JPH11204418A

JPH11204418A - 露光装置、露光方法およびデバイス製造方法

Info

Publication number: JPH11204418A
Application number: JP10013177A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Hirano; 朝彦平野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】計測時のＺ駆動量が大きい場合でも精確にフ
ォーカス位置の計測が行えるようにする。また、計測時
のＺ駆動量が大きく、かつＺ位置の計測位置とコントラ
ストの計測位置とが異なる場合でも、迅速かつ精確にフ
ォーカス位置の計測が行えるようにする。【解決手段】ＸＹステージ８上に設けられたＺチルト
ステージ６上の基板に原板のパターンを投影光学系を介
して露光する際に、Ｚチルトステージ上に設けられた基
準マーク４を複数のＺ計測位置に順次位置させるべくＺ
チルトステージの駆動手段に駆動指令を付与し、各Ｚ計
測位置ｐ１〜ｐ３において基準マークを投影光学系を介
して観察し、その像のコントラストを検出するととも
に、最初のＺ計測位置ｐ１から最後のＺ計測位置ｐ３ま
での範囲内の２点ｐ１、ｐ３もしくは数点ｐ１、ｐ２、
ｐ３において前記基準マークのＺ位置ｔ１、ｔ２、ｔ３
および傾きの検出を行い、前記各Ｚ計測位置のＺ位置、
検出したコントラストおよび検出した基準マークの傾き
に基づいて露光に際してのベストフォーカス位置を得
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、露光方
法およびこれを用いることができるデバイス製造方法に
関し、特に、露光用の光学系として焦点深度が大きいフ
ォーカス系を用いているために、ベストフォーカス位置
を求める際にＺチルトステージの大きな駆動量を必要と
する場合に適したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】レチクルのパターンをステージ上のウエ
ハに投影レンズを介して露光する露光装置において、ベ
ストフォーカス位置は従来、次のようにして計測されて
いる。すなわち、まず、所定の計測位置にステージおよ
びアライメントスコープを移動し、ステージ上のステー
ジ基準マークを投影レンズを介してアライメントスコー
プにより観察できるようにする。そして、ステージ基準
マークのチルト（傾き）をチルト／フォーカスセンサで
計測する。その後、フォーカス計測レベリングを行う。
つまり、ステージ基準マークのＺ位置（高さ方向位置）
をチルト／フォーカスセンサで計測しながらステージを
Ｚ方向へ所定の位置まで移動させる（Ｚレベリング）。
このＺ駆動の間、各Ｚ位置において、アライメントスコ
ープを介してステージ基準マークの画像データを得、こ
れを画像処理してコントラストを計測する。

【０００３】このコントラストは、投影レンズのフォー
カスが合っていないＺ位置では低いが、フォーカスが合
った位置では高くなる。したがって、各Ｚ位置と各Ｚ位
置でのコントラスト値とから、近似計算を行い、コント
ラストのピーク値に対応するＺ位置を求める。そして、
このＺ位置に、フォーカス計測レベリング前に計測した
ステージ基準マークのチルト量を反映して、ベストフォ
ーカス位置とする。

【０００４】このような方法は、焦点深度が小さい投影
レンズの場合のようにフォーカス系の焦点深度が小さ
く、そのためにベストフォーカス位置を求めるためのＺ
駆動量が小さくて足りる場合や、アライメントスコープ
とチルト／フォーカスセンサが同位置でステージ基準マ
ークの計測を行うことが可能な場合は、フォーカス位置
の計測精度の点で問題を生じることはない。このような
場合は、Ｚ駆動時におけるＺ位置の誤差の影響は少く、
またチルト量もほぼ変わらないので、Ｚ駆動前に測った
チルト量だけを、コントラストにより得られるフォーカ
ス位置に反映して得られるベストフォーカス位置はさほ
ど誤差を含まないからである。したがってこのような場
合、露光時には、そのベストフォーカス位置にステージ
をＺ駆動するだけで、良好なフォーカス位置において露
光を行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、同様の方法
で、焦点深度が大きいフォーカス系のベストフォーカス
位置を求める場合、計測時のＺ駆動量が大きくなるた
め、Ｚ駆動の誤差などの影響によりＺ駆動中にチルト成
分が変化し、フォーカス系のレンズ中心位置でのベスト
フォーカス位置に影響がでる場合がある。そのため、Ｚ
駆動中に発生するチルト量の変化を考慮する必要があ
る。

【０００６】一方、焦点深度が大きいフォーカス系での
ベストフォーカス位置を求めるために大きなＺ駆動量を
必要とする露光装置において、尚且つコントラストを計
測する位置で、同時にチルト／フォーカスセンサが測れ
ない位置にステージ基準マークが設定されている場合
は、Ｚ位置が計測できないため、コントラストを計測し
たＺ位置を正確に測るためには、全計測点において、コ
ントラスト計測位置とフォーカス計測（チルト／フォー
カスセンサによるＺ位置計測）位置との間でステージを
スライドさせる動作を行う必要がある。しかし、その方
式では、各計測ポイント（Ｚ位置）でフォーカス計測と
ステージ駆動を行う必要があるため、極端にスループッ
トが低下するという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、露光装置、露光方法およびデバイス製造方
法において、計測時のＺ駆動量が大きい場合でも精確に
フォーカス位置の計測が行えるようにすることにある。
また、計測時のＺ駆動量が大きく、かつＺ位置の計測位
置とコントラストの計測位置とが異なる場合でも、迅速
かつ精確にフォーカス位置の計測が行えるようにするこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、ＸＹステージと、このＸＹステージ上に設
けられたＺチルトステージと、このＺチルトステージ上
の基板に原板のパターンを露光するための投影光学系
と、前記Ｚチルトステージ上に設けられた基準マークの
Ｚ位置および傾きを検出するチルト・フォーカスセンサ
と、前記投影光学を介して前記基準マークを観察し、コ
ントラストを検出するコントラスト検出手段と、これら
装置各部を制御する制御手段とを備えた露光装置におい
て、前記制御手段は、複数のＺ計測位置に前記基準マー
クを順次位置させるべく前記Ｚチルトステージの駆動手
段に駆動指令を付与し、各Ｚ計測位置において前記基準
マークのコントラストを検出するとともに、最初のＺ計
測位置から最後のＺ計測位置までの範囲内の２点もしく
は数点において前記基準マークのＺ位置の検出を行い、
この検出Ｚ位置および前記駆動指令値に基づいて各Ｚ計
測位置のＺ位置を決定し、これらのＺ位置および前記検
出したコントラストに基づいて露光に際してのベストフ
ォーカス位置を得るものであることを特徴とする。

【０００９】ここで、一般的には、各Ｚ計測位置（計測
ポイント）のＺ位置の決定は、各Ｚ計測位置への駆動指
令値に対し、前記２点もしくは数点において計測した実
際のＺ位置を考慮して補正した位置とすることにより行
う。簡単な場合として、前記Ｚ位置の計測を、最初のＺ
計測位置と最後のＺ計測位置において行うものとし、か
つ駆動指令値が一定間隔を置いて離れた各Ｚ計測位置に
Ｚチルトステージを順次位置させるものであるとすれ
ば、各Ｚ計測位置のＺ位置は最初のＺ計測位置のＺ位置
から最後のＺ計測位置のＺ位置までをＺ計測位置の数に
応じて均等割した位置として決定することができる。

【００１０】本発明の別の態様においては、前記制御手
段は、複数のＺ計測位置に前記基準マークを順次位置さ
せ、各Ｚ計測位置において前記基準マークのコントラス
トを検出するとともに、最初のＺ計測位置から最後のＺ
計測位置までの範囲内の２点もしくは数点において前記
基準マークの傾きの検出を行い、前記各Ｚ計測位置のＺ
位置、検出したコントラストおよび検出した基準マーク
の傾きに基づいて露光に際してのベストフォーカス位置
を得るものであることを特徴とする。この場合も、簡単
な場合として、前記傾きの計測を、最初のＺ計測位置と
最後のＺ計測位置において行うものとし、かつ各Ｚ計測
位置が一定間隔を置いて離れたものであるとすれば、各
Ｚ計測位置での傾きは最初のＺ計測位置での傾きから最
後のＺ計測位置での傾きをＺ計測位置の数に応じて均等
割した傾きとして決定することができ、これを考慮して
ベストフォーカス位置を得ることができる。

【００１１】また、本発明の露光方法は、ＸＹステージ
上に設けられたＺチルトステージ上の基板に原板のパタ
ーンを投影光学系を介して露光する際に、前記Ｚチルト
ステージ上に設けられた基準マークを複数のＺ計測位置
に順次位置させるべく前記Ｚチルトステージの駆動手段
に駆動指令を付与し、各Ｚ計測位置において前記基準マ
ークを前記投影光学系を介して観察し、その像のコント
ラストを検出するとともに、最初のＺ計測位置から最後
のＺ計測位置までの範囲内の２点もしくは数点において
前記基準マークのＺ位置の検出を行い、この検出Ｚ位置
および前記駆動指令値に基づいて各Ｚ計測位置のＺ位置
を決定し、これらのＺ位置および前記検出したコントラ
ストに基づいて露光に際してのベストフォーカス位置を
得ることを特徴とする。

【００１２】あるいは、ＸＹステージ上に設けられたＺ
チルトステージ上の基板に原板のパターンを投影光学系
を介して露光する際に、前記Ｚチルトステージ上に設け
られた基準マークを複数のＺ計測位置に順次位置させる
べく前記Ｚチルトステージの駆動手段に駆動指令を付与
し、各Ｚ計測位置において前記基準マークを前記投影光
学系を介して観察し、その像のコントラストを検出する
とともに、最初のＺ計測位置から最後のＺ計測位置まで
の範囲内の２点もしくは数点において前記基準マークの
傾きの検出を行い、前記各Ｚ計測位置のＺ位置、検出し
たコントラストおよび検出した基準マークの傾きに基づ
いて露光に際してのベストフォーカス位置を得ることを
特徴とする。

【００１３】本発明によれば、最初のＺ計測位置から最
後のＺ計測位置までの範囲内の２点もしくは数点におい
て基準マークのＺ位置あるいは傾きの検出を行うととも
に、この検出Ｚ位置およびＺチルトステージに対する駆
動指令値に基づいて各Ｚ計測位置のＺ位置を決定し、あ
るいはこのようなＺ位置と傾きを考慮してベストフォー
カス位置を得るようにしているため、Ｚチルトステージ
の駆動量が大きい場合のフォーカス計測値に与えるＺチ
ルトステージ駆動におけるゲイン誤差の影響が抑制され
る。すなわち、ＺチルトステージのＺ駆動中に変化した
チルト成分やＺレベリング時のリニアリティのずれに対
する考慮がフォーカス値に反映され、精度向上が図ら
れ、最良の像面位置での露光が行われる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態におい
ては、コントラストの検出、傾きの検出およびＺ位置の
決定を、まず第１のＸ、Ｙ位置において前記基準マーク
のＺ位置および傾きを検出し、次に前記基準マークを第
２のＸ、Ｙ位置に位置させ、次に前記検出したＺ位置を
基準に複数のＺ計測位置に前記基準マークを順次位置さ
せるべく前記Ｚチルトステージの駆動手段に駆動指令を
付与し、各Ｚ計測位置において前記基準マークのコント
ラストを検出するとともに、最後のＺ計測位置において
再度前記第１のＸ、Ｙ位置において前記基準マークのＺ
位置および傾きを検出し、前記駆動指令値および検出し
た２つのＺ位置に基づいて各Ｚ計測位置のＺ位置を決定
することにより行う。これは、前記コントラストの検出
と前記チルト・フォーカスセンサによる検出を異なる
Ｘ、Ｙ位置において行う場合の実施形態である。これに
より、コントラストの検出位置と、傾きおよびＺ位置の
検出位置とが異なる場合でも、計測精度を高く維持しつ
つ計測処理の迅速化が図られる。

【００１５】この場合、さらに、最初および最後のＺ計
測位置の中間のＺ計測位置においても第１のＸ、Ｙ位置
における基準マークのＺ位置の検出を行い、このＺ位置
も考慮して各計測位置のＺ位置の決定を行うことによ
り、駆動指令値に対するＺチルトステージのＺ駆動量が
リニアでない場合でも、各Ｚ計測位置の正確なＺ位置が
得られる。つまりＺレベリングにおけるリニアリティの
ずれ量が補正され、より正確な計測位置のＺ位置が得ら
れ、ベストフォーカス位置の検出精度の向上が図られ
る。こうして求められたベストフォーカス値を露光時の
フォーカス位置としてＺチルトステージをＺ駆動するこ
とにより、最良の像面位置において基板の露光が行われ
る。

【００１６】より具体的には、焦点深度が大きいフォー
カス系におけるベストフォーカスを求める場合、上記の
ようなＺ駆動誤差などの原因による問題点が発生する
が、それを解決する為に、本発明では、Ｚ駆動中に変化
したチルト変化量を検出して、フォーカス値に反映する
ことで問題を解決するものである。その手順は以下の通
りである。

【００１７】まず、Ｚチルトステージのレベリング前
に、従来通り、計測開始点のチルトθ１を計測する。次
に、コントラスト計測とＺレベリング動作を繰り返し、
最後に、最終計測点で再び、チルトθ２の計測を行う。
この計測された最終点のチルト量と計測開始点でのチル
ト量との差分Δθを算出する。その差分を、計測点毎に
チルトの補正量として、投影光学系のレンズ中心位置で
の高さΔＺｎに変換して、計測位置の補正量として反映
する。

【００１８】この様に、最初のチルト計測に加え、最後
のチルト計測を実行することで、計測中に変化し、とら
え切れていないチルト成分を計測位置に反映し、その値
を用いて近似計算を行うことで、より正確なベストフォ
ーカス検出が可能となる。また、焦点深度が大きいフォ
ーカス系のベストフォーカスを求める為に、大きなＺ駆
動量を必要とする露光装置において、尚且つ、チルト／
フォーカスセンサとアライメントスコープ（コントラス
ト検出手段）が同位置で測れない位置にステージ基準マ
ークが設定されている場合では、計測開始点（最初のＺ
計測位置）と計測終了点（最後のＺ計測位置）の高さの
指令値と実測値ｔ１、ｔ３を比較して、その差分を補正
量として均等に振り分ける方法をとる一方、更に、計測
途中の任意の点での計測ポイントを追加する。その場所
では、計測開始点や計測終了点と同様に、チルト／フォ
ーカスセンサが計測可能な位置へＸＹステージをスライ
ド移動させ、高さ（Ｚ位置）ｔ２を計測する。

【００１９】その計測途中の高さｔ２と均等割した高さ
Ｚｎｐ２の増加分ΔＲｎｐ２、および計測開始点と計測
終了点の高さｔ１、ｔ３から、高さＺの指令値に対する
ずれ量に対して、曲線近似計算により、各計測ポイント
での補正分ΔＲｎを算出し、各計測ポイントでの補正量
として振り分ける。

【００２０】これにより、より正確な計測位置Ｚｎ”に
補正することができ、より正確なベストフォーカス検出
が可能となり、こうして求められたベストフォーカス値
は、露光像面の最良の位置として記憶され、露光時のフ
ォーカス位置としてＺチルトステージを駆動すること
で、レチクルに描かれている回路パターンを最良の像面
位置でウエハに転写することが可能となるのである。

【００２１】この様に、Ｚ駆動量が大きい場合やゲイン
がずれたときにはベストフォーカス値にゲイン誤差がか
なり影響することがあり、またＺゲイン調整にも限界が
あり、その誤差成分を補正することが必要となってくる
が、Ｚ駆動中のチルト成分の変化量をレンズ中心のずれ
量に変換し、フォーカス値に反映したり、また中間位置
での高さＺの計測により、Ｚ駆動のリニアリティのずれ
量を補正し、フォーカス値に反映したりすることで、よ
り正確な計測位置に補正することができ、より精度の高
いベストフォーカス検出が可能となる。

【００２２】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る露光装置に
おけるフォーカス位置の計測に関係する部分を示す図で
ある。この露光装置は、焦点深度が大きい光学系（投影
レンズ３）を有し、そのベストフォーカスを求めるのに
Ｚチルトステージ６をＺ方向に大きく駆動させる必要が
ある露光装置である。

【００２３】同図に示すように、この露光装置では、ベ
ストフォーカス計測時、光源１から発せられる光線は、
ベストフォーカス検出用のレチクルマーク２を通り、投
影レンズ３を経由して、その下にあるＺチルトステージ
６上のステージ基準マーク４が観察できる位置関係にな
っている。この位置で、ステージ基準マーク４の像を、
アライメントスコープ１４を通して、ＣＣＤカメラ５で
観察し、コントラスト計測を行うようになっている。

【００２４】ベストフォーカス検出は、ステージ基準マ
ーク４の各Ｚ位置（上下方位置）でのコントラストの強
度と各Ｚ位置とからフォーカス位置を算出することによ
り行う。その際、Ｚチルトステージ６によりステージ基
準マーク４をＺ方向に上下させる。つまり、Ｚチルトス
テージ６を任意の種々の高さに駆動し、その各高さにお
いてステージ基準マーク４をＣＣＤカメラ５で観察した
ときのコントラスト値からベストフォーカスを算出する
ようになっている。しかし、その際、ステージ基準マー
ク４の高さや傾きを計測するチルト／フォーカスセンサ
７は、ステージ基準マーク４をアライメントスコープ１
４と同時に観察できない位置関係にある。

【００２５】以上の構成において、ベストフォーカス検
出動作を図１から図４を用いて説明する。まず図１に示
すように、チルト／フォーカスセンサ７でステージ基準
マーク４が計測できる位置にＸＹステージ８を位置ｂ
（実線）から位置ａ（破線）へスライド駆動させる。次
に、第一計測点ｐ１にＺチルトステージ６を駆動させ
る。

【００２６】そこで、チルト／フォーカスセンサ７によ
り、図２に示すように、第一計測点ｐ１におけるＺチル
トステージ６の傾きθ１を計測し、同時に高さｔ１も計
測する。

【００２７】次に、図１に示すように、ＸＹステージ８
を、位置ａから、アライメントスコープ１４でステージ
基準マーク４のコントラストが計測できる位置ｂにスラ
イド駆動させる。その後は、Ｚチルトステージ６の精度
だよりでＺチルトステージ６をＺ方向にｐ１〜ｐ２まで
計測ピッチに従って駆動させながら、ステージ基準マー
ク４のコントラストをアライメントスコープ１４で観察
し、計測していく。そして、中間の計測ポイントｐ２へ
達した時点で、ＸＹステージ８を位置ｂ’からａ’にス
ライド駆動させ、チルト／フォーカスセンサ７で、Ｚチ
ルトステージ６の高さｔ２を計測する。

【００２８】次に、ＸＹステージ８を位置ａ’からｂ’
にスライド駆動させ、Ｚチルトステージ６の精度だより
でＺチルトステージ６をＺ方向にｐ２〜ｐ３まで計測ピ
ッチに従って駆動させながら、ステージ基準マーク４の
コントラストをアライメントスコープ１４で観察し、計
測していく。最終計測点ｐ３のコントラスト計測が終了
した時点で再びＸＹステージ８を位置ｂ”からａ”にス
ライド駆動させる。そこで、図２に示すように、最終計
測点ｐ３におけるＺチルトステージ６の高さｔ３および
傾きθ２を計測する。

【００２９】従来、ベストフォーカスは、次式で計算さ
れていた。

【００３０】

【数１】これは、図２の右側の図で示すように、計測開始点から
計測終了点までの高さＺの移動量が小さい場合は、Ｚチ
ルトステージ６の計測開始点および計測終了点での傾き
θ１およびθ２は、ほぼ変化がみられず、投影レンズ６
のレンズ中心位置での変化量として無視できる量として
とらえることができていたことを示す。しかし、図２の
左側の図で示すように、本実施例での上記計測のよう
な、各計測ポイントでのチルト／フォーカスセンサ７に
よる補正なしで、しかも、Ｚ駆動量の大きい計測を行っ
た後では、Ｚチルトステージ６が計測開始点ｐ１から計
測終了点ｐ３まで駆動している間に、Ｚチルトステージ
６の傾きがθ１からθ２に無視できないほど変化する。
そのため従来の前記数１式によれば、計測中における傾
きによる傾きの変化量△θ＝（θ２−θ１）が、各計測
点でのレンズ中心位置のフォーカス変化量△Ｚ＝Ｚ２−
Ｚ１＝△θ＊Ｌ分だけ、正確に反映されないことにな
る。

【００３１】そこで本実施例では、計測途中に変化した
ステージの傾き変化量△θをフォーカス計測値ＰＫの計
算に反映させ、フォーカス精度の向上を図っている。こ
れを図２を用いて説明する。同図におけるＺチルトステ
ージ６を任意の高さに駆動する際のＺ駆動量は、駆動精
度に依存した送り量であり、補正を行わないため、各計
測ポイントでは、駆動指令値と実際の駆動値との間にず
れが生じる。まず、そのずれを補正するために、第一計
測点ｐ１でのＺチルトステージ６の高さｔ１と最終計測
点ｐ３で測った高さｔ３の差をＺ計測の計測ポイント数
Ｎ−１で均等割して、各計測ポイントにおける補正され
た高さＺｎを次式により計算する。

【００３２】

【数２】

【００３３】次に、第一計測点ｐ１でのＺチルトステー
ジ６の傾きθ１と最終計測点ｐ３での傾きθ２の差をと
り、計測中の変化量△θを求める。

【００３４】

【数３】

【００３５】この変化量△θをレンズ中心位置でのフォ
ーカスのずれ量とするために、アライメントスコープ１
４の計測位置からレンズ中心までの距離Ｌからレンズ中
心位置でのフォーカスずれ量△Ｚを求める。

【００３６】

【数４】

【００３７】このずれ量△Ｚを、次式に示すように、Ｚ
計測のポイント数Ｎ−１で均等割して、各計測ポイント
におけるＺの高さに振り分け、この振り分け補正量△Ｚ
ｎを前記数２式で計算した補正された高さＺｎに加算
し、各計測ポイントにおける高さＺｎ’を計算する。

【００３８】

【数５】

【００３９】この補正した高さＺｎ’の値を用いて、コ
ントラスト強度のピーク位置を検出し、それを中心とす
る数点の近似計算により、ベストフォーカス値ＢＦを算
出する。

【００４０】

【数６】

【００４１】これを、グラフに表すと、図３のようにな
る。図中の破線４１は、ステージの傾き変化を考慮しな
いときの高さＺに対するコントラストの関係を表したピ
ーク波形である。実線４２は、ステージの傾き変化を考
慮したときの高さＺに対するコントラストの関係を表し
たピーク波形である。両者の波形では、高さの起点ｔ１
は、同じであるが、終点においては、破線ではｔ３であ
るが、実線ではｔ３＋△Ｚに補正したものとなってい
る。つまり、実線は、破線のグラフを△Ｚ分、前記の計
算方法で伸ばしたグラフであり、ピーク中心位置は、△
Ｚｎだけずれ、より正確なフォーカス位置に補正されて
いることを表している。

【００４２】このように、計測途中に変化したステージ
の傾き変化量（θ２−θ１）を考慮し、レンズ中心位置
での高さのずれ量△Ｚｎで補正し、それを用いて近似計
算をし、算出したベストフォーカス値ＰＫ’は、より精
度の高いものとなる。

【００４３】さらに、Ｚチルトステージ６の精度だより
による駆動で、Ｚチルトステージ６を大きく駆動させる
場合には、Ｚチルトステージ６のリニアリティに関して
も考慮する必要がでてくる。前記では、Ｚ駆動指令値と
実際の駆動値のずれを補正するために、第一計測点ｔ１
と最終計測点ｔ３で測った高さの差をＺ位置計測のポイ
ント数Ｎ−１で均等割して、各計測ポイントにおける高
さ位置Ｚｎを計算する次式を記した。

【００４４】

【数７】

【００４５】しかし、実際のＺチルトステージ６を精度
だよりで大きく駆動させると、Ｚチルトステージ６の駆
動量が均等にならない状態が発生する。図４を用いて説
明すると、図中の破線４１は、前記のような第一計測点
ｔ１と最終計測点ｔ３で測った高さの差を均等割して計
算した各計測ポイントにおける高さ位置Ｚｎと計測ポイ
ントとの関係を示す。そして、実線４２は、第一計測点
ｔ１から最終計測点ｔ３までの各計測ポイントの高さを
実際にチルト／フォーカスセンサ７で計測した高さ位置
と計測ポイントとの関係を示す。このグラフから、大き
く駆動させた場合、実際の駆動量は、均等割したＺｎか
ら、ほぼ２次曲線でずれが生じていることが分かる。

【００４６】そこで、このＺチルトステージ６のリニア
リティに関する補正を行うために、第一計測点ｔ１と最
終計測点ｔ３の他に、中間計測ポイントｐ２においても
高さ計測を行う。すなわち、図５を用いて説明すれば、
前記で算出したＺｎのうち、中間計測ポイントｐ２での
高さをＺｎｐ２とし、中間計測ポイントｐ２で実際に計
測した高さをｔ２として、まず、中間ポイントでの両者
のずれ量△Ｒｎｐ２を次式により求める。

【００４７】

【数８】

【００４８】図５中の破線５１は、計測開始点ｐ１から
計測終了点ｐ３までの計測ポイントにおける均等割した
Ｚｎの増減分を示しており、当然、均等割り計算したも
のなので、増減変化のないグラフとなっている。これに
対して、折れ線５２は、均等割り計算した破線５１に対
する、実計測値の増減変化を表したものである。そし
て、曲線５３は、△Ｒｎｐ２を用い、計測開始点ｐ１、
計測中間点ｐ２および計測終了点ｐ３での破線５１に対
するずれ量を示す点を通る２次曲線を描いたグラフであ
る。この２次曲線から、計測ポイントＰｎにおけるＺｎ
に対してステージリニアリティ誤差分△Ｒｎを次式によ
り求めることができる。

【００４９】

【数９】

【００５０】すると、さらに補正されたＺ位置Ｚｎ”
は、次のようになる。

【００５１】

【数１０】

【００５２】この補正したＺｎ”の値を用いて、コント
ラスト強度のピーク位置を検出し、それを中心とする数
点の近似計算により、ベストフォーカス値ＢＦ”を算出
すると次式のようになる。

【００５３】

【数１１】

【００５４】このように、計測途中に変化したステージ
の傾き変化量（θ２−θ１）の補正に加え、チルト／フ
ォーカスセンサ７でフォーカス合せ（Ｚ位置計測）が行
えない計測ポイントに対するＺチルトステージ６のリニ
アリティによる誤差△Ｒｎを考慮し、各フォーカスポイ
ントでのずれ量を補正し、それを用いて近似計算をして
算出したベストフォーカス値ＰＫ”は、更に精度の高い
ものとなる。

【００５５】こうして求めたベストフォーカス値を、露
光像面の最良の位置として記憶し、露光時のフォーカス
位置としてＺチルトステージの駆動に用いることによ
り、レチクルに描かれている回路パターンを最良の像面
位置でウエハに転写することが可能となる。

【００５６】次に、このような露光装置を用いることが
できるデバイスの製造例について説明する。図６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。

【００５７】図７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１５
（レジスト処理）ではウエハにレジストを塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置または露
光方法によってマスクの回路パターンをウエハの複数の
ショット領域に並べて焼付露光する。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。

【００５８】これによれば、従来は製造が難しかった大
型のデバイスを低コストで製造することができる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
準マークの傾きの検出を２点もしくは数点において行
い、これを考慮してベストフォーカス位置を得るように
しているため、コントラスト計測時のＺ駆動量が大きい
場合でも精確にフォーカス位置の計測を行うことができ
る。また、基準マークのＺ位置の検出を２点もしくは数
点において行い、これを考慮して各Ｚ計測位置のＺ位置
を決定するようにしているため、コントラスト計測時の
Ｚ駆動量が大きく、かつＺ位置の計測位置とコントラス
トの計測位置とが異なる場合でも、迅速かつ精確にフォ
ーカス位置の計測を行うことができる。

【００６０】具体的には、焦点深度が大きいフォーカス
系でベストフォーカスを求めるために、Ｚチルトステー
ジの大きな駆動量を必要とする光学系をもつ露光装置に
おいて、かつ、チルト・フォーカスセンサによる計測と
アライメントスコープなどのコントラスト検出手段によ
るコントラスト計測とが同時に行えない位置にステージ
基準マークとレチクルマークが設定されている場合で
は、Ｚゲインのずれなど、ゲイン誤差がフォーカス値に
かなり影響してくる。また、ゲイン調整にも限界があ
り、その誤差成分を補正することが必要となってくる。
そこで本発明に従い、たとえば最初のＺ計測位置でのチ
ルト計測に加え、最後のＺ計測位置でのチルト計測を実
行することで、各Ｚ計測位置でのコントラストの計測中
に変化し、とらえ切れていないチルト変化成分を補正
し、また、最初および最後のＺ計測位置ならびに中間の
Ｚ計測位置でのＺ位置計測によりＺ駆動のリニアリティ
のずれ量を補正し、双方をフォーカス値に反映すること
で、より正確な計測位置に補正ができ、より精度の高い
ベストフォーカス検出が可能となる。こうして求められ
たベストフォーカス値を、露光像面の最良の位置として
記憶し、露光時のフォーカス位置としてＺチルトステー
ジを駆動することで、レチクルに描かれている回路パタ
ーンを最良の像面位置でウエハに転写することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る、ステージ基準マー
クをチルト／フォーカスセンサとアライメントスコープ
の双方で同時に観察出来ない位置にステージ基準マーク
が設定されている場合の露光装置を示す図である。

【図２】図１の装置におけるフォーカス計測動作を説
明するとともに、Ｚチルトステージの駆動量が大きい場
合と小さい場合のチルト変化がフォーカスに与える影響
を示す図である。

【図３】図１の装置においてチルト変化の補正を行っ
た事によるフォーカスピーク位置のずれ量を示す図であ
る。

【図４】図１の装置においてＺ駆動量を各計測ポイン
トにおいて均等割した値と実測値とのずれ量を示す図で
ある。

【図５】図１の装置において、各計測ポイントにおい
てＺ駆動量を均等割した値の増減変化に対する実測値の
ずれ量を示す図である。

【図６】本発明の露光装置を用いることができるデバ
イス製造例を示すフローチャートである。

【図７】図６のウエハプロセスの詳細なフローチャー
トである。

【符号の説明】

１：光源、２：レチクルマーク、３：投影レンズ、４：
ステージ基準マーク、５：ＣＣＤカメラ、６：Ｚチルト
ステージ、７：チルト／フォーカスセンサ、８：ＸＹス
テージ、９：ステージ基準面、１０：対物レンズ、１
１：リレーレンズ、１２：ＴＶモニタ、１３：レチク
ル、１４：アライメントスコープ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＸＹステージと、このＸＹステージ上に
設けられたＺチルトステージと、このＺチルトステージ
上の基板に原板のパターンを露光するための投影光学系
と、前記Ｚチルトステージ上に設けられた基準マークの
Ｚ位置および傾きを検出するチルト・フォーカスセンサ
と、前記投影光学を介して前記基準マークを観察し、コ
ントラストを検出するコントラスト検出手段と、これら
装置各部を制御する制御手段とを備えた露光装置におい
て、前記制御手段は、複数のＺ計測位置に前記基準マー
クを順次位置させるべく前記Ｚチルトステージの駆動手
段に駆動指令を付与し、各Ｚ計測位置において前記基準
マークのコントラストを検出するとともに、最初のＺ計
測位置から最後のＺ計測位置までの範囲内の２点もしく
は数点において前記基準マークのＺ位置の検出を行い、
この検出Ｚ位置および前記駆動指令値に基づいて各Ｚ計
測位置のＺ位置を決定し、これらのＺ位置および前記検
出したコントラストに基づいて露光に際してのベストフ
ォーカス位置を得るものであることを特徴とする露光装
置。
【請求項２】ＸＹステージと、このＸＹステージ上に
設けられたＺチルトステージと、このＺチルトステージ
上の基板に原板のパターンを露光するための投影光学系
と、前記Ｚチルトステージ上に設けられた基準マークの
Ｚ位置および傾きを検出するチルト・フォーカスセンサ
と、前記投影光学を介して前記基準マークを観察し、コ
ントラストを検出するコントラスト検出手段と、これら
装置各部を制御する制御手段とを備えた露光装置におい
て、前記制御手段は、複数のＺ計測位置に前記基準マー
クを順次位置させ、各Ｚ計測位置において前記基準マー
クのコントラストを検出するとともに、最初のＺ計測位
置から最後のＺ計測位置までの範囲内の２点もしくは数
点において前記基準マークの傾きの検出を行い、前記各
Ｚ計測位置のＺ位置、検出したコントラストおよび検出
した基準マークの傾きに基づいて露光に際してのベスト
フォーカス位置を得るものであることを特徴とする露光
装置。
【請求項３】ＸＹステージと、このＸＹステージ上に
設けられたＺチルトステージと、このＺチルトステージ
上の基板に原板のパターンを露光するための投影光学系
と、前記Ｚチルトステージ上に設けられた基準マークの
Ｚ位置および傾きを検出するチルト・フォーカスセンサ
と、前記投影光学を介して前記基準マークを観察し、コ
ントラストを検出するコントラスト検出手段と、これら
装置各部を制御する制御手段とを備えた露光装置におい
て、前記制御手段は、複数のＺ計測位置に前記基準マー
クを順次位置させるべく前記Ｚチルトステージの駆動手
段に駆動指令を付与し、各Ｚ計測位置において前記基準
マークのコントラストを検出するとともに、最初のＺ計
測位置から最後のＺ計測位置までの範囲内の２点もしく
は数点において前記基準マークのＺ位置および傾きの検
出を行い、前記駆動指令値および検出したＺ位置に基づ
いて各Ｚ計測位置のＺ位置を決定し、これらＺ位置およ
び前記検出したコントラストならびに前記検出した傾き
に基づいて露光に際してのベストフォーカス位置を得る
ものであることを特徴とする露光装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記コントラストの検
出と前記チルト・フォーカスセンサによる検出を異なる
Ｘ、Ｙ位置において行うものであることを特徴とする請
求項１〜３に記載の露光装置。
【請求項５】前記制御手段は前記コントラストの検出
およびＺ位置の決定を、まず第１のＸ、Ｙ位置において前記基準マークのＺ位置
を検出し、次に前記基準マークを第２のＸ、Ｙ位置に位
置させ、次に前記検出したＺ位置を基準に複数のＺ計測
位置に前記基準マークを順次位置させるべく前記Ｚチル
トステージの駆動手段に駆動指令を付与し、各Ｚ計測位
置において前記基準マークのコントラストを検出すると
ともに、最後のＺ計測位置において再度前記第１のＸ、
Ｙ位置において前記基準マークのＺ位置を検出し、前記
駆動指令値および検出した２つのＺ位置に基づいて各Ｚ
計測位置のＺ位置を決定することにより行うものである
ことを特徴とする請求項１〜４に記載の露光装置。
【請求項６】前記制御手段は前記コントラストの検
出、傾きの検出およびＺ位置の決定を、まず第１のＸ、
Ｙ位置において前記基準マークのＺ位置および傾きを検
出し、次に前記基準マークを第２のＸ、Ｙ位置に位置さ
せ、次に前記検出したＺ位置を基準に複数のＺ計測位置
に前記基準マークを順次位置させるべく前記Ｚチルトス
テージの駆動手段に駆動指令を付与し、各Ｚ計測位置に
おいて前記基準マークのコントラストを検出するととも
に、最後のＺ計測位置において再度前記第１のＸ、Ｙ位
置において前記基準マークのＺ位置および傾きを検出
し、前記駆動指令値および検出した２つのＺ位置に基づ
いて各Ｚ計測位置のＺ位置を決定することにより行うも
のであることを特徴とする請求項２または３に記載の露
光装置。
【請求項７】前記制御手段は、最初および最後の前記
Ｚ計測位置の中間のＺ計測位置においても前記第１の
Ｘ、Ｙ位置における基準マークのＺ位置の検出を行い、
このＺ位置も考慮して前記各計測位置のＺ位置の決定を
行うものであることを特徴とする請求項５または６に記
載の露光装置。
【請求項８】ＸＹステージ上に設けられたＺチルトス
テージ上の基板に原板のパターンを投影光学系を介して
露光する際に、前記Ｚチルトステージ上に設けられた基
準マークを複数のＺ計測位置に順次位置させるべく前記
Ｚチルトステージの駆動手段に駆動指令を付与し、各Ｚ
計測位置において前記基準マークを前記投影光学系を介
して観察し、その像のコントラストを検出するととも
に、最初のＺ計測位置から最後のＺ計測位置までの範囲
内の２点もしくは数点において前記基準マークのＺ位置
の検出を行い、この検出Ｚ位置および前記駆動指令値に
基づいて各Ｚ計測位置のＺ位置を決定し、これらのＺ位
置および前記検出したコントラストに基づいて露光に際
してのベストフォーカス位置を得ることを特徴とする露
光方法。
【請求項９】ＸＹステージ上に設けられたＺチルトス
テージ上の基板に原板のパターンを投影光学系を介して
露光する際に、前記Ｚチルトステージ上に設けられた基
準マークを複数のＺ計測位置に順次位置させるべく前記
Ｚチルトステージの駆動手段に駆動指令を付与し、各Ｚ
計測位置において前記基準マークを前記投影光学系を介
して観察し、その像のコントラストを検出するととも
に、最初のＺ計測位置から最後のＺ計測位置までの範囲
内の２点もしくは数点において前記基準マークの傾きの
検出を行い、前記各Ｚ計測位置のＺ位置、検出したコン
トラストおよび検出した基準マークの傾きに基づいて露
光に際してのベストフォーカス位置を得ることを特徴と
する露光方法。
【請求項１０】ＸＹステージ上に設けられたＺチルト
ステージ上の基板に原板のパターンを投影光学系を介し
て露光する際に、前記Ｚチルトステージ上に設けられた
基準マークを複数のＺ計測位置に順次位置させるべく前
記Ｚチルトステージの駆動手段に駆動指令を付与し、各
Ｚ計測位置において前記基準マークを前記投影光学系を
介して観察し、その像のコントラストを検出するととも
に、最初のＺ計測位置から最後のＺ計測位置までの範囲
内の２点もしくは数点において前記基準マークのＺ位置
および傾きの検出を行い、前記駆動指令値および検出し
たＺ位置に基づいて各Ｚ計測位置のＺ位置を決定し、こ
れらＺ位置および前記検出したコントラストならびに前
記検出した傾きに基づいて露光に際してのベストフォー
カス位置を得ることを特徴とする露光方法。
【請求項１１】請求項９〜１０のいずれかの露光方法
により露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。