JP4171159B2 - リソグラフィック投影装置のオフアキシレベリング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィ装置に於ける、例えば、基板および／またはマスクの、高さ検出およびレベリングに関する。更に詳しくは、この発明は、リソグラフィ投影装置であって：
放射線の投影ビームを供給するための放射線システム；
マスクを保持するためのマスクホルダを備える第１物体テーブル；
基板を保持するための基板ホルダを備える、第２の、可動物体テーブル；
このマスクの被照射部分をこの基板の目標部分上に結像するための投影システム；および
上記第２物体テーブルを、上記投影システムが上記マスク部分を上記基板上に結像に出来る露出位置と測定位置の間で動かすための位置決めシステム；
を含む投影装置に於けるオフアクシスレベリング用システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
簡単のために、この投影システムを、以後“レンズ”と呼ぶかも知れないが；
この用語は、例えば、屈折性光学素子、反射性光学素子、反射屈折性光学素子、および荷電粒子光学素子を含む、種々の型式の投影システムを包含するように広く解釈すべきである。この放射線システムもこれらの原理の何れかに従って放射線の投影ビームを指向し、成形しまたは制御するために作用する素子を含んでもよく、そのような素子も以下で集合的または単独に“レンズ”と呼んでもよい。その上、この第１および第２物体テーブルを、それぞれ、“マスクテーブル”および“基板テーブル”と呼んでもよい。更に、このリソグラフィ装置は、二つ以上のマスクテーブルおよび／または二つ以上の基板テーブルを有する型式のものでもよい。そのような“多段”装置では、追加のテーブルを並列に使ってもよく、または準備工程を一つ以上のテーブルで実施し、一方、一つ以上の他のテーブルを露出用に使ってもよい。
【０００３】
リソグラフィ投影装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。そのような場合、マスク（レチクル）がこのＩＣの個々の層に対応する回路パターンを含んでもよく、このパターンを、感光材料（レジスト）の層で塗被した基板（シリコンウエハ）の露出領域（ダイ）上に結像することができる。一般的に、１枚のウエハが隣接するダイの全ネットワークを含み、それらをレチクルを経て、一度に一つずつ、順次照射する。リソグラフィ投影装置の一つの型式では、全レチクルパターンをダイ上に一度に露出することによって各ダイを照射し；そのような装置を普通ウエハステッパと呼ぶ。普通ステップ・アンド・スキャン装置と呼ぶ代替装置では、このレチクルパターンを投影ビームで与えられた基準方向（“走査”方向）に順次走査し、一方、一般的に、この投影システムが倍率Ｍ（一般的に＜１）とし、ウエハテーブルを走査する速度νとすると、倍率Ｍ掛ける速度であるレチクルテーブルを走査する速度で、ウエハテーブルをこの方向に平行または逆平行に同期して走査することによって各ダイを照射する。ここに説明したようなリソグラフィ装置に関する更なる情報は、例えば、国際特許出願ＷＯ９７／３３２０５から収集することができる。
【０００４】
極最近まで、リソグラフィ装置は、単一マスクテーブルおよび単一基板テーブルを含んだ。しかし、今や少なくとも二つの独立に可動の基板テーブルがある機械が利用可能である；例えば、国際特許出願ＷＯ９８／２８６６５およびＷＯ９８／４０７９１に記載されている多段装置を参照されたい。そのような多段装置の背後の基本動作原理は、第１基板テーブルがその上にある第１基板を露出するために投影システムの下にある間に、第２基板テーブルが装填位置へ移動でき、露出した基板を排出し、新しい基板を取上げ、この新しい基板に幾つかの初期測定を行い、および次に第１基板の露出が完了するとすぐ、この新しい基板を投影システムの下の露出位置へ移送するために待機し；そこでこのサイクルを繰返すことである。この様にして、機械のスループットをかなり向上することが可能であり、結果としてこの機械の所有コストを改善する。この同じ原理を、露出位置と測定位置の間を動く一つだけの基板テーブルに使えることを理解すべきである。
【０００５】
この測定位置で基板に行う測定は、例えば、基板（“ダイ”）上の種々の意図する露出領域、基板上の参照マーカ、および基板テーブル上の基板領域の外側に位置する少なくとも一つの参照マーカ（例えば、基準の）の間の空間関係（ＸおよびＹ方向の）の決定を含んでもよい。そのような情報は、後に投影ビームに関する露出領域の迅速にして正確なＸおよびＹ位置決めを行うために露出位置で使用することが出来；更なる情報については、例えば、ＷＯ９９／３２９４０（Ｐ−００７９）参照。この明細書では、種々の点での、基板表面のＺ位置を基板ホルダの参照面に対して、関連させ高さマップの測定点での準備も記載する。しかし、この参照面は、測定位置でＺ干渉計によって定め、露出位置では、別のＺ干渉計を使用する。従って、二つのＺ干渉計の原点の間の正確な関係を知ることが必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、リソグラフィ投影装置に於いて、二つの干渉計システムの原点を関係付ける必要を回避し、且つ露出プロセス中に露出領域の位置決めの付加的改善を可能にする、基板のオフアクシスレベリングをするためのシステムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、リソグラフィ投影装置であって：
放射線の投影ビームを供給するための放射線システム；
マスクを保持するためのマスクホルダを備える第１物体テーブル；
基板を保持するための基板ホルダを備える、第２の、可動物体テーブル；
このマスクの被照射部分をこの基板の目標部分上に結像するための投影システム；および
上記第２物体テーブルを、上記投影システムが上記マスク部分を上記基板上に結像に出来る露出ステーションと測定ステーションの間で動かすための位置決めシステム；
を含む投影装置に於いて；
上記第２物体テーブルがそれに固定された物理的参照面を有し、
並びに：投影装置は、
上記測定ステーションに位置し、上記基板ホルダ上に保持された基板の表面上の複数の点の、上記物理的参照面に関する、高さを測定しおよびその高さマップを作るように構成および配設された高さマップ作成手段；
上記露出ステーションに位置し、上記第２物体テーブルを上記露出ステーションへ動かしてから、上記物理的参照面の上記基板表面に実質的に垂直な第１方向に於ける位置を測定するための位置測定手段；並びに
上記目標部分の露出中に、上記高さマップおよび上記位置測定手段によって測定した上記位置に従って、少なくとも上記第１方向に於ける上記第２物体テーブルの位置を制御するように構成および配設された制御手段と；
を有することを特徴とする装置が提供される。
【０００８】
本発明の更なる態様によれば、
放射線の投影ビームを供給するための放射線システム；
マスクを保持するためのマスクホルダを備える第１物体テーブル；
基板を保持するための基板ホルダを備える、第２の、可動物体テーブル；および
このマスクの被照射部分を露出ステーションでこの基板の目標部分上に結像するための投影システムと
を含むリソグラフィ投影装置を使うデバイスの製造方法であって：
上記第１物体テーブルにパターンを坦持するマスクを設ける工程；
上記第２物体テーブルに放射線感応層を有する基板を設ける工程；およびこのマスクの上記被照射部分をこの基板の上記目標部分上に結像する工程を含む方法に於いて：
上記結像工程の前の、この第２物体テーブルが測定ステーションにあって、この基板表面上の複数の点の、上記第２物体テーブル上の物理的参照面に関する、高さを示す高さマップを作る工程；
この第２物体テーブルを上記露出ステーションへ動かし、上記物理的参照面の上記基板表面に実質的に垂直な第１方向に於ける位置を測定する工程；並びに
上記結像工程中に、この第２物体テーブルを、上記高さマップおよび上記物理的参照面の上記第１方向に測定した上記位置を参照して、少なくとも上記第１方向に位置決めする工程に特徴がある方法が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明によるリソグラフィ投影装置を使う製造プロセスでは、マスクのパターンを、少なくとも部分的にエネルギー感応性材料（レジスト）で覆われた基板上に結像する。この結像工程の前に、この基板は、例えば、下塗り、レジスト塗布およびソフトベークのような、種々の処理を受けるかも知れない。露出後、基板は、例えば、露出後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベークおよび結像形態の測定／検査のような、他の処理を受けるかも知れない。この一連の処理は、デバイス、例えばＩＣの個々の層をパターン化するための基礎として使用する。そのようにパターン化した層は、次に、エッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化処理、酸化処理、化学・機械的研磨等のような、全て個々の層の仕上げを意図した種々の処理を受けるかも知れない。もし、幾つかの層が必要ならば、全処理またはその変形を各新しい層に反復しなければならないだろう。結局、デバイスのアレー（ダイ）が基板（ウエハ）上にできる。次に、これらのデバイスをダイシングまたは鋸引のような手法によって互いから分離し、そこから個々のデバイスをキャリヤに取付け、ピンを接続するようにできる。そのようなプロセスに関する更なる情報は、例えば、ピータ・バン・ザントの“マイクロチップの製作：半導体加工の実用ガイド”、第３版、マグロウヒル出版社、1997年、ISBN0-07-067250-4などの書物から得ることができる。
【００１０】
本文では、この発明による装置をＩＣの製造に用いるべく特に説明をしてもよいが、そのような装置に多くの他の用途の可能性があることを明確に理解すべきである。例えば、それを集積光学系、磁区メモリ用誘導検出パターン、液晶ディスプレーパネル，薄膜磁気ヘッド等の製造に使ってもよい。当業者は、そのような代替用途の関係では、この本文で使う“レチクル”、“ウエハ”または“ダイ”という用語のどれも、それぞれ、より一般的な用語“マスク”、“基板”および“露出領域”で置換えられると考えるべきであることが分るだろう。
【００１１】
本明細書では、“放射線”および“ビーム”という用語を使って、紫外線（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの波部）、極紫外線（ＥＵＶ）、Ｘ線、電子およびイオンを含むが、それに限定されないあらゆる種類の電磁波放射または粒子束を包含する。やはりここでは、この発明を直交Ｘ、ＹおよびＺ方向の参照系を使って説明し、Ｉ方向に平行な軸周りの回転をＲｉで表す。更に、文脈が別のことを要求するのでなければ、ここで使う“垂直”（Ｚ）という用語は、この装置の何れか特定の方向を意味するのではなく、基板またはマスク面に垂直な方向を指す。
【００１２】
【実施例１】
以下に実施例および添付の概略図を参照して本発明を説明する。
図１は、この発明によるリソグラフィ投影装置を概略的に示す。この装置は：
● 放射線（例えば、ＵＶまたはＥＵＶ）の投影ビームＰＢを供給するための放射線システムＬＡ、Ｅｘ、ＩＮ、ＣＯ；
● マスクＭＡ（例えば、レチクル）を保持するためのマスクホルダを備え、このマスクを部材ＰＬに関して正確に位置決めするための第１位置決め手段に結合された第１物体テーブル（マスクテーブル）ＭＴ；
● 基板Ｗ（例えば、レジストを塗被したシリコンウエハ）を保持するための基板ホルダを備え、この基板を部材ＰＬに関して正確に位置決めするための第２位置決め手段に結合された第２物体テーブル（基板またはウエハテーブル）ＷＴａ；
● 基板Ｗ（例えば、レジストを塗被したシリコンウエハ）を保持するための基板ホルダを備え、この基板を部材ＰＬに関して正確に位置決めするための第３位置決め手段に結合された第３物体テーブル（基板またはウエハテーブル）ＷＴｂ；
● 測定ステーションで基板テーブルＷＴａまたはＷＴｂ上に保持された基板上に測定（特性表示）プロセスを行うための測定システムＭＳ；および
● 露出ステーションで基板テーブルＷＴａまたはＷＴｂに保持された基板Ｗの露出領域Ｃ（ダイ）上にこのマスクＭＡの被照射部分を結像するための投影システム（“レンズ”）ＰＬ（例えば、屈折若しくは反射屈折性のシステム、ミラーグループまたは視界偏向器アレー）；
を含む。
【００１３】
ここに示すように、この装置は、透過型である（即ち、透過型マスクを有する）。しかし、一般的に、それは、例えば、反射型でもよい。
【００１４】
この放射線システムは、放射線のビームを作る線源ＬＡ（例えば、水銀ランプ、エグザミナレーザ、貯蔵リングまたはシンクロトロンの電子ビームの経路の周りに設けたアンジュレータ、レーザプラズマ源、または電子若しくはイオンビーム源）を含む。このビームを、この照明システムに含まれる種々の光学部品、−例えば、ビーム成形光学素子Ｅｘ、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯ− に通して出来たビームＰＢが所望の形状およびその断面での強度分布を有するようにする。
【００１５】
このビームＰＢは、続いてマスクテーブルＭＴ上のマスクホルダに保持されているマスクＭＡを横切る。マスクＭＡを通過してから、ビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、そのレンズがビームＰＢを基板Ｗの露出領域Ｃ上に集束する。干渉計変位および測定手段ＩＦを使って、基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂを第２および第３位置決め手段によって正確に動かすことができ、例えば、異なる露出領域ＣをビームＰＢの経路内に配置する。同様に、第１位置決め手段を使って、例えば、マスクＭＡをマスクライブラリーから機械的に取出してから、このマスクＭＡをビームＰＢの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、物体テーブルＭＴ、ＷＴａ、ＷＴｂの移動は、図１にはっきりは示さないが、長ストロークモジュール（粗位置決め）および短ストロークモジュール（微細位置決め）を使って実現する。ウエハステッパの場合は（ステップ・アンド・スキャン装置と違って）、レチクルテーブルを短ストローク位置決め装置にだけ結合して、マスクの向きおよび位置の微細調整を行ってもよい。
【００１６】
この第２および第３位置決め手段は、それらそれぞれの基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂを投影システムＰＬの下の露出ステーションおよび測定システムＭＳの下の測定ステーションの両方を含む範囲に亘って位置決めできるように構成してもよい。その代りに、この第２および第３位置決め手段を、基板テーブルをそれぞれの露出ステーションに位置決めするための別々の露出ステーションおよび測定ステーション位置決めシステム並びにこれらの基板テーブルを二つの位置決めシステムの間で交換するためのテーブル交換手段で置換えてもよい。適当な位置決めシステムは、とりわけ上記のＷＯ９８／２８６６５およびＷＯ９８／４０７９１に記載されている。リソグラフィ装置は、多段露出ステーションおよび／または多段測定ステーションを有してもよいこと、並びに測定ステーションの数と露出ステーションの数が互いに異なってもよく、ステーションの全数が基板テーブルの数と等しい必要がないことに注意すべきである。実際、露出および測定ステーションを別々とする原理は、単一基板テーブルにおいても通用する。
【００１７】
図示する装置は、二つの異なるモードで使用することができる：
１． ステップ・アンド・リピート（ステップ）モードでは、マスクテーブルＭＴを本質的に固定して保持し、全マスク画像を露出領域Ｃ上に一度に（即ち、単一“フラッシュ”で）投影する。次に、基板テーブルＭＴをＸまたはＹ方向に移動して異なる露出領域ＣをビームＰＢによって照射できるようにし；
２． ステップ・アンド・スキャン（走査）モードでは、与えられた露出領域Ｃを単一“フラッシュ”で露出しないことを除いて、本質的に同じシナリオを適用する。その代りに、マスクテーブルＭＴが与えられた方向（所謂“走査”方向、例えば、Ｙ方向）に速度ｖで動き得て、投影ビームＰＢにマスク画像上を走査させ；
それと共に、基板テーブルＷＴａまたはＷＴｂを同じまたは反対方向にＶ＝Ｍｖの速度で同時に動かす。但し、ＭはレンズＰＬの倍率（典型的には、Ｍ＝１／４または１／５）である。この様にして、比較的大きな露出領域Ｃを、解像度で妥協する必要なく、露出することが出来る。
【００１８】
リソグラフィ装置の結像品質に影響する重要な要因は、マスク画像を基板上に集束する精度である。実際には、投影システムＰＬの焦点面の位置を調整するための範囲が限られ、そのシステムの焦点深度が浅いので、これは、ウエハ（基板）の露出領域を投影システムＰＬの焦点面に正確に配置しなければならないことを意味する。これをするためには、勿論、投影システムＰＬの焦点面の位置とウエハの上面の位置の両方を知る必要がある。ウエハは、超高平面度に研磨するが、それにも拘らず、焦点精度に顕著に影響するに十分な大きさの、ウエハ表面の完全平面度からの逸脱（“不平面度”と称する）が起り得る。不平面度は、例えば、ウエハ厚さのばらつき、ウエハ形状の歪みまたはウエハホルダの汚れによって生ずるかも知れない。先の処理工程による構造物の存在もウエハの高さ（平面度）にかなり影響する。本発明では、不平面度の原因が大部分無関係で；ウエハの上面の高さだけを考える。特記しない場合には、以下に称する“ウエハ表面”は、その上にマスク画像を投影する、ウエハの上面を指す。
【００１９】
この発明によれば、ウエハを基板テーブルに装填してから、この基板テーブルの物理的参照面に対するウエハ表面の高さＺ_Weferをマップにする。このプロセスは、測定ステーションで、レベルセンサと称する第１センサを使ってこの物理的参照面の垂直（Ｚ）位置およびウエハ表面の垂直位置Ｚ_LSを複数の点で測定し、並びに第２センサ、例えばＺ干渉計、を使ってこの基板テーブルの垂直位置、Ｚ_IFを同じ点で同時に測定することによって行う。図２に示すように、ウエハ表面高さは、Ｚ_Wefer＝Ｚ_LS−Ｚ_IFとして決定する。次に、このウエハを坦持する基板テーブルを露出ステーションへ移し、物理的参照面の垂直位置を再び決定する。次に露出プロセス中にウエハを正しい垂直位置に位置決めする際にこの高さマップを参照する。この手順を以下に図３ないし図６を参照して更に詳しく説明する。
【００２０】
図３に示すように、最初に基板テーブルを、この基板テーブルに固定した物理的参照面がレベルセンサＬＳの下にあるように動かす。この物理的参照面は、基板テーブル上のＸ、ＹおよびＺ位置がこのリソグラフィ装置でのウエハの処理中に、および最も重要なことには、基板テーブルを測定ステーションと露出ステーション間での移動の際に、変らなければ何か都合のよい面でよい。この物理的参照面は、他の整列マークを含む基準の一部でもよく、且つウエハ表面の垂直位置を測定するのと同じセンサでその垂直位置を測定させるような性質を有すべきである。現在好適な実施例で、この物理的参照面は、中に所謂透過型イメージセンサ（ＴＩＳ）を挿入する基準の反射面である。以下に、このＴＩＳを更に説明する。
【００２１】
このレベルセンサは、例えば、米国特許第５，１９１，２００号（Ｐ−００３９）（その中で焦点誤差検出システムと称する）に記載されているような光センサでもよく；その代りに空気圧または容量センサ（例えば）が考えられる。ウエハ面によって反射した投影格子の像と固定検出格子の間に作ったモアレ図形を使うセンサの現在好適な形を、以下にこの発明の第２実施例に関連して説明する。このレベルセンサは、複数の位置の垂直位置を同時に測定してもよく、および各々に対し小さい面積の平均高さを測定して、高さ空間周波数の不平面度を平均してもよい。
【００２２】
レベルセンサＬＳによる物理的参照面の垂直位置の測定と同時に、Ｚ干渉計を使って基板テーブルの垂直位置、Ｚ_IFを測定する。このＺ干渉計は、例えば、ＷＯ９９／２８７９０（Ｐ−００７７）またはＷＯＰＰ／３２９４０（Ｐ−００７９）に記載されているような、３、５または６軸干渉計式計測システムの一部でもよい。このＺ干渉計システムは、基板テーブルの垂直位置をＸＹ平面でレベルセンサＬＳの較正した測定位置と同じ位置を有する点で測定するのが好ましい。これは、基板テーブルＷＴの二つの対向する側の垂直位置を、このレベルセンサの測定位置と一致する点で測定し、それらの間を補間／モデリングすることによって行ってもよい。これは、ウエハテーブルがＸＹ平面から傾斜する場合、このＺ干渉計測定がレベルセンサの下の基板テーブルの垂直位置を正しく示すことを保証する。
【００２３】
このプロセスを、この第１物理的参照面から、例えば、対角線的に離間した、少なくとも第２物理的参照面で繰返すのが好ましい。すると、二つ以上の位置からの高さ測定を使って参照面を定めることが出来る。
【００２４】
一つ以上の物理的参照面の垂直位置と基板テーブルの垂直位置の同時測定は、ウエハ高さをマップにすべき基準となる参照平面を決める点を確立する。上記の種類のＺ干渉計は、絶対センサよりも事実上変位センサであり、それでゼロ合せが必要であるが、広範囲に亘って高度に線形の位置測定を提供する。他方、適当なレベルセンサ、例えば、上記のものは、外部に決めた参照平面（即ち、称呼ゼロ）に関して絶対位置測定を提供するが、小さい範囲に亘ってである。そのようなセンサを使う場合、物理的参照面がレベルセンサの測定範囲の中間で称呼ゼロに位置するまで基板テーブルを垂直に動かし、現在の干渉計Ｚ値を読出すのが好都合である。物理的参照面についての一つ以上のこれらの測定が高さマップ作成のための参照平面を確立するだろう。次に、この参照平面に関してＺ干渉計をゼロに合わせる。この様にして、この参照平面を基板テーブル上の物理的面に関係付け、Ｚ_Wefer高さマップを、測定ステーションでのＺ干渉計の初期ゼロ位置および基板テーブルを動かすベースプレートの不平面度のような他の局部因子と無関係に作る。その上、この高さマップをレベルセンサのゼロ位置のドリフトと無関係に作る。
【００２５】
図４に示すように、一旦この参照平面を確立すると、高さマップを作るためにウエハ面がレベルセンサの下で走査されるように基板テーブルを動かす。ウエハ面の垂直位置および基板テーブルの垂直位置を既知のＸＹ位置の複数の点で測定し、互いから引いて既知のＸＹ位置でのウエハ高さを得る。これらのウエハ高さ値がウエハ高さマップを形成し、それを適当な形で記録することが出来る。例えば、これらのウエハ高さ値およびＸＹ座標を一緒に所謂目に見えない対に記憶してもよい。その代りに、ウエハ高さ値を採る点を、例えば、ウエハを所定の経路に沿って所定の速度で走査し、所定の間隔で測定することによって、予め決めて、単純なリストまたは高さ値のアレー（任意に測定パターンおよび／または開始点を決める少数のパラメータと共に）がこの高さマップを決めるに十分であるようにする。
【００２６】
高さマップ作成走査中の基板テーブルの運動は、大部分ＸＹ平面内だけである。しかし、もし、レベルセンサＬＳが確実なゼロ読みだけを提供する型式であれば、ウエハ面をこのレベルセンサのゼロ位置に保つために、基板テーブルを垂直にも動かす。そこでウエハ高さを、レベルセンサからのゼロ読みを維持するために必要な、Ｚ干渉計によって測定した、基板テーブルのＺ運動から本質的に誘導する。しかし、出力がウエハ高さと線形に関係する、または線形化できる測定範囲がかなり広いレベルセンサを使うのが好ましい。そのような測定範囲は、理想的には、ウエハ高さの最大予測、または許容ばらつきを包含する。そのようなセンサによれば、走査速度がウエハの輪郭を３次元で追跡するための短ストローク基板テーブルの能力によってではなく、センサの応答時間によって制限されるので、この操作中の基板テーブルの垂直運動の必要は減るか、無くなり、走査を速く終えることが出来る。また、直線範囲の広いセンサは、複数の位置（例えば、点のアレー）で高さを同時に測定できるようにする。
【００２７】
次に、ウエハテーブルを露出ステーションへ動かし、図５に示すように、この（物理的）参照面を投影レンズの下に配置して、この投影レンズの焦点面に対するその垂直位置の測定が出来るようにする。好適実施例で、これは、その検出器を前の測定で使用した参照面に物理的に結合した、一つ以上の透過型イメージセンサ（以下に説明する）を使って達成する。この透過型イメージセンサは、投影レンズの下のマスクから投影した像の垂直合焦位置を決めることが出来る。この測定を用意して、この参照平面を投影レンズの焦点面に関係付けることが出来、およびウエハ面を最適焦点に保つ、３次元での基板テーブルのための経路を決めることが出来る。これを行える一つの方法は、この走査経路に沿う一連の点に対するＺ、ＲｘおよびＲｙ設定点を計算することである。これらの設定点は、ウエハマップデータと露出スリット像の焦点面の間の差を最小にするように最小自乗法を使って決める。計算を容易にするために、露出スリット像とウエハの相対運動をスリットが静的ウエハに対して動くとして表現することが出来る。すると、この最小自乗基準は、各時間ｔに対し、次の式の最小値を与えるＺ（ｔ）、Ｒｘ（ｔ）およびＲｙ（ｔ）の値を見付けることとして表すことができる：
【００２８】
【数１】

但し、ｗ（ｘ，ｙ）はウエハ高さマップであり、露出スリットは、走査方向の幅ｓおよびこの走査方向に垂直な長さＷの矩形平面であり、その位置はＺ（ｔ）、Ｒｘ（ｔ）およびＲｙ（ｔ）によって定められる。これらの設定点およびウエハ経路は、Ｙ（走査方向の位置）またはｔ（時間）の関数として表すことが出来、それはこれらがＹ＝ｙ₀＋ｖｔによって関係付けられているからである。但しｙ₀は開始点であり、ｖは走査速度である。
【００２９】
上記のように、物理的参照面は、中に透過型イメージセンサ（ＴＩＳ）を挿入する面が好ましい。図７に示すように、二つのセンサＴＩＳ１およびＴＩＳ２を、基板テーブル（ＷＴ、ＷＴａ、またはＷＴｂ）の上面に取付けた基準プレートに、ウエハＷが覆う領域の外側に対角線的に対向する位置で取付ける。この基準プレートは、非常に低熱膨張係数で高度に安定した材料、例えばアンバーで作り、平坦な反射上面を有し、それが整列プロセスで使うマークを坦持してもよい。ＴＩＳ１およびＴＩＳ２は、投影レンズの空中像の垂直（および水平）位置を直接測定するために使うセンサである。それらは、それぞれの表面に開口を含み、その近くの後ろに露出プロセス用に使う放射線に感応する光検出器が配置されている。焦点面の位置を決めるために、投影レンズが、マスクＭＡ上に設け且つ明・暗コントラスト領域を有するＴＩＳのパターンＴＩＳ−Ｍの像を空間に投影する。次に、基板ステージを水平（１方向または好ましくは２方向に）および垂直に走査し、ＴＩＳの開口がこの空中像があると予測される空間を通過するようにする。ＴＩＳ開口がＴＩＳパターンの像の明・暗部を通過すると、光検出器の出力が変動するだろう。光検出器出力の振幅な変化速度が最大である垂直レベルは、ＴＩＳパターンの像が最大のコントラストを有するレベルを示し、従って最適焦点の平面を示す。この種のＴＩＳの例は、米国特許第４，５４０，２７７号に非常に詳細に記載されている。ＴＩＳの代りに、米国特許第５，１４４，３６３号に記載されているような反射イメージセンサ（ＲＩＳ）も使ってよい。
【００３０】
物理的参照面としてＴＩＳの表面を使うことは、ＴＩＳ測定が高さマップのために使う参照平面を投影レンズの焦点面に直接関係付けるという利点を有し、それで高さマップを露出プロセス中にウエハステージのために高さ補正を与えるために直接使用することが出来る。これを図６に図解し、それは、ウエハ表面が投影レンズＰＬの下の正しい位置にあるように、高さマップによって決められた高さでＺ干渉計の制御の下で位置付けられた基板テーブルＷＴを示す。
【００３１】
このＴＩＳ表面は、付加的に参照マーカを坦持し、その位置をＴＴＬ（レンズを通す）整列システムを使って検出して基板テーブルをマスクに整列してもよい。そのような整列システムは、例えば、ＥＰ−０，４６７，４４５Ａ（Ｐ−００３２）に記載されている。個々の露出領域の整列も、露出領域をウエハステージ上の参照マーカに整列するために測定ステージで行う整列手続によって行うことが出来るか、またはそれによって不要にされてもよい。そのような手続は、例えば、ＥＰ−０９０６５９０Ａ（Ｐ−００７０）に記載されている。
【００３２】
生産プロセスで、ステップ・アンド・リピートおよびステップ・アンド・スキャンの両モードで投影システムＰＬによって投影するマスク画像は、単一点ではなく、ＸＹ平面でかなりの領域に亘って拡がることが分るだろう。ウエハ高さがこの領域に亘ってかなりばらつくかも知れないので、焦点合せを単一点だけでなく、この投影領域全体に亘り最適化することが望ましい。本発明の実施例では、これを、基板テーブルＷＴの垂直位置だけでなく、そのＸおよびＹ軸周りの傾き（Ｒｘ，Ｒｙ）も制御することによって達成できる。意図する露出領域の位置および範囲を知り、本発明によって作った高さマップを使って、各露出に対する基板テーブルの最適Ｚ、ＲｘおよびＲｙ設定点を予め計算できる。これは、ウエハが投影レンズの下に位置するときにウエハ高さだけを測定する既知の装置でレベリングするために必要な時間を省略し、従ってスループットを増大する。最適Ｚ、ＲｘおよびＲｙ設定点は、既知の種々の数学的手法を使って、例えば、対話型プロセスを使い、露出領域全体に亘って積分した焦点ずれ（ウエハ表面と理想的焦点面の間の距離として定義する）、すなわちＬＳＱ（ｔ）を最小にすることによって計算してもよい。
【００３３】
更なる利点がステップ・アンド・スキャン・モードで可能である。このモードでは、投影レンズがマスクパターンの一部だけの像を露出領域の対応する部分上に投影する。次に、このマスクおよび基板を投影システムＰＬの物体および像焦点面の端から端まで同期して走査し、全マスクパターンを全露出領域上に結像する。実際には、投影レンズを固定し、マスクおよび基板を動かすが、このプロセスをウエハ表面上を動く像スリットに置換えて考えることが屡々便利である。本発明によって予め決めた高さマップで、ＸＹ走査経路（通常、走査は一方向、例えば、Ｙにだけ行う）に整合する一連のＺ、ＲｘおよびＲｙ設定点を計算することが可能である。この一連の設定点は、追加の基準によって、例えば、スループットを増し、または望ましくない振動を誘起するかも知れない垂直加速度または傾斜運動を最小にすることによって最適化できる。離間した一連の設定点を与えられたとすると、多項式またはスプライン適合手順を使って露出に対する走査経路を計算できる。
【００３４】
本発明は、与えられた露出に対してウエハをＺ、ＲｘおよびＲｙで最適位置に配置することを意図するものであるが、露出領域全体に亘りウエハ高さが変動するので、ウエハを全領域にわたり充分に焦点合せするように配置出来ないかも知れない。そのような所謂焦点スポットは、露出不良を生ずることがある。しかし、本発明でそのような不具合を予め予測することが出来、修復作業を行うことが出来る。例えば、ウエハを剥がし、露出不良のウエハを更なる処理に悪影響することなく塗直すことが出来る。その代りに、もし、予測した不良がこのウエハ上の一つまたは僅かなデバイスにしか影響せず、他は合格であるならば、予め不良デバイスが出来ると予測できる露出を飛ばすことによってスループットを向上してもよい。
【００３５】
焦点スポット検出の更なる利点は、作った高さマップの解析から得ることが出来る。ウエハ高さマップに大域的ウエハ面からの大変位が存在するとき、これは、基板不平面度またはプロセス影響による焦点汚れを示すことがある。幾つかのウエハからのウエハ高さマップの比較は、基板テーブルの汚染または不平面度による焦点汚れを示すことが出来る。焦点汚れが異なるウエハに対して同じまたはほぼ同じ位置に現れるとき、これは、基板ホルダ汚染（所謂“チャック汚れ”）によって生ずる可能性が最も高い。一つのウエハ高さマップから、反復する露出領域（ダイ）からの高さマップ（トポロジー）を比較することもできる。平均高さマップに関して、あるダイに大きな差が生じたなら、ウエハ処理か基板テーブルによる焦点汚れを疑うことが出来る。ウエハ高さマップを比較する代りに、同じ比較をダイ当りの誘導露出経路、または以下に説明する焦点ずれパラメータＭＡ、ＭＳＤまたは移動焦点について行うこともできる。あるダイまたはウエハが平均露出経路または焦点ずれパラメータから大きく外れるとき、焦点スポットも検出できる。
【００３６】
上に述べた解析は、全てウエハを露出する前に行うことが出来、且つウエハ排除（処理の影響）または基板ホルダ清掃（チャック汚れ）のような、修復作業を行うことが出来る。これらの方法で、焦点スポットレベルセンサ１０の測定点の大きさに局限できる。これは、焦点スポット検出の従来の方法より遙かに高い解像度を意味する。
【００３７】
【実施例２】
本発明の第２実施例を図８に示し、それは露出ステーションおよび測定ステーションだけ、並びに以下の議論に関連する部品だけを示す。この第２実施例は、上に説明した本発明のレベリング原理を、以下に説明するある改良と共に利用する。
【００３８】
図８の左の露出ステーションに、計測フレームＭＦに取付けた投影レンズＰＬがマスクＭＡ上のＴＩＳマーカＴＩＳ−Ｍの像を、ウエハテーブルＷＴに取付けたセンサＴＩＳ上に投影するのを示す。この計測フレームは、この装置の他の部品からの振動の伝達から隔離し、微細計測および整列検知に使う受動的部品だけをその上に搭載する。この装置も最も敏感な測定素子の非常に安定なプラットホームと成るように、この計測フレーム全体を、アンバーのような、熱膨張係数の非常に小さな材料で作ってもよい。この計測フレームＭＦ上に取付ける部品には、ミラー３４および３５があり、それに、ウエハテーブルＷＴの側面に取付けた４５°ミラー３１によってＺ干渉計の測定ビームＺ_IFを導く。基板テーブルのＺ位置をそのＸの運動範囲に亘って測定できることを保証するために、ミラー３４、３５は、対応してＸ方向に大きな広がりを有する。このＺ位置をＹ運動の範囲に亘って測定できることを保証するために、ミラー３１は、ウエハテーブルの全長をカバーする。やはり計測フレームＭＦに取付けられているのは、以下に詳しく説明する、信頼センサ２０ａのビーム発生および受取り部品２１ａ、２２ａである。
【００３９】
測定ステーション（図８で右）で、同じ計測フレームＭＦが、露出ステーションのミラー３４、３５と同じ機能を果すミラー３３および３２を坦持し、ミラー３２、３３も、基板テーブルＷＴの必要な運動範囲に対応するために、露出ステーションと全く同じ、Ｘ方向の大きな広がりを有する。ビーム発生部品１１および検出部品１２を含む、レベルセンサ１０も計測フレームＭＦ上に取付けられている。その上、本質的に露出ステーションの信頼センサ２０ａと同じ信頼センサ２０ｂを備える。他の測定装置、例えば、整列モジュールも設けることができる。
【００４０】
上に議論したように、物理的参照面（この実施例でも、これをＴＩＳの上面によって与える）を使うことは、ウエハ高さマップをウエハステージに関連付け、それを二つのＺ干渉計のゼロ位置、および上をウエハテーブルが動くベースプレート（石）ＢＰの不平面度のようなある局部因子と無関係にする。しかし、ウエハ高さマップを測定ステーションでＺ干渉計を使って作り、基板テーブル位置を露出ステーションでそこに設けた別のＺ干渉計を使って制御するので、二つのＺ干渉計間のＸＹ位置の関数としての何らかの差がウエハ面を焦点面に配置する精度に影響することがある。本発明で使用する種類の干渉計システムでのこれらの変動の主因は、ミラー３２、３３、３４、３５の不平面度である。４５°ミラー３１は、ウエハテーブルＷＴに取付け、それが露出ステーションと測定ステーションの間で位置が換るとき、それと共に移動する。従って、これらのミラーの不平面度は、露出ステーションでの位置決めに測定ステーションと同じ程度影響し、充分に除去される。しかし、計測フレームＭＦ上に取付けたミラー３２、３３、３４および３５は、それらそれぞれの干渉計と共に滞留し、それで対応する対３２、３４および３３、３５の表面輪郭に差があれば基板テーブルＷＴの垂直位置決め精度に悪影響することがある。
【００４１】
確認センサ２０ａおよび２０ｂは、この装置の初期設定に使い、その後定期的に必要に応じて使い、測定ステーションおよび露出ステーションでＺ干渉計間の差を較正する。これらの確認センサは、ウエハの上面の垂直位置を、その下で基板テーブルを走査するときに、一つ以上の点で測定できるセンサである。信頼センサ２０ａおよび２０ｂは、設計をレベルセンサ１０と同じに出来るが、そうする必要はなく；並びに設定に（および稀な再較正に）だけ、生産ウエハでなく参照ウエハと共に使うので、設計基準が厄介でなく、これを利用して単純なセンサを設計できる。逆に、露出ステーションに投影レンズＰＬが存在することがそのステーションで確認センサに利用できる物理的位置を制限し、これも各確認センサの設計または選択に考慮する必要がある。確認センサを使う較正があらゆる露出の品質に影響するので、それらに高精度が要求される。
【００４２】
確認センサを使う較正プロセスでは、参照ウエハを基板テーブルに装填する。この参照ウエハは、裸のシリコンウエハであるのが好ましい。それが通常の裸のＳｉウエハより幾らか平坦である要求はないが、その表面仕上げ（反射率の点で）これらの信頼センサに対して最適化するのが好ましい。この発明の好適実施例では、この参照ウエハがその反射率を最大にし且つ不平面度を最小にするように研磨するのが好ましい。
【００４３】
較正手順では、参照ウエハの部分高さマップ（通常通り物理的参照面に関係する）を測定ステーションでレベルセンサ１０ではなく確認センサ２０ｂを使って作る。これは、レベルセンサ１０と同じ方法で行い；物理的参照面（ＴＩＳ）を信頼センサのゼロ点に配置してＺ干渉計をゼロにし、次にウエハを信頼センサの下で走査し、高さマップを確認センサとＺ干渉計の読みの間の差から作る。高さマップを露出ステーションでも、測定ステーションの高さマップと同じ点で信頼センサ２０ａを使って作る。この較正に対し、高さマップは、ウエハを完全に走査する必要はなく；ミラー３２〜３５上のＺ干渉計ビームの運動に対応するストリップをカバーする必要があるだけである。（これらのマップを作る順序は、ウエハが基板テーブル上で両方を行う間安定であれば、重要でない。）
【００４４】
これらのマップは、同じウエハを表すので、それらの間に差があれば、それらを作るために使った測定システムの間の差によって生じたのだろう。二つの信頼センサは静的であり、それでそれらの高さマップへの影響は、位置依存性でなく、二つの高さマップの正規化および／または静的偏差の減算によって除去できる。残る差があれば、それは位置依存性であり、二つの高さマップを互いから引いて、露出ステーションＺ干渉計を測定ステーションＺ干渉計に関連付ける補正テーブル（ミラーマップ）を作ることができる。これらの補正テーブルは、計測フレームＭＦに取付けたミラー３３、３５および３２、３４間の差の結果であると考えることができ、それで生産プロセスで作ったウエハ高さマップに適用でき、またはマップを作るために使うＺ干渉計の一つを補正するため若しくは露出中に基板テーブルを位置決めするために使うことが出来る。Ｚ干渉計の精密な構造、特に計測フレームミラーおよび基板テーブルミラーによって、各干渉計システムのミラーの不平面度によって生ずるＺ位置の差も１以上の自由度（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚ）で傾斜依存性かも知れない。この傾斜依存性をなくするためには、信頼センサを使って種々の異なる傾斜のウエハステージで幾つかの高さマップを作ることが必要かも知れず、それから、必要に応じて、多数の異なる補正テーブル（ミラーマップ）を誘導することが出来る。
【００４５】
オフアクシスレベリングの原理を説明したので、今度は第２実施例で使用するその幾らかの更なる改良、並びにその生産プロセスへの組込み方法を説明する。図９および図１０は、それぞれ、測定ステーションおよび露出ステーションで行う工程を示す。二つのウエハテーブルを使用するリソグラフィ装置では、一つのテーブルが図９の工程を行い、一方第２のテーブルは、それらを交換する前に、同時に図１０の工程を行う。以下の説明で、単一ウエハの“寿命”は、測定ステーション（図９）から露出ステーション（図１０）へ行き、戻るまで続く。
【００４６】
図９の工程Ｓ１に始り、感光性レジストで塗被したウエハを基板テーブルＷＴ上に装填する。（これは、一般的に、基板テーブルが干渉計システムＩＦの範囲外にある、測定ステーションと別の装填ステーションで行ってもよいことに注意すべきである。）このウエハテーブルを、干渉計計測システムの初期粗ゼロ合せが行えるように、一つ以上の位置検知装置（ＰＳＤ）の捕捉範囲内へ動かす、工程Ｓ２。この初期粗ゼロ合せの後、干渉計システムの微細初期化／ゼロ合せが工程Ｓ３およびＳ４で続く。これら二つの工程は、（二つ以上の）物理的参照面上のレベルセンサ測定（“ＬＳ”で示す）を含み、それが参照平面（ウエハテーブルに固定した）を定め、それに関してウエハ高さマップを測定する。また、二つの整列測定（“ＡＡ”で示す）を同じ物理的参照面上に位置するマーカについて行い、ウエハテーブルに固定した水平参照位置を定める。Ｓ３およびＳ４でのこれらの測定は、この干渉計システムを全ての自由度で効果的にゼロ合せする。
【００４７】
このレベリング手順での次の工程は、大域レベル輪郭（ＧＬＳ）と称するＳ５である。以下に更に詳しく説明する、この工程では、ウエハ捕捉とウエハのレベルセンサによる初期走査を行い、その全体の高さおよび傾斜、並びに後の詳細走査がこのウエハに出入りする点でのその大体の高さを決める。この情報は、ウエハ高さマップ走査用基板テーブル径路を決められるようにする。
【００４８】
工程Ｓ６で、ウエハの大域整列を行う。ウエハ上の少なくとも二つの整列マーカを測定し（Ｗ１およびＷ２）、それらのＸＹ位置がＴＩＳ基準上の参照マーカに関して決ったことを意味する。これは、ウエハを走査方向（ｙ）に関して水平に回転する程度（Ｒｚ）を決め、ウエハ高さマップ走査を露出領域軸に平行に行う（即ち、“露出領域上を直進する”）ように、ウエハの回転を補正できるために行う。
【００４９】
その後、このレベリング手順は、処理依存補正（ＰＤＣ）に必要な測定を続ける。処理依存補正は、レベルセンサのある形で必要であり、次に説明する。
【００５０】
ウエハ高さマップは、ウエハを露出する度毎に作らねばならない。もし、ウエハが既に一つ以上の処理工程を受けていれば、この表面層は、最早純粋な研磨したシリコンではなく、既にこのウエハ上に作った構造または既に作った形態を表すトポロジーもあるかも知れない。異なる表面層および構造がレベルセンサの読みに影響することがあり、特に、その直線性を変えることがある。もし、このレベルセンサが光学的であれば、これらの影響は、例えば、表面構造によって生ずる回折作用によるか、または表面反射率の波長依存性によるかも知れず、且つ常に予測不可能である。必要な処理依存補正を決めるためには、基板テーブルＷＴをレベルセンサ１０の線形または線形化範囲に亘る幾つかの異なる垂直位置に設定して、露出領域またはダイをこのレベルセンサの下で操作する。ウエハ高さ、即ち、ウエハ表面と参照平面の間の物理的距離は、基板テーブルの垂直位置で変るべきでなく；それは、レベルセンサとＺ干渉計の測定値を引くことによって得られる：Ｚ_WAFER＝Ｚ_LS−Ｚ_IF。従って、もし、Ｚ_WAFERの決定した値が基板テーブルの垂直位置で変らなければ、これは、レベルセンサまたはＺ干渉計のどちらかまたは両方が線形でないか、等スケールでないことを意味する。Ｚ干渉計は、ウエハテーブルおよび計測フレーム上のミラーを見るので、線形であると考えられ；実際、少なくとも一旦確認センサの使用によって決めた補正を適用すると、ウエハマップに必要な精度より高度に線形である。従って、ウエハ高さ値に差があれば、それはレベルセンサの非線形性またはスケール誤差から生じたと想定する。それら、およびそれらを観察したときのレベルセンサの読みの知識を使って、このレベルセンサの出力を補正することが出来る。このレベルセンサの現在好適な実施例では、単純なゲイン補正で十分であるが、他のセンサには更に複雑な補正が必要かも知れないことが分った。
【００５１】
もし、処理すべきウエハがその上に別の処理を受けている露出領域を有するならば、このウエハ上の各異なる型式の露出領域に対して処理依存補正を決める。逆に、もし、同じまたは類似の処理を受けた露出領域を有するウエハのバッチを露出すべきなら、バッチ当り１回各種の露出領域に対して処理依存補正を測定するだけでよいかも知れない。すると、その補正をその種類の露出領域の高さマップをバッチで作る度毎に適用できる。
【００５２】
多くのＩＣ製造では、ウエハをリソグラフィ装置に装填する直前に、それに感光性レジストを付ける。これやその他の理由で、ウエハは、装填して適所にクランプしたとき、基板テーブルと異なる温度であるかも知れない。ウエハが基板テーブルと同じ温度に冷えた（または暖まった）とき、ウエハは真空吸引を使って非常にしっかりとクランプされているので、熱応力が生じることがある。これらは、ウエハの望ましくない歪みを生ずるかも知れない。熱平衡は、工程Ｓ２ないしＳ７が終るときまでに達していそうである。従って、工程Ｓ８で、ウエハの基板テーブルへの真空クランプを解放して、ウエハの熱応力を弛緩させ、次に再適用する。この弛緩は、ウエハの位置および／または傾斜に小さな変化を生ずるかも知れないが、工程Ｓ２ないしＳ４はウエハと無関係であり、Ｓ５およびＳ６は粗測定に過ぎないので、これらは許容できる。この段階でのウエハ位置の変化は、それがウエハの測定ではなく、レベルセンサの較正であるので、処理依存補正に影響しない。
【００５３】
真空を再適用後、以後、露出プロセスを完了し、工程Ｓ９でＺマップを行うまで、それは再び解放しない。このＺマップに必要な走査は、露出中にウエハを所望の精度で配置できるように、十分な点の高さを測定しなければならない。測定した点がウエハを露出すべき実際の領域をカバーすることも重要であり；印付けレーンおよび所謂ネズミのかみ傷のような、非露出領域に亘る測定は、誤解を招く結果を生ずるかも知れない。従って、高さマップ作成走査は、手元のウエハ上の露出領域の特定のパターンに最適化しなければならず；以下にこれを更に詳しく説明する。
【００５４】
一旦Ｚマップが完成すると、先行整列測定、工程Ｓ１０を行ってから、工程Ｓ１１で、基板テーブルを露出位置へ交換する。この先行整列プロセスでは、基板テーブルに固定したＴＩＳ基準（物理的参照面）上に位置する参照マーカに対する、ウエハ上の多数の整列マーカの位置を正確に決定する。このプロセスは、本発明に特には関連せず、それでここにそれ以上説明しない。
【００５５】
交換手順では、高さマップを作ったウエハを坦持する基板テーブルが露出ステーションに到達する。図１０の工程Ｓ１３。工程Ｓ１４で基板テーブルの粗位置決定を行い、もし必要なら、新しいマスクＭＡをマスクテーブルＭＴに装填する。工程Ｓ１５。このマスク装填プロセスは、基板テーブル交換と同時に行い、または少なくとも始めてもよい。一旦マスクが適所にあり且つ粗位置決定、工程Ｓ１４を行って終うと、工程Ｓ１６でセンサＴＩＳ１を使って第１ＴＩＳ走査を行う。このＴＩＳ走査は、上に説明したように、このＴＩＳが投影レンズの空中像焦点中に位置する、基板テーブルの垂直および水平位置を測定し、焦点面参照をもたらす。図９の工程Ｓ９で作った高さマップをＴＩＳが位置する物理的表面に関係付けるので、ウエハ表面を別の露出領域に対して焦点面に置くために必要な基板テーブルの垂直位置を直接誘導する。第２ＴＩＳ走査、工程Ｓ１７もセンサＴＩＳ２を使って行い、焦点面を参照するための第２点を得る。
【００５６】
一旦ＴＩＳ走査を完了し、焦点面を決定すると、工程Ｓ１９での任意に必要なシステム較正（例えば、レンズ加熱効果を補正するための調整）の後に、露出プロセスＳ１８を行う。この露出プロセスは、一般的に一つ以上のマスクを使う複数露出領域の露出を伴う。複数のマスクを使う場合、マスク交換Ｓ２０の後に、一つのＴＩＳ走査Ｓ１７を繰返して焦点面変更を更新することが出来る。幾つかまたは全ての露出の間に、システム較正工程Ｓ１９も繰返してよい。全ての露出の終了後、露出したウエハを坦持する基板テーブルを、その間に図９の工程Ｓ１ないしＳ１０を受けたウエハを坦持する基板テーブルと工程Ｓ１３で交換する。露出したウエハを坦持する基板テーブルを装填ステーションへ動かし、新しいウエハを装填できおよびこのサイクルを再開できるように、露出したウエハを取出す。
【００５７】
図９の工程Ｓ９のウエハ高さマップ作成走査を説明するために、図１１は、シリコン面積を最も良く使うようにウエハ上に配置した種々の形状および大きさの露出領域Ｃのパターンの例を示す。異なる露出領域Ｃは、印付けレーンＳＬによって分離し、“ネズミのかみ傷”として知られる、一般的に三角形の未使用領域が、必然的に矩形露出領域とウエハの曲線縁の間に残される。これらの印付けレーンは、一旦全ての生産プロセスが完了すると（異なるデバイスを分離するように）このウエハを切断するところであり、ある切断技術は、一方向の印付けレーンが全てウエハの幅全体に跨ることを要求するかも知れず；その場合、もしこの装置をステップ・アンド・スキャン・モードで使うべきなら、これらの全ウエハ幅印付けレーンを走査方向（例えば、Ｙ方向）に平行に向けるのが都合がよい。これらの印付けレーンおよびネズミのかみ傷は、露出されないかも知れず、それでこのウエハが幾つかの処理工程または層の被着を受けた後に、それらは露出領域Ｃとは非常に異なる高さおよび表面特性を有するかも知れない。従って、露出する予定のないこれらの領域の高さ測定を無視することが重要である。
【００５８】
レベルセンサの現在好適な実施例は、例えば、九つの点（領域）で高さを同時に測定するために、走査方向に垂直に配置した九つの光学スポットの線形アレーを使用する。（Ｚ干渉計データも対応するレベルセンサ点のアレーで基板テーブルの対応するＺ位置データを与えるために内挿できることに注意すべきである。）このスポットのアレーは、この装置で露出できる最広露出領域の幅をカバーするに十分の大きさである。
【００５９】
現在好適な走査方式は、このアレーの中心スポットが露出領域の各列の中間線に沿って通るように、スポットのアレーを蛇行経路５０で走査することであり；この中間線は、この露出プロセスで照明したスリットの中間線に対応する。この様にして作ったデータは、最少の再配置または計算で露出走査と直接関係付けることが出来る。この方法は、測定ステーションおよび露出ステーションの両方でＺ干渉計ビームを基板テーブルに取付けたミラー３１上の同じ位置に向けて走査を行うので、ミラー不平面度影響の一部もなくする。もし、ダイの列がレベルセンサのスポットのアレーより狭ければ、完全に露出領域内にないスポットから得たデータは無視する。レベルセンサの他の実施例では、スポットのアレーの幅を露出領域の幅に合わせるように調整することが可能かも知れない。
【００６０】
もし、ウエハのある露出領域の中心線が残りの中心線より走査方向と垂直な方向にずれているなら、修正走査方式を使うのが有利かも知れない。この状況を図１２に示し、それは１行のダイＥの中心線が残りのダイＤからずれているのを示す。そのような場合、二つの蛇行経路を走査することによって、マップをより迅速に且つ基板テーブルに対して小さい加速度で作ることができる。図１２に５２で示す一つの経路は、１組の露出領域Ｄをカバーし、５３で示す他の経路は他の領域Ｅをカバーする。勿論、露出領域の他の配列は、走査方式に更なる修正を要求するかも知れない。
【００６１】
ありそうなことだが、レベルセンサが限られた線形または線形化範囲を有する場合、基板テーブルＷＴをその下で、ウエハ表面をその範囲内に持込む垂直位置で走査しなければならない。一旦ウエハ表面を見付けてしまえば、ウエハ表面をこの線形または線形化範囲内に保つために基板テーブルＷＴの垂直位置を調整することは、レベルセンサの読みの基板テーブル位置決めシステムへの閉フィードバックループによって、簡単なことであるが、レベルセンサがウエハの外部から最初に露出領域上に動くときに、ウエハ表面を見付けることはそれ程簡単ではない。蛇行経路に、幾つかのそのような入点があり、図１１の蛇行経路５０上に参照数字５１と矢印によって示し、問題を複合する。
【００６２】
入点５１でウエハ表面を見付けるためには、主レベルセンサスポットアレーの前に捕捉スポットを設けることが可能である。次に、ウエハ上のこの捕捉スポットの反射を、主スポットの場合より広い捕捉範囲を有する検出器へ導く。しかし、これは、追加のハードウェア：主スポットの両側（前／後）の捕捉スポットまたは１方向だけへの走査の制限を要する。必ずしも追加のハードウェアを要しない代替案は、基板テーブルを各入点近くに止め、ウエハ捕捉を行い、およびウエハ表面をレベルセンサの線形または線形化範囲で測定してウエハ表面位置をこの入点で近似することである。しかし、これは、この測定手順をかなり遅くし、スループットの点からは望ましくない結果かも知れない。
【００６３】
この発明のこの実施例では、これらの問題を、ウエハ表面を捕捉してから上述の大域レベル輪郭走査（図９の工程Ｓ５）を行うことによって避ける。この大域レベル輪郭走査を図１３を参照して更に説明する。
【００６４】
この大域レベル輪郭走査のためには、最初に露出領域Ｃ内の都合の良い点（縁に近いのが好ましい）が単一捕捉スポットおよびレベルセンサ（スポットアレー）の主スポットの下にあるように基板テーブルを配置する。例えば、ウエハ表面を捕捉して主スポットの線形または線形化範囲内に来るまで基板テーブルを走査することによって、ウエハ表面を見付け、次に中央スポット４１が全露出領域の周囲の内部の周りの経路６０を横切るように基板テーブルを走査する。この捕捉手順を以下に詳しく説明する。ウエハ表面高さの測定は、この走査の周りの決った位置で行う。中心スポットは勿論、このアレーの他のスポットがウエハ（の露出領域）の上に当る場合、この中央スポットは勿論、これらのスポットからの測定も行うことが出来る。しかし、測定は、露出領域の外に当るスポットから行うべきでない。図示するように、大域レベル輪郭経路６０は、露出領域の縁をかなり接近して追従する曲りくねった経路である；しかし、より滑らかな経路も使って良く、特に、ウエハに露出領域が良く詰っているときは、円形コース６１で十分であり、より便利かも知れない。この大域レベル輪郭は、ネズミのかみ傷の上を通る円として配設してもよく、その場合、ネズミのかみ傷の上の測定は行わず、またはネズミのかみ傷の上で行った測定のデータは、ウエハの大域高さおよび傾斜の計算には無視する。
【００６５】
大域レベル輪郭走査で集めたデータは、二つの目的で使用する。第１に、後に行うべき高さマップ作成走査の入点５１（図１１参照）付近でウエハ高さに関連するデータは、入点５１でのウエハ高さを予測するために使用して、マップ作成走査中、ウエハ表面位置を線形または線形化レベルセンサ範囲内に入れるために基板テーブルを正しい高さに出来るようにする。大抵の場合、このためには僅かなデータ点しか要らず、しかも内挿または外挿によってウエハ高さの十分に正確な予測を可能にするためには入点に特に近い必要もない。このレベルセンサは、（好ましくは）全て線形または線形化範囲内とする必要がある、スポットのアレーをＸ方向に有するので、高さマップ作成走査用に入点５１での局部Ｒｙ傾斜を知ることも望ましい。もし、大域レベル輪郭走査が何れかの入点付近でＹ方向に平行であるか、または平行に近ければ、単一スポットだけから得たデータを使ってＲｙ傾斜を正確に決めることは出来ない。以下に説明するように、Ｘ方向に離間した測定スポットのアレーを有するレベルセンサを使う場合、複数スポットからのデータを使って局部Ｒｙ傾斜を決めることが出来る。勿論、もし、アレーの一部が露出領域外に出るのであれば、その領域内にあるスポットからのデータを選択する。
【００６６】
大域レベル輪郭データの第２の用途は、全ウエハのために大域、または平均、高さおよび傾斜（２軸周りの）を決めることである。これは、集めたウエハ高さデータに最も良く適合する平面を決めるために、既知の数学的手法、例えば、最小自乗法によって行う。もし、この大域傾斜（ときには“ウエッジ”と称する）が所定の値より大きいならば、これは装填手順が正しくないことを十分示すかも知れない。その場合、再試行のためにウエハを取出して再装填することが出来、もし失敗し続けるなら排除することさえ出来る。この大域高さおよび傾斜情報を使って、ウエハ上の整列マーカの、基板ステージ上の参照マーカに対する空間関係を正確に決めるために図９の工程Ｓ１０で使う先行整列センサを集束する。この先行整列センサおよびプロセスは、ＷＯ９８／３９６８９（Ｐ−００７０）に詳細に記載してある。
【００６７】
ウエハマップ走査中、レベルセンサ１０は、基板テーブルへ連続ＺおよびＲｙフィードバック信号を提供し、レベルセンサ１０をその線形または線形化範囲に維持する。もし、このフィードバックループが止る（レベルセンサ１０が正しい数を供給しない）と、大域ウエハウエッジ（大域ＲｘによるＺ輪郭）に対応する経路を追従することによってテーブルを制御する。
【００６８】
レベルセンサ１０の現在好適な実施例を図１４に示し、付加的に、このセンサの動作の態様を示す図１４Ａないし図１４Ｇを参照して以下に説明する。
【００６９】
レベルセンサ１０は、測定ビームｂ_LSをウエハＷ（または物理的参照平面の垂直位置を測定するときはそれ、若しくはその他の反射面）上に向けるビーム発生ブランチ１１およびウエハ表面の垂直位置に依る、反射されたビームの位置を測定する検出ブランチ１２を含む。
【００７０】
このビーム発生ブランチでは、光源１１１によって測定ビームを発生し、その光源は、発光またはレーザダイオードのアレーでも、または他で発生して光ファイバによって“照明器”１１１へ送ってもよい。光源１１１が出すビームは、特に幾つかの処理工程終了後、ウエハ表面からの干渉効果の波長依存性を平均するように、広帯域波長、例えば、６００ないし１０５０ｎｍを含むのが好ましい。照明光学系１１２は、レンズおよびミラーの何か適当な組合せを含んでもよく、光源１１１が出す光を集め、投影格子１１３を均一に照明する。投影格子１１３は、図１４Ａに詳細に示し、別々の／個々のスポットを作るために格子線をその軸に平行にして分割してもよい細長い格子１１３ａ、およびウエハ上にこれらの主検出スポットアレーの前に捕捉スポットを作る追加の開口１１３ｂから成る。この格子の周期は、このウエハ表面位置を測定すべき精度によって一部決められ、例えば、約３０μｍでもよい。ウエハ上に投影される格子線が何れの座標軸に対しても平行でないように、この投影格子をその光軸周りに僅かに回転して配置し、それによってｘまたはｙ方向に沿うウエハ上の構造との干渉を避ける。投影レンズ１１４は、投影格子１１３の像をウエハＷ上に投影するテレセントリック系である。投影レンズ１１４は、投影した像の色収差を最小にしまたは避けるように、本質的に反射光学素子またはそれだけから成るのが好ましく；それは投影ビームが広帯域であり、屈折光学系ではそれらを容易に除去または補償出来ないからである。折返しミラー１１５、１１６を使って投影ビームｂ_LSを投影レンズ１１４に出し入れし、このビーム発生ブランチの部品の都合のよい配置を可能にする。
【００７１】
投影ビームｂ_LSは、ウエハに法線に対して、例えば６０°ないし８０°の範囲のかなり大きな角度αで入射し、検出ブランチ１２へ反射する。図１４Ｂに示すように、もしウエハ表面ＷＳの位置が距離Δｈだけ位置ＷＳ’へ移動すると、反射ビームｒ’は、ウエハ表面の移動前のビームｒに対して距離２・Δｈ・ｓｉｎ（α）だけ移動する。図１４Ｂは、ウエハ表面上の像の外観も示し；入射角が大きいので、この像は格子線に垂直に拡がる。
【００７２】
反射ビームを検出光学系１２１によって集め、検出格子１２６上に集束し、その格子は、本質的に投影格子１１３の複製であり、このスポット−アレーパターンに対応するように細分する。検出光学系１２１は、投影光学系１１４と直接相補であり、色収差を最小にするために本質的に反射光学素子またはそれだけから成る。再び折返しミラー１２２、１２３を使って部品の配置を都合よくしてもよい。検出光学系１２１と検出格子１２６の間に、光を４５°に偏光する線形偏光子１２４、並びに格子線に垂直なずれを大きさでこの光の水平および垂直偏光成分間の格子周期に等しくする複屈折結晶１２５が位置する。図１４Ｃは、この複屈折結晶がないときの検出格子１２６でのビームを示し；それは、一連の交互する明帯域と暗帯域で、明帯域が４５°偏光されている。複屈折結晶１２５は、水平偏光成分の明帯域が垂直偏光成分の暗帯域を埋めるように、水平および垂直偏光状態を変える。従って、図１４Ｄに示すように、検出格子１２６での照度は、均一なグレーであるが、交互する偏光状態のストリップを有する。図１４Ｅは、ウエハ表面の垂直位置に依る、このパターンに載せた検出格子１２６を示し；ウエハが称呼ゼロ垂直位置にあるとき、検出格子１２６が一つの偏光状態、例えば、垂直の明帯域の半分と他の状態の半分を覆い閉塞する。
【００７３】
検出格子１２６を通過した光を変調光学系１２７によって集め、検出器１２８上に集束する。変調光学系は、二つの偏光状態を交互に通すように、例えば、約５０ｋＨｚの周波数の、交番信号によって駆動する偏光変調装置を含む。従って、検出器１２８が見る像は、図１４Ｆに示す二つの状態の間を交互する。検出器１２８は、高さを測定すべきスポットのアレーに対応する多数の領域に分割する。検出器１２８のある領域の出力を図１４Ｇに示す。それは、周期が変調光学系のそれに等しい交番信号であり、この振動の振幅は、検出格子上への投影格子の反射像の整列程度、従ってウエハ表面の垂直位置を示す。上述のように、もしウエハ表面が称呼ゼロ位置にあれば、検出格子１２６は、垂直偏光状態の半分と水平偏光状態の半分を遮断し、それで測定した強度が等しく、検出器領域による振動する信号出力の振幅はゼロだろう。ウエハ表面の垂直位置がこのゼロ位置から動くと、検出格子１２６は、水平偏光帯域の多くを通し、垂直偏光帯域の多くを阻止し始める。すると振動の振幅が増すだろう。ウエハ表面の垂直位置の尺度である、この振動の振幅は、ウエハ表面の垂直位置にナノメータで直接線形には関係しない。しかし、補正表または公式を、較正したＺ干渉計および未較正のレベルセンサ１０を使って、裸のシリコンウエハの表面の一定の高さを基板テーブルの種々の異なる垂直位置で測定することによって、この装置の初期設定（およびもし必要なら定期的に再較正した）で容易に決めることが出来る。
【００７４】
レベルセンサおよびＺ干渉計の測定を同時に行ったことを保証するために、同期バスを設ける。この同期バスは、この装置のマスタークロックが発生した非常に安定な周波数のクロック信号を伝える。レベルセンサとＺ干渉計の両方をこの同期バスに接続し、このバスからのクロック信号を使ってそれらの検出器のサンプリング点を決める。
【００７５】
投影格子１１３を通過した捕捉スポット１１３ｂが検出格子を通り、そこでそれは、図１５Ａに示すように、二つ１３１、１３３は高く設定し、一つ１３２は低く設定した、三つの異なる検出領域に入射する。この低検出領域からの出力を高検出領域から出力から引く。これらの捕捉スポット検出器領域は、ウエハ表面がゼロ位置にあるとき、捕捉スポットが高・低検出領域に同等に当り、引いた出力がゼロであるように配設する。ゼロ位置から離れると、捕捉スポットが検出領域の一つに他より多く当り、引いた出力の大きさが増し、その符号は、ウエハが高過ぎるか低過ぎるかを示す。引いた検出器出力ｄ_capの基板テーブル位置Ｚ_IFへの依存性を図１５に示す。検出器出力のこの形は、従来のサーボフィードバックより迅速なゼロ捕捉方法を可能にする。“move-until”と称する、この改善した方法によれば、捕捉スポット検出器がウエハ表面の高過ぎまたは低過ぎを示すとき、基板テーブルのＺ位置アクチュエータが、このウエハ表面を主レベルセンサアレーの線形または線形化範囲内に入れるためにこのステージを適当な方向に動かすように指示する。このウエハステージの運動は、捕捉スポット検出器の出力がトリガレベルｔ_hまたはｔ_lを通過するまで続き、その方向に従ってそれが移動する。トリガレベルを横切ると、この装置の制御装置にＺ位置アクチュエータへ命令を出させ、ブレーキ手続を始める。これらのトリガレベルは、この応答時間およびステージ運動にブレーキを掛けるために要する時間中に、このステージがゼロ位置へ動き、または接近するように設定する。その後、このステージを、より正確な主レベルセンサスポットの制御の下でゼロ位置へもたらすことが出来る。これらのトリガ点は、このステージの動力学に従って決め、ゼロ検出器出力の周りに対称に離間する必要はない。この“move-until”制御方式は、線形測定システムを要することなく、迅速且つ頑丈なゼロ捕捉を可能にし、他の状況に使える。
【００７６】
上に説明したレベルセンサは、その性能を改善するために更に最適化できる。走査（Ｙ）方向の精度の改善は、適当な信号フィルタリングによって行うことが出来、これは、部分的に処理したウエハ上に見られる特定のプロセス層に適合させてもよい。全方向の追加の改善（特定のプロセス層に対する）は、照明光学系１１２を（投影格子１１３上の照明光の均一性および／または角分布を調整するために）変えることによって、投影格子１１３を変えることによって、または検出システム（検出器の大きさ、位置および／または角分解能並びに検出器数）を調整することによって得てもよい。
【００７７】
信頼センサ２０ａ、２０ｂの現在好適な形を図１６および図１７に示す。ビーム発生ブランチ２１は、限られた帯域幅の光を出す光源２１１（例えば、ソリッドステート・レーザダイオードまたはスーパールミネセントダイオード）を含む。それは、計測フレームから離れて位置し、その出力を光ファイバ２１２によって所望の点へ持ってくるのが都合がよい。この光をファイバ終端器２１３から出力し、コリメータ光学系２１４によってビームスプリッタ２１５上に向ける。ビームスプリッタ２１５は、二つの平行測定ビーム
【外１】

を作り、それらをウエハＷ上のそれぞれのスポット２３を均一に照明するためにテレセントリック投影光学系２１６によって集束する。この信頼センサの測定ビームの帯域幅は限られるので、投影光学系２１６は、都合よく屈折性素子を使うことが出来る。検出光学系２２１が反射されたビームを集め、それらを、検出器２２３、２２４と検出光学系２２１の間に位置する検出プリズム２２２の縁に集束する。検出プリズム２２２と検出器２２３の側面図である図１７に示すように、測定ビームは、検出プリズム２２２の背面に入射し、傾斜面２２２ａ、２２２ｂから出る。検出器２２３は、二つの検出器素子２２３ａ、２２３ｂから成り、検出プリズム２２２の面２２２ａから出る光が検出器素子２２３ａに達し、面２２２ｂから出る光が検出器素子２２３ｂに達するように配置されている。検出器２２４は、同様である。検出器素子２２３ａおよび２２３ｂの出力は、強度で評価し、減算する。ウエハ表面がゼロ位置にあるとき、これらの測定ビームが検出プリズム２２２の面２２２ａ、２２２ｂ上に対称に当り、等量の光を検出器素子２２３ａ、２２３ｂに向ける。次に、これらが同等の出力を生じ、それで減算した出力がゼロになる。ウエハ表面がこのゼロ位置から動くと、反射したビームの位置は、上下し、面２２２ａ、２２２ｂの一つに他より多く当り、それぞれの検出器素子により多くの光を向ける結果となり、それで減算した出力が比例して変る。ウエハの傾斜は、検出器２２３および２２４の出力の比較によって決めることが出来る。
【００７８】
この配置は、本発明の第２実施例で、並びに他の用途で確認センサとして使える、簡単で頑丈な高さおよびレベル検出器をもたらす。この確認センサは、主として測定および露出ステーションのＺ干渉計の初期設定および定期的、例えば、月単位の再較正を意図する。しかし、上に説明した確認センサは、基板テーブルＷＴに対する投影レンズＰＬの焦点面の位置の精密な決定に使うＴＩＳより広い捕捉範囲および迅速な応答を有する。従って、確認確認センサ２０ａは、基板テーブルを最初に露出ステーションへ交換するとき、ＴＩＳの垂直位置の粗い決定をするために有利に使うことが出来る。この確認センサによって測定した高さを先に測定した最善焦点整合位置と関係付け、この最善焦点面の期待する位置に近いＴＩＳ走査のための出発点および範囲を予測するために使う。これは、上に説明したＴＩＳ走査を短く、従って迅速に出来、スループットを改善することを意味する。
【００７９】
これらの確認センサに使用できるビームスプリッタ２１５を図１８に示す。ビームスプリッタは、同じガラスからの、および好ましくは等しい厚さの多数のプリズムから成る。三つのプリズム５１、５２、５３から成るビームスプリッタを使って、基本動作原理を説明する。プリズム５１は、断面が台形で、入力ビーム５４がその上面５５の片側近くに入射する。入力ビーム５４の位置は、それがこの上面５５と４５°の第１プリズム５１の一側面５６に当るようになっている。第２プリズム５２は、第１プリズム５１の側面５６に接合され、この入力ビームの所望の部分（本実施例では半分）が第２プリズム５２の中へ直入してビーム５７を形成し、一方残りは第１プリズム５１内で水平に反射してビーム５８を形成するように、この継目を塗被する。第１プリズム５１で反射されたビーム５８は、そのプリズムの第１側面５６と平行な第２側面５９に当り、下方に反射され、第１プリズム５１の下面を出て、第１プリズム５１の上面と平行な、第３プリズム５３の上面および底面を通る。第２側面５９は、ビーム５８の全内部反射を保証するために、必要に応じて塗被してもよい。第２プリズム５２に入るビーム５７は、第１プリズム５１の側面５６に垂直な、第２プリズム５２の二つの平行面によって内部反射され、第１プリズム５１の上面５５と平行な、第２プリズム５２の底面から出る。それによって、ビーム５７および５８は、平行であるが離れて出力される。ビーム５７、５８間の離隔距離は、プリズム５１および５２の大きさによって決る。プリズム５３は、ビーム５７、５８用の結像光学系を同じに出来るように、両ビームの光路長を均等化するために設ける。プリズム５３は、図示のようにプリズム５２も支持するが、これはある用途では必要ないかも知れない。プリズム５２および５３が接する面でのビーム５７の反射を向上するために、空隙を残し、または適当な被膜を設けてもよい。
【００８０】
ビームスプリッタ５０は、簡単で、頑丈で、作るのが容易である。それは、平行（従来の立方体ビームスプリッタが垂直ビームをもたらすのに対して）で光路長が等しい出力ビームをもたらす。この分割面は、偏光選択式に、またはそうでなくでき、後者の場合、入力ビーム強度を所望により均等にまたは不均等に分割することができる。
【００８１】
ウエハ表面ＷＳとレベルセンサ１０の測定スポットの焦点面の交差によって定められるＺ方向に垂直な軸周りのウエハステージの傾斜に鈍感であることが、上に説明したレベルおよび信頼センサ、並びにその他の光学的高さセンサの特徴である。これは、これらのセンサがスポットの合焦軸まで外挿した測定スポットの領域に亘って高さを測定するという事実による。この傾斜鈍感性は、Ｚ干渉計および光センサをＸＹ平面で互いの方へ較正するために使うことができる。そのような構成のための手順を図１９およびレベルセンサを参照して説明するが、類似の手順を確認センサまたはその他の類似の光センサに使うことができる。
【００８２】
基板テーブルの位置決めシステムを、このＺ干渉計がその一部である多軸干渉計システムに結合し、離間したＺアクチュエータを使ってＸＹ平面の選択した軸の周りに回転を加えるように設定できる。このＺ干渉計測定位置をレベルセンサ測定スポットと整列するために、この位置決めシステムを使ってこのステージを、このＺ干渉計測定位置を通り、例えば、Ｙ軸に平行な軸周りに回転する。Ｚ干渉計によって測定したこのテーブルのＺ位置は、この傾斜中変らないままである。もし、レベルセンサとＺ干渉計を正確に整列すると、ウエハ表面位置も変らないままである。しかし、図１９に示すように、レベルセンサ測定位置がＺ干渉計位置から量δＸだけずれていて、基板テーブルＷＴをその図で仮想線で示す位置へ傾斜すると、レベルセンサ出力に変化δＷ_LSを生ずるだろう。従って、位置ずれδＸ、およびＹ方向の位置ずれδＹは、Ｚ干渉計位置を通過する二つの、好ましくは垂直な軸周りの傾斜によるレベルセンサ出力の変化を検出することによって迅速に決めることができる。そこで、この干渉計測定位置がレベルセンサ測定位置と正確に対向することを保証するように、この干渉計システムまたはレベルセンサ１０のパラメータを調整することができる。
【００８３】
レベルセンサが測定スポットのアレーを使う場合、これらのスポットが正確に整列されていることが常に保証される筈がない。従って、上記の手法を使って、Ｚ干渉計位置に関する称呼位置からの個々のスポットの位置ずれを決めることができる。次にこの情報を使って高さマップまたはレベルセンサ出力を補正できる。
【００８４】
【実施例３】
第３実施例は、第１実施例のレベリング原理を使用し、それで以下に説明することを除いてその実施例と同じである。この第３実施例は、上に説明した第２実施例のハードウェアおよび改良も使ってよい。しかし、この第３実施例は、露出経路の最適化のために改善した方法を使用する。これを以下に図２０を参照して説明する。
【００８５】
上に議論したように、基板ステージが固定で、実際に動くのはウエハであるが、露出スリット像が動くと考えるのが都合がよく且つ妥当である。以下の説明は、この観点から行う。
【００８６】
図２０は、以下で使う表記法を示す。明瞭さのために図２０ではスリット像ＳＩをウエハ表面から離して描くが、この最適化手順の目的は、露出中スリット像の焦点面が出来るだけウエハ表面と一致することを保証することであることに注意すべきである。表面がｗ（ｙ）によって定義される１次元ウエハおよびスリット像ＳＩを考えると、このウエハ上の座標に対応する移動平均（経時）焦点ずれＭＡ（ｙ）は次のように計算できる：
【数２】

但し、この積分は、走査方向のスリットサイズｓに亘って行い、被積分関数ｗ（ｙ）−［ｚ（ｙ＋ｖ）−ｖＲｘ（ｙ＋ｖ）］は、ある瞬間のウエハの点上の焦点合せ誤差である。同様に、ウエハ上の点に対する移動標準偏差は次のように定義でき：
【数３】

それは、ウエハ上のその点の実際の露出中の焦点ずれ時間変動である。露出スリット像の平面とウエハの間の差を最小にするためには、２次焦点ずれ項を使って、次のように定義する：
【数４】

ここでＭＦ（ｙ）を移動焦点と呼ぶ。ＭＦ（ｙ）をＭＡ（ｙ）およびＭＳＤ（ｙ）の項で次のようにも書ける：
【数５】

【００８７】
これは、露出経路の最適化および露出領域に亘る移動焦点の最小化で、時間、従って走査積分を無視する第１実施例の単純な最小自乗法最適化と違って、移動平均および移動標準偏差の両方を考慮に入れることを意味する。式（３）および（４）は、Ｒｙ（ｔ）依存性を加え、ＭＦを−Ｗ／２から＋Ｗ／２までのＸについて積分することによって容易に２次元に拡張でき、但しＷはＸ方向のスリットの幅である。この最適化を計算するためには、周波数領域表現を使うのが便利である。周波数領域での計算は、露出経路が基板テーブル位置決めシステムの性能に対して最適化されるように、幾つかまたは全ての自由度で過剰の基板ステージ加速度を生ずる結果になるであろう、設定点の高周波変動を濾過して取除けるようにもする。
【００８８】
上の議論では、露出スリット像の最適焦点が平面と一致すると仮定したが；これは必ずしもそうではなく；実際は最適焦点が任意の面にあって、所謂焦点面偏差（ＦＰＤ）を生ずるかも知れない。もし、露出スリット領域上のその面の輪郭を、焦点マップｆ（ｘ，ｙ）を作るためにＴＩＳを使って測定または計算できたなら、ウエハ運動を実際の最適上纏綿に対して最適化するように、出来たデータまたは式を上の式に加えることが出来る。
【００８９】
この第３実施例の最適化手法は、走査システムに対するよりよい焦点合せおよびより滑らかな基板ステージ経路に終ることが出来、スループットおよび得率を増す。
【００９０】
【実施例４】
第４実施例では、レベルセンサがウエハ表面位置の測定で、レジスト層の上面によって反射されたビームとレジスト層の中へ屈折してその底面によって反射されたビームの間の干渉によって生ずるかも知れない誤差を打消すための付加的特徴を備える。さもなければ、この第４実施例は、上に説明した第１ないし第３実施例の何れかと同じかも知れない。
【００９１】
上記上面および底面から反射されたビームの干渉は、測定ビームの光学波長および入射角は勿論、レジスト特性およびウエハ表面特性に大きく依存する。広帯域光源および検出器がそのような単一波長干渉を平均するために現在使われている。もし、ウエハ表面位置をスペクトル分解した方法で測定し、それによって広帯域測定ビームの多数の波長に対して別個の測定を行うならば、この平均化原理の改善を実現できる。これを達成するためには、ウエハ表面位置の測定用に時間的または空間的に分離した波長（色）システムを作ることが必要である。これは、レベルセンサの測定原理に以下のような変更を必要とする。
【００９２】
レベルセンサへの第１の可能な変更は、連続広帯域光源を異なる波長範囲（色）の光ビームを選択的に発生できるもので置換えることである。これは、例えば、レベルセンサの照明システムの適当な点に異なるカラーフィルタ（例えば、カルーセル上の）を選択的に介在させることにより、幾つかの独立に選択可能な光源を使うことにより、波長を調整できる光源を使うことにより、または小さい広帯域ビームの中にある回転／振動プリズムからの選択したビーム部分を使うことにより達成できる。次に、このレベルセンサを使って、測定ビームの異なる波長の光を使い、各点でウエハ表面の幾つかの測定を行う。
【００９３】
もう一つの選択は、広帯域検出器を異なる波長範囲（色）の光を選択的に検出できるもので置換えることである。これは、例えば、検出器の前の検出光学系にカラーフィルタを配置することにより、プリズムを使って測定ビームを異なる波長に空間的に分割し、それからこの異なる波長のビームを別々の検出器で検出することにより、またはウエハ表面位置を測定するために広帯域反射ビームをスペクトルで解析するその他の方法により達成できる。
【００９４】
当然、組合せアプローチを使い、それによって投影システムと検出システムの両方をスペクトル分解するようにすることも可能である。
【００９５】
干渉効果がなければ、各測定（各波長に対する）が同じ結果を出すべきであり；従って、そのような測定で、もし違う結果を得たならば、これは、上の最初の段落で触れたような効果の存在を示す。そこで、多種多様な手法を使って、改良したウエハ表面位置測定を導き出すことが出来る。例えば、矛盾する結果は、補正または破棄してもよい。過半数投票の手法も使ってもよい。その代りに、ウエハ表面位置のスペクトル計測に基づいて、レジストおよびウエハ表面特性のスペクトル応答を記述するモデルによって実際の位置を誘導してさえよい。
【００９６】
記述した干渉効果は、ウエハ表面上の測定ビームの入射角にも依るので、この効果を評価し、次いでそれを補正するように、この入射角も変えたいかも知れない。従って、レベルセンサへの更なる可能な変更は、それをウエハ表面位置が異なる入射角で測定ビームを使って行えるようにすることである。これを達成する一つの方法は、ウエハ上の同じスポットであるが、別々の投影および検出光学系に対して異なる入射角を有する多重測定ビームを形成することである。その代りに、同じ投影および検出システムが種々の測定ビームに関係した異なる光軸を包含するように光学系を変えることが出来る。時間的に変動する入射角を作るもう一つの選択は、レベルセンサの光学系に回転／並進折返しミラー（またはその他の可動部品）を使うことである。
【００９７】
上に説明した波長依存性同様、干渉効果がなければ、異なる入射角での測定が同じ結果を出すべきである。従って、矛盾（入射角での変動）があれば、避け、補償し、または同じ方法でモデル化できる。
【００９８】
上記の付加的特徴および改善は、勿論、一緒にまたは別々に、およびここに説明した以外の光学センサに使ってもよい。
【００９９】
【実施例５】
この発明の第５実施例を図２１に示す。この発明の第５実施例は、露出放射線として、例えば、９ないし１６ｎｍの範囲の波長の極紫外線（ＥＵＶ）、および反射性マスクＭＡ’を使用するリソグラフィ装置である。少なくとも機能的に、この第５実施例の部品は、一般的に第１実施例のものと同じであるが、それらは使用する露出放射線波長に適合するようにされ、それらの配置は、反射性マスクの使用によって必要とされるビーム経路に適応するように調整されている。必要かも知れない特別の改作には、照明および投影光学系ＩＬ’、ＰＬ’を露出放射線の波長に最適化することがあり；これは、一般的に屈折性ではなく反射性の光学素子を使うことを伴う。ＥＵＶ放射線に使う照明光学系ＩＬ’の例は、ヨーロッパ特許出願第００３００７８４，６号（Ｐ−０１２９）に記載されている。
【０１００】
反射性マスクを使うリソグラフィ装置と透過性マスクを使うものとの間の重要な差は、反射性マスクではマスクの不平面度が、下流の光学系、即ち、投影レンズＰＬ’の光路長によって増加する、ウエハ上の位置誤差になることである。これは、マスクの高さおよび／または傾斜偏差がマスク上の照明ビームの有効入射角を局部的に変え、従ってウエハ上の像形態のＸＹ位置を変えるからである。
【０１０１】
この発明の第５実施例によれば、マスクの不平面度の影響は、露出に先立ってマスクの高さマップを作り、露出中にＺ、ＲｘおよびＲｙの少なくとも一つでのマスク位置を制御することによって回避または軽減される。この高さマップは、上に説明したのと類似の方法（即ち、測定ステーションでのマスクのオフアクシスレベリング）で作れるが；しかし、それを露出ステーションのマスクで作ってもよく、それは高さマップを物理的参照面に関連付ける必要を無くするかも知れない。露出または露出走査（露出経路）中のマスクの最適位置の計算は、上に説明したのと同等でよいが、それをウエハおよびマスク露出経路の最適化と結合してもよい。しかし、マスクに対しては、傾斜偏差がウエハでの位置に大きな影響を有するので、その最適化計算に重きを置いた方が有利かも知れない。
【０１０２】
この発明によるリソグラフィ投影装置は、二つ（以上）の基板テーブルおよび／または二つ（以上）のマスクテーブルを含んでもよいことにはっきりと注目すべきである。そのようなシナリオでは、第１基板テーブル上の第１基板が測定ステーションで高さマップ作成を受け、一方第２基板テーブル上の第２基板が同時に露出ステーションで露出を受け；および複数マスクテーブルの場合、同様であることが可能である。そのような構成は、スループットを非常に大きくすることが出来る。
【０１０３】
この発明は、基板レベリングだけ、マスクレベリングだけ、または基板レベリングとマスクレベリングの組合せに適用できることにもはっきりと注目すべきである。
【０１０４】
上にこの発明の特定の実施例を説明したが、この発明を説明したのと別の方法で実施してもよいことが分るだろう。この説明は、この発明を限定することを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例によるリソグラフィ投影装置を示す。
【図２】レベルセンサおよびＺ干渉計による測定からウエハ高さを決める方法を示す図である。
【図３】本発明によるオフアクシスレベリング手順の種々の工程を示す図である。
【図４】本発明によるオフアクシスレベリング手順の種々の工程を示す図である。
【図５】本発明によるオフアクシスレベリング手順の種々の工程を示す図である。
【図６】本発明によるオフアクシスレベリング手順の種々の工程を示す図である。
【図７】本発明によるオフアクシスレベリング手順で使用するセンサおよび基準を示す基板テーブルの平面図である。
【図８】この発明の第２実施例の露出ステーションおよび測定ステーションの側面図である。
【図９】この発明の第２実施例の測定出ステーションで実施する測定プロセスの種々の工程を示す流れ図である。
【図１０】本発明の第２実施例の露出ステーションで実施する露出プロセスの種々の工程を示す流れ図である。
【図１１】本発明の高さマップを測定するために使用できる走査パターンを示す線図である。
【図１２】本発明の高さマップを測定するために使用できる代替走査パターンを示す線図である。
【図１３】本発明の第２実施例の大域レベル輪郭プロセスを示す線図である。
【図１４】この発明に使用できるレベルセンサの現在好適な実施例の構造を示す。
【図１４Ａ】この発明に使用できるレベルセンサの投影格子を詳細に示す。
【図１４Ｂ】この発明に使用できるレベルセンサの動作態様を示す。
【図１４Ｃ】この発明に使用できるレベルセンサの検出格子の動作態様を示す。
【図１４Ｄ】この発明に使用できるレベルセンサの検出格子の動作態様を示す。
【図１４Ｅ】この発明に使用できるレベルセンサの検出格子の動作態様を示す。
【図１４Ｆ】この発明に使用できるレベルセンサの検出器の動作態様を示す
【図１４Ｇ】この発明に使用できるレベルセンサの検出器の出力を示す。
【図１５】図１４のレベルセンサの捕捉スポットの検出器出力対基板テーブル位置を示すグラフである。
【図１５Ａ】図１４のレベルセンサの捕捉スポット用検出器部分を示す線図である。
【図１６】この発明の第２実施例に使用できる信頼センサの現在好適な実施例を示す線図である。
【図１７】この発明の第２実施例に使用できる信頼センサの現在好適な実施例を示す線図である。
【図１８】図１６および図１７の信頼センサに使用できるビームスプリッタの線図である。
【図１９】この発明の実施例に使用できるＺ干渉計較正手順を説明するために使用する線図である。
【図２０】この発明の第３実施例による露出経路最適化手順を説明する際に使用する表記法を示す線図である。
【図２１】この発明の第５実施例によるリソグラフィ投影装置を示す。
【符号の説明】
Ｃ 目標部分
ＣＯ コンデンサ
Ｅｘ ビーム成形光学素子
ＩＦ 位置検出手段
ＩＬ’ 照明光学系
ＩＮ インテグレータ
ＬＡ 線源
ＭＡ マスク
ＭＡ’ 反射性マスク
ＭＴ マスクテーブル
ＰＢ 投影ビーム
ＰＬ 投影システム
ＰＬ’ 投影システム
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル
１０ レベルセンサ
２０ａ 第１位置検出システム
２０ｂ 第２位置検出システム
１１１ 放射線源
１１３ 投影格子
１１４ 投影光学系
１２１ 検出光学系
１２６ 検出格子
１２８ 検出器

Claims (19)

1. 放射線の投影ビームを供給するための放射線システム、
   マスクを保持するためのマスクホルダを備える第１物体テーブル、
   基板を保持するための基板ホルダを備える第２可動物体テーブル、
   該マスクの被照射部分をこの基板の目標部分上に結像するための投影システム、および 上記第２物体テーブルを、上記投影システムが上記マスク部分を上記基板上に結像出来る露出ステーションと測定ステーションの間で動かすための位置決めシステム、
   を含むリソグラフィ投影装置であって
   上記第２物体テーブルが、それに固定された物理的参照面を有しており、
   当該リソグラフィ投影装置が、
   上記測定ステーションに位置し、上記基板ホルダ上に保持された基板の表面上の複数の点の上記物理的参照面に関する高さを測定して高さマップを作り、さらに上記基板の上記表面の一部の部分高さマップを作る、高さマップ作成手段、
   上記第２物体テーブルを上記露出ステーションへ動かしてから、上記基板表面に実質的に垂直な第１方向に於ける上記投影装置の焦点面に対する上記物理的参照面の位置を測定するために、上記露出ステーションに配置された位置測定手段であって、上記位置測定手段は上記第２物体テーブルに取付けられたイメージセンサを含み、上記物理的参照面の少なくとも一部分が上記イメージセンサの上面である、位置測定手段、並びに
   上記目標部分の露出中に、上記高さマップおよび上記位置測定手段によって測定した上記位置に従って、少なくとも上記第１方向に於ける上記第２物体テーブルの位置を制御する制御手段、
   を含み、
   さらに、
   上記露出ステーションに位置し、上記基板ホルダ上に保持された基板の表面上の上記複数の点の上記物理的参照面に関する高さを測定し、その部分的な高さマップを作る部分高さマップ作成手段、および
   上記測定および露出ステーションに設けられた分離した位置検出システムのための相対較正を導き出すために、上記測定ステーションにおける高さマップ作成手段および上記露出ステーションにおける高さマップ作成手段の各々によって用意された単一基板の部分高さマップを比較するように構成および配設された較正手段、
   を含む、ことを特徴とする装置。
2. 上記制御手段が、更に、上記高さマップに従って上記第２物体テーブルの少なくとも上記第１方向に垂直な一つの軸の周りの傾きを制御するように設けられている、請求項１に記載の装置。
3. 上記高さマップ作成手段が、点の線形アレーの上記第１方向に於ける位置を測定するように構成および配設されたレベルセンサを含む、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 上記高さマップ作成手段が、上記第１方向に於ける位置を測定すべき表面によって反射された測定ビームの位置を測定するレベルセンサを含む、請求項１、請求項２または請求項３に記載の装置。
5. 上記レベルセンサが、投影格子、上記投影格子の像を上記第１方向に於ける位置を測定すべき表面上に投影するための投影光学系、検出格子、上記検出格子上に上記投影格子の像を作るために上記表面によって反射された光を集束するための検出光学系、および上記投影格子の上記像が上記検出格子に重なることによって出来たモアレ図形を検出するための検出器を含む、請求項４に記載の装置。
6. 上記レベルセンサが、更に、上記投影格子を多色放射線で照明する放射線源を含み、上記投影光学系および上記検出光学系が、本質的に反射性光学素子から成る、請求項５に記載の装置。
7. 上記高さマップ作成手段が、上記基板の表面の上記第１方向に於ける位置を上記複数の点で検出するためのレベルセンサ、上記レベルセンサによる測定と同時に上記第２物体テーブルの上記第１方向に於ける位置を検出するための位置検出手段を含む、請求項１ないし請求項６の何れか一つに記載の装置。
8. 上記位置検出手段が干渉計を含む、請求項７に記載の装置。
9. 上記第２物体テーブルが複数の離間した物理的参照面を有し、上記高さマップ作成手段が上記複数の点の、上記複数の物理的参照面によって形成される参照平面に関する高さを測定する、請求項１ないし請求項８の何れか一つに記載の装置。
10. 上記高さマップは、上記露出ステーションに対する上記高さマッピング手段の位置に依存していない、請求項１ないし９の何れかに記載の装置。
11. リソグラフィ投影装置を用いてデバイスを製造する方法であって、
    当該リソグラフィ装置は、
    放射線の投影ビームを供給するための放射線システムと、
    マスクを保持するためのマスクホルダを備える第１物体テーブルと、
    基板を保持するための基板ホルダを備える第２可動物体テーブルと、
    該マスクの被照射部分をこの基板の目標部分上に結像するための投影システムと、
    を備え、
    当該方法は、
    上記第１物体テーブルにパターンを坦持するマスクを設ける工程と、
    上記第２物体テーブルに放射線感応層を有する基板を設ける工程と、
    および
    上記マスクの上記被照射部分をこの基板の上記目標部分上に結像する工程と、
    を含み、
    さらに、
    測定ステーションにおいて、上記基板ホルダに保持された上記基板表面上の複数の点の上記第２物体テーブル上の物理的参照面に対する高さを測定し、高さマップおよび上記表面の一部の第１部分高さマップを作成する工程と、
    測定ステーションと露出ステーションと間で上記第２の物体テーブルを移動させる工程と、
    上記露出ステーションにおいて、上記基板表面に実質的に垂直な第１方向に於ける、上記投影装置の焦点面に対する上記物理的参照面の位置を測定するための上記露出装置における位置測定手段を用いる工程であって、上記位置測定手段は上記第２物体テーブルに取付けられたイメージセンサを含み、上記物理的参照面の少なくとも一部分が上記イメージセンサの上面である工程と、
    上記目標部分の露出中に、上記高さマップおよび上記位置測定手段によって測定した上記位置に従って、少なくとも上記第１方向に於ける上記第２物体テーブルの位置を制御する工程と、
    上記露出ステーションにおいて、上記基板ホルダに保持された上記基板表面上の複数の点の上記第２物体テーブル上の物理的参照面に対する高さを測定し、第２の部分高さマップを作成する工程と、
    単一基板の上記第１および第２の部分高さマップを比較して、上記測定ステーション及び露出ステーションに提供された別々の位置検出システムの相対的な較正を実行する工程とを含む、ことを特徴とする方法。
12. 上記結像工程中に、上記高さマップを参照することによって、上記第２物体テーブルを少なくとも上記第１方向に垂直な一つの軸の周りに方向付けする、請求項１１に記載の方法。
13. 上記結像工程中に、上記第２物体テーブルを、上記目標部分の領域に亘って積分した焦点ずれの自乗を最小にするように配置し、この焦点ずれが上記投影レンズの焦平面と上記基板の表面との間の第１方向における距離である、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
14. 上記結像工程がスリット像を上記基板上に走査結像する工程を含み、上記結像工程中に上記第２物体テーブルが、上記目標部分の領域に亘って積分した焦点ずれの自乗を最小にするように配置され、この焦点ずれは、上記投影レンズの焦点面と上記基板の表面の間の上記第１方向に於ける距離を意味する、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
15. 上記高さマップを作る工程が、以下のサブ工程、上記基板表面上の上記複数の点の各々の上記第１方向に於ける位置を測定する工程、上記基板表面上の点の位置の各測定と同時に、上記第２物体テーブルの上記第１方向における位置を測定する工程、および上記第２物体テーブルの測定位置の各々を上記高さマップを作るための上記基板表面の対応する測定位置から引く工程を含む、請求項１０ないし請求項１３の何れか一つに記載の方法。
16. 上記高さマップを作る工程が、上記物理的参照面の上記第１方向に於ける位置と、上記第２物体テーブルの上記第１方向に於ける位置とを同時に測定する初期工程を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 更に、上記高さマップを作る工程の前に、露出すべき上記基板上の領域の周辺に近接する上記ウエハ表面上の複数の点の高さを測定する工程、並びに測定した高さから上記基板のための全体の高さおよび傾斜および／またはその高さをマップにすべき上記基板表面のある領域の局部高さまたは傾斜値を決める工程を含む、請求項１１ないし請求項１６の何れか一つに記載の方法。
18. 更に、上記高さマップを作る工程の前に、上記レベルセンサを使って上記基板表面上の少なくとも一つの所定点の垂直位置の複数の測定をこの第２物体テーブルを上記複数の測定の異なるものに対して異なる垂直位置に配置して行うことによって、上記高さマップを作る際に使用すべきレベルセンサを較正する工程を含む、請求項１１ないし請求項１７の何れか一つに記載の方法。
19. 上記較正工程を上記基板上の複数の異なる露出領域に対して行い、それぞれに得た較正補正値を、型式がこの較正を行ったものに対応する露出領域の高さマップを作る際に適用する、請求項１８に記載の方法。

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