JPH10294257A

JPH10294257A - 基板の面位置制御方法及び制御装置、並びに露光方法及び露光装置

Info

Publication number: JPH10294257A
Application number: JP9100614A
Authority: JP
Inventors: Munetake Sugimoto; 宗毅杉本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】感光基板周辺部に位置する欠けショットに対
して正確なフォーカシング調整及びレベリング調整を行
う。【解決手段】全てのフォーカス計測点が計測可能なシ
ョット領域を露光する時、フォーカシング調整及びレベ
リング調整終了後の各フォーカス計測点Ｐ₁₁，Ｐ₁₂，Ｐ
₁₃，…のフォーカス値をオフセットとして記憶してお
く。そして、欠けショット１３Ｂに対しては、計測可能
なフォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₂₃におけるフォーカス値が
記憶したフォーカス値と同じ値になるように近似平面Ｌ
Ｃを求め、その近似平面ＬＣが基準面（投影光学系のベ
ストフォーカス面）ＬＯに一致するようにフォーカシン
グ及びレベリング調整を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に半導体集
積回路や液晶デイスプレイ等の微細パターンを形成する
ための露光方法及び露光装置、並びに露光装置による露
光時に基板のレベリング及びフォーカシングを制御する
面位置制御方法及び面位置制御装置に関するものであ
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
剤が塗布された半導体ウエハ又はガラスプレート等の感
光基板上に転写する露光装置が用いられる。

【０００３】この露光装置としては、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
ット領域へのマスクのパターンを縮小投影で且つ走査露
光方式で露光すると共に、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、感光基板上の露光領域（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 Aperture）は次第に大きくなっている。開
口数ＮＡが大きくなると、投影光学系の焦点深度が浅く
なるので、ショット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、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）を高精度に検出し、その感光基板の表面の光軸方向
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投影光学系の光
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フォーカス計測点（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７−２
１１６１２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（ベスト
フォーカス面）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ＡＦ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及びレベリング調整と露
光・転写が行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】半導体ウエハ等の感光
基板上には中央部分から周辺部分までその全面にわたっ
て多数のショット領域が設定されており、感光基板の周
辺部には投影光学系の露光フィールドの一部が感光基板
上から外れた、いわゆる欠けショットが存在する。この
欠けショットに対しても多点ＡＦ系によって面位置を検
出し、検出された面位置に基づいて露光装置のフォーカ
シング調整及びレベリング調整が行われる。従来は、多
点ＡＦ系の複数のフォーカス計測点のうち一部の計測点
が感光基板上から外れていて、焦点位置を計測すること
ができないこのような欠けショットに対しても、感光基
板上にあるフォーカス計測点で計測された計測値をその
まま用いてフォーカシング調整及びレベリング調整を行
い、露光を行っていた。

【０００９】しかし、欠けショットに対して感光基板上
に位置するフォーカス計測点の計測値のみを用いてフォ
ーカシング調整及びレベリング調整を行うと、感光基板
上に形成されている表面凹凸パターンの段差の影響によ
り、全てのフォーカス計測点対して計測値が得られるシ
ョットと異なるフォーカス及びレベリング値が計測さ
れ、欠けショットと通常のショットとが異なるフォーカ
ス及びレベリング状態で露光されてしまうという問題が
あった。

【００１０】この問題を解決するために、従来は感光基
板の周縁に位置する欠けショットに対してショット毎に
フォーカス及びレベリング追い込みオフセットを設定
し、補正を行うという方法がとられていた。しかし、欠
けショットのフォーカス計測可能部分はショットによっ
て異なり、全ての欠けショットに対してそれぞれ適切な
オフセットを個別に決定するためには複数のテスト露光
を行わなければならず甚だ煩わしいという問題があっ
た。

【００１１】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、感光基板の周辺部に位置する欠けショ
ットのように、多点ＡＦ系の全てのフォーカス計測点が
基板上に存在しない場合においてもショット毎に個別の
フォーカスオフセットや個別のレベリングオフセットを
用いることなく正確な面位置制御を行うことのできる面
位置制御方法及び面位置制御装置を提供することを目的
とする。

【００１２】また、本発明は、感光基板の周辺部に位置
する欠けショットに対しても多点ＡＦ系を用いて正確な
フォーカシング調整及びレベリング調整を行ってマスク
のパターンを露光することのできる露光方法及び露光装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明においては、全て
のフォーカス計測点が計測可能なショット領域を露光す
る時、フォーカシング及びレベリング調整終了後に各フ
ォーカス計測点でフォーカス値を計測し、このようにし
て計測されたフォーカス値を各フォーカス計測点に対す
るオフセットとしてメモリに記憶しておく。そして、欠
けショットに対しては、計測可能なフォーカス計測点に
おけるフォーカス値がメモリに記憶されているフォーカ
ス値（オフセット）と同じ値になるようにフォーカシン
グ及びレベリング調整を行うことによって前記目的を達
成する。

【００１４】すなわち、本発明は、表面凹凸パターンを
有するブロック領域（１３）が複数形成された基板（１
２）上の１つのブロック領域の表面の近似平面を、１つ
のブロック領域内の複数の計測点（Ｐ₁₁，Ｐ₁₂，Ｐ₁₃，
…）において計測した基準面（ＬＯ）からの距離に基づ
いて求め、近似平面が基準面（ＬＯ）と所定の位置関係
となるように基板（１２）を駆動する基板の面位置制御
方法において、基板（１２）の周辺部に位置するブロッ
ク領域（１３Ｂ）の基準面（ＬＯ）からの距離を求める
際、計測点の一部が基板（１２）上に位置しないとき、
基板（１２）上に位置する計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₂₃）で計測
された基準面（ＬＯ）からの距離計測値（Ｚ₁₁〜Ｚ₂₃）
を該計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₂₃）に対応する表面凹凸パターン
の段差情報（Ｆ₁₁〜Ｆ₂₃）に基づいて補正し、補正され
た基準面（ＬＯ）からの距離（Ｚ₁₁’〜Ｚ₂₃’）を用い
て近似平面（ＬＣ）を求めることを特徴とするものであ
る。

【００１５】前記表面凹凸パターンの段差情報は、基板
（１２）上に全ての計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃）が位置するブ
ロック領域（１３Ａ）の近似平面（ＬＡ）と前記複数の
計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃）におけるブロック領域との距離か
ら得ることができる。

【００１６】また、本発明は、表面凹凸パターンを有す
るブロック領域（１３）が複数形成された基板（１２）
上の１つのブロック領域内に設定された複数の計測点
（Ｐ₁₁,P₁₂，Ｐ₁₃，…）において基準面（ＬＯ）からの
距離を計測する距離計測手段（２５）と、複数の計測点
（Ｐ₁₁，Ｐ₁₂，Ｐ₁₃，…）における距離計測値に基づい
てブロック領域の表面の近似平面を求める演算手段（５
２）と、近似平面が基準面（ＬＯ）と所定の位置関係と
なるように基板（１２）を駆動する駆動手段（１６Ａ〜
１６Ｃ）とを含む基板の面位置制御装置において、基板
（１２）の周辺部に位置するブロック領域（１３Ｂ）の
基準面（ＬＯ）からの距離を求める際、計測点（Ｐ₁₁〜
Ｐ₃₃）の一部が基板（１２）上に位置しないとき、基板
（１２）上に位置する計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₂₃）で計測され
た基準面（ＬＯ）からの距離計測値（Ｚ₁₁〜Ｚ₂₃）を該
計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₂₃）に対応する表面凹凸パターンの段
差情報（Ｆ₁₁〜Ｆ₂₃）に基づいて補正する補正手段（５
６）を備えることを特徴とするものである。

【００１７】また、本発明は、表面凹凸パターンを有す
る複数のショット領域（１３）が複数配置された基板
（１２）上の１つのショット領域の近似平面を、１つの
ショット領域内の複数の計測点（Ｐ₁₁，Ｐ₁₂，Ｐ₁₃，
…）において計測した基準面（ＬＯ）からの距離に基づ
いて求め、近似平面が基準面（ＬＯ）と所定の位置関係
となるように基板（１２）を駆動したのちショット領域
にパターンを露光する露光方法において、基板（１２）
の周辺部に位置するショット領域（１３Ｂ）の基準面か
らの距離を求める際、計測点の一部が基板（１２）上に
位置しないとき、基板（１２）上に位置する計測点（Ｐ
₁₁〜Ｐ₂₃）で計測された基準面（ＬＯ）からの距離計測
値（Ｚ₁₁〜Ｚ₂₃）を該計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₂₃）に対応する
表面凹凸パターンの段差情報（Ｆ₁₁〜Ｆ₂₃）に基づいて
補正し、補正された基準面（ＬＯ）からの距離（Ｚ₁₁’
〜Ｚ₂₃’）を用いて近似平面（ＬＣ）を求めることを特
徴とするものである。

【００１８】前記表面凹凸パターンの段差情報（Ｆ₁₁〜
Ｆ₂₃）は、基板（１２）上に全ての計測点（Ｐ₁₁〜
Ｐ₃₃）が位置するショット領域（１３Ａ）の近似平面
（ＬＡ）と前記複数の計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃）におけるシ
ョット領域（１３Ａ）との距離から得ることができる。

【００１９】その際、複数のショット領域において計測
した基準面からの距離計測値を各計測点毎に平均化して
表面凹凸パターンの段差情報を得ることで、段差情報の
精度を向上することができる。計測値を平均化する複数
のショット領域は、連続して露光される同一のプロセス
の複数の基板のショット領域を含んでいてもよい。

【００２０】表面凹凸パターンの段差情報をプロセス毎
に記憶し、記憶した表面凹凸の段差情報を次に同じプロ
セスの基板を露光する場合の初期値として用いると、最
初に露光する感光基板に対して、精度の高い表面凹凸パ
ターンの段差情報が蓄積されていないことによるフォー
カシング及びレベリング調整の誤差を小さくすることが
できる。

【００２１】また、本発明は、２次元方向に移動可能な
位置決め用ステージ（１５Ｘ，１５Ｙ）と、位置決めス
テージ（１５Ｘ，１５Ｙ）上に設けられた載物テーブル
（１４）と、載物テーブル（１４）上に保持された基板
（１２）のショット領域（１３）にマスク（７）のパタ
ーンを転写するパターン転写手段（１，２，３，４，
５，６，１１）と、ショット領域（１３）内に設定され
た複数の計測点（Ｐ₁₁，Ｐ₁₂，Ｐ₁₃，…）において基準
面（ＬＯ）からの距離を計測する距離計測手段（２５）
と、複数の計測点（Ｐ₁₁，Ｐ₁₂，Ｐ₁₃，…）における距
離計測値に基づいてショット領域（１３）の近似平面を
求める演算手段（５２）と、近似平面が基準面（ＬＯ）
と所定の関係となるように載物テーブル（１４）を駆動
する載物テーブル駆動手段（１６Ａ〜１６Ｃ）とを含む
露光装置において、ショット領域（１３）の表面凹凸の
段差情報を記憶する記憶手段（５５）と、基板（１２）
の周辺部に位置するショット領域（１３Ｂ）の基準面
（ＬＯ）からの距離を求める際、距離計測手段（２５）
の計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃）の一部が基板（１２）上に位置
しないとき、基板（１２）上に位置する計測点（Ｐ₁₁〜
Ｐ₂₃）で計測された基準面（ＬＯ）からの距離計測値
（Ｚ₁₁〜Ｚ₂₃）を記憶手段（５５）に記憶されている該
計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₂₃）に対応する表面凹凸の段差情報
（Ｆ₁₁〜Ｆ₂₃）に基づいて補正する補正手段（５６）と
を備え、演算手段（５２）は補正された距離計測値（Ｚ
₁₁’〜Ｚ₂₃’）を用いて近似平面（ＬＣ）を求めること
を特徴とするものである。

【００２２】記憶手段（５５）は、基板（１２）上に距
離計測手段（２５）の全ての計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃）が位
置するショット領域（１３Ａ）の近似平面（ＬＡ）と複
数の計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃）におけるショット領域（１３
Ａ）との距離を表面凹凸の段差情報（Ｆ₁₁〜Ｆ₃₃）とし
て記憶することができる。補正手段（５６）は、複数の
ショット領域で計測した計測値を各計測点毎に平均化し
て得た表面凹凸の段差情報を用いて補正を行うことがで
きる。

【００２３】また、本発明は、段差を有する基板（１
２）表面の高さを所定の複数の計測点（Ｐ₁₁，Ｐ₁₂，Ｐ
₁₃，…）において計測し、複数の計測点（Ｐ₁₁，Ｐ₁₂，
Ｐ₁₃，…）における高さ計測値に基づいて基板（１２）
表面の近似平面を求める方法において、計測点の一部が
基板（１２）上に位置しないとき、基板（１２）上に位
置する計測点（Ｐ₁₁〜Ｐ₂₃）で計測された高さ計測値
（Ｚ₁₁〜Ｚ₂₃）を段差の情報（Ｆ₁₁〜Ｆ₂₃）に基づいて
補正し、補正された高さ計測値（Ｚ₁₁’〜Ｚ₂₃’）を用
いて近似平面（ＬＣ）を求めることを特徴とするもので
ある。本発明によると、感光基板周辺のショット領域
（欠けショット）に対しても、通常ショットと同様なフ
ォーカシング及びレベリング調整を行うことができる。

【００２４】

【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。図１は、本発明による露光装置の
一例の概略図である。ＤＵＶ光を射出する例えばエキシ
マレーザーやＨｇランプのような光源及びオプティカル
・インテグレータ等を含む光源系１からの露光用の照明
光ＩＬは、第１リレーレンズ２、マスクブラインド（可
変視野絞り）３、第２リレーレンズ４、ミラー５及び主
コンデンサーレンズ６を介して、均一な照度分布でマス
ク７のパターンを照明する。マスクブラインド３の配置
面はマスク７のパターン形成面とほぼ共役であり、マス
クブラインド３の開口の位置及び形状により、マスク７
上の照明領域８の位置及び形状が設定される。マスク７
はマスクステージ９上に保持されている。

【００２５】マスク７のパターン像は投影光学系１１に
よって、フォトレジストが塗布された感光基板１２上の
ショット領域１３に投影露光される。ここで、投影光学
系１１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１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に
垂直にＹ軸を取る。

【００２６】感光基板１２は、不図示の基板ホルダを介
して載物テーブル１４上に保持される。載物テーブル１
４は３個のＺ方向に移動自在なアクチュエータ１６Ａ〜
１６Ｃを介して、ＸＹ座標系内で移動自在な位置決め用
ステージ上に載置されている。位置決め用ステージはＹ
ステージ１５ＹとＸステージ１５Ｘとからなり、Ｙステ
ージ１５Ｙは、Ｘステージ１５Ｘ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る。Ｘステージ
１５Ｘは、装置ベース１７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１６Ａ〜１６Ｃを平行に伸縮させることによ
り、載物テーブル１４のＺ方向の位置（フォーカシン
グ）の調整が行われ、３個のアクチュエータ１６Ａ〜１
６Ｃの伸縮量を個別に調整することにより、載物テーブ
ル１４のＸ軸及びＹ軸の回りの傾斜角（レベリング）の
調整が行われる。３個のアクチュエータ１６Ａ〜１６Ｃ
の伸縮によるこのフォーカシング調整及びレベリング調
整は、両者を特に区別することなく同時に実行すること
もできる。

【００２７】主制御系２０に接続された記憶装置１０に
は、露光プロセス毎に露光条件を記録したプロセスプロ
グラムが保持されている。主制御系２０は、オペレータ
によって選択されたプロセスプログラムに従って露光制
御系及び基板ステージ駆動系２４に動作指令を行い、感
光基板１２の露光処理を行う。また、載物テーブル１４
の上端に固定されたＸ軸用の移動鏡２２Ｘ及び外部のレ
ーザ干渉計２３Ｘにより、感光基板１２のＸ座標が常時
モニタされ、同様にＹ軸用の移動鏡２２Ｙ及び外部のレ
ーザ干渉計２３Ｙ（図７参照）により、感光基板１２の
Ｙ座標が常時モニタされ、検出されたＸ座標、Ｙ座標は
主制御系２０に供給される。主制御系２０は、レーザ干
渉計２３Ｘ，２３Ｙから供給された座標に基づき、基板
ステージ駆動系２４を介してＸステージ１５Ｘ、Ｙステ
ージ１５Ｙ及び載物テーブル１４の動作を制御する。

【００２８】ここで、アクチュエータ１６Ａ〜１６Ｃの
構成例につき説明する。図６は、アクチュエータ１６Ａ
の断面図である。図１のＹステージ１５Ｙ上に駆動機構
ハウジング４０が固定され、駆動機構ハウジング４０内
に送りねじ４１が回転自在に収納され、送りねじ４１の
左端にカップリング４２を介して回転角検出用のロータ
エンコーダ４３が接続され、送りねじ４１の右端にカッ
プリング４４を介してロータリモータ４５が接続されて
いる。また、送りねじ４１にナット３９が螺合され、ナ
ット３９に支柱３８を介して上端が傾斜した斜面部３６
Ａが固定され、斜面部３６Ａの上端に回転体３６Ｂが接
触している。回転体３６Ｂは、図１の載物テーブル１４
内に回転自在に、且つ横方向には移動できないように埋
め込まれている。

【００２９】また、斜面部３６Ａは直線ガイド３７に沿
って送りねじ４１に平行な方向に移動できるように支持
されている。図１の基板ステージ制御系２４から駆動制
御信号がロータリモータ４５に供給され、ロータリモー
タ４５は制御信号を受けて送りねじ４１を回転する。こ
れにより、ナット３９が送りねじ４１に沿ってＸ方向に
移動し、斜面部３６Ａも送りねじ４１に沿ってＸ方向に
移動する。従って、斜面部３６Ａの上端に接触する回転
体３６Ｂは、回転しながら駆動機構ハウジング４０に対
して上下方向（Ｚ方向）に変位する。また、送りねじ４
１の回転角度をロータリエンコーダ４３により計測する
ことにより、回転体３６Ｂの上下方向への変位量が検出
される。他のアクチュエータ１６Ｂ，１６Ｃも同様の構
成を有する。

【００３０】なお、アクチュエータ１６Ａ〜１６Ｃは、
図６に示したようにロータリーモータを使用する方式の
外に、例えば積層型圧電素子（ピエゾ素子）等を使用し
て構成してもよい。このようにアクチュエータ１６Ａ〜
１６Ｃとして直線的に変位する駆動素子を使用する場
合、Ｚ方向の位置を検出するためのエンコーダとしては
光学式又は静電容量式等のリニアエンコーダを使用する
ことができる。

【００３１】次に、図１に戻って、感光基板１２の表面
のＺ方向の位置（焦点位置）を検出するための多点の焦
点位置検出系（以下、「多点ＡＦセンサ」という）２５
の構成につき説明する。この多点ＡＦセンサ２５の光源
２６からは、感光基板１２に塗布されたフォトレジスト
に対して非感光性の検出光が照射される。検出光はコン
デンサーレンズ２７を介して送光スリット板２８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２９を介して、投影光学系１１の光軸に対して斜めに
感光基板１２上のショット領域１３の９個のフォーカス
計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃に投影される。このとき、感光基板１
２の表面が投影光学系１１の最良結像面にあると、送光
スリット板２８のスリットの像が対物レンズ２９によっ
て感光基板１２の表面に結像される。

【００３２】図２は、感光基板１２上のフォーカス計測
点の配置を示したものであり、図示されるようにショッ
ト領域１３内には３行×３列の合計９個のフォーカス計
測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃が設定されている。ここでは、ショット
領域１３内の９個のフォーカス計測点での焦点位置の情
報から、後述するようにショット領域１３の近似平面を
求める。

【００３３】図１に戻り、それらのフォーカス計測点Ｐ
₁₁〜Ｐ₃₃からの反射光は、集光レンズ３０を介して振動
スリット板３１上に集光され、振動スリット板３１上に
それらフォーカス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３１は、主制御系２０からの
駆動信号ＤＳにより駆動される加振器３２により所定方
向に振動している。振動スリット板３１の多数のスリッ
トを通過した光が光電検出器３３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３４に供給され、信号処理された後に主制御
部２０に供給される。

【００３４】図３は、図１中の送光スリット板２８の略
図である。送光スリット板２８には、図２の感光基板上
のフォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃に対応する位置にそれぞ
れスリット２８₁₁〜２８₃₃が形成されている。また、図
１中の振動スリット板３１上にも、図４に示すように、
図２の感光基板上のフォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃に対応
する位置にそれぞれスリット３１₁₁〜３１₃₃が形成さ
れ、振動スリット板３１は加振器３２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。

【００３５】図５は、図１中の光電検出器３３及び信号
処理系３４を示す図である。光電検出器３３上の１行目
の光電変換素子３３₁₁〜３３₁₃には、それぞれ図２のフ
ォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃から反射されて、振動スリッ
ト板３１中の対応するスリットを通過した光が入射す
る。光電検出器３３上の２行目及び３行目の光電変換素
子３３₂₁〜３３₂₃，３３₃₁〜３３₃₃には、それぞれ図２
のフォーカス計測点Ｐ₂₁〜Ｐ₂₃，Ｐ₃₁〜Ｐ₃₃から反射さ
れて、振動スリット板３１中の対応するスリットを通過
した光が入射する。光電変換素子３３₁₁〜３３₃₃からの
検出信号は、増幅器４６₁₁〜４６₃₃を介して同期整流器
４７₁₁〜４７₃₃に供給される。同期整流器４７₁₁〜４７
₃₃は、それぞれ加振器３２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
るフォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃の焦点位置に所定範囲で
ほぼ比例して変化するフォーカス信号を生成する。ここ
では、同期整流器４７₁₁〜４７₃₃から出力されるフォー
カス信号は、対応するフォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃が投
影光学系１１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。

【００３６】同期整流器４７₁₁〜４７₃₃から出力される
フォーカス信号は、並列にマルチプレクサ４８に供給さ
れ、マルチプレクサ４８は、主制御系２０内のマイクロ
プロセッサ（ＭＰＵ）５０からの切り換え信号に同期し
て、供給されるフォーカス信号から順番に選ばれたフォ
ーカス信号をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４９
に供給し、Ａ／Ｄ変換器４９から出力されるデジタルの
フォーカス信号が順次主制御系２０内のメモリ５１内に
格納される。

【００３７】図７は、３個のアクチュエータ１６Ａ〜１
６Ｃの駆動系を示す。主制御系２０において、メモリ５
１の各アドレス５１₁₁〜５１₃₃内には、それぞれ図２の
フォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃での焦点位置を示すデジタ
ルのフォーカス信号が格納されている。各アドレス５１
₁₁〜５１₃₃から読み出されたフォーカス信号は並列に近
似平面演算部５２に供給される。近似平面演算部５２で
は、９個のフォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃に対応する９個
のフォーカス信号に基づいて、最小自乗法演算等によっ
てそのショット領域１３の近似平面を求める。ショット
領域１３の近似表面のデータはアクチュエータ駆動量設
定部５７に供給される。

【００３８】アクチュエータ駆動量設定部５７では、シ
ョット領域１３の近似表面のデータ及び３本のアクチュ
エータ１６Ａ，１６Ｂ，１６ＣのＸＹ座標データを用い
て、ショット領域１３の表面を投影光学系１１のベスト
フォーカス面に一致させるために必要な各アクチュエー
タ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃの駆動量Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃を演
算する。

【００３９】各アクチュエータ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ
の駆動量Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃の指令値はコントローラ６０に
供給され、コントローラ６０は、パワーアンプ６１Ａ，
６１Ｂ，６１Ｃを介してアクチュエータ１６Ａ，１６
Ｂ，１６Ｃを駆動する。また、アクチュエータ１６Ａ，
１６Ｂ，１６Ｃの内部のロータリーエンコーダ４３Ａ〜
４３Ｃ（図６のロータリーエンコーダ４３と同じ構成の
もの）からの検出信号がコントローラ６０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１６Ａ，
１６Ｂ，１６Ｃは、各々アクチュエータ駆動量設置部５
７から指令された高さ位置まで正確に駆動される。こう
してフォーカシング調整及びレベリング調整は終了し、
ショット領域１３の表面は多点ＡＦセンサ２５の基準
面、すなわち投影光学系１１のベストフォーカス面と一
致させられる。

【００４０】近似平面演算部５２内には補正部５６が設
けられ、また近似平面演算部５２はフォーカス計測点Ｐ
₁₁〜Ｐ₃₃における焦点位置を示すデジタルのフォーカス
信号が格納されているメモリ５１とは別個のメモリ５５
に接続されている。補正部５６及びメモリ５５の機能に
ついては後述する。

【００４１】次に、本発明の露光装置に備えられた多点
ＡＦセンサ２５を用いてショット領域１３の近似平面を
求める方法の詳細について説明する。図８は、感光基板
１２内のショット配置の例を示す図である。ショット領
域１３Ａは、ショット内の全てのフォーカス計測点Ｐ₁₁
〜Ｐ₃₃において計測が可能なショットである。一方、感
光基板１２の周辺部に位置するショット領域１３Ｂは、
右側の１／３が感光基板１２の外にあってフォーカス計
測点Ｐ₃₁〜Ｐ₃₃が基板上から外れ、全てのフォーカス計
測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃での計測値を用いた近似平面の演算、従
って全てのフォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃での計測値を用
いたフォーカシング及びレベリング調整が不可能なショ
ットである。

【００４２】図９及び図１０は、全てのフォーカス計測
点での計測が可能なショット領域１３Ａに対するフォー
カシング及びレベリング調整の説明図である。図９は、
多点ＡＦセンサ２５によってショット領域１３Ａの近似
平面を求める方法を説明する図であり、図１０は、図９
のようにして求めたショット領域１３Ａの近似平面を基
準面に一致させた状態を示している。ショット領域１３
Ａは、図示したように表面凹凸を有し、フォーカス計測
点Ｐ₁₁〜Ｐ₁₃が位置する領域とフォーカス計測点Ｐ₃₁〜
Ｐ₃₃が位置する領域に対して、フォーカス計測点Ｐ₂₁〜
Ｐ₂₃が位置するその間の領域がくぼんで段差を持ってい
るものとする。

【００４３】図９において、破線で示した面ＬＯは多点
ＡＦセンサ２５に設定されている基準面、すなわち投影
光学系１１のベストフォーカス面である。また、ショッ
ト領域１３Ａ上に設定されたフォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ
₃₃の位置に描かれている矢印ａ〜ｊは、その長さ及び向
きにより、フォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃で計測されたフ
ォーカス計測値、すなわち基準面ＬＯからの偏差の大き
さ及び偏差の方向を表している。近似平面ＬＡは、フォ
ーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃で計測されたフォーカス計測値
に基づいて、主制御系２０内の近似平面演算部５２で演
算されたショット領域１３Ａの最小二乗平面である。

【００４４】主制御系２０によるフォーカシング及びレ
ベリング調整は、ショット領域１３Ａの近似平面ＬＡを
基準面ＬＯに一致させるように３個のアクチュエータ１
６Ａ〜１６Ｃを駆動することによって行われる。アクチ
ュエータ１６Ａ〜１６Ｃを駆動することによるフォーカ
シング及びレベリング調整が完了すると、ショット領域
１３Ａの近似平面ＬＡと基準面ＬＯは一致し、図１０に
示した状態になる。フォーカシング及びレベリング調整
完了後、光源系１内に設けられた不図示のシャッターが
開かれ、マスク７に形成されたパターンがショット領域
１３Ａに露光される。

【００４５】本発明では、露光中に多点ＡＦセンサ２５
によって各フォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃におけるフォー
カス計測値を計測して記憶する。図１０において、フォ
ーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃の位置に描いた矢印ａ’〜ｊ’
は、露光中に計測されたフォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃の
フォーカス計測値、すなわち近似平面ＬＡを基準面ＬＯ
に一致させた状態での、各フォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃
の基準面ＬＯからのオフセットＦ₁₁〜Ｆ₃₃を表してい
る。すなわち、矢印ａ’〜ｊ’の長さは偏差の大きさを
表し、矢印の向きは偏差の方向を表している。計測され
たオフセットＦ₁₁〜Ｆ₃₃は、主制御系２０内のメモリ５
５に記憶される。

【００４６】図１１及び図１２は、ショットの一部が感
光基板１２の外にあって全てのフォーカス計測点での計
測が不可能な図８のショット領域１３Ｂにおいて、感光
基板１２上に残っている６個のフォーカス計測点Ｐ₁₁〜
Ｐ₂₃を用いて、何の補正もせずにフォーカシング及びレ
ベリング調整を行った場合の説明図である。図１１は、
多点ＡＦセンサ２５によってショット領域１３Ｂの近似
平面ＬＢを求める方法を説明する図であり、図１２は、
図１１で求めたショット領域１３Ｂの近似平面を基準面
に一致させた状態を示している。

【００４７】図１１において、破線で示した面ＬＯは多
点ＡＦセンサ２５に設定されている基準面、すなわち投
影光学系１１のベストフォーカス面を表し、ショット領
域１３Ｂ上に存在するフォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₂₃の位
置に描かれている矢印は、その長さがフォーカス計測点
Ｐ₁₁〜Ｐ₂₃で計測されたフォーカス計測値の値、すなわ
ち基準面ＬＯからの偏差の大きさを表し、矢印の向きが
偏差の方向、すなわちフォーカス計測値の符号を表して
いる。近似平面ＬＢは、６個のフォーカス計測点Ｐ₁₁〜
Ｐ₂₃で計測されたフォーカス計測値に基づいて、主制御
系２０内の近似平面演算部５２で演算されたショット領
域１３Ｂの最小二乗平面である。

【００４８】ショット領域１３Ｂの近似平面ＬＢを基準
面ＬＯに一致させるように３個のアクチュエータ１６Ａ
〜１６Ｃを駆動してフォーカシング及びレベリング調整
が完了すると、図１２の状態になる。図１０と図１２と
を比較すると明らかなように、９個のフォーカス計測点
Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃の全てで計測されたフォーカス計測値に基づ
いて演算した近似平面ＬＡを基準面ＬＯに一致させた場
合と、６個のフォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₂₃で計測された
フォーカス計測値のみに基づいて演算したショット領域
１３Ｂの近似平面ＬＢを基準面ＬＯに一致させた場合と
で、基準面ＬＯに対するショット領域１３Ａ，１３Ｂの
傾斜が異なってしまう。

【００４９】本発明においては、図１２のような状態が
発生するのを回避するために、先に全てのフォーカス計
測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃でフォーカス計測が可能なショット１３
Ａを露光する際に計測してメモリ５５に記憶しておい
た、ショット領域１３の表面凹凸パターンに基づく各フ
ォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃のオフセット（近似平面ＬＡ
に対するオフセット）Ｆ₁₁〜Ｆ₃₃を用いて、ショット領
域１３Ｂに対して計測されたフォーカス計測値Ｚ₁₁〜Ｚ
₂₃を補正し、補正されたフォーカス値に基づいてショッ
ト領域１３Ｂの近似平面ＬＣを演算する。

【００５０】すなわち、近似平面演算部５２の補正部５
６において、図１３に示すように、６個のフォーカス計
測点Ｐ₁₁〜Ｐ₂₃で計測されたフォーカス計測値Ｚ₁₁〜Ｚ
₂₃からそれぞれの測点に対応するオフセットａ’〜ｊ’
（オフセット値はＦ₁₁〜Ｆ₃₃）を減算して、補正された
フォーカス値Ｚ₁₁’〜Ｚ₂₃’（Ｚ₁₁’＝Ｚ₁₁−Ｆ₁₁，Ｚ
₁₂’＝Ｚ₁₂−Ｆ₁₂，Ｚ₁₃’＝Ｚ₁₃−Ｆ₁₃，…，Ｚ₁₃’＝
Ｚ₁₃−Ｆ₁₃）を求める。近似平面演算部５２では、この
補正されたフォーカス値Ｚ₁₁’〜Ｚ₂₃’を用いてショッ
ト領域１３Ｂの近似平面（最小二乗平面）ＬＣを演算す
る。

【００５１】図１４は、図１３のようにして求められた
近似平面ＬＣを基準面ＬＯと一致させた状態を示す。図
１４と図１０とを比較すると明らかなように、この方法
によると、欠けショットに対しても全てのフォーカス計
測点におけるフォーカス計測値を用いてフォーカシング
及びレベリング調整を行った場合と同様のフォーカス及
びレベリング状態が得られる。

【００５２】ここでは、フォーカス値のオフセットａ’
〜ｊ’（オフセット値Ｆ₁₁〜Ｆ₃₃）の決定及び記憶につ
いて１ショットのみの計測で行う例を示したが、近似平
面演算部５２は、全てのフォーカス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃が
計測可能なショット領域を露光した場合に常にそのショ
ット領域で露光時のフォーカス値（各計測点でのオフセ
ット値）を読み込み、各計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃毎にオフセッ
ト値を平均化することで、オフセットの計測精度を向上
することができる。

【００５３】また、この各計測点毎のオフセットの平均
化処理は、一枚の感光基板中のショット領域でのみ行な
う必要はなく、同一プロセスの感光基板を複数枚露光す
る場合には、露光する全ての感光基板間で平均化処理を
行うことで、さらに計測精度を向上することができる。

【００５４】さらに、本発明においては、同一プロセス
を複数枚の感光基板処理が終了した時、メモリ５５に記
憶されている平均化されたオフセット値を記憶装置１０
内に記憶されている、そのプロセスの露光に使用したプ
ロセスプログラムに書き加え記憶する。

【００５５】主制御系２０は、オペレータによって記憶
装置１０に記憶されているプロセスプログラムが選択さ
れ、それを実行する時、プロセスプログラム中にフォー
カス計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃でのオフセット値が記録されてい
る場合には、そのオフセットを初期値として主制御系２
０内のメモリ５５に設定し用いることで、欠けショット
を含め同一プロセスにおいて常に同じフォーカス及びレ
ベリング位置へショット領域を位置決めすることができ
る。

【００５６】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、全てのフォ
ーカス計測点が計測可能なショットとショットの一部が
欠けている所謂欠けショットについて、同じフォーカス
オフセットとレベリングオフセットを使用してフォーカ
シング及びレベリング調整を行なった場合でも同じフォ
ーカス及びレベリング状態へ位置決めすることができる
ので、露光条件設定を簡略化することができる。また、
同一プロセス中で各計測点に対するオフセットの平均化
を行い、その平均化されたオフセットを記憶し、再度そ
のプロセスを処理する時に初期値として用いることで、
同一プロセスを複数処理する場合に同一プロセスにおけ
るフォーカス及びレベリング追い込み位置が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光装置の一例の概略図。

【図２】多点ＡＦセンサによる感光基板上の計測点の配
置を示す図。

【図３】送光スリット板の略図。

【図４】振動スリット板の略図。

【図５】光電検出器及び信号処理系を示す図。

【図６】アクチュエータの断面図。

【図７】３個のアクチュエータの駆動系を示す図。

【図８】感光基板内のショット配置の例を示す図。

【図９】全てのフォーカス計測点で計測が可能なショッ
ト領域１３Ａに対して、多点ＡＦセンサによってショッ
ト領域の近似平面ＬＡを求める方法を説明する図。

【図１０】図９で求めたショット領域１３Ａの近似平面
ＬＡを基準面ＬＯに一致させた状態を示す図。

【図１１】全てのフォーカス計測点で計測を行うことが
できないショット領域１３Ｂに対して、多点ＡＦセンサ
によってショット領域１３Ｂの近似平面ＬＢを求める方
法を説明する図。

【図１２】図１１で求めたショット領域１３Ｂの近似平
面ＬＢを基準面ＬＯに一致させた状態を示す図。

【図１３】補正されたフォーカス値を用いてショット領
域１３Ｂの近似平面ＬＣを求める方法を説明する図。

【図１４】図１３のようにして求められた近似平面ＬＣ
を基準面ＬＯと一致させた状態を示す図。

【符号の説明】

１…光源系、３…マスクブラインド、７…マスク、１０
…記憶装置、１１…投影光学系、１２…感光基板、１
３，１３Ａ，１３Ｂ…ショット領域、１４…載物テーブ
ル、１５Ｘ…Ｘステージ、１５Ｙ…Ｙステージ、１６
Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ…アクチュエータ、１７…装置ベー
ス、２０…主制御系、２４…基板ステージ駆動系、２５
…多点ＡＦセンサ、２８…送光スリット、３１…振動ス
リット板、３２…加振器、３３…光電検出器、３４…信
号処理系、３６Ａ…斜面部、３６Ｂ…回転体、３７…直
線ガイド、３８…支柱、３９…ナット、４０…駆動機構
ハウジング、４１…送りねじ、４２，４４…カップリン
グ、４３…ロータリエンコーダ、４５…ロータリモー
タ、５２…近似平面演算部、５５…メモリ、５６…補正
部、５７…アクチュエータ駆動量設定部、６０…コント
ローラ、ＬＡ…ショット領域１３Ａの近似平面、ＬＢ…
ショット領域１３Ｂの近似平面、ＬＯ…基準面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面凹凸パターンを有するブロック領域
が複数形成された基板上の１つのブロック領域の表面の
近似平面を、前記１つのブロック領域内の複数の計測点
において計測した基準面からの距離に基づいて求め、前
記近似平面が前記基準面と所定の位置関係となるように
前記基板を駆動する基板の面位置制御方法において、前記基板の周辺部に位置する前記ブロック領域の前記基
準面からの距離を求める際、前記計測点の一部が前記基
板上に位置しないとき、前記基板上に位置する計測点で
計測された前記基準面からの距離計測値を該計測点に対
応する前記表面凹凸パターンの段差情報に基づいて補正
し、補正された前記基準面からの距離を用いて前記近似
平面を求めることを特徴とする基板の面位置制御方法。
【請求項２】前記表面凹凸パターンの段差情報は、前
記基板上に全ての計測点が位置するブロック領域の前記
近似平面と前記複数の計測点における前記ブロック領域
との距離から得ることを特徴とする請求項１記載の基板
の面位置制御方法。
【請求項３】表面凹凸パターンを有するブロック領域
が複数形成された基板上の１つのブロック領域内に設定
された複数の計測点において基準面からの距離を計測す
る距離計測手段と、前記複数の計測点における距離計測
値に基づいて前記ブロック領域の表面の近似平面を求め
る演算手段と、前記近似平面が前記基準面と所定の位置
関係となるように前記基板を駆動する駆動手段とを含む
基板の面位置制御装置において、前記基板の周辺部に位置する前記ブロック領域の前記基
準面からの距離を求める際、前記計測点の一部が前記基
板上に位置しないとき、基板上に位置する計測点で計測
された前記基準面からの距離計測値を該計測点に対応す
る前記表面凹凸パターンの段差情報に基づいて補正する
補正手段を備えることを特徴とする基板の面位置制御装
置。
【請求項４】表面凹凸パターンを有する複数のショッ
ト領域が複数配置された基板上の１つのショット領域の
近似平面を、前記１つのショット領域内の複数の計測点
において計測した基準面からの距離に基づいて求め、前
記近似平面が前記基準面と所定の位置関係となるように
前記基板を駆動したのち前記ショット領域にパターンを
露光する露光方法において、前記基板の周辺部に位置する前記ショット領域の前記基
準面からの距離を求める際、前記計測点の一部が前記基
板上に位置しないとき、前記基板上に位置する計測点で
計測された前記基準面からの距離計測値を該計測点に対
応する前記表面凹凸パターンの段差情報に基づいて補正
し、補正された前記基準面からの距離を用いて前記近似
平面を求めることを特徴とする露光方法。
【請求項５】前記表面凹凸パターンの段差情報は、前
記基板上に全ての計測点が位置するショット領域の前記
近似平面と前記複数の計測点における前記ショット領域
との距離から得ることを特徴とする請求項４記載の露光
方法。
【請求項６】複数のショット領域において計測した前
記基準面からの距離計測値を各計測点毎に平均化して前
記表面凹凸パターンの段差情報を得ることを特徴とする
請求項５記載の露光方法。
【請求項７】前記複数のショット領域は、連続して露
光される同一のプロセスの複数の基板のショット領域を
含むことを特徴とする請求項６記載の露光方法。
【請求項８】前記表面凹凸パターンの段差情報をプロ
セス毎に記憶し、前記記憶した表面凹凸の段差情報を次
に同じプロセスの基板を露光する場合の初期値として用
いることを特徴とする請求項７記載の露光方法。
【請求項９】２次元方向に移動可能な位置決め用ステ
ージと、前記位置決めステージ上に設けられた載物テー
ブルと、前記載物テーブル上に保持された基板のショッ
ト領域にマスクのパターンを転写するパターン転写手段
と、前記ショット領域内に設定された複数の計測点にお
いて基準面からの距離を計測する距離計測手段と、前記
複数の計測点における距離計測値に基づいて前記ショッ
ト領域の近似平面を求める演算手段と、前記近似平面が
前記基準面と所定の関係となるように前記載物テーブル
を駆動する載物テーブル駆動手段とを含む露光装置にお
いて、前記ショット領域の表面凹凸の段差情報を記憶する記憶
手段と、前記基板の周辺部に位置する前記ショット領域
の前記基準面からの距離を求める際、前記距離計測手段
の一部の計測点が前記基板上に位置しないとき、前記基
板上に位置する計測点で計測された前記基準面からの距
離計測値を前記記憶手段に記憶されている該計測点に対
応する表面凹凸の段差情報に基づいて補正する補正手段
とを備え、前記演算手段は補正された距離計測値を用い
て前記近似平面を求めることを特徴とする露光装置。
【請求項１０】前記記憶手段は、前記基板上に前記距
離計測手段の全ての計測点が位置するショット領域の近
似平面と前記複数の計測点における前記ショット領域と
の距離を前記表面凹凸の段差情報として記憶することを
特徴とする請求項９記載の露光装置。
【請求項１１】前記補正手段は、複数のショット領域
で計測した計測値を各計測点毎に平均化して得た表面凹
凸の段差情報を用いて補正を行うことを特徴とする請求
項１０記載の露光装置。
【請求項１２】段差を有する基板表面の高さを所定の
複数の計測点において計測し、前記複数の計測点におけ
る高さ計測値に基づいて前記基板表面の近似平面を求め
る方法において、前記計測点の一部が前記基板上に位置しないとき、基板
上に位置する計測点で計測された高さ計測値を前記段差
の情報に基づいて補正し、補正された高さ計測値を用い
て前記近似平面を求めることを特徴とする方法。