JP3303280B2 - 位置検出装置、露光装置、及び露光方法 - Google Patents
位置検出装置、露光装置、及び露光方法Info
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
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- G03F9/7026—Focusing
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、位置検出装置、露光装
置、及び露光方法に関し、特に、例えば矩形又は円弧状
等のスリット状の照明領域に対してレチクル及び感光性
の基板を同期して走査することにより、レチクル上のパ
ターンをその基板上の各ショット領域に逐次露光する所
謂ステップ・アンド・スキャン露光方式の、オートフォ
ーカス機構又はオートレベリング機構に適用して好適な
ものである。
置、及び露光方法に関し、特に、例えば矩形又は円弧状
等のスリット状の照明領域に対してレチクル及び感光性
の基板を同期して走査することにより、レチクル上のパ
ターンをその基板上の各ショット領域に逐次露光する所
謂ステップ・アンド・スキャン露光方式の、オートフォ
ーカス機構又はオートレベリング機構に適用して好適な
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子又
は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー技術を用い
て製造する際に、フォトマスク又はレチクル(以下、
「レチクル」と総称する)のパターンを投影光学系を介
して、フォトレジスト等が塗布されたウエハ(又はガラ
スプレート等)上に露光する投影露光装置が使用されて
いる。一般に投影露光装置では高い解像度が要求され、
装着されている投影光学系の開口数は高いため、投影像
の焦点深度(フォーカスマージン)は開口数の自乗に反
比例して減少している。そこで、ウエハの各ショット領
域を投影光学系の結像面に対して焦点深度の範囲内で合
わせ込むために、従来より投影露光装置には、露光フィ
ールド内の所定の基準点でのウエハのフォーカス位置を
投影光学系による結像面に合わせ込むためのオートフォ
ーカス機構、及び露光フィールド内のウエハの露光面の
傾斜角を結像面に平行に設定するためのオートレベリン
グ機構が設けられている。
は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー技術を用い
て製造する際に、フォトマスク又はレチクル(以下、
「レチクル」と総称する)のパターンを投影光学系を介
して、フォトレジスト等が塗布されたウエハ(又はガラ
スプレート等)上に露光する投影露光装置が使用されて
いる。一般に投影露光装置では高い解像度が要求され、
装着されている投影光学系の開口数は高いため、投影像
の焦点深度(フォーカスマージン)は開口数の自乗に反
比例して減少している。そこで、ウエハの各ショット領
域を投影光学系の結像面に対して焦点深度の範囲内で合
わせ込むために、従来より投影露光装置には、露光フィ
ールド内の所定の基準点でのウエハのフォーカス位置を
投影光学系による結像面に合わせ込むためのオートフォ
ーカス機構、及び露光フィールド内のウエハの露光面の
傾斜角を結像面に平行に設定するためのオートレベリン
グ機構が設けられている。
【0003】それらの内の従来のオートフォーカス機構
は、ウエハの各ショット領域内の所定の計測点のフォー
カス位置(投影光学系の光軸方向の位置)の結像面から
のデフォーカス量を検出するための焦点位置検出センサ
ー(以下、「AFセンサー」という)と、そのデフォー
カス量を許容範囲内に収めるためのサーボ系とより構成
されている。一方、オートレベリング機構は、ウエハの
各ショット領域の傾斜角の結像面の傾斜角からのずれ量
を検出するレベリングセンサーと、その傾斜角のずれ量
を許容範囲内に収めるためのサーボ系とより構成されて
いる。
は、ウエハの各ショット領域内の所定の計測点のフォー
カス位置(投影光学系の光軸方向の位置)の結像面から
のデフォーカス量を検出するための焦点位置検出センサ
ー(以下、「AFセンサー」という)と、そのデフォー
カス量を許容範囲内に収めるためのサーボ系とより構成
されている。一方、オートレベリング機構は、ウエハの
各ショット領域の傾斜角の結像面の傾斜角からのずれ量
を検出するレベリングセンサーと、その傾斜角のずれ量
を許容範囲内に収めるためのサーボ系とより構成されて
いる。
【0004】これに関して、従来一般に使用されていた
一括露光方式の投影露光装置(ステッパー等)では、フ
ォーカス位置の検出対象であるウエハが露光中静止して
いるため、投影光学系の開口数が更に大きくなった場合
でも、デフォーカス量を検出するAFセンサーの分解能
及び精度を向上し、サーボ系内のZステージのメカニズ
ムを高精度化する等により、焦点深度の減少に対応する
ことが可能である。同様にオートレベリング機構につい
ても、一括露光方式では高精度化に対応できていた。
一括露光方式の投影露光装置(ステッパー等)では、フ
ォーカス位置の検出対象であるウエハが露光中静止して
いるため、投影光学系の開口数が更に大きくなった場合
でも、デフォーカス量を検出するAFセンサーの分解能
及び精度を向上し、サーボ系内のZステージのメカニズ
ムを高精度化する等により、焦点深度の減少に対応する
ことが可能である。同様にオートレベリング機構につい
ても、一括露光方式では高精度化に対応できていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】最近は、半導体素子等
の1個のチップパターンが大型化する傾向にあり、投影
露光装置においては、レチクル上のより大きな面積のパ
ターンをウエハ上に露光する大面積化が求められてい
る。また、半導体素子等のパターンが微細化するのに応
じて、投影光学系の解像度を向上することも求められて
いるが、投影光学系の解像度を向上するためには、投影
光学系の露光フィールドを大きくすることが設計上ある
いは製造上難しいという不都合がある。特に、投影光学
系として、反射屈折系を使用するような場合には、無収
差の露光フィールドの形状が円弧状の領域となることも
ある。
の1個のチップパターンが大型化する傾向にあり、投影
露光装置においては、レチクル上のより大きな面積のパ
ターンをウエハ上に露光する大面積化が求められてい
る。また、半導体素子等のパターンが微細化するのに応
じて、投影光学系の解像度を向上することも求められて
いるが、投影光学系の解像度を向上するためには、投影
光学系の露光フィールドを大きくすることが設計上ある
いは製造上難しいという不都合がある。特に、投影光学
系として、反射屈折系を使用するような場合には、無収
差の露光フィールドの形状が円弧状の領域となることも
ある。
【0006】斯かる転写対象パターンの大面積化及び投
影光学系の露光フィールドの制限に応えるために、例え
ば矩形、円弧状又は6角形等の照明領域(これを「スリ
ット状の照明領域」という)に対してレチクル及びウエ
ハを同期して走査することにより、レチクル上のそのス
リット状の照明領域より広い面積のパターンを逐次ウエ
ハ上の各ショット領域に露光する所謂ステップ・アンド
・スキャン方式の投影露光装置が開発されている。
影光学系の露光フィールドの制限に応えるために、例え
ば矩形、円弧状又は6角形等の照明領域(これを「スリ
ット状の照明領域」という)に対してレチクル及びウエ
ハを同期して走査することにより、レチクル上のそのス
リット状の照明領域より広い面積のパターンを逐次ウエ
ハ上の各ショット領域に露光する所謂ステップ・アンド
・スキャン方式の投影露光装置が開発されている。
【0007】この種の投影露光装置においても、走査露
光中のウエハの露光面を結像面に合わせ込むためのオー
トフォーカス機構及びオートレベリング機構が必要であ
る。しかしながら、ステップ・アンド・スキャン方式の
場合には、フォーカス位置の検出対象であるウエハが露
光中に移動するため、AFセンサー及びサーボ系等が所
定の応答速度を有することにより、単にAFセンサーや
サーボ系等のメカニズムを高精度化しただけでは、ウエ
ハの露光面を結像面に対して焦点深度の範囲内で合わせ
込むことが困難であるという不都合がある。
光中のウエハの露光面を結像面に合わせ込むためのオー
トフォーカス機構及びオートレベリング機構が必要であ
る。しかしながら、ステップ・アンド・スキャン方式の
場合には、フォーカス位置の検出対象であるウエハが露
光中に移動するため、AFセンサー及びサーボ系等が所
定の応答速度を有することにより、単にAFセンサーや
サーボ系等のメカニズムを高精度化しただけでは、ウエ
ハの露光面を結像面に対して焦点深度の範囲内で合わせ
込むことが困難であるという不都合がある。
【0008】本発明は斯かる点に鑑み、ステップ・アン
ド・スキャン露光方式で露光を行うときに、移動してい
るウエハの露光面のフォーカス位置(高さ)又は平均的
な面の傾斜角を正確に検出してサーボ系にフィードバッ
クできるようにすることを目的とする。
ド・スキャン露光方式で露光を行うときに、移動してい
るウエハの露光面のフォーカス位置(高さ)又は平均的
な面の傾斜角を正確に検出してサーボ系にフィードバッ
クできるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明による位置検出装
置は、例えば図1及び図6に示すように、所定形状の照
明領域(8)に対して転写用のパターンが形成されたマ
スク(7)を所定の方向に走査するマスクステージ
(9)と、このマスクステージに同期して感光性の基板
(15)を所定の方向に走査する基板ステージ(20)
と、この基板ステージに設けられ基板(15)の露光面
のそのマスク方向(Z方向)の高さに応じて基板(1
5)の高さを調整する高さ調整手段(17,19,2
4)とを有し、基板(15)の高さを調整しつつマスク
(7)のパターンを逐次基板(15)上に露光する走査
型の露光装置に設けられ、高さ調整手段(17,19,
24)に対して供給するための基板(15)の露光面の
高さに対応する信号を検出する装置である。
置は、例えば図1及び図6に示すように、所定形状の照
明領域(8)に対して転写用のパターンが形成されたマ
スク(7)を所定の方向に走査するマスクステージ
(9)と、このマスクステージに同期して感光性の基板
(15)を所定の方向に走査する基板ステージ(20)
と、この基板ステージに設けられ基板(15)の露光面
のそのマスク方向(Z方向)の高さに応じて基板(1
5)の高さを調整する高さ調整手段(17,19,2
4)とを有し、基板(15)の高さを調整しつつマスク
(7)のパターンを逐次基板(15)上に露光する走査
型の露光装置に設けられ、高さ調整手段(17,19,
24)に対して供給するための基板(15)の露光面の
高さに対応する信号を検出する装置である。
【0010】そして、本発明は、マスク(7)のパター
ンの露光領域(16)内の計測点(PA2)及び露光領
域(16)に対して走査方向に手前側の領域内の計測点
(PB2)よりなる複数の計測点で基板(15)の露光
面の高を検出する高さ検出手段(25A2,25B2)
と、この高さ検出手段から出力されるそれら複数の計測
点の高さに対応する計測信号(SA2,SB2)を、基
板ステージ(20)の移動速度、そのマスクのパターン
の露光領域(16)の走査方向の幅、及びそれら複数の
計測点の配置より定まる重み係数(K1,K2)を付け
て加算することにより、そのマスクのパターンの露光領
域(16)内の所定の基準点での基板(15)の露光面
の高さに対応する信号(SD2)を求める高さ演算手段
(33)とを有し、この高さ演算手段で求められた高さ
に対応する信号(SD2)を高さ調整手段(17,1
9,24)に供給するものである。
ンの露光領域(16)内の計測点(PA2)及び露光領
域(16)に対して走査方向に手前側の領域内の計測点
(PB2)よりなる複数の計測点で基板(15)の露光
面の高を検出する高さ検出手段(25A2,25B2)
と、この高さ検出手段から出力されるそれら複数の計測
点の高さに対応する計測信号(SA2,SB2)を、基
板ステージ(20)の移動速度、そのマスクのパターン
の露光領域(16)の走査方向の幅、及びそれら複数の
計測点の配置より定まる重み係数(K1,K2)を付け
て加算することにより、そのマスクのパターンの露光領
域(16)内の所定の基準点での基板(15)の露光面
の高さに対応する信号(SD2)を求める高さ演算手段
(33)とを有し、この高さ演算手段で求められた高さ
に対応する信号(SD2)を高さ調整手段(17,1
9,24)に供給するものである。
【0011】この場合、その高さ検出手段で検出される
複数の計測点を、例えば図2に示すように、その基板の
走査方向(X方向)に平行な異なる複数の直線上に分布
する3個以上の計測点(PA1〜PA3,PB1〜PB
3)として、その高さ検出手段により検出されたそれら
複数の計測点の高さを最小自乗法で処理して基板(1
5)の露光面の面形状を算出する面形状演算手段(3
3)を設けることが望ましい。次に、本発明による露光
装置は、パターンが形成されたマスクを所定の方向に走
査するマスクステージと、該マスクステージに同期して
基板を所定の方向に走査する基板ステージと、そのマス
クのパターンの像をその基板上に投影する投影光学系
と、該基板の走査中にその基板の露光面とその投影光学
系の像面とを合致させるための調整手段とを備え、その
マスクとその基板とを同期して走査することによって、
そのマスクのパターンを逐次その基板上に露光する走査
型の露光装置において、その投影光学系を介してそのマ
スクのパターンの像が投影される露光領域内に配置され
た第1計測点と該第1計測点に対してその基板の走査方
向に離れた第2計測点とを有し、その第1計測点とその
第2計測点との各々でその基板の露光面のフォーカス情
報を検出する検出手段と、その第1計測点で検出された
フォーカス情報とその第2計測点で検出されたフォーカ
ス情報との各々に重み付けを行って、該重み付けを行っ
たフォーカス情報に基づいてその調整手段を制御する制
御する制御手段と、を備えたものである。また、本発明
による露光方法は、マスクのパターンの像を投影光学系
を介して基板上に投影するとともに、そのマスクとその
基板とを同期して移動することによって、そのマスクの
パターンをその基板上に露光する露光方法において、複
数の計測点の各々で、その基板の露光面のフォーカス情
報を検出し、その検出されたフォーカス情報に、そのマ
スクのパターンの像が投影される露光領域のその基板の
走査方向に関する幅に応じた重み付けを行って、該重み
付けされたフォーカス情報に基づいてその基板の露光面
とその投影光学系の像面との位置関係を調整するもので
ある。
複数の計測点を、例えば図2に示すように、その基板の
走査方向(X方向)に平行な異なる複数の直線上に分布
する3個以上の計測点(PA1〜PA3,PB1〜PB
3)として、その高さ検出手段により検出されたそれら
複数の計測点の高さを最小自乗法で処理して基板(1
5)の露光面の面形状を算出する面形状演算手段(3
3)を設けることが望ましい。次に、本発明による露光
装置は、パターンが形成されたマスクを所定の方向に走
査するマスクステージと、該マスクステージに同期して
基板を所定の方向に走査する基板ステージと、そのマス
クのパターンの像をその基板上に投影する投影光学系
と、該基板の走査中にその基板の露光面とその投影光学
系の像面とを合致させるための調整手段とを備え、その
マスクとその基板とを同期して走査することによって、
そのマスクのパターンを逐次その基板上に露光する走査
型の露光装置において、その投影光学系を介してそのマ
スクのパターンの像が投影される露光領域内に配置され
た第1計測点と該第1計測点に対してその基板の走査方
向に離れた第2計測点とを有し、その第1計測点とその
第2計測点との各々でその基板の露光面のフォーカス情
報を検出する検出手段と、その第1計測点で検出された
フォーカス情報とその第2計測点で検出されたフォーカ
ス情報との各々に重み付けを行って、該重み付けを行っ
たフォーカス情報に基づいてその調整手段を制御する制
御する制御手段と、を備えたものである。また、本発明
による露光方法は、マスクのパターンの像を投影光学系
を介して基板上に投影するとともに、そのマスクとその
基板とを同期して移動することによって、そのマスクの
パターンをその基板上に露光する露光方法において、複
数の計測点の各々で、その基板の露光面のフォーカス情
報を検出し、その検出されたフォーカス情報に、そのマ
スクのパターンの像が投影される露光領域のその基板の
走査方向に関する幅に応じた重み付けを行って、該重み
付けされたフォーカス情報に基づいてその基板の露光面
とその投影光学系の像面との位置関係を調整するもので
ある。
【0012】
【作用】斯かる本発明の原理につき説明する。先ず図3
に示すように、移動する基板(15)上の露光領域(1
6)にマスクのパターンが露光されるものとして、基板
(15)が露光領域(16)に対して右方向に走査され
るものとする。例えばその露光領域(16)内の中央の
一点(PA2)の高さを高さ検出手段(25A2)で検
出することを考える。遅延時間が無いものとして、その
高さ検出手段(25A2)からの出力信号を時系列で示
すと、図4(b)の曲線(34A)で示すように基板
(15)の表面の凹凸を表す信号となる。この信号を高
さ調整手段(17,19,24)に供給して基板(1
5)の高さを調整すれば、走査中のダイナミックなオー
トフォーカスが実現できる。
に示すように、移動する基板(15)上の露光領域(1
6)にマスクのパターンが露光されるものとして、基板
(15)が露光領域(16)に対して右方向に走査され
るものとする。例えばその露光領域(16)内の中央の
一点(PA2)の高さを高さ検出手段(25A2)で検
出することを考える。遅延時間が無いものとして、その
高さ検出手段(25A2)からの出力信号を時系列で示
すと、図4(b)の曲線(34A)で示すように基板
(15)の表面の凹凸を表す信号となる。この信号を高
さ調整手段(17,19,24)に供給して基板(1
5)の高さを調整すれば、走査中のダイナミックなオー
トフォーカスが実現できる。
【0013】しかしながら、実際には、高さ検出手段
(25A2)からの検出信号は、図4(b)の曲線(3
5A)で示すように遅延すると共に、サーボループを組
んだ場合の全体の制御系には応答の制限があるため、追
従誤差を生じ、それがフォーカス残差となる。このフォ
ーカス残差は、基板(15)の移動速度が小さい内は僅
かであるが、基板(15)の移動速度が速くなり、観測
される出力信号の時系列の周波数と制御系の応答周波数
とが同じオーダーとなるような場合は大きなフォーカス
残差が残ることになる。
(25A2)からの検出信号は、図4(b)の曲線(3
5A)で示すように遅延すると共に、サーボループを組
んだ場合の全体の制御系には応答の制限があるため、追
従誤差を生じ、それがフォーカス残差となる。このフォ
ーカス残差は、基板(15)の移動速度が小さい内は僅
かであるが、基板(15)の移動速度が速くなり、観測
される出力信号の時系列の周波数と制御系の応答周波数
とが同じオーダーとなるような場合は大きなフォーカス
残差が残ることになる。
【0014】本発明では斯かる不都合を解決するため、
図3に示すように、露光領域(16)内の計測点(PA
2)の高さを検出する高さ検出手段(25A2)と、露
光領域(16)内の計測点に先行する計測点(PB2)
の高さを検出する高さ検出手段(25B2)とを設け、
これら複数の高さ検出手段からの出力信号に重み付けを
した後に加算することで、全体の制御系の応答の制限に
よる位相の遅れを改善している。以下にその原理を説明
する。
図3に示すように、露光領域(16)内の計測点(PA
2)の高さを検出する高さ検出手段(25A2)と、露
光領域(16)内の計測点に先行する計測点(PB2)
の高さを検出する高さ検出手段(25B2)とを設け、
これら複数の高さ検出手段からの出力信号に重み付けを
した後に加算することで、全体の制御系の応答の制限に
よる位相の遅れを改善している。以下にその原理を説明
する。
【0015】図2(a)は本発明での高さ検出手段の配
置の一例を示し、この図2(a)において、マスクパタ
ーンの露光領域(16)内の非走査方向への一列の計測
点(PA1〜PA3)、及びこの一列の計測点の両側の
2列の計測点(PB1〜PB3、及びPC1〜PC3)
の高さ検出を行うための高さ検出手段が設けられてい
る。個々の高さ検出手段は対応する計測点での基板(1
5)の高さを検出できるものであればよく、その方式は
何でもよい。また、図2(a)は計測点の配置の一例で
あり、最低限3列の配置があればよく、図2(a)の配
置には限定されない。そして、基板(15)がX方向に
走査される場合には、A列の計測点(PA1〜PA3)
及びB列の計測点(PB1〜PB3)の検出結果が使用
され、基板(15)が−X方向に走査される場合には、
A列の計測点(PA1〜PA3)及びC列の計測点(P
C1〜PC3)の検出結果が使用される。
置の一例を示し、この図2(a)において、マスクパタ
ーンの露光領域(16)内の非走査方向への一列の計測
点(PA1〜PA3)、及びこの一列の計測点の両側の
2列の計測点(PB1〜PB3、及びPC1〜PC3)
の高さ検出を行うための高さ検出手段が設けられてい
る。個々の高さ検出手段は対応する計測点での基板(1
5)の高さを検出できるものであればよく、その方式は
何でもよい。また、図2(a)は計測点の配置の一例で
あり、最低限3列の配置があればよく、図2(a)の配
置には限定されない。そして、基板(15)がX方向に
走査される場合には、A列の計測点(PA1〜PA3)
及びB列の計測点(PB1〜PB3)の検出結果が使用
され、基板(15)が−X方向に走査される場合には、
A列の計測点(PA1〜PA3)及びC列の計測点(P
C1〜PC3)の検出結果が使用される。
【0016】図3に示すように、基板(15)が右方向
(X方向)に走査されるものとして、例えば計測点(P
A2,PB2)に対する高さ検出手段(25A2,25
B2)の検出結果を使用する。この場合、遅延時間が無
いものとした場合の高さ検出手段(25A2,25B
2)からの出力信号(これを「元の信号」という)は、
それぞれ図4(b)及び(a)の実線の曲線(34A)
及び(34B)で示すようになり、制御系の応答の制限
により位相遅れが加わった実際の高さ検出手段(25A
2,25B2)からの出力信号は、それぞれ図4(b)
及び(a)の点線の曲線(35A)及び(35B)で示
すようになる。即ち、計測点(PB2)の信号は計測点
(PA2)の信号に対して位相の進みがあると共に、各
信号は全体の制御系の遅れによりそれぞれ元の信号に対
して所定の位相遅れを有する。
(X方向)に走査されるものとして、例えば計測点(P
A2,PB2)に対する高さ検出手段(25A2,25
B2)の検出結果を使用する。この場合、遅延時間が無
いものとした場合の高さ検出手段(25A2,25B
2)からの出力信号(これを「元の信号」という)は、
それぞれ図4(b)及び(a)の実線の曲線(34A)
及び(34B)で示すようになり、制御系の応答の制限
により位相遅れが加わった実際の高さ検出手段(25A
2,25B2)からの出力信号は、それぞれ図4(b)
及び(a)の点線の曲線(35A)及び(35B)で示
すようになる。即ち、計測点(PB2)の信号は計測点
(PA2)の信号に対して位相の進みがあると共に、各
信号は全体の制御系の遅れによりそれぞれ元の信号に対
して所定の位相遅れを有する。
【0017】図5は、高さ検出手段(25A2,25B
2)からの出力信号をベクトル表記したものであり、実
線のベクトル〈SB20 〉及び〈SA20 〉はそれぞれ
計測点(PB2)及び計測点(PA2)での元の信号を
表し、点線のベクトル〈SB2〉及び〈SA2〉はそれ
ぞれ計測点(PB2)及び計測点(PA2)での実際の
位相遅れが加わった信号を表す。そして、求めるべき
は、計測点(PA2)でのベクトル〈SA20 〉で表さ
れる元の信号である。そこで、実際に検出されるベクト
ル〈SB2〉及び〈SA2〉に対して適当な重み係数を
掛けた後、これらを加算することによりベクトル〈SD
2〉が得られるが、このベクトル〈SD2〉は元のベク
トル〈SA20 〉に近い信号を表している。このような
ベクトル上での加算は実際には時系列上での単なる加算
で実行される。そのベクトル〈SD2〉に対応する信号
を用いて、基板(15)の高さを制御することにより、
位相遅れが補償される。
2)からの出力信号をベクトル表記したものであり、実
線のベクトル〈SB20 〉及び〈SA20 〉はそれぞれ
計測点(PB2)及び計測点(PA2)での元の信号を
表し、点線のベクトル〈SB2〉及び〈SA2〉はそれ
ぞれ計測点(PB2)及び計測点(PA2)での実際の
位相遅れが加わった信号を表す。そして、求めるべき
は、計測点(PA2)でのベクトル〈SA20 〉で表さ
れる元の信号である。そこで、実際に検出されるベクト
ル〈SB2〉及び〈SA2〉に対して適当な重み係数を
掛けた後、これらを加算することによりベクトル〈SD
2〉が得られるが、このベクトル〈SD2〉は元のベク
トル〈SA20 〉に近い信号を表している。このような
ベクトル上での加算は実際には時系列上での単なる加算
で実行される。そのベクトル〈SD2〉に対応する信号
を用いて、基板(15)の高さを制御することにより、
位相遅れが補償される。
【0018】次に、図6に示すように、高さ検出手段
(25B2,25A2)の出力信号に対してそれぞれ重
み係数(ゲイン)K1及びK2を掛けて加算して得られ
た信号(SD2)を高さ調整手段(17,19,24)
に供給し、高さ調整手段(17,19,24)が内部で
サーボ信号を生成して基板(15)が載置されているス
テージ(17)を駆動するものとする。このサーボ信号
による基板(15)の高さ方向への駆動は、高さ検出手
段(25B2,25A2)の出力信号に反映され、結果
として全体の制御系は閉ループの制御系を構成する。こ
の場合、重み係数K1及びK2の比は高さ方向への変位
の時系列信号(SA2,SB2)の周波数に依存し、こ
れは基板(15)の移動速度に依存するパラメータとな
る。
(25B2,25A2)の出力信号に対してそれぞれ重
み係数(ゲイン)K1及びK2を掛けて加算して得られ
た信号(SD2)を高さ調整手段(17,19,24)
に供給し、高さ調整手段(17,19,24)が内部で
サーボ信号を生成して基板(15)が載置されているス
テージ(17)を駆動するものとする。このサーボ信号
による基板(15)の高さ方向への駆動は、高さ検出手
段(25B2,25A2)の出力信号に反映され、結果
として全体の制御系は閉ループの制御系を構成する。こ
の場合、重み係数K1及びK2の比は高さ方向への変位
の時系列信号(SA2,SB2)の周波数に依存し、こ
れは基板(15)の移動速度に依存するパラメータとな
る。
【0019】今、全体の系の応答制限(カットオフ周波
数)をFn とすると、この系は周波数Fn の信号に対し
てπ/8の遅れを生じる。但し、ここでは系を1次遅れ
とみなしている。また、露光領域(16)の中で1周期
となる基板(15)の凹凸を考える。有限の面積を持つ
露光領域(16)に対するオートフォーカス又はオート
レベリングを考えた場合には、その露光領域(16)の
走査方向への幅より小さい周期の基板(15)の表面の
凹凸については、原理的に追従不可能であるため、この
周波数Fn が系が追従しなければならない最も高い周波
数となる。この周波数Fn は、露光領域(16)の走査
方向の幅をD、基板(15)の移動速度をDとすると、
次式のように表される。
数)をFn とすると、この系は周波数Fn の信号に対し
てπ/8の遅れを生じる。但し、ここでは系を1次遅れ
とみなしている。また、露光領域(16)の中で1周期
となる基板(15)の凹凸を考える。有限の面積を持つ
露光領域(16)に対するオートフォーカス又はオート
レベリングを考えた場合には、その露光領域(16)の
走査方向への幅より小さい周期の基板(15)の表面の
凹凸については、原理的に追従不可能であるため、この
周波数Fn が系が追従しなければならない最も高い周波
数となる。この周波数Fn は、露光領域(16)の走査
方向の幅をD、基板(15)の移動速度をDとすると、
次式のように表される。
【0020】
【数1】Fn =D/V そして、図6に示すように計測点(PA2)と計測点
(PB2)との走査方向の間隔をdとすると、その周波
数の信号における計測点(PA2)の信号と計測点(P
B2)の信号との間の位相差φABは、次のようになる。
(PB2)との走査方向の間隔をdとすると、その周波
数の信号における計測点(PA2)の信号と計測点(P
B2)の信号との間の位相差φABは、次のようになる。
【0021】
【数2】φAB=π(d/D) そして、図5に示すように、ベクトル加算により位相遅
れの補償を図るため、重み係数K1及びK2の比(K1
/K2)を1とした場合には、その位相差φABがπ/4
であれば、加算後のベクトル〈SD2〉が元のベクトル
〈SA20 〉と同じ位相になる。このときには、(数
2)より次の関係が導かれる。
れの補償を図るため、重み係数K1及びK2の比(K1
/K2)を1とした場合には、その位相差φABがπ/4
であれば、加算後のベクトル〈SD2〉が元のベクトル
〈SA20 〉と同じ位相になる。このときには、(数
2)より次の関係が導かれる。
【0022】
【数3】π(d/D)=π/4、即ち、d=D/4 基板(15)の凹凸の空間周波数が低周波数側に寄って
いる場合には、計測点(PA2)と計測点(PB2)と
の間隔dを短くすれば良いのであるが、動作中に高さ検
出手段の間隔を変えることは一般に多くの困難を伴う。
そこで、本発明においては、例えば重み係数K1及びK
2の比K1/K2を変えることにより、間隔dを変える
のと同等の作用効果を得ている。実際に基板(15)の
表面の凹凸の空間周波数分布が不明な場合には、フォー
カス残差をモニターしながら例えばその比K1/K2を
調整すればよい。
いる場合には、計測点(PA2)と計測点(PB2)と
の間隔dを短くすれば良いのであるが、動作中に高さ検
出手段の間隔を変えることは一般に多くの困難を伴う。
そこで、本発明においては、例えば重み係数K1及びK
2の比K1/K2を変えることにより、間隔dを変える
のと同等の作用効果を得ている。実際に基板(15)の
表面の凹凸の空間周波数分布が不明な場合には、フォー
カス残差をモニターしながら例えばその比K1/K2を
調整すればよい。
【0023】次に、図2(a)において基板(15)が
X方向に走査されるものとして、高さ検出手段で検出さ
れる複数の計測点を、例えばその基板の走査方向(X方
向)に平行な異なる複数の直線上に分布する3個以上の
計測点(PA1〜PA3,PB1〜PB3)として、そ
の高さ検出手段により検出されたそれら複数の計測点の
高さを最小自乗法で処理して基板(15)の露光面の面
形状を算出する面形状演算手段(33)を設けた場合に
は、先読みした高さデータに基づいて基板(15)の露
光面の平均的な面が求められる。この平均的な面を基準
面(例えば投影光学系を有する場合には、投影光学系に
よる結像面)に平行にすることにより、オートレベリン
グが実行される。
X方向に走査されるものとして、高さ検出手段で検出さ
れる複数の計測点を、例えばその基板の走査方向(X方
向)に平行な異なる複数の直線上に分布する3個以上の
計測点(PA1〜PA3,PB1〜PB3)として、そ
の高さ検出手段により検出されたそれら複数の計測点の
高さを最小自乗法で処理して基板(15)の露光面の面
形状を算出する面形状演算手段(33)を設けた場合に
は、先読みした高さデータに基づいて基板(15)の露
光面の平均的な面が求められる。この平均的な面を基準
面(例えば投影光学系を有する場合には、投影光学系に
よる結像面)に平行にすることにより、オートレベリン
グが実行される。
【0024】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。本実施例は、ステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置のオートフォーカス機構及びオート
レベリング機構に本発明を適用したものである。図1は
本実施例の投影露光装置の全体構成を示し、この図1に
おいて、光源及びオプティカルインテグレータ等を含む
光源系1からの露光光ILが、第1リレーレンズ2、レ
チクルブラインド(可変視野絞り)3、第2リレーレン
ズ4、ミラー5、及びメインコンデンサーレンズ6を介
して、均一な照度でレチクル7上の矩形の照明領域8を
照明する。レチクルブラインド3の配置面はレチクル7
のパターン形成面と共役であり、レチクルブラインド3
の開口の位置及び形状により、レチクル7上の照明領域
8の位置及び形状が設定される。光源系1内の光源とし
ては、超高圧水銀ランプ、エキシマレーザ光源、又はY
AGレーザの高調波発生装置等が使用される。
て説明する。本実施例は、ステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置のオートフォーカス機構及びオート
レベリング機構に本発明を適用したものである。図1は
本実施例の投影露光装置の全体構成を示し、この図1に
おいて、光源及びオプティカルインテグレータ等を含む
光源系1からの露光光ILが、第1リレーレンズ2、レ
チクルブラインド(可変視野絞り)3、第2リレーレン
ズ4、ミラー5、及びメインコンデンサーレンズ6を介
して、均一な照度でレチクル7上の矩形の照明領域8を
照明する。レチクルブラインド3の配置面はレチクル7
のパターン形成面と共役であり、レチクルブラインド3
の開口の位置及び形状により、レチクル7上の照明領域
8の位置及び形状が設定される。光源系1内の光源とし
ては、超高圧水銀ランプ、エキシマレーザ光源、又はY
AGレーザの高調波発生装置等が使用される。
【0025】レチクル7の照明領域8内のパターンの像
が、投影光学系PLを介してフォトレジストが塗布され
たウエハ15上の矩形の露光領域16内に投影露光され
る。投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、光
軸AXに垂直な2次元平面内で図1の紙面に平行な方向
にX軸を、図1に紙面に垂直な方向にY軸を取る。本実
施例では、スキャン方式で露光する際のレチクル7及び
ウエハ15の走査方向はX軸に平行である。
が、投影光学系PLを介してフォトレジストが塗布され
たウエハ15上の矩形の露光領域16内に投影露光され
る。投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、光
軸AXに垂直な2次元平面内で図1の紙面に平行な方向
にX軸を、図1に紙面に垂直な方向にY軸を取る。本実
施例では、スキャン方式で露光する際のレチクル7及び
ウエハ15の走査方向はX軸に平行である。
【0026】レチクル7はレチクルステージ9上に保持
され、レチクルステージ9はレチクルベース10上に例
えばリニアモータによりX方向に所定速度で駆動される
ように支持されている。レチクルステージ9のX方向の
一端に固定された移動鏡11でレーザ干渉計12からの
レーザビームが反射され、レーザ干渉計12によりレチ
クル7のX方向の座標が常時計測されている。レーザ干
渉計12で計測されたレチクル7の座標情報は、装置全
体の動作を制御する主制御系13に供給され、主制御系
13は、レチクル駆動系14を介してレチクルステージ
9の位置及び移動速度の制御を行う。
され、レチクルステージ9はレチクルベース10上に例
えばリニアモータによりX方向に所定速度で駆動される
ように支持されている。レチクルステージ9のX方向の
一端に固定された移動鏡11でレーザ干渉計12からの
レーザビームが反射され、レーザ干渉計12によりレチ
クル7のX方向の座標が常時計測されている。レーザ干
渉計12で計測されたレチクル7の座標情報は、装置全
体の動作を制御する主制御系13に供給され、主制御系
13は、レチクル駆動系14を介してレチクルステージ
9の位置及び移動速度の制御を行う。
【0027】一方、ウエハ15は、ウエハホルダー17
上に保持され、ウエハホルダー17は3個の伸縮自在な
ピエゾ素子等よりなる支点(図6の支点18A〜18
C)を介してZレベリングステージ19上に載置され、
Zレベリングステージ19はXYステージ20上に載置
され、XYステージ20はウエハベース21上に2次元
的に摺動自在に支持されている。Zレベリングステージ
19は、3個の支点を介してウエハホルダー17上のウ
エハ15のZ方向の位置(フォーカス位置)の微調整を
行うと共に、ウエハ15の露光面の傾斜角の微調整を行
う。更にZレベリングステージ19は、ウエハ15のZ
方向への位置の粗調整をも行う。また、XYステージ2
0は、Zレベリングステージ19、ウエハホルダー17
及びウエハ15をX方向及びY方向に位置決めすると共
に、走査露光時にウエハ15をX軸に平行に所定の走査
速度で走査する。
上に保持され、ウエハホルダー17は3個の伸縮自在な
ピエゾ素子等よりなる支点(図6の支点18A〜18
C)を介してZレベリングステージ19上に載置され、
Zレベリングステージ19はXYステージ20上に載置
され、XYステージ20はウエハベース21上に2次元
的に摺動自在に支持されている。Zレベリングステージ
19は、3個の支点を介してウエハホルダー17上のウ
エハ15のZ方向の位置(フォーカス位置)の微調整を
行うと共に、ウエハ15の露光面の傾斜角の微調整を行
う。更にZレベリングステージ19は、ウエハ15のZ
方向への位置の粗調整をも行う。また、XYステージ2
0は、Zレベリングステージ19、ウエハホルダー17
及びウエハ15をX方向及びY方向に位置決めすると共
に、走査露光時にウエハ15をX軸に平行に所定の走査
速度で走査する。
【0028】XYステージ20に固定された移動鏡22
で外部のレーザ干渉計23からのレーザビームを反射す
ることにより、レーザ干渉計23によりXYステージ2
3のXY座標が常時モニターされ、検出されたXY座標
が主制御系13に供給されている。主制御系13は、ウ
エハ駆動系24を介してXYステージ20及びZレベリ
ングステージ19の動作を制御する。スキャン方式で露
光を行う際には、投影光学系PLによる投影倍率をβと
して、レチクルステージ9を介してレチクル7を照明領
域8に対して−X方向(又はX方向)に速度VR で走査
するのと同期して、XYステージ20を介してウエハ1
5を露光領域16に対してX方向(又は−X方向)に速
度VW(=β・VR)で走査することにより、レチクル7の
パターン像が逐次ウエハ15上に露光される。
で外部のレーザ干渉計23からのレーザビームを反射す
ることにより、レーザ干渉計23によりXYステージ2
3のXY座標が常時モニターされ、検出されたXY座標
が主制御系13に供給されている。主制御系13は、ウ
エハ駆動系24を介してXYステージ20及びZレベリ
ングステージ19の動作を制御する。スキャン方式で露
光を行う際には、投影光学系PLによる投影倍率をβと
して、レチクルステージ9を介してレチクル7を照明領
域8に対して−X方向(又はX方向)に速度VR で走査
するのと同期して、XYステージ20を介してウエハ1
5を露光領域16に対してX方向(又は−X方向)に速
度VW(=β・VR)で走査することにより、レチクル7の
パターン像が逐次ウエハ15上に露光される。
【0029】次に、本実施例におけるウエハ15の露光
面のZ方向の位置(フォーカス位置)を検出するための
AFセンサー(焦点位置検出系)の構成につき説明す
る。本実施例では、9個の同じ構成のAFセンサーが配
置されているが、図1ではその内の3個のAFセンサー
25A2,25B2,25C2を示す。先ず中央のAF
センサー25A2において、光源26A2から射出され
たフォトレジストに対して非感光性の検出光が、送光ス
リット板27A2内のスリットパターンを照明し、その
スリットパターンの像が対物レンズ28A2を介して、
投影光学系PLの光軸AXに対して斜めに露光領域16
の中央に位置するウエハ15上の計測点PA2に投影さ
れる。計測点PA2からの反射光が、集光レンズ29A
2を介して振動スリット板30A2上に集光され、振動
スリット板30A2上に計測点PA2に投影されたスリ
ットパターン像が再結像される。
面のZ方向の位置(フォーカス位置)を検出するための
AFセンサー(焦点位置検出系)の構成につき説明す
る。本実施例では、9個の同じ構成のAFセンサーが配
置されているが、図1ではその内の3個のAFセンサー
25A2,25B2,25C2を示す。先ず中央のAF
センサー25A2において、光源26A2から射出され
たフォトレジストに対して非感光性の検出光が、送光ス
リット板27A2内のスリットパターンを照明し、その
スリットパターンの像が対物レンズ28A2を介して、
投影光学系PLの光軸AXに対して斜めに露光領域16
の中央に位置するウエハ15上の計測点PA2に投影さ
れる。計測点PA2からの反射光が、集光レンズ29A
2を介して振動スリット板30A2上に集光され、振動
スリット板30A2上に計測点PA2に投影されたスリ
ットパターン像が再結像される。
【0030】振動スリット板30A2のスリットを通過
した光が光電検出器31A2により光電変換され、この
光電変換信号が増幅器32A2に供給される。増幅器3
2A2は、振動スリット板30A2の駆動信号により光
電検出器31A2からの光電変換信号を同期検波し、得
られた信号を増幅することにより、計測点PA2のフォ
ーカス位置に対して所定範囲でほぼ線形に変化するフォ
ーカス信号を生成し、このフォーカス信号を面位置算出
系33に供給する。同様に、他のAFセンサー25B2
は、計測点PA2に対して−X方向側の計測点PB2に
スリットパターン像を投影し、このスリットパターン像
からの光を光電検出器31B2で光電変換して、増幅器
32B2に供給する。増幅器32B2は、計測点PB2
のフォーカス位置に対応するフォーカス信号を面位置算
出系33に供給する。同様に、AFセンサー25C2
は、計測点PA2に対してX方向側の計測点PC2にス
リットパターン像を投影し、このスリットパターン像か
らの光を光電検出器31C2で光電変換して、増幅器3
2C2に供給する。増幅器32C2は、計測点PC2の
フォーカス位置に対応するフォーカス信号を面位置算出
系33に供給する。
した光が光電検出器31A2により光電変換され、この
光電変換信号が増幅器32A2に供給される。増幅器3
2A2は、振動スリット板30A2の駆動信号により光
電検出器31A2からの光電変換信号を同期検波し、得
られた信号を増幅することにより、計測点PA2のフォ
ーカス位置に対して所定範囲でほぼ線形に変化するフォ
ーカス信号を生成し、このフォーカス信号を面位置算出
系33に供給する。同様に、他のAFセンサー25B2
は、計測点PA2に対して−X方向側の計測点PB2に
スリットパターン像を投影し、このスリットパターン像
からの光を光電検出器31B2で光電変換して、増幅器
32B2に供給する。増幅器32B2は、計測点PB2
のフォーカス位置に対応するフォーカス信号を面位置算
出系33に供給する。同様に、AFセンサー25C2
は、計測点PA2に対してX方向側の計測点PC2にス
リットパターン像を投影し、このスリットパターン像か
らの光を光電検出器31C2で光電変換して、増幅器3
2C2に供給する。増幅器32C2は、計測点PC2の
フォーカス位置に対応するフォーカス信号を面位置算出
系33に供給する。
【0031】この場合、AFセンサー25A2〜25C
2からの光電変換信号から増幅器32A2〜32C2に
より得られたフォーカス信号は、それぞれ計測点PA2
〜PC2が投影光学系PLによる結像面に合致している
ときに0になるようにキャリブレーションが行われてい
る。従って、各フォーカス信号は、それぞれ計測点PA
2〜PC2のフォーカス位置の結像面からのずれ量(デ
フォーカス量)に対応している。
2からの光電変換信号から増幅器32A2〜32C2に
より得られたフォーカス信号は、それぞれ計測点PA2
〜PC2が投影光学系PLによる結像面に合致している
ときに0になるようにキャリブレーションが行われてい
る。従って、各フォーカス信号は、それぞれ計測点PA
2〜PC2のフォーカス位置の結像面からのずれ量(デ
フォーカス量)に対応している。
【0032】図2(a)は本例でのウエハ15上の計測
点の分布を示し、この図2(a)において、X方向の幅
がDの矩形の露光領域16内の中央のY方向に伸びた直
線に沿って3個の計測点PA1〜PA3が配列され、計
測点PA1〜PA3からそれぞれ−X方向に間隔dだけ
離れた位置に計測点PB1〜PB3が配列され、計測点
PA1〜PA3からそれぞれX方向に間隔dだけ離れた
位置に計測点PC1〜PC3が配列されている。計測点
PA2が露光領域16の中央部に位置しており、9個の
計測点のフォーカス位置がそれぞれ独立に、図1のAF
センサー25A2と同じ構成のAFセンサーにより計測
されている。本実施例では、ウエハ15をX方向に走査
するときには、露光領域16内の計測点PA1〜PA
3、及び走査方向に手前の計測点PB1〜PB3でのフ
ォーカス信号の計測値を使用し、ウエハ15を−X方向
に走査するときには、露光領域16内の計測点PA1〜
PA3、及び走査方向に手前の計測点PC1〜PC3で
のフォーカス信号の計測値を使用する。
点の分布を示し、この図2(a)において、X方向の幅
がDの矩形の露光領域16内の中央のY方向に伸びた直
線に沿って3個の計測点PA1〜PA3が配列され、計
測点PA1〜PA3からそれぞれ−X方向に間隔dだけ
離れた位置に計測点PB1〜PB3が配列され、計測点
PA1〜PA3からそれぞれX方向に間隔dだけ離れた
位置に計測点PC1〜PC3が配列されている。計測点
PA2が露光領域16の中央部に位置しており、9個の
計測点のフォーカス位置がそれぞれ独立に、図1のAF
センサー25A2と同じ構成のAFセンサーにより計測
されている。本実施例では、ウエハ15をX方向に走査
するときには、露光領域16内の計測点PA1〜PA
3、及び走査方向に手前の計測点PB1〜PB3でのフ
ォーカス信号の計測値を使用し、ウエハ15を−X方向
に走査するときには、露光領域16内の計測点PA1〜
PA3、及び走査方向に手前の計測点PC1〜PC3で
のフォーカス信号の計測値を使用する。
【0033】以下では、図3に示すようにウエハ15を
X方向に走査する、即ちレチクル7を−X方向に走査す
るものとして説明する。先ず、露光領域16内の中央部
でのウエハ15のフォーカス位置を結像面に合致させる
ためのオートフォーカス機構につき説明する。この場
合、図3に示すように、露光領域16内の中央部の計測
点PA2でのフォーカス位置、及び計測点PA2に対し
て走査方向(X方向)に手前側の計測点PB2でのフォ
ーカス位置をそれぞれAFセンサー25A2及び25B
2で計測し、AFセンサー25A2及び25B2からの
光電変換信号をそれぞれ増幅器32A2及び32B2に
通してフォーカス信号SA2及びSB2を得る。フォー
カス信号SA2及びSB2は、それぞれ計測点PA2及
びPB2のフォーカス位置(Z方向の位置)の結像面か
らのずれ量に対応する信号である。
X方向に走査する、即ちレチクル7を−X方向に走査す
るものとして説明する。先ず、露光領域16内の中央部
でのウエハ15のフォーカス位置を結像面に合致させる
ためのオートフォーカス機構につき説明する。この場
合、図3に示すように、露光領域16内の中央部の計測
点PA2でのフォーカス位置、及び計測点PA2に対し
て走査方向(X方向)に手前側の計測点PB2でのフォ
ーカス位置をそれぞれAFセンサー25A2及び25B
2で計測し、AFセンサー25A2及び25B2からの
光電変換信号をそれぞれ増幅器32A2及び32B2に
通してフォーカス信号SA2及びSB2を得る。フォー
カス信号SA2及びSB2は、それぞれ計測点PA2及
びPB2のフォーカス位置(Z方向の位置)の結像面か
らのずれ量に対応する信号である。
【0034】この際に、検出系及びサーボ系に位相遅れ
が無く応答周波数の限界が無いものとすると、フォーカ
ス信号SB2及びSA2は、それぞれ図4(a)の実線
の曲線34B及び図4(b)の実線の曲線34Aで示す
ように、ウエハ15の露光面の凹凸を忠実に再現する。
しかしながら、実際には、検出系及びサーボ系の位相遅
れ及び応答周波数により、フォーカス信号SB2及びS
A2は、それぞれ図4(a)の点線の曲線35B及び図
4(b)の点線の曲線35Aで示すように、ウエハ15
の露光面の凹凸を所定の位相遅れで近似するものとな
る。
が無く応答周波数の限界が無いものとすると、フォーカ
ス信号SB2及びSA2は、それぞれ図4(a)の実線
の曲線34B及び図4(b)の実線の曲線34Aで示す
ように、ウエハ15の露光面の凹凸を忠実に再現する。
しかしながら、実際には、検出系及びサーボ系の位相遅
れ及び応答周波数により、フォーカス信号SB2及びS
A2は、それぞれ図4(a)の点線の曲線35B及び図
4(b)の点線の曲線35Aで示すように、ウエハ15
の露光面の凹凸を所定の位相遅れで近似するものとな
る。
【0035】図5はフォーカス信号SB2及びSA2を
ベクトル表記で表したものであり、ベクトル〈SB
20 〉及び〈SB2〉はそれぞれ図4(a)の曲線34
B及び35Bに対応するフォーカス信号を示し、ベクト
ル〈SA20 〉及び〈SA2〉はそれぞれ図4(b)の
曲線34A及び35Aに対応するフォーカス信号を示
す。求めるべきは、図3の露光領域16の中央の計測点
PA2でのフォーカス位置に対応する位相遅れの無い元
のフォーカス信号、即ちベクトル〈SA20 〉に対応す
るフォーカス信号である。図5より分かるように、ベク
トル〈SB2〉及び〈SA2〉にそれぞれ重み係数を付
けて加算するとベクトル〈SD2〉が得られるが、重み
係数を調整することにより、ほぼベクトル〈SA20 〉
と合致するベクトル〈SD2〉を求めることができる。
実際には、そのベクトル加算は、時間軸上でフォーカス
信号SB2及びSA2を重み付け加算することにより実
行される。
ベクトル表記で表したものであり、ベクトル〈SB
20 〉及び〈SB2〉はそれぞれ図4(a)の曲線34
B及び35Bに対応するフォーカス信号を示し、ベクト
ル〈SA20 〉及び〈SA2〉はそれぞれ図4(b)の
曲線34A及び35Aに対応するフォーカス信号を示
す。求めるべきは、図3の露光領域16の中央の計測点
PA2でのフォーカス位置に対応する位相遅れの無い元
のフォーカス信号、即ちベクトル〈SA20 〉に対応す
るフォーカス信号である。図5より分かるように、ベク
トル〈SB2〉及び〈SA2〉にそれぞれ重み係数を付
けて加算するとベクトル〈SD2〉が得られるが、重み
係数を調整することにより、ほぼベクトル〈SA20 〉
と合致するベクトル〈SD2〉を求めることができる。
実際には、そのベクトル加算は、時間軸上でフォーカス
信号SB2及びSA2を重み付け加算することにより実
行される。
【0036】図6は、そのようにフォーカス信号の重み
付け加算を行うための面位置算出系33の一例を示し、
図6において、フォーカス信号SA2及びSB2には、
面位置算出系33内の乗算器36A2及び36B2によ
りそれぞれ重み係数K1及びK2が掛けられる。そし
て、乗算器36A2及び36B2の出力信号が加算器3
7D2で加算されてフォーカス信号SD2が得られ、こ
のフォーカス信号SD2が面位置算出系33からウエハ
駆動系24に供給される。ウエハ駆動系24は、フォー
カス信号SD2が0になるように、Zレベリングステー
ジ19の3個の支点18A〜18CのZ方向への伸縮量
を並行に調整する。これにより、ウエハ15をX方向に
走査して露光を行う際でも、露光領域16内の中央の計
測点PA2でのフォーカス位置が結像面に合致した状態
に維持される。
付け加算を行うための面位置算出系33の一例を示し、
図6において、フォーカス信号SA2及びSB2には、
面位置算出系33内の乗算器36A2及び36B2によ
りそれぞれ重み係数K1及びK2が掛けられる。そし
て、乗算器36A2及び36B2の出力信号が加算器3
7D2で加算されてフォーカス信号SD2が得られ、こ
のフォーカス信号SD2が面位置算出系33からウエハ
駆動系24に供給される。ウエハ駆動系24は、フォー
カス信号SD2が0になるように、Zレベリングステー
ジ19の3個の支点18A〜18CのZ方向への伸縮量
を並行に調整する。これにより、ウエハ15をX方向に
走査して露光を行う際でも、露光領域16内の中央の計
測点PA2でのフォーカス位置が結像面に合致した状態
に維持される。
【0037】この際に、重み係数K1及びK2の値は、
ウエハ15のX方向への走査速度V W 、ウエハ15上で
の露光領域(レチクルパターンの投影領域)16の走査
方向の幅D、及び計測点PA2と計測点PB2との走査
方向の間隔dにより決定される。実際には、例えば重み
係数K1及びK2の値を種々に設定して、ウエハ15の
テストプリントを行い、露光後のデフォーカス量が最も
小さくなるときの重み係数K1及びK2の値を使用すれ
ばよい。
ウエハ15のX方向への走査速度V W 、ウエハ15上で
の露光領域(レチクルパターンの投影領域)16の走査
方向の幅D、及び計測点PA2と計測点PB2との走査
方向の間隔dにより決定される。実際には、例えば重み
係数K1及びK2の値を種々に設定して、ウエハ15の
テストプリントを行い、露光後のデフォーカス量が最も
小さくなるときの重み係数K1及びK2の値を使用すれ
ばよい。
【0038】次に、本例でウエハ15のオートフォーカ
ス及びオートレベリングを行う場合の制御系の構成及び
動作につき説明する。図7はこの場合の面位置算出系3
3及びウエハ駆動系24の構成の一例を示し、この図7
において、露光領域16内の計測点のフォーカス位置を
検出する3個のAFセンサー25A1〜25A3、及び
これら計測点の走査方向に手前側の計測点のフォーカス
位置を検出する3個のAFセンサー25B1〜25B3
が使用される。AFセンサー25A1〜25A3、25
B1〜25B3からの光電変換信号はそれぞれ増幅器3
2A1〜32A3、32B1〜32B3を介してフォー
カス信号として面位置算出系33内のマルチプレクサ3
8に供給される。増幅器32A1〜32A3、32B1
〜32B3では、入力された光電変換信号から外乱光等
によるノイズ成分が除去され、信号成分のコンディショ
ニングが行われている。マルチプレクサ38には、図2
(a)の3個の計測点PC1〜PC3に対応するフォー
カス信号も供給されているが、この場合には使用しない
ので表示を省略している。
ス及びオートレベリングを行う場合の制御系の構成及び
動作につき説明する。図7はこの場合の面位置算出系3
3及びウエハ駆動系24の構成の一例を示し、この図7
において、露光領域16内の計測点のフォーカス位置を
検出する3個のAFセンサー25A1〜25A3、及び
これら計測点の走査方向に手前側の計測点のフォーカス
位置を検出する3個のAFセンサー25B1〜25B3
が使用される。AFセンサー25A1〜25A3、25
B1〜25B3からの光電変換信号はそれぞれ増幅器3
2A1〜32A3、32B1〜32B3を介してフォー
カス信号として面位置算出系33内のマルチプレクサ3
8に供給される。増幅器32A1〜32A3、32B1
〜32B3では、入力された光電変換信号から外乱光等
によるノイズ成分が除去され、信号成分のコンディショ
ニングが行われている。マルチプレクサ38には、図2
(a)の3個の計測点PC1〜PC3に対応するフォー
カス信号も供給されているが、この場合には使用しない
ので表示を省略している。
【0039】マルチプレクサ38は、増幅器32A1〜
32A3、32B1〜32B3からのフォーカス信号を
時分割的に順次アナログ/デジタル(A/D)変換器3
9に供給し、A/D変換器39からのデジタル化された
フォーカス信号は順次主制御系13内のメモリに記憶さ
れる。主制御系13内では供給されたフォーカス信号の
内から選択されたフォーカス信号に対して、図6の回路
と同様に重み付け加算を実行して基準となるフォーカス
信号を生成すると共に、現在の露光領域16内のウエハ
15の露光面の各点でのフォーカス信号から、最小自乗
法によりその露光領域16内の露光面の平均的な面を求
める。そして、主制御系13は、基準となるフォーカス
信号、及び平均的な面の傾斜角から、露光領域16内の
ウエハ15の露光面を結像面に合致させるための、Zレ
ベリングステージ19の3個の支点18A〜18Cの伸
縮量を算出して、これら3個の伸縮量の情報をウエハ駆
動系24内のデジタル/アナログ(D/A)変換器40
に供給する。
32A3、32B1〜32B3からのフォーカス信号を
時分割的に順次アナログ/デジタル(A/D)変換器3
9に供給し、A/D変換器39からのデジタル化された
フォーカス信号は順次主制御系13内のメモリに記憶さ
れる。主制御系13内では供給されたフォーカス信号の
内から選択されたフォーカス信号に対して、図6の回路
と同様に重み付け加算を実行して基準となるフォーカス
信号を生成すると共に、現在の露光領域16内のウエハ
15の露光面の各点でのフォーカス信号から、最小自乗
法によりその露光領域16内の露光面の平均的な面を求
める。そして、主制御系13は、基準となるフォーカス
信号、及び平均的な面の傾斜角から、露光領域16内の
ウエハ15の露光面を結像面に合致させるための、Zレ
ベリングステージ19の3個の支点18A〜18Cの伸
縮量を算出して、これら3個の伸縮量の情報をウエハ駆
動系24内のデジタル/アナログ(D/A)変換器40
に供給する。
【0040】ウエハ駆動系24では、D/A変換器40
からの伸縮量を示す信号がデマルチプレクサ41に供給
され、デマルチプレクサ41から出力される3個の伸縮
量を示す信号がそれぞれサーボアンプ42A〜42Cを
介してZレベリングステージ19の支点18A〜18C
に供給される。そして、支点18A〜18Cの伸縮量が
調整され、ウエハ15の露光面のフォーカス位置及び傾
斜角が調整される。このウエハ15のフォーカス位置が
AFセンサー25A1〜25A3、25B1〜25B3
により検出されてフィードバックされ、図7の系の全体
が閉ループのサーボ系として機能する。これにより、露
光領域16内のウエハ15の露光面の平均的な面が結像
面に合致するように制御される。
からの伸縮量を示す信号がデマルチプレクサ41に供給
され、デマルチプレクサ41から出力される3個の伸縮
量を示す信号がそれぞれサーボアンプ42A〜42Cを
介してZレベリングステージ19の支点18A〜18C
に供給される。そして、支点18A〜18Cの伸縮量が
調整され、ウエハ15の露光面のフォーカス位置及び傾
斜角が調整される。このウエハ15のフォーカス位置が
AFセンサー25A1〜25A3、25B1〜25B3
により検出されてフィードバックされ、図7の系の全体
が閉ループのサーボ系として機能する。これにより、露
光領域16内のウエハ15の露光面の平均的な面が結像
面に合致するように制御される。
【0041】なお、上述実施例では、図2(a)に示す
ように、露光領域16及びこの近傍に3列で合計9個の
計測点が設定されているが、4列以上で9個以上の計測
点を設定してもよい。また、例えば図2(b)に示すよ
うに、露光領域16内に4個の計測点QA1〜QA4を
設定し、これら一列の計測点の手前側に計測点QA1〜
QA4とは非走査方向(Y方向)の位置を変えて5個の
計測点QB1〜QB5を設定してもよい。この場合、計
測点QB1〜QB5を通る直線上で、計測点QA1とY
方向の位置が同じ計測点QB6でのフォーカス位置が必
要な場合には、例えば両側の計測点QB1及びQB2で
のフォーカス位置の平均値等でデータを内挿してもよ
い。
ように、露光領域16及びこの近傍に3列で合計9個の
計測点が設定されているが、4列以上で9個以上の計測
点を設定してもよい。また、例えば図2(b)に示すよ
うに、露光領域16内に4個の計測点QA1〜QA4を
設定し、これら一列の計測点の手前側に計測点QA1〜
QA4とは非走査方向(Y方向)の位置を変えて5個の
計測点QB1〜QB5を設定してもよい。この場合、計
測点QB1〜QB5を通る直線上で、計測点QA1とY
方向の位置が同じ計測点QB6でのフォーカス位置が必
要な場合には、例えば両側の計測点QB1及びQB2で
のフォーカス位置の平均値等でデータを内挿してもよ
い。
【0042】なお、上記実施例においてフォーカス合わ
せのみを行うときは、走査方向に関して所定間隔だけ離
れた少なくとも2つの計測点を設定すればよく、1次元
(又は2次元)のレベリング合わせまで行うときは少な
くとも2組、即ち4つの計測点(又は少なくとも3組、
即ち6つの計測点)を設定すればよい。ただし、2次元
のレベリングを行うときは、露光領域内の少なくとも3
つの計測点が同一直線上に並ばないように設定する必要
がある。
せのみを行うときは、走査方向に関して所定間隔だけ離
れた少なくとも2つの計測点を設定すればよく、1次元
(又は2次元)のレベリング合わせまで行うときは少な
くとも2組、即ち4つの計測点(又は少なくとも3組、
即ち6つの計測点)を設定すればよい。ただし、2次元
のレベリングを行うときは、露光領域内の少なくとも3
つの計測点が同一直線上に並ばないように設定する必要
がある。
【0043】また、上述実施例は本発明を投影光学系を
載置した投影露光装置に適用したものであるが、それ以
外に例えば、反射式の投影露光装置、プロキシミティ方
式の露光装置、又はコンタクト方式の露光装置にも本発
明を適用することができる。更に、露光装置以外、例え
ば検査装置や加工装置であっても移動体の高さや傾きを
検出するものであれば、本発明を適用して同様の効果を
得ることができる。また、例えば図1の面位置算出系3
3はハードウエア、ソフトウエアの何れで構成してもよ
い。このように本発明は上述実施例に限定されず、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。以
上のように、上記の実施例によれば、露光領域内の計測
点及び先行する計測点で検出された高さに対応する信号
を重み係数を付けて加算して基準点での高さに対応する
信号を求めているため、ステップ・アンド・スキャン方
式を始めとする走査型の露光装置において、移動してい
る基板(ウエハ等)の露光面のその基準点でのフォーカ
ス位置(高さ)を正確に検出してサーボ系にフィードバ
ックできる利点がある。また、高さ検出手段で検出対象
となる複数の計測点を基板の走査方向に平行な異なる複
数の直線上に分布する3個以上の計測点として、その高
さ検出手段により検出されたそれら複数の計測点の高さ
に対応する信号を最小自乗法で処理してその基板の露光
面の面形状を算出するようにした場合には、移動してい
る基板の露光面の平均的な面の傾斜角を正確に検出して
サーボ系にフィードバックできる利点がある。
載置した投影露光装置に適用したものであるが、それ以
外に例えば、反射式の投影露光装置、プロキシミティ方
式の露光装置、又はコンタクト方式の露光装置にも本発
明を適用することができる。更に、露光装置以外、例え
ば検査装置や加工装置であっても移動体の高さや傾きを
検出するものであれば、本発明を適用して同様の効果を
得ることができる。また、例えば図1の面位置算出系3
3はハードウエア、ソフトウエアの何れで構成してもよ
い。このように本発明は上述実施例に限定されず、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。以
上のように、上記の実施例によれば、露光領域内の計測
点及び先行する計測点で検出された高さに対応する信号
を重み係数を付けて加算して基準点での高さに対応する
信号を求めているため、ステップ・アンド・スキャン方
式を始めとする走査型の露光装置において、移動してい
る基板(ウエハ等)の露光面のその基準点でのフォーカ
ス位置(高さ)を正確に検出してサーボ系にフィードバ
ックできる利点がある。また、高さ検出手段で検出対象
となる複数の計測点を基板の走査方向に平行な異なる複
数の直線上に分布する3個以上の計測点として、その高
さ検出手段により検出されたそれら複数の計測点の高さ
に対応する信号を最小自乗法で処理してその基板の露光
面の面形状を算出するようにした場合には、移動してい
る基板の露光面の平均的な面の傾斜角を正確に検出して
サーボ系にフィードバックできる利点がある。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、ステップ・アンド・ス
キャン方式を始めとする走査型の露光装置において、移
動している基板(ウエハ等)の露光面のその基準点での
フォーカス位置(高さ)を正確に検出してサーボ系にフ
ィードバックできる利点がある。
キャン方式を始めとする走査型の露光装置において、移
動している基板(ウエハ等)の露光面のその基準点での
フォーカス位置(高さ)を正確に検出してサーボ系にフ
ィードバックできる利点がある。
【0045】また、移動している基板の露光面の平均的
な面の傾斜角を正確に検出してサーボ系にフィードバッ
クできる利点がある。
な面の傾斜角を正確に検出してサーボ系にフィードバッ
クできる利点がある。
【図1】本発明の一実施例の投影露光装置の全体を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図2】(a)は図1のウエハ15上の計測点の配置の
一例を示す図、(b)はその計測点の配置の他の例を示
す図である。
一例を示す図、(b)はその計測点の配置の他の例を示
す図である。
【図3】ウエハ15を所定の方向に走査する場合のAF
センサーによるフォーカス位置の検出動作の説明に供す
る模式図である。
センサーによるフォーカス位置の検出動作の説明に供す
る模式図である。
【図4】(a)は図3のAFセンサー25B2によるフ
ォーカス信号を示す波形図、(b)は図3のAFセンサ
ー25A2によるフォーカス信号を示す波形図である。
ォーカス信号を示す波形図、(b)は図3のAFセンサ
ー25A2によるフォーカス信号を示す波形図である。
【図5】図4のフォーカス信号をベクトル表記した状態
を示す図である。
を示す図である。
【図6】実施例のオートフォーカス機構の一例を示す要
部の構成図である。
部の構成図である。
【図7】実施例のオートフォーカス機構及びオートレベ
リング機構の他の例を示す要部の構成図である。
リング機構の他の例を示す要部の構成図である。
3 レチクルブラインド 7 レチクル PL 投影光学系 13 主制御系 15 ウエハ 16 露光領域 18A〜18C 支点 19 Zレベリングステージ 20 XYステージ 23 ウエハ側のレーザ干渉計 24 ウエハ駆動系 25A1〜25A3,25B1〜25B3 AFセンサ
ー PA1〜PA3,PB1〜PB3,PC1〜PC3 計
測点 32A1〜32A3,32B1〜32B3 増幅器 33 面位置算出系
ー PA1〜PA3,PB1〜PB3,PC1〜PC3 計
測点 32A1〜32A3,32B1〜32B3 増幅器 33 面位置算出系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/207
Claims (10)
- 【請求項1】 所定形状の照明領域に対して転写用のパ
ターンが形成されたマスクを所定の方向に走査するマス
クステージと、該マスクステージに同期して感光性の基
板を所定の方向に走査する基板ステージと、該基板ステ
ージに設けられ前記基板の露光面の前記マスク方向の高
さに応じて前記基板の高さを調整する高さ調整手段とを
有し、前記基板の高さを調整しつつ前記マスクのパター
ンを逐次前記基板上に露光する走査型の露光装置に設け
られ、前記高さ調整手段に対して供給するための前記基
板の露光面の高さに対応する信号を検出する位置検出装
置において、 前記マスクのパターンの露光領域内の計測点及び該露光
領域に対して走査方向に手前側の領域内の計測点よりな
る複数の計測点で前記基板の露光面の高さに対応する信
号を検出する高さ検出手段と、 該高さ検出手段により検出された前記複数の計測点の高
さに対応する信号を、前記基板ステージの移動速度、前
記マスクのパターンの露光領域の走査方向の幅、及び前
記複数の計測点の配置より定まる重み係数を付けて加算
することにより、前記マスクのパターンの露光領域内の
所定の基準点での前記基板の露光面の高さに対応する信
号を求める高さ演算手段と、を有し、 該高さ演算手段で求められた高さに対応する信号を前記
高さ調整手段に供給することを特徴とする位置検出装
置。 - 【請求項2】 前記高さ検出手段で検出対象となる複数
の計測点は前記基板の走査方向に平行な異なる複数の直
線上に分布する3個以上の計測点であり、 前記高さ検出手段により検出された前記複数の計測点の
高さに対応する信号を最小自乗法で処理して前記基板の
露光面の面形状を算出する面形状演算手段を設けたこと
を特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 パターンが形成されたマスクを所定の方
向に走査するマスクステージと、該マスクステージに同
期して基板を所定の方向に走査する基板ステージと、前
記マスクのパターンの像を前記基板上に投影する投影光
学系と、該基板の走査中に前記基板の露光面と前記投影
光学系の像面とを合致させるための調整手段とを備え、
前記マスクと前記基板とを同期して走査することによっ
て、前記マスクのパターンを逐次前記基板上に露光する
走査型の露光装置において、 前記投影光学系を介して前記マスクのパターンの像が投
影される露光領域内に配置された第1計測点と該第1計
測点に対して前記基板の走査方向に離れた第2計測点と
を有し、前記第1計測点と前記第2計測点との各々で前
記基板の露光面のフォーカス情報を検出する検出手段
と、 前記第1計測点で検出されたフォーカス情報と前記第2
計測点で検出されたフォーカス情報との各々に重み付け
を行って、該重み付けを行ったフォーカス情報に基づい
て前記調整手段を制御する制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする露光装置。 - 【請求項4】 前記露光領域は、前記基板の走査方向と
直交する非走査方向に延びる矩形状であって、 前記第1計測点は、前記非走査方向に沿って配置された
複数の計測点を含むことを特徴とする請求項3に記載の
装置。 - 【請求項5】 前記露光領域は、前記基板の走査方向と
直交する非走査方向に延びる矩形状であって、 前記第2計測点は、前記非走査方向に沿って配置された
複数の計測点を含むことを特徴とする請求項3又は4に
記載の装置。 - 【請求項6】 前記フォーカス情報に対する重み係数
は、前記基板の走査方向における前記露光領域の幅に応
じて定められることを特徴とする請求項3、4、又は5
に記載の装置。 - 【請求項7】 前記フォーカス情報に対する重み係数
は、前記基板の走査速度に応じて定められることを特徴
とする請求項3〜6のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項8】 前記フォーカス情報に対する重み係数
は、前記基板の走査方向に関する前記第1計測点と前記
第2計測点との間隔に応じて定められることを特徴とす
る請求項3〜7のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項9】 マスクのパターンの像を投影光学系を介
して基板上に投影するとともに、前記マスクと前記基板
とを同期して移動することによって、前記マスクのパタ
ーンを前記基板上に露光する露光方法において、 複数の計測点の各々で、前記基板の露光面のフォーカス
情報を検出し; 前記検出されたフォーカス情報に前記基板の走査速度に
応じた重み付けを行って、該重み付けされたフォーカス
情報に基づいて前記基板の露光面と前記投影光学系の像
面との位置関係を調整することを特徴とする露光方法。 - 【請求項10】 マスクのパターンの像を投影光学系を
介して基板上に投影するとともに、前記マスクと前記基
板とを同期して移動することによって、前記マスクのパ
ターンを前記基板上に露光する露光方法において、 複数の計測点の各々で、前記基板の露光面のフォーカス
情報を検出し; 前記検出されたフォーカス情報に、前記マスクのパター
ンの像が投影される露光領域の前記基板の走査方向に関
する幅に応じた重み付けを行って、該重み付けされたフ
ォーカス情報に基づいて前記基板の露光面と前記投影光
学系の像面との位置関係を調整することを特徴とする露
光方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22870693A JP3303280B2 (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | 位置検出装置、露光装置、及び露光方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22870693A JP3303280B2 (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | 位置検出装置、露光装置、及び露光方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0786135A JPH0786135A (ja) | 1995-03-31 |
JP3303280B2 true JP3303280B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=16880532
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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---|---|
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---|---|---|---|---|
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