(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の合焦可能位置に試料を設定する斜入射オートフォーカス方法において、
フォーカスビームを、前記試料の表面に斜めに照射するステップと、
前記試料の表面上における照射点で反射した前記フォーカスビームの反射光を受光するステップと、
受光した前記反射光に基づいて前記光学系の光軸方向に前記試料を移動させることにより、前記合焦可能位置と前記フォーカスビームの照射点とが、前記光軸に対し直交する所定面に含まれるように調整するステップと、
前記試料の光軸方向移動量を検出するステップと、
前記フォーカスビームの前記所定面に対する傾き角と、検出された前記光軸方向移動量に基づき、前記合焦可能位置と前記照射点との間の距離を決定するステップと、
前記照射点が前記合焦可能位置に向かう方向に、前記試料を前記決定された距離だけシフトするステップとからなることを特徴とする斜入射オートフォーカス方法。
【請求項２】
請求項１記載の斜入射オートフォーカス方法において、前記フォーカスビームの前記所定面に対する傾き角をα、前記光軸方向移動量をΔＺ、前記決定された距離をΔＬとすると、
ΔＬ＝ΔＺ／tanα
が成り立つことを特徴とする斜入射オートフォーカス方法。
【請求項３】
請求項２記載の斜入射オートフォーカス方法において、前記試料は、前記所定面内で、Ｘ方向にＸ方向成分量だけ、かつ前記Ｘ方向に直交するＹ方向にＹ方向成分量だけシフトされることにより、前記決定された距離のシフトを達成するようになっており、
前記フォーカスビームの前記Ｘ方向に対する傾き角をβとし、前記試料の前記Ｘ方向成分量をΔＸとし、前記Ｙ方向成分量をΔＹとすると、
ΔＸ＝（cosβ／tanα）・ΔＺ
ΔＹ＝（sinβ／tanα）・ΔＺ
が成り立つことを特徴とする斜入射オートフォーカス方法。
【請求項４】
請求項３記載の斜入射オートフォーカス方法において、微少時間当たりの、前記試料の各シフト量を計算することにより、各方向のシフト速度を求め、各速度で前記試料をシフトさせることを特徴とする斜入射オートフォーカス方法。
【請求項５】
請求項４記載の斜入射オートフォーカス方法において、前記微少時間をΔｔとすると、
ΔＸ／Δｔ＝（cosβ／tanα）・ΔＺ／Δｔ
ΔＹ／Δｔ＝（sinβ／tanα）・ΔＺ／Δｔ
が成り立つことを特徴とする斜入射オートフォーカス方法。
【請求項６】
請求項４記載の斜入射オートフォーカス方法において、あるサンプリング時間当たりにシフトした前記試料の実際のシフト量を、前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向に関してそれぞれ検出し、前記試料をシフトさせたい速度と前記サンプリング時間とに基づいて計算した予定シフト量と比較し、その結果に基づいて前記試料のシフト速度をＸ方向及びＹ方向に関してそれぞれ変更することを特徴とする斜入射オートフォーカス方法。
【請求項７】
請求項６記載の斜入射オートフォーカス方法において、前記サンプリング時間をｔとし、前記試料の前記サンプリング時間当たりの前記光軸方向移動量をＺｎとし、前記試料の光軸方向のシフト速度をＶznとし、前記サンプリング開始時の前記試料のＸ方向位置、Ｙ方向位置をＸｎ、Ｙｎとし、前記試料をＸ方向、Ｙ方向にシフトさせる速度をＶxn、Ｖynとすると、
Ｖxn＝｛（Ｚｎ＋Ｖzn・ｔ）cosβ／tanα−Ｘｎ｝／ｔ
Ｖyn＝｛（Ｚｎ＋Ｖzn・ｔ）sinβ／tanα−Ｙｎ｝／ｔ
が成り立つことを特徴とする斜入射オートフォーカス方法。
【請求項８】
請求項３記載の斜入射オートフォーカス方法において、位相同期検波回路からの信号に基づいて、前記試料の光軸方向移動量を計算するステップと、前記光軸方向移動量より、予め前記Ｘ方向成分量と前記Ｙ方向成分量とを計算するステップとを更に有し、前記試料は、前記光軸方向と同時に前記Ｘ、Ｙ方向に各成分量だけシフトさせられることを特徴とする斜入射オートフォーカス方法。
【請求項９】
光学系の合焦可能位置に試料を設定する斜入射オートフォーカス方法において、
フォーカスビームを、ハービングガラスを介して、前記試料の表面に斜めに照射するステップと、
前記試料の表面上における照射点で反射した前記フォーカスビームの反射光を受光するステップと、
受光した前記反射光に基づいて前記光学系の光軸方向に前記試料を移動させることにより、前記合焦可能位置と前記フォーカスビームの照射点とが、前記光軸に対し直交する所定面に含まれるように調整するステップと、
前記試料の光軸方向移動量を検出するステップと、
前記フォーカスビームの前記所定面に対する傾き角と、検出された前記光軸方向移動量に基づき、前記合焦可能位置と前記照射点との間の距離を決定するステップと、
前記ハービングガラスを前記フォーカスビームに直交する軸回りに回転させて、前記ハービングガラスを通過する前記フォーカスビームの光路をシフトさせるステップとからなり、
それにより、前記照射点は前記合焦可能位置に向かう方向に、前記所定面上で前記決定された距離だけシフトするようになっていることを特徴とする斜入射オートフォーカス方法。
【請求項１０】
請求項９記載の斜入射オートフォーカス方法において、前記フォーカスビームの前記所定面に対する傾き角をγ、前記光軸方向移動量をΔＺ、前記ハービングガラスが回転することにより移動される光路のシフト量をΔｄとすると、
Δｄ＝ΔＺ・sinγ
が成り立つことを特徴とする斜入射オートフォーカス方法。
【請求項１１】
光学系の合焦可能位置に試料を設定する斜入射オートフォーカス装置において、
フォーカスビームを、前記試料の表面に斜めに照射する照射手段と、
前記試料の表面上における照射点で反射した前記フォーカスビームの反射光を受光する受光手段と、
受光した前記反射光に基づいて前記光学系の光軸方向に前記試料を移動させることにより、前記合焦可能位置と前記フォーカスビームの照射点とが、前記光軸に対し直交する所定面に含まれるように調整する調整手段と、
前記試料の光軸方向移動量を検出する検出手段と、
前記フォーカスビームの前記所定面に対する傾き角と、検出された前記光軸方向移動量に基づき、前記合焦可能位置と前記照射点との間の距離を決定する決定手段と、
前記照射点が前記合焦可能位置に向かう方向に、前記試料を前記決定された距離だけシフトするシフト手段とからなることを特徴とする斜入射オートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、斜入射フォーカスビームを用いたオートフォーカス方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造に用いられる投影型露光装置においては、レチクルやマスクに描かれたパターンを投影光学系を介して投影し、その投影像を予めパターンが形成された感光基板（ウェハ等）に位置合わせして重ね焼きすることで、所望の半導体回路のリソグラフを行っている。この際、レチクルやマスクのパターンの投影像がウェハ上で正確に結像しないと、ウェハに不鮮明なパターンが形成され、その結果製造された半導体装置の特性が不十分なものとなったり、極端な場合は半導体回路そのものの動作が不能となる等の不具合が生ずる恐れがある。
【０００３】
かかる不具合を防止すべく投影型露光装置においては、ウェハに対するより正確な合焦位置決めが望まれている。しかしながら、ウェハは大きなスペースを要する投影光学系の直下におかれており、よって測距装置は、設置スペースの制約上ウェハに正対する位置に設けることはできない。そこで、斜入射フォーカスビームを用いてウェハを正確に合焦位置決めする斜入射オートフォーカス装置が、かかる投影型露光装置において採用されている。
【０００４】
斜入射フォーカスビームを利用したオートフォーカス装置は、投影光学系の側方に設けることができ、そこから斜めにフォーカスビームを出射して、ウェハ等より反射した光を受光することによって、ウェハ等の垂直方向位置を検出するものである。かかる装置は、制約されたスペース下においても、ウェハの合焦位置決めが行えるという利点を有する。しかしながら、斜入射を利用したオートフォーカス装置には、以下に述べるような本来的な問題点がある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
斜入射オートフォーカス装置における特徴の一つは、投影露光系の光軸とフォーカスビームとが、一点でのみ交わっていることである。すなわち、かかる交点以外においては、ウェハ上の結像点とフォーカスビーム反射点との間に水平方向にズレが生じることになる。
【０００６】
ここで、ウェハ上面が厳密に水平であるならば、結像点とフォーカスビーム反射点とが異なっていてもなんら問題は生じない。フォーカスビーム反射点で合焦が確認されれば、同一高度の結像点でも必ず合焦が達成されるからである。しかしながら、ウェハの上面には現実に微少な傾きが存在し、かかる傾きは微少であっても、極めて微細なパターンを要求される近年のリソグラフにおいては、無視できないボケを生じさせる。
【０００７】
より具体的には、ウェハ（試料）上のあるフォーカスポイントにおいてフォーカスを実施する場合、フォーカスを合わせるためにＺ軸（垂直）方向に駆動を行うと、斜入射ビームを使用しているため、試料上に当たるフォーカスビームの位置がＸ、Ｙ軸（水平）方向にシフトする。従って、フォーカスを開始した際のビーム照射点とフォーカスを終了した際のビーム照射点が試料上で異なるため、試料上のフォーカスビームの照射面が傾いているとフォーカス誤差が発生する恐れがある。
【０００８】
本願発明は、試料上のフォーカスビームの照射面の状態に関わらず、正確に合焦位置を検出することのできる斜入射オートフォーカス方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成すべく、本願発明の、光学系の合焦可能位置に試料を設定する斜入射オートフォーカス方法において、
フォーカスビームを、前記試料の表面に斜めに照射するステップと、
前記試料の表面上における照射点で反射した前記フォーカスビームの反射光を受光するステップと、
受光した前記反射光に基づいて前記光学系の光軸方向に前記試料を移動させることにより、前記合焦可能位置と前記フォーカスビームの照射点とが、前記光軸に対し直交する所定面に含まれるように調整するステップと、
前記試料の光軸方向移動量を検出するステップと、
前記フォーカスビームの前記所定面に対する傾き角と、検出された前記光軸方向移動量に基づき、前記合焦可能位置と前記照射点との間の距離を決定するステップと、
前記照射点が前記合焦可能位置に向かう方向に、前記試料を前記決定された距離だけシフトするステップとからなることを特徴とする。
【００１０】
更に上述の目的を達成すべく、本願発明の、光学系の合焦可能位置に試料を設定する斜入射オートフォーカス方法において、
フォーカスビームを、ハービングガラスを介して、前記試料の表面に斜めに照射するステップと、
前記試料の表面上における照射点で反射した前記フォーカスビームの反射光を受光するステップと、
受光した前記反射光に基づいて前記光学系の光軸方向に前記試料を移動させることにより、前記合焦可能位置と前記フォーカスビームの照射点とが、前記光軸に対し直交する所定面に含まれるように調整するステップと、
前記試料の光軸方向移動量を検出するステップと、
前記フォーカスビームの前記所定面に対する傾き角と、検出された前記光軸方向移動量に基づき、前記合焦可能位置と前記照射点との間の距離を決定するステップと、
前記ハービングガラスを前記フォーカスビームに直交する軸回りに回転させて、前記ハービングガラスを通過する前記フォーカスビームの光路をシフトさせるステップとからなり、
それにより、前記照射点は前記合焦可能位置に向かう方向に、前記所定面上で前記決定された距離だけシフトするようになっていることを特徴とする。
【００１１】
更に上述の目的を達成すべく、本願発明の、光学系の合焦可能位置に試料を設定する斜入射オートフォーカス装置において、
フォーカスビームを、前記試料の表面に斜めに照射する照射手段と、
前記試料の表面上における照射点で反射した前記フォーカスビームの反射光を受光する受光手段と、
受光した前記反射光に基づいて前記光学系の光軸方向に前記試料を移動させることにより、前記合焦可能位置と前記フォーカスビームの照射点とが、前記光軸に対し直交する所定面に含まれるように調整する調整手段と、
前記試料の光軸方向移動量を検出する検出手段と、
前記フォーカスビームの前記所定面に対する傾き角と、検出された前記光軸方向移動量に基づき、前記合焦可能位置と前記照射点との間の距離を決定する決定手段と、
前記照射点が前記合焦可能位置に向かう方向に、前記試料を前記決定された距離だけシフトするシフト手段とからなることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本願発明は、斜入射フォーカスビーム方法において、試料が垂直方向に移動する移動量から、試料上の結像点とフォーカスビーム反射点とが水平方向にずれる量が予めわかることに着目し、試料を垂直方向に移動した量に応じて同時に水平方向にもシフトさせることによってフォーカスビーム反射点を結像点に強制的に一致せしめ、もって正確な合焦を達成するものである。
【００１３】
例えば投影露光装置においては、ウェハを垂直（Ｚ軸）方向に精密にシフトさせる駆動ステージの他に、水平（Ｘ、Ｙ軸）方向に精密にシフトさせる駆動ステージを有しているのが一般的である。かかる水平方向の駆動ステージを用いれば、垂直方向移動と同時に、計算された水平方向駆動に必要なシフト量が計算だけウェハを正確にシフトさせることは容易にでき、もって精密な合焦が達成できる。つまり、かかる精密な合焦を達成するために、新たな装置を設ける必要はないのである。
【００１４】
このような方法をとることにより、投影光学系からウェハ上におけるフォーカスビームの当たった位置までを常に一定の距離とすることができ、よってそのフォーカスポイントにおいて正確なフォーカス位置を得ることができる。
【００１５】
【実施例】
次に本願発明の実施例を図面を参照して以下に説明する。図１は投影型露光装置のアライメント光学系を模式的に表した光学配置図である。ウェハ７は、光学系５の直下においてＸ軸方向駆動ステージ８に吸着支持されている。Ｘ軸方向駆動ステージ８はＹ方向駆動ステージ１０に載置され、Ｙ方向駆動ステージ１０はＺ軸方向駆動ステージ１００に載置されている。アクチュエータ３５、３７は、Ｘ、Ｙ軸方向駆動ステージ８、１０用の駆動アクチュエータである。なお、Ｚ軸方向駆動ステージ１００用のアクチュエータは図示されていない。図１において、レチクル３に設けられたマークＭＲからの光は、光学系５を介してウェハ７で反射し、さらに上方のレンズ６、ハーフミラー１７を介して撮像装置２１に入射し、そこで撮像される。
【００１６】
この実施例の投影型露光装置には、結像面Ｐ0に向けてピンホールまたはスリットの像を形成するためのフォーカスビームＦＢを斜めに投射する投光器５０と、フォーカスビームＦＢによるウェハ７表面からの反射ビームＲＢを受光して、ウェハ７の上下方向（投影レンズ５の光軸方向）の位置を検出する受光器５１とが設けられている。この受光器５１は、ウェハ７の垂直（上下）方向の位置に応じて、例えばウェハ７の表面が結像面Ｐ0よりも下方に位置する後ピン状態のときの反射ビームＲＢと、合焦状態のときの反射ビームＲＢ’の反射位置が異なることを光電的に検出するものである。この投光器５０と受光器５１とにより、ウェハ７の垂直方向の位置を検出して、ウェハ７の表面と結像面Ｐ0との合致状態を検出する焦点検出系を構成する。
【００１７】
図２は、この焦点検出系の具体的な構成図である。投光器５０内には、ウェハ７に塗布された感光剤を感光させない波長の光（例えば赤外光）を発する光源６０と、光源６０によって照明されるスリット板６１と、このスリット板６１に紙面と垂直な方向に伸張して形成されたスリット開口を通った光を平行光束にするレンズ６２と、レンズ６２からの平行光束を反射するミラー６３と、ミラー６３からの平行光束を入射してその光束の光軸をシフトさせて射出する平行平板ガラス６４と、平行平板ガラス６４からの平行光束を集光して、投影レンズ５の結像面Ｐ0内にスリット板６１のスリット像を結像するレンズ６５とが設けられている。平行平板ガラス６４は図中紙面と垂直な回転軸を有し、駆動部６６によってその回転軸周りに一定の角度範囲で回転する。この回転によって、レンズ６５によるスリット像の結像位置が結像面Ｐ0と垂直な方向に変位する。尚、図２ではウェハ７のパターン面７ａと結像面Ｐ0とが一致した合焦状態を示している。
【００１８】
一方、受光器５１には、反射ビームＲＢを入射するレンズ６７と、振動しつつレンズ６７を通過したビームを反射するため、その反射の方向を振動に応じて変更する振動ミラー６８と、レンズ６７からのビームの結像位置に設けられたスリット板６９と、そのスリット板６９に紙面と垂直な方向に延設されたスリット６９ａを通過してきたビームを受光して、光電信号を出力する受光素子７０とが設けられている。振動ミラー６８は紙面と垂直な回転軸を有し、駆動部７１はその回転軸を中心に、振動ミラー６８を一定の角周波数及び一定の振幅で単振動させる。
【００１９】
図２に示すような構成において、合焦状態では、スリット板６１のスリット像はウェハ７の表面に結像し、そのウェハ７上のスリット像はレンズ６７によって再びスリット板６９上に結像し、そのスリット像は振動ミラー６８によってスリット板６９上を一定の振幅で往復移動する。このとき、スリット像のスリット板６９上での振動中心はスリット６９ａと一致する。従って、ウェハ７の表面が投影レンズの結像面Ｐ0からずれると、それに応じてスリット像の振動中心もスリット板６９のスリット６９ａに対して図中左右方向に変位する。もちろん、そのスリット６９ａに対する変位の方向（右か左か）は、ウェハ７のパターン面７ａが結像面Ｐ0の上方に位置する前ピン状態か、またはその逆の後ピン状態かを表す。
【００２０】
さて、図３は本実施例の制御系のブロック図である。振動ミラー６８の駆動部７１は、発信器８０が発生する一定の周波数の交流信号を入力し、その交流信号の周波数に応じて振動ミラー６８を単振動させる。受光素子７０の光電信号は増幅器８１によって増幅され、その光電信号と発信器８０からの交流信号とは位相同期検波回路（ＰＳＤ）８２に入力される。ＰＳＤ８２は発信器８０の交流信号を基準信号として光電信号を同期検波するものである。ＰＳＤ８２によって検波された信号はローパスフィルタ（ＬＰＦ）８３によって高調波成分が除去されて、制御回路３１に入力する。ＬＰＦ８３の出力信号、すなわち検波信号Ｓｄは、スリット像の振動中心がスリット６９ａと一致したときはゼロとなり、その振動中心が例えばスリット６９ａに対して図２中で左側に変位したときは正極性となり、逆に変位したときは負極性となるような、いわゆるＳ時カーブ信号である。また、制御回路３１は平行平板ガラス６４の回転角度を定める駆動信号Ｓｅを、駆動部６６に出力する。なお、ウェハホルダ８のＺ方向の駆動は、信号処理回路３０からの検出情報にだけ基づいて行われるばかりでなく、検波信号Ｓｄにも応じて行われる。すなわち、駆動回路３４がその検出情報と検波信号Ｓｄの何れに応じて行われるかは制御回路３１によって適宜選択される。
【００２１】
さて、図４は制御回路３１内に設けられた検波信号Ｓｄの処理回路の回路ブロック図である。検波信号Ｓｄは切換信号Ｓ1に応答して切換動作を行なうスイッチ９０に入力される。差動回路９１は検波信号Ｓｄのゼロレベル（アース電位）からの偏差に応じた差信号をスイッチ９０に出力する。スイッチ９０は切換信号Ｓ1に応じて、検波信号Ｓｄと、その差信号の何れか一方の信号をアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）９２に出力する。ＡＤＣ９２は、入力した検波信号Ｓｄ、または差信号をデジタルデータＤ2に変換すると共に、ラッチ回路９３にも出力する。ラッチ回路９３は信号Ｓ2に応じて、データＤ2のラッチを行なうか否かを切り換える。そして、このラッチ回路９３を介して出力されたデータＤ2が前述の駆動信号Ｓｅになる。このような構成において、スイッチ９０は、平行平板ガラス６４の角度を較正（キャリブレーション）する際は差動回路９１の差信号を選択し、ウェハ７の上下方向の位置検出（焦点検出）の際は検波信号Ｓｄを選択するように制御回路３１によって切り換えられる。図５は検波信号の例を示す図である。
【００２２】
図９は、ＰＳＤ信号に基づきウェハをＺ軸方向に駆動するルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップ９０１において、図３のＰＳＤ８２からの信号により、ウェハをＺ軸方向に駆動すべき量（Ｚ位置偏差）ΔＺが計算される。このΔＺがゼロであるか否かが、ステップ９０２において判断され、ゼロであれば合焦が達成されたとしてプログラムを終了する。一方、ΔＺがゼロでなくば合焦は未達成であるとして、プログラムはステップ９０３へと進む。ステップ９０３においては、ΔＺに基づき、Ｚ軸駆動ステージのアクチュエータ駆動用の信号がＶｚが計算され、続くステップ９０４で信号Ｖｚがアクチュエータに送信される。その後プログラムはステップ９０１へと戻り、同様な動作が合焦が達成されるまで繰り返される。
【００２３】
なお、図２の投光器５０と受光器５１とによって構成された焦点検出系は、撮像装置２１を用いたＴＴＬ方式による焦点検出とは異なり、フォーカスビームＦＢが感光剤を感光させない波長の光であるため、ウェハ７の移動中、または露光動作中に同時に焦点検出が可能であり、その検出も高速で行える。
【００２４】
ところで、図２の焦点検出光学系では、ウェハ７が水平面に対して傾いている場合、このままでは投影光学系５の正確な合焦は達成できない。この理由を図面を参照して説明する。図６は、図２の焦点検出系から照射されたフォーカスビームＦＢをウェハ７の表面位置と共に拡大して示した図である。図６において、フォーカスビームＦＢは、ステージ上に載置してあるウェハ７上の照射点Ｚs に照射され、そこから反射しているものとする。なお、投影光学系５の光軸はＺ軸と一致しているものとする。
【００２５】
ウェハ７をフォーカス開始位置（７ｓ）からＺ軸（垂直）方向に駆動し、フォーカスビームＦＢの照射点Ｚs を、理想フォーカス面Ｐ0に合わせた場合がベストフォーカスが得られる。フォーカスビームＦＢは斜入射ビームであるから、ウェハ７をＺ軸方向に駆動すると、フォーカスビームＦＢの照射点はＺｄにシフトする。ウェハ７の表面が全く傾きを有さず、完全に水平であるならば、たとえフォーカスビームの照射点がＺｄにシフトしたとしても、ウェハ７の表面は理想フォーカス面Ｐ0内にあり、よってこの状態で合焦は達成される。しかし、実際のウェハ７の表面はわずかであるが傾いていることが多く、これが以下の問題を生じさせる。
【００２６】
図６に示すように、ウェハ７が変形しておりＺ軸近傍で部分的にある傾き（フォーカスビームと同方向）が生じていたとする。上述したように、ウェハ７のＺ軸駆動によりウェハ７を実際のフォーカス位置（７ｅ）に持ち上げると、フォーカスビームＦＢの照射点はＺｓからＺｄにシフトする。しかしウェハ７の表面が傾いているから、Ｚ軸とウェハ７の表面との交点Ｚｓ’は依然として理想フォーカス面Ｐ0に到達しておらず、合焦が未達成な状態となる。合焦を完全に達成するためには、ウェハ７を更に持ち上げてその表面が真のフォーカス位置（７ｏ）に到達するようにしなければならないが、真のフォーカス位置（７ｏ）と実際のフォーカス位置（７ｅ）との差はウェハ７の表面の傾きに依存するため、それを正確に求めることは困難である。
【００２７】
一方、ウェハ７の傾きに関わらず、Ｚ軸方向の移動量から、照射点Ｚｄと合焦点Ｚ0（理想フォーカス面Ｐ0とＺ軸との交点）との距離は計算により求まる。従って求めた距離だけ、ウェハ７を水平方向に移動させてやれば、ウェハ７の照射点であった場所Ｚｄを合焦点Ｚ0に合致させることができる。それにより、ウェハ７に対して投影露光系５の合焦をより正確に達成できる。しかも、本来露光装置は、ウェハ７の位置決めを行うべく、Ｚ軸方向駆動ステージの他に、Ｚ軸に直交するＸ、Ｙ軸方向駆動ステージも備えているから、駆動系に関してはなんら別個に装置を設ける必要がなく、制御回路のプログラムを変更するのみで本願発明を適用でき、よって装置の製造コストを大幅に上昇させることなく、上記効果を達成できる。
【００２８】
より具体的なウェハの移動方法を図７、図８を用いて説明する。図７は、フォーカスビームＦＢをウェハ７の表面と共に拡大して示した図６と同様な図である。図８は、図７のフォーカスビームＦＢと水平面との関係を示す図である。
【００２９】
図７において、フォーカスビームＲＢと水平面ＨＰとの交差角度をαとし、ウェハがＺ軸方向に移動量ΔＺだけ移動したとき、水平方向にシフト量ΔＬだけシフトしたとすると、ΔＺ軸方向の移動量に対する水平方向のシフト量は、次式にて求まる。
ΔＬ＝ΔＺ／tanα                                （１）
【００３０】
一方図８において、フォーカスビームのＸステージの移動方向に対する角度をβとし、ウェハがΔＺ軸方向に移動量ΔＺだけ（つまり水平方向にΔＬだけ）移動したとすると、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のシフト量ΔＸ、ΔＹは次式にて求まる。
ΔＸ＝ΔＬ・cosβ＝（cosβ／tanα）・ΔＺ        （２）
ΔＹ＝ΔＬ・sinβ＝（sinβ／tanα）・ΔＺ        （３）
【００３１】
従って、Ｚ軸方向に移動量ΔＺだけ移動する場合には、同時にＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれシフト量ΔＸ、ΔＹだけシフトすれば、ウェハ７と光軸が交差するポイントにおいて常に真のフォーカスが得られることになる。
【００３２】
上記原理を用いた実施例について、以下に説明する。
（第一の実施例）
まず微小時間Δｔ当たりのΔＺ、ΔＸ、ΔＹの関係に（２）、（３）を直すと次式となる。
ΔＸ／Δｔ＝（cosβ／tanα）・ΔＺ／Δｔ         （４）
ΔＹ／Δｔ＝（sinβ／tanα）・ΔＺ／Δｔ         （５）
【００３３】
ここで、ΔＸ／Δｔ、ΔＹ／Δｔ、ΔＺ／ΔｔをそれぞれＶx 、Ｖy 、Ｖz とおけば、（４）、（５）式は、次式に変形できる。
Ｖx ＝（cosβ／tanα）・Ｖz                      （６）
Ｖy ＝（sinβ／tanα）・Ｖz                      （７）
【００３４】
Ｖx 、Ｖy 、Ｖz は、それぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の速度であるから、フォーカスを実施する場合、Ｚ方向への速度指令を、Ｚ軸駆動ステージのアクチュエータに対して出力するのと同時に、上式で求められる速度指令をＸ、Ｙ軸駆動ステージのそれぞれのアクチュエータに対して出力する。
【００３５】
つまり、フォーカス時にＺ軸駆動に同期させて、上記（６）、（７）式で求められる速度Ｖｘ、ＶｙにてＸ、Ｙ軸駆動することにより、フォーカスビームのウェハに当たる位置を常に一定に保つことができる。本第一の実施例によれば、ビームのウェハに当たる照射点が常に一定にできることから、ウェハ上の平面度によるＺ方向の外乱を受けることなく、Ｚ軸駆動をスムーズに行うことができるという利点もある。
【００３６】
図１０は、この第一の実施例にかかるルーチンを、図９のルーチンと相違する部分だけ示したフローチャートである。図１０のルーチンを図９と異なる点を中心に説明する。ステップ９０３において、ΔＺに基づき、Ｚ軸駆動ステージのアクチュエータ駆動用の信号がＶｚが計算され、続くステップ１００１で信号Ｖｚから（６）、（７）式を用いて、Ｖｘ、Ｖｙが計算される。その後ステップ１００２で、各アクチュエータにＶｘ、Ｖｙ、Ｖｚが送信される。その後プログラムはステップ９０１へと戻り、同様な動作が行われる。
【００３７】
（第二の実施例）
ところで、第一の実施例の場合、指令速度を出力するだけのオープン制御であるから、例えばＸ駆動ステージにて何か事故が発生し、適正な速度でシフトができなくなってしまった場合等に、フォーカス誤差を生じてしまう。そこで、十分に短いサンプリング時間毎にＸ、Ｙ軸方向のシフト量を確認しつつ、速度指令の出力を実施すれば、このような不具合を防ぐことができる。
【００３８】
この第二の実施例を具体的に説明する。サンプリング時間をｔ、今回サンプリング時のフォーカス開始時からのＺ移動量をＺn 、今回サンプリング時のＺ軸速度指令をＶzn、今回サンプリング時のフォーカス開始時からのＸ位置偏差をＸn 、Ｙ位置偏差をＹn とすれば、今回サンプリング時にＸ、Ｙ駆動軸アクチュエータに対して出力するべき速度指令Ｖxn、Ｖynは、次式となる。
Ｖxn＝｛(Ｚn＋Ｖzn・ｔ)・cosβ／tanα−Ｘn｝／ｔ        （８）
Ｖyn＝｛(Ｚn＋Ｖzn・ｔ)・sinβ／tanα−Ｙn｝／ｔ        （９）
【００３９】
つまり、第一の実施例と同様に、Ｚ軸方向駆動と同時にＸ、Ｙ軸方向駆動を実施するが、駆動途中で突発的な障害によりある方向の駆動が遅延しても、本実施例の制御によれば、その後その方向だけ独立に駆動速度を増加させることができる。つまりこの実施例は、途中経過はどうであれ、最終目的位置においてＶxn、Ｖyn双方とも速度指令が同時にゼロになるよう制御する限り、第一の実施例と同様に真のフォーカス位置が得られるという思想に基づくものである。この例では、指令速度に、速度の情報のみではなく、位置の情報を加味しているので、第一の実施例より、確実性の面で有利である。
【００４０】
図１１は、上記実施例による方法でウェハを駆動するルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップ１１０１において、ウェハの初期位置座標（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）を読み込む。続いてステップ１１０２で、図３のＰＳＤ８２からの信号により、ウェハをＺ軸方向に駆動すべき量（Ｚ位置偏差）ΔＺが計算される。このΔＺがゼロであるか否かが、ステップ１１０３において判断され、ゼロであれば合焦が達成されたとしてプログラムを終了する。一方、ΔＺがゼロでなくば合焦は未達成であるとして、プログラムはステップ１１０４へと進む。ステップ１１０４においては、ΔＺに基づき、Ｚ軸駆動ステージのアクチュエータ駆動用の信号がＶｚが計算され、続くステップ１１０５で、ウェハの現在位置と、初期位置座標からの移動量Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎを求める。続くステップ１１０６で信号Ｖznと、Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎとから（８）、（９）式を用いて、Ｖxn、Ｖynが計算される。その後ステップ１１０７で、各アクチュエータにＶxn、Ｖyn、Ｖznが送信される。その後プログラムはステップ１１０２へと戻り、同様な動作が行われる。
【００４１】
（第三の実施例）
また、ＰＳＤ信号により、あらかじめＺ軸方向の駆動量を知ることができれば、Ｘ、Ｙのシフト量を（２）、（３）式より前もって計算しておき、Ｚ軸駆動と同時に（またはその前に、あるいはその後で）、計算で求めたシフト量だけＸ、Ｙ軸方向駆動を実施させる方法を採用することにより、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向駆動の同期をとる必要がなくなり、制御が簡潔にでき、かつ同等の効果が得られる。
【００４２】
（第四の実施例）
また、第一から第三の実施例は、Ｘ、Ｙ軸方向駆動にてビームが試料に照射される位置を一定に保つ方法であったが、入射側のフォーカスビームをハービングガラスを通過させることによって同等の効果を得ることができる。図１２は、この方法の原理を示す図である。なおハービングガラスＨＢは、入射したビームに対し直角な軸回りに回転することによってビームの光路をシフトすることができるものである。つまり、ハービングガラスＨＢを用いることにより、Ｚ軸方向の移動に関わらず、ウェハ７上のフォーカスビームＦＢの照射点をＺ軸と常に一致させるようにするのである。
【００４３】
図１２において、Ｚ軸方向の変位をΔＺとし、入射角をγとすると、変位ΔＺに応じてフォーカスビームＦＢが試料に照射される位置を一定に保つために必要な（Ｚ軸に一致させるに必要な）、光路のシフト量Δｄは、以下の式で表せる。
Δｄ＝ΔＺ・sinγ                                     （１０）
【００４４】
ハービンググラスＨＢを回転する量とそのときのビームのシフト量は既知であるので、第一から第三の実施例と同様に、Ｚ軸方向駆動とともに、（１０）式にのっとりそれに対応する量だけハービングガラスＨＢを回転させれば、適正なフォーカス結果が得られることになる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本願発明によれば、斜入射フォーカスビーム方法において、試料が垂直方向に移動する移動量より、試料上の結像点とフォーカスビーム反射点とが水平方向にずれる量が予めわかることに着目し、試料を垂直方向に移動した量に応じて同時に水平方向にもシフトさせることによってフォーカスビーム反射点を結像点に強制的に一致せしめ、もって正確な合焦を達成することができる。なお、本実施例は投影露光装置だけでなく、斜入射フォーカスビームを用いるものであれば適用可能であるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】投影型露光装置のアライメント光学系を模式的に表した光学配置図である。
【図２】図１の焦点検出系の具体的な構成図である。
【図３】本実施例の制御系のブロック図である。
【図４】制御回路３１内に設けられた検波信号Ｓｄの処理回路の回路ブロック図である。
【図５】検波信号の一例を示す図である。
【図６】ＰＳＤ信号に基づきウェハをＺ軸方向に駆動するルーチンを示すフローチャートである。
【図７】フォーカスビームＦＢをウェハ７の表面と共に拡大して示した図６と同様な図である。
【図８】図７のフォーカスビームＦＢと水平面との関係を示す図である。
【図９】ＰＳＤ信号に基づきウェハをＺ軸方向に駆動するルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図９のルーチンと相違する部分だけ示したフローチャートである。
【図１１】別の実施例による方法でウェハを駆動するルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】ハービングガラスを利用した別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
５‥‥光学系
７‥‥ウェハ
５０‥‥投光器
５１‥‥受光器
【図１】
0003642103.tif 000002
【図２】
0003642103.tif 000003
【図３】
0003642103.tif 000004
【図４】
0003642103.tif 000005
【図５】
0003642103.tif 000006
【図６】
0003642103.tif 000007
【図７】
0003642103.tif 000008
【図８】
0003642103.tif 000009
【図９】
0003642103.tif 000010
【図１０】
0003642103.tif 000011
【図１１】
0003642103.tif 000012
【図１２】
0003642103.tif 000013