JPH0228312A

JPH0228312A - 露光装置

Info

Publication number: JPH0228312A
Application number: JP63178560A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Sakamoto; 英昭坂本; Kesayoshi Amano; 天野　今朝芳
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1990-01-30
Also published as: US4999669A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体集積回路製造用の露光装置に関し、特
にウェハを傾斜させて所定の露光基準面、例えば投影型
露光装置におけるマスクパターンの投影像面と、ウェハ
の表面とを正確に一致させるレベリング機構に関するも
のである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の製造におけるリソグラフィー工程にお
いて、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露
光装置、所謂ステッパーは゛中心的役割を担うようにな
っている。このステッパーでは、サブ・ミクロン程度で
形成される回路の最小線幅に対応して、投影レンズの解
像限界を年々高める必要があり、大きい開口数（Ｎ、Ａ
、）と広い露光フィールドとを同時に満足する要求が高
まっている。しかしながら、大きい開口数（Ｎ、Ａ、）
で広い露光フィールドの投影レンズは必然的に焦点深度
が浅くなるため、ウェハ上の任意のショット領域の一部
で所定の露光基準面に対する傾きが生じると、露光フィ
ールド内の全面で常に正確な焦点合わせを行うことが困
難になる。そこで、例えば本願出願人が先に出願した特
開昭５８−１１３７０６号公報等に開示されている水平
位置検出系を用い、ウェハ上のショソＨＭ域毎に露光基
準面に対する傾きを検出する。そして、同様に特開昭６
２−２７４２０１号公報に開示されているステージ装置
（ウェハステージ）を用い、レベリングステージの所定
の複数点（例えば、３つの動作点）を駆動することによ
って、ショット領域の傾きが零となるようにレベリング
ステージの傾斜角が制御される。尚、レベリングステー
ジを露光基準面に対して任意方向に傾斜させる際、主に
１つの動作点を固定点とし、残り２つの動作点を駆動す
る２点駆動方弐が用いられている。

ここで、上述のウェハステージにおいては、所定のニュ
ートラル状態（例えば、動作点がＺ方向の移動ストロー
クの中心にある状態）の時、レベリングステージの複数
点がウェハステージのレーザ干渉計の測長軸（レーザ光
束の中心）を含む露光基準面内に位置するように構成さ
れると共に、露光基準面がレベリングステージ上に載置
される基準ウェハの表面と一致し、且つ投影レンズによ
るマスクパターンの投影像面（結像面）とも一致するよ
うに構成されている。

この結果、上述した水平位置検出系とウェハステージと
から成るレベリング機構を用い、露光基準面、即ち結像
面とショット領域の表面とを正確に一致させることによ
って、露光フィールド内で部分的な焦点ずれ等が生じる
ことなく、高解像にマスク或いはレチクル（以下、レチ
クルと呼ぶ）の回路パターンの投影像がウェハ上に露光
される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この種のレベリング機構を有するステッ
パーにおいてウェハやウェハ・ホルダの交換等を行った
場合、製造上の公差によるウェハ自体の厚さ変動（Ｔｏ
ｔａｌ　Ｔｈ１ｃｋｎｅｓｓ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ＝Ｔ
ＴＶと呼ぶ）の増大や製造誤差等によって、ウェハとウ
ェハ・ホルダの厚さ、つまりレベリングステージより上
の部分の厚さが変動し得る。このため、結像面とウェハ
の表面との間にＺ方向のずれ（焦点ずれ）が生じると共
に、レベリングステージの複数点によって決定されるレ
ベリングステージの傾斜動作の基準となる所定のレベリ
ング作動面（以下、レベリング基準作動面と呼ぶ）と、
ウェハの表面との間でＺ方向にずれが生じる。この２つ
のＺ方向のずれのうち、焦点ずれについてはＺステージ
を移動することにより一致させることができるが、レベ
リング基準作動面とウェハの表面とのずれは残留してし
まう。このずれが残留した状態で、例えば角度θだけレ
ベリングステージを傾けて、ウェハ上の任意のショッｌ
ｐＪ域のレベリングを行った場合、このショット領域の
中心点とレベリングステージの見掛は上の回転中心点と
の距離δを要因とするショット領域の中心の座標系ＸＹ
に対する横ずれ、所謂コサイン誤差ΔＣｅ（ΔＣｅ＝δ
・（Ｌ−ｃｏｓθ））と、シミツト領域の中心点とレベ
リングステージの回転中心点との高さのずれ量νを要因
とする横ずれ、所謂サイン誤差ΔＳｅ（ΔＳ　ｅ　＝　
ｙ／２　　・ｓｉｎθ）とが生じてしまうという問題点
があった。ここで、通常ウェハの傾斜角θは最大で１′
、距離δは最大で２２０ｍｍ（８インチの場合）程度で
あるから、最大で０．０１１！ｍ程度のコサイン誤差Δ
Ｃｅが生じることになる。また、ウェハとウェハ・ホル
ダの厚み変動の許容差は±７５μｍ、ＴＴＶは２０μｍ
程度であるから、最大で０．０２８μｍ程度のサイン誤
差ΔＳｅが生じる。これらの誤差を合わせた横ずれ量は
、この種のステッパーのウェハステージに要求される位
置決め精度（０，０３μｍ程度）に対して大き過ぎる。

しかし、これらの誤差を補正するためには、各ショット
領域でレベリングを行った後に再びレチクルの回路パタ
ーンの投影像と、ウェハ上にすでに形成されている回路
パターンとのアライメントを行わなければならず、スル
ープットが低下してしまうという問題点があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、レベリン
グ基準作動面とウェハの表面とにずれが生じても、コサ
イン誤差とサイン誤差を合わせた横ずれ量を所定の許容
値以下、若しくは零に抑え、ウェハステージの位置決め
精度、スループット等を低下させることなく露光を行う
ことができる高精度のレベリング機構を有するステッパ
ーを得ることを目的としている。

〔課題を解決する為の手段〕

かかる問題点を解決するため本発明においては、所定の
露光基準面としての投影レンズ１の結像面ＩＭに対する
ウェハＷの傾きを検出する水平位置検出系１２を有し、
水平位置検出系１２の検出信号に応じてウェハＷの表面
と結像面ＩＭとを一致させることによって、レチクルに
形成された回路パターンを投影レンズ１を介してウェハ
Ｗ上に露光する装置において、ウェハＷを保持して結像
面１Ｍ内で２次元的に移動するＸ−Ｙステージ６と、Ｘ
−Ｙステージ６に設けられ、結像面ＩＭと垂直な方向（
Ｚ方向）に移動するＺステージ４と、Ｚステージ４に設
けられ、ウェハＷを結像面ＩＭに対して任意方向に傾斜
可能なレベリングステージ３と、所定の駆動点としての
ピボット２５を含む３つのピボットをＺ方向に駆動して
、レベリングステージ３をＺステージ４に支承する板ば
ね２２ａ、２２ｂ、２２ｃを弾性変形させ、レベリング
ステージ３の仮想的な回転支点となる複数点としての板
ばね２２ａ〜２２Ｃの変形基準点０Ａ１０Ｂ、ＱＣの各
々をＺ方向に移動し、レベリングステージ３の所定の傾
斜基準面としての変形基準点ＯＡ、ＯＢ、ＱＣによって
決定されるレベリング基準作動面３ｆに対するウェハＷ
の表面の位置設定を行う駆動量’ｆｌ　２０　ａ、２０
ｂ、２０ｃと、レベリング基準作動面３ｆとウェハＷの
表面とのＺ方向の位置ずれを検出する焦点検出系１１と
、焦点検出系１１の検出信号から３つのピボット（２５
等）の駆動量を算出し、レベリング基準作動面３ｒとウ
ェハＷの表面とが略一致するように、駆動装置２０ａ、
２０ｂ、２０ｃを制御Ｉする主制御装置１５とを設ける
。

さらに特定の実施態様によれば、駆動装置２０ａ、２０
ｂ、２０ｃは３つのピボット（２５等）のＺ方向への変
位量をそれぞれ検出する３つのポテンショメータ（３０
等）を有し、これらのポテンショメータ（３０等）の検
出信号と焦点検出系１１の検出信号とに基づいて、レベ
リング基準作動面３ｆとウェハＷの表面とを略一致させ
るように、この３つのピボット（２５等）がサーボ制御
される。

〔作用〕

本発明によれば、レベリング基準作動面とウェハの表面
とにずれが生じても、焦点検出系の検出信号に基づいて
レベリングステージの駆動装置、即ち３つのピボットを
同量だけＺ方向に駆動し、レベリング基準作動面とウェ
ハセンタの製画とを略一致させ、その後にレベリングを
行うように構成している。従って、レベリングに伴って
発生するコサイン誤差、サイン誤差を合わせた横ずれ量
を、所定の許容値以下、即ちレーザ干渉計の分解能（０
，０２μｍ）以下、若しくは零とすることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳述する
。第１図は本発明の第１の実施例によるレベリング機構
を備えたステッパーの概略的な構成を示す図、第２図は
ウェハステージの概略的な構成を示す図である。

第１図において、ウェハＷのＸＹ移動平面（座標系ＸＹ
）に対して垂直な光軸ＡＸを有する片側（若しくは両側
）テレセンドリンクな投影レンズＩは、レチクル（不図
示）に描かれた回路パターンの投影像を、装置上予め定
められた露光基準面、即ち結像面ＩＭに形成する。露光
すべきウェハＷは結像面ＩＭに対して任意方向に傾斜可
能なレベリングステージ３上に、ウェハ・ホルダ２を介
して保持される。レベリングステージ３はＺステージ４
上に設けられ、さらにＺステージ４は結像面ＩＭに沿っ
てＸ、Ｙ方向に移動するＸ−Ｙステージ６上に設けられ
ている。また、２ステージ４はＸ−Ｙステージ６に対し
て、駆動部５によりＺ方向（光軸ＡＸ方向）にのみ移動
するように構成され、Ｚステージ４の端部にはＸ方向の
位置を検出するレーザ干渉計７用の平面鏡８と、第２図
に示すようにＹ方向の位置を検出するレーザ干渉計９用
の平面鏡ｌＯとが設けられている。このレーザ干渉計７
．９から照射されるレーザビームの中心線がそれぞれＸ
、Ｙ方向の測定軸ＬＸ、Ｌ４であり、この測定軸Ｌｘ、
ｔ、ｙは点Ｑで直交すると共に、この点Ｑを光軸ＡＸが
通るように定められている。尚、第１図、第２図ともウ
ェハＷの中心点（ウェハセンタＷＣ）を点Ｑに合わせた
時の状態を示し、ウェハＷにはＴＴＶによって【だけの
厚みむらがあるものとする。

さて、第２図に示すようにレベリングステージ３には放
射状に伸びたアーム部２１ａ、２１ｂ。

２１ｃが、レベリングステージ３のウェハ載置中心に関
して約１２０度の角度間隔で一体に設けられている。各
アーム部２１　ａ、　２　ｌ　ｂ、　２１　ｃのそれぞ
れの上面にはＺ方向には弾性変形できるが、ＸＳＹ方向
に関しては全く変位しない円板状の同一の板ばね２２ａ
、２２ｂ、２２ｃが設けられ、板ばね２２ａ　（２２ｂ
１２２ｃについても同４１）は互いに１８０度離れた２
カ所２３ａ、２３ｂでアーム部２１ａと固定（ビス止め
）されている。

また、板ばね２２ａの固定点２３ａ、２３ｂから互いに
約９０度離れた２カ所２３ｃ、２３ｄは、Ｚステージ４
と一体の固定部材２４に固定（ビス止め）されている、
他の仮ばね２２ｂ、２２Ｃについても同様の構成である
。従って、レベリングステージ３は３カ所の板ばね２２
ａ、２２ｂ、２２ｃを介してＺステージ４上に支承され
ている。

また、第１図中に示したようにアーム部２１ａの下部に
は、作用点（ピボット）２５を介してラジアルベアリン
グ（ローラ）２６が回転自在・に軸支されている。ラジ
アルベアリング２６はテーパ付のナツト２７に当接し、
ナツト２７はＺステージ４に固定されたモータ２９によ
り回転する送りねじ２８に螺合している。従って、モー
タ２９の回転によりラジアルベアリング２６のナフト２
７のテーパ部との当接位置が変化し、ピボット２５がＺ
方向に移動する。尚、アーム部２１ａの下部のピボット
２５、モータ２９等を、以下まとめて駆動装置２０ａと
呼ぶことにする。さらに、この駆動装置２０ａはポテン
ショメータ３０を有し、ピボット２５の変位量はＺステ
ージ４に設けられたこのポテンショメータ３０により検
出される。同様に、他の２つの板ばね２２ｂ、２２ｃの
下部にも、全く同じ構成のポテンショメータを有する駆
動装置２０ｂ、２０ｃが組み込まれている。このように
３カ所に設けられた駆動装置２０ａ、２０ｂ、２０ｃを
互いに独立に駆動することによって、レベリングステー
ジ３を結像面ＩＭに対して任意方向に傾斜させることが
でき、さらに各ビポソトを同量ずつＺ方向に駆動すれば
、結像面ＩＭと平行のままウェハ・ホルダ２上のウェハ
載置面（または、レベリングステージ３上のウェハ・ホ
ルダ保持面）をＺ方向に移動することができるように構
成されている。

ここで、ステッパーの初期調整時には第３ａ図に示すよ
うに上下面間の平行度が極めて良好で、厚み許容公差の
中央値をその厚みとする基準ウェハＷａ及び基準ウェハ
・ホルダ２ａを用い、仮ばね２２ａの変形基準点ＯＡ及
び他の板ばね２２ｂ、２２Ｃの変形基準点ＯＢ、ＯＣか
ら決定されるレベリング基準作動面３ｆを、予め結像面
ＩＭ及び基準ウェハＷａの表面と一致させるように調整
される。第３ｂ図は板ばね２２ａのＡ視断面図である。

同図に示すように、板ばね２２ａには全くテンションが
加わっておらず（板ばね２２ｂ、２２Ｃについても同Ｐ
１）、その状態でピボット２５の変位量を検出するポテ
ンショメータ３０の検出値を零にリセット（若しくは、
この検出値を初期値として記憶）シ、同様に他の２つの
ポテンショメータの検出値も零にリセット（若しくは、
初期値を記憶）しておく。

さて、第１図中には投影レンズ１の結像面■Ｍに向けて
ピンホール或いはスリットの像を形成するための結像光
束を、ビームスプリンター１３を介して光軸ＡＸに対し
て斜め方向より供給する照射光学系１１ａと、その結像
光束のウェハＷの表面での反射光束をビームスプリンタ
ー１４を介して受光する受光光学系１１ｂから成る斜入
射方式の焦点検出系１１が設けられている。この焦点検
出系１１の構成等については、例えば本願出願人が先に
出願した特開昭６０−１６８１１２号公報に開示されて
おり、ウェハ表面の結像面ＩＭに対する上下方向（Ｚ方
向）の位置を検出し、ウェハＷと投影レンズ１との合焦
状態を検出するものである。尚、本実施例では第３ａ図
に示したレベリング基準作動面３ｆ等の位置設定動作と
並行して、結像面ＩＭが零点基準となるように、予め受
光光学系１１ｂの内部に設けられた不図示の平行平板ガ
ラス（プレーンパラレル）の角度が調整され、焦点検出
系１１のキャリブレーションが行われるものとする。さ
らに、平行光束をビームスプリンター１３を介して光軸
ＡＸに対して斜め方向より供給する照射光学系１２ａと
、その平行光束のウェハＷの表面での反射光束をビーム
スプリッタ−１４を介して受光する受光光学系１２ｂか
ら成る水平位置検出系１２が設けられている。この水平
位置検出系１２の構成等については、例えば本願出願人
が先に出願した特開昭５８−１１３７０６号公報に開示
されており、ウェハＷ上の所定領域の結像面ＩＭに対す
る傾きを検出するものである。

尚、本実施例では第３ａ図に示したように基準ウェハＷ
ａの表面と結像面ｒＭとが一致した時、照射光学系１２
ａからの光束が受光光学系１２ｂの内部の４分割受光素
子（不図示）の中心位置に集光されるように、水平位置
検出系１２のキャリブレーションが行われるものとする
。また、主制御装置１５は焦点検出系１１、水平位置検
出系１２、及びポテンショメータ３０を含む３つのポテ
ンショメータの検出信号に基づいて、駆動部５と駆動装
置２０ａ、２０ｂ、２０ｃをサーボ（クローズトループ
）制御する他、装置全体の動作を統括制御する。

次に、本実施例のように構成された装置の動作について
説明する。尚、主制御装置１５は第３ａ図に示したよう
にレベリング基準作動面３ｆ、結像面ＩＭ及び基準ウェ
ハＷａの表面を全て一致させた時のＺステージ４の位置
を、予め基準値ＺＯとして記憶しているものとする。

さて、主制御装置！１５はまず露光すべきウェハＷをウ
ェハ・ホルダ２に真空吸着するが、ウェハＷやウェハ・
ホルダ２の厚さ変動等によって、第１図に示したように
レベリング基準作動面３ｆとウェハＷの表面とにずれが
生じ得る。そこで、主制御装置１５は焦点検出系１１を
用い、この焦点検出系１１の検出値が零となるように駆
動部５を介してＺステージ４を駆動し、第４図に示すよ
うにウェハセンタＷＣの表面を結像面ＩＭと一致させる
。そして、この時のＺステージ４の高さ位置Ｚｃを検出
し、この高さ位置Ｚｃと基準値ＺＯに基づいて、レベリ
ング基準作動面３ｆとウェハセンタＷＣの表面とのずれ
量λ　（λ−２０−Ｚｃ）を算出する。尚、Ｚステージ
４を所定位置く基準値ｚＯ）の高さに位置決めした時、
結像面［Ｍに対するウェハセンタＷＣの表面のずれを焦
点検出系１１を用いて検出し、この検出値と基準（ｉＺ
。

とに基づいてずれ量λを算出しても良い。

ここで、第４図に示したようにウェハセンタＷＣは結像
面ＩＭとは一致しているが、レベリング基準作動面３ｆ
とはλだけずれている。そこで、主制御装置１５はずれ
量λに基づいてレベリング基準作動面３ｆとウェハセン
タＷＣの表面とを一致させるためのピボット２５を含む
３つのピボットの駆動量ｒ　（λ）を算出する。そして
、３つのピボットが同量ｆ　（λ）だけＺ方向に移動す
るように、ポテンショメータ３０等からのピボットの変
位量の検出信号に基づいて、駆動装置２０ａ、２０ｂ、
２０ｃをサーボ制御する。この結果、第５ａ図に示すよ
うにレベリング基準作動面３ｒとウェハセンタＷＣの表
面とが正確に一致する。第５ｂ図に板ばね２２ａのＢ視
断面図を示す。同図に示すように、ピボット２５の移動
に伴って板ばね２２ａの変形基準点ＯＡも所定量だけＺ
方向に移動することになる。この際、変形基準点ＯＡ及
び他の変形基準点ＯＢ、、ＯＣと、ウェハセンタＷＣの
表面とを相対的にＺ方向に移動させ、レベリング基準作
動面３ｒとウェハセンタＷＣの表面とを−敗させている
。このため、第５ａ図に示したようにウェハセンタＷＣ
の表面と結像面ＩＭとのずれ、即ち焦点ずれが生じる。

そこで、主側ｉｎ装置１５は結像面ＩＭに対するウェハ
センタＷＣのずれ量ｆ　（λ）に基づいて、Ｚステージ
４の駆動部５をサーボ制御する。つまり、ウェハセンタ
ＷＣの表面と結像面ＩＭとが一致するように、焦点検出
系ｌｌを用いて駆動部５をサーボ制御し、Ｚステージ４
をｆ　（λ）だけＺ方向に移動させる。

これより、レベリング基準作動面３ｆ、結像面ＩＭ及び
ウェハセンタＷＣの表面が全て−敗したことになる。

次に、主制御装置１５はＸ−Ｙステージ６を駆動じてウ
ェハＷを所定の露光開始位置にセットした後、水平位置
検出系１２を用いて結像面！Ｍに対するショッｌ＋ｆｌ
域の傾斜角を検出する。そして、ウェハセンタＷＣの表
面とレベリング基準作動面３ｆとがずれることなく、シ
ョット領域の傾きが。

零となるように、ウェハセンタＷＣをレベリングステー
ジ３の見掛は上の回転中心点とする３つのピボットの駆
動量をショソ）２Ｎ域の傾斜角から算出する０次に、３
つのポテンショメータと水平位置検出系１２とを用い、
上述の３つのピボ・７トの駆動量に基づいて駆動装置２
０ａ、２０ｂ、２０Ｃをサーボ制御ｎすると共に、焦点
ずれが生じないように焦点検出系１１を用いて駆動部５
をサーボ制御する。これより、ショット領域と結像面Ｉ
Ｍとが正確に−敗し、焦点ずれ等が生しることなく露光
が行われる。以下、ウェハＷ上のショット領域毎に上述
した動作を繰り返し行うことにより、コサイン誤差、サ
イン誤差を合わせた横ずれ量を所定の許容値（レーザ干
渉計の分解能）以下に抑え、スループット等を低下させ
ることなく露光を行うことができる。

尚、本実施例ではウェハセンタＷＣの表面とレベリング
基準作動面３ｒとを一致させ、ウェハセンタＷＣをレベ
リングステージ３の見掛は上の回転中心点としてレベリ
ングを行っているため、レベリングに伴って発生するコ
サイン誤差ΔＣｅをウェハＷの全面で最小にすることが
できる。例えば、第６図に示すようにレベリングステー
ジ３の回転中心点、即ちウェハセンタＷＣと、ウェハＷ
の外周付近に位置するショット領域の中心点Ｐとの距離
δは最大で１００ｍｍ程度（８インチウェハの場合）で
あるが、コサイン誤差ΔＣｅを最悪でもΔＣｅ＝０．０
０４μｍ程度に抑えることができる。また、サイン誤差
についてはレベリング基準作動面３ｒとウェハセンタＷ
Ｃとの高さのずれ量λは零であるため、ウェハＷやウェ
ハ・ホルダ２の厚み変動の要因を取り除くことができる
。

このため、ＴＴＶによる厚さむらｔがなければサイン誤
差は零となるが、第６図に示したように厚さむ・らｔ、
つまりウェハセンタＷＣとシッソト令頁域の中心点Ｐと
の高さのずれ量νのみを要因とするサイン誤差ΔＳｅが
生し得る。しかし、前述した通りＴＴＶはｔ＝２０μｍ
程度であるので、ウェハＷの傾斜角θ−１′に対してサ
イン誤差ΔＳｅを最悪でもΔ３６＝Ｑ、００６μｍ程度
に抑えることができる。従って、上述した２つの誤差を
加算してもレベリングに伴って発生する横ずれ量は０．
０１μｍ程度であり、十分にウェハステージの位置決め
精度を満足させることができる。

以上のことから、レベリング基準作動面３ｆとウェハＷ
の表面との間にずれが生じた場合は、適宜上述と同様の
動作を繰り返し、レベリング基準作動面３ｆとウェハセ
ンタＷＣの表面とを一致させた後にレベリングを行うこ
とによって、ウェハステージの位置決め精度、スルーブ
ツト等を低下させることなく露光を行うことが可能とな
る。

以上の通り、本実施例においてはコサイン誤差ΔＣｅを
０．００４μｍ程度に抑えることができたが、必ずしも
零にすることはできなかった。しかし、上述のようにレ
ベリング基準作動面３ｆとウェハセンタＷＣの表面とを
ずらすことな・くレベリングを行っているため、ウェハ
センタＷＣをレベリングステージ３の回転中心点として
特定できる。そこで、ウェハセンタＷＣとウェハＷ上の
任意のショット領域の中心点Ｐとの距離δからコサイン
誤差ΔＣｅを算出し、この横ずれ量に応じてレベリング
後にＸ−Ｙステージ６を微動させれば、このコサイン誤
差ΔＣｅを零とすることができる。

また、本実施例ではウェハセンタＷＣの表面とレベリン
グ基準作動面３ｆとを常に一致させながらレベリングを
行っていたが、予め焦点検出系１１を用いてウェハＷの
中心及び周辺の複数の位置での高さ（Ｚ方向の位置）を
検出し、これらの検出値に重みづけをしてウェハＷの仮
想的な基準表面を求める。そして、この基準表面とレベ
リング基準作動面３ｆとを基準表面のセンタにおいて常
に一致させながら、この基準表面のセンタをレベリング
ステージ３の回転中心点とし、上述と同様の動作でレベ
リングを行えば、３つのピボットの駆動量を少なくする
ことができ、レベリングに要する時間を短縮することが
可能となるのは明らがである。

さらに、本実施例では予めレベリング基準作動面３ｆと
ウェハセンタＷＣの表面とを一致させ、ショソＨ１域毎
にレベリングを行っていたが、本発明によるレベリング
の方法は本実施例に限られるものではない。例えば、露
光を行う前に予め水平位置検出系１２を用いてウェハＷ
上の複数の位置におけるショット領域の傾斜角を検出し
ておき、これらの傾斜角からウェハＷの全面での平均的
な傾斜角を求める。そして、ウェハセンタＷＣを回転中
心点とし、この平均的な傾斜角に基づいて露光前に一回
だけレベリングステージ３を傾ける、所謂グローバル・
レベリングでも同様の効果を得ることができる。或いは
、ウェハＷ上のショット領域をいくつかのブロックに分
け、各ブロック毎に求めた平均的な傾斜角に基づいて、
各ブロックの中心点を回転中心点とし、ブロック毎に一
回ずつレベリングステージ３を傾ける、所謂ブロック・
レベリング等を行う場合でも、上述の実施例と同様の効
果を得ることができる。

また、レベリング基準作動面３ｆとウェハセンタＷＣの
表面とを一致させた後、ショット領域毎にレベリングを
行うのではなく、本実施例と同様の動作でショット領域
の中心点Ｐとレベリング基準作動面３ｆとをショット領
域毎に一致させ、その後にショット領域の中心点Ｐとレ
ベリング基準作動面３ｆとをずらすことなくレベリング
を行えば、ＴＴＶによるサイン誤差ΔＳｅを零にするこ
とができる。この時、ショット領域の中心点Ｐがレベリ
ングステージ３の回転中心点になるため、コサイン誤差
ΔＣｅも零となる。従って、より高精度にレチクルの回
路パターンの投影像とウェハＷ上にすでに形成されてい
る回路パターンとを重ね合わせて露光することが可能と
なる。尚、焦点検出系１１と水平位置検出系１２を用い
、ショソＨＪ域毎にレベリング基準作動面３ｆとショッ
ト領域の中心点Ｐとを合致させるためのピボットの駆動
量と、シッソＨＩ域の表面と結像面ＩＭとを合致させる
（レベリング）のためのピボットの駆動量とをソフトウ
ェア的に合わせて求める。そして、この駆動量に応じて
３つのピボットを一度だけ駆動制御してレベリングを行
うように構成すれば、スループントを低下させることな
く、より高精度に重ね合わせ露光を行うことができるの
は明らかである。

尚、本実施例においては投影型の露光装置（ステッパー
）について述べたが、プロキシミティ方式の露光装置等
でも同様の効果を得ることができる。また、本実施例で
は３点駆動方式でレベリングを行っていたが、本発明に
よるレベリング方式はこの方式に限られるものではない
。しかし、レベリングや制御時間等から考えると、３点
駆動方式が望ましい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ウェハやウェハホルダの
厚さが変動し、レベリング基準作動面とウェハ表面とに
ずれが生じても、このずれを補正した後にレベリングを
行うように構成しているため、コサイン誤差とサイン誤
差を合わせた横ずれ量を実用上無視し得る程度（レーザ
干渉計の分解能以下）に小さく、若しくは零にすること
ができ、例えばオフ・アクシス方式としてレチクルと投
影レンズｌとの間から、投影レンズｌを介してウェハＷ
のみを観察するアライメント系（所謂レーザ・ステップ
・アライメント系）等を用い、レベリング後に再びファ
イン・アライメントを行う必要がない、また、３点駆動
方式でレベリングを行っているため、仮ばねの弾性変形
量を小さくすることができ、板ばねの弾性変形の絶対量
から考えてレベリングステージの傾斜制御の上で有利と
なると共に、３つのピボットの上下動の絶対量も小さく
することができ、レベリングの制御時間を短縮すること
が可能となる。この結果、スループントを低下させるこ
となく露光を行うことができる高精度のレベリング機構
を有する露光装置を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるレベリング機能を有す
るステッパーの概略的な構成を示す図、第２図はウェハ
ステージの概略的な構成を示す平面図、第３ａ図はレベ
リング基準作動面とウェハ表面との位置ずれの補正の説
明に供する図、第３ｂ図は板ばねの状態の説明に供する
Ａ挽断面図、第４図、第５ａ図は本発明の一実施例の動
作の説明に供する図、第５ｂ図は板ばねの状態の説明に
供するＢ挽断面図、第６図はコサイン誤差、サイン誤差
の説明に供する概略的な平面図である。〔主要部分の符号の説明〕 ■・・・投影レンズ、２・・・ウェハ・ホルダ、３・・
・レベリングステージ、３ｆ・・・レベリング基準作動
面、１１ａ、ｌｌｂ・・・焦点検出系、１２ａ、１２ｂ
・・・水平位置検出系、１５・・・主制御装置、２０ａ
、２０ｂ、２０ｃ・・・駆動装置、２２ａ、２２ｂ、２
２Ｃ・・・板ばね、２５・・・ピボット、３０・・・ポ
テンショメータ、Ｗ・・・ウェハ、ＩＭ・・・結像面、
ＯＡ、ＯＢ。ＯＣ・・・変形基準点、ＷＣ・・・ウェハセンタ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の露光基準面に対する感光基板の傾きを検出
する水平位置検出系を有し、該水平位置検出系の検出信
号に応じて前記感光基板の表面と前記露光基準面とを一
致させることによって、マスクに形成されたパターンを
前記感光基板上に露光する装置において、前記感光基板を保持して前記露光基準面内で２次元的に
移動するＸ−Ｙステージと；該Ｘ−Ｙステージに設けら
れ、前記露光基準面と略垂直な方向に移動するＺステー
ジと；該Ｚステージに設けられ、前記感光基板を前記露
光基準面に対して任意方向に傾斜可能なレベリングステ
ージと；該レベリングステージの所定の複数点の各々を
前記露光基準面と略垂直な方向に駆動し、前記感光基板
の表面の位置設定を行う手段と；前記レベリングステー
ジの所定の傾斜基準面と前記感光基板の表面との前記露
光基準面と略垂直な方向の位置ずれを検出するずれ検出
手段と；該ずれ検出手段の検出信号に基づいて、前記傾
斜基準面と前記感光基板の表面とが略一致するように、
前記位置設定手段を制御する制御手段とを備えたことを
特徴とする露光装置。
（２）前記レベリングステージの複数点は、前記位置設
定手段によって前記露光基準面と略垂直な方向に弾性変
形する複数のばね部材の変形基準点であり、前記傾斜基
準面は該変形基準点によって定められることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の露光装置。
（３）前記位置設定手段は、３つのばね部材の変形基準
点の各々を駆動することによって、前記傾斜基準面に対
する前記感光基板の表面の位置設定を行うことを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の露光装置。
（４）前記位置設定手段は、前記変形基準点を移動させ
る所定の駆動点の変位量を検出する変位量検出手段を有
し、該変位量検出手段の検出信号と前記ずれ検出手段の
検出信号とに基づいて、該所定の駆動点が閉回路制御さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の露光
装置。
（５）前記ずれ検出手段は、前記露光基準面と前記感光
基板の表面との間隔を検出して、該間隔が所定の設定値
である時に前記露光基準面と前記感光基板の表面とが一
致したと判断し得るような検出信号を出力する焦点検出
手段であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
第４項記載の露光装置。