JPH0927448A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フォーカス制御の整定時間を短縮することが
できると共に、感光基板の周縁部を露光する際に感光基
板の走査方向が外側から内側への方向である場合の感光
基板表面の面積利用効率を向上させる。 【構成】 基板Ｗの周縁部を露光する際に基板Ｗの走査
方向が外側から内側への方向である場合、走査方向で露
光領域に先行する位置に配置されたセンサＢ及びエッジ
検出部２８により基板Ｗのエッジ及びそのエッジ検出ポ
イントの投影光学系の光軸方向の位置を検出する。そし
て、調整手段（２９、３１、２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ、
１０）ではエッジ検出ポイントの光軸方向の位置及びテ
ーブル１０の傾斜Θy に基づいて、エッジ検出時からフ
ォーカスセンサＡによる合焦開始までの間に基板Ｗ表面
の光軸方向の位置を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置に係
り、更に詳しくはいわゆる合焦機構を有する投影露光装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子等をフォトリソグ
ラフィ技術を用いて製造する際に、レチクル（マスク）
のパターン像を投影光学系を介して、フォトレジスト等
が塗布されたウエハ又はガラス基板等の感光基板上に露
光する投影露光装置が使用されている。投影露光装置で
は、一般的に投影光学系の結像面に感光基板表面を一致
させるいわゆる合焦機構が設けられている。かかる合焦
機構は、感光基板表面の投影光学系の光軸方向の位置
（高さ）を計測するいわゆるフォーカスセンサと、感光
基板が搭載され光軸方向（Ｚ方向）に移動可能なＺステ
ージと、フォーカスセンサの計測値に基づいてＺステー
ジを制御する制御装置とから構成されている。この他、
フォーカスセンサと共に感光基板表面の傾斜を計測する
ティルトセンサ（レベリングセンサ）を備え、光軸方向
移動のみでなく光軸に対する傾斜も調整可能なＺティル
トステージを用いて感光基板表面の光軸方向位置及び光
軸に対する傾斜を調整する合焦機構も知られている。

【０００３】従来の投影露光装置においては、フォーカ
スセンサやティルトセンサを用いて感光基板表面の位置
（傾斜を含む）を直接検出していること及びその目的か
らこれらのセンサの検出範囲は露光範囲（照野範囲）と
一致させることが通常である。このため、ステップ・ア
ンド・スキャン方式の露光装置では、露光中にのみフォ
ーカス及びティルト制御を行い、次のショットを露光位
置へ位置決めするためのステッピングの際には一旦制御
をオフし、Ｚステージの姿勢を固定し、次ショットが露
光位置へ位置決めされるのと同時にフォーカス制御を再
度開始するシーケンスとなっていた。これは、移動の経
路が必ずしもフォーカスセンサの検出可能領域に入ると
は限らず、検出領域外ではフォーカス制御を継続するこ
とが不可能なためである。なお、照野範囲とは、照明光
によって照明される領域をいい、ステップ・アンド・ス
キャン方式の露光装置では、通常照明系内のブラインド
によって規定されるレチクル上の照明領域（照明フィー
ルド）と、これと共役な感光基板上の照明領域（露光フ
ィールド）とがある。本明細書中では、照野範囲をこの
ような意味で用いるものとする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにステッピング中にフォーカス制御をオフする手法
では、感光基板表面がその移動の案内面に対して傾斜し
ている場合に、ステッピング中にＺ方向に対しても感光
基板表面の変位を生じ、次ショット位置決め後にフォー
カス制御を開始する際の引き込み量が大きくなって、整
定に時間がかかり、装置のスループットを低下させると
いう不都合があった。

【０００５】かかる問題を解決するために、露光に先駆
けて、露光範囲の手前からフォーカスの引き込みを開始
する方法により、フォーカス制御の整定時間が制約条件
となって必要以上にスループットが低下するのを避ける
ことが考えられる。

【０００６】しかしながら、例えば感光基板の周縁部を
露光する際にウエハの走査方向が外側から内側への方向
である場合には、露光の途中からフォーカス制御を始め
ることとなるため、この方法は採用できず、フォーカス
制御の整定時間がそのまま制約条件となってスループッ
トの低下を招くという不都合があった。かかる場合に、
フォーカス制御の整定時間をそのまま制約条件としない
ためには、フォーカスセンサによる検出が有効となる範
囲を感光基板表面の内側へと追い込むことが必要であ
り、結果的に感光基板表面の面積利用効率が落ちて、基
板１枚当たりのチップ数が減少してしまうという不都合
があった。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、その目的は、フォーカス制御
の整定時間を短縮することができると共に、感光基板の
周縁部を露光する際にその走査方向が外側から内側への
方向である場合の感光基板表面の面積利用効率を向上さ
せることができる投影露光装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、感光基板の露光範囲内の投影光学系の光軸方向位置
を検出し、前記感光基板表面の照野範囲を投影光学系の
結像面に一致させるように前記感光基板が搭載された基
板テーブルの前記光軸方向の位置及び光軸方向に対する
傾斜を調整する合焦手段を備えた投影露光装置であっ
て、前記基板テーブルの所定の走査方向で露光領域に先
行する位置に配置された前記感光基板のエッジを検出す
るエッジ検出手段と；前記エッジ検出手段が前記感光基
板のエッジを検出すると同時にそのエッジ検出ポイント
の前記投影光学系の光軸方向の位置を検出する高さ検出
手段と；前記エッジ検出手段及び高さ検出手段からの情
報に基づいてエッジ検出時から前記合焦手段による合焦
開始までの間に前記感光基板表面の光軸方向の位置を調
整する調整手段とを有する。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の投影露光装置において、前記基板テーブルの前記光軸
直交面内の走査方向に直交する軸回りの傾斜量を検出す
る傾斜検出手段を更に有し、前記調整手段は、前記エッ
ジ検出手段、高さ検出手段及び前記傾斜検出手段からの
情報に基づいてエッジ検出時から前記合焦手段による合
焦開始までの間に前記感光基板表面の光軸方向の位置を
調整することを特徴とする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の投影露光装置において、前記調整手段は、エッジ検出
時から前記合焦手段による合焦開始までの間、前記傾斜
検出手段からの情報に基づいて前記感光基板表面の傾斜
をも調整することを特徴とする。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項２又は３
に記載の投影露光装置において、前記調整手段は、前記
エッジ検出手段が前記感光基板のエッジを検出した時点
の前記傾斜検出手段の検出値及び前記高さ検出手段の検
出値に基づいて焦点ずれ量を算出するとともに、合焦開
始点より手前の所定の点で前記焦点ずれ量が補正される
ような境界条件を満足する速度プロフィールの速度指令
値に基づいて前記基板テーブルの光軸方向の位置を設定
するアクチュエータの速度制御を行なうことを特徴とす
る。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の投影露光装置において、前記速度プロフィールは、加
減速時の加速度を最小とする速度プロフィールであるこ
とを特徴とする。

【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
５のいずれか一項に記載の投影露光装置において、前記
エッジ検出手段と高さ検出手段とが単一の手段から成る
ことを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、感光基板の周
縁部を露光する際にその走査方向が外側から内側への方
向である場合、基板テーブルの所定の走査方向で露光領
域に先行する位置に配置されたエッジ検出手段により感
光基板のエッジが検出される。これと同時に、高さ検出
手段ではそのエッジ検出ポイントの投影光学系の光軸方
向の位置を検出する。そして、調整手段ではエッジ検出
手段及び高さ検出手段からの情報に基づいてエッジ検出
時から合焦手段による合焦開始までの間に感光基板表面
の光軸方向の位置を調整する。その後、合焦手段では感
光基板の露光範囲内の投影光学系の光軸方向位置を検出
し、感光基板表面の照野範囲を投影光学系の結像面に一
致させるように感光基板が搭載された基板テーブルの前
記光軸方向の位置及び光軸方向に対する傾斜を調整す
る。

【００１５】これによれば、感光基板が走査の案内面に
対してほぼ傾斜していない場合には、感光基板のエッジ
検出から合焦手段による合焦制御（フォーカス制御）開
始までの間に、少なくとも感光基板表面の光軸方向位置
（高さ）が調整され、合焦制御が開始される前に、感光
基板表面の光軸方向位置が合焦位置の極く近傍に設定さ
れる。

【００１６】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明に対して基板テーブルの光軸直交面内の走
査方向に直交する軸回りの傾斜量を検出する傾斜検出手
段が追加されているので、感光基板が走査の案内面に対
して傾斜していても傾斜手段によりこの傾斜が検出さ
れ、調整手段ではエッジ検出手段、高さ検出手段及び傾
斜検出手段（３つの手段）からの情報に基づいてエッジ
検出時から合焦手段による合焦開始までの間に感光基板
表面の光軸方向の位置を調整する。即ち、この場合に
は、感光基板が走査の案内面に対して傾斜した状態で走
査されることにより生ずる感光基板表面の光軸方向の位
置誤差をも考慮して調整手段により感光基板表面の光軸
方向の位置が調整され、感光基板が走査の案内面に対し
て傾斜している場合であっても、合焦制御が開始される
前に、感光基板表面の光軸方向位置が合焦位置の極く近
傍に設定される。

【００１７】請求項３に記載の発明によれば、請求項２
に記載の発明の調整手段が、エッジ検出時から合焦手段
による合焦開始までの間、傾斜検出手段からの情報に基
づいて感光基板表面の傾斜をも調整することから、合焦
制御が開始される前に、感光基板表面の光軸方向位置の
みならず、走査方向に直交する軸回りの傾斜も合焦状態
に近く設定される。

【００１８】請求項４に記載の発明によれば、請求項２
又は３に記載の発明の調整手段が、エッジ検出手段が感
光基板のエッジを検出した時点の傾斜検出手段の検出値
及び高さ検出手段の検出値に基づいて焦点ずれ量を算出
するとともに、合焦開始点より手前の所定の点で焦点ず
れ量が補正されるような境界条件を満足する速度プロフ
ィールの速度指令値に基づいて基板テーブルの光軸方向
の位置を設定するアクチュエータの速度制御を行なうの
で、合焦手段による合焦が開始される時点では、焦点ず
れが補正された位置に感光基板表面の光軸方向位置が設
定されている。

【００１９】請求項５に記載の発明によれば、請求項４
に記載の発明の速度プロフィールが、加減速時の加速度
を最小とする速度プロフィールであることから、アクチ
ュエータの急加速、急減速が行なわれることがないと共
に、速度プロフィールが１次関数となってその演算が容
易になる。

【００２０】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
ないし５のいずれか一項に記載の発明のエッジ検出手段
と高さ検出手段とが単一の手段から成るので、その分構
成が簡単になると共に、部品点数の削減によるコストの
低減が可能となる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図８に
基づいて説明する。

【００２２】図１には、一実施例に係るステップ・アン
ド・スキャン方式の投影露光装置の構成が概略的に示さ
れている。

【００２３】図１において、マスクとしてのレチクルＲ
は、レチクルホルダ２を介してレチクルステージ３上に
載置されている。このレチクルステージ３はレチクルス
テージ駆動部１４によって、レチクルステージガイド４
の案内面に沿って走査方向（図１におけるＸ方向）に駆
動されるようになっている。また、このレチクルステー
ジ３上の走査方向の一端には、移動鏡５が紙面直交方向
（Ｙ方向）に延設されている。この移動鏡５に対向し
て、当該移動鏡５にレーザ光を照射すると共にその反射
光を受光してレチクルステージ３の位置を計測するレチ
クル干渉計１３が配置されている。レチクル干渉計１３
の計測値は主制御系２０に入力されており、主制御系２
０はこのレチクル干渉計１３の計測値に基づいてレチク
ルステージ駆動部１４を介してレチクルステージ３の位
置及び速度を制御している。

【００２４】前記レチクルＲ上の照明フィールド１は図
示しない照明光学系からの照明光により、ほぼ均一に照
明されており、投影光学系ＰＬを介して、その投影像が
感光基板としてのウエハＷ上の露光フィールド６に形成
される。

【００２５】ウエハＷは、ウエハホルダ８上に載置され
図示しないバキュームチャックを介して吸着保持されて
いる。ウエハホルダ８は、基板テーブル１０上に載置さ
れている。この基板テーブル１０は、図２に示されるよ
うに、３つのピボット２１、２２、２３にてＸＹステー
ジ１１上に３点で支持されており、この３つのピボット
２１、２２、２３は、下半部が基板テーブル１０下面の
それぞれのピボットの支持点を投影光学系ＰＬの光軸方
向（Ｚ方向）に駆動するアクチュエータ２１Ａ、２２
Ａ、２３Ａとされ、上半部が各ピボットのＺ方向位置を
検出するエンコーダ２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂとされてい
る（図５参照）。即ち、本実施例では、基板テーブル１
０と３つのアクチュエータ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａとに
よって、ウエハＷ表面の光軸方向位置（Ｚ方向位置）及
び光軸に対する傾斜を調整するＺティルトステージ６０
が構成されている。

【００２６】基板テーブル１０が搭載されたＸＹステー
ジ１１は、Ｘ軸、Ｙ軸方向にウエハステージ駆動部１６
によって駆動されるようになっており、これによってウ
エハＷがＹ方向に移動及びＸ方向に走査されるようにな
っている。図２に示されるように、基板テーブル１０上
のＸ軸方向の一端には、移動鏡１２ＸがＹ軸方向に延設
され、この移動鏡１２Ｘに対向してＸ軸用ウエハ干渉計
１５Ｘが配置されている。同様に、基板テーブル１０上
のＹ軸方向の一端には、移動鏡１２ＹがＸ軸方向に延設
され、この移動鏡１２Ｙに対向してＹ軸用ウエハ干渉計
１５Ｙが配置されている。これらのウエハ干渉計１５
Ｘ、１５Ｙによって基板テーブル１０のＸＹ２次元方向
の位置が計測されるようになっている。なお、図１で
は、移動鏡１２Ｘ、１２Ｙを代表的に移動鏡１２として
示し、ウエハ干渉計１５Ｘ、１５Ｙをウエハ干渉計１５
として示している。ウエハ干渉計１５の計測値は、主制
御系２０に入力されており、主制御系２０ではこの計測
値に基づいてウエハステージ駆動部１６を介してＸＹス
テージ１１の位置及び速度を制御している。露光のため
の走査時には、主制御系２０はレチクルステージ３とＸ
Ｙステージ１１を同期制御する。

【００２７】ウエハＷ表面のＺ方向位置は、送光系７Ａ
と受光系７Ｂとから成るフォーカスセンサ（以下、適宜
「フォーカスセンサ７」と総称する）で光電検出され
る。図３には、このフォーカスセンサ７を構成する個々
のセンサの検出原理が示されており、送光部７ａから射
出された光ビームのウエハＷ表面での反射光の入射位置
は、ウエハＷ表面のＺ軸方向位置に応じて受光部７ｂの
受光面上で変化するので、ウエハＷ表面のＺ軸方向位置
を受光部７ｂの受光面上の光ビームの位置の変化として
光電的に検出するのである。

【００２８】本実施例では、フォーカスセンサ７を構成
する個々のセンサ７₁ 〜７_n は、図４に示されるよう
に、２次元的に配置されている。第２列から第４列のセ
ンサ７₄ 〜７₁₂はウエハＷ表面の露光領域（照野範囲）
内のそれぞれの計測点のＺ軸方向位置をモニタするため
に設けられたものである。一方、第１列のセンサ７₁ 〜
７₃ 及び第５列のセンサ７₁₃〜７₁₅は、スキャン方向
（走査方向）で露光領域に先行する位置に配置され、各
計測点でのウエハＷ表面のＺ軸方向位置の計測の他、ウ
エハＷのエッジを検出するためのものである。

【００２９】なお、以下の説明においては、便宜上、セ
ンサ７₄ 〜７₁₂をセンサＡと総称し、センサ７₁ 〜７₃
をセンサＢと総称し、センサ７₁₃〜７₁₅をセンサＢ’と
総称するものとする。

【００３０】図１において、主制御系２０は、このフォ
ーカスセンサ７による計測値を用いてＺティルトステー
ジ６０（より具体的には、基板テーブル１０を駆動する
アクチュエータ２１Ａ、２２Ａ，２３Ａ）を制御し、ウ
エハＷ表面の位置を制御している。

【００３１】前述したアクチュエータ２１、２２、２３
により駆動される基板テーブル１０のそれぞれの支持点
のＺ方向位置はピボットに組み込まれたエンコーダ２１
Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ（図５参照）により計測されてお
り、この計測値ＰＺ１、ＰＺ２、ＰＺ３と各ピボットの
ＸＹ２次元座標位置（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、
（Ｘ３，Ｙ３）とに基づき基板テーブル１０の位置は次
式（１）にて定義される。

【００３２】

【数１】

【００３３】ここで、Θx ：Ｘ軸回りの傾斜 Θy ：Ｙ軸回りの傾斜 Ｚ ：Ｚ方向位置 である。なお、フォーカスセンサ７によるウエハＷ表面
の座標系と、エンコーダ２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂによる
基板テーブル１０の位置の座標系はあらかじめキャリブ
レーションすることにより、その原点とスケールを一致
させている。

【００３４】図５には、本実施例におけるフォーカス制
御系の構成が示されている。このフォーカス制御系は、
目標値出力部２５、最小２乗法近似部２７、エッジ検出
部２８、周縁フォーカス補正部２９、座標変換部３０、
コントローラ３１、及びマルチプレクサ３２等を有す
る。各部について、詳細に説明すると、目標値出力部２
５は、Ｚ方向位置の目標値ｚ' 、Ｘ軸回りの傾斜の目標
値θx'、Ｙ軸回りの傾斜の目標値θy'を出力する。これ
らの目標値は、投影光学系ＰＬの結像面を試し焼き等に
よりキャリブレーションすることにより予め定められて
いる。

【００３５】最小２乗法近似部２７は、センサＡに含ま
れる個々のセンサが検出するウエハＷのＺ方向位置の検
出信号を、いわゆる最小２乗法を用いて平面近似するこ
とで、Ｚ方向位置ｚ、Ｘ軸回りの傾斜θx 、Ｙ軸回りの
傾斜θy の３成分に分解する。

【００３６】エッジ検出部２８は、センサＢ（又は
Ｂ’）に含まれる各センサからの検出信号の信号レベル
の差に基づいてウエハの有無を検出することにより、ウ
エハＷのエッジを検出すると同時に、そのエッジ検出ポ
イントのウエハＷ表面のＺ方向位置情報を周縁フォーカ
ス補正部２９に送出する。即ち、本実施例では、センサ
Ｂ（又はＢ’）とエッジ検出部２８とによってエッジ検
出手段及び高さ検出手段が構成されている。なお、セン
サＢとセンサＢ’とは、ウエハＷの走査方向に応じて選
択的に使用される。

【００３７】周縁フォーカス補正部２９は、ウエハＷの
周縁部において外側から内側へ走査する場合のフォーカ
ス制御のための速度プロフィールを作り出す部分であ
る。これについては、後に詳述する。

【００３８】座標変換部３０は、３つのピボットに組み
込まれたエンコーダ２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂの計測値Ｐ
Ｚ１、ＰＺ２、ＰＺ３を前述した式（１）を用いてＺ方
向位置Ｚ、Ｘ軸回りの傾斜Θx 、Ｙ軸回りの傾斜Θy に
座標変換する。

【００３９】コントローラ３１は、位置制御ループのコ
ントローラであり、目標値出力部２５からの目標値ｚ'
、θx'、θy'と後述するマルチプレクサ３２から出力
される現在値（ｚ、θx 、θy 又はＺ、Θx 、Θy ）と
の差であるＺ方向位置偏差Δｚ、Ｘ軸回りの傾斜偏差Δ
θx 、Ｙ軸回りの傾斜偏差Δθy を動作信号としてＰ動
作、ＰＩ動作、あるいはＰＩＤ動作を行なういわゆるＰ
ＩＤ制御器を含んで構成されている。このコントローラ
３１は、偏差Δｚ、Δθx 、Δθy にゲインをかけたも
のをアクチュエータへの速度指令とし、さらに、Ｘ及び
Ｙ軸回りの傾斜とＺ方向の３成分で与えられた速度指令
を各ピボットの現在位置のＸＹ２次元座標値に基づいて
配分するための非干渉化演算を行って、その演算結果を
実際にアクチュエータ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａへ出力し
ている。また、このコントローラ３１には、周縁フォー
カス補正部２９から後述する速度プロフィールの速度指
令ｖ_z （ｔ）がＺ方向の速度の目標値として入力される
ようになっており、この速度指令が入力されたときに
は、偏差Δｚに代えてｖ_z （ｔ）をアクチュエータへの
速度指令として非干渉化演算を行なうようになってい
る。

【００４０】マルチプレクサ３２は、最小２乗法近似部
２７からの現在値の３成分（ｚ、θx 、θy ）と座標変
換部３０からの現在値の３成分（Ｚ、θx'、θy'）を図
示しないＣＰＵからの指令に応じて切り替える。従っ
て、本実施例では、基板テーブル１０は目標値に対し
て、フォーカスセンサＡによる位置決め、各ピボットに
組み込まれたエンコーダ２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂによる
位置決めの両方ができるように構成されている。なお、
マルチプレクサ３２の設定によっては、Ｘ軸及びＹ軸回
りの傾斜方向の制御はエンコーダ２１Ｂ、２２Ｂ、２３
Ｂを使用した制御ループで、かつ、Ｚ方向の制御はフォ
ーカスセンサ７による制御ループを使って行なうことも
可能である。

【００４１】３軸のアクチュエータ２１Ａ、２２Ａ、２
３Ａは与えられた速度指令に対して内蔵された速度検出
器（タコジェネレータ）を使用してサーボをかけ、追従
させている。

【００４２】次に、周縁フォーカス補正部２９について
詳述する。この周縁フォーカス補正部２９は、前述した
如く、ウエハＷの周縁部が投影光学系ＰＬに対して外側
から内側へ向かって走査される場合のフォーカス制御の
ための速度プロフィールを作り出す部分である。以下
に、この速度プロフィールの作り方について説明する。

【００４３】本実施例においては、図６に示されるよう
に、走査方向に沿って中央に露光領域のウエハＷ表面の
Ｚ方向位置を検出するセンサＡが配置され、その両側に
エッジ検出機能を兼ね備えたフォーカスセンサＢ，Ｂ’
が配置されている。これは、前述したように正逆両方向
の走査に対応するためである。

【００４４】ここでセンサＢがウエハＷ表面のある場所
を検出する時刻をｔ＝ｔ₀ とする。また、センサＡが同
一場所を検出する時刻をｔ＝ｔ₁ とし、センサＡとセン
サＢの距離をｄとし、ウエハＷの走査速度をｖとする。
また、時刻ｔ＝ｔ₀ におけるセンサＢの検出するデフォ
ーカス量をＺ’とする。ここで、基板テーブル１０が走
査方向に、走査の案内面（ＸＹ平面）に対してθだけ傾
いているとすると、センサＡ、Ｂの間には図６に示され
るようにｄ・θだけのオフセットが生じる。このため、
センサＡを基準として考えたデフォーカス量は次式
（２）で表される。

【００４５】

【数２】Ｚ＝Ｚ’−ｄ・θ…（２）

【００４６】また、時刻ｔ＝ｔ₀ には基板テーブル１０
はＺ方向に静止していて、時刻ｔ＝ｔ₁ ではフォーカス
制御が開始されるものとすると、それ以後ウエハＷ表面
のフォーカス位置を一定に保っている必要があるので、
基板テーブル１０のＺ方向速度に関して以下の境界条件
が設定される。

【００４７】

【数３】

【００４８】ここで、ｖはウエハＷの走査速度である。

【００４９】また、時刻ｔ＝ｔ₁ にて、フォーカスがあ
っていることを期待するには、ｔ＝ｔ₀ からｔ＝ｔ₁ ま
での間に、先に（２）式で与えたデフォーカス量を補正
する分だけ基板テーブル１０をＺ方向に動かす必要があ
るので、以下の関係が成り立つことが必要となる。

【００５０】

【数４】

【００５１】すなわち、（３）式の境界条件の下で
（４）式を満たす速度ｖ_z （ｔ）を目標値として、それ
に沿って基板テーブルのＺ方向の速度を制御すればｔ＝
ｔ₁ でほぼフォーカスのあった位置にウエハＷ表面を持
ってくることができる。ここで、ｔ＝ｔ₁ をフォーカス
が必要な領域ｔ＝ｔ₂ の手前に設定すれば、以後、通常
のフォーカス制御によりウエハＷ表面のＺ方向位置をセ
ンサＡにてサーボ制御すれば所定の領域に対してフォー
カス制御を実現できることになる。

【００５２】そこで、周縁フォーカス補正部２９では、
（３）式及び（４）式を満足する速度プロフィールを作
り出し、これをコントローラ３１にＺ方向速度の目標値
として与えようというのである。

【００５３】図７に条件（３）式及び（４）式を満足
し、さらに加減速時の加速度を最小とする速度プロフィ
ールの例が示されている。ここで、加速度を最小とする
には加減速時の加速度を揃えればよいので以下の式が成
り立つ。

【００５４】

【数５】

【００５５】また、この速度プロフィールで基板テーブ
ル１０をＺ方向に駆動したときの時刻０からｔ₁ までの
移動量Ｚは以下の式で与えられる。

【００５６】

【数６】 Ｚ＝（ｔ₁ｖ₀＋ｔ₁ｖ₁−ｔ₀ｖ₁）／２ …（６）

【００５７】よって、（５）式及び（６）式において、
ｔ₁ ，ｖ₁ ，Ｚは既知であるので（５）式及び（６）式
を解いて、未知数であるｔ₀ ，ｖ₀ が決定される。この
ｔ₀，ｖ₀ が決定されればａ＝ｖ₀ ／ｔ₀ とおいて、次
式にて速度プロフィールを逐字計算できる。

【００５８】

【数７】

【００５９】図５において、フォーカス制御系を構成す
る目標値出力部２５、最小２乗法近似部２７、エッジ検
出部２８、周縁フォーカス補正部２９、座標変換部３
０、コントローラ３１、及びマルチプレクサ３２等は、
主制御系２０の構成部分であるが、エッジ検出部２８及
び周縁フォーカス補正部２９は、例えば図示しないＣＰ
Ｕの機能によって実現することができる。このＣＰＵ
は、装置全体を統括的に制御するもので、干渉計の計測
値等も入力されている。

【００６０】次に、本実施例におけるウエハＷ周縁部で
のフォーカス制御について、ＣＰＵの制御アルゴリズム
を示す図８のフローチャートに沿って説明する。このフ
ローチャートがスタートするのは、露光処理中に露光す
べき領域がウエハＷ周縁部に差し掛かり、走査方向が外
側から内側であると判断したときである。

【００６１】ステップ１００でウエハＷのエッジが検出
されるのを待つ。具体的には、センサＢの検出信号の差
に基づいてウエハＷのエッジを検出する（エッジ検出部
の機能）。そして、ウエＷのエッジが検出されるとステ
ップ１００の判断が肯定され、ステップ１０２に進んで
その時点のセンサＢの出力Ｚ' に基づいて前述した式
（２）に従って初期デフォーカス量を算出する。なお、
このとき、式（２）中の角度θは、座標変換部３０から
出力されるΘy が用いられる。

【００６２】次のステップ１０４では、速度プロフィー
ルに基づいた速度制御を実行する。具体的には、前述し
たようにして時事刻々式（７）の速度プロフィールｖ_z
（ｔ）を演算・出力する（周縁フォーカス補正部の機
能）。このとき、マルチプレクサ３２からはΘx 、Θy
、Ｚが出力されているので、コントローラ３１では、
基板テーブル１０の傾斜方向の制御をエンコーダによる
位置制御ループで行なうと共に、Ｚ方向についてはｖ_z
（ｔ）を速度指令として速度制御ループで制御を行な
う。

【００６３】次のステップ１０６では、速度プロフィー
ルに基づいた速度制御の実行開始から時間ｔ₁ が経過し
たか否かを判断することにより、通常のフォーカス制御
の開始位置までウエハＷが走査されたか否かを判断す
る。そして、この判断が否定された場合は、ステップ１
０４に戻り、ステップ１０４、１０６の処理・判断を繰
り返す。なお、ステップ１０６における判断は、ウエハ
干渉計１５の計測値に基づいてＸＹステージ１１の位置
を検出することによっても可能である。

【００６４】通常のフォーカス制御の開始位置までウエ
ハＷが走査され、ステップ１０６の判断が肯定される
と、ステップ１０８に進んでセンサＡによる位置制御ル
ープを用いた通常のフォーカス制御を開始する。具体的
には、速度プロフィールの演算・出力を停止すると同時
にマルチプレクサ３２の出力をθx 、θy 、ｚに切り替
える。これにより、いわゆるオートフォーカス制御が開
始される。

【００６５】これまでの説明から明らかなように、本実
施例では、周縁フォーカス補正部２９とコントローラ３
１とアクチュエータ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａと基板テー
ブル１０とによって調整手段が構成され、エンコーダ２
１Ｂ、２２Ｂ，２３Ｂと座標変換部３０とによって傾斜
検出手段が構成され、センサＡ（７₄ 〜７₁₂）と最小２
乗法近似部２７とアクチュエータ２１Ａ、２２Ａ、２３
Ａと目標値出力部２５とコントローラ３１とによって合
焦手段が構成されている。

【００６６】以上説明したように本実施例によると、ウ
エハＷの周縁部が投影光学系ＰＬに対して外側から内側
へ向かって走査される場合、露光領域に配置されたフォ
ーカスセンサ（センサＡ）の検出域がウエハＷの内に完
全に入りきるまでの間は、基板テーブル１０はＸ及びＹ
軸回りの傾斜方向にはエンコーダによる位置制御で姿勢
を保ちながら、Ｚ方向にフォーカス補正部２９の作り出
す速度プロフィールを目標値としてその速度を制御され
ることから、フォーカスセンサＡによる制御を開始する
時点では、初期ずれ量をウエハＷ表面の凹凸程度に押さ
え込むことができ、フォーカスの整定時間を短縮するこ
とができ、装置の処理能力の向上が期待できる。これに
加え、周縁部で外側からウエハＷの走査・露光を行う場
合に際しても、フォーカスの整定時間が制約条件となら
ないので、ウエハＷ表面の有効範囲を制限されることが
少なくなり、ウエハＷ表面の面積利用効率が向上し、ウ
エハ１枚当たりのチップ数が増加する。

【００６７】なお、上記実施例ではフォーカスセンサに
よるフォーカス制御を行わないとき、あるいはフォーカ
スセンサによるフォーカス制御ができない場合であって
も、エンコーダの出力により、基板テーブル１０の姿勢
を一定に保つことが可能である。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
感光基板の周縁部を露光する際にその走査方向が外側か
ら内側への方向である場合、感光基板のエッジ検出から
合焦手段による合焦制御（フォーカス制御）開始までの
間に、少なくとも感光基板表面の光軸方向位置（高さ）
が調整され、合焦制御が開始される前に、感光基板表面
の光軸方向位置が合焦位置の極く近傍に設定されるの
で、フォーカス制御の整定時間を短縮することができる
と共に、ウエハの周縁部を露光する際にウエハの走査方
向が外側から内側への方向である場合の感光基板表面の
面積利用効率を向上させることができるという従来にな
い優れた効果がある。

【００６９】特に、請求項２記載の発明では感光基板が
走査の案内面に対して傾斜している場合であっても、フ
ォーカス制御の整定時間を短縮することができるという
効果がある。

【００７０】また、請求項３記載の発明では合焦制御が
開始される前に、感光基板表面の光軸方向位置のみなら
ず、走査方向に直交する軸回りの傾斜も合焦状態に近く
設定されることから、請求項２記載の発明に比べてもよ
り一層フォーカス制御の整定時間を短縮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例に係るステップ・アンド・スキャン方
式の投影露光装置の概略的な構成を示す図である。

【図２】図１の基板テーブル及びその駆動手段の詳細を
示す斜視図である。

【図３】図１のフォーカスセンサを構成する個々のセン
サの検出原理を示す図である。

【図４】フォーカスセンサを構成する個々のセンサの配
置を示す図である。

【図５】フォーカス制御系の構成を示すブロック図であ
る。

【図６】速度プロフィールの作り方の原理を説明するた
めの図である。

【図７】速度プロフィールの一例を示す線図である。

【図８】主制御系内ＣＰＵの主要な制御アルゴリズムを
示すフローチャートである。

【符号の説明】

７₁ 〜７₃ センサＢ（エッジ検出手段の一部、高さ検
出手段の一部） ７₄ 〜７₁₂ センサＡ（合焦手段の一部） ７₁₃〜７₁₅ センサＢ’（エッジ検出手段の一部、高さ
検出手段の一部） １０ 基板テーブル（調整手段の一部） ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ アクチュエータ（調整手段の
一部、合焦手段の一部） ２１Ｂ、２２Ｂ，２３Ｂ エンコーダ（傾斜検出手段の
一部） ２５ 目標値出力部（合焦手段の一部） ２７ 最小２乗法近似部（合焦手段の一部） ２８ エッジ検出部（エッジ検出手段の一部、高さ検出
手段の一部） ２９ 周縁フォーカス補正部（調整手段の一部） ３０ 座標変換部（傾斜検出手段の一部） ３１ コントローラ（調整手段の一部、合焦手段の一
部） Ｗ ウエハ（感光基板） ＰＬ 投影光学系

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感光基板の露光範囲内の投影光学系の光
   軸方向位置を検出し、前記感光基板表面の照野範囲を投
   影光学系の結像面に一致させるように前記感光基板が搭
   載された基板テーブルの前記光軸方向の位置及び光軸方
   向に対する傾斜を調整する合焦手段を備えた投影露光装
   置であって、 前記基板テーブルの所定の走査方向で露光領域に先行す
   る位置に配置された前記感光基板のエッジを検出するエ
   ッジ検出手段と；前記エッジ検出手段が前記感光基板の
   エッジを検出すると同時にそのエッジ検出ポイントの前
   記投影光学系の光軸方向の位置を検出する高さ検出手段
   と；前記エッジ検出手段及び高さ検出手段からの情報に
   基づいてエッジ検出時から前記合焦手段による合焦開始
   までの間に前記感光基板表面の光軸方向の位置を調整す
   る調整手段とを有する投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記基板テーブルの前記光軸直交面内の
   走査方向に直交する軸回りの傾斜量を検出する傾斜検出
   手段を更に有し、 前記調整手段は、前記エッジ検出手段、高さ検出手段及
   び前記傾斜検出手段からの情報に基づいてエッジ検出時
   から前記合焦手段による合焦開始までの間に前記感光基
   板表面の光軸方向の位置を調整することを特徴とする請
   求項１に記載の投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記調整手段は、エッジ検出時から前記
   合焦手段による合焦開始までの間、前記傾斜検出手段か
   らの情報に基づいて前記感光基板表面の傾斜をも調整す
   ることを特徴とする請求項２に記載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記調整手段は、前記エッジ検出手段が
   前記感光基板のエッジを検出した時点の前記傾斜検出手
   段の検出値及び前記高さ検出手段の検出値に基づいて焦
   点ずれ量を算出するとともに、合焦開始点より手前の所
   定の点で前記焦点ずれ量が補正されるような境界条件を
   満足する速度プロフィールの速度指令値に基づいて前記
   基板テーブルの光軸方向の位置を設定するアクチュエー
   タの速度制御を行なうことを特徴とする請求項２又は３
   に記載の投影露光装置。
5. 【請求項５】 前記速度プロフィールは、加減速時の加
   速度を最小とする速度プロフィールであることを特徴と
   する請求項４に記載の投影露光装置。
6. 【請求項６】 前記エッジ検出手段と高さ検出手段とが
   単一の手段から成ることを特徴とする請求項１ないし５
   のいずれか一項に記載の投影露光装置。