JPH10284393A

JPH10284393A - 露光装置およびデバイス製造方法

Info

Publication number: JPH10284393A
Application number: JP9100774A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Yamada; 雄一山田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】より短時間で面位置を検出できるようにす
る。【解決手段】広い検出領域での粗い面位置検出を行
い、その結果に基づいて限定された狭い検出領域での高
精度の面位置検出を行なって、被露光領域の面位置が投
影光学系１の像面に一致するように被露光面の位置を制
御しながら基板４上の被露光領域に対して走査露光を行
う技術において、被露光領域の露光前に、被露光領域近
傍の面位置を粗い面位置検出により検出し、走査露光中
は、この検出結果を考慮し、複数のタイミングにおい
て、高精度の面位置検出のみを行って被露光面の位置の
制御を行う。あるいは、被露光領域が投影光学系の下に
位置するようにステップ移動させ、被露光領域の面位置
の検出を、被露光領域についてのステップ移動後の振動
が静定する前に粗い面位置検出を行い、振動の静定後に
その検出結果に基づいて検出領域を設定して高精度の面
位置検出を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置およびデ
バイス製造方法に関し、特に、露光装置における投影光
学系の光軸方向に関する基板表面の位置や傾き（面位
置）を検出する面位置検出技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体製造装置、特にステッパと
呼ばれる逐次移動型の半導体露光装置に強く求められて
いる性能として、生産性の向上がある。即ちチップメー
カはメモリートレンドに従った集積率の増加に対してチ
ップ代替に見合うメモリーコストが提示できるようにチ
ップ単価を抑えて行く必要がある。したがって、露光装
置メーカとしては、高性能のみならず生産性向上に寄与
できるような装置を提供しなければならない状況にあ
り、解像力・位置合せ精度などの基本性能を備えた上で
時間当たりの処理能力すなわちウエハ処理枚数を増加さ
せることを要求されている。

【０００３】そのような中で生産現場での生産性向上の
一方法としてウエハサイズの拡大があり、現在は８イン
チが主流であるが今後１２、１６インチへ移行しようと
している。これに対し露光装置としては、ステージの制
御性の向上や露光パワーのアップ、またラフレイヤー用
の大画面ステッパ等の提案と共に各部の処理スピードの
向上を行ってきている。露光装置での１枚のウエハ処理
工程を分解すると、ウエハハンドリング、位置合せ工
程、ステップ移動、露光の４段階があり、前記ウエハサ
イズの拡大の傾向を考慮すると、１枚あたりの処理チッ
プ数の増加から、ショット間移動のステップと露光の段
階が処理時間にしめる割合が大きくなってきていること
がわかる。

【０００４】また、最近の高速プロセッサや大容量メモ
リの研究開発の分野においては、チップサイズの拡大ト
レンドが支配的であり、より大画面露光可能な高解像度
の露光装置が要求されてきている。これに対し、装置コ
ストを抑えた上でこの要求を可能とする１つの解とし
て、従来、ウエハの一括露光により高スループットを提
供できるラフレイヤ用の半導体露光装置や、モニタ等の
大画面液晶表示素子の露光装置として広く使用されてい
る反射投影露光装置に見られるような投影系の対角スリ
ットを露光域として利用しマスクとウエハを同期走査し
ながら露光を行うマスク−ウエハ相対走査によるスリッ
ト・スキャン型の露光装置が見直されている。これらの
装置におけるマスク像の焦点合せでは、感光基板（フォ
トレジスト等が塗布されたウエハ或いはガラスプレー
ト）の露光面を投影光学系の最良結像面に逐次合わせ込
むために、高さ計測とオートフォーカス・オートレベリ
ングの補正駆動をスキャン露光中連続的におこなって
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ステッパにおけるステ
ップ時間の短縮の要求に対してショット間移動のステッ
プ時間を短くしても、その後のフォーカス位置計測にか
かる時間が全体に占める割合として大きくなり、これが
処理短縮の阻害要因の１つに数えられるようになってき
ており、現行の方式では次のような問題がある。即ち水
平方向のステージ移動に高速制御を適用しても、露光開
始までに垂直方向即ち光軸方向の制御が終了しなければ
全体のステップ時間の短縮を実現することができない。
この光軸方向の位置検出であるフォーカスの計測時間が
全体の高スループット化のボトルネックとなって来てい
る状況にある。

【０００６】水平方向の位置検出に対して光軸方向の位
置検出の時間が長い理由は次の点にある。まず計測の原
点に関し、水平方向の検出として一般的に使用されるレ
ーザ干渉計では、１度原点検出を行った後ではウエハ交
換が行われても常に一定の原点のまま相対差分を検出し
ていくために部分検出、いわゆるカウンタ制御が可能で
あるが、光軸方向の原点に関してはウエハ交換毎にウエ
ハ厚みの誤差（２５μｍ程度）が発生するために部分検
出をすることができず、毎回広いレンジでの検出が必要
となっている。また、水平方向の検出対象面がミラー形
状なのに対して光軸方向の検出対象はウエハ表面である
ために、表面の凹凸の影響を直接受けることになり、検
出系としては高度な演算処理をする必要がある。この２
点によりなかなかフォーカス検出時間の短縮が困難な状
況にある。

【０００７】また、最近注目を集めているマスク−ウエ
ハ相対走査によるスリット・スキャン型の露光装置にお
いては、さらに露光中に連続的に光軸方向の位置検出を
行いその検出値に基づいて補正制御を行うため、フォー
カス計測時間をさらに短くする必要がある。本発明の目
的はこのような従来技術の問題点に鑑み、露光装置およ
びデバイス製造方法において、より短時間で面位置を検
出できるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の走査型の露光装置では、広い検出領域における
粗い面位置（高さおよび傾き）検出および限定された狭
い検出領域における高精度の面位置検出を行う面位置検
出手段と、この面位置検出手段を用いて、被露光面中の
被露光領域の面位置が投影光学系の像面に一致するよう
に被露光面の位置を制御しながら被露光領域に対して走
査露光を行う露光制御手段とを備えた露光装置におい
て、露光制御手段は、被露光領域に対して露光を行う前
に、被露光面中の被露光領域近傍の面位置を粗い面位置
検出により検出し、走査露光中は、この検出結果を考慮
し、複数のタイミングにおいて、高精度の面位置検出の
みを行って前記被露光面の位置の制御を行うものである
ことを特徴とする。これによれば、１つの被露光領域に
ついて粗い面位置検出は１度だけ行えば良いため、面位
置検出に要する時間が短縮される。

【０００９】また本発明のステップ・アンド・リピート
型の露光装置では、広い検出領域における粗い面位置検
出および限定された狭い検出領域における高精度の面位
置検出を行う面位置検出手段と、被露光面中の各被露光
領域について、被露光領域が投影光学系の下に位置する
ようにステップ移動させ、前記面位置検出手段を用いて
その被露光領域の面位置を検出し、その面位置が投影光
学系の像面に一致するように被露光面の位置を制御して
からその被露光領域に対して露光を行う露光制御手段と
を備えた露光装置において、露光制御手段は、前記被露
光領域の面位置の検出を、その被露光領域についてのス
テップ移動後の振動が静定する前に粗い面位置検出を行
い、前記振動の静定後にその検出結果に基づいて検出領
域を設定して高精度の面位置検出を行うことにより行う
ものであることを特徴とする。これによれば、ステップ
移動後の振動が静定する前に粗い面位置検出が行なわれ
るため、静定後の被露光領域の面位置検出に要する時間
が短縮される。

【００１０】また、本発明の走査露光型のデバイス製造
方法では、広い検出領域における粗い面位置検出を行
い、その結果に基づいて限定された狭い検出領域におけ
る高精度の面位置検出を行なって、被露光面中の被露光
領域の面位置が投影光学系の像面に一致するように被露
光面の位置を制御しながら基板上の被露光領域に対して
走査露光を行うデバイス製造方法において、被露光領域
に対して露光を行う前に、被露光面中の被露光領域近傍
の面位置を粗い面位置検出により検出し、走査露光中
は、この検出結果を考慮し、複数のタイミングにおい
て、高精度の面位置検出のみを行って前記被露光面の位
置の制御を行うことを特徴とする。これによれば、１つ
の被露光領域について粗い面位置検出は１度だけ行えば
良いため、面位置検出に要する時間が短縮される。

【００１１】また、本発明のステップ・アンド・リピー
ト型のデバイス製造方法では、基板上の被露光面中の各
被露光領域について、被露光領域が投影光学系の下に位
置するようにステップ移動させ、その被露光領域の面位
置を、広い検出領域における粗い面位置検出およびその
検出結果に基づいて限定された狭い検出領域における高
精度の面位置検出を行って検出し、その面位置が投影光
学系の像面に一致するように被露光面の位置を制御し、
そしてその被露光領域に対して露光を行うデバイス製造
方法において、前記被露光領域の面位置の検出を、その
被露光領域についてのステップ移動後の振動が静定する
前に粗い面位置検出を行い、前記振動の静定後にその検
出結果に基づいて検出領域を設定して高精度の面位置検
出を行うことにより行うことを特徴とする。これによれ
ば、ステップ移動後の振動が静定する前に粗い面位置検
出が行なわれるため、静定後の被露光領域の面位置検出
に要する時間が短縮される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の走査型の露光装置または
デバイス製造方法の好ましい実施形態においては、前記
粗い面位置検出により検出した面位置が前記像面に一致
するように被露光面の位置を制御し、走査露光中は、前
記像面を中心とする限定された範囲で前記高精度の面位
置検出を行う。また、それぞれ異なる複数の検出点にお
いて面位置を検出するための複数のセンサを用いて面位
置検出を行い、粗い面位置検出においては、１つのセン
サのみによって１つの検出点における検出を行い、この
結果を考慮して各センサによる前記高精度の面位置検出
を行う。また、前記１つの検出点における検出結果およ
び所定の基準面について各センサにより粗い面位置検出
を行った結果を考慮して他のセンサによる粗い面位置検
出結果を得、これを考慮して前記高精度の面位置検出を
行う。また、走査露光中において、高精度にあるタイミ
ングにおいて検出された面位置に基づいて次のタイミン
グにおける面位置検出での検出領域を微調整する。これ
らの形態により、面位置検出に要する時間がさらに短縮
される。

【００１３】面位置検出は、１つの検出点における面位
置を、その点での複数の検出値を平均して得ることによ
って行い、粗い面位置検出に用いる検出値の数と、その
後の前記高精度の面位置検出において用いる検出値の数
とを異なるようにしてもよい。その場合、前記複数の検
出値を得る周期は、前記被露光領域の振動の周期の整数
倍であるのが好ましい。

【００１４】本発明のステップ・アンド・リピート型の
露光装置またはデバイス製造方法の好ましい実施形態で
は、面位置検出は、１つの検出点における面位置を、そ
の点での複数の検出値を平均することによって、あるい
は被露光面からの反射光の電荷蓄積型のセンサにおける
受光位置によって得るものであり、ステップ移動後の振
動期間中に粗い面位置検出を行い、その際の検出値の数
あるいは受光期間と、その後の高精度の面位置検出での
検出値の数あるいは受光期間とは異なる。また、前記複
数の検出値を得る周期あるいは受光期間は、前記振動の
周期の整数倍である。

【００１５】前記粗い面位置検出においては、１つのセ
ンサのみによって１つの検出点における検出を行い、こ
の結果を考慮して各センサによる前記高精度の面位置検
出を行うようにしてもよい。その場合、前記１つの検出
点における検出結果および所定の基準面について各セン
サにより粗い面位置検出を行った結果を考慮して他のセ
ンサによる粗い面位置検出結果を得、これを考慮して前
記高精度の面位置検出を行うことができる。これらによ
れば、光軸方向の位置検出レンジを広く保ったまま露光
時の光軸方向位置検出がさらに高速かつ高精度に行わ
れ、デバイス製造の生産性の向上が図られる。

【００１６】

【実施例】

［実施例１］図１は本発明の一実施例に係るスリット・
スキャン方式の投影露光装置の概略図である。同図にお
いて、１は縮小投影レンズであり、その光軸は図中ＡＸ
で示され、またその像面は光軸ＡＸと垂直な関係にあ
る。レチクル２はレチクルステージ３上に保持され、レ
チクル２のパターンは縮小投影レンズの倍率で１／４な
いし１／２に縮小投影され、その像面に像を形成する。
４は表面にレジストが塗布されたウエハであり、先の露
光工程で形成された多数個の被露光領域（ショット）が
配列されている。５はウエハを載置するステージであ
り、ウエハ４をウエハステージ５に吸着・固定するチャ
ック、Ｘ軸方向とＹ軸方向に各々水平移動可能なＸＹス
テージ、投影レンズ１の光軸ＡＸの方向であるＺ軸方向
への移動やＸ軸、Ｙ軸方向に平行な軸の回りに回転可能
なレベリングステージ、Ｚ軸に平行な軸の回りに回転可
能な回転ステージにより構成され、レチクルパターン像
をウエハ上の被露光領域に合致させるための６軸補正系
を構成している。

【００１７】１０〜１９はウエハ４の表面位置及び傾き
を検出するために設けた検出光学系の各要素を示してい
る。１０は光源であり、白色ランプ、または相異なる複
数のピーク波長を持つ高輝度発光ダイオードの光を照射
する様構成された照明ユニットよりなる。１１はコリメ
ータレンズであり、光源１０からの光束を断面の強度分
布がほぼ均一の平行光束として射出する。１２はプリズ
ム形状のスリット部材であり、一対のプリズムを互いの
斜面が相対する様に貼り合わせており、この貼り合わせ
面に複数の開口（例えば６つのピンホール）をクロム等
の遮光膜を利用して設けている。１３はレンズ系であっ
て、両テレセントリック系よりなり、スリット部材１２
の複数のピンホールを通過した独立の６つの光束をミラ
ー１４を介してウエハ４面上の６つの測定点に導光す
る。図１では手前の２光束のみ図示しているが、各光束
の後ろには２光束ずつが存在する。レンズ系１３に対
し、ピンホールの形成されている平面とウエハ４の表面
を含む平面とがシャインプルーフの条件（Scheinmpflug
^'s condition) を満足するように設定している。

【００１８】ミラー１４からの各光束のウエハ４面上へ
の入射角Φ（ウエハ面に立てた垂線即ち光軸となす角）
は７０°以上である。ウエハ４面上には図２に示す様に
複数個のパターン領域（露光領域ショット）が配列され
ている。レンズ系１３を通過した６つの光束は図３に示
す様にパターン領域の互いに独立した各測定点に入射・
結像している。また６つの測定点がウエハ４面内で互い
に独立して観察されるようにＸ方向（スキャン方向）か
らＸＹ平面内でθ°（例えば２２．５°）回転させた方
向より入射させている。これにより本出願人が特願平３
−１５７８２２号で提案している様に各要素の空間的配
置を適切にし、面位置情報の高精度な検出を容易にして
いる。

【００１９】次にウエハ４からの反射光束を検出する
側、即ち要素１５〜１９について説明する。１６は受光
レンズであり、両テレセントリック系よりなり、ウエハ
４面からの６つの反射光束をミラー１５を介して受光す
る。受光レンズ１６内に設けたストッパ絞り１７は６つ
の各測定点に対して共通に設けられており、ウエハ４上
に存在する回路パターンによって発生する高次の回折光
（ノイズ光）をカットする。両テレセントリック系で構
成された受光レンズ１６を通過した光束はその光軸が互
いに平行となっており、補正光学系群１８の６個の個別
の補正レンズにより、光電変換手段群１９の検出面に互
いに同一の大きさのスポット光となる様に再結像させて
いる。またこの受光する側（１６〜１８）はウエハ４面
上の各測定点と光電変換手段群１９の検出面とが互いに
共役となるように倒れ補正を行っているため、各測定点
の局所的な傾きにより検出面でのピンホール像の位置が
変化することはなく、各測定点の光軸方向ＡＸでの高さ
変化に応答して検出面上でのピンホール像が変化するよ
うに構成されている。

【００２０】光電変換手段群１９は６個の１次元ＣＣＤ
ラインセンサにより構成している。これは次の点で従来
の２次元センサの構成よりも有利である。まず補正光学
系群１８を構成する上で光電変換手段を分離する事によ
り各光学部材やメカ的なホルダーの配置の自由度が大き
くなる。また、検出の分解能を向上させるにはミラー１
５から補正光学系群１８までの光学倍率を大きくする必
要があるが、この点でも光路を分割して個別のセンサに
入射させる構成とした方が部材をコンパクトにまとめる
ことが可能である。さらにスリット・スキャン方式では
露光中のフォーカス連続計測が不可欠となり計測時間の
短縮が絶対的課題となるが、従来の２次元ＣＣＤセンサ
では必要以上のデータを読み出しているのもその一因で
あるが１次元ＣＣＤセンサの１０倍以上の読み出し時間
を必要とする。

【００２１】次にスリット・スキャン方式の露光システ
ムについて説明する。図１に示す様に、レチクル２はレ
チクルステージ３に吸着・固定された後、投影レンズ１
の光軸ＡＸと垂直な面内で図１に示すＲＸ方向（Ｘ軸方
向）に一定速度でスキャン移動するとともにＲＹ方向
（Ｙ軸方向：紙面に垂直）には常に目標座標位置を維持
する様に補正駆動される。レチクルステージ３のＸ方向
及びＹ方向の位置情報はレチクルステージ３に固定され
たＸＹバーミラー２０へレチクル干渉系（ＸＹ）２１か
ら複数のレーザビームを照射することにより常時計測さ
れている。露光照明光学系６はエキシマレーザ等のパル
ス光を発生する光源を使用し、不図示のビーム整形光学
系、オプティカルインテグレータ、コリメータ及びミラ
ー等の部材で構成され、遠紫外領域のパルス光を効率的
に透過或いは反射する材料で形成されている。ビーム整
形光学系は入射ビームの断面形状（寸法含む）を所望の
形に整形するためのものであり、オプティカルインテグ
レータは光束の配光特性を均一にしてレチクル２を均一
照度で照明するためのものである。露光照明光学系６内
の不図示のマスキングブレードによりチップサイズに対
応して矩形の照明領域が設定され、その照明領域で部分
照明されたレチクル２上のパターンが投影レンズ１を介
してレジストが塗布されたウエハ４上に投影される。

【００２２】図１に示すメイン制御部２７はレチクル２
のスリット像をウエハ４の所定領域にＸＹ面内の位置
（Ｘ，Ｙの位置およびＺ軸に平行な軸の回りの回転θ）
とＺ方向の位置（Ｘ，Ｙ各軸に平行な軸の回りの回転
α，β及びＺ軸上の高さＺ）を調整しながらスキャン露
光を行う様に全系をコントロールしている。即ち、レチ
クルパターンのＸＹ面内での位置合せは、レチクル干渉
計２１、ウエハステージ干渉計２４の位置データおよび
不図示のアライメント顕微鏡から得られるウエハの位置
データから制御データを算出し、レチクル位置制御系２
２及びウエハ位置制御系２５をコントロールすることに
より実現している。レチクルステージ３を矢印３ａの方
向にスキャン移動する場合、ウエハステージ５は矢印５
ａの方向に投影レンズ１の縮小倍率分だけ補正されたス
ピードでスキャン移動される。レチクルステージ３のス
キャンスピードは露光照明光学系６内の不図示のマスキ
ングブレードのスキャン方向の幅とウエハ４の表面に塗
布されたレジストの感度からスループットが有利となる
ように決定される。

【００２３】レチクルパターンのＺ軸方向の位置合せ、
即ち像面への位置合せはウエハ４の高さデータを検出す
る面位置検出系２６の演算結果をもとにウエハステージ
５内のレベリングステージへの制御をウエハ位置制御系
２５を介して行う。即ち、スキャン方向に対してスリッ
ト近傍に配置されたウエハ高さ測定用スポット光３点の
高さデータからスキャン方向と垂直方向の傾き及び光軸
ＡＸ方向の高さを計算して露光位置での最適像面位置へ
の補正量を求め、補正を行う。

【００２４】次に、ウエハ４の被露光領域の位置を検出
する方法を述べる。図２はノッチタイプのウエハ上に配
列された露光レイアウトの例を示す。ウエハ中心付近の
ショットＳＨ１を露光する際の露光域ＥＸＰ１と、ミラ
ー１４（フォーカスセンサ）からの計測ビームの光路お
よびそのウエハ上の計測点ＣＲ１〜ＣＲ３，ＣＬ１〜Ｃ
Ｌ３を図３に示す。ＥＸＰ１はスキャン方式での露光ス
リットを示す。フォーカス計測は、スキャン方向に応じ
て、計測点ＣＬ１〜ＣＬ３で計測を行うかまたは計測点
ＣＲ１〜ＣＲ３で計測を行うかを選択し、選択した計測
点において、スキャン露光中に連続的に面位置検出を行
うことにより行われる。

【００２５】まず、本スキャン露光装置での一連のフォ
ーカス計測の過程を図４を用いて説明する。図４（ａ）
は従来の測定方法の時間的な流れを示す。すなわち、ウ
エハ表面４１の高さ情報を検出する際に、破線４３に示
す期間においては、光電変換手段群１９における全検出
域での信号位置の確認、いわゆる粗検出を実行し、次に
実線４４の期間において、そのデータを元に信号位置回
りの高精度の検出、いわゆる精密検出を連続的に行い、
その結果から、細線４５の期間において面位置情報を生
成する。この従来法では、フォーカス検出に際して測定
位置の高さの区別を行っておらず、毎回の計測でフォー
カス面が露光像面位置近傍にある保証がされていなかっ
たため、計測レンジ全域にわたる粗検出を毎回行う必要
がある。したがって、図４（ａ）に示すように、露光域
での計測ポイント４２は、４点程度しか取ることができ
なかった。

【００２６】これに対して本検出方法では、後で述べる
各露光ショットでの計測に先立ち、粗検出を含むウエハ
位置の検出を実施し、ウエハ表面位置を露光像面近傍ま
で補正駆動した後、フォーカスの検出域を露光像面近傍
位置に当たる範囲に限定して各ショットでのフォーカス
計測を行うようにしている。その様子を図４（ｂ）に示
す。同図に示すように、ウエハ表面４１の高さ情報４２
の計測域を検出するのに、限定された検出域で十分なよ
うに、既にウエハ位置は補正駆動されているため、フォ
ーカス計測は最初から実線４６の期間のいわゆる精密検
出と、細線４７の期間の面位置情報の生成のみを実施す
る。従って露光域での計測ポイント４２は７点取ること
が可能となり、より正確な露光域の表面状態の情報を得
ることができる。

【００２７】以下、これを実施した、粗検出分離とウエ
ハの高さ位置管理によるフォーカスコマンドの使い分け
の様子を、図８のフローチャートを用いて説明する。露
光処理を開始すると、まず、ステップＳ８０２におい
て、ウエハを露光装置内のチャック上に送り込み、ずれ
防止と表面矯正の目的で吸着固定する。その後、ステッ
プＳ８０３において、ウエハ間の厚みのばらつきを吸収
するため、フォーカスの検出レンジを最大にした状態で
ウエハ表面位置を検出し、ウエハ表面位置が像面高さ近
傍に位置するように補正駆動を行う。続いてステップＳ
８０４において、露光開始位置へステップ移動させると
共に、露光域へ向けてスキャン移動を開始する。そし
て、露光域内計測ポイントに達する以前でかつ計測ビー
ムが露光位置近傍位置の条件を満たす当該ショット粗検
出位置に到達したところで再度ステップＳ８０６におい
て、粗検出を行う。この粗検出は、ステップＳ８０４で
のステップ移動量が少ない場合は必要性が低いが、大き
い場合などはウエハ全体の湾曲分を考慮した上で実行し
た方が良い。この粗検出により、その後の検出波形は限
定された検出域のほぼ中央で計測が可能となり、ステッ
プＳ８０８での当該ショット露光時のフォーカス検出
を、限定された領域でのみの高速な検出として、安定し
てできるようになる。この精密検出結果を元にステップ
Ｓ８０９において露光域像面位置に被露光面を補正駆動
する。

【００２８】その後、ステップＳ８１０やステップＳ８
１２において、露光開始位置や終了位置に到達したか否
かをチェックしながら、露光シャッタの開閉を行い（ス
テップＳ８１１、Ｓ８１３）、当該ショットの露光が終
了すると、ステップＳ８０４へ戻り、次の露光ショット
へのステップ移動及びスキャン移動を開始する。以上の
シーケンスを全ショットについて終了したか否かを各シ
ョット露光終了後のステップＳ８１４でチェックし、終
了した場合にはステップＳ８１５においてウエハの吸着
を解除してウエハを露光装置から回収する。以上は第１
工程を例にとって説明したが本発明はこれに限定され
るものではなく、第２工程以降の、位置合せ工程を含む
場合にも、露光時のシーケンスは同等であり、また位置
合せ計測時のステップ移動でも同様の粗検出分離を実施
すればステップ時間の短縮を実現することができる。

【００２９】［実施例２］図３中のＥＸＰ２は、本発明
の第２の実施例に係るステッパでの投影レンズを介した
全域の露光エリアを示す。この場合、面位置検出は、露
光域（ショット）ＳＨ１へのステップ完了時に、計測点
ＣＲ１〜ＣＲ３、ＣＬ１〜ＣＬ３と不図示の露光中心位
置検出センサを加えた計７点で計測することにより行
う。この動作を、図５を用いて説明する。同図はショッ
ト間移動の１ステップの状態を示しており、同図（ａ）
はステージの速度変化の様子、同図（ｂ）はそのときの
ＸＹステージのＺ方向の変動の様子を示す。同図（ｂ）
中の３つの減衰振動の様子は、ＸＹステージの急激な加
速度変化、即ち加速、減速、停止の命令を与えた時に現
れるものであり、投影レンズの焦点深度が１μｍ程度と
いう状況では無視できない量である。

【００３０】従来のフォーカス計測では、ＸＹステージ
が目標位置即ち露光位置に到着した後、矢印５３のタイ
ミングで計測命令によりデータ取得を開始し、破線で示
す期間において検出領域全域での信号位置の確認（粗検
出）を実行し、次にそのデータを元に、実線で示す期間
において信号位置回りの高精度の検出（精密検出）を行
い、そして、その結果から、細線で示す期間において面
位置情報を生成していた。これに対して本実施例では、
減速移動中の矢印５４のタイミングで先行粗検出を実施
してウエハの計測限定領域を決定し、露光位置到達時の
矢印５５のタイミングで精密検出および面位置情報の生
成を行うようにしている。このため、従来に比べて矢印
５６で示す時間だけ計測時間、しいてはステップ時間の
短縮を実現することができる。例えば８”１００ショッ
トのレイアウトのウエハでこの短縮時間が１ショットあ
たり１０ｍｓとした場合、１時間あたり１枚以上の生産
効率の向上が期待される。

【００３１】［実施例３］図３に示すような多点の計測
ポイントを複数の検出センサで検出する際にその計測域
限定のための粗検出を効率的に行うようにした第３の実
施例を説明する。図６（ｂ）に示すように、ウエハチャ
ック６４に搬送されるウエハ６５、６６はその厚みにお
いて数十μｍの厚み公差を持っているが、その面精度即
ち傾斜量は高々±１００ppm である。これは例えば図３
に示すセンサの配置上の間隔が２０mm程度だとすると２
μｍ程度となり、ｚ方向のレンジに比べると約1/10程度
となる。この様子を図６（ａ）に示しており、同図の６
０、６１、６２は図３におけるフォーカス検出ビームＣ
Ｒ１〜ＣＲ３（またはＣＬ１〜ＣＬ３) の各３ビームを
独立に検出する３つのＣＣＤラインセンサに対応してい
る。その縦方向の長さは粗検出範囲いわゆる全検出域を
示している。３つのＣＣＤセンサの高さ位置がずれてい
るのは、取付け時の誤差分であり、これは、例えば基準
像面高さを検出する際に像面が完全水平になっていても
各センサでの検出位置の絶対値が一致しないことを示し
ている。

【００３２】いま、チャック高さを一定にした状態で図
６（ｂ）中のウエハ６５を検出した場合の検出点を６０
ａ、６１ａ、６２ａとし、図６（ｂ）のウエハ６６を検
出した場合の検出点を６０ｂ、６１ｂ、６２ｂとする。
検出点６０ａ、６１ａ、６２ａでの６３α、６３β、６
３γは前記した±１００ppm 程度の傾斜分を検出した場
合の検出ビーム位置の変化分を示している。この図から
分かるように、ウエハの厚み分の違い６１ａ−６１ｂに
比べ、ウエハ表面の傾斜量に起因する傾き６３α、６３
β、６３γの差は非常に小さいことが分かる。この点を
利用して本発明では粗検出の際の検出対象センサとして
全センサに対して実施する代わりに単一センサ例えばセ
ンサ６１のみ粗検出を実施して他のセンサ６０、６２の
粗検出位置としては、基準面例えば６３βを測定した絶
対位置データをメモリに記憶しておき、各粗検出時に
は、検出センサでの差分例えば（検出点６１ｂでの検出
値）−（検出点６１ａでの検出値）を各絶対位置に加算
することにより求めている。このようにして求めた各セ
ンサの粗検出データに前記面精度分を考慮した検出域限
定領域を設定して測定を行うことにより粗検出時間の短
縮も可能となる。

【００３３】［実施例４］検出時間の短縮のためには演
算素子の演算効率の向上も必要ではあるが、演算データ
数の低減も大きな効果をあげる。つまり、同一の演算能
力においては演算データ数が1/2 になれば演算時間も1/
2 となり、さらに演算域を限定できれば更なる計測時間
の短縮が可能となる。この点に注目して検出限定域の設
定を行う粗検出を行った後でも、各露光域での前記検出
域限定域をウエハの形状に合わせて微調整していけばさ
らに限定域を狭く、即ち演算データ数の減少を実現する
ことができる。これを実現するスキャン露光装置におけ
る露光域連続測定の処理を図７を用いて説明する。

【００３４】図７では、ウエハ表面形状７０を左から右
に順次検出する状況を示しており、検出センサにおける
検出領域７１、７２、７３は同一センサにおける各計測
位置での計測領域における検出ビーム位置（検出点）７
１ａ、７２ａ、７３ａを示すために連続して表示してい
る。いま第１計測位置での計測領域７１における検出限
定域７１ｂで検出した検出ビーム位置７１ａを基準とし
て第２計測位置での計測領域７２における検出限定域７
２ｂを次のように決定する。つまり、検出限定域７１ｂ
における７１ａの位置の情報、即ち検出限定域中心から
のずれ分を考慮して限定域の中心で検出ビームをとらえ
られるように検出限定域を７１ｂから７２ｂへ逐一変更
／追尾させていくようにする。このようにすることによ
って変更しない場合の約半分の検出限定域に縮小する事
が可能となる。

【００３５】［実施例５］前記したように処理の高速化
には演算領域の限定が効果があるが、検出域限定を実施
する際の粗検出のデータの精度が重要となってくる。即
ち、粗検出のデータの値がウエハ表面の凹凸／傾斜に関
する平均値として有効な値となっていれば限定域として
はそのばらつきの分散量に相当する範囲に指定すれば良
いが、有効な平均値となっていない場合、即ち分布範囲
の端点の値となってしまった場合は、限定域として前記
有効な場合の２倍以上を設定する必要がある。この点に
関して図５の振動の例を取って説明する。ステッパにお
いては、計測精度の面から考慮すれば、なるべく露光域
近くかつ静止状態で測定する方が望ましいが、生産効率
／高速化の面からは前倒しに持っていくことが望まれて
おり、これらは相反する状況にある。

【００３６】図５を用いた上述の粗検出分離のシーケン
ス説明では、減速期間中の矢印５４のタイミングで粗検
出を行ったが、その場合は露光位置からずれた部分で測
定しているため、精度面で次の点を考慮したシーケンス
とする方が良い。即ち、なるべく露光位置近傍で測定し
たいと言う要求から、本実施例では、減速から停止へ移
行するときの第３の減衰振動が発生するタイミングで計
測を開始すると共にそのときのＣＣＤ蓄積時間を精密検
出時のそれより長く設定して減衰振動の変動を蓄積によ
って平均化し、粗検出データを平均値として意味のある
データとする。またその他の計測センサ例えば静電容
量センサやフォトダイオードなどを用いる場合は、検出
平均値を用いれば同等の効果を得ることができる。また
この思想の適用は、上記減衰振動域での測定に限定され
るものではない。すなわち、加・減速域での微少振動が
残留している状況で測定する場合も、蓄積時間中の平均
化効果により高精度の計測を実現することができる。さ
らに、前記減衰振動の周期が自明な場合には前記蓄積時
間や平均回数の測定タイミングをその周期の整数倍とす
れば、より高い平均効果を得る事ができる。

【００３７】以上、主にＣＣＤラインセンサを用いた例
で説明したが、本発明はＣＣＤセンサを使用する場合に
限定されるものではなく、１種類のセンサを用いて広ダ
イナミックレンジと高精度の特徴を合わせ持つような用
途であれば、適用することが可能である。例えばフォト
ダイオードへの入射光量の時間変化を位置のデータに変
換する方式であって、入射タイミングを折り返しミラー
の角度で限定かつ可変できるような構成の場合でも、粗
検出としてミラー角度を大きく振る計測とその計測値で
限定された検出領域にミラー振動角度の中心を移動させ
て精密検出を行うようにしても良い。またＰＳＤと呼ば
れる位置検出素子をオーバラップさせながら直列接続し
て計測レンジを拡大しているシステムでは、粗検出時に
全範囲計測を行い、その結果から検出域限定のためにセ
ンサの選択を行うようにしても良い。

【００３８】次に、上述の露光装置を利用することがで
きるデバイス製造例を説明する。図９は微小デバイス
（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフロ
ーを示す。ステップ３１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ３２（マスク製作）で
は設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
一方、ステップ３３（ウエハ製造）ではシリコン等の材
料を用いてウエハを製造する。ステップ３４（ウエハプ
ロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエ
ハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際
の回路を形成する。次のステップ３５（組み立て）は後
工程と呼ばれ、ステップ３４によって作製されたウエハ
を用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ
工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工
程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ３６（検
査）では、ステップ３５で作製された半導体デバイスの
動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こう
した工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷
（ステップ３７）する。

【００３９】図１０は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ４１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ４２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ４３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ４４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ４
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ４６（露光）では、上記説明した露光装置によっ
てマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステ
ップ４７（現像）では露光したウエハを現像する。ステ
ップ４８（エッチング）では現像したレジスト像以外の
部分を削り取る。ステップ４９（レジスト剥離）では、
エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらのステップを繰り返し行なうことによってウエハ
上に多重に回路パターンを形成する。本実施形態の製造
方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半
導体デバイスを低コストで製造することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１つの被露光領域について粗い面位置検出は１度だけ行
えば良いため、面位置検出に要する時間を短縮すること
ができる。また、ステップ移動後の振動が静定する前に
粗い面位置検出が行なわれるため、静定後の被露光領域
の面位置検出に要する時間を短縮することができる。

【００４１】したがって、光軸方向の位置検出レンジを
広く保ったまま露光時の光軸方向位置検出を高速かつ高
精度に行い、デバイス製造の生産性を向上させることが
できる。したがって、２５６Ｍ以降のより集積度の高い
チップを安定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るスリットスキャ
ン方式の投影露光装置の部分的概略図である。

【図２】ウエハ上に配列されたチップレイアウト示す
説明図である。

【図３】図１の装置の検出光学系による面位置での露
光スリットと各測定点の位置関係を示す説明図である。

【図４】（ａ）は従来の、（ｂ）は図１のスキャン露
光装置によるウエハ表面の面位置検出のシーケンスを説
明する説明図である。

【図５】（ａ）は従来の、（ｂ）は本発明の第２の実
施例に係るステッパでのステップ移動のタイミングとウ
エハ表面の面位置検出のタイミングを説明する説明図で
ある。

【図６】検出センサ上での検出ビーム位置に関する説
明図である。

【図７】本発明の第４の実施例に係るスキャン露光装
置でのウエハ表面の面位置検出のシーケンスにおいて計
測限定領域を微調整している状態を説明する説明図であ
る。

【図８】図１の装置におけるウエハ搬入から搬出まで
のシーケンスを示すフローチャートである。

【図９】本発明の装置および方法により製造し得る微
小デバイスの製造の流れを示すフローチャートである。

【図１０】図９におけるウエハプロセスの詳細な流れ
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１：縮小投影レンズ、２：レチクル、３：レチクルステ
ージ、４：ウエハ、５：ウエハステージ、６：露光照明
光学系、１０：光源、１１：コリメータレンズ、１２：
プリズム形状のスリット部材、１４，１５：折り曲げミ
ラー、１９：光電変換手段群、２１：レチクルステージ
干渉計、２２：レチクル位置制御系、２４：ウエハステ
ージ干渉計、２５：ウエハ位置制御系、２６：面位置検
出系、２７：メイン制御部、４１，７０：ウエハ表
面、、６１，６２，６３：検出領域、４２，６０ａ，６
０ｂ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，７１ａ，７２
ａ，７３ａ：検出点、６３α，６３β，６３γ：検出ビ
ーム位置の変化分、６４：ウエハチャック、６５，６
６：ウエハ、７１〜７３：検出領域、７１ｂ，７２ｂ，
７３ｂ：限定された検出領域、ＣＬ１〜ＣＬ３，ＣＲ１
〜ＣＲ３：ウエハ上の計測点、ＥＸＰ１，ＥＸＰ２：露
光域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】広い検出領域における粗い面位置検出お
よび限定された狭い検出領域における高精度の面位置検
出を行う面位置検出手段と、この面位置検出手段を用い
て、被露光面中の被露光領域の面位置が投影光学系の像
面に一致するように被露光面の位置を制御しながら被露
光領域に対して走査露光を行う露光制御手段とを備えた
露光装置において、露光制御手段は、被露光領域に対し
て露光を行う前に、被露光面中の被露光領域近傍の面位
置を粗い面位置検出により検出し、走査露光中は、この
検出結果を考慮し、複数のタイミングにおいて、高精度
の面位置検出のみを行って前記被露光面の位置の制御を
行うものであることを特徴とする露光装置。
【請求項２】露光制御手段は、前記粗い面位置検出に
より検出した面位置が前記像面に一致するように被露光
面の位置を制御し、走査露光中は、前記像面を中心とす
る限定された範囲で前記高精度の面位置検出を行うもの
であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】面位置検出手段は、それぞれ異なる複数
の検出点において面位置を検出するための複数のセンサ
を有し、露光制御手段は、前記粗い面位置検出において
は、１つのセンサのみによって１つの検出点における検
出を行い、この結果を考慮して各センサによる前記高精
度の面位置検出を行うものであることを特徴とする請求
項１または２記載の露光装置。
【請求項４】露光制御手段は、前記１つの検出点にお
ける検出結果および所定の基準面について各センサによ
り粗い面位置検出を行った結果を考慮して他のセンサに
よる粗い面位置検出結果を得、これを考慮して前記高精
度の面位置検出を行うものであることを特徴とする請求
項３記載の露光装置。
【請求項５】露光制御手段は、走査露光中において、
高精度にあるタイミングにおいて検出された面位置に基
づいて次のタイミングにおける面位置検出での検出領域
を微調整するものであることを特徴とする請求項１〜４
記載の露光装置。
【請求項６】面位置検出手段は、１つの検出点におけ
る面位置を、その点での複数の検出値を平均することに
よって得るものであり、粗い面位置検出に用いる検出値
の数と、その後の前記高精度の面位置検出において用い
る検出値の数とは異なることを特徴とする請求項１記載
の露光装置。
【請求項７】前記複数の検出値を得る周期は、前記被
露光領域の振動の周期の整数倍であることを特徴とする
請求項６記載の露光装置。
【請求項８】広い検出領域における粗い面位置検出お
よび限定された狭い検出領域における高精度の面位置検
出を行う面位置検出手段と、被露光面中の各被露光領域
について、被露光領域が投影光学系の下に位置するよう
にステップ移動させ、前記面位置検出手段を用いてその
被露光領域の面位置を検出し、その面位置が投影光学系
の像面に一致するように被露光面の位置を制御してから
その被露光領域に対して露光を行う露光制御手段とを備
えた露光装置において、露光制御手段は、前記被露光領
域の面位置の検出を、その被露光領域についてのステッ
プ移動の振動が静定する前に粗い面位置検出を行い、前
記振動の静定後にその検出結果に基づいて検出領域を設
定して高精度の面位置検出を行うことにより行うもので
あることを特徴とする露光装置。
【請求項９】面位置検出手段は、１つの検出点におけ
る面位置を、その点での複数の検出値を平均することに
よって得るものであり、露光制御手段は、前記ステップ
移動の振動期間中に前記粗い面位置検出を行うものであ
り、その際に用いる検出値の数と、その後の前記高精度
の面位置検出において用いる検出値の数とは異なること
を特徴とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１０】前記複数の検出値を得る周期は、前記
振動の周期の整数倍であることを特徴とする請求項９記
載の露光装置。
【請求項１１】面位置検出手段は、被露光面からの反
射光を受光する電荷蓄積型のセンサ有し、その受光位置
によって面位置を検出するものであり、露光制御手段
は、前記ステップ移動の振動期間中に前記粗い面位置検
出を行うものであり、その際の前記センサにおける受光
期間は、その後の前記高精度の面位置検出における受光
期間より長いことを特徴とする請求項８記載の露光装
置。
【請求項１２】前記粗い面位置検出における受光期間
は、前記振動の周期の整数倍であることを特徴とする請
求項１１記載の露光装置。
【請求項１３】面位置検出手段は、それぞれ異なる複
数の検出点において面位置を検出するための複数のセン
サを有し、露光制御手段は、前記粗い面位置検出におい
ては、１つのセンサのみによって１つの検出点における
検出を行い、この結果を考慮して各センサによる前記高
精度の面位置検出を行うものであることを特徴とする請
求項８記載の露光装置。
【請求項１４】露光制御手段は、前記１つの検出点に
おける検出結果および所定の基準面について各センサに
より粗い面位置検出を行った結果を考慮して他のセンサ
による粗い面位置検出結果を得、これを考慮して前記高
精度の面位置検出を行うものであることを特徴とする請
求項１４記載の露光装置。
【請求項１５】広い検出領域における粗い面位置検出
を行い、その結果に基づいて限定された狭い検出領域に
おける高精度の面位置検出を行なって、被露光面中の被
露光領域の面位置が投影光学系の像面に一致するように
被露光面の位置を制御しながら基板上の被露光領域に対
して走査露光を行うデバイス製造方法において、被露光
領域に対して露光を行う前に、被露光面中の被露光領域
近傍の面位置を粗い面位置検出により検出し、走査露光
中は、この検出結果を考慮し、複数のタイミングにおい
て、高精度の面位置検出のみを行って前記被露光面の位
置の制御を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１６】基板上の被露光面中の各被露光領域に
ついて、被露光領域が投影光学系の下に位置するように
ステップ移動させ、その被露光領域の面位置を、広い検
出領域における粗い面位置検出およびその検出結果に基
づいて限定された狭い検出領域における高精度の面位置
検出を行って検出し、その面位置が投影光学系の像面に
一致するように被露光面の位置を制御し、そしてその被
露光領域に対して露光を行うデバイス製造方法におい
て、前記被露光領域の面位置の検出を、その被露光領域
についてのステップ移動後の振動が静定する前に粗い面
位置検出を行い、前記振動の静定後にその検出結果に基
づいて検出領域を設定して高精度の面位置検出を行うこ
とにより行うことを特徴とするデバイス製造方法。