(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査方向に移動中のウエハを露光する露光装置であって、
該ウエハを保持し移動するステージと、
レチクルを介した光を像面に投影する投影手段と、
前記投影手段の光軸の方向において、  該走査方向に移動中の前記ステージに保持された該ウエハの表面の該像面からの位置ずれ量を該表面上の露光領域に対し該走査方向とは反対の方向に離れた該表面上の検出領域に関して検出する検出手段と、
該位置ずれ量に基づき、該光軸の方向において前記ステージの位置を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記検出手段により該位置ずれ量が検出されている間の該光軸の方向における前記ステージの位置の平均値を求め、且つ該平均値と該位置ずれ量とに基づいて、該光軸の方向において前記ステージの位置を制御する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記検出手段は、該検出領域を複数有し、複数の該検出領域のそれぞれに関して、該位置ずれ量を検出することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記ステージは、該光軸に垂直な軸のまわりに回転可能に構成され、
前記制御手段は、該回転の角度を検出し、
前記制御手段は、前記検出手段により該位置ずれ量が検出されている間に前記ステージの該角度の平均値を求め、且つ該平均値と該位置ずれ量とに基づいて、前記ステージの該回転の角度を制御する、
ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記検出手段は、ＣＣＤセンサー、静電センサー、エアーセンサー、およびフォトダイオードのいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項５】
ウエハを保持し移動するステージと、
レチクルを介した光を像面に投影する投影手段とを有する露光装置に適用される、走査方向に移動中のウエハを露光する露光方法であって、
該投影手段の光軸の方向において、  該走査方向に移動中の該ステージに保持された該ウエハの表面の該像面からの位置ずれ量を該表面上の露光領域に対し該走査方向とは反対の方向に離れた該表面上の検出領域に関して検出する検出ステップと、
該位置ずれ量に基づき、該光軸の方向において該ステージの位置を制御する制御ステップとを有し、
該制御ステップは、さらに、該検出ステップにおいて該位置ずれ量が検出されている間の該光軸の方向における該ステージの位置の平均値を求め、且つ該平均値と該位置ずれ量とに基づいて、該光軸の方向において該ステージの位置を制御する、
ことを特徴とする露光方法。
【請求項６】
前記検出ステップは、該検出領域が複数あり、複数の該検出領域のそれぞれに関して、該位置ずれ量を検出することを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
【請求項７】
該ステージは、該光軸に垂直な軸のまわりに回転可能に構成され、
前記制御ステップは、該ステージの該回転の角度を検出し、
前記制御ステップは、さらに、前記検出ステップにおいて該位置ずれ量が検出されている間の該ステージの該角度の平均値を求め、且つ該平均値と該位置ずれ量とに基づいて、該ステージの該回転の角度を制御する、
ことを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
【請求項８】
前記検出ステップは、ＣＣＤセンサー、静電センサー、エアーセンサー、およびフォトダイオードのいずれかを用いて該位置ずれ量を検出する、ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに１項に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査方向に移動中のウエハを露光する露光装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のメモリーチップの大きさは露光装置の解像線幅の向上やセルサイズとメモリ要領の拡大トレンドを反映して徐々に拡大の傾向を示している。例えば２５６ＭＤＲＡＭの第１世代のチップサイズは１４×２５ｍｍ程度といわれている。このチップサイズを現在クリティカルレイヤー用の露光装置として用いられている縮小投影露光装置（ステッパー）の露光域の直径３１ｍｍにあてはめると１回当たり１チップの露光しかできず、効率が悪い。このため露光装置にはより大きな面積を露光可能とすることが求められている。
【０００３】
従来の大画面の露光装置には高スループットが要求されるラフレイヤー用の半導体素子製造用の露光装置や、モニター等の大画面液晶表示素子製作用の露光装置がある。後者の大画面液晶表示素子製造用の露光装置はいわゆるマスクーウエハーの相対走査によるスリット・スキャン型の露光装置である。これは反射投影光学系を用いた露光装置で、マスク上のパターンは同心の反射ミラー光学系でウエハー上に結像される。照明には円弧スリット状の照明光が用いられ、該スリットに対してマスクが直線スキャンされて、画面全体の一括露光が行なわれる。
【０００４】
露光動作においては感光剤であるフォトレジスト等が塗布されたウエハーあるいはガラスプレート基板をマスク像に対して焦点合わせする必要がある。上記の露光装置では、露光対象となる面を投影光学系の最良結像面に逐次合わせこむため、高さと傾きを検出する面位置計測とオートフォーカス・オートレベリングの補正駆動をスキャン露光時も連続的に行なっている。高さと傾きを検出する面位置検出手段としては光学的なセンサーを用いる方法、例えば斜入射光学系で光束を斜め上方より感光基板であるウエハー表面上に投影し、該基板からの反射光をセンサに導いて該センサ上の位置ずれから検出を行なう方法や、エアーマイクロセンサーや静電容量センサーなどのギャップセンサーを用いる方法などがある。これらのセンサーを用いてスキャン中の基板の複数個の高さを測定し、該測定値から測定領域が露光スリットを通過する時の高さ及び傾きの補正駆動量を算出し、補正を行なっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら回路パターンの微細化に対応して縮小投影系が高ＮＡ化されるに従い、回路パターンの転写工程におけるフォーカスの許容深度はますます小さくなっている。現在、ラフ工程に使用されている露光装置では許容深度が５μｍ以上確保されているため、スキャン露光中に連続計測される計測値に含まれる計測誤差やチップ内の段差は無視できているが、２５６ＭＤＲＡＭ対応を考慮した場合、許容深度は１μｍ以下になる。従って現在使用されているスリット・スキャン型の露光装置のコンセプトをそのまま２５６Ｍ用に転用し、投影光学系のみを改良するだけだと前述の計測誤差やチップ内の段差が無視できない量となる。
【０００６】
スキャン時の計測誤差の発生を説明する例としては特開平６−２６０３９１号公報をあげることができる。ここでは露光領域に先立つ計測位置においてウエハー表面と像面の高さ・傾きの差ｚ、及びその時のステージの高さ・傾きを検出する。そして検出した領域が露光領域に達した時、該領域の高さを検出時のステージの高さに前記差ｚを加えた値に設定する制御方法が特徴となっている。制御量を求める際にはフォーカスの計測値に対してはウエハー表面の凹凸の影響を緩和するため平均値処理が行なわれるが、ステージの位置に関しては蓄積時間の概念がないため、即値が用いられている。
【０００７】
ここで例えば周辺で２μｍの補正量があり、それを５０ｍｓｅｃの時間で補正する場合を考える。５０ｍｓｅｃで２μｍを駆動する最中にも高さ・傾き測定は行なわれている。仮に蓄積時間を５ｍｓｅｃとし、補正駆動のパターンを１次としたとき、蓄積時間中のｚ軸方向への移動量は０．２μｍとなる。このように駆動している最中の計測には蓄積時間の誤差がのり、即値の制御に対し最大０．２μｍ程度の補正誤差が発生してしまうという問題がある。
【０００８】
従来のステッパーの露光シーケンスは、露光位置でのフォーカス（高さ・傾き）補正終了後露光が開始されるため、直列的に処理が移行していく。このため、露光はフォーカス計測及び駆動の終了後の静止状態で行なえばよかった。しかしながらスリット・スキャン方式の露光シーケンスはフォーカスの計測中も露光を行なう並列処理であるため、フォーカスの計測駆動と露光という２つのの処理を同時に精度良く行なわねばならない。その時に注意が必要なのがフォーカスの計測位置と露光位置との位置的、時間的なずれと、フォーカス計測時におけるレベリングステージの高さ方向の位置である。
【０００９】
スリット・スキャン方式ではスキャンしながらフォーカスの計測と補正駆動及び露光を同時に行なうため、面位置検出手段によるフォーカス計測位置を露光位置よりスキャン方向に対し前方にもって来る必要がある。これはフォーカス計測を行なった位置が露光スリットの位置に到着する前に、フォーカスの補正駆動を終了させる必要があるからである。
【００１０】
ここで問題となるのはフォーカス計測に蓄積型のセンサーを用いると計測データが蓄積時間中の平均となってしまうことである。蓄積時間中も露光装置は露光のために常時レベリングステージを高さ方向に上下させており、フォーカス計測時のレベリングステージの高さ及び傾き位置を単純に計測して補正するだけでは、精度の良いウエハーの高さ及び傾き補正を実現することができなかった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、走査方向に移動中のウエハを、レチクルを介した光を像面に投影する投影手段の光軸の方向において、該像面に対し高精度に位置決めすることを目的としている。
【００１２】
このため本発明ではスキャン露光で面位置検出手段の計測位置においてフォーカス計測を行なう時、レベリングステージの高さ及び傾き検出と、相対走査により連続的にウエハーの面位置の検出を行い、該検出値の処理をウエハーの面位置を相対走査しながら連続的に表面状態の特徴量を検出する段階と、ウエハーの表面状態の特徴量の検出に同期して連続的にレベリングステージの高さ及び傾き量を検出する段階と、前記レベリングステージの高さ及び傾き量を統計計算する段階と、前記連続的に得られた特徴量と統計計算の結果を処理して、ウエハー表面を露光位置の像面に合わせる段階とを有することを特徴としている。
請求項１の発明の露光装置は、
走査方向に移動中のウエハを露光する露光装置であって、
該ウエハを保持し移動するステージと、
レチクルを介した光を像面に投影する投影手段と、
前記投影手段の光軸の方向において、  該走査方向に移動中の前記ステージに保持された該ウエハの表面の該像面からの位置ずれ量を該表面上の露光領域に対し該走査方向とは反対の方向に離れた該表面上の検出領域に関して検出する検出手段と、
該位置ずれ量に基づき、該光軸の方向において前記ステージの位置を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記検出手段により該位置ずれ量が検出されている間の該光軸の方向における前記ステージの位置の平均値を求め、且つ該平均値と該位置ずれ量とに基づいて、該光軸の方向において前記ステージの位置を制御する、ことを特徴としている。
請求項２の発明は、前記検出手段は、該検出領域を複数有し、複数の該検出領域のそれぞれに関して、該位置ずれ量を検出することを特徴としている。
請求項３の発明は請求項２の発明において、前記ステージは、該光軸に垂直な軸のまわりに回転可能に構成され、
前記制御手段は、該回転の角度を検出し、
前記制御手段は、前記検出手段により該位置ずれ量が検出されている間に前記ステージの該角度の平均値を求め、且つ該平均値と該位置ずれ量とに基づいて、前記ステージの該回転の角度を制御する、ことを特徴としている。
請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記検出手段は、ＣＣＤセンサー、静電センサー、エアーセンサー、およびフォトダイオードのいずれかを含む、ことを特徴としている。
請求項５の発明の露光方法は、
ウエハを保持し移動するステージと、
レチクルを介した光を像面に投影する投影手段とを有する露光装置に適用される、走査方向に移動中のウエハを露光する露光方法であって、
該投影手段の光軸の方向において、  該走査方向に移動中の該ステージに保持された該ウエハの表面の該像面からの位置ずれ量を該表面上の露光領域に対し該走査方向とは反対の方向に離れた該表面上の検出領域に関して検出する検出ステップと、
該位置ずれ量に基づき、該光軸の方向において該ステージの位置を制御する制御ステップとを有し、
該制御ステップは、さらに、該検出ステップにおいて該位置ずれ量が検出されている間の該光軸の方向における該ステージの位置の平均値を求め、且つ該平均値と該位置ずれ量とに基づいて、該光軸の方向において該ステージの位置を制御する、ことを特徴としている。
請求項６の発明は請求項５の発明において、前記検出ステップは、該検出領域が複数あり、複数の該検出領域のそれぞれに関して、該位置ずれ量を検出することを特徴としている。
請求項７の発明は請求項６の発明において、該ステージは、該光軸に垂直な軸のまわりに回転可能に構成され、
前記制御ステップは、該ステージの該回転の角度を検出し、
前記制御ステップは、さらに、前記検出ステップにおいて該位置ずれ量が検出されている間の該ステージの該角度の平均値を求め、且つ該平均値と該位置ずれ量とに基づいて、該ステージの該回転の角度を制御する、ことを特徴としている。
請求項８の発明は請求項５乃至７のいずれか１項の発明において、前記検出ステップは、ＣＣＤセンサー、静電センサー、エアーセンサー、およびフォトダイオードのいずれかを用いて該位置ずれ量を検出する、ことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例１で、本発明の位置決め方法を用いたスリット・スキャン方式の投影露光装置の主要部の概略図である。同図において１は光軸がＡＸで示されている縮小投影レンズで、その像面はＺ方向と垂直な関係にある。２はレチクルでレチクルステージ３上に保持されている。レチクル２上のパターンは縮小投影レンズ１の倍率に従って１／４ないし１／２に縮小投影される。４は表面にレジストが塗布されたウエハーで、該ウエハー上には先の露光工程で多数個の被露光領域（ショット）の配列が形成されている。
【００１４】
５はウエハーを載置するステージである。ウエハーステージはウエハー４をステージ５に吸着・固定するチャック、Ｘ軸方向とＹ軸方向それぞれに水平移動可能なＸＹステージ、縮小投影レンズ１の光軸方向のＺ軸方向への移動やＸ軸、Ｙ軸方向に水平な軸の回りに回転可能なレベリングステージ、Ｚ軸回りに回転可能な回転ステージ等の駆動機構により構成され、レチクルパターン像をウエハー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。
【００１５】
１０から１９はウエハー４の表面位置及び傾きを検出するフォーカス検出系の各要素である。図中１０は光源で、白色ランプや、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からの光を照射するように構成された光照射手段である照明ユニットよりなっている。１１は光源１０からの光束を断面の強度分布がほぼ均一な平行光束として射出させるコリメータレンズ、１２はウエハー上に投射するスリット状の光を生成するプリズム形状のスリット部材である。図１では一対のプリズムを互いの斜面を相対するように貼り合わせて作成し、該貼り合わせ面に複数個の開口がクロム等の遮光膜へのパターニングによって設けられる。ここでは説明のためクロム上に６個のピンホールが形成されているものとする。
【００１６】
１３は両テレセントリックのレンズ系で、スリット部材１２の６つのピンホールを通過した互いに独立な６つの光束を、ミラー１４を介してウエハー４面上の６つの測定点に導光している。図１では２光束のみが示されているが、各光束は紙面の垂直方向に３つ重なって合計６光束となっている。この時、レンズ系１３とピンホールの形成されているプリズムの斜面とウエハー４の表面を含む平面は光学的にシャインプルーフ（Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ）の条件を満足するよう設定される。
【００１７】
本実施例では光照射手段からの各光束のウエハー面４への入射角φが７０度以上になるように設定される。入射角φはウエハー面に立てた垂線（Ｚ軸）と入射光線のなす角度である。ウエハー４の表面には先の露光工程で形成された複数個のパターン領域が整然と配列されている。
【００１８】
レンズ系１３を通過した６つの光束は図２に示す様にウエハー上のパターン配列とは独立に、装置に対して固定された測定点に入射・結像する。また６つの測定点を互いに独立して観察するため、光照射手段からの光束をＸＹ平面内で射影して見たときの入射方向はＸＹ軸に対し斜めになっており、例えば入射角をＸ軸に対してθとすればθ＝２２．５°といった角度に設定される。以上の光照射手段の配置については本出願人が特願平３−１５７８２２号公報で提案しており、これにより各光学要素の空間的配置が最適となって高精度な面位置情報を検出することが可能となっている。
【００１９】
次に本実施例で用いたウエハー４からの反射光束の検出を行なう受光系である符番１５から１９の部材について説明する。反射ミラー１５を介したウエハーからの６つの反射光は両テレセントリックな受光レンズ１６に導かれる。受光レンズ１６内のストッパー絞り１７は６つの光束に対して共通に設けられ、ウエハー４上に存在する回路パターンによって発生し検出の際のノイズ成分となる高次の回折光をカットする。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軸がお互いに平行で、６つの光束それぞれに対して設けられた個別の補正光学系群１８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って再結像する。光電変換手段群１９は各々の測定点に対応して６個の１次元ＣＣＤラインセンサーにより構成されている。符番１６から１８の部材より成る受光系側はウエハー面４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なっているので、各測定点の局所的な傾きは検出面のピンホール像の位置に変化を与えず、各測定点でのＺ方向の高さの変化に対応して検出面上でピンホールの像の位置が変化する。
【００２０】
光電変換手段群１９を１次元ラインセンサーで構成することは従来の２次元センサーを用いた構成に比べ、次の３点で有利である。第１は光学系の配置上の利点で、１８の補正光学系群の構成において６つの光電変換手段を分離して配置することが可能となったため、各光学部材やメカ的なホルダーの配置の自由度が大幅に広がった。第２は検出の分解能である。検出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、光学系の配置の自由度が増し光路を分割して個別のセンサーに入射させる構成とできるため、部材をコンパクトにまとめ倍率を大きく設定することが可能となった。第３の利点は計測時間の短縮である。スリット・スキャン方式では露光中にフォーカスを連続的に計測することが不可欠となり、計測時間の短縮が大きな課題となる。従来の２次元ＣＣＤセンサーでは必要以上のデータを読み出す必要があったため時間がかかったが、１次元ＣＣＤセンサーは２次元ＣＣＤセンサーに比べ読み出し時間を１／１０以下にすることが可能である。
【００２１】
以上が露光装置のフォーカス関係の部分の概略であるが、次いでスリット・スキャン方式の露光システムについて説明する。
【００２２】
図１に示したようにレチクル２はレチクルステージ３に吸着・固定された後、投影レンズの光軸ＡＸ（Ｚ軸方向）と垂直な面内でＲＸ方向（Ｘ軸方向）に一定速度でスキャンされる。この時スキャン方向と垂直なＲＹ方向（Ｙ軸方向）は常に目標座標位置にスキャンするように補正駆動される。レチクルステージのＸ方向及びＹ方向の位置情報は、レチクルステージに固定されたＸＹバーミラー２０に対してレチクルステージ干渉計２１から複数のレーザービームを照射し常時計測される。光源にはエキシマレーザー等のパルス光を発生する光源が使用されており、露光用照明光学系６が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ー、コリメータ及びミラー等の部材で構成されて、遠紫外領域のパルス光を効率的に導光する。ビーム整形光学系は入射ビームの断面形状を所望の寸法、形状に整形し、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。露光照明光学系６内には不図示のマスキングブレードがあってチップサイズに対応した矩型の照明領域を設定し、該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ー４上に投影され、スキャンを行なって全体が露光される。
【００２３】
メイン制御部２７はレチクル２の照明された矩型領域の部分の像がウエハー４の所定領域に形成されるようスキャンに応じて全系をコントロールする役目をする。ウエハーに対してはＸＹ面内の位置、即ちＸＹ座標とＺ軸に平行な軸の回りの回転Θ、Ｚ方向の位置、即ちＺ座標とＸ，Ｙ各軸に平行な軸の回りの回転α，βについての制御が行なわれる。
【００２４】
レチクルとウエハーのＸＹ面内での位置合わせはレチクル干渉計２１とバーミラー２３を利用したウエハー干渉計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ー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及びウエハー位置制御系２５をコントロールすることにより実現される。レチクルステージ３を矢印３ａ方向にスキャンする場合、ウエハーステージ５は矢印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、ウエハー４の表面に塗布されたレジストの感度から決定され、スループットが有利となるように設定される。
【００２５】
一方、Ｚ軸方向とＸ，Ｙ各軸に平行な軸の回りの回転α，βについての位置合わせ、即ち像面への位置合わせはウエハー４の高さのデータを検出する面位置検出系２６での検出結果をもとに、ウエハーステージ内のレベリングステージの制御を行なうウエハー位置制御系２５で行なう。面位置検出系２６はスキャン方向においてスリット近傍に配置されたウエハーの高さ測定用スポット光３点による高さデータからスキャン方向とスキャン方向に垂直な方向の傾き及びＺ軸方向の高さを検出し、該検出値から露光位置での最適像面位置への補正量が計算されて駆動が行なわれる。
【００２６】
図４は平均値法を用いた補正値の算出方法を説明したものである。同図でＺ１は像面・ウエハー表面間の距離の算出値、Ｚ２は測定時のウエハーの高さ保持位置から露光域での補正量が決定される様子を概念的に示したものである。図の計測開始時点では既に１つ前の計測ポイントのデータよりステージの高さ方向の補正が連続的に行なわれている。蓄積時間をｔ０とすると、蓄積を行なっている期間中ステージの高さは図の斜線部に示す様に高さ方向の計測と補正を独立に行なっている。本発明ではフォーカス検出系でフォーカス計測中のデータがウエハー表面の高さデータとステージの高さ補正の変化量を合わせて測定している点に着目し、補正制御量としてフォーカス検出系で得られた像面・ウエハー表面間の距離算出値Ｚ１、及び計測中のステージ位置変化量を考慮した平均高さデータＺ３のデータより露光域での補正量を求めることを特徴としている。
【００２７】
フォーカス検出位置が露光域のすぐ近くにある場合は前記差分データで補正を行なえばよい。しかしながらスリット・スキャン露光のように検出位置と露光位置の間が離れている場合はステージの走査方向における傾斜量や露光スリット到達位置までのステージの高さを換算し、該換算値と検出位置での計測データとの差分を考慮して補正を行なう必要があり、それが本発明の特徴となっている。
【００２８】
レベリングステージの高さの換算は統計計算によって行われ、計測値の多重サンプルの平均値、蓄積時間ｔ０前後のステージ位置の平均値、あるいは制御データの平均値を用いるなどの方法を代表的にあげることができる。
【００２９】
またここまでは高さ方向の補正について述べたが、傾斜方向の補正を行なう場合も同様で、計測蓄積期間中の傾斜方向の制御量がフォーカスの傾斜補正量の算出値のなかに加算されていることに着目して、差分値を管理すればよい。
【００３０】
図３は本発明におけるフォーカス計測とステージ高さ計測の同期制御について説明したものである。ウエハー位置制御系２５におけるフォーカス制御部は計測開始ポイントの管理や計測データに基づいて計測した箇所が露光域に到達した時に補正すべき補正量の算出を行なう。ＣＣＤクロックドライバー部は面位置検出センサーとして使用されるＣＣＤセンサーのクロック生成部で、フォーカス制御部の計測開始命令に従って蓄積サイクルをリフレッシュする。また同様にウエハー位置制御系２５に含まれるＺ及びＴＩＬＴ（レベリング）制御部はウエハーを吸着し、像面に対するＺ及びＴＩＬＴの補正駆動を行なう。Ｚおよびレベリングステージはフォーカス制御部の駆動命令に従って駆動を行なうとともに、ＣＣＤ蓄積開始タイミングに従って蓄積中の平均位置を求めたり、Ｚやレベリングステージの現在値を即時に読み出すことが可能である。
【００３１】
ウエハー位置制御系２５は以上の構成で、フォーカス制御部によりフォーカス検出位置でＣＣＤクロックドライバーに計測命令を発してフォーカスの検出波形を読み出すとともに、Ｚ、ＴＩＬＴ制御部からＣＣＤ蓄積時間に対応したＺ及びレベリングステージ位置の平均高さを読み出す。
【００３２】
上記フォーカス計測値Ｚ１と平均高さ計測値Ｚ３という２つのデータに基づきフォーカスの補正量Ｚ２を求めることにより、移動補正中のウエハー表面の高さを検出しているにもかかわらず、移動補正の変化量を除いた補正すべきウエハー表面と像面間の補正量が求められる。
【００３３】
図５は本発明を用いた補正シーケンスの例である。Ｓｔｅｐ１でウエハーを搬入し、チャックに吸着固定した後、ｓｔｅｐ２でチップサイズ、露光条件、装置条件等から予備的に計測位置の検討を行なうプリスキャン１の計測点、即ちプリスキャン２や露光時にショット内で用いるフォーカス計測の候補点を算出する。計測の候補点はサンプリング定理や補正系の応答時間の関係から必要十分な計測ポイント数を算出する。Ｓｔｅｐ２の時点では、露光時に用いる計測ポイント数より多く取ったほうが、後のｓｔｅｐ７で行なう計測ポイントの決定を行なう上で有利である。露光する対象が最初のパターニング工程、即ち１ｓｔプリントの場合以外は、ここでウエハー全体のアライメント計測を行ない、位置決めを完了する。
【００３４】
Ｓｔｅｐ３ではウエハー内でチャックの影響を受けにくい中心付近のショットをサンプルショットＳとしてプリスキャン１の計測対象に選択し、ショット中心でフォーカスの位置補正を行なう。Ｓｔｅｐ４ではｓｔｅｐ２で定めた計測候補点の選択に従ってサンプルショットＳ内での第１計測ポイントにウエハーを移動し、該計測ポイントにおいてフォーカス計測値Ｚｉｊ（ｊ＝１，６）を測定しメモリーに記憶するｓｔｅｐ５に移る。この測定を所定の第ｎ計測ポイントまでｓｔｅｐ６として繰り返す。この繰り返し動作がプリスキャン１である。
【００３５】
このようにしてメモリーに格納されたＺｉｊの全計測値から演算処理を行なうのがｓｔｅｐ７である。Ｓｔｅｐ７では全計測値の挙動から近似曲線を求めた上で、各計測ポイントについて実際の計測値と求められた近似曲線との偏差を計算する計測の適合性の判定を行う。該偏差量が所定の値を越えた場合は、その計測ポイントＰｉｊが不適合であるとして、実際のスキャン露光時の計測ポイントから外す処置を行なう。所定量を越えるような異常値が発生するのはスクライブの様な特殊な所なので、実際の選択に当たっては補正サイクルがほぼ周期的になり、計測値の変化がなだらかな部分が採用されることになる。表面形状の凹凸が極端に悪い場合や、特殊な場合には計測点が選択できない場合がありうるが、各計測ポイントでの計測値全５点が全て有効となる必要はなく、スパンが充分取れれば、最低２点あればＴＩＬＴの量も算出可能である。
【００３６】
このようにしてウエハーパターンの性質が分かった段階で、ｓｔｅｐ７ではさらに補正駆動の応答スピードを考慮し、必要最小限且つ、計測ポイントに片寄りが生じないように露光時の計測ポイントの最終決定を行なう。
【００３７】
Ｓｔｅｐ８は最終決定された計測ポイントを用いてレジスト表面の凹凸などに起因する計測系のオフセットである面位置補正データＣｉｊを測定するプリスキャン２を実施する。この時Ｐｉｊとして除去された計測ポイントの計測は行なわれない。
【００３８】
以上の処理により実際のウエハーをスキャン露光するための全てのパラメーター、即ち計測ポイントの選択と、各計測ポイントに対するオフセットが求まり、露光の準備が整う。
【００３９】
Ｓｔｅｐ９からｓｔｅｐ１６のシーケンスは実際のウエハー露光の手順を示したものである。先ずｓｔｅｐ９で第１ショット（Ｎ＝１）、第１計測ポイント（ｉ＝１）位置へウエハーステージの移動を開始し、ｓｔｅｐ１０で第１ショットの第１計測ポイントの位置まで移動を行なう。Ｓｔｅｐ１１では第１ショットの第１計測ポイントのＺ１ｊ（ｊ＝１〜５）を計測し、ｓｔｅｐ１２のＺ１ｊ測定時のレベリングステージ位置の測定では、フォーカス計測用のセンサーの蓄積中にハードウェアーもしくはソフトウェアーにより蓄積中のタイミングを知り、蓄積時間中のレベリングステージの平均位置を求めることで、露光のための正確なレベリングステージ位置を決定することができる。
【００４０】
Ｓｔｅｐ１３ではＰ１ｊ以外のデータから計測値Ｚ１ｊと面位置補正データＣ１ｊより
Ｚ１ｊーＣ１ｊ
を計算し、この値からＺ軸方向の補正駆動値と最小自乗平面の計算からＴＩＬＴの補正駆動値を算出する。これで第１ショットの第１計測ポイントでの駆動パラメーターが全て求められたため、ｓｔｅｐ１４では第１ショットの第１計測ポイントを露光スリット位置へ移動し、最小自乗平面とレンズ像面のずれ及びＴＩＬＴ（レベリング）ステージのＺ１ｊ測定時の位置と、現在の露光位置との差分を補正してステージを光軸方向であるＺ軸方向と傾き方向に補正駆動する。
【００４１】
以上で第１ショットの第１計測ポイントの処理が終了する。この操作はｓｔｅｐ１５で第１ショットの第２計測ポイントで今度はＺ２ｊとＣ２ｊを用いた制御に移行するというループに入る。第１ショットの第ｎ計測ポイントまでの処理が終了すると、ｓｔｅｐ１６で第２ショットへ移動するというループ処理に入る。そして全被露光ショットの露光が完了すると、ｓｔｅｐ１７でウエハーが回収される。
【００４２】
実施例１では蓄積型のセンサーとして光学的な検出方式であるＣＣＤセンサーの例を示したが、静電センサーやエアーセンサー、あるいはフォトダイオードなど別のセンサーを用いて計測値の平均値を求めフォーカス計測値としている場合にも、本発明は同様に適用可能である。この場合にも平均値算出期間のＺ及びレベリングステージ位置の平均高さを用いて補正量を算出すれば、補正駆動中にフォーカスを計測しても、補正駆動の影響を除去して真のＺ及びレベリングの補正量を算出することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上本発明によれば、走査方向に移動中のウエハを、レチクルを介した光を像面に投影する投影手段の光軸の方向において、該像面に対し高精度に位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の面位置検出法を用いるスリット・スキャン方式の投影露光装置の露光系の概略図、
【図２】  ウエハーの面位置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図、
【図３】  補正タイミングの同期を示す説明図、
【図４】  平均値算出方法を示す説明図、
【図５】  本発明を用いた露光方式のフローチャート、
【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  ウエハー、
５  ウエハーステージ、
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、
１３  レンズ系、
１４、１５  折曲げミラー、
１６  受光レンズ、
１７  ストッパー絞り、
１８  補正光学系群、
１９  光電変換手段群、
２０  レチクルステージ用ＸＹバーミラー、
２１  レチクルステージ干渉計、
２２  レチクル位置制御系、
２３  ウエハステージ用バーミラー、
２４  ウエハーステージ干渉計、
２５  ウエハー位置制御系、
２６  面位置検出系、
２７  メイン制御部、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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