JPH11135411A - 走査型露光装置 - Google Patents
走査型露光装置Info
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- JPH11135411A JPH11135411A JP9312730A JP31273097A JPH11135411A JP H11135411 A JPH11135411 A JP H11135411A JP 9312730 A JP9312730 A JP 9312730A JP 31273097 A JP31273097 A JP 31273097A JP H11135411 A JPH11135411 A JP H11135411A
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging
Abstract
(57)【要約】
【課題】 露光走査速度が変化しても無駄な動作時間を
生じさせず、スル−プットのよい走査型露光装置を提供
すること。 【解決手段】 スリット状の露光エリアに対し被露光物
体を走査しながら露光を行う走査型露光装置において、
スリット状露光エリアを挟んで走査方向に対し対向する
位置に被露光物体の面位置計測を行う面位置検出装置を
有するとともに、該面位置検出装置の計測点の位置が露
光走査方向に可変であることをことを特徴とする走査型
露光装置。
生じさせず、スル−プットのよい走査型露光装置を提供
すること。 【解決手段】 スリット状の露光エリアに対し被露光物
体を走査しながら露光を行う走査型露光装置において、
スリット状露光エリアを挟んで走査方向に対し対向する
位置に被露光物体の面位置計測を行う面位置検出装置を
有するとともに、該面位置検出装置の計測点の位置が露
光走査方向に可変であることをことを特徴とする走査型
露光装置。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はウェハー上に回路パ
ターンを転写するための半導体素子製造用の走査型露光
装置に関するもので、特にウエハーの面位置検出装置を
有した走査型露光装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】最近の半導体素子製造技術の進展はめざ
ましく、それに伴って微細加工技術の進展も著しい。微
細加工技術の主力をなす光加工技術ではサブミクロンの
解像力を有する縮小投影露光装置、通称ステッパーが主
流であり、解像力向上のために開口数(NA)の拡大や、露
光波長の短波長化が計られている。最近では露光領域を
拡大するために、レンズ系、あるいはレンズ系とミラー
系で構成された縮小投影光学系とスリット走査を組み合
わせた走査型の縮小投影露光装置が考案され、今後の主
流になるものとして注目されている。 【０００３】走査型の縮小投影露光装置（走査型露光装
置）は、回路パターンを有するレチクルを第１のステー
ジ、パタ−ン転写を行うウェハーを第２のステージ上に
載置し、該第１と第２のステージ双方を、投影光学系の
縮小倍率に応じた速度比で相対走査しながら露光を行う
ものである。 【０００４】解像力の向上に伴い縮小投影露光装置では
許容焦点深度が減少し、投影光学系に対するウェハ−の
合焦精度に厳しい値が要求されるようになっている。 【０００５】現在、縮小投影露光装置に搭載されるウェ
ハー面位置検出装置はウェハー面に対してプロ−ブ光を
斜めに入射させて検出を行うオフアクシス(Off Axis)型
のものが一般的である。これは被検査面であるウェハー
面上に複数の光束を照射し、該ウェハー面から反射され
た複数の光束をそれぞれ個別に光電変換素子で受光する
もので、該光電変換素子上での光束の位置情報から、ウ
ェハー面のＺ方向（縮小投影光学系の光軸方向）の位置
情報（フォーカス）を検出したり、複数の計測点のフォ
ーカス情報から、ウェハー面の傾き情報（チルト）を検
出する総合的なウェハー面位置計測システムである。 【０００６】複数点に光を照射する表面位置検出方法の
具体的構成は、本出願人により例えば特開平3-246411号
公報、特開平4-354320号公報、特開平4-128845号公報、
特開平6-283403号公報などに開示されている。 【０００７】特開平3-246411号公報には計測用に複数個
の光束を被検面に対し斜め方向から照射する場合、該複
数個の光束の投影像が被検面上のどの点においても同形
状となる方法について、特開平4-354320号公報には該複
数個の光束を被検面に斜め方向から照射する場合の照射
角度や照射方向などについて記載されている。 【０００８】また、特開平4-128845号公報にはウェハ−
面位置検出装置の面位置検出ビームにビ−ム経路調整機
構を備えた露光装置の例が開示されている。 【０００９】走査型の縮小投影露光装置は従来の１ショ
ット一括露光型の縮小投影露光装置と異なり、露光領域
をスリット状に制限し、該スリットに対しウェハーを一
方向に駆動して１ショットの露光をおこなう。従って、
露光中に露光位置でのフォーカスを一定に保つため、ス
リット状の露光領域に対し走査方向で所定の距離だけ手
前となる位置に複数の面位置の計測点を設け、該複数の
計測点の面位置情報を計測して露光時の面位置情報にフ
ィードバックさせる、先読みによるリアルタイムの計
測、制御が行われている。 【００１０】また、走査型の縮小投影露光装置ではスル
ープット向上のため、走査露光を往復で行うことが一般
的である。往復露光では図３に示すように第１のショッ
トを走査露光し終わった後に第２のショット露光のため
にステップ移動し、第２のショットで第１のショットと
反対の方向に走査露光を行う。 【００１１】従って、走査型の縮小投影露光装置のウェ
ハ−面位置検出装置においては往復露光に対応すべく、
露光領域を挟んで対向するように、かつ露光領域から等
距離だけ離れた位置に複数の面位置計測点が設定されて
いる。 【００１２】これら往復スキャン露光に対応した面位置
検出装置の例は、例えば特開平6-283403号公報等に記載
されている。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】上述の走査型の縮小投
影露光装置では面位置計測点の位置が最も速い露光走査
速度を前提に面位置計測、処理からＺ方向・傾き駆動制
御という処置が露光に間に合うように固定値として設定
されている。 【００１４】しかしながら実際には露光量制御の目的
や、プロセスによって遅い露光走査速度で走査露光を行
う場合がある。この場合、走査速度からすると面位置計
測点を露光スリットの近くに設定できるにもかかわら
ず、計測点が最高速の走査露光速度に合わせて固定され
ていることによる弊害が発生する。即ち、走査速度に比
べて計測点の位置が露光スリット位置から遠いため、シ
ョット毎に最初のウェハ−の面位置計測点の位置が最適
な配置より遠いことによる無駄な助走走査が必要になっ
てスル−プットを低下させるという問題である。１枚の
ウェハーでは露光走査するショットが20〜30あるので、
走査速度によっては大幅なスループットが低下が避けら
れない。 【００１５】上記の問題の対応としては、幾つかの走査
露光速度に対応させて走査方向に複数の光照射手段と検
出手段を設けることが考えられるが、検出光学系、光電
変換素子の数が大幅に増加して装置構成が複雑になり、
大きなコスト増加となる。また、計測点も離散的なため
スループット向上効果も不十分である。 【００１６】また、面位置計測点の位置の固定には別の
問題もある。ウェハー表面に露光される半導体チップは
サイズも様々で、小さいチップサイズのものを露光する
場合は特にウェハーの周辺でチップの領域外に面位置計
測点がはみ出すことがある。このような場合、はみ出た
計測点の計測値の精度が悪化したり、最悪は無効となっ
たりするため、傾き計測の精度が悪化するといった問題
もあった。 【００１７】 【課題を解決するための手段】本発明では、上記の問題
を解決するためスリット状のスキャン露光エリアを挟ん
で対向する位置に配置した面位置検出装置の計測点の位
置を可変とする手段を設けるとともに、露光走査速度に
応じて前記計測点の位置を露光位置から最短時間で面位
置検出から処置までを行うことができる位置に設定する
ことを特徴としている。被検面上に複数の光束を照射す
る面位置検出装置においては、該複数の光束を連続的に
可変で平行シフトさせる光束シフト手段を備え、該光束
シフト手段により該複数の光束照射位置（面位置計測
点）を露光走査速度に応じて任意に設定することで、常
に露光位置から最短の時間で面位置検出を行うようにす
ることを特徴としている。 【００１８】被検面上への光の斜め入射による面位置検
出においては、光束シフト手段の調整分解能に対し被検
面上の照射点移動量が敏感であるために、所望の位置に
追い込みにくい場合がある。追い込み誤差が生じると、
ウェハー上に施されている様々なパターンによって計測
オフセットの誤差が発生する恐れがある。 【００１９】本発明では、光束シフト手段に加え、面位
置計測点のポジション計測手段を備えることで、面位置
計測点変更後のポジションを正確に設定し、計測精度を
向上させることも特徴としている。 【００２０】これらの結果、本発明では装置のスループ
ットロスを最小限にとどめ、精度良く面位置計測を行う
ことを可能としている。 【００２１】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例１であり本
発明を実施した面位置検出装置が搭載された縮小投影光
学系を用いた走査型露光装置の構成の概略図である。 【００２２】図１において 1はデバイスパターンが形成
されたレチクルである。レチクル 1はレチクルステージ
5上に載置され、レチクルステージ 5はレチクルステー
ジ駆動制御用のレーザー干渉計2000によってＹ方向に駆
動制御される。レチクルステージ 5は、Ｚ方向の位置を
縮小投影光学系 2に対して一定に保った状態で、Ｙ方向
に駆動可能となっている。 【００２３】4 は感光基板であるウェハーでウェハース
テージ 700上に載置されている。ウェハーステージ 700
はレーザー干渉計 900と駆動制御手段1000によってＸＹ
方向に駆動制御されるとともに、縮小投影光学系 2の光
軸方向（Ｚ方向）の位置、および傾きが、Ｚ及びチルト
駆動手段 800により制御可能となっている。レチクル1
とウェハー 4は縮小投影光学系 2を介して光学的に共役
な位置に置かれており、照明光学系 3からの照明光束が
レチクル 1上でＸ方向に長いスリット状の露光光束を形
成している。レチクル 1上の露光光束は、投影光学系 2
の投影倍率に応じたた大きさのスリット状の露光光束EF
をウェハ 4上に形成する。 【００２４】図１の縮小投影光学系を用いた走査型露光
装置では、スリット状の露光光束に対してレチクルステ
ージ2000とウェハーステージ 700の双方を光学倍率に応
じた速度比でＹ方向に動かして露光を行う。即ち、固定
されたスリット状の露光光束に対して、レチクル 1上の
パターン転写領域とウェハー 4上のパターン転写領域を
同期走査してレチクル 1上のパタ−ンの全域が転写され
る。 【００２５】上記縮小投影光学系を用いた走査型露光装
置はウェハー側の焦点深度が約 1μｍと微小なため、最
適な解像力を得るには露光されるウェハー表面の位置を
走査中も絶えず投影光学系の最適露光位置に設定しなけ
ればならない。図１ではウェハーステージ 700上に載置
されたウェハー 4の面位置状態を検知すべく、投影光学
系を介さない斜入射光学系の面位置検出装置（10〜110)
が構成されている。 【００２６】本発明に係る面位置検出装置の基本原理
は、被検面であるウェハー表面に光束を斜め方向から照
射し、該被検面での反射光束の位置を位置検出素子で検
出し、該検出結果から被検面のＺ方向の位置情報を検出
するものである。Ｚ方向の位置の検出は複数個の位置で
行われ、該複数個の位置の配置は図2(A)に示されてい
る。複数個の検出位置はスリット状の露光光束EFに対
し、走査方向であるＹ方向にずれた位置に対称に設定さ
れている。対称なのは前述の往復走査に対応する先読み
のためであるが、検出を行う基本ユニットとなる複数個
（ここではFa、Fb、FcとBa、Bb、Bcという組み合わせが基本
ユニットとなるので３個）の検出点の配置はスリットの
長手方向であるＸ方向に一致している。図１では不図示
であるが、該複数個の検出点の各々には光束が投影さ
れ、各々の検出点（計測点）でのＺ方向の位置情報から
被検面のＹ軸回りの傾き情報が算出される。 【００２７】以下に本発明の面位置検出装置について詳
細に説明する。 【００２８】図１で220、221 は面位置検出用の発光光源
である。発光光源220、221 から発せられた光は、ウェハ
上の露光領域EFを挟んで対向した２つの面位置計測点S
F、SBを照射するべくスリット90を照明する。 【００２９】スリット90上には面位置計測用のマークが
施され、該マ−クが結像レンズ10により被検面であるウ
ェハー4 上に投影される。スリット90とウェハー4 の表
面は結像レンズ10により光学的に共役関係になってい
る。図１では説明の簡略化のため主光線のみを記した。 【００３０】60、61はそれぞれウェハ−上の露光領域EF
を挟んで対向した２つの面位置計測領域SF、SBを照射す
る光軸である。図１は断面図のため、計測領域SFとSBの
２つに対応する光軸が記されているが、各計測領域はＹ
軸回りの傾きを検出するため、Ｘ方向に複数個（ 3点以
上）の計測点が配置されている。 【００３１】図2(A)はこの様子を示したもので、スリッ
ト状の露光光束EFに対し走査方向であるＹ方向にずれた
位置で対称に配置され領域SFとSBは、それぞれFa、Fb、Fc
とBa、Bb、Bcという複数個の計測位置により構成されてい
る。領域SFとSBが対称に配置されているのは前述の往復
走査に対応する先読みのためである。領域SFを構成する
Fa、Fb、FcとSBを構成する位置Ba、Bb、Bcはそれぞれ面位置
検出を行う基本ユニットとなる検出点の組で該計測点の
配置はスリットの長手方向であるＸ方向に一致してい
る。また、スリット90上には全検出点の個数分の投影マ
ークがあり、該マ−クも個数に応じて後述の拡大レン
ズ、位置検出素子が構成される。 【００３２】ウェハー 4で反射した光束は結像レンズ11
により再結像位置91上にいったん再結像した後、各計測
点ごとの光軸位置に設けられた拡大光学系40、41により
各々の光束が位置検出用の受光素子80、81上に結像さ
れ、電気信号に変換される。各受光素子80,81 からの信
号は面位置信号処理系100 で計算処理され、被検面であ
るウエハー面4 のＺ及び傾き情報に変換されて、ウェハ
ーステージ 700の CPU1000にフィードバックがかけられ
る。 【００３３】図3(A)、図3(B)はウェハー上における露光
領域と面位置計測点の関係と、走査露光動作及び面位置
検出動作についての説明図である。 【００３４】前述のように面位置計測の領域SFとSBは露
光領域EFを挟んで、距離Ｌだけ離れ、かつ対称な位置に
設定されている。面位置計測の領域SFとSBを構成する各
計測エリア内には各３点の計測点があり、各計測点に計
測用の光束が斜め方向から照射されて検出が行われて、
Ｙ軸回りの傾きが検出される。 【００３５】露光位置から面位置計測点までの必要な距
離Ｌは、ウェハ−ステ−ジの露光スキャン速度を V、面
位置計測に要する処理時間をT1、ウェハ−ステージを光
軸方向に駆動させる駆動時間をT2とすると、 Ｌ＝V ・（T1+T2) という関係で表される。計測及び駆動時間が定数である
とすると（T1+T2)が定数となり、距離Ｌは露光走査速度
によって一義的に決まる値となる。距離L の値はより厳
密にはスリットのエッジからの量で定義される。 【００３６】図3(A)、図3(B)は縮小投影光学系を用いた
走査型露光装置で行われる 1ショット毎にスキャン方向
を180 °反転させる露光法のウェハー上での走査露光動
作を表すものである。走査露光の矢印は、説明のためあ
たかも露光スリット及び面位置計測点が移動しているよ
うに描かれているが、実際には露光スリット及び面位置
計測点が固定で、ウェハー6 を載置したウェハーステー
ジ700 が駆動される。図3(A)、 図3(B)で第１のショット
の露光を図中のForward 方向相当にウェハ−ステージを
駆動させて行う場合は、先読み側に当る計測領域SF内の
複数個の計測点によりＺ及びＹ軸周りの傾きを計測す
る。該計測値を計測したウェハ−の領域が走査により露
光領域EFに到達した時、該計測値を面位置情報として反
映したウェハーステージの駆動補正が行われている。 【００３７】隣接した次のショットの露光は、Back方向
にウェハ−ステージを駆動させて行う。この場合は前シ
ョットと逆に先読み側に当る計測領域SB内の複数の計測
点を用いて、ウェハ−のＺ及び傾き情報を計測する。該
計測値を計測したウェハ−領域が走査により露光領域EF
に到達した時、該計測値を面位置情報として反映したウ
ェハーステージの駆動補正が行われる。 【００３８】このように露光動作中の面位置計測は露光
走査方向に応じて計測領域SF又はSBの先読みとなる側の
領域の情報を選択して用いることになる。 【００３９】露光走査速度が速い速度Vfの場合には、面
位置計測点までの必要な距離Ｌf は、 Ｌf ＝
Vf・（T1+T2)となる。この場合は図3(A)に示すように毎
ショット露光前に、距離Ｌf の面位置計測助走距離が必
要である。 【００４０】一方、露光走査速度が遅い速度Vsの場合に
は、図3(B)に示すように、面位置計測点から露光位置ま
での必要な距離Ｌs は、 Ｌs ＝Vs・（T1+T2) となる。図3(B)に示すように毎ショット露光前の助走距
離をＬf よりも短い助走距離Ｌs に設定すると、露光走
査速度に関わらず同じ助走時間とすることができる。 【００４１】しかしながら従来の面位置検出装置では面
位置計測点までの距離Ｌ、即ち露光前の助走距離が Ｌ＝Ｌf に設定されており、調整することができなかった。従っ
て露光走査速度が速い速度である場合には問題ないが、
露光走査速度が遅い場合、 例えばVsである場合には毎シ
ョット Ｔ＝Ｌ/Vs −Ｌ/Vf だけの時間をロスする。このロスは毎ショット起こるた
め影響が大きく、走査型露光装置の生産性を論じる上で
無視し得ない値である。このため本発明では距離Ｌの値
を露光走査速度に応じて変更し、露光走査速度が変わっ
ても無駄な動きの生じない露光装置を実現することを特
徴としている。 【００４２】図1 において、面位置検出装置の光学系の
投光光学系の光路中に挿入されている光束シフト手段7
a、7b は距離Ｌを調整するために設けられた部材であ
る。図１で7a、7b は平行平板で、これを回転させること
によって光束60、61が平行移動される。露光スリットに
対する対称性を達成するため、平行平板7a、7b の回転は
結像レンズ10の光軸に対し互いに線対称に駆動される。
また図2(B)に示すように、受光光学系内にも同様な平行
平板8a、8b が設けられ、投光側の平行平板の回転方向と
逆方向に回転駆動させて光束をセンサー中心に戻してい
る。 【００４３】図 1〜2 の実施例１は、光束を斜め入射し
ている断面で光束をシフトさせて、ウェハー上での面位
置計測点の移動量を大きくする構成をとっている。例え
ば、面位置検出装置の光学系の入射角度をウェハー面に
対して 5°に設定した場合、光軸シフト量△に対しウェ
ハー表面上での計測光照射点の移動量△ｙは、 △ｙ＝△/sin 5°＝11.47 ×△ となる。厚み5mm 、屈折率 1.6の平行平板を15°回転さ
せた場合、光軸シフト量は約0.5mm となり、ウェハー面
上で約 5.8mmの照射点の移動が可能である。 【００４４】一方、本発明では正確に計測点の位置を制
御するため、面位置計測光照射点（つまり計測点）のＸ
Ｙ方向の位置計測手段を備えていることを別の特徴とし
ている。このような位置計測を行う必要があるのは、Δ
ｙの移動量が平行平板の角度変化に対して敏感であるた
めで、平行平板の調整後の面位置計測点の位置変化をモ
ニタすることが装置の信頼性を高めることになるからで
ある。 【００４５】面位置計測点の位置をモニタするため、図
1 ではウェハーステージ700 上にパターニングが施され
た基準プレート12を設けている。図4 のパタ−ニングの
例では基準プレ−トが所定の位置にセットされた時、面
位置計測光のあるべき照射点を囲むように高段差部が設
けられている。基準プレート上の所定の位置には面位置
計測点のＸＹ方向の位置合わせに用いる位置合わせマー
クと投影露光装置を介した光軸（Ｚ）方向の像面位置の
検出（TTLAF)用のマークが設けられている。図4 では位
置合わせマ−クとTTL,AFのマ−クが兼用となっている
が、このＸＹＺ方向の位置を決定するマ−ク群を基準マ
ークと呼ぶことにする。該基準マークを図1 に示す縮小
投影光学系 2を介したアライメント光学系13で撮像し
て、該基準マーク12のＸＹ方向の位置情報、及び縮小投
影光学系 2の最良結像面を計測することができる。 【００４６】以下、面位置計測点のＸＹ方向の位置計測
方法について説明する。 【００４７】予め、基準マーク12を計測して基準マーク
12のＸＹ方向の位置及び、TTL,AFによるＺ方向の校正を
行っておく。次いで面位置計測点が基準マ−ク12の段差
部を十分に走査するようにウェハーステージをＸ及びＹ
方向に走査しながら面位置検出信号を取り込むと、図5
に示すようなＸＹに対して変化するＺ信号が得られる。
図5 の信号は面位置検出点 1点に対応する出力信号で、
基準マ−ク12の高段差部の枠に対応した２つのピ−ク信
号が得られる。該２つの信号の中心が面位置計測点、即
ち面位置計測光の照射点である。基準マーク12の計測に
よって得られたＸＹ位置を基準に走査した座標と２つの
ピーク位置を照らし合わせれば、面位置計測用の光照射
位置を算出することができる。この動作は露光走査速度
に対応して光束シフト手段を駆動し、面位置計測点の位
置を変更した時、変更後の計測点が所望の位置に移動し
ているか否かの確認をする場合に有効である。面位置計
測点の位置は予め所望の位置近辺にセットされているの
で、実際にはＸＹ方向それぞれ一度の走査で、全計測点
のＸＹ位置情報を得ることができる。 【００４８】図9 は露光走査速度に応じて面位置計測点
を設定する動作の一連の流れを示すフローである。 【００４９】フロ−では先ずステップ111 で露光走査速
度を設定し、ステップ112 でウェハー上での面位置計測
点の最適位置を算出、面位置計測点への照射光束の光軸
シフト量及びそれに対応する光束シフト手段である平行
平板の回転量を算出する。次いでステップ113 で算出さ
れた平行平面板の回転量に応じて平行平板を回転駆動
し、ステップ114 で面位置計測点の位置の計測を行う。 【００５０】面位置計測点の位置設定には予めズレ許容
が設定されており、許容値内に入るまで光束シフト駆動
と計測を繰り返す。面位置計測点の設定が終了した後
（ステップ115)、縮小投影光学系 2を介したアライメン
ト光学系の像観察により最良結像面位置の計測を行い、
オフアクシスに設定されている面位置検出装置の計測位
置の校正を行う（ステップ116)。 【００５１】ステップ116 までで露光走査速度に応じた
面位置検出装置の調整が完了するので、以降ステップ11
7 からは面位置計測を行いながら走査露光を開始するこ
とができる。 【００５２】図6 は本発明の実施例２を示すものであ
る。実施例１では光束を斜め入射している断面で光束を
シフトさせて、ウェハー上での面位置検出点の移動量を
大きくとっている。しかしながらウェハ−上に面位置計
測光束のピントが合っている状態を標準状態とすると、
標準状態から斜め入射の光束を調整しシフトさせた後
は、ウェハー表面上で光束がデフォーカスする。このデ
フォーカスは被検査面であるウェハ−に傾きがあると計
測値に誤差を生じさせる。 【００５３】ここで面位置計測光のデフォーカス量を△
ｄ、被検査面の傾き角を△ωとすると計測誤差量△Ｚ’
は △Ｚ’＝2 ・△ｄ・tan △ω という式で表される。例としてデフォーカス量が5 mm、
被検査面の傾きが10ppmとすると、Ｚ方向の計測誤差量
は0.1 μｍとなり、無視できない量であることが分か
る。デフォーカスの効果を補正するには図1 の系に補正
手段を構成するか、もしくは計測点の移動量に条件を与
える必要がある。 【００５４】このため実施例２では、図6 のように面位
置計測光の光軸をＸＹ面内（水平面内）に射影した時の
入射方向を走査露光方向と直交する方向とし、光束の移
動を該計測光の光軸と直交する方向とすることで、露光
走査方向の面位置計測点位置を変化させることを特徴と
している。計測光の光軸と移動方向が直交するように光
束をシフトさせれば、ウェハー上での照射光束のデフォ
ーカスが発生することなく、容易に計測点の位置を連続
的に変更することが可能である。 【００５５】図7 は本発明の実施例３で光束シフト手段
として、平行平板を回転させる替わりにプリズム部材を
用いた例である。図に示した１回反射を用いる台形プリ
ズムを光軸に直交する方向に△駆動すれば、プリズムか
らの射出光束の光軸シフトを元の位置から 2△にするこ
とができる。プリズムの設定は実施例１と同じく各計測
点に対し別個に設けれ、調整は検出光学系の光軸に対し
対称に行われる。 【００５６】別の実施例として面位置計測光の光軸の水
平面内に於ける入射を斜め方向の角度から行う構成の場
合は、光束シフト手段を各照射エリアについて 2軸ずつ
設けることで、本発明の効果を達成することができる。 【００５７】ここまでは露光走査速度にマッチさせるた
め露光走査方向に面位置計測点をシフトさせる実施例に
ついて述べてきた。しかしながら露光走査方向と直交す
る方向に面位置計測点を微調することもウェハ−上のパ
タ−ンとの整合性の面で重要なことがある。図8 は本発
明の実施例４の説明図である。同図は露光スリットの長
手方向、つまり露光走査方向と直交方向の計測スパンを
可変とする構成である。計測スパンの調整には図1 と同
じく平行平板の回転を用い、調整後の計測点の移動のチ
ェックには基準マ−クを利用して図9 と類似のフロ−を
取ることができる。露光走査方向と直交する方向に計測
点の移動を行うと、あらゆるチップサイズに対し面の傾
き検出に最適な計測位置をユーザーが任意設定できるの
で効果的である。 【００５８】そして露光走査方向、及び露光走査方向と
直交する方向に計測点の移動を組み合わせると、走査速
度及びチップサイズの変動双方に対応でき、メリットが
大きい。この場合も、計測点の位置調整は前記実施例と
同様に基準マ−クを用いて行うことができる。 【００５９】また本発明の計測点移動の実施例としては
光学的な方式のみを例としたが、他の面位置検出方式に
おいても本発明は同様に適用可能である。 【００６０】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の走査型露
光装置では被検面上に設定されたスリット状のスキャン
露光エリアを挟んで対向する位置に設定された面位置計
測点の位置を露光走査方向に連続的に可変とし、露光走
査速度に応じて該面位置計測点の位置を露光走査方向に
調整することで、常に面位置検出から最短時間で露光位
置に到達することを可能とした。 【００６１】面位置検出装置が光学的な検出系で構成さ
れている場合は複数の検出位置の各々に対し光束を照射
し、該光束を平行シフトさせる光束シフト手段を設けて
光束照射位置（面位置計測点）を露光走査方向に連続的
に調整可能とすることで、面位置検出から最短時間で露
光位置に到達することを可能とした。 【００６２】これにより面位置検出点の数を不要に増や
す必要がなくなり、さらに連続的に面位置計測点を変更
可能にしたため、露光走査速度を変更した場合もスルー
プットのロスを無くすことが可能になった。 【００６３】通常の光学的な検出で用いられる斜め入射
による面位置検出方法に光束シフトによる照射点移動を
行う場合、調整手段に対し被検面上での移動量が敏感で
あるため、所望の位置に追い込みにくい可能性がある。
これに対してはポジション計測手段を備え、面位置計測
点変更後のポジションを正確に設定するようにしたこと
で、位置設定の精度が向上し、スル−プットに対する細
かな対応及び面位置制御精度を向上が可能となった。 【００６４】更に露光走査方向だけでなく、露光走査方
向と直交する方向に対する計測位置の移動を組み合わせ
ると、露光対象となるチップサイズに対する最適化も同
時に行うことができ、スル−プットと面位置計測精度向
上双方を同時に達成することができる。
ターンを転写するための半導体素子製造用の走査型露光
装置に関するもので、特にウエハーの面位置検出装置を
有した走査型露光装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】最近の半導体素子製造技術の進展はめざ
ましく、それに伴って微細加工技術の進展も著しい。微
細加工技術の主力をなす光加工技術ではサブミクロンの
解像力を有する縮小投影露光装置、通称ステッパーが主
流であり、解像力向上のために開口数(NA)の拡大や、露
光波長の短波長化が計られている。最近では露光領域を
拡大するために、レンズ系、あるいはレンズ系とミラー
系で構成された縮小投影光学系とスリット走査を組み合
わせた走査型の縮小投影露光装置が考案され、今後の主
流になるものとして注目されている。 【０００３】走査型の縮小投影露光装置（走査型露光装
置）は、回路パターンを有するレチクルを第１のステー
ジ、パタ−ン転写を行うウェハーを第２のステージ上に
載置し、該第１と第２のステージ双方を、投影光学系の
縮小倍率に応じた速度比で相対走査しながら露光を行う
ものである。 【０００４】解像力の向上に伴い縮小投影露光装置では
許容焦点深度が減少し、投影光学系に対するウェハ−の
合焦精度に厳しい値が要求されるようになっている。 【０００５】現在、縮小投影露光装置に搭載されるウェ
ハー面位置検出装置はウェハー面に対してプロ−ブ光を
斜めに入射させて検出を行うオフアクシス(Off Axis)型
のものが一般的である。これは被検査面であるウェハー
面上に複数の光束を照射し、該ウェハー面から反射され
た複数の光束をそれぞれ個別に光電変換素子で受光する
もので、該光電変換素子上での光束の位置情報から、ウ
ェハー面のＺ方向（縮小投影光学系の光軸方向）の位置
情報（フォーカス）を検出したり、複数の計測点のフォ
ーカス情報から、ウェハー面の傾き情報（チルト）を検
出する総合的なウェハー面位置計測システムである。 【０００６】複数点に光を照射する表面位置検出方法の
具体的構成は、本出願人により例えば特開平3-246411号
公報、特開平4-354320号公報、特開平4-128845号公報、
特開平6-283403号公報などに開示されている。 【０００７】特開平3-246411号公報には計測用に複数個
の光束を被検面に対し斜め方向から照射する場合、該複
数個の光束の投影像が被検面上のどの点においても同形
状となる方法について、特開平4-354320号公報には該複
数個の光束を被検面に斜め方向から照射する場合の照射
角度や照射方向などについて記載されている。 【０００８】また、特開平4-128845号公報にはウェハ−
面位置検出装置の面位置検出ビームにビ−ム経路調整機
構を備えた露光装置の例が開示されている。 【０００９】走査型の縮小投影露光装置は従来の１ショ
ット一括露光型の縮小投影露光装置と異なり、露光領域
をスリット状に制限し、該スリットに対しウェハーを一
方向に駆動して１ショットの露光をおこなう。従って、
露光中に露光位置でのフォーカスを一定に保つため、ス
リット状の露光領域に対し走査方向で所定の距離だけ手
前となる位置に複数の面位置の計測点を設け、該複数の
計測点の面位置情報を計測して露光時の面位置情報にフ
ィードバックさせる、先読みによるリアルタイムの計
測、制御が行われている。 【００１０】また、走査型の縮小投影露光装置ではスル
ープット向上のため、走査露光を往復で行うことが一般
的である。往復露光では図３に示すように第１のショッ
トを走査露光し終わった後に第２のショット露光のため
にステップ移動し、第２のショットで第１のショットと
反対の方向に走査露光を行う。 【００１１】従って、走査型の縮小投影露光装置のウェ
ハ−面位置検出装置においては往復露光に対応すべく、
露光領域を挟んで対向するように、かつ露光領域から等
距離だけ離れた位置に複数の面位置計測点が設定されて
いる。 【００１２】これら往復スキャン露光に対応した面位置
検出装置の例は、例えば特開平6-283403号公報等に記載
されている。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】上述の走査型の縮小投
影露光装置では面位置計測点の位置が最も速い露光走査
速度を前提に面位置計測、処理からＺ方向・傾き駆動制
御という処置が露光に間に合うように固定値として設定
されている。 【００１４】しかしながら実際には露光量制御の目的
や、プロセスによって遅い露光走査速度で走査露光を行
う場合がある。この場合、走査速度からすると面位置計
測点を露光スリットの近くに設定できるにもかかわら
ず、計測点が最高速の走査露光速度に合わせて固定され
ていることによる弊害が発生する。即ち、走査速度に比
べて計測点の位置が露光スリット位置から遠いため、シ
ョット毎に最初のウェハ−の面位置計測点の位置が最適
な配置より遠いことによる無駄な助走走査が必要になっ
てスル−プットを低下させるという問題である。１枚の
ウェハーでは露光走査するショットが20〜30あるので、
走査速度によっては大幅なスループットが低下が避けら
れない。 【００１５】上記の問題の対応としては、幾つかの走査
露光速度に対応させて走査方向に複数の光照射手段と検
出手段を設けることが考えられるが、検出光学系、光電
変換素子の数が大幅に増加して装置構成が複雑になり、
大きなコスト増加となる。また、計測点も離散的なため
スループット向上効果も不十分である。 【００１６】また、面位置計測点の位置の固定には別の
問題もある。ウェハー表面に露光される半導体チップは
サイズも様々で、小さいチップサイズのものを露光する
場合は特にウェハーの周辺でチップの領域外に面位置計
測点がはみ出すことがある。このような場合、はみ出た
計測点の計測値の精度が悪化したり、最悪は無効となっ
たりするため、傾き計測の精度が悪化するといった問題
もあった。 【００１７】 【課題を解決するための手段】本発明では、上記の問題
を解決するためスリット状のスキャン露光エリアを挟ん
で対向する位置に配置した面位置検出装置の計測点の位
置を可変とする手段を設けるとともに、露光走査速度に
応じて前記計測点の位置を露光位置から最短時間で面位
置検出から処置までを行うことができる位置に設定する
ことを特徴としている。被検面上に複数の光束を照射す
る面位置検出装置においては、該複数の光束を連続的に
可変で平行シフトさせる光束シフト手段を備え、該光束
シフト手段により該複数の光束照射位置（面位置計測
点）を露光走査速度に応じて任意に設定することで、常
に露光位置から最短の時間で面位置検出を行うようにす
ることを特徴としている。 【００１８】被検面上への光の斜め入射による面位置検
出においては、光束シフト手段の調整分解能に対し被検
面上の照射点移動量が敏感であるために、所望の位置に
追い込みにくい場合がある。追い込み誤差が生じると、
ウェハー上に施されている様々なパターンによって計測
オフセットの誤差が発生する恐れがある。 【００１９】本発明では、光束シフト手段に加え、面位
置計測点のポジション計測手段を備えることで、面位置
計測点変更後のポジションを正確に設定し、計測精度を
向上させることも特徴としている。 【００２０】これらの結果、本発明では装置のスループ
ットロスを最小限にとどめ、精度良く面位置計測を行う
ことを可能としている。 【００２１】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例１であり本
発明を実施した面位置検出装置が搭載された縮小投影光
学系を用いた走査型露光装置の構成の概略図である。 【００２２】図１において 1はデバイスパターンが形成
されたレチクルである。レチクル 1はレチクルステージ
5上に載置され、レチクルステージ 5はレチクルステー
ジ駆動制御用のレーザー干渉計2000によってＹ方向に駆
動制御される。レチクルステージ 5は、Ｚ方向の位置を
縮小投影光学系 2に対して一定に保った状態で、Ｙ方向
に駆動可能となっている。 【００２３】4 は感光基板であるウェハーでウェハース
テージ 700上に載置されている。ウェハーステージ 700
はレーザー干渉計 900と駆動制御手段1000によってＸＹ
方向に駆動制御されるとともに、縮小投影光学系 2の光
軸方向（Ｚ方向）の位置、および傾きが、Ｚ及びチルト
駆動手段 800により制御可能となっている。レチクル1
とウェハー 4は縮小投影光学系 2を介して光学的に共役
な位置に置かれており、照明光学系 3からの照明光束が
レチクル 1上でＸ方向に長いスリット状の露光光束を形
成している。レチクル 1上の露光光束は、投影光学系 2
の投影倍率に応じたた大きさのスリット状の露光光束EF
をウェハ 4上に形成する。 【００２４】図１の縮小投影光学系を用いた走査型露光
装置では、スリット状の露光光束に対してレチクルステ
ージ2000とウェハーステージ 700の双方を光学倍率に応
じた速度比でＹ方向に動かして露光を行う。即ち、固定
されたスリット状の露光光束に対して、レチクル 1上の
パターン転写領域とウェハー 4上のパターン転写領域を
同期走査してレチクル 1上のパタ−ンの全域が転写され
る。 【００２５】上記縮小投影光学系を用いた走査型露光装
置はウェハー側の焦点深度が約 1μｍと微小なため、最
適な解像力を得るには露光されるウェハー表面の位置を
走査中も絶えず投影光学系の最適露光位置に設定しなけ
ればならない。図１ではウェハーステージ 700上に載置
されたウェハー 4の面位置状態を検知すべく、投影光学
系を介さない斜入射光学系の面位置検出装置（10〜110)
が構成されている。 【００２６】本発明に係る面位置検出装置の基本原理
は、被検面であるウェハー表面に光束を斜め方向から照
射し、該被検面での反射光束の位置を位置検出素子で検
出し、該検出結果から被検面のＺ方向の位置情報を検出
するものである。Ｚ方向の位置の検出は複数個の位置で
行われ、該複数個の位置の配置は図2(A)に示されてい
る。複数個の検出位置はスリット状の露光光束EFに対
し、走査方向であるＹ方向にずれた位置に対称に設定さ
れている。対称なのは前述の往復走査に対応する先読み
のためであるが、検出を行う基本ユニットとなる複数個
（ここではFa、Fb、FcとBa、Bb、Bcという組み合わせが基本
ユニットとなるので３個）の検出点の配置はスリットの
長手方向であるＸ方向に一致している。図１では不図示
であるが、該複数個の検出点の各々には光束が投影さ
れ、各々の検出点（計測点）でのＺ方向の位置情報から
被検面のＹ軸回りの傾き情報が算出される。 【００２７】以下に本発明の面位置検出装置について詳
細に説明する。 【００２８】図１で220、221 は面位置検出用の発光光源
である。発光光源220、221 から発せられた光は、ウェハ
上の露光領域EFを挟んで対向した２つの面位置計測点S
F、SBを照射するべくスリット90を照明する。 【００２９】スリット90上には面位置計測用のマークが
施され、該マ−クが結像レンズ10により被検面であるウ
ェハー4 上に投影される。スリット90とウェハー4 の表
面は結像レンズ10により光学的に共役関係になってい
る。図１では説明の簡略化のため主光線のみを記した。 【００３０】60、61はそれぞれウェハ−上の露光領域EF
を挟んで対向した２つの面位置計測領域SF、SBを照射す
る光軸である。図１は断面図のため、計測領域SFとSBの
２つに対応する光軸が記されているが、各計測領域はＹ
軸回りの傾きを検出するため、Ｘ方向に複数個（ 3点以
上）の計測点が配置されている。 【００３１】図2(A)はこの様子を示したもので、スリッ
ト状の露光光束EFに対し走査方向であるＹ方向にずれた
位置で対称に配置され領域SFとSBは、それぞれFa、Fb、Fc
とBa、Bb、Bcという複数個の計測位置により構成されてい
る。領域SFとSBが対称に配置されているのは前述の往復
走査に対応する先読みのためである。領域SFを構成する
Fa、Fb、FcとSBを構成する位置Ba、Bb、Bcはそれぞれ面位置
検出を行う基本ユニットとなる検出点の組で該計測点の
配置はスリットの長手方向であるＸ方向に一致してい
る。また、スリット90上には全検出点の個数分の投影マ
ークがあり、該マ−クも個数に応じて後述の拡大レン
ズ、位置検出素子が構成される。 【００３２】ウェハー 4で反射した光束は結像レンズ11
により再結像位置91上にいったん再結像した後、各計測
点ごとの光軸位置に設けられた拡大光学系40、41により
各々の光束が位置検出用の受光素子80、81上に結像さ
れ、電気信号に変換される。各受光素子80,81 からの信
号は面位置信号処理系100 で計算処理され、被検面であ
るウエハー面4 のＺ及び傾き情報に変換されて、ウェハ
ーステージ 700の CPU1000にフィードバックがかけられ
る。 【００３３】図3(A)、図3(B)はウェハー上における露光
領域と面位置計測点の関係と、走査露光動作及び面位置
検出動作についての説明図である。 【００３４】前述のように面位置計測の領域SFとSBは露
光領域EFを挟んで、距離Ｌだけ離れ、かつ対称な位置に
設定されている。面位置計測の領域SFとSBを構成する各
計測エリア内には各３点の計測点があり、各計測点に計
測用の光束が斜め方向から照射されて検出が行われて、
Ｙ軸回りの傾きが検出される。 【００３５】露光位置から面位置計測点までの必要な距
離Ｌは、ウェハ−ステ−ジの露光スキャン速度を V、面
位置計測に要する処理時間をT1、ウェハ−ステージを光
軸方向に駆動させる駆動時間をT2とすると、 Ｌ＝V ・（T1+T2) という関係で表される。計測及び駆動時間が定数である
とすると（T1+T2)が定数となり、距離Ｌは露光走査速度
によって一義的に決まる値となる。距離L の値はより厳
密にはスリットのエッジからの量で定義される。 【００３６】図3(A)、図3(B)は縮小投影光学系を用いた
走査型露光装置で行われる 1ショット毎にスキャン方向
を180 °反転させる露光法のウェハー上での走査露光動
作を表すものである。走査露光の矢印は、説明のためあ
たかも露光スリット及び面位置計測点が移動しているよ
うに描かれているが、実際には露光スリット及び面位置
計測点が固定で、ウェハー6 を載置したウェハーステー
ジ700 が駆動される。図3(A)、 図3(B)で第１のショット
の露光を図中のForward 方向相当にウェハ−ステージを
駆動させて行う場合は、先読み側に当る計測領域SF内の
複数個の計測点によりＺ及びＹ軸周りの傾きを計測す
る。該計測値を計測したウェハ−の領域が走査により露
光領域EFに到達した時、該計測値を面位置情報として反
映したウェハーステージの駆動補正が行われている。 【００３７】隣接した次のショットの露光は、Back方向
にウェハ−ステージを駆動させて行う。この場合は前シ
ョットと逆に先読み側に当る計測領域SB内の複数の計測
点を用いて、ウェハ−のＺ及び傾き情報を計測する。該
計測値を計測したウェハ−領域が走査により露光領域EF
に到達した時、該計測値を面位置情報として反映したウ
ェハーステージの駆動補正が行われる。 【００３８】このように露光動作中の面位置計測は露光
走査方向に応じて計測領域SF又はSBの先読みとなる側の
領域の情報を選択して用いることになる。 【００３９】露光走査速度が速い速度Vfの場合には、面
位置計測点までの必要な距離Ｌf は、 Ｌf ＝
Vf・（T1+T2)となる。この場合は図3(A)に示すように毎
ショット露光前に、距離Ｌf の面位置計測助走距離が必
要である。 【００４０】一方、露光走査速度が遅い速度Vsの場合に
は、図3(B)に示すように、面位置計測点から露光位置ま
での必要な距離Ｌs は、 Ｌs ＝Vs・（T1+T2) となる。図3(B)に示すように毎ショット露光前の助走距
離をＬf よりも短い助走距離Ｌs に設定すると、露光走
査速度に関わらず同じ助走時間とすることができる。 【００４１】しかしながら従来の面位置検出装置では面
位置計測点までの距離Ｌ、即ち露光前の助走距離が Ｌ＝Ｌf に設定されており、調整することができなかった。従っ
て露光走査速度が速い速度である場合には問題ないが、
露光走査速度が遅い場合、 例えばVsである場合には毎シ
ョット Ｔ＝Ｌ/Vs −Ｌ/Vf だけの時間をロスする。このロスは毎ショット起こるた
め影響が大きく、走査型露光装置の生産性を論じる上で
無視し得ない値である。このため本発明では距離Ｌの値
を露光走査速度に応じて変更し、露光走査速度が変わっ
ても無駄な動きの生じない露光装置を実現することを特
徴としている。 【００４２】図1 において、面位置検出装置の光学系の
投光光学系の光路中に挿入されている光束シフト手段7
a、7b は距離Ｌを調整するために設けられた部材であ
る。図１で7a、7b は平行平板で、これを回転させること
によって光束60、61が平行移動される。露光スリットに
対する対称性を達成するため、平行平板7a、7b の回転は
結像レンズ10の光軸に対し互いに線対称に駆動される。
また図2(B)に示すように、受光光学系内にも同様な平行
平板8a、8b が設けられ、投光側の平行平板の回転方向と
逆方向に回転駆動させて光束をセンサー中心に戻してい
る。 【００４３】図 1〜2 の実施例１は、光束を斜め入射し
ている断面で光束をシフトさせて、ウェハー上での面位
置計測点の移動量を大きくする構成をとっている。例え
ば、面位置検出装置の光学系の入射角度をウェハー面に
対して 5°に設定した場合、光軸シフト量△に対しウェ
ハー表面上での計測光照射点の移動量△ｙは、 △ｙ＝△/sin 5°＝11.47 ×△ となる。厚み5mm 、屈折率 1.6の平行平板を15°回転さ
せた場合、光軸シフト量は約0.5mm となり、ウェハー面
上で約 5.8mmの照射点の移動が可能である。 【００４４】一方、本発明では正確に計測点の位置を制
御するため、面位置計測光照射点（つまり計測点）のＸ
Ｙ方向の位置計測手段を備えていることを別の特徴とし
ている。このような位置計測を行う必要があるのは、Δ
ｙの移動量が平行平板の角度変化に対して敏感であるた
めで、平行平板の調整後の面位置計測点の位置変化をモ
ニタすることが装置の信頼性を高めることになるからで
ある。 【００４５】面位置計測点の位置をモニタするため、図
1 ではウェハーステージ700 上にパターニングが施され
た基準プレート12を設けている。図4 のパタ−ニングの
例では基準プレ−トが所定の位置にセットされた時、面
位置計測光のあるべき照射点を囲むように高段差部が設
けられている。基準プレート上の所定の位置には面位置
計測点のＸＹ方向の位置合わせに用いる位置合わせマー
クと投影露光装置を介した光軸（Ｚ）方向の像面位置の
検出（TTLAF)用のマークが設けられている。図4 では位
置合わせマ−クとTTL,AFのマ−クが兼用となっている
が、このＸＹＺ方向の位置を決定するマ−ク群を基準マ
ークと呼ぶことにする。該基準マークを図1 に示す縮小
投影光学系 2を介したアライメント光学系13で撮像し
て、該基準マーク12のＸＹ方向の位置情報、及び縮小投
影光学系 2の最良結像面を計測することができる。 【００４６】以下、面位置計測点のＸＹ方向の位置計測
方法について説明する。 【００４７】予め、基準マーク12を計測して基準マーク
12のＸＹ方向の位置及び、TTL,AFによるＺ方向の校正を
行っておく。次いで面位置計測点が基準マ−ク12の段差
部を十分に走査するようにウェハーステージをＸ及びＹ
方向に走査しながら面位置検出信号を取り込むと、図5
に示すようなＸＹに対して変化するＺ信号が得られる。
図5 の信号は面位置検出点 1点に対応する出力信号で、
基準マ−ク12の高段差部の枠に対応した２つのピ−ク信
号が得られる。該２つの信号の中心が面位置計測点、即
ち面位置計測光の照射点である。基準マーク12の計測に
よって得られたＸＹ位置を基準に走査した座標と２つの
ピーク位置を照らし合わせれば、面位置計測用の光照射
位置を算出することができる。この動作は露光走査速度
に対応して光束シフト手段を駆動し、面位置計測点の位
置を変更した時、変更後の計測点が所望の位置に移動し
ているか否かの確認をする場合に有効である。面位置計
測点の位置は予め所望の位置近辺にセットされているの
で、実際にはＸＹ方向それぞれ一度の走査で、全計測点
のＸＹ位置情報を得ることができる。 【００４８】図9 は露光走査速度に応じて面位置計測点
を設定する動作の一連の流れを示すフローである。 【００４９】フロ−では先ずステップ111 で露光走査速
度を設定し、ステップ112 でウェハー上での面位置計測
点の最適位置を算出、面位置計測点への照射光束の光軸
シフト量及びそれに対応する光束シフト手段である平行
平板の回転量を算出する。次いでステップ113 で算出さ
れた平行平面板の回転量に応じて平行平板を回転駆動
し、ステップ114 で面位置計測点の位置の計測を行う。 【００５０】面位置計測点の位置設定には予めズレ許容
が設定されており、許容値内に入るまで光束シフト駆動
と計測を繰り返す。面位置計測点の設定が終了した後
（ステップ115)、縮小投影光学系 2を介したアライメン
ト光学系の像観察により最良結像面位置の計測を行い、
オフアクシスに設定されている面位置検出装置の計測位
置の校正を行う（ステップ116)。 【００５１】ステップ116 までで露光走査速度に応じた
面位置検出装置の調整が完了するので、以降ステップ11
7 からは面位置計測を行いながら走査露光を開始するこ
とができる。 【００５２】図6 は本発明の実施例２を示すものであ
る。実施例１では光束を斜め入射している断面で光束を
シフトさせて、ウェハー上での面位置検出点の移動量を
大きくとっている。しかしながらウェハ−上に面位置計
測光束のピントが合っている状態を標準状態とすると、
標準状態から斜め入射の光束を調整しシフトさせた後
は、ウェハー表面上で光束がデフォーカスする。このデ
フォーカスは被検査面であるウェハ−に傾きがあると計
測値に誤差を生じさせる。 【００５３】ここで面位置計測光のデフォーカス量を△
ｄ、被検査面の傾き角を△ωとすると計測誤差量△Ｚ’
は △Ｚ’＝2 ・△ｄ・tan △ω という式で表される。例としてデフォーカス量が5 mm、
被検査面の傾きが10ppmとすると、Ｚ方向の計測誤差量
は0.1 μｍとなり、無視できない量であることが分か
る。デフォーカスの効果を補正するには図1 の系に補正
手段を構成するか、もしくは計測点の移動量に条件を与
える必要がある。 【００５４】このため実施例２では、図6 のように面位
置計測光の光軸をＸＹ面内（水平面内）に射影した時の
入射方向を走査露光方向と直交する方向とし、光束の移
動を該計測光の光軸と直交する方向とすることで、露光
走査方向の面位置計測点位置を変化させることを特徴と
している。計測光の光軸と移動方向が直交するように光
束をシフトさせれば、ウェハー上での照射光束のデフォ
ーカスが発生することなく、容易に計測点の位置を連続
的に変更することが可能である。 【００５５】図7 は本発明の実施例３で光束シフト手段
として、平行平板を回転させる替わりにプリズム部材を
用いた例である。図に示した１回反射を用いる台形プリ
ズムを光軸に直交する方向に△駆動すれば、プリズムか
らの射出光束の光軸シフトを元の位置から 2△にするこ
とができる。プリズムの設定は実施例１と同じく各計測
点に対し別個に設けれ、調整は検出光学系の光軸に対し
対称に行われる。 【００５６】別の実施例として面位置計測光の光軸の水
平面内に於ける入射を斜め方向の角度から行う構成の場
合は、光束シフト手段を各照射エリアについて 2軸ずつ
設けることで、本発明の効果を達成することができる。 【００５７】ここまでは露光走査速度にマッチさせるた
め露光走査方向に面位置計測点をシフトさせる実施例に
ついて述べてきた。しかしながら露光走査方向と直交す
る方向に面位置計測点を微調することもウェハ−上のパ
タ−ンとの整合性の面で重要なことがある。図8 は本発
明の実施例４の説明図である。同図は露光スリットの長
手方向、つまり露光走査方向と直交方向の計測スパンを
可変とする構成である。計測スパンの調整には図1 と同
じく平行平板の回転を用い、調整後の計測点の移動のチ
ェックには基準マ−クを利用して図9 と類似のフロ−を
取ることができる。露光走査方向と直交する方向に計測
点の移動を行うと、あらゆるチップサイズに対し面の傾
き検出に最適な計測位置をユーザーが任意設定できるの
で効果的である。 【００５８】そして露光走査方向、及び露光走査方向と
直交する方向に計測点の移動を組み合わせると、走査速
度及びチップサイズの変動双方に対応でき、メリットが
大きい。この場合も、計測点の位置調整は前記実施例と
同様に基準マ−クを用いて行うことができる。 【００５９】また本発明の計測点移動の実施例としては
光学的な方式のみを例としたが、他の面位置検出方式に
おいても本発明は同様に適用可能である。 【００６０】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の走査型露
光装置では被検面上に設定されたスリット状のスキャン
露光エリアを挟んで対向する位置に設定された面位置計
測点の位置を露光走査方向に連続的に可変とし、露光走
査速度に応じて該面位置計測点の位置を露光走査方向に
調整することで、常に面位置検出から最短時間で露光位
置に到達することを可能とした。 【００６１】面位置検出装置が光学的な検出系で構成さ
れている場合は複数の検出位置の各々に対し光束を照射
し、該光束を平行シフトさせる光束シフト手段を設けて
光束照射位置（面位置計測点）を露光走査方向に連続的
に調整可能とすることで、面位置検出から最短時間で露
光位置に到達することを可能とした。 【００６２】これにより面位置検出点の数を不要に増や
す必要がなくなり、さらに連続的に面位置計測点を変更
可能にしたため、露光走査速度を変更した場合もスルー
プットのロスを無くすことが可能になった。 【００６３】通常の光学的な検出で用いられる斜め入射
による面位置検出方法に光束シフトによる照射点移動を
行う場合、調整手段に対し被検面上での移動量が敏感で
あるため、所望の位置に追い込みにくい可能性がある。
これに対してはポジション計測手段を備え、面位置計測
点変更後のポジションを正確に設定するようにしたこと
で、位置設定の精度が向上し、スル−プットに対する細
かな対応及び面位置制御精度を向上が可能となった。 【００６４】更に露光走査方向だけでなく、露光走査方
向と直交する方向に対する計測位置の移動を組み合わせ
ると、露光対象となるチップサイズに対する最適化も同
時に行うことができ、スル−プットと面位置計測精度向
上双方を同時に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の装置全体の概略図。
【図２】 ウェハー上の計測点と露光エリアの関係、及
び計測点の調整法の説明図。 【図３】 走査型露光装置における露光走査速度と面位
置計測点の説明図。 【図４】 基準プレート上のパターニング説明図。 【図５】 面位置計測光照射点の位置計測時の信号出力
を示す図。 【図６】 本発明の実施例２の要部概略図。 【図７】 本発明の実施例３の要部概略図。 【図８】 本発明の実施例４の要部概略図。 【図９】 本発明に係る計測点の設定の動作フロー。 【符号の説明】 1：レチクル 2：縮小投影光学
系 3：照明光学系 4：ウェハー 5：レチクルステージ 6：ウェハーステ
ージ 7a、7b、8a、8b：光束シフト部材 10、11：面位置検出用結像レンズ 12：基準プレート 13：アライメント光学系 20、21：照明光束
集光レンズ 23：コリメートレンズ 24：ハーフミラー 30、31：マーク照
明用レンズ 40、41：再結像レンズ 50、51：ミラー 60、61：面位置計測光の光軸 70、71：光伝達手
段 80、81：検出素子 90：面位置検出用マーク板 91：面位置検出マ
ークの再結像位置 100：面位置検出制御手段 110、111 ：光源
駆動PCB 200：露光チップ領域 220、221 ：光源 700：ウェハーステージ 800：ステージ
Ｚ、傾き駆動手段 900：ウェハーステージレーザー干渉計 1000：駆動制御手段 2000：レチクルステージのレーザー干渉計
び計測点の調整法の説明図。 【図３】 走査型露光装置における露光走査速度と面位
置計測点の説明図。 【図４】 基準プレート上のパターニング説明図。 【図５】 面位置計測光照射点の位置計測時の信号出力
を示す図。 【図６】 本発明の実施例２の要部概略図。 【図７】 本発明の実施例３の要部概略図。 【図８】 本発明の実施例４の要部概略図。 【図９】 本発明に係る計測点の設定の動作フロー。 【符号の説明】 1：レチクル 2：縮小投影光学
系 3：照明光学系 4：ウェハー 5：レチクルステージ 6：ウェハーステ
ージ 7a、7b、8a、8b：光束シフト部材 10、11：面位置検出用結像レンズ 12：基準プレート 13：アライメント光学系 20、21：照明光束
集光レンズ 23：コリメートレンズ 24：ハーフミラー 30、31：マーク照
明用レンズ 40、41：再結像レンズ 50、51：ミラー 60、61：面位置計測光の光軸 70、71：光伝達手
段 80、81：検出素子 90：面位置検出用マーク板 91：面位置検出マ
ークの再結像位置 100：面位置検出制御手段 110、111 ：光源
駆動PCB 200：露光チップ領域 220、221 ：光源 700：ウェハーステージ 800：ステージ
Ｚ、傾き駆動手段 900：ウェハーステージレーザー干渉計 1000：駆動制御手段 2000：レチクルステージのレーザー干渉計
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 スリット状の露光エリアに対し被露光物
体を走査しながら露光を行う走査型露光装置において、
前記露光装置は前記スリット状露光エリアを挟んで走査
方向に対し対向する位置に前記被露光物体の面位置計測
を行う面位置検出装置を有するとともに、前記面位置検
出装置の計測点の位置が露光走査方向に可変であること
を特徴とする走査型露光装置。 【請求項２】 前記計測点の位置の露光走査方向に対す
る位置を露光走査速度に応じて調整することを特徴とす
る請求項１記載の走査型露光装置。 【請求項３】 前記計測点の基本計測ユニットが前記ス
リット状の露光エリアの長手方向に平行な複数個の点で
構成されていることを特徴とする請求項１記載の走査型
露光装置。 【請求項４】 前記スリット状の露光エリアから前記計
測点の基本ユニットまでの露光走査方向における距離を
Ｌ、露光走査速度をV、面位置計測に要する処理時間をT
1、 面位置の駆動指令に基づいて駆動に要する時間をT2
とした時 Ｌ＝ V・( T1＋T2 ) を満足することを特徴とする請求項３記載の走査型露光
装置。 【請求項５】 前記スリット状の露光エリアを挟んで走
査方向に対し対向する位置に配置された前記計測点の基
本ユニットに対し前記Ｌの値が等しいことを特徴とする
請求項４記載の走査型露光装置。 【請求項６】 前記Ｌの値が連続的に可変であることを
特徴とする請求項４又は５記載の走査型露光装置。 【請求項７】 前記調整を行った計測点の位置を測定
し、該測定結果に基づいて前記計測点の位置を調整する
ことを特徴とする請求項４、５又は６記載の走査型露光
装置。 【請求項８】 前記面位置検出装置が前記被露光物体に
対して複数個の光束を斜めから照射し、前記被露光物体
から反射する前記複数個の光束をそれぞれ個別に検出す
る検出光学系より構成されるとともに、前記複数個の光
束を平行にシフトさせる光束移動手段を有することを特
徴とする請求項３〜７のいずれか１項記載の走査型露光
装置。 【請求項９】 該光束シフト手段が回転可能な平行平板
であることを特徴とする請求項８記載の走査型露光装
置。 【請求項１０】 該回転可能な平行平板が前記スリット
状露光エリアを挟んで走査方向に関し対向する位置に設
けられている前記被露光物体の面位置計測を行う計測位
置それぞれに対し別個に設けられていることをことを特
徴とする請求項９記載の走査型露光装置。 【請求項１１】 該別個に設けられている平行平板が前
記検出光学系の光軸に対し対称に調整されることを特徴
とする請求項１０記載の走査型露光装置。 【請求項１２】 該調整される平行平板による光束のシ
フトを、前記検出光学系の前記被露光物体と前記検出光
学系の位置検出用受光素子との間で補正することを特徴
とする請求項１１記載の走査型露光装置。 【請求項１３】 前記検出光学系において、前記スリッ
ト状エリアの長手方向に形成される基本計測ユニットの
計測点の配列に対し、入射する複数個の光束が走査露光
方向と直交する方向に並んでいることを特徴とする請求
項１２記載の走査型露光装置。 【請求項１４】 該光束シフト手段が平行シフト可能な
プリズムであることを特徴とする請求項８記載の走査型
露光装置。 【請求項１５】 該平行シフト可能なプリズムが前記ス
リット状露光エリアを挟んで走査方向に対し対向する位
置に設けられている前記被露光物体の面位置計測を行う
計測位置それぞれに対し別個に設けられていることを特
徴とする請求項１４記載の走査型露光装置。 【請求項１６】 該別個に設けられているプリズムが前
記検出光学系の光軸に対し対称に調整されることを特徴
とする請求項１５記載の走査型露光装置。 【請求項１７】 前記検出光学系において、前記スリッ
ト状エリアの長手方向に形成される基本計測ユニットの
計測点の配列に対し、入射する複数個の光束が走査露光
方向に対し斜めにに配列されているとともに、前記計測
点の位置を変更する光束シフト手段が前記計測点に対し
２軸設けられていることを特徴とする請求項９記載の走
査型露光装置。 【請求項１８】 前記調整後の計測点の位置を前記走査
型露光装置上に搭載された基準マ−クを用いて計測する
ことを特徴とする請求項７記載の走査型露光装置。 【請求項２０】 スリット状の露光エリアに対し被露光
物体を走査しながら露光を行う走査型露光装置におい
て、前記露光装置は前記スリット状露光エリアを挟んで
走査方向に対し対向する位置に前記被露光物体の面位置
計測を行う面位置検出装置を有するとともに、前記面位
置検出装置の計測点の位置が露光走査方向と直交する方
向に可変であることをことを特徴とする走査型露光装
置。 【請求項２１】 前記計測点の位置の露光走査方向に直
交する位置を前記被露光物体上のパタ−ンに応じて調整
することを特徴とする請求項１７記載の走査型露光装
置。 【請求項２２】 前記調整を行った計測点の位置を測定
し、該測定結果に基づいて前記計測点の位置を調整する
ことを特徴とする請求項２１記載の走査型露光装置。 【請求項２３】 スリット状の露光エリアに対し被露光
物体を走査しながら露光を行う走査型露光装置におい
て、前記露光装置は前記スリット状露光エリアを挟んで
走査方向に対し対向する位置に前記被露光物体の面位置
計測を行う面位置検出装置を有するとともに、前記面位
置検出装置の計測点の位置が露光走査方向、及び露光走
査方向と直交する方向双方に可変であることをことを特
徴とする走査型露光装置。 【請求項２４】 前記計測点の位置の露光走査方向の位
置を露光走査速度に応じて、露光走査方向に直交する位
置を前記被露光物体上のパタ−ンに応じて調整すること
を特徴とする請求項２３記載の走査型露光装置。 【請求項２５】 前記調整を行った計測点の位置を測定
し、該測定結果に基づいて前記計測点の位置を調整する
ことを特徴とする請求項２４記載の走査型露光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31273097A JP3647227B2 (ja) | 1997-10-29 | 1997-10-29 | 走査型露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31273097A JP3647227B2 (ja) | 1997-10-29 | 1997-10-29 | 走査型露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135411A true JPH11135411A (ja) | 1999-05-21 |
| JP3647227B2 JP3647227B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=18032740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31273097A Expired - Fee Related JP3647227B2 (ja) | 1997-10-29 | 1997-10-29 | 走査型露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3647227B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003107359A (ja) * | 2001-09-13 | 2003-04-09 | Carl Zeiss Jena Gmbh | デジタル画像式顕微鏡、それも特に共焦点顕微鏡に使用するフォーカス制御のための装置および方法 |
| US7199878B2 (en) | 2001-10-05 | 2007-04-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Scan exposure apparatus and method, and device manufacturing method |
| JP2009244380A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | パターン描画装置およびパターン描画方法 |
| US8384878B2 (en) | 2008-10-16 | 2013-02-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure apparatus and device manufacturing method |
| US8947632B2 (en) | 2009-12-23 | 2015-02-03 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus, device manufacturing method, and method of applying a pattern to a substrate |
| CN113433800A (zh) * | 2020-03-23 | 2021-09-24 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 垂向测量系统及曝光装置 |
-
1997
- 1997-10-29 JP JP31273097A patent/JP3647227B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003107359A (ja) * | 2001-09-13 | 2003-04-09 | Carl Zeiss Jena Gmbh | デジタル画像式顕微鏡、それも特に共焦点顕微鏡に使用するフォーカス制御のための装置および方法 |
| JP4547526B2 (ja) * | 2001-09-13 | 2010-09-22 | カール ツアイス マイクロイメージング ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 顕微鏡のファーカス制御装置および制御方法 |
| US7199878B2 (en) | 2001-10-05 | 2007-04-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Scan exposure apparatus and method, and device manufacturing method |
| JP2009244380A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | パターン描画装置およびパターン描画方法 |
| US8384878B2 (en) | 2008-10-16 | 2013-02-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure apparatus and device manufacturing method |
| US8947632B2 (en) | 2009-12-23 | 2015-02-03 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus, device manufacturing method, and method of applying a pattern to a substrate |
| CN113433800A (zh) * | 2020-03-23 | 2021-09-24 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 垂向测量系统及曝光装置 |
| CN113433800B (zh) * | 2020-03-23 | 2022-11-11 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 垂向测量系统及曝光装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3647227B2 (ja) | 2005-05-11 |
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