることができる場合など、様々である。
それに対して、従来のように一律のエラー処理を行なう
と歩留まりが低下し、エラーアシスト状態でオペレータ
が介在してエラー処理を行っても歩留りが低下したりス
ループットが低下するという問題があった。本発明は、
このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、
フォーカス・エラーの発生頻度を低減し、不良率の低減
を図ることのできる露光装置を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、多点
ＡＦ系の複数の計測点から得られる各計測値をグループ
分けして重み付けすることでプロセス毎に最適のフォー
カス検出方法を設定できるようにし、また、計測に失敗
した計測点があった場合のエラー処理を複数のアルゴリ
ズムの中から適宜選択できるようにしてエラー処理もプ
ロセス毎に最適化できるようにすることで前記目的を達
成する。

【００１６】すなわち、本発明による投影露光装置は、
マスクのパターンを所定の結像面内に結像投影する投影
光学系と、結像面とほぼ平行に感光基板を保持して結像
面と平行な面内で２次元移動するＸＹステージと、感光
基板を投影光学系の光軸方向に移動させるＺステージ
と、投影光学系の投影視野内の予め定められた複数の位
置に計測点を有し、複数の計測点の夫々で検出された感
光基板表面の光軸方向の位置に基づいて感光基板の面位
置を検出する面位置検出手段とを備える投影露光装置に
おいて、面位置検出手段は、複数の計測点を複数のグル
ープに分けるグループ化手段と、グループ化手段によっ
てグループ化されたグループ毎に計測値を算出し、その
計測値に夫々重み係数を掛けて感光基板の面位置を算出
する演算手段と、計測点での計測に失敗した場合のエラ
ー処理を選択するエラー処理選択手段を備えることを特
徴とする。

【００１７】エラー処理は、計測に失敗した計測点が属
するグループに指定された重み係数又は計測に失敗した
計測点の数に応じて行うことができる。オペレータは、
幾つか用意されているエラー処理アルゴリズムの中か
ら、その露光プロセスに最適なアルゴリズムを選択し
て、予め露光装置に設定しておく。露光装置は、計測に
失敗した計測点があった場合、設定されたアルゴリズム
に従って処理を継続することになる。

【００１８】エラー処理アルゴリズムとしては、例え
ば、次の（１）、（２）ようなものを用意しておいて選
択させることができる。（１）重み付け最大のグループを重視するアルゴリズ
ム。これは、例えば、重み付け最大のグループの全ての
計測点が計測に失敗した場合にはシーケンスを中断して
エラーアシスト状態にし、それ以外の場合には計測に成
功した計測点での計測値を用いて面位置を算出すること
でシーケンスを続行するものである。（２）各グループを同等に扱うアルゴリズム。これは、
例えば、グループに属する計測点の全てが計測に失敗し
たグループがある場合にはシーケンスを中断してエラー
アシスト状態にし、それ以外の場合には計測に成功した
計測点の計測値を用いてそのグループに対する計測値を
算出することでシーケンスを続行するものである。

【００１９】また、本発明の投影露光装置は、露光光で
所定形状の照明領域を照明する照明系と、照明領域に対
して露光用のパターンが形成されたマスクを走査するマ
スク側ステージと、照明領域内のマスクのパターンを感
光基板上に投影する投影光学系と、感光基板を載置して
移動可能な基板側ステージと、マスク側ステージと基板
側ステージとを同期して走査する走査手段と、感光基板
が走査される方向に交差する方向の複数の点を含む複数
の計測点の夫々で検出された感光基板表面の光軸方向の
位置に基づいて感光基板の面位置を検出する面位置検出
手段とを備える投影露光装置において、面位置検出手段
は、複数の計測点を複数のグループに分けるグループ化
手段と、グループ化手段によってグループ化されたグル
ープ毎に計測値を算出し、その計測値に夫々重み係数を
掛けて感光基板の面位置を算出する演算手段と、計測点
での計測に失敗した場合のエラー処理を選択する選択手
段とを備えることを特徴とする。

【００２０】グループ化手段は、感光基板の露光領域内
の計測点を、感光基板が走査される方向に交差する方向
の座標が略等しい計測点同士をグループとすることでグ
ループ化を行うものとすることができる。

【００２１】この場合、エラー処理アルゴリズムとして
は、例えばフォーカシング処理に関して次の（１）、
（２）のようなものを用意しておくことができる。（１）露光領域の中央部分に位置するグループを重視
し、そのグループの計測点で計測に失敗したものがある
場合には他のグループの計測値を補完的に使用するアル
ゴリズム。（２）露光領域及び先読み領域の中央部分の計測値を重
視するアルゴリズム。

【００２２】本発明によると、プロセス毎に一つのチッ
プ上に線幅の異なる精粗のパターン面等がある場合、そ
れらに対し重要度に応じて重み付けすることができるの
で所望の面に対して最良の面位置設定ができ、かつ各パ
ターン部分の計測結果に対してオートフォーカスのエラ
ー処理に関する最適のアルゴリズムが設定されるので、
従来の計測点の単純平均等によるエラー処理に比較して
エラーアシスト状態の発生頻度を低減することができ
る。すなわち重要度の低いパターンに対しては許容フォ
ーカス深度が広くなるので経済的なエラー処理を行うこ
とができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。最初に、本発明をステップ・アン
ド・リピート方式の投影露光装置に適用した実施の形態
について説明する。図１は、斜め入射方式の多点ＡＦ系
を備える投影露光装置を部分的に示す図である。多点Ａ
Ｆ系とは投影光学系ＰＬの投影視野内の複数箇所に、感
光基板すなわちウエハＷの光軸方向の位置ずれを計測す
る測定点を設けたものである。

【００２４】図１において、ウエハＷ上に塗布されたレ
ジストに対して非感光性の照明光ＩＬはスリット板１を
照明する。そしてスリット板１のスリットを通った光
は、レンズ系２、ミラー３、絞り４、投光用対物レンズ
５、及びミラー６を介してウエハＷを斜めに照射する。
このとき、ウエハＷの表面が最良結像面にあると、スリ
ット板１のスリットの像がレンズ系２、対物レンズ５に
よってウエハＷの表面に結像される。また対物レンズ５
の光軸とウエハ表面との角度は５〜１２°程度に設定さ
れ、スリット板１のスリット像の中心は、投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸがウエハＷと交差する点に位置する。

【００２５】ウエハＷで反射したスリット像光束は、ミ
ラー７、受光用対物レンズ８、レンズ系９、及び振動ミ
ラー１０介して受光器１５上に再結像される。振動ミラ
ー１０は、発振器１６からの駆動信号でドライブされる
ミラー駆動部１１により振動されられ、受光器１５上に
できるスリット像を、その長手方向と直交する方向に微
小振動させる。受光器１５による検出信号は信号処理装
置１３に供給される。

【００２６】図２（ｂ）は、スリット板１上に形成され
たスリットパターンを示す。この例では、スリット板１
に５個のスリット１ａ〜１ｅが設けられている。スリッ
ト１ａ〜１ｅはウエハＷの露光面にステージ移動座標軸
であるＸ軸及びＹ軸に対して夫々４５°程度だけ傾けて
照射されるため、それらの各投影像は図２（ａ）に示す
ような配置になる。図２（ａ）において、投影光学系Ｐ
Ｌの円形の投影視野Ｉｆ内に矩形のマスクのパターン領
域ＰＡが形成され、その中央部及び２本の対角線上の５
つの計測点に夫々スリット像ＳＴ１〜ＳＴ５が形成され
ている。

【００２７】図２（ｃ）は、受光器１５の受光面の様子
を示す。受光器１５の受光面には５個の受光素子１５ａ
〜１５ｅが配置され、各受光素子１５ａ〜１５ｅの上に
はスリット状の開口を有する遮光板（図示省略）が配置
されている。そして、図２（ａ）の各計測点のスリット
像ＳＴ１〜ＳＴ５が夫々受光器１５の各受光素子１５ａ
〜１５ｅ上に再結像されている。この場合、ウエハＷの
露光面で反射されたスリット像は、図２（ｃ）に矢印で
示すように、受光器１５上では各受光素子１５ａ〜１５
ｅ上に再結像される投影像の位置がスリット状の開口の
幅方向に振動する。

【００２８】また、図２（ａ）の各計測点上のスリット
像ＳＴ１〜ＳＴ５は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対し
て斜めに投影されているため、ウエハＷの露光面のフォ
ーカス位置が変化すると、受光器１５上に再結像される
投影像の振動中心は矢印で示した方向に変位する。従っ
て、図１に示した信号処理装置１３内で、各受光素子１
５ａ〜１５ｅの検出信号をそれぞれ発振器１６の信号で
同期検波することで、５個の計測点のフォーカス位置に
夫々対応する５個のフォーカス信号が得られる。

【００２９】この斜入射光方式の多点ＡＦ系は、その系
自体で決まる仮想的な基準面を有し、その基準面にウエ
ハ表面が一致したときに合焦と判定する。したがって、
多点ＡＦ系を較正してその仮想的な基準面を投影光学系
ＰＬの最良結像面と一致させるために、Ｚステージ２０
上には基準マークＦＭが設けられている。基準マークＦ
Ｍの表面にはスリット状の開口部が複数個設けられてお
り、マークＦＭはファイバー４１を介して露光光とほぼ
同一の波長の光で下から（Ｚステージ側から）照明され
る。基準マークＦＭの表面はウエハＷのパターン面とほ
ぼ一致するように設けられている。基準マークＦＭのス
リット状開口を透過した光は投影光学系ＰＬを介してマ
スク（不図示）で反射し、開口部の下に設けられた光電
センサ４５に開口部を介して入射する。この光電センサ
４５で受光する光のコントラストが最高となるＺステー
ジ２０の位置（Ｚ方向の高さ位置）が投影光学系ＰＬの
最良結像面位置である。したがって、ＡＦ系は基準マー
クＦＭを用いた計測により最良結像面位置が検知された
とき、合焦信号を出すように較正される。

【００３０】信号処理装置１３は、５個の計測点のフォ
ーカス位置から後述の方法でウエハＷの面位置（高さと
傾き）を求めて主制御系１７に伝達する。Ｚステージ２
０上にはレベリングステージ２３が設けられている。主
制御系１７は信号処理装置１３からの出力信号に基づい
て、Ｚステージ２０の駆動用モータ１９をドライブする
駆動回路１８及びレベリングステージ２３を駆動するレ
ベリングステージ駆動部２４（モータとその制御回路と
を含む）への指令を出力する。また、主制御系１７は、
ＸＹステージ２１を駆動する駆動部２２に指令して、ウ
エハＷのショット領域を投影光学系ＰＬの露光領域に合
致させる。

【００３１】一般にパターン領域ＰＡが投影されるウエ
ハ表面上には、それと重ね合わせされるショット領域が
すでに形成されている。例えばスタック型のメモリーＩ
Ｃ等では高集積化対応のため、ウエハ表面は大きな段差
形状を有しており、さらにショット領域内には、デバイ
ス製造のプロセスを経るたびに凹凸部分の変化が増大
し、スリット像ＳＴ１〜ＳＴ５の位置においても、大き
な凹凸変化が存在し得る。また、１つのショット領域内
に複数のチップを配置する場合には、各チップを分離す
るためのスクライブラインがショット領域内にＸ方向、
又はＹ方向に延びて形成されることになり、スクライブ
ライン上の点とチップ上の点とでは極端な場合、２μｍ
以上の段差が生じることもある。どのスリット像の位置
にスクライブラインが位置するかは、設計上のショット
配置やショット内チップサイズ等によって予め知ること
ができる。

【００３２】次に、目標焦点位置Ｚ_aを求める方法につ
いて説明する。本発明では、ウエハＷの表面に段差形状
がある場合、プロセス毎に最適なＡＦ方法を取るため、
どの計測結果をどのように重視するかを選択できるよう
に、５個の計測点を複数のグループに分け、各グループ
に対して重み付け（例えば、１〜１０）を行う。すなわ
ち、５点の検出点を複数のグループに分けて、グループ
内で平均化処理した後重み係数を掛けて加算し、その結
果を重み係数の総和で割ることにより全体の加重平均化
処理を行う。グループ分けの方法及び各グループに対す
る重み係数のデータは、入力手段３１から入力される。

【００３３】例えば、図３に断面を示すような段差部を
有するウエハ表面を３つのグループにグループ分けする
場合について説明する。図３で領域ＡＳ₁と領域ＡＳ₃は
凸部となっている領域で、領域ＡＳ₂は凹部となってい
る領域である。さらに、領域ＡＳ_1aと領域ＡＳ_3a、及び
領域ＡＳ_1bと領域ＡＳ_3bはほぼ同じ高さ位置となる領域
であり、ここではほぼ同じ高さ位置を有する領域（例え
ば領域ＡＳ_1aとＡＳ_3a）を１つのグループとする。領域
ＡＳ_1aと領域ＡＳ_3aを検出するのは計測点ＭＰｂとＭＰ
ｄであり、これらの測定点からの計測値Ｚ₂，Ｚ₃を第１
グループとする。領域ＡＳ_1bと領域ＡＳ_3bを検出するの
は計測点ＭＰａとＭＰｅであり、これらの測定点からの
計測値Ｚ₄，Ｚ₅を第２グループとする。そして領域ＡＳ
₂を検出する計測点ＭＰｃからの計測値Ｚ₁を第３グルー
プとする。

【００３４】そして、グループ内で平均化した後、各グ
ループごとに重みをつけて加算し、さらにその和を重み
係数の総和で割る。すなわちグループ内で平均化したあ
と加重平均化処理するものである。このグループ内平均
化、加重平均化処理の両方により平均化効果を高めてい
る。この処理を式で表すと、次の〔数１〕のようにな
る。

【００３５】

【数１】Ｚ_a＝〔Ｚ₁・Ｗ₁＋（Ｚ₂＋Ｚ₃）・Ｗ₂／２＋（Ｚ
₄＋Ｚ₅）・Ｗ₃／２〕／Ｎただし、Ｎ＝Ｗ₁＋Ｗ₂＋Ｗ₃である。

【００３６】この目標焦点位置Ｚ_aの算出に加えて、信
号処理装置１３では、各測定点における計測値から最小
自乗近似法等によってウエハ表面の傾きを求める。この
Ｚ_ａと傾きのデータは主制御系１７に供給される。主制
御系１７は、ドライブ回路１８に指令信号を出力してＺ
ステージ２０を光軸ＡＸ方向に並進移動するとともに、
レベリングステージ駆動部２４に指令信号を出力してレ
ベリングステージ２３を傾斜させることによって、最良
結像面にウエハＷの表面を一致させる。

【００３７】図３に示した測定点ＭＰｄのように段差の
端部を測定する場合、検出信号がばらつく可能性があ
る。また、ウエハ周辺のショットを計測する場合、測定
点がウエハからはみ出してしまい信号が得られないこと
がある。複数の計測点（この例では、５点）のうちで計
測に失敗したものが１つでもあると、エラー処理が行わ
れる。このエラー処理のアルゴリズムは、予め用意され
た複数のエラー処理アルゴリズムのうちからオペレータ
が選択して入力手段３１で指定することによって設定さ
れる。例えば、アルゴリズム「０」は５個の計測点のう
ち、一つでも計測に失敗したらエラーとする。アルゴリ
ズム「１」は計測に成功した計測点が一つもないグルー
プがあればエラーとする。アルゴリズム「２」は重み付
けパラメータが最大（最優先）のグループの計測点が、
すべて計測に失敗したときエラーとする。以上のような
エラー処理アルゴリズムをプロセス毎に設定することが
できるので、きめ細かい有効な面位置検出が可能とな
る。

【００３８】図４は、エラー処理を含む１ショットの処
理を説明するためのフローチャートである。ステップ１
６で選択されるエラー処理のアルゴリズムは、前述のよ
うに、この露光プロセスに最適なものが予め選択されて
設定されている。また、ショット領域内の表面構造に応
じた計測点のグループ化の方法及びグループ毎の重み係
数も入力手段３１から設定されている。

【００３９】主制御系１７は、ＸＹステージ２１を駆動
する駆動部２２に指令して、ウエハＷ上のショット位置
が投影光学系ＰＬの露光領域と一致するようにステージ
移動する（Ｓ１１）。次に、多点ＡＦ計測を行い、各計
測点の基準面に対する誤差を計測する（Ｓ１２）。次
に、ステップ１３において、全ての計測点が計測に成功
したかどうかを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」のとき
は、その計測値を用いてウエハＷ表面の面位置を決定
し、その面位置が投影光学系ＰＬの最良結像面と一致す
るようにＺステージ２０の上下動位置及びレベリングス
テージ２３の傾きを調整してフォーカシング及びレベリ
ングを行い（Ｓ１４）、露光を行う（Ｓ１５）。

【００４０】ステップ１３の判定結果が「ＮＯ」の場
合、すなわちウエハＷの露光領域に異常な曲がりや段差
形状がある等して計測できない計測点があったとき、ス
テップ１６に進んでエラー処理アルゴリズムによる処理
に移る。エラー処理アルゴリズムとして「０」が指定さ
れているときは、ステップ１９のエラーアシストへ進
み、オペレータによるエラー処理がなされる。エラーア
シスト処理においては、露光装置の表示装置に選択肢
「０」、「１」、「２」が表示され、オペレータがその
うちの一つを選択してエラー処理を行うようになってい
る。例えば、選択肢「０」を選択すると、新たなフォー
カシング処理を行わずにステップ１５へ進み、前回のシ
ョット位置からステージ移動したままの状態で露光を行
う。選択肢「１」を選択すると、ステップ１２に戻って
再度ＡＦ計測を行う。選択肢「２」を選択すると、その
ショット領域に対する露光を行わずにステップ１１に戻
り、次のショット位置にステージ移動する。エラーアシ
スト処理では、次のウエハに交換する処理を選択できる
選択肢を設けてもよい。

【００４１】エラー処理アルゴリズムの指定が「１」の
とき、ステップ１６からステップ１８に進み、計測に失
敗した計測点が属するグループ内において他に計測に成
功した計測点があるかどうかを調べる。もし計測に成功
した計測点が１点でもあればステップ１４に進み、得ら
れた計測値を平均化することでそのグループに対する計
測値とし、他のグループの計測値とあわせてウエハＷ表
面の面位置を決定し、その面位置が投影光学系ＰＬの最
良結像面と一致するようにＺステージ２０の上下動位置
によるフォーカシング及びレベリングステージ２３の傾
きを調整によるレベリングを行い、続いてステップ１５
で露光を行う。ステップ１８の判定結果が「ＮＯ」のと
きは、ステップ１９のエラーアシストへ進み、前述のオ
ペレータによるエラー処理がなされる。

【００４２】またエラー処理アルゴリズムが「２」指定
のときは、ステップ１６からステップ１７に進んで、重
み付けが最大のグループが計測に成功しているかを調べ
る。この判定結果が「ＹＥＳ」であれば、たとえ他に計
測に失敗したグループがあったととしてもステップ１４
に進み、得られている計測値を用いてフォーカシング及
びレベリング処理を行い、続いてステップ１５で露光を
行う。ステップ１７の判定結果が「ＮＯ」のときはステ
ップ１９のエラーアシストへ進み、オペレータによるエ
ラー処理がなされる。

【００４３】次に、本発明を走査型露光装置に適用した
場合の実施の形態について説明する。図５は、ステップ
・アンド・スキャン型の投影露光装置を示す。光源及び
オプティカル・インテグレータ等を含む光源系５１から
の露光用の照明光ＩＬが、第１リレーレンズ５２、ブラ
インド（可変視野絞り）５３、第２リレーレンズ５４、
ミラー５５、及びメインコンデンサーレンズ５６を介し
て、均一な照度分布でマスク５７のパターン形成面のス
リット状の照明領域５８を照明する。ブラインド５３の
配置面はマスク５７のパターン形成面とほぼ共役であ
り、ブラインド５３の開口の位置及び形状により、照明
領域５８の位置及び形状が設定される。

【００４４】マスク５７上の照明領域５８内のパターン
の投影光学系ＰＬを介した像が、フォトレジストが塗布
されたウエハＷ上のスリット状の露光領域６３内に投影
露光される。ここで、投影光学系ＰＬの光軸に平行にＺ
軸を取り、その光軸に垂直な２次元平面内で図５の紙面
に平行にＸ軸を、図５の紙面に垂直にＹ軸を取る。マス
ク５７はマスクステージ５９上に保持され、マスクステ
ージ５９はマスクベース６０上で走査方向であるＸ方向
に例えばリニアモータにより駆動される。マスクステー
ジ５９上の移動鏡６８及び外部のレーザ干渉計６９によ
りマスク５７のＸ座標が計測され、このＸ座標が装置全
体の動作を統轄制御する主制御系７０に供給される。主
制御系７０は、マスクステージ駆動系７１及びマスクス
テージ５９を介してマスク５７の位置及び移動速度の制
御を行う。

【００４５】一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダ
を介してＺチルトステージ６４上に保持され、Ｚチルト
ステージ６４は３個のＺ方向に移動自在なアクチュエー
タ６６Ａ〜６６Ｃを介してＹステージ６５Ｙ上に載置さ
れ、Ｙステージ６５Ｙは、Ｘステージ６５Ｘ上に例えば
送りねじ方式でＹ方向に移動されるように載置され、Ｘ
ステージ６５Ｘは、装置ベース６７上に例えば送りねじ
方式でＸ方向に移動されるように載置されている。３個
のアクチュエータ６６Ａ〜６６Ｃを並行に伸縮させるこ
とにより、Ｚチルトステージ６４のＺ方向の位置の調整
（フォーカシング）が行われ、３個のアクチュエータ６
６Ａ〜６６Ｃの伸縮量を個別に調整することにより、Ｚ
チルトステージ６４のＸ軸及びＹ軸の回りの傾斜角の調
整（レベリング）が行われる。

【００４６】また、Ｚチルトステージ６４の上端に固定
されたＸ軸用の移動鏡７２Ｘ及び外部のレーザ干渉計７
３Ｘにより、ウエハＷのＸ座標が常時モニタされ、Ｙ軸
用の移動鏡７２Ｙ及び外部のレーザ干渉計７３Ｙ（図１
０参照）により、ウエハＷのＹ座標が常時モニタされ、
検出されたＸ座標及びＹ座標が主制御系７０に供給され
ている。

【００４７】主制御系７０は、供給された座標に基づい
てウエハステージ駆動系７４を介してＸステージ６５
Ｘ、Ｙステージ６５Ｙ、及びＺチルトステージ６４の動
作を制御する。例えば、投影光学系ＰＬが投影倍率β
（βは例えば１／４等）で倒立像を投影するものとし
て、マスクステージ５９を介してマスク５７を照明領域
５８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、Ｘステージ６５Ｘを介してウエハ
Ｗが露光領域６３に対して−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に
速度Ｖ_W（＝β・Ｖ_R）で走査される。

【００４８】次に、ウエハＷの表面のＺ方向の位置（焦
点位置）を検出するための多点ＡＦ系７５の構成につき
説明する。この多点ＡＦ系７５において、光源７６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、コンデンサーレンズ７７を介して送光スリット板７
８内の多数のスリットを照明し、それらスリットの像が
対物レンズ７９を介して、投影光学系ＰＬの光軸に対し
て斜めにウエハＷ上の露光領域６３及びこの前後の先読
み領域８５Ａ，８５Ｂ（図６参照）の１５個の計測点Ｐ
₁₁〜Ｐ₅₃に投影される。

【００４９】図６は、ウエハＷ上の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₅₃の
配置を示し、この図６において、スリット状の露光領域
６３に対して−Ｘ方向、及び＋Ｘ方向側にそれぞれ先読
み領域８５Ａ及び８５Ｂが設定されている。そして、露
光領域６３内に３行×３列の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃が設定さ
れ、先読み領域８５Ａ内に３個の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃が設
定され、先読み領域８５Ｂ内に３個の計測点Ｐ₅₁〜Ｐ₅₃
が設定されている。ウエハＷを＋Ｘ方向に走査するとき
は先読み領域８５Ｂ内の計測点Ｐ₅₁〜Ｐ₅₃による計測値
が使用され、−Ｘ方向に走査するときは先読み領域８５
Ａ内の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃による計測値が使用される。

【００５０】図５に戻って、各計測点からの反射光は、
集光レンズ８０を介して振動スリット板８１上に集光さ
れ、振動スリット板８１上にそれら計測点に投影された
スリット像が再結像される。振動スリット板８１は、主
制御系７０からの駆動信号ＤＳにより駆動される加振器
８２により所定方向に振動している。振動スリット板８
１の多数のスリットを通過した光が光電検出器８３上の
多数の光電変換素子によりそれぞれ光電変換され、これ
ら光電変換信号が信号処理系８４に供給される。

【００５１】図７は、送光スリット板７８を示す。送光
スリット板７８には、図６のウエハ上の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ
₅₃に対応する位置にそれぞれスリット７８₁₁〜７８₅₃が
形成されている。また、振動スリット板８１上にも、図
８に示すように図６のウエハ上の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₅₃に対
応する位置にそれぞれスリット８１₁₁〜８１₅₃が形成さ
れ、振動スリット板８１は加振器８２により各スリット
の長手方向に直交する計測方向に振動している。

【００５２】図９は、光電検出器８３及び信号処理系８
４を示す。光電検出器８３上の１行目の光電変換素子８
３₁₁〜８３₁₃には、それぞれ図６の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃か
ら反射されて、振動スリット板８１中の対応するスリッ
トを通過した光が入射する。同様に、２行目〜４行目の
光電変換素子８３₂₁〜８３₄₃には、それぞれ図６の計測
点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃から反射されて、振動スリット板８１中の
対応するスリットを通過した光が入射し、５行目の光電
変換素子８３₅₁〜８３₅₃には、それぞれ図６の計測点Ｐ
₅₁〜Ｐ₅₃から反射されて、振動スリット板８１中の対応
するスリットを通過した光が入射する。

【００５３】そして、光電変換素子８３₁₁〜８３₅₃から
の検出信号は、増幅器９６₁₁〜９６₅₃を介して同期整流
器９７₁₁〜９７₅₃に供給される。同期整流器９７₁₁〜９
７₅₃はそれぞれ加振器８２用の駆動信号ＤＳを用いて入
力された検出信号を同期整流することにより、対応する
計測点の焦点位置に所定範囲でほぼ比例して変化する計
測信号を生成する。この例では、同期整流器９７₁₁〜９
７₅₃から出力される計測信号は、それぞれ図５において
対応する計測点が投影光学系ＰＬの結像面（ベストフォ
ーカス面）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。

【００５４】同期整流器９７₁₁〜９７₅₃から出力される
計測信号は、並列にマルチプレクサ９８に供給され、マ
ルチプレクサ９８は、主制御系７０内のマイクロプロセ
ッサ（ＭＰＵ）１００からの切り換え信号に同期して、
供給される計測信号から順番に選ばれた計測信号をＡ／
Ｄ変換器９９に供給し、Ａ／Ｄ変換器９９から出力され
るデジタルの計測信号が順次主制御系７０内のメモリ１
０１内に格納される。

【００５５】図１０は、図５に示した３個のアクチュエ
ータ６６Ａ〜６６Ｃの駆動系を示す説明図である。主制
御系７０のメモリ１０１には、各アドレス１０１₁₁〜１
０１₅₃内にそれぞれ図６の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₅₃での計測位
置を示すデジタルの計測信号が格納されている。なお、
これらの計測信号は、所定のサンプリング周期で逐次書
き換えられている。メモリ１０１の各アドレス１０１₁₁
〜１０１₅₃から読み出された計測信号は、並列に演算部
１０２に供給される。

【００５６】いま、ウエハＷが−Ｘ方向に走査されてい
るとすると、演算部１０２では、図６の露光領域６３内
の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃に対応するアドレス１０１₂₁〜１０
１₄₃から読み出された計測信号と、先読み領域８５Ａ内
の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃に対応するアドレス１０１₁₁〜１０
１₁₃から読み出された計測信号を用いて、以下に説明す
るようにして露光領域６３の中心での焦点位置（Ｚ座
標）Ｚ_b、Ｙ軸の回りでの傾斜角θ_X、及びＸ軸の回りで
の傾斜角θ_Yを求める。ウエハＷが＋Ｘ方向に走査され
ているときには、演算部１０２では、図６の露光領域６
３内の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃に対応するアドレス１０１₂₁〜
１０１₄₃から読み出された計測信号と、先読み領域８５
Ｂ内の計測点Ｐ₅₁〜Ｐ₅₃に対応するアドレス１０１₅₁〜
１０１₅₃から読み出された計測信号を用い、同様にして
焦点位置Ｚ_b、傾斜角θ_X、及び傾斜角θ_Yを求める。

【００５７】以下では、ウエハＷが−Ｘ方向に走査され
ているとして、露光領域６３内の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃に対
応するアドレス１０１₂₁〜１０１₄₃から読み出された計
測信号Ｚ₂₁〜Ｚ₄₃と、先読み領域８５Ａ内の計測点Ｐ₁₁
〜Ｐ₁₃に対応するアドレス１０１₁₁〜１０１₁₃から読み
出された計測信号Ｚ₁₁〜Ｚ₁₃を用いる場合について説明
する。

【００５８】まず、演算部１０２における焦点位置Ｚ_b
の計算について、説明する。焦点位置Ｚ_bの計算にあた
っては、露光領域６３内の９点の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃をほ
ぼ同じＹ座標を有する３つのグループ、すなわち第１グ
ループ（Ｐ₂₁，Ｐ₃₁，Ｐ₄₁）、第２グループ（Ｐ₂₂，Ｐ
₃₂，Ｐ₄₂）、及び第３グループ（Ｐ₂₃，Ｐ₃₃，Ｐ₄₃）に
グループ分けする。また、先読み領域８５Ａ内の計測点
Ｐ₁₁を第４グループ、計測点Ｐ₁₂を第５グループ、計測
点Ｐ₁₃を第６グループとする。そして、グループ内で計
測値を平均化した後、各グループごとに重みをつけて加
算し、さらにその和を重みの総和で割る。すなわちグル
ープ内で平均化したあと加重平均化処理する。このグル
ープ内平均化、加重平均化処理の両方により平均化効果
を高めている。各計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₄₃における計測値をＺ
₁₁〜Ｚ₄₃とするとき、この焦点位置Ｚ_bの計算式は次の
〔数２〕で表される。

【００５９】

【数２】Ｚ_b＝〔（Ｚ₂₁＋Ｚ₃₁＋Ｚ₄₁）・Ｗ₁／３＋（Ｚ
₂₂＋Ｚ₃₂＋Ｚ₄₂）・Ｗ₂／３＋（Ｚ₂₃＋Ｚ₃₃＋Ｚ₄₃）・Ｗ₃
／３＋Ｚ₁₁・Ｗ₄＋Ｚ₁₂・Ｗ₅＋Ｚ₁₃・Ｗ₆〕／Ｎただし、Ｎ＝Ｗ₁＋Ｗ₂＋Ｗ₃＋Ｗ₄＋Ｗ₅＋Ｗ₆である。

【００６０】なお、重み係数の設定にあたっては、露光
領域６３の中央部分、すなわち第２グループに対する重
み係数Ｗ₂を他のグループに対する重み係数Ｗ₁，Ｗ₃，
Ｗ₄，Ｗ₅，Ｗ₆に比べて大きく設定するのが好適であ
る。これは、第２グループに属する計測点Ｐ₂₂〜Ｐ₄₂の
計測値は露光領域６３の高さをよく表しているので、計
測値Ｚ₂₂〜Ｚ₄₂を重視して焦点位置Ｚ_bを計算すると露
光領域６３全体にわたって良好なフォーカシングを達成
できると考えられるからである。

【００６１】演算部１０２では、この焦点位置Ｚ_bの算
出に加えて、露光領域６３内の各測定点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃にお
ける計測値Ｚ₂₁〜Ｚ₄₃から最小自乗近似法によって露光
領域６３の表面を表す平面を決定する。そして、投影光
学系ＰＬの最良結像面に対する露光領域６３の平面のＹ
軸の回りでの傾斜角θ_X、及びＸ軸の回りでの傾斜角θ_Y
を求める。これらの焦点位置Ｚ_b、傾斜角θ_X，θ_Yは、
それぞれ目標位置／速度変換部１０８に供給される。ま
た、レーザ干渉計７３Ｘ及び７３Ｙで計測されたＺチル
トステージ６４（ウエハＷ）のＸ座標及びＹ座標も目標
位置／速度変換部１０８に供給されている。

【００６２】目標位置／速度変換部１０８では、先ず、
供給されたＺチルトステージ６４のＸ座標及びＹ座標よ
り、投影光学系ＰＬの光軸を原点とした場合の３個のア
クチュエータ６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃのそれぞれの作用
点の座標（Ｘ₁，Ｙ₁），（Ｘ₂，Ｙ₂），（Ｘ₃，Ｙ₃）を
算出する。また、予め傾斜角θ_X、傾斜角θ_Y、及び焦点
位置Ｚ_bのそれぞれの位置制御系のループゲインＫθ_X、
Ｋθ_Y、及びＫ_Zが記憶されており、目標位置／速度変換
部１０８では次の〔数３〕によって３個のアクチュエー
タ６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃへのそれぞれの速度指令値Ｖ
Ｚ₁，ＶＺ₂，ＶＺ₃を算出する。

【００６３】

【数３】

【００６４】アクチュエータ６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃの
座標（Ｘ₁，Ｙ₁），（Ｘ₂，Ｙ₂），（Ｘ₃，Ｙ₃）は、ウ
エハＷが走査されるのに応じて変化するため、目標位置
／速度変換部１０８は、例えばウエハＷの位置が所定ス
テップ変化する毎に、又は所定の時間間隔で逐次前記
〔数３〕の演算を行って速度指令値ＶＺ₁，ＶＺ₂，ＶＺ
₃を算出する。これらの速度指令値ＶＺ₁〜ＶＺ₃は、速
度コントローラ１１０に供給され、速度コントローラ１
１０は、パワーアンプ１１１Ａ〜１１１Ｃを介してアク
チュエータ６６Ａ〜６６Ｃを駆動する。また、アクチュ
エータ６６Ａ〜６６Ｃの内部のロータリエンコーダから
の速度検出信号が速度コントローラ１１０にフィードバ
ックされている。これにより、アクチュエータ６６Ａ，
６６Ｂ，６６Ｃは、それぞれ先端部が駆動速度ＶＺ₁，
ＶＺ₂，ＶＺ₃でＺ方向に駆動される。

【００６５】そして、そのアクチュエータ６６Ａ〜６６
Ｃにより駆動された後のウエハＷの表面の位置及び傾斜
角が、図５に示した多点ＡＦ系７５及び図１０に示した
演算部１０２等により計測され、この計測結果と目標値
との偏差が目標位置／速度変換部１０８にフィードバッ
クされる。走査露光中にそのようにＺチルトステージ６
４の傾斜角及び焦点位置をサーボ制御することによっ
て、ウエハＷの露光領域６３が、常にマスク５７の照明
領域５８内のパターンの投影像の結像面に合致した状態
で露光が行われる。

【００６６】以上の説明は、露光領域６３及び先読み領
域８５Ａ内の複数の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₄₃における計測が全
て成功した場合についてのものである。もし、露光領域
６３又は先読み領域８５Ａ内のいずれかの計測点におい
て計測に失敗した場合にはエラー処理が行われる。この
エラー処理のアルゴリズムは、予め用意された複数のア
ルゴリズムのうちからオペレータが選択して入力手段１
３０から指定することによって設定される。ここでは、
エラー処理のアルゴリズムが２種類用意されている例に
ついて説明する。

【００６７】図１１〜図１３は、図５〜図１０で説明し
た走査型露光装置におけるフォーカシング及びレベリン
グ処理の流れの一例を説明するフローチャートである。
なお、図１１〜図１３はフォーカシング及びレベリング
処理の流れだけを示したものであり、マスクステージ駆
動系７１及びウエハステージ駆動系７４によってマスク
５７とウエハＷを同期して駆動することによる走査露光
は図１１〜図１３に示した全行程を通して連続して行わ
れる。

【００６８】走査露光装置による走査露光中、多点ＡＦ
系７５により露光領域６３内の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃及び先
読み領域８５Ａ内の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃（ウエハＷを＋Ｘ
方向に走査するときは先読み領域８５Ｂ内の計測点Ｐ₅₁
〜Ｐ₅₃を使用）による多点ＡＦ計測を行う（Ｓ３１）。
ステップ３２では、露光領域６３内の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃
の全てにおいて計測に成功したかどうかを判定し、判定
結果が「ＹＥＳ」のときはステップ３３に進んで、さら
に先読み領域８５Ａ内の全ての計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃で計測
に成功したかどうかを判定する。

【００６９】ステップ３３の判定結果が「ＹＥＳ」のと
きは、ステップ３４に進み、演算部１０２において前述
のように計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₄₃における計測値Ｚ₁₁〜Ｚ₄₃の
データを用いて前記〔数２〕に従って焦点位置Ｚ_bを計
算する。また、露光領域６３内の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃にお
ける計測値Ｚ₂₁〜Ｚ₄₃から最小自乗近似法によって露光
領域６３の表面に合致する平面を決定する。そして、こ
の決定された平面のＹ軸の回りでの傾斜角θ_X、及びＸ
軸の回りでの傾斜角θ_Yを求め、目標位置／速度変換部
１０８において前記〔数３〕の演算によって速度指令値
ＶＺ₁，ＶＺ₂，ＶＺ₃を算出する。速度コントローラ１
１０は速度指令値ＶＺ₁〜ＶＺ₃に従ってアクチュエータ
６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃを駆動することでフォーカシン
グ及びレベリング動作を行う。

【００７０】ステップ３３の判定結果が「ＮＯ」のとき
は、ステップ３５に進み、演算部１０２は、計測に成功
している露光領域６３内の計測点の計測値Ｚ₂₁〜Ｚ₄₃の
データのみを用いて焦点位置Ｚ_bを計算する。この計算
は次の〔数４〕のように行われる。

【００７１】

【数４】Ｚ_b＝〔（Ｚ₂₁＋Ｚ₃₁＋Ｚ₄₁）・Ｗ₁／３＋（Ｚ
₂₂＋Ｚ₃₂＋Ｚ₄₂）・Ｗ₂／３＋（Ｚ₂₃＋Ｚ₃₃＋Ｚ₄₃）・Ｗ₃
／３〕／Ｎただし、Ｎ＝Ｗ₁＋Ｗ₂＋Ｗ₃である。

【００７２】この〔数４〕は、前記〔数２〕において、
先読み領域８５Ａの計測値に対する重み係数Ｗ₄，Ｗ₅，
Ｗ₆をゼロにしたものに相当する。また、ステップ３４
と同様に、露光領域６３内の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃における
計測値Ｚ₂₁〜Ｚ₄₃を用いて露光領域６３の表面に合致す
る平面のＹ軸の回りでの傾斜角θ_X、及びＸ軸の回りで
の傾斜角θ_Yを求め、目標位置／速度変換部１０８にお
いて前記〔数３〕の演算によって速度指令値ＶＺ₁，Ｖ
Ｚ₂，ＶＺ₃を算出する。そして、速度コントローラ１１
０が速度指令値ＶＺ₁〜ＶＺ₃に従ってアクチュエータ６
６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃを駆動することで、フォーカシン
グ及びレベリング動作を行う。

【００７３】次に、ステップ３２の判定結果が「ＮＯ」
の場合のフローについて説明する。このような場合、従
来は図１５に示したように、その回の計測データを廃棄
し、ウエハステージのフォーカシング及びレベリングを
変えることなく走査露光を継続していた。本発明におい
ては、このような計測エラーが生じたときのエラー処理
アルゴリズムを複数用意しておき、そのうちのいずれか
を選択できるようにした。エラー処理アルゴリズムは、
入力手段１３０を用いて予め設定しておく。この例で
は、エラー処理アルゴリズムとして「１」と「２」の２
通りのものが用意されている。アルゴリズム「１」は、
フォーカシング処理において露光領域６３内の第２グル
ープの計測点を重視しながらも、第２グループの計測点
で計測に失敗したものがある場合には第１グループ、第
３グループ、先読み領域８５Ａの計測点（第４、５、６
グループ）での計測値を補完的に使用するものである。
一方、アルゴリズム「２」は、フォーカシング処理にお
いて露光領域６３及び先読み領域８５Ａの走査方向に直
交する方向の中央部分を重視するものである。

【００７４】エラー処理アルゴリズムとして予め「１」
を選択してある場合には、ステップ３６から図１２に示
したフローに進む。すなわち、ステップ４１において、
露光領域６３の中央部分に位置する第２グループの計測
点Ｐ₂₂〜Ｐ₄₂の３つの計測点が全て計測に成功している
かどうかを判定する。判定結果が「ＹＥＳ」のときはス
テップ４２に進み、先読み領域８５Ａの計測点Ｐ₁₁〜Ｐ
₁₃の全てで計測に成功しているか否かを判定する。この
判定結果が「ＹＥＳ」のときは、ステップ４３に進み、
第２グループの計測点Ｐ₂₂〜Ｐ₄₂における計測値Ｚ₂₂〜
Ｚ₄₂と先読み領域８５Ａの計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃における計
測値Ｚ₁₁〜Ｚ₁₃のデータを用いて焦点位置Ｚ_bを計算す
る。この計算は次の〔数５〕のように行われる。

【００７５】

【数５】Ｚ_b＝〔（Ｚ₂₂＋Ｚ₃₂＋Ｚ₄₂）・Ｗ₂／３＋Ｚ₁₁・
Ｗ₄＋Ｚ₁₂・Ｗ₅＋Ｚ₁₃・Ｗ₆〕／Ｎただし、Ｎ＝Ｗ₂＋Ｗ₄＋Ｗ₅＋Ｗ₆である。

【００７６】この〔数５〕は、前記〔数２〕において、
第１グループに対する重み係数Ｗ₁及び第３グループに
対する重み係数Ｗ₃をゼロにしたものに相当する。ま
た、露光領域６３内の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃のうち計測に成
功した計測点の計測データから最小自乗近似法によって
露光領域６３の表面に合致する平面を決定する。そし
て、この決定された平面のＹ軸の回りでの傾斜角θ_X、
及びＸ軸の回りでの傾斜角θ_Yを求める。そして、これ
らのデータを用いて前述のように目標位置／速度変換部
１０８で前記〔数３〕の演算によって速度指令値Ｖ
Ｚ₁，ＶＺ₂，ＶＺ₃を算出してアクチュエータ６６Ａ，
６６Ｂ，６６Ｃを駆動することで、フォーカシング及び
レベリング動作を行う。

【００７７】ステップ４２において、先読み領域８５Ａ
の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃で計測に失敗した計測点がある場合
にはステップ４４に進み、第２グループの計測点Ｐ₂₂〜
Ｐ₄₂における計測データＺ₂₂〜Ｚ₄₂を用いて次の〔数
６〕によって焦点位置Ｚ_bを計算する。

【００７８】

【数６】Ｚ_b＝（Ｚ₂₂＋Ｚ₃₂＋Ｚ₄₂）／３この〔数６〕は、前記〔数２〕において、第２グループ
に対する重み係数Ｗ₂を１とし、他のグループの重み係
数を全てゼロとおいたものに相当する。

【００７９】また、ステップ４３におけると同様にして
傾斜角θ_X及びθ_Yを求め、これらのデータＺ_b，θ_X，θ
_Yを用いて前述のようにアクチュエータ６６Ａ，６６
Ｂ，６６Ｃを駆動することで、フォーカシング及びレベ
リング動作を行う。次に、ステップ４１の判定において
露光領域６３内の第２グループの計測点Ｐ₂₂〜Ｐ₄₂の中
に計測に失敗した計測点がある場合の処理について説明
する。まず、ステップ４５において、第１グループの計
測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₁及び第３グループの計測点Ｐ₂₃〜Ｐ₄₃の
計６個の計測点において計測が成功しているかどうかを
判定する。これら６点の全てにおいて計測に成功してい
る場合にはステップ４６に進み、先読み領域８５Ａの計
測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃の全てで計測に成功しているか否かを判
定する。先読み領域８５Ａでも計測に成功していれば、
ステップ４７に進み、第１グループの計測点Ｐ₂₁〜
Ｐ₄₁、第３グループの計測点Ｐ₂₃〜Ｐ₄₃及び先読み領域
８５Ａの計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃における計測値データを用い
て焦点位置Ｚ_bを計算する。この計算は次の〔数７〕の
ように行われる。

【００８０】

【数７】Ｚ_b＝〔（Ｚ₂₁＋Ｚ₃₁＋Ｚ₄₁）・Ｗ₁／３＋（Ｚ
₂₃＋Ｚ₃₃＋Ｚ₄₃）・Ｗ₃／３＋Ｚ₁₁・Ｗ₄＋Ｚ₁₂・Ｗ₅＋Ｚ₁₃
・Ｗ₆〕／Ｎただし、Ｎ＝Ｗ₁＋Ｗ₃＋Ｗ₄＋Ｗ₅＋Ｗ₆である。

【００８１】この〔数７〕は、前記〔数２〕において、
第２グループに対する重み係数Ｗ₂をゼロとおいたもの
に相当する。また、ステップ４３におけると同様に、露
光領域６３内の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃のうち計測に成功した
計測点の計測データを用いて傾斜角θ_X及びθ_Yを求め
る。そして、これらのデータＺ_b，θ_X，θ_Yを用いて前
述のようにアクチュエータ６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃを駆
動することで、フォーカシング及びレベリング動作を行
う。

【００８２】ステップ４６において、先読み領域８５Ａ
の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃で計測に失敗した計測点がある場合
にはステップ４８に進み、第１グループの計測点Ｐ₂₁〜
Ｐ₄₁における計測データＺ₂₁〜Ｚ₄₁及び第３グループの
計測点Ｐ₂₃〜Ｐ₄₃における計測データＺ₂₃〜Ｚ₄₃を用い
て次の〔数８〕によって焦点位置Ｚ_bを計算する。

【００８３】

【数８】Ｚ_b＝〔（Ｚ₂₁＋Ｚ₃₁＋Ｚ₄₁）・Ｗ₁／３＋（Ｚ
₂₃＋Ｚ₃₃＋Ｚ₄₃）・Ｗ₃／３〕／Ｎただし、Ｎ＝Ｗ₁＋Ｗ₃である。

【００８４】この〔数８〕は、前記〔数２〕において、
第２グループに対する重み係数Ｗ₂、及び第４〜第６グ
ループに対する重み係数Ｗ₄，Ｗ₅，Ｗ₆をゼロとおいた
ものに相当する。また、ステップ４７におけると同様に
して傾斜角θ_X及びθ_Yを求める。そして、これらのデー
タＺ_b，θ_X，θ_Yを用いて前述のようにアクチュエータ
６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃを駆動することで、フォーカシ
ング及びレベリング動作を行う。

【００８５】ステップ４５の判定が「ＮＯ」のときは、
ステップ４９に進んで先読み領域８５Ａの３つの計測点
Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃で計測に成功したかどうかを判定する。先読
み領域８５Ａの計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃で計測に成功している
場合にはステップ５０に進み、その計測データＺ₁₁〜Ｚ
₁₃を用いて次の〔数９〕により焦点位置Ｚ_bを計算す
る。

【００８６】

【数９】Ｚ_b＝〔Ｚ₁₁・Ｗ₄＋Ｚ₁₂・Ｗ₅＋Ｚ₁₃・Ｗ₆〕／Ｎただし、Ｎ＝Ｗ₄＋Ｗ₅＋Ｗ₆である。

【００８７】この〔数９〕は、前記〔数２〕において、
第１〜第３グループに対する重み係数Ｗ₁，Ｗ₂，Ｗ₃を
ゼロとおいたものに相当する。また、露光領域６３内の
計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃のうち計測に成功した計測点の計測デ
ータを用いて傾斜角θ_X及びθ_Yを求める。そして、これ
らのデータＺ_b，θ_X，θ_Yを用いて前述のようにアクチ
ュエータ６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃを駆動することで、フ
ォーカシング及びレベリング動作を行う。

【００８８】ステップ４９の判定結果が「ＮＯ」のとき
は、その回の計測データを用いるフォーカシング及びレ
ベリング処理を行わず、前回の計測データによるフォー
カシング及びレベリングの状態を維持したままで走査露
光を行う。続いて、エラー処理アルゴリズムとして
「２」を選択した場合のフローについて説明する。この
場合には、図１１のステップ３６から図１３に示したフ
ローに進む。すなわち、まずステップ６１において、露
光領域６３の中央部分に位置する第２グループの３つの
計測点Ｐ₂₂〜Ｐ₄₂の全てにおいて計測に成功しているか
どうかを判定する。計測に成功している場合には、ステ
ップ６２に進んで、先読み領域８５Ａの中央部分の計測
点Ｐ₁₂で計測に成功しているか否かを判定する。計測点
Ｐ₁₂でも計測に成功していれば、ステップ６３に進み、
第２グループの計測点Ｐ₂₂〜Ｐ₄₂における計測値Ｚ₂₂〜
Ｚ₄₂と先読み領域８５Ａの計測点Ｐ₁₂における計測値Ｚ
₁₂のデータを用いて焦点位置Ｚ_bを計算する。この計算
は次の〔数１０〕のように行われる。

【００８９】

【数１０】Ｚ_b＝〔（Ｚ₂₂＋Ｚ₃₂＋Ｚ₄₂）・Ｗ₂／３＋Ｚ
₁₂・Ｗ₅〕／Ｎただし、Ｎ＝Ｗ₂＋Ｗ₅である。

【００９０】この〔数１０〕は、前記〔数２〕において
重み係数Ｗ₁，Ｗ₃，Ｗ₄，Ｗ₆をゼロとしたものに相当す
る。また、露光領域６３内の計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₄₃のうち計
測に成功した計測点の計測データから最小自乗近似法に
よって露光領域６３の表面に合致する平面を決定する。
そして、この決定された平面のＹ軸の回りでの傾斜角θ
_X、及びＸ軸の回りでの傾斜角θ_Yを求める。そして、ス
テップ６３において、これらのデータを用いて前述のよ
うに目標位置／速度変換部１０８で前記〔数３〕の演算
によって速度指令値ＶＺ₁，ＶＺ₂，ＶＺ₃を算出してア
クチュエータ６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃを駆動すること
で、フォーカシング及びレベリング動作を行う。

【００９１】ステップ６２における判定結果が「ＮＯ」
の場合にはステップ６４に進み、図１２のステップ４４
と同様に、第２グループの計測点Ｐ₂₂〜Ｐ₄₂における計
測データＺ₂₂〜Ｚ₄₂のみを用いて前記〔数６〕によって
焦点位置Ｚ_bを計算し、また、露光領域６３内で計測に
成功した計測点のデータを用いて露光面の傾斜角θ_Ｘ及
びθ_Ｙを求める。そして、これらのデータＺ_b，θ_X，θ
_Yを用いて同様に速度指令値を算出してアクチュエータ
６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃを駆動することで、フォーカシ
ング及びレベリング動作を行う。

【００９２】ステップ６１の判定が「ＮＯ」の場合に
は、ステップ６５に進み、露光領域６３内の第２グルー
プの計測点のうち先読み領域８５Ａに近い側の２点
Ｐ₂₂，Ｐ₃₂で計測に成功したか否かを判定する。この判
定が「ＹＥＳ」の場合は、ステップ６６に進んで、先読
み領域８５Ａ内の中央の計測点Ｐ₁₂で計測に成功したか
否かを判定する。計測点Ｐ₁₂で計測に成功していれば、
ステップ６７に進み、計測点Ｐ₂₂，Ｐ₃₂における計測値
Ｚ₂₂，Ｚ₃₂と先読み領域８５Ａの計測点Ｐ₁₂における計
測値Ｚ₁₂のデータを用いて焦点位置Ｚ_bを計算する。こ
の計算は次の〔数１１〕のように行われる。

【００９３】

【数１１】Ｚ_b＝〔（Ｚ₂₂＋Ｚ₃₂）・Ｗ₂／２＋Ｚ₁₂・Ｗ₅〕／Ｎただし、Ｎ＝Ｗ₂＋Ｗ₅である。

【００９４】また、露光領域６３内で計測に成功した計
測点のデータを用いて露光面の傾斜角θ_X及びθ_Yを求め
る。そして、これらのデータＺ_b，θ_X，θ_Yを用いて速
度指令値を算出してアクチュエータ６６Ａ，６６Ｂ，６
６Ｃを駆動することで、フォーカシング及びレベリング
動作を行う。ステップ６５における判定結果が「ＮＯ」
の場合は、その回の計測データを用いるフォーカシング
及びレベリング処理を行わず、前回の計測データによる
フォーカシング及びレベリングの状態を維持したままで
走査露光を行う。

【００９５】以上、エラー処理のアルゴリズムが２種類
用意されている場合について説明した。しかし、予め用
意されるエラー処理のアルゴリズムは２種類には限られ
ず、プロセスの特殊性等にあわせて更に多くのエラー処
理アルゴリズムを用意してもよい。計測点のグループ分
けの方法もここで説明した例に限られず、ウエハＷの表
面状態や投影パターンの特徴に合わせて最適のものを入
力手段１３０から設定すればよい。また、レベリング処
理についても、ここでは露光領域内の計測データのみを
用いる例によって説明したが、先読み領域内の計測デー
タをレベリング処理に反映させることもできる。また、
本発明のエラー処理方法は、露光装置に限らず、パター
ン欠陥検査装置、異物検査装置、基板の位置計測装置
等、工程中にオートフォーカス工程を含む全ての処理に
適用することが可能である。

【００９６】

【発明の効果】本発明によると、投影露光装置のＡＦ系
に計測エラーが生じた場合のエラー処理のアルゴリズム
をプロセス毎に任意に設定することが可能となり、エラ
ー発生頻度を低減することができるとともに、歩留まり
の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】斜め入射方式の多点ＡＦ系を備える投影露光装
置の概略図。

【図２】（ａ）は、投影光学系の投影視野とマスクのパ
ターン領域とスリット像の関係を示す図、（ｂ）はスリ
ット板上に形成されたスリットパターンを示す図、
（ｃ）は受光器の受光面の様子を示す図。

【図３】ウエハ上のショット領域の表面の断面構造の一
例を示す図。

【図４】本発明によるフォーカシング及びレベリング処
理の一例を説明するフローチャート。

【図５】ステップ・アンド・スキャン型の投影露光装置
の一例を示す図。

【図６】ウエハ上の計測点の配置を示す図。

【図７】送光スリット板を示す図。

【図８】振動スリット板を示す図。

【図９】光電検出器及び信号処理系を示す図。

【図１０】ウエハのフォーカス・レベリング機構及びそ
の制御系を示す説明図。

【図１１】本発明によるフォーカシング及びレベリング
処理の他の例を説明するフローチャート。

【図１２】図１１のＡの処理を説明するフローチャー
ト。

【図１３】図１１のＢの処理を説明するフローチャー
ト。

【図１４】従来のステップ・アンド・リピート方式の露
光装置における露光シーケンスを説明するフローチャー
ト。

【図１５】従来の走査型露光装置のフォーカシング動作
を説明するフローチャート。

【符号の説明】

１…スリット板、１ａ〜１ｅ…スリット、１０…振動ミ
ラー、１３…信号処理装置、１５…受光器、１５ａ〜１
５ｅ…受光素子、１７…主制御系、１８…ドライブ回
路、２０…Ｚステージ、２１…ＸＹステージ、２３…レ
ベリングステージ、２４…レベリングステージ駆動部、
３１…入力手段、５１…光源系、５７…マスク、５９…
マスクステージ、６３…露光領域、６４…Ｚチルトステ
ージ、６６Ａ〜６６Ｃ…アクチュエータ、７０…主制御
系、７１…マスクステージ駆動系、７５…多点ＡＦ系、
７８…送光スリット板、８１…振動スリット板、８３…
光電検出器、８４…信号処理系、８５Ａ，８５Ｂ…先読
み領域、１０１…メモリ、１０２…演算部、１０８…目
標位置／速度変換部、１１０…速度コントローラ、１１
１Ａ〜１１１Ｃ…パワーアンプ、ＰＬ…投影光学系、Ｓ
Ｔ１〜ＳＴ５…スリット像、Ｗ…ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターンを所定の結像面内に結
像投影する投影光学系と、前記結像面とほぼ平行に感光
基板を保持して前記結像面と平行な面内で２次元移動す
るＸＹステージと、前記感光基板を前記投影光学系の光
軸方向に移動させるＺステージと、前記投影光学系の投
影視野内の予め定められた複数の位置に計測点を有し、
前記複数の計測点の夫々で検出された前記感光基板表面
の光軸方向の位置に基づいて前記感光基板の面位置を検
出する面位置検出手段とを備える投影露光装置におい
て、前記面位置検出手段は、前記複数の計測点を複数のグル
ープに分けるグループ化手段と、前記グループ化手段に
よってグループ化されたグループ毎に計測値を算出し、
その計測値に夫々重み係数を掛けて前記感光基板の面位
置を算出する演算手段と、前記計測点での計測に失敗し
た場合のエラー処理を選択するエラー処理選択手段を備
えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記エラー処理は計測に失敗した計測点
が属するグループに指定された重み係数又は計測に失敗
した計測点の数に応じて行われることを特徴とする請求
項１記載の投影露光装置。
【請求項３】露光光で所定形状の照明領域を照明する
照明系と、前記照明領域に対して露光用のパターンが形
成されたマスクを走査するマスク側ステージと、前記照
明領域内の前記マスクのパターンを感光基板上に投影す
る投影光学系と、前記感光基板を載置して移動可能な基
板側ステージと、前記マスク側ステージと前記基板側ス
テージとを同期して走査する走査手段と、前記感光基板が走査される方向に交差する方向の複数の
点を含む複数の計測点の夫々で検出された前記感光基板
表面の光軸方向の位置に基づいて前記感光基板の面位置
を検出する面位置検出手段とを備える投影露光装置にお
いて、前記面位置検出手段は、前記複数の計測点を複数のグル
ープに分けるグループ化手段と、前記グループ化手段に
よってグループ化されたグループ毎に計測値を算出し、
その計測値に夫々重み係数を掛けて前記感光基板の面位
置を算出する演算手段と、前記計測点での計測に失敗し
た場合のエラー処理を選択する選択手段とを備えること
を特徴とする投影露光装置。
【請求項４】前記グループ化手段は、感光基板の露光
領域内の計測点を、感光基板が走査される方向に交差す
る方向の座標が略等しい計測点同士をグループとするこ
とでグループ化を行うものであることを特徴とする請求
項３記載の投影露光装置。