JPH113855A

JPH113855A - 面位置検出方法、面位置調整方法及び投影露光方法

Info

Publication number: JPH113855A
Application number: JP9171019A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Sakakibara; 康之榊原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上のパターンの存在、基板の凹凸に左右
されることなく、高精度な基板の傾斜検出を可能にす
る。【解決手段】ＭＣＵ５６では、ウエハＷ上の各検出領
域における試料台１４の傾斜量とレベリングセンサ（６
０、６２）の検出値との対応関係を求めるに際し、予め
求められた各検出領域の傾斜量に基づいて一旦オープン
で試料台１４の傾斜を調整した後に、上記の対応関係を
求めるための計測を行う。このため、常に計測開始時に
その計測対象領域の傾斜を一定にすることができ、試料
台の傾斜量とセンサの検出値との対応関係（即ち、ウエ
ハ上のパターンがセンサの計測に及ぼす影響）の計測精
度が向上する。そして、センサ（６０、６２）の検出結
果と上記の対応関係とを用いて、基準面に対するウエハ
Ｗの傾斜量が算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面位置検出方法、
面位調整方法及び投影露光方法に係り、試料台上に載置
された基板の所定の基準面に対する傾斜量を検出する面
位置検出方法、この面位置検出方法を用いた面位置調整
方法、及びこれらの方法を用いた投影露光方法に関す
る。本発明は、半導体素子、液晶表示素子等をリソグラ
フィ工程で製造する際に用いられる露光装置に適用して
好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
をリソグラフィ工程で製造する際には、マスク又はレチ
クル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパ
ターンをレジストが塗布されたウエハ又はガラスプレー
ト等（以下、「ウエハ」と総称する）上に投影光学系を
介して露光転写する投影露光装置（例えば、ステッパ
ー）が用いられている。

【０００３】かかる投影露光装置における被露光基板で
あるウエハ表面には、プロセス処理や熱による影響等で
凹凸がある一方、投影光学系の焦点深度は非常に狭い傾
向にある。このため、ウエハ上の各ショット領域を投影
光学系の焦点深度の範囲内に一致させるためには、ウエ
ハ表面の露光領域内の傾斜を検出する必要があり、この
ため、通常、投影露光装置には、レベリングセンサが設
けられている。このレベリングセンサとしては、光源、
コリメートレンズ、集光レンズ及び位置検出器を備えた
コリメート式のレベリングセンサが比較的多く用いられ
ている。

【０００４】このコリメート式のレベリングセンサは、
基板の露光領域内の平均的傾斜を検出するものである
が、半導体素子は複数層のパターンを重ねて露光するこ
とにより形成されるので、ウエハ上のパターンによる回
折光の発生、干渉等の影響により、パターンの存在しな
い基板の場合と異なりレベリングセンサの検出結果に誤
差が生じ易い。

【０００５】この誤差を補正するため、従来において
も、実ウエハを用いて、ウエハが載置される試料台の傾
斜量と、ウエハ上複数ショット領域に対するレベリング
センサによる傾斜検出の結果とに基づいて、試料台の傾
斜とレベリングセンサの検出値（出力）との対応関係を
予め求め、これにより特定のウエハ上のパターンがレベ
リング検出に与える影響を求め、これを考慮してレベリ
ングセンサのオフセット調整を行うことにより、特定種
類のウエハの傾斜量（傾斜角）を正しく計測（検出）で
きるようにする試みが行われてきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のレベリングセンサのオフセット調整方法にあっ
ては、ウエハの形状やプロセス構造に対する考慮があま
りなされていないことから、ウエハの平坦度が悪い場
合、例えばウエハ外周部等では、上記の試料台の傾斜と
レベリングセンサの検出結果との対応関係の計測が、ウ
エハ上の露光領域が傾斜した状態で測定されてしまう場
合がある。かかる場合には、レベリングセンサによるウ
エハ上の検出領域が基準面（例えば水平面）に対して平
行であることを前提として、パターンによる回折光の発
生、干渉等の影響に起因するレベリングセンサの検出誤
差を補正するため、上記の対応関係の計測を行っていた
にもかかわらず、上記の対応関係計測の前提がくずれて
しまい、この計測結果に基づいてレベリングセンサのオ
フセット調整をしても正確にウエハの傾斜を検出できな
いという不都合があった。

【０００７】本発明はかかる事情の下になされたもの
で、請求項１ないし３に記載の発明の目的は、基板上の
パターンの存在、基板の凹凸に左右されることなく、高
精度な基板の傾斜検出を可能にする面位置検出方法を提
供することにある。

【０００８】また、請求項４及び５に記載の発明の目的
は、基板上のパターンの存在、基板の凹凸に左右される
ことなく、投影光学系の基板側像面に基板の傾斜を高精
度に一致させることができる面位置調整方法を提供する
ことにある。

【０００９】また、請求項６に記載の発明の目的は、基
板上の露光領域を投影光学系の基板側像面に高精度に一
致させることにより、高精度な露光を可能にする投影露
光法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、試料台（１４）上に載置された基板（Ｗ）の所定の
基準面に対する傾斜量を検出する面位置検出方法であっ
て、前記基板（Ｗ）上の複数の検出領域について、各検
出領域内の少なくとも３点で前記基準面に直交する第１
軸方向（Ｚ軸方向）の位置をそれぞれ検出し、当該検出
結果に基づいて各検出領域毎に前記基準面に対する傾斜
量を求める第１工程と；前記基板（Ｗ）上の前記複数の
検出領域について、前記第１工程で求めた傾斜量に応じ
て前記試料台（１４）の傾斜を調整して前記各検出領域
を前記基準面に平行に設定し、前記試料台（１４）の傾
斜を所定ピッチで変化させつつ、前記基板（Ｗ）の前記
基準面に対する傾斜量をセンサ（６０、６２）を用いて
光電検出する第２工程と；前記第２工程の結果に基づい
て、前記各検出領域における前記試料台（１４）の傾斜
と前記センサ（６０、６２）の検出値との対応関係をそ
れぞれ求める第３工程と；前記センサ（６０、６２）を
用いて前記基準面に対する前記基板（Ｗ）の傾斜量を検
出した結果と、前記第３工程で求められた前記対応関係
とを用いて、前記基準面に対する前記基板の傾斜量を算
出する第４工程とを含む。

【００１１】これによれば、第１工程で、基板上の複数
の検出領域について、各検出領域内の少なくとも３点で
検出された第１軸方向位置の検出結果に基づいて各検出
領域毎に基準面に対する傾斜量が求められる。次いで、
第２工程で、基板上の前記複数の検出領域について、第
１工程で求めた傾斜量に応じて試料台の傾斜が調整さ
れ、各検出領域が一旦基準面に平行に設定された後、試
料台の傾斜を所定ピッチで変化させつつ、基板の基準面
に対する傾斜量がセンサを用いて光電検出される。次
に、第３工程で、第２工程の結果に基づいて、各検出領
域における試料台の傾斜とセンサの検出値との対応関係
がそれぞれ求められる。

【００１２】このように、本発明によれば、各検出領域
における試料台の傾斜とセンサの検出値との対応関係を
求めるに際し、予め求められた各検出領域の傾斜量に基
づいて一旦オープンで試料台の傾斜を調整した後に、試
料台の傾斜とセンサの検出値との対応関係を求めるため
の計測が開始される。このため、常に計測開始時にその
計測対象である検出領域の傾斜を一定にすることができ
るので、試料台の傾斜とセンサの検出値との対応関係の
計測精度が向上する。

【００１３】そして、第４工程で、前記センサを用いて
基準面に対する傾斜量を検出した結果と第３工程で求め
られた前記対応関係とを用いて、基準面に対する基板の
傾斜量が算出されるので、基板の傾斜量を高精度に検出
することが可能になる。

【００１４】この場合において、第４工程で、基板の基
準面に対する傾斜量を算出するに際しては、センサを用
いて検出した基板の基準面に対する傾斜量を、第３工程
で求められた、複数の検出領域の内の任意の１又は２以
上の領域における試料台の傾斜とセンサの検出値との対
応関係を考慮して補正すれば足りる。これは、通常、基
板上には、同一パターンが繰り返し形成されているの
で、各検出領域内のパターンから発生する回折光や干渉
光が傾斜量を検出するセンサに与える影響には共通の傾
向があると考えられるからである。

【００１５】但し、例えば請求項２に記載の発明の如
く、前記第３工程で求めた前記各検出領域における前記
試料台（１４）の傾斜と前記センサ（６０、６２）の検
出値との対応関係に基づいて前記基板（基板全体）にお
ける前記試料台（１４）の傾斜と前記センサの検出値と
の対応関係を求め、前記第４工程において、この求めた
対応関係と前記センサの検出結果とに基づいて前記基板
の基準面に対する傾斜量を算出するようにしても良い。
この場合には、例えば特定の複数の検出領域についての
平均的な、試料台の傾斜とセンサの検出値との対応関係
が、基板における試料台の傾斜とセンサの検出値との対
応関係として求められるので、基板上の複数の領域内の
パターンから発生する回折光や干渉光が傾斜量を検出す
るセンサに与える影響を平均化効果により一層正確に求
めることができる。従って、この求めた対応関係を用い
て現実にセンサで検出した基板の傾斜量を補正した傾斜
量を、基板の基準面に対する傾斜量として算出すること
により、一層正確に基板の傾斜量を検出することができ
る。

【００１６】この場合において、請求項３に記載の発明
の如く、前記第３工程で求めた前記各検出領域における
前記試料台（１４）の傾斜と前記センサ（６０、６２）
の検出値との対応関係に基づいて前記基板（Ｗ）におけ
る前記試料台の傾斜と前記センサの検出値との対応関係
を求めるに際し、前記基板上の検出領域の位置に応じて
加重平均を行うようにしても良い。このようにすれば、
例えば、基板の内部に比べてセンサによる傾斜量検出誤
差を生じさせ易い基板外周部の検出領域での前記対応関
係の重みを軽くし、基板内部の検出領域での前記対応関
係の重みを重くするような加重平均により、試料台の傾
斜とセンサの検出値との対応関係の計測精度を向上させ
ることができ、この求められた対応関係を用いて現実に
センサで検出した基板の傾斜量を補正した傾斜量を、基
板の基準面に対する傾斜量として算出することにより、
より一層正確に基板の傾斜量を検出することができる。

【００１７】請求項４に記載の発明は、投影光学系（Ｐ
Ｌ）の基板側像面に基板（Ｗ）の傾斜を一致させる面位
置調整方法において、前記請求項１ないし３のいずれか
一項に記載の面位置検出方法を用いて前記基板（Ｗ）の
傾斜量を検出し、この検出結果と既知の前記基準面から
の前記投影光学系の像面の傾斜量とに基づいて前記基板
の傾斜を調整することを特徴とする。

【００１８】これによれば、請求項１ないし３のいずれ
か一項に記載の面位置検出方法により、基板の傾斜量
が、基板上のパターンの存在、基板の凹凸等に左右され
ることなく、高精度に検出され、この検出結果と既知の
基準面からの投影光学系の像面の傾斜量とに基づいて基
板の傾斜が調整されるので、基板上の検出領域を、基板
上のパターンの存在、基板の凹凸等に左右されることな
く、投影光学系の基板側像面に高精度に一致させること
が可能になる。

【００１９】この場合において、前記第３工程で求めら
れた各検出領域における試料台の傾斜とセンサの検出値
との対応関係が、検出領域毎に異なる場合には、請求項
５に記載の発明の如く、前記基板の傾斜を調整する際
に、前記基板上における各検出領域の位置に応じて傾斜
量を補正することが望ましい。

【００２０】請求項６に記載の発明は、マスク（Ｒ）に
形成されたパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して基板
（Ｗ）上のショット領域に順次投影露光する投影露光方
法において、前記基板上の各ショット領域の露光に先立
って、前記請求項４又は５に記載の面位置調整方法を用
いて露光対象であるショット領域を前記投影光学系の基
板側像面に一致させることを特徴とする。これによれ
ば、基板上の各ショット領域の露光に先立って、請求項
４又は５に記載の面位置調整方法を用いて露光対象であ
るショット領域が投影光学系の基板側像面に高精度に一
致させられ、この状態で露光が行われるので、高精度な
露光が可能となり、結果的に製品の歩留まりが向上す
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図２に基づいて説明する。

【００２２】図１には、本発明に係る投影露光方法が適
用される一実施形態の露光装置１０の構成が概略的に示
されている。この露光装置１０は、マスクとしてのレチ
クルＲの転写領域（パターン領域）ＰＡに露光用の照明
光ＩＬを照射すると共に基板としてのウエハＷを順次移
動し、レチクルＲの裏面に形成されたパターン（レチク
ルパターン）を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の複
数のショット領域に順次転写するステップアンドリピー
ト方式の縮小投影型露光装置（いわゆるステッパー）で
ある。

【００２３】この露光装置１０は、照明光学系１２、レ
チクルＲを保持するレチクルホルダＲＨ、投影光学系Ｐ
Ｌ、試料台としてのレベリングステージ１４を含むステ
ージ装置１３、焦点検出系、レベリングセンサ及び制御
系等を含んで構成されている。

【００２４】前記照明光学系１２は、図示しない水銀ラ
ンプ、あるいはエキシマレーザ等の光源からの照明光Ｉ
ＬのレチクルＲ上での照度均一性を高めるためのオプチ
カルインテグレータとしてのフライアイレンズＦＬと、
このフライアイレンズＦＬから射出された照明光ＩＬを
集光するコンデンサレンズＣＬと、このコンデンサレン
ズＣＬで集光された照明光ＩＬの光路を鉛直下方折り曲
げるミラーＭとを有している。

【００２５】このミラーＭで反射された照明光ＩＬの光
路の後方には、レチクルホルダＲＨによって水平に保持
されたレチクルＲが配置されている。このレチクルＲの
裏面にはクロム層からなるパターン領域ＰＡが形成され
ている。レチクルホルダＲＨは、不図示の駆動系によっ
て水平面内（ＸＹ面内）で微小駆動可能に構成されてい
る。

【００２６】前記投影光学系ＰＬは、レチクルホルダＲ
Ｈの下方に配置され、その光軸ＡＸ方向がＸＹ面に直交
するＺ軸方向とされている。この投影光学系ＰＬとして
は、ここでは両側テレセントリック系で所定の投影倍率
β（βは例えば１／４又は１／５）のものが使用されて
いる。

【００２７】前記ステージ装置１３は、投影光学系ＰＬ
の下方に配置されている。このステージ装置１３は、不
図示のベース上をＸ軸方向（図１における紙面内左右方
向）及びこにれ直交するＹ軸方向（図１における紙面直
交方向）に移動可能なＸＹステージ１６と、このＸＹス
テージ１６上に搭載されたレベリングステージ１４とを
備えている。ＸＹステージ１４は、不図示のリニアモー
タ等から成る駆動系により駆動されるようになってお
り、この駆動系が後述する主制御ユニット（ＭＣＵ）５
６からの指示応じてＸＹＤＲＶ７４によって制御され
る。

【００２８】レベリングステージ１４上に、不図示のウ
エハホルダを介してウエハＷが真空吸着されている。レ
ベリングステージ１４は、図示しないステージ調整機構
（３個の伸縮部材、例えばピエゾ素子等の圧電素子、及
び駆動系５８等を含む）によって光軸ＡＸ方向の移動及
びＸＹ平面に対する傾斜が調整可能に構成されている。

【００２９】また、ウエハＷはその表面が、投影光学系
ＰＬに対しレチクルＲのパターン面と共役となるように
レベリングステージ１４に保持されている。従って、レ
チクルＲが所定位置に位置決めされた状態では、図示し
ない光源から出た照明光ＩＬは照明光学系１２（ＦＬ，
ＣＬ，Ｍ）を通りレチクルＲを照明し、このレチクルＲ
を通過した照明光ＩＬは、投影光学系ＰＬを通りウエハ
Ｗ上に結像する。これにより、レチクルＲの裏面に形成
されたパターンがウエハＷ上のレジスト層に縮小投影さ
れる。

【００３０】次に、ウエハＷ表面の光軸ＡＸ方向の位置
変化を光学的に検出する焦点検出系の構成について構成
各部の作用と共に説明する。この焦点検出系としては、
斜入射光式の焦点検出系を採用するものとする。

【００３１】この焦点検出系は、光源２４、コンデンサ
ーレンズ２６、所定形状のスリットを有する絞り２８、
コリメータレンズ３０、第１ダイクロイックミラー３
２、照射対物レンズ３４、受光対物レンズ３６、第２ダ
イクロイックミラー３８、コンデンサーレンズ４０、振
動ミラー４２、受光スリットを有する絞り４４及び受光
素子４６等を含んで構成されている。

【００３２】これを更に詳述すると、光源２４は照明光
学系１２中の露光光源とは波長の異なるウエハＷのレジ
ストに対して非感光性の光を発生する。第２の光源２４
からの光束はコンデンサーレンズ２６により絞り２８上
に集光され、コリメーターレンズ３０により平行光束と
なって第１ダイクロイックミラー３２に達する。第１ダ
イクロイックミラー３２で反射された平行光束は、照射
対物レンズ３４によりその焦点位置に集光されウエハＷ
を斜めに照射する。この時、ウエハＷの表面が投影光学
系ＰＬの最良結像面にあると、絞り２８のスリット像が
コリメータレンズ３０、照射対物レンズ３４によってウ
エハＷの表面に結像される。また照射対物レンズ３４の
光軸（６０ａ）とウエハＷ表面との角度は５〜１２度位
に設定され、絞り２８のスリット像の中心は、投影光学
系ＰＬの光軸ＡＸがウエハＷと交差する点に位置する。

【００３３】さてウエハＷで反射した光束は、投影光学
系ＰＬの光軸ＡＸに対しその光軸（６２ａ）が照射対物
レンズ３４の光軸と対称に配置された集光対物レンズ３
６に入射する。集光対物レンズ３６を通り第２ダイクロ
イックミラー３８で反射された光束はコンデンサーレン
ズ４０、振動ミラー４２を介して絞り４４上に再結像さ
れる。

【００３４】振動ミラー４２は絞り４４上に再結像され
るスリット像を、その長手方向と直交する方向に微小振
動させるものである。この振動ミラー４２は、本実施形
態では、発振器（ＯＳＣ．）４８からの駆動信号でドラ
イブされるミラー駆動部（Ｍ−ＤＲＶ）５０によって振
動されるようになっている。

【００３５】こうして、スリット像が絞り４４上で振動
すると、絞り４４のスリットを透過した光束は受光素子
４６で受光される。この受光素子４６としては、例えば
シリコンフォトダイオード、またはフォトトランジスタ
が使用されている。

【００３６】そして、受光素子４６からの信号は同期検
波回路（ＰＳＤ）５４に入力する。このＰＳＤ５４には
ＯＳＣ．４８からの駆動信号と同じ位相の交流信号が入
力し、この交流信号の位相を基準として同期整流が行わ
れる。このＰＳＤ５４による検波出力信号ＦＳは主制御
ユニット（ＭＣＵ）５６に出力される。検波出力信号Ｆ
Ｓは、いわゆるＳカーブ信号と呼ばれ、絞り４４のスリ
ット中心とウエハＷからの反射スリット像の振動中心と
が一致したときに零レベルとなり、ウエハＷがその状態
から上方に変位しているときは正のレベル、ウエハＷが
下方に変位しているときは負のレベルになる。従って出
力信号ＦＳが零レベルになるウエハＷの高さ位置（光軸
ＡＸ方向の位置）が合焦点として検出される。

【００３７】主制御ユニット（ＭＣＵ）５６は、焦点検
出系の出力信号ＦＳに基づいて、レベリングステージ１
４の光軸方向の位置及び傾きを調整する不図示のステー
ジ調整機構を構成する駆動系５８をドライブする回路
（Ｚ−ＤＲＶ）５９に制御信号を出力し、これにより上
記のようにして合焦を行なう自動合焦（ＡＦ）機能を備
えている。

【００３８】なお、このような斜入射光方式では合焦点
（出力信号ＦＳが零レベル）となったウエハＷの高さ位
置が、いつでも最良結像面と必ず一致しているという保
証はない。すなわち斜入射光方式では、その系自体で決
まる仮想的な基準面を有し、その基準面にウエハ表面が
一致したときにＰＳＤ５４の出力信号ＦＳが零レベルに
なるのであって、基準面と最良結像面とは装置製造時等
に極力一致するように設定されてはいるが、長期間に渡
って一致しているという保証はない。そこで、振動ミラ
ー４２と絞り４４との間に、絞り４４上のスリットとウ
エハＷからの反射スリット像の振動中心との相対関係
を、スリット長手方向と直交する方向にシフトさせるプ
レーンパラレルを設け、このプレーンパラレルを傾ける
ことによって仮想的な基準面を光軸ＡＸ方向に変位させ
ることで、基準面と最良結像面との一致（または位置関
係の規定）を図るようにしてもよい。

【００３９】次に、ウエハＷ上の各ショット領域の表面
の光軸ＡＸに直交する平面（ＸＹ平面）に対する傾斜を
光学的に検出するセンサとしてのレベリングセンサ（チ
ップレベリング用のセンサ）について、その構成各部の
作用と共に説明する。

【００４０】このレベリングセンサは、照射光学系６０
と集光光学系６２とから構成されている。これを更に詳
述すると、照射光学系６０は、光源６４、コンデンサー
レンズ６６、微小円形開口を有する絞り６８、前記照射
対物レンズ３４から成り、コンデンサーレンズ６６は光
源６４の像を絞り６８上に形成し、絞り６８上に焦点を
有する照射対物レンズ３４により平行光束がウエハＷ上
に供給される。

【００４１】照射光学系６０から供給する光はウエハＷ
上のレジストを感光させないために露光用照明光ＩＬと
異なる波長の光で、さらに前記光源２４からの光とも波
長の異なる光である。

【００４２】また、集光光学系６２は、前記受光対物レ
ンズ３６と４分割受光素子７０とから成り、照射光学系
６０から供給されウエハＷで反射された光束は受光対物
レンズ３６によりその焦点位置に設けられた４分割受光
素子７０上に集光される。ここで、前述の如く、投影光
学系ＰＬの光軸ＡＸに関して、照射光学系６０の光軸６
０ａと、受光光学系６２の光軸６２ａとは対称である。
従って、ウエハＷの露光領域が平面度が高く、かつ光軸
ＡＸに関して垂直を保っているならば、照射光学系６０
からの光束は４分割受光素子７０の中心位置に集光さ
れ、この一方、ウエハＷの露光領域が垂直からθだけ傾
いている（ＸＹ平面に対しθだけ傾いている）ならば、
ウエハＷで反射される照射光学系６０からの平行光束は
受光光学系６２の光軸６２ａに対して２θ傾くため、４
分割受光素子７０上で中心から外れた位置に集光され
る。

【００４３】４分割受光素子７０上での集光点の位置に
対応した信号がＡ／Ｄ変換器を含む信号処理回路７２を
介してＭＣＵ５６に入力されるようになっている。従っ
て、ＭＣＵ５６では、信号処理回路７２からの出力信号
に基づきウエハＷの露光領域の傾き方向を検出し、４分
割受光素子７０上の集光点の変位方向及び量に対応する
制御信号ＤＳを発生し、レベリングステージ１４の調整
機構の駆動系５８をドライブする回路（Ｚ−ＤＲＶ）５
９へ出力する。これにより、Ｚ−ＤＲＶ５９によりレベ
リングステージ１４がウエハＷの露光領域表面の傾きを
補正するように移動される。このようにして、チップレ
ベリングが行なわれる。

【００４４】また、ＸＹステージ１６の移動位置（Ｘ，
Ｙ座標位置）は、レーザ干渉計ＩＦＭ（このレーザ干渉
計は、図１ではＸ軸用のみが示されているが、実際には
Ｙ軸用のものも存在する）により測定されるようになっ
ており、これらのレーザ干渉計ＩＦＭの出力信号がＭＣ
Ｕ５６に入力されるようになっている。従って、ＭＣＵ
５６は、ＸＹステージ１６の移動位置を干渉計ＩＦＭの
出力によりモニタしつつウエハＷのショット領域が順次
露光されるようにＸＹ−ＤＲＶ７４を制御する機能をも
有している。

【００４５】更に、本実施形態では、ＭＣＵ５に対し、
ＸＹステージ１６の移動、レベリングステージ１４の傾
斜駆動などを含む命令を与える上位コンピュータ（以
下、「ＨＯＳＴ」という）８０が設けられている。この
ＨＯＳＴ８０はＭＣＵ５６を介して、所定の基準面に対
するウエハの傾斜量、レベリングステージ１４の傾斜量
の情報等を入手し、レベリングセンサの検出値とレベリ
ングステージの傾斜量との対応関係の測定（これについ
ては後述する）、露光位置へのＸＹステージ１６の移動
等の命令を下位ユニットであるＭＣＵ５６に送る機能を
有する。

【００４６】なお、図１には、レベリングセンサ用光束
が実線で、また焦点検出系用の光束が点線で示されてい
る。

【００４７】次に、上述のようにして構成された露光装
置１０における露光の際の動作を説明する。前提とし
て、既にウエハＷ上に複数のチップパターン（ショット
領域）が形成されているものとする。まず、最初に、露
光の際の面位置調整の前提となるウエハＷにおけるレベ
リングステージ傾斜角θとレベリングセンサ出力φとの
対応関係の検出方法について説明する。

【００４８】ウエハ内複数ショットの傾斜量計測ＨＯＳＴ８０からウエハ内複数ショットのレベリング計
測の指令とともに、当該ショット領域の配列座標（ＸＹ
座標）が送られると、ＭＣＵ５６では、ＨＯＳＴ８０か
ら指定されたウエハＷ上の複数（例えば、５〜１０）の
ショット領域（以下、「サンプルショット」という）に
ついて、所定の基準面（ここではＸＹ平面）に対する傾
斜量測定を実行する。

【００４９】具体的には、ＭＣＵ５６では干渉計ＩＦＭ
の計測値をモニタしつつ、ＸＹ−ＤＲＶ７４を介してＸ
Ｙステージ１６を制御し、ウエハＷ上のサンプルショッ
トを焦点検出系の検出点（投影光学系ＰＬの光軸位置）
に順次位置決めし、かつＸＹステージ１６を所定量づつ
移動させながら各サンプルショットについて３〜５点
で、フォーカス検出系からの信号ＦＳに基づいてウエハ
Ｗ表面の光軸方向位置の検出を行う。次いで、ＭＣＵ５
６では、その各サンプルショット内３〜５点の光軸方向
位置の検出結果に基づいて統計演算を行い近似面を算出
することにより、サンプルショット毎に、ＸＹ面に対す
る傾斜量（Ｘ方向の傾斜量、Ｙ方向傾斜量）を求め、そ
の求めた傾斜量を各サンプルショットに１：１で対応付
けてＨＯＳＴ８０に送る。ＨＯＳＴ８０は、この各サン
プルショットの傾斜量（以下、適宜「チップフラットネ
スの計測値」という）をテーブルデータとして内部メモ
リ（ＲＡＭ）に記憶する。

【００５０】ウエハ内複数ショット領域についてレベ
リングステージ１４の傾斜とレベリングセンサ（６０、
６２）の出力（検出値）との対応関係を計測ＨＯＳＴ８０では予め計測され内部メモリに記憶されて
いるウエハＷ上の上記サンプルショットについてのチッ
プフラットネス計測値に基づいて、第１番目のサンプル
ショットがＸＹ平面（基準面）に平行になるようなレベ
リングステージ１４の傾斜駆動量をＭＣＵ５６に送る。
ＭＣＵ５６ではＺ−ＤＲＶ５９に指令を出力し、Ｚ−Ｄ
ＲＶ５９はその指令に基づき駆動系５８を介してレベリ
ングステージ１４を傾斜方向に駆動する。次に、当該サ
ンプルショットがレベリングセンサ（６０、６２）の検
出領域に位置決めされるように、ＨＯＳＴ８０では第１
番目のサンプルショットの配列座標（ＸＹ座標）をステ
ージ移動指令としてＭＣＵ５４に送る。ＭＣＵ５４では
その指令の基づき干渉計ＩＦＭの計測値をモニタしつ
つ、ＸＹ−ＤＲＶ７４を介してＸＹステージ１６の移動
を制御して、第１番目のサンプルショットをレベリング
センサ（６０、６２）の検出領域（投影光学系ＰＬの光
軸の直下である露光位置）に位置決めする。

【００５１】次に、ＨＯＳＴ８０ではＭＣＵ５６に対し
て当該第１番目のショット領域におけるセンサレート計
測の指令を与える。これにより、ＭＣＵ５６では、Ｚ−
ＤＲＶ５９を介してレベリングステージ１４の傾斜を所
定の測定範囲内で一定のピッチ間隔で変更しながら、信
号処理回路７２からのレベリングセンサ（６０、６２）
の計測値（Ａ／Ｄ変換値）をモニタする。このとき、レ
ベリングステージ１４の傾斜量の変化の情報とレベリン
グセンサの計測値がＭＣＵ５６からＨＯＳＴ８０に逐次
送られる。この結果、例えば、図２に●印で示されるよ
うな、測定範囲Ｄの全域に渡るレベリングステージ１４
の傾斜角θ〔ｒａｄ〕の変化に対応するレベリングセン
サ出力φ〔Ｖ〕が得られる。そこで、ＨＯＳＴ８０では
この多数の●印を結ぶ近似曲線を統計処理演算により求
める。この結果、図２中に実線で示されるような曲線Ｍ
が求められる。なお、図２では、説明の便宜上、曲線Ｍ
が明らかな曲線として示されているが、実際には、殆ど
直線に近いものとなるので、近似曲線の代わりに最小自
乗近似等の統計処理により近似直線を求めても良い。な
お、実際には、Ｘ方向、Ｙ方向について曲線Ｍあるいは
近似直線を求める必要がある。

【００５２】ところで、レベリングセンサ（６０、６
２）に計測誤差がなく理想的な場合には、図２中に点線
で示される直線Ｌが上記の計測の結果得られる筈であ
る。これより、図２中の曲線Ｍと直線Ｌとの差は、当該
サンプルショットに形成されたパターンによる検出光の
回折、干渉等に起因する計測誤差であると考えられる。

【００５３】本実施形態では、上記のレベリングステー
ジ傾斜角θとレベリングセンサ（６０、６２）の出力φ
との対応関係を求める際に、所定の閾値内（図２中の２
本の２点鎖線の間）にない計測値が出現した場合には、
ＨＯＳＴ８０では何らかの異常があると考え、例えばＨ
ＯＳＴ８０内の警告装置（ブザー、ランプ等）を介して
オペレータに警告を発するようになっている。

【００５４】ＨＯＳＴ８０では上述したレベリングステ
ージ傾斜角θとレベリングセンサ出力φとの対応関係の
計測を、各サンプリングショットについて行い、各サン
プリングショットについて図２の曲線Ｍと同様の曲線を
Ｘ方向、Ｙ方向について求め、それらをレベリングステ
ージ傾斜角θとレベリングセンサ（６０、６２）の出力
φとの対応関係のデータとして内部メモリに記憶する。

【００５５】ウエハＷにおけるレベリングステージ傾
斜角θとレベリングセンサ出力φとの対応関係の算出次に、ＨＯＳＴ８０では上記の計測の結果得られる複
数のサンプリングショットにおけるレベリングステージ
傾斜角θとレベリングセンサ出力φとの対応関係のデー
タを所定の統計処理、例えば平均化（あるいは最小自乗
法による統計処理）等することにより、ウエハＷ全体に
おけるレベリングステージ傾斜角θとレベリングセンサ
出力φとの対応関係（以下、適宜「センサレート」と称
する）を算出する。このようにすれば、複数のサンプリ
ングショット（検出領域）についての平均的な、レベリ
ングステージ１４の傾斜量とレベリングセンサの出力
（検出値）との対応関係が、ウエハＷ（全体）における
センサレートとして求められるので、ウエハＷ上の複数
のショット領域内のパターンから発生する回折光や干渉
光がレベリングセンサ（６０、６２）に与える影響を平
均化効果により一層正確に求めることができる。

【００５６】なお、このウエハＷにおけるセンサレート
の算出に際して、上記の計測の結果得られる複数のサ
ンプリングショットにおけるレベリングステージ傾斜角
θとレベリングセンサ出力φとの対応関係のデータを、
ウエハＷ上のサンプルショットの位置（ＸＹ位置）に応
じて加重平均するようにしても良い。具体的には、ウエ
ハＷ上の周辺部に位置にするサンプルショットについて
のデータには小さな重みを付け、内部に位置するサンプ
ルショットについてのデータには大きな重みを付けて、
加重平均によりセンサレートを算出するのである。この
ようにすれば、ウエハＷにおけるセンサレートの計測精
度を向上させることができ、これによりウエハＷ上の複
数のショット領域内のパターンから発生する回折光や干
渉光がレベリングセンサ（６０、６２）に与える影響を
より一層正確に求めることができる。

【００５７】次に、ＨＯＳＴ８０は、予め計測されてい
る基準面に対する投影光学系ＰＬの像面の傾斜の情報と
ともに、上記のウエハＷにおけるセンサレートをＭＣＵ
５６に送出する。ＭＣＵ５６は、これらの情報を内部メ
モリに記憶する。

【００５８】次に、ＨＯＳＴ８０からの指示により、Ｍ
ＣＵ５６により不図示のアライメントセンサを用いてウ
エハＷ上の所定の複数のアライメントマーク位置の検出
及びこの検出結果に基づく最小自乗法による統計処理演
算が行われ、ウエハＷ上の各ショット領域の配列座標が
算出される。すなわち、いわゆるエンハンスト・グロー
バル・アライメント（ＥＧＡ）が行われる。なお、ＥＧ
Ａについては、例えば特開昭６１−４４４２９号公報等
で公知であるので、詳細な説明については省略する。

【００５９】次に、ＭＣＵでは、ＨＯＳＴ８０からの指
示された露光順序に従って、ウエハＷ上の各ショット領
域を順次露光位置（投影光学系ＰＬの露光フィールド
内）に位置決めする。この位置決めの度毎に、ＭＣＵ５
６では、焦点検出系の検出結果に基づく前述したオート
フォーカス動作を行う。これと同時に、ＭＣＵ５６では
その時のレベリングセンサ（６０、６２）の計測値と、
内部メモリ内のウエハＷにおけるセンサレートとに基づ
いて、そのショット領域の真のＸＹ面に対する傾斜量を
算出し、更に、この傾斜量と内部メモリ内の投影光学系
ＰＬの像面の傾斜量の情報とに基づいて、Ｚ−ＤＲＶ５
９を介して駆動系５８を制御してレベリングステージ１
４の傾斜を調整する。これにより、投影光学系ＰＬの像
面の焦点深度の範囲内に正確にウエハＷの露光対象のシ
ョット領域が位置決めされるので、ＭＣＵ５６では、照
明光学系１２内の不図示のシャッタの開閉を制御して露
光用照明光ＩＬによってレチクルＲを照明し、当該ショ
ット領域にレチクルＲのパターンを露光する。

【００６０】このようにして、ウエハＷ上の各ショット
領域を順次露光位置へ位置決めするステッピング動作
と、レチクルＲのパターンを露光する動作とを繰り返し
行い、ウエハＷ上の全ショット領域にレチクルＲのパタ
ーンが順次露光される。各ショット領域に対するレチク
ルＲのパターンの露光に先立って、前述したオートフォ
ーカス動作とともに前述したレベリングステージ１４の
傾斜調整が行われる。このため、各ショット領域を投影
光学系ＰＬの結像面に正確に一致（焦点深度の範囲内に
設定）させた状態で、高精度な露光が行われる。

【００６１】以上説明したように、本実施形態の投影露
光装置１０によると、ウエハＷ上の凹凸やパターンの存
在に左右されることなく、ウエハＷ上の各ショット領域
の傾斜量を高精度に検出することができる。また、この
ウエハＷ上の各ショット領域の傾斜量の検出結果と既知
の投影光学系ＰＬの像面のＸＹ面に対する傾斜量の情報
とに基づいてレベリングステージ１４の傾斜調整が行わ
れるので、結果的にウエハＷ上の凹凸やパターンの存在
に左右されることなく、投影光学系ＰＬの像面にウエハ
Ｗ上の各ショット領域の傾斜を高精度に一致させること
ができる。更に、このような最適なウエハＷの傾斜補正
が、ウエハＷのショット領域の露光の度毎に、オートフ
ォーカス動作と同時に行われることから、投影光学系Ｐ
Ｌの像面にウエハＷ上の各ショット領域を精度良く一致
させた状態での高精度な露光が行われ、結果的に製品の
歩留まりが向上するという効果がある。

【００６２】なお、上記実施形態では、計測された各サ
ンプリングショットにおけるレベリングステージ傾斜角
θとレベリングセンサ出力φとの対応関係のデータを用
いて統計処理演算によりウエハＷにおけるセンサレート
を算出し、これを用いてウエハＷの傾斜を投影光学系Ｐ
Ｌの像面の傾斜と一致させる場合について説明したが、
本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、ウ
エハＷ全体について一律のセンサレートを算出するので
はなく、ウエハＷ上におけるショット領域の位置に応じ
て傾斜量調整のための補正量（オフセット量）を変えて
もよい。具体的には、前述した複数のサンプリングショ
ットのレベリングステージ傾斜角θとレベリングセンサ
出力φとの対応関係の計測データが、サンプリングショ
ット毎に異なる場合（異なる場合が殆どである）におい
て、上記の各サンプリングショットについては、計測さ
れたレベリングステージ傾斜角θとレベリングセンサ出
力φとの対応関係のデータをそのまま補正量のデータと
して用い、残りのショット領域については、当該ショッ
ト領域に近い３〜４個のサンプリングショットにおける
レベリングステージ傾斜角θとレベリングセンサ出力φ
との対応関係のデータの平均値又は加重平均値を補正値
とし、これらの補正値と、レベリングセンサ（６０、６
２）の計測値と、既知の投影光学系ＰＬの像面の傾斜量
とに基づいてレベリングステージの傾斜を調整するよう
にしても良い。

【００６３】また、上記実施形態では、本発明に係る投
影露光方法がステップアンドリピート方式の投影露光装
置に適用された場合について説明したが、これに限ら
ず、ステップアンドスキャン方式の走査型露光装置にも
本発明は同様に適用できるものである。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし３
に記載の発明によれば、基板上のパターンの存在、基板
の凹凸に左右されることなく、高精度な基板の傾斜検出
が可能になるという効果がある。

【００６５】また、請求項４及び５に記載の発明によれ
ば、基板上のパターンの存在、基板の凹凸に左右される
ことなく、投影光学系の基板側像面に基板の傾斜を高精
度に一致させることができるという効果がある。

【００６６】また、請求項６に記載の発明によれば、基
板上の露光領域を投影光学系の基板側像面に高精度に一
致させることにより、高精度な露光が可能になるという
優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る投影露光方法が適用される一実施
形態に係る投影露光装置の構成を概略的に示す図であ
る。

【図２】レベリングステージの傾斜角とレベリングセン
サの出力との対応関係の一例を示す線図である。

【符号の説明】

１４レベリングステージ（試料台）６０照射光学系（センサの一部）６２集光光学系（センサの一部）Ｗウエハ（基板）ＰＬ投影光学系Ｒレチクル（マスク）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料台上に載置された基板の所定の基準
面に対する傾斜量を検出する面位置検出方法であって、前記基板上の複数の検出領域について、各検出領域内の
少なくとも３点で前記基準面に直交する第１軸方向の位
置をそれぞれ検出し、当該検出結果に基づいて各検出領
域毎に前記基準面に対する傾斜量を求める第１工程と；
前記基板上の前記複数の検出領域について、前記第１工
程で求めた傾斜量に応じて前記試料台の傾斜を調整して
前記各検出領域を前記基準面に平行に設定し、前記試料
台の傾斜を所定ピッチで変化させつつ、前記基板の前記
基準面に対する傾斜量をセンサを用いて光電検出する第
２工程と；前記第２工程の結果に基づいて、前記各検出
領域における前記試料台の傾斜と前記センサの検出値と
の対応関係をそれぞれ求める第３工程と；前記センサを
用いて前記基準面に対する前記基板の傾斜量を検出した
結果と、前記第３工程で求められた前記対応関係とを用
いて、前記基準面に対する前記基板の傾斜量を算出する
第４工程とを含む面位置検出方法。
【請求項２】前記第３工程で求めた前記各検出領域に
おける前記試料台の傾斜と前記センサの検出値との対応
関係に基づいて前記基板における前記試料台の傾斜と前
記センサの検出値との対応関係を求め、前記第４工程に
おいて、この求めた対応関係と前記センサの検出結果と
に基づいて前記基板の基準面に対する傾斜量を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の面位置検出方法。
【請求項３】前記第３工程で求めた前記各検出領域に
おける前記試料台の傾斜と前記センサの検出値との対応
関係に基づいて前記基板における前記試料台の傾斜と前
記センサの検出値との対応関係を求めるに際し、前記基
板の検出領域の位置に応じて加重平均を行うことを特徴
とする請求項２に記載の面位置検出方法。
【請求項４】投影光学系の基板側像面に基板の傾斜を
一致させる面位置調整方法において、前記請求項１ないし３のいずれか一項に記載の面位置検
出方法を用いて前記基板の傾斜量を検出し、この検出結
果と既知の前記基準面からの前記投影光学系の像面の傾
斜量とに基づいて前記基板の傾斜を調整することを特徴
とする面位置調整方法。
【請求項５】前記第３工程で求められた前記各検出領
域における前記試料台の傾斜と前記センサの検出値との
対応関係が、検出領域毎に異なる場合、前記基板の傾斜
を調整する際に、前記基板上における前記各検出領域の
位置に応じて傾斜量を補正することを特徴とする請求項
４に記載の面位置調整方法。
【請求項６】マスクに形成されたパターンを投影光学
系を介して基板上のショット領域に順次投影露光する投
影露光方法において、前記基板上の各ショット領域の露光に先立って、前記請
求項４又は５に記載の面位置調整方法を用いて露光対象
であるショット領域を投影光学系の基板側像面に一致さ
せることを特徴とする投影露光方法。