JPH08321457A

JPH08321457A - 露光装置

Info

Publication number: JPH08321457A
Application number: JP15221995A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hagiwara; 茂萩原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】サブミクロンサイズのゴミ等の異物が存在し
てもその影響を受けることなく、基板の平面度を高精度
に確保する。【構成】ホルダ２４が多数の面要素５２から成り、各
面要素５２には吸着孔がそれぞれ形成されている。各面
要素５２は上下方向に独立して駆動可能に構成されてい
る。このため、ホルダ２４上にウエハが保持された状態
でホルダ２４が設けられたステージが２次元方向に移動
すると、ＡＦセンサ等によりウエハの平面度が検出さ
れ、この平面度の検出結果に応じて各面要素を上下動さ
せることにより、面要素５２に対応する部分毎にウエハ
の平面度を補正することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光装置に係り、更に
詳しくはマスクに形成されたパターンを２次元方向に移
動可能なステージ上の感光基板に転写する露光装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子又は液晶表示素子
等をフォトリソグラフィ工程で製造する場合に、種々の
露光装置が使用されているが、現在では、フォトマスク
又はレチクル（以下、適宜「レチクル」と総称する）の
パターンを表面にフォトレジスト等の感光剤が塗布され
た基板、例えばウエハ上に投影光学系を介して転写する
露光装置が一般的に使用されている。かかる従来の露光
装置ではウエハを平坦な状態で固定するために、ウエハ
ステージ上に取り付けられたウエハホルダによってウエ
ハを吸着して保持していた。

【０００３】しかしながら、ウエハを保持するウエハホ
ルダとウエハとの間にゴミ等の異物が存在する状態でウ
エハを吸着すると、その異物によりウエハの露光面の平
面度が悪化する。その露光面の平面度の悪化は、ウエハ
の各ショット領域の位置ずれ誤差やフォーカス誤差の要
因となり、ＬＳＩ等を製造する際の歩留りを悪化させる
大きな要因となっていた。そのため、従来は一般に一定
間隔で装置を停止して露光作業を中断し、ウエハホルダ
を作業者の手が届く位置に移動させて、砥石や無塵布を
用いて作業者が手作業にてウエハホルダ全体を拭いてい
た。

【０００４】図１６には、従来のウエハホルダの清掃作
業の様子が示されている。この図１６において、投影光
学系ＰＬの同図におけるＸ方向の一側面にＸ方向位置計
測用の固定鏡１９０が固定され、投影光学系ＰＬのＸ方
向に垂直なＹ方向の一側面にＹ方向位置計測用の固定鏡
１９１が固定されている。また、投影光学系ＰＬの下方
（同図における紙面奥側）にはウエハホルダ１９２が配
置され、このウエハホルダ１９２はウエハステージ１９
３上に固定されている。ウエハホルダ１９２は薄い円板
状であり、その表面には同心円状に数本の溝１９４が形
成されている。また、ウエハホルダ１９２上にウエハを
載置して、ウエハホルダ１９２の表面の多数の吸着孔
（図示省略）から真空ポンプで負圧をかけることによ
り、そのウエハがウエハホルダ１９２上に吸着して保持
される。

【０００５】そして、ウエハホルダ１９２を清掃する場
合には、図１６に示されるように、ウエハホルダ１９２
からウエハを取り外した状態で、ウエハステージ１９３
の一端部が投影光学系ＰＬの下方に来るようウエハステ
ージ１９３を移動してその位置に固定する。次に、ウエ
ハホルダ１９２上に砥石又は無塵布より成るクリーニン
グ部材１９５を置いて、作業者が指１９６でクリーニン
グ部材１９５を一定の圧力でウエハホルダ１９２に押し
付け、矢印で示されるように、ウエハホルダ１９２の全
面を移動させることにより、ウエハホルダ１９２上の異
物を除去するようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように作業者がマニュアル（手作業）でウエハホルダの
清掃を行うのでは、ウエハホルダの全面を拭くのに例え
ば３０分から１時間程度の時間を要し、実際の露光を行
える時間が短縮されてスループットが低下するという不
都合があった。また、露光を行える時間を長くするため
に、ウエハホルダの清掃頻度を一日に１回程度にした場
合には、ウエハホルダ上に異物が吸着されたままウエハ
への露光が行われる確率が高くなり、半導体素子等の歩
留まりが悪化するおそれがあった。

【０００７】更には、作業者がマニュアルで清掃を行う
のでは、ウエハホルダ上に部分的な拭きムラが残る可能
性があり、作業者からの新たな発塵がウエハホルダに付
着する２次的な発塵も問題となっていた。

【０００８】かかる問題点を改善すべく、ウエハホルダ
の自動清掃機構が様々な形で提案されてきた（特開平５
−８２４１１号公報等参照）。

【０００９】しかしながら、ＬＳＩの集積度が上がるに
つれ、ますます高精度なアライメント及びオートフォー
カス技術が要求されるようになり、ウエハ裏面に付着し
た異物によってウエハ自身が変形し、このため、アライ
メント結果に誤差をもたらしたり、露光に支障をもたら
す等の不具合が発生するおそれが生じている。ウエハ裏
面とウエハホルダとの間の異物は簡単に落ちるものもあ
れば、ウエハホルダにこびりついて離れなかったりする
など、悪質な不良の要因となるおそれがある。

【００１０】線幅が小さくなるにつれて問題となる異物
のサイズも小さくなり、将来的には従来では問題にされ
ることがなかった０．１μｍサイズの異物の存在までが
問題となる程のウエハの平面度が要求されるものと考え
られる。しかしながら、サブミクロンサイズの異物は検
出が困難であるばかりか、サブミクロンサイズの異物の
除去は容易なことではなく、挙動も不審であったりして
大変厄介な問題の一つである。しかしながら、かかるサ
ブミクロンサイズの異物を除去するための有効な手段
は、何も講じられていないのが現状である。

【００１１】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その目的は、サブミクロンサイズのゴミ等の異物が
存在してもその影響を受けることなく、基板の平面度を
高精度に確保することができる露光装置を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
マスクに形成されたパターンを２次元方向に移動可能な
ステージ上に保持された感光基板に転写する露光装置で
あって、前記ステージ上に設けられ、前記感光基板の保
持部材を構成する多数の面要素と；前記各面要素にそれ
ぞれ設けられ、前記感光基板を吸着する吸着機構と；前
記各面要素を独立に前記ステージ移動面にほぼ直交する
方向に駆動する多数の駆動機構と；前記保持部材上に保
持された感光基板表面の所定の計測点における前記ステ
ージ移動面に直交する方向の位置を光電検出する検出手
段と；ショット領域の大きさと前記感光基板上のショッ
ト領域の配置情報とから算出される各ショット領域と前
記各面要素との相対的な位置関係の情報と、前記検出手
段の検出結果とに基づいて前記感光基板表面の凹凸変形
を補正するのに必要な面要素の駆動量を逐次算出する演
算手段と；前記演算手段により算出された駆動量に応じ
て対応する前記駆動機構を駆動制御する制御手段とを有
する。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の露
光装置において、前記検出手段により検出された前記感
光基板上の各ショット領域内の複数の計測点における計
測値の最大値が所定の閾値を超えている場合に、前記各
ショット領域と前記各面要素との相対的な位置関係の情
報に基づいて前記計測値が最大となる計測点に最も近い
面要素の前記吸着機構による前記感光基板の吸着を解除
すると共に、当該吸着機構が設けられた前記面要素の駆
動機構を前記感光基板から離れる方向に駆動制御する第
２の制御手段が更に設けられていることを特徴とする。

【００１４】請求項３記載の発明は、マスクに所定形状
の照明光を照射する照明光学系を有し、マスクとステー
ジとを投影光学系に対して所定の走査方向に同期して移
動させつつ前記マスクに形成されたパターンを前記ステ
ージ上に保持された感光基板に転写する露光装置であっ
て、前記ステージ上に設けられ、前記感光基板の保持部
材を構成する前記走査方向がその長手方向とされた多数
の面要素と；前記各面要素にそれぞれ設けられ、前記感
光基板を吸着する吸着機構と；前記各面要素を独立に前
記ステージ移動面にほぼ直交する方向に駆動する多数の
駆動機構と；前記保持部材上に保持された感光基板表面
の複数の計測点における前記ステージ移動面に直交する
方向の位置を同時に光電検出する検出手段と；ショット
領域の大きさと前記感光基板上のショット領域の配置情
報とから算出される各ショット領域と前記各面要素との
相対的な位置関係の情報と、前記検出手段の検出結果と
に基づいて前記感光基板表面の凹凸変形を補正するのに
必要な面要素の駆動量を逐次算出する演算手段と；前記
演算手段により算出された駆動量に応じて対応する前記
駆動機構を駆動制御する制御手段とを有する。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
のいずれかに記載の露光装置において、前記各面要素
は、感光基板の温度調整機構を有することを特徴とす
る。

【００１６】請求項５記載の発明は、請求項１ないし４
のいずれかに記載の露光装置において、前記駆動機構と
駆動機構との間に、異物補集用の空気吸引手段が設けら
れていることを特徴とする。

【００１７】請求項６記載の発明は、請求項３に記載の
露光装置において、検出手段が所定形状の露光領域に感
光基板上の所定点がスキャン移動される前に、感光基板
上の所定点の高さ位置を検出することを特徴とする。

【００１８】

【作用】請求項１記載の発明によれば、保持部材上に感
光基板が保持された状態でステージが２次元方向に移動
すると、検出手段では感光基板表面の複数の計測点にお
けるステージ移動面に直交する方向の位置を光電検出す
る。これによって、感光基板表面の平面度の測定が行な
われる。演算手段では、ショット領域の大きさと感光基
板上のショット領域の配置情報とから算出される各ショ
ット領域と保持部材を構成する各面要素との相対的な位
置関係の情報と、検出手段の検出結果（平面度測定の結
果）とに基づいて感光基板表面の凹凸変形を補正するの
に必要な面要素の駆動量を逐次算出する。制御手段では
演算手段により算出されたそれぞれの面要素駆動量に応
じて対応する駆動機構を駆動制御する。この場合におい
て、各面要素に設けられた各吸着機構ではそれぞれ感光
基板を吸着しているので、各駆動機構によって各面要素
が算出された駆動量分駆動されると、各面要素に吸着さ
れた感光基板の各部分がステージ移動面に直交する方向
に駆動され、結果的に感光基板表面の凹凸変形が補正さ
れる。

【００１９】請求項２記載の発明によれば、第２の制御
手段では、検出手段により検出された感光基板上の各シ
ョット領域内の複数の計測点における計測値の最大値が
所定の閾値を超えている場合に、各ショット領域と各面
要素との相対的な位置関係の情報に基づいて計測値が最
大となる計測点に最も近い面要素の吸着機構による感光
基板の吸着を解除すると共に、当該吸着機構が設けられ
た面要素の駆動機構を感光基板から離れる方向に駆動制
御する。従って、面要素が感光基板の裏面を吸着したま
まの状態では、感光基板表面の凹凸の補正ができないよ
うな大きな異物が感光基板裏面と面要素との間に存在す
る場合に、その面要素を感光基板の保持の役目から開放
し、面要素がその大きな異物を介して感光基板を押圧し
ないようにする。

【００２０】請求項３記載の発明によれば、マスクと保
持部材上に感光基板が保持された状態のステージとが所
定の走査方向に平行移動されると、検出手段では保持部
材上に保持された感光基板表面の複数の計測点における
ステージ移動面に直交する方向の位置を同時に光電検出
する。これによって、感光基板表面の平面度の測定が行
なわれる。演算手段では、ショット領域の大きさと感光
基板上のショット領域の配置情報とから算出される各シ
ョット領域と保持部材を構成する各面要素との相対的な
位置関係の情報と、検出手段の検出結果（平面度測定の
結果）とに基づいて感光基板表面の凹凸変形を補正する
のに必要な面要素の駆動量を逐次算出する。

【００２１】制御手段では演算手段により算出されたそ
れぞれの面要素駆動量に応じて対応する駆動機構を駆動
制御する。この場合において、各面要素に設けられた各
吸着機構ではそれぞれ感光基板を吸着しているので、各
駆動機構によって各面要素が算出された駆動量分駆動さ
れると、各面要素に吸着された感光基板の各部分がステ
ージ移動面に直交する方向に駆動され、結果的に感光基
板表面の凹凸変形が補正される。

【００２２】請求項４記載の発明によれば、各面要素
は、感光基板の温度調整機構を有することから、露光時
の温度上昇による感光基板の変形を抑制することができ
る。

【００２３】請求項５記載の発明によれば、駆動機構と
駆動機構との間に、異物補集用の空気吸引手段が設けら
れていることから、例えば、保持部材上に感光基板が載
置されていないときの雰囲気中の異物や、保持部材上に
載置された感光基板裏面の異物等を吸引することができ
る。

【００２４】請求項６記載の発明によれば、検出手段で
は、感光基板表面の露光すべきショット領域のみでな
く、その手前の領域でもステージ移動面に直交する方向
の位置を検出できるので、いわゆる先読みによって感光
基板表面のステージ移動直交方向の位置を検出すること
も可能である。かかる先読みを行なう場合には、ショッ
ト領域の露光位置への位置決め前に基板表面の凹凸を補
正することができ、露光位置ではアライメントを素早く
行なうことが可能となる。特に、スキャン型の投影露光
装置の場合に自動焦点合わせを多点焦点位置検出系によ
る先読み制御にて行なう場合に、走査方向（スキャン方
向）では、いわゆる平均化効果によってある程度の精度
を確保できるのに対し、非走査方向では精度が悪くなり
がちであるが、保持部材を構成する多数の面要素は走査
方向がその長手方向とされているので、非走査方向の分
解能を高くすることができる。

【００２５】

【実施例】《第１実施例》以下、本発明の第１実施例を図１ないし
図９に基づいて説明する。

【００２６】図１には、第１実施例に係る露光装置１０
の概略構成が示されている。この露光装置１０は、いわ
ゆるステップアンドリピート方式の縮小投影型露光装置
（ウエハステッパー）である。

【００２７】この露光装置１０は、感光基板としてのウ
エハＷを保持して基準平面内をＸＹ２次元方向に移動す
るステージとしてのＸステージ１２を備えたＸＹステー
ジ装置１４と、前記基準平面に直交するＺ方向をその光
軸ＡＸの方向としてＸＹステージ装置１４の上方に配置
された投影光学系ＰＬと、この投影光学系ＰＬの上方に
その光軸ＡＸに直交して配置されたマスクとしてのレチ
クルＲとを備えている。

【００２８】この内、ＸＹステージ装置１４は、図示し
ないベース上を図１におけるＹ方向に往復移動可能なＹ
ステージ１６と、このＹステージ１６上をＹ方向と直交
するＸ方向に往復移動可能な前記Ｘステージ１２と、こ
のＸステージ１２上に設けられた略正方形状のＺステー
ジ１８とを有している。Ｙステージ１６は駆動部２０に
よって駆動されるようになっており、Ｘステージ１２は
Ｙステージ１６上に設けられた駆動部２２によって駆動
されるようになっている。また、Ｚステージ１８は図示
しない駆動機構を介して光軸ＡＸ方向に上下動可能にな
っている。このＺステージ１８上には、保持部材として
のウエハホルダ２４（これについては、後に詳述する）
が設けられ、このウエハホルダ２４上にウエハＷが保持
されている。

【００２９】Ｚステージ１８は、Ｘステージ１２上にＸ
Ｙ方向に位置決めされかつＺ軸方向の移動のみが許容さ
れた状態で取り付けられており、このＺステージ１８の
Ｙ方向の一端面にはＸ方向に延びるＹ方向位置検出用の
移動鏡２６が取り付けられ、Ｘ方向の一端面にはＹ方向
に延びるＸ方向位置検出用の移動鏡２８が取り付けられ
ている。また、前述した従来例と同様に、投影光学系Ｐ
ＬのＹ方向の一側にはＹ方向位置検出用の固定鏡（図示
省略）が固定され、Ｘ方向の一側にはＸ方向位置検出用
の固定鏡（図示省略）が固定されている。移動鏡２６に
対向してＹ方向位置検出用のレーザ干渉計３０が配置さ
れ、移動鏡２８に対向してＸ方向位置検出用のレーザ干
渉計３２が配置されている。

【００３０】このため、レーザ干渉計３２からＸ方向に
射出された平行なレーザビームＬＢ１及びＬＢ２は、そ
れぞれ固定鏡及びＹ方向に伸びた移動鏡２８に垂直に入
射し、レーザ干渉計３０からＹ方向に射出された平行な
レーザビームＬＢ３及びＬＢ４は、それぞれ固定鏡及び
Ｘ方向に伸びた移動鏡２６に垂直に入射する。これらの
レーザ干渉計３２及び３０によってＸステージ１２のＸ
Ｙ座標位置、即ちウエハＷ上のショット領域の２次元的
な位置（座標位置）が計測される。

【００３１】前記レチクルＲは４つのコーナー部分に真
空吸着部３４を有するレチクルホルダ３６上に保持され
ている。このレチクルホルダ３６は、レチクルＲ上に回
路パターンが形成された領域であるパターン領域ＰＡに
対応した開口３８を有し、実際には、図示しない駆動手
段によりＸ方向、Ｙ方向、θ方向（Ｚ軸回りの回転方
向）に微動可能となっており、これによって、パターン
領域ＰＡの中心（レチクルセンタ）が投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸを通るようにレチクルＲの位置決めが可能な構
成となっている。

【００３２】また、本第１実施例では、投影光学系ＰＬ
の露光フィールド内にウエハＷが位置したとき、ウエハ
Ｗ表面のＺ方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するため
に、検出手段としての斜入射光式の焦点検出系が設けら
れている。この焦点検出系は、ウエハＷの表面に斜めに
結像光束を投射する照射光学系４０と、その光束の反射
光を受光して光電検出し、ウエハＷの表面のＺ軸方向の
位置（フォーカス位置）、又は投影光学系ＰＬの結像面
からのずれ量に応じた検出信号を出力する集光光学系４
２とから構成されている。この焦点検出系は、公知の露
光装置、例えば特開昭５６−４２２０５号公報や特開昭
６０−１６８１１２号公報に開示されているものと同様
の構成となっている。

【００３３】本実施例では、前記焦点検出系を構成する
集光光学系４２の検出信号は、主制御装置４４に供給さ
れるようになっている。主制御装置４４では、集光光学
系４２から供給された検出信号に基づいて後述するよう
に種々の制御を行なう。

【００３４】主制御装置４４には、ブラウン管等から成
るディスプレイ４６及び警報器４８が接続されている。
ディスプレイ４６には、主制御装置４４で判断された装
置の状態を示す種々のデータが表示される。この表示デ
ータとしては、投影光学系ＰＬの結像面とウエハＷ表面
との平行度（解像不良）に関する情報や警告が含まれて
いる。また、警報器４８は、主制御装置４４からの警報
信号ＡＬＭの入力により、解像不良に関する警報のみを
単独に表示する。この警報器４８は、警報信号ＡＬＭの
内容に応じて音、光等の表示状態を変え、オペレータ
（作業者）への注意を促す。なお、警報信号ＡＬＭの内
容は表示データにも含まれており、ディスプレイ４６に
も表示されるようになっている。

【００３５】また、主制御装置４４には、入力手段とし
てのキーボード（図示省略）が接続されており、オペレ
ータはこのキーボードを介して主制御装置４４に必要な
情報を与えることができるようになっている。例えば、
このキーボードから後述するショットサイズ、全ショッ
ト数Ｎ、ショット配列、プロセス対応の為のパラメー
タ、像面湾曲補正の為のパラメータ等が入力される。

【００３６】更に、投影光学系ＰＬの側面近傍には、ウ
エハＷ上のウエハアライメントマークを検出するオフ・
アクシスのアライメント顕微鏡５０が配置されており、
このアライメント顕微鏡５０の検出信号も、主制御装置
４４に供給されるようになっている。

【００３７】本第１実施例の露光装置１０では、アライ
メント顕微鏡５０の検出信号に基づいてレチクルＲとウ
エハＷとの位置合わせ（アライメント）が行なわれ、前
述した焦点検出系の検出信号に基づいてレチクルＲのパ
ターン面とウエハＷ表面とが投影光学系ＰＬに関して共
役となるように、投影光学系の結像面とウエハＷ表面と
が一致するようにオートフォーカスが行なわれる。この
位置決め及び合焦がなされた状態で、図示しない照明光
学系から射出された露光光により、レチクルＲのパター
ン領域ＰＡがほぼ均一な照度で照明されると、レチクル
Ｒのパターンの縮小像が投影光学系ＰＬを介して表面に
フォトレジストが塗布されたウエハＷ上に結像投影され
る。

【００３８】ここで、図示は省略したが、照明光学系
は、例えば水銀ランプ等の光源と、この光源から射出さ
れた露光光を集光する楕円鏡と、この集光された露光光
をほぼ平行な光束に変換するインプットレンズと、この
インプットレンズから出力された光束が入射して後側
（レチクル側）焦点面に多数の二次光源を形成するフラ
イアイレンズと、これら二次光源から射出された露光光
を集光してレチクルを均一な照度で照明するコンデンサ
ーレンズ系等を含んで構成することができる。

【００３９】次に、ウエハホルダ２４の構成について説
明する。図２（Ａ）には、ウエハホルダ２４の平面図が
示されており、図２（Ｂ）には同図（Ａ）のＡ−Ａ線概
略断面図が示されている。これらの図に示されるよう
に、ウエハホルダ２４は多数の面要素５２を含んで構成
されている。各面要素５２の形状は円形とされている。

【００４０】図３（Ａ）、（Ｂ）には、一つの面要素５
２及びこの近傍部分が一部破断して示されている。この
図３に示されるように、面要素５２のウエハ保持面（同
図における上面）と反対側の面には、支持軸５４の一端
が接続され、この支持軸５４の他端は該支持軸５４を図
３における上下方向（Ｚ軸方向）に駆動する駆動機構５
６の一端に接続されている。駆動機構５６は、例えば圧
電素子であるピエゾ素子で構成され、この駆動機構５６
への電圧の印加量に応じて支持軸５４を介して面要素５
２のＺ軸方向の変位量を５／１００μｍ程度の精度で調
整可能な構成となっている。なお、駆動機構５６は、必
ずしもピエゾ素子によって構成する必要はなく、上記の
５／１００μｍ程度の精度を達成できるアクチュエータ
であれば、超音波リニアモータ等他のアクチュエータを
採用しても良い。

【００４１】面要素５２の中心には、吸着孔５８が形成
されており、この吸着孔５８にはバキューム配管６０の
一端が接続されている。このバキューム配管６０の他端
は図示しない真空ポンプ等に接続されており、この真空
ポンプの作動によって吸着孔５８を介してウエハＷの裏
面が面要素５２に吸着されるようになっている。本実施
例では、吸着孔５８、バキューム配管６０によって吸着
機構が構成されている。

【００４２】更に、面要素５２の裏面側には、当該面要
素５２の裏面に接触した状態で屈曲自在の温度調整機構
を構成する温度調整用配管６２が配置されている。この
温度調整用配管６２は、例えば、フレキシブルに曲げる
ことの出来るチューブ等で構成され、内部には冷媒が流
れている。このため、露光光によりウエハＷが加熱さ
れ、熱伝導現象により面要素５２の温度が上昇した場合
に、温度調整用配管６２と面要素５２との間で熱交換が
行なわれ、これによって面要素５２、ひいてはウエハＷ
が冷却されるようになっている。従って、かかる面要素
５２の冷却という観点からは、面要素５２が熱伝導性の
良い材質から構成され、温度調整用配管６２の面要素５
２裏面との接触面積は可能な限り大きくなるように設定
することが望ましい。このようにすることにより、露光
時にウエハＷが露光光の照射の影響で熱膨脹して歩留ま
りが悪化するのを防止することができるからである。

【００４３】ウエハホルダ２４を構成する各面要素５２
の周辺各部は、上記のようにして構成されており、各面
要素５２を駆動する駆動機構５６は、主制御装置４４に
よりそれぞれ独立して駆動制御されるようになってい
る。

【００４４】更に、本実施例では、図４の縦断面図に示
されるように、ウエハホルダ２４を構成する底板６４に
は、各駆動機構５６相互間に、空気吸引手段を構成する
別のバキューム配管用の孔６６が形成されている。これ
は、ウエハＷの裏面に付着されてウエハホルダ２４付近
にまで運ばれてきた異物が、何等かの原因で舞い上がっ
たりしてウエハＷの露光面等を汚染しないように、浮遊
している異物を必要に応じて補集出来るようにしたもの
である。この孔６６は、図５の配置図に示されるよう
に、駆動機構５６と駆動機構５６との間に形成されてい
る。これらの孔６６には、図示しない真空ポンプ等が図
示しない配管を介して接続されており、この真空ポンプ
が主制御装置４４によって後述するようにしてオン・オ
フ制御されるようになっている。

【００４５】ウエハホルダ２４の底板６４の周囲には、
周壁６７が設けられており、ウエハＷを載置した状態で
はウエハホルダ２４の内部空間に存在する異物が周囲に
出ていかないようになっている。

【００４６】次に、上述のようにして構成された本第１
実施例の露光装置１０の動作を、主制御装置４４の主要
な制御アルゴリズムを示す図６のフローチャートに沿っ
て、図８及び図９を参照しつつ説明する。この制御アル
ゴリズムがスタートするのは、オペレータが図示しない
スタートボタンを押下し、露光開始の指示コマンドが主
制御装置４４に入力されたときである。

【００４７】まず、ステップ１００で、キーボードから
ショットサイズ、全ショット数Ｎ、ショット配列、プロ
セス対応の為のパラメータ、像面湾曲補正の為のパラメ
ータ等の入力が終了するのを待つ。なお、以下の説明で
は、説明の複雑化を防止すべく、プロセス対応、像面湾
曲補正等については言及しないものとする。

【００４８】オペレータがキーボードを操作し、上記各
パラメータに続いてパラメータの入力が終了した旨のコ
マンドが入力されると、ステップ１００の判断が肯定さ
れ、ステップ１０２に進んで各ショット領域（以下、適
宜「ショット」という）毎に、補正のためどの面要素５
２を用いるべきか、面要素５２の中心がそのショットに
対して相対的にどのような配置を取るのか、を計算で求
める。

【００４９】面要素５２とウエハＷ上のショットとの位
置関係は、図９（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように種々の
位置関係をとることができる。これらの図において、中
央の強調された矩形領域Ａが露光されるショット領域を
示している。

【００５０】ここで、ショットの配列と面要素５２の配
列との関係について、説明すると、ショットサイズと面
要素５２の間隔が同じ場合は、ショット配列によって、
図９（Ａ）に示されるようにショットＡの中央部に面要
素５２が位置する場合と、図９（Ｂ）に示されるように
ショットＡの中央部に面要素５２が位置せず、面要素５
２の中心がショットＡの各辺の中央部に位置する場合の
２通りに大別できる。

【００５１】また、ショットサイズが面要素５２の間隔
（面要素５２の中心間距離）より小さい場合は、図９
（Ｃ）に示されるようになる。この反対に、ショットサ
イズが面要素５２の間隔より大きい場合は、図９（Ｄ）
に示されるようになる。最終製品であるＬＳＩの種類に
応じてウエハＷ上のショットサイズは異なる場合が多
く、面要素５２の間隔をショットサイズに常に対応させ
るのは困難なので、面要素５２がショット中央に位置す
るものと中央に位置しないものとが混在した、図９
（Ｃ）、（Ｄ）のような場合の方が一般的である。

【００５２】これら図９（Ｃ）、（Ｄ）において、露光
されるショットＡ以外のショットに着目するとそれらの
領域の補正に用いられる面要素５２は、ショット毎にシ
ョットに対して異なる位置関係となることがわかる。

【００５３】図９（Ａ）〜（Ｄ）において、強調して示
されるショットＡの表面の凹凸の補正に用いられるのは
５２ａのように実線で示された面要素５２であり、二点
鎖線で示された面要素５２ｂは補正に用いられないもの
である。

【００５４】ここで、フローチャートの説明に戻ると、
ステップ１０２における計算は、ショットサイズと、シ
ョット配列（各ショットのウエハＷ上の配置のデータ）
と、予めメモリ内に記憶されている面要素５２の配置の
データとに基づいてなされる。即ち、後述するように、
ウエハＷはウエハホルダ２４に対してある程度の精度で
位置決め（プリアライメント）されるので、ショットサ
イズとショット配列を指定することで、簡単に面要素５
２と各ショット間の位置関係が算出され、それぞれの位
置関係に応じて各ショットに対して制御に用いられる面
要素５２が計算される。

【００５５】次のステップ１０４では、ステップ１０２
における計算結果、すなわち補正に用いられる面要素５
２がどれであるのかという情報と、各面要素５２のショ
ットに対する相対的な位置情報は、各々のショットにつ
いて整理され、記憶される。このようにして、各ショッ
トと駆動すべき面要素５２との対応関係を予め明確にし
ておいて、後に各ショットの凹凸を調整するために必要
な面要素５２の上下駆動補正量の算出時に用いようとす
るものである。

【００５６】次のステップ１０６では全ての面要素５２
が同一平面上に並ぶように、全ての面要素５２の駆動機
構５６を同一の電圧を印加して面要素５２のイニシャラ
イズを行なうと共に、図示しない真空ポンプを作動させ
て、ウエハホルダ２４周辺に異物が浮遊することがない
ように駆動機構５６相互間に配置された異物吸引用の孔
６６から空気吸引を開始する。

【００５７】次のステップ１０８では図示しないウエハ
ロードアームの駆動機構を制御してウエハロードアーム
によりウエハＷをウエハホルダ２４上に移載させる。こ
こで、このウエハホルダ２４上に移載される際には、事
前にウエハＷは図示しないプリアライメント装置上で回
転方向の位置決めがなされているものとする。

【００５８】次のステップ１１０では図示しない真空ポ
ンプを停止して孔６６からの空気吸引（ゴミ用バキュー
ム）を停止する。これは、孔６６からの空気吸引を続け
ると、ウエハホルダ２４の周壁６７上面にウエハＷが吸
着され、固定されてしまい、続いて行なわれるウエハＷ
のプリアライメントに悪影響がでるおそれがあるので、
これを防止するためである。

【００５９】次のステップ１１２では、ウエハＷのウエ
ハホルダ２４に対する位置合わせ、即ちプリアライメン
トを図示しないウエハ中心出し機構を用いて行ない、あ
る程度までウエハの位置ズレを追い込む。ウエハ中心出
し機構としては、ウエハホルダ２４の周りに放射状に配
置された複数のガイドに沿って同一量だけウエハホルダ
２４中心に向けて移動する複数のピンによりウエハＷの
側面をたたく機構等が使用される。

【００６０】ウエハＷのプリアライメントが終了する
と、ステップ１１３に進んで図示しない真空ポンプの制
御手段を介して全ての面要素５２上の吸着孔５８から空
気吸引を開始し、ウエハＷをウエハホルダ２４上に吸着
・固定した後、ステップ１１４に進んで図示しないタイ
マー用カウンタをリセット（カウント値ｎ←０）する。

【００６１】次のステップ１１６で図示しない真空ポン
プをオンして孔６６からの空気吸引を開始し、プリアラ
イメント時にウエハＷ裏面やウエハホルダ２４の面上か
ら遊離した異物を吸引する。図４には、このときの様子
が示されており、ウエハＷ裏面や面要素５２上から遊離
した異物、あるいはウエハホルダ２４近傍を浮遊してい
た異物が孔６６に向かって吸い込まれていることがわか
る。

【００６２】次のステップ１１８では図示しないタイマ
ー用カウンタを１インクリメント（ｎ←ｎ＋１）した
後、ステップ１２０に進んでカウント値ｎが予め定めた
時間δｔに対応する値ｎ₀以上であるか否かを判断す
る。このステップ１２０の判断が否定された場合は、ス
テップ１１８に戻り、ステップ１１８→ステップ１２０
の処理・判断を繰り返す。このようにして一定時間δｔ
が経過するのを待つ。一定時間δｔが経過してステップ
１２０の判断が肯定されると、ステップ１２２に進んで
図示しない真空ポンプを停止して孔６６からのゴミ用バ
キュームを停止する。

【００６３】このように、ウエハＷのプリアリメント
後、一定時間δｔの間だけ、孔６６から吸引を行なうの
は、あまり長い間、ウエハＷがウエハホルダ２４に固定
された状態で孔６６からの空気の吸引を続けると、ウエ
ハＷ裏面とウエハホルダ２４の間に隙間が無いために、
ウエハＷ裏面にかかる負圧が余計な振動等の原因になっ
たり、ウエハＷに不要な変形が生じるおそれがあるの
で、これを防止するためである。

【００６４】次のステップ１２４ではウエハの「平面度
確保及び露光処理」のサブルーチンに移行する。

【００６５】このサブルーチンでは、図７のフローチャ
ートに示されるように、ステップ２００でウエハＷ上を
分割した複数の計測領域（この計測領域はショット領域
と一致していてもよい）の番号を示す図示しないカウン
タのカウント値Ｍを初期設定として「１」に設定する。

【００６６】次のステップ２０２では番号Ｍの計測領域
を投影光学系ＰＬの露光フィールド内にへ位置決めすべ
く、レーザ干渉計３０、３２の出力をモニタしつつ予め
メモリ内に記憶されたショット番号Ｍの計測領域の座標
値に基づいて駆動系２０、２２を駆動することにより、
Ｘステージ１２を２次元方向に移動する。

【００６７】次のステップ２０４では、当該計測領域の
ウエハＷ表面の各計測点におけるＺ方向位置を検出すべ
く、多点ＡＦ計測を行なう。具体的には、干渉計３０、
３２の出力をモニタしつつ駆動系２０、２２を介して所
定範囲内でＸステージ１２を２次元方向に移動させる間
に、複数の計測点で投影光学系ＰＬの結像面からのウエ
ハＷ表面のＺ軸方向の位置ずれ量（焦点ずれ量）Ｚ_iを
焦点検出系を構成する集光光学系４２の検出信号に基づ
いて計測する。各計測値Ｚ_iは計測点の座標と対応づけ
てメモリに記憶される。なお、このステップ２０４の処
理は、いわゆる多点フォーカス位置検出系（これについ
ては、後述する第２実施例で詳述する）を用いて行なう
ようにしても良い。

【００６８】次のステップ２０６では、カウント値Ｍが
全計測領域数Ｍ₀以上であるか否かを判断し、この判断
が否定された場合は、ステップ２０８に進んで計測領域
の番号を示す図示しないカウンタを１インクリメント
（Ｍ←Ｍ＋１）した後、ステップ２０２に戻り、上記処
理・判断を繰り返す。

【００６９】全計測領域について多点ＡＦ計測が完了
し、ステップ２０６における判断が肯定されると、ステ
ップ２１０に進んで、上記多点ＡＦ計測で得られた各計
測値Ｚ_iを予め定めた補正可能許容値Ｚ_limitと比較す
る。これは、Ｚ_iがＺ_limitより大きい場合は、ウエハ
Ｗを吸着した状態で面要素５２をＺ軸方向に駆動するこ
とによってはウエハＷ表面の平面度を十分なレベルまで
補正できないような大きな異物が面要素５２とウエハＷ
裏面との間に存在するか否かを判断するためである。

【００７０】次のステップ２１２ではステップ２１０の
比較結果に基づいてＺ_i＞Ｚ_limitとなる計測点がある
か否かを判断し、この判断が肯定された場合はステップ
２１４に進んでＺ_i＞Ｚ_limit となる計測点が存在する
ショット領域を全て求める。このショット領域の番号
は、メモリに記憶される。

【００７１】以下のステップ２１６〜ステップ２３２ま
での処理は、Ｚ_i＞Ｚ_limitとなる計測点が存在するシ
ョット領域の全てについてそれぞれ行なわれる。但し、
Ｚi＞Ｚlimit となる計測点が存在しないショット領域
については行なわれない。

【００７２】ステップ２１６では、最初のショットを露
光位置へ位置決めすべく、レーザ干渉計３０，３２の出
力をモニタしつつ予めメモリ内に記憶されたそのショッ
トの座標値に基づいて駆動系２２、２０を駆動すること
により、Ｘステージ１２を２次元移動する。

【００７３】そのショットの位置決めがなされると、ス
テップ２１８に進んでそのショットに対応する面要素５
２の内、最大の計測値Ｚ_maxとなる計測点に最も近い面
要素５２を計算で求める。この際に、前記ステップ１０
４でメモリに記憶された計算結果が使用される。

【００７４】Ｚ_maxとなる計測点に最も近い面要素５２
が求まると、ステップ２２０に進んで図示しない真空ポ
ンプの制御系を介してその面要素５２によるウエハの吸
引を解除した後、ステップ２２２に進んでその面要素５
２の駆動機構５６への電圧印加を停止する。これによ
り、その駆動機構５６を構成する圧電素子が電圧印加前
の状態に復帰して縮み、その面要素５２が下方へ移動す
る。

【００７５】これにより、例えば、図８（Ａ）に示され
るように、大きい異物１１がウエハＷと面要素５２との
間に存在している場合に、図８（Ｂ）に示されるよう
に、その異物１１がウエハＷと接触しないところまで面
要素５２が下がり、ウエハＷ表面の凸凹が補正される。
なお、図８（Ｂ）では、異物１１が下方へ移動した面要
素５２の上に存在する場合が示されているが、異物１１
はウエハＷの裏面に付着したままの状態であってもかま
わない。

【００７６】次のステップ２２４では、再びそのショッ
ト領域の多点ＡＦ計測を、ステップ２０４で説明したの
と同様にして行なった後、ステップ２２６に進んで最大
計測値Ｚ_max がＺ_limit 以下であるか否かを判断する。
そして、この判断が否定された場合は、大きな異物の存
在により、結果的に使用できない面要素５２がそのショ
ットあるいはその近傍に２つ以上あることになるので、
ウエハホルダ２４の清掃が必要な状態であると判断して
ステップ２２８に進んでエラー信号を出した後、ステッ
プ２３０で問題となる面要素５２がどの面要素であるか
をディスプレイ上に表示して作業者に清掃作業を促した
後、本ルーチンの処理を強制終了する。なお、この場
合、ウエハＷ裏面の異物以外の要因によるウエハＷの変
形が原因である場合もあり得るので、作業者はウエハホ
ルダ２４の清掃時にこの点についても確認することが望
ましい。

【００７７】この一方、最大計測値Ｚ_max がＺ_limit 以
下であるため、ステップ２２６における判断が肯定され
た場合は、ステップ２３２に進んでＺ_i＞Ｚ_limit とな
る計測点が存在するショット領域の全てについて補正可
能性の判断が終了したか否かを判断し、この判断が否定
された場合には、ステップ２１６に戻って上記処理・判
断を繰り返す。

【００７８】Ｚ_i＞Ｚ_limit となる計測点が存在するシ
ョット領域の全てが補正可能である場合であって、当該
ショット領域の全てについて補正可能性の判断が終了し
た場合には、ステップ２３２における判断が肯定される
ので、ステップ２３４に移行する。ここで、Ｚ_i＞Ｚ
_limit となる計測点が存在するショット領域が補正可能
である場合とは、そのショット領域に対応する面要素５
２の内、使用できないものは多くても１つであり、残り
の面要素５２はウエハＷを吸着した状態でＺ軸方向に駆
動すればそのショット領域ではウエハＷ表面の平面度を
十分なレベルまで補正できる場合をいう。

【００７９】上記ステップ２１０の比較結果に基づいて
Ｚ_i＞Ｚ_limit となる計測点があるか否かを判断した結
果、Ｚ_i＞Ｚ_limit となる計測点が存在するショット領
域がなく、上記ステップ２１２における判断が否定され
た場合も、Ｚ_i＞Ｚ_limit となる計測点が存在するショ
ット領域の全てが補正可能である場合であって、当該シ
ョット領域の全てについて補正可能性の判断が終了した
場合と同様ステップ２３４に進む。

【００８０】このステップ２３４では、ウエハＷ上の全
てのショットについて、各ショット毎に、ステップ２０
４又はステップ２２４の計測結果とステップ１０４でメ
モリに記憶された各面要素５２と露光ショットの相対位
置情報とに基づいて、ショット領域の平面度の補正に用
いられる各面要素５２の上下駆動量の計算を行う。

【００８１】次のステップ２３６では、ショット領域の
番号を示す図示しないカウンタのカウント値Ｎを初期設
定として「１」に設定した後、ステップ２３８に進んで
上記ステップ２３４で計算された上下駆動量分だけショ
ット番号Ｎのショット領域に対応する面要素５２をそれ
ぞれの駆動機構５６を介して同時に駆動する。これによ
り、ウエハホルダ２４上に固定されたウエハＷの凹凸変
形がそのショット領域部分で補正される。

【００８２】次のステップ２４０では、ウエハＷの変形
が補正されたので、当該ショット番号Ｎのショット領域
を露光位置へ位置決めするためのＸステージ１２の移動
（ステッピング）を行ない、ステップ２４２で当該Ｎ番
目のショットのアライメントを行なった後、ステップ２
４４でそのショットの露光を行なう。次のステップ２４
６ではカウント値Ｎが全ショット数Ｎ₀以上であるか否
かを判断し、この判断が否定された場合は、ステップ２
４８でショット領域の番号を示す図示しないカウンタを
１インクリメント（Ｎ←Ｎ＋１）した後、ステップ２０
２に戻り、上記処理・判断を繰り返す。即ち、ステップ
２３８〜ステップ２４８の処理を繰り返すことにより、
ショット領域毎のウエハＷ表面の平面度の補正（凹凸補
正）といわゆるステップアンドリピート方式の露光を行
なうのである。

【００８３】このようにして、ウエハＷ上の全てのショ
ットの露光が終了すると、ステップ２４６の判断が肯定
され、図６のメインルーチンのステップ１２６にリター
ンする。

【００８４】メインルーチンのステップ１２６では、図
示しない真空吸着手段の制御系を介してウエハ吸引用の
バキュームを停止した後、ステップ１２８に進んで全て
の面要素５２の駆動機構５６に最大電圧を印加してウエ
ハＷをＺ方向上方に持ち上げる。これにより、ウエハＷ
とウエハホルダ２４の周壁６７との間に隙間ができるの
で、次のステップ１３０でウエハＷ裏面についていた異
物の飛散防止の為に孔６６からの空気吸引（ゴミ用バキ
ューム）を開始する。このように、ウエハＷがウエハホ
ルダ２４から離れた瞬間からゴミ用バキュームを再開す
るのは、ウエハＷの交換の際に異物の移動が生じ易いと
考えられるからである。

【００８５】次のステップ１３２では、図示しないウエ
ハアンロードアームの駆動機構を制御してウエハアンロ
ードアームによってウエハＷをアンロードする。ここ
で、アンロードアームの形状、構造がいわゆるセンター
アップに対応したものの場合は、上記ステップ１２８に
おいて中心部の面要素５２にのみを最大電圧で駆動する
ようにしておけば良い。

【００８６】次のステップ１３４では、メモリの所定の
領域をアクセスしてキーボードからパラメータの変更の
指示が入力されているか否かを判断し、この判断が否定
された場合、即ち、ショットサイズ、ショット配列等の
緒パラメータが変更されない場合は、ステップ１０６に
戻って上記処理・判断を繰り返す。この場合、前記ステ
ップ２２２において、補正不能な程大きな異物の影響を
その異物が乗っている面要素５２を下げることで回避で
きた場合も、ステップ１０６からの処理の繰り返しの際
には、その異物が乗っていた面要素５２も再びウエハＷ
の保持に供されることになるが、これは、その後のウエ
ハ交換時の処理中に、何等かの要因で、異物が遊離し取
れる場合があり得るので、これを考慮してあえてこのよ
うにしているのである。

【００８７】一方、ステップ１３４における判断が肯定
された場合には、ステップ１００に戻って、最初から上
記処理・判断を繰り返す。

【００８８】以上説明したような、本ルーチンの一連の
処理により、ウエハ裏面に存在するサブミクロンサイズ
の異物の影響を受け難く、ウエハＷの平面度を高精度に
確保して良好な露光を実現することが可能になる。

【００８９】これまでの説明から明らかなように、本第
１実施例では主制御装置４４の機能によって演算手段、
制御手段及び第２の制御手段が実現されている。

【００９０】なお、上記第１実施例では、プロセス等の
影響を考慮することなく、ウエハＷ表面の凹凸が平面へ
と補正される場合を例示したが、予めプロセス等でウエ
ハ面が変形することが既知の場合は、その場合の理想曲
面を設定しておいてその理想曲面へ補正を行うようにす
ることも可能である。

【００９１】また、上記第１実施例ではウエハＷ上の一
点でその表面の光軸方向の位置を検出する光電式の焦点
検出系を用いる場合を例示したが、これに代えて後述す
る第２実施例で説明するようなウエハＷ上の複数点に光
を照射し、その複数の計測点のウエハ表面の光軸方向の
位置を同時に検出する多点フォーカス位置検出系を用い
ても良く、このようにすればステップ２０４等における
多点ＡＦ計測をより短時間で行なうことが可能になる。

【００９２】また、上記第１実施例では、補正許容値を
超える計測値を示すショットが、面要素の保持解除によ
っても補正不能である場合には、作業を強制終了する場
合を例示したが、補正不能となる原因が面要素上のゴミ
に依らないで、プロセスによるウエハそのものの変形で
ある場合も有り得るので、作業を強制終了せずに、歪み
を完全に除去できないまでも、可能な限りの補正を行な
うモードが選択できるように制御アルゴリズムを変更し
ても良い。このモードは、補正不能のショットが少な
く、その都度作業が終了することによって大きくスルー
プットが低下してしまうことが問題となるような場合に
も適用可能となる。

【００９３】《第２実施例》次に、本発明の第２実施例
を図１０ないし図１３に基づいて説明する。ここで、前
述した第１実施例と同一若しくは同等の構成部分につい
ては同一の符号を付すものとする。

【００９４】図１０には、第２実施例に係る露光装置７
０の構成が示されている。この露光装置７０は、いわゆ
る多点フォーカス位置検出系を備えたスリットスキャン
方式の投影露光装置である。

【００９５】この露光装置７０は、図１０における紙面
直交方向に沿って配置されたレチクル支持台７１と、ウ
エハ支持台７２とを備えている。

【００９６】レチクル支持台７１上には、Ｙ方向（図１
０における左右方向）に駆動自在なレチクルＹ駆動ステ
ージ７３が載置され、このレチクルＹ駆動ステージ７３
上にレチクル微小駆動ステージ７４が載置され、レチク
ル微小駆動ステージ７４上にマスクとしてのレチクルＲ
が図示しない真空チャック等により吸着され保持されて
いる。レチクル微小駆動ステージ７４は、投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸ方向であるＺ軸方向に直交する面内で図１
０の紙面に直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ軸回りの回転
方向（θ方向）にそれぞれ微小量だけ且つ高精度にレチ
クルＲの位置制御を行う。レチクル微小駆動ステージ７
４上には移動鏡７５が配置され、レチクル支持台７１上
に配置された干渉計７６によって、常時レチクル微小駆
動ステージ７４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモ
ニタされている。干渉計７６により得られた位置情報Ｓ
1 が主制御装置４４に供給されている。

【００９７】ウエハ支持台７２上には、Ｙ方向に駆動自
在なＹステージ１６が載置され、その上にＸ軸方向に駆
動自在なＸステージ１２が載置され、その上にＺステー
ジ１８が設けられている。更に、このＺステージ１８上
に、保持部材としてのウエハホルダ２５が載置され、こ
のウエハホルダ２５によってウエハＷが真空吸着によっ
て保持されている。Ｚステージ１８上にも移動鏡２７が
固定され、外部に配置された干渉計３１により、Ｚステ
ージ１８のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニタさ
れ、干渉計３１により得られた位置情報も主制御装置４
４に供給されている。主制御装置４４は、ウエハ駆動装
置２１等を介してＹステージ１６、Ｘステージ１２及び
Ｚステージ１８の位置決め動作を制御すると共に、装置
全体の動作を制御する。

【００９８】また、ウエハ側の干渉計３１によって計測
される座標により規定されるウエハ座標系と、レチクル
側の干渉計７６によって計測される座標により規定され
るレチクル座標系の対応をとるために、Ｚステージ１８
上のウエハＷの近傍に基準マーク板７７が固定されてい
る。この基準マーク板７７上には各種基準マークが形成
されている。これらの基準マークの中にはＺステージ１
８側に導かれた照明光により裏側から照明されている基
準マーク、即ち発光性の基準マークも設けられている。

【００９９】レチクルＲの上方には、基準マーク板７７
上の基準マークとレチクルＲ上のマークとを同時に観察
するためのレチクルアライメント顕微鏡７８Ａ及び７８
Ｂが装備されている。この場合、レチクルＲからの検出
光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡７８Ａ及び７
８Ｂに導くための偏向ミラー７９Ａ及び７９Ｂが移動自
在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御
装置４４からの指令のもとで、ミラー駆動装置８０Ａ及
び８０Ｂによりそれぞれ偏向ミラー７９Ａ及び７９Ｂは
待避される。

【０１００】この露光装置７０によれば、図示しない照
明光学系からの露光光ＥＬによる矩形の照明領域（以
下、適宜「スリット状の照明領域」という）によりレチ
クルＲ上のパターンが照明され、そのパターンの像が投
影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影露光される。こ
の際、露光光ＥＬのスリット状の照明領域に対して、レ
チクルＲが図１０の左側（又は右側）に一定速度Ｖで走
査されるのに同期して、ウエハＷは図１０の右側（又は
左側）に一定速度Ｖ／β（１／βは投影光学系ＰＬの縮
小倍率）で走査される。

【０１０１】かかる露光の際に、レチクルＲ上のパター
ンがウエハＷ上に正確に転写されるには、レチクルＲ上
のパターン形成面（レチクル面）とウエハＷの露光面と
は投影光学系ＰＬに関して共役になっている必要がある
が、投影倍率が高く、焦点深度が大きいためにレチクル
面はあまり変動しない。そこで、本第２実施例では、ウ
エハＷの露光面が投影光学系ＰＬの像面に焦点深度の範
囲内で合致しているかどうか（合焦しているかどうか）
を検出する検出手段としての斜入射式の多点フォーカス
位置検出系が設けられている。

【０１０２】この多点フォーカス位置検出系は、光ファ
イバ束８１、集光レンズ８２、パターン形成板８３、レ
ンズ８４、ミラー８５及び照射対物レンズ８６から成る
照射光学系４０と、集光対物レンズ８７、回転方向振動
板８８、結像レンズ８９、受光器９０から成る集光光学
系４２とから構成されている。

【０１０３】この多点フォーカス位置検出系の構成各部
の作用を説明すると、露光光ＥＬとは異なるウエハＷ上
のフォトレジストを感光させない波長の照明光が、図示
しない照明光源から光ファイバ束８１を介して導かれて
いる。光ファイバ束８１から射出された照明光は、集光
レンズ８２を経てパターン形成板８３を照明する。パタ
ーン形成板８３を透過した照明光は、レンズ８４、ミラ
ー８５及び照射対物レンズ８６を経てウエハＷの露光面
に投影され、ウエハＷの露光面にはパターン形成板８３
上のパターンの像が光軸ＡＸに対して斜めに投影結像さ
れる。ウエハＷで反射された照明光は、集光対物レンズ
８７、回転方向振動板８８及び結像レンズ８９を経て受
光器９０の受光面に投影され、受光器９０の受光面に
は、パターン形成板８３上のパターンの像が再結像され
る。ここで、主制御装置４４は加振装置９２を介して回
転方向振動板８８に後述するような振動を与え、受光器
９０の多数の受光素子からの検出信号が信号処理装置９
１に供給され、信号処理装置９１は、各検出信号を加振
装置９２の駆動信号で同期検波して得た多数のフォーカ
ス信号を主制御装置４４に供給する。

【０１０４】ここで、図１１に基づいてパターン形成板
８３上のパターン、ウエハＷの露光面上に形成されるこ
のパターンの像、及び受光器９０の受光面上に再結像さ
れるパターンの像について更に詳述する。

【０１０５】図１１（Ｂ）には、パターン形成板８３が
示されている。この図に示されるように、パターン形成
板８３の第１列目には９個のスリット状の開口パターン
９３−１１〜９３−１９が形成され、第２列目〜第５列
目にもそれぞれ９個の開口パターン９３−２１〜９３−
５９が形成されている。即ち、パターン形成板８３に
は、合計で４５個のスリット状の開口パターンが形成さ
れており、これらのスリット状の開口パターンの像がウ
エハＷの露光面上にＸ軸及びＹ軸に対して斜めに投影さ
れる。

【０１０６】図１１（Ａ）には、投影光学系ＰＬの下方
のウエハＷの露光面が示されている。この図において、
投影光学系ＰＬの円形の照明視野９４に内接するＸ方向
に長い矩形の露光フィールド９５内にレチクルＲのパタ
ーンが露光され、この露光フィールド９５に対してＹ方
向にウエハＷが走査（スキャン）される。本実施例の多
点フォーカス位置検出系により、露光フィールド９５の
Ｙ方向の上側のＸ方向に伸びた第１列の９個の計測点Ａ
Ｆ１１〜ＡＦ１９、第２列の計測点ＡＦ２１〜ＡＦ２
９、露光フィールド９５内の第３列の計測点ＡＦ３１〜
ＡＦ３９、露光フィールド９５のＹ方向の下側の第４列
の計測点ＡＦ４１〜ＡＦ４９及び第５列の計測点ＡＦ５
１〜ＡＦ５９にそれぞれスリット状の開口パターンの像
が投影される。

【０１０７】図１１（Ｃ）には、多点フォーカス位置検
出系の受光器９０が示されている。この受光器９０上に
第１列目には９個の受光素子９６−１１〜９６−１９が
配置され、第２列目〜第５列目にもそれぞれ９個の受光
素子９６−２１〜９６−５９が配置されている。この
内、第１列目、第２列目の受光素子は、図１１（Ａ）の
Ｙ軸方向に沿って＋Ｙ方向にウエハＷがスキャンされた
ときの先読みセンサ（ウエハＷ上の所定点が露光フィー
ルド９５に達する前にウエハＷ上の該所定点の高さ位置
を計測するセンサ）である。また、第４列目、第５列目
の受光素子は、反対にＹ軸方向に沿って−Ｙ方向にウエ
ハＷがスキャンする時の先読みセンサである。

【０１０８】前記の如く、受光器９０には、合計で４５
個の受光素子が配列されており、各受光素子上にはスリ
ット状の絞り（図示省略）が配置されている。また、そ
れら受光素子９６−１１〜９６−５９上にそれぞれ図１
１（Ａ）の計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９に投影されたスリ
ット状の開口パターンの像が再結像される。そして、ウ
エハＷの露光面で反射された光を、回転方向振動板８８
で回転振動することで、受光器９０上では再結像された
各像の位置が絞りの幅方向であるＲＤ方向に振動する。

【０１０９】各受光素子９６−１１〜９６−５９の検出
信号が信号処理装置９１に供給され、信号処理装置９１
ではそれぞれの検出信号を回転振動周波数の信号で同期
検波することにより、ウエハＷ上の各計測点ＡＦ１１〜
ＡＦ５９のフォーカス位置に対応する４５個のフォーカ
ス信号を生成し、これら４５個のフォーカス信号の内の
所定のフォーカス信号より、ウエハＷの平均的なフォー
カス位置を算出する。これら計測されたフォーカス位置
は主制御装置４４に供給され、主制御装置４４は、その
供給されたフォーカス位置に基づいて駆動装置２１及び
Ｚステージ１８を介してウエハＷのフォーカス位置の設
定を行う。

【０１１０】従って、本第２実施例では図１１（Ａ）に
示す４５個の全ての計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９のフォー
カス位置を計測することができる。

【０１１１】但し、実際の露光時には、例えば、特開平
６−２８３４０３号公報に記載されているように、露光
位置制御、完全先読み制御、分割先読み制御等のウエハ
露光面の制御方法が可能であり、これらのウエハ露光面
の制御方法に応じて、また、ウエハＷのスキャン方向に
応じて、上記４５個の計測点中で実際にフォーカス位置
を計測する点の位置は変えられる。

【０１１２】さらに、スリットスキャン露光時のフォー
カス位置の計測結果は、ウエハ側のステージの移動座標
に応じて逐次変化していくため、それらフォーカス位置
の計測結果は、ステージのスキャン方向の座標及び非ス
キャン方向の計測点の座標よりなる２次元のマップとし
て主制御装置４４内の記憶装置に記憶される。この様に
記憶された計測結果を用いて、露光時のウエハＷのフォ
ーカス位置が算出される。そして、実際にＺステージ１
８を駆動してウエハＷの露光面のフォーカス位置を設定
する場合は、計測結果に従ってオープンループ制御によ
りＺステージ１８の動作が制御される。この場合、予め
計測された結果に基づいて露光フィールド９５内での露
光が行われる。

【０１１３】次に、本第２実施例のウエハホルダ２５に
ついて説明する。このウエハホルダ２５を構成する面要
素５３は、図１２に示されるように、スキャン方向に長
手方向を持つ長方形状とされている。この面要素はスキ
ャン方向に長い楕円形であっても良い。これは、スキャ
ン方式では、完全先読み制御（又は分割先読み制御）を
行うことにより、スキャン方向に対しては、フォーカス
ずれが、平均化効果により改善されるが、非スキャン方
向に対しては改善されない、ということを考慮し、非ス
キャン方向の分解能を上げて、きめ細かい補正を行える
ようにしたものである。各要素の配列は、より自由度を
増すように、交互にずれた配置となっている。このウエ
ハホルダ２５は、各面要素５３の形状の他は第１実施例
のウエハホルダ２４と同様に構成されている。なお、図
１２中に太線で示した矩形の領域がスリット状の照明領
域（露光フィールド）９５である。

【０１１４】次に、上述のようにして構成された露光装
置７０の動作について説明する。この露光装置７０にお
ける主制御装置４４では、全体的には、第１実施例で説
明したメインルーチンと同一の制御アルゴリズムに従っ
て処理を行なうが、「平面度確保及び露光処理」のサブ
ルーチンの処理が第１実施例と異なる。

【０１１５】図１３には、本第２実施例の主制御装置４
４による「平面度確保及び露光処理」のサブルーチンの
フローチャートが示されている。このサブルーチンは、
前述した第１実施例のサブルーチンと基本的には同様で
あるが、本第２実施例の場合、多点フォーカス位置検出
系を構成する露光フィールドのスキャン方向手前側に対
応する受光素子（以下、「先読みセンサ」という）の出
力に基づいて先読みにて多点ＡＦ計測を行なうことがで
きるので、ウエハＷ全面のＺ方向位置を先に検出する必
要がない点が異なる。

【０１１６】従って、本第２実施例では、ショット毎
に、先読みセンサによる多点ＡＦ計測及び計測値の補正
可能許容置Ｚlimit との比較（ステップ３０２〜３０
８）、ショット内の最大計測値Ｚmax の位置に最も近い
面要素をウエハＷの保持から外して補正可能性を判断
（ステップ３１０〜ステップ３１８）、面要素の駆動及
びアライメント露光（ステップ３２６〜３３０）が繰り
返し行なわれる。

【０１１７】以上説明した本第２実施例によると、前述
した第１実施例と同様に、ウエハＷ裏面に存在するサブ
ミクロンサイズの異物の影響を受け難く、ウエハＷの平
面度を高精度に確保して良好な重ね合わせ露光の実現が
可能になる他、ウエハ全面の焦点位置計測を先に行なう
必要がないので、その分スループットの向上が期待でき
る。更に、ウエハホルダ２５を構成する各面要素として
走査方向に沿って長くされた形状の面要素５３が使用さ
れていることから、スリット・スキャン方式におけるＡ
Ｆの先読み制御によっても十分でなかった非スキャン方
向についてのフォーカス合わせを高精度に行なうことが
可能になるという利点もある。

【０１１８】なお、上記第２実施例では、第１実施例と
同様に各面要素５３に各１つの駆動機構５６が設けられ
た場合について説明したが、例えば、図１４に示される
ように、面要素５３の長手方向に沿って駆動機構５６を
２つ設け、支持軸５４と面要素５３との連結部はユニバ
ーサル・ジョイント等で回転可能な構造にしても良く、
このようにした場合には、面要素５３は上下動のみでな
く走査方向への傾斜が可能となり、この傾斜角度を適宜
調整することにより、より自由度の高いウエハＷ表面の
凹凸の補正が可能となる。図１５には、それぞれの支持
軸５４を駆動させて面要素５３を傾斜させた状態が示さ
れている。かかる場合であっても、図１４に示されるよ
うに、駆動機構５６は面要素５３と同様に互い違いに配
列することが望ましく、このようにすることによりコン
パクトな構成が可能となる。

【０１１９】また、１つの面要素５３につき２つの駆動
機構５６を下部に配置することがスペースの関係等で困
難な場合には、駆動機構５６及び支持軸５４を１つにし
て支持軸５４と面要素５３との連結部に面要素５３の回
転機構を設けることによって面要素５３を傾斜させるよ
うにすることも可能である。

【０１２０】更に、上記第２実施例では、説明を簡単に
するためにＺ軸方向にのみ移動するＺステージ１８上に
ウエハホルダ２５が設けられている場合について説明し
たが、Ｚステージ１８に代えてＺ軸方向の移動と共にＺ
軸方向に対する傾斜が可能なＺレベリングステージを設
け、このＺレベリングステージ上にウエハホルダ２５を
設けても良い。

【０１２１】なお、上記第１、第２実施例で説明した制
御アルゴリズムは一例であることは言うまでもなく、種
々変更が可能である。例えば、所定回数、同じ面要素近
傍の計測点で補正許容値を超える計測値となる場合に
は、その面要素上に大きな異物が存在し続けている場合
であると考えられるので、かかる場合には、所定回数の
動作の繰り返しの後に、その面要素に異物がある旨の警
告を作業者に対して通知するように制御アルゴリズムを
変更しても良い。

【０１２２】また、上記第１、第２実施例では、補正不
能な計測結果が出た場合に、面要素上に異物があり、そ
の面要素の位置情報の警告を作業者に対して通知するよ
うにしていたが、作業者が清掃作業を行なう場合には、
これに加えて、問題となる位置に可視領域のスポット光
束を当てて、清掃作業を助けるようにしてもよい。この
場合、スポット光束は、例えば射出部が可動な光ファイ
バによって形成され、ウエハホルダの位置情報からスポ
ット光の照射領域を任意に操作するようにしても良い。
また、スポット光の操作を光ファイバ以外のミラー等の
光学部材の操作によって行なっても良い。スポット光の
ウエハホルダ上の照射領域の座標認識はウエハステージ
上に設けられた光センサによって行なわれる。このこと
により、携帯ライトなどを用意せずに、かつ清掃が必要
な面要素の判別を容易にすることが可能になり、効率的
に作業者が清掃作業を行なうことが可能となる。

【０１２３】さらに、清掃時に、清掃が必要な面要素の
みホルダ面（保持面）を上昇させ、特に清掃が必要でな
い面要素は下降させておくようにしても良い。このこと
により、清掃が必要な面要素の判別を容易にし、効率良
く清掃することが可能となる。

【０１２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検出手段による感光基板表面の平面度測定の結果に基づ
いて各面要素に設けられた各吸着機構により感光基板を
吸着した状態で、各面要素を各駆動機構によってそれぞ
れ独立してステージ移動面に直交する方向に駆動するこ
とにより感光基板表面の凹凸変形が補正されることか
ら、たとえ感光基板裏面に微小な異物が付着することで
感光基板の平面度が悪化したとしても、各面要素に対応
する感光基板上の部分領域毎にきめ細かく凹凸を補正す
ることが可能となる。従って、たとえ感光基板裏面と面
要素との間にサブミクロンサイズのゴミ等の異物が存在
してもその影響を受けることなく、感光基板の平面度を
高精度に確保することができるという従来にない優れた
効果がある。

【０１２５】特に、請求項２記載の発明にあっては、大
きな異物が感光基板裏面と面要素との間に存在する場合
に、その面要素を感光基板の保持の役目から開放し、面
要素がその大きな異物を介して感光基板を押圧しないよ
うにすることから、サブミクロンサイズのゴミ等の異物
は勿論、大きなサイズの異物が存在する場合であっても
感光基板の平面度を高精度に確保することができる。

【０１２６】また、請求項３記載の発明によれば、特
に、スキャン型の投影露光装置の場合に自動焦点合わせ
を多点焦点位置検出系による先読み制御にて行なう場合
に、非走査方向の分解能を高くすることができるので、
従来は困難であった非スキャン方向のフォーカスずれを
補正することが可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る露光装置の概略構成を示す斜
視図である。

【図２】（Ａ）は図１の装置のウエハホルダを示す平面
図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線概略断面図である。

【図３】面要素の周辺各部の構成を示す説明図であっ
て、（Ａ）は一部破断して示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）
の平面図である。

【図４】ウエハホルダの概略縦断面図である。

【図５】異物吸引用の孔の配置を示す図である。

【図６】主制御装置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。

【図７】図６のウエハの平面度確保及び露光処理のサブ
ルーチンを示すフローチャートである。

【図８】図１の装置の作用を説明するための図である。

【図９】面要素とショット領域との配置関係を説明する
ための図である。

【図１０】第２実施例に係る露光装置の構成示す図であ
る。

【図１１】第２実施例に係る多点焦点位置検出系の作用
を説明するための図であって、（Ａ）はウエハの露光面
上に形成されるパターンの像を示す図、（Ｂ）はパター
ン形成板を示す平面図、（Ｃ）は受光器の受光面上に再
結像されるパターンの像を示す図である。

【図１２】第２実施例に係るウエハホルダの各面要素の
形状及びその配置を示す図である。

【図１３】第２実施例に係るウエハの平面度確保及び露
光処理のサブルーチンを示すフローチャートである。

【図１４】第２実施例の変形例を示す図である。

【図１５】変形例の動作説明図である。

【図１６】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１２Ｘステージ（ステージ）１０露光装置２４ウエハホルダ（保持部材）４０照射光学系（検出手段の一部）４２集光光学系（検出手段の一部）４４主制御装置（演算手段、制御手段、第２の制御手
段）５２面要素５３面要素５６駆動機構５８吸着孔（吸着機構の一部）６０バキューム配管（吸着機構の一部）６２温度調整用配管（温度調整機構）６６孔（空気吸引手段の一部）７０露光装置Ｒレチクル（マスク）Ｗウエハ（感光基板）ＰＬ投影光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンを２次元方
向に移動可能なステージ上に保持された感光基板に転写
する露光装置であって、前記ステージ上に設けられ、前記感光基板の保持部材を
構成する多数の面要素と；前記各面要素にそれぞれ設け
られ、前記感光基板を吸着する吸着機構と；前記各面要
素を独立に前記ステージ移動面にほぼ直交する方向に駆
動する多数の駆動機構と；前記保持部材上に保持された
感光基板表面の所定の計測点における前記ステージ移動
面に直交する方向の位置を光電検出する検出手段と；シ
ョット領域の大きさと前記感光基板上のショット領域の
配置情報とから算出される各ショット領域と前記各面要
素との相対的な位置関係の情報と、前記検出手段の検出
結果とに基づいて前記感光基板表面の凹凸変形を補正す
るのに必要な面要素の駆動量を逐次算出する演算手段
と；前記演算手段により算出された駆動量に応じて対応
する前記駆動機構を駆動制御する制御手段とを有する露
光装置。
【請求項２】前記検出手段により検出された前記感光
基板上の各ショット領域内の複数の計測点における計測
値の最大値が所定の閾値を超えている場合に、前記各シ
ョット領域と前記各面要素との相対的な位置関係の情報
に基づいて前記計測値が最大となる計測点に最も近い面
要素の前記吸着機構による前記感光基板の吸着を解除す
ると共に、当該吸着機構が設けられた前記面要素の駆動
機構を前記感光基板から離れる方向に駆動制御する第２
の制御手段が更に設けられていることを特徴とする請求
項１記載の露光装置。
【請求項３】マスクに所定形状の照明光を照射する照
明光学系を有し、マスクとステージとを投影光学系に対
して所定の走査方向に同期して移動させつつ前記マスク
に形成されたパターンを前記ステージ上に保持された感
光基板に転写する露光装置であって、前記ステージ上に設けられ、前記感光基板の保持部材を
構成する前記走査方向がその長手方向とされた多数の面
要素と；前記各面要素にそれぞれ設けられ、前記感光基
板を吸着する吸着機構と；前記各面要素を独立に前記ス
テージ移動面にほぼ直交する方向に駆動する多数の駆動
機構と；前記保持部材上に保持された感光基板表面の複
数の計測点における前記ステージ移動面に直交する方向
の位置を同時に光電検出する検出手段と；ショット領域
の大きさと前記感光基板上のショット領域の配置情報と
から算出される各ショット領域と前記各面要素との相対
的な位置関係の情報と、前記検出手段の検出結果とに基
づいて前記感光基板表面の凹凸変形を補正するのに必要
な面要素の駆動量を逐次算出する演算手段と；前記演算
手段により算出された駆動量に応じて対応する前記駆動
機構を駆動制御する制御手段とを有する露光装置。
【請求項４】前記各面要素は、感光基板の温度調整機
構を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
かに記載の露光装置。
【請求項５】前記駆動機構と駆動機構との間に、異物
補集用の空気吸引手段が設けられていることを特徴とす
る請求項１ないし４のいずれかに記載の露光装置。
【請求項６】前記検出手段は、前記所定形状の照明光
によって前記投影光学系の前記感光基板側に形成される
所定形状の露光領域に前記感光基板上の所定点が達する
前に、該所定点の前記ステージ移動面に直交する方向の
位置を検出することを特徴とする請求項３に記載の露光
装置。