JPH10270317A

JPH10270317A - 走査露光方法

Info

Publication number: JPH10270317A
Application number: JP9071231A
Authority: JP
Inventors: Kensho Tokuda; 憲昭徳田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハの合焦動作を行いつつ、そのウエハ上
の所定領域への走査露光を行うに際して、そのウエハの
助走区間中に異常段差領域が存在したときでも、その所
定領域内でデフォーカスが発生しないようにする。【解決手段】ショット領域ＳＡ１４に対して露光を行
う際に、照野フィールド３を助走開始点Ａ１４から＋Ｙ
方向に相対移動すると共に、オートフォーカス用に検出
されるフォーカス位置を用いて、ショット領域ＳＡ１４
でデフォーカスが残存するような異常段差領域２７Ｗを
検出する。このような異常段差領域２７Ｗが検出された
ときには、＋Ｙ方向への走査露光を中断し、ショット領
域ＳＡ１４に対する走査方向を−Ｙ方向にして露光を行
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リソグラフィ工程でマスク
パターンを基板上に転写するための露光方法に関し、更
に詳しくはマスク及び基板を同期して移動することによ
りマスクパターンを基板上に逐次転写する所謂ステップ
・アンド・スキャン方式等の走査露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、従来のス
テッパーのような一括露光型の投影露光装置と共に、マ
スクとしてのレチクルとレジストが塗布されたウエハと
を投影光学系に対して同期して移動することにより、投
影光学系の有効フィールドより広い範囲のショット領域
への露光が可能なステップ・アンド・スキャン方式の投
影露光装置が使用されつつある。一般に投影露光装置に
おいては、開口数（N.A.）が大きく焦点深度の浅い投影
光学系が使用されるため、微細な回路パターンを高い解
像度で転写するためには、オートフォーカス方式でウエ
ハの表面を投影光学系の像面に合わせ込む（合焦させ
る）必要がある。

【０００３】同様に、ステップ・アンド・スキャン方式
のような走査露光型の投影露光装置でもウエハの表面を
像面に合わせ込む必要があるが、走査露光型ではレチク
ルのパターンの一部の投影領域（以下、「照野フィール
ド」と呼ぶ）に対してウエハの表面が連続的に走査され
ている。そこで、その照野フィールド内の所定の検出点
のみでウエハの表面のフォーカス位置（投影光学系の光
軸方向の位置）を検出する方式の他に、更にその照野フ
ィールドに対して手前側の検出点でもフォーカス位置を
先読みし、これらのフォーカス位置の情報に基づいてそ
の照野フィールド内のウエハの表面を像面に合わせ込む
方式も提案されている。

【０００４】図７（ａ）は、従来のステップ・アンド・
スキャン方式の投影露光装置で、ウエハ上の或るショッ
ト領域ＳＡに露光を行う場合の説明図であり、この図７
（ａ）において、走査露光の開始時点では、レチクルの
パターン像の投影領域である例えば矩形の照野フィール
ド３１は、ショット領域ＳＡに対して手前側の助走開始
点にある。この段階では照野フィールド３１には露光光
は照射されていない。また、実際には固定されている照
野フィールド３１に対してウエハステージを介してウエ
ハ側が移動するが、説明の便宜上、以下ではウエハに対
して照野フィールド３１側が移動するように表す。

【０００５】図７（ａ）において、走査露光が開始され
ると、ショット領域ＳＡまでの助走区間（加速区間）３
２で次第に照野フィールド３１が加速され（実際にはウ
エハが逆方向に加速される）、この際に照野フィールド
３１内の検出点、及び照射フィールド３１に対して走査
方向に手前側の検出点でのフォーカス位置の検出結果に
基づいて、照野フィールド３１内のウエハの表面を像面
に合わせ込むオートフォーカス動作がサーボ方式で継続
して実行される。そして、助走区間３２内でウエハと対
応するレチクルとの同期が完了し、照野フィールド３１
がショット領域ＳＡに差し掛かってから露光光の照射が
開始され、露光区間３３内を矢印で示す軌跡３６に沿っ
て照野フィールド３１を相対走査することによって、レ
チクルのパターン像が逐次ショット領域ＳＡ内に転写さ
れる。その後、露光光の照射が停止され、減速区間３４
で照射フィールド３１が次第に減速される。この場合、
レチクル側では次のショット領域へ移行する毎に走査方
向を反転することによって、無駄な動きがなくなってス
ループット（生産性）を高めることができるため、それ
に応じてウエハ側でも次のショット領域へ移行する毎に
走査方向が反転するのが通常である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来のステ
ップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置では、露光
区間３３内で照野フィールド３１内のウエハの表面を像
面に正確に合わせ込むことができるように、助走区間３
２から連続してフォーカス位置の検出、及びこの検出結
果に基づくウエハの面位置制御が行われている。しかし
ながら、この際に図７（ｂ）に示すようなウエハＷの底
面の異物３５等に起因して、図７（ａ）に示すように、
助走区間３２内に周辺の領域とフォーカス位置が大きく
異なる異常段差領域３５Ｗが存在すると、照野フィール
ド３１が異常段差領域３５Ｗを通過する際には、その部
分を像面に合わせ込むために、その部分でのウエハステ
ージの高さが大きく低下することになる。そのため、照
野フィールド３１が異常段差領域３５Ｗを通過してショ
ット領域ＳＡに入った際に、ウエハの面位置制御が追従
しきれなくなって、結果としてウエハの表面と像面との
間にデフォーカスが生じた状態で露光が開始されて、解
像度不良等を生ずる恐れがあった。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、ウエハの表面を
例えば投影光学系の像面に合わせ込む動作（合焦動作）
を行いつつ、そのウエハ上の所定領域への走査露光を行
うに際して、そのウエハの助走区間中にフォーカス位置
が周辺領域と大きく異なる領域が存在したときでも、そ
の所定領域内でデフォーカスが発生しにくい走査露光方
法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】本発明による第１の走査
露光方法は、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを同期して移
動することにより、そのマスクのパターンの像を投影光
学系（ＰＬ）を介してその基板上に露光する走査露光方
法において、その基板の所定方向への助走動作中に、そ
の基板表面のその投影光学系の光軸方向の位置を計測
し、この計測結果が所定の許容範囲内か否かを判定し、
その計測結果がその許容範囲を超えた場合に、その基板
の所定方向への助走動作を中断すると共に、その所定方
向とは反対の方向へその基板を移動しながらその基板を
走査露光するものである。

【０００９】斯かる本発明において、助走動作とはマス
ク及び基板の移動（走査）をそれぞれ開始した後、マス
ク及び基板の走査速度がそれぞれ目標速度に達して同期
が取られて、露光光の照射が開始される（露光が開始さ
れる）までの動作を言う。また、一例として、その助走
動作中及び露光中に計測されるその投影光学系の光軸方
向の位置（フォーカス位置）に基づいて、オートフォー
カス方式で基板の表面が投影光学系の像面に合焦され
る。この際に、その基板の傾斜角をも制御するオートレ
ベリング動作を含めてもよい。このような場合、助走動
作中にフォーカス位置が所定の許容範囲を超えて変化す
る異常段差領域が検出されると、合焦動作の応答速度に
よって露光時にデフォーカスが発生する恐れがある。そ
こで、露光時の合焦に支障を来すような異常段差領域が
検出されたときには、露光光の照射を行うことなく反対
側の助走開始点に移動して、始めの方向とは逆の方向か
ら助走を再開して走査露光を行う。露光対象領域の両側
に異常段差領域が有る確率は低いため、逆方向から走査
露光することによって、露光時にデフォーカスが発生し
にくくなる。

【００１０】即ち、本発明においては、その基板の助走
動作中に、露光光の照明領域内及びその基板の移動方向
に対してその照明領域と隣合う所定領域（先読み領域）
の少なくとも一方で、その基板のその光軸方向の位置を
計測し、この計測結果に基づいてその基板表面の面位置
を設定することが望ましい。また、本発明による第２の
走査露光方法は、例えば図５に示すように、マスク
（Ｒ）と基板（Ｗ）とを同期して移動しながら、そのマ
スクのパターンの像でその基板上の複数のショット領域
（ＳＡ１〜ＳＡＮ）のそれぞれを露光する走査露光方法
において、その基板上の或る一つのショット領域（ＳＡ
１４）を走査露光するときのその基板の移動方向を、そ
の一つのショット領域（ＳＡ１４）に対してその基板の
移動方向（Ｙ方向）に隣接するショット領域（ＳＡ１
１）の表面形状に応じて決定し、このように決定された
移動方向にその基板を移動しながらその一つのショット
領域（ＳＡ１４）をそのマスクのパターン像で露光する
ものである。

【００１１】斯かる本発明においても、第１の走査露光
方法と同様に、一例としてその基板の助走動作中及び露
光中に計測されるその基板の高さ（フォーカス位置）に
基づいて、基板の表面が例えばマスクパターンの像面に
合焦され、助走動作中に異常段差領域が存在すると、露
光時にデフォーカスが発生する恐れがある。また、通常
或るショット領域（ＳＡ１４）に対する助走区間は、そ
れに走査方向に隣接するショット領域（ＳＡ１１）内に
有るため、後者のショット領域（ＳＡ１１）の走査露光
中に表面形状を検出することで、前者のショット領域
（ＳＡ１４）に対する助走区間内に異常段差領域が有る
かどうかが予め判別できる。このような異常段差領域が
存在するときには、前者のショット領域（ＳＡ１４）へ
の露光時には最初から反対側から走査することで、スル
ープットが高まると共に、露光中にデフォーカスが発生
しにくくなる。

【００１２】即ち、本発明において、一つのショット領
域（ＳＡ１４）を露光するのに先立って、その隣接する
ショット領域（ＳＡ１１）の表面形状を検出しながら、
その隣接するショット領域を前記マスクのパターンの像
で露光し、その一つのショット領域（ＳＡ１４）を走査
露光するときのその基板の移動方向を、その隣接するシ
ョット領域を走査露光するときに検出されたその隣接す
るショット領域の表面形状に応じて決定することが望ま
しい。

【００１３】また、その一つのショット領域（ＳＡ１
４）の次に露光されるショット領域（ＳＡ１５）を走査
露光するときのその基板の移動方向を、その一つのショ
ット領域を走査露光するときのその基板の移動方向に対
して反転させるようにしてもよい。通常、マスク側では
次のショット領域への露光に移る毎に走査方向を反転す
ることによって、無駄な動きがなくなってスループット
が高められるため、それに応じて基板側でも次のショッ
ト領域への露光に移行する際に走査方向を反転すること
によって、スループットが高められる。

【００１４】また、別の方法として、その一つのショッ
ト領域（ＳＡ１４）の次に露光されるショット領域（Ｓ
Ａ１５）を走査露光するときのその基板の移動方向を、
このショット領域（ＳＡ１５）に対する前のレイヤでの
走査露光時の移動方向と同じ方向にしてもよい。走査露
光時の走査方向によって微小な位置ずれが生ずる恐れが
あるため、走査方向を前のレイヤでの走査方向に合わせ
ることで、重ね合わせ精度が向上する場合が有り得る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図１〜図４を参照して説明する。本例は、ステッ
プ・アンド・スキャン方式の投影露光装置で露光を行う
場合に本発明を適用したものである。図１は、本例の投
影露光装置を示し、この図１において露光時には、光
源、フライアイレンズ、視野絞り、コンデンサレンズ等
を含む照明光学系１からの水銀ランプのｉ線、又はエキ
シマレーザ光等の露光光ＩＬが、レチクルＲのパターン
面（下面）の矩形の照明領域２を照明する。露光光ＩＬ
のもとで、レチクルＲの照明領域２内のパターンの像が
投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは１／
４，１／５等）で、フォトレジストが塗布されたウエハ
Ｗ上の矩形の照野フィールド３内に投影露光される。以
下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、そ
の光軸ＡＸに垂直な平面内で図１の紙面に垂直にＸ軸
を、図１の紙面に平行にＹ軸を取って説明する。

【００１６】先ず、レチクルＲはレチクルステージ４上
に保持され、レチクルステージ４はレチクルベース５上
でＹ方向（走査方向）に連続移動すると共に、ＸＹ平面
内でレチクルＲの位置の微調整を行う。レチクルステー
ジ４上の移動鏡６ｍ、及び外部のレーザ干渉計６により
レチクルステージ４（レチクルＲ）の２次元的な位置が
計測され、この計測結果が装置全体の動作を統轄制御す
る主制御系７に供給され、主制御系７は、レチクルステ
ージ駆動系８を介してレチクルステージ４の位置や移動
速度を制御する。

【００１７】一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダ
上に真空吸着によって保持され、そのウエハホルダがＺ
チルトステージ１０上に固定され、Ｚチルトステージ１
０はＸＹステージ１１上に載置されている。Ｚチルトス
テージ１０、及びＸＹステージ１１よりウエハステージ
９が構成され、Ｚチルトステージ１０はウエハＷのＺ方
向の位置（フォーカス位置）の制御、及び傾斜角の制御
（レベリング）を行う。また、ＸＹステージ１１は、Ｚ
チルトステージ１０（ウエハＷ）をＹ方向に連続移動す
ると共に、Ｘ方向及びＹ方向へのステッピングを行う。
Ｚチルトステージ１０の上端に固定された移動鏡１２
ｍ、及び外部のレーザ干渉計１２により、Ｚチルトステ
ージ１０（ウエハＷ）の２次元的な位置が常時計測され
て主制御系７に供給され、この計測結果に基づいて主制
御系７は、ウエハステージ駆動系１３を介してＸＹステ
ージ１１の移動速度や位置決め動作を制御する。走査露
光時にレチクルステージ４とウエハステージ９との同期
が取られた状態では、投影倍率βを用いて、レチクルス
テージ４を介してレチクルＲが照明領域２に対して＋Ｙ
方向（又は−Ｙ方向）に速度Ｖ_Rで走査されるのと同期
して、ＸＹステージ１１を介してウエハＷが照野フィー
ルド３に対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度Ｖ_W(＝
β・Ｖ_R）で走査される。

【００１８】次に本例のオートフォーカスセンサにつき
説明する。本例の投影光学系ＰＬの下部側面には、光学
式で斜め入射方式の多点オートフォーカスセンサ（以
下、「多点ＡＦセンサ」と呼ぶ）１４が設置されてい
る。図２は、図１を＋Ｙ方向から見た側面図であり、こ
の図２において、多点ＡＦセンサ１４は照射光学系１４
ａ、及び受光光学系１４ｂより構成されている。そし
て、照射光学系１４ａよりフォトレジストに対して非感
光性の検出光ＡＬのもとで、複数のスリット像が投影光
学系ＰＬの光軸ＡＸに対して斜めにウエハＷ上の複数の
検出点に投影される。それらの検出点からの反射光が、
受光光学系１４ｂ内で例えば振動スリット板を介して複
数の光電変換素子上に対応するスリット像を再結像す
る。これらの光電変換素子からの検出信号を例えばその
振動スリット板の駆動信号で同期整流することによっ
て、対応する検出点のフォーカス位置に所定範囲でほぼ
比例して変化するフォーカス信号が生成され、これらの
フォーカス信号が主制御系７に供給されている。本例で
は、それらのフォーカス信号は、それぞれ対応する検出
点が投影光学系ＰＬの像面（ベストフォーカス位置）を
延長した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おり、主制御系７は、各フォー
カス信号から対応する検出点でのフォーカス位置（より
正確にはベストフォーカス位置からのずれ量）を求める
ことができる。

【００１９】図３は、本例の多点ＡＦセンサ１４による
フォーカス位置の検出点の分布を示し、この図３におい
て、照野フィールド３の＋Ｙ方向及び−Ｙ方向にそれぞ
れＹ方向の長さＬ_preの区間２４Ｆ，２４Ｒが設定され
ている。これらの区間２４Ｆ，２４Ｒは後述のように、
助走開始点ではそのまま助走区間となり、助走及び走査
露光時にはフォーカス位置の先読み領域、又はプリフォ
ーカス領域となる。そして、照野フィールド３内の中央
及び４隅に５個の検出点２１Ａ〜２１Ｅが設定され、照
野フィールド３に対して−Ｙ方向の区間２４Ｒ内にＸ方
向に一列に３個の検出点２２Ａ〜２２Ｃが設定され、＋
Ｙ方向の区間２４Ｆ内にもＸ方向に一列に３個の検出点
２３Ａ〜２３Ｃが設定され、これらの検出点２１Ａ〜２
１Ｅ，２２Ａ〜２２Ｃ，２３Ａ〜２３Ｃに図１の多点Ａ
Ｆセンサ１４からスリット像が投影されて、それぞれフ
ォーカス位置が連続的に計測されている。

【００２０】この場合、区間２４Ｆ，２４Ｒの長さＬ
_preは、図１のウエハステージ９をＹ方向へ所定の走査
速度Ｖ_Wで移動した場合の助走距離（助走区間の長さ）
になるように設定されている。即ち、ウエハステージ９
の助走時のＹ方向への加速度をａとすると、その長さＬ
_preはほぼ次の長さであればよい。Ｌ_pre＝Ｖ_W ²／（２ａ）（１）具体的に、例えば走査速度Ｖ_Wを１００ｍｍ／ｓ、加速
度ａを１０００ｍｍ／ｓ²とすると、（１）式より区間
２４Ｆ，２４Ｒの長さＬ_preは５ｍｍとなる。

【００２１】また、図３に示すように、ウエハＷ上の或
るショット領域ＳＡｉに対して走査露光を行う場合に、
照野フィールド３は隣接するショット領域ＳＡｊ内に有
る助走開始点から−Ｙ方向に相対移動を開始する（実際
にはウエハＷが＋Ｙ方向に移動する）ものとすると、照
野フィールド３内の検出点２１Ａ〜２１Ｅ、及び−Ｙ方
向側の区間（先読み領域）２４Ｒ内の検出点２２Ａ〜２
２Ｃにおけるフォーカス位置が連続的に検出される。そ
して、主制御系７は、先読み領域内の検出点２２Ａ〜２
２Ｃに基づいて走査露光時のウエハＷのＹ座標に対応さ
せて、照野フィールド３内のウエハＷの表面を投影光学
系ＰＬの像面に合わせ込むための、ウエハＷのフォーカ
ス位置ΔＺ、及びウエハＷのＸ軸の周りの傾斜角θ_X(走
査方向へのピッチング）とＹ軸の周りの傾斜角θ_Y(走査
方向へのローリング）とを算出し、これらの値よりＺチ
ルトステージ１０の制御量を設定する。

【００２２】更に、実際の露光領域である照野フィール
ド３内の検出点２１Ａ〜２１Ｅでのフォーカス位置をフ
ィードバックすることによって、その制御量を補正しつ
つＺチルトステージ１０を駆動することによって、照野
フィールド３内のウエハＷの表面の平均的なフォーカス
位置、及び傾斜角を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込
む。これによって、オートフォーカス方式、及びオート
レベリング方式で照野フィールド３内のウエハＷの表面
が連続的に像面に合焦される。この状態で、照野フィー
ルド３がショット領域ＳＡｉに差し掛かってから露光光
の照射が開始されて、走査露光が行われる。そして、助
走区間に異常段差領域（周囲の領域とフォーカス位置が
大きく異なる領域）が無い場合には、ショット領域ＳＡ
ｉの全面が投影光学系ＰＬの像面にほぼ合わせ込まれて
露光が行われる。

【００２３】一方、照野フィールド３を＋Ｙ方向に相対
走査する際には、照野フィールド３内の検出点２１Ａ〜
２１Ｅのフォーカス位置と共に、＋Ｙ方向側の区間２４
Ｆ内の検出点２３Ａ〜２３Ｃにおけるフォーカス位置を
連続的に検出することによって、オートフォーカス方
式、及びオートレベリング方式で合焦が行われた状態で
露光が行われる。

【００２４】ところで、図３において、例えばショット
領域ＳＡｉへの露光を行う際に、助走区間（ここでは区
間２４Ｒ）内で異常段差領域２９が存在すると、多点Ａ
Ｆセンサ１４、主制御系７、及びＺチルトステージ１０
よりなるサーボ系の応答速度によっては、照野フィール
ド３がショット領域ＳＡｉに差し掛かった段階でもデフ
ォーカスが残存している恐れがある。即ち、助走開始直
後はウエハステージ９の移動速度が遅いと共に、フォー
カス位置の先読みが行われているため、Ｚステージ１０
等を含むサーボ系は異常段差領域２９には追従してしま
うが、ウエハステージ９の移動速度は次第に速くなるた
め、異常段差領域２９を通過した後でフォーカス位置の
補正が十分にできない場合がある。

【００２５】そこで、簡単なモデルを使用して、異常段
差領域２９がショット領域ＳＡｉでのデフォーカスを引
き起こすかどうかを判定する基準を求める。このモデル
では、先ず助走の際の制御パラメータをウエハステージ
９のショット領域ＳＡｉに対する走査速度Ｖ_W、及び加
速度ａとする。この際に、照野フィールド３の先端が助
走開始点からショット領域ＳＡｉにかかるまでの時間Ｔ
_Lは、次のようになる。

【００２６】Ｔ_L＝Ｖ_W／ａ（２）また、異常段差領域２９の平面的な大きさは無視できる
ものとして、異常段差領域２９のショット領域ＳＡｉま
での距離をＤ、異常段差領域２９の周辺領域からのフォ
ーカス位置の変化量をΔＦとする。このとき、ウエハス
テージ９が一定の加速度ａで加速されるものとして、照
野フィールド３の先端が助走開始点から異常段差領域２
９に達するまでの時間Ｔ_Xは、次のようになる。

【００２７】Ｔ_X＝｛２（Ｌ_pre−Ｄ）／ａ｝^1/2 ＝｛Ｖ_W ²／ａ²−（２・Ｄ）／ａ｝^1/2 （３）従って、照野フィールド３が異常段差領域２９からショ
ット領域ＳＡｉに達するまでに要する経過時間をＴ
（Ｄ）とすると、経過時間Ｔ（Ｄ）は（２）式、（３）
式より、次のように制御パラメータ（Ｖ_W,ａ）、及び距
離Ｄの関数ｆ（Ｖ_W,ａ，Ｄ）として表すことができる。

【００２８】Ｔ（Ｄ）＝ｆ（Ｖ_W,ａ，Ｄ）＝Ｔ_L−Ｔ_X ＝Ｖ_W／ａ−｛Ｖ_W ²／ａ²−（２・Ｄ）／ａ｝^1/2 （４）また、Ｚステージ１０等を含むサーボ系の応答速度をα
（単位時間当たりのフォーカス位置の最大可変量）、投
影光学系ＰＬ及び露光対象によって定まる焦点深度を±
εとして、異常段差領域２９でのフォーカス位置の変化
量ΔＦを、デフォーカスが生じない程度に戻すのに必要
な制御時間をＴ（ΔＦ，ε）とすると、制御時間Ｔ（Δ
Ｆ，ε）は一例としてほぼ次のようになる。

【００２９】Ｔ（ΔＦ，ε）＝（ΔＦ−ε）／α （５）この場合、その必要とされる制御時間Ｔ（ΔＦ，ε）が
その実際の経過時間Ｔ（Ｄ）より大きくなると、その異
常段差領域２９を通過した後にショット領域ＳＡｉでデ
フォーカスが生ずることになる。即ち、本例の簡単なモ
デルによれば、異常段差領域２９がショット領域ＳＡｉ
でのデフォーカスを引き起こすのは、次の条件が成立す
る場合である。

【００３０】Ｔ（ΔＦ，ε）＞Ｔ（Ｄ）（６）本例の主制御系７には、（４）式、（５）式の演算機
能、及び（６）式より異常段差領域がデフォーカスを引
き起こすかどうかを判定する機能が備えられている。次
に、そのように助走区間内に異常段差領域がある場合の
本例の投影露光装置の露光動作の一例につき、図４を参
照して説明する。

【００３１】図４（ａ）は、本例の露光対象のウエハＷ
を示し、この図４（ａ）において、ウエハＷの表面にＸ
方向、Ｙ方向に所定ピッチでショット領域ＳＡ１，ＳＡ
２，…，ＳＡＮ（Ｎは２以上の整数）が形成され、ショ
ット領域ＳＡ１から始まって、ショット領域ＳＡ２，Ｓ
Ａ３，…，ＳＡＮの順序でレチクルＲのパターン像を走
査露光するものとする。具体的に、１番目のショット領
域ＳＡ１への走査露光の開始時点では、照野フィールド
３の中心は助走開始点Ａ１に位置する。その後、ウエハ
Ｗの助走を開始して、多点ＡＦセンサ１４の検出結果に
基づいてＺチルトステージ１０を駆動することによっ
て、オートフォーカス方式、及びオートレベリング方式
で照野フィールド３内のウエハＷの表面が連続的に合焦
される。

【００３２】更に、主制御系７は、露光光の照射が開始
されるまでの助走区間内では、（６）式の条件を満たす
異常段差領域が存在しないかどうかの判定を継続して行
い、照野フィールド３がショット領域ＳＡ１に差し掛か
ってから露光光の照射が開始される。そして、照野フィ
ールド３を軌跡２６に沿って−Ｙ方向に減速終了点Ｂ１
まで相対移動すると共に、照野フィールド３がショット
領域ＳＡ１から離れた時点で露光光の照射を停止するこ
とで、ショット領域ＳＡ１にレチクルＲのパターン像が
露光される。なお、実際には固定されている照野フィー
ルド３に対してウエハＷ（ウエハステージ９）が移動す
るが、説明の便宜上、ウエハＷに対して照野フィールド
３が相対移動するものとしている。

【００３３】その後、ウエハステージ９のステッピング
を行って、照野フィールド３を次のショット領域ＳＡ２
に対する助走開始点Ａ２に移動して、照野フィールド３
を反対方向に相対移動することでショット領域ＳＡ２へ
の露光が行われる。そして、最初に定められている露光
シーケンスでは、次のショット領域へ移行する毎に順次
ウエハＷの走査方向が反転する。これは、図１より分か
るように、レチクルステージ４（レチクルＲ）は左右に
走査される構造であるため、レチクルＲの無駄な動き
（空戻し）を無くしてスループットを高めるためには、
次のショット領域へ移行する毎にレチクルＲの走査方
向、及びこれに対応するウエハＷの走査方向を反転する
ことが望ましいからである。

【００３４】このような走査露光が図４（ａ）のショッ
ト領域ＳＡ１３まで行われ、次に１４番目のショット領
域ＳＡ１４への走査露光を行うものとする。この際に、
本来の露光シーケンスではショット領域ＳＡ１４に対し
て照野フィールド３を＋Ｙ方向に相対移動して露光を行
うものとして、この助走区間内、即ちここではショット
領域ＳＡ１４に−Ｙ方向に隣接するショット領域ＳＡ１
１の端部に異常段差領域２７Ｗが存在するものとする。
この異常段差領域２７Ｗは、図４（ｂ）に示すようにウ
エハＷの底面とＺチルトステージ１０との間の異物２７
に起因するものであり、周辺部とのフォーカス位置の差
をΔＦであるとする。

【００３５】この場合、ウエハステージ９のＸ方向への
ステッピングによって、照野フィールド３は、直前のシ
ョット領域ＳＡ１３の減速終了点Ｂ１３からこのショッ
ト領域ＳＡ１４に対する助走開始点Ａ１４に移動した
後、＋Ｙ方向への助走を開始する。これと同時に多点Ａ
Ｆセンサ１４を介して、図３における照野フィールド３
内の検出点２１Ａ〜２１Ｅ、及び＋Ｙ方向の区間（先読
み領域）２４Ｆの検出点２３Ａ〜２３Ｃにおいてフォー
カス位置の検出が開始され、この検出結果に基づいてＺ
チルトステージ１０が駆動される。これと共に、主制御
系７は先読み領域内の検出点２３Ａ〜２３Ｃで検出され
るフォーカス位置の最大値（これをΔＦ_ma _xとする）を
用いて、ショット領域ＳＡ１４でデフォーカスを引き起
こす異常段差領域が存在するかどうかを判定する。

【００３６】即ち、主制御系７は、所定のサンプリング
レートでそれらの検出点２３Ａ〜２３Ｃからショット領
域ＳＡ１４までの距離Ｄを算出し、この距離Ｄを（４）
式に代入して、照野フィールド３がショット領域ＳＡ１
４に入るまでの経過時間Ｔ（Ｄ）を算出し、その計測さ
れるフォーカス位置ΔＦ_maxを（５）式のΔＦに代入し
て、フォーカス位置を元に戻すのに要する制御時間Ｔ
（ΔＦ，ε）を算出する。そして、主制御系７は、
（６）式が満たされるかどうか、即ち制御時間Ｔ（Δ
Ｆ，ε）が経過時間Ｔ（Ｄ）より大きいかどうかを判定
する。この結果、先読み領域内の検出点２３Ａが異常段
差領域２７Ｗ付近を通過する際に（６）式が満たされ
て、主制御系７は、ショット領域ＳＡ１４でデフォーカ
スが発生することが予測できるため、この方向からの走
査露光を中断する。

【００３７】その後、露光光の照射を行うことなく、照
野フィールド３は＋Ｙ方向にショット領域ＳＡ１４を通
過して反対側の助走開始点Ｃ１４に停止し、図１のレチ
クルステージ４（レチクルＲ）は反対側に移動する。そ
の後、助走開始点Ｃ１４から照野フィールド３の−Ｙ方
向への助走が開始されるが、この方向からの助走区間に
は異常段差領域が無いため、露光光の照射が開始され照
野フィールド３が＋Ｙ方向にショット領域ＳＡ１４を通
過して、ショット領域ＳＡ１４への走査露光が行われ
る。その後、スループットを高めるために、ウエハステ
ージ９がＸ方向にステッピングして、照野フィールド３
は次のショット領域ＳＡ１５に対する助走開始点Ｃ１５
に移動し、その位置から照野フィールド３を＋Ｙ方向に
相対移動することでショット領域ＳＡ１５への走査露光
が行われる。

【００３８】この場合、点線の矢印２８Ａ〜２８Ｃはそ
れぞれ露光シーケンスで定められている照野フィールド
３の走査方向であり、ショット領域ＳＡ１３までの走査
方向は露光シーケンスで定められた走査方向と同じであ
る。そして、助走区間に異常段差領域２７Ｗが有るショ
ット領域ＳＡ１４では、走査方向が露光シーケンスで定
められている方向と反対になり、これ以降のショット領
域ＳＡ１５，ＳＡ１６，…での走査方向も露光シーケン
スで定められている方向とは反対方向となっている。

【００３９】上述のように本例によれば、助走動作（助
走区間）中に、これから露光されるショット領域ＳＡ１
４でデフォーカスを引き起こすような異常段差領域が検
出された際には、その方向からの走査露光を中断して、
反対方向から走査露光を行っている。通常、異常段差領
域が或るショット領域の両側に存在する確率はかなり低
いため、そのように走査方向を反対にすることで、その
ショット領域ＳＡ１４でデフォーカスによる解像度不良
が発生することがない。また、本例ではそのように走査
方向を反転したショット領域ＳＡ１４の次に露光される
ショット領域ＳＡ１５に対しては、走査方向を反転して
いる。従って、ステージ系の無駄な動きが無くなり、露
光工程のスループットが低下しない。

【００４０】次に、本発明の実施の形態の他の例につき
図５及び図６を参照して説明する。本例でも図１及び図
２の投影露光装置を使用するが、助走区間に異常段差領
域が存在するショット領域に対する露光動作が異なって
いる。そこで、図４を参照して説明した動作と異なって
いる動作につき、図５を参照して説明する。なお、図５
において図４に対応する部分には同一符号を付してい
る。

【００４１】図５は、本例の露光対象のウエハＷを示
し、この図５において、各ショット領域ＳＡ１〜ＳＡＮ
に対して走査露光を行う際には、それぞれ図１の多点Ａ
Ｆセンサ１４を介してフォーカス位置の検出が行われ、
この検出結果よりオートフォーカス方式、及びオートレ
ベリング方式で照野フィールド３内のウエハＷの表面が
像面に合焦される。この場合、例えば走査方向（Ｙ方
向）に隣接するショット領域ＳＡ１１，ＳＡ１４におい
ては、予め定められている露光シーケンスで露光を行っ
た場合に、ショット領域ＳＡ１１の＋Ｙ方向の端部がシ
ョット領域ＳＡ１４に対する助走区間となる。そこで、
図１の主制御系７は、各ショット領域ＳＡｉ（ｉ＝１〜
Ｎ−１）への走査露光時に、各ショット領域ＳＡｉ内で
それ以降に露光されるショット領域の助走区間となる領
域でのフォーカス位置を順次記憶し、この記憶された結
果よりそれ以降に露光されるショット領域でデフォーカ
スを起こすと予測される異常段差領域が有るかどうか、
即ち（６）式の条件を満たす部分が有るかどうかを判定
しておく。このような異常段差領域が有ると判定された
場合には、そのショット領域への走査露光時の走査方向
は始めから反対方向にされる。

【００４２】具体的に、本例でも図５に示すように、シ
ョット領域ＳＡ１１の＋Ｙ方向の端部、即ちショット領
域ＳＡ１４の助走区間に異常段差領域２７Ｗが存在する
ものとする。このとき、照野フィールド３でショット領
域ＳＡ１１を−Ｙ方向に相対移動して走査露光を行って
いる際に、主制御系７は、多点ＡＦセンサ１４を介して
検出されるフォーカス位置に基づいて、異常段差領域２
７Ｗがその上のショット領域ＳＡ１４への走査露光時に
デフォーカスを引き起こすことを予測し、ショット領域
ＳＡ１１への走査方向を−Ｙ方向とする。

【００４３】この場合、ショット領域ＳＡ１３に対する
−Ｙ方向への走査露光が終わって、照野フィールド３が
減速終了点Ｂ１３に達した後、ウエハステージ９を斜め
にステッピングすることによって、照野フィールド３は
ショット領域ＳＡ１４に対する＋Ｙ方向側の助走開始点
Ｃ１４に直接移動する。これと共に、レチクルステージ
４（レチクルＲ）側でも空戻しが行われた後、照野フィ
ールド３の−Ｙ方向への助走が開始され、照野フィール
ド３がショット領域ＳＡ１４を通過して減速終了点Ｄ１
４に達することで、ショット領域ＳＡ１４にレチクルＲ
のパターン像が露光される。その後、ウエハステージ９
のＸ方向へのステッピングによって、照野フィールド３
は隣のショット領域ＳＡ１５の−Ｙ方向の助走開始点Ｃ
１５に移動し、以後は走査方向を反転しながら走査露光
が行われる。

【００４４】上述のように本例では、前のショット領域
ＳＡ１１への走査露光中にその後のショット領域ＳＡ１
４の助走区間で異常段差領域が存在するかどうかが判定
され、この結果よりそのショット領域ＳＡ１４への走査
方向が決定されている。従って、そのショット領域ＳＡ
１４での解像度不良が発生しないと共に、そのショット
領域ＳＡ１４への助走動作を実際に行って異常段差領域
が存在するかどうかを判定する場合に比べて、スループ
ットがより高くなる利点がある。

【００４５】また、本例でも、始めの露光シーケンスで
設定されている走査方向を矢印２８Ａ〜２８Ｃで示す方
向とすると、ショット領域ＳＡ１３までは露光シーケン
スで定められている走査方向と同じであるが、ショット
領域ＳＡ１４からは露光シーケンスで定められている方
向と逆になる。そのため、ショット領域ＳＡ１４からシ
ョット領域ＳＡ１５に移行する際の動作に無駄がない。

【００４６】なお、上述の実施の形態において、始めの
露光シーケンスで定められている走査方向は、例えばウ
エハＷの２層目以降に重ね合わせ露光を行う場合には、
一例として前のレイヤでの走査方向と同じ方向に設定し
てある。これは、走査露光を行う場合には、走査方向に
よって微妙に位置ずれ量が異なる可能性があり、今後よ
り高い重ね合わせ精度が要求される場合等には、上下の
レイヤで走査方向を揃えておくのが望ましいからであ
る。このため、上述の実施の形態においても、助走区間
に異常段差領域が存在しないショット領域に重ね合わせ
露光する際には、できるだけ走査方向を前のレイヤでの
走査方向に合わせておくことが望ましいこともある。

【００４７】そこで、例えば図５の場合に、助走区間に
異常段差領域が存在しないショット領域では上下のレイ
ヤで走査方向を合わせるものとすると、その露光動作は
図６のようになる。図６において、ショット領域ＳＡ１
４に対する走査露光までは図５の実施の形態と同じであ
り、照野フィールド３はショット領域ＳＡ１４を−Ｙ方
向に減速終了点Ｄ１４まで移動する。その後、次のショ
ット領域ＳＡ１５における前のレイヤでの走査方向は矢
印２８Ｃで示す−Ｙ方向であるため、ウエハステージ９
は斜めにステッピングして、照野フィールド３は減速終
了点Ｄ１４からショット領域ＳＡ１５に対する＋Ｙ方向
側の助走開始点Ａ１５に移動する。その後。照野フィー
ルド３を−Ｙ方向に走査することでショット領域ＳＡ１
５への露光が行われ、これ以後は前のレイヤでの走査方
向、即ち始めの露光シーケンスで定められている走査方
向に走査が行われる。これによって、ショット領域ＳＡ
１５以降のショット領域についての重ね合わせ精度が、
図５の場合よりも或る程度改善される場合が有り得る。
同様に、図４の場合においても重ね合わせ露光を行う際
には、ショット領域ＳＡ１５以降では走査方向を前のレ
イヤでの走査方向に合わせても良い。

【００４８】なお、上述の実施の形態では、多点ＡＦセ
ンサ１４による検出点は全部で１１点であるが、これら
の検出点の個数及び配置はそれに限定されることはな
い。また、ウエハの表面の傾斜角計測用に、例えばウエ
ハの表面に平行光束を斜めに照射し、その反射光の集光
位置の横ずれ量からその表面の傾斜角を検出する、平行
光束斜入射方式のレベリングセンサを使用してもよい。
このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、
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。

【００４９】

【発明の効果】本発明の第１の走査露光方法によれば、
基板の助走動作中に、その基板表面の投影光学系の光軸
方向の位置（フォーカス位置）が所定の許容範囲を超え
た場合には、走査方向を反対方向にして走査露光を行う
ようにしている。そのため、その基板の最初の助走区間
中にフォーカス位置が周辺領域と大きく異なる領域（異
常段差領域）が存在しても、その基板上の領域内でデフ
ォーカスが発生しにくいため、その基板上で解像度不良
が発生しない利点がある。

【００５０】この場合、その基板の助走動作中に、露光
光の照明領域内及びその基板の移動方向に対してその照
明領域と隣合う所定領域の少なくとも一方で、その基板
のその光軸方向の位置を計測し、この計測結果に基づい
てその基板表面の面位置を設定するときには、オートフ
ォーカス方式、更にはオートレベリング方式で基板表面
の合焦が行われる。

【００５１】また、本発明の第２の走査露光方法によれ
ば、基板上の或る一つのショット領域を走査露光すると
きのその基板の移動方向を、その一つのショット領域に
対してその基板の移動方向に隣接するショット領域の表
面形状に応じて決定している。そのため、最初の助走区
間に異常段差領域が存在する場合には、始めから走査方
向を反転させておくことによって、そのショット領域で
デフォーカスが発生しにくいと共に、再試行（リトラ
イ）する方法と比べてスループットが高くなる利点があ
る。

【００５２】この場合、その一つのショット領域を露光
するのに先立って、隣接するショット領域の表面形状を
検出しながら、その隣接するショット領域をマスクのパ
ターンの像で露光し、その一つのショット領域を走査露
光するときの基板の移動方向を、その隣接するショット
領域を走査露光するときに検出されたその隣接するショ
ット領域の表面形状に応じて決定することによって、そ
の一つのショット領域では始めから異常段差領域が無い
方向から走査露光を行うことができる。

【００５３】また、その一つのショット領域の次に露光
されるショット領域を走査露光するときのその基板の移
動方向を、その一つのショット領域を走査露光するとき
のその基板の移動方向に対して反転させることによっ
て、無駄な動きがなくなって露光工程のスループットが
向上する。また、その一つのショット領域の次に露光さ
れるショット領域を走査露光するときのその基板の移動
方向を、次に露光されるショット領域に対する前のレイ
ヤでの走査露光時の移動方向と同じ方向にする場合に
は、異常段差領域が存在しないショット領域での重ね合
わせ精度が向上することがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用されるステッ
プ・アンド・スキャン方式の投影露光装置を示す概略構
成図である。

【図２】図１を＋Ｙ方向から見た要部の側面図である。

【図３】その実施の形態の一例におけるフォーカス位置
の検出点の分布を示す図である。

【図４】（ａ）はその実施の形態の一例の走査露光動作
の説明に供するウエハの平面図、（ｂ）は図４（ａ）内
の異常段差領域の部分拡大断面図である。

【図５】本発明の実施の形態の他の例における走査露光
動作の説明に供するウエハの平面図である。

【図６】図５の場合に対して、異常段差領域が存在しな
いショット領域での走査方向を前のレイヤでの走査方向
に合わせる場合の説明に供するウエハの平面図である。

【図７】従来の走査露光動作の説明図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ３照野フィールド４レチクルステージ７主制御系９ウエハステージ１４多点ＡＦセンサＳＡ１〜ＳＡＮショット領域２１Ａ〜２１Ｅフォーカス位置の検出点２２Ａ〜２２Ｃ，２３Ａ〜２３Ｃフォーカス位置の検
出点２７Ｗ異常段差領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクと基板とを同期して移動すること
により、前記マスクのパターンの像を投影光学系を介し
て前記基板上に露光する走査露光方法において、前記基板の所定方向への助走動作中に、前記基板表面の
前記投影光学系の光軸方向の位置を計測し、該計測結果が所定の許容範囲内か否かを判定し、前記計測結果が前記許容範囲を超えた場合に、前記基板
の所定方向への助走動作を中断すると共に、前記所定方
向とは反対の方向へ前記基板を移動しながら前記基板を
走査露光することを特徴とする走査露光方法。
【請求項２】前記基板の助走動作中に、露光光の照明
領域内及び前記基板の移動方向に対して前記照明領域と
隣合う所定領域の少なくとも一方で、前記基板の前記光
軸方向の位置を計測し、該計測結果に基づいて前記基板
表面の面位置を設定することを特徴とする請求項１記載
の走査露光方法。
【請求項３】マスクと基板とを同期して移動しなが
ら、前記マスクのパターンの像で前記基板上の複数のシ
ョット領域のそれぞれを露光する走査露光方法におい
て、前記基板上の或る一つのショット領域を走査露光すると
きの前記基板の移動方向を、前記一つのショット領域に
対して前記基板の移動方向に隣接するショット領域の表
面形状に応じて決定し、該決定された移動方向に前記基板を移動しながら前記一
つのショット領域を前記マスクのパターン像で露光する
ことを特徴とする走査露光方法。
【請求項４】前記一つのショット領域を露光するのに
先立って、前記隣接するショット領域の表面形状を検出
しながら、前記隣接するショット領域を前記マスクのパ
ターンの像で露光し、前記一つのショット領域を走査露光するときの前記基板
の移動方向を、前記隣接するショット領域を走査露光す
るときに検出された前記隣接するショット領域の表面形
状に応じて決定することを特徴とする走査露光方法。
【請求項５】前記一つのショット領域の次に露光され
るショット領域を走査露光するときの前記基板の移動方
向を、前記一つのショット領域を走査露光するときの前
記基板の移動方向に対して反転させることを特徴とする
請求項３、又は４記載の走査露光方法。
【請求項６】前記一つのショット領域の次に露光され
るショット領域を走査露光するときの前記基板の移動方
向を、該次に露光されるショット領域に対する前のレイ
ヤでの走査露光時の移動方向と同じ方向にすることを特
徴とする請求項３、又は４記載の走査露光方法。