(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にグルーブを有し、かつ可動ステージに載置される測定対象物の表面の高さと傾斜度を測定するために用いられる、アダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置であって、
前記焦点合わせレベリング装置は、
順に照明ユニットと、投影ユニットと、検出ユニットと検出器とを有し、
前記測定対象物が光路に沿って前記投影ユニットと検出ユニットの間に位置し、前記投影ユニットが投影スリットを有し、前記測定対象物上に複数の測定点を形成するために用いられ、
前記各測定点は三つ以上の測定子斑点を有し、更に、前記三つ以上の測定子斑点が不均等な間隔の配列方式で設置されることによって、前記複数の測定点を測定対象物の表面に投影させる時に、各測定点の前記三つ以上の測定子斑点の内、二つ以上が前記グルーブの外側に位置させることにより、測定対象物表面の高さと傾斜度を測定可能とする、
ことを特徴とするアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置。
【請求項２】
前記三つ以上の測定子斑点のサイズがいずれも前記グルーブの幅より大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置。
【請求項３】
各前記測定点が三つ、四つ又は五つの測定子斑点を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置。
【請求項４】
各前記測定点の内、ある一つの第一の測定子斑点と前記ある一つの第一の測定子斑点から最も離れた一つの測定子斑点の間の距離が前記グルーブの周期の倍数と等しくない、
ことを特徴とする請求項１に記載のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置。
【請求項５】
前記三つ以上の測定子斑点の内、隣接する測定子斑点の間隔が前記グルーブの周期の倍数と等しくない、
ことを特徴とする請求項４に記載のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置。
【請求項６】
前記三つ以上の測定子斑点の任意の二つの間隔がいずれも前記グルーブの周期の倍数と等しくない、
ことを特徴とする請求項１に記載のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置。
【請求項７】
前記グルーブの周期が２ｍｍであって、各前記測定点が三つの測定子斑点を有し、隣接する測定子斑点の間隔がそれぞれ１．５ｍｍ及び１ｍｍである、
ことを特徴とする請求項１に記載のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置。
【請求項８】
前記複数の測定点が測定対象物の表面に投影される時に、前記検出器は検出した前記複数の測定子斑点の間隔に基づき、各前記測定点の前記三つ以上の測定子斑点の内の二つ以上が前記グルーブの外側に位置していることを識別する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置。
【請求項９】
前記照明ユニットが順に光源と光源レンズユニットとを有し、
前記投影ユニットは光入射経路に沿って順に投影スリットと、前側投影レンズユニットと、投影反射鏡ユニットと、後側投影レンズユニットとを有し、
前記検出ユニットは光入射経路に沿って順に前側検出レンズユニットと、検出反射鏡ユニットと、後側検出レンズユニットとを有し、
前記検出ユニットと検出器の間には更にリレーユニットを有し、
前記リレーユニットが光入射経路に沿って順にリレー反射鏡とリレーレンズユニットとを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置。
【請求項１０】
表面に周期的なグルーブを有し、かつ可動ステージに載置される測定対象物の表面の高さと傾斜度を測定するために用いられる、アダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング方法であって、
前記方法は、
焦点合わせレベリング装置が前記測定対象物表面上に複数の測定点を形成し、各前記測定点は三つ以上の異なる間隔で配列された測定子斑点を有する；
前記可動ステージが前記測定対象物を載置して移動させることによって、前記複数の測定点を前記測定対象物の表面に投影させる時に、各前記測定点の前記三つ以上の測定子斑点の内の二つ以上が前記グルーブの外側に位置し、これにより焦点合わせレベリング装置が前記測定対象物表面の高さと傾斜度を測定する、
というステップを含む、
ことを特徴とするアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング方法。
【請求項１１】
更に、前記可動ステージを初期位置に移動させ、
前記焦点合わせレベリング装置によって、前記三つ以上の測定子斑点の間隔を測定し、一つ以上の測定子斑点が前記グルーブの内側に位置する時に、前記可動ステージによって前記測定対象物の位置を調節し、前記三つ以上の測定子斑点が前記測定対象物の表面に投影する位置を変更させ、これにより、前記三つ以上の測定子斑点の内の二つ以上を前記グルーブの外側に位置させる、
ステップを含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング方法。
【請求項１２】
前記可動ステージによって前記測定対象物の位置を調節するステップに、前記可動ステージを第一水平方向において移動させるステップを含み、その移動距離が前記グルーブの第一水平方向の分布周期の１／１０から１／２に等しく、
更に、前記可動ステージを第二水平方向において移動させるステップを含み、その移動距離が前記グルーブの第二水平方向の分布周期の１／１０から１／２に等しい、
ことを特徴とする請求項１１に記載のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング方法。
【請求項１３】
前記複数の測定点が前記測定対象物の表面に投影される時に、検出された前記複数の測定子斑点の間隔に基づき各測定点の前記三つ以上の測定子斑点の内の二つ以上が前記グルーブの外側に位置していることを識別する、
ことを特徴とする請求項１０に記載のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は投影ステッパーに関わるものであり、特に投影ステッパーに使用するアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置及びその方法に関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
投影ステッパーは液晶ディスプレイ産業における中核的な加工設備の一つである。Ｓｉ貫通電極技術（ＴＳＶ）はチップとチップの間、ウエハとウエハの間に垂直方向の導通を形成することによって、チップ間を相互に接続させる最新技術を実現し、コンパクトなパッケージサイズ、迅速な信号伝送、低消費電力等の特長を有する。標準的なシリコンチップでは各種ＴＳＶプロセスを経た後、ウエハのエッジには、ボンディングの不一致、非同心性、辺縁の摩損、スクライブライン、ウエハ表面のスパッタリングされた金属又は絶縁ラバー、ウエハのねじれ、といったこと生じる。これら複雑な状況に関し、焦点合わせレベリング装置にはしばしば測定不能な状況が出現する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１に示す通り、一般的な焦点合わせレベリング検出装置は、投影対物レンズ２０の光軸の両側に配置される測定光路を有し、測定光路は光路に沿って順に配置される照明ユニットと、投影ユニットと、検出ユニットと、リレーユニットとを有する。照明ユニットの光源２１から発射された光は、光源レンズユニット２２で集光された後、光ファイバーによって投影ユニットに伝送され、測定装置全体に照明光源を与える。投影ユニットは投影スリット２３と、前側投影レンズユニット２４と、投影反射鏡ユニット２５と、後側投影レンズユニット２６等から構成される。投影スリットを通過した光源はレンズ２４、２６と反射鏡２５を通過した後、ガラス基板表面の現在の露光領域に測定対象となる斑点を形成する。検出ユニットは前側検出レンズユニット２７と、検出反射鏡ユニット２８と、後側検出レンズユニット２９等から構成される。リレーユニットはリレー反射鏡３０と、リレーレンズユニット３１と、検出器３２と、演算ユニット３３と、制御装置３４等から構成され、リレーユニットを通過した斑点は検出器によって受光され、測定対象物（例えばガラス基板）表面の高さ情報を有する光強度信号を形成する。該測定方法は測定対象物の表面が平坦であることを要求するものであるが、可動キャリアステージ３５に載置された測定対象物３６、例えばウエハ又はガラス基板には、処理層が異なることからグルーブ４１（図３参照）が存在する。
【０００４】
図２Ａ、図２Ｂに示す通り、グルーブ４１の問題につき、技術的解決手段が提示されている。照明分岐回路の開口数Ａを投影分岐回路の開口数Ｂと検出分岐回路の開口数Ｍの拡大倍率の積以上とし、検出分岐回路の開口数Ｍと測定対象物の傾斜量Ｗの和以上（即ち、Ａ≧Ｂ×Ｍ≧Ｍ＋Ｗ）とすることで、測定対象物表面の凹凸に起因する画像の陰影による測定誤差を減少させる。多くの場合、ウエハ面のパターン及びルーティングはいずれも縦横に交錯し、反射光にもまた各方向の偏差が生じることから、投影開口絞り５０を十字の形状とし、このようにすることによって検出光束と投影光束の間に一定の距離差ｄを存在させることができ、これにより検出光束５１のスムーズな受光と、測定誤差の減少を保証することができる。該解決手段は、ある程度、測定対象物の凹凸に起因する影響を減少させ得るが、比較的大きなサイズのグルーブ４１である場合（図３参照）、投影光束がグルーブ４１の内側に入射するため、やはり測定不能となってしまうおそれがある。
【０００５】
実際の測定対象物３６、例えばウエハ又はガラス基板の表面には、周期的なグルーブが存在するものの、該グルーブが測定したい位置にない場合がある。グルーブの出現周期は通常ミリメートルレベル、例えば５ｍｍであって、グルーブ自体のサイズ（幅）は数百マイクロメートルレベル、例えば１００μｍである。このため斑点の測定点がグルーブの内に形成され、測定の誤差、ひいては測定不能を引き起こすおそれがある。図３に示す通り、測定対象の斑点がグルーブの内に形成される場合には、光路の反射経路に変化が生じ、これにより反射光を集光できなくなり、測定対象物の測定に影響を及ぼし、また全ての反射光がグルーブの内に入射する場合には、測定不能といった状況が出現する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明が解決しようとする技術的課題は、アダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置を提供し、測定対象物の高さと傾斜度の測定を行うことである。
【０００７】
上述の技術的課題を解決するため、本発明はアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置を提供する。該装置は、表面にグルーブを有し、かつ可動ステージに載置される測定対象物の表面の高さと傾斜度を測定するために用いられるものであって、該装置は順に照明ユニットと、投影ユニットと、検出ユニットと、検出器とを有し、前記測定対象物が光路に沿って投影ユニットと検出ユニットの間に位置し、前記投影ユニットが投影スリットを有し、測定対象物上に複数の測定点を形成するために用いられ、各測定点が三つ以上の測定子斑点を有し、更に、前記三つ以上の測定子斑点が不均等な間隔の配列方式で設置されることによって、前記複数の測定点を測定対象物の表面に投影させる時に、各測定点の前記三つ以上の測定子斑点の内、二つ以上がグルーブの外側に位置させることにより、測定対象物表面の高さと傾斜度を測定可能とする。
【０００８】
好ましくは、前記三つ以上の測定子斑点のサイズがいずれも前記グルーブの幅より大きい。
【０００９】
好ましくは、各前記測定点が三つ、四つ又は五つの測定子斑点を有する。
【００１０】
好ましくは、各前記測定点中の第一の測定子斑点と最後の一つの測定子斑点の間の距離がグルーブの周期の倍数と等しくない。
【００１１】
好ましくは、前記三つ以上の測定子斑点の内、隣接する測定子斑点の間隔がグルーブの周期の倍数と等しくない。
【００１２】
好ましくは、任意の二つの測定子斑点の間隔がいずれもグルーブの周期の倍数と等しくない。
【００１３】
好ましくは、前記グルーブの周期が２ｍｍであって、各測定点は三つの測定子斑点を有し、隣接する測定子斑点の間隔がそれぞれ１．５ｍｍ及び１ｍｍである。
【００１４】
好ましくは、前記複数の測定点が測定対象物の表面に投影される時に、前記検出器は検出した前記複数の測定子斑点の間隔に基づき、各測定点の前記三つ以上の測定子斑点の内の二つ以上がグルーブの外側に位置していることを識別する。
【００１５】
好ましくは、前記照明ユニットが順に光源と光源レンズユニットとを有する。前記投影ユニットは光入射経路に沿って順に投影スリットと、前側投影レンズユニットと、投影反射鏡ユニットと、後側投影レンズユニットとを有する。前記検出ユニットは光入射経路に沿って順に前側検出レンズユニットと、検出反射鏡ユニットと、後側検出レンズユニットとを有する。また、検出ユニットと検出器の間には、更にリレーユニットを有し、前記リレーユニットが光入射経路に沿って順にリレー反射鏡と、リレーレンズユニットとを有する。
【００１６】
本発明はアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置であって、照明ユニットは投影ユニットを通じて光源を測定対象物の表面に投影させ、投影ユニットの投影スリットの測定点が幾つかの不均等な間隔で配列設置される測定子斑点に区分されるため、測定対象物表面に投影される測定点も不均等な間隔で配列設置される測定子斑点となり、測定対象物表面を通過して反射した測定子斑点が検出ユニットで採集された後、検出器に送られ、測定子斑点がグルーブの内側に位置する時に、検出器は検出した測定子斑点の斑点の間隔に基づき、有効な測定子斑点を識別し、これにより、有効な測定子斑点に基づきグルーブを有する測定対象物の高さと傾斜度を測定する。ここで、有効な測定子斑点とは、測定対象物のグルーブの外側の領域に位置する測定子斑点のことである。一方、無効な測定子斑点とは、測定対象物のグルーブの内側に位置する測定子斑点のことである。
【００１７】
本発明は更に、アダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング方法を提供する。
該方法は、表面に周期的なグルーブを有し、かつ可動ステージに載置される測定対象物の表面の高さと傾斜度を測定するために用いられるものであって、
前記方法は、
焦点合わせレベリング装置が測定対象物表面上に複数の測定点を形成するものであって、各測定点は三つ以上の異なる間隔で配列された測定子斑点を有し、
可動ステージが測定対象物を載置して移動させることによって、前記複数の測定点を測定対象物の表面に投影させる時に、各測定点の前記三つ以上の測定子斑点の内の二つ以上がグルーブの外側に位置し、これにより、焦点合わせレベリング装置が測定対象物表面の高さと傾斜度を測定する、
ステップを含む。
【００１８】
好ましくは、前記アダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング方法は更に、
前記可動ステージを初期位置に移動させ、
焦点合わせレベリング装置によって、前記三つ以上の測定子斑点の間隔を測定し、一つ以上の測定子斑点がグルーブの内側に位置する時に、前記可動ステージによって測定対象物の位置を調節し、前記三つ以上の測定子斑点が測定対象物の表面に投影される位置を変更させ、これにより、前記三つ以上の測定子斑点の内の二つ以上をグルーブの外側に位置させる、
ステップを含む。
【００１９】
好ましくは、前記可動ステージによって測定対象物の位置を調節するステップは、可動ステージを第一水平方向において移動させるステップを含み、その移動距離がグルーブの第一水平方向の分布周期の１／１０から１／２に等しく、更に、可動ステージを第二水平方向において移動させるステップを含み、その移動距離がグルーブの第二水平方向の分布周期の１／１０から１／２に等しい。
【００２０】
好ましくは、前記複数の測定点が測定対象物の表面に投影される時に、前記検出器が検出した前記複数の測定子斑点の間隔に基づき、各測定点の前記三つ以上の測定子斑点の内の二つ以上がグルーブの外側に位置していることを識別する。
【００２１】
本発明が提供するアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング方法は、上記構造の焦点合わせレベリング装置を採用するものであり、測定子斑点がグルーブの内側に位置する時に、焦点合わせレベリング装置が検出した測定子斑点の斑点の間隔に基づき、有効な測定子斑点を識別し、これにより、グルーブを有する測定対象物の高さと傾斜度の測定を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術の焦点合わせレベリング装置の構造の概要を示す図である。
【図２Ａ】従来技術の投影斑点の構造の概要を示す図である。
【図２Ｂ】従来技術の投影斑点の公差測定の概要を示す図である。
【図３】従来のグルーブが光路に対して及ぼす影響の概要を示す図である。
【図４】本発明の焦点合わせレベリング装置の構造の概要を示す図である。
【図５】本発明の測定点及測定子斑点の配置の概要を示す図である。
【図６】図５中の測定子斑点の拡大図である。
【図７Ａ】三つの等間隔の子斑点の配置の概要を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａ中の三つの等間隔の子斑点がグルーブの内側に位置する像の概要を示す図である。
【図７Ｃ】本発明の実施例における三つの不均等な間隔の子斑点の配置の概要を示す図である。
【図７Ｄ】図７Ｃにおける三つの不均等な間隔の子斑点の一部がグルーブの内側に位置する像の概要を示す図である。
【図７Ｅ】本発明の実施列における四つの不均等な間隔の子斑点の配置の概要を示す図である。
【図７Ｆ】図７Ｅにおける四つの不均等な間隔の子斑点の一部がグルーブの内側に位置する像の概要を示す図である。
【図７Ｇ】本発明の実施例における五つの不均等な間隔の子斑点の配置の概要を示す図である。
【図７Ｈ】図７Ｇにおける不均等な間隔の子斑点の一部がグルーブの内側に位置する像の概要を示す図である。
【図８】本発明におけるグループの周期２ｍｍの三つのサブ斑点の位置関係の概要を示す図である。
【図９】グルーブの周期的な分布の概要を示す図である。
【図１０】本発明の実施例における焦点合わせレベリング方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２３】
従来技術の図面において、
２０―投影対物レンズ、２１―光源、２２―光源レンズユニット、２３―投影スリット、２４―前側投影レンズユニット、２５―投影反射鏡ユニット、２６―後側投影レンズユニット、前側検出レンズユニット、２８―検出反射鏡ユニット、２９―後側検出レンズユニット、３０―リレー反射鏡、３１―リレーレンズユニット、３２―検出器、３３―演算ユニット、３４―制御装置、３５―可動キャリアステージ、３６―測定対象物、４１―グルーブ、５０―投影開口絞り、５１―検出光束。
本発明の図面において、
１００―投影対物レンズ、２０１―光源、２０２―光源レンズユニット、２０３―投影スリット、２０４―前側投影レンズユニット、２０５―投影反射鏡ユニット、２０６―後側投影レンズユニット、２０７―前側検出レンズユニット、２０８―検出反射鏡ユニット、２０９―後側検出レンズユニット、２１０―リレー反射鏡、２１１―リレーレンズユニット、２１２―検出器、２１３―演算ユニット、２１４―制御装置、３００―可動キャリアステージ、４００―測定対象物、４０１―グルーブ、５００―光束、５０１―測定点、５０２―測定子斑点、Ｐ１―第一子斑点、Ｐ２―第二子斑点、Ｐ３―第三子斑点、Ｐ４―第四子斑点、Ｐ５―第五子斑点。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２５】
図４から図６に示すように、本発明が提供するアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置は、投影対物レンズ１００の光軸両側に分布する測定光路を有し、前記測定光路は光路に沿って順に配置される照明ユニットと、投影ユニットと、検出ユニットと、リレーユニットと、検出器とを有する。
【００２６】
図４に示すように、前記照明ユニットは、順に光源２０１と光源レンズユニット２０２とを有し、前記光源２０１は本発明のための光源を供給するものであり、前記光源レンズユニット２０２は光源２０１の光束を平行光源に変換させるためものである。
【００２７】
図４、図５、図６に示すように、前記投影ユニットは、光路に沿って順に配置される投影スリット２０３と、前側投影レンズユニット２０４と、投影反射鏡ユニット２０５と、後側投影レンズユニット２０６とを有する。更に、前記投影スリット２０３を通過して測定対象物４００（例えばウエハ又はガラス基板）上に幾つかの測定点５０１を形成し、各測定点５０１の分布の概要は、例えば図５に示すように、各前記測定点５０１は不均等な間隔の配列方式で配列された幾つかの測定子斑点５０２を有し、各測定点５０１が有する測定子斑点５０２の分布の概要は、例えば図６に示すごとくである。平行光源は投影スリット２０３を貫通し、前側投影レンズユニット２０４と、投影反射鏡ユニット２０５と、後側投影レンズユニット２０６とを通過した後、測定対象物４００、例えばウエハ表面の露光領域内に測定点５０１と測定子斑点５０２を形成する。
【００２８】
図４に示すように、前記検出ユニットは、光路に沿って順に配置される前側検出レンズユニット２０７と、検出反射鏡ユニット２０８と、後側検出レンズユニット２０９とを有する。前側検出レンズユニット２０７は測定対象物４００の表面に投影された測定点５０１と測定子斑点５０２を採集し、検出反射鏡ユニット２０８を介して採集した測定点５０１と測定子斑点５０２の光路の方向を変化させ、更に後側検出レンズユニット２０９を介して集束して出力する。
【００２９】
図４に示すように、前記リレーユニットは、光路に沿って順に配置されるリレー反射鏡２１０と、リレーレンズユニット２１１とを有する。リレー反射鏡２１０は光路の方向を変化させた後、リレーレンズユニット２１１を介して集束した後、検出器２１２に伝送し、検出器２１２は検出した測定子斑点５０２の斑点の間隔に基づき、有効な測定子斑点５０２を識別し、これにより測定対象物の高さと傾斜度を測定する。
【００３０】
図４に示すように、前記焦点合わせレベリング装置は更に演算ユニット２１３と制御装置２１４とを有し、前記制御装置２１４は前記測定対象物４００が載置される可動キャリアステージ３００と回路で接続される。演算ユニット２１３は検出器２１２が検出した有効な測定子斑点５０２の光信号を電気信号に変換させ、制御装置２１４は電気信号の値に基づき、可動キャリアステージ３００の六自由度の方向を調整するか否かを判断し、これにより、測定対象物４００の高さと傾斜度を調整する。ここで、可動キャリアステージ３００の六自由度の方向とは、それぞれＸ、Ｙ、Ｚという三つの直角座標軸方向に沿って移動する自由度とＸ、Ｙ、Ｚという三つの座標軸の周りを回転する自由度の方向のことである。
【００３１】
検出器２１２が検出した有効な測定子斑点５０２の個数が０個である場合は、測定対象物４００の位置の誤差が過大であることを示し、可動キャリアステージ３００により測定対象物４００の位置を調整し、測定子斑点５０２が存在する測定対象物４００の表面の位置を変更させる必要がある。この時に、演算ユニット２１３及び制御装置２１４を備える焦点合わせレベリング装置によって、測定対象物４００の位置調整が実現される。
【００３２】
検出器２１２が検出した有効な測定子斑点５０２の個数が１つである場合は、斑点の間隔に基づいて測定子斑点５０２の通し番号を判断できないため、いずれの測定子斑点５０２が有効であるかを判断できない。この時に、より正確に測定結果を得るために、可動キャリアステージ３００により測定対象物４００の位置を調整し、測定子斑点５０２が存在する測定対象物４００の表面の位置を変更し、これにより、斑点の間隔に基づき二つ以上の有効な測定子斑点５０２が得られる。
【００３３】
本発明のレンズユニットは一つのレンズであっても、複数のレンズユニットを組み合わせて構成されるものであってもよい。また本発明の反射鏡は一つの反射鏡であっても、複数の反射鏡ユニットを組み合わせて構成されるものであってもよい。
【００３４】
図８及び９に示すように、より好適な実施形態として、本発明のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置における前記測定子斑点５０２のサイズは、前記グルーブ４０１の幅Ｌｇより大きい。例えば、測定子斑点５０２が円形である場合、その直径がグルーブ４０１の幅より大きく、また、測定子斑点５０２が正方形である場合、その辺の長さがグルーブ４０１の幅より大きい。
【００３５】
投影ステッパー装置においては、通常、ウエハの焦点合わせレベリング検出装置を使用して、ウエハ表面の特定領域の高さと傾斜度の測定を実現する。該測定装置が要求する精度は高く、かつ操作時にウエハを損傷してはならない。ウエハの形状と起伏（即ち、高さと傾斜度）の測定は、ウエハの位置と姿勢を制御し、ウエハの表面が投影対物レンズの有効フォーカス深度内に位置することを確保するために行われる。焦点合わせレベリング装置は三つ以上の測定点を有するものであって、本実施例においては四つの測定点を有する。複数の測定点によって確定された空間平面は、測定対象物の表面と見なされ、焦点合わせレベリングのステップにおいてもこれら平面を投影対物レンズの最適な焦点面に位置させる。本発明が要求する測定子斑点は三つ以上であり、かつ隣接する斑点の間は不均等な間隔で配列される。
【００３６】
図３はグルーブが光路に対して及ぼす影響の概要を示す図である。図３を参照するに、測定対象物の表面にグルーブが存在する場合、反射光が検出ユニットを通過して検出器に到達できないおそれがある。図９は測定対象物表面のグルーブの概要を示す図である。図９を参照するに、投影ステッパーの露光ステップにおいて、各異なる工程が測定対象物４００の表面に周期的なグルーブ４０１を出現させ、グルーブ４０１の方向と可動ステージの方向の多くは平行又は垂直である。通常、グルーブ出現の周期はミリメートルレベルであり、グルーブの幅及び深さは百マイクロメートルレベルである。焦点合わせレベリング装置の測定ステップにおいて、測定点がグルーブの内側に位置することによって測定エラーを引き起こすおそれがある。グルーブの位置は、通常、全露光領域の測定対象物４００の表面形状を反映できないことから、焦点合わせレベリング装置によって測定すべき点ではない。
【００３７】
本実施例では、それぞれ三つの等間隔、三つの不均等な間隔、四つの不均等な間隔、五つの不均等な間隔、といった測定子斑点に分けて、測定子斑点の測定原理について説明する。
【００３８】
図７Ａ、図７Ｃ、図７Ｅ、図７Ｇに示すように、測定子斑点５０２の総間隔はいずれも６ｍｍである。測定子斑点５０２がグルーブ４０１の内側に位置する状況を説明するため、グルーブ４０１の周期を３ｍｍとし、同時に両側の測定子斑点が等しくグルーブ４０１の内側に位置すると仮定した。
【００３９】
図７Ａ、図７Ｂに示すように、三つの測定子斑点５０２（以下、子斑点と略称する）の通し番号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれ等間隔で設置され、更に、｜Ｐ１―Ｐ２｜＝３、｜Ｐ２―Ｐ３｜＝３である。この時に、三つの子斑点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は全てグルーブ４０１の内側に位置することで、図７Ｂにおいて検出端末によって得られた画像内に子斑点は出現しない。
【００４０】
図７Ｃ、図７Ｄに示すように、三つの子斑点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が不均等な間隔の配列方式で設置され、更に、｜Ｐ１―Ｐ２｜＝２、｜Ｐ２―Ｐ３｜＝４である。この時に、外側の二つの斑点Ｐ１、Ｐ３はグルーブ４０１の内側に位置するため、検出端末によって得られる画像は図７Ｄに示す通りであり、有効な子斑点は一つのみであることから、この時には、斑点の通し番号を知り得ず、測定はいまだ不能である。
【００４１】
図７Ｅ、７Ｆに示すように、四つの不均等な間隔の子斑点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が設置され、更に、｜Ｐ１―Ｐ２｜＝２、｜Ｐ２―Ｐ３｜＝３、｜Ｐ３―Ｐ４｜＝１である。この時に、外側の二つの子斑点Ｐ１、Ｐ４がグルーブ４０１の内側に位置し、検出端末によって得られた画像は図７Ｆに示す通りであって、この時に、子斑点の間隔に基づいて、有効な子斑点の通し番号がＰ２及びＰ３であると判断でき、既知の有効な子斑点がもたらした位置情報を利用して測定を行うことができる。
【００４２】
図７Ｇ、図７Ｈに示すように、五つの不均等な間隔の子斑点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５が設置され、更に、｜Ｐ１―Ｐ２｜＝１．７、｜Ｐ２―Ｐ３｜＝１、｜Ｐ３―Ｐ４｜＝１．３、｜Ｐ４―Ｐ５｜＝２である。この時に、外側の二つの斑点Ｐ１、Ｐ５はグルーブ４０１の内側に位置し、検出端末によって得られた画像は図７Ｈに示す通りであって、この時に、子斑点の間隔に基づき有効な子斑点５０２の通し番号がＰ２、Ｐ３、Ｐ４であると判断でき、既知の有効な子斑点を利用して測定を行うことができる。
【００４３】
上述の不均等な間隔の子斑点の配列配置と検出結果から、本発明は測定対象物４００の高さと傾斜度の測定結果に対してグルーブが及ぼす影響を排除し、とりわけ四つ又は五つの不均等な間隔の子斑点の配置において、より好ましい測定結果が得られ、有効な子斑点が多くなればなるほど、子斑点の通し番号が更に容易に判断でき、複数の子斑点によって結果の信頼性と精度を高められることが分かる。
【００４４】
以上、特定のグルーブの周期的かつ複数の子斑点がグルーブの内側に位置し、子斑点の分布が不均等な間隔で、かつ子斑点の個数が三つから五つ以上である場合について分析した。測定対象物のグルーブの周期が５ｍｍ以上である場合は、焦点合わせレベリング装置の隣接する測定子斑点の間隔を３ｍｍ前後となるようにし、グルーブ４０１の幅も単一の子斑点のサイズより小さくなるようにする。このようにすることによって、二つ以上の子斑点が同時に無効である状況が出現し得なくなる。これにより有効な測定子斑点５０２の斑点の間隔に基づき有効な測定子斑点５０２の通し番号を判断することで、更に正確な測定結果が得られる。
【００４５】
本発明の有益な効果を更に説明するため、グルーブの周期を２ｍｍと仮定すれば、三つの子斑点のみが配置される場合、いずれの位置においてもスポットがグルーブから可能な限り遠くに位置することを保証でき、同時に子斑点の通し番号もその間隔に基づき容易に区分できる。図８はグルーブの周期的な分布の概要を示す図であり、三つの垂直に分布するグルーブの周期を示し、更に、三つの測定子斑点５０２の通し番号Ｐ１とＰ２の間隔が１．５ｍｍであり、Ｐ２とＰ３の間隔が１ｍｍであることを示す。子斑点Ｐ１がグルーブ４０１の内側に位置する時、即ち、子斑点Ｐ１が無効である時には、Ｐ２とＰ３は有効であって、有効な子斑点から最も近接するグルーブ４０１までの距離は０．５ｍｍであり、例えば、Ｐ３から左から右の順における第二のグルーブまでの距離は０．５ｍｍである。子斑点Ｐ２が無効である時、即ち、子斑点Ｐ２がグルーブ４０１内側に位置する時は、Ｐ１とＰ３は有効であって、有効な子斑点から最も近接するグルーブまでの距離は０．５ｍｍであり、例えばＰ１から左から右の順における第一のグルーブまでの距離は０．５ｍｍである。子斑点Ｐ３が無効である時、即ち、子斑点Ｐ３がグルーブ４０１の内側に位置する時は、Ｐ１とＰ２は有効であって、有効な斑点から最も近接するグルーブまでの距離は０．５ｍｍであり、例えばＰ１から左から右の順における第二のグルーブまでの距離は０．５ｍｍである。総じて、ある子斑点が無効である時には、有効な子斑点から最も近接するグルーブまでの距離が０．５ｍｍになること、並びに子斑点間の間隔の差も０．５ｍｍであることを保証できれば、測定信号が影響を受けない状態を確実に保証でき、また容易に子斑点の通し番号を区別できる。これにより、測定対象物４００の高さと傾斜度の測定を実現できる。
【００４６】
本発明のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置では、投影スリット２０３の測定点５０１を不均等な間隔の配列方式で幾つかの測定子斑点５０２に区分し、測定対象物４００に投影される測定点もまた子斑点の不均等な間隔の方式で配列され、測定子斑点５０２がグルーブ４０１の内側に位置する時に、検出した子斑点の間隔に基づきグルーブ以外に位置する有効な測定子斑点５０２の通し番号を判断し、これにより、有効な測定子斑点５０２がもたらした位置情報に基づき、測定対象物の高さと傾斜度を測定できる。
【００４７】
本発明の測定子斑点は不均等な間隔で配列されることから、検出した測定子斑点の通し番号を容易に判断でき、これによりその特徴付けられた測定対象物に対応する位置での高さと傾斜度を取得し、また不均等な間隔で配列されることから、幾つかの測定子斑点が同時にグルーブの内側に位置する可能性を排除し、グルーブを測定対象物の高さと傾斜度の測定に対して適合させる。
【００４８】
本発明の不均等な間隔で配列される幾つかの測定子斑点５０２の個数は三つ以上であり、これにより一つの測定点又は等間隔での配列が採用される子斑点の全てがグルーブ４０１の内側に位置する場合に、グルーブが測定対象物に対する高さと傾斜度の測定に適合できないことによる影響が排除される。
【００４９】
より好適な実施形態として、本発明のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置には、各前記測定点５０１の内、第一の測定子斑点５０２と最後の一つの測定子斑点５０２の間の距離がグルーブ４０１の周期の倍数と等しくないものとする。その目的は第一の測定子斑点５０２又は最後の一つの測定子斑点５０２がグルーブ４０１の内側に位置することを防止するためである。
【００５０】
より好適な実施形態として、本発明のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置には、隣接する測定子斑点５０２の距離がグルーブ４０１の周期の倍数と等しくないものとする。その目的は隣接する二つ測定子斑点５０２がグルーブ４０１の内側に位置することを防止するためである。
【００５１】
より好適な実施形態として、本発明のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置には、任意の二つの測定子斑点５０２の間隔がいずれもグルーブ４０１の周期の倍数と等しくないものとする。その目的は任意の二つの測定子斑点５０２の間隔がグルーブ４０１の内側に位置することを防止するためである。
【００５２】
上述の三種の測定子斑点５０２とグルーブの周期の倍数の関係から、本発明の測定子斑点５０２の不均等な間隔での配列設置の目的は、測定子斑点５０２の分布位置をグルーブ４０１及びそのグルーブ４０１の周期の倍数とずらして設置することで、有効な測定子斑点５０２の数量を増やし、これにより多くの有効な測定子斑点に基づき測定対象物の高さと傾斜度を測定することが分かる。
【００５３】
図１０を参照するに、本発明は更に、上述の構造のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング装置を採用するアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング方法を提供する。その主要な構想は、焦点合わせレベリング装置が測定対象物４００表面に幾つかの測定点５０１を形成し、各測定点５０１は幾つかの不均等な間隔で配列された測定子斑点５０２を有し、可動キャリアステージ３００を初期位置に移動させ、焦点合わせレベリング装置の検出器２１２を介して前記測定子斑点５０２を検出し、測定子斑点５０２がグルーブ４０１の内側に位置する時には、焦点合わせレベリング装置が検出した測定子斑点５０２の斑点の間隔に基づき、有効な測定子斑点５０２を識別し、これにより測定対象物の高さと傾斜度を測定する。
【００５４】
二つ以上の有効な測定子斑点５０２が測定対象物４００のグルーブ４０１の外側の領域に位置する状況が出現した場合、即ち、二つ以上の有効な測定子斑点が出現した場合には、有効な測定子斑点５０２に基づき測定対象物４００の高さと傾斜度を測定する。また、二つ以上の有効な測定子斑点５０２が出現しない場合は、測定子斑点５０２が入っている測定対象物４００の位置変更することで、グルーブ４０１の位置を回避する。本発明では測定対象物４００の高さと傾斜度の値に基づき可動キャリアステージの六自由度の方向を調整することで、測定対象物４００を調整する。更に、有効な測定子斑点とは、測定対象物のグルーブの外側の領域に位置する測定子斑点のことであり、一方、無効な測定子斑点とは、測定子斑点の一部又は全部が測定対象物のグルーブに位置し、測定子斑点の変形による測定不能を引き起こす測定子斑点のことである。
【００５５】
より好適な実施形態として、本発明のアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング方法は、測定子斑点５０２がグルーブ４１０の内側に位置する場合、測定対象物４００を載置する可動キャリアステージ３００を調整し、測定子斑点５０２が投影される測定対象物４００の表面の位置を変更させることで、グルーブ４０１を回避する。更に、前記子斑点５０２が存在する測定対象物４００の位置を変更させる方法は、測定対象物４００を載置する可動キャリアステージ３００の水平方向及び垂直方向の自由度の方向を調整することである。子斑点５０２が存在する測定対象物４００の位置を変更させることは、事実上、測定点の位置を変更させることである。
【００５６】
本実施例において可動キャリアステージ３００を調整する具体的な方法は以下の通りである。可動キャリアステージ３００の水平方向の距離を、グルーブ４０１の水平方向の分布周期Ｌｘの１／２に等しくなるよう調整し、可動キャリアステージ３００の垂直方向の距離をグルーブ４０１の垂直方向の分布周期Ｌｙの１／２に等しくなるよう調整する。図９では、Ｌｇはグルーブ４０１の幅を示しており、言い換えれば、可動キャリアステージ３００の水平方向及び垂直方向の自由度の方向の調整位置が、グルーブ４０１の測定対象物４００における水平及び垂直方向の分布周期に関係する。調整時には、水平方向又は垂直方向の調整距離はグルーブの距離の１／２に限定されず、１／３、１／４、１／５、１／６、１／７、１／８、１／９、１／１０等であってもよい。実際に距離を調整する場合はグルーブの分布周期に基づき調整を行う。
【００５７】
本発明が提供するアダプティブなグルーブ焦点合わせレベリング方法により、上述の構造の焦点合わせレベリング装置を採用し、測定子斑点がグルーブの内側に位置する時に、焦点合わせレベリング装置が検出した測定子斑点の斑点の間隔に基づき、有効な測定子斑点を識別し、これにより有効な測定子斑点に基づき、グルーブを有する測定対象物の高さと傾斜度の測定を行う。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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