JPH06236837A - 面位置検出方法及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハ面の光軸方向の面位置情報を検出し、
ウエハのパターン領域を投影レンズの許容焦点深度内に
位置させ高密度の半導体素子の製造が可能な面位置検出
方法及びそれを用いた投影露光装置を得ること。 【構成】 第１物体上に描かれた第２パターンと該第２
パターンに比べ焦点深度の小さい第１のパターンを同時
に投影光学系を介して、段差を有するウエハ上に投影す
る前に、第２物体の該投影光学系の光軸方向に関する複
数箇所の面位置を測定し、該測定に基づいて、第２物体
の表面を該投影光学系の像面に一致させる面位置検出方
法において、該第２物体上の第１のパターンが投影され
る箇所の面位置を測定する段階と、該測定段階より得る
面位置に基づいて第１のパターンが投影される箇所の面
位置を該投影光学系の像面に一致させる段階とを有する
こと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は面位置検出方法及びそれ
を用いた投影露光装置に関し、特に半導体素子の製造に
おいて、レチクル面上に形成されている電子回路パター
ンを投影光学系によりウエハ面上に縮小投影する際に、
該ウエハ面上の複数点の面位置情報（高さ情報）を検出
し、該ウエハの露光領域を投影光学系の最良結像面に容
易に位置させることができ、良好なる投影像が得られる
面位置検出方法及びそれを用いた投影露光装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子製造用の投影露光装置
には電子回路パターンの微細化、例えばサブミクロンか
らハーフミクロン程度の微細化及び高集積化が要求され
ている。そしれこれに伴ない投影光学系に対しては従来
以上に高い解像力を有したものが要求されている。この
ため例えば投影光学系においては高ＮＡ化そして露光波
長に対しては短波長化が図られている。

【０００３】一般に投影光学系の高解像力化を図ろうと
ＮＡを高くするとパターン投影の許容焦点深度が浅くな
ってくる。このため多くの投影露光装置では投影光学系
の焦点面位置を検出する面位置検出装置が用いられてい
る。この面位置検出装置に対しては単にパターン転写を
行なうウエハ面上の露光領域の高さ位置（面位置）情報
を検出、調整するのみではなく、パターン転写を行なう
ウエハ面上の露光領域の傾き等も同時に検出し、調整で
きることが要望されている。

【０００４】従来より焦点面の面位置検出装置としては
ウエハ面上の露光領域の周辺部に複数個のエアセンサー
を設け、該エアセンサーより得られた露光領域周辺部の
高さ情報より露光領域の傾き及び高さ位置等を算出し調
整する方法が知られている。

【０００５】特公平２−１０３６１号公報ではウエハ面
上の露光領域の中心部の高さ位置を斜入射方式の高さ位
置検出光学系により検出、調整し、これとは別の斜入射
方式の傾き検出光学系（コリメーター）を用いて露光領
域内の傾きを算出、調整している。

【０００６】又、本出願人は特願平３−１５７８２２号
公報において斜入射方式の投影光学系において複数の測
定点を露光領域内に形成し、露光領域の傾き及び高さ位
置を算出、調整した面位置検出装置を提案している。

【０００７】又、本出願人は特開平２−１０２５１８号
公報においてウエハ上の露光領域中の複数点を計測する
高さ位置検出光学系を設け、該複数点の高さ位置情報よ
り露光領域内の傾き及び高さ位置を算出、調整した面位
置検出装置を提案している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の面位置検出装置
では、投影光学系の許容焦点深度内にパターン転写を行
なうウエハ上の露光領域を位置させる際に、露光領域の
ウエハ表面のトポグラフィーが十分考慮されていなかっ
た。

【０００９】すなわち、露光領域の周辺部をエアーセン
サーで複数点計測するシステム、及び露光領域の中心部
の高さ位置検出光学系と傾き検出光学系を合わせ持つシ
ステムでは、露光領域のウエハ表面のトポグラフィーを
考慮して、投影光学系の許容焦点深度内にパターン転写
を行なうウエハ上の露光領域を位置させることが困難で
あるという問題点があった。

【００１０】また、露光領域の中心部及び露光領域の内
部に複数の測定点を持つ面位置検出機構でも、露光領域
内に段差を有する場合、特にレチクル上のパターンの中
で焦点深度の小さいパターンが転写される領域と、そう
でない焦点深度の大きいパターンが転写される領域とに
段差がある場合、従来露光領域の平均的面位置を検出
し、その面位置を投影光学系の像面位置に合わせたとし
ても、焦点深度の大きいパターンは転写できても、焦点
深度の小さいパターンが焦点深度内で転写できないこと
がある。

【００１１】本発明の第１の目的は、露光領域のウエハ
表面のトポグラフィーを正確に計測し、露光領域中の中
で焦点深度の小さいパターンを転写する露光領域を投影
光学系の許容焦点深度内の中心に位置させ、高い解像力
のパターンが容易に得られる面位置検出方法及びそれを
用いた投影露光装置の提供にある。

【００１２】又、従来の面位置検出装置では投影光学系
の許容焦点深度内に、パターン転写を行なうウエハー上
の露光領域を有効に位置させることができない場合があ
った。

【００１３】すなわち、凸の（あるいは凹）の露光領域
に対して、露光領域の周辺部にエアーセンサーを設ける
方法では、露光領域の中央部の高さを周辺部の計測点の
高さ情報より内挿し予想していた。このため露光領域の
中央部が、パターン転写を行なう投影レンズの許容深度
内から外れる場合があった。

【００１４】又、高さ位置検出光学系と傾き検出光学系
を合わせ持つシステムでは露光領域の中央部の高さのみ
が、パターン転写を行なう投影レンズの許容深度内に位
置するが、凸の（あるいは凹）の露光領域の周辺部が、
許容深度内から外れる場合があった。

【００１５】又、特開平２−１０２５１８号公報で提案
している露光領域に複数点の高さ位置検出光学系を持つ
システムでは、凸（あるいは凹）形状の露光領域に対
し、露光領域の全面をパターン転写を行なう投影レンズ
の許容深度内に位置させることが可能となる。

【００１６】一般に、光学方式の検出システムでは、ウ
エハ上に塗布してあるレジストの表面で反射される光と
ウエハ基板面で反射される光との間で生じる干渉の影響
が問題となる。この干渉の影響は、ウエハ基板面上に形
成されたパターンによって異なるため、上記従来例で
は、複数の測定点毎にあらかじめパターン固有のオフセ
ットを測定し、各ショットの露光時に複数点の計測値を
補正してウエハ面位置計測を行なっている。

【００１７】しかし、ウエハの周辺部では、複数の計測
点の一部がオフセット計測を行なったパターンのないウ
エハ領域に位置する場合がある。このような場合は、パ
ターンのないウエハ領域に位置する計測点を除いた残り
の複数の測定点を用いて、ウエハの面位置計測を行なう
必要があった。それゆえ、ウエハの周辺部では、計測点
の数が減少し、面位置の補正精度が劣化する傾向があっ
た。

【００１８】本発明の第２の目的はウエハ上の露光領域
内に複数の面位置検出機構を形成し、ウエハの周辺部で
も中央部と同等の面位置の補正精度を可能にし、高い解
像力のパターンが容易に得られる面位置検出方法及びそ
れを用いた投影露光装置の提供にある。

【００１９】本発明の第３の目的はウエハ上の露光領域
内の複数点の焦点面位置検出を行なうシステムにおい
て、ウエハ内の特定部位に凹凸がある場合でも、局部的
なトポグラフィーの影響を軽減させ、光の干渉により生
じるオフセットを高精度で測定することにより露光領域
を投影光学系の許容焦点深度内に位置させ、高い解像力
のパターンが容易に得られる面位置検出方法及びそれを
用いた投影露光装置の提供にある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の面位置検出方法
は、 （１−イ）第１物体上に描かれた第２パターンと該第２
パターンに比べ焦点深度の小さい第１のパターンを同時
に投影光学系を介して、段差を有するウエハ上に投影す
る前に、第２物体の該投影光学系の光軸方向に関する複
数箇所の面位置を測定し、該測定に基づいて、第２物体
の表面を該投影光学系の像面に一致させる面位置検出方
法において、該第２物体上の第１のパターンが投影され
る箇所の面位置を測定する段階と、該測定段階より得る
面位置に基づいて第１のパターンが投影される箇所の面
位置を該投影光学系の像面に一致させる段階とを有する
ことを特徴としている。

【００２１】特に前記第２物体上のパターン領域の測定
点に複数の微小光束を投影し、該複数の微小光束の該第
２物体からの反射光束を検出面上に投影し、該検出面上
の該複数の微小光束の像を検出して記憶手段に記憶し、
該記憶手段に記憶した複数の信号のうち特定の信号を用
いて該第２物体の面位置情報を検出していることを特徴
としている。

【００２２】（１−ロ）第１物体上のパターンを投影光
学系を介して第２物体上の複数個のパターン領域に投影
する際、該第２物体上のパターン領域内の複数の測定点
での面位置情報を検出し、各々の測定点毎に面位置情報
の補正値を測定する第１段階と該パターン領域と該複数
の測定点との位置関係に応じて各測定点毎の面位置情報
の補正に用いる補正値を選択し、該パターン領域の面位
置情報を決定する第２段階とを介して、該第２物体の面
位置情報を検出していることを特徴としている。

【００２３】又本発明の投影露光装置としては、 （１−ハ）レチクルの回路パターンを投影光学系により
ウエハ面上に投影露光する際、光照射手段から複数の微
小光束を該ウエハ面上のパターン領域に斜め方向から入
射させ、該パターン領域からの複数の反射光束を投影手
段により光電変換手段の検出面上に導光し、該光電変換
手段からの出力信号を利用して該ウエハ面上のパターン
領域の面位置情報を予め検出しておき、該面位置情報と
外光電変換手段からの得られる信号に基づいて駆動手段
により該ウエハを該投影光学系の所定面に位置付けてい
ることを特徴としている。

【００２４】（１−ニ）レチクル上のパターンを投影光
学系を介してウエハ上の複数個のパターン領域に投影す
る際、面位置検出装置により該ウエハ上のパターン領域
内の複数の測定点での面位置情報を検出し、各々の測定
点毎に面位置情報の補正値を測定し、該パターン領域と
該複数の測定点との位置関係に応じて各測定点毎の面位
置情報の補正に用いる補正値を選択し、該パターン領域
の面位置情報を決定して該第２物体の面位置情報を検出
していることを特徴としている。

【００２５】（１−ホ）ウエハー上のパターン領域内の
異なる位置に複数の光束を斜入射投影し、このパターン
領域内の相異なる位置で反射された複数の反射光束を検
出面上に再投影し、パターン領域の上下方向の位置変化
を検出面上の反射光束の位置変化として計測する。斜入
射方式の複数点の位置検出系を用いている。そしてこの
斜入射方式の複数点の位置検出系を用いて予めウエハー
上のパターン領域内のトポグラフィーを計測しておき、
複数の測定点各々のトポグラフィーに起因する計測値の
差を求め、逐次ウエハー上の露光領域上にパターン転写
を行なう際に、各々の測定点の計測値からトポグラフィ
ーに起因する計測値の差を補正することにより、露光領
域中の最も微細なパターンを転写したい領域を投影光学
系の許容焦点深度内の中心に位置させていることを特徴
としている。

【００２６】（１−ヘ）露光領域内に複数の面位置検出
機構を形成したシステムに於て、各々の測定点に対しパ
ターンとの位置関係に対応した複数のオフセットを設定
し、パターンとの位置関係に応じて各々の測定点の計測
値に反映させるオフセット値を選択することにより、露
光領域がウエハの周辺部にある場合でも、中央部にある
場合と同等の面位置の補正精度を得ていることを特徴と
している。

【００２７】本発明の面位置検出方法は （１−ト）第１物体上のパターンを投影光学系を介して
第２物体上のパターン領域に投影する際、該第２物体上
のパターン領域内の複数の測定点の位置情報より該パタ
ーン領域の面形状を測定する際、該面形状測定値を該パ
ターン領域のトポグラフィー変化により生じる誤差成分
と光学要因の計測誤差量より生じる誤差成分とに分離
し、光学要因の計測誤差量を該複数の測定点の補正値と
して算出し、該補正値を利用して該複数の測定点での計
測値を調整することにより該パターン領域の面位置を決
定するようにしたことを特徴としている。

【００２８】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図、図２
は図１の一部分の拡大説明図である。

【００２９】図１において１は縮小型の投影光学系（投
影レンズ系）、Ａｘは投影光学系１の光軸である。１ａ
はレチクルであり、その面上には回路パターンが形成さ
れており、レチクルステージ１ｂ上に載置している。１
ｃは照明系であり、レチクル１ａ面上を均一照明してい
る。投影光学系１はレチクル１ａ面上の回路パターンを
ウエハ２面上に縮小投影している。ウエハ２はウエハス
テージ３面上に吸着固定している。ウエハステージ３は
投影光学系１の光軸Ａｘ方向（ｚ方向）と光軸Ａｘを直
交する面内（ｘ−ｙ平面内）の２方向（ｘ，ｙ方向）に
移動可能で、かつ光軸Ａｘと直交する平面（ｘ−ｙ平
面）に対して傾き調整できるようになっている。これに
よりウエハステージ３面上に載置したウエハ２の面位置
を任意に調整できるようにしている。４はステージ制御
装置であり、後述するフォーカス制御装置１８からの信
号に基づいてウエハステージ３を駆動制御している。

【００３０】ＳＡは光照射手段、ＳＢは投影手段、ＳＣ
は光電変換手段であり、これらはウエハ２面の面位置情
報を検出する面位置検出装置の一部分を構成している。
尚、投影手段ＳＢと光電変換手段ＳＣとで検出手段ＳＢ
Ｃを構成している。

【００３１】本実施例では面位置検出装置を用いてレチ
クル１ａ面上の回路パターンを投影光学系１でウエハ２
面上に投影する際に、投影光学系１の許容焦点深度内に
ウエハ２面上の露光領域が位置するようにウエハステー
ジ３を駆動制御している。そしてウエハステージ３をＸ
−Ｙ平面上で逐次移動させ、これにより矩形状のパター
ン領域（ショット）３９をウエハ２面上に順次形成して
いる。

【００３２】次に本実施例の面位置検出装置の各要素に
ついて説明する。まずウエハ２面上に複数の光束を入射
させる光照射手段ＳＡについて説明する。

【００３３】５は光源であり、白色ランプ又は相異なる
複数の波長の光を照射するように構成した照明ユニット
より成っている。６はコリメーターレンズであり、光源
５からの光束を断面の強度分布が略均一の平行光束とし
て射出している。７はプリズム形状のスリット部材であ
り、１対のプリズムを互いの斜面が相対するように貼り
合わせており、この貼り合わせ面に複数の開口（５つの
ピンホール）７１〜７５をクロム等の遮光膜を利用して
設けている。

【００３４】図３はスリット部材７をコリメーターレン
ズ６側から見たときの概略図である。図３に示すように
ピンホール７１は複数（４つ）の微少ピンホール７１１
〜７１４より成っている。他のピンホール７２，７３，
７４も同様に複数（４つ）の微少ピンホール７２１〜７
２４，７３１〜７３４，７４１〜７４４より成ってい
る。

【００３５】８はレンズ系であり、両テレセントリック
系より成りスリット部材７の複数のピンホール７１〜７
５を通過した独立の５つの光束７１ａ〜７５ａをミラー
９を介してウエハ２面上の５つの測定点１９〜２３に導
光している。

【００３６】このときレンズ系８に対して、ピンホール
７１〜７５の形成されている平面とウエハ２の表面を含
む平面とは、シャインフルークの条件（Scheimpflug′s
condition ）を満足するように設定している。ここ
で、レンズ系８によるピンホール７１〜７５の結像倍率
をβ₈₍₇₁₎ 〜β₈₍₇₅₎ とすると、β₈₍₇₁₎ ＜β₈₍₇₂₎ ＜
β₈₍₇₃₎ ＜β₈₍₇₄₎ ＜β₈₍₇₅₎ であり、レンズ系８に近
いピンホール程その結像倍率が大きくなっている。

【００３７】尚、本実施例において、微小ピンホール７
１１〜７１４，７２１〜７２４，７３１〜７３４，７４
１〜７４４，７５１〜７５４は、各々非常に近接してい
るため、ほぼ同じ結像倍率β₈₍₇₁₎ ，β₈₍₇₂₎ ，β
₈₍₇₃₎ ，β₈₍₇₄₎ ，β₈₍₇₅₎ と見なすことができる。

【００３８】本実施例では、ウエハ２の表面に微小ピン
ホール７１１〜７１４，７２１〜７２４，７３１〜７３
４，７４１〜７４４，７５１〜７５４の各像が互いにほ
ぼ同じ大きさに投影されるように微小ピンホール７１１
〜７１４，７２１〜７２４，７３１〜７３４，７４１〜
７４４，７５１〜７５４の径Ｄを、それぞれＤ₇₁＝Ｄ
₇₁₁ 〜Ｄ₇₁₄ ，Ｄ₇₂＝Ｄ₇₂₁ 〜Ｄ₇₂₄ ，Ｄ₇₃＝Ｄ₇₃₁ 〜
Ｄ₇₃₄ ，Ｄ₇₄＝Ｄ₇₄₁ 〜Ｄ₇₄₄ ，Ｄ₇₅＝Ｄ₇₅₁ 〜Ｄ₇₅₄
としたとき次の関係を満たす様に、径Ｄ₇₁〜Ｄ₇₅を設定
している。

【００３９】Ｄ₇₁：Ｄ₇₂：Ｄ₇₃：Ｄ₇₄：Ｄ₇₅ ＝β₈₍₇₅₎ ：β₈₍₇₄₎ ：β₈₍₇₃₎ ：β₈₍₇₂₎ ：β₈₍₇₁₎ 又、このレンズ系８は内部に各光束７１ａ〜７５ａのＮ
Ａをそろえるための開口絞り４０を有している。

【００４０】尚、光束７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４
ａ，７５ａは、各々ウエハ２面上に測定点１９，２０，
２１，２２，２３を形成している。

【００４１】ウエハ２面上の各々の測定点１９，２０，
２１，２２，２３には、図４に示す様に微小ピンホール
７１１〜７１４，７２１〜７２４，７３１〜７３４，７
４１〜７４４，７５１〜７５４の像が投影されている。
本実施例では以上の各要素５，６，７，８，９より光照
射手段ＳＡを構成している。

【００４２】

【００４２】本実施例において光照射手段ＳＡからの各
光束のウエハ２面上への入射角φ（ウエハ面に立てた垂
線と成す角）はφ＝７０°以上である。ウエハ２面上に
は図２に示すように複数個のパターン領域（露光領域シ
ョット）３９が配列している。レンズ系８を通過した５
つの光束７１ａ〜７５ａはパターン領域３９の互いに独
立した各測定点１９〜２３に入射している。

【００４３】そしてウエハ２面上に入射する５つの光束
７１ａ〜７５ａがウエハ２の垂直方向（光軸Ａｘ方向）
から観察したとき図２に示すように互いに独立して観察
されるようにウエハ２面上にＸ方向（ショット配列方
向）からＸＹ平面内でθ°（例えばθ＝２２．５°）回
転させた方向より入射させている。

【００４４】これにより本出願人が特願平３−１５７８
２２号で提案しているように各要素の空間的配置を適切
にし、面位置情報の高精度な検出を容易にしている。

【００４５】本実施例では以上の各要素５，６，７，
８，９から成る光照射手段ＳＡにより、ウエハ２面上に
複数の光束（ピンホール）を入射させている。尚、本実
施例においてウエハ２面上の測定点は５点に限らずいく
つあっても良い。

【００４６】次にウエハ２面からの複数の反射光束をＣ
ＣＤより成る位置検出素子としての光電変換手段ＳＣの
検出面１７に導光し、結像させる投影手段ＳＢについて
説明する。

【００４７】１１は受光レンズであり、両テレセントリ
ック系より成り、ウエハ２面からの５つの反射光束をミ
ラー１０を介して反射している。そして受光レンズ１１
は各測定点１９〜２３に対して各位置２４〜２８にピン
ホール像を形成している。

【００４８】４１は受光レンズ１１に設けたストッパー
絞りであり、各測定点１９〜２３に対して共通に設けら
れており、ウエハ２上に存在する回路パターンによっ
て、各々の光束がウエハ２上で反射する際に生じるノイ
ズ光となる高次の回折光をカットしている。各位置２４
〜２８のピンホール像からの光束は独立に設けた５つの
補正光学系１２〜１６に入光している。

【００４９】補正光学系１２〜１６は受光レンズ１１が
両テレセントリック系であるので、その光軸が互いに平
行となっており、各位置２４〜２８に形成したピンホー
ル像を光電変換手段ＳＣの検出面１７上に互いに同一の
大きさのスポット光となるよう再結像させている。光電
変換手段ＳＣは単一の２次元ＣＣＤより成っている。本
実施例では以上の各要素１０，１１，１２〜１６より投
影手段ＳＢを構成している。

【００５０】尚、補正光学系１２〜１６は各々所定の厚
さの平行平面板とレンズ系を有しており、受光レンズ１
１の光軸に対して共軸あるいは偏心している。このとき
平行平面板は各レンズ系の光路長を補正するために用い
ている。又レンズ系は各測定点１９〜２３の検出面１７
上における結像倍率（投影倍率）が略等しくなるように
補正するために設けている。

【００５１】すなわち、本実施例の如く複数の光束をウ
エハ面上に斜入射させる斜入射結像光学系では受光レン
ズ１１に対して距離の異なる複数の測定点１９〜２３が
光電変換手段ＳＣの検出面１７上に結像する際、その結
像倍率が互いに異なってくる。

【００５２】そこで本実施例では各測定点に対して補正
光学系１２〜１６を設けて、これらの各測定点１９〜２
３の検出面１７上における投影倍率が略等しくなるよう
にしている（尚、この補正光学系については本出願人の
先の特願平２−４４２３６号で詳細に説明してい
る。）。

【００５３】そしてこのときウエハ２面の各測定点１９
〜２３の面位置（高さ方向、光軸Ａｘ方向）によって検
出面１７上に入射するピンホール像（スポット光）の位
置が変化するようにしている。光電変換手段ＳＣはこの
ときのピンホール像の位置変化を検出している。これに
より本実施例ではウエハ２面上の各測定点１９〜２３の
面位置情報を同一精度で検出できるようにしている。

【００５４】又、投影手段ＳＢを介してウエハ２面上の
各測定点１９〜２３と光電変換手段ＳＣの検出面１７と
が互いに共役となるようにして（各測定点１９〜２３に
対して倒れ補正を行なって）いる。これにより各測定点
１９〜２３の局所的な傾きによって検出面１７上でのピ
ンホール像の位置が変化せず、ウエハ２の表面の光軸Ａ
ｘ方向の各測定点の局所的な高さ位置の変化、すなわち
測定点１９〜２３の高さに応答して検出面１７上でのピ
ンホール像の位置が変化するようにしている。光電変換
手段ＳＣは検出面１７面上に入射したピンホール像の入
射位置情報を検出している。光電変換手段ＳＣで得られ
た各測定点１９〜２３におけるピンホール像の入射位置
情報はフォーカス制御手段１８に入力している。

【００５５】フォーカス制御手段１８は光電変換手段Ｓ
Ｃからの各測定点１９〜２３の高さ情報（面位置情報）
を得て、これよりウエハ２の表面の位置情報、すなわち
光軸Ａｘ方向（ｚ方向）に関する位置やＸ−Ｙ平面に対
する傾き等を求めている。

【００５６】そしてウエハ２の表面が投影光学系１によ
るレチクル１ａの投影面と略一致するようにウエハステ
ージ３の駆動量に関する信号をステージ制御装置４に入
力している。ステージ制御装置４はフォーカス制御手段
１８からの入力信号に応じてウエハステージ３を駆動制
御し、ウエハ２の位置と姿勢を調整している。

【００５７】本実施例では受光レンズ系１１に関して、
ウエハ２の表面の測定点１９〜２３と位置２４〜２８を
含む面とは、シャインフルークの条件(Scheimpflug′s
condition) を満足するように設定している。ここで、
受光レンズ系１１による測定点１９〜２３上の各々のピ
ンホール像の結像倍率β₁₁₍₁₉₎〜β₁₁₍₂₃₎とするとβ
₁₁₍₁₉₎＜β₁₁₍₂₀₎＜β₁₁₍₂₁₎＜β₁₁₍₂₂₎＜β₁₁₍₂₃₎であ
り、受光レンズ系１１に近いピンホール程その結像倍率
が大きくなっている。

【００５８】これに対し、各々の補正光学系１２，１
３，１４，１５，１６による位置２４，２５，２６，２
７，２８に形成された各々のピンホール像の、入射位置
２９，３０，３１，３２，３３に対する結像倍率をβ
₁₂₍₂₄₎ ，β₁₃₍₂₅₎ ，β₁₄₍₂₆₎，β₁₅₍₂₇₎ ，β
₁₆₍₂₈₎とすると、測定点１９，２０，２１，２２，２３
上の各々のピンホール像の入射位置２９，３０，３１，
３２，３３に対する合成結像倍率の間には、次式が成り
立つ様に結像倍率をβ₁₂₍₂₄₎ ，β₁₃₍₂₅₎ ，β₁₄₍₂₆₎
，β₁₅₍₂₇₎ ，β₁₆₍₂₈₎を定めている。

【００５９】β₁₁₍₁₉₎×β₁₂₍₂₄₎＝β₁₁₍₂₀₎×β₁₃₍₂₅₎
＝β₁₁₍₂₁₎×β₁₄₍₂₆₎＝β₁₁₍₂₂₎×β₁₅₍₂₇₎＝β₁₁₍₂₃₎
×β₁₆₍₂₈₎ 本実施例では先の特願平３−１５７８２２号で開示して
いる様に、補正光学系１２〜１６を用いて斜入射方式の
投影光学系において複数の測定点を選択し、各測定点の
高さ検出に関する分解能や精度が略等しくなる様にして
いる。

【００６０】次に本実施例の特徴を説明する前に従来の
面位置検出装置においてウエハ面上の被検領域内のトポ
グラフィを測定する場合について説明する。

【００６１】図２０は本出願人が特開平２−１９８１３
０号公報で提案している面位置検出装置において、レジ
スト５３が塗布され前工程で形成されたパターン５２を
基板５１上に有するウエハにビーム径が一定でビーム径
内で一様の強度分布を持つ光束５４が入射し、この光束
がレジスト５３の表面、パターン５２及び基板５１の表
面で反射することにより、ビーム径内で異なった強度分
布を示す反射光束５４０を形成する状態を示した模式図
である。

【００６２】このとき、パターン５２の持つ段差は小さ
く、レジスト５３を十分厚く塗布しているためレジスト
５３の表面は平坦となっている。

【００６３】又、図２１はレジスト５３、パターン５２
及び基板５１の表面で反射し形成された反射光束５４０
が、受光素子（不図示）上に結像した状態の強度分布５
７を示す図である。

【００６４】図２０において、ビーム径が一定でビーム
径内で一様の強度分布を持つ光束５４が、レジスト５３
の塗布されたウエハ上に斜め方向から入射する。このと
き、光束５４はレジスト５３の表面で反射する成分５５
０及び５６０と、レジスト５３を透過し基板５１の表面
で反射した後、再びレジスト５３外に出ていく成分５５
１とレジスト５３を透過しパターン５２の表面で反射し
た後、再びレジスト５３外に出ていく成分５６１とに分
けられる。

【００６５】この様に、ウエハで反射した反射光束５４
０はレジスト５３の表面で反射された成分５５０と基板
５１の表面で反射された成分５５１とが合成されると共
に、レジスト５３の表面で反射された成分５６０とパタ
ーン５２の表面で反射された成分５６１とが合成され
る。

【００６６】従って、図２０において薄膜の干渉で、レ
ジスト５３の表面で反射された成分５６０とパターン５
２の表面で反射された成分５６１とが合成された光束の
反射率の方が、レジスト５３の表面で反射された成分５
５０と基板５１の表面で反射された成分５５１とが合成
された光束の反射率より高いとすると（薄膜の干渉条件
で逆の場合もある）、図２１に示す様にビーム径内で異
なった強度分布５７を示す反射光束５４０が形成される
ことになる。

【００６７】このように入射光束のビーム径内に配置さ
れるパターンの位置によって反射光束のビーム径内の強
度分布が変化する。又、入射光束のビーム径内に配置さ
れるパターンの位置が同じでも、レジストの厚みが変化
し薄膜の干渉条件が変化すると反射光束のビーム径内の
強度分布が変化する。

【００６８】そうすると、受光素子上に結像される反射
光束のビーム径内の強度分布の重心を検知して、反射光
束の受光素子への入射位置として計測する場合、パター
ン５２と入射光束の相対位置やレジストの厚みの変化に
より、投影レンズの光軸方向ＡＸに関してウエハが同じ
位置にありながら反射光束の強度の重心５８が変化して
きて測定値はパターン５２と入射光束の相対位置やレジ
ストの厚みに応じた検出誤差を持つようになる。

【００６９】すなわち、図２０に示すようにパターン５
２の持つ段差が小さく、レジスト５３が十分厚く塗布さ
れている場合はレジスト５３の表面は平坦となってお
り、トポグラフィー的には等しい領域であっても、反射
光束の強度の重心５８を検知する方式を用いると、ウエ
ハ表面のトポグラフィーを計測する際に、検出誤差が発
生してくる場合がある。

【００７０】そこで本実施例では位置検出手段としてＣ
ＣＤセンサーを用い、その検出面１７に入射する。反射
光束の像を画像処理することで、光学的要因（レジスト
による薄膜干渉等）に起因する反射光束像の歪による測
定誤差を除き、ウエハ上の被検領域内のトポグラフィー
を正確に計測している。

【００７１】次に本実施例の構成上の特徴について説明
する。

【００７２】図５は図１のウエハ２に光束が入射した時
の光路を示す断面模式図である。図５ではレジスト５３
が塗布され前工程で形成されたパターン５２を基板５１
上に有するウエハ２に１つのピンホールが有する複数
（４つ）の微小ピンホールで形成された略同じ強度を持
つ複数（４つ）の微小光束６１１，６１２，６１３，６
１４が入射して、この複数（４つ）の微小光束６１１〜
６１４がレジスト５３の表面、パターン５２及び基板５
１の表面で反射することにより、それぞれ異なった強度
を持つ複数の微小反射光束６１５，６１６，６１７，６
１８を形成する状態を示している。

【００７３】この時、パターン５２の持つ段差は小さ
く、レジスト５３を十分厚く塗布しているためレジスト
５３の表面は平坦となっている。

【００７４】図６は、レジスト５３、パターン５２及び
基板５１の表面で反射し形成された複数の微小反射光束
６１５〜６１８が、検出面１７上に結像した時の強度分
布の状態を示す説明図である。

【００７５】図５において、この微小ピンホールで形成
されたほぼ同じ強度を持つ複数の微小光束６１１，６１
２，６１３，６１４が、レジスト５３の塗布されたウエ
ハ上に斜め方向から入射する。この時、微小光束６１
１，６１２各々はレジスト５３の表面で反射する成分６
５０及び６６０と、レジスト５３を透過し基板５１の表
面で反射した後、再びレジスト５３外に出ていく成分６
５１，６６１とに分けられる。又、微小光束６１３，６
１４各々はレジスト５３の表面で反射する成分６７０及
び６８０と、レジスト５３を透過しパターン５２の表面
で反射した後、再びレジスト５３外に出ていく成分６７
１，６８１とに分けられる。

【００７６】この様に、ウエハ２で反射した微小反射光
束６１５，６１６は、レジスト５３の表面で反射された
成分６５０，６６０と、基板５１の表面で反射された成
分６５１，６６１とが各々合成される。又、ウエハ２で
反射した微小反射光束６１７，６１８は、レジスト５３
の表面で反射された成分６７０，６８０とパターン５２
の表面で反射された成分６７１，６８１とが各々合成さ
れる。

【００７７】従って、図５で薄膜の干渉で、ウエハ２で
反射した微小反射光束６１７，６１８の反射率の方が、
ウエハで反射した微小反射光束６１５，６１６の反射率
より高いとすると（薄膜の干渉条件で逆の場合もあ
る）、図６に示す様に複数の微小反射光束６１５〜６１
８内で各々の光束の強度間に偏りが生じる。

【００７８】この時、図６において検出面１７上におい
て各々の光束の強度間に偏りのある複数の微小反射光束
６１５〜６１８の強度の重心６０１を考えると、図２０
で説明した反射光束５４０の強度分布５７の重心５８と
同様に、複数の微小光束の６１１〜６１４の反射点に配
置されるパターンの位置によって、複数の微小反射光束
６１５〜６１８のそれぞれの強度が変化する。又、複数
の光束の６１１〜６１４の反射点に配置されるパターン
の位置が同じでも、レジストの厚みが変化し薄膜の干渉
条件が変化すると複数の微小反射光束６１５〜６１８の
それぞれの強度が変化する（光束６１５と６１６，光束
６１７と６１８の強度間に偏りが生じる）。

【００７９】そこで、本実施例では位置検出素子として
ＣＣＤセンサーを用いて複数の微小反射光束６１５，６
１６，６１７，６１８の個別の中心６０５，６０６，６
０７，６０８を求めている。個別の中心６０５，６０
６，６０７，６０８よりこれらの中心の平均値を全体の
中心６００としている。この全体の中心６００は、複数
の微小反射光束６１５〜６１８内で各々の光束の強度間
に偏りがあっても、常に一定の値を示すようになる。

【００８０】次に、複数の微小光束６１１〜６１４の内
の１つの微小光束６１４が図５において、基板５１とパ
ターン５２の境界部で反射し、微小反射光束６１８に強
度分布に歪みが生じる場合について説明する。

【００８１】図７は、レジスト５３及び基板５１の表面
で反射し形成された複数の微小反射光束６１５〜６１７
と、レジスト５３及び基板５１とパターン５２の境界部
で反射し形成された微小反射光束６１８の検出面１７上
に結像した状態を示す説明図である。

【００８２】この場合、複数の微小光束６１５〜６１８
の中心を個別に求めるため、平均化効果で光束６１８の
強度分布の歪みによる計測誤差は１／４に低減されてい
る。

【００８３】更に、複数の微小反射光束６１５〜６１８
の個別の中心６０５〜６０８を求める際、本出願人が先
に提案した特願平４−１０８６３４号で示す方法を用い
て反射光束の強度分布の歪みがある場合でも著しく誤差
の少ない計測を可能としている。

【００８４】すなわち、各々の微小反射光束６１１〜６
１４に対し、一定比率のスライスレベルを設定しスライ
スレベルと反射光束像の両側のエッジとの交点より中心
を求める方法、同様にスライスレベルと反射光束像の片
側エッジの交点より中心を求める方法、一定比率のスラ
イスレベルを上限と下限の２点設定して各レベルと反射
光束像に囲まれる面積よりその中心を求める方法、被検
面を理想鏡面とした場合の反射光束像をメモリーに取り
込んでおき強度分布の歪みのある反射光束像とのマッチ
ングよりその中心を求める方法等を用いている。

【００８５】このように本実施例では位置検出素子とし
てＣＣＤセンサーを用い検出面１７上の反射光束の像を
画像処理を用いた検出方式をとり、検出光束に用いる複
数の微小光束を適当な本数に選ぶことにより、ウエハ上
の被検領域内のトポグラフィーを正確に計測している。

【００８６】次に、ウエハ２内の複数点を計測し、ウエ
ハ２上の被検領域内のトポグラフィーを計測し各々の測
定点の測定値に反映させる方法について説明する。

【００８７】図８は図２に示すウエハ２上の所定のパタ
ーン領域３９と、複数の測定点１９〜２３、及び被検領
域内のトポグラフィー計測のための格子８０の位置関係
を示す説明図である。

【００８８】図８に示す状態は、ウエハ２の所定のパタ
ーン領域３９が、レチクル１ａ上のパターンに対して、
ＸＹ平面内に関して位置合わせされている。本実施例で
は図中の格子８０は複数の測定点１９〜２３を含んでい
る（含まなくても良い）ものとし、ウエハ２の投影レン
ズ系１の光軸Ａｘの方向に高さ位置を固定した状態でウ
エハステージ３をＸＹ平面内に移動させ、測定点２１を
用い面位置の計測を順次行なっている。この時、パター
ン領域３９の表面位置を測定する格子点の数と格子点の
間隔を適当に選択して、パターン領域３９内のトポグラ
フィーを正確に計測している。

【００８９】図９（Ａ）は、パターン領域３９のトポグ
ラフィーを示す概略図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）
に示した一点鎖線の位置でのトポグラフィー断面を示す
図である。

【００９０】本実施例では、この複数個の面位置データ
を用いて、ウエハ２上の各パターン領域３９の面位置を
検出する時のオフセット値（補正量）を計算する。

【００９１】図１０はこのオフセット値（補正量）の算
出方法を示すフローチャート図である。以下にフローチ
ャート図１０、及び図２，８，９を用いてオフセット値
の算出方法を説明する。

【００９２】最初に、ウエハステージ３をステージ制御
装置４によって駆動し、ウエハ２をＸＹ平面内で移動さ
せることにより、レチクル１ａ上のパターンに対しウエ
ハ２上の所定のパターン領域３９（例えばウエハ３上の
第一ショット）を位置合わせする。

【００９３】次に、この位置でウエハ２上のパターン領
域３９中の面位置を、複数の測定点１９，２０，２１，
２２，２３で測定し、これらの測定値をｆ₁₉ ，ｆ
₂₀ ，ｆ₂₁，ｆ₂₂ ，ｆ₂₃とする。次に、ウエハ２の投
影レンズ１の光軸ＡＸ方向、すなわち高さ方向を固定し
た状態で、図８の格子８０の各格子点（ｎ個）が、測定
点２１のピンホール像形成（微小複数光束の入射）位置
に一致する様に順次ウエハ２をＸＹ平面内で移動させ
る。

【００９４】これらのｎ個の各格子点毎に測定点２１で
ウエハ２の表面を測定してｎ個の測定値（面位置デー
タ）を得る。これらｎ個の測定値Ａ_j （ｊ＝１〜ｎ）と
する。

【００９５】この時、複数の測定点１９，２０，２１，
２２，２３の計測値をステージ３の駆動するｘｙ平面に
対して、それぞれの計測値が同一の測定値を示す様にキ
ャリブレィションを行なう。

【００９６】すなわち、ｎ個の格子点のうち複数の測定
点１９，２０，２１，２２，２３と一致する格子点が存
在する場合は、それぞれ対応する格子点の計測値をＡ
_o ，Ａ_p ，Ａ_q ，Ａ_r ，Ａ_s とするとキャリブレィショ
ンが行なわれていないため、 ｆ₁₉≠Ａ_o ，ｆ₂₀≠Ａ_p ，ｆ₂₁＝Ａ_q ，ｆ₂₂≠Ａ_r ，ｆ
₂₃≠Ａ_s の関係となっている（キャリブレィションされると、ｆ
₁₉＝Ａ_o ，ｆ₂₀＝Ａ_p ，ｆ₂₁＝Ａ_q ，ｆ₂₂＝Ａ_r ，ｆ₂₃
＝Ａ_s となる。）。

【００９７】ここで、 Ｃ₁₉＝ｆ₁₉ −Ａ_o ，Ｃ₂₀＝ｆ₂₀ −Ａ_p ，Ｃ₂₁＝ｆ₂₁
−Ａ_q ＝０ Ｃ₂₂＝ｆ₂₂ −Ａ_r ，Ｃ₂₃＝ｆ₂₃ −Ａ_s として、複数の測定点１９，２０，２１，２２，２３の
計測値を次の様に補正したものを新たな測定値Ｆ₁₉ ，
Ｆ₂₀ ，Ｆ₂₁，Ｆ₂₂，Ｆ₂₃とする。

【００９８】すなわち、 Ｆ₁₉＝ｆ₁₉−Ｃ₁₉ Ｆ₂₀＝ｆ₂₀−Ｃ₂₀ Ｆ₂₁＝ｆ₂₁ Ｆ₂₂＝ｆ₂₂−Ｃ₂₂ Ｆ₂₃＝ｆ₂₃−Ｃ₂₃ として以下のトポグラフィーのオフセット補正の計算を
行なう。

【００９９】又、ｎ個の格子点のうち複数の測定点１
９，２０，２１，２２，２３と一致する格子点が存在し
ない場合には、複数の測定点１９，２０，２１，２２，
２３それぞれの近傍の格子点の計測値より内挿法により
求まる複数の測定点位置での計測値Ａ_o(inter.) ，Ａ
_p(inter.) ，Ａ_q(inter.) ，Ａ_r(inter.) ，Ａ
_s(inter.)を用いて、前述と同様に、補正を行ない新た
な測定値Ｆ₁₉，Ｆ₂₀ ，Ｆ₂₁ ，Ｆ₂₂，Ｆ₂₃を求める。

【０１００】このキャリブレィションは、予めステージ
３の駆動するｘｙ平面に対して、本実施例の複数の測定
点１９，２０，２１，２２，２３が同一の測定値を示す
様に調整がされていれば行なう必要はない。

【０１０１】このときは、 Ｆ₁₉＝ｆ₁₉ Ｆ₂₀＝ｆ₂₀ Ｆ₂₁＝ｆ₂₁ Ｆ₂₂＝ｆ₂₂ Ｆ₂₃＝ｆ₂₃ として以下のトポグラフィーのオフセット補正の計算を
行なう。（図１０，１１，１４，１５，１６には、予め
このキャリブレィションのなされた状態でのフローチャ
ートを示した。）次に測定したｎ個のデータＡ_j に最小
２乗平面近似を行ない、このウエハ２上のパターン領域
３９の線形成分を用いて、ｎ個のデータＡ_J 及び５個の
データＦ₁₉〜Ｆ₂₃を傾き補正し、新たにｎ個のデータ
Ａ′_j 及び５個のデータＦ′₁₉〜Ｆ′₂₃を算出する。

【０１０２】図９（Ａ）のパターン領域３９中、領域９
１はメモリー部等が形成されたトポグラフィー的に凸部
であり、領域９２はスクライブライン、ボンディングパ
ッド等が形成されトポグラフィー的に凹部である。

【０１０３】この時、図９（Ｂ）のトポグラフィー断面
９３に示す方向、すなわち高さ方向に、ｎ個のデータ
Ａ′_j の最大値Ａ′_max ，最小値Ａ′_min を求め、これ
らの平均値Ａ′_center（データＡ′_j の中央値となる）
９５を算出し、この値を中心に一定間隔のスライスレベ
ル９４，９６を設定する。

【０１０４】この一定間隔のスライスレベル９４，９
５，９６に挟まれた範囲をＳ_upper ，Ｓ_lower とする
と、新たに算出されたｎ個のデータＡ′_j の内、範囲Ｓ
_upper に含まれるデータをＡ′_k ，範囲Ｓ_lower に含ま
れるデータをＡ′₁ として（ただし、ｋ＝１〜ｈ，１＝
１〜ｉ，ｈ＋ｉ＝ｎ）、それぞれｈ個のデータＡ′_k の
平均値Ａ′_upper ，ｉ個のデータＡ′₁ の平均値Ａ′
_lower を算出する。

【０１０５】例えば、メモリー部が形成された凸部の領
域９１上に配線パターンを転写する場合には、もちろん
凹部の領域に転写されるパターンに比べ、上記配線パタ
ーンの方が焦点深度が小さいので各々の複数の測定点１
９，２０，２１，２２，２３の計測値に対し、オフセッ
ト値（補正量）を Ｆ₁₉′−Ａ′_upper Ｆ₂₀′−Ａ′_upper Ｆ₂₁′−Ａ′_upper Ｆ₂₂′−Ａ′_upper Ｆ₂₃′−Ａ′_upper と設定し、計測値に減算する。

【０１０６】すなわち、 Ｆ₁₉−（Ｆ₁₉′−Ａ′_upper ） Ｆ₂₀−（Ｆ₂₀′−Ａ′_upper ） Ｆ₂₁−（Ｆ₂₁′−Ａ′_upper ） Ｆ₂₂−（Ｆ₂₂′−Ａ′_upper ） Ｆ₂₃−（Ｆ₂₃′−Ａ′_upper ） の値を用いてパターン領域３９の面位置の制御を行な
い、パターン領域９１とパターン領域９２とに、同時に
パターンの転写を行なう。

【０１０７】ウエハ２上の残りのパターン領域のウエハ
表面位置検出を行なうときのオフセット量（補正量）と
して、各パターン領域の各々の複数の測定点１９〜２３
の計測値に上記の（Ｆ₁₉′−Ａ′_upper ）〜（Ｆ₂₃′−
Ａ′_upper ）を減算してトポグラフィー的に凸部の領域
９１の表面位置の検出を可能としている。

【０１０８】同様に、凹部の領域９２上にボンディング
パッドを転写する場合には、勿論この場合は、凸部の領
域９１上に転写されるパターンに比べ、ボンディングパ
ットのパターンの方が焦点深度が小さいので各々の複数
の測定点１９，２０，２１，２２，２３の計測値に対
し、オフセット値（補正量）を Ｆ₁₉′−Ａ′_lower Ｆ₂₀′−Ａ′_lower Ｆ₂₁′−Ａ′_lower Ｆ₂₂′−Ａ′_lower Ｆ₂₃′−Ａ′_lower と定めている。

【０１０９】以上説明した手順は、図１のフォーカス制
御装置１８ないに予めプログラムされており、もちろん
オフセット量（補正量）の値は、フォーカス制御装置１
８のメモリに記憶している。

【０１１０】オフセット量（補正量）の値として、 （Ｆ₁₉′−Ａ′_upper ）〜（Ｆ₂₃′−Ａ′_upper ） 又は （Ｆ₁₉′−Ａ′_lower ）〜（Ｆ₂₃′−Ａ′_lower ） を用いるかは、各工程によって予めプログラム内に指示
されている。

【０１１１】そして、図１に示す装置において求めたウ
エハ２上パターン領域内の複数の測定点の面位置データ
と、上記のオフセット量（補正量）にもとづいてパター
ン領域（被検面位置）の面位置を検出し、この面位置と
投影レンズ１の既知の像面位置との差が零となるよう
に、ウエハ２を光軸ＡＸ方向に動かすと共に光軸ＡＸと
直行する平面（ｘ−ｙ平面）に対して傾け、レチクル１
ａ上のパターン像をウエハ２のパターン領域上に合焦さ
せている。

【０１１２】この時、パターン領域（被検面位置）の面
位置とは、パターン領域内の複数の測定点の面位置デー
タより計算される最小２乗平面として定めている。

【０１１３】そして、このような動作をウエハ２上の各
パターン領域ごとに順次行なって、各領域へレチクル１
ａ上のパターンを投影、転写している。

【０１１４】上述のオフセット量（補正量）算出のため
の測定はウエハごとに行なう必要はなく、同一工程で処
理された複数個のウエハの少なくとも１枚を用いて行な
えば良い。従って、１ロットの第１番目のウエハの所定
のパターン領域を用いて補正量を算出し、メモリに記憶
しておき、同一ロットの２番目以降のウエハ面位置検出
時には、メモリに記憶されたオフセット量（補正量）を
使用すれば良い。

【０１１５】あるいは、レチクルの種類の交換されるご
とに最初のウエハに対してオフセット量（補正量）算出
のための測定を行なえば充分である。いずれにしても、
全体としてのスループットへの影響は僅少である。

【０１１６】図１１は、１ロットごとにオフセット量
（補正量）の算出を行なう場合の、露光動作を示すフロ
ーチャート図であり、図中のオフセット量（補正量）算
出ステップ１１０は、図１０に示したシーケンスで実行
される。

【０１１７】又、本実施例では、各々の範囲Ｓ_upper ，
Ｓ_lower に対するオフセット量（補正量）のうち、工程
により何れかの値を使うかは、パターン露光を行なわせ
るためのプログラム中で予め選択、指示しておくものと
したが、次のように工程によらず自動的に選択、決定さ
せても良い。

【０１１８】第１は、単純に範囲Ｓ_upper と範囲Ｓ
_lower のうち、含まれるデータ数の多いほうのオフセッ
ト量（補正量）を自動的に選択させる。

【０１１９】第２は、格子点に対応して計測されたデー
タの最小２乗平面を求め、その線形成分を補正した後の
データをＡ′_j （ｊ＝１〜ｎ）とし、このうち範囲Ｓ
_upperに含まれるものをＡ′_k ，範囲Ｓ_lower に含まれ
るものをＡ′₁ とし（ただし、ｋ＝１〜ｈ，１＝１〜
ｉ，ｈ＋ｉ＝ｎ）、それぞれｈ個のデータＡ′_k の平均
値Ａ′_upper ，ｉ個のデータＡ′₁ の平均値Ａ′_lower
を算出する。

【０１２０】この時、各々の複数の測定点１９，２０，
２１，２２，２３の計測値に対し、オフセット値（補正
量）を Ｆ₁₉′−（ｋ×Ａ′_upper ＋１×Ａ′_lower ）／ｎ Ｆ₂₀′−（ｋ×Ａ′_upper ＋１×Ａ′_lower ）／ｎ Ｆ₂₁′−（ｋ×Ａ′_upper ＋１×Ａ′_lower ）／ｎ Ｆ₂₂′−（ｋ×Ａ′_upper ＋１×Ａ′_lower ）／ｎ Ｆ₂₃′−（ｋ×Ａ′_upper ＋１×Ａ′_lower ）／ｎ と自動的に決定する。

【０１２１】これによりパターン領域３９の中でより多
くの領域を占める部分を重視して、占有面積比率の重心
位置に面位置を設定している。

【０１２２】第３は、図１２に示すようにステージ３上
に２次元ＣＣＤセンサー１２０を配置して行なうことで
ある。この場合は、ステージ３をＸＹ平面内で移動さ
せ、２次元ＣＣＤセンサー１２０を投影レンズ１の真下
に位置させる。次にステージ３を投影レンズ１の光軸Ａ
Ｘ方向に動かすと共に光軸ＡＸと直行する平面内（ｘｙ
平面）に対して傾け、照明系１ｃでレチクル１ａを証明
し、レチクル１ａ上のパターン像をステージ３に取り付
けられた２次元ＣＣＤセンサー１２０上に結像させる。
この２次元ＣＣＤセンサー１２０上のパターン像の２次
元光強度分布より、パターン領域３９に投影、転写され
るレチクル１ａ上のパターンの位置分布の２次元情報を
得ている。

【０１２３】このパターン像の２次元情報をメモリーに
記憶させ、パターン領域３９のどの部分にパターン像が
転写されるかを判断する。そして、格子点Ａ′_j のうち
どの点にパターン像があるかを判断し、パターン像のあ
る格子点のトポグラフィー（光軸ＡＸの高さ）が前記の
範囲Ｓ_upper と範囲Ｓ_lower のどちらに含まれるかを判
断した後、オフセット量（補正量）を自動的に選択（Ｆ
₁₉′−Ａ′_upper 〜Ｆ₂₃′−Ａ′_upper or Ｆ₁₉′−
Ａ′_lower 〜Ｆ₂₃′−Ａ′_lower ）させている。

【０１２４】又、パターン像の２次元分布が、前記の範
囲Ｓ_upper と範囲Ｓ_lower の略両方に位置している場合
は、オフセット値（補正量）を Ｆ₁₉′−（Ａ′_upper ＋Ａ′_lower ）／２ Ｆ₂₀′−（Ａ′_upper ＋Ａ′_lower ）／２ Ｆ₂₁′−（Ａ′_upper ＋Ａ′_lower ）／２ Ｆ₂₂′−（Ａ′_upper ＋Ａ′_lower ）／２ Ｆ₂₃′−（Ａ′_upper ＋Ａ′_lower ）／２ と、双方のオフセット値（補正量）を平均したものを用
いている。

【０１２５】図１４，図１５にこの場合のオフセット量
（補正量）を自動設定のフローチャートを示す。

【０１２６】この第３の場合、図１３に示すようステー
ジ３上に２次元ＣＣＤセンサー１２０の代わりにピンホ
ール１３２付きの受光素子１３１を設けてもよい。

【０１２７】この場合は、投影レンズ１によりレチクル
１ａ上のパターン像が投影されている領域内で、格子１
３０の各格子点がピンホール付きの受光素子１３１の位
置に一致する様にステージ３をＸＹ平面内で移動させ、
各格子点位置でピンホール１３２を通過してきた光量を
受光素子１３１で測定する。

【０１２８】この時、ピンホール１３２付きの受光素子
１３１は、光軸ＡＸ方向では投影レンズ１の略像面の高
さに保たれている。

【０１２９】又、ピンホール１３２の径はピンホール１
３２上に投影されるレチクル１ａのパターン像より十分
大きいものとし（〜φ１００μｍ程度＝スクライブライ
ンと同程度の径）、格子１３０は前記のトポグラフィー
測定用の格子８０と同一の間隔、個数とするか、格子８
０を含むものとするとよい。

【０１３０】この場合は、各格子点の光強度分布より、
パターン領域３９に投影、転写されるレチクル１ａ上の
パターンの位置分布の２次元情報を得ることができる。
この各格子点の光強度分布の情報をメモリーに記憶さ
せ、パターン領域３９のどの部分にパターン像が転写さ
れるかを判断する。オフセット量（補正量）の設定は上
記と同様である。

【０１３１】図１６にこの場合のオフセット量（補正
量）を自動設定のフローチャートを示す。

【０１３２】又、図１３，図１４，図１５に示す例で、
パターン像の２次元情報をメモリーに記憶させ、パター
ン領域３９のどの部分にパターン像が転写されるかを判
断した後に、トポグラフィー測定のための格子点を設定
しても良い。

【０１３３】図１７にこの場合のオフセット量（補正
量）を自動設定のフローチャートを示す。

【０１３４】又、上記実施例では、ウエハ表面のトポグ
ラフィーの比較的単純なメモリーチップに対するオフセ
ット量（補正量）の求め方を説明したが、よりウエハ表
面のトポグラフィーが複雑であるＡＳＩＣの様なチップ
に対しては、下記の様にオフセット量（補正量）を決定
すると良い。

【０１３５】図１８（Ａ）は、ＡＳＩＣの様なチップの
パターン領域３９０のトポグラフィーを示す概略図であ
り、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）に示した二点鎖線の、
又、図１８（Ｃ）は図１８（Ａ）に示した一点鎖線の位
置でのトポグラフィー断面を示す図である。

【０１３６】図１８（Ａ）のパターン領域３９０中、領
域９１０，９１１，９１２，９１３はトポグラフィー的
に凸部であるが各々の高さが異なり、領域９２０はスク
ライブライン、ボンディングパッド等が形成されたトポ
グラフィー的に凹部になっている。この場合も、傾きの
補正されたｎ個のデータＡ′_j 及び５個のデータＦ′₁₉
〜Ｆ′₂₃を算出するところまでは前述と同様である。

【０１３７】この時、図１８（Ｂ），（Ｃ）のトポグラ
フィー断面９３０，９３１に示す方向、すなわち高さ方
向に、ｎ個のデータＡ′_j の最大位置Ａ′_max ，最小値
Ａ′_min を求め、これらの平均値Ａ′_center（データ
Ａ′_j の中央値となる）９５０を算出し、この値を中心
に一定間隔のスライスレベル９４０，９６０を設定す
る。

【０１３８】又、この一定間隔のスライスレベル９４
０，９５０，９６０に挟まれた範囲をＳ_upper ，Ｓ
_lower とする。

【０１３９】図１９（Ａ）は、図２に示すウエハ２上の
所定のパターン領域３９と、複数の測定点１９〜２３、
トポグラフィー測定用の格子８０、及びトポグラフィー
測定用の格子８０の格子点を分ける領域１９０，２０
０，２１０，２２０，２３０の位置関係を示す図であ
る。

【０１４０】図１９（Ｂ）は、格子点を分ける領域１９
０，２００，２１０，２２０，２３０のみを示す図であ
り、複数の測定点１９〜２３の個数に対応した５個の領
域に分かれている。

【０１４１】本実施例の場合は、各複数の測定点１９〜
２３毎に異なるオフセット量（補正量）を設定する。

【０１４２】すなわち、ｎ個のデータＡ′_190j ，Ａ′
_200j ，Ａ′_210j ，Ａ′_220j ，Ａ′_230jとする（領
域の境界にあるデータは両方の領域にダブって含まれる
ものとする。）。

【０１４３】領域１９０に含まれるデータＡ′_190jのう
ち、スライスレベル９４０と９５０によって定められる
範囲Ｓ_upper に含まれるデータの平均値Ａ′
_190upper 、スライスレベル９５０と９６０によって定
められる範囲Ｓ_lower に含まれるデータの平均値をＡ′
_190lowerとする。

【０１４４】これと同様に領域２００，２１０，２２
０，２３０に含まれるデータＡ′_200j，Ａ′_210j ，
Ａ′_220j ，Ａ′_230jに対しても、範囲Ｓ_upper に含ま
れるデータの平均値Ａ′_200upper ，Ａ′_210upper ，
Ａ′_220upper ，Ａ′_230upper及び範囲Ｓ_lower に含ま
れるデータの平均値Ａ′_200lower ，Ａ′_210lower ，
Ａ′_220lower ，Ａ′_230lowerを求める（この時一般
に、Ａ′_190upper≠Ａ′_200upper≠Ａ′_210upper≠Ａ′
_220upper≠Ａ′_230upperであり、Ａ′_190lower≠Ａ′
_200lower≠Ａ′_210lower≠Ａ′_220lower≠Ａ′_230lower
である。）。

【０１４５】オフセット値（補正量）の反映は、例えば
凸部の領域９１０，９１１，９１２，９１３上に凹部の
領域９２０に転写されるパターンより深度の小さいパタ
ーンを転写する場合には、各々の複数の測定点１９，２
０，２１，２２，２３の計測値に対し、オフセット値
（補正量）を Ｆ₁₉′−Ａ′_190upper Ｆ₂₀′−Ａ′_200upper Ｆ₂₁′−Ａ′_210upper Ｆ₂₂′−Ａ′_220upper Ｆ₂₃′−Ａ′_230upper と設定し、計測値より減算する。

【０１４６】すなわち、 Ｆ₁₉−（Ｆ₁₉′−Ａ′_190upper） Ｆ₂₀−（Ｆ₂₀′−Ａ′_200upper） Ｆ₂₁−（Ｆ₂₁′−Ａ′_210upper） Ｆ₂₂−（Ｆ₂₂′−Ａ′_220upper） Ｆ₂₃−（Ｆ₂₃′−Ａ′_230upper） の値を用いてパターン領域３９の面位置の制御を行い、
パターンの転写を行う。

【０１４７】同様に、凹部の領域９２０上に他の領域に
転写されるパターンに比べ焦点深度の小さいパターンを
転写する場合には、各々の複数の測定点１９，２０，２
１，２２，２３の計測値に対し、オフセット値（補正
量）を Ｆ₁₉′−Ａ′_190lower Ｆ₂₀′−Ａ′_200lower Ｆ₂₁′−Ａ′_210lower Ｆ₂₂′−Ａ′_220lower Ｆ₂₃′−Ａ′_230lower と定めてやればよい。

【０１４８】以上説明した手順は、図１のフォーカス制
御装置１８ないに予めプログラムされており、もちろん
オフセット量（補正量）の値は、フォーカス制御装置１
８のメモリに記憶される点、オフセット量（補正量）の
値として、 （Ｆ₁₉′−Ａ′_190upper）〜（Ｆ₂₃′−Ａ′_230upper） 又は （Ｆ₁₉′−Ａ′_190lower）〜（Ｆ₂₃′−Ａ′_230lower） を用いるかは、各工程によって予めプログラム内に指示
されているものである点も前述の例と同様である。又、
本例の場合も、前述の例と同様にオフセット量（補正
量）を自動的に選択、決定させても良い。

【０１４９】又、測定するパターン領域に局部的なソリ
などの歪みがあった場合には、求めたオフセット量（補
正量）に歪みに起因する誤差を含むことになる。

【０１５０】このような誤差を低減し、オフセット量
（補正量）の精度を高めたい場合には、ウエハ上の複数
個のパターン領域に対して上述の測定及び算出を行ない
複数個の補正量を求め、更にこれらの平均値を実際に使
用するオフセット量（補正量）として定めてやっても良
いし、もちろん複数の異なるウエハ（ただし、同一工程
で処理された同一パターン構造のもの）の複数個のオフ
セット量（補正量）の平均値から実際のオフセット量
（補正量）を求めれば、更にオフセット量（補正量）の
精度が上がる。

【０１５１】又、上記実施例ではパターン領域上の各格
子点のｎ個の測定値Ａ_j （ｊ＝１〜ｎ）を測定するの
に、複数の測定点のうち中心の測定点２１を用いたが、
中心の測定点２１の代わりに周辺の測定点１９，２０，
２１，２２，２３の内のいずれかの測定点を用いても良
い。

【０１５２】又、上記実施例のパターン領域上の各格子
点に、複数の測定点のうち中心の測定点２１が一致する
ようにウエハを移動させ、この時の複数の測定点すべて
（あるいは、一部の測定点）のデータ５×ｎ個（あるい
は〜４×ｎ個）を用いて、平均値Ａ′_upper ，平均値
Ａ′_lower を算出しても良い。この場合は、パターン領
域上の各格子点に移動させる動作が１回で、５倍（ある
いは、〜４倍）にデータが増えるのでスループットを低
下させることなくオフセット量（補正量）の測定精度が
向上する利点がある。

【０１５３】又、上記実施例では平均値Ａ′_upper ，平
均値Ａ′_lower を算出するための測定値として、パター
ン領域上の各格子点のｎ個の測定値Ａ_j （ｊ＝１〜ｎ）
のみを用いたが、この平均値Ａ′_upper ，平均値Ａ′
_lower を算出するための測定値として、パターン領域上
の各格子点のｎ個の測定値Ａ_j （ｊ＝１〜ｎ）と、パタ
ーン領域中の複数の測定点１９，２０，２１，２２，２
３の測定値Ｆ₁₉ ，Ｆ₂₀，Ｆ₂₁ ，Ｆ₂₂，Ｆ₂₃の双方を
使用しても良い。

【０１５４】又、上記実施例では、ウエハ表面のトポグ
ラフィーを一定間隔のスライスレベル９４，９５，９６
に挟まれた範囲をＳ_upper ，Ｓ_lower と２値化して、オ
フセット量（補正量）を定めたが、更にスライスレベル
の数を増やし、例えばオフセット量（補正量）を求める
範囲をＳ_upper ，Ｓ_middle ，Ｓ_lower と細分化してや
り、各々の範囲に含まれるデータより、面位置を計測す
る場合のオフセット量（補正量）を決定しても良い。

【０１５５】又、上記実施例では、各格子点の面位置の
測定を、ウエハステージを面位置測定装置に対して一旦
静止させて行なう例のみ示したが、ウエハステージを静
止させることなく連続して送りながら、あるサンプリン
グ間隔で測定を繰り返し、各格子点の面位置測定を行な
っても良い。この時には、光源を周期的に発行させた
り、面位置データを同期的に取り込む等の制御を、光源
５や位置検出素子１７に対して行なう。

【０１５６】又、上記実施例の測定のための格子点は、
一定間隔の矩形の格子に限らず、２次元平面内に分布す
る異なる座標を持つ測定点の集合体としても良い。

【０１５７】又、上記実施例ではパターン領域上の各格
子点の測定値の中に、他の測定値に対しウエハ表面のト
ポグラフィーより大きく離れた値（ゴミ等による異常
値）を示すものが生じている場合には、この測定値（ゴ
ミ等による異常値）をオフセット量（補正量）の算出に
用いないほうが有利である。従って、このような時に
は、この測定値（ゴミ等による異常値）を除いた残りの
測定値よりオフセット量（補正量）の算出を行なってい
る。

【０１５８】図２２は本発明の実施例２の要部概略図、
図２３は図２２の一部分の拡大説明図である。図２２，
図２３において図１，図２で示した要素と同一要素には
同符番を付している。次に本実施例の構成について図
１，図２の実施例１と一部重複するが順次説明する。

【０１５９】図２２において１は縮小型の投影光学系
（投影レンズ系）、Ａｘは投影光学系１の光軸である。
１ａはレチクルであり、その面上には回路パターンが形
成されており、レチクルステージ１ｂ上に載置してい
る。１ｃは照明系であり、レチクル１ａ面上を均一照明
している。投影光学系１はレチクル１ａ面上の回路パタ
ーンをウエハ２面上に縮小投影している。ウエハ２はウ
エハステージ３面上に吸着固定している。ウエハステー
ジ３は投影光学系１の光軸Ａｘ方向（ｚ方向）と光軸Ａ
ｘを直交する面内（ｘ−ｙ平面内）の２方向（ｘ，ｙ方
向）に移動可能で、かつ光軸Ａｘと直交する平面（ｘ−
ｙ平面）に対して傾き調整できるようになっている。こ
れによりウエハステージ３面上に載置したウエハ２の面
位置を任意に調整できるようにしている。４はステージ
制御装置であり、後述するフォーカス制御装置１８から
の信号に基づいてウエハステージ３を駆動制御してい
る。

【０１６０】ＳＡは光照射手段、ＳＢは投影手段、ＳＣ
は光電変換手段であり、これらはウエハ２面の面位置情
報を検出する面位置検出装置の一部分を構成している。
尚、投影手段ＳＢと光電変換手段ＳＣとで検出手段ＳＢ
Ｃを構成している。

【０１６１】本実施例では面位置検出装置を用いてレチ
クル１ａ面上の回路パターンを投影光学系１でウエハ２
面上に投影する際に、投影光学系１の許容焦点深度内に
ウエハ２面上の露光領域が位置するようにウエハステー
ジ３を駆動制御している。そしてウエハステージ３をＸ
−Ｙ平面上で逐次移動させ、これにより矩形状のパター
ン領域（ショット）３９をウエハ２面上に順次形成して
いる。

【０１６２】次に本実施例の面位置検出装置の各要素に
ついて説明する。まずウエハ２面上に複数の光束を入射
させる光照射手段ＳＡについて説明する。

【０１６３】５は光源であり、白色ランプ又は相異なる
複数の波長の光を照射するように構成した照明ユニット
より成っている。６はコリメーターレンズであり、光源
５からの光束を断面の強度分布が略均一の平行光束とし
て射出している。

【０１６４】７はプリズム形状のスリット部材であり、
１対のプリズムを互いに斜面が相対するように貼り合わ
せており、この貼り合わせ面に複数の開口（５つのピン
ホール）７１〜７５を有している。８はレンズ系であ
り、両テレセントリック系より成りスリット部材７の複
数のピンホール７１〜７５を通過した独立の５つの光束
７１ａ〜７５ａをミラー９を介してウエハ２面上の５つ
の測定点１９〜２３に略等しい入射角で導光している。
このとき投影像の大きさが略等しいピンホール像となる
ようにしている。又、このレンズ系８は内部に各光束７
１ａ〜７５ａのＮＡをそろえるための開口絞り４０を有
している。本実施例では以上の各要素５，６，７，８，
９より光照射手段ＳＡを構成している。

【０１６５】本実施例において光照射手段ＳＡからの各
光束のウエハ２面上への入射角φ（ウエハ面に立てた垂
線と成す角）はφ＝７０°以上である。ウエハ２面上に
は図２３に示すように複数個のパターン領域（露光領域
ショット）３９が配列している。レンズ系８を通過した
５つの光束７１ａ〜７５ａはパターン領域３９の互いに
独立した各測定点１９〜２３に入射している。

【０１６６】そしてウエハ２面上に入射する５つの光束
７１ａ〜７５ａがウエハ２の垂直方向（光軸Ａｘ方向）
から観察したとき図２３に示すように互いに独立して観
察されるようにウエハ２面上にＸ方向（ショット配列方
向）からＸＹ平面内でθ°（θ＝２２．５°）回転させ
た方向より入射させている。これにより実施例１と同様
の効果を得ている。

【０１６７】尚、スリット部材７の５個のピンホール７
１〜７５はウエハ２面とシャインプルーフの条件を満足
するようにウエハ２と共役な同一平面上に設けている。
又スリット部材７のピンホール７１〜７５の大きさと形
状、そしてレンズ系８からの距離等はウエハ２面上で互
いに略同一の大きさのピンホール像を形成するように設
定している。

【０１６８】本実施例では以上の各要素５，６，７，
８，９から成る光照射手段ＳＡにより、ウエハ２面上に
複数の光束（ピンホール）を入射させている。尚、本実
施例においてウエハ２面上の測定点は５点に限らずいく
つあっても良い。

【０１６９】次にウエハ２面からの複数の反射光束をＣ
ＣＤより成る位置検出素子としての光電変換手段ＳＣの
検出面１７に導光し、結像させる投影手段ＳＢについて
説明する。

【０１７０】１１は受光レンズであり、両テレセントリ
ック系より成り、ウエハ２面からの５つの反射光束をミ
ラー１０を介して反射している。そして受光レンズ１１
は各測定点１９〜２３に対して各位置２４〜２８にピン
ホール像を形成している。４１は受光レンズ１１に設け
たストッパーであり、実施例１と同様の効果を有してい
る。各位置２４〜２８のピンホール像からの光束は独立
に設けた５つの補正光学系１２〜１６に入光している。

【０１７１】補正光学系１２〜１６は受光レンズ１１が
両テレセントリック系であるので、その光軸が互いに平
行となっており、各位置２４〜２８に形成したピンホー
ル像を光電変換手段ＳＣの検出面１７上に互いに同一の
大きさのスポット光となるよう再結像させている。光電
変換手段ＳＣは単一の２次元ＣＣＤより成っている。本
実施例では以上の各要素１０，１１，１２〜１６より投
影手段ＳＢを構成している。

【０１７２】尚、補正光学系１２〜１６は各々所定の厚
さの平行平面板とレンズ系を有しており、受光レンズ１
１の光軸に対して共軸あるいは偏心している。このとき
平行平面板は各レンズ系の光路長を補正するために用い
ている。又レンズ系は各測定点１９〜２３の検出面１７
上における結像倍率（投影倍率）が略等しくなるように
補正するために設けている。

【０１７３】すなわち、本実施例の如く複数の光束をウ
エハ面上に斜入射させる斜入射結像光学系では受光レン
ズ１１に対して距離の異なる複数の測定点１９〜２３が
光電変換手段ＳＣの検出面１７上に結像する際、その結
像倍率が互いに異なってくる。

【０１７４】そこで本実施例では各測定点に対して補正
光学系１２〜１６を設けて、これらの各測定点１９〜２
３の検出面１７上における投影倍率が略等しくなるよう
にしている（尚、この補正光学系については本出願人の
先の特願平２−４４２３６号で詳細に説明してい
る。）。

【０１７５】そしてこのときウエハ２面の各測定点１９
〜２３の面位置（高さ方向、光軸Ａｘ方向）によって検
出面１７上に入射するピンホール像（スポット光）の位
置が変化するようにしている。光電変換手段ＳＣはこの
ときのピンホール像の位置変化を検出している。これに
より本実施例ではウエハ２面上の各測定点１９〜２３の
面位置情報を同一精度で検出できるようにしている。

【０１７６】又、投影手段ＳＢを介してウエハ２面上の
各測定点１９〜２３と光電変換手段ＳＣの検出面１７と
が互いに共役となるようにして（各測定点１９〜２３に
対して倒れ補正を行なって）いる。これにより各測定点
１９〜２３の局所的な傾きによって検出面１７上でのピ
ンホール像の位置が変化せず、ウエハ２の表面の光軸Ａ
ｘ方向の各測定点の局所的な高さ位置の変化、すなわち
測定点１９〜２３の高さに応答して検出面１７上でのピ
ンホール像の位置が変化するようにしている。

【０１７７】光電変換手段ＳＣは検出面１７面上に入射
したピンホール像の入射位置情報を検出している。光電
変換手段ＳＣで得られた各測定点１９〜２３におけるピ
ンホール像の入射位置情報はフォーカス制御手段１８に
入力している。

【０１７８】フォーカス制御手段１８は光電変換手段Ｓ
Ｃからの各測定点１９〜２３の高さ情報（面位置情報）
を得て、これよりウエハ２の表面の位置情報、すなわち
光軸Ａｘ方向（ｚ方向）に関する位置やＸ−Ｙ平面に対
する傾き等を求めている。そしてウエハ２の表面が投影
光学系１によるレチクル１ａの投影面と略一致するよう
にウエハステージ３の駆動量に関する信号をステージ制
御装置４に入力している。

【０１７９】ステージ制御装置４はフォーカス制御手段
１８からの入力信号に応じてウエハステージ３を駆動制
御し、ウエハ２の位置と姿勢を調整している。

【０１８０】尚、ウエハステ−ジ３のｘｙ方向の変位
は、不図示のレ−ザ−干渉計を用いて周知の方法により
測定され、ウエハステ−ジ３の変位量を示す信号が、レ
−ザ−干渉計から信号線を介してステ−ジ制御装置４に
入力される。

【０１８１】又、ステ−ジ制御装置４はウエハステ−ジ
３のｘｙ方向の位置制御を行なうとともに、信号線を介
してフォ−カス制御装置１８から入力される信号に基づ
いて、ウエハステ−ジ３のｚ方向への移動制御と傾き制
御を行なっている。これは先の実施例１でも同様であ
る。

【０１８２】次に本実施例におけるウエハ２上のパター
ン領域３９の面位置の検出方法について説明する。

【０１８３】前述した様に、図２２の光学式の面位置検
出装置によるウエハ２の表面位置検出時に生じる検出誤
差の主たる要因は、ウエハ２のレジスト表面で反射した
光とウエハ２の基板面で反射した光との干渉である。こ
の干渉の影響は、ウエハ基板面に形成されたパタ−ンに
よって異なるため、複数の測定点１９〜２３毎に干渉に
よる計測誤差は異なった値となる。

【０１８４】図２２に示すような縮小投影露光装置で
は、ステップ＆リピ−ト方式によりレチクル１ａ上のパ
タ−ンをウエハ２上の各露光領域に順次転写している。
このとき面位置検出及びパタ−ン転写を行なう前に、ウ
エハ２の露光領域に既に形成されているＩＣパタ−ンと
レチクルパタ−ンとの位置合わせを行なっている。

【０１８５】光学式の面位置検出装置は投影レンズ系１
に対して固定されており、レチクル１ａも投影レンズ系
１に対して一定位置に位置合わせされている。それゆ
え、レチクルパタ−ンとウエハ２の露光領域との位置合
わせ後に面位置検出を行なえば、測定点１９〜２３は、
ウエハ２上に配列した各露光領域中のほぼ同一箇所の高
さ位置を検出する事になる。

【０１８６】この事は、測定点１９〜２３が各露光領域
中の同一基板（パタ−ン）構造を持つ箇所の高さ位置を
検出している事に相当する。

【０１８７】このため、ウエハ２のレジスト表面で反射
した光とウエハ２の基板面で反射した光との干渉による
検出結果に対する影響は、露光領域中の各測定点に固有
の値となる事が予想でき、本発明者は実際に各測定毎に
ほぼ一定の検出誤差が生じる事を実験により確認した。

【０１８８】この現象を面位置検出に応用し、各測定点
毎の検出誤差をあらかじめ計測しておき、この各測定点
毎の検出誤差を、露光領域の各測定点に関する面位置デ
−タから補正してやり正確な面位置情報を得る方法を、
本出願人は特開平２−１０２５１８号公報で提案してい
る。

【０１８９】同公報では、露光領域３９と面位置検出装
置の測定点１９〜２３の位置関係が、図２４に示す様に
測定点１９，２０，２２，２３を結んだ矩形に対して矩
形の露光領域３９の方が小さい時には、ウエハの周辺部
で複数の測定点の一部がパタ−ンのないウエハ領域に位
置する場合が生じる。

【０１９０】この場合に、パタ−ンのないウエハ領域に
位置する測定点を含んだウエハ周辺部の露光領域で、上
記の各測定点毎の検出誤差を各測定点に関する面位置デ
−タから補正してしまうと、正確な面位置情報が得られ
ない場合がある。

【０１９１】それゆえ、ウエハ周辺部の露光領域では、
パタ−ンのないウエハ領域に位置する測定点を除いた残
りの複数の測定点を用いて、ウエハの面位置計測を行な
う必要がある。この結果ウエハの周辺部では測定点の数
が減少し、面位置の補正精度が劣化してくる場合があ
る。

【０１９２】本実施例はこの時のウエハ周辺部の露光領
域において面位置の補正精度の劣化を、下記に述べる方
法で改善している。

【０１９３】図２５に、ウエハ２上にｘ軸及びｙ軸に沿
って規則正しく形成されている露光領域３９のレイアウ
トを示した。

【０１９４】この時、露光領域３９と面位置検出装置の
測定点１９〜２３の位置関係は、図２４に示す様に測定
点１９，２０，２２，２３を結んだ矩形に対して矩形の
露光領域３９の方が小さいものとする。すると、測定点
１９〜２３それぞれがパタ−ンの上にあるかないかで、
図２５に示す様に露光領域はＡ〜Ｉの９つの区域に分け
られる。Ａ〜Ｉの各区域での、露光領域３９（複数個）
と測定点１９〜２３の位置関係を、図２６のａ〜ｉに示
した。図２６中で、黒丸はパタ−ン上に測定点がある場
合、白丸はパタ−ン上に測定点がない場合を示すものと
する。

【０１９５】すなわち、測定点１９〜２３毎に、パタ−
ンの上にある区域、ない区域を考えると、下表の様にな
る。

【０１９６】

【表１】 ここで、測定点１９〜２３各々について、パタ−ンの上
にある区域、ない区域における検出誤差（オフセット補
正量）を求めるものとする。

【０１９７】まず、測定点１９〜２３がパタ−ンの上に
ある区域における検出誤差の求め方について説明する。

【０１９８】図２４に示す様に、露光領域３９に対し測
定点１９〜２３が設定されており、測定点２１は露光領
域３９のほぼ中央部にあり、面位置計測時には光軸ＡＸ
と交わる様、予め面位置検出装置は取付位置の調整がな
されている。

【０１９９】残りの測定点１９，２０，２２，２３は、
露光領域３９の周辺部（外）にあり、又予め測定点１９
〜２３の高さ計測の原点が、同一平面にある様に調整さ
れ、この平面が縮小投影レンズ系１の最良結像面にほぼ
一致するようにしている。

【０２００】ここで、測定点２１がｘｙ座標上の点
（ｘ，ｙ）にあるとすると、測定点１９，２０，２２，
２３のｘｙ座標上で各々（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）,(ｘ＋
δｘ，ｙ−δｙ）,(ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ）,(ｘ−δｘ，
ｙ−δｙ）なる点にあることになる。この時、ｘｙ座標
系の原点は、ｘｙ平面と光軸ＡＸとの交点とする。

【０２０１】次に、ウエハ構造によって引き起こされる
各測定点固有のオフセット測定のための露光領域３９
を、測定点１９〜２３全てがパタ−ンの上にあるＡ区域
の中から、予め複数個決定しておく。

【０２０２】まず、ウエハステ−ジ３を移動させ、測定
点２１がウエハ２上の露光領域３９外のパタ−ンのない
領域に位置させ、測定点２１の高さ位置計測値（光軸Ａ
Ｘ方向）ほぼ零となる高さ位置に、ウエハ２を固定する
（光軸ＡＸ方向の位置は、予め決められた露光領域３９
を測定する間一定に保ち続けるものとする。）。

【０２０３】この動作は、パタ−ンの影響のない領域
で、測定点２１の高さ位置計測値（光軸ＡＸ方向）の原
点を設定するために必要である。

【０２０４】そして、ウエハステ−ジ３をステップ移動
させる事により、ウエハ２上の予め決められた複数の露
光領域３９のひとつを、順次投影レンズ系１の真下に送
り込み、レチクルパタ−ンとの位置合わせを行う。この
時、ウエハステ−ジ３の移動制御はレ−ザ−干渉計から
の出力信号を用いて行なう。

【０２０５】そして、ウエハ２上の露光領域３９の測定
点１９〜２３における光軸ＡＸ方向、すなわち高さ位置
ｚ^pattern ₁₉ 〜ｚ^pattern ₂₃ を、面位置検出装置により
検出する。この高さ位置ｚ^pattern ₁₉ 〜ｚ^pattern ₂₃ に
対応する信号が、位置検出素子１７からフォ−カス制御
装置１８に入力される。

【０２０６】この測定は、予め決められた複数の露光領
域３９全てに対し順次行なうものとする。

【０２０７】ここで、ウエハ２上の各露光領域３９の測
定点１９〜２３における面位置ｚ^pattern ₁₉ 〜ｚ
^pattern ₂₃ は、 ｚ^pattern ₁₉ ＝ｆ₁₉（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）＋ｃ^pattern ₁₉ ｚ^pattern ₂₀ ＝ｆ₂₀（ｘ＋δｘ，ｙ−δｙ）＋ｃ^pattern ₂₀ ｚ^pattern ₂₁ ＝ｆ₂₁（ｘ，ｙ）＋ｃ^pattern ₂₁ ｚ^pattern ₂₂ ＝ｆ₂₂（ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ）＋ｃ^pattern ₂₂ ｚ^pattern ₂₃ ＝ｆ₂₃（ｘ−δｘ，ｙ−δｙ）＋ｃ^pattern ₂₃ なる面形状関数で表わすことができる。

【０２０８】この関数のｘ，ｙ座標の取り方は、図２
４，２５に示した通りである。実際の面位置検出は、検
出の対象とした特定の露光領域毎に行なわれるため、ｚ
^pattern ₁₉ 〜ｚ^pattern ₂₃ の値（面位置デ−タ）は、
ｘ，ｙに関して離散的な値になる。又δｘ，δｙは、図
２４を用いて説明した各測定点間の距離である。

【０２０９】この様に、複数個の露光領域３９の各測定
点１９〜２３毎に得られたｚ^pattern ₁₉ 〜ｚ^pattern ₂₃
の値より、ｚ^pattern ₁₉ 〜ｚ^pattern ₂₃ の組毎（測定点
の組毎）にウエハ２の面形状を推定することができる。
上記ｆ₁₉〜ｆ₂₃は各測定点１９〜２３に関して、例えば
多項式近似により求められた面形状関数の定数項を含ま
ないｘ，ｙのみの関数を表わし、ｃ^pattern ₁₉ 〜ｃ
^pattern ₂₃ はこの面形状関数の定数項を示している。

【０２１０】各測定点１９〜２３の測定値は、ウエハ２
のレジスト表面で反射した光とウエハ２の基板面で反射
した光との干渉の影響を受けているとしても、各測定点
１９〜２３が同一面形状の基板面を有するウエハ面の位
置を検出している事には何ら変わりはない。

【０２１１】各露光領域の各測定点のｚ^pattern ₁₉ 〜ｚ
^pattern ₂₃ の値から類推されるウエハ２の面形状は、物
理的に同じ面、すなわち同一ウエハ面を測定していると
いう観点からは、全く同じものになるはずである。ただ
し、各測定点の面位置検出は、前述した様に各測定点固
有の基板構造における干渉の影響を各露光領域の測定毎
に受けているため、一定量の定数シフトが存在する。

【０２１２】それゆえ、ウエハ２の面形状を示す真の関
数をｆ（ｘ，ｙ）とすると、ｚ^pattern ₁₉ 〜ｚ^pattern
₂₃ は次の様に書き改めることができる。

【０２１３】 ｚ^pattern ₁₉ ＝ｆ（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）＋ｃ^pattern ₁₉ ｚ^pattern ₂₀ ＝ｆ（ｘ＋δｘ，ｙ−δｙ）＋ｃ^pattern ₂₀ ｚ^pattern ₂₁ ＝ｆ（ｘ，ｙ）＋ｃ^pattern ₂₁ ｚ^pattern ₂₂ ＝ｆ（ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ）＋ｃ^pattern ₂₂ ｚ^pattern ₂₃ ＝ｆ（ｘ−δｘ，ｙ−δｙ）＋ｃ^pattern ₂₃ ここで、面形状関数ｆ（ｘ，ｙ）の曲面の次数や展開式
は、所定の多項式の形で予め定められているので、測定
値ｚ^pattern ₁₉ 〜ｚ^pattern ₂₃ を面位置デ−タとして用
いて、最小２乗法により各測定点毎に面形状関数ｆ
（ｘ，ｙ）の係数及び定数項ｃ^pattern ₁₉ 〜ｃ^pattern
₂₃ を算出する。

【０２１４】この方法は、例えば測定点２１に対して ∬［｛ｆ₂₁（ｘ，ｙ）＋ ｃ^pattern ₂₁ ｝ −ｚ^pattern ₂₁ （ｘ，ｙ）］² ｄｘｄｙ＝０ なる最小２乗法を解くように実行し、面形状関数ｆ
₂₁（ｘ，ｙ）の係数、及び定数項ｃ^pattern ₂₁ を決定す
る。

【０２１５】次に、ここで面形状関数をｆ（ｘ，ｙ）＝
ｆ₂₁（ｘ，ｙ）として、他の測定点１９，２０，２２，
２３に対し ∬［｛ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）＋ ｃ^pattern ₁₉ ｝ −ｚ^pattern ₁₉ （ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）］² ｄｘｄｙ＝０ ∬［｛ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ−δｙ）＋ ｃ^pattern ₂₀ ｝ −ｚ^pattern ₂₀ （ｘ＋δｘ，ｙ−δｙ）］² ｄｘｄｙ＝０ ∬［｛ｆ₂₁（ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ）＋ ｃ^pattern ₂₂ ｝ −ｚ^pattern ₂₂ （ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ）］² ｄｘｄｙ＝０ ∬［｛ｆ₂₁（ｘ−δｘ，ｙ−δｙ）＋ ｃ^pattern ₂₃ ｝ −ｚ^pattern ₂₃ （ｘ−δｘ，ｙ−δｙ）］² ｄｘｄｙ＝０ なる最小２乗法を解くように実行する。

【０２１６】ただし測定点１９，２０，２２，２３に対
しては、面形状関数ｆ₂₁（ｘ，ｙ）の係数は測定点２１
に対して決定された値、すなわち固定値として、定数項
ｃ^pattern ₁₉ , ｃ^pattern ₂₃ , ｃ^pattern ₂₃ , ｃ
^pattern ₂₃ のみを最小２乗法で決定するものとする。

【０２１７】ここで求められた定数項ｃ^pattern ₁₉ 〜ｃ
^pattern ₂₃ を用いて、後述のする様に面位置計測時に反
映させるオフセット補正量を決定する。

【０２１８】ここで面形状関数ｆ（ｘ，ｙ）の係数の算
出精度は、測定値（面位置デ−タ）が多いほど向上する
ので、要求する補正精度に合わせて、検出対象とする露
光領域の個数を決定すればよい。

【０２１９】尚、この面形状関数ｆ（ｘ，ｙ）の定数項
より、検出誤差を求める方法は、本出願人が特開平２−
１０２５１８号公報で提案している。尚、この方法を以
下に「面形状関数定数法」と呼ぶことにする。

【０２２０】次に、測定点１９，２０，２２，２３がパ
タ−ンの上にない区域における検出誤差の求め方につい
て説明する。

【０２２１】前述した様に、本実施例の面位置検出装置
は、測定点１９〜２３上の各ピンホ−ル像をほぼ等しく
形成すると共に、補正光学系を各々の測定点に対して設
ける事で複数測定点の各測定点の高さ位置を検出する倍
率、分解能、精度をお互いにほぼ等しくしている。更
に、レンズ系８内に設けられた開口絞り４０よってＮＡ
をほぼ同一に揃えた上、レンズ系８により射出側がテレ
セントリックとし各光束７１ａ〜７５ａの測定点１９〜
２３に対しほぼ等しい角度で入射させている。

【０２２２】すなわち、本実施例の面位置検出装置は、
複数の測定点１９〜２３の光学特性が全て等しい構成を
とっている。

【０２２３】それゆえ、測定点１９，２０，２２，２３
がパタ−ンの上にない区域の検出誤差は、上記測定点下
の基板構造が同じであれば同一の値を示しすため、上記
測定点の内どの測定点を用いて求めても結果は同じであ
る事を示している。

【０２２４】この事を用いて、パタ−ンの上にない区域
にの検出誤差を求める事にする。

【０２２５】まず、検出誤差測定のための各露光領域３
９を、測定点１９がパタ−ンの上にないＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ
区域のそれぞれの中から、予め複数個決定しておくもの
とする。この予め決められた露光領域３９に対して、前
述の「面形状関数定数法」を行なう。この時、測定を行
なうのは、測定点１９〜２３すべてを用いる。

【０２２６】測定点１９，２０，２２，２３のウエハ２
上の露光領域３９の光軸ＡＸ方向計測値をｚ^outside ，
面形状関数をｆ (Ｘ，Ｙ）とし、測定点２１のウエハ２
上の露光領域３９の光軸ＡＸ方向計測値をｚ^′pattern
₂₁、面形状関数をｆ（ｘ，ｙ）とする。

【０２２７】すると、面位置ｚ^outside 、ｚ^′pattern
₂₁は、 ｚ^outside ＝ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ｃ^outside ｚ^′pattern ₂₁＝ｆ (ｘ，ｙ）＋ｃ^′pattern ₂₁ となる。

【０２２８】この時、ｚ^outside ，ｆ (Ｘ，Ｙ）は区域
により下記の値を取るものとする。すなわち、Ｂ区域に
おいては測定点１９，２２の値となり、 ｚ^outside(Ｘ，Ｙ）＝ｚ^outside ₁₉ （ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ） ＝ｆ (ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） ａｎｄ ｚ^outside(Ｘ，Ｙ）＝ｚ^outside ₂₂ （ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ） ＝ｆ (ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ） Ｃ区域においては測定点１９，２０の値となり、 ｚ^outside(Ｘ，Ｙ）＝ｚ^outside ₁₉ （ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ） ＝ｆ (ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） ａｎｄ ｚ^outside(Ｘ，Ｙ）＝ｚ^outside ₂₀ （ｘ＋δｘ，ｙ−δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ） ＝ｆ (ｘ＋δｘ，ｙ−δｙ） Ｄ区域においては測定点２０，２３の値となり、 ｚ^outside(Ｘ，Ｙ）＝ｚ^outside ₂₀ （ｘ＋δｘ，ｙ−δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ） ＝ｆ (ｘ＋δｘ，ｙ−δｙ） ａｎｄ ｚ^outside(Ｘ，Ｙ）＝ｚ^outside ₂₃ （ｘ−δｘ，ｙ−δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ） ＝ｆ (ｘ−δｘ，ｙ−δｙ） Ｅ区域においては測定点２２，２３の値となり、 ｚ^outside(Ｘ，Ｙ）＝ｚ^outside ₂₂ （ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ） ＝ｆ (ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ） ａｎｄ ｚ^outside(Ｘ，Ｙ）＝ｚ^outside ₂₃ （ｘ−δｘ，ｙ−δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ） ＝ｆ (ｘ−δｘ，ｙ−δｙ） となる。

【０２２９】この面形状関数ｆ (Ｘ，Ｙ）の係数及び定
数項ｃ^outside ₁₉ 、及びｆ (ｘ，ｙ）の係数及び定数項
ｃ^pattern ₂₁ を、測定値ｚ^outside 、及びｚ^′pattern ₂₁
を面位置デ−タとして用いて、最小２乗法により算出す
る。

【０２３０】この方法は、前述と同様に測定点２１に対
して ∬［｛ｆ₂₁ (ｘ，ｙ）＋ ｃ^′pattern ₂₁｝ −ｚ^′pattern ₂₁（ｘ，ｙ）］² ｄｘｄｙ＝０ なる最小２乗法を解くように実行し、面形状関数ｆ
₂₁（ｘ，ｙ）の係数、及び定数項ｃ^′pattern ₂₁を決定
する。

【０２３１】次に、ここで面形状関数をｆ（Ｘ，Ｙ）＝
ｆ₂₁（Ｘ，Ｙ）として、 ∬［｛ｆ₂₁ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^outside ｝ −ｚ^outside （Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる最小２乗法を解くように実行する。

【０２３２】ただし、形状関数ｆ₂₁（ｘ，ｙ）の係数は
測定点２１に対して決定された値、すなわち固定値とし
て、定数項ｃ^outside のみを最小２乗法で決定する。

【０２３３】この様にして、測定点１９，２０，２２，
２３がパタ−ンの上にない周辺部の区域における検出誤
差を求めてやると、図２５に示す露光領域３９のレイア
ウトにおいて検出誤差測定のために選出できるショット
数が１６まで可能であり、パタ−ンの上にあるＡ区域よ
り選出できるショット数１２よりも多くなり、周辺部の
区域においてもＡ区域と同等以上の精度で検出誤差を求
める事が可能である。

【０２３４】ここで求められた定数項ｃ^outside ，ｃ^′
pattern ₂₁を用いて、後述のするように面位置計測時に
反映させるオフセット補正量を決定する。

【０２３５】以上、測定点１９〜２３がパタ−ンの上に
ある区域、及び、測定点１９，２０，２２，２３がパタ
−ンの上にない区域における検出誤差を求めた。次に、
面位置計測時に反映させるオフセットの算出方法につい
て説明する。

【０２３６】求められた定数項ｃ^pattern ₁₉ 〜ｃ
^pattern ₂₃ と、ｃ^outside ，ｃ^′pattern ₂₁をそのまま
オフセットとしても良い。

【０２３７】すなわち、測定点１９〜２３がパタ−ン上
にある場合の各々のオフセットをＰＴ₁₉〜ＰＴ₂₃とする
と、 ＰＴ₁₉＝ｃ^pattern ₁₉ ＰＴ₂₀＝ｃ^pattern ₂₀ ＰＴ₂₁＝ｃ^pattern ₂₁ ＰＴ₂₂＝ｃ^pattern ₂₂ ＰＴ₂₃＝ｃ^pattern ₂₃ となる。

【０２３８】測定点１９，２０，２２，２３がパタ−ン
上にない場合の各測定点のオフセットは共通でＯＳとな
り、 ＯＳ ＝ｃ^outside となる。

【０２３９】（ここで、ｃ^pattern ₂₁ ＝ｃ^′pattern ₂₁
の関係にあるので、測定点２１のオフセットＰＴ₂₁とし
てｃ^pattern ₂₁ を用いた。）又、測定点２１のオフセッ
トを、ウエハにパタ−ンを露光し実験により求めておく
か、又は本出願人が特開平２−１９８１３０号公報で提
案している別の方法で自動測定した値としても良い。こ
の値をＣＴとし、予めメモリ−に格納されているものと
する。

【０２４０】すなわち、 ＰＴ₂₁＝ＣＴ とする。

【０２４１】この時、測定点１９，２０，２２，２３が
パタ−ン上にある場合の各々のオフセットは、 ＰＴ₁₉＝ｃ^pattern ₁₉ −ｃ^pattern ₂₁＋ＣＴ ＰＴ₂₀＝ｃ^pattern ₂₀ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＰＴ₂₂＝ｃ^pattern ₂₂ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＰＴ₂₃＝ｃ^pattern ₂₃ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ とする。

【０２４２】測定点１９，２０，２２，２３がパタ−ン
上にない場合の、各測定点のオフセットは、 ＯＳ ＝ｃ^outside −ｃ^′pattern ₂₁ ＋ＣＴ となる。

【０２４３】この様に、測定点２１のオフセットを実験
等で求めてやり、他のオフセットＰＴ₁₉〜ＰＴ₂₃を測定
点２１の定数項ｃ^pattern ₂₁ の差分として求め、又、Ｏ
Ｓを測定点２１の定数項ｃ^′pattern ₂₁の差分として求
めてやることにより、各測定点のオフセットＰＴ₁₉〜Ｐ
Ｔ₂₃及びＯＳの信頼性を向上させることができる。

【０２４４】ここで求められた、オフセットＰＴ₁₉〜Ｐ
Ｔ₂₃及びＯＳはメモリーに格納される。

【０２４５】これで各測定点に反映させるオフセットは
設定できたので、次に露光時のオフセットの反映のさせ
方を説明する。

【０２４６】オフセット設定終了後、ウエハ２上の第１
露光領域が投影レンズ系１の真下に来るようにウエハス
テ−ジ３を動かし、レチクルパタ−ンに対して第１露光
領域を位置合わせする。位置合わせ終了後、面位置検出
装置により第１露光領域の５つの測定点１９〜２３の面
位置検出を行ない、光電変換手段ＳＣからの出力信号に
基づいてフォ−カス制御装置１８内で各測定点の面位置
デ−タを形成する。

【０２４７】フォ−カス制御装置１８は、メモリ−から
各測定点１９〜２３のオフセットＯＦＳ₁₉〜ＯＦＳ₂₃を
読み出すものとする。この時、第１露光領域が図２５の
どの区域（Ａ〜Ｉ）に属するかで、読み出すオフセット
ＯＦＳ₁₉〜ＯＦＳ₂₃は下表のに従った値を取るものとす
る。

【０２４８】

【表２】 読み出されたオフセットＯＦＳ₁₉〜ＯＦＳ₂₃で、第１露
光領域の面位置デ−タｚ₁₉〜ｚ₂₃ を補正した値Ｚ₁₉〜
Ｚ₂₃を算出する。

【０２４９】すなわち、 Ｚ₁₉＝ｚ₁₉−ＯＦＳ₁₉ Ｚ₂₀＝ｚ₂₀−ＯＦＳ₂₀ Ｚ₂₁＝ｚ₂₁−ＯＦＳ₂₁ Ｚ₂₂＝ｚ₂₂−ＯＦＳ₂₂ Ｚ₂₃＝ｚ₂₃−ＯＦＳ₂₃ とする。フォ−カス制御装置１８は、この新たな面位置
デ−タＺ₁₉〜Ｚ₂₃に基づいて、第１露光領域の最小２乗
平面を求める。

【０２５０】更にフォ−カス制御装置１８は、算出され
た最小２乗平面の結果に応じた指令信号をステ−ジ制御
装置４へ入力し、ウエハステ−ジ３上のウエハ２の光軸
ＡＸ方向の位置と傾きが調整（補正）される。これによ
って、ウエハ２上の第１露光領域を投影レンズ系１の最
良結像面に位置付ける。そして、この面位置の調整終了
後、第１露光領域を露光してレチクルパタ−ンの転写を
行なう。

【０２５１】第１露光領域に対する露光が終了したら、
ウエハ２上の第２露光領域が投影レンズ系１の真下に来
るようにウエハステ−ジ３を駆動し、上記同様の面位置
検出、面位置調整、露光動作を実行する。この一連の動
作を、最終露光領域の露光が終了するまで実行した後、
ウエハ２をウエハステ−ジ３より搬出する。

【０２５２】以上説明したウエハ表面の各測定点におけ
る検出誤差（オフセット補正量）の決定は、形成される
パタ−ンが異なる各工程について行なう必要がある。

【０２５３】しかしながら、その頻度は各工程について
一度行なえば十分であり、各工程の初めに検出誤差（オ
フセット補正量）を決定し、制御装置内のメモリ−にそ
の値を格納しておけば、半導体チップ製造のスル−プッ
トを殆ど低下させることなく、生産を行うことができ
る。

【０２５４】又、検出に伴って生じるオフセット補正量
は各測定点固有の値なので、面形状関数（定数項を含
む）を決めるために用いる露光領域の数（ショット数）
は、装置に要求されるフォ−カス精度から適宜決定す
る。

【０２５５】すなわち、フォ−カス精度に対する要求が
緩い工程では少ない数でよく、逆に厳しい工程では多く
の数が要求される。ただし、仮にＡ区域及び周辺区域で
の計測ショット数が合わせて２４ショット、各ショット
間でのステップ移動に必要な時間を０．４秒，計測時間
を０．２秒としても、検出に伴うオフセット補正量を求
めるために必要な時間は約１５秒弱に過ぎない。前述の
ように検出オフセット補正量の決定を各ロット多数枚の
内一枚目のウエハに対してのみ行ない、次からのウエハ
については一枚目で求めた値を用いるようにすれば、ス
ル−プットの低下は殆ど無視できる。

【０２５６】又、Ａ区域及びＢ〜Ｅ区域の計測を同時に
行った後に、まとめて検出誤差ｃ^pattern ₁₉ 〜ｃ
^pattern ₂₃ 及びｃ^outside の算出を行なわせても良い。

【０２５７】この場合の計測手順を、図２７，図２８，
図２９のフロ−チャ−ト図に簡単に示す。

【０２５８】又、上記の実施例では、Ａ区域の測定点２
１に対して ∬［｛ｆ₂₁（ｘ，ｙ）＋ ｃ^pattern ₂₁ ｝ −ｚ^pattern ₂₁ （ｘ，ｙ）］² ｄｘｄｙ＝０ なる最小２乗法を解くように実行し、面形状関数ｆ
₂₁（ｘ，ｙ）の係数、及び定数項ｃ^pattern ₂₁ を決定
し、他の計測点の定数項ｃ^pattern _19,20,22,23を求める
際に、面形状関数ｆ（ｘ，ｙ）＝ｆ₂₁（ｘ，ｙ）とし
た。

【０２５９】ここで、Ａ区域の他の測定点に対して最小
２乗法を解き、この測定点に対して求めた面形状関数を
用いて、残りの測定点の定数項を決定させても良い。

【０２６０】更に、Ａ区域の測定点１９〜２３それぞれ
に対して最小２乗法を解き、面形状関数ｆ₁₉（ｘ，ｙ）
〜ｆ₂₃（ｘ，ｙ）求め、ｆ₁₉（ｘ，ｙ）〜ｆ₂₃（ｘ，
ｙ）の各次数の係数を平均してもとめた関数をｆ
_average(ｘ，ｙ) とする。

【０２６１】そして、面形状関数ｆ（ｘ，ｙ）＝ｆ
_average(ｘ，ｙ) として、測定点１９〜２３すべてに対
し、再度最小２乗法を解き、定数項ｃ^pattern ₁₉ 〜ｃ
^pattern ₂₃を決定するとサンプル数の多い分、面形状関
数ｆ（ｘ，ｙ）の算出精度が向上するため、定数項ｃ
^pattern ₁₉ 〜ｃ^pattern ₂₃ の算出精度も向上する。

【０２６２】図３０は本発明の実施例３に係るウエハ２
上のパターン領域の説明図である。本実施例では露光領
域３９と面位置検出装置の計測点１９〜２３の位置関係
が、図７に示す様に測定点１９，２０，２２，２３を結
んだ矩形と露光領域３９の矩形がほぼ等しい場合の例で
ある。

【０２６３】測定点１９〜２３それぞれがパタ−ンの上
にあるか境界上にあるかで、図３１に示す様に露光領域
はＡ〜Ｑの１７の区域に分けられる。

【０２６４】又測定点各々が、パタ−ンの境界上ある場
合図３２のcase-1〜case-12 に示す様に１２通りの位置
関係が考えられる。図３２中で、丸は測定点を表わし、
斜線部はパタ−ン上にある測定点の一部分を示すもので
ある。測定点とパタ−ンの境界の位置関係が１２通り存
在するということは、測定点が境界領域にある区域で検
出誤差（オフセット補正量）も１２種類存在することを
意味している。

【０２６５】ここで、測定点１９〜２３毎に、パタ−ン
の上にある区域、境界領域にある区域を考えると、下表
の様になる。

【０２６６】

【表３】 更に、境界領域にある区域では、測定点１９，２０，２
２，２３は下表に示すように、測定点とパタ−ンの位置
関係が異なるものである。

【０２６７】

【表４】 すると、パタ−ンの上にある区域での検出誤差が５種
類、パタ−ンとの境界領域にある区域での検出誤差が１
２種類、計１７種類の検出誤差の求めてやる必要があ
る。

【０２６８】以下に、測定点がパタ−ンの上にある区域
の検出誤差と、測定点がパタ−ンとの境界領域にある区
域の検出誤差とを同時に求める方法について説明する。

【０２６９】始めに、検出誤差測定のための露光領域３
９を少なくとも１ショット以上Ｂ〜Ｑ区域の中から、予
め複数個決定しておくものとする（この場合１６ショッ
ト以上となる。Ａの区域を含んでも良い。）。

【０２７０】まず、ウエハステ−ジ３を移動させ、測定
点２１がウエハ２上の露光領域３９外のパタ−ンのない
領域に位置させ、測定点２１の高さ位置計測値（光軸Ａ
Ｘ方向）ほぼ零となる高さ位置に、ウエハ２を固定する
（光軸ＡＸ方向の位置は、この後、残りのＢ〜Ｑ区域の
露光領域３９を測定する間一定に保ち続けるものとす
る。）。

【０２７１】この動作は、パタ−ンの影響のない領域
で、測定点２１の高さ位置計測値（光軸ＡＸ方向）の原
点を設定するために必要である。

【０２７２】そして、ウエハステ−ジ３をステップ移動
させる事により、Ｂ区域の予め決められた露光領域３９
を、投影レンズ系１の真下に送り込み、レチクルパタ−
ンとの位置合わせを行う。この時、ウエハステ−ジ３の
移動制御はレ−ザ−干渉計からの出力信号を用いて行な
う。

【０２７３】そして、Ｂ区域の露光領域３９の測定点１
９〜２３における光軸ＡＸ方向、すなわち高さ位置
ｚ₁₉, ｚ_20, ｚ_21, ｚ₂₂ ,ｚ₂₃を、面位置検出装置によ
り検出する。この各々の高さ位置に対応する信号が、光
電変換手段ＳＣからフォ−カス制御装置１８に入力され
る。この測定は、Ｂ〜Ｑ区域の予め決められた露光領域
３９全てに対し順次行なうものとする。

【０２７４】次に、Ｂ〜Ｑ区域全ての露光領域３９にお
いて、パタ−ン上に存在する測定点２１を用いて計算を
行なう。

【０２７５】すなわち、Ｂ〜Ｑ区域の各露光領域３９の
測定点２１の面位置ｚ₂₁を、前述と同様に、 ｚ^pattern ₂₁ ＝ｆ₂₁（ｘ，ｙ）＋ｃ^pattern ₂₁ なる面形状関数で表わすものとする。

【０２７６】上記ｆ₂₁（ｘ，ｙ）は各測定点２１に関し
て、多項式近似等により求められた面形状関数の定数項
を含まないｘ，ｙのみの関数を表わし、ｃ^pattern ₂₁ は
この面形状関数の定数項を示している。

【０２７７】ここで、面形状関数ｆ₂₁（ｘ，ｙ）の曲面
の次数や展開式は、所定の多項式の形で予め定められて
いるので、Ｂ〜Ｑ区域の測定値ｚ₂₁を面位置デ−タとし
て用いて、最小２乗法を用いて面形状関数ｆ₂₁（ｘ，
ｙ）の係数及び定数項ｃ^pattern ₂₁ を算出する。

【０２７８】この方法は、 ∬［｛ｆ₂₁（ｘ，ｙ）＋ ｃ^pattern ₂₁ ｝ −ｚ₂₁（ｘ，ｙ）］² ｄｘｄｙ＝０ なる式を解くように実行すればよい。

【０２７９】求めた定数項ｃ^pattern ₂₁ は、後述のする
様に面位置計測時に反映させるオフセット補正量を決定
に使用され、ここで求めた面形状関数ｆ₂₁（ｘ，ｙ）は
測定点１９，２０，２２，２３の検出に伴なうオフセッ
トを求める時に使用する。

【０２８０】始めに、測定点１９，２０，２２，２３が
パタ−ンの上にある区域での検出誤差の求め方について
説明する。

【０２８１】測定点１９については、測定点１９がパタ
−ンの上にあるＤ，Ｅ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｏ，Ｐ区域での、
面位置の測定値ｚ^pattern ₁₉ とする。そして、この区域
での測定点１９の面形状関数をｆ (Ｘ，Ｙ）＋ｃ
^pattern ₁₉ とする。この時、ｃ^pattern ₁₉ は面形状関数
の定数項である。

【０２８２】ここで、ｚ^pattern ₁₉ と、定数項を含まな
い面形状関数ｆ (Ｘ，Ｙ）は上記の各区域で次の値を取
るものとする。

【０２８３】 ｚ^pattern ₁₉ （Ｘ，Ｙ）＝ｚ^pattern ₁₉ （ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ）＝ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）は前述の測定点２１に対し
て、最小２乗法を実行して求めた面形状関数ｆ₂₁（ｘ，
ｙ）に測定点１９に対応する座標値（ｘ＋δｘ，ｙ＋δ
ｙ）を代入したものである。

【０２８４】すると、前述と同様に、 ｚ^pattern ₁₉ （ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） ＝ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）＋ｃ^pattern ₁₉ と表わせる。

【０２８５】そして、面形状関数ｆ₂₁（ｘ，ｙ）の係数
は、前述の測定点２１に対して最小２乗法を実行して求
めた値に固定として、Ｄ，Ｅ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｏ，Ｐ区域
での測定値ｚ^pattern ₁₉ を面位置デ−タとして用い、新
たに最小２乗法を用いて定数項ｃ^pattern ₁₉ のみを算出
する。

【０２８６】この方法は、ｆ₂₁（ｘ，ｙ）の係数は固定
とし最小２乗法の対象とせず、定数項ｃ^pattern ₁₉ に対
して、 ∬［｛ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）＋ｃ^pattern ₁₉ ｝−
ｚ^pattern ₁₉ （ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）］² ｄｘｄｙ＝０ なる式を解くように実行すればよい。

【０２８７】前述と同様に測定点２０については、測定
点２０がパタ−ンの上にあるＢ，Ｅ，Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，
Ｑ区域での測定値ｚ^pattern ₂₀ を面位置デ−タとして用
い、ｆ₂₁（ｘ，ｙ）の係数は固定とし最小２乗法の対象
とせず、定数項ｃ^pattern ₂₀に対して、 ∬［｛ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ−δｙ）＋ｃ^pattern ₂₀ ｝−
ｚ^pattern ₂₀ （ｘ＋δｘ，ｙ−δｙ）］² ｄｘｄｙ＝０ なる式を解くように実行すればよい。

【０２８８】測定点２２についても、測定点２２がパタ
−ンの上にあるＣ，Ｄ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｍ，Ｎ区域の測定
値ｚ^pattern ₂₂ を面位置デ−タとして用い、ｆ₂₁（ｘ，
ｙ）の係数は固定とし最小２乗法の対象とせず、定数項
ｃ^pattern ₂₂ に対して、 ∬［｛ｆ₂₁（ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ）＋ｃ^pattern ₂₂ ｝−
ｚ^pattern ₂₂ （ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ）］² ｄｘｄｙ＝０ なる式を解くように実行すればよい。

【０２８９】測定点２３についても、測定点２３がパタ
−ンの上にあるＢ，Ｃ，Ｆ，Ｇ，Ｉ，Ｋ，Ｌ区域の測定
値ｚ^pattern ₂₃ を面位置デ−タとして用い、ｆ₂₁（ｘ，
ｙ）の係数は固定とし最小２乗法の対象とせず、定数項
ｃ^pattern ₂₃ に対して、 ∬［｛ｆ₂₁（ｘ−δｘ，ｙ−δｙ）＋ｃ^pattern ₂₃ ｝−
ｚ^pattern ₂₃ （ｘ−δｘ，ｙ−δｙ）］² ｄｘｄｙ＝０ なる式を解くように実行すればよい。

【０２９０】ここで求められた定数項ｃ^pattern ₁₉ ，ｃ
^pattern ₂₀ ，ｃ^pattern ₂₁ ，ｃ^pattern ₂₃ を用いて、後
述のする様に面位置計測時に反映させるオフセット補正
量を決定する。

【０２９１】次に、測定点１９，２０，２２，２３がパ
タ−ンの境界上ある区域での検出オフセットの求め方に
ついて以下に説明する。

【０２９２】測定点とパタ−ンの位置関係が、図３２の
case-1に示す配置にある場合ついて説明する。

【０２９３】図３２のcase-1に示す配置にある測定点
は、Ｂ，Ｊ区域の測定点１９及びＢ，Ｋ区域の測定点２
２である。そして、この区域での測定点１９、２２の面
位置の測定値をｚ^border ₁ 、面形状関数をｆ (Ｘ，Ｙ）
＋ｃ^border ₁ とする。この時、ｃ^border ₁ は面形状関数
の定数項である。

【０２９４】すると、面位置ｚ^border ₁ は、 ｚ^border ₁ ＝ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ｃ^border ₁ となる。

【０２９５】ここで、ｚ^border ₁ と、定数項を含まない
面形状関数ｆ (Ｘ，Ｙ）はＢ区域で次の値を取るものと
する。すなわち、 ｚ^border ₁ (Ｘ，Ｙ）＝ｚ^pattern ₁₉ （ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ）＝ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） ａｎｄ ｚ^border ₁ (Ｘ，Ｙ）＝ｚ^pattern ₂₂ （ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ）＝ｆ₂₁（ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ） となり、ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）は前述と同様に面
形状関数ｆ₂₁（ｘ，ｙ）に測定点１９，２２に対応する
座標値（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）及び（ｘ−δｘ，ｙ＋δ
ｙ）を代入したものである。

【０２９６】同じく、Ｊ区域では、 ｚ^border ₁ (Ｘ，Ｙ）＝ｚ^pattern ₁₉ （ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ）＝ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） の値となり、Ｋ区域では、 ｚ^border ₁ (Ｘ，Ｙ）＝ｚ^pattern ₂₂ （ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ）＝ｆ₂₁（ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ） の値となる。

【０２９７】そして、Ｂ，Ｊ，Ｋ区域の測定値ｚ^border
₁ を面位置デ−タとして用い、面形状関数ｆ₂₁の係数は
固定とし最小２乗法の対象とせず、定数項ｃ^border ₁ に
対して最小２乗法を実行する。

【０２９８】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₁ ｝ −ｚ^border ₁ （Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解けばよい。

【０２９９】図３２のcase-2に示す配置にある測定点
は、Ｄ，Ｏ区域の測定点２０及びＤ，Ｎ区域の測定点２
３である。そして、この区域での測定点２０，２３の面
位置の測定値をｚ^border ₂ 、面形状関数をｆ (Ｘ，Ｙ）
＋ｃ^border ₂ とする。

【０３００】そして、Ｄ，Ｎ，Ｏ区域の測定値ｚ^border
₂ を面位置デ−タとして用い、面形状関数ｆ₂₁の係数は
固定とし、定数項ｃ^border ₂ に対して最小２乗法を行な
う。

【０３０１】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₂ ｝ −ｚ^border ₂ （Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解けばよい。

【０３０２】図３２のcase-3に示す配置にある測定点
は、Ｃ，Ｍ区域の測定点１９及びＣ，Ｌ区域の測定点２
０である。そして、この区域での測定点１９，２０の面
位置の測定値をｚ^border ₃ 、面形状関数をｆ (Ｘ，Ｙ）
＋ｃ^border ₃ とする。

【０３０３】そして、Ｃ，Ｍ，Ｌ区域の測定値ｚ^border
₃ を面位置デ−タとして用い、面形状関数ｆ₂₁の係数は
固定とし、定数項ｃ^border ₃ に対して最小２乗法を行な
う。

【０３０４】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₃ ｝ −ｚ^border ₃ （Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解けばよい。

【０３０５】図３２のcase-4に示す配置にある測定点
は、Ｅ，Ｐ区域の測定点２２及びＥ，Ｑ区域の測定点２
３である。そして、この区域での測定点２２，２３の面
位置の測定値をｚ^border ₄ 、面形状関数をｆ (Ｘ，Ｙ）
＋ｃ^border ₄ とする。

【０３０６】そして、Ｅ，Ｐ，Ｑ区域の測定値ｚ^border
₄ を面位置デ−タとして用い、面形状関数ｆ₂₁の係数は
固定とし、定数項ｃ^border ₄ に対して最小２乗法を行な
う。

【０３０７】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₄ ｝ −ｚ^border ₄ （Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解けばよい。

【０３０８】なお、case-2〜4 において、測定値ｚ
^border ₂ ，ｚ^border ₃ ，ｚ^border ₄ 及び面形状関数ｆ
(Ｘ，Ｙ）は、各区域によって、case-1の場合と同様に
定義されるが、値は異なるものである。詳しい説明は前
述と同様なので省略する。

【０３０９】計測点とパタ−ンの位置関係が，図３２の
case-5に示す配置にある場合ついて説明する。図３２の
case-5に示す配置にある測定点は、Ｆ区域の測定点１
９，Ｋ区域の測定点２０，及びＬ区域の測定点２２であ
る。そして、この区域での測定点１９，２０，２２の面
位置の測定値をｚ^border ₅ 、面形状関数をｆ (Ｘ，Ｙ）
＋ｃ^border ₅ とする。この時、ｃ^border ₅ は面形状関数
の定数項である。

【０３１０】すると、面位置ｚ^border ₅ は、 ｚ^border ₅ ＝ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ｃ^border ₅ となる。

【０３１１】ここで、ｚ^border ₅ と、定数項を含まない
面形状関数ｆ (Ｘ，Ｙ）はＦ区域で次の値を取るものと
する。

【０３１２】すなわち、 ｚ^border ₅ (Ｘ，Ｙ）＝ｚ^pattern ₁₉ （ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ）＝ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ） となり、ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）は前述と同様に面
形状関数ｆ₂₁（ｘ，ｙ）に測定点１９に対応する座標値
（ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ）を代入したものである。

【０３１３】同じく、Ｋ区域では、 ｚ^border ₅ (Ｘ，Ｙ）＝ｚ^pattern ₂₀ （ｘ＋δｘ，ｙ−δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ）＝ｆ₂₁（ｘ＋δｘ，ｙ−δｙ） の値となり、Ｌ区域では、 ｚ^border ₅ (Ｘ，Ｙ）＝ｚ^pattern ₂₂ （ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ）＝ｆ₂₁（ｘ−δｘ，ｙ＋δｙ） の値となる。

【０３１４】そして、Ｆ，Ｋ，Ｌ区域の測定値ｚ^border
₅ を面位置デ−タとして用い、面形状関数ｆ₂₁の係数は
固定とし最小２乗法の対象とせず、定数項ｃ^border ₅ に
対して最小２乗法を実行する。

【０３１５】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₅ ｝ −ｚ^border ₅ （Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解けばよい。

【０３１６】図３２のcase-6に示す配置にある測定点
は、Ｑ区域の測定点１９，Ｉ区域の測定点２２、及びＪ
区域の測定点２３である。そして、この区域での測定点
１９，２２，２３の面位置の測定値をｚ^border ₆ 、面形
状関数をｆ (Ｘ，Ｙ）＋ｃ^border ₆ とする。

【０３１７】そして、Ｑ，Ｉ，Ｊ区域の測定値ｚ^border
₆ を面位置デ−タとして用い、面形状関数ｆ₂₁の係数は
固定とし、定数項ｃ^border ₆ に対して最小２乗法を行な
う。

【０３１８】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₆ ｝ −ｚ^border ₆ （Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解けばよい。

【０３１９】図３２のcase-7に示す配置にある測定点
は、Ｐ区域の測定点２０，Ｏ区域の測定点２２、及びＨ
区域の測定点２３である。そして、この区域での測定点
２０，２２，２３の面位置の測定値をｚ^border ₆ 、面形
状関数をｆ (Ｘ，Ｙ）＋ｃ^border ₇ とする。

【０３２０】そして、Ｐ，Ｏ，Ｈ区域の測定値ｚ^border
₇ を面位置デ−タとして用い、面形状関数ｆ₂₁の係数は
固定とし、定数項ｃ^border ₇ に対して最小２乗法を行な
う。

【０３２１】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₇ ｝ −ｚ^border ₇ （Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解けばよい。

【０３２２】図３２のcase-8に示す配置にある測定点
は、Ｎ区域の測定点１９，Ｇ区域の測定点２０、及びＭ
区域の測定点２３である。そして、この区域での測定点
１９，２０，２３の面位置の測定値をｚ^border ₈ 、面形
状関数をｆ (Ｘ，Ｙ）＋ｃ^border ₈ とする。そして、
Ｎ，Ｇ，Ｍ区域の測定値ｚ^border ₈ を面位置デ−タとし
て用い、面形状関数ｆ₂₁の係数は固定とし、定数項ｃ
^border ₈ に対して最小２乗法を行なう。

【０３２３】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₈ ｝ −ｚ^border ₈ （Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解けばよい。

【０３２４】なお、case-6〜8 において、測定値ｚ
^border ₆ ，ｚ^border ₇ ，ｚ^border ₈ 及び面形状関数ｆ
(Ｘ，Ｙ）は、各区域によって、case-5の場合と同様に
定義されるが、値は異なるものである。詳しい説明は前
述と同様なので省略する。

【０３２５】測定点とパタ−ンの位置関係が，図３２の
case-9に示す配置にある場合ついて説明する。図３２の
case-9に示す配置にある測定点は、Ｏ，Ｐ区域の測定点
２３である。そして、この区域での測定点２３の面位置
の測定値をｚ^border ₉ 、面形状関数をｆ (Ｘ，Ｙ）＋ｃ
^border ₉ とする。この時、ｃ^border ₉ は面形状関数の定
数項である。

【０３２６】すると、面位置ｚ^border ₉ は、 ｚ^border ₉ ＝ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ｃ^border ₉ となる。

【０３２７】ここで、ｚ^border ₉ と、定数項を含まない
面形状関数ｆ (Ｘ，Ｙ）はＯ，Ｐ区域で次の値を取るも
のとする。

【０３２８】すなわち、 ｚ^border ₉ (Ｘ，Ｙ）＝ｚ^pattern ₂₃ （ｘ−δｘ，ｙ−δｙ） ｆ (Ｘ，Ｙ）＝ｆ₂₁（ｘ−δｘ，ｙ−δｙ） となり、ｆ₂₁（ｘ−δｘ，ｙ−δｙ）は前述と同様に面
形状関数ｆ₂₁（ｘ，ｙ）に測定点２３に対応する座標値
（ｘ−δｘ，ｙ−δｙ）を代入したものである。

【０３２９】そして、Ｏ，Ｐ区域の測定値ｚ^border ₉ を
面位置デ−タとして用い、面形状関数ｆ₂₁の係数は固定
とし最小２乗法の対象とせず、定数項ｃ^border ₉ に対し
て最小２乗法を実行する。

【０３３０】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₉ ｝ −ｚ^border ₉ （Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解けばよい。

【０３３１】図３２のcase-10 に示す配置にある測定点
は、Ｍ，Ｎ区域の測定点２０である。この区域での測定
点２０の面位置の測定値をｚ^border ₁₀、面形状関数をｆ
(Ｘ，Ｙ）＋ｃ^border ₁₀とする。そして、Ｍ，Ｎ区域の
測定値ｚ^border ₁₀を面位置デ−タとして用い、面形状関
数ｆ₂₁の係数は固定とし、定数項ｃ^border ₁₀に対して最
小２乗法を行なう。

【０３３２】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₁₀｝ −ｚ^border ₁₀（Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解けばよい。

【０３３３】図３２のcase-11 に示す配置にある測定点
は、Ｋ，Ｌ区域の測定点１９である。この区域での測定
点１９の面位置の測定値をｚ^border ₁₁、面形状関数をｆ
(Ｘ，Ｙ）＋ｃ^border ₁₁とする。そして、Ｋ，Ｌ区域の
測定値ｚ^border ₁₁を面位置デ−タとして用い、面形状関
数ｆ₂₁の係数は固定とし、定数項ｃ^border ₁₁に対して最
小２乗法を行なう。

【０３３４】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₁₁｝ −ｚ^border ₁₁（Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解けばよい。

【０３３５】図３２のcase-12 に示す配置にある測定点
は、Ｊ，Ｏ区域の測定点２２である。この区域での測定
点２２の面位置の測定値をｚ^border ₁₂、面形状関数をｆ
(Ｘ，Ｙ）＋ｃ^border ₁₂とする。そして、Ｊ，Ｏ区域の
測定値ｚ^border ₁₂を面位置デ−タとして用い、面形状関
数ｆ₂₁の係数は固定とし、定数項ｃ^border ₁₂に対して最
小２乗法を行なう。

【０３３６】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₁₂｝ −ｚ^border ₁₂（Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解けばよい。

【０３３７】なお、case-10〜12において、測定値ｚ
^border ₁₀ ，ｚ^border ₁₁ ，ｚ^border ₁₂及び面形状関数
ｆ (Ｘ，Ｙ）は、各区域によって、case-9の場合と同様
に定義されるが、値は異なるものである。詳しい説明は
前述と同様なので省略する。

【０３３８】以上、測定点１９〜２３がパタ−ンの上に
ある区域、及び、測定点１９，２０，２２，２３がパタ
−ンの境界上ある区域おける検出オフセットを求めた。

【０３３９】次に求められた定数項ｃ^pattern ₁₉ 〜ｃ
^pattern ₂₃ 及び、ｃ^border ₁ 〜ｃ^border ₁₂の各々の値を
用いて、前述の実施例と同様に面位置計測時に反映させ
るオフセットを算出する。

【０３４０】すなわち、測定点１９〜２３がパタ−ン上
にある場合の各々のオフセットをＰＴ₁₉〜ＰＴ₂₃とする
と、 ＰＴ₁₉＝ｃ^pattern ₁₉ ＰＴ₂₀＝ｃ^pattern ₂₀ ＰＴ₂₁＝ｃ^pattern ₂₁ ＰＴ₂₂＝ｃ^pattern ₂₂ ＰＴ₂₃＝ｃ^pattern ₂₃ となる。

【０３４１】測定点１９，２０，２２，２３がパタ−ン
の境界上ある場合での各測定点のオフセットをＢＤ₁ 〜
ＢＤ₁₂とすると、 ＢＤ₁ ＝ｃ^border ₁ ＢＤ₂ ＝ｃ^border ₂ ＢＤ₃ ＝ｃ^border ₃ ＢＤ₄ ＝ｃ^border ₄ ＢＤ₅ ＝ｃ^border ₅ ＢＤ₆ ＝ｃ^border ₆ ＢＤ₇ ＝ｃ^border ₇ ＢＤ₈ ＝ｃ^border ₈ ＢＤ₉ ＝ｃ^border ₉ ＢＤ₁₀＝ｃ^border ₁₀ ＢＤ₁₁＝ｃ^border ₁₁ ＢＤ₁₂＝ｃ^border ₁₂ となる。

【０３４２】又、測定点２１に対するオフセットを、前
述の実施例と同様に予め実験等により求められたＣＴと
する場合は、測定点１９，２０，２２，２３がパタ−ン
上にある場合の各々のオフセットをＰＴ₁₉ ，ＰＴ
₂₀ ，ＰＴ₂₂，ＰＴ₂₃とすると、 ＰＴ₁₉＝ｃ^pattern ₁₉ −ｃ^pattern ₂₁＋ＣＴ ＰＴ₂₀＝ｃ^pattern ₂₀ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＰＴ₂₂＝ｃ^pattern ₂₂ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＰＴ₂₃＝ｃ^pattern ₂₃ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ となる。

【０３４３】測定点１９，２０，２２，２３がパタ−ン
の境界上ある場合での各測定点のオフセットをＢＤ₁ 〜
ＢＤ₁₂とすると、 ＢＤ₁ ＝ｃ^border ₁ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＢＤ₂ ＝ｃ^border ₂ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＢＤ₃ ＝ｃ^border ₃ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＢＤ₄ ＝ｃ^border ₄ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＢＤ₅ ＝ｃ^border ₅ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＢＤ₆ ＝ｃ^border ₆ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＢＤ₇ ＝ｃ^border ₇ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＢＤ₈ ＝ｃ^border ₈ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＢＤ₉ ＝ｃ^border ₉ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＢＤ₁₀＝ｃ^border ₁₀ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＢＤ₁₁＝ｃ^border ₁₁ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ ＢＤ₁₂＝ｃ^border ₁₂ −ｃ^pattern ₂₁ ＋ＣＴ となる。

【０３４４】ここで求められたオフセットＰＴ₁₉〜ＰＴ
₂₃、及び１２個のオフセットＢＤ₁〜ＢＤ₁₂をメモリー
に格納する。

【０３４５】これで各測定点に反映させるオフセットは
設定できた。露光時のオフセットの反映のさせ方も前述
の実施例と同様であり、フォ−カス制御装置１８がメモ
リ−から読み出す各測定点１９〜２３のオフセットＯＦ
Ｓ₁₉〜ＯＦＳ₂₃は、露光領域が図３１のどの区域（Ａ〜
Ｑ）に属するかで、下表に従った値を取るものとする。

【０３４６】

【表５】 読み出されたオフセットＯＦＳ₁₉〜ＯＦＳ₂₃を用いて、
露光領域の面位置デ−タｚ₁₉〜ｚ₂₃ を補正した値Ｚ₁₉
〜Ｚ₂₃を算出する。

【０３４７】すなわち、前述の実施例２と同様に Ｚ₁₉＝ｚ₁₉−ＯＦＳ₁₉ Ｚ₂₀＝ｚ₂₀−ＯＦＳ₂₀ Ｚ₂₁＝ｚ₂₁−ＯＦＳ₂₁ Ｚ₂₂＝ｚ₂₂−ＯＦＳ₂₂ Ｚ₂₃＝ｚ₂₃−ＯＦＳ₂₃ これらの新たな面位置デ−タＺ₁₉〜Ｚ₂₃に基づいて、露
光領域の最小２乗平面を求める。レチクルパタ−ンの転
写を行なう一連の動作については、前述の実施例２と同
じであるので説明は省略する。

【０３４８】本実施例の方法を用いれば、測定点がパタ
−ンの境界領域にあり、補正すべき検出誤差が１７種類
も存在する場合でも、「面形状関数定数法」を用いて検
出誤差量を決定することが可能となる。しかも、前記実
施例２と比べても、同程度の計測ショット数で検出誤差
（オフセット補正量）を決定することができ、検出誤差
（オフセット補正量）の決定を各ロット多数枚の内一枚
目のウエハに対してのみ行ない、次からのウエハについ
ては一枚目で求めた値を用いるようにすれば、スル−プ
ットの低下は殆ど無視できることは前記実施例と同様で
ある。

【０３４９】以上の検出誤差（オフセット補正量）の決
定手順を、図３２のフロ−チャ−ト図に簡単に示す。

【０３５０】図３４は本発明の実施例４の要部概略図、
図３５は図３４の一部分の拡大説明図である。

【０３５１】図３４，図３５において図１，図２で示し
た要素と同一要素には同符番を付している。

【０３５２】次に本実施例の構成について一部が図１，
図２の実施例１と重複するが説明する。

【０３５３】図３４において、１は縮小型の投影光学系
（投影レンズ系）、Ａｘは投影光学系１の光軸である。
１ａはレチクルであり、その面上には回路パターンが形
成されており、レチクルステージ１ｂ上に載置してい
る。１ｃは照明系であり、レチクル１ａ面上を均一照明
している。投影光学系１はレチクル１ａ面上の回路パタ
ーンをウエハ２面上に縮小投影している。ウエハ２はウ
エハステージ３面上に吸着固定している。

【０３５４】ウエハステージ３は投影光学系１の光軸Ａ
ｘ方向（ｚ方向）と光軸Ａｘを直交する面内（ｘ−ｙ平
面内）の２方向（ｘ，ｙ方向）に移動可能で、かつ光軸
Ａｘと直交する平面（ｘ−ｙ平面）に対して傾き調整で
きるようになっている。

【０３５５】これによりウエハステージ３面上に載置し
たウエハ２の面位置を任意に調整できるようにしてい
る。４はステージ制御装置であり、後述するフォーカス
制御装置１８からの信号に基づいてウエハステージ３を
駆動制御している。

【０３５６】ＳＡは光照射手段、ＳＢは投影手段、ＳＣ
は光電変換手段であり、これらはウエハ２面の面位置情
報を検出する面位置検出装置の一部分を構成している。
尚、投影手段ＳＢと光電変換手段ＳＣとで検出手段ＳＢ
Ｃを構成している。

【０３５７】本実施例では面位置検出装置を用いてレチ
クル１ａ面上の回路パターンを投影光学系１でウエハ２
面上に投影する際に、投影光学系１の許容焦点深度内に
ウエハ２面上の露光領域が位置するようにウエハステー
ジ３を駆動制御している。そしてウエハステージ３をＸ
−Ｙ平面上で逐次移動させ、これにより矩形状のパター
ン領域（ショット）３９をウエハ２面上に順次形成して
いる。

【０３５８】次に本実施例の面位置検出装置の各要素に
ついて説明する。まずウエハ２面上に複数の光束を入射
させる光照射手段ＳＡについて説明する。

【０３５９】５は光源であり、白色ランプ又は相異なる
複数の波長の光を照射するように構成した照明ユニット
より成っている。６はコリメーターレンズであり、光源
５からの光束を断面の強度分布が略均一の平行光束とし
て射出している。

【０３６０】７はプリズム形状のスリット部材であり、
１対のプリズムを互いに斜面が相対するように貼り合わ
せており、この貼り合わせ面に複数の開口（５つのピン
ホール）７１〜７５を有している。８はレンズ系であ
り、両テレセントリック系より成りスリット部材７の複
数のピンホール７１〜７５を通過した独立の５つの光束
７１ａ〜７５ａをミラー９を介してウエハ２面上の５つ
の測定点１９〜２３に略等しい入射角で導光している。

【０３６１】このとき投影像の大きさが略等しいピンホ
ール像となるようにしている。又、このレンズ系８は内
部に各光束７１ａ〜７５ａのＮＡをそろえるための開口
絞り４０を有している。本実施例では以上の各要素５，
６，７，８，９より光照射手段ＳＡを構成している。

【０３６２】本実施例において光照射手段ＳＡからの各
光束のウエハ２面上への入射角φ（ウエハ面に立てた垂
線と成す角）はφ＝７０°以上である。ウエハ２面上に
は図２３に示すように複数個のパターン領域（露光領域
ショット）３９が配列している。レンズ系８を通過した
５つの光束７１ａ〜７５ａはパターン領域３９の互いに
独立した各測定点１９〜２３に入射している。

【０３６３】そしてウエハ２面上に入射する５つの光束
７１ａ〜７５ａがウエハ２の垂直方向（光軸Ａｘ方向）
から観察したとき図３５に示すように互いに独立して観
察されるようにウエハ２面上にＸ方向（ショット配列方
向）からＸＹ平面内でθ°（θ＝２２．５°）回転させ
た方向より入射させている。これにより実施例１と同様
の効果を得ている。

【０３６４】尚、スリット部材７の５個のピンホール７
１〜７５はウエハ２面とシャインプルーフの条件を満足
するようにウエハ２と共役な同一平面上に設けている。
又スリット部材７のピンホール７１〜７５の大きさと形
状、そしてレンズ系８からの距離等はウエハ２面上で互
いに略同一の大きさのピンホール像を形成するように設
定している。

【０３６５】本実施例では以上の各要素５，６，７，
８，９から成る光照射手段ＳＡにより、ウエハ２面上に
複数の光束（ピンホール）を入射させている。尚、本実
施例においてウエハ２面上の測定点は５点に限らずいく
つあっても良い。

【０３６６】次にウエハ２面からの複数の反射光束をＣ
ＣＤより成る位置検出素子としての光電変換手段ＳＣの
検出面１７に導光し、結像させる投影手段ＳＢについて
説明する。

【０３６７】１１は受光レンズであり、両テレセントリ
ック系より成っている。ウエハ２面からの５つの反射光
束はミラー１０を介して受光レンズ１１に入射してい
る。そして受光レンズ１１は各測定点１９〜２３に対し
て各位置２４〜２８にピンホール像を形成している。４
１は受光レンズ１１に設けたストッパーであり、実施例
１と同様の効果を有している。各位置２４〜２８のピン
ホール像からの光束は独立に設けた５つの補正光学系１
２〜１６に入光している。

【０３６８】補正光学系１２〜１６は受光レンズ１１が
両テレセントリック系であるので、その光軸が互いに平
行となっており、各位置２４〜２８に形成したピンホー
ル像を光電変換手段ＳＣの検出面１７上に互いに同一の
大きさのスポット光となるよう再結像させている。光電
変換手段ＳＣは単一の２次元ＣＣＤより成っている。本
実施例では以上の各要素１０，１１，１２〜１６より投
影手段ＳＢを構成している。

【０３６９】尚、補正光学系１２〜１６は各々所定の厚
さの平行平面板とレンズ系を有しており、受光レンズ１
１の光軸に対して共軸あるいは偏心している。このとき
平行平面板は各レンズ系の光路長を補正するために用い
ている。又レンズ系は各測定点１９〜２３の検出面１７
上における結像倍率（投影倍率）が略等しくなるように
補正するために設けている。

【０３７０】すなわち、本実施例の如く複数の光束をウ
エハ面上に斜入射させる斜入射結像光学系では受光レン
ズ１１に対して距離の異なる複数の測定点１９〜２３が
光電変換手段ＳＣの検出面１７上に結像する際、その結
像倍率が互いに異なってくる。

【０３７１】そこで本実施例では各測定点に対して補正
光学系１２〜１６を設けて、これらの各測定点１９〜２
３の検出面１７上における投影倍率が略等しくなるよう
にしている（尚、この補正光学系については本出願人の
先の特願平２−４４２３６号で詳細に説明してい
る。）。

【０３７２】そしてこのときウエハ２面の各測定点１９
〜２３の面位置（高さ方向、光軸Ａｘ方向）によって検
出面１７上に入射するピンホール像（スポット光）の位
置が変化するようにしている。光電変換手段ＳＣはこの
ときのピンホール像の位置変化を検出している。これに
より本実施例ではウエハ２面上の各測定点１９〜２３の
面位置情報を同一精度で検出できるようにしている。

【０３７３】又、投影手段ＳＢを介してウエハ２面上の
各測定点１９〜２３と光電変換手段ＳＣの検出面１７と
が互いに共役となるようにして（各測定点１９〜２３に
対して倒れ補正を行なって）いる。これにより各測定点
１９〜２３の局所的な傾きによって検出面１７上でのピ
ンホール像の位置が変化せず、ウエハ２の表面の光軸Ａ
ｘ方向の各測定点の局所的な高さ位置の変化、すなわち
測定点１９〜２３の高さに応答して検出面１７上でのピ
ンホール像の位置が変化するようにしている。

【０３７４】光電変換手段ＳＣは検出面１７面上に入射
したピンホール像の入射位置情報を検出している。光電
変換手段ＳＣで得られた各測定点１９〜２３におけるピ
ンホール像の入射位置情報はフォーカス制御手段１８に
入力している。

【０３７５】フォーカス制御手段１８は光電変換手段Ｓ
Ｃからの各測定点１９〜２３の高さ情報（面位置情報）
を得て、これよりウエハ２の表面の位置情報、すなわち
光軸Ａｘ方向（ｚ方向）に関する位置やＸ−Ｙ平面に対
する傾き等を求めている。そしてウエハ２の表面が投影
光学系１によるレチクル１ａの投影面と略一致するよう
にウエハステージ３の駆動量に関する信号をステージ制
御装置４に入力している。

【０３７６】ステージ制御装置４はフォーカス制御手段
１８からの入力信号に応じてウエハステージ３を駆動制
御し、ウエハ２の位置と姿勢を調整している。

【０３７７】尚、ウエハステ−ジ３のｘｙ方向の変位
は、不図示のレ−ザ−干渉計を用いて周知の方法により
測定され、ウエハステ−ジ３の変位量を示す信号が、レ
−ザ−干渉計から信号線を介してステ−ジ制御装置４に
入力される。

【０３７８】又、ステ−ジ制御装置４はウエハステ−ジ
３のｘｙ方向の位置制御を行なうとともに、信号線を介
してフォ−カス制御装置１８から入力される信号に基づ
いて、ウエハステ−ジ３のｚ方向への移動制御と傾き制
御を行なっている。これは先の実施例１でも同様であ
る。

【０３７９】次に本実施例におけるウエハ２上のパター
ン領域３９の面位置の検出方法について説明する。

【０３８０】前述した様に、図３４の光学式の面位置検
出装置によるウエハ２の表面位置検出時に生じる検出誤
差の主たる要因は、ウエハ２のレジスト表面で反射した
光とウエハ２の基板面で反射した光との干渉である。こ
の干渉の影響は、ウエハ基板面に形成されたパタ−ンに
よって異なるため、複数の測定点１９〜２３毎に干渉に
よる計測誤差は異なった値となる。

【０３８１】図３４に示すような縮小投影露光装置で
は、ステップ＆リピ−ト方式によりレチクル１ａ上のパ
タ−ンをウエハ２上の各露光領域に順次転写している。
このとき面位置検出及びパタ−ン転写を行なう前に、ウ
エハ２の露光領域に既に形成されているＩＣパタ−ンと
レチクルパタ−ンとの位置合わせを行なっている。

【０３８２】光学式の面位置検出装置は投影レンズ系１
に対して固定されており、レチクル１ａも投影レンズ系
１に対して一定位置に位置合わせされている。それゆ
え、レチクルパタ−ンとウエハ２の露光領域との位置合
わせ後に面位置検出を行なえば、測定点１９〜２３は、
ウエハ２上に配列した各露光領域中のほぼ同一箇所の高
さ位置を検出する事になる。

【０３８３】この事は、測定点１９〜２３が各露光領域
中の同一基板（パタ−ン）構造を持つ箇所の高さ位置を
検出している事に相当する。

【０３８４】このため、ウエハ２のレジスト表面で反射
した光とウエハ２の基板面で反射した光との干渉による
検出結果に対する影響は、露光領域中の各測定点に固有
の値となる事が予想でき、本発明者は実際に各測定毎に
ほぼ一定の検出誤差が生じる事を実験により確認した。

【０３８５】この現象を面位置検出に応用し、各測定点
毎の検出誤差をあらかじめ計測しておき、この各測定点
毎の検出誤差を、露光領域の各測定点に関する面位置デ
−タから補正してやり正確な面位置情報を得る方法を、
本出願人は特開平２−１０２５１８号公報で提案してい
る。

【０３８６】本実施例では露光領域３９と面位置検出装
置の計測点１９〜２３の位置関係が、図３６に示す様に
測定点１９，２０，２２，２３を結んだ矩形と露光領域
３９の矩形がほぼ等しいとしている。

【０３８７】この時、測定点２１は露光領域３９の略中
央部にあり、面位置計測時には光軸ＡＸと交わるよう、
予め面位置検出装置は取付位置の調整をしている。残り
の測定点１９，２０，２２，２３は、露光領域３９の周
辺部にあり、予め測定点１９〜２３の高さ計測の原点
が、同一平面にあるように調整し、この平面は、縮小投
影レンズ系１の最良結像面に略一致するようにしてい
る。

【０３８８】この時、測定点１９〜２３のそれぞれがパ
タ−ンの上にあるか境界上にあるかで、図３７に示す様
に露光領域はＡ〜Ｑの１７の区域に分けられる。

【０３８９】又測定点の各々が、パタ−ンの境界上にあ
る場合、図３８のcase-1〜case-12に示す様に１２通り
の位置関係が考えられる。図３８中で、丸は測定点を表
わし、斜線部はパタ−ン上にある測定点の一部分を示す
ものである。測定点とパタ−ンの境界の位置関係が１２
通り存在するということは、測定点が境界領域にある区
域で検出誤差（オフセット補正量）も１２種類存在する
ことを意味している。

【０３９０】ここで、測定点１９〜２３毎に、パタ−ン
の上にある区域、境界領域にある区域を考えると、下表
の様になる。

【０３９１】

【表６】 更に、境界領域にある区域では、測定点１９、２０、２
２、２３は下表に示すように、測定点とパタ−ンの位置
関係が異なるものである。

【０３９２】

【表７】 すると、パタ−ンの上にある区域での検出誤差が５種
類、パタ−ンとの境界領域にある区域での検出誤差が１
２種類、計１７種類の検出誤差の求めてやる必要があ
る。

【０３９３】本発明の実施例３では、計測点とパタ−ン
の位置関係が，例えば、図３８のcase-9に示す配置にあ
る場合、すなわちＯ，Ｐ区域の測定点２３のオフセット
は下記のように決定される。

【０３９４】予め、複数の露光領域に対する測定点２１
の測定値より決定された、定数項を含まない面形状関数
を、ｆ (Ｘ，Ｙ）とし、Ｏ，Ｐ区域の測定点２３の面位
置の測定値をｚ^border ₉ （Ｘ，Ｙ）とした時、面形状関
数ｆ₂₁の係数は固定とし最小２乗法の対象とせず、定数
項ｃ^border ₉ に対して最小２乗法を実行する。

【０３９５】すなわち、 ∬［｛ｆ (Ｘ，Ｙ）＋ ｃ^border ₉ ｝ −ｚ^border ₉ （Ｘ，Ｙ）］² ｄＸｄＹ＝０ なる式を解き、この定数項ｃ^border ₉ の値をＯ，Ｐ区域
の測定点２３のオフセットとするものである。

【０３９６】しかしこの方法では、測定点２１のｘｙ座
標を（ｘ，ｙ）、測定点２３のｘｙ座標を( ｘ−δｘ，
ｙ−δｙ）とすると、測定点２３の面位置を（δｘ，δ
ｙ）離れた測定点２１を表わす面形状関数で外挿し、外
挿値との差分が、干渉の影響によって生じる計測誤差分
であると仮定して、オフセット値を決定しているため、
測定点２１，２３の間にトポグラフィ−の変化（凹凸）
があると求められたオフセット値に測定誤差が生じてし
まう場合がある。

【０３９７】このトポグラフィ−の変化は、オフセット
値決定のための予め決められた露光領域の数が多い場合
は、平均化効果でその影響が実質的に無視できる量まで
減少されるが、ウエハ周辺部の様に、すなわちcase-9に
示されるＯ，Ｐ区域の測定点２３のオフセットを求める
場合などは、オフセット値決定のための露光領域が２つ
しか選べず、トポグラフィ−の変化の影響は誤差量とな
ってしまう場合がある。

【０３９８】そこで本実施例では、ウエハ周辺部の様に
露光領域内に凹凸がある場合でも、この局部的なトポグ
ラフィ−の影響を、下記に述べる方法を用いて改善して
いる。

【０３９９】始めに、検出誤差測定のための露光領域３
９を、予めＫ，Ｍ，Ｏ，Ｑ区域の４つに決定しておくも
のとする。

【０４００】Ｋ，Ｍ，Ｏ，Ｑ区域の４つを選んだ理由
は、下表に示す通り

【０４０１】

【表８】 パタ−ンの上にある区域での検出誤差が５種類、パタ−
ンとの境界領域にある区域での検出誤差が１２種類、計
１７種類の検出誤差を全て含む事ができるからである。

【０４０２】又、本実施例の面位置検出装置は、測定点
１９〜２３上の各ピンホ−ル像をほぼ等しく形成すると
共に、補正光学系を各々の測定点に対して設ける事で複
数計測点の各測定点の高さ位置を検出する倍率・分解能
・精度をお互いに略等しくしている。

【０４０３】更に、レンズ系８内に設けられた開口絞り
４０によってＮＡをほぼ同一に揃えた上、レンズ系８に
より射出側がテレセントリックとし各光束７１ａ〜７５
ａの測定点１９〜２３に対しほぼ等しい角度で入射させ
ている。

【０４０４】すなわち、本実施例の面位置検出装置は、
複数の測定点１９〜２３の光学特性が全て等しい構成を
とっている。それ故、測定点１９，２０，２２，２３の
検出誤差を、測定点２１を用いて求める事が可能とな
る。

【０４０５】まず、ウエハステ−ジ３を移動させ、ウエ
ハ２上のＫ区域の露光領域３９を投影レンズ系１の真下
に送り込み、レチクルパタ−ンとの位置合わせを行う。
この時、ウエハステ−ジ３の移動制御はレ−ザ−干渉計
からの出力信号を用いて行なう。そして、測定点２１の
高さ位置計測値（光軸ＡＸ方向）がほぼ零となる高さ位
置に、ウエハ２を固定する。

【０４０６】次に、Ｋ区域の露光領域３９の右上り対角
方向（一点鎖線で表示）に、直線状に並んだ（ｎ＋１）
個の測定点を設ける。この測定点は、図３６に示す計測
点１９，２１，２３の位置を必ず含むものとする。又、
左上り対角方向（一点鎖線で表示）に、直線状に並んだ
（ｎ＋１）個の測定点を設ける。この測定点は、図３６
に示す計測点２０，２１，２２の位置を必ず含むものと
する。

【０４０７】そして、光軸ＡＸ方向の位置を前述の高さ
位置に保った状態で、ウエハステ−ジ３を右上り対角方
向に順次ステップ移動させ、直線状に並んだ（ｎ＋１）
個の位置で、測定点２１のみを用い高さ位置計測を行な
う。この時の高さ位置計測値を、 Ｆ^K _r (ｍ） （ｍ＝１〜ｎ＋１） とする。

【０４０８】又、光軸ＡＸ方向の位置を前述の高さ位置
に保った状態で、ウエハステ−ジ３を左上り対角方向に
順次ステップ移動させ、直線状に並んだ（ｎ＋１）個の
位置で、測定点２１のみを用い高さ位置計測を行なう。
この時の高さ位置計測値を、 Ｆ^K _l (ｍ） （ｍ＝１〜ｎ＋１） とする。この高さ位置Ｆ^K _r (ｍ），Ｆ^K _l (ｍ）に対応す
る測定点２１の信号が、位置検出素子１７からフォ−カ
ス制御装置１８に入力され、メモリ−に記憶される。

【０４０９】同様に、ウエハ２上のＭ，Ｏ，Ｑ区域の露
光領域３９各を、ウエハステ−ジ３を移動させ、投影レ
ンズ系１の真下に送り込み、レチクルパタ−ンとの位置
合わせ後、上述と同様の測定を順次行なうものとする。
これらの高さ位置計測値を、 Ｆ^M _r (ｍ） （ｍ＝１〜ｎ＋１） Ｆ^M _l (ｍ） （ｍ＝１〜ｎ＋１） Ｆ^O _r (ｍ） （ｍ＝１〜ｎ＋１） Ｆ^O _l (ｍ） （ｍ＝１〜ｎ＋１） Ｆ^Q _r (ｍ） （ｍ＝１〜ｎ＋１） Ｆ^Q _l (ｍ） （ｍ＝１〜ｎ＋１） とする。

【０４１０】この高さ位置Ｆ^M _r (ｍ），Ｆ^M _l (ｍ），Ｆ
^O _r (ｍ），Ｆ^O _l (ｍ），Ｆ^Q _r (ｍ），Ｆ^Q _l (ｍ）に対応
する測定点２１の信号が、位置検出素子１７からフォ−
カス制御装置１８に入力され、メモリ−に記憶される。

【０４１１】次に計測誤差の補正値の求め方を説明す
る。

【０４１２】Ｋ区域に存在する露光領域３９は、図３９
（Ａ）に示すような平面構造を持つものとする。９１は
メモリ−等が形成されている領域とし、９２はボンディ
ングパッド等が形成されているスクライブライン領域で
ある。Ｋ区域に存在する露光領域３９の左、左下、下に
は、露光領域３９が隣接しているが、周囲の他の方向に
パタ−ンの形成されていないウエハ領域９３が隣接して
いるものとする。

【０４１３】Ｋ区域に存在する露光領域３９の、右上り
対角方向の断面構造は、図３９（Ｂ）に示す構造を持っ
ているものとする。メモリ−等が形成されている領域９
１は、凸のトポグラフィ−を示し、ボンディングパッド
等が形成されているスクライブライン領域９２は凹のト
ポグラフィ−を示し、パタ−ンの形成されていないウエ
ハ領域９３は更に凹のトポグラフィ−を示すものとす
る。しかし、露光領域３９の表面は、レジスト層５０が
全面に塗布された状態で、ほとんど平坦なトポグラフィ
−を示しているものである。

【０４１４】又、図３９（Ｂ）の場合は、ウエハステ−
ジ３の移動するｘｙ平面に対して、傾きのない場合を示
している。

【０４１５】図３９（Ｃ）は、ウエハの周辺部に位置す
るＫ区域の露光領域３９が、片側にソリを持つ場合を示
している。

【０４１６】図４０（Ａ）に、このＫ区域の露光領域３
９を、光軸ＡＸ方向の位置を前述の高さ位置に保った状
態で、ウエハステ−ジ３を右上り対角方向に移動させた
場合の、測定点２１の高さ位置計測値を示す。実線６０
は、仮にウエハステ−ジ３を連続的に移動させた場合に
得られる測定点２１の連続的な高さ位置計測値を示す。
白丸は、ウエハステ−ジ３を順次ステップ移動させ、直
線状に並んだ（ｎ＋１）個の位置での測定点２１の高さ
位置計測値である。

【０４１７】本構成例では、図３４の計測光の入射角度
φを７０度以上に定めてやることでレジスト層５０の表
面での反射率が高くなる様にし、レジスト層５０の表面
近傍の高さ位置を計測できる様に構成しているが、前述
の様にレジスト層を透過しウエハ基板で反射する成分が
ゼロではなく、レジスト層５０の表面で反射する成分と
ウエハ基板で反射する成分の干渉により、高さ位置の計
測値に計測誤差が生じることになる。

【０４１８】この計測誤差は、図４０（Ａ）中の計測値
６１〜６５に見られる様に、計測点２１が、干渉条件の
異なる領域９１と９２、あるいは領域９２と９３の境界
部に位置した場合に最も顕著になる。又計測点２１が、
同一領域内に位置する場合は、レジスト層５０の表面の
トポグラフィ−をほぼ忠実に計測することになる。それ
ゆえこの計測誤差は、計測点２１が干渉条件の異なる領
域上に掛かりだすと生じ始めるものであり、計測誤差の
生じる範囲は、計測点２１が境界部を通過する範囲、す
なわちウエハ上での計測点２１の大きさ内となる。

【０４１９】図４０（Ｂ）は、図３９（Ｃ）に示すＫ区
域の露光領域３９が片側にソリを持つ場合の、測定点２
１の高さ位置計測値である。ウエハ周辺部では、ソリ等
が生じているのが一般的であると考えられ、何らかの方
法で、図４０（Ｂ）の測定値よりソリ等の影響を除き、
図４０（Ａ）に示す状態に測定値を補正した上で、検出
誤差の補正量を決定しなければならない。

【０４２０】我々は多数の実験の結果、図４０（Ｂ）に
おいて、計測値６１〜６５に見られる干渉の影響による
測定誤差の半周期（計測値の山又は谷一つ分）は、たか
だかウエハ上の計測点２１の大きさと同等、又はそれ以
下（〜3mm)で、露光領域３９の対角方向の長さ（〜30m
m) に対して短いため、ウエハステ−ジを移動させて計
測した高さ計測値の「周波数の高い成分」となっている
事、これに対しウエハのソリ等の影響は「周波数の低い
成分」となっており、たかだか３次の曲線で近似が可能
な事を確認した。

【０４２１】なお、この測定の際、（ｎ＋１）個の計測
点のサンプリング間隔は、ウエハ上の計測点２１の大き
さと同等、又はそれ以下に設定してやると、十分な精度
でソリ等の成分を３次の曲線で近似できる事を確認し
た。

【０４２２】この図４０（Ｂ）におけるウエハのソリ等
の影響分は、下記の様に求める。

【０４２３】すなわち３次曲線を ｆ_bend ^K _r（ｍ）＝ａ・ｍ³ ＋ｂ・ｍ² ＋ｃ・ｍ＋ｄ とする。ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄは定数である。

【０４２４】この３次曲線ｆ_bend（ｍ）の定数ａ〜ｄに
対して、離散的な計測値Ｆ^K _r (ｍ）を用いて、最小２乗
法を行なう。

【０４２５】すなわち、 ∫｛ｆ_bend ^K _r（ｍ）−Ｆ^K _r (ｍ）｝² ｄｍ＝０ （ｍ
＝１〜ｎ＋１） の計算を行ない、ｆ_bend ^K _r（ｍ）を決定する。

【０４２６】この様にして決定されたソリ等の成分ｆ
_bend ^K _r（ｍ）を図４０（Ｃ）に示した。

【０４２７】次に、図４０（Ｂ）における計測値Ｆ^K _r
(ｍ）に対して、ソリ等の成分を除いた値、すなわち、 Ｆ_pattern ^K _r (ｍ）＝Ｆ^K _r (ｍ）−ｆ_bend ^K _r（ｍ）（ｍ
＝１〜ｎ＋１） を算出する。ここで、Ｆ_pattern ^K _r (ｍ）は、図４０
（Ａ）の状態に補正されている。

【０４２８】以下、同様に ∫｛ｆ_bend ^K _l（ｍ）−Ｆ^K _l (ｍ）｝² ｄｍ＝０ ∫｛ｆ_bend ^M _r（ｍ）−Ｆ^M _r (ｍ）｝² ｄｍ＝０ ∫｛ｆ_bend ^M _l（ｍ）−Ｆ^M _l (ｍ）｝² ｄｍ＝０ ∫｛ｆ_bend ^O _r（ｍ）−Ｆ^O _r (ｍ）｝² ｄｍ＝０ ∫｛ｆ_bend ^O _l（ｍ）−Ｆ^O _l (ｍ）｝² ｄｍ＝０ ∫｛ｆ_bend ^Q _r（ｍ）−Ｆ^Q _r (ｍ）｝² ｄｍ＝０ ∫｛ｆ_bend ^Q _l（ｍ）−Ｆ^Q _l (ｍ）｝² ｄｍ＝０ （ｍ＝１〜ｎ＋１） を計算し、各々の３次曲線の係数を決定した後、 Ｆ_pattern ^K _l (ｍ）＝Ｆ^K _l (ｍ）−ｆ_bend ^K _l（ｍ） Ｆ_pattern ^M _r (ｍ）＝Ｆ^M _r (ｍ）−ｆ_bend ^M _r（ｍ） Ｆ_pattern ^M _l (ｍ）＝Ｆ^M _l (ｍ）−ｆ_bend ^M _l（ｍ） Ｆ_pattern ^O _r (ｍ）＝Ｆ^O _r (ｍ）−ｆ_bend ^O _r（ｍ） Ｆ_pattern ^O _l (ｍ）＝Ｆ^O _l (ｍ）−ｆ_bend ^O _l（ｍ） Ｆ_pattern ^Q _r (ｍ）＝Ｆ^Q _r (ｍ）−ｆ_bend ^Q _r（ｍ） Ｆ_pattern ^Q _l (ｍ）＝Ｆ^Q _l (ｍ）−ｆ_bend ^Q _l（ｍ） （ｍ＝１〜ｎ＋１） を算出し、ソリ等の影響を除去する。

【０４２９】始めに露光領域３９の中心の測定点２１に
対する、「パターン上の計測点１９，２０，２２，２
３」の相対誤差量ＰＴ₁₉′ ，ＰＴ₂₀′ ，ＰＴ₂₂′ ，
ＰＴ₂₃′ ，及び「境界領域上の計測点１９，２０，２
２，２３の case-1 〜case-12」の相対誤差量ＢＤ₁ ′
〜ＢＤ₁₂ ′を求める。

【０４３０】すなわち、 ＰＴ₁₉′ ＝Ｆ_pattern ^O _r(n+1)−Ｆ_pattern ^O _r((n/2)+1) ＰＴ₂₀′ ＝Ｆ_pattern ^Q _l（１）−Ｆ_pattern ^Q _l((n/2)+1) ＰＴ₂₂′ ＝Ｆ_pattern ^M _l(n+1)−Ｆ_pattern ^M _l((n/2)+1) ＰＴ₂₃′ ＝Ｆ_pattern ^K _r（１）−Ｆ_pattern ^K _r((n/2)+1) となり、 ＢＤ₁ ′ ＝F_pattern ^K _l(n+1)−Ｆ_pattern ^K _l((n/2)+1) ＢＤ₂ ′ ＝F_pattern ^O _l（１）−Ｆ_pattern ^O _l((n/2)+1) ＢＤ₃ ′ ＝F_pattern ^M _r(n+1)−Ｆ_pattern ^M _r((n/2)+1) ＢＤ₄ ′ ＝F_pattern ^Q _r（１）−Ｆ_pattern ^Q _r((n/2)+1) ＢＤ₅ ′ ＝F_pattern ^K _l（１）−Ｆ_pattern ^K _l((n/2)+1) ＢＤ₆ ′ ＝F_pattern ^Q _r(n+1)−Ｆ_pattern ^Q _r((n/2)+1) ＢＤ₇ ′ ＝F_pattern ^O _l(n+1)−Ｆ_pattern ^O _l((n/2)+1) ＢＤ₈ ′ ＝F_pattern ^M _r（１）−Ｆ_pattern ^M _r((n/2)+1) ＢＤ₉ ′ ＝F_pattern ^O _r（１）−Ｆ_pattern ^O _r((n/2)+1) ＢＤ₁₀′ ＝F_pattern ^M _l（１）−Ｆ_pattern ^M _l((n/2)+1) ＢＤ₁₁′ ＝F_pattern ^K _r(n+1)−Ｆ_pattern ^K _r((n/2)+1) ＢＤ₁₂′ ＝F_pattern ^Q _l(n+1)−Ｆ_pattern ^Q _l((n/2)+1) となる。

【０４３１】ここで、測定点２１の計測値に反映させる
オフセットをＰＴ₂₁とすると、ウエハにパタ−ンを露光
し実験により求め、予めメモリ−に格納されている値Ｃ
Ｔとすると、 ＰＴ₂₁＝ＣＴ と定める。

【０４３２】この様に、周辺の測定点１９，２０，２
２，２３の高さ位置計測の基準となる計測点２１のオフ
セットとして実験値を用いる事で、全体のオフセット値
の信頼性を向上させている。

【０４３３】すると、測定点１９〜２３の計測値に反映
させる１７種類のオフセット、すなわち「パタ−ン上の
計測点１９〜２３」に反映させるオフセットＰＴ₁₉〜Ｐ
Ｔ₂₃、及び「境界領域上の計測点１９、２０、２２、２
３の case-1 〜case-12 」として反映させるオフセット
ＢＤ₁ 〜ＢＤ₁₂は下記の様になる。

【０４３４】すなわち、 ＰＴ₁₉＝ＰＴ₁₉′ ＋ＣＴ ＰＴ₂₀＝ＰＴ₂₀′ ＋ＣＴ ＰＴ₂₁＝ＣＴ ＰＴ₂₂＝ＰＴ₂₂′ ＋ＣＴ ＰＴ₂₃＝ＰＴ₂₃′ ＋ＣＴ 及び、 ＢＤ₁ ＝ＢＤ₁ ′ ＋ＣＴ ＢＤ₂ ＝ＢＤ₂ ′ ＋ＣＴ ＢＤ₃ ＝ＢＤ₃ ′ ＋ＣＴ ＢＤ₄ ＝ＢＤ₄ ′ ＋ＣＴ ＢＤ₅ ＝ＢＤ₅ ′ ＋ＣＴ ＢＤ₆ ＝ＢＤ₆ ′ ＋ＣＴ ＢＤ₇ ＝ＢＤ₇ ′ ＋ＣＴ ＢＤ₈ ＝ＢＤ₈ ′ ＋ＣＴ ＢＤ₉ ＝ＢＤ₉ ′ ＋ＣＴ ＢＤ₁₀＝ＢＤ₁₀′ ＋ＣＴ ＢＤ₁₁＝ＢＤ₁₁′ ＋ＣＴ ＢＤ₁₂＝ＢＤ₁₂′ ＋ＣＴ とする。

【０４３５】ここで求められた、４個のオフセットＰＴ
₁₉ ，ＰＴ₂₀ ，ＰＴ₂₂ ，ＰＴ₂₃及び１２個のオフセ
ットＢＤ₁ 〜ＢＤ₁₂をメモリーに格納する。

【０４３６】これで各測定点に反映させるオフセットは
設定できたので、次に露光時のオフセットの反映のさせ
方を説明する。

【０４３７】オフセット設定終了後、ウエハ２上の第１
露光領域が投影レンズ系１の真下に来るようにウエハス
テ−ジ３を動かし、レチクルパタ−ンに対して第１露光
領域を位置合わせする。位置合わせ終了後、面位置検出
装置により第１露光領域の５つの測定点１９〜２３の面
位置検出を行ない、位置検出素子１７からの出力信号に
基づいてフォ−カス制御装置１８内で各測定点の面位置
デ−タを形成する。

【０４３８】フォ−カス制御装置１８は、メモリ−から
各測定点１９〜２３のオフセットＯＦＳ₁₉〜ＯＦＳ₂₃を
読み出すものとする。

【０４３９】この時、第１露光領域が図３７のどの区域
（Ａ〜Ｑ）に属するかで、読み出すオフセットＯＦＳ₁₉
〜ＯＦＳ₂₃は下表に従った値を取るものとする。

【０４４０】

【表９】 読み出されたオフセットＯＦＳ₁₉〜ＯＦＳ₂₃で、第１露
光領域の５つの計測点の面位置デ−タｚ₁₉〜ｚ₂₃ を補
正した値Ｚ₁₉〜Ｚ₂₃を算出する。

【０４４１】すなわち、 Ｚ₁₉＝ｚ₁₉−ＯＦＳ₁₉ Ｚ₂₀＝ｚ₂₀−ＯＦＳ₂₀ Ｚ₂₁＝ｚ₂₁−ＯＦＳ₂₁ Ｚ₂₂＝ｚ₂₂−ＯＦＳ₂₂ Ｚ₂₃＝ｚ₂₃−ＯＦＳ₂₃ とする。フォ−カス制御装置１８は、この新たな面位置
デ−タＺ₁₉〜Ｚ₂₃に基づいて、第１露光領域の最小２乗
平面を求める。

【０４４２】更にフォ−カス制御装置１８は、算出され
た最小２乗平面の結果に応じた指令信号をステ−ジ制御
装置４へ入力し、ウエハステ−ジ３上のウエハ２の光軸
ＡＸ方向の位置と傾きが調整（補正）される。これによ
って、ウエハ２上の第１露光領域を投影レンズ系１の最
良結像面に位置付ける。そして、この面位置の調整終了
後、第１露光領域を露光してレチクルパタ−ンの転写を
行なう。

【０４４３】第１露光領域に対する露光が終了したら、
ウエハ２上の第２露光領域が投影レンズ系１の真下に来
るようにウエハステ−ジ３を駆動し、上記同様の面位置
検出、面位置調整、露光動作を実行する。この一連の動
作を、最終露光領域の露光が終了するまで実行した後、
ウエハ２をウエハステ−ジ３より搬出する。

【０４４４】以上、説明したウエハ表面の各測定点にお
ける検出誤差（オフセット補正量）の決定は、形成され
るパタ−ンが異なる各工程について行なう必要がある。

【０４４５】しかしながら、その頻度は各工程について
一度行なえば十分であり、各工程の初めに検出誤差（オ
フセット補正量）を決定し、制御装置内のメモリ−にそ
の値を格納しておけば、半導体チップ製造のスル−プッ
トを殆ど低下させることなく、生産を行うことができ
る。

【０４４６】又、このＫ，Ｍ，Ｏ，Ｑ区域の４ショット
に対し、右上り、左上りの対角方向の計測を１１点ずつ
行なった場合、各ショット間でのステップ移動、及び位
置合わせに必要な時間を０．４秒，対角方向の計測点間
の移動、及び計測時間を０．２秒とすると、検出誤差
（オフセット補正量）を求めるために必要な時間は約２
０秒弱に過ぎない。

【０４４７】前述のように検出誤差（オフセット補正
量）の決定を各ロット多数枚の内一枚目のウエハに対し
てのみ行ない、次からのウエハについては一枚目で求め
た値を用いるようにすれば、スル−プットの低下は殆ど
無視できる。

【０４４８】この場合の計測手順を、図４１，図４２の
フロ−チャ−ト図に簡単に示す。

【０４４９】前述の実施例４では、測定点２１のオフセ
ットを実験により定め、この値を基準に残りのオフセッ
トを決定していたが、下記の様に全てのオフセットを自
動設定してやり、オフセット設定の作業性を向上させる
事も可能である。

【０４５０】図４０（Ａ）に示したＫ区域の干渉の影響
で生じる測定誤差は、前述の様にパタ−ンの境界に測定
点が位置した場合に顕著になり、図４０（Ａ）の測定値
６２、６３の様に測定点の下のパタ−ンが領域９１と９
２の境界で同一であっても、領域の配置が逆であると、
生じる測定誤差の大きさ（絶対値）は同じでも、その符
合は逆転するものである。

【０４５１】ここで、（ｎ＋１）個の高さ位置計測値を
考えた場合、測定値６２と６３，６１と６４は互いにキ
ャンセルするが、スクライブライン領域９２とパタ−ン
の形成されていない領域９３との境界領域の測定値６５
のみ残る結果となる。

【０４５２】それ故、図４０（Ａ）に示したＫ区域の
（ｎ＋１）個の高さ位置計測値の平均値を考えると、 {1/(n+1)} ・Σ｛Ｆ^K _r (ｍ）｝＝Ｃ_pattern ^K _r （ｍ＝
１〜ｎ＋１） と図４０（Ａ）の８０に示す一定値に収束する。

【０４５３】次に、図４３にウエハ２上でＫ区域と中心
対称の位置にある、Ｏ区域における右上りの計測値のソ
リ等の成分を補正した値「Ｆ_pattern ^O _r (ｍ）」を示
す。

【０４５４】ここで、（ｎ＋１）個の高さ位置計測値を
考えた場合、測定値６２と６３，６１と６４は互いにキ
ャンセルし、スクライブライン領域９２とパタ−ンの形
成されていない領域９３との境界領域の測定値６５の
み、図４０（Ａ）に示したＫ区域と逆符合で残る結果と
なる。

【０４５５】それ故、図４３に示したＯ区域の（ｎ＋
１）個の高さ位置計測値の平均値を考えると、 {1/(n+1)} ・Σ｛Ｆ^o _r (ｍ）｝＝Ｃ_pattern ^o _r （ｍ
＝１〜ｎ＋１） と図４３の８１に示す一定値に収束する。

【０４５６】すると、下記の値は {1/(n+1)} ・Σ｛Ｆ_pattern ^K _r (ｍ）＋Ｆ_pattern ^O _r (ｍ）｝ ＝Ｃ_pattern ^K _r ＋Ｃ_pattern ^O _r ＝０ となり、干渉の影響で生じる測定誤差が打ち消し合う事
になる。

【０４５７】同様に、ウエハ２上で中心対称の位置にあ
る区域の測定値の間には、 {1/(n+1)} ・Σ｛Ｆ_pattern ^K _l (ｍ）＋Ｆ_pattern ^O _l (ｍ）｝ ＝Ｃ_pattern ^K _l ＋Ｃ_pattern ^O _l ＝０ 及び、 {1/(n+1)} ・Σ｛Ｆ_pattern ^M _r (ｍ）＋Ｆ_pattern ^Q _r (ｍ）｝ ＝Ｃ_pattern ^M _r ＋Ｃ_pattern ^Q _r ＝０ 及び、 {1/(n+1)} ・Σ｛Ｆ_pattern ^M _l (ｍ）＋Ｆ_pattern ^Q _l (ｍ）｝ ＝Ｃ_pattern ^M _l ＋Ｃ_pattern ^Q _l ＝０ となり、干渉の影響で生じる測定誤差が打ち消し合う事
になる。

【０４５８】この測定誤差が打ち消し合う測定値の和を
用いて、各測定点のオフセットを設定する方法を、本出
願人は特開平２−１９８１３０号公報で提案している。
この方法を用いて、各測定点のオフセットは下記の様に
設定される。

【０４５９】すなわち、 ＰＴ₁₉＝F_pattern ^O _r(n+1)−（Ｃ_pattern ^K _r ＋Ｃ_pattern ^O _r ） ＰＴ₂₀＝F_pattern ^Q _l（１）−（Ｃ_pattern ^M _l ＋Ｃ_pattern ^Q _l ） ＰＴ₂₁＝F_pattern ^K _r((n/2)+1)−（Ｃ_pattern ^K _r ＋Ｃ_pattern ^O _r ） ＰＴ₂₂＝F_pattern ^M _l(n+1)−（Ｃ_pattern ^M _l ＋Ｃ_pattern ^Q _l ） ＰＴ₂₃＝F_pattern ^K _r（１）−（Ｃ_pattern ^K _r ＋Ｃ_pattern ^O _r ） 及び、 ＢＤ₁ ＝F_pattern ^K _l(n+1)−（Ｃ_pattern ^K _l ＋Ｃ_pattern ^O _l ） ＢＤ₂ ＝F_pattern ^O _l（１）−（Ｃ_pattern ^K _l ＋Ｃ_pattern ^O _l ） ＢＤ₃ ＝F_pattern ^M _r(n+1)−（Ｃ_pattern ^M _r ＋Ｃ_pattern ^Q _r ） ＢＤ₄ ＝F_pattern ^Q _r（１）−（Ｃ_pattern ^M _r ＋Ｃ_pattern ^Q _r ） ＢＤ₅ ＝F_pattern ^K _l（１）−（Ｃ_pattern ^K _l ＋Ｃ_pattern ^O _l ） ＢＤ₆ ＝F_pattern ^Q _r(n+1)−（Ｃ_pattern ^M _r ＋Ｃ_pattern ^Q _r ） ＢＤ₇ ＝F_pattern ^O _l(n+1)−（Ｃ_pattern ^K _l ＋Ｃ_pattern ^O _l ） ＢＤ₈ ＝F_pattern ^M _r（１）−（Ｃ_pattern ^M _r ＋Ｃ_pattern ^Q _r ） ＢＤ₉ ＝F_pattern ^O _r（１）−（Ｃ_pattern ^K _r ＋Ｃ_pattern ^O _r ） ＢＤ₁₀＝F_pattern ^M _l（１）−（Ｃ_pattern ^M _l ＋Ｃ_pattern ^Q _l ） ＢＤ₁₁＝F_pattern ^K _r(n+1)−（Ｃ_pattern ^K _r ＋Ｃ_pattern ^O _r ） ＢＤ₁₂＝F_pattern ^Q _l(n+1)−（Ｃ_pattern ^M _l ＋Ｃ_pattern ^Q _l ） とする。

【０４６０】この時、測定点２１のオフセットは、 ＰＴ₂₁＝F_pattern ^Q _l((n/2)+1)−（Ｃ_pattern ^M _l ＋Ｃ_pattern ^Q _l ） 等を用いても良い。

【０４６１】ここで求められた、５個のオフセットＰＴ
₁₉〜ＰＴ₂₃、及び１２個のオフセットＢＤ₁ 〜ＢＤ₁₂を
メモリーに格納する。露光時のオフセットの反映のさせ
方は、前述の通りなので説明は省略する。

【０４６２】又、下記の様にオフセットを設定してやる
と、Ｆ^K _r (ｍ）〜Ｆ^Q _l (ｍ）の測定時のノイズ等による
ランダム誤差の影響を減少させることができる。

【０４６３】ここで、 Ｃ_pattern ＝（Ｃ_pattern ^K _r ＋Ｃ_pattern ^O _r ＋Ｃ_pattern ^K _l ＋Ｃ_pattern ^O _l ＋Ｃ_pattern ^M _r ＋Ｃ_pattern ^Q _r ＋Ｃ_pattern ^M _l ＋Ｃ_pattern ^Q _l ）／８ 及び、 Ｆ_pattern ((n/2)+1) ＝｛Ｆ_pattern ^K _r((n/2)+1) ＋Ｆ_pattern ^K _r((n/2)+1) ＋Ｆ_pattern ^M _r((n/2)+1) ＋Ｆ_pattern ^M _l((n/2)+1) ＋Ｆ_pattern ^O _r((n/2)+1) ＋Ｆ_pattern ^O _l((n/2)+1) ＋Ｆ_pattern ^Q _l((n/2)+1) ＋Ｆ_pattern ^Q _l((n/2)+1) ｝／８ とする。

【０４６４】すると各測定点のオフセットは下記の様に
設定される。すなわち、 ＰＴ₁₉＝F_pattern ^O _r(n+1)−Ｃ_pattern ＰＴ₂₀＝F_pattern ^Q _l（１）−Ｃ_pattern ＰＴ₂₁＝F_pattern ((n/2)+1)−Ｃ_pattern ＰＴ₂₂＝F_pattern ^M _l(n+1)−Ｃ_pattern ＰＴ₂₃＝F_pattern ^K _r（１）−Ｃ_pattern 及び、 ＢＤ₁ ＝F_pattern ^K _l(n+1)−Ｃ_pattern ＢＤ₂ ＝F_pattern ^O _l（１）−Ｃ_pattern ＢＤ₃ ＝F_pattern ^M _r(n+1)−Ｃ_pattern ＢＤ₄ ＝F_pattern ^Q _r（１）−Ｃ_pattern ＢＤ₅ ＝F_pattern ^K _l（１）−Ｃ_pattern ＢＤ₆ ＝F_pattern ^Q _r(n+1)−Ｃ_pattern ＢＤ₇ ＝F_pattern ^O _l(n+1)−Ｃ_pattern ＢＤ₈ ＝F_pattern ^M _r（１）−Ｃ_pattern ＢＤ₉ ＝F_pattern ^O _r（１）−Ｃ_pattern ＢＤ₁₀＝F_pattern ^M _l（１）−Ｃ_pattern ＢＤ₁₁＝F_pattern ^K _r(n+1)−Ｃ_pattern ＢＤ₁₂＝F_pattern ^Q _l(n+1)−Ｃ_pattern とする。

【０４６５】ここで求められた、５個のオフセットＰＴ
₁₉〜ＰＴ₂₃、及び１２個のオフセットＢＤ₁ 〜ＢＤ₁₂を
メモリーに格納する。露光時のオフセットの反映のさせ
方は、前述の通りなので説明は省略する。

【０４６６】次に上記説明した面位置検出方法を実行し
た露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施
例を説明する。図４４は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ
等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の
製造のフローを示す。

【０４６７】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一
方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を
用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセ
ス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを
用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回
路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と
呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて
半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダ
イシング、ボンディング）、パッケージング工程（チッ
プ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステ
ップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、
耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半
導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）され
る。

【０４６８】図４５は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
マスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。

【０４６９】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジ
スト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジス
トを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうこと
によって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成され
る。

【０４７０】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造するこ
とができる。

【０４７１】

【発明の効果】本発明によれば各要素を設定することに
より、 （２−イ）パターン転写を行なうウエハ表面のトポグラ
フィー計測し、工程毎にパターン転写を行なう領域に対
して投影レンズの像面を自動に合焦させることができ、
投影レンズの焦点深度の余裕を十分確保することが可能
となり、より高集積度の半導体素子の製造が可能となる
と共に、歩留まりも向上させることができる面位置検出
方法及びそれを用いた投影露光装置を達成することがで
きる。

【０４７２】

【０４６４】（２−ロ）露光領域対内に複数の焦点面位
置検出機構を形成したシステムにおいて、ウエハの周辺
部でも、中央部と同等の面位置の補正精度を得ることが
でき、それ故、ウエハ上全面の露光領域に対し、露光領
域の全面をパターン転写を行なう投影レンズの許容深度
内に位置させることができ、ソリの大きいウエハの周辺
部に位置する露光領域の歩留まりが、著しく向上すると
いう効果を有した面位置検出方法及びそれを用いた投影
露光装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部概略図

【図２】 図１の一部分の説明図

【図３】 図１のピンホール（及び複数微小ピンホー
ル）の説明図

【図４】 複数微小ピンホールのウエハ上へ投影した
ときの説明図

【図５】 複数微小ピンホールの各光束のウエハ面で
の挙動を示す説明図

【図６】 図１の検出面上でのウエハで反射された複
数微小ピンホール像を示す説明図

【図７】 図１の検出面上でのウエハで反射された複
数微小ピンホール像を示す説明図

【図８】 トポグラフィー測定のための格子とパター
ン領域の位置を示す説明図

【図９】 パターン領域のトポグラフィーを示す説明
図

【図１０】 オフセット値（補正値）算出方法のフロー
チャート図

【図１１】 オフセット値の設定を含む露光動作を示す
フローチャート図

【図１２】 ステージ３上に２次元ＣＣＤセンサー１２
０を配置した図

【図１３】 ステージ３上にピンホール１３２付きの受
光素子１３１を配置した図

【図１４】 オフセット量（補正量）を自動設定するフ
ローチャート図

【図１５】 オフセット量（補正量）を自動設定するフ
ローチャート図

【図１６】 オフセット量（補正量）を自動設定するフ
ローチャート図

【図１７】 オフセット量（補正量）を自動設定するフ
ローチャート図

【図１８】 パターン領域のトポグラフィーを示す説明
図

【図１９】 トポグラフィー測定のための格子とパター
ン領域の位置を示す図

【図２０】 従来例での光束のウエハ面での挙動を示す
図

【図２１】 従来例での位置検出素子上でのウエハで反
射された光束の強度分布を示す図

【図２２】 本発明の実施例２の要部概略図

【図２３】 図２２の一部分の説明図

【図２４】 実施例２における露光領域と計測点の位置
関係を示す概略図

【図２５】 実施例２におけるウエハ上に規則正しく形
成された露光領域を区域分けしたレイアウト図

【図２６】 複数の測定点と露光領域との位置関係を示
す図

【図２７】 実施例２におけるオフセット値算出方法の
フローチャート図

【図２８】 実施例２におけるオフセット値算出方法の
フローチャート図

【図２９】 実施例２におけるオフセット値算出方法の
フローチャート図

【図３０】 実施例３における露光領域と計測点の位置
関係を示す概略図

【図３１】 実施例３におけるウエハ上に規則正しく形
成された露光領域を区域分けしたレイアウト図

【図３２】 測定点とパターンの境界との位置関係を示
す図

【図３３】 実施例３におけるオフセット値算出方法の
フローチャート図

【図３４】 本発明の実施例４の要部概略図

【図３５】 図３４の一部分の説明図

【図３６】 実施例４における露光領域と計測点の位置
関係を示す概略図

【図３７】 実施例４におけるウエハ上に規則正しく形
成された露光領域を区域分けしたレイアウト図

【図３８】 複数測定点と露光領域との位置関係を示す
図

【図３９】 露光領域の位置関係とパタ−ン構造を示す
概略図

【図４０】 ソリのないときとある場合の高さ位置の計
測値及びソリの成分を示す概略図

【図４１】 計測誤差の計測手順を示すフロ−チャ−ト
図

【図４２】 計測誤差の計測手順を示すフロ−チャ−ト
図

【図４３】 ソリの成分を補正した高さ位置の計測値を
示す概略図

【図４４】 半導体デバイス製造フローの図

【図４５】 ウエハプロセスの図

【符号の説明】

ＳＡ 光照射手段 ＳＢ 投影手段 ＳＣ 光電変換手段 １ 投影レンズ １ａ レチクル ２ ウエハ ３ ウエハステージ ４ ステージ制御手段 ５ 光源 ６ コリメーターレンズ ７ スリット部材 ８ レンズ系 ９，１０ ミラー １２〜１６ 補正光学系 １７ 位置検出素子（ＣＣＤ） １８ フォーカス制御装置 ７１〜７５ ピンホール ７１１〜７１４ 微小ピンホール ７２１〜７２４ 微小ピンホール ７３１〜７３４ 微小ピンホール ７４１〜７４４ 微小ピンホール ７５１〜７５４ 微小ピンホール

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１物体上に描かれた第２パターンと該
   第２パターンに比べ焦点深度の小さい第１のパターンを
   同時に投影光学系を介して、段差を有するウエハ上に投
   影する前に、第２物体の該投影光学系の光軸方向に関す
   る複数箇所の面位置を測定し、該測定に基づいて、第２
   物体の表面を該投影光学系の像面に一致させる面位置検
   出方法において、該第２物体上の第１のパターンが投影
   される箇所の面位置を測定する段階と、該測定段階より
   得る面位置に基づいて第１のパターンが投影される箇所
   の面位置を該投影光学系の像面に一致させる段階とを有
   することを特徴とする面位置検出方法。
2. 【請求項２】 前記第２物体上のパターン領域の測定点
   に複数の微小光束を投影し、該複数の微小光束の該第２
   物体からの反射光束を検出面上に投影し、該検出面上の
   該複数の微小光束の像を検出して記憶手段に記憶し、該
   記憶手段に記憶した複数の信号のうち特定の信号を用い
   て該第２物体の面位置情報を検出していることを特徴と
   する請求項１の面位置検出方法。
3. 【請求項３】 レチクルの回路パターンを投影光学系に
   よりウエハ面上に投影露光する際、光照射手段から複数
   の微小光束を該ウエハ面上のパターン領域に斜め方向か
   ら入射させ、該パターン領域からの複数の反射光束を投
   影手段により光電変換手段の検出面上に導光し、該光電
   変換手段からの出力信号を利用して該ウエハ面上のパタ
   ーン領域の面位置情報を予め検出しておき、該面位置情
   報と該光電変換手段から得られる信号に基づいて駆動手
   段により該ウエハを該投影光学系の所定面に位置付けて
   いることを特徴とする投影露光装置。
4. 【請求項４】 第１物体上のパターンを投影光学系を介
   して第２物体上の複数個のパターン領域に投影する際、
   該第２物体上のパターン領域内の複数の測定点での面位
   置情報を検出し、各々の測定点毎に面位置情報の補正値
   を測定する第１段階と該パターン領域と該複数の測定点
   との位置関係に応じて各測定点毎の面位置情報の補正に
   用いる補正値を選択し、該パターン領域の面位置情報を
   決定する第２段階とを介して、該第２物体の面位置情報
   を検出していることを特徴とする面位置検出方法。
5. 【請求項５】 レチクル上のパターンを投影光学系を介
   してウエハ上の複数個のパターン領域に投影する際、面
   位置検出装置により該ウエハ上のパターン領域内の複数
   の測定点での面位置情報を検出し、各々の測定点毎に面
   位置情報の補正値を測定し、該パターン領域と該複数の
   測定点との位置関係に応じて各測定点毎の面位置情報の
   補正に用いる補正値を選択し、該パターン領域の面位置
   情報を決定して該第２物体の面位置情報を検出している
   ことを特徴とする投影露光装置。
6. 【請求項６】 第１物体上のパターンを投影光学系を介
   して第２物体上のパターン領域に投影する際、該第２物
   体上のパターン領域内の複数の測定点の位置情報より該
   パターン領域の面形状を測定する際、該面形状測定値を
   該パターン領域のトポグラフィー変化により生じる誤差
   成分と光学要因の計測誤差量より生じる誤差成分とに分
   離し、光学要因の計測誤差量を該複数の測定点の補正値
   として算出し、該補正値を利用して該複数の測定点での
   計測値を調整することにより該パターン領域の面位置を
   決定するようにしたことを特徴とする面位置検出方法。
7. 【請求項７】 請求項１，４，６の面位置検出方法を用
   いることを特徴とする半導体素子の製造方法。