JPH1070065A

JPH1070065A - 露光装置

Info

Publication number: JPH1070065A
Application number: JP8225474A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Murayama; 正幸村山; Yuji Imai; 裕二今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】基板ステージの走りによるＺ方向の変位の影
響を受けずにレベリング制御を行う。【解決手段】基板ステージの走りによるＺ方向変位を
あらかじめ計測し、装置に記憶させておく。基板ステー
ジを移動しながら実際に計測された感光基板上の複数の
計測点の高さ位置から、その計測点のＸＹ座標に対して
記憶されている基板ステージのＺ方向変位を差し引くこ
とで基板ステージの走りによる誤差を補正し（Ｓ１
２）、感光基板表面の真の傾斜を求める（Ｓ１３）。そ
の傾斜に基づいてレベリング制御を行う（Ｓ１４，Ｓ１
５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスや
液晶表示デバイス等を製造するためのフォトリソグラフ
ィー工程で使用される露光装置に関するものであり、特
に感光基板の表面を投影光学系の結像面に一致させるた
めのレベリング手段を備える露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体デバイス等をフォトリ
ソグラフィー技術を用いて製造する際に、フォトマスク
又はレチクル（以下、マスクという）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
板上の各ショット領域に投影露光する露光装置が使用さ
れている。露光装置としては、２次元的に移動自在な基
板ステージ上に感光基板を載置し、この基板ステージに
より感光基板をステッピングさせてマスクのパターン像
を感光基板上の各ショット領域に順次露光する動作を繰
り返す、いわゆるステップ・アンド・リピート方式の露
光装置、特に縮小投影型の露光装置が多用されている。
また、感光基板上の各ショット領域へのパターン露光を
縮小投影で、かつ走査露光方式で行うとともに、各ショ
ット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も用いられている。

【０００３】一般に、露光装置においては、開口数が大
きく焦点深度の浅い投影光学系が使用されるため、微細
なパターンを高い解像度で転写するためには、感光基板
の表面の傾斜角を投影光学系の結像面の傾斜角に平行に
合わせ込むためのレベリング制御、及び感光基板の表面
の高さ（焦点位置）を投影光学系の結像面の位置に合わ
せ込むオートフォーカス制御が必要とされる。

【０００４】レベリング制御を行うためには、感光基板
表面の全体又は局所的部分の平均的な傾き量を正確に計
測することが必要とされる。その計測方法として従来よ
り、特公平３−５６５２号公報、特公平４−４２６０１
号公報、米国特許第４，０８４，９０３号、米国特許第
４，３８３，７５７号などに様々のものが提案されてい
る。例えば、感光基板上の３個所以上の点において光軸
方向（Ｚ方向）の高さ位置をエアマイクロメーター等の
ギャップセンサーで計測し、その計測値に基づいて感光
基板表面の近似平面式を特定し、その近似平面が投影光
学系の結像面に一致するように基板ステージに備えられ
るレベリング機構を駆動する。また、従来は、感光基板
の周辺領域に存在するショット領域で、焦点位置検出光
がけられるなどしてオートフォーカス制御が困難なショ
ット領域については、そのショットに隣接するショット
領域の焦点位置で露光を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】感光基板のＺ方向の高
さ位置を計測するセンサーは装置本体に固定されていて
移動させることができない。したがって、感光基板表面
の複数の点のＺ方向位置を計測するためには、基板ステ
ージによって感光基板を移動させて、感光基板上の複数
の点を順次センサーの計測点にもっていかなければなら
ない。そのため、基板ステージの走り自体がＺ方向に変
位量を持っていると、基板ステージの走りによる感光基
板表面のＺ方向変位と感光基板の面内Ｚ方向変位とを分
離できないため、たとえ感光基板の表面自体はＺ方向に
垂直であったとしても感光基板表面が傾いていると判断
してしまい、誤ったレベリング制御をしてしまうという
問題があった。

【０００６】図１３を用いて、従来のレベリング制御の
問題について説明する。ここでは、基板ステージの走り
方向をＸ方向、光軸に平行な方向をＺ方向として、破線
で示す位置に計測点を有するセンサーの計測値に基づい
てレベリング制御を行う様子を説明する。図１３（ａ）
〜（ｃ）は基板ステージの走りがＺ方向に変位をもって
いない場合のレベリング制御の概念を説明する図、図１
３（ｄ）〜（ｆ）は基板ステージの走りがＺ方向に変位
をもっている場合のレベリング制御の概念を説明する図
である。

【０００７】いま、感光基板８０の表面ＳＦ₁が図１３
（ａ）に示すように傾斜していたとする。最初、基板ス
テージ８５の移動により感光基板を実線位置に位置づけ
て感光基板表面ＳＦ₁の点Ｐ₁の高さ位置を計測する。
点Ｐ₁のＸ座標はＸ₁であり、このときの高さ計測値は
Ｚ₁であったとする。続いて、基板ステージの移動によ
って感光基板８０を矢印で示すように仮想線の位置まで
移動して感光基板表面ＳＦ₁の別の点Ｐ₂の高さ位置を
計測する。点Ｐ₂のＸ座標はＸ₂であり、高さ計測値は
Ｚ₂であるとする。

【０００８】このとき露光装置は、点Ｐ₁の座標値（Ｘ
₁，Ｚ₁）と点Ｐ₂の座標値（Ｘ₂，Ｚ₂）とから、感光基
板の表面ＳＦ₁が図１３（ｂ）に示すように傾斜してい
ると認識する。したがって、図１３（ｃ）に示すよう
に、基板ステージのレベリング機構８２ａ，８２ｂを作
動させて感光基板８０を載置している載物テーブル８１
を傾斜させ、感光基板８０の表面ＳＦ₁が水平になるよ
うにレベリング制御を行う。このように基板ステージ８
５の走りがＺ方向に変位をもっていなければ、従来の露
光装置は高さ計測値に基づいた適切なレベリング制御を
行うことができる。

【０００９】一方、図１３（ｄ）に波打った仮想線で示
すように、基板ステージ８５の走りがＺ方向に変位をも
っている場合には、従来の露光装置は適切なレベリング
制御を行うことができない。いま、図１３（ｄ）に示す
ように感光基板８７は面内に傾斜を有していないとす
る。最初、基板ステージ８５の移動により感光基板８７
を実線のように位置づけて感光基板表面ＳＦ₂の点Ｐ₃
の高さ位置を計測する。点Ｐ₃のＸ座標はＸ₃であり、
このときの高さ計測値はＺ₃であったとする。続いて、
基板ステージの移動によって感光基板８７をを矢印で示
すように仮想線で示される位置まで移動して感光基板表
面ＳＦ₂の別の点Ｐ₄の高さ位置を計測する。このと
き、基板ステージ８５の走りがＺ方向に変位を有してい
るため感光基板８７はＺ方向にも移動し、点Ｐ₄の高さ
計測値はＺ₄になったとする。点Ｐ₄のＸ座標はＸ₄で
ある。

【００１０】このとき露光装置は、点Ｐ₃の座標値（Ｘ
₃，Ｚ₃）と点Ｐ₄の座標値（Ｘ₄，Ｚ₄）から、感光基板
の表面ＳＦ₂が実際は水平であるにもかかわらず、図１
３（ｅ）に示すように傾斜していると認識する。したが
って、基板ステージ８５のレベリング機構８２ａ，８２
ｂを作動させて感光基板８７を載置している載物テーブ
ル８１を傾斜させ、点Ｐ₃の高さ位置Ｚ₃と点Ｐ₄の高
さ位置Ｚ₄を等しくするような制御を行う。その結果、
図１３（ｄ）に示すように、誤ったレベリング制御が行
われ、感光基板８７の表面ＳＦ₂は水平から外れてしま
うことになる。また、従来の露光装置は、感光基板周辺
のショットで、露光位置での焦点位置検出を行わず、隣
接ショットの焦点位置で露光する場合、基板ステージの
走りによるＺ方向変化があっても焦点位置補正がされな
いため焦点位置ずれによる不良が発生するという問題が
あった。

【００１１】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、基板ステージの走りによるＺ方
向の変位の影響を受けずにレベリング制御を行うことの
できる露光装置を提供することを目的とする。また、本
発明は、感光基板周辺のショットに対しても焦点ずれの
ない露光を行うことのできる露光装置を提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、基板ステー
ジの走りによるＺ方向変位をあらかじめ計測し、装置に
記憶させておくことで前記目的を達成する。この基板ス
テージの走りによるＺ方向変位の主な原因はステージ部
材の製造誤差であり、これが要因となっているＸＹ平面
のある任意の座標点におけるＺ方向変位は長期的に一定
である。そのため、表裏両面の平行度が既知の標準基板
等を用いて、予めＸＹ平面の複数点で基板ステージの走
りに基づくＺ方向変位を測定して記憶しておく。基板ス
テージのＸＹ平面内のＺ方向変位は装置ごとに異なるた
め、この計測は装置毎に行う必要がある。そして、基板
ステージを移動しながら実際に計測された感光基板上の
複数の計測点の高さ位置から、その計測点のＸＹ座標に
対して記憶されている基板ステージのＺ方向変位を差し
引くことによって感光基板表面の真の傾斜を求め、その
傾斜に基づいてレベリング制御を行う。

【００１３】すなわち本発明は、マスクに形成されたパ
ターンを感光基板上に投影する投影光学系と、感光基板
を保持する載物テーブルと、２次元移動座標系に沿って
載物テーブルを位置決めする位置決め用ステージと、２
次元移動座標系内での載物テーブルの位置を検出するス
テージ座標計測手段と、２次元移動座標系に対して固定
された計測点において感光基板の表面から所定の基準面
までの投影光学系の光軸方向の偏差を検出する高さ計測
手段と、位置決め用ステージに対する載物テーブルの傾
斜を調整するレベリング手段と、感光基板の表面を基準
面に一致させるために必要なレベリング手段の制御量を
算出する演算手段と、演算手段の演算結果に基づいてレ
ベリング手段を制御する制御手段とを含む露光装置にお
いて、位置決め用ステージが２次元移動座標系に沿って
移動するとき計測点で生じる載物テーブルの光軸方向変
位量をステージ座標計測手段によって計測される載物テ
ーブルの位置に対応させて記憶する記憶手段を備え、演
算手段は高さ計測手段による計測値から記憶手段に記憶
されている載物テーブルの光軸方向変位量を控除した値
に基づいてレベリング手段の制御量を算出することを特
徴とする。

【００１４】このように基板ステージ自体の走りによる
Ｚ方向変化量を予め計測して装置に記憶させておくこと
で、感光基板の面内複数点でＺ方向高さを測定する際
に、基板ステージの走りに起因する高さ変化量を除いた
測定値を得ることができる。このため、より高精度な感
光基板のレベリング制御を行うことができる。また、隣
接ショットに対する焦点位置と記憶手段に記憶されてい
る載物テーブルの光軸方向の変位量とに基づいて焦点位
置を算出する手段を備えることにより、焦点検出がされ
ていない感光基板周辺のショット領域においても、より
正確な傾斜補正と焦点位置合わせが可能となる。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】感光基板１２は、不図示の感光基板ホルダ
を介して載物テーブル１４上に保持される。載物テーブ
ル１４は３個のＺ方向に移動自在なアクチュエータ１６
Ａ〜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（焦点位置）の調
整が行われ、３個のアクチュエータ１６Ａ〜１６Ｃ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軸の回りの傾斜角の調整が行われる。

【００１８】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、供給された座標に基づいて
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。

【００１９】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。

【００２０】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に沿って移動す
る。従って、斜面部３６Ａの上端に接触する回転体３６
Ｂ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４１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も同じ構成を有
する。

【００２１】なお、アクチュエータ１６Ａ〜１６Ｃは、
図６の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。

【００２２】次に、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、
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個の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃に投影される。このとき、感光
基板１２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２
９によって感光基板１２の表面に結像される。

【００２３】図２は、感光基板１２上の計測点の配置を
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個の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃が設定
される。ここでは、ショット領域１３内の９個の計測点
での焦点位置の情報からショット領域１３内での平均的
な焦点位置を求める。図１に戻り、それらの計測点から
の反射光が、集光レンズ３０を介して振動スリット板３
１上に集光され、振動スリット板３１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。

【００２４】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。

【００２５】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３３₂₁〜３
３₂₃，３３₃₁〜３３₃₃には、それぞれ図２の計測点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４
６₁₁〜４６₃₃を介して同期整流器４７₁₁〜４７₃₃に供給
される。同期整流器４７₁₁〜４７₃₃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、対応する計測点の焦点位置に
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、対応する計測点が投影光学系１
１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。

【００２６】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。

【００２７】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
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５１₁₁〜５１₃₃
から読み出されたフォーカス信号は並列に焦点位置演算
部５２に供給される。焦点位置演算部５２では、９個の
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、算術平均、重み付け平均等の
演算によってそのショット領域１３の焦点位置ｚ、すな
わち投影光学系１１のベストフォーカス面からのＺ方向
のずれ量を求める。

【００２８】例えば最小自乗法による焦点位置ｚの演算
は以下のようにして行われる。９個の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃
に対応する９個のフォーカス信号から求まるベストフォ
ーカスからのずれを各々ΔＺ₁₁，ΔＺ₁₂，‥‥，ΔＺ₃₃
とするとき、次式〔数１〕の値が最小となるようにして
焦点位置ｚが決定される。

【００２９】

【数１】（ｚ−ΔＺ₁₁）²＋（ｚ−ΔＺ₁₂）²＋‥‥＋
（ｚ−ΔＺ₃₃）² こうして求められた焦点位置ｚは、レベリング制御を行
うときにはレベリング演算部５６に供給され、各ショッ
トの露光を行うときにはアクチュエータ駆動量設定部５
７に供給される。

【００３０】主制御系２０内のメモリ５５には、基板ス
テージの走りによる計測点のＺ方向の変位が予め計測さ
れ、ＸＹ座標の関数Ｆ_z（Ｘ，Ｙ）として記憶されてい
る。データＦ_z（Ｘ，Ｙ）は、例えば表裏面の平行度が
既知である平坦な表面を有する標準基板を基板ステージ
の載物テーブル１４上に載置し、基板ステージをＸ，Ｙ
方向に２次元移動しながら多点ＡＦ系２５の中央の計測
点Ｐ₂₂を用いて座標（Ｘ，Ｙ）における標準基板の焦点
位置を計測することによって得ることができる。

【００３１】次に、この露光装置によるレベリング制御
及びショット露光時のフォーカス制御の方法について説
明する。最初に、感光基板上のレベリング制御用の計測
点を示す図８及びフローチャートを示す図９用いて、レ
ベリング制御について説明する。Ｘステージ１５Ｘ及び
Ｙステージ１５Ｙを駆動することにより、感光基板１２
上の予め定められた複数の領域、例えば図８に示す６箇
所の領域Ｓ₁，Ｓ₂，‥‥，Ｓ₆を順次投影光学系１１の
下方に移動し、多点ＡＦ系２５により各領域Ｓ₁，Ｓ₂，
‥‥，Ｓ₆の代表位置、例えば各領域の中心位置
（Ｘ₁，Ｙ₁），（Ｘ₂，Ｙ₂），‥‥，（Ｘ₆，Ｙ₆）にお
けるベストフォーカス位置からのずれ量、すなわち焦点
位置ｚ₁，ｚ₂，‥‥，ｚ₆を求める（Ｓ１１）。この焦
点位置ｚ₁，ｚ₂，‥‥，ｚ₆は、主制御系２０の焦点位
置演算部５２において、各領域Ｓ₁，Ｓ₂，‥‥，Ｓ₆に
設定される９個の計測点から得られるフォーカス信号に
対して前記〔数１〕の最小自乗法等の演算をすることに
より求められる。

【００３２】焦点位置演算部５２の出力は、レベリング
演算部５６に供給される。レベリング演算部５６には、
レーザ干渉計２３Ｘ及び２３Ｙの出力も同時に供給され
ており、感光基板１２上の各計測領域Ｓ₁，Ｓ₂，‥‥，
Ｓ₆の代表点の座標（Ｘ₁，Ｙ₁），（Ｘ₂，Ｙ₂），‥
‥，（Ｘ₆，Ｙ₆）のデータと各計測領域の焦点位置
ｚ₁，ｚ₂，‥‥，ｚ₆のデータを取得する。次いで、メ
モリ５５に記憶されているデータを用いて下記〔数２〕
のように各位置における基板ステージの走りに起因する
計測領域の代表点のＺ方向変位を補正して、感光基板の
表面形状にのみ起因する各計測点でのベストフォーカス
位置からのずれ量δＺ₁，δＺ₂，‥‥，δＺ₆を求める
（Ｓ１２）。

【００３３】

【数２】 δＺ_j＝ｚ_j−Ｆ_z（Ｘ_j，Ｙ_j）（ｊ＝１，２，…，
６）こうして求められた複数の位置（Ｘ₁，Ｙ₁），（Ｘ₂，
Ｙ₂），‥‥，（Ｘ₆，Ｙ₆）におけるＺ方向変位量δ
Ｚ₁，δＺ₂，‥‥，δＺ₆のデータを用いて、レベリン
グ演算部５６では、さらに最小自乗法により載物テーブ
ル１４上に載置された感光基板１４の近似平面を求める
（Ｓ１３）。感光基板１４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。

【００３４】アクチュエータ駆動量設定部５７では、感
光基板１４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、
感光基板の表面を水平、すなわち投影光学系１１のベス
トフォーカス面に平行にす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（Ｓ１４）。

【００３５】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（Ｓ１
５）。こうしてレベリング制御は終了し、感光基板１２
の表面は投影光学系のベストフォーカス面と平行にされ
る。

【００３６】次に、図１０のフローチャートを用いて、
感光基板上のショット露光時のアクチュエータによるフ
ォーカシング制御について説明する。露光動作に入ると
きには、上で説明したレベリング制御は終了し、感光基
板１２の表面は投影光学系１１のベストフォーカス面に
平行になっている。

【００３７】まず、基板ステージ制御系２４を介してＸ
ステージ１５Ｘ及びＹステージ１５Ｙを駆動制御して感
光基板１２のショット領域を投影光学系１１の露光視野
にステッピングさせる（Ｓ２１）。次いで、多点ＡＦ系
２５によりそのショット領域の焦点位置ｚを求める（Ｓ
２２）。ショット領域の焦点位置ｚは、図２に示した９
点の計測点Ｐ₁₁〜Ｐ₃₃から得られたフォーカス信号を焦
点位置演算部５２で前述のように演算処理することによ
り求められる。焦点位置演算部５２で演算された焦点位
置ｚの信号は今回はレベリング演算部ではなく、アクチ
ュエータ駆動量設定部５７に供給され、アクチュエータ
駆動量設定部５７において３個のアクチュエータ１６
Ａ，１６Ｂ，１６Ｃの駆動量が求められる（Ｓ２３）。

【００３８】レベリング制御の時は感光基板の表面を投
影光学系のベストフォーカス面に平行になるようにする
ために３個のアクチュエータの伸縮量を独立して制御し
た。しかし、フォーカス制御においては、表面が既にベ
ストフォーカス面に平行になっている感光基板を上下さ
せてショット領域をベストフォーカス面と一致させる制
御を行うものであるため、３本のアクチュエータの伸縮
駆動量は等しく設定される。

【００３９】各アクチュエータ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ
の駆動量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，１６Ｂ，１６Ｃを指定
された駆動量だけ駆動する。このときコントローラ６０
は、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からフィードバック
されている検出信号を用いて各アクチュエータ１６Ａ，
１６Ｂ，１６Ｃの駆動量を正確に制御する（Ｓ２４）。
こうしてフォーカス制御が終了したのち、そのショット
領域に対するマスクパターン像の露光が行われる（Ｓ２
５）。感光基板１２上の全てのショット領域に対する露
光が終了していなければ（Ｓ２６）、ステップ２１に戻
って、感光基板のステップ移動、フォーカス制御、露光
の動作を反復する。

【００４０】次に、図１１を用いて、感光基板周辺のシ
ョット領域におけるフォーカス制御について説明する。
図１１に示すようにショット領域が感光基板の周辺に位
置しているとき、多点ＡＦセンサ２５の検出領域が感光
基板の外に出てしまう場合がある。この場合には、その
ショット領域で多点ＡＦセンサ２５を用いたフォーカス
検出を行うことができないため、従来は隣接ショット領
域で検出された焦点位置をそのショット領域にも適用し
て露光することが行われていた。

【００４１】例えば、ショット領域Ｓ_m，Ｓ_m+1，
Ｓ_m+2，‥‥の順序で露光されるとき、ショット領域Ｓ
_mは通常のフォーカス制御を行って露光することが可能
であるが、続くショット領域Ｓ_m+1及びショット領域Ｓ
_m+2は、感光基板１２の表面から一部はずれてしまうた
め多点ＡＦ系２５による焦点検出ができないとする。こ
のようなとき、従来はショット領域Ｓ_m+1及びショット
領域Ｓ_m+2に対しては、その直前のショット領域Ｓ_mの
焦点位置Ｚ（Ｓ_m）を適用してパターン露光を行ってい
た。基板ステージの走りによるＺ方向変位がなければこ
の方法でも焦点ずれを生じることがないが、基板ステー
ジの走りによってＺ方向変位が発生すると、隣接ショッ
トの焦点位置を用いて露光行うと焦点ぼけを生じてしま
う。

【００４２】そこで、ここでは、予め計測されてメモリ
５５に記憶されている、基板ステージの走りによるＺ方
向の変位Ｆ_z（Ｘ，Ｙ）を利用して焦点位置制御をおこ
なうことで焦点ぼけの発生を防止する。すなわち、メモ
リ５５に記憶されているＦ_z（Ｘ，Ｙ）から、図１２に
示すように、ショット領域Ｓ_mの中心座標に対するＺ方
向変位Ｆ_z（Ｓ_m）、ショット領域Ｓ_m+1の中心座標に対
するＺ方向変位Ｆ_z（Ｓ_m+1）、及びショット領域Ｓ_m+2
の中心座標に対するＺ方向変位Ｆ_z（Ｓ_m+2）を求める。
そして、ショット領域Ｓ_mでフォーカス制御を行って露
光した後、ショット領域Ｓ_m+1では、ショット領域Ｓ_m
の焦点位置に次の〔数３〕で示される基板ステージ走り
による感光基板のＺ方向変位の分だけアクチュエータ１
６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを同時に駆動することで、基板ス
テージの走りによる影響を補償して露光を行う。

【００４３】

【数３】Ｆ_z（Ｓ_m+1）−Ｆ_z（Ｓ_m）次のショット領域Ｓ_m+2の露光にあたっては、同様に、
ショット領域Ｓ_m+1の焦点位置に次の〔数４〕で示され
る基板ステージ走りによる感光基板のＺ方向変位の分だ
けアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを同時に駆動
し、基板ステージの走りによる影響を補償して露光を行
う。

【００４４】

【数４】Ｆ_z（Ｓ_m+2）−Ｆ_z（Ｓ_m+1）このように、基板ステージの走りによるＺ方向変位の影
響を無くす方向に感光基板１２を平行移動して周辺ショ
ットの露光をすることで、焦点位置検出を行わない場合
においても、従来の方法に比較して高精度な焦点位置合
わせがが可能となる。なお、長期の使用等によって基板
ステージが摩耗したりした場合には、表裏面の平坦度が
既知の基準基板によって再度基板ステージの走りによる
Ｚ方向変位を計測し、メモリ５５に記憶されているデー
タを更新することで対応可能である。

【００４５】

【発明の効果】本発明によると、基板ステージの走りに
よる感光基板のＺ方向変位の影響を除いてレベリング制
御を行うことができるため、高精度なレベリング制御が
可能となり、デバイス製造の歩留まり向上を図ることが
できる。また、基板ステージの２次元方向への移動時に
Ｚ方向の変位量を予測できるので、高速高精度のＺ方向
の補正が可能となる。さらに、感光基板の周辺領域など
で、隣接するショット領域の焦点検出位置を用いて露光
する場合においても高精度の焦点合わせが可能となる。

【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系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】レベリング制御用の計測点を示す図。

【図９】レベリング制御のフローチャート。

【図１０】感光基板上のショット露光時のアクチュエー
タによるフォーカシング制御のフローチャート。

【図１１】感光基板周辺のショット領域におけるフォー
カス制御について説明する図。

【図１２】各ショット領域に基板ステージ移動したと
き、基板ステージの走りに起因するＺ方向変位の説明
図。

【図１３】従来のレベリング制御の問題を説明する図で
あり、（ａ）〜（ｃ）は基板ステージの走りがＺ方向に
変位をもっていない場合のレベリング制御の概念を説明
する図、（ｄ）〜（ｆ）は基板ステージの走りがＺ方向
に変位をもっている場合のレベリング制御の概念を説明
する図。

【符号の説明】

１…光源系、３…マスクブラインド、７…マスク、１１
…投影光学系、１２…感光基板、１３…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、１６Ａ，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、４
２，４４…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…焦点位置演算部、５５…
メモリ、５６…レベリング演算部、５７…アクチュエー
タ駆動量設定部、６０…コントローラ、８０…感光基
板、８１…載物テーブル、８２ａ，８２ｂ…レベリング
機構、８５…基板ステージ、８７…感光基板

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を感光基板
上に投影する投影光学系と、前記感光基板を保持する載
物テーブルと、２次元移動座標系に沿って前記載物テー
ブルを位置決めする位置決め用ステージと、前記２次元
移動座標系内での前記載物テーブルの位置を検出するス
テージ座標計測手段と、前記２次元移動座標系に対して
固定された計測点において前記感光基板の表面から所定
の基準面までの前記投影光学系の光軸方向の偏差を検出
する高さ計測手段と、前記位置決め用ステージに対する
前記載物テーブルの傾斜を調整するレベリング手段と、
前記感光基板の表面を前記基準面に一致させるために必
要な前記レベリング手段の制御量を算出する演算手段
と、前記演算手段の演算結果に基づいて前記レベリング
手段を制御する制御手段とを含む露光装置において、前記位置決め用ステージが前記２次元移動座標系に沿っ
て移動するとき前記計測点で生じる前記載物テーブルの
光軸方向変位量を前記ステージ座標計測手段によって計
測される前記載物テーブルの位置に対応させて記憶する
記憶手段を備え、前記演算手段は前記高さ計測手段によ
る計測値から前記記憶手段に記憶されている前記載物テ
ーブルの光軸方向変位量を控除した値に基づいて前記レ
ベリング手段の制御量を算出することを特徴とする露光
装置。
【請求項２】隣接ショットに対する焦点位置と前記記
憶手段に記憶されている前記載物テーブルの光軸方向の
変位量とに基づいて焦点位置を算出する手段を備えるこ
とを特徴とする請求項１記載の露光装置。