JPH1092717A

JPH1092717A - 走査型露光装置

Info

Publication number: JPH1092717A
Application number: JP8240828A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hori; 和彦堀
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】マスクのパターンを常にベストフォーカス状
態で感光基板上の露光領域に走査露光することのできる
走査型露光装置を提供する。【解決手段】走査露光前に、投影光学系２３ｂ，２３
ｅに対してマスク４と感光基板８を走査させながら、複
数の投影光学系の各々の光軸位置でのマスクと感光基板
の間の距離を測定する。そして、各投影光学系の光軸位
置でのマスクと感光基板の間の距離が各投影光学系の焦
点距離に最適に適合した状態となるように、伸縮可能な
支点３６ａ〜３６ｃを駆動して感光基板の位置を逐次補
正しながら走査露光する。マスクと感光基板の間の距離
測定は間欠的に行い、得られた離散的なデータを走査方
向に補完して用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶パネル
等をフォトリソグラフィ工程で製造する場合のように大
面積のパターンを感光基板上に露光する際に使用して好
適な走査型露光装置に関し、特に焦点合わせ機構を備え
た走査型露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大型の液晶パネルや大面積の半導体素子
等を高いスループットで製造するための露光装置として
走査型露光装置がある。この走査型露光装置は、フォト
マスク又はレチクル（以下、マスクという）上に複数の
照明領域を形成し、その複数の照明領域の像を各々個別
の投影光学系を介してフォトレジストが塗布された半導
体ウエハ又はガラスプレート等の感光基板上の複数の露
光フィールドに投影し、その状態でマスクと感光基板を
投影光学系に対して同期して走査することによりマスク
上のパターンを逐次感光基板上に露光するものである。
走査型露光装置においても、マスク上のパターンを高い
解像度で感光基板上に露光するため、その感光基板の露
光フィールドを正確に投影光学系の結像面（ベストフォ
ーカス面）に設定するためのオートフォーカス、及びレ
ベリングの機構が設けられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】投影光学系の焦点距離
は、入射側の焦点距離についても出射側の焦点距離につ
いても一定である。従ってマスク上に形成されているパ
ターンを正確に転写するためには、走査露光中のマスク
と感光基板の間隔を投影光学系の焦点距離によって決ま
る一定距離に維持しなければならない。ところがマスク
面と感光基板面は共に理想的な平面であることはほとん
どなく、多少なりとも凹凸を含んでいる。したがって、
このマスク面や感光基板面の凹凸を考慮せずに走査露光
すると、マスクと感光基板との間隔が位置によって変化
してしまい、露光されるパターンにバラツキを生じてし
まう。

【０００４】そこで従来は、感光基板面が投影光学系の
ベストフォーカス面に平均的に一致するようにレベリン
グ技術を用いて感光基板を傾斜させて保持していた。と
ころが感光基板の表面は、平均的に見ると投影光学系の
ベストフォーカス面に一致しているとは言っても、局所
的にみると、マスク面や感光基板面の凹凸のために、常
に走査露光中に感光基板上の露光領域にマスクのパター
ン像がベストフォーカス状態で結像されているとは限ら
ない。

【０００５】しかも、一度に大きな領域を露光する走査
型露光装置では複数の投影光学系を用いて大きな領域を
分割して露光するが、投影光学系の焦点距離には製造上
のバラツキがあるのが普通である。したがって、複数の
投影光学系を使用する走査型露光装置では、前記マスク
面と感光基板面の凹凸、及び複数の投影光学系の焦点距
離の相違のために、感光基板の全面をベストフォーカス
状態でパターン露光することは非常に困難である。本発
明は、このような従来技術の問題点を考慮してなされた
もので、マスクのパターンを常にベストフォーカス状態
で感光基板上の露光領域に走査露光することのできる走
査型露光装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、走査
露光前に、投影光学系に対してマスクと感光基板を走査
させながら、複数の投影光学系の各々の光軸位置でのマ
スクと感光基板の間の距離を測定する。そして、各投影
光学系の光軸位置でのマスクと感光基板の間の距離が各
投影光学系の焦点距離に最適に適合した状態、換言する
と、各投影光学系の露光フィールドにマスクのパターン
が各々ベストフォーカス状態で結像されるように感光基
板とマスクのいずれか一方又は双方の位置を逐次補正し
ながら走査露光することにより前記目的を達成する。マ
スクと感光基板の間の距離測定は間欠的に行い、得られ
た離散的なデータを走査方向に補完して用いるのが演算
速度の点等から実際的である。

【０００７】すなわち、本発明は、マスク（４）上に形
成された複数の照明領域（２２ａ〜２２ｅ）の像を複数
の投影光学系（２３ａ〜２３ｅ）を介して感光基板
（８）上の複数の露光フィールド（２９ａ〜２９ｅ）に
投影した状態で、マスク（４）と感光基板（８）を複数
の投影光学系（２３ａ〜２３ｅ）に対して同期して走査
することにより、マスク（４）に形成されたパターンの
像を感光基板（８）上に走査露光する走査型露光装置に
おいて、走査露光に先立って、複数の投影光学系（２３
ａ〜２３ｅ）の光軸位置に各々対応する走査方向（Ｘ方
向）と直交する方向（Ｙ方向）の複数の計測位置（２５
ａ〜２５ｅ，２７ａ〜２７ｅ）において、マスク（４）
と感光基板（８）との間隔（ＨＡ〜ＨＥ）を走査方向の
複数の計測点で測定する測定手段（２６ａ〜２６ｅ，２
８ａ〜２８ｅ）と、走査方向の複数の計測点で得られた
データから走査方向（Ｘ方向）に隣接する計測点の間を
補間する補間データを算出する演算手段と、補間データ
によって補間されたマスク（４）と感光基板（８）との
間隔のデータをマスク（４）又は感光基板（８）上の位
置と関連付けて記憶する記憶手段（３３ａ）と、マスク
（４）と感光基板（８）の少なくとも一方を駆動し、マ
スク（４）と感光基板（８）との相対的な位置関係を補
正する位置補正手段（７，３６ａ〜３６ｃ）と、走査露
光の際に、記憶手段に記憶されたデータに基づいて、マ
スク（４）上の複数の照明領域（２２ａ〜２２ｅ）と感
光基板（８）上の複数の露光フィールド（２９ａ〜２９
ｅ）との間隔が所定の関係を満たすように位置補正手段
を制御する制御手段（３３，３４）とを備えることを特
徴とする。

【０００８】測定手段（２６ａ〜２６ｅ，２８ａ〜２８
ｅ）は、複数の計測点（２５ａ〜２５ｅ，２７ａ〜２７
ｅ）で、各投影光学系（２３ａ〜２３ｅ）の焦点距離
（ＦＡ〜ＦＥ）に対するマスク（４）と感光基板（８）
との間隔（ＨＡ〜ＨＥ）の偏差を測定することができ
る。また、制御手段（３３）は、記憶手段（３３ａ）に
記憶されたデータから複数の投影光学系（２３ａ〜２３
ｅ）の各々の光軸位置におけるマスク（４）と感光基板
（８）の間隔を求め、その間隔に投影光学系（２３ａ〜
２３ｅ）の焦点距離の差分をオフセットとして加算した
データに基づいて位置補正手段（７，３６ａ〜３６ｃ）
を制御することができる。

【０００９】補間データの算出は、走査方向に隣接する
３個の計測点のデータを結ぶ２次曲線に基づいて行うこ
とができる。位置補正手段（７，３６ａ〜３６ｃ）は、
投影光学系の光軸方向（Ｌｚ）と、走査方向を中心軸
（Ｌｘ）とした第１の回転方向（θｘ）と、投影光学系
の光軸方向及び走査方向に垂直な方向を中心軸（Ｌｙ）
とした第２の回転方向（θｙ）のうち、少なくとも１つ
を駆動方向とすることにより、どのような位置補正に対
しても対応することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明による走査型露光装
置の一例の露光部の斜視図、図２はその光学系及びステ
ージ系の構成を示す一部を切り欠いた側面図、図３は感
光基板上での各投影光学系の露光フィールドと計測点と
の関係を示す平面図である。マスク４は、断面がコの字
型の走査ステージ６の上部ステージ６ａ上に保持され、
マスク４のパターン形成面（実際には下面）上の５個の
台形状の照明領域２２ａ〜２２ｅがそれぞれ対応する照
明光学系３ａ〜３ｅからの露光光ＩＬにより照明されて
いる。照明領域２２ａ〜２２ｅは、走査方向であるＸ方
向に所定間隔で設定された２列に分かれ、１列目に２個
の照明領域２２ａ及び２２ｂが配列され、２列目に３個
の照明領域２２ｃ〜２２ｅが配列されている。また、各
照明領域２２ａ〜２２ｅは台形状をなし、ジグザグに隣
接する台形状の照明領域２２ａ〜２２ｅの斜辺部が走査
方向に重なるように配列されている。

【００１１】走査ステージ６の下部ステージ６ｂ上に
は、Ｚレベリングステージ７を介してフォトレジストが
塗布された感光基板８が保持され、マスク４と感光基板
８との間に、等倍で正立正像を投影する５個の投影光学
系２３ａ〜２３ｅが、照明領域２２ａ〜２２ｅと同じ配
列で固定されている。投影光学系２３ａ〜２３ｅの光軸
に平行にＺ軸をとり、Ｚ軸に垂直な面内でＸ軸（走査方
向）に垂直な方向にＹ軸をとる。

【００１２】投影光学系２３ａ〜２３ｅを介して照明領
域２２ａ〜２２ｅで照明されたマスク４のパターンがそ
れぞれ、感光基板８上の台形状の露光フィールド２９ａ
〜２９ｅ（図３参照）上に等倍の正立正像で露光され
る。図３に示すように、各投影光学系２３ａ〜２３ｅの
露光フィールド２９ａ〜２９ｅは各々台形状をなし、感
光基板８上で１列目の露光フィールド２９ａ，２９ｂと
２列目の露光フィールド２９ｃ〜２９ｅとは、台形の斜
辺部が走査方向（Ｘ方向）に重なるように配置されてい
る。したがって、例えば図３に図示した領域３８ａは前
後の露光フィールド２９ａ及び２９ｃの斜辺部で重複し
て走査され、領域３８ｂは前後の露光フィールド２９ａ
及び２９ｄの斜辺部で重複して走査される。これによ
り、感光基板８上の全面で露光エネルギーが均一化され
る。

【００１３】図１に戻り、投影光学系２３ａ〜２３ｅと
しては、例えば凹面鏡及び凸面鏡等を組み合わせたミラ
ープロジェクション方式の投影光学系を使用することが
できる。走査ステージ６を駆動して、静止した投影光学
系２３ａ〜２３ｅに対してマスク４及び感光基板８を一
体的にＸ方向に走査することにより、マスク４上のパタ
ーン領域２１内のパターンが、感光基板８上のショット
領域２４上に逐次投影露光される。

【００１４】図２は、図１に示した走査型露光装置の光
学系及びステージ系の構成を示す一部を切り欠いた側面
図である。図２を参照すると、水銀ランプ１からの露光
光が楕円鏡２により集光されて光ガイド３０の入射端に
導かれ、光ガイド３０の５個の射出端から射出された露
光光が、５個の照明光学系３ａ〜３ｅ（図２には、２個
の照明光学系３ｂ，３ｅのみを図示）を介してマスク４
上の照明領域２２ａ〜２２ｅ（図２には、照明領域２２
ｂ，２２ｅのみを図示）を照明している。

【００１５】また、走査ステージ６はベース３０上に駆
動モータ３５を介してＸ方向に駆動できるように載置さ
れ、走査ステージ６のＸ方向の端部に移動鏡３１が固定
され、移動鏡３１及びベース３０上に固定されたレーザ
干渉計３２により走査ステージ６のＸ方向の位置が常時
計測され、計測された位置が主制御系３３に供給されて
いる。主制御系３３は、走査露光時には、ステージ駆動
系３４を介して駆動モータ３５の動作を制御して、走査
ステージ６をＸ方向に所定速度で駆動する。

【００１６】また、走査ステージ６の下部ステージ６ｂ
上のＺレベリングステージ７は、固定ステージ７ｂ上に
３個の伸縮自在な支点３６ａ〜３６ｃを介して可動ステ
ージ７ａを載置して構成されている。そして、３個の支
点３６ａ〜３６ｃの伸縮量を調整することにより、図４
に示すように、感光基板８において走査方向（Ｘ方向）
を中心軸Ｌｘとする回転角θｘ、走査方向（Ｘ方向）及
びフォーカス方向（Ｚ方向）に対してそれぞれ直交する
方向（Ｙ方向）を中心軸Ｌｙとする回転角θｙを調整で
きる。さらに、３個の支点３６ａ〜３６ｃを同時にＺ方
向に同じ量だけ伸縮させることにより、感光基板８をＺ
方向に変位させることができる。

【００１７】伸縮自在な支点３６ａ〜３６ｃとしては、
駆動モータとカムとを組み合わせた機構、ネジで押し出
す機構、又はピエゾ素子等の圧電素子等を使用すること
ができる。支点３６ａ〜３６ｃの伸縮量は、主制御系３
３によりステージ駆動系３４を介して設定される。

【００１８】図１に戻り、この走査型露光装置では、マ
スク４上で照明領域２２ａ〜２２ｅに対して走査方向
（Ｘ方向）の手前側のＹ方向に平行な直線上に、Ｙ方向
に等間隔で５個の計測点２５ａ〜２５ｅが設定されてい
る。また、計測点２５ａ〜２５ｅと、投影光学系２３ａ
〜２３ｅに関して共役な感光基板８上の位置に５個の計
測点２７ａ〜２７ｅが設定され、投影光学系２３ａ〜２
３ｅに対して走査ステージ６上のマスク４と感光基板８
を一体的に走査するときに、感光基板８上の計測点２７
ａ〜２７ｅとその計測点に対応するマスク４上の計測点
２５ａ〜２５ｅとの間のＺ方向の間隔を検出するための
焦点位置検出系が設けられている。

【００１９】マスク４上の５つの計測点２５ａ〜２５ｅ
のＹ方向位置は、マスク４が投影光学系２３ａ〜２３ｅ
に対して移動するとき、計測された点が投影光学系２３
ａ〜２３ｅの光軸上を各々通過するように設定されてい
る。同様に、感光基板８上の５つの計測点２７ａ〜２７
ｅのＹ方向位置は、図３に示すように、投影光学系２３
ａ〜２３ｅの露光フィールド２９ａ〜２９ｅのＹ方向重
心位置とほぼ等しく、感光基板８が投影光学系２３ａ〜
２３ｅに対して移動するとき計測された点が投影光学系
２３ａ〜２３ｅの光軸上を各々通過するように設定され
ている。

【００２０】感光基板８上の５つの計測点２７ａ〜２７
ｅとその計測点に対応するマスク４上の５つの計測点２
５ａ〜２５ｅとの間のＺ方向の間隔を検出するための焦
点位置検出系は、上部ステージ６ａの下方に配置された
計測点２５ａ〜２５ｅのＺ方向の位置を検出するための
斜入射方式の焦点位置検出系２６ａ〜２６ｅと、感光基
板８の上方に配置された計測点２７ａ〜２７ｅのＺ方向
の位置を検出するための斜入射方式の焦点位置検出系２
８ａ〜２８ｅとからなる。焦点位置検出系２６ａ〜２６
ｅ及び２８ａ〜２８ｅは同一構成である。

【００２１】例えば、焦点位置検出系２８ｅは、投射光
学系及び受光光学系により構成され、焦点位置検出系２
８ｅ内の投射光学系から感光基板８上の計測点２７ｅに
対してスリットパターンをＺ軸に対して斜めに投射し、
焦点検出系２８ｅ内の受光光学系によりそのスリットパ
ターン像を再結像し、その再結像された像の基準位置か
らの横ずれに応じたフォーカス信号を出力する。このフ
ォーカス信号は、感光基板８上の計測点２８ｅのＺ方向
位置に対応する信号である。この斜入射方式の焦点位置
検出系の詳細は、例えば特開平５−１９０４２３号公報
に記載されている。

【００２２】同様に、他の焦点位置検出系２８ａ〜２８
ｄからは、感光基板８上の計測点２７ａ〜２７ｄのＺ方
向位置に対応するフォーカス信号が出力され、マスク４
側の５つの焦点位置検出系２６ａ〜２６ｅからは、マス
ク４上の計測点２５ａ〜２５ｅのＺ方向位置に対応する
フォーカス信号が出力される。この場合、図２に示すよ
うに、焦点位置検出系２６ｅのフォーカス信号が加算器
３７ｅの一方の入力部に供給され、焦点位置検出系２８
ｅのフォーカス信号が加算器３７ｅの他方の入力部に供
給され、２つのフォーカス信号を加算して得られた和信
号ＳＥが主制御系３３に供給されている。

【００２３】一方の焦点位置検出系２６ｅから出力され
るフォーカス信号は、マスク４上の計測点２５ｅの設計
上の基準位置から＋Ｚ方向への変位に対応した信号であ
り、他方の焦点位置検出系２８ｅから出力されるフォー
カス信号は、計測点２７ｅの設計上の基準位置から−Ｚ
方向への変位に対応した信号（−Ｚ方向への変位が生じ
たときに正の値を取る信号）である。したがって和信号
ＳＥは、マスク４上の計測点２５ｅと感光基板８上の計
測点２７ｅとの間のＺ方向の間隔ＨＥと、基準の間隔
（焦点距離）ＦＥとの差分に対応する信号（ＳＥ＝ＨＥ
−ＦＥ）である。この基準の間隔（焦点距離）ＦＥは、
マスク４と感光基板８とが投影光学系２３ｅに関して共
役であるときのマスク４のパターン形成面と感光基板８
の露光面とのＺ方向の間隔である。

【００２４】同様に、焦点位置検出系２６ａ〜２６ｄの
フォーカス信号と対応する焦点位置検出系２８ａ〜２８
ｄのフォーカス信号との和信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ
が求められて、主制御系３３に供給される。それらの和
信号ＳＡ〜ＳＥは、それぞれ投影光学系２３ａ〜２３ｅ
に関する計測点２５ａ〜２５ｅと対応する計測点２７ａ
〜２７ｅとの間の間隔ＨＡ〜ＨＥの、投影光学系２３ａ
〜２３ｅに対する基準間隔（焦点距離）ＦＡ〜ＦＥから
のずれ量を表している。ここで、各投影光学系２３ａ〜
２３ｅの焦点距離は通常、製造誤差等により少しずつ異
なるため、値ＦＡ，ＦＢ，ＦＣ，ＦＤ，ＦＥは、それぞ
れの投影光学系２３ａ〜２３ｅに固有の値である。主制
御系３３は、供給された５つの和信号ＳＡ〜ＳＥをアナ
ログ／デジタル変換した後、このずれ量のデータを計測
点のＸＹ座標とともに記憶装置３３ａに格納する。なお
記憶する際、後述のデータ補間を行った結果を感光基板
８の面情報として記憶することもできる。

【００２５】ここでは、各投影光学系２３ａ〜２３ｅの
焦点距離ＦＡ，ＦＢ，ＦＣ，ＦＤ，ＦＥと、マスクと感
光基板の間の距離ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ，ＨＤ，ＨＥとの差
ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＥが直接検出されて主制御
系３３に出力される例について説明した。しかし、各投
影光学系の焦点距離と、マスクと感光基板の間の距離の
差分を直接計測する代わりに、マスクと感光基板の間の
距離を実測し、その値と各投影光学系２３ａ〜２３ｅの
焦点距離を比較して両者の差分を求めてもよいし、また
投影光学系２３ａ〜２３ｅの平均的な焦点距離と、マス
クと感光基板間の距離を比較し、その比較結果に前記平
均的な焦点距離と各投影光学系２３ａ〜２３ｅの焦点距
離との差をオフセットとして加えることで各投影光学系
２３ａ〜２３ｅの露光フィールド２９ａ〜２９ｅのフォ
ーカス状態を評価してもよい。要は、個々の投影光学系
２３ａ〜２３ｅの焦点距離の差異を考慮して、最終的に
各露光フィールド２９ａ〜２９ｅのベストフォーカス位
置からのずれ量が求められればよいのであって、そのず
れ量を求める方法はここで説明した方法に限られるもの
ではない。

【００２６】次に、マスク４と感光基板８との間の相対
的な間隔を走査方向の複数の点について測定する方法に
ついて説明する。マスク４と感光基板８との相対間隔の
測定は、露光装置の処理速度を悪化させないために、感
光基板８を走査ステージ６の下部ステージ６ｂ上に載置
して実際の露光シーケンスに入る前に走査方向（例えば
＋Ｘ方向とする）と逆方向（例えば−Ｘ方向）に走査す
る際に行う（以下、プリスキャン計測という）。プリス
キャン計測においては、オートフォーカス制御のための
マスク４と感光基板８の間の距離測定に加えて、図示し
ないアライメント系によって、マスク４に形成されたア
ライメントマークと感光基板８に形成されたアライメン
トマークの計測が行われる。マスク４と感光基板８は、
＋Ｘ方向に走査されて走査露光が行われる前に、このア
ライメント系による計測結果に基づいてＸＹ平面内での
位置合わせ（アライメント）が行われる。

【００２７】プリスキャン計測にて測定を行う計測点は
多ければ多いほど、各計測点の座標とその計測点におけ
るベストフォーカス状態からのずれ量を表した平面度マ
ップの精度は高められるが、極端に多いと計測処理及び
そのデータの記憶処理に時間を費やしてしまいプリスキ
ャンのメリットを失いかねないため、Ｘ方向（走査方
向）の計測ピッチはある程度ラフに設定し、計測終了
後、後述のデータ補間を行って平面度マップの精度を上
げる方法を採用する。ちなみに本実施の形態において
は、Ｙ方向の計測ピッチが、前述のように、ジグザグに
配置された投影光学系２３ａ〜２３ｅのＹ方向光軸間距
離に等しく設定してある。

【００２８】次に、計測点での計測データを補間して平
面度マップを形成する方法について説明する。図５は感
光基板８上の計測点を示す図であり、図５に示された各
計測点１−１，２−１，３−１，４−１，５−１；１−
２，２−２，３−２、４−２、５−２；‥‥において、
マスク４と感光基板８の間隔と、対応する投影光学系の
焦点距離との差を測定する。Ｙ方向の平面度計測点数は
投影光学系２３ａ〜２３ｅの数と等しく、この例の場合
５点である。Ｙ方向の測定ピッチＰｙは、露光フィール
ド２９ａ〜２９ｅが相互に一部重なり合う投影光学系２
３ｃと２３ａ、２３ａと２３ｄ、２３ｄと２３ｂ、２３
ｂと２３ｅのＹ方向光軸間隔に等しい。Ｘ方向（走査方
向）の計測ピッチＰｘは、データの再現ができる程度に
ラフに設定する。そして図６に示すようにＹ軸の各ライ
ンＹ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５においてＸ座標におけ
るＺの値を補間する。

【００２９】例として各計測点のＸ座標の計測ピッチＰ
ｘを３等分したＰｘ／３ピッチのデータ補間を、３点の
計測データから２次式にて行う場合を、図６を用いて説
明する。ただし、補間に使う計測データは３点以上でも
良く、採用する補間式の次数に関しても２次に限らず、
１次でも３次以上でもよく、またどのような関数を使っ
ても構わない。

【００３０】図６のグラフのＸ軸は、図５に示した感光
基板８のフォーカス測定を行った、あるＹラインの計測
点のＸ座標であり、Ｙ軸はそのときのＺの値（計測値）
である。なお、計測点の呼称をＤ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ
３，‥‥とし、各計測値をデータ補間した点の呼称を図
中に示した通りＤ₀₁，Ｄ₀₂，Ｄ₁₁，Ｄ₁₂，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂，
‥‥とする。３点２次曲線補間は次のようにして行うこ
とができる。３点Ｚ₀（ｘ₀，ｆ₀），Ｚ₁（ｘ₁，ｆ₁），
Ｚ₂（ｘ₂，ｆ₂）が与えられたとき、これらの３点を通
る２次多項式をＺ＝ｐ(ｘ)とおくと、ｐ(ｘ)は次の〔数
１〕で表される。そして、〔数１〕中のｘに、補間した
い点のｘ座標を代入することによりｐ(ｘ)、すなわちデ
ータ補間されたＺの値が求まる。

【００３１】

【数１】

【００３２】ところで、図６中のＤ₀₁，Ｄ₀₂，Ｄ₁₁，Ｄ
₁₂，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂の各点を３点２次曲線補間する場合、Ｄ
０が感光基板８の端の点であることを考慮すると上の各
点を補間するために採用する実データＤ０，Ｄ１，Ｄ
２，Ｄ３は、次の表１のようになる。

【００３３】

【表１】

【００３４】同様にして実データ間を補完していけば、
感光基板８の所定のＹラインについての補間データが作
成される。これをＹ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５の各Ｙ
ラインについて行えば、感光基板８の全面においてデー
タ補間が終了する。なお、上記のデータ補間は実データ
を３等分したピッチで行ったが、このピッチは細かくも
広くもできる。すなわち、マスク４と感光基板８の間隔
をどのくらいのピッチで制御するかを決定すれば、あと
はその所望のピッチのデータのＸ座標を代入することに
よってＺの補間データが求められることになる。ところ
で、こうして得られたマスク４と感光基板８の間隔と各
投影光学系２３ａ〜２３ｅの焦点距離との差分について
の情報は、マスク４と感光基板８の相対的な間隔をもと
にしているため、マスク４と感光基板８のどちらに凹凸
があるのかは分からない。

【００３５】ここでは、マスク４を理想平面とし、それ
を基準として考えた感光基板８の凹凸を走査露光時にＺ
レベリングステージ７によるレベリング制御で感光基板
８の表面をマスク４のパターン結像面に合わせ込むもの
とする。具体的には、主制御系３３は、平面度マップを
もとに３個の伸縮自在な支点３６ａ〜３６ｃの伸縮量を
調整することにより、レベリング制御及びフォーカス制
御を行う。しかし、感光基板８の代わりにマスク４のＺ
方向位置及びレベリングを制御してもよいし、マスク４
と感光基板８の両方を制御することによっても同様の効
果が得られる。ところで、感光基板８を露光領域内全て
の点に沿って平面度マップ通りに制御できれば、マスク
４と感光基板８は理想的に間隔を最適化できるわけだ
が、平面である感光基板８を投影光学系２３ａ〜２３ｅ
の個々の露光フィールド２９ａ〜２９ｅの全てを理想間
隔に対応するようには動かすことはできない。

【００３６】そこで、露光領域内におけるマスク４と感
光基板８との間隔を最適にするために、図４に示すＺ，
θｘ，θｙを制御することによって近似面を作成し理想
平面へ少しでも近づける。なお、角度θｙの制御は、図
１及び図２に示すように走査方向に複数列の投影光学系
が並んで配置されているときに必要とされるもので、走
査方向に１列の投影光学系のみでマスクパターンを露光
するときにはθｙの制御は必ずしも必要ではない。ここ
で言う近似面とは各計測点における計測結果から算出し
た補間済みデータを使って求めたもので、近似面を求め
る方法は例えば最小自乗法やＭＩＮ−ＭＡＸ法とするこ
とができる。ここでは最小自乗法による近似面制御に関
して説明する。

【００３７】次に、以上のような実データと補間データ
を合わせた補間済みデータを利用して走査型露光装置の
オートフォーカス及びオートレベリングを行う方法を、
最小自乗法を用いる方法を例にとって説明する。図４に
示した座標軸を考える。ある点のレベリング設定前の座
標を（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）とし、レベリング設定後のそ
の点の理想平面からのＺ軸のズレ量をＺｉ’とする。座
標変換の理論からパラメータをθｙ，θｘ，Ｚとすれ
ば、Ｚｉ’は次の〔数２〕で表される。

【００３８】

【数２】Ｚｉ’＝Ｘｉcosθｘsinθｙ−Ｙｉsinθｘ＋
Ｚｉcosθｘcosθｙ＋Ｚところで、上記〔数２〕において、θｘ≒０，θｙ≒０
であるから、〔数２〕は次の〔数３〕のように書くこと
ができる。

【００３９】

【数３】Ｚｉ’＝−Ｘｉθｙ＋Ｙｉθｘ＋Ｚｉ＋Ｚこのとき任意のＺ残差Ｚｉ’の２乗を最小にするような
パラメータ（θｙ，θｘ，Ｚ）を求めて、それらのパラ
メータを行列で表すと、次の〔数４〕となる。

【００４０】

【数４】

【００４１】なお、〔数４〕において、ｎは最小自乗平
面を決定する際に使用する計測点の数を表し、Σはその
ｎ個の計測点についての和をとる。〔数４〕の演算にお
いて使用する計測点は、露光フィールド２９ａ〜２９ｅ
を包含する矩形領域に含まれる平面度マップ上の計測
点、あるいは露光フィールド２９ａ〜２９ｅ内に直接包
含される平面度マップ内の計測点等とすることができ
る。

【００４２】このようにして３つのパラメータが各Ｘ座
標ごとに一意的に求まれば、露光領域の平面度をパラメ
ータを（θｙ，θｘ，Ｚ）としてできる限り最適に追い
込むことで、走査露光において露光領域のパターンを忠
実に転写することができる。複数個の投影光学系２３ａ
〜２３ｅは各々独立した光学系であるため夫々の投影光
学系は焦点距離がわずかに相違していることがあるが、
この実施の形態では近似面を設定する際に各投影光学系
の焦点距離の差も考慮して平面度マップを作成している
ので、露光フィールド２９ａ〜２９ｅの夫々について正
確にマスク４のパターンを感光基板８に転写できる。

【００４３】次に、図７及び図８を参照して、本発明に
よる走査型露光装置の走査露光動作について説明する。
図７は走査露光前後での感光基板の移動を説明する図、
図８は主制御系３３によるオートフォーカス及びオート
レベリング動作を示すフローチャートである。図７
（ａ）は投影光学系に対する−Ｘ方向への往路走査を示
し、図７（ｂ）は＋Ｘ方向への復路走査を示す。走査露
光は復路走査において行われる。マスク４は既に走査ス
テージ６の上部ステージ６ａ上に搬送、載置され、上部
ステージ６ａに対するアライメントが終了しているもの
とする。最初に、図８のステップ１１において、主制御
系３３は、走査ステージ６の下部ステージ６ｂ上に感光
基板８を搬入させる。ステップ１１における感光基板８
の移動は、図７（ａ）の矢印で模式的に示されてい
る。

【００４４】次に、ステップ１２において、主制御系３
３は、マスク４と感光基板とを−Ｘ方向に走査しなが
ら、焦点位置検出系２６ａ〜２６ｅ，２８ａ〜２８ｅに
よって、マスク４と感光基板８との相対的な間隔をＸ方
向に一定のピッチで計測する。この実施の形態で実際に
計測しているのは、前述したように、各投影光学系２３
ａ〜２３ｅの露光フィールド２９ａ〜２９ｅに対応する
Ｙ方向位置（図５に図示したＹ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，
Ｙ５）における、各投影光学系２３ａ〜２３ｅの焦点距
離（ベストフォーカスが得られるマスク、感光基板間距
離）と、実際のマスクと感光基板の間の距離との差であ
る。すなわち、投影光学系２３ａの焦点距離と計測点２
５ａ，２７ａ間の距離の差、投影光学系２３ｂの焦点距
離と計測点２５ｂ，２７ｂ間の距離の差、投影光学系２
３ｃの焦点距離と計測点２５ｃ，２７ｃ間の距離の差な
どが計測される。この計測結果は、その計測点の座標と
ともに記憶装置３３ａに記憶される。この間の感光基板
８の移動は、図７（ａ）に矢印及びで示されてい
る。

【００４５】次に、ステップ１３において、主制御系３
３は、感光基板及びマスクが露光領域から外れている待
機位置において、記憶装置３３ａに記憶されている各計
測点の計測結果を基に、Ｘ軸を細分化したピッチで補間
データを作成する。更に、ステップ１４において、主制
御系３３は、その補間済みデータから各Ｘ座標における
平面度マップの制御パラメータ（θｙ，θｘ，Ｚ）を算
出しておく。ここで、以上述べたデータ全てを記憶して
おくことは記憶装置３３ａへの負荷が大きいため、各Ｘ
座標の制御パラメータ（θｙ，θｘ，Ｚ）が算出できた
なら、そのポイントの座標以外の情報は消去しても良
い。

【００４６】以上のように往路走査にて制御パラメータ
（θｙ，θｘ，Ｚ）が求まると、図７（ｂ）に矢印で
示した＋Ｘ方向への復路走査が開始される。この復路走
査の時、照明光学系３ａ〜３ｅからマスク４上の照明領
域２２ａ〜２２ｅに露光光が照射され、主制御系３３は
ステージ駆動系３４に制御データを与え走査ステージ６
の走査を開始する。すなわちステップ１５において、主
制御系３３は駆動系３４に制御パラメータ（θｙ，θ
ｘ，Ｚ）を供給し、Ｚレベリングステージ７の固定ステ
ージ７ｂ上に設けられた３個の伸縮自在な支点３６ａ〜
３６ｃの伸縮量を調整することにより、感光基板８のＺ
方向位置、及び角度θｙ，θｘを制御することで、走査
露光中におけるマスク４と感光基板８との露光領域の間
隔を適正な状態にしながら感光基板８の全面にマスク４
のパターンを転写する。

【００４７】このようにＺレベリングステージ７に対す
る制御データを主制御系３３からステージ駆動系３４に
送り、そのデータ値に基づいてＺレベリングステージ７
を駆動するのであるが、目標とするＺレベリングステー
ジ７の位置と駆動後のＺレベリングステージ７の位置を
時間遅れなく一致させるためには以下の方法によればよ
い。図５の例のように、制御データをＸ方向にＰｘ／３
のピッチで持っている場合、ある位置Ｘ_nで目標とする
制御が終了したときに、その瞬間から次のＰｘ／３離れ
た位置Ｘ_n+1の制御データを目標に駆動し始め、位置Ｘ
_n+1のところで目標位置に到達するようにステージ駆動
系３４を制御する。同様な方法で走査方向に対して補間
データの存在する全ての点について制御していけば、感
光基板８の全面において遅れなく平面度の制御ができ
る。感光基板８の全面に対するマスク４のパターン露光
が終了すると、ステップ１６で露光された感光基板を搬
出し、次の感光基板の露光準備に入る。

【００４８】以上の構成によれば、各投影光学系２３ａ
〜２３ｅの光軸位置に対応する５つのＹ方向位置で走査
方向の複数の計測点で予め測定されて記憶されているマ
スク４と感光基板８の相対的な間隔と、そこから算出し
た補間データ及び計測位置を情報として持ち、それをも
とに走査露光中におけるマスク４と感光基板８との位置
関係を常に最適な状態で制御でき、これにより精度良く
マスク４のパターンを感光基板８へと転写できる。ここ
で言う最適な状態とは解像力やテレセントリック性能が
最良な状態を指す。ここでは投影光学系を走査方向に２
列設けた場合について説明してきたが、本発明は、投影
光学系が１列の場合にも、また走査方向に３列以上の複
数列存在するときにも同様に適用しうる。

【００４９】更に本実施の形態では、近似面を作成する
際に最小自乗法を用いる例について述べたが、本発明は
これに限らず他の方法を用いて近似面を作成しても良
い。例えば、ＭＩＮ−ＭＡＸ法と呼ばれる方法がある。
これは露光領域内全体の平面度を平均的にならすのでは
なく、最高値と最低値をなだらかに結ぶような平面にす
る方法である。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、マスクや感光基板の表
面状態によらず、感光基板に転写されるパターンの精度
を従来に比べて高めることができる。また、感光基板の
往路走査時に必要な平面度データを採取しておくことに
より、露光動作中にデータ計測しながら平面度を設定す
る方法に比べて露光のための処理時間を短縮することが
できる。更に、データ補間を行えば露光処理時間を悪化
させることなく高精度に平面を理想面に近づけることが
できる。また更に、感光基板を実際に追い込む平面が３
つのパラメータのみで設定できることから、比較的容易
に平面度の最適化制御が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型露光装置の一例の露光部の
斜視図。

【図２】本発明による走査型露光装置の光学系及びステ
ージ系の構成を示す一部を切り欠いた側面図。

【図３】感光基板上での露光フィールドと計測点との関
係を示す平面図。

【図４】実施例で説明する感光基板上の平面度計測点の
配置を示す。

【図５】感光基板上の計測点を示す図。

【図６】計測データから補間データを作成する方法を説
明する図。

【図７】走査露光前後での感光基板の移動を説明する図
であり、（ａ）は往路走査を示し、（ｂ）は復路走査を
示す図。

【図８】オートフォーカス及びオートレベリング動作を
示すフローチャート。

【符号の説明】

１…水銀ランプ、２…楕円鏡、３ａ〜３ｅ…照明光学
系、４…マスク、６…走査ステージ、７…Ｚレベリング
ステージ、７ａ…可動ステージ、７ｂ…固定ステージ、
８…感光基板、２１…パターン領域、２２ａ〜２２ｅ…
照明領域、２３ａ〜２３ｅ…投影光学系、２４…ショッ
ト領域、２５ａ〜２５ｅ…計測点、２６ａ〜２６ｅ…焦
点位置検出系、２７ａ〜２７ｅ…計測点、２８ａ〜２８
ｅ…焦点位置検出系、２９ａ〜２９ｅ…露光フィール
ド、３０…ベース、３７ｅ…加算器、３１…移動鏡、３
２…レーザ干渉計、３３…主制御系、３３ａ…記憶装
置、３４…ステージ駆動系、３５…駆動モータ、３６ａ
〜３６ｅ…伸縮自在な支点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上に形成された複数の照明領域の
像を複数の投影光学系を介して感光基板上の複数の露光
フィールドに投影した状態で、前記マスクと前記感光基
板とを前記複数の投影光学系に対して同期して走査する
ことにより、前記マスクに形成されたパターンの像を前
記感光基板上に走査露光する走査型露光装置において、前記走査露光に先立って、前記複数の投影光学系の光軸
位置に各々対応する前記走査方向と直交する方向の複数
の計測位置において、前記マスクと前記感光基板との間
隔を前記走査方向の複数の計測点で測定する測定手段
と、前記走査方向の複数の計測点で得られたデータから前記
走査方向に隣接する計測点の間を補間する補間データを
算出する演算手段と、前記補間データによって補間された前記マスクと前記感
光基板との間隔のデータを前記マスク又は前記感光基板
上の位置と関連付けて記憶する記憶手段と、前記マスクと前記感光基板との少なくとも一方を駆動
し、前記マスクと前記感光基板との相対的な位置関係を
補正する位置補正手段と、前記走査露光の際に、前記記憶手段に記憶されたデータ
に基づいて、前記マスク上の複数の照明領域と前記感光
基板上の複数の露光フィールドとの間隔が所定の関係を
満たすように前記位置補正手段を制御する制御手段とを
備えることを特徴とする走査型露光装置。
【請求項２】前記測定手段は、前記複数の計測点で、
前記各投影光学系の焦点距離に対する前記マスクと前記
感光基板との間隔の偏差を測定することを特徴とする請
求項１記載の走査型露光装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記記憶手段に記憶さ
れたデータから前記複数の投影光学系の各々の光軸位置
における前記マスクと前記感光基板の間隔を求め、前記
間隔に前記投影光学系の焦点距離の差分をオフセットと
して加算したデータに基づいて前記位置補正手段を制御
することを特徴とする請求項１記載の走査型露光装置。
【請求項４】前記補間データの算出は、走査方向に隣
接する３個の計測点のデータを結ぶ２次曲線に基づいて
行うことを特徴とする請求項１、２又は３記載の走査型
露光装置。
【請求項５】前記位置補正手段は、前記投影光学系の
光軸方向と、前記走査方向を中心軸とした第１の回転方
向と、前記投影光学系の光軸方向及び前記走査方向に垂
直な方向を中心軸とした第２の回転方向のうち、少なく
とも１つを駆動方向とすることを特徴とする請求項１〜
４のいずれか１項記載の走査型露光装置。