JPH11340125A

JPH11340125A - 露光方法及び装置

Info

Publication number: JPH11340125A
Application number: JP10146981A
Authority: JP
Inventors: Shinji Wakamoto; 信二若本; Naoyuki Yamamoto; 直幸山本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系の像面がウエハ表面に対して傾斜
している場合であっても、ウエハ表面を投影光学系の像
面に高速に合わせ込んで露光を行う。【解決手段】ＸＹステージ１３上にＺ駆動部１２Ａ〜
１２Ｃを介して試料台１１が配置され、試料台１１上に
ウエハホルダ１０を介してウエハＷが保持され、ウエハ
Ｗ上にレチクルＲのパターンが転写される。露光前に、
投影光学系ＰＬの像面２２のＸＹステージ１３の走り面
１４ａに対する傾斜角Ｉｔｘを計測しておく。露光時に
ＸＹステージ１３を例えばステップ移動する際には、像
面２２の傾斜角とＸＹステージ１３の位置とに基づいて
Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃの伸縮量を調整し、ウエハＷ表
面のＺ方向の位置、及び傾斜角の補正を行う。そして、
露光位置において、不図示のオートフォーカスセンサで
検出される残存するデフォーカス量が０になるようにウ
エハＷ表面の面位置の補正を行う。

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、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するた
めのフォトリソグラフィ工程中でマスクパターンを基板
上に転写する際に使用される露光方法、及び露光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、マスクと
してのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して、
感光基板としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガ
ラスプレート等）上の各ショット領域に転写する露光装
置が使用されている。従来は露光装置として、ステップ
・アンド・リピート方式の縮小投影型の露光装置（ステ
ッパ）が多用されていたが、最近ではレチクルとウエハ
とを同期走査して露光を行うステップ・アンド・スキャ
ン方式の投影露光装置も注目されている。

【０００３】従来の露光装置には、ウエハの表面を投影
光学系の像面に対して焦点深度の範囲内に合わせ込む
（合焦させる）ために、ウエハの表面の所定の計測点の
デフォーカス量を計測するオートフォーカスセンサと、
その計測値に基づいてウエハの表面のフォーカス位置
（投影光学系の光軸方向の位置）、及び傾斜角を調整す
る機構とからなる合焦機構が備えられている。また、そ
のウエハのフォーカス位置、及び傾斜角を調整する機構
は、ウエハを所定の走り面に沿って２次元的に駆動する
ためのウエハステージ内に組み込まれている。その走り
面とは、そのウエハステージを介してウエハを２次元的
に駆動する際に、そのウエハの或る一点が通過する面
（軌跡）に平行な所定の面を意味しており、そのウエハ
ステージの可動部が例えば所定の定盤の表面に沿って移
動する場合には、その定盤の表面が走り面となる。

【０００４】この場合、投影光学系の像面とその走り面
とが平行でないと、ウエハ上の第１のショット領域への
露光が終了してから、次の第２のショット領域を投影光
学系の露光領域にステップ移動したときのデフォーカス
量が大きくなる。従って、それから合焦機構を動作させ
てウエハ上のその第２のショット領域の表面を像面に合
わせ込むまでの時間が長くなり、露光工程のスループッ
トが低下してしまう。そこで、従来は、例えば露光装置
の組立調整時に、投影光学系自体を傾斜させるか、又は
ウエハステージの走り面の傾斜角を調整する等によっ
て、投影光学系の像面とウエハステージの走り面とをで
きるだけ平行にするための機械的な調整を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の露光
装置においては、投影光学系の像面とウエハステージの
走り面とをできるだけ平行にするために、機械的な調整
を行っていたため、調整に長時間を要するという不都合
があった。また、ウエハステージの走り面の傾斜角はウ
エハステージ（ウエハ）の位置に応じて変化する場合が
ある。この場合には、ウエハステージが所定の基準位置
にあるときにその走り面と像面とをほぼ平行に設定して
も、ウエハステージが移動するとその走り面の傾斜角が
その像面に平行でなくなるために、デフォーカス量が大
きくなって合焦までの時間が長くなるという不都合があ
った。

【０００６】更に、ステップ・アンド・スキャン方式の
投影露光装置において、そのように像面と走り面とを平
行にするための機械的な調整機構を設けると、その調整
機構によって走査露光時の各部材間の機械的な位置関係
の安定性が低下する恐れがあった。本発明は斯かる点に
鑑み、レチクルの投影像の像面とウエハを駆動するため
の走り面とが平行でない場合であっても、その像面の傾
斜角等を調整するための機械的な調整機構を用いること
なく、ウエハの表面をその像面に高速に合わせ込むこと
ができる露光方法を提供することを第１の目的とする。

【０００７】更に本発明は、ウエハの走り面の傾斜角が
変化しているような場合でも、ウエハの位置に依らずに
ウエハの表面をレチクルの投影像の像面に高速に合わせ
込むことができる露光方法を提供することを第２の目的
とする。また、本発明はそのような露光方法を実施でき
る露光装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の露光方法は、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）上の各被露光領域に露光する露光方法にお
いて、予めその投影光学系（ＰＬ）の像面（２２）の傾
斜角を計測しておき、その基板（Ｗ）をその投影光学系
（ＰＬ）の光軸に実質的に垂直な方向に移動する際に、
その基板（Ｗ）のその光軸方向の位置をその像面（２
２）の傾斜角に合わせて補正するものである。

【０００９】斯かる本発明の露光方法によれば、予め所
定方向に対してその投影光学系（ＰＬ）の像面（２２）
のその基板の走り面に対する傾斜角φを計測しておき、
その基板上の１つの被露光領域への露光が終わって、次
の被露光領域を露光位置に移動するために、その基板を
その所定方向に間隔ΔＬだけステップ移動するものとす
ると、そのステップ移動の途中でその基板のその光軸方
向の位置をφ・ΔＬだけ補正する。これによって、その
像面がその走り面に対して傾斜している場合であって
も、ステップ移動後のデフォーカス量は小さくなってい
るため、露光位置で基板表面を像面に高速に合わせ込ん
で露光を行うことができる。

【００１０】また、更に予めその基板（Ｗ）を移動する
基板ステージ（１３）の走り面（１４ａ）の傾斜角の分
布を計測しておき、この計測結果とその基板ステージ
（１３）の位置とに基づいてその基板（Ｗ）表面の傾斜
角を補正することが望ましい。この場合、基板ステージ
の走り面の傾斜角が位置によって異なる場合であって
も、各位置でのデフォーカス量が小さくなって、各位置
で基板表面を投影光学系の像面に高速に合わせ込んで露
光を行うことができる。

【００１１】また、その基板（Ｗ）の傾斜角を補正する
際に、一例としてその基板ステージ（１３）の所定の基
準点（Ｐ（ｘ，ｙ））のその光軸方向の位置を変化させ
ないようにしてもよい。この場合、基板ステージを移動
する際に基板の傾斜角を補正しても、その基板ステージ
の例えば重心の高さが一定に保たれるため、露光装置の
安定性が向上する。

【００１２】また、その基板（Ｗ）の傾斜角を補正する
際に、別の例としてその投影光学系（ＰＬ）による露光
中心（Ｏ）でのその基板ステージ（１３）のその光軸方
向の位置を変化させないようにしてもよい。この場合、
残るデフォーカス量は、主に像面と走り面との間の傾斜
角に基づく光軸方向の位置ずれ量となるため、合焦のた
めの制御が容易になる。

【００１３】また、最終的にその基板（Ｗ）の表面のそ
の像面（２２）に対するデフォーカス量を計測し、この
計測されたデフォーカス量を小さくするようにその基板
（Ｗ）の位置及び傾斜角を制御することが望ましい。こ
の場合、より高精度に基板表面を投影光学系の像面（２
２）に合わせ込んで露光を行うことができる。また、基
板の表面の凹凸が大きい場合であっても、高精度に基板
を像面に合わせ込んで露光を行うことができる。

【００１４】次に、本発明の露光装置は、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）上に露光する露光装置において、その基板（Ｗ）
を保持してその基板（Ｗ）のその投影光学系（ＰＬ）の
光軸方向の位置、及び傾斜角を設定する基板テーブル
（１１，１２Ａ〜１２Ｃ）と、この基板テーブルを保持
してその光軸に実質的に垂直な方向に移動させる基板ス
テージ（１３）と、この基板ステージ（１３）の位置を
計測する計測装置（１６Ｘ，１６Ｙ１，１６Ｙ２）と、
その基板（Ｗ）表面の所定の計測点でのその投影光学系
（ＰＬ）の光軸方向の位置を検出するフォーカス位置検
出系（１９Ａ，１９Ｂ）と、その基板テーブルのその基
板ステージ（１３）に対する相対位置、及び傾斜角を検
出するテーブル位置検出系（５０Ａ〜５０Ｃ）と、その
計測装置（１６Ｘ，１６Ｙ１，１６Ｙ２）の計測結果と
その投影光学系（ＰＬ）の像面（２２）の傾斜角とに基
づいてその基板テーブルの動作を制御する制御系（８）
とを有するものである。斯かる本発明の露光装置によれ
ば、本発明の露光方法を実施することができる。また、
本発明の露光装置は、その像面の傾斜角に沿ってその基
板が移動するように上記の各要素を電気的、機械的、及
び光学的に連結することで組み上げられている。

【００１５】

【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・リピート方式の投影露光装置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、エキシマレーザ光、又はＦ₂等のハ
ロゲン分子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上の矩形の露光領域３内に投影露光される。露光
領域３内にウエハＷ上の被露光領域としての１つのショ
ット領域が位置している。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ＡＸ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。

【００１６】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、Ｙ方
向、及び回転方向にレチクルＲの位置決めを行う。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の位置を制御す
る。

【００１７】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、ボイスコイル
モータ（ＶＣＭ）方式の駆動機構や圧電素子等を使用で
きる。また、Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃには、それぞれ変
位センサ５０Ａ〜５０Ｃ（カム機構ではロータリエンコ
ーダ、ＶＣＭ方式では光学式、又は静電容量型のセンサ
等）が設けられており、Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃの伸縮
量の情報が主制御系８に供給されている。主制御系８で
は、この３箇所のＺ駆動部１２Ａ〜１２Ｃの伸縮量の計
測値から、試料台１１（ウエハＷ）のＸＹステージ１４
に対するＺ方向の位置、及び２次元的な傾斜角を算出す
る。そして、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２次元の傾斜角の制御（レベリング）が行われ
る。

【００１８】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」という）１４ａ
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方向にステッピング移動する。ウエハホルダ１
０、試料台１１、Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃ（変位センサ
５０Ａ〜５０Ｃも含む）、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。また、
試料台１１上には例えばインクリドメータよりなる水平
度検出装置としての水準器２１が設けられており、水準
器２１は試料台１１の水平面に対する２次元的な傾斜角
を測定し、計測結果をデジタルデータとして主制御系８
に供給する。本例では水準器２１を用いてＸＹステージ
１３の走り面１４ａの傾斜角の分布を計測する。

【００１９】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軸のレーザ干渉計１６Ｘよ
りＸ軸の移動鏡１５Ｘに対して、計測用のレーザビーム
１７ＸがＸ軸に沿って照射され、移動鏡１５Ｘで反射さ
れたレーザビーム１７Ｘ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と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１７
Ｘの照射点での移動鏡１５ＸのＸ座標Ｘ_WSを検出し、こ
の値を図１の主制御系８に供給する。

【００２０】また、図２において、Ｙ軸のレーザ干渉計
１６Ｙ１，１６Ｙ２よりＹ軸の移動鏡１５Ｙに対して、
Ｘ方向に所定間隔でレーザビーム１７Ｙ１，１７Ｙ２が
Ｙ軸に沿って照射され、移動鏡１５Ｙで反射されたレー
ザビーム１７Ｙ１，１７Ｙ２がレーザ干渉計１６Ｙ１，
１６Ｙ２に戻されている。レーザ干渉計１６Ｙ１，１６
Ｙ２では、戻されたレーザビームと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、それぞれレーザビーム１７Ｙ１，１７Ｙ２の照射
点での移動鏡１５ＹのＹ座標Ｙ１，Ｙ２を検出する。こ
れらのＹ座標Ｙ１，Ｙ２は図１の主制御系８に供給さ
れ、露光時に主制御系８ではレーザビーム１７Ｙ１によ
って計測されるＹ座標Ｙ１を、移動鏡１５Ｙ、ひいては
試料台１１のＹ座標Ｙ_WSとする。更に主制御系８は、Ｙ
座標Ｙ１、及びレーザビーム１７Ｙ２により計測される
Ｙ座標Ｙ２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。

【００２１】本例では、Ｘ軸のレーザビーム１７Ｘの延
長線上、及びＹ軸のレーザビーム１７Ｙ１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、
及びＹ座標には、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。図１に戻り、レーザ干渉
計１６Ｘ，１６Ｙ１を介して計測されるＸ座標Ｘ_WS、及
びＹ座標Ｙ_WSに基づいて主制御系８は、露光時にウエハ
ステージ駆動系１８を介してＸＹステージ１３の位置決
め動作を行う。

【００２２】また、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Ａ
Ｘ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オートフォーカスセン
サ（以下「ＡＦセンサ」という）が設置されている。図
１において、本例の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。それらの検出点はウエハＷ表面上の投影光
学系ＰＬによる露光領域３の内部の例えば５箇所に設定
されており、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、それらの検出点
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。本例のフォーカス信号は、
それぞれ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各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（光軸ＡＸ方向への位置ずれ
量）を求めることができる。

【００２３】ここで、投影光学系ＰＬの像面を決定する
方法の一例につき説明する。この場合、図２の照射光学
系１９Ａ、及び受光光学系１９ＢよりなるＡＦセンサに
よって、投影光学系ＰＬの矩形の露光領域３の中央（光
軸ＡＸ上）の検出点５１Ａ、及び露光領域３内の４隅の
検出点５１Ｂ〜５１Ｅでのフォーカス位置が検出される
ものとする。そして、図１のレチクルＲの代わりに、そ
れら５個の検出点に対応する位置にそれぞれ評価用パタ
ーンが形成されたテストレチクルを設置し、試料台１１
上のウエハホルダ１０上にフォトレジストが塗布された
未露光のウエハを載置する。その後、図１のＸＹステー
ジ１３をＸ方向、Ｙ方向にステップ移動すると共に、ス
テップ移動する毎にＺ駆動部１２Ａ〜１２Ｃを同じ量だ
け平行に伸縮させて、そのウエハ上の一組のショット領
域に互いにフォーカス位置を一定間隔で変化させた状態
で、それぞれそのテストレチクルのパターン像を露光す
る。その露光に際しては、各ショット領域において、上
記のＡＦセンサを用いて図２の検出点５１Ａ〜５１Ｅに
おけるフォーカス位置を検出して記憶しておく。この段
階では、そのＡＦセンサのキャリブレーションは必ずし
も行っておく必要は無い。

【００２４】次に、露光後のウエハの現像を行ってか
ら、ウエハ上の各ショット領域に形成されるレジストパ
ターンの線幅等を計測して、図２の５個の検出点５１Ａ
〜５１Ｅにおける投影像が最良の状態になるときの５個
のフォーカス位置（ベストフォーカス位置）Ｚ１Ａ〜Ｚ
１Ｅを特定する。その後、例えば最小自乗法によって、
その５個のフォーカス位置Ｚ１Ａ〜Ｚ１Ｅに最も合致す
る平面を像面として決定し、この像面のその５個の検出
点５１Ａ〜５１Ｅにおけるフォーカス位置Ｚ２Ａ〜Ｚ２
Ｅを求め、検出点５１Ａ〜５１Ｅで検出されるフォーカ
ス位置にそれぞれオフセットとして−Ｚ２Ａ〜−Ｚ２Ｅ
を付加する。これによって、検出対象のウエハの表面が
投影光学系ＰＬの像面に合致しているときに、そのＡＦ
センサによって検出点５１Ａ〜５１Ｅで検出されるフォ
ーカス位置がそれぞれ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。

【００２５】次に、本例の投影露光装置において、ＸＹ
ステージ１３の走り面１４ａに対して投影光学系ＰＬの
像面が傾斜している場合の合焦方法について説明する。
図３は、ＸＹステージ１３の走り面１４ａに対して投影
光学系ＰＬの像面２２が傾斜している様子を誇張して示
し、この図３において、投影光学系ＰＬの像面２２は走
り面１４ａに対してＹ軸の周りに（これを「Ｘ方向に」
ともいう）角度Ｉｔｘ（ｒａｄ）傾斜している。また、
像面２２の走り面１４ａに対するＹ方向への（Ｘ軸の周
りの）傾斜角をＩｔｙ（ｒａｄ）とする。この走り面１
４ａに対する像面２２の傾斜角Ｉｔｘ，Ｉｔｙは、露光
開始前に予め計測されており、主制御系８に記憶されて
いる。

【００２６】ここで、走り面１４ａに対する像面２０の
傾斜角Ｉｔｘ，Ｉｔｙを計測する方法の一例につき説明
する。このためには、上記のＡＦセンサが投影光学系Ｐ
Ｌの像面２２に対してキャリブレーションされているも
のとして、ＸＹステージ１３の中心を走り面１４ａ上の
所定の基準点（例えば露光中心（光軸ＡＸ）等）に移動
した後、ウエハホルダ１０上に平面度の良好なウエハを
載置する。そして、図２の露光領域３の中央の検出点５
１Ａにおいて、ＡＦセンサを用いてそのウエハ上の点５
２のフォーカス位置（即ち、ベストフォーカス位置から
のデフォーカス量）Ｚ３Ａを検出する。その後、図１の
Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃをロックした状態で、ＸＹステ
ージ１３をＸ方向、Ｙ方向にステップ移動させてその点
５２を順次、露光領域３の４隅の検出点５１Ｂ〜５１Ｅ
に移動してそれぞれフォーカス位置Ｚ３Ｂ〜Ｚ３Ｅを検
出する。

【００２７】これらの検出結果は主制御系８に供給さ
れ、主制御系８は、例えば最小自乗法を適用して、それ
らのフォーカス位置Ｚ３Ａ〜Ｚ３Ｅを通過する平面を走
り面１４ａとして決定し、この平面のＹ軸の周りの傾斜
角ΘＹ、及びＸ軸の周りの傾斜角ΘＸを算出する。これ
らの傾斜角ΘＹ，ΘＸは像面２２を基準とした走り面１
４ａの傾斜角であるため、基準点における走り面１４ａ
に対する像面２２の傾斜角Ｉｔｘ，Ｉｔｙはそれぞれ−
ΘＹ，−ΘＸとなる。同様にして、ＸＹステージ１３を
走り面１４ａ上でＸ方向、Ｙ方向に所定間隔ずつ移動し
た位置で順次、上記の計測を繰り返すことで走り面１４
ａ上の各位置における像面２２の傾斜角を求めることが
できる。このように走り面１４ａ上の各位置で像面２２
の傾斜角が異なるのは、例えばウエハステージの位置に
よって走り面１４ａの傾斜角が所定の分布を有すること
による。

【００２８】また、より簡便に走り面１４ａの傾斜角の
分布を計測するためには、試料台１１上の水準器２１を
使用してもよい。この場合、最初に走り面１４ａ上の所
定の基準点で上記の方法によって走り面１４ａに対する
像面２２の傾斜角を計測した後、水準器２１を用いて水
平面に対する２次元の傾斜角の基準値を検出する。次
に、Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃをロックした状態で、ＸＹ
ステージ１３を走り面１４ａ上でＸ方向、Ｙ方向に所定
間隔ずつ移動させてそれぞれ水準器２１で２次元の傾斜
角を検出し、この検出結果より上記の傾斜角の基準値を
差し引くことで、その基準点に対する走り面１４ａ上の
各位置での傾斜角の変化量、ひいては走り面１４ａ上で
の傾斜角の分布を迅速に計測することができる。

【００２９】そして、図３のように走り面１４ａに対し
て像面２２が傾斜角Ｉｔｘ，Ｉｔｙで傾斜している場合
の合焦動作の一例は次のようになる。図４は、投影光学
系ＰＬとウエハステージとのＸＹ平面における位置関係
を示し、この図４において、Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃの
それぞれを頂点とする三角形の重心（以下「Ｚ駆動部１
２Ａ〜１２Ｃの中心」という。）を位置Ｐとする。この
Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃの中心位置Ｐの座標（ｘ，ｙ）
は、試料台１１のＸ座標Ｘ_WS及びＹ座標Ｙ_WSに基づいて
算出される。ここでは、位置Ｐの座標（ｘ，ｙ）は、位
置Ｐが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に有るときに原点Ｏ
となる座標（Ｘ _WS，Ｙ_WS）とする。

【００３０】また、Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃの中心Ｐが
原点Ｏに位置しているときに、ウエハＷの表面を走り面
１４ａに平行に合わせ、光軸ＡＸ上でのフォーカス位置
を像面２２に合わせた状態で、Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃ
に備えられた変位センサ５０Ａ〜５０Ｃによって検出さ
れる試料台１１のＺ方向の位置をｚ、Ｙ軸の周り（Ｘ方
向へ）の傾斜角をＴｘ、Ｘ軸の周り（Ｙ方向へ）の傾斜
角をＴｙとする。即ち、原点Ｏでの走り面１４ａの状態
は（Ｔｘ，Ｔｙ，ｚ）である。更に、簡単のため、原点
Ｏから位置Ｐまでの走り面１４ａの傾斜角が一定である
として、位置Ｐ（ｘ，ｙ）における試料台１１のＺ方向
の位置の駆動量をＴｚ、Ｘ方向への傾斜角の駆動量をＴ
ｔｘ、Ｙ方向への傾斜角の駆動量をＴｔｙとする。これ
らの試料台１１の駆動量（Ｔｔｘ，Ｔｔｙ，Ｔｚ）は、
位置Ｐ（ｘ，ｙ）にて変位センサ５０Ａ〜５０Ｃによっ
て検出される姿勢の目標値であり、それぞれ以下の式に
より算出する。Ｔｔｘ＝Ｔｘ＋Ｉｔｘ（１）Ｔｔｙ＝Ｔｙ＋Ｉｔｙ（２）Ｔｚ＝ｚ＋（ｘ・Ｉｔｘ＋ｙ・Ｉｔｙ）（３）

【００３１】主制御系８は、試料台１１が原点Ｏから位
置Ｐに移動する途中でこの（１）〜（３）式より算出し
た駆動量Ｔｔｘ，Ｔｔｙ，Ｔｚに基づいてＺ駆動部１２
Ａ〜１２Ｃの伸縮量を調整し、ウエハＷ表面のＺ方向の
位置、及び傾斜角の補正を行う。これは、走り面１４ａ
に対する像面の傾斜角が（Ｉｔｘ，Ｉｔｙ）であるとき
に、傾斜角の補正が済んでいるものとすると、ＸＹステ
ージ１３を駆動して試料台１１をＸ方向に△ｘ、Ｙ方向
に△ｙ移動させるときに、試料台１１のＺ方向の位置を
（△ｘ・Ｉｔｘ＋△ｙ・Ｉｔｙ）だけずらすことを意味
する。即ち、仮想的に像面傾斜の方向に走り面１４ａの
方向を合わせることを意味している。

【００３２】このように（３）式に基づいて試料台１１
（ウエハＷ表面）のＺ方向の位置を制御することによ
り、例えば次のショット領域の表面を像面に近づけなが
らウエハＷを移動させることができ、露光位置ではウエ
ハＷ表面を像面２２に高速に合わせ込むことができ、ス
ループットの向上を図ることができる。また、本例で
は、ＸＹステージ１３を移動して位置Ｐを（ｘ，ｙ）に
移動する途中で、Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃの伸縮量を
（１）〜（３）式に基づいて調整した後、位置Ｐが露光
位置に達したときに、ここでＡＦセンサにより残存する
ウエハＷのデフォーカス量を測定し、そのデフォーカス
量が０になるようにＺ駆動部１２Ａ〜１２Ｃの伸縮量を
調整してウエハＷ表面のＺ方向の位置、及び傾斜角の最
終的な補正を行う。これにより、ウエハ表面の凹凸が大
きい場合であっても、また、走り面１４ａの傾斜角の計
測値に誤差があっても、高精度にウエハＷ表面を像面２
２に合わせ込むことができる。

【００３３】次に、ＸＹステージ１３の走り面１４ａが
たわんでいる場合のウエハＷ表面の合焦動作の一例につ
いて説明する。なお、簡単のため原点Ｏにおいてウエハ
Ｗ表面は像面２２に合わせ込まれており、ウエハＷのフ
ォーカス位置の補正は行わないものとする。図５は、走
り面１４ａのたわみの一例を誇張して示し、この図５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。この場合、Ｚ駆動部１２Ａ〜１
２Ｃの伸縮量を一定のまま、ＸＹステージ１３を走り面
１４ａに沿ってＸ方向に移動すると、ＸＹステージ１
３、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。

【００３４】図６は、走り面１４ａがＸ軸に対して傾斜
している様子を示し、この図６において、位置Ｐ（ｘ，
ｙ）における走り面１４ａのＸ方向への（Ｙ軸の周り
の）傾斜角をＰｔｘ（ｘ，ｙ）（ｒａｄ）とする。ま
た、位置Ｐ（ｘ，ｙ）における走り面１４ａのＹ方向へ
の（Ｘ軸の周りの）傾斜角をＰｔｙ（ｘ，ｙ）（ｒａ
ｄ）とする。そして、この走り面１４ａ上の各位置にお
ける傾斜角Ｐｔｘ（ｘ，ｙ），Ｐｔｙ（ｘ，ｙ）は、本
例では図５の試料台１１上に設けられている水準器２１
により計測される。

【００３５】図７は、走り面１４ａのＸＹ平面における
傾斜角分布を計測する際の計測位置の配列の一例を示
し、この図７において、本例では走り面１４ａをＸ方
向、Ｙ方向に所定ピッチで分割して得られるＮ箇所の計
測区分６１−１〜６１−Ｎにおいて、試料台１１のＸ方
向への傾斜角Ｉｔｘｉ（ｉ＝１〜Ｎ）及びＹ方向への傾
斜角Ｉｔｙｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を計測する。計測区分６１
−１〜６１−Ｎの配列ピッチは、露光対象のショット配
列の最小ピッチよりも小さく設定されている。この傾斜
角の計測は、露光開始前にＺ駆動部１２Ａ〜１２Ｃの伸
縮量を固定したままＸＹステージ１３の中心を計測区分
６１−１の中心から６１−Ｎの中心まで移動して、それ
ぞれ走り面１４ａの傾斜角を水準器２１により計測する
ことにより行われる。

【００３６】そして、各計測区分６１−ｉ（ｉ＝１〜
Ｎ）における傾斜角（Ｉｔｘｉ，Ｉｔｙｉ）は、主制御
系８に記憶され、露光時には、これらの値に基づいてＺ
駆動部１２Ａ〜１２Ｃの伸縮量が制御され、ウエハＷの
Ｚ方向の位置、及び傾斜角の補正が行われる。この場
合、図６のＸ方向への傾斜角Ｐｔｘ（ｘ，ｙ）、及びＹ
方向への傾斜角Ｐｔｙ（ｘ，ｙ）の値としては、図７の
計測区分６１−ｉ中で最も近い計測区分での傾斜角（Ｉ
ｔｘｉ，Ｉｔｙｉ）、又は周囲の傾斜角の補間値が使用
される。この補正に際しては、ウエハＷ表面上のどの位
置を回転中心としてウエハＷを傾斜させるかによって、
ウエハＷのＺ方向の位置の補正量が異なる。

【００３７】先ず、ウエハＷ表面上のＺ駆動部１２Ａ〜
１２Ｃの中心（即ち、位置Ｐ）のＺ方向の位置が変わら
ないようにウエハＷ表面の傾斜角の調整を行う場合につ
いて、説明する。この場合には、位置Ｐが原点Ｏにあ
り、ウエハＷ表面が像面２２に平行である場合に、Ｚ駆
動部１２Ａ〜１２Ｃの変位センサ５０Ａ〜５０Ｃによっ
て検出される試料台１１のＸ方向への傾斜角Ｔｘ、Ｙ方
向への傾斜角Ｔｙ、Ｚ方向の位置ｚを用いて、位置Ｐが
（ｘ，ｙ）に移動する際の試料台１１（ウエハＷ）の傾
斜角の駆動量Ｔｔｘ，Ｔｔｙ、及びＺ方向への駆動量Ｔ
ｚをそれぞれ以下の式により算出する。Ｔｔｘ＝Ｔｘ−Ｐｔｘ（ｘ，ｙ）（４）Ｔｔｙ＝Ｔｙ−Ｐｔｙ（ｘ，ｙ）（５）Ｔｚ＝ｚ（６）

【００３８】そして、主制御系８はこの（４）〜（６）
式より算出した駆動量Ｔｔｘ，Ｔｔｙ，Ｔｚに基づい
て、例えばＸＹステージ１３のステップ移動中にＺ駆動
部１２Ａ〜１２Ｃの伸縮量を調整し、ウエハＷ表面の傾
斜角の補正を行う。このようにウエハＷ表面の傾斜角を
走り面１４ａの傾斜角を相殺するように補正することに
より、走り面１４ａがたわんでいて走り面１４ａの傾斜
角が位置によって変化する場合であっても、露光位置で
の傾斜角の残留誤差が小さくなり、露光位置で高速にウ
エハＷ表面を像面に合わせ込むことができる。また、Ｘ
Ｙステージ１３（ウエハＷ）を移動する際にウエハＷの
重心のＺ方向の位置が一定に保たれるため、露光装置の
安定性が向上するという利点がある。なお、このような
傾斜角の補正動作と平行に、（１）〜（３）式に基づく
試料台１１（ウエハＷ）のＺ方向の位置の補正も行わ
れ、これによって露光位置でのデフォーカス量が更に小
さくなる。

【００３９】次に、ウエハＷ表面上の投影光学系ＰＬに
よる露光中心（光軸ＡＸ）のＺ方向の位置が変わらない
ようにウエハＷ表面の傾斜角の調整を行う場合について
説明する。この場合には、（４）〜（６）式に対して位
置Ｐが（ｘ，ｙ）に移動する際の試料台１１（ウエハ
Ｗ）の傾斜角の駆動量Ｔｔｘ，Ｔｔｙ、及びＺ方向への
駆動量Ｔｚをそれぞれ以下の式により算出する。Ｔｔｘ＝Ｔｘ−Ｐｔｘ（ｘ，ｙ）（７）Ｔｔｙ＝Ｔｙ−Ｐｔｙ（ｘ，ｙ）（８）Ｔｚ＝ｚ−（ｘ・Ｐｔｘ（ｘ，ｙ）＋ｙ・Ｐｔｙ（ｘ，ｙ））（９）

【００４０】そして、主制御系８は、この（７）〜
（９）式より算出した駆動量Ｔｔｘ，Ｔｔｙ，Ｔｚに基
づいて、例えばステップ移動中にＺ駆動部１２Ａ〜１２
Ｃの伸縮量を調整し、ウエハＷ表面のＺ方向の位置、及
び傾斜角の補正を行う。このようにウエハＷ表面上の投
影光学系ＰＬによる露光中心（光軸ＡＸ）を回転中心と
してウエハＷを傾斜させることにより、ＸＹステージ１
３（ウエハＷ）を移動する際に露光中心におけるウエハ
Ｗ表面のＺ方向の位置が一定に保たれる。従って、更に
（１）〜（３）式に基づいてＺ方向の位置を補正する際
には、Ｚ方向への制御量のみを補正すればよいため制御
は容易になることがある。但し、（４）〜（６）式、又
は（７）〜（９）式の何れを用いるかは、制御方式によ
って任意である。

【００４１】なお、本発明は、本例のようなステップ・
アンド・リピート方式の投影露光装置のみならず、近年
主流となってきているステップ・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にも適用することが
できる。走査露光型の投影露光装置に本発明を適用する
場合には、ステップ移動中に上記の実施の形態のように
走り面１４ａの傾斜角に応じた補正を行うのみならず、
走査露光中にも（１）〜（３）式を用いて試料台（ウエ
ハ）のフォーカス位置の制御量の初期値を設定すること
で、ウエハ表面を像面の傾斜方向に沿って走査できる。
従って、残存するデフォーカス量が小さくなる。また、
走査露光型でも投影光学系を傾斜させるための柔構造的
な調整機構を設ける必要がなくなるため、走査露光時の
投影光学系の支持の安定性が向上する。

【００４２】また、上記の実施の形態の投影露光装置
は、複数のレンズから構成される照明光学系１、投影光
学系ＰＬを露光装置本体に組み込み光学調整をすると共
に、多数の機械部品からなるレチクルステージ４やＸＹ
ステージ１３を露光装置本体に取り付けて配線や配管を
接続し、更に実施の形態で詳述したように投影光学系Ｐ
Ｌの像面の傾斜角の計測やＸＹステージ１３の走り面の
傾斜角の分布を計測し、総合調整（電気調整、動作確認
等）をすることにより製造することができる。また、投
影露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理された
クリーンルームで行うことが望ましい。なお、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ことは勿論である。

【００４３】

【発明の効果】本発明の露光方法によれば、例えば基板
をステップ移動する途中で像面の傾斜角に合わせてその
基板の投影光学系の光軸方向の位置を補正するため、露
光位置でのデフォーカス量が小さくなって、基板表面を
像面に高速に合わせ込んで露光を行うことができる。ま
た、基板ステージの走り面の傾斜角の分布を計測してお
き、この結果より基板の傾斜角を補正するときには、そ
の走り面の傾斜角が変化していても、各位置で高速に基
板の合焦を行うことができる。

【００４４】次に、本発明の露光装置によれば、本発明
の露光方法を実施することができ、また、投影光学系を
傾斜させるための機構を設ける必要がないため、露光装
置の安定性が向上するという利点がある。

【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及びＡ
Ｆセンサを示す斜視図である。

【図３】ＸＹステージ１３の走り面１４ａに対して投
影光学系ＰＬの像面２２が傾斜している様子を示す図で
ある。

【図４】投影光学系ＰＬとウエハステージとのＸＹ平
面における位置関係を示す平面図である。

【図５】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６】ＸＹステージ１３の走り面１４ａがＹ軸の周
りに（Ｘ方向に）傾斜している様子を示す図である。

【図７】ＸＹステージ１３の走り面１４ａの傾斜角分
布を計測する際の計測区分の一例を示す図である。

【符号の説明】

Ｒレチクル、Ｗウエハ、ＰＬ投影光学系、１照
明光学系、８主制御系、１０ウエハホルダ、１１
試料台、１３ＸＹステージ、１４ａ走り面、１５
Ｘ，１５Ｙ移動鏡、１６Ｘ，１６Ｙ１，１６Ｙ２レ
ーザ干渉計、１９ＡＡＦセンサの照射光学系、１９Ｂ
ＡＦセンサの受光光学系、２１水準器、５０Ａ〜５
０Ｃ変位センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターンの像を投影光学系を介
して基板上の各被露光領域に露光する露光方法におい
て、予め前記投影光学系の像面の傾斜角を計測しておき、前
記基板を前記投影光学系の光軸に実質的に垂直な方向に
移動する際に、前記基板の前記光軸方向の位置を前記像
面の傾斜角に合わせて補正することを特徴とする露光方
法。
【請求項２】請求項１記載の露光方法であって、更に予め前記基板を移動する基板ステージの走り面の傾
斜角の分布を計測しておき、該計測結果と前記基板ステ
ージの位置とに基づいて前記基板表面の傾斜角を補正す
ることを特徴とする露光方法。
【請求項３】請求項２記載の露光方法であって、前記基板の傾斜角を補正する際に、前記基板ステージの
所定の基準点の前記光軸方向の位置を変化させないこと
を特徴とする露光方法。
【請求項４】請求項２記載の露光方法であって、前記基板の傾斜角を補正する際に、前記投影光学系によ
る露光中心での前記基板ステージの前記光軸方向の位置
を変化させないことを特徴とする露光方法。
【請求項５】請求項１〜４の何れか一項記載の露光方
法であって、最終的に前記基板の表面の前記像面に対するデフォーカ
ス量を計測し、該計測されたデフォーカス量を小さくす
るように前記基板の位置及び傾斜角を制御することを特
徴とする露光方法。
【請求項６】マスクのパターンの像を投影光学系を介
して基板上に露光する露光装置において、前記基板を保持して前記基板の前記投影光学系の光軸方
向の位置、及び傾斜角を設定する基板テーブルと、該基
板テーブルを保持して前記光軸に実質的に垂直な方向に
移動させる基板ステージと、該基板ステージの位置を計
測する計測装置と、前記基板表面の所定の計測点での前
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、前記基板テーブルの前記基板ステージに対
する相対位置、及び傾斜角を検出するテーブル位置検出
系と、前記計測装置の計測結果と前記投影光学系の像面
の傾斜角とに基づいて前記基板テーブルの動作を制御す
る制御系と、を有することを特徴とする露光装置。