JPH11191522A - 露光方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焦点深度が厳しくなった世代においても高精
度で高速な基板表面の位置や傾きを検出して補正する。 【解決手段】 基板を投影光学系の光軸と略直交する方
向に沿って移動して該基板上の複数個のショットを所定
の露光位置に順次送り込むとともに、送り込まれる被露
光ショットの被露光面の前記光軸方向に関する位置およ
び傾きの少なくとも一方を移動中に計測し、該計測値に
基づいて該被露光面を前記投影光学系の焦平面に合焦さ
せた後、前記投影光学系を介して前記被露光面を露光す
るに際し、事前に、前記露光位置で計測した場合のチッ
プ内段差に依存する計測誤差である第１のフォーカスオ
フセットを求めるとともに、前記ショットごとの、前記
移動中計測を行なうための計測点の相違や本体構造の変
形に依存する計測誤差である第２のフォーカスオフセッ
トを求めておき、露光シーケンスにおいては、被露光シ
ョットごとの移動中計測における計測値を前記第２のフ
ォーカスオフセットを用いて補正した結果により該被露
光ショットの被露光面を前記焦平面に合焦させる。

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。すなわちチップメ
ーカはメモリトレンドに沿った集積率の増加に対してチ
ップ代替に見合うメモリ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。

【０００３】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・位置合わせ精度などの基本
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。そのよう
な中で現在生産現場で使用されている半導体露光装置の
ステップ時間を短縮する方法として、本出願人は特公平
４−５０７３１および特開平４−１１６４１４において
ステップ中に基板表面の位置や傾きを検出して補正する
方法を提案している。この方法を用いれば、露光位置に
位置決めされたことを確認して位置や傾きを検出する従
来の方法に比べると面位置補正の開始タイミングが早く
なるために全体のステップ時間を短縮することが可能と
なる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在に至るまで半導体
製造のプロセス設計において露光装置の露光波長は配線
ルールに沿って選択されてきている。すなわち０．３５
μｍルールにはｉ−線ステッパー、０．２５μｍルール
にはＫｒＦステッパという具合に、使用露光波長を解像
線幅の限界として製造ラインが構築されてきており、お
のずと焦点深度に関するバジェット（budget）も１．０
μｍ程度を装置とプロセスで共有する状態が続いてい
た。ところが次世代０．１８μｍルールにおける露光技
術としてＫｒＦの露光装置を継続して採用していく方針
が打ち出され目標として０．１μｍルールの１Ｇ（ギ
ガ）ＤＲＡＭの量産までＫｒＦ光を延命しようという動
きもある。それには位相シフトマスクや超解像などの微
細化の技術開発に加えてＣＭＰ（chemical mechanical
polish）の採用によるチップ内平坦度の向上が大きく寄
与している。ＣＭＰを利用することによりトレンチ構造
をとる場合のチップ段差は５０ｎｍ程度に収まることが
報告されており、従来の焦点深度を一気に減らした高Ｎ
Ａのレンズを設計し波長以下の解像力を持たせることが
可能となった。ところが一方では、高ＮＡ化に伴う焦点
深度の減少という課題に対してフォーカス・レベリング
の補正精度の更なる改善が必要となって来ている。すな
わちトレンチ構造では５０ｎｍ程度であってもスタック
構造をとるプロセスにおいては粗密差として最大０．３
μｍ程度の段差を有する場合があり、ステップ中に基板
表面の位置や傾きを検出して補正する従来の方法では、
露光静止位置と移動中計測位置でのフォーカス計測位置
の違いに起因する計測オフセット差が０．１８μｍ世代
における焦点深度の減少のなかではデフォーカスを発生
させる１要因となる可能性がある。その様子を図１７を
用いて説明する。図１７では後述する実施例の中で５点
あるセンサの内ある１ケ所のセンサに注目して計測位置
とチップ内段差構造の対応について説明する。図１７に
おいて移動中計測位置４１ではメモリセル部分などの段
差を有する部分の高さ４２を測定しているが、露光位置
に到達するとメモリセルと周辺回路部分との段差部分４
３に位置しその平均的な高さ４４を測定することにな
る。従来は深度的に１．０μｍが保証されていたために
リセスアレイ等の埋め込み処理を行なった後のこのよう
な０．３μｍ程度のチップ内段差があってもバジェット
的に許容することができたが、最近の高ＮＡ化された露
光装置における深度減少の状況の中ではこの差は無視で
きない量となってきている。すなわち深度が０．６μｍ
程度に厳しくなった状況ではこの０．３μｍの差分（露
光位置のオフセット補正された基準位置に対して移動中
計測点での計測値との差分) を計測値として意識して周
辺回路とメモリセル部分の中間に設定すべきであるが、
移動中計測値のままでは周辺回路部分への配分が少なく
なってしまうという問題がある。またステージ移動中に
計測する場合、本体構造体とステージとの結合が弱い場
合には、ステージ減速区間からステージが静止するまで
の間、傾斜方向の振動が残存する場合がある。この状況
を図１８を用いて説明する。図中横軸は１ショットのス
テップ時間に対応し、Ｔ０でステップ移動を開始し、Ｔ
Ｓにて移動中計測を開始し、Ｔ１にて計測値の安定を検
出し、その最終計測値を用いて傾きと高さの調整を行な
い、Ｔ２で露光位置の６軸方向の位置決めを完了し、露
光を開始するという一連の処理の流れを、ウエハ上の５
ヶ所（例えば図２のような計測点配置で投影レンズに対
して固定の計測点）のフォーカス計測値の変化と対応さ
せて示している。ＴＳ〜Ｔ１の間すなわちステージ減速
中のフォーカス計測値安定性確認区間での本体構造体の
安定性は、前記結合の強さあるいは相対変動補正制御の
制御性に依存しているが、最近では高速位置決めのため
に徐々に加減速の加速度が増大する傾向にあり、その結
果として本体構造体そのものが変形を引き起こしウエハ
ステージの姿勢が像面に対して相対的に傾斜する現象が
見られる。具体的には急激な減速に伴いステージの姿勢
自体が急ブレーキをかけた時の自動車の傾斜のごとくス
テップ方向に対して斜めに沈み込むような姿勢変形を起
こし、完全に静止するまでの間徐々にもとの水平に戻る
と言う従来のバジェットでは振動分として管理されてい
た誤差が発生する。しかしながら最近の高ＮＡ化のトレ
ンドの中でＴ１の安定検知のトレランスがいっそう厳し
くなってきており、その結果として計測値が安定するま
で計測を繰り返すこととなりステップ時間の短縮が期待
値より少なくなってしまうという現象が発生している。

【０００５】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、焦点深度が厳しくなった世代においても高
精度で高速な基板表面の位置や傾きを検出して補正する
方法を持った露光装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】この目的を達
成するため本発明の第１の局面では、基板を投影光学系
の光軸と略直交する方向に沿って移動して該基板上の複
数個のショットを所定の露光位置に順次送り込むととも
に、送り込まれる被露光ショットの被露光面の前記光軸
方向に関する位置および傾きの少なくとも一方を移動中
に計測し、該計測値に基づいて該被露光面を前記投影光
学系の焦平面に合焦させた後、前記投影光学系を介して
前記被露光面を露光するに際し、事前に、前記露光位置
で計測した場合のチップ内段差に依存する計測誤差であ
る第１のフォーカスオフセットを求めるとともに、前記
ショットごとの、前記移動中計測を行なうための計測点
の相違や本体構造の変形に依存する計測誤差である第２
のフォーカスオフセットを求めておき、露光シーケンス
においては、被露光ショットごとの移動中計測における
計測値を前記第２のフォーカスオフセットを用いて補正
した結果により該被露光ショットの被露光面を前記焦平
面に合焦させるようにしている。

【０００７】また、本発明の第２の局面では、基板を投
影光学系の光軸と略直交する方向に沿って移動して該基
板上の複数個のショットを所定の露光位置に送り込むと
ともに、送り込まれる被露光ショットの被露光面の前記
光軸方向に関する位置および傾きの少なくとも一方を前
記移動中に計測し、該計測値に基づいて該被露光面を前
記投影光学系の焦平面に合焦させた後、前記投影光学系
を介して前記被露光面を露光するに際し、事前に、前記
露光位置で計測した場合のチップ内段差に依存する計測
誤差である第１のフォーカスオフセットを求めるととも
に、前記移動中計測を行なうための計測点の相違に依存
する計測誤差である第２のフォーカスオフセットを求め
ておき、露光シーケンスにおいては、被露光ショットご
との移動中計測における計測値を前記第２のフォーカス
オフセットおよび該移動中計測の際の本体構造の変形に
伴う前記焦平面と被露光面との相対位置関係の情報を用
いて補正した結果により該被露光ショットの被露光面を
前記焦平面に合焦させるようにしている。

【０００８】本発明の第３の局面では、基板を投影光学
系の光軸と略直交する方向に沿って移動して該基板上の
複数個のショットを所定の露光位置に順次送り込むとと
もに、送り込まれる被露光ショットの被露光面の前記光
軸方向に関する位置および傾きの少なくとも一方を移動
中に計測し、該計測値に基づいて該被露光面を前記投影
光学系の焦平面に合焦させた後、前記投影光学系を介し
て前記被露光面を露光する露光方法において、前記露光
位置で前記被露光面の位置を計測した場合のチップ内段
差に依存する計測誤差である第１のフォーカスオフセッ
トを事前に求める段階と、同一の露光処理を施そうとす
る複数枚のウエハの１枚目のウエハについてショットご
とに前記移動中計測を行ない、かつ前記露光位置に送り
込んだ後、前記被露光面の位置計測を行なう段階と、前
記移動中計測による計測値と前記露光位置での計測値に
より、前記ショットごとの、前記移動中計測を行なうた
めの計測点の相違や本体構造の変形に依存する計測誤差
である第２のフォーカスオフセットを求めて記憶する段
階と、２枚目以降のウエハについて、被露光ショットご
とに移動中計測における計測値を前記第２のフォーカス
オフセットを用いて補正した結果により該被露光ショッ
トの被露光面を前記焦平面に合焦させる段階とを具備す
ることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の一形態で
は、ウエハを載置したまま投影光学系の光軸と略直交す
る方向に沿って移動して該ウエハの所定ショットを前記
投影光学系の像面に送り込むステージと、前記ウエハの
所定位置の前記光軸方向に関する位置および傾きの少な
くとも一方を検出する検出器とを有し、該検出器による
検出値に基づいて前記所定面を前記投影光学系の焦平面
に合焦させる露光装置において、前記検出器による露光
位置でのチップ内段差に依存する誤差（第１のフォーカ
スオフセット）を事前に求める手段と、移動中フォーカ
ス計測を行なうための各ショットにおけるチップ内段差
や本体構造の変形に依存する誤差（第２のフォーカスオ
フセット）を事前に求める手段とを有し、露光シーケン
スにおける各ショットの移動中計測位置において前記第
２のフォーカスオフセットを用いて移動中計測点での計
測値を補正した結果により所定ショットを前記投影光学
系の焦平面に合焦させることを特徴とする。これによれ
ば移動中の再現性のあるオフセット変化を所定のタイミ
ングでサンプルすることが可能となり、移動中の確実な
位置でフォーカス補正を開始することが可能なため、従
来の安定点を待つ方式に比べると確実にステップ時間を
短縮することが可能となる。また、本露光装置では移動
中計測に用いるフォーカス検出センサの計測開始タイミ
ングをステージ位置と同期をとることを特徴としてい
る。すなわち前記移動中フォーカス計測を行なう場合の
各ショットにおけるチップ内段差や本体構造の変形に依
存する誤差（第２のフォーカスオフセット）をタイミン
グズレ（位置、振動周期）を発生させることなく正確に
求めることが可能となる。さらに、本露光装置では移動
中の計測値で補正を行なった後でかつ露光開始の前の所
定のタイミングにおいてフォーカス補正完了位置の確認
を像面基準で行なう構成とし、確認結果を元に再度補正
駆動を行なうかを、ジョブにより設定されたある閾値に
より残差を判断して決定することを特徴とする。これに
より工程の必要解像度に応じて精度と処理スピードの選
択が可能となる。

【００１０】本発明の好ましい実施の他の形態では、ウ
エハを載置したまま投影光学系の光軸と略直交する方向
に沿って移動して該ウエハの所定ショットを前記投影光
学系の像面に送り込むステージと、前記ウエハの所定位
置の前記光軸方向に関する位置および傾きの少なくとも
一方を検出する検出器とを有し、該検出器による検出値
に基づいて前記所定面を前記投影光学系の焦平面に合焦
させる露光装置において、前記検出器による露光位置で
のチップ内段差に依存する誤差 (第１のフォーカスオフ
セット）を事前に求める手段と、移動中フォーカス計測
を行なうためのチップ内段差に依存する誤差（第２のフ
ォーカスオフセット）を事前に求める段階とを有し、露
光シーケンスにおける各ショットの移動中計測位置にお
いて前記第２のフォーカスオフセットと該移動中フォー
カス計測の際の本体構造の変形に伴う露光像面と被露光
面との相対位置関係の情報を用いて移動中計測データを
補正した結果により所定ショットを前記投影光学系の焦
平面に合焦させることを特徴としている。本体構造の変
形による姿勢変化分をショット毎に測定したり事前に測
定したステップ方向別のオフセットとして管理すること
により移動中計測値の補正に関して保持すべきオフセッ
トの種類はステップの方向別管理のみとすることができ
る。また、本露光装置では移動中計測に用いるフォーカ
ス検出センサの計測開始タイミングをステージ位置と同
期をとることを特徴としている。すなわち前記移動中フ
ォーカス計測を行なう場合の各ショットにおけるチップ
内段差や本体構造の変形に依存する誤差（第２のフォー
カスオフセット）をタイミングズレ（位置、振動周期）
を発生させることなく正確に求めることが可能となる。
さらに、本露光装置では移動中の計測値で補正を行なっ
た後でかつ露光開始の前の所定のタイミングにおいてフ
ォーカス補正完了位置の確認を像面基準で行なう構成と
し、確認結果を元に再度補正駆動を行なうかを、ジョブ
により設定されたある閾値により残差を判断して決定す
ることを特徴とする。これにより工程の必要解像度に応
じて精度と処理スピードの選択が可能となる。

【００１１】本発明の好ましい実施の第３の形態では、
ウエハ１枚目の処理を「ウエハステージの駆動−面位置
検出１（移動中計測点）−停止−面位置検出２（露光位
置計測点）−面位置調整−移動中計測点の計測オフセッ
トの計算と記憶」の順序で行なう。ここでの面位置調整
には面位置検出２の結果を使用する。露光位置計測に関
しては、従来の技術で計測オフセット（第１のフォーカ
スオフセットの）管理が可能なので正確に最適フォーカ
ス設定面が検出でき、精度良く面位置を調整することが
できる。また、ショット領域内では最適フォーカス設定
面は一様なので、面位置検出１の検出値と最適フォーカ
ス設定面との差を求めることで移動中計測点の計測オフ
セット（第２のフォーカスオフセット）を求めることが
できる。この移動中計測点の計測オフセットを各ショッ
トで記憶し、ウエハ２枚目以降の処理で使用する。ウエ
ハ２枚目以降の処理は、「ウエハステージの駆動−面位
置の検出（移動中計測点）−面位置の調整と停止の動
作」の順序で行なうが、移動中計測点の計測オフセット
をウエハ１枚目で記憶しているので高精度に処理するこ
とができる。すなわち、移動中計測時にも正確に最適フ
ォーカス設定面を検出でき、精度良く位置合わせする
（合焦させる）ことができる。

【００１２】また、上記の処理に加え、２枚目以降のウ
エハの被露光ショットの露光シーケンスにおいて、前記
移動中計測に基づく位置合わせ後、前記露光位置計測点
を使用して最適フォーカス設定面を正確に求め、それと
前記投影光学系の焦平面（像面）との誤差を測定し、移
動中計測点の計測オフセットを再計算し補正する。ある
いは、２枚目以降のウエハの被露光ショットの露光シー
ケンスにおいて、前記移動中計測に基づく位置合わせ
後、前記露光位置計測点を使用して最適フォーカス設定
面を再検出し、前記移動中計測による計測値の誤差が所
定値よりも大きい場合はこの再検出値を用いて前記位置
合わせの微調整を行なう。前者の処理を追加することに
より、ウエハの反りやステージ振動等、ランダムな外乱
が生じた場合にも最適フォーカス設定面を像面に高精度
に位置合わせすることができる。また、後者の処理を追
加することにより、ステージ駆動中の振動のため移動中
計測の精度が悪化しても、露光位置計測と同等の露光精
度が保証される。

【００１３】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。実施例１ 図１は本発明の一実施例に係る自動焦点合せ装置を備え
た縮小投影露光装置の一部分の要部概略図である。図１
において、１は縮小投影レンズであり、その光軸は図中
ＡＸで示している。縮小投影レンズ１はレチクル（不図
示）の回路パターンを例えば１／５倍に縮小して投影
し、その焦平面に回路パターン像を形成する。また、光
軸ＡＸは図中のｚ方向と平行な関係にある。２は表面に
レジストを塗布したウエハであり、先の露光工程で互い
に同じパターンが形成された多数個の被露光領域（ショ
ット）が配列している。３はウエハを載置するウエハス
テージである。ウエハ２はウエハステージ３に吸着・固
定されている。ウエハステージ３はｘ軸方向に動くｘス
テージと、ｙ軸方向に動くｙステージと、ｚ方向および
各ｘ、ｙ、ｚ軸方向に平行な軸のまわりに回転するθ・
レベリングステージで構成されている。また、x 、ｙ、
ｚ軸は互いに直交するように設定してある。従って、ウ
エハステージ３を駆動することにより、ウエハ２の表面
の位置を縮小投影レンズ１の光軸ＡＸ方向および光軸Ａ
Ｘに直交する平面に沿った方向に調整し、さらに焦平
面、すなわち回路パターン像に対する傾きも調整してい
る。図１における符番４〜１１はウエハ２の表面位置お
よび傾きを検出するために設けた検出手段の各要素を示
している。４は照明用光源、例えば発光ダイオード、半
導体レーザなどの高輝度な光源である。５は照明用レン
ズである。光源４から射出した光は照明用レンズ５によ
って平行な光束となり、複数個（例えば５個）のピンホ
ールを形成したマスク６を照明する。マスク６の各ピン
ホールを通過した複数個の光束は、結像レンズ７を経て
折曲げミラー８に入射し、折曲げミラー８で方向を変え
た後、ウエハ２の表面に入射している。ここで結像レン
ズ７と折曲げミラー８はウエハ２上にマスク６の複数個
のピンホールの像を形成している。複数個のピンホール
を通過した光束は、図２に示すようにウエハ２の被露光
領域１００の中央部を含む５ケ所（７１〜７５）を照射
し、各々の箇所で反射される。すなわち、本実施例では
マスク６にピンホールを５組形成し、被露光領域１００
内で、後述するようにその中央部を含む５ケ所の測定点
（７１〜７５）の位置を測定している。ウエハ２の各測
定点（７１〜７５）で反射した光束は折曲ミラー９によ
り方向を変えた後、検出レンズ１０を介して素子を２次
元的に配置した位置検出素子１１上に入射する。ここで
検出レンズ１０は結像レンズ７、折曲げミラー８、ウエ
ハ２、折曲げミラー９と協働してマスク６のピンホール
の像を位置検出素子１１上に形成している。すなわちマ
スク６とウエハ２と位置検出素子１１は互いに光学的に
共役な位置にある。

【００１４】図１では模式的に示してあるが、光学配置
上困難な場合には位置検出素子１１を各ピンホールに対
応して複数個配置しても良い。位置検出素子１１は２次
元的なＣＣＤなどから成り、複数個のピンホールを介し
た複数の光束の位置検出素子１１の受光面への入射位置
を各々独立に検知することが可能となっている。ウエハ
２の縮小投影レンズ系１の光軸ＡＸ方向の位置の変化
は、位置検出素子１１上の複数の光束の入射位置のズレ
として検出できるため、ウエハ２の被露光領域１００内
の５つの測定点（７１〜７５）における、ウエハ表面の
光軸ＡＸ方向の位置が、位置検出素子１１からの出力信
号として面位置検出装置１４を介して制御装置１３へ入
力している。ウエハステージ３のｘ軸およびｙ軸方向の
変位はウエハステージ上に設けた基準ミラー１５とレー
ザ干渉計１７とを用いて周知の方法により測定し、ウエ
ハステージ３の変位量を示す信号をレーザ干渉計１７か
ら信号線を介して制御装置１３へ入力している。またウ
エハステージ３の移動はステージ駆動装置１２により制
御される。ステージ駆動装置１２は、信号線を介して制
御装置１３から指令信号を受け、この信号に応答してウ
エハステージ３をサーボ駆動している。ステージ駆動装
置１２は第１駆動手段と第２駆動手段を有し、第１駆動
手段によりウエハ２の光軸ＡＸと直交する面内における
位置（ｘ，ｙ）と回転（θ）とを調整し、第２駆動手段
によりウエハ２の光軸ＡＸ方向の位置（ｚ）と傾き
（α，β）とを調整している。面位置検出装置１４は位
置検出素子１１からの出力信号（面位置データ）を基に
処理し、ウエハ２の表面の位置を検出する。そしてこの
検出結果を制御装置１３へ転送し所定の指令信号により
ステージ駆動装置１２の第２駆動手段が作動し、第２駆
動手段がウエハ２の光軸ＡＸ方向の位置と傾きを調整す
る。

【００１５】次に本実施例におけるフォーカス検出位置
について説明する。本実施例では基本的に補正駆動量算
出に用いる移動中計測点と、前記位置での計測値を露光
位置での計測値と等価となるように補正することを主た
る目的とするオフセット算出基準用の露光位置計測点と
が設定される。最初に露光位置計測点を図２に示す。測
定点７１は被露光領域１００のほぼ中央部にあり、露光
位置では光軸ＡＸと交わる。また、残りの測定点７２〜
７５は被露光領域１００の周辺部にある。このように通
常の露光位置計測点は、ウエハ内全ショットにおいて各
センサが計測する部分が各々個別に各ショット同じチッ
プの段差形状を測定しており、像面を基準平面とした場
合の各センサにおける段差形状依存のオフセット値は各
センサ毎に一意に決定される。従って、従来の露光位置
における位置決め状態でチップの傾斜・高さ方向の位置
を検出する場合、オフセットはショット毎に変更する必
要はない。

【００１６】次に移動中に計測する場合の移動中計測点
の一例を図３に示す。図では光軸ＡＸと交わる位置の測
定点７１の代わりに移動中は測定点８１を測定している
様子を示す。すなわち、ウエハは図中右から左にステッ
プ移動しており、各測定点７１〜７５は移動中に計測し
ている位置がそれぞれ８１〜８５というようにチップ上
左の位置にシフトした位置を計測していることになる。

【００１７】このようにステップ移動中に計測を行なう
場合、チップとの相対位置において露光位置とは厳密に
は違う段差構造を持った表面を測定していることにな
る。これは、図４のような１２ショットしか含まないシ
ョットレイアウトでさえ５種類(左、右、右上、左上、
上) の異なる計測点を持つこととなり、最大で８種類の
移動中計測点を持つこととなる。またこれに加えて前記
移動中計測区間での本体構造体の変化はウエハ上のショ
ット位置（ｘ，ｙ）とそのときの姿勢の変形（α，β）
との関係から毎回のステップ移動による姿勢変形が同じ
（α，β）としても中心からのショット位置とのかけ算
で求まるｚ方向の変位分として各ショット異なる値とな
る。しかしながら、この本体変形は毎回の再現性が良い
ことが確認されているためにショット内段差に伴うオフ
セットと同様にショット毎のオフセットとして管理する
ことが可能である。

【００１８】図５のフローチャートを用いて本実施例の
詳細な説明を行なう。まずＳ７０１にて不図示のウエハ
供給手段によりパターン付きのウエハ２をウエハステー
ジ３に供給し、Ｓ７０２にて不図示のアライメント機構
によりウエハ２の光軸ＡＸおよびウエハステージ３の基
準配列に対するｘｙ方向の位置ずれを計測し、ウエハ上
に転写されたショット配列の格子に合わせてステップす
るための格子を算出して制御装置１３に格納する。これ
により露光位置における各ショットでの各フォーカスセ
ンサ毎の段差形状依存によるオフセットが一意に決定で
きるようになる。露光位置における各フォーカスセンサ
の段差構造依存のフォーカスオフセットの測定方法は本
出願人の特公平６−５２７０７にあるように１枚目のウ
エハにて（Ｓ７０３）サンプルショットにおけるフォー
カス計測（Ｓ７０４）を行なって面形状関数を算出し、
露光位置におけるフォーカスオフセット（第１のフォー
カスオフセット）を定数項Ｃｉ（ｉはフォーカス計測点
ナンバ、本実施例ではｉ＝０〜４）として求める（Ｓ７
０５）ことにより、各センサの露光位置における像面に
対するオフセットを算出する。

【００１９】引き続き移動中計測点の計測オフセットを
測定する方法を同じく図５のフローチャートを用いて説
明する。基本的な考え方は移動中計測点で求めた計測値
を用いて算出された露光像面に対する被露光位置の傾き
および高さのデータには前記露光位置での計測点（７１
〜７５）からシフトした位置（８１〜８５）で測定して
いることに起因する計測誤差と、前記本体構造体の変形
に伴う計測誤差の２種類のオフセットを含んでいること
になり、その誤差を含んだ補正値（第１のフォーカスオ
フセット）で補正駆動を行なった後の露光位置でのフォ
ーカス計測値にはその誤差がそのまま残差として計測で
きるという点を利用している。すなわちＳ７０６にて次
ショットへのステップ移動を開始しＳ７０７にて移動中
の所定計測点（すなわちステージのレーザ干渉計１７の
データから判断される測定すべき点）に到達したことを
判断してその位置における被露光位置の傾きおよび高さ
データを算出し、そのデータを用いてウエハステージ３
の第２の駆動手段を用いて補正駆動を行なう。この場合
の測定すべき点での計測値はパターン位置および本体変
形の変動モードの再現性が重要であるためにフォーカス
検出系としてはその同時性を保証できるような構成、す
なわち蓄積型の検出素子の場合検出すべき位置に同期し
て蓄積サイクルのリセットを行なうことが重要である。
また多数回計測の平均を求める高速サンプリングの検出
方式を取る場合においても測定すべき位置との同時性を
保証できるようにハード的なタイミング通知方式が必要
である。その後Ｓ７０８にてウエハステージ３の第１、
第２の駆動手段の位置決めが完了したことを確認し、Ｓ
７０９にて露光位置におけるフォーカス計測を行ない、
前記Ｓ７０５にて算出した露光位置における露光像面に
対する第１のフォーカスオフセットの定数項（Ｃｉ）を
用いてデータ補正する。この補正後のデータが移動中計
測点の計測データに含まれる前記２つの計測誤差量であ
り、これを移動計測点におけるフォーカスオフセット
（第２のフォーカスオフセット）Ｃｉｊ（ｊ：ショット
ナンバ）として各ショット（ｊ）毎のデータとしてジョ
ブ管理する。Ｓ７１０にて全ショット測定ループを管理
して全ショットでの前記オフセットＣｉｊの測定を行な
う。以上Ｓ７０６からＳ７１０のステップを通して各シ
ョットでの移動中計測点の当該露光ショットの露光位置
での露光像面に対する計測オフセットを各ショット個別
のデータとして測定し、ジョブ管理する。このように移
動中計測点での計測値に含まれるチップ段差および本体
構造体の変形に依存した誤差分を事前計測し、ショット
毎に管理を行なうことによって露光位置における補正精
度を保証している。

【００２０】引き続き図６を用いて各ショットの補正・
露光のシーケンスを説明する。まずＳ８０１にて露光シ
ョットへの移動を開始し、Ｓ８０２にて移動中の所定計
測点（すなわちステージのレーザ干渉計１７のデータか
ら判断される測定すべき点）に到達したことを判断して
フォーカス計測を行ない、その計測結果と前記Ｃｉｊを
用いてその位置における被露光位置の傾きおよび高さデ
ータを補正算出し、そのデータを用いてウエハステージ
３の第２の駆動手段を用いて補正を行なう。このように
移動中の所定計測点に到達した時点で直ちに計測、デー
タ補正および駆動を行なうことができるために本出願人
が特願平４−１１６４１４にて提案しているＴＳ〜Ｔ１
の間での計測値の安定を受動的に待つ方式よりさらにス
テップ時間を短縮することが可能となる。続いてＳ８０
３にて全６軸の位置決め完了確認を行なった後Ｓ８０４
にて当該ショットを露光し、Ｓ８０５にて全ショットの
処理の完了確認を行ない、全ショットの露光が完了する
までＳ８０１〜Ｓ８０５のシーケンスを繰り返す。終了
確認が完了するとＳ８０６にてウエハの搬出を行なう。

【００２１】上記実施例ではパターン付きのウエハを例
として主に説明したが１ｓｔマスク工程と呼ばれるパタ
ーンなしのウエハにおいても本実施例を適用して構造体
の変形に依存する誤差成分を事前にオフセット計測して
おくことにより移動中計測値に含まれる前記誤差分を補
正することが可能であり、確実にステップ時間を短縮す
る効果を得ることができる。また上記実施例では移動中
計測点で求めた計測値で補正駆動を行なった後の露光位
置でのフォーカス計測値（残差）をフォーカスオフセッ
ト２として管理するようにしたが、移動中計測点では計
測のみ行ない露光位置に到達した時点で再度フォーカス
計測を行ない、その差分をフォーカスオフセット２とし
てショット管理しても同様の効果が得られる。

【００２２】実施例２ 次に図７を用いて本発明の第２の実施例を説明する。図
６のフローチャートの中でＳ８０２の傾き・高さの補正
を行なった後、Ｓ８０３の位置決め完了確認までの間に
フォーカスの計測を行なう点が実施例１と異なる点であ
る。これは本実施例のシーケンスにおいては傾きおよび
高さの補正すなわちウエハステージ３の第２の駆動手段
の補正駆動を早い時点で開始できるため、露光に必要な
６軸の位置決めに関しては前記ウエハステージ３の第１
の駆動手段の補正に対して第２の駆動手段の補正の方が
十分先に完了しており、またこの区間における第１駆動
手段の位置決めすなわち水平方向のアライメントは既に
１μｍ以下には追い込まれているために露光位置と全く
同等のオフセットＣｉによる計測が可能となる。すなわ
ち従来は計測値の安定性を待っていたため第２駆動手段
の補正タイミングを十分早くすることができなかった
が、本実施例においては積極的にオフセット補正を行な
って早めに補正駆動を開始することができるため、結果
的にステップ時間を落とすことなく第２の駆動手段の補
正結果を従来の駆動系につけられた駆動量検出センサに
よる確認に加えて、さらにフォーカス検出系として像面
間の位置決めとして確認計測することができるようにな
った。すなわちＳ９０１〜Ｓ９０２まではＳ８０１〜Ｓ
８０２と同等の処理を行ない、Ｓ９０３にて第２の所定
位置計測点すなわち第２の位置決めの完了が検知され、
第１の位置決めは完了していないがＣｉを用いてフォー
カス計測するには十分位置決めされている状態 (例えば
第１の駆動手段の位置決めが１μｍ以内に入っている状
態) での計測を行なう。ここで計測される誤差量はＣｉ
ｊ誤差分として扱われるべき量であり先頭の１枚のウエ
ハで求めたことに起因するロット差と考えることができ
る。この残差量に関しては非常に小さいことが期待され
るため、その残差量を補正するのに要する時間を極小に
おさえることが可能となる。すなわちＳ９０３で求めた
フォーカス計測値をＣｉを用いて補正計算する。Ｓ９０
３ではその計測値がジョブで管理されるトレランスによ
り判定され、駆動すべき場合にはＳ９０５にて各補正計
測値から最小２乗法により求めた面データから露光像面
との差分を算出し、ウエハステージ３の第２の駆動手段
を用いて最終的な補正駆動を行なう。その後Ｓ９０６に
て全６軸の位置決め完了確認を行なった後、Ｓ９０７に
て当該ショットを露光し、Ｓ９０８にて全ショットの処
理の完了確認を行ない、全ショットの露光が完了するま
でＳ９０１〜Ｓ９０８のシーケンスを繰り返す。終了確
認が完了するとＳ９０９にてウエハの搬出を行なう。Ｓ
９０４のトレランスの設定は設定されたジョブすなわち
工程毎の最小線幅から決定される焦点深度を考慮して解
像力を最大限に発揮すべき工程ではフォーカスの計測再
現性ギリギリの値を設定して確実に深度内に設定するこ
とができ、ミドルレイヤ等ではバジェット上許される範
囲の値を設定することにより処理スピード重視のジョブ
を作成することができる。また、Ｓ９０３で算出される
Ｃｉｊ誤差分の値を用いて次のような計算をすることに
よりＣｉｊのデータの信頼性を向上させることも可能で
ある。

【００２３】

【数１】

【００２４】実施例３ 移動中計測点のフォーカスオフセットをショット管理す
る実施例を説明してきたがこれを最低限のオフセット数
で管理する方法を第３の実施例として以下に説明する。
今まで説明してきたように移動中計測値に含まれるフォ
ーカス計測値の誤差要因としてチップ内段差の影響が露
光位置計測点と異なることに起因する誤差分と移動中の
本体構造の変形に依存する誤差分とがある。前者のチッ
プ内段差の影響は、ＡＳＩＣなどで１枚のウエハを複数
のジョブすなわちマスクで作成する場合を除き各露光チ
ップの構造はウエハ内一定であるために、ステップ方向
を考えた場合上下左右の４方向に加えその間の斜め方向
の４方向を加えた８方向を考慮したオフセット管理をす
れば良い。これは本出願人が特公平６−５２７０７で提
案している面形状関数の算出方法を露光位置のみから８
方向に拡張することにより算出することが可能である。
また後者の移動中の本体構造の変形に依存するオフセッ
トは、露光像面すなわちフォーカスの計測面に対して被
露光面が傾きを持つことに起因するものであり、ショッ
トの位置ｒと前記傾斜量ωよりその位置での高さ方向の
オフセット量をｒｘωとして算出することができる。す
なわち図８に示すように投影レンズ１およびフォーカス
の検出系を固定する定盤１８を基準位置とするレーザ干
渉計１７から基準ミラー１５に対して鉛直方向２本のレ
ーザを導光し、ウエハステージ３の露光像面に対する傾
斜量をピッチング量ωとして計測すれば各ショット毎の
移動中の本体構造の変形に依存するオフセットを算出す
ることが可能である。このような構成で図４のレイアウ
トでの移動計測点でのフォーカス計測時のステージピッ
チング量を測定した一例を図９に示す。図９の測定に当
たり使用したウエハはbare−Ｓｉウエハと呼ばれるパタ
ーンを転写する前の鏡面ウエハを使用しているためここ
で検出される移動中計測点におけるフォーカス検出値に
現れる計測値もこの本体構造体の変形に依存する成分だ
けとなり、傾斜量のフォーカス計測値としては図９に示
されたレーザ干渉計のピッチング計測量と一致する。図
４の右上のショットをスタート位置としてそこから図の
矢印に沿ってｘ方向にステップする方法をとった場合に
ステップの移動方向により一定の傾斜となっているのが
分かる。ここで測定された計測量にショット位置のｘ座
標をかけた値が高さ方向の補正オフセットであり傾斜測
定量がそのまま傾斜方向の補正オフセットとなる。図９
ではｘ方向のみの説明となっているがｙ方向のピッチン
グ測定も同様である。以上２つの誤差要因に対して方向
管理のオフセットと本体変形を積極的に測定する方法を
とれば、オフセットデータの格納に必要なメモリーも少
なくなり、またオフセットの事前測定の時間も短縮する
ことができる。

【００２５】以下、図１０のフローチャートを用いて露
光位置におけるオフセットを基準とした８方向の移動中
計測点のオフセットを求める方法を説明する。まずＳ１
２０１にてパターン付きウエハを供給し、Ｓ１２０２に
てフォーカス計測位置でのチップ構造の水平方向の再現
性を保証するためにウエハのアライメント計測を行ない
ステップアンドリピートの配列格子を決定する。Ｓ１２
０３でロットの１枚目であることを確認してまず特公平
６−５２７０７の方法に従って露光位置での各センサの
露光像面に対するオフセット（第１のフォーカスオフセ
ット）Ｃｉ（ｉ＝０〜４、フォーカス計測点) を算出す
る。次にＳ１２０６〜Ｓ１２０８のフローにて各８方向
の移動中計測点でのオフセット（第２のフォーカスオフ
セット）Ｃｉｋ（ｋ＝０〜７、ステップ方向）を測定す
る。まずＳ１２０６にて例えば移動中計測点の左位置を
測定する場合、Ｓ１２０４のサンプルショット計測点か
ら左に移動中計測ポイント分例えば０．４ｍｍシフトし
た位置を計測する。次にＳ１２０７ではＳ１２０６で求
めたサンプルショットでの計測値からＣｉを基準とした
差分の計測オフセットＣｉｋを算出する。これは図１７
における計測位置の違いによるチップ内段差のオフセッ
ト分を算出することに相当している。Ｓ１２０８にて移
動中計測点の各８方向のオフセットＣｉｋの測定完了確
認を行なって全方向のオフセット測定を完了する。ここ
で求められたオフセットＣｉｋと本体変形に伴う誤差分
の補正値を用いて移動中計測点で測定した計測値を補正
し補正駆動を行なえば露光位置で測定し補正した場合と
全く同じ補正駆動を行なうことができることになる。

【００２６】引き続き図１１を用いて図１０で説明した
オフセットを使用して各ショットの傾きおよび高さの補
正駆動を行なう方法を説明する。まずＳ１３０１で露光
すべきショットへ移動を開始しＳ１３０２にてオフセッ
トＣｉｋを測定したと同じ段差位置に相当する移動中計
測点に到達したところでフォーカス計測を行ないステッ
プ方向から判断して選択すべきＣｉｋを用いて計測値を
オフセット補正する。オフセット補正の方法としては各
計測センサの移動中計測値をｆｉ（ｉ＝０〜５）、補正
後の計測値をＦｉ（ｉ＝０〜４）とすると

【００２７】

【数２】 となり補正後のデータで最小２乗平面を算出し露光エリ
アの像面に対する傾斜および高さ量をｘ，ｙ（ｐｐ
ｍ）、ｚ（ｎｍ）と算出する。ここで算出された傾斜お
よび高さ量にはまだ本体構造体のピッチング方向の変形
分が含まれているためにＳ１３０３においてＳ１３０２
でフォーカス測定を行なったタイミングのステージ姿勢
（ピッチング）データをピックアップし、フォーカス計
測時に含まれる露光時の静定状態（水平状態) に対する
変形量を算出する。すなわちｘ方向のピッチング量α、
ｙ方向のピッチング量βは基準ミラー１５および不図示
のｙ方向のミラーに当てているレーザ検出値の差のデー
タと前記ミラー上の各々２本のレーザビームのスパンか
ら算出する。Ｓ１３０４にてＳ１３０２で得られたフォ
ーカス検出系が測定した露光位置でのチップ傾斜予測値
からＳ１３０３で得られたステージの相対姿勢変化に伴
う誤差分を次のように補正計算することにより純粋なウ
エハの変形分すなわち調整すべき補正駆動量として算出
し、補正駆動を行なうことができる。すなわち当該チッ
プの測定位置を（ａ，ｂ）とするとピッチング分（α，
β：微少角）によるチップ位置の高さ変化γは

【００２８】

【数３】 となり最終的な補正駆動量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は次のように
なる。

【００２９】

【数４】

【００３０】Ｓ１３０５にて全６軸の位置決め完了確認
を行なった後Ｓ１３０６にて当該ショットを露光し、Ｓ
１３０７にて全ショットの処理の完了確認を行ない、全
ショットの露光が完了するまでＳ１３０１〜Ｓ１３０７
のシーケンスを繰り返す。終了確認が完了するとＳ１３
０８にてウエハの搬出を行なう。

【００３１】上記実施例３では本体構造体の変形分をレ
ーザ干渉計により直接測定し移動中計測値を補正する方
法をとったが、ピッチング測定値をそのままリアルタイ
ムにステージの姿勢制御に使用し移動中のフォーカス計
測時に検出されるピッチング残差量を最小にするような
構成をとることによってさらに補正誤差を低減すること
ができる。また上記実施例ではピッチング測定にレーザ
干渉計を用いたが、ステージ定盤の底面に静電センサな
どのギャップセンサを取り付けステージ自体のピッチン
グ変動を測定するようにしても良い。

【００３２】実施例４ 移動中計測点のフォーカスオフセットを測定位置の違い
によるチップ内段差の影響分と本体構造体の変形分とに
分離して計測管理する別の方法として本体構造体の変形
分をテーブル管理する方法を以下説明する。ダイナミッ
クに本体構造体の変形分をレーザ干渉計で測定する方法
ではリアルタイムに補正することによって誤差量を絶対
値として低減することが可能であるが、ピッチング計測
のために干渉計の設備が２倍必要となり装置コストの上
昇を招くため、ＣＯＯ（cost ofownership)の観点から
は好ましくない場合がある。ここでは図９で説明したよ
うにbare−Ｓｉウエハでフォーカス測定した移動中計測
点での傾斜データの絶対量が装置固有のモードに依存し
その再現性において十分オフセット処理に耐えうること
を実験的に確かめている。この点を利用してbare−Ｓｉ
ウエハでの測定を通して姿勢変形分のオフセットを全シ
ョット移動中計測し各ステップ方向毎に統計処理するこ
とにより再確値を算出し、前記測定位置の違いによるチ
ップ内段差の影響分をステップ方向別に管理したと同様
に保持することにより、レーザ干渉計などを用いて独立
に測定した場合と同様の効果を得ることができる。この
場合の補正シーケンスでは図１１のＳ１３０３で測定し
ていた部分が、本実施例ではbare−Ｓｉで測定しステッ
プ方向管理されたステージの傾斜分のオフセットテーブ
ルから選択して得られる点のみが異なる。

【００３３】また、第２の実施例の中で説明したウエハ
ステージの位置決め完了確認と並列して傾斜および高さ
方向の最終補正状態をフォーカス検出系から測定する方
法を上記第３および第４の実施例に適用しても同様の効
果が得られることは言うまでもない。

【００３４】実施例５ 次に本発明の第５の実施例を説明する。本実施例は、図
１の装置において第１の実施例の第２のフォーカスオフ
セットを事前に計測する代わりに、同一露光処理を行な
うべきウエハの１枚目でまずステップ移動中に移動中先
読み計測（移動中計測）を行ない、次いでステップ移動
終了後に露光位置計測を行なって、これらの計測値に基
づいて第２のフォーカスオフセットを検出するようにし
たものである。

【００３５】まず、本実施例における２組の計測点、露
光位置計測点と移動中先読み計測点について順を追って
説明する。最初に露光位置計測点を図２に示す。測定点
７１は被露光領域１００のほぼ中央部にあり、露光位置
では光軸ＡＸと交わる。また、残りの測定点７２〜７５
は被露光領域１００の周辺部にある。次に移動中先読み
計測点を図３に示す。破線の計測点７１〜７５は露光位
置計測点を示し、矢印はウエハに対する光軸ＡＸの移動
方向を示している。実線で示す計測点８１〜８５は移動
中先読み計測点で、露光位置計測点に対して光軸ＡＸの
移動方向とは逆方向にシフトした位置にある。シフト量
には、移動中先読み計測後のステージ駆動中に最適フォ
ーカス設定面とレンズ像面の傾き補正を終了するのに十
分な量を設定する。本実施例ではシフト量を０．４ｍｍ
とする。

【００３６】次に露光位置計測点の計測オフセット（第
１のフォーカスオフセット）Ｆ０１〜Ｆ０５を図１２に
示す。同図において、１０２はパターン付の被露光領域
を表わし、７１〜７５は露光位置計測点を表わす。最適
フォーカス設定面は全パターンがレンズの焦点深度内に
収まるように設定する。

【００３７】次に移動中先読み計測点の計測オフセット
（第２のフォーカスオフセット）Ｆ１１〜Ｆ１５を図１
３に示す。同図において、１０２はパターン付の被露光
領域を表わし、７１〜７５は露光位置計測点を表わし、
８１〜８５は移動中先読み計測点を表わす。最適フォー
カス設定面は露光位置計測点の計測値とオフセットＦ０
１〜Ｆ０５から設定する。

【００３８】次に移動中先読み計測点の計測オフセット
Ｆｌｌ〜Ｆ１５の求め方を図４に示す。同図において、
７１〜７５は露光位置計測点を表わし、８１〜８５は移
動中先読み計測点を表わす。矢印はステップアンドリピ
ー卜を繰り返した時のウエハ上での光軸の軌跡を表わし
（ショット１００〜１０２内は不図示）、露光位置計測
点の計測オフセットＦ０１〜Ｆ０５は予め求めてある。

【００３９】まずステージを移動させながら計測点８１
〜８５で表面位置Ｚｌｌ〜Ｚ１５を測定する。次に、露
光位置でステージを停止させ計測点７１〜７５で表面位
置Ζ０１〜Ｚ０５を求める。そして表面位置Ｚ０１〜Ζ
０５に計測オフセットＦ０１〜Ｆ０５を加算し、最小自
乗平面を計算することで最適フォーカス設定面を求め
る。この最適フォーカス設定面と表面位置Ｚｌｌ〜Ｚ１
５との距離から移動中先読み計測点の計測オフセットＦ
ｌｌ〜Ｆ１５を求める。

【００４０】次に本実施例における２枚目以降のウエハ
２の最適フォーカス設定面の検出方法について図１およ
び図４を用いて説明する。まず被露光ショット１００の
各測定点上にマスク６の各ピンホールの像が投影される
ように、ウエハステージ３を目標位置間で移動させる。
そして図１の検出手段（４〜１１）のセッティングを行
ない、検出手段（４〜１１）により第１ショット内の５
つの測定点８１〜８５の面位置検出を行なう。そして位
置検出素子１１からの出力信号に基づいて面位置検出装
置１４で各測定点の表面位置データＺｌｌ〜Ｚ１５を形
成し、制御装置１３へ情報を送る。制御装置１３は、こ
の５個の表面位置データＺ１１〜Ｚ１５に計測オフセッ
トＦｌｌ〜Ｆ１５を加算し、最小自乗平面を計算するこ
とで最適フォーカス設定面を求める。なお、最小自乗平
面ｚは

【００４１】

【数５】 を満たすものである。

【００４２】制御装置１３は上記算出結果に応じた指令
信号をステージ駆動装置１２へ入力し、ステージ駆動装
置１２によりウエハステージ３上のウエハ２の光軸ＡＸ
方向の位置と傾きを調整（補正）している。これによっ
て、被露光領域１００の最適フォーカス設定面を縮小投
影レンズ系１の最良結像面（焦平面）に位置付けてい
る。そして、この面位置の調整終了後、第１被露光領域
１００を露光して回路パターン像の転写を行なう。

【００４３】次にフローチャートを用いて本実施例の処
理の流れを述べる。まず最初に図１４を用いて全体の流
れを示す。ウエハのロット処理において、Ｓ１００で１
枚目のウエハを用いて、露光位置計測点（７１〜７５）
で最適フォーカス設定面とレンズ像面の位置合わせを行
なうのと同時に、移動中先読み計測点（８１〜８５）の
計測オフセット（Ｆ１１〜Ｆ１５）を計測する。Ｓ２０
０で移動中先読み計測点（８１〜８５）にＳ１００で求
めた計測オフセット（Ｆｌｌ〜Ｆ１５）を使って正確に
最適フォーカス設定面を検出し、高速に位置合わせを行
なう（２枚目以降のウエハ）。

【００４４】次に図１５を用いてＳ１００の流れを詳し
く示す。ステップＳ００１でウエハキャリアから最初の
ウエハがウエハステージ３上へ搬入されウエハチャック
に固定される。ステップＳ００２で被露光ショットを制
御装置１３に設定する。ステップＳ００３で被露光ショ
ットの中心が、レンズ１の光軸ＡＸの中心に来るように
ウエハステージ３の駆動を開始する。ステップＳ００４
で被露光ショットの中心とレンズ１の光軸ＡＸの中心と
が所定の距離（例えば０．４ｍｍ）に来た時、測定点
（８１〜８５）を用い表面位置（Ｚ１１〜Ｚ１５）を検
出する。ステップＳ００５でステージ駆動と平行して被
露光ショット中心と光軸のＡＸの位置合わせを行なう。
ステップＳ００６で測定点（７１〜７５）を用い表面位
置（Ｚ０１〜Ｚ０５）を検出する。ステップＳ００７で
表面位置（Ｚ０１〜Ｚ０５）に計測オフセット（Ｆ０１
〜Ｆ０５）を加算し最小自乗平面を計算することで、最
適フォーカス設定面を求める。ステップＳ００８で最適
フォーカス設定面とレンズ像面が合致するようにステー
ジ３を駆動し、露光する。

【００４５】ステップＳ００９で最適フォーカス設定面
と計測点（８１〜８５）の表面位置（Ｚ１１〜Ｚ１５）
の距離から移動中先読み計測点の計測オフセット（Ｆ１
１〜Ｆ１５）を求め、制御装置１３に該被露光ショット
のショットＮｏ．と共に記憶する。ステップＳ０１０で
もしも全てのショットで露光が終了していなければステ
ップＳ００２ヘ移行しステップＳ００２〜Ｓ００９を繰
り返す。ステップＳ０１１でウエハステージ３上からウ
エハを搬出しウエハキャリアに収納する。

【００４６】次に図１６を用いてＳ２００の流れを詳し
く示す。ステップＳ０１２でウエハキャリアから次のウ
エハがウエハステージ３上へ搬入されウエハチャックに
固定される。ステップＳ０１３で被露光ショットを制御
装置１３に設定する。ステップＳ０１４で被露光ショッ
トの中心が、レンズ１の光軸ＡＸの中心に来るようにウ
エハステージ３の駆動を開始する。ステップＳ０１５で
被露光ショットの中心とレンズ１の光軸ＡＸの中心とが
所定の距離に来た時、測定点（８１〜８５）を用い表面
位置（Ｚｌｌ〜Ｚ１５）を求める。ステップＳ０１６で
制御装置１３から該披露光ショットのショットＮｏ．と
共に記憶された計測オフセット（Ｆ１１〜Ｆ１５）を読
み出して表面位置（Ｚｌｌ〜Ｚ１５）に加算し最小自乗
平面を計算することで、最適フォーカス設定面を求め
る。ステップＳ０１７でステージ駆動後、マスクと被露
光ショットの位置合わせと最適フォーカス設定面とレン
ズ像面の位置合わせを同時に行ない、完了後露光する。
ステップＳ０１８でもしも全てのショットで露光が終了
していなければステップＳ０１３へ移行しステップＳ０
１３〜Ｓ０１７を繰り返す。ステップＳ０１９でウエハ
ステージ３上からウエハを搬出しウエハキャリアに収納
する。ステップＳ０２０でもしも全てのウエハの露光が
終了していなければステップＳ０１２ヘ移行しステップ
Ｓ０１２〜Ｓ０１９を繰り返す。

【００４７】本実施例により、移動中先読み計測を行な
う場合にも、最適フォーカス設定面とレンズ像面の位置
合わせを高精度に行なうことが出来る。

【００４８】実施例６ 第６の実施例として、第５の実施例の処理に加えて、被
露光ショットの露光処理中に移動中先読み計測による最
適フォーカス設定面の検出誤差Ｂｌｌ〜Ｂ１５を測定
し、該被露光ショットの計測オフセットＦｌｌ〜Ｆ１５
を更新することで、次ウエハの該被露光ショットの最適
フォーカス設定面を高精度に検出する場合について図４
を使って述べる。本実施例では、被露光ショット１０２
を移動中先読み計測点８１〜８５で補正した後の露光処
理中に露光位置計測点７１〜７５で最適フォーカス設定
面を検出し、この最適フォーカス設定面とレンズ像面の
ズレから該被露光ショットのフォーカス補正誤差Ｂｌｌ
〜Ｂ１５を測定し、制御装置１３に記憶する。

【００４９】次にウエハｎ枚目の該ショットのフォーカ
ス補正誤差Ｂｌｌ（ｎ）〜Ｂ１５（ｎ）からウエハｎ＋
１枚目の該被露光ショットの計測オフセットＦｌｌ（ｎ
＋１）〜Ｆ１５（ｎ＋１）を算出する例を次式に示す。

【００５０】

【数６】 算出した計測オフセットＦｌｌ（ｎ＋１）〜Ｆ１５（ｎ
＋１）は該被露光ショットのショットＮｏ．と共に制御
装置１３に記憶し、ウエハｎ＋１枚目の該被露光ショッ
トの最適フォーカス設定面の検出に使用する。本実施例
により、露光装置にランダムな外乱（ウエハの反り、ス
テージ振動）が生じた場合にも、正確に最適フォーカス
設定面を検出でき、レンズ像面との位置合わせを高精度
に行なうことが出来る。

【００５１】実施例７ 第７の実施例として、第５の実施例に加えて、被露光シ
ョットの露光中に最適フォーカス設定面を再検出し、フ
ォーカスを再設定する場合について図４を使って述べ
る。

【００５２】本実施例でも、まず第５の実施例に述べた
ように２枚目以降のウエハでは被露光ショットへのステ
ージ移動中に移動中先読み計測点（８１〜８５）で検出
した最適フォーカス設定面とレンズ像面の位置合わせ
と、ステージの位置決めの完了後、露光を開始する。加
えて本実施例では、露光中に露光位置計測点（７１〜７
５）で最適フォーカス設定面を再検出し、最適フォーカ
ス設定面とレンズ像面の位置合わせ（再補正）を行な
う。

【００５３】本実施例により、ステージ駆動中の振動等
で移動中先読み計測の精度が一時的に悪化しても、露光
への影響を最小限に抑えることができる。

【００５４】上記実施例の変形例 上述の実施例ではフォーカス検出センサとして２次元の
ＣＣＤを用いて説明したが、これに限定されるものでは
なく例えば１次元ＣＣＤセンサを複数利用して多点の計
測に対応することも可能であり、またフォトダイオード
やＰＳＤなどのアナログセンサを使用する場合にも上述
の実施例と同様にオフセット管理をショット単位独立に
行なうことにより同様の効果を得ることができる。さら
にステージ位置の同期をとる方法においてもハード的な
タイミング電送ラインを独立に設けタイミング管理をし
ても良いし、通信コマンドを使用する場合には最短でタ
イミングが伝達できるような割り込みを使用して実現す
ることも可能である。またタイミングの同期をとり計測
センサの開始タイミングをリセットする方法としてＣＣ
Ｄなどの蓄積型のセンサの場合リセットタイミングを同
期コマンドと同時にリセットするようにロジックを組む
こともできるし、フォトダイオードなどのアナログセン
サを用いる場合には同期コマンドに同期してＡ／Ｄコン
バータのタイミングを管理するようにしても良い。

【００５５】デバイス生産方法の実施例 次に上記説明した露光装置または露光方法を利用したデ
バイスの生産方法の実施例を説明する。図１９は微小デ
バイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、
ＣＣＤ、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１（回路設計）ではデバイスの
パターン設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、
ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材
料を用いてウエハを製造する。ステップ４（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５（組み立て）は後工程
と呼ばれ、ステップ４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６（検査）で
はステップ５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、これが出荷（ステップ
７）される。

【００５６】図２０は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（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１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
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１６（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１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステッ
プ１８（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１９（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が形成される。本実施例の生産方
法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバ
イスを低コストに製造することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば移動
中計測値を用いた露光位置の像面に対する傾きや高さ方
向の算出を行なう場合においても正確に求めることが可
能であるとともに、積極的に移動中の計測値を補正して
使用するため、従来より大幅にステップ時間を短縮する
ことが可能である。またフォーカスの最終補正状態に関
してステップ時間を延ばすことなく確認できるタイミン
グを作ることにより、今後の高ＮＡ化された露光装置に
おける微細パターンの転写において確実かつ迅速に処理
を行なうことができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に関わるステップアンドリ
ピート方式の縮小投影露光装置の部分的概略図である。

【図２】 上記実施例において被露光領域中に設定した
露光位置測定点の配置を示す説明図である。

【図３】 上記実施例において被露光領域中に設定した
移動中計測点の配置を示す説明図である。

【図４】 ウエハ上にレイアウトされた露光位置と各測
定位置の対応およびショット間のステップ移動の様子を
説明する説明図である。

【図５】 図１の装置による各ショット移動中計測点の
フォーカスオフセットの測定シーケンスの一例を示すフ
ローチャートである。

【図６】 図１の装置による各ショット移動中計測点で
の計測値を用いた合焦動作の一例を示すフローチャート
である。

【図７】 図１の装置による各ショット移動中計測点で
の計測値を用いた合焦動作の他の例を示すフローチャー
トである。

【図８】 本発明の他の実施例に関わるステップアンド
リピート方式の縮小投影露光装置の部分的概略図であ
る。

【図９】 ウエハステージのステップ移動中の所定計測
位置でのｘ方向傾斜量（ピッチング）を測定例を示すグ
ラフである。

【図１０】 図８の装置による各ショット移動中計測点
のフォーカスオフセットの測定シーケンスの一例を示す
フローチャートである。

【図１１】 図８の装置による各ショット移動中計測点
での計測値を用いた合焦動作の一例を示すフローチャー
トである。

【図１２】 被露光ショットと最適フォーカス設定面と
露光位置計測点の計測オフセットとの関係を示す図であ
る。

【図１３】 被露光ショットと最適フォーカス設定面と
移動中先読み計測点の計測オフセットとの関係を示す図
である。

【図１４】 本発明の第５の実施例に係る面位置検出法
を用いた面位置調整動作の一例を示すフローチャートで
ある。

【図１５】 図１４のフローチャートにおける１枚目の
ウエハに関する動作を示すフローチャートである。

【図１６】 図１４のフローチャートにおける２枚目以
降のウエハに関する動作を示すフローチャートである。

【図１７】 露光位置測定点と移動中測定点におけるフ
ォーカス検出位置の違いを説明するウエハ断面図であ
る。

【図１８】 ウエハステージの移動中の各フォーカス測
定点の測定値変化の一例を示すグラフである。

【図１９】 微小デバイスの製造の流れを示す図であ
る。

【図２０】 図１９におけるウエハプロセスの詳細な流
れを示す図である。

【符号の説明】

１：縮小投影レンズ、２：ウエハ、３：ウエハステー
ジ、４：高輝度光源、５：照明用レンズ、６：ピンホー
ルを持つマスク、７，１０：結像レンズ、８，９：折り
曲げミラー、１１：２次元検出素子、１２：ステージ駆
動装置、１３：制御装置、１４：面位置検出装置、７１
〜７５：露光位置測定点、８１〜８５：移動中計測点、
１００〜１０２：被露光領域（ショット）、Ｆ０１〜Ｆ
０５：露光位置計測点の計測オフセット、Ｆ１１〜Ｆ１
５：移動中先読み計測点の計測オフセット。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を投影光学系の光軸と略直交する方
   向に沿って移動して該基板上の複数個のショットを所定
   の露光位置に順次送り込むとともに、送り込まれる被露
   光ショットの被露光面の前記光軸方向に関する位置およ
   び傾きの少なくとも一方を移動中に計測し、該計測値に
   基づいて該被露光面を前記投影光学系の焦平面に合焦さ
   せた後、前記投影光学系を介して前記被露光面を露光す
   る露光方法において、 前記露光位置で前記被露光面の位置を計測した場合のチ
   ップ内段差に依存する計測誤差である第１のフォーカス
   オフセットを事前に求める段階と、 前記ショットごとの、前記移動中計測を行なうための計
   測点の相違や本体構造の変形に依存する計測誤差である
   第２のフォーカスオフセットを事前に求める段階と、 露光シーケンスにおいて被露光ショットごとの移動中計
   測における計測値を前記第２のフォーカスオフセットを
   用いて補正した結果により該被露光ショットの被露光面
   を前記焦平面に合焦させる段階とを具備することを特徴
   とする露光方法。
2. 【請求項２】 前記露光シーケンスにおける各被露光シ
   ョットごとの移動中計測の開始タイミングを前記送り込
   みのための移動中における被露光ショットの位置を基準
   に同期させることを特徴とする請求項１記載の露光方
   法。
3. 【請求項３】 前記第２のフォーカスオフセットを用い
   て移動中計測点での計測値を補正した結果を用いて前記
   投影光学系の焦平面に合焦させる動作を行なった後でか
   つ露光開始の前の所定のタイミングにおいて合焦動作を
   完了した被露光面の位置の確認を焦平面基準で行なう段
   階と、確認結果を元に再度補正駆動を行なうか否かをジ
   ョブにより設定されたある閾値により残差を判断して決
   定する段階をさらに具備することを特徴とする請求項１
   記載の露光方法。
4. 【請求項４】 基板を投影光学系の光軸と略直交する方
   向に沿って移動して該基板上の複数個のショットを所定
   の露光位置に送り込むとともに、送り込まれる被露光シ
   ョットの被露光面の前記光軸方向に関する位置および傾
   きの少なくとも一方を前記移動中に計測し、該計測値に
   基づいて該被露光面を前記投影光学系の焦平面に合焦さ
   せた後、前記投影光学系を介して前記被露光面を露光す
   る露光方法において、 前記露光位置で前記被露光面の位置を計測した場合のチ
   ップ内段差に依存する計測誤差である第１のフォーカス
   オフセットを事前に求める段階と、 前記移動中計測を行なうための計測点の相違に依存する
   計測誤差である第２のフォーカスオフセットを事前に求
   める段階と、 露光シーケンスにおいて被露光ショットごとの移動中計
   測における計測値を前記第２のフォーカスオフセットお
   よび該移動中計測の際の本体構造の変形に伴う前記焦平
   面と被露光面との相対位置関係の情報を用いて補正した
   結果により該被露光ショットの被露光面を前記焦平面に
   合焦させる段階とを具備することを特徴とする露光方
   法。
5. 【請求項５】 前記本体構造の変形に伴う前記焦平面と
   被露光面との相対位置関係の情報を得る手段としてステ
   ージの姿勢のピッチング成分を測定することを特徴とす
   る請求項４記載の露光方法。
6. 【請求項６】 前記本体構造の変形に伴う露光像面と被
   露光面との相対位置関係の情報を得る手段として事前に
   測定したステップ方向に依存したピッチング量をテーブ
   ルとして保持することを特徴とする請求項４記載の露光
   方法。
7. 【請求項７】 前記露光シーケンスにおける各被露光シ
   ョットごとの移動中計測の開始タイミングを前記送り込
   みのための移動中における被露光ショットの位置を基準
   に同期させることを特徴とする請求項４記載の露光方
   法。
8. 【請求項８】 前記第２のフォーカスオフセットを用い
   て移動中計測点での計測値を補正した結果を用いて前記
   投影光学系の焦平面に合焦させる動作を行なった後でか
   つ露光開始の前の所定のタイミングにおいて合焦動作を
   完了した被露光面の位置の確認を焦平面基準で行なう段
   階と、確認結果を元に再度補正駆動を行なうか否かをジ
   ョブにより設定されたある閾値により残差を判断して決
   定する段階をさらに具備することを特徴とする請求項４
   記載の露光方法。
9. 【請求項９】 基板を投影光学系の光軸と略直交する方
   向に沿って移動して該基板上の複数個のショットを所定
   の露光位置に順次送り込むとともに、送り込まれる被露
   光ショットの被露光面の前記光軸方向に関する位置およ
   び傾きの少なくとも一方を移動中に計測し、該計測値に
   基づいて該被露光面を前記投影光学系の焦平面に合焦さ
   せた後、前記投影光学系を介して前記被露光面を露光す
   る露光方法において、 前記露光位置で前記被露光面の位置を計測した場合のチ
   ップ内段差に依存する計測誤差である第１のフォーカス
   オフセットを事前に求める段階と、 同一の露光処理を施そうとする複数枚のウエハの１枚目
   のウエハについてショットごとに前記移動中計測を行な
   い、かつ前記露光位置に送り込んだ後、前記被露光面の
   位置計測を行なう段階と、 前記移動中計測による計測値と前記露光位置での計測値
   により前記ショットごとの、前記移動中計測を行なうた
   めの計測点の相違や本体構造の変形に依存する計測誤差
   である第２のフォーカスオフセットを求めて記憶する段
   階と、 ２枚目以降のウエハについて、被露光ショットごとに移
   動中計測における計測値を前記第２のフォーカスオフセ
   ットを用いて補正した結果により該被露光ショットの被
   露光面を前記焦平面に合焦させる段階とを具備すること
   を特徴とする露光方法。
10. 【請求項１０】 ２枚目以降のウエハについて、前記第
    ２のフォーカスオフセットを用いて移動中計測点での計
    測値を補正した結果を用いて前記投影光学系の焦平面に
    合焦させる動作を行なった後、前記露光位置での計測を
    行なう段階と、該計測結果を元に前記第２のフォーカス
    オフセットを再計算する段階をさらに具備することを特
    徴とする請求項９記載の露光方法。
11. 【請求項１１】 ２枚目以降のウエハについて、前記第
    ２のフォーカスオフセットを用いて移動中計測点での計
    測値を補正した結果を用いて前記投影光学系の焦平面に
    合焦させる動作を行なった後、前記露光位置での計測を
    行なう段階と、該計測結果を元に前記露光面の位置を微
    調整する段階をさらに具備することを特徴とする請求項
    ９記載の露光方法。
12. 【請求項１２】 原版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、 前記基板を搭載して前記投影光学系の光軸と略直交する
    方向に沿って移動し該基板上の複数個のショットを所定
    の露光位置に順次送り込むステージと、 前記露光位置における前記基板の被露光面の前記光軸方
    向に関する位置および傾きの少なくとも一方を計測する
    フォーカス計測手段と、 被露光ショットを前記露光位置へ送り込むためのステー
    ジ移動中の前記計測手段による計測値に基づいて前記被
    露光面を前記投影光学系の焦平面に合焦させる合焦手段
    と、 前記計測手段による前記露光位置でのチップ内段差に依
    存する計測誤差である第１のフォーカスオフセットを事
    前に求める手段と、 前記ショットごとの、前記移動中計測を行なうための計
    測点の相違や本体構造の変形に依存する計測誤差である
    第２のフォーカスオフセットを事前に求める手段と、 露光シーケンスにおいて前記移動中計測による計測値を
    前記合焦手段に与える前に前記第２のフォーカスオフセ
    ットを用いて補正する補正手段とを具備することを特徴
    とする露光装置。
13. 【請求項１３】 前記フォーカス計測手段を用いて移動
    中計測を実施する場合の計測開始タイミングを、ステー
    ジ位置を基準に同期させることを特徴とする請求項１２
    記載の露光装置。
14. 【請求項１４】 前記第２のフォーカスオフセットを用
    いて移動中計測点での計測値を補正した結果を用いて前
    記投影光学系の焦平面に合焦させる動作を行なった後で
    かつ露光開始の前の所定のタイミングにおいて合焦動作
    を完了した被露光面の位置の確認を焦平面基準で行な
    い、その確認結果を元に再度補正駆動を行なうか否かを
    ジョブにより設定されたある閾値により残差を判断して
    決定する手段をさらに具備することを特徴とする請求項
    １２記載の露光装置。
15. 【請求項１５】 原版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、 前記基板を搭載して前記投影光学系の光軸と略直交する
    方向に沿って移動し該基板上の複数個のショットを所定
    の露光位置に順次送り込むステージと、 前記露光位置における前記基板の被露光面の前記光軸方
    向に関する位置および傾きの少なくとも一方を計測する
    フォーカス計測手段と、 被露光ショットを前記露光位置へ送り込むためのステー
    ジ移動中の前記計測手段による計測値に基づいて前記被
    露光面を前記投影光学系の焦平面に合焦させる合焦手段
    と、 前記計測手段による前記露光位置でのチップ内段差に依
    存する計測誤差である第１のフォーカスオフセットを事
    前に求める手段と、 前記移動中計測を行なうための計測点の相違に依存する
    計測誤差である第２のフォーカスオフセットを事前に求
    める手段と、 露光シーケンスにおいて前記移動中計測による計測値を
    前記合焦手段に与える前に前記第２のフォーカスオフセ
    ットおよび該移動中計測の際の本体構造の変形に伴う前
    記焦平面と被露光面との相対位置関係の情報を用いて補
    正する補正手段とを具備することを特徴とする露光装
    置。
16. 【請求項１６】 前記ステージの姿勢のピッチング成分
    を測定することにより前記本体構造の変形に伴う前記焦
    平面と被露光面との相対位置関係の情報を得る手段をさ
    らに具備することを特徴とする請求項１５記載の露光装
    置。
17. 【請求項１７】 前記本体構造の変形に伴う前記焦平面
    と被露光面との相対位置関係として事前に測定したステ
    ップ方向に依存したピッチング量をテーブルとして保持
    していることを特徴とする請求項１５記載の露光装置。
18. 【請求項１８】 前記フォーカス計測手段を用いて移動
    中計測を実施する場合の計測開始タイミングを、ステー
    ジ位置を基準に同期させることを特徴とする請求項１５
    記載の露光装置。
19. 【請求項１９】 前記第２のフォーカスオフセットを用
    いて移動中計測点での計測値を補正した結果を用いて前
    記投影光学系の焦平面に合焦させる動作を行なった後で
    かつ露光開始の前の所定のタイミングにおいて合焦動作
    を完了した被露光面の位置の確認を焦平面基準で行な
    い、その確認結果を元に再度補正駆動を行なうか否かを
    ジョブにより設定されたある閾値により残差を判断して
    決定する手段をさらに具備することを特徴とする請求項
    １５記載の露光装置。
20. 【請求項２０】 請求項１〜１１のいずれかに記載の露
    光方法または請求項１２〜１９のいずれかに記載の露光
    装置を用いて製造したことを特徴とする半導体デバイ
    ス。