JPH09246356A - 表面位置設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の表面位置を簡便な制御系により高さ計
測の計測間隔を短くすることなく高精度に設定する。 【解決手段】 基板の表面を相対走査しながら該基板表
面の高さを所定の時間間隔で測定しその測定値に基づい
て目標値を作成し前記基板表面の高さをその目標値に向
けて駆動する表面位置設定方法において、前記目標値の
変更の間隔を前記基板高さ測定の間隔より短く、かつ前
記高さ測定ないし駆動を行う基板高さ制御系の応答時間
より短くし、前記基板高さ計測点の間の基板高さ駆動目
標値は、前後の計測点を含む複数の計測点での計測値に
基づく値を直線補間または多次近似補間で補間したもの
を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
平板状基板の表面の高さや傾き等を検出し、その検出結
果に基づいて基板の高さや姿勢を設定する面位置設定方
法に関し、特にスリットスキャン方式の露光装置におい
て、投影光学系の光軸方向に関するウエハ表面の位置や
傾きを連続的に検出して該表面を所望位置に駆動する面
位置設定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のメモリチップの大きさは、露光装
置の解像線幅のトレンドおよびセルサイズのトレンドに
対するメモリ容量の拡大トレンドの差から徐々に拡大傾
向を示しており、例えば２５６Ｍの第１世代では１４×
２５ｍｍ程度と報告されている。

【０００３】このチップサイズでは現在クリティカルレ
イヤ用の露光装置として使用されている縮小投影露光装
置（ステッパ）の直径３１ｍｍの露光域では、１回の露
光あたり１チップしか露光できずスループットが上がら
ないために、より大きな露光面積を可能とする露光装置
が必要とされている。大面積の露光装置としては、従来
より高スループットが要求されるラフレイヤ用の半導体
素子露光装置、あるいはモニタ等の大面積液晶表示素子
の露光装置として反射投影露光装置が広く使用されてい
る。これは円弧スリット状の照明光でマスクを直線走査
しこれを同心反射ミラー光学系でウエハ上に一括露光す
るいわゆるマスク・ウエハ相対走査によるスリット・ス
キャン型の露光装置である。

【０００４】これらの装置におけるマスク像の焦点合わ
せは、感光基板（フォトレジスト等が塗布されたウエハ
あるいはガラスプレート）の露光面を投影光学系の最良
結像面に逐次合わせ込むために、高さ計測とオートフォ
ーカスおよびオートレベリングの補正駆動をスキャン露
光中連続的に行っている。

【０００５】これらの装置における高さおよび面位置検
出機構は、例えばウエハ表面に光束を斜め上方より入射
するいわゆる斜入射光学系を用いて感光基板からの反射
光をセンサ上の位置ずれとして検知する方法や、エアマ
イクロセンサや静電容量センサなどのギャップセンサを
用いる方法などがあり、スキャン中の複数の高さ測定値
から測定位置が露光スリット領域を通過するときの高さ
および傾きの補正駆動量を算出、補正するというもので
あった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】スリットスキャン型の
露光装置のオートフォーカスおよびオートレベリングで
はウエハが露光中に移動するため、フォーカス面検出系
およびウエハステージウエハ高さ駆動系の応答速度の律
速をうけて追従誤差つまりフォーカス誤差を生じる。

【０００７】これを図５を用いて説明する。図５（ａ）
において、移動するウエハ４１上の露光領域Ｃにレチク
ルのパターンが露光されるものとし、ウエハ４１が矢印
Ｘの方向に移動しているものとする。露光領域Ｃの中央
Ａ点に高さ計測手段４０Ａを設けてこの計測値を用いて
ウエハステージ駆動を行っても、前記応答遅れのために
ウエハ面をフォーカス面に追従することができない。こ
のためスキャン型の露光装置においては、通常、露光領
域Ｃ上の点Ａと異なる位置に高さ計測手段を設けて予め
ウエハ面の高さを測定しておき、その位置が露光位置に
きたときにウエハ高さを露光面に駆動するという方法を
とる。図５（ａ）ではウエハの進行方向に露光領域中心
Ａから手前に距離ｄだけ離れた位置に高さ計測手段４０
Ｂを設け、Ａ点が高さ計測手段４０Ｂの下に到達した
時、Ａ点のウエハ面の高さを測定しておき、Ａ点が露光
領域Ｃの下にくる時にウエハ高さを露光面に駆動してい
る。この場合のサンプリング間隔は距離ｄだけウエハが
移動する時間（ｔ_S ＝ｄ／ｓ、但しｓはウエハのスキャ
ン速度）である。

【０００８】図５（ｂ）はウエハのスキャン速度（サン
プリング間隔ｔ_S ）に比べて前記検出系および駆動系の
応答速度が遅い場合の、ウエハ面４１、駆動されたウエ
ハ高さ４２、ウエハ面４１と駆動されたウエハ高さ４２
の残差すなわちフォーカス誤差４３の関係を示してい
る。このように応答遅れのためにフォーカス誤差が大き
くなっている。

【０００９】図５（ｃ）はウエハのスキャン速度に比べ
て前記検出系および駆動系の応答速度が早い場合の、ウ
エハ面４１、駆動されたウエハ高さ４４、フォーカス誤
差４５の関係を示している。計測間隔より応答速度が速
いために計測ポイント間でのフォーカス誤差が大きくな
っている。

【００１０】これを回避するためにサンプリング間隔を
短くした場合の例を図５（ｄ）に示す。サンプリング間
隔を距離ｄ／５だけウエハが移動する時間とし、ウエハ
面４１、駆動されたウエハ高さ４６、フォーカス誤差４
７の関係を示している。このようにフォーカス誤差が小
さくなり良好な追従を示している。

【００１１】しかし、サンプリング間隔を短くすると次
のような問題が発生する。ウエハ面内ではセル部分と周
辺回路部分はＣＭＰなどにより平坦化が進められている
ため１μｍ程度の段差しかないが、ウエハ外周部露光時
にウエハの外からウエハ内に駆動する時にはセンサ間隔
ｄだけウエハが移動する時間内にウエハ高さを数１０μ
ｍ変えなければならず、ウエハ内の段差に基づいただけ
でセンサ間隔ｄを決めることができない。また、サンプ
リング間隔を短くする場合、ＣＣＤ等蓄積型の検出器を
用いた時に有限の蓄積時間が必要であるためこれが律速
となり、また測定系のデータバスを流れるトラフィック
の量も増大するので、制御系が複雑で高価なものとなっ
てしまう。

【００１２】以上は、ウエハ高さ測定系の問題点を述べ
たが、この他にもウエハ高さを変えた時に発生する、レ
ーザ干渉計のバーミラーの面の傾きによって生じるアッ
ベ（ＡＢＢＥ）誤差が問題となる。従来のウエハを静止
して露光する装置の場合はこのアッベ誤差はウエハ高さ
駆動時に生じる他成分（Ｘ，Ｙ成分）を補正する量だけ
ステージをＸ，Ｙ方向に駆動して補正していた。Ｘ，Ｙ
ステージを駆動するとウエハ高さ方向を駆動する場合よ
りも被駆動物の質量が大きいので目標位置に達するまで
に時間がかかってしまうが、この装置の場合はＸ，Ｙス
テージが目標位置に達してから露光するのでこのアッベ
補正が焼き付け線幅精度や露光位置精度等に与える影響
はない。

【００１３】しかし、スキャン型の露光装置の場合ステ
ージが走査中にアッベ補正を行う必要があるので次のよ
うな問題が生じてしまう。スキャン型の露光装置におい
てレチクルおよびウエハをスキャンして焼き付けをする
場合、ウエハステージおよびレチクルステージは前述の
ように質量が大きく細かい制御が困難なのでその駆動パ
ターンの基本は台形駆動で速度が一定になった部分を使
用して焼き付けを行う。しかしここにアッベ補正駆動が
入ると焼き付け中の速度一定部分での目標値の書き換え
必要となり、この書き換え量が大きくなるとステージ駆
動に伴う振動が発生し、この振動がそのまま焼き付けの
線幅精度を悪化させてしまう。この問題は今後ウエハサ
イズが１０インチ、１２インチと大きくなり、これに伴
いステージの質量が大きくなるにつれて顕著となる。

【００１４】本発明の第１の目的は、基板を相対走査し
ながら該基板の高さを連続的に検出して高さ方向に駆動
する方法において、高さ計測の計測間隔を短くすること
なく簡便な制御系により高精度な高さ設定方法を提供す
ることである。

【００１５】本発明の第２の目的は、Ｘ，Ｙ方向および
高さ方向に移動するステージ上に吸着固定された基板を
相対走査しながら該基板の高さを連続的に検出して駆動
する方法において、高さ駆動に伴うＸ，Ｙ方向の位置ず
れの生じない高精度な高さ設定方法を提供することであ
る。

【００１６】本発明の第３の目的は、パターンが形成さ
れたウエハの高さを該ウエハを相対走査しながら連続的
に検出して所定の高さに設定する方法において、簡便な
制御系でスキャン露光中に計測されるフォーカス計測値
の検出誤差をリアルタイムで高精度に補正することが可
能な高さ設定方法を提供することである。

【００１７】本発明の第４の目的は、基板を相対走査し
ながらその面位置を連続的に検出して駆動する方法にお
いて、面位置計測の計測間隔を短くすることなく簡便な
制御系により高精度な面位置設定方法を提供することで
ある。

【００１８】本発明の第５の目的は、Ｘ，Ｙ方向および
高さ方向に移動するステージ上に吸着固定された基板を
相対走査しながらその面位置を連続的に検出して駆動す
る方法において面位置駆動に伴うＸ，Ｙ方向の位置ずれ
の生じない高精度な面位置設定方法を提供することであ
る。

【００１９】本発明の第６の目的は、ウエハ上に並んだ
同一パターン構造で形成された複数個の被露光領域上の
ウエハ面位置を相対走査しながら連続的に検出する方法
において、簡便な制御系によりスキャン露光中に計測さ
れるフォーカス計測値の検出誤差をリアルタイムで高精
度に補正することが可能な面位置設定方法を提供するこ
とである。

【００２０】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、本発明の第１の態様は、基板を相対走査
しながらその高さを連続的に検出して駆動する方法にお
いて、前記基板高さ駆動の目標値の変更を前記基板高さ
測定の間隔より短い間隔で行い、また前記駆動目標値変
更の間隔は被検査物高さ制御系の応答時間より短い時間
とし、前記基板高さ計測点の間の基板高さ駆動目標値
は、前後の計測点を含む複数の計測点での計測値に基づ
く値を直線補間または多次近似補間で補間したものを用
いることにより、高さ計測の計測間隔を短くすることな
く簡便な制御系により高精度な高さ設定を可能としたも
のである。

【００２１】また、本発明の第２の態様は、Ｘ，Ｙ方向
および高さ方向に移動するステージ上に吸着固定された
基板の高さを相対走査しながら連続的に検出し駆動する
方法において、前記基板高さ駆動の目標値の変更を前記
基板高さ測定の間隔より短い間隔で行い、また前記基板
高さの駆動により生じたＸ，ＹステージのＸ，Ｙ位置測
定の誤差の補正間隔を前記基板高さ測定間隔より短い間
隔かつＸ，Ｙステージの応答時間より短い間隔とするこ
とにより、高さ駆動に伴うＸ，Ｙ方向の位置ずれの生じ
ない高精度な高さ設定を可能としたものである。

【００２２】また、本発明の第３の態様は、パターンが
形成されたウエハの高さを相対走査しながら連続的に検
出する方法において、前記ウエハの複数の被露光域内を
相対走査しながら連続的に高さを検出する段階と、前記
連続的に得られた複数の被露光域内高さデータから該被
露光域内でほぼ同一箇所の高さのデータの組毎に各々ウ
エハの面位置データを求める段階と、前記被露光域内の
測定ポイントの内少なくとも１点を絶対基準位置に合わ
せるための補正値を求める段階と、前記絶対基準にとっ
たポイントでつくられるウエハの面位置データに基づい
て該被露光域内の他の計測ポイントでつくられるウエハ
の面位置データの補正値を各々求める段階と、前記各補
正値に基づいて相対走査中の連続高さ計測値を各々補正
駆動する段階を有し、前記ウエハ高さ補正の駆動目標値
の変更を前記ウエハ高さ測定の間隔より短い間隔で行
い、また前記駆動目標値変更の間隔はウエハ高さ制御系
の応答時間より短い時間とし、前記ウエハ高さ計測点の
間のウエハ高さ駆動目標値は、前後の計測点を含む複数
の計測点での計測値に基づく値を直線補間または多次近
似補間で補間したものを用いることにより、簡便な制御
系でスキャン露光中に計測されるフォーカス計測値の検
出誤差をリアルタイムで高精度に補正することができる
高さ設定を可能としたものである。

【００２３】また、本発明の第４の態様は、基板の面位
置を相対走査しながら連続的に検出し駆動する方法にお
いて、前記面位置駆動の目標値の変更を前記基板面位置
測定の間隔より短い間隔で行い、また前記駆動目標値変
更の間隔は基板面位置制御系の応答時間より短い時間と
し、前記基板面位置計測点の間の基板高さ駆動目標値
は、前後の計測点を含む複数の計測点での計測値に基づ
く値を直線補間または多次近似補間で補間したものを用
いることにより、面位置計測の計測間隔を短くすること
なく簡便な制御系により高精度な面位置設定を可能とし
たものである。

【００２４】また、本発明の第５の態様は、Ｘ，Ｙ方向
および高さ方向に移動するステージ上のパターンが形成
された基板の面位置を相対走査しながら連続的に検出し
駆動する方法において前記基板面位置駆動の目標値の変
更を前記基板面位置測定の間隔より短い間隔で行い、ま
た前記基板面位置の駆動により生じたＸ，Ｙステージの
Ｘ，Ｙ位置測定の誤差の補正間隔を前記基板面位置測定
の間隔より短い間隔かつＸ，Ｙステージの応答時間より
短い間隔とすることにより、面位置駆動に伴うＸ，Ｙ方
向の位置ずれの生じない高精度な面位置設定を可能とし
たものである。

【００２５】また、本発明の第６の態様は、ウエハ上に
並んだ同一パターン構造で形成された複数個の被露光領
域において、該被露光領域内を一定方向に相対走査しな
がら複数ポイントの面位置データを測定する段階と、該
複数被露光領域での上記相対走査中の複数面位置データ
に基づいて各相対走査のポイント毎の同一箇所のデータ
の組毎に前記ウエハの面形状を個別に検出する段階と該
個別の面形状に基づいて被露光域内の各相対走査計測位
置での計測値の基準位置に対する補正値を検出する段階
と前記補正値に基づいて該被露光域内を一定方向に相対
走査しながら測定される複数ポイントの面位置データに
基づいて補正駆動する段階を有し、前記ウエハ面位置補
正の駆動目標値の変更を前記ウエハ面位置測定の間隔よ
り短い間隔で行い、また前記駆動目標値変更の間隔はウ
エハ面位置制御系の応答時間より短い時間とし、前記ウ
エハ面位置計測点の間のウエハ面位置駆動目標値は、前
後の計測点を含む複数の計測点での計測値に基づく値を
直線補間または多次近似補間で補間したものを用いるこ
とにより、簡便な制御系によりスキャン露光中に計測さ
れるフォーカス計測値の検出誤差をリアルタイムで高精
度に補正することができる面位置設定を可能としたもの
である。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。図
２は本発明の面位置検出方法を用いるスリット・スキャ
ン方式の投影露光装置の部分概略図である。図２におい
て、１は縮小投影レンズであり、その光軸は図中ＡＸで
示され、またその像面は図中Ｚ方向と垂直な関係にあ
る。レチクル２はレチクルステージ３上に保持され、レ
チクル２のパターンは縮小投影レンズ１の倍率で１／４
ないし１／２に縮小投影されてその像面に像を形成す
る。４は表面にレジストが塗布されたウエハであり、先
の露光工程で形成された多数個の被露光領域（ショッ
ト）が配列されている。５はウエハを載置するステージ
で、ウエハ４をウエハステージ５に吸着、固定するチャ
ック、Ｘ軸方向とＹ軸方向に各々水平移動可能なＸＹス
テージ、投影レンズ１の光軸方向であるＺ軸方向への移
動や、Ｘ軸、Ｙ軸方向に平行な軸の回りに回転可能なレ
ベリングステージ、前記Ｚ軸に平行な軸の回りに回転可
能な回転ステージにより構成されており、レチクルパタ
ーン像をウエハ上の被露光領域に合致させるための６軸
補正系を構成している。

【００２７】図２における１０から１９はウエハ４の表
面位置および傾きを検出するために設けた検出光学系の
各要素を示している。１０は光源であり、白色ランプ、
または相異なる複数のピーク波長を持つ高輝度発光ダイ
オードの光を照射するよう構成された照明ユニットより
なっている。１１はコリメータレンズであり、光源１０
からの光束を断面の強度分布がほぼ均一の平行光束とし
て射出している。１２はプリズム形状のスリット部材で
あり、一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（例え
ば６つのピンホール）をクロム等の遮光膜を利用して設
けている。１３はレンズ系で両テレセントリック系より
なり、スリット部材１２の複数のピンホールを通過した
独立の６つの光束をミラー１４を介してウエハ４面上の
６つの測定点に導光している。図２では２光束のみ図示
しているが、各光束は紙面垂直方向に各々３光束が並列
している。このときレンズ系１３に対してピンホールの
形成されている平面とウエハ４の表面を含む平面とはシ
ャインプルーフの条件 (Scheinmplug's condition)を満
足するように設定している。

【００２８】本実施例において光照射手段からの各光束
のウエハ４面上への入射角φ（ウエハ面にたてた垂線す
なわち光軸となす角）はφ＝７０°以上である。ウエハ
４面上には図４に示すように複数個のパターン領域（露
光領域ショット）が配列されている。レンズ系１３を通
過した６つの光束は図３に示すようにパターン領域の互
いに独立した各測定点に入射、結像している。また６つ
の測定点がウエハ４面内で互いに独立して観察されるよ
うにＸ方向（スキャン方向）からＸＹ平面内でθ°（例
えば２２．５°）回転させた方向より入射させている。

【００２９】これにより特願平３−１５７８２２号にあ
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。

【００３０】次にウエハ４からの反射光束を検出する側
すなわち１５から１９について説明する。１６は受光レ
ンズで両テレセントリック系よりなり、ウエハ４面から
の６つの反射光束をミラー１５を介して受光している。
受光レンズ１６内に設けたストッパ絞り１７は６つの各
測定点に対して共通に設けられており、ウエハ４上に存
在する回路パターンによって発生する高次の回折光（ノ
イズ光）をカットしている。両テレセントリック系で構
成された受光レンズ１６を通過した光束はその光軸が互
いに平行となっており、補正光学系群１８の６個の個別
の補正レンズにより光電変換手段群１９の検出面に互い
に同一の大きさのスポット光となるように再結像させて
いる。またこの受光する側（１６から１８）はウエハ４
面上の各測定点と光電変換手段群１９の検出面とが互い
に共役となるように倒れ補正を行っているために、各測
定点の局所的な傾きにより検出面でのピンホール像の位
置が変化することはなく、各測定点の光軸方向ＡＸでの
高さ変化に応答して検出面上でピンホール像が変化する
ように構成されている。

【００３１】ここで光電変換手段群１９は６個の１次元
ＣＣＤラインセンサにより構成している。これは次の点
で従来の２次元センサの構成よりも有利である。まず補
正光学系群１８を構成する上で光電変換手段を分離する
ことにより各光学部材やメカ的なホルダの配置の自由度
が大きくなる。また検出の分解能を向上させるにはミラ
ー１５から補正光学系群１８までの光学倍率を大きくす
る必要があるが、この点でも光路を分割して個別のセン
サに入射させる構成とした方が部材をコンパクトにまと
めることが可能である。さらにスリット・スキャン方式
では露光中のフォーカス連続計測が不可欠となり計測時
間の短縮が絶対課題となるが、従来の２次元ＣＣＤセン
サでは必要以上のデータを読み出しているのもその一因
であるが１次元ＣＣＤセンサの１０倍以上の読出し時間
を必要とする。

【００３２】次にスリット・スキャン方式の露光システ
ムについて説明する。図２に示すように、レチクル２は
レチクルステージ３に吸着、固定された後、投影レンズ
１の光軸ＡＸと垂直な面内でＲＸ（Ｘ軸方向）方向に一
定速度でスキャンするとともに、ＲＹ（Ｙ軸方向：紙面
に垂直）には常に目標座標位置をスキャンするように補
正駆動される。このレチクルステージのＸ方向およびＹ
方向の位置情報は、図２のレチクルステージ３に固定さ
れたＸＹバーミラー２０へ外部のレチクル干渉計（Ｘ
Ｙ）２１から複数のレーザビームが照射されることによ
り常時計測されている。露光照明光学系６はエキシマレ
ーザ等のパルス光を発生する光源を使用し、不図示のビ
ーム整形光学系、オプティカルインテグレータ、コリメ
ータレンズおよびミラー等の部材で構成され、遠紫外領
域のパルス光を効率的に透過あるいは反射する材料で形
成されている。ビーム整形光学系は入射ビームの断面形
状（寸法含む）を所望の形に整形するためのものであ
り、オプティカルインテグレータは光束の配光特性を均
一にしてレチクル２を均一照度で照明するためのもので
ある。露光照明光学系６内の不図示のマスキングブレー
ドによりチップサイズに対応して矩形の照明領域が設定
され、その照明領域で部分照明されたレチクル２上のパ
ターンが投影レンズ１を介してレジストが塗布されたウ
エハ４上に投影される。

【００３３】図２に示すメイン制御部２７は、レチクル
２のスリット像をウエハ４の所定領域にＸＹ面内の位置
（Ｘ，Ｙの位置およびＺ軸に平行な軸の回りの回転θ）
とＺ方向の位置（Ｘ，Ｙ各軸に平行な軸の回りの回転
α，βおよびＺ軸上の高さＺ）を調整しながらスキャン
露光を行うように、全系をコントロールしている。すな
わち、レチクルパターンのＸＹ面内での位置合わせは、
レチクル干渉計２１とウエハステージ干渉計２４の位置
データと、不図示のアライメント顕微鏡から得られるウ
エハの位置データから制御データを算出し、レチクル位
置制御系２２およびウエハ位置制御系２５をコントロー
ルすることにより実現している。レチクルステージ３を
図２矢印３ａの方向にスキャンする場合、ウエハステー
ジ５は図２の矢印５ａの方向に投影レンズの縮小倍率分
だけ補正されたスピードでスキャンされる。レチクルス
テージ３のスキャンスピードは、露光照明光学系６内の
不図示のマスキングブレードのスキャン方向の幅とウエ
ハ４の表面に塗布されたレジストの感度からスループッ
トが有利となるように決定される。

【００３４】レチクルパターンのＺ軸方向の位置合わ
せ、すなわち像面への位置合わせは、ウエハ４の高さデ
ータを検出する面位置検出系２６の演算結果をもとに、
ウエハステージ内のレベリングステージへの制御をウエ
ハ位置制御系２５を介して行っている。すなわち、スキ
ャン方向に対してスリット近傍に配置されたウエハ高さ
測定用スポット光３点の高さデータからスキャン方向と
垂直方向の傾きおよび光軸ＡＸ方向の高さを計算して、
露光位置での最適像面位置への補正量を求め補正を行っ
ている。

【００３５】以下、本発明の面位置検出方法によりウエ
ハ４の被露光領域の高さ位置を検出する方法を述べる。
図５（ａ）はウエハ露光時のウエハ高さ測定位置と露光
領域の位置の関係を示したもので、移動するウエハ面４
１上の露光領域Ｃにレチクルのパターンが露光され、ウ
エハ４１が矢印Ｘの方向に移動しているものとする。図
５（ａ）ではウエハの進行方向に露光領域中心Ａから手
前に距離ｄだけ離れた位置に高さ計測手段４０Ｂを設け
てあり、Ａ点が高さ計測手段４０Ｂの下にある時Ａ点の
ウエハ面の高さを測定しておき、Ａ点が露光領域Ｃの中
心に来る時にウエハ高さを露光面に駆動している。この
場合のウエハ高さ測定サンプリング間隔は距離ｄだけウ
エハが移動する時間である。

【００３６】露光時にウエハ面の高さを変える場合は次
の３つが考えられる。まず、チップ内の高さ変化に対す
る変動に対して、次にチップの継目（スクライブライ
ン）における変動に対して、最後に露光領域がウエハ外
からウエハ内に入ってきた場合の変動に対してである。
チップ内の変動はセル部分と周辺回路部分はＣＭＰなど
により平坦化が進められているので１〜２μｍ程度の段
差であり、またチップとスクライブラインとの段差はチ
ップ内の段差より大きいがそれでも数μｍ程度である。
これに対し、ウエハ外周部露光時にはまず適当な高さに
ウエハ面を固定しておき、高さ計測手段がウエハ上の高
さ計測可能な位置に入ってから高さ計測し露光領域がウ
エハ上に移動するまでの間に高さ駆動を行う。このた
め、場合によっては露光領域中心からウエハ高さ計測セ
ンサ間の距離ウエハが移動する時間内にウエハ高さを１
０μｍ程度変えなければならない。

【００３７】したがって、ウエハ内の段差のみを考慮し
てウエハ高さ制御系の応答速度を決定するのではなく、
露光時のウエハの外からウエハ内に駆動する時のウエハ
高さ制御系の応答速度を決定する必要がある。このため
ウエハ高さ制御系の応答速度は、ウエハが露光領域中心
とウエハ高さ計測センサとの間の距離分移動する間にチ
ップ内での高さ変動分を駆動するには十分な速さを持っ
ている。

【００３８】図５（ｃ）は図５（ａ）においてウエハの
スキャン速度に比べて前記検出系および駆動系の応答速
度が速い場合の、ウエハ面４１、駆動されたウエハ高さ
４４、フォーカス誤差４５の関係を示している。計測間
隔より応答速度が速いために計測ポイント間でのフォー
カス誤差が大きくなっている。

【００３９】図５（ｄ）はサンプリング間隔を図５
（ｃ）の１／５にした場合の例である。ウエハ面４１、
駆動されたウエハ高さ４６、フォーカス誤差の関係を示
している。このように図５（ｃ）に比べるとフォーカス
誤差が小さくなっている。しかし、光電変換手段群１９
に１次元ＣＣＤラインセンサを使用しているために、光
源１０の光量とＣＣＤの蓄積時間の関係からサンプリン
グ時間をむやみに短くすることはできない。また、光源
１０の光量を増やしてサンプリング間隔を短くしたとし
ても、測定系のデータバスを流れるトラフィックの量も
増大し、制御系が複雑で高価なものとなってしまうし、
所詮露光領域はウエハ走査方向で固定の幅を持っている
ため、この幅より短い周期の凸凹には実質的に追従でき
ず、あまり細かい間隔で計測しても意味がないものとな
る。

【００４０】このため本発明では、サンプリング間隔ｄ
は変えずに、駆動指令を与える間隔をサンプリング間隔
より短くし、また、この駆動指令を与える間隔は制御系
の応答時間より短い時間とし、サンプリング点の間のデ
ータは、前後のサンプリング点を含む複数のサンプリン
グ点での計測データに基づく値を直線補間または多次近
似補間で補間したものを用いる。

【００４１】図１は本発明を適用したウエハ露光時の駆
動例であり、簡素化のためウエハ高さ測定装置は１つと
し、駆動および計測方向はレンズ光軸と同じ方向（Ｚ方
向）のみとし、ウエハの傾き方向（α，β）の駆動はな
いとしている。ウエハ高さ計測サンプリング間隔はｄの
ままとし、Ｚ位置駆動指令は間隔ｄ／５で与え、Ｚステ
ージ制御系の応答時間はウエハが距離ｄ／５移動する時
間より長いものとし、計測ステップＮ−１の時にウエハ
高さ計測装置がウエハ上Ｎの位置を計測し、露光領域中
心はＮ−１の位置にあり、ここではＮ−１の位置はウエ
ハ外にあるものとする。また、各ステップ間の駆動指令
値は前後の高さ計測値からの補間に基づく値とする。

【００４２】ステップＮ−１では露光位置にウエハ面が
ないためＺステージは適当な位置になるように駆動指令
値を与える。この位置はウエハチャックから一定の高さ
の固定値でもよいし、以前に計測した該ウエハ位置に最
も近いウエハの位置の高さでもよいし、予めウエハの外
周部の値を測定しておいてこの値を使用してもよい。ス
テップＮ−１からステップＮの間の駆動指令値はステッ
プＮ−１の時の駆動指令値とステップＮ−１で検出した
ウエハ面高さに基づく値から補間で求める。

【００４３】ステップＮにおいては露光位置中心がウエ
ハ上にきてウエハ露光を開始する。ステップＮでの高さ
駆動補正値はステップＮ−１でのウエハ高さ計測値に基
づく値であり、この時にステップＮ＋１のウエハ面高さ
を計測する。ステップＮからステップＮ＋１の間の駆動
指令値はステップＮでのウエハ高さ駆動指令値とステッ
プＮで検出したステップＮ＋１における露光位置中心の
位置（ステップＮにおけるウエハ高さ計測手段の計測位
置）のウエハ面高さに基づく値から補間で求める。以
下、これをステップＮ＋２以降繰り返して露光時のウエ
ハ高さ駆動を行う。

【００４４】このように本発明を実施すればフォーカス
誤差が小さくなり、また、Ｚステージ制御系の応答時間
より短い間隔で目標値を変えているので駆動時の目標値
への収束時に生じる振動が生じていない。さらにサンプ
リング間隔をｄ／５とした場合と比べて計測間隔が長い
ため、簡単な制御系で構成することが可能となる。ま
た、この時に与える目標値はあらかじめ制御系の応答を
考慮して補間で算出した値に応答遅れを考慮した値を加
えてもよい。

【００４５】なお、図１では各ステップにおいてウエハ
高さ測定とＺ位置駆動指令を同じタイミングで実施して
いるが、この時予め駆動系の遅れを考慮してＺ位置駆動
指令を与えるタイミングを変えても良い。また、ここで
はウエハ駆動はＺ方向のみとしウエハの傾き方向（α，
β）の駆動はないとしたが、無論傾き方向の計測および
駆動に対しても本発明は適用可能である。

【００４６】また、本発明を適用することにより、先に
述べたアッベ補正に伴う線幅精度の悪化も解決される。
図６（ａ）は前記アッベ補正に伴うＸステージの挙動を
示したもので、横軸は時間、ａ，ｋ間が露光領域中心と
ウエハ高さ検出系間距離ｄをウエハが走査するのに要す
る時間に相当し、ステージの応答速度はウエハがｄ／２
の距離移動するのに必要な時間とし、ａ，ｂ，‥‥‥，
ｋがウエハおよびレチクルステージ干渉計のサンプリン
グおよび目標値の書き換えのタイミングを示し、Ｚのサ
ンプリングおよび駆動をａ，ｋ間で１回のみとしてい
る。

【００４７】図６（ａ）において、５０はＺ方向駆動が
ない場合の干渉計の読み値で、本来はａ，ｋ間で目標値
が変化しているために斜めの線になるが説明のためａ，
ｋ間で目標値一定としている。ｆのタイミングでＺ方向
駆動した場合、干渉計の読み値は５１のようにアッベ誤
差分だけずれてしまう。これを補正するためにｈのタイ
ミングでアッベ誤差分だけ目標値を補正するが、５２の
補正量が大きいためＸステージの目標値からのずれは５
３のようにｇ以降大きく変動している。

【００４８】図６（ｂ）は本発明を適用した場合のアッ
ベ補正に伴うＸステージの挙動を示したもので、ａ，
ｃ，ｅ，ｇ，ｉ，ｋのタイミングでＺ方向駆動して、干
渉計の補正値をｃ，ｄ，ｆ，ｈ，ｊで各々ａ，ｃ，ｅ，
ｇ，ｉ，ｋの駆動量に応じて変更している。干渉計の最
終的な補正値つまりｋにおける５２と５５は同じ量であ
るが、Ｘステージの応答速度より速い間隔でステージの
目標値、つまり干渉計の補正値を変えて細かく補正をか
けているためにステージの振動が生ぜず目標値からのず
れ５６は５３より小さくなっている。このようにＺ位置
駆動により生じたアッベ誤差を補正する場合も本発明を
実施すればＸ方向の位置誤差が小さくなり、焼き付け線
幅変動のない露光が可能となる。また、以上はスキャン
方向のＸステージについて述べたがＹステージについて
も同様である。なお、アッベ補正をウエハステージ側で
なくレチクルステージ側で行ってもよいが、この場合、
補正量が縮小投影レンズの倍率に従って増えることにな
る。

【００４９】以上、本発明により被露光領域のウエハ表
面高さ位置を検出、駆動する方法を述べたが、実際には
上記実施例のような光学方式の検出系を用いてウエハ４
の被露光領域のＺ方向の位置すなわち像面位置に対する
位置（Ｚ）および傾き（α，β）のずれを検出するため
にはウエハ４の表面を正確に計測するとともに露光スリ
ット形状と被露光領域のトポグラフィ（実際の段差）と
の関係も考慮しなければならない。

【００５０】前者の表面を正確に計測するという目的に
対して光学方式の検出系を用いた場合次のような検出誤
差の要因が考えられる。すなわちウエハ４のレジスト表
面で反射した光とウエハ４の基板面で反射した光との干
渉の影響である。その影響は基板面の材質により変化し
Ａｌなどの高反射の配線材料では無視できない量とな
る。また、レジスト表面を確実にとらえるようにセンサ
を構成したとしても次のような場合、その表面に沿って
補正を行ったとき却ってデフォーカスが発生する場合が
ある。すなわち、メモリなどの露光域内の構成は大きく
分けるとメモリセルの部分と周辺回路の部分とからな
り、一般的にクリティカルな解像性能を要求される露光
領域はメモリセルの部分に集中している。２５６Ｍのチ
ップを例にとると、メモリチップはクリティカルな線幅
転写が要求されるメモリセル領域とメモリセル領域を分
割するように縦・横に走るルールの緩い周辺回路部分か
らなっている。この境界領域を拡大したのが図７（ａ）
（ｂ）である。セル部分と周辺回路部分は前述のように
平坦化が進められているが１μｍ程度の段差が残ってし
まう。今、図７（ａ）に示すように、この領域をスキャ
ンしながらＺ方向の補正を計測値通り行う場合、すなわ
ちスリットの露光像面をレジスト表面に常にトラッキン
グさせる場合に、スリットのスキャン方向の幅すなわち
短辺が５ｍｍに対して周辺回路部分が２ｍｍあるとする
と、段差がある周辺回路の両脇にあるメモリセルの各々
２ｍｍの領域（図７（ａ）ハッチング部分）で１μｍ程
度のデフォーカスが発生することになる。周辺回路の線
幅管理はメモリセルのそれに比べて緩くなっているため
フォーカス深度もそれに応じて拡大している。この点を
考慮すれば、実段差にスキャン系を追従させることは好
ましくなく、段差データを補正量として管理する方が精
度的に有利である。

【００５１】以下に、前記段差データを補正量として管
理しフォーカスの補正を行った場合について説明する。
図９はその補正方法の概略のフローチャートである。ス
テップ１０１でスタート指令を受け、ステップ１０２で
ウエハをステージ上に搬入しチャックに吸着固定する。
その後チップの被露光域内部の表面形状を測定するため
にステップ１０３で複数サンプルショット領域にてプリ
スキャン測定を行う。その後、測定されたスキャンフォ
ーカス検出値を用いてスキャン中の計測値を最適露光像
面位置までの距離に補正するための補正項を求めるため
にステップ１０４にて算出する。補正値の算出が完了す
るとステップ１０５にて各被露光位置でのフォーカス検
出値を前記補正値で補正しながら露光域を露光像面に合
わせるために補正量算出と補正駆動を行う。

【００５２】このプリスキャンで求めた計測誤差と段差
補正値は、被露光領域のトポグラフィと下地のパターン
の反射率に依存している。したがって、ロット着工時
（ｎ枚）には、最初の数枚（ｊ枚）で求めたオフセット
値を、以降のウエハに適用することが可能である。この
場合のシーケンスを図１０に示す。図１０に示したシー
ケンスによって、スループットを大幅に向上することが
可能となる。

【００５３】次に、計測誤差要因をスキャン中のフォー
カス計測値から補正するためのオフセット計測方法を詳
細に説明する。ウエハの面位置および傾きを検出する際
に問題となる計測誤差やチップ内段差のオフセット値を
計測データから補正値として導出する方法を以下図１１
および図１２のフローチャートを使用して説明する。

【００５４】まず上記オフセットを算出するために予め
サンプルショットとしてスキャン計測すべき被露光領域
を複数個決めておく。これはウエハの面精度の影響を受
けにくいようウエハ上中心対称かつ全面の情報を効率的
に得られる例えば図４に示すような位置を選択すること
が望ましい。この配置はＣＭＰなどの研磨工程やその他
の処理工程等を考慮した場合、ウエハが円形状であるこ
とから変形が中心対称的に発生することが想定されるか
らである。まず図１１のステップ１でウエハ４をウエハ
ステージ５のチャック上に載せて吸着、固定する。

【００５５】その後ステップ２で不図示のアライメント
顕微鏡下へ特定ショットのアライメントマークを移動
し、フォーカス補正を行い、アライメントマークの位置
を計測する。この測定を複数（ｇショット）のショット
で測定し、得られるアライメントデータからウエハ上の
全露光位置のショットの配列データを補正し、各露光領
域がスキャン中、正しくレチクルと位置合わせできるよ
うな状態にしておく。この状態にしておけば各被露光位
置のパターンは同一のレチクルにて処理されているた
め、各露光位置におけるステージ座標で定義した第ｊ回
目のフォーカス計測時の下地構造はアライメント精度の
範囲内で完全に一致することが期待され、実際各測定ご
とにほぼ一定の計測データを示すことが確認されてい
る。このステップで得られた配列情報に従って以下のサ
ンプルショット移動およびショット内のスキャンが実行
されるため、ショット内各スキャン位置でのチップ内形
状はアライメント精度の範囲内で同一基板構造の同一箇
所を測定していることになる。またこの測定の段階でウ
エハ全面の傾斜成分をフォーカス検出系で測定してお
き、ステップ３に入る前にウエハ全体の傾斜成分を補正
するようにウエハステージ５内部のレベリングステージ
を補正駆動しておく。

【００５６】このステップ２でのショット配列補正が確
定するとステップ３でオフセット計測のシーケンスに移
行していく。まず予め決定されたサンプルショットＳｉ
（ｉ＝１〜ｍ）内の第１計測ポイント位置へウエハ系の
レーザ干渉計２４の出力信号に基づいて移動する（ステ
ップ３、ステップ４）。そこで被露光領域内第ｊ計測ポ
イントでのウエハ表面での面位置計測データすなわちウ
エハ表面の光軸ＡＸ方向の位置Ｚｊｋ（ｋ＝１〜ｐ）を
検出光学系（１０〜１９）で検出することになるが、実
際の露光時にはほぼ投影レンズの像面近傍で計測される
ためこのオフセット測定の際も像面近傍で計測する必要
がある。

【００５７】今、ウエハの面形状が変形をうけていない
平らな場合、ウエハ全面の面形状を知るためにはウエハ
の高さを固定（レベリングステージの高さ固定）してウ
エハステージをＸ，Ｙ方向にステップし、位置決めを行
い、逐次フォーカス測定を行えばよい。しかるにウエハ
が複数の処理工程を経て加工が進んでくるとウエハ全面
の形状は図８（ａ）、（ｂ）に示すような凸または凹の
形状を持つ傾向がある。このような全体的に変形を受け
たウエハにおいて斜入射の検出光学系を用いた場合、図
８（ａ）に示すようにウエハの高さを固定したままフォ
ーカス計測を進めるとフォーカスビームの観察位置はウ
エハ形状の変化すなわち高さ変化に応じて横方向にシフ
トしてしまい、本来必要としている露光像面近傍での観
察パターンとは異なる位置を読んでいる可能性が高くな
る。この問題の解決方法として図８（ｂ）に示すように
各計測位置でＺステージの位置を像面近傍位置へ補正す
る方法をとっている。

【００５８】このシーケンスを図１１に戻って説明す
る。まずステップ５にてＸＹ平面内で露光位置と同一の
位置で位置決めされた状態でのウエハステージ５内のレ
ベリングステージの位置（Ｚ０，α０，β０）を記憶
（最初のサンプルショットの第１ポイントでのみ測定、
その後の各ショット、各ポイントでの補正計算にはこの
データを使用）した後、ウエハ表面での面位置計測デー
タを求め、その値を用いて像面位置までＺ補正駆動を行
う。この像面位置までのＺ補正駆動を行うことにより前
記フォーカスビームの横方向シフトの問題はなくなり
（図８（ｂ））、補正後のレベリングステージの位置
（Ｚｊ，α０，β０）とその位置での面位置計測データ
すなわちウエハ表面の光軸ＡＸ方向の位置Ｚ０ｊｋ（ｋ
＝１〜ｐ）のデータから

【００５９】

【数１】 と計算する。ここでは補正をレベリングステージのＺ位
置で行う例を説明したが、計測値Ｚ０ｊｋの値を基にレ
ベリングステージの補正駆動を行っているため、レベリ
ングステージの駆動誤差が無視できる場合、Ｚ０ｊｋの
値を逐次加算していくことによっても補正は実現可能で
ある。この位置Ｚ０ｊｋ（ｋ＝１〜ｐ）に対応する信号
がｐ個のＣＣＤリニアセンサで構成された検出部１９か
らフォーカス信号処理部２６へ入力され、上記補正計算
を実施した後、第ｊ計測ポイントでの計測値としてメモ
リされる。またステップ６にてこの位置でのウエハステ
ージのポジション（Ｘ，Ｙ）も同時にメモリする。ステ
ップ７では同様の測定をサンプルショット内全ポイント
（ｊ＝１〜ｎ）での計測が終了したか判定し、終了して
いなければステップ４で次のポイントへ移動し同様の計
測を繰り返す。終了した場合ステップ８で全サンプルシ
ョット（ｉ＝１〜ｍ）での計測が終了したか判定し終了
していなければステップ３へ移動する。

【００６０】ステップ８の判定で全サンプルショット内
全サンプルポイントでの計測が終了したと判定された場
合、ステップ９にて被露光位置内計測位置での全ポイン
ト、全センサ位置でのオフセット補正値Ｃｊｋを計算す
る。本オフセット計測シーケンスで得られる被露光位置
内の計測ポイントｊでの計測センサｋの計測値Ｚｊｋに
よりｎ×ｐ個のウエハ面形状関数Ｆｎｐ（ｘ，ｙ）（各
面形状関数のデータポイント数はサンプルショットＳｉ
（ｉ＝１〜ｍ）のｍポイント）が決定される。これらの
面形状関数Ｆｎｐ（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ておき、各面のオフセット量
を求めるために測定量Ｚｊｋを面位置データとして用
い、最小自乗法によりＦｎｐの係数すなわち補正量を求
める。具体的には

【００６１】

【数２】 なる式を満足するような定数項Ｃｊｋを求め、その結果
をメモリに記憶する。

【００６２】引き続き各被露光位置でのフォーカス位置
計測、Ｃｊｋによる計測値補正およびレベリングステー
ジの位置補正の過程を図１２および図１３にて説明す
る。

【００６３】図１２のステップ１０で第Ｎショットの第
１計測ポイントに到達した位置すなわち図１３（ａ）に
示すように第Ｎ−１ショットを露光中にフォーカス計測
ビームが第Ｎショット第１計測ポイントにかかる位置へ
ウエハステージ５が移動している状態を説明する。１シ
ョット内の計測ポイントｊはｎ箇所、計測ポイントを含
む各計測ポイント間駆動ポイントｈはｖ箇所とし、ｊで
計測ポイント、ｊｈで駆動ポイントを表す。

【００６４】ステップ１１で該位置がフォーカス計測位
置かどうかを判断し、計測位置であればステップ１２で
第Ｎショット、第１計測ポイントでのＺｊｋ計測値を求
める。具体的には図１３（ａ）ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３
の計測ビームに対する光電変換手段群１９のうち３つの
ＣＣＤリニアセンサからの検出信号をフォーカス信号処
理部２６にて処理しその高さデータＺ１１，Ｚ１２，Ｚ
１３を求める。この測定データには干渉による計測誤差
や段差によるオフセット誤差を含んでいるため、図１１
のステップ９で求めたＣｊｋの補正データを使用し次の
ように差分を求めることによりウエハ本来の面位置計測
データＺＴｊｋが求まる。

【００６５】

【数３】 ここで算出されたＺＴｊｋはレジスト表面に起因する計
測オフセットが補正された、露光エリア内のウエハの変
形分のみを含んでいる。ステップ１４でＮショット上の
第１計測ポイントでなければ、ステップ１５でこの面位
置データとｊ−１の面位置データを基にｊとｊ−１間の
ｖ個のポイントの最小自乗平面を計算しメモリする。

【００６６】次にステップ１１へ戻り、フォーカス計測
ポイントでなければステップ１６へ進み、そこでフォー
カス補正ポイントと判断すれば、ステップ１５で作製し
た補間データを用いてウエハステージ５を光軸方向と傾
き方向に補正駆動しウエハ露光エリアを縮小投影レンズ
像面に一致させる。この時に前述のアッベ誤差を補正す
るために、Ｘ，Ｙステージのレーザ干渉計の読み値を前
記補正駆動量およびアッベ補正係数に応じて補正する。
このアッベ補正係数は予め記憶手段に記憶しておいたも
のを使用する。

【００６７】次にステップ１１に戻り、以下、ステップ
１７までの補正駆動をｖ回繰り返す。フォーカス計測ポ
イント間の補正駆動が終了するとステップ１８で全計測
ポイントが終了したか確認し、終了していなければステ
ップ１１に戻ってｊ＝ｎとなるまで計測、補正駆動を並
列に繰り返す。すなわち図１３（ｂ）の状態ではｊ＝１
のデータで補正を行い同時にｊ＝２のポイントでフォー
カスの計測を行い、図１３（ａ）および図１３（ｂ）の
補正データを使用して図１３（ｂ）から図１３（ｃ）の
間の露光スリット下の面位置補正およびアッベ補正を行
う。次に、図１３（ｃ）ではｊ＝２のデータを使用して
露光スリット下の面位置補正およびアッベ補正を行う。
以下、これを繰り返し、ｊ＝ｎポイントまで計測・補正
が完了するとステップ１７でウエハ上全露光ショットの
露光が終了したかを確認しＮ＝ｗとなるまで各ショット
のスキャン露光を繰り返す。

【００６８】以上説明したウエハの面位置および傾きを
検出する際に問題となる計測誤差やチップ内段差のオフ
セット値を計測データから補正値として導出し、補正す
るシーケンス、すなわち、多点フォーカス検出機構での
センサ間キャリブレーションは形成されるパターンが異
なる各工程で行うことになるが、ロット内の１枚のみで
測定するだけで十分である。その後の同一工程に関して
はロット先頭の１枚で求めたオフセットＣｉｊをメモリ
に記憶しておいて、各フォーカス計測・補正時に使用す
ることにより本来の目的は十分実現可能であり、スルー
プットを低下させることなく高精度のレベリング補正お
よび露光が実施される。

【００６９】上記実施例では被露光領域内でメモリセル
などフォーカス深度が最も厳しい１ポイントを事前に露
光してベストフォーカスを求めるようにしたが１ポイン
トに限るものではなく、また、装置要因すなわちレンズ
の環境による変化を求めるため最低１ポイント測定し被
露光領域内で個別にフォーカス補正位置を変化した方が
よい場合すなわちロジックデバイスなどで部分的に表面
高さが異なる場合にはその設計値から上記面位置データ
オフセットＣｊｋのデータを補正してもよい。具体的に
は露光スリットの幅を考慮しＣｊｋで定義される２次元
マップからオフセットを変更すべき領域が大きい場合そ
の段差分でＣｊｋを補正する。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の態
様によれば、基板の高さを相対走査しながら連続的に検
出し駆動する方法において、前記基板高さ駆動の目標値
の変更を前記基板高さ測定の間隔より短い間隔で行い、
また前記駆動目標値変更の間隔は被検査物高さ制御系の
応答時間より短い時間とし、前記基板高さ計測点の間の
基板高さ駆動目標値は、前後の計測点を含む複数の計測
点での計測値に基づく値を直線補間または多次近似補間
で補間したものを用いることにより、高さ計測の計測間
隔を短くすることなく簡便な制御系により高精度に基板
高さを設定することができる。

【００７１】また、本発明の第２の態様によれば、Ｘ，
Ｙ方向および高さ方向に移動するステージ上に吸着固定
された基板の高さを相対走査しながら連続的に検出し駆
動する方法において、前記基板高さ駆動の目標値の変更
を前記基板高さ測定の間隔より短い間隔で行い、また前
記基板高さの駆動により生じたＸ，ＹステージのＸ，Ｙ
位置測定の誤差の補正間隔を前記基板高さ測定間隔より
短い間隔かつＸ，Ｙステージの応答時間より短い間隔と
することにより、高さ駆動に伴うＸ，Ｙ方向の位置ずれ
をなくし、高精度に基板高さを設定することができる。

【００７２】また、本発明の第３の態様によれば、パタ
ーンが形成されたウエハの高さを相対走査しながら連続
的に検出する方法において、前記ウエハの複数の被露光
域内を相対走査しながら連続的に高さを検出する段階
と、前記連続的に得られた複数の被露光域内高さデータ
から該被露光域内でほぼ同一箇所の高さのデータの組毎
に各々ウエハの面位置データを求める段階と、前記被露
光域内の測定ポイントの内少なくとも１点を絶対基準位
置にあわせるための補正値を求める段階と、前記絶対基
準にとったポイントでつくられるウエハの面位置データ
に基づいて該被露光域内の他の計測ポイントでつくられ
るウエハの面位置データの補正値を各々求める段階と、
前記各補正値に基づいて相対走査中の連続高さ計測値を
各々補正駆動する段階を有し、前記ウエハ高さ補正の駆
動目標値の変更を前記ウエハ高さ測定の間隔より短い間
隔で行い、また前記駆動目標値変更の間隔はウエハ高さ
制御系の応答時間より短い時間とし、前記ウエハ高さ計
測点の間のウエハ高さ駆動目標値は、前後の計測点を含
む複数の計測点での計測値に基づく値を直線補間または
多次近似補間で補間したものを用いることにより、簡便
な制御系でスキャン露光中に計測されるフォーカス計測
値の検出誤差をリアルタイムで高精度に補正することが
できる。

【００７３】また、本発明の第４の態様によれば、基板
の面位置を相対走査しながら連続的に検出し駆動する方
法において、前記面位置駆動の目標値の変更を前記基板
面位置測定の間隔より短い間隔で行い、また前記駆動目
標値変更の間隔は基板面位置制御系の応答時間より短い
時間とし、前記基板面位置計測点の間の基板高さ駆動目
標値は、前後の計測点を含む複数の計測点での計測値に
基づく値を直線補間または多次近似補間で補間したもの
を用いることにより、面位置計測の計測間隔を短くする
ことなく簡便な制御系により高精度に基板面位置を設定
することができる。

【００７４】また、本発明の第５の態様によれば、Ｘ，
Ｙ方向および高さ方向に移動するステージ上のパターン
が形成された基板の面位置を相対走査しながら連続的に
検出し駆動する方法において前記基板面位置駆動の目標
値の変更を前記基板面位置測定の間隔より短い間隔で行
い、また前記基板面位置の駆動により生じたＸ，Ｙステ
ージのＸ，Ｙ位置測定の誤差の補正間隔を前記基板面位
置測定の間隔より短い間隔かつＸ，Ｙステージの応答時
間より短い間隔とすることにより、面位置駆動に伴う
Ｘ，Ｙ方向の位置ずれをなくし、高精度に基板面位置を
設定することができる。

【００７５】また、本発明の第６の態様によれば、ウエ
ハ上に並んだ同一パターン構造で形成された複数個の被
露光領域において、該被露光領域内を一定方向に相対走
査しながら複数ポイントの面位置データを測定する段階
と、該複数被露光領域での上記相対走査中の複数面位置
データに基づいて各相対走査のポイント毎の同一箇所の
データの組毎に前記ウエハの面形状を個別に検出する段
階と該個別の面形状に基づいて被露光域内の各相対走査
計測位置での計測値の基準位置に対する補正値を検出す
る段階と前記補正値に基づいて該被露光域内を一定方向
に相対走査しながら測定される複数ポイントの面位置デ
ータに基づいて補正駆動する段階を有し、前記ウエハ面
位置補正の駆動目標値の変更を前記ウエハ面位置測定の
間隔より短い間隔で行い、また前記駆動目標値変更の間
隔はウエハ面位置制御系の応答時間より短い時間とし、
前記ウエハ面位置計測点の間のウエハ面位置駆動目標値
は、前後の計測点を含む複数の計測点での計測値に基づ
く値を直線補間または多次近似補間で補間したものを用
いることにより、簡便な制御系によりスキャン露光中に
計測されるフォーカス計測値の検出誤差をリアルタイム
で高精度に補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例におけるウエハ高さと露光領
域および高さ測定位置の関係を示した説明図である。

【図２】 本発明の一実施例に係る面位置検出方法を用
いるスリットスキャン方式の投影露光装置の部分的概略
図である。

【図３】 図２の装置における検出光学系による面位置
検出での露光スリットと各測定点の位置関係を示す説明
図である。

【図４】 ウエハ上の被露光領域の配列状態と本発明の
実施例でプリスキャンを行うサンプルショットの選択の
例を示す平面図である。

【図５】 ウエハ高さと露光領域および高さ測定位置の
関係を示した説明図である。

【図６】 本発明の実施例におけるウエハ高さとＸステ
ージの位置ずれの関係を示した説明図である。

【図７】 被露光領域スキャン中のＩＣ表面トポグラフ
ィを示す被露光領域とフォーカス制御されたスリット露
光の像面位置の関係を説明する説明図である。

【図８】 本発明の実施例において高精度にフォーカス
オフセットを算出するための補正駆動を行う必要性を説
明する説明図である。

【図９】 本発明の第２の実施例に係る面位置検出方法
を用いたオフセットの測定および各ショットでの露光時
の面位置補正駆動のシーケンスの概略例を示すフローチ
ャート図である。

【図１０】 本発明の第２の実施例に係る面位置検出方
法を用いたロット着工のシーケンス例を示すフローチャ
ート図である。

【図１１】 本発明の第３の実施例に係る面位置検出方
法を用いたオフセットの測定のシーケンスの一例を示す
フローチャート図である。

【図１２】 本発明の第３の実施例に係る面位置検出方
法を用いた各ショットでの露光時の面位置補正駆動のシ
ーケンスの一例を示すフローチャート図である。

【図１３】 本発明の第３の実施例に係る面位置検出方
法を用いたスリットスキャン露光時のスリットと面位置
検出センサの位置関係を説明する説明図である。

【符号の説明】

１：縮小投影レンズ、２：レチクル、３：レチクルステ
ージ、４：ウエハ、５：ウエハステージ、６：露光照明
光学系、１０：光源、１１：コリメータレンズ、１２：
プリズム形状のスリット部材、１４，１５：折り曲げミ
ラー、１９：光電変換手段群、２１：レチクルステージ
干渉計、２２：レチクル位置制御系、２４：ウエハステ
ージ干渉計、２５：ウエハ位置制御系、２６：面位置検
出系、２７：メイン制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２６Ｂ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面を相対走査しながら該基板表
   面の高さを所定の時間間隔で測定しその測定値に基づい
   て目標値を作成し前記基板表面の高さをその目標値に一
   致させるべく駆動する表面位置設定方法において、前記
   基板高さ駆動の目標値の変更の間隔を前記基板高さ測定
   の間隔より短く、かつ前記高さ測定ないし駆動を行う基
   板高さ制御系の応答時間より短い時間とし、前記基板高
   さ計測点の間の基板高さ駆動目標値は、前後の計測点を
   含む複数の計測点での計測値に基づく値を直線補間また
   は多次近似補間で補間したものを用いることを特徴とす
   る表面位置設定方法。
2. 【請求項２】 Ｘ，Ｙ方向および高さ方向に移動するス
   テージ上に吸着固定された基板の高さを相対走査しなが
   ら連続的に検出し駆動する方法において、前記基板高さ
   駆動の目標値の変更を前記基板高さ測定の間隔より短い
   間隔で行い、かつ前記基板高さの駆動により生じたＸ，
   ＹステージのＸ，Ｙ位置測定の誤差の補正間隔を前記基
   板高さ測定間隔より短い間隔かつＸ，Ｙステージの応答
   時間より短い間隔とすることを特徴とする高さ設定方
   法。
3. 【請求項３】 パターンが形成されたウエハの高さを相
   対走査しながら連続的に検出する方法において、前記ウ
   エハの複数の被露光域内を相対走査しながら連続的に高
   さを検出する段階と、前記連続的に得られた複数の被露
   光域内高さデータから該被露光域内でほぼ同一箇所の高
   さのデータの組毎に各々ウエハの面位置データを求める
   段階と、前記被露光域内の測定ポイントの内少なくとも
   １点を絶対基準位置にあわせるための補正値を求める段
   階と、前記絶対基準にとったポイントでつくられるウエ
   ハの面位置データに基づいて該被露光域内の他の計測ポ
   イントでつくられるウエハの面位置データの補正値を各
   々求める段階と、前記各補正値に基づいて相対走査中の
   連続高さ計測値を各々補正駆動する段階を有し、前記ウ
   エハ高さ補正の駆動目標値の変更を前記ウエハ高さ測定
   の間隔より短い間隔で行い、かつ前記駆動目標値変更の
   間隔はウエハ高さ制御系の応答時間より短い時間とし、
   前記ウエハ高さ計測点の間のウエハ高さ駆動目標値は、
   前後の計測点を含む複数の計測点での計測値に基づく値
   を直線補間または多次近似補間で補間したものを用いる
   ことを特徴とするウエハ高さ設定方法。
4. 【請求項４】 基板の面位置を相対走査しながら連続的
   に検出し駆動する方法において、前記面位置駆動の目標
   値の変更を前記基板面位置測定の間隔より短い間隔で行
   い、かつ前記駆動目標値変更の間隔は基板面位置制御系
   の応答時間より短い時間とし、前記基板面位置計測点の
   間の基板高さ駆動目標値は、前後の計測点を含む複数の
   計測点での計測値に基づく値を直線補間または多次近似
   補間で補間したものを用いることを特徴とする面位置設
   定方法。
5. 【請求項５】 Ｘ，Ｙ方向および高さ方向に移動するス
   テージ上のパターンが形成された基板の面位置を相対走
   査しながら連続的に検出し駆動する方法において、前記
   基板面位置駆動の目標値の変更を前記基板面位置測定の
   間隔より短い間隔で行い、かつ前記基板面位置の駆動に
   より生じたＸ，ＹステージのＸ，Ｙ位置測定の誤差の補
   正間隔を前記基板面位置測定の間隔より短い間隔かつ
   Ｘ，Ｙステージの応答時間より短い間隔とすることを特
   徴とする面位置設定方法。
6. 【請求項６】 ウエハ上に並んだ同一パターン構造で形
   成された複数個の被露光領域において、該被露光領域内
   を一定方向に相対走査しながら複数ポイントの面位置デ
   ータを測定する段階と、該複数被露光領域での上記相対
   走査中の複数面位置データに基づいて各相対走査のポイ
   ント毎の同一箇所のデータの組毎に前記ウエハの面形状
   を個別に検出する段階と該個別の面形状に基づいて被露
   光域内の各相対走査計測位置での計測値の基準位置に対
   する補正値を検出する段階と前記補正値に基づいて該被
   露光域内を一定方向に相対走査しながら測定される複数
   ポイントの面位置データに基づいて補正駆動する段階を
   有し、前記ウエハ面位置補正の駆動目標値の変更を前記
   ウエハ面位置測定の間隔より短い間隔で行い、かつ前記
   駆動目標値変更の間隔はウエハ面位置制御系の応答時間
   より短い時間とし、前記ウエハ面位置計測点の間のウエ
   ハ面位置駆動目標値は、前後の計測点を含む複数の計測
   点での計測値に基づく値を直線補間または多次近似補間
   で補間したものを用いることを特徴とするウエハ面位置
   検出方法。