JP2671338B2 - 露光方法及び基板の姿勢制御方法 - Google Patents
露光方法及び基板の姿勢制御方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は露光方法及び基板の姿勢制御方法に関するも
ので、特に半導体ウェハ等の基板の姿勢制御を行って露
光を実行する露光方法及び半導体ウェハ等の基板の姿勢
制御方法に関するものである。 〔従来の技術〕 従来のこの種の装置は、例えば特開昭58−103136号公
報に開示されているように、予めマスク基板、又はウェ
ハの表面の3点以上の高さ位置を計測し、その各計測値
に基づいて基板表面の近似平面を求め、この近似平面が
所定の水平面と平行になるように基板を保持するチャッ
クをレベリング(チルティング)させていた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記の如く従来の技術においては、基板上の3点以上
の位置を測定し、その結果から基板を、目標とする姿勢
にするための駆動軸の駆動量を算出し、駆動するという
方法であるため、駆動後の基板の位置の精度の向上に難
点があった。 すなわち、測定系と駆動系はおのおの独立しているた
め、駆動する精度が悪いと、測定系の精度がいくら良く
ても正しい位置決め精度が得られず、また駆動する精度
を良くしても、測定系の精度が駆動する精度よりも悪い
とよい精度が得られないからである。 本発明はこの様な従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、基板の制御位置の精度の向上を目的とする。 〔問題点を解決する為の手段〕 上記目的の為に本発明では、以下の様な構成をとっ
た。まず、基板上の多数点の高さを測定する機構であ
り、この機構はまた任意の高さを事前に設定しておけ
ば、基板上の点が設定した高さになったとき、これを検
出することができる機能をもっている。 次に、基板の姿勢を制御する機構を設け、基板を3点
以上の軸で支え、少なくとも2軸を上下させることによ
り基板の姿勢を制御するように構成する。また、この姿
勢制御機構は測定機構からの検出信号に基づいて、基板
上のある点が検出信号の位置になるように軸を駆動して
追い込むことができるようになっている。 以上述べた測定機構及び姿勢制御機構を使用して、以
下の様な手法で基板を目標とする姿勢にする。 まず、測定機構を使用して,基板上の3点以上の点で
高さを測定し、得られた測定結果から基板のn次方程式
を算出する。 次にあらかじめ設定されていた目標とする姿勢(平
面)にした時に駆動軸をどれだけ動かせばよいかを算出
する。 次に、1つの駆動軸について少なくとも1つのモニタ
ー点を設け、他の駆動軸を固定し、1つの駆動軸を目標
とする位置に駆動した場合のモニター点の高さ変化を算
出し、その高さで信号が出力されるように測定結果をセ
ットしておく。 測定装置をモニター点上に移動させ、1つの駆動軸を
駆動してモニター点の高さが計算位置になるように駆動
軸を駆動する。これを駆動軸の数だけくり返す。 以上の手法により高精度なレベリング制御が達成され
る。 〔作 用〕 本発明に於いては、基板上のある点を実際に計算した
高さになったかどうかを測定装置でチェックしながら駆
動装置を駆動するので、精度よく基板を姿勢制御でき
る。 〔実施例〕 第1図は本発明の実施例による姿勢制御装置が適用さ
れるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置の
構成を示す。回路パターンを有するレチクルRはレチク
ルホルダー2に保持され、均一な照度の照明項ILによっ
て照明される。レチクルRのパターンは投影レンズPLに
よって半導体デバイス作成用のウェハWに結像投影され
る。ウェハWはレベリングステージ9上に載置され、3
ケ所の駆動系10、11、12によって任意の方向に傾斜され
る。第1図ではウェハWがテーパを有し、このテーパを
補正してウェハWの表面と投影レンズPLの最良結像面
(レチクルRとの共役面)とを一致(平行)させるため
にレベリングステージ9を傾斜させた状態を誇張して表
わしてある。これらのレベリングステージ9と駆動系1
0、11、12は水平面内で2次元的に平行移動するxyステ
ージ8の上に設けられており、xyステージ8はモータ等
を含むステージ駆動部30によって駆動され、その座標位
置はステージ干渉計32によって逐次計測される。また上
記レベリングステージ9の駆動系10、11、12のうち、本
実施例では例えば駆動系10は固定とし、駆動系11、12の
2つをそれぞれ独立に上下動(投影レンズPLの光軸方向
の動き)させるものとする。この駆動系11、12はレベリ
ング駆動部34からの駆動量指令に応答して上下動する。 制御部36はステージ干渉計32からの計測座標値に基づ
いて、ステージ駆動部30へ所定の駆動指令を出力すると
ともに、xy座標系の任意の位置にxyステージ8(すなわ
ちウェハW)を位置決めする。 さて、投影レンズPLの最良結像面と、ウェハW上の局
所的なショット領域表面とを合致させるために、斜入射
光式フォーカスセンサーが設けられる。このセンサーは
多色LED、又はブロードな波長分布を有するハロゲンラ
ンプ等の光源3、集光レンズ4、スリット5、スリット
像の投影対物レンズ7、ウェハWの表面からのスリット
像反射光を入射する受光対物レンズ13、振動ミラー14、
ハービングガラス(平行平板ガラス)6、受光スリット
15、及び光電素子16等で構成され、詳しくは特開昭60−
168112号公報に開示されたものと同等である。従って振
動ミラー14の作用によってスリット像のウェハWでの反
射像がスリット15を横切るように振動し、この反射像の
振動中心とスリット15の中心とが合致したとき、ウェハ
Wの表面と最良結像面とが一致(合焦)するように設定
されている。第1図には示していないが、光電素子16か
らの光電信号(交流)は振動ミラー14の振動周波数に基
づいて同期検波され、合焦時にはOVとなり、フォーカス
ずれの前ピン、後ピンに応じて正負に電圧変化するアナ
ログ信号(所謂Sカーブ信号)がフォーカス信号として
得られる。このフォーカス信号が常にOVになるように、
不図示のVステージ(xyステージ8内に含まれる)をサ
ーボ制御により上下動させることによって、各ショット
領域毎にレチクルRのパターン像が合焦して露光され
る。またハービングガラス6は、受光スリット15とスリ
ット反射像の振動中心とを相対的に変位させるもので、
このハービングガラス6を傾けることによって、合焦点
として検出されるウェハWの表面高さを投影レンズPLの
光軸方向にシフトさせる(フォーカスオフセットにかけ
る)ことができる。ハービングガラス6の傾斜はハービ
ング駆動部38によって行なわるとともに、傾斜量(フォ
ーカスオフセット)はロータリーエンコーダ17を用いて
検知される。 ここで制御部36は、ハービング駆動部38に2つのモー
ドのうちのいずれか一方を実行するように指令する。1
つのモードは、ウェハWの表面の多点で高さ測定を行な
うために、ハービングガラス6を傾斜の所定の原点(又
はプリセット点)に固定する高さ測定モードであり、他
のモードは、投影レンズPLの最良結像面そのものが環境
温度、湿度、大気圧又は露光エネルギーの蓄積等の変動
で光軸方向に変化するのに追従してハービングガラス6
の傾斜を逐次変化させていく追従モードである。 この追従モードによってハービングガラス6を傾斜さ
せる詳しい動作については、例えば特開昭61−183928号
公報に開示されている。 以上の斜入射光式フォーカスセンサーは、同期検波型
以外の方法でもよく、例えばウェハ表面からの反射スリ
ット像を一次元フォトアレイ(CCD等)や一次元ポジシ
ョンセンサ(PSD等)によって受光し、その受光位置の
変化から焦点ずれを検出すれば同様の効果が得られる。
また、スリット5のウェハ表面へのスリット像は、露光
すべきショット領域のほぼ中央に投影されるため、実際
に露光する部分の焦点合わせがリアルタイムに行なわれ
る。 さて第2図はレベリングステージ9の構成を示す図で
あり、ウェハWはウェハホルダー(チャック)WHに吸着
され、このウェハホルダーWHはレベリングステージ9に
一体に設けられる。3ケ所の駆動系10、11、12は、ウェ
ハWの中心(あるいはホルダーWHのウェハW載置面の中
心)から放射状に伸びた3本の仮想線la、lb、lc上に位
置し、線la、lb、lcはほぼ120゜の角度で開いている。
またウェハ中心から各駆動系10、11、12の作用点までの
距離は、ともにほぼ等しいものとする。ここで以後の説
明を簡単にするため、固定点となる駆動系10をC軸と呼
び、上下動する2つの駆動系11、12の夫々を、A軸、B
軸と呼ぶことにする。また駆動系11、12にはA軸、B軸
の所定の原点からの高さ位置を検出するためのポテンシ
ョメータが設けられている。このポテンショメータから
の計測値は、後で詳しく述べるオープン制御の際に使わ
れる。尚、上記構成のレベリングステージは、例えば特
開昭62−274201号公報に開示されている。 次に本実施例の動作について説明するが、本実施例で
は従来と同様に予め測定しておいたウェハ表面を所定の
平面(ここでは最良像面)と平行(もしくは一致)にす
るために、測定されたウェハ表面の傾き分だけ駆動系1
1、12を所定量だけ一義的に駆動させるオープン制御方
式(オープン駆動)と、本実施例で最も特徴とするモニ
タリング制御方式(クローズ駆動)との2次式が択一的
に実行できるように構成されている。 第3図は上記オープン制御とモニタリング制御のいず
れか一方を実行して、ウェハWの表面全体と最良結像面
とを平行に一致させるグローバルレベリングの基本的な
シーケンスを表わすフローチャート図である。 以下第3図の各ステップ100〜128を説明する。 〔ステップ100〕 ここでは、ハービング駆動部38が2つのモードのうち
追従モードでハービングガラス6を傾斜制御している場
合、このハービングガラス6の追従を停止し、所定の原
点をへ復帰させて高さ測定モードに移行させる。ハービ
ングガラス6の傾斜はロータリーエンコーダ17によって
検出されるため、原点への復帰は極めて容易である。 次に制御部36は、xyステージ8を移動させて、ウェハ
Wのほぼ中心が投影レンズPLの光軸位置にくるように位
置決めし、その位置でフォーカスセンサーから得られる
フォーカス信号(Sカーブ信号)がOVになるようにZス
テージを上下動させる。Zステージの上下動が停止した
ら、その高さ位置を保って次のステップ102を実行す
る。尚、このとき、ウェハ中心部の表面はフォーカスセ
ンサーに対しては合焦して設定されるが、追従モードで
ないため最良結像面に対して合焦しているとは限らな
い。 〔ステップ102〕 次に、予め指定しておいたウェハW上の複数の測定点
Pi(i=1、2、3……)の1つに、フォーカスセンサ
ーのスリット像が投影されるようにxyステージ8を位置
決めする。このときZステージの上下動は禁止されてい
る。そして、測定点Piでフォーカスセンサーから得られ
るフォーカス信号に基づいて、ハービングガラス6の傾
斜をサーボ制御し、測定点Piがフォーカスセンサーに対
して合焦したのと同じ状態にする。これによってフォー
カス信号(Sカーブ信号)がOVになったとき、制御部36
はハービング駆動部38を介してエンコーダ17からの変化
量を読み込む。この変化量は、ウェハ中心点と測定点Pi
との高さ方向の差に相当している。 以上の動作を複数の測定点Piの全てに対して同様に繰
り返し、各測定点Piのウェハ中心点に対する高さ位置を
測定する。 一般に一つの平面は3点を決めれば特定できるので、
例えば第2図中に示した少なくとも3つの測定点Pa、
Pb、Pcを選ぶものとする。もちろんこれ以上多くの測定
点を選んでもよい。測定点Pa、Pb、Pcはそれぞれ線la、
lb、lcの上に位置するものとし、測定点PaとA軸の間
隔、測定点PbとB軸の間隔、及び測定点PcとC軸の間隔
は、予め定められているものとする。 〔ステップ104〕 次に制御部36は、複数の測定点Piの高さ位置と、各測
定点Piのxy座標系上の位置、すなわち測定点Piの3次元
座標値に基づいて、ウェハ表面のn次平面方程式(現在
の平面式)を算出する。本実施例では最小二乗法を用い
て1次平面方程式を算出するものとする。最小二乗法の
適用については特開昭58−103136号公報に詳細に説明さ
れているので、ここでは説明を省略する。 〔ステップ106〕 次に、投影レンズPLの最良結像面に相当した目標とす
る平面方程式(予め記憶されているものとする)と、先
に求めた現在の1次平面方程式とを比較し、目標平面に
対してウェハ表面がどれぐらい傾いているかを算出す
る。 〔ステップ108〕 次に算出された相対的な傾き(ズレ量)が許容範囲か
否かを判定する。この許容範囲の設定は、投影レンズPL
の焦点深度、ショット領域の大きさ、ウェハWの大きさ
等を考慮して行なわれる。ここで許容範囲に納まってい
ると判定されると、制御部36はステップ120にジャンプ
し、ハービング駆動部38を高さ測定モードから追従モー
ドに切替えてレベリング動作を終了する。許容範囲外の
ときはステップ110を実行する。 〔ステップ110〕 ここでは、オペレータからの指示に従って、オープン
駆動とモニタリング駆動のうち、いずれか一方を選択す
る。そこでまずオープン駆動が選択された場合を説明
し、次にモニタリング駆動の場合について説明する。 〔ステップ112〕 まず、ステップ104で求められたウェハ表面の現在の
平面方程式に基づいて、レベリング駆動軸であるA軸と
B軸との夫々の現在の平面との交点の高さ位置Ta、Tbを
算出する。この交点の位置は各駆動系10、11、12のウェ
ハ中心に対する距離によって予めわかっている。さらに
制御部36は、ウェハ表面を目標平面と合致させたときの
A軸とB軸の各高さ位置Ta′、Tb′を同様に算出し、現
在の高さ位置との差Sa、Sbを求める。この演算により求
められた各軸A、Bの差は Sa=Ta′−Ta、Sb=Tb′−Tbである。 〔ステップ114〕 次に制御部36は駆動系11に設けられているポテンショ
メータが現在値からSaだけ変化するようにA軸をサーボ
制御により上下動させる。 〔ステップ116〕 引き続き、又は同時に制御部36は、駆動系12に設けら
れているポテンショメータの現在値がSbだけ変化するよ
うにB軸をサーボ制御により上下動させる。 以上のステップ116によって、ウェハWのオープン制
御によるグローバルレベリングが終了する。 〔ステップ118〕 ここでは、レベリング後のウェハ表面が最良結像面と
平行になったことをチェックするか否かを判断し、チェ
ックするときは再びステップ102から同様に繰り返され
る。ここで、チェックの必要がないときは、次のステッ
プ120が実行されて、オープン制御方式による一連のグ
ローバルレベリング動作が終了する。 ところで、ステップ110においてモニタリング制御が
選択されている場合は、オープン制御方式と異なり独特
のシーケンスを実行する。すなわちフォーカスセンサー
を用いて各駆動系11、12の作動後(又は作動中)のウェ
ハ表面の高さ位置をモニターしつつ、より正確な面出し
(姿勢制御)を行なう。 以下、そのシーケンスを第4図(a)、(b)、
(c)を順次参照して説明する。 〔ステップ122〕 まずこの時点でウェハWの表面(現在平面)は第4図
(a)の点A1、B1、C1の3点で規定される面にあるもの
とする。点A1、B1、C1の各々は各軸A、B、C上の点で
ある。同様に目標とする平面は点C1、A3、B3の3点で規
定される面にあるものとする。また面A1B1C1上に設定さ
れた3つの点Pa1、Pb1、Pc1の夫々は、第2図中に示し
た3つの測定点Pa、Pb、Pcに対応しているものとする。
この測定点Pa、Pb、Pcは必らずしも第2図に示した通り
に定める必要はなく、任意の異なる位置(予め干渉計32
で計測されている位置)でかまわない。ただし、実際に
モニタリング制御時にモニターする測定点はPa、Pbの2
点のみである。尚、面C1A3B3上に設定された3つの点P
a3、Pb3、Pc3は各測定点Pa、Pb、Pcの目標平面上での位
置を表わす。 さて、先のステップ108まで求められたウェハ表面の
現在平面の一次平面方程式に基づいて、制御部36はA軸
の高さ位置(点A1)だけを目標平面の高さ位置(点A3)
に持っていた場合の第1段階の平面方程式を求める。す
なわち第4図(b)に示された面C1A3B1の1次平面方程
式を求める。 次に、A軸に最も近い測定点Paの第1段階の平面C1A3
B1上での点Pa2を求め、この点Pa2の高さHaを算出する。
この高さHaはハービングガラス6の原点からの傾斜量、
すなわちステップ100で設定したフォーカス原点位置か
らのフォーカスオフセット量に相当する。 〔ステップ124〕 測定点Paの平面C1A3B1上の点Pa2の高さHaが求まる
と、制御部36は高さHa分のハービング原点からのフォー
カスオフセットがフォーカスセンサーに与えられるよう
にハービング駆動部38を制御する。ハービング駆動部38
はエンコーダ17からの読み値に基づいてハービングガラ
ス6の傾斜駆動をサーボ制御する。このオフセットを与
えるとき、制御部36はフォーカスセンサーが測定点Paを
検出するように、Zステージの高さ位置は固定したまま
xyステージ8を位置決めする。 次に制御部36はフォーカスセンサーから得られる測定
点Paの高さに応じたフォーカス信号がOVになるようにA
軸(駆動系11)のみを上下方向に駆動する。これはフォ
ーカス信号を駆動系11のサーボ回路に供給することで、
極めて正確に追込みができる。この結果、ウェハ表面の
1次平面方程式は第4図(b)の面C1A3B1と一致する。 〔ステップ126〕 次に制御部36は、B軸のみを駆動してウェハ表面を第
4図(b)の面C1A3B1から第4図(c)に示すような目
標平面C1A3B3にもっていた場合、B軸に最も近い測定点
Pbの高さHbを算出する。尚、第4図(c)において、点
Pb2は、測定点Pbの面C1A3B1上での位置である。この点P
b2の高さも演算により予め求めることができる。 〔ステップ128〕 次に、制御部36はフォーカスセンサーが測定点Pbを検
出するようにZステージの高さ位置は固定したままxyス
テージ8を位置決めする。そしてさらにフォーカスセン
サーが原点から高さHbだけオフセットして設定されるよ
うに、ハービングガラス6の傾斜量を調整する。 次に制御部36はフォーカスセンサーから得られる測定
点Pbの高さに応じたフォーカス信号がOVになるようにB
軸(駆動系12)のみを上下方向にサーボ駆動する。この
結果、ウェハ表面の1次平面方程式は第4図(c)の面
C1A3B3と一致する。 以上のステップ122〜128により、ウェハのモニタリン
グ(クローズ)制御方式によるグローバルレベリングが
完了し、次のステップ118から前述の動作と同様の動作
が実行される。 次に本実施例の他のシーケンスについて第5図のフロ
ーチャート図を参照して説明する。 このシーケンスでは、先のステップ100〜108までを全
く同様に実行した後の流れが異なり、その特徴的なステ
ップはステップ108からステップ118までの間のステップ
200〜212である。ただし、ステップ208は先のステップ1
12、114、116を1つにまとめたものであり、ステップ21
0はステップ122、124、126、128を1つにまとめたもの
である。 第5図のシーケンスは、特にレベリング量が大きい場
合に有効なものであり、オープン制御とモニタリング制
御とを自動的に選択し、なおかつ両制御方式をシーケン
シャルに組み合わせたものである。 以下ステップ200〜212について説明する。 〔ステップ200〕 ステップ108で、ウェハ表面の現在平面と目標平面と
の傾きのズレ量が許容範囲以上あると判断された後、こ
こではそのズレ量がある値以上なのか否かをチェックす
る。そしてズレ量が比較的大きいときはオープン制御を
選択してステップ202へ進み、比較的小さいときはモニ
タリング制御を選択してステップ204へ進む。 〔ステップ202〕 ここではシーケンスのフラグをオープン側にセットす
る。 〔ステップ204〕 ここではシーケンスのフラグをモニタリング側にセッ
トする。 〔ステップ206〕 ここではフラグをチェックして、オープンのときはス
テップ208(ステップ112〜116)を実行してグローバル
レベリングを行なう。またモニタリングのときはステッ
プ210(ステップ122〜128)を実行してグローバルレベ
リングを行なう。 〔ステップ212〕 ここで再度フラグをチェックして、オープン側でレベ
リング動作を行なった場合は、再びステップ102へ戻っ
て同様の動作を繰り返す。逆にモニタリング側でレベリ
ング動作を行なった場合は、ステップ118へ進み先の説
明と同様の動作を実行する。 以上のシーケンスによれば、ステップ108で判断され
たズレ量が極端に大きい場合でも、高速に、かつ正確に
ウェハWをレベリングさせることができる。 尚、ステップ120でハービング駆動部38を追従モード
に戻すまでは、レベリング後のウェハ表面と投影レンズ
PLの最良結像面とは正確に平行にはなるものの、かなら
ずしも合致しているとは限らない。従ってステップ120
で追従モードに戻すことによって、それ以後はフォーカ
スセンサーで検出されたフォーカス信号に基づいてZス
テージをサーボ制御することで最良結像自体の変動によ
らず常に合焦状態が維持できる。 以上、本実施例によれば、目標とする平面A3B3C1はス
テップ106において任意に設定できるため、投影レンズP
Lの最良結像面がxyステージ8の移動平面に対して傾い
ていた場合、すなわち像面傾斜が生じていた場合でも、
この像面傾斜に合わせて目標平面を設定するだけでよい
ので、露光すべき1ショット内で解像不良となる部分
(ショット4隅等)がなくなるといった利点がある。 また本実施例ではウェハ上の3点の高さ位置を計測し
て平面を特定するものとしたが、これはもちろんモニタ
リング制御の途中で第1段階の平面に設定されたウェハ
表面を再計測する場合にも同様に実施できる。例えば第
4図(b)(c)中の点Pa2、Pb2等を再計測し、この点
Pa2から点Pa3の高さを再演算で求め、点Pa2に対する点P
a3の高さ方向のずれ分だけさらにフォーカスオフセット
を与えてA軸をモニタリング駆動し、同様に点Pb2に対
する点Pb3の高さ方向のずれ分だけさらにフォーカスオ
フセットを与えてB軸をモニタリング駆動することもで
きる。 またステップ102で測定するウェハW上での点(正確
にはフォーカスセンサーによる検出領域)と、モニタリ
ング制御時にモニターする点とは、本実施例では一部重
複するものとしたが、これは全く重複することのない任
意の点でもかまわない。 さらに、斜入射型のフォーカスセンサーを用いている
ため、ウェハ表面の高さ計測が極めて高精度(例えば0.
2μm程度の分解能)に行なえる利点から、ウェハ表面
上の多数点を測定して近似平面を特定する精度が高くな
る。そこで例えば第6図に示すように、ウェハWの表面
にP1〜P15までの測定点(測定ショット)を設定し、各
測定点のうち必要な領域の面、又は重要の領域の面に含
まれる点の高さ計測値に所定の重み付けをすることによ
って、ウェハ表面の一部の領域に最もフィットした近似
平面(1次平面方程式)を決定することができる。第6
図中の測定点(ショット)P1はウェハWのほぼ中心に位
置し、点(ショット)P2、P3、P4、P5は点P1からほぼ等
距離で4方向に位置するように定められ、点(ショッ
ト)P6〜P15はウェハ表面の周辺付近に位置するように
定められる。ここでウェハプロセスの影響等によってウ
ェハWが第7図のようにそっていた場合を考えてみる。
第7図は第6図のウェハWを点(ショット)P13、P4、P
9を含む線で切った場合の断面を表わす。ウェハプロセ
スで点P13付近(ウェハ左側)は上方にそりが発生し、
点P9付近(ウェハ右側)は下方にそりが発生した場合、
ステップ102の測定による各測定点P1〜P15の高さから最
小二乗法により求めたウェハ表面の現在平面A1B1C1は第
7図中に示すように、ウェハ表面の中央付近の平坦部に
対してはわずかに傾いたものになってしまう。そこでウ
ェハ周辺のそりが発生した部分の測定点、例えばP7、
P8、P9、P13、P14等での高さ計測値に対しては最小二乗
法の演算時に重み付けを小さくし、中央付近の点P1〜P5
での高さ計測値に対しては重み付けを大きくしておく。
このようにすると、本来歩留りの悪いウェハ周辺部のそ
りに影響されることなく、歩留りの良いウェハ中央部が
重点的にレベリングされることになる。 またウェハによっては第8図に示すように全体的に中
央部がふくらんでそっている場合もある。第8図は第6
図中の点P1、P2、P4、P6、P11を含む線でウェハを切っ
た断面を表わす。このようなウェハの場合、最小二乗法
により1次平面方程式で近似されるウェハ表面は平面
A1、B1、C1のように部分的にはウェハ表面と平行となる
ものの、多くの部分ではかならずしも平行となってはい
ない。そこで、このような状況に対応するため、グロー
バルレベリングの他にブロックレベリングを行なうシー
ケンスも設けておくとよい。ブロックレベリングとは、
ウェハ表面をいくつかのブロックに分け、各ブロック毎
に近似された1次平面方程式に基づいてレベリングをか
けていくものである。例えば第6図中において、点P1、
P2、P3、P6、P7、P8を含む第1のブロックと、点P1、
P3、P4、P9、P10、P11を含む第2のブロックと、点P1、
P4、P5、P11、P12、P13を含む第3のブロックと、点
P1、P2、P5、P6、P14、P15を含む第4のブロックとの4
ブロックに分ける。そしてまず各ブロック内の測定点の
高さをステップ102において順次計測した後、各ブロッ
ク毎の1次平面方程式を求める。この結果、例えば第1
ブロックについては第8図に示すような1次平面RP1が
決定され、第2ブロックについては、1次平面RP2が決
定される。 各ブロック毎の1次平面が決定された後、ステップア
ンドリピート方式で各ショットを露光するとき、そのシ
ョットがどのブロックに属するかを求め、そのブロック
の1次平面が最良結像面(目標平面)と平行になるよう
に、例えばオープン制御方式でレベリングを行なえばよ
い。このブロックレベリングは露光動作前のアライメン
ト動作において、ウェハ上の複数のショット領域に付随
したアライメントマークの位置を検出するサンプルアラ
イメントを実行する場合にも同様に実行することが望ま
しい。 また、ウェハ上の3点を計測してオープン制御によっ
てグローバルレベリングを行なった後に、再度多数の測
定点を計測して露光時、又はサンプルアライメント時に
ブロックレベリングを行なうようにしてもよい。 さらに、スループットは多少低下するが、ブロックレ
ベリングをより高精度に行なうために、例えば第9図の
フローチャートに示すようなシーケンスを設けてもよ
い。第9図はブロックレベリング時にモニタリング制御
方式の精密さとオープン制御方式の高速性とを効率的に
組み合わせたシーケンスを概略的に表わしたものであ
る。 まずステップ220でブロック毎の1次平面方程式を求
め、ステップ222で、1つのブロックに関してA軸、B
軸をモニタリング制御し、その1つのブロックの現在平
面と目標平面とを正確に合致させる。このときフォーカ
スセンサーでモニターすべき点は、そのブロック内に含
まれている少なくとも2点を用いるのが好ましい。その
ブロックについてモニタリング制御によりレベリングが
完了したら、ステップ224でそのときのA軸、B軸(駆
動系11、12)の高さ位置をポテンショメータから読み取
り記憶する。この動作をウェハ上の全ブロックについて
実行し(ステップ226)、各ブロック毎のレベリング量
(ポテンショメータ値)を予め記憶しておく。このレベ
リング量はモニタリング制御により決定されているから
極めて精密である。次に、サンプルアライメント、又は
露光の動作に移ったときは、ステップ228のように、記
憶したレベリング量に基づいてウェハを各ブロック毎に
オープン制御で傾斜させればよい。 尚、ブロックレベリングを行なう場合、分割するブロ
ック数を増やしていけば、ウェハ上のショット領域毎の
レベリング、所謂イーチレベリング(又はDie by Dieレ
ベリング)に相当する動作も可能である。 また本実施例では、ウェハ表面の近似平面方程式は2
次以上の式でも扱えるため、例えば第10図に示したウェ
ハWのように、ウェハ表面が波打っていた場合は、多数
(4点以上)の測定点Piの高さ値に基づいて、高次平面
A1B1C1′を決定してもよい。この場合、面A1B1C1′を特
定する演算処理に多少時間はかかるものの、面A1B1C1′
が特定された後はウェハ表面の任意のショット領域SAに
ついて最も近似された傾斜量がただちに求まるため、シ
ョット毎にレベリングを行なうことが可能である。この
ことは第7図、第8図に示したウェハの場合にも同様に
あてはまる。 ところでxyステージ8は干渉計32により位置計測され
るものの、レベリング動作に伴うウェハWの横ずれ量は
干渉計32によって検出できない構造となっているのが一
般的である。これは干渉計32からのレーザビームを受け
る移動鏡がレベリングステージ9に設けられないことに
起因する。 従ってレベリング動作前と後とでウェハWのxy方向の
位置が微小量でも狂ってくると、正しい重ね合わせ露光
ができなくなる。もちろんグローバルレベリング又はブ
ロックレベリングを行なってから、ウェハ上のアライメ
ントマークの位置を計測するようにしておけば、このよ
うな問題は生じない。しかしながらシーケンスによって
は、サンプルアライメントを行なってウェハ上のショッ
ト位置を決定したときと、実際にそのショットを露光す
るときとでレベリング量が異なってくることもある。そ
こでこの場合は、そのレベリング量の差からショットの
横ずれ量を計算によって求めるか、又は横ずれ量検出セ
ンサーをレベリングステージ9とxyステージ8上の移動
鏡との間に設けるようにすればよい。 先に説明したグローバルレベリングでは、1枚のウェ
ハに対しての動作を述べたが、同一ロット内の多数枚の
ウェハを連続して処理する場合、ロット先頭の1枚だけ
グローバルレベリング(又はブロックレベリング)を行
ない、それ以降のウェハについてはA軸、B軸を固定し
たまま使用することもできる。 さらにロット先頭の2〜3枚のウェハについてはレベ
リング動作を行なって処理し、そして各ウェハのレベリ
ング量の平均値を求め、その平均的な一定のレベリング
量で以降のウェハを処理することも可能である。 先に述べた実施例において、ステップ102、104の動作
でウェハ上の測定点が3点のときは、その3点で代表さ
れる現在平面A1B1C1を特定し、4点以上の測定点のとき
は自動的に最小二乗法により現在平面A1B1C1を特定する
ようにしてもよい。 また制御部36によってウェハ上の測定点を定めると
き、通常フォーカスセンサーはショット領域の中心部を
検出するように働くので、制御部36は一番初めに定めて
おいたショット領域の中心部がウェハ外形からはみ出す
か否かをチェックし、はみ出す場合は測定点とすべきシ
ョット領域をウェハ内側に再設定するオートアドレッシ
ング機能も備えている。 さらに本発明において目標平面となるべき最良結像面
を決定する手法としては、テストレチクルを用いてウェ
ハ上にためし焼きを行ない、1つのショット領域内の4
隅の解像力を調べ、解像力が最大(ベストフォーカス)
となるZ方向(フォーカス方向)の高さ位置を4隅の各
々について求める方法等が利用できる。例えば第11図に
示すようにテストチャートのためし焼きによりショット
4隅のベストフォーカス位置(高さ)がZ1、Z2、Z3、Z4
のように求められたとする。この場合、目標平面A3B3C1
を決定する1次平面方程式を、Z=ax+by+γ(ただ
し、a、b、γは定数)とすると、定数a、bは で表わされる。ここでLはショット領域のx、y方向の
長さに相当する。 もちろん、ためし焼きにより、ショット領域内のさら
に多数点についてベストフォーカス位置を求め、最小二
乗法等により目標平面のn次平面方程式を決定してもよ
い。 〔発明の効果〕 以上の様に本発明によれば、基板の高さ位置をモニタ
しながら2段階にレベリングを行うと、基板表面を正確
に目標面に近づけることができる。従って露光の際、装
置の理論上の解像力を得ることができる。 また、従属請求項に記載された発明によれば、投影レ
ンズを有する露光装置において、N.A.が大きく、したが
って焦点深度が浅いレンズを搭載している場合に、その
レンズの像面傾斜に合わせて目標面を指定することで、
浅い焦点深度を有効に活用できる。 また、ウェハ上の必要な領域の面、又は重要な領域の
面を目標とする面に近づけることができる。 また、個々のウェハ(又はマスク)等の基板のテーパ
によって引き起こされていた影響を取り除くことができ
る。
ので、特に半導体ウェハ等の基板の姿勢制御を行って露
光を実行する露光方法及び半導体ウェハ等の基板の姿勢
制御方法に関するものである。 〔従来の技術〕 従来のこの種の装置は、例えば特開昭58−103136号公
報に開示されているように、予めマスク基板、又はウェ
ハの表面の3点以上の高さ位置を計測し、その各計測値
に基づいて基板表面の近似平面を求め、この近似平面が
所定の水平面と平行になるように基板を保持するチャッ
クをレベリング(チルティング)させていた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記の如く従来の技術においては、基板上の3点以上
の位置を測定し、その結果から基板を、目標とする姿勢
にするための駆動軸の駆動量を算出し、駆動するという
方法であるため、駆動後の基板の位置の精度の向上に難
点があった。 すなわち、測定系と駆動系はおのおの独立しているた
め、駆動する精度が悪いと、測定系の精度がいくら良く
ても正しい位置決め精度が得られず、また駆動する精度
を良くしても、測定系の精度が駆動する精度よりも悪い
とよい精度が得られないからである。 本発明はこの様な従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、基板の制御位置の精度の向上を目的とする。 〔問題点を解決する為の手段〕 上記目的の為に本発明では、以下の様な構成をとっ
た。まず、基板上の多数点の高さを測定する機構であ
り、この機構はまた任意の高さを事前に設定しておけ
ば、基板上の点が設定した高さになったとき、これを検
出することができる機能をもっている。 次に、基板の姿勢を制御する機構を設け、基板を3点
以上の軸で支え、少なくとも2軸を上下させることによ
り基板の姿勢を制御するように構成する。また、この姿
勢制御機構は測定機構からの検出信号に基づいて、基板
上のある点が検出信号の位置になるように軸を駆動して
追い込むことができるようになっている。 以上述べた測定機構及び姿勢制御機構を使用して、以
下の様な手法で基板を目標とする姿勢にする。 まず、測定機構を使用して,基板上の3点以上の点で
高さを測定し、得られた測定結果から基板のn次方程式
を算出する。 次にあらかじめ設定されていた目標とする姿勢(平
面)にした時に駆動軸をどれだけ動かせばよいかを算出
する。 次に、1つの駆動軸について少なくとも1つのモニタ
ー点を設け、他の駆動軸を固定し、1つの駆動軸を目標
とする位置に駆動した場合のモニター点の高さ変化を算
出し、その高さで信号が出力されるように測定結果をセ
ットしておく。 測定装置をモニター点上に移動させ、1つの駆動軸を
駆動してモニター点の高さが計算位置になるように駆動
軸を駆動する。これを駆動軸の数だけくり返す。 以上の手法により高精度なレベリング制御が達成され
る。 〔作 用〕 本発明に於いては、基板上のある点を実際に計算した
高さになったかどうかを測定装置でチェックしながら駆
動装置を駆動するので、精度よく基板を姿勢制御でき
る。 〔実施例〕 第1図は本発明の実施例による姿勢制御装置が適用さ
れるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置の
構成を示す。回路パターンを有するレチクルRはレチク
ルホルダー2に保持され、均一な照度の照明項ILによっ
て照明される。レチクルRのパターンは投影レンズPLに
よって半導体デバイス作成用のウェハWに結像投影され
る。ウェハWはレベリングステージ9上に載置され、3
ケ所の駆動系10、11、12によって任意の方向に傾斜され
る。第1図ではウェハWがテーパを有し、このテーパを
補正してウェハWの表面と投影レンズPLの最良結像面
(レチクルRとの共役面)とを一致(平行)させるため
にレベリングステージ9を傾斜させた状態を誇張して表
わしてある。これらのレベリングステージ9と駆動系1
0、11、12は水平面内で2次元的に平行移動するxyステ
ージ8の上に設けられており、xyステージ8はモータ等
を含むステージ駆動部30によって駆動され、その座標位
置はステージ干渉計32によって逐次計測される。また上
記レベリングステージ9の駆動系10、11、12のうち、本
実施例では例えば駆動系10は固定とし、駆動系11、12の
2つをそれぞれ独立に上下動(投影レンズPLの光軸方向
の動き)させるものとする。この駆動系11、12はレベリ
ング駆動部34からの駆動量指令に応答して上下動する。 制御部36はステージ干渉計32からの計測座標値に基づ
いて、ステージ駆動部30へ所定の駆動指令を出力すると
ともに、xy座標系の任意の位置にxyステージ8(すなわ
ちウェハW)を位置決めする。 さて、投影レンズPLの最良結像面と、ウェハW上の局
所的なショット領域表面とを合致させるために、斜入射
光式フォーカスセンサーが設けられる。このセンサーは
多色LED、又はブロードな波長分布を有するハロゲンラ
ンプ等の光源3、集光レンズ4、スリット5、スリット
像の投影対物レンズ7、ウェハWの表面からのスリット
像反射光を入射する受光対物レンズ13、振動ミラー14、
ハービングガラス(平行平板ガラス)6、受光スリット
15、及び光電素子16等で構成され、詳しくは特開昭60−
168112号公報に開示されたものと同等である。従って振
動ミラー14の作用によってスリット像のウェハWでの反
射像がスリット15を横切るように振動し、この反射像の
振動中心とスリット15の中心とが合致したとき、ウェハ
Wの表面と最良結像面とが一致(合焦)するように設定
されている。第1図には示していないが、光電素子16か
らの光電信号(交流)は振動ミラー14の振動周波数に基
づいて同期検波され、合焦時にはOVとなり、フォーカス
ずれの前ピン、後ピンに応じて正負に電圧変化するアナ
ログ信号(所謂Sカーブ信号)がフォーカス信号として
得られる。このフォーカス信号が常にOVになるように、
不図示のVステージ(xyステージ8内に含まれる)をサ
ーボ制御により上下動させることによって、各ショット
領域毎にレチクルRのパターン像が合焦して露光され
る。またハービングガラス6は、受光スリット15とスリ
ット反射像の振動中心とを相対的に変位させるもので、
このハービングガラス6を傾けることによって、合焦点
として検出されるウェハWの表面高さを投影レンズPLの
光軸方向にシフトさせる(フォーカスオフセットにかけ
る)ことができる。ハービングガラス6の傾斜はハービ
ング駆動部38によって行なわるとともに、傾斜量(フォ
ーカスオフセット)はロータリーエンコーダ17を用いて
検知される。 ここで制御部36は、ハービング駆動部38に2つのモー
ドのうちのいずれか一方を実行するように指令する。1
つのモードは、ウェハWの表面の多点で高さ測定を行な
うために、ハービングガラス6を傾斜の所定の原点(又
はプリセット点)に固定する高さ測定モードであり、他
のモードは、投影レンズPLの最良結像面そのものが環境
温度、湿度、大気圧又は露光エネルギーの蓄積等の変動
で光軸方向に変化するのに追従してハービングガラス6
の傾斜を逐次変化させていく追従モードである。 この追従モードによってハービングガラス6を傾斜さ
せる詳しい動作については、例えば特開昭61−183928号
公報に開示されている。 以上の斜入射光式フォーカスセンサーは、同期検波型
以外の方法でもよく、例えばウェハ表面からの反射スリ
ット像を一次元フォトアレイ(CCD等)や一次元ポジシ
ョンセンサ(PSD等)によって受光し、その受光位置の
変化から焦点ずれを検出すれば同様の効果が得られる。
また、スリット5のウェハ表面へのスリット像は、露光
すべきショット領域のほぼ中央に投影されるため、実際
に露光する部分の焦点合わせがリアルタイムに行なわれ
る。 さて第2図はレベリングステージ9の構成を示す図で
あり、ウェハWはウェハホルダー(チャック)WHに吸着
され、このウェハホルダーWHはレベリングステージ9に
一体に設けられる。3ケ所の駆動系10、11、12は、ウェ
ハWの中心(あるいはホルダーWHのウェハW載置面の中
心)から放射状に伸びた3本の仮想線la、lb、lc上に位
置し、線la、lb、lcはほぼ120゜の角度で開いている。
またウェハ中心から各駆動系10、11、12の作用点までの
距離は、ともにほぼ等しいものとする。ここで以後の説
明を簡単にするため、固定点となる駆動系10をC軸と呼
び、上下動する2つの駆動系11、12の夫々を、A軸、B
軸と呼ぶことにする。また駆動系11、12にはA軸、B軸
の所定の原点からの高さ位置を検出するためのポテンシ
ョメータが設けられている。このポテンショメータから
の計測値は、後で詳しく述べるオープン制御の際に使わ
れる。尚、上記構成のレベリングステージは、例えば特
開昭62−274201号公報に開示されている。 次に本実施例の動作について説明するが、本実施例で
は従来と同様に予め測定しておいたウェハ表面を所定の
平面(ここでは最良像面)と平行(もしくは一致)にす
るために、測定されたウェハ表面の傾き分だけ駆動系1
1、12を所定量だけ一義的に駆動させるオープン制御方
式(オープン駆動)と、本実施例で最も特徴とするモニ
タリング制御方式(クローズ駆動)との2次式が択一的
に実行できるように構成されている。 第3図は上記オープン制御とモニタリング制御のいず
れか一方を実行して、ウェハWの表面全体と最良結像面
とを平行に一致させるグローバルレベリングの基本的な
シーケンスを表わすフローチャート図である。 以下第3図の各ステップ100〜128を説明する。 〔ステップ100〕 ここでは、ハービング駆動部38が2つのモードのうち
追従モードでハービングガラス6を傾斜制御している場
合、このハービングガラス6の追従を停止し、所定の原
点をへ復帰させて高さ測定モードに移行させる。ハービ
ングガラス6の傾斜はロータリーエンコーダ17によって
検出されるため、原点への復帰は極めて容易である。 次に制御部36は、xyステージ8を移動させて、ウェハ
Wのほぼ中心が投影レンズPLの光軸位置にくるように位
置決めし、その位置でフォーカスセンサーから得られる
フォーカス信号(Sカーブ信号)がOVになるようにZス
テージを上下動させる。Zステージの上下動が停止した
ら、その高さ位置を保って次のステップ102を実行す
る。尚、このとき、ウェハ中心部の表面はフォーカスセ
ンサーに対しては合焦して設定されるが、追従モードで
ないため最良結像面に対して合焦しているとは限らな
い。 〔ステップ102〕 次に、予め指定しておいたウェハW上の複数の測定点
Pi(i=1、2、3……)の1つに、フォーカスセンサ
ーのスリット像が投影されるようにxyステージ8を位置
決めする。このときZステージの上下動は禁止されてい
る。そして、測定点Piでフォーカスセンサーから得られ
るフォーカス信号に基づいて、ハービングガラス6の傾
斜をサーボ制御し、測定点Piがフォーカスセンサーに対
して合焦したのと同じ状態にする。これによってフォー
カス信号(Sカーブ信号)がOVになったとき、制御部36
はハービング駆動部38を介してエンコーダ17からの変化
量を読み込む。この変化量は、ウェハ中心点と測定点Pi
との高さ方向の差に相当している。 以上の動作を複数の測定点Piの全てに対して同様に繰
り返し、各測定点Piのウェハ中心点に対する高さ位置を
測定する。 一般に一つの平面は3点を決めれば特定できるので、
例えば第2図中に示した少なくとも3つの測定点Pa、
Pb、Pcを選ぶものとする。もちろんこれ以上多くの測定
点を選んでもよい。測定点Pa、Pb、Pcはそれぞれ線la、
lb、lcの上に位置するものとし、測定点PaとA軸の間
隔、測定点PbとB軸の間隔、及び測定点PcとC軸の間隔
は、予め定められているものとする。 〔ステップ104〕 次に制御部36は、複数の測定点Piの高さ位置と、各測
定点Piのxy座標系上の位置、すなわち測定点Piの3次元
座標値に基づいて、ウェハ表面のn次平面方程式(現在
の平面式)を算出する。本実施例では最小二乗法を用い
て1次平面方程式を算出するものとする。最小二乗法の
適用については特開昭58−103136号公報に詳細に説明さ
れているので、ここでは説明を省略する。 〔ステップ106〕 次に、投影レンズPLの最良結像面に相当した目標とす
る平面方程式(予め記憶されているものとする)と、先
に求めた現在の1次平面方程式とを比較し、目標平面に
対してウェハ表面がどれぐらい傾いているかを算出す
る。 〔ステップ108〕 次に算出された相対的な傾き(ズレ量)が許容範囲か
否かを判定する。この許容範囲の設定は、投影レンズPL
の焦点深度、ショット領域の大きさ、ウェハWの大きさ
等を考慮して行なわれる。ここで許容範囲に納まってい
ると判定されると、制御部36はステップ120にジャンプ
し、ハービング駆動部38を高さ測定モードから追従モー
ドに切替えてレベリング動作を終了する。許容範囲外の
ときはステップ110を実行する。 〔ステップ110〕 ここでは、オペレータからの指示に従って、オープン
駆動とモニタリング駆動のうち、いずれか一方を選択す
る。そこでまずオープン駆動が選択された場合を説明
し、次にモニタリング駆動の場合について説明する。 〔ステップ112〕 まず、ステップ104で求められたウェハ表面の現在の
平面方程式に基づいて、レベリング駆動軸であるA軸と
B軸との夫々の現在の平面との交点の高さ位置Ta、Tbを
算出する。この交点の位置は各駆動系10、11、12のウェ
ハ中心に対する距離によって予めわかっている。さらに
制御部36は、ウェハ表面を目標平面と合致させたときの
A軸とB軸の各高さ位置Ta′、Tb′を同様に算出し、現
在の高さ位置との差Sa、Sbを求める。この演算により求
められた各軸A、Bの差は Sa=Ta′−Ta、Sb=Tb′−Tbである。 〔ステップ114〕 次に制御部36は駆動系11に設けられているポテンショ
メータが現在値からSaだけ変化するようにA軸をサーボ
制御により上下動させる。 〔ステップ116〕 引き続き、又は同時に制御部36は、駆動系12に設けら
れているポテンショメータの現在値がSbだけ変化するよ
うにB軸をサーボ制御により上下動させる。 以上のステップ116によって、ウェハWのオープン制
御によるグローバルレベリングが終了する。 〔ステップ118〕 ここでは、レベリング後のウェハ表面が最良結像面と
平行になったことをチェックするか否かを判断し、チェ
ックするときは再びステップ102から同様に繰り返され
る。ここで、チェックの必要がないときは、次のステッ
プ120が実行されて、オープン制御方式による一連のグ
ローバルレベリング動作が終了する。 ところで、ステップ110においてモニタリング制御が
選択されている場合は、オープン制御方式と異なり独特
のシーケンスを実行する。すなわちフォーカスセンサー
を用いて各駆動系11、12の作動後(又は作動中)のウェ
ハ表面の高さ位置をモニターしつつ、より正確な面出し
(姿勢制御)を行なう。 以下、そのシーケンスを第4図(a)、(b)、
(c)を順次参照して説明する。 〔ステップ122〕 まずこの時点でウェハWの表面(現在平面)は第4図
(a)の点A1、B1、C1の3点で規定される面にあるもの
とする。点A1、B1、C1の各々は各軸A、B、C上の点で
ある。同様に目標とする平面は点C1、A3、B3の3点で規
定される面にあるものとする。また面A1B1C1上に設定さ
れた3つの点Pa1、Pb1、Pc1の夫々は、第2図中に示し
た3つの測定点Pa、Pb、Pcに対応しているものとする。
この測定点Pa、Pb、Pcは必らずしも第2図に示した通り
に定める必要はなく、任意の異なる位置(予め干渉計32
で計測されている位置)でかまわない。ただし、実際に
モニタリング制御時にモニターする測定点はPa、Pbの2
点のみである。尚、面C1A3B3上に設定された3つの点P
a3、Pb3、Pc3は各測定点Pa、Pb、Pcの目標平面上での位
置を表わす。 さて、先のステップ108まで求められたウェハ表面の
現在平面の一次平面方程式に基づいて、制御部36はA軸
の高さ位置(点A1)だけを目標平面の高さ位置(点A3)
に持っていた場合の第1段階の平面方程式を求める。す
なわち第4図(b)に示された面C1A3B1の1次平面方程
式を求める。 次に、A軸に最も近い測定点Paの第1段階の平面C1A3
B1上での点Pa2を求め、この点Pa2の高さHaを算出する。
この高さHaはハービングガラス6の原点からの傾斜量、
すなわちステップ100で設定したフォーカス原点位置か
らのフォーカスオフセット量に相当する。 〔ステップ124〕 測定点Paの平面C1A3B1上の点Pa2の高さHaが求まる
と、制御部36は高さHa分のハービング原点からのフォー
カスオフセットがフォーカスセンサーに与えられるよう
にハービング駆動部38を制御する。ハービング駆動部38
はエンコーダ17からの読み値に基づいてハービングガラ
ス6の傾斜駆動をサーボ制御する。このオフセットを与
えるとき、制御部36はフォーカスセンサーが測定点Paを
検出するように、Zステージの高さ位置は固定したまま
xyステージ8を位置決めする。 次に制御部36はフォーカスセンサーから得られる測定
点Paの高さに応じたフォーカス信号がOVになるようにA
軸(駆動系11)のみを上下方向に駆動する。これはフォ
ーカス信号を駆動系11のサーボ回路に供給することで、
極めて正確に追込みができる。この結果、ウェハ表面の
1次平面方程式は第4図(b)の面C1A3B1と一致する。 〔ステップ126〕 次に制御部36は、B軸のみを駆動してウェハ表面を第
4図(b)の面C1A3B1から第4図(c)に示すような目
標平面C1A3B3にもっていた場合、B軸に最も近い測定点
Pbの高さHbを算出する。尚、第4図(c)において、点
Pb2は、測定点Pbの面C1A3B1上での位置である。この点P
b2の高さも演算により予め求めることができる。 〔ステップ128〕 次に、制御部36はフォーカスセンサーが測定点Pbを検
出するようにZステージの高さ位置は固定したままxyス
テージ8を位置決めする。そしてさらにフォーカスセン
サーが原点から高さHbだけオフセットして設定されるよ
うに、ハービングガラス6の傾斜量を調整する。 次に制御部36はフォーカスセンサーから得られる測定
点Pbの高さに応じたフォーカス信号がOVになるようにB
軸(駆動系12)のみを上下方向にサーボ駆動する。この
結果、ウェハ表面の1次平面方程式は第4図(c)の面
C1A3B3と一致する。 以上のステップ122〜128により、ウェハのモニタリン
グ(クローズ)制御方式によるグローバルレベリングが
完了し、次のステップ118から前述の動作と同様の動作
が実行される。 次に本実施例の他のシーケンスについて第5図のフロ
ーチャート図を参照して説明する。 このシーケンスでは、先のステップ100〜108までを全
く同様に実行した後の流れが異なり、その特徴的なステ
ップはステップ108からステップ118までの間のステップ
200〜212である。ただし、ステップ208は先のステップ1
12、114、116を1つにまとめたものであり、ステップ21
0はステップ122、124、126、128を1つにまとめたもの
である。 第5図のシーケンスは、特にレベリング量が大きい場
合に有効なものであり、オープン制御とモニタリング制
御とを自動的に選択し、なおかつ両制御方式をシーケン
シャルに組み合わせたものである。 以下ステップ200〜212について説明する。 〔ステップ200〕 ステップ108で、ウェハ表面の現在平面と目標平面と
の傾きのズレ量が許容範囲以上あると判断された後、こ
こではそのズレ量がある値以上なのか否かをチェックす
る。そしてズレ量が比較的大きいときはオープン制御を
選択してステップ202へ進み、比較的小さいときはモニ
タリング制御を選択してステップ204へ進む。 〔ステップ202〕 ここではシーケンスのフラグをオープン側にセットす
る。 〔ステップ204〕 ここではシーケンスのフラグをモニタリング側にセッ
トする。 〔ステップ206〕 ここではフラグをチェックして、オープンのときはス
テップ208(ステップ112〜116)を実行してグローバル
レベリングを行なう。またモニタリングのときはステッ
プ210(ステップ122〜128)を実行してグローバルレベ
リングを行なう。 〔ステップ212〕 ここで再度フラグをチェックして、オープン側でレベ
リング動作を行なった場合は、再びステップ102へ戻っ
て同様の動作を繰り返す。逆にモニタリング側でレベリ
ング動作を行なった場合は、ステップ118へ進み先の説
明と同様の動作を実行する。 以上のシーケンスによれば、ステップ108で判断され
たズレ量が極端に大きい場合でも、高速に、かつ正確に
ウェハWをレベリングさせることができる。 尚、ステップ120でハービング駆動部38を追従モード
に戻すまでは、レベリング後のウェハ表面と投影レンズ
PLの最良結像面とは正確に平行にはなるものの、かなら
ずしも合致しているとは限らない。従ってステップ120
で追従モードに戻すことによって、それ以後はフォーカ
スセンサーで検出されたフォーカス信号に基づいてZス
テージをサーボ制御することで最良結像自体の変動によ
らず常に合焦状態が維持できる。 以上、本実施例によれば、目標とする平面A3B3C1はス
テップ106において任意に設定できるため、投影レンズP
Lの最良結像面がxyステージ8の移動平面に対して傾い
ていた場合、すなわち像面傾斜が生じていた場合でも、
この像面傾斜に合わせて目標平面を設定するだけでよい
ので、露光すべき1ショット内で解像不良となる部分
(ショット4隅等)がなくなるといった利点がある。 また本実施例ではウェハ上の3点の高さ位置を計測し
て平面を特定するものとしたが、これはもちろんモニタ
リング制御の途中で第1段階の平面に設定されたウェハ
表面を再計測する場合にも同様に実施できる。例えば第
4図(b)(c)中の点Pa2、Pb2等を再計測し、この点
Pa2から点Pa3の高さを再演算で求め、点Pa2に対する点P
a3の高さ方向のずれ分だけさらにフォーカスオフセット
を与えてA軸をモニタリング駆動し、同様に点Pb2に対
する点Pb3の高さ方向のずれ分だけさらにフォーカスオ
フセットを与えてB軸をモニタリング駆動することもで
きる。 またステップ102で測定するウェハW上での点(正確
にはフォーカスセンサーによる検出領域)と、モニタリ
ング制御時にモニターする点とは、本実施例では一部重
複するものとしたが、これは全く重複することのない任
意の点でもかまわない。 さらに、斜入射型のフォーカスセンサーを用いている
ため、ウェハ表面の高さ計測が極めて高精度(例えば0.
2μm程度の分解能)に行なえる利点から、ウェハ表面
上の多数点を測定して近似平面を特定する精度が高くな
る。そこで例えば第6図に示すように、ウェハWの表面
にP1〜P15までの測定点(測定ショット)を設定し、各
測定点のうち必要な領域の面、又は重要の領域の面に含
まれる点の高さ計測値に所定の重み付けをすることによ
って、ウェハ表面の一部の領域に最もフィットした近似
平面(1次平面方程式)を決定することができる。第6
図中の測定点(ショット)P1はウェハWのほぼ中心に位
置し、点(ショット)P2、P3、P4、P5は点P1からほぼ等
距離で4方向に位置するように定められ、点(ショッ
ト)P6〜P15はウェハ表面の周辺付近に位置するように
定められる。ここでウェハプロセスの影響等によってウ
ェハWが第7図のようにそっていた場合を考えてみる。
第7図は第6図のウェハWを点(ショット)P13、P4、P
9を含む線で切った場合の断面を表わす。ウェハプロセ
スで点P13付近(ウェハ左側)は上方にそりが発生し、
点P9付近(ウェハ右側)は下方にそりが発生した場合、
ステップ102の測定による各測定点P1〜P15の高さから最
小二乗法により求めたウェハ表面の現在平面A1B1C1は第
7図中に示すように、ウェハ表面の中央付近の平坦部に
対してはわずかに傾いたものになってしまう。そこでウ
ェハ周辺のそりが発生した部分の測定点、例えばP7、
P8、P9、P13、P14等での高さ計測値に対しては最小二乗
法の演算時に重み付けを小さくし、中央付近の点P1〜P5
での高さ計測値に対しては重み付けを大きくしておく。
このようにすると、本来歩留りの悪いウェハ周辺部のそ
りに影響されることなく、歩留りの良いウェハ中央部が
重点的にレベリングされることになる。 またウェハによっては第8図に示すように全体的に中
央部がふくらんでそっている場合もある。第8図は第6
図中の点P1、P2、P4、P6、P11を含む線でウェハを切っ
た断面を表わす。このようなウェハの場合、最小二乗法
により1次平面方程式で近似されるウェハ表面は平面
A1、B1、C1のように部分的にはウェハ表面と平行となる
ものの、多くの部分ではかならずしも平行となってはい
ない。そこで、このような状況に対応するため、グロー
バルレベリングの他にブロックレベリングを行なうシー
ケンスも設けておくとよい。ブロックレベリングとは、
ウェハ表面をいくつかのブロックに分け、各ブロック毎
に近似された1次平面方程式に基づいてレベリングをか
けていくものである。例えば第6図中において、点P1、
P2、P3、P6、P7、P8を含む第1のブロックと、点P1、
P3、P4、P9、P10、P11を含む第2のブロックと、点P1、
P4、P5、P11、P12、P13を含む第3のブロックと、点
P1、P2、P5、P6、P14、P15を含む第4のブロックとの4
ブロックに分ける。そしてまず各ブロック内の測定点の
高さをステップ102において順次計測した後、各ブロッ
ク毎の1次平面方程式を求める。この結果、例えば第1
ブロックについては第8図に示すような1次平面RP1が
決定され、第2ブロックについては、1次平面RP2が決
定される。 各ブロック毎の1次平面が決定された後、ステップア
ンドリピート方式で各ショットを露光するとき、そのシ
ョットがどのブロックに属するかを求め、そのブロック
の1次平面が最良結像面(目標平面)と平行になるよう
に、例えばオープン制御方式でレベリングを行なえばよ
い。このブロックレベリングは露光動作前のアライメン
ト動作において、ウェハ上の複数のショット領域に付随
したアライメントマークの位置を検出するサンプルアラ
イメントを実行する場合にも同様に実行することが望ま
しい。 また、ウェハ上の3点を計測してオープン制御によっ
てグローバルレベリングを行なった後に、再度多数の測
定点を計測して露光時、又はサンプルアライメント時に
ブロックレベリングを行なうようにしてもよい。 さらに、スループットは多少低下するが、ブロックレ
ベリングをより高精度に行なうために、例えば第9図の
フローチャートに示すようなシーケンスを設けてもよ
い。第9図はブロックレベリング時にモニタリング制御
方式の精密さとオープン制御方式の高速性とを効率的に
組み合わせたシーケンスを概略的に表わしたものであ
る。 まずステップ220でブロック毎の1次平面方程式を求
め、ステップ222で、1つのブロックに関してA軸、B
軸をモニタリング制御し、その1つのブロックの現在平
面と目標平面とを正確に合致させる。このときフォーカ
スセンサーでモニターすべき点は、そのブロック内に含
まれている少なくとも2点を用いるのが好ましい。その
ブロックについてモニタリング制御によりレベリングが
完了したら、ステップ224でそのときのA軸、B軸(駆
動系11、12)の高さ位置をポテンショメータから読み取
り記憶する。この動作をウェハ上の全ブロックについて
実行し(ステップ226)、各ブロック毎のレベリング量
(ポテンショメータ値)を予め記憶しておく。このレベ
リング量はモニタリング制御により決定されているから
極めて精密である。次に、サンプルアライメント、又は
露光の動作に移ったときは、ステップ228のように、記
憶したレベリング量に基づいてウェハを各ブロック毎に
オープン制御で傾斜させればよい。 尚、ブロックレベリングを行なう場合、分割するブロ
ック数を増やしていけば、ウェハ上のショット領域毎の
レベリング、所謂イーチレベリング(又はDie by Dieレ
ベリング)に相当する動作も可能である。 また本実施例では、ウェハ表面の近似平面方程式は2
次以上の式でも扱えるため、例えば第10図に示したウェ
ハWのように、ウェハ表面が波打っていた場合は、多数
(4点以上)の測定点Piの高さ値に基づいて、高次平面
A1B1C1′を決定してもよい。この場合、面A1B1C1′を特
定する演算処理に多少時間はかかるものの、面A1B1C1′
が特定された後はウェハ表面の任意のショット領域SAに
ついて最も近似された傾斜量がただちに求まるため、シ
ョット毎にレベリングを行なうことが可能である。この
ことは第7図、第8図に示したウェハの場合にも同様に
あてはまる。 ところでxyステージ8は干渉計32により位置計測され
るものの、レベリング動作に伴うウェハWの横ずれ量は
干渉計32によって検出できない構造となっているのが一
般的である。これは干渉計32からのレーザビームを受け
る移動鏡がレベリングステージ9に設けられないことに
起因する。 従ってレベリング動作前と後とでウェハWのxy方向の
位置が微小量でも狂ってくると、正しい重ね合わせ露光
ができなくなる。もちろんグローバルレベリング又はブ
ロックレベリングを行なってから、ウェハ上のアライメ
ントマークの位置を計測するようにしておけば、このよ
うな問題は生じない。しかしながらシーケンスによって
は、サンプルアライメントを行なってウェハ上のショッ
ト位置を決定したときと、実際にそのショットを露光す
るときとでレベリング量が異なってくることもある。そ
こでこの場合は、そのレベリング量の差からショットの
横ずれ量を計算によって求めるか、又は横ずれ量検出セ
ンサーをレベリングステージ9とxyステージ8上の移動
鏡との間に設けるようにすればよい。 先に説明したグローバルレベリングでは、1枚のウェ
ハに対しての動作を述べたが、同一ロット内の多数枚の
ウェハを連続して処理する場合、ロット先頭の1枚だけ
グローバルレベリング(又はブロックレベリング)を行
ない、それ以降のウェハについてはA軸、B軸を固定し
たまま使用することもできる。 さらにロット先頭の2〜3枚のウェハについてはレベ
リング動作を行なって処理し、そして各ウェハのレベリ
ング量の平均値を求め、その平均的な一定のレベリング
量で以降のウェハを処理することも可能である。 先に述べた実施例において、ステップ102、104の動作
でウェハ上の測定点が3点のときは、その3点で代表さ
れる現在平面A1B1C1を特定し、4点以上の測定点のとき
は自動的に最小二乗法により現在平面A1B1C1を特定する
ようにしてもよい。 また制御部36によってウェハ上の測定点を定めると
き、通常フォーカスセンサーはショット領域の中心部を
検出するように働くので、制御部36は一番初めに定めて
おいたショット領域の中心部がウェハ外形からはみ出す
か否かをチェックし、はみ出す場合は測定点とすべきシ
ョット領域をウェハ内側に再設定するオートアドレッシ
ング機能も備えている。 さらに本発明において目標平面となるべき最良結像面
を決定する手法としては、テストレチクルを用いてウェ
ハ上にためし焼きを行ない、1つのショット領域内の4
隅の解像力を調べ、解像力が最大(ベストフォーカス)
となるZ方向(フォーカス方向)の高さ位置を4隅の各
々について求める方法等が利用できる。例えば第11図に
示すようにテストチャートのためし焼きによりショット
4隅のベストフォーカス位置(高さ)がZ1、Z2、Z3、Z4
のように求められたとする。この場合、目標平面A3B3C1
を決定する1次平面方程式を、Z=ax+by+γ(ただ
し、a、b、γは定数)とすると、定数a、bは で表わされる。ここでLはショット領域のx、y方向の
長さに相当する。 もちろん、ためし焼きにより、ショット領域内のさら
に多数点についてベストフォーカス位置を求め、最小二
乗法等により目標平面のn次平面方程式を決定してもよ
い。 〔発明の効果〕 以上の様に本発明によれば、基板の高さ位置をモニタ
しながら2段階にレベリングを行うと、基板表面を正確
に目標面に近づけることができる。従って露光の際、装
置の理論上の解像力を得ることができる。 また、従属請求項に記載された発明によれば、投影レ
ンズを有する露光装置において、N.A.が大きく、したが
って焦点深度が浅いレンズを搭載している場合に、その
レンズの像面傾斜に合わせて目標面を指定することで、
浅い焦点深度を有効に活用できる。 また、ウェハ上の必要な領域の面、又は重要な領域の
面を目標とする面に近づけることができる。 また、個々のウェハ(又はマスク)等の基板のテーパ
によって引き起こされていた影響を取り除くことができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による基板姿勢制御装置が組み
込まれた投影露光装置の構成を示す図、第2図はレベリ
ングステージ部の平面的な構成を示す平面図、第3図は
本実施例の基本動作を説明するフローチャート図、第4
図(a)、(b)、(c)はウェハレベリングをモニタ
リング制御方式で実行するときの様子をモデル化して表
わした斜視図、第5図はオープン制御とモニタリング制
御とを複合化したシーケンスのフローチャート図、第6
図は測定点のウェハ上での配置を示す平面図、第7図、
第8図はウェハの断面形状の一例を示す図、第9図はブ
ロックレベリング時に好適なシーケンスのフローチャー
ト図、第10図はウェハの断面形状の一例を示す図、第11
図は目標平面を決定する方法を示す平面図である。 〔主要部分の符合の説明〕 PL……投影レンズ、 W……ウェハ、 6……ハービングガラス、 7……投射対物レンズ、 8……xyステージ、 9……レベリングステージ、 10、11、12……レベリング駆動系、 13……受光対物レンズ、 16……フォーカスセンサーの光電素子、 34……レベリング駆動部、 38……ハービング駆動部。
込まれた投影露光装置の構成を示す図、第2図はレベリ
ングステージ部の平面的な構成を示す平面図、第3図は
本実施例の基本動作を説明するフローチャート図、第4
図(a)、(b)、(c)はウェハレベリングをモニタ
リング制御方式で実行するときの様子をモデル化して表
わした斜視図、第5図はオープン制御とモニタリング制
御とを複合化したシーケンスのフローチャート図、第6
図は測定点のウェハ上での配置を示す平面図、第7図、
第8図はウェハの断面形状の一例を示す図、第9図はブ
ロックレベリング時に好適なシーケンスのフローチャー
ト図、第10図はウェハの断面形状の一例を示す図、第11
図は目標平面を決定する方法を示す平面図である。 〔主要部分の符合の説明〕 PL……投影レンズ、 W……ウェハ、 6……ハービングガラス、 7……投射対物レンズ、 8……xyステージ、 9……レベリングステージ、 10、11、12……レベリング駆動系、 13……受光対物レンズ、 16……フォーカスセンサーの光電素子、 34……レベリング駆動部、 38……ハービング駆動部。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭60−109226(JP,A)
特開 昭60−221759(JP,A)
特開 昭62−58624(JP,A)
特開 昭62−208629(JP,A)
特開 昭59−47731(JP,A)
実開 昭62−169353(JP,U)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.所定の基準面と基板との間隔方向に関する該基板の
位置を検出し、第1高さ位置調整機構と第2高さ位置調
整機構と第3高さ位置調整機構との少なくとも3つの高
さ位置調整機構により前記基板の傾きを調整して、前記
基板にマスクパターンを形成する露光方法において、 前記基板上の複数の測定点における前記間隔方向に関す
る位置を検出し、前記基板の近似平面を求める工程と; 前記第1の高さ位置調整機構を駆動して前記基板の近似
平面と該駆動する高さ位置機構の駆動軸との交点を目標
平面に一致させた状態における前記基板の近似平面の平
面式を求める工程と; 前記第1の高さ位置調整機構の駆動軸に対応する前記基
板上の第1測定点が前記近似式で規定される平面に一致
するように、該第1測定点の位置を検出しながら前記第
1の高さ位置調整機構を駆動する工程と; 前記第2の高さ位置調整機構の駆動軸に対応する前記基
板上の第2測定点の高さ位置を検出しながら前記第2測
定点が前記目標平面に一致するように該第2の高さ位置
調整機構を駆動する工程とを有することを特徴とする露
光方法。 2.前記マスクのパターンは投影光学系を介して前記基
板上に形成され、前記目標平面は前記投影光学系の結像
面の状態に合わせて設定されることを特徴とする特許請
求の範囲第1項に記載の露光方法。 3.前記基板上の複数のショット領域に前記マスクのパ
ターンが形成される時、前記第1近似面を求める工程に
おいて、前記ショット領域内の複数の高さ位置を検出す
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の露光
方法。 4.前記複数の高さ位置の検出値に重みを付けて前記第
1近似面を求めることを特徴とする特許請求の範囲第1
項または第3項に記載の露光方法。 5.前記3つの高さ位置調整機構の各駆動軸で囲まれた
領域の中心位置と前記第1高さ位置調整機構の駆動軸と
の間に前記第1測定点は位置し、該中心位置と前記第2
高さ位置調整機構の駆動軸との間に前記第2測定点は位
置することを特徴とする特許請求の範囲第1′項に記載
の露光方法。 6.所定の基準面と基板との間隔方向に関する該基板の
位置を検出し、第1高さ位置調整機構と第2高さ位置調
整機構と第3高さ位置調整機構との少なくとも3つの高
さ位置調整機構により前記基板の傾きを調整する基板の
姿勢制御方法において、 前記基板上の複数の測定点における前記間隔方向に関す
る位置を検出し、前記基板の近似平面を求める工程と; 前記第1の高さ位置調整機構の一つを駆動して前記基板
の近似平面と該駆動する高さ位置機構の駆動軸との交点
を目標平面に一致させた状態における前記基板の近似平
面の平面式を求める工程と; 前記第1の高さ位置調整機構の駆動軸に対応する前記基
板上の第1測定点が前記平面式で規定される平面に一致
するように、該第1測定点の位置を検出しながら前記第
1の高さ位置調整機構を駆動する工程と; 前記第2の高さ位置調整機構の駆動軸に対応する前記基
板上の第2測定点の高さ位置を検出しながら前記第2測
定点が前記目標平面に一致するように該第2の高さ位置
調整機構を駆動する工程とを有することを特徴とする基
板の姿勢制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62328760A JP2671338B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 露光方法及び基板の姿勢制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62328760A JP2671338B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 露光方法及び基板の姿勢制御方法 |
Related Child Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6042770A Division JPH0774089A (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 投影露光装置 |
JP32815296A Division JP3206464B2 (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 基板の姿勢制御方法、装置及び露光方法、露光装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01170022A JPH01170022A (ja) | 1989-07-05 |
JP2671338B2 true JP2671338B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=18213843
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62328760A Expired - Fee Related JP2671338B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 露光方法及び基板の姿勢制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JPH0732117B2 (ja) * | 1990-11-22 | 1995-04-10 | 松下電器産業株式会社 | 合焦装置 |
JPH0732118B2 (ja) * | 1990-11-28 | 1995-04-10 | 松下電器産業株式会社 | 合焦装置 |
JP5497693B2 (ja) * | 2011-06-10 | 2014-05-21 | Hoya株式会社 | フォトマスク基板、フォトマスク基板の製造方法、フォトマスクの製造方法、及びパターン転写方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5947731A (ja) * | 1982-09-10 | 1984-03-17 | Hitachi Ltd | 投影露光装置におけるオ−トフオ−カス機構 |
JPS60109226A (ja) * | 1983-11-18 | 1985-06-14 | Canon Inc | 平面位置合わせ装置 |
JPH0618168B2 (ja) * | 1985-02-27 | 1994-03-09 | 株式会社日立製作所 | 原画パターンを半導体ウエハ上面に露光する露光方法 |
JPH0727857B2 (ja) * | 1985-09-09 | 1995-03-29 | 株式会社ニコン | 投影光学装置 |
JPS62208629A (ja) * | 1986-03-07 | 1987-09-12 | Nec Kyushu Ltd | 縮小投影型露光装置 |
JPS62169353U (ja) * | 1986-04-18 | 1987-10-27 |
-
1987
- 1987-12-25 JP JP62328760A patent/JP2671338B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01170022A (ja) | 1989-07-05 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |