JPH10289859A - 走査露光方法及び装置 - Google Patents

走査露光方法及び装置

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JPH10289859A
JPH10289859A JP9098755A JP9875597A JPH10289859A JP H10289859 A JPH10289859 A JP H10289859A JP 9098755 A JP9098755 A JP 9098755A JP 9875597 A JP9875597 A JP 9875597A JP H10289859 A JPH10289859 A JP H10289859A
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wafer
optical system
projection optical
inclination angle
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JP9098755A
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Shinji Wakamoto
信二 若本
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Nikon Corp
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光対象の基板の走り面と投影光学系の像面
とが平行でない場合であっても、その基板の表面を像面
に高精度に合わせ込んで露光を行う。 【解決手段】 多点AFセンサ19A,19Bによって
照野フィールド3内の検出点、及び照野フィールド3に
対して走査方向に手前側の先読み領域内の検出点でウエ
ハWの表面のフォーカス位置を検出する。更に、レーザ
干渉計16XからウエハWが載置される試料台11の移
動鏡15XにZ方向の間隔Dでレーザビーム17X,1
8Xを照射し、レーザビーム17X,18Xによって計
測されるX座標の差分を間隔Dで除算して移動鏡15X
の回転角、ひいては試料台11の走り面14aの傾斜角
を検出する。この傾斜角に基づいて先読みされたフォー
カス位置を補正した値に基づいて、ウエハWの表面を投
影光学系PLの像面に合わせ込んで走査露光を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子(CCD等)、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程でマスク
パターンを感光性の基板上に転写するための露光方法及
び露光装置に関し、更に詳しくはマスク及び基板を投影
光学系に対して同期して移動することによりマスクパタ
ーンを基板上に転写する所謂ステップ・アンド・スキャ
ン方式等の走査露光方法及び走査露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体デバイス等の一層の微細
化、及びチップ面積の拡大に伴って、マスクとしてのレ
チクルとフォトレジストが塗布されたウエハとを投影光
学系に対して同期して移動することにより、投影光学系
の有効フィールドより広い範囲のショット領域への露光
が可能なステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装
置が注目されている。この種の投影露光装置において
は、解像度を高めるためにエキシマレーザ光のようによ
り短波長の露光光が使用され、投影光学系の開口数(N.
A.)も大きくなっているのに応じて、焦点深度、ひいて
はオートフォーカス方式でウエハの表面を像面に合わせ
込む際の許容範囲(フォーカスマージン)が狭くなって
いる。
【0003】更に、ステップ・アンド・スキャン方式の
ような走査露光型の投影露光装置(走査露光装置)で
は、レチクルのパターンの一部の投影領域(以下、「照
野フィールド」と呼ぶ)に対してウエハの表面が連続的
に走査されているため、一括露光型の投影露光装置(ス
テッパ等)のように、照野フィールド内のみでウエハの
表面を像面に合わせ込むのでは、ウエハの表面(ウエハ
面)の凹凸が大きいような場合にはデフォーカスが発生
する恐れがある。そこで、従来よりステップ・アンド・
スキャン方式の投影露光装置では、その照野フィールド
内の所定の検出点の他に、その照野フィールドに対して
走査方向に手前側の先読み領域内でもウエハ面のフォー
カス位置(投影光学系の光軸方向の位置)を先読みし、
これらのフォーカス位置の情報に基づいてその照野フィ
ールド内のウエハ面を像面に合わせ込む方式が提案され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来のステ
ップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置では、ウエ
ハ面の凹凸に追従するため、フォーカス位置の先読みを
行っている。そのようにフォーカス位置を検出する際の
基準面は、投影光学系の像面(ベストフォーカス位置)
であり、各検出点においてその像面からのデフォーカス
量が検出される。この場合、ウエハを載置して移動する
ステージの走り面がその像面に平行である場合には、検
出されるデフォーカス量をそのまま使用することによっ
て、高精度に合焦を行うことができる。
【0005】しかしながら、その走り面が像面に平行で
ない場合には、先読み領域内の検出点で検出されたデフ
ォーカス量に基づいて合焦を行っても、その走り面の像
面に対する傾斜角に応じたオフセットが生じるため、ウ
エハ面が正確に像面に合わせ込まれない恐れがある。こ
れに関して、通常はその先読み領域の他に照野フィール
ド内でもフォーカス位置の検出が行われており、ウエハ
面の最終的な位置はその照野フィールド内でのフォーカ
ス位置の検出結果に基づいて設定されるため、その走り
面の像面に対する傾斜角が小さい場合には、ウエハ面を
像面に追従させることが可能である。ところが、その傾
斜角が大きい場合、又はウエハ面の凹凸が大きいような
場合には、オートフォーカス機構の追従速度によっては
デフォーカスが生ずる恐れがあった。
【0006】本発明は斯かる点に鑑み、ウエハ等の露光
対象の基板の走り面と投影光学系の像面とが平行でない
場合であっても、その基板の表面を像面に高精度に合わ
せ込んで露光を行うことができる走査露光方法を提供す
ることを目的とする。更に本発明は、そのような走査露
光方法を実施できる走査露光装置を提供することをも目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による走査露光方
法は、マスク(R)と基板(W)とを同期して移動する
ことにより、そのマスクのパターンの像を投影光学系
(PL)を介してその基板上に露光する走査露光方法に
おいて、その基板上で投影光学系(PL)による露光領
域(3)に対して走査方向に手前側の先読み領域(21
F,21B)内で投影光学系(PL)の光軸方向の位置
(フォーカス位置)を検出すると共に、その基板の走査
方向への走り面の傾斜角を検出し、このように検出され
る傾斜角に基づいて先読み領域(21F,21B)内で
検出されるその光軸方向の位置を補正し、この補正結果
に基づいてその基板の表面を投影光学系(PL)の像面
に合わせ込むものである。
【0008】斯かる本発明によれば、例えば図5に示す
ように、その基板の露光領域(3)に対する移動方向が
矢印(32)で示す方向であるとして、その基板の走り
面(14a)の像面(31)に対する傾斜角をΔθ(r
ad)、その移動方向での先読み領域(21F)と露光
領域(3)内の所定の基準点、例えば中心との距離をL
とすると、先読み領域(21F)内のフォーカス位置の
像面からのオフセット量ΔZはほぼ次のようになる。な
お、その走り面(14a)が像面(31)より低い位置
にある状態で、その基板の移動方向でその走り面が像面
に次第に近付くときの傾斜角Δθの符号を正とする。
【0009】ΔZ=L・Δθ (1) そこで、或る時点でその先読み領域内にある基板の表面
の位置Pで検出されるデフォーカス量をΔFとすると、
その位置Pが露光領域(3)の中心に来たときの実際の
デフォーカス量は(ΔF+ΔZ)となるため、この(Δ
F+ΔZ)分だけその基板のフォーカス位置を補正すれ
ばよいことになる。これによって、走り面と像面とが平
行でない場合でも、その基板の表面が高精度に像面に合
わせ込まれて走査露光が行われる。
【0010】この際に、その基板の表面のフォーカス位
置を像面(ベストフォーカス位置)に合わせ込むオート
フォーカス制御の他に、検出されるフォーカス位置の分
布に基づいてその基板の表面の傾斜角を像面に平行にす
るオートレベリング制御を加えてもよい。また、例えば
検出されるフォーカス位置の分布に基づくオートレベリ
ング制御を行わない場合であっても、その走り面の検出
される傾斜角に基づいてその基板(W)の傾斜角の補正
(レベリング制御)を行うようにしてもよい。即ち、例
えば走り面が走査方向においてうねっているような場合
には、その基板が走査方向に沿った或る位置に有るとき
にその露光領域(3)内でのその基板の表面の傾斜角を
像面に平行にしておいても、その基板の位置が変化する
とその基板の表面が像面に平行でなくなる。そこで、検
出される走り面の傾斜角を相殺するようにその基板の表
面の傾きを補正することによって、容易に実質的なオー
トレベリング制御も行われる。
【0011】また、本発明による走査露光装置は、マス
ク(R)と基板(W)とを同期して移動することによ
り、マスク(R)のパターンの像を投影光学系(PL)
を介して基板(W)上の各ショット領域に露光する走査
露光装置において、その基板上の投影光学系(PL)の
露光領域(3)に対して走査方向に手前側の先読み領域
(21F,21B)で投影光学系(PL)の光軸方向の
位置(フォーカス位置)を検出するフォーカス位置検出
系(19A,19B)と、その基板を載置してその基板
表面の面位置を設定するステージ(11,12A〜12
C,13)と、このステージの走り面(14a)の傾斜
角を検出する傾斜角検出系(15X,16X,20)
と、その基板の走査露光中にその傾斜角検出系、及びそ
のフォーカス位置検出系の検出結果に基づいてそのステ
ージを制御する制御系(8)と、を有するものである。
【0012】斯かる本発明によれば、その傾斜角検出系
の検出結果に基づいて、本発明の走査露光方法が実施で
きる。この場合、その傾斜角検出系の一例は、そのステ
ージに対して投影光学系(PL)の像面に垂直な方向に
所定間隔だけ離れた光ビーム(17X,18X)を照射
する2軸の干渉計(16X)と、この2軸の干渉計の計
測値の差分より傾斜角を算出する演算系(20)と、を
有するものである。これによって、容易にその走り面の
傾斜角が算出される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・ア
ンド・スキャン方式の投影露光装置で露光を行う場合に
本発明を適用したものである。図1は、本例の投影露光
装置を示し、この図1において露光時には、光源、フラ
イアイレンズ、視野絞り、コンデンサレンズ等を含む照
明光学系1からの水銀ランプのi線、又はエキシマレー
ザ光等の露光光ILが、レチクルRのパターン面(下
面)の矩形の照明領域2を照明する。露光光ILのもと
で、レチクルRの照明領域2内のパターンの像が投影光
学系PLを介して所定の投影倍率β(βは1/4,1/
5等)で、フォトレジストが塗布されたウエハW上の矩
形の照野フィールド3内に投影露光される。以下、投影
光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、その光軸A
Xに垂直な平面内で図1の紙面に平行にX軸を、図1の
紙面に垂直にY軸を取って説明する。
【0014】先ず、レチクルRはレチクルステージ4上
に保持され、レチクルステージ4は例えばリニアモータ
方式で駆動されて、レチクルベース5上でX方向(走査
方向)に連続移動すると共に、XY平面内でレチクルR
の位置の微調整を行う。レチクルステージ4上の移動鏡
6、及び外部のレーザ干渉計7によりレチクルステージ
4(レチクルR)の2次元的な位置が計測され、この計
測値が装置全体の動作を統轄制御するコンピュータより
なる主制御系8に供給され、主制御系8は、その計測値
に基づいてレチクルステージ駆動系9を介してレチクル
ステージ4の位置や移動速度を制御する。
【0015】一方、ウエハWは、ウエハホルダ10上に
真空吸着によって保持され、ウエハホルダ10が試料台
11上に固定され、試料台11は3個のZ方向に所定範
囲内で伸縮自在のZ駆動部12A〜12Cを介してXY
ステージ13上に固定されている。Z駆動部12A〜1
2Cとしては、例えばロータリモータの回転角をカム機
構で上下方向の移動量に変換する機構や、圧電素子等を
使用できる。Z駆動部12A〜12Cの伸縮量は主制御
系8によって制御され、Z駆動部12A〜12Cの伸縮
量を同じにすることによって、ウエハWのZ方向の位置
(フォーカス位置)の制御が行われ、Z駆動部12A〜
12Cの伸縮量を独立に制御することによってウエハW
の表面の傾斜角の制御(レベリング)が行われる。
【0016】また、XYステージ13は、定盤よりなる
ガイド部材14の上面(以下、「走り面」と呼ぶ)14
aに空気軸受けを介して載置され、XYステージ13は
例えばリニアモータ方式でその走り面14a上をX方
向、及びY方向に連続移動することができる。その連続
移動によってステッピングも行うことができる。ウエハ
ホルダ10、試料台11、Z駆動部12A〜12C、及
びXYステージ13よりウエハステージが構成されてい
る。そして、試料台11(XYステージ13)の座標計
測を行うために、試料台11の上端にX軸にほぼ垂直な
反射面を有するX軸の移動鏡15X、及びY軸にほぼ垂
直な反射面を有するY軸の移動鏡15Y(図2参照)が
固定されている。
【0017】図2は、試料台11の座標計測システムを
示し、この図2において、X軸の2軸のレーザ干渉計1
6XよりX軸の移動鏡15Xに対して、投影光学系PL
の像面に垂直な方向、即ちZ方向に間隔Dで2本の計測
用のレーザビーム17X,18XがX軸に沿って平行に
照射され、移動鏡15Xで反射されたレーザビーム17
X,18Xがレーザ干渉計16Xに戻されている。レー
ザ干渉計16Xでは、戻されたレーザビーム17X,1
8Xとそれぞれ対応する不図示の参照用のレーザビーム
との干渉光を光電検出することによって、レーザビーム
17Xの照射点での移動鏡15XのX座標X1、及びレ
ーザビーム18Xの照射点での移動鏡15XのX座標X
2を検出する。これらのX座標X1,X2は図1の主制
御系8、及び傾斜角演算系20に供給されている。主制
御系8は、例えばそれら2つのX座標X1,X2の平均
値を移動鏡15X、ひいては試料台11のX座標XWS
する。また、マイクロコンピュータよりなる傾斜角演算
系20では、後述のようにそれらのX座標X1,X2よ
りXYステージ13の走り面14aの傾斜角を算出す
る。
【0018】また、図2において、Y軸の2軸のレーザ
干渉計16Y1よりY軸の移動鏡15Yに対して、Z方
向に間隔Dで2本の計測用のレーザビーム17Y1,1
8YがY軸に沿って平行に照射され、移動鏡15Yで反
射されたレーザビーム17Y1,18Yがレーザ干渉計
16Y1に戻されている。レーザ干渉計16Y1では、
戻されたレーザビーム17Y1,18Yとそれぞれ対応
する不図示の参照用のレーザビームとの干渉光を光電検
出することによって、レーザビーム17Y1の照射点で
の移動鏡15YのY座標Y1、及びレーザビーム18Y
の照射点での移動鏡15YのY座標Y2を検出する。更
に、Y軸の別のレーザ干渉計16Y2より移動鏡15Y
に対して、レーザビーム17Y1にX方向に所定間隔で
Y軸に平行にレーザビーム17Y2が照射され、このレ
ーザビーム17Y2の照射点でも移動鏡15YのY座標
Y3が計測されている。これらのY座標Y1〜Y3は図
1の主制御系8に供給され、主制御系8では例えばレー
ザビーム17Y1,18Yによって計測されるY座標Y
1,Y2の平均値を、移動鏡15Y、ひいては試料台1
1のY座標YWSとする。更に主制御系8は、Y座標Y
1,Y2の差分より試料台11のX軸の周りの回転角を
算出し、Y座標Y1、及びレーザビーム17Y2により
計測されるY座標Y3の差分より試料台11のZ軸の周
りの回転角(ヨーイング量)を算出する。
【0019】本例では、X軸のレーザビーム17X,1
8Xの延長線上、及びY軸のレーザビーム17Y1,1
8Yの延長線上に投影光学系PLの光軸AXがあり、計
測されるX座標XWS、及びY座標YWSには、アッベ誤差
が生じないように構成されている。また、レーザビーム
17Y1,17Y2を介して計測されるY座標の差分か
ら計測される試料台11のヨーイング量を相殺するよう
に、例えば図1のレチクルステージ4の回転が行われ
る。
【0020】図1に戻り、レーザ干渉計16X,16Y
1を介して計測されるX座標XWS、及びY座標YWSに基
づいて主制御系8は、ウエハステージ駆動系18を介し
てXYステージ13の移動速度や位置決め動作を制御す
る。走査露光時には、投影倍率βを用いて、レチクルス
テージ4を介してレチクルRが照明領域2に対して+Y
方向(又は−Y方向)に速度VR で走査されるのと同期
して、XYステージ13を介してウエハWが照野フィー
ルド3に対して−Y方向(又は+Y方向)に速度VW(=
β・VR )で走査される。
【0021】次に本例の投影露光装置には、ウエハWの
表面の所定の検出点における投影光学系PLの光軸AX
方向(Z方向)の位置(フォーカス位置)を検出するた
めの、光学式で斜め入射方式の多点オートフォーカスセ
ンサ(以下、「多点AFセンサ」と呼ぶ)が設置されて
いる。図1において、本例の多点AFセンサは照射光学
系19A、及び受光光学系19Bより構成されている。
そして、照射光学系19Aよりフォトレジストに対して
非感光性の検出光DLのもとで、複数のスリット像が投
影光学系PLの光軸AXに対して斜めにウエハW上の複
数の検出点に投影される。図2に示すように、それらの
検出点は、照野フィールド3の内部、照野フィールド3
の中心に対して+X方向に間隔Lだけ離れた先読み領域
21F、及び照野フィールド3の中心に対して−X方向
に間隔Lだけ離れた先読み領域21B内に設定されてい
る。
【0022】図1に戻り、それらの検出点からの反射光
が、受光光学系19B内で例えば振動スリット板を介し
て複数の光電変換素子上に対応するスリット像を再結像
する。これらの光電変換素子からの検出信号を、例えば
その振動スリット板の駆動信号で同期整流することによ
って、対応する検出点のフォーカス位置に所定範囲でほ
ぼ比例して変化するフォーカス信号が生成され、これら
のフォーカス信号が主制御系8に供給されている。本例
では、照野フィールド3内の検出点に対応するフォーカ
ス信号は、対応する検出点が投影光学系PLの像面(ベ
ストフォーカス位置)に合致しているときに0になるよ
うにキャリブレーションが行われており、主制御系8
は、各フォーカス信号から対応する検出点でのベストフ
ォーカス位置からのデフォーカス量(ずれ量)を求める
ことができる。
【0023】図4は、本例の多点AFセンサ(以下、
「多点AFセンサ19A,19B」と呼ぶ)によるフォ
ーカス位置の検出点の配置の一例を示し、この図4にお
いて、照野フィールド3の中央部にY方向に一列の3個
の検出点22A〜22Cが設定され、照野フィールド3
に対して+X方向に間隔Lの先読み領域21F内にY方
向に一列に3個の検出点23FA〜23FCが設定さ
れ、照野フィールド3に対して−X方向に間隔Lの先読
み領域21B内にもY方向に一列に3個の検出点23B
A〜23BCが設定されている。これらの検出点に図1
の多点AFセンサ19A,19Bからスリット像が投影
されて、それぞれフォーカス位置が所定のサンプリング
レートで計測されている。
【0024】この場合、照野フィールド3に対してウエ
ハWを矢印32で示すように−X方向に移動して走査露
光を行うものとすると、主制御系8では、+X方向側の
先読み領域21F内の検出点23FA〜23FCにおけ
るフォーカス位置、及び傾斜角演算系20で検出される
走り面14aの傾斜角に基づいて、後述のように試料台
11(ウエハW)のX座標に対応させて、照野フィール
ド3内のウエハWの表面を投影光学系PLの像面に合わ
せ込むための、ウエハWのフォーカス位置ZW、及びウ
エハWのX軸の周りの傾斜角ΦX とY軸の周りの傾斜角
ΦY とを算出し、これらの値よりZ駆動部12A〜12
Cの制御量を設定する。
【0025】更に主制御系8は、実際の露光領域である
照野フィールド3内の検出点22A〜22Cでのフォー
カス位置をフィードバックして、その制御量を補正しつ
つZ駆動部12A〜12Cを駆動することによって、照
野フィールド3内のウエハWの表面の平均的なフォーカ
ス位置、及び傾斜角を投影光学系PLの像面に合わせ込
む。従って、照野フィールド3内の検出点22A〜22
Cでのフォーカス位置は追従制御用に使用される。これ
によって、オートフォーカス方式、及びオートレベリン
グ方式で照野フィールド3内のウエハWの表面が連続的
に像面に合わせ込まれる。
【0026】一方、照野フィールド3に対してウエハW
を+X方向に移動して走査露光を行う際には、照野フィ
ールド3内の検出点22A〜22Cでのフォーカス位置
と共に、−X方向側の先読み領域21B内の検出点23
BA〜23BCにおけるフォーカス位置を連続的に検出
することによって、オートフォーカス方式、及びオート
レベリング方式でウエハWの表面が像面に合わせ込まれ
る。なお、照野フィールド3において、中央の検出点2
2A〜22Cの他に、点線で示すように更に±X方向の
検出点22D〜22I等におけるフォーカス位置を検出
し、これらのフォーカス位置を用いて追従制御を行って
もよい。
【0027】このようにオートフォーカス方式、及びオ
ートレベリング方式でウエハWの表面を像面に合わせこ
ませる際に、XYステージ13の走り面14aが走査方
向(X方向)に対してうねっているような場合には、単
に先読み領域21F,21B内でのフォーカス位置に基
づいてウエハWの表面のフォーカス位置の目標値等を設
定しても、実際にウエハWの表面が照野フィールド3内
に達したときに像面との間にオフセットが残り、追従制
御を行ってもウエハWの表面を像面に合わせ込むことが
できない恐れがある。
【0028】図3は、走り面14aの走査方向へのうね
りの一例を誇張して示し、この図3において、XYステ
ージ13の走り面14aは緩やかに窪むように湾曲して
いる。この際に、走り面14aの湾曲量は、照野フィー
ルド3と先読み領域21F,21Bとの走査方向の間隔
L程度の範囲では殆ど無視できる程度であるが、その間
隔Lを超える範囲で次第にその湾曲量が大きくなってい
る。この場合、XYステージ13が走り面14aに沿っ
てX方向に移動するにつれて、Z駆動部12A〜12C
の伸縮量が一定であるとすると、XYステージ13、ひ
いては試料台11のY軸に平行な軸の周りでの傾斜角が
変化することになる。そして、この傾斜角の変化は、そ
のままX軸の移動鏡15XのY軸に平行な軸の周りでの
回転角の変化となる。
【0029】本例では、図1のレーザ干渉計16Xによ
ってZ方向の間隔がDのレーザビーム17X及び18X
を介して、それぞれ移動鏡15X(試料台11)のX座
標X1,X2が計測され、この計測値が図1の傾斜角演
算系20に供給されている。そこで、傾斜角演算系20
では、移動鏡15XのY軸に平行な軸の周りでの回転
角、ひいては走り面14aの傾斜角Δθ’(rad)を
次式より算出する。
【0030】Δθ’=(X1−X2)/D (2) 但し、この傾斜角Δθ’には、或るオフセットが含まれ
ているため、以下のようにしてそのオフセットの補正
(原点補正)を行う。このため、先ず多点AFセンサ1
9A,19Bで計測されるフォーカス位置のキャリブレ
ーションを行う。即ち、図3において、XYステージ1
3を走り面14a上で例えばX方向の中央部に位置決め
した状態で、多点AFセンサ19A,19Bを用いて照
野フィールド3内の3つの検出点でベストフォーカス位
置からのデフォーカス量を検出し、これらのデフォーカ
ス量が0となるようにZ駆動部12A〜12Cの伸縮量
を設定する。これによって、照野フィールド3内のウエ
ハWの表面が像面に合わせこまれる。
【0031】次に、Z駆動部12A〜12Cの伸縮量を
固定した状態で、XYステージ13を走り面14aに沿
って+X方向に移動することによって、そのウエハW上
で先ほどデフォーカス量が検出された位置を、先読み領
域21F内のフォーカス位置の検出点に移動し、この状
態で3つの検出点のデフォーカス量がそれぞれ0になる
ように、フォーカス信号のオフセットを調整する。その
後同様に、Z駆動部12A〜12Cの伸縮量を固定した
状態で、XYステージ13を走り面14aに沿って−X
方向に移動することによって、そのウエハW上で先ほど
デフォーカス量が検出された位置を、先読み領域21B
内のフォーカス位置の検出点に移動し、この状態で3つ
の検出点のデフォーカス量がそれぞれ0になるように、
フォーカス信号のオフセットを調整する。これによっ
て、走り面14aの中央部でのその走り面14aの傾斜
角(走り方向)に平行な面上で、多点AFセンサ19
A,19Bによる照野フィールド3、及び先読み領域2
1F,21B内の各検出点でのデフォーカス量がそれぞ
れ0になるように、キャリブレーションが行われたこと
になる。その多点AFセンサ19A,19Bの各検出点
でのデフォーカス量が0になる面を「AF基準面」と呼
ぶ。
【0032】また、その走り面14aの中央部で照野フ
ィールド3内の検出点を像面に合わせ込んだ状態で、図
1のX軸のレーザ干渉計16Xの計測値より検出される
走り面14aの傾斜角を求めて記憶する。即ち、レーザ
ビーム17X及び18Xを介して検出される移動鏡15
XのX座標をそれぞれX10 及びX20 とすると、図1
の傾斜角演算系20では次式より走り面14aの傾斜角
の基準値θ0 を算出して記憶する。
【0033】 θ0 =(X10 −X20 )/D (3) 次に、XYステージ13の位置が走り面14a上でX方
向に大きく移動して、走り面14aの傾斜角がその基準
値θ0 から変化した場合につき説明する。図5は、その
ように走り面14aの傾斜角がその基準値θ0 から変化
した状態を示し、この図5において、照野フィールド3
に対するウエハWの移動方向は矢印32で示すように−
X方向であり、+X方向側の先読み領域21F内のフォ
ーカス位置が検出されるものとする。また、31は先に
求めたAF基準面であり、このAF基準面31に対する
走り面14aの傾斜角をΔθ(rad)として、この傾
斜角Δθの符号は、矢印32の方向に向かって走り面1
4aとAF基準面31とが次第に近づく場合に正である
とする。
【0034】この場合、或る時点で先読み領域21F内
の検出点23FAと合致しているウエハW上の位置Pで
検出される、AF基準面31からのデフォーカス量がΔ
Fであるとする。その後、ウエハWが走り面14aに沿
って矢印33で示す方向に移動して、ウエハW上の位置
Pが照野フィールド3内の検出点22Aに達したものと
すると、ウエハWのX方向への移動量はLであるため、
そのウエハW上の位置PのZ方向への移動量ΔZは、ほ
ぼ次のようになる。
【0035】ΔZ=Δθ・L (4) また、このときに図3において、レーザビーム17X,
18Xを介して検出される移動鏡15XのX座標をX
1,X2とすると、傾斜角演算系20では(2)式の傾
斜角Δθ’から(3)式の基準値θ0 を差し引いた傾斜
角Δθを次のように算出して、主制御系8に供給する。
【0036】 Δθ=(X1−X2)/D−θ0 (5) そして、主制御系8では、図5のウエハW上の位置Pで
検出されるデフォーカス量ΔFに(4)式のZ方向への
移動量ΔZを加算した値を、位置Pでの実際のデフォー
カス量とみなし、このデフォーカス量が0になるように
Z駆動部12A〜12Cの駆動を行う。これによって、
ウエハW上の位置Pが照野フィールド3内に入るときに
は、走り面14aの傾斜角に応じてウエハWのフォーカ
ス位置が補正されているため、位置Pは像面に高精度に
合わせ込まれる。同様にして、ウエハWの各ショット領
域の全面が高精度に像面に合わせ込まれて走査露光が行
われる。従って、各ショット領域の全面にそれぞれレチ
クルRのパターン像が高い解像度で転写される。
【0037】なお、本例ではウエハWの表面のレベリン
グも行われているため、ウエハWの傾斜角も考慮した走
り面14aのより正確な傾斜角Δθは次のようになる。
即ち、Z駆動部12A〜12Cの伸縮量を制御して、ウ
エハWの表面のY軸に平行な軸の周りの傾斜角をTXだ
け変化させた場合、(5)式に対応する傾斜角Δθは次
のようになる。
【0038】 Δθ=(X1−X2)/D−θ0 −TX (6) この場合には、この傾斜角Δθを(4)式に代入して得
られる変化量ΔZだけ先読み領域21Fで検出されるデ
フォーカス量を補正すればよい。なお、本例では移動鏡
15Xの傾斜角、ひいては試料台11の傾斜角が直接検
出されているため、この傾斜角に基づいてウエハWのレ
ベリングを行うことも可能である。この場合には、図4
に示すように、照野フィールド3及び先読み領域21
F,21Bで検出されるフォーカス位置に基づいて、オ
ートレベリング方式で連続的にウエハWの表面を像面に
平行に合わせる制御は行う必要がない。その代わりに、
例えば(3)式の傾斜角の基準値θ0 を求める際に予め
ウエハWの表面を像面に平行にしておき、その後は、
(5)式より検出される走り面14aの傾斜角Δθを相
殺するように、Z駆動部12A〜12Cの伸縮量を制御
することによって、ウエハWの表面は像面に平行に維持
される。
【0039】また、上述の実施の形態では照野フィール
ド3内の検出点22A〜22Cでのフォーカス位置の検
出結果を用いてZ駆動部12A〜12Cの制御量を補正
している。しかしながら、本例では走り面14aの傾斜
角が検出され、これに基づいて先読みされたフォーカス
位置が補正されているため、必ずしも照野フィールド3
内の検出点でフォーカス位置を検出する必要はない。こ
のように照野フィールド3内ではフォーカス位置の検出
を行わない場合には、多点AFセンサ19A,19Bの
構成が簡素化できる。但し、照野フィールド3内の検出
点でのフォーカス位置に基づいて追従制御を行うことに
よって、より高精度にウエハWの表面を像面に合わせ込
むことができる。
【0040】なお、上述の実施の形態では、多点AFセ
ンサ19A,19Bによる先読み領域21F,21Bで
のフォーカス位置の検出点はそれぞれ一列の3点である
が、これらの検出点の個数及び配置はそれに限定される
ことはない。このように、本発明は上述の実施の形態に
限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構
成を取り得る。
【0041】
【発明の効果】本発明の走査露光方法によれば、走り面
の傾斜角を検出し、この検出結果に基づいて先読み領域
内で検出される光軸方向の位置(フォーカス位置)を補
正しているため、ウエハ等の露光対象の基板の走り面と
投影光学系の像面とが平行でない場合であっても、その
基板の表面を像面に高精度に合わせ込んで露光を行うこ
とができる利点がある。
【0042】また、その走り面の検出される傾斜角に基
づいてその基板の傾斜角の補正を行う場合には、容易に
その基板のレベリングをも行うことができる。また、本
発明の走査露光装置によれば、本発明の走査露光方法が
実施できる。そして、傾斜角検出系は、ステージに対し
て投影光学系の像面に垂直な方向に所定間隔だけ離れた
光ビームを照射する2軸の干渉計と、この2軸の干渉計
の計測値の差分より傾斜角を算出する演算系と、を有す
る場合には、簡単な構成で高精度にその走り面の傾斜角
を検出できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露
光装置を示す概略構成図である。
【図2】図1の試料台11の座標計測システムを示す斜
視図である。
【図3】XYステージ13の走り面14aが湾曲してい
る様子を誇張して示す図である。
【図4】その実施の形態における照野フィールド3及び
先読み領域21F,21B内のフォーカス位置の検出点
の配置の一例を示す図である。
【図5】走り面14aの傾斜角によってウエハWの表面
のフォーカス位置が変化することの説明図である。
【符号の説明】
R レチクル PL 投影光学系 W ウエハ 3 照野フィールド 4 レチクルステージ 8 主制御系 11 試料台 12A〜12C Z駆動部 13 XYステージ 14a 走り面 15X,15Y 移動鏡 16X,16Y1,16Y2 レーザ干渉計 19A 多点AFセンサの照射光学系 19B 多点AFセンサの受光光学系 20 傾斜角演算系 21F,21B 先読み領域 22A〜22C,23FA〜23FC,23BA〜23
BC フォーカス位置の検出点 31 AF基準面

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マスクと基板とを同期して移動すること
    により、前記マスクのパターンの像を投影光学系を介し
    て前記基板上に露光する走査露光方法において、 前記基板上で前記投影光学系による露光領域に対して走
    査方向に手前側の先読み領域内で前記投影光学系の光軸
    方向の位置を検出すると共に、前記基板の走査方向への
    走り面の傾斜角を検出し、 該検出される傾斜角に基づいて前記先読み領域内で検出
    される前記光軸方向の位置を補正し、該補正結果に基づ
    いて前記基板の表面を前記投影光学系の像面に合わせ込
    むことを特徴とする走査露光方法。
  2. 【請求項2】 前記走り面の検出される傾斜角に基づい
    て前記基板の傾斜角の補正を行うことを特徴とする請求
    項1記載の走査露光方法。
  3. 【請求項3】 マスクと基板とを同期して移動すること
    により、前記マスクのパターンの像を投影光学系を介し
    て前記基板上の各ショット領域に露光する走査露光装置
    において、 前記基板上の前記投影光学系の露光領域に対して走査方
    向に手前側の先読み領域で前記投影光学系の光軸方向の
    位置を検出するフォーカス位置検出系と、 前記基板を載置して前記基板表面の面位置を設定するス
    テージと、 該ステージの走り面の傾斜角を検出する傾斜角検出系
    と、 前記基板の走査露光中に前記傾斜角検出系、及び前記フ
    ォーカス位置検出系の検出結果に基づいて前記ステージ
    を制御する制御系と、を有することを特徴とする走査露
    光装置。
  4. 【請求項4】 前記傾斜角検出系は、前記ステージに対
    して前記投影光学系の像面に垂直な方向に所定間隔だけ
    離れた光ビームを照射する2軸の干渉計と、 該2軸の干渉計の計測値の差分より傾斜角を算出する演
    算系と、を有することを特徴とする請求項3記載の走査
    露光装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10386736B2 (en) 2017-09-14 2019-08-20 Toshiba Memory Corporation Exposure apparatus and method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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