JPH10209030A

JPH10209030A - 投影露光方法及び投影露光装置

Info

Publication number: JPH10209030A
Application number: JP9021025A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Miyai; 恒夫宮井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】感光基板表面の被露光領域の部分的な凹凸等
に影響されることなく、常に高精度な露光が行えるよう
にする。【解決手段】露光前に、ウエハＷを２次元面内で移動
させ、複数の計測点（例えば、Ｐ4 〜Ｐ6 ）におけるウ
エハＷ表面の光軸（Ｚ軸）方向位置を計測して凹凸を見
るとともに、投影光学系の最良結像面Ｆo を計測する。
そして、ウエハＷの裏面側を吸着固定するウエハホルダ
２５の複数の面要素６２をそれぞれ光軸方向に所定量だ
け駆動することにより、ウエハＷの表面を投影光学系の
最良結像面Ｆo と一致させることができるため、常に高
精度な露光を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投影露光方法及び投
影露光装置に係り、更に詳しくは露光光によりパターン
が形成されたマスクを照明し、該マスクに形成されたパ
ターンの像を投影光学系を介して感光基板上に露光する
投影露光方法及びこの露光方法が適用される投影露光装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】紫外線等の露光光を用いてマスクのパタ
ーンの像を投影光学系を介してステージ上の感光基板に
露光する投影露光装置は、半導体素子の製造を始めとす
る種々の精密加工の分野で実用化されている。

【０００３】これらの投影露光装置では、投影光学系の
結像面の焦点深度の幅内に感光基板の現在の被露光領域
（ショット領域）を設定する機構である合焦機構、即ち
オートフォーカス機構が必要である。

【０００４】そのような合焦機構は一般的には、直接
方式と間接方式とに分類される。の直接方式では、
ステージ上に設けた基準面におけるマスクパターンの像
の合焦点が露光光を用いて直接に検出される。具体的に
は、例えば特開平１−２８６４１８号公報に開示されて
いるように、マスクパターン面に形成された特殊なマー
クの像がその基準面上に投影される。そして、その基準
面に形成されたマークの投影像を投影光学系及びマーク
を介して観察し、マークにより絞られた投影像の光量の
ピークを検出することにより合焦点が判別される。

【０００５】一方、の間接方式においては、投影光学
系に対するステージの高さを計測する計測手段を別途設
け、上述の直接方式を用いて予め求めた合焦点にその計
測手段の原点を合わせ、その計測手段を用いて感光基板
の露光面の高さを検出して、間接的にその露光面を合焦
点まで誘導するようにしている。例えば特開平１−４１
９６２号公報または特開昭６０−１６８１１２号公報に
は、そのステージの高さの計測手段の例として、投影光
学系の外側に固定された斜入射方式の光学系を用いてそ
の投影光学系の直下の露光面の高さを計測する機構が開
示されている。

【０００６】また、合焦機構の特別な例としては、例え
ば特開昭５７−２１２４０６号公報において、マスクの
パターン面に形成した特殊なマークを直接感光基板の露
光面に投影し、この投影像を投影光学系及びマークを介
して検出することにより直接的に合焦点を判別する方式
が開示されている。

【０００７】従来の投影露光装置では、被露光パターン
の線幅がそれほど微細でなかったため、投影光学系の焦
点深度にある程度の余裕があることから、感光基板表面
の反りや凹凸等による表面形状についてはあまり考慮す
る必要はなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、集積回路は
年々高集積化し、これに伴ってパターン線幅はますます
微細化し、投影露光装置にあっても、近年益々高い加工
精度が求められるようになってきた。このため、露光光
の短波長化とともに投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）を
大きくすることで投影露光装置の解像度を向上させるこ
とがなされてきたが、投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）
を大きくすることは、一方では焦点深度が浅くなるとい
う面を持っている。

【０００９】例えば、最近の加工精度が特に高い半導体
メモリデバイスの製造には、露光光として波長３６５ｎ
ｍのｉ線を使用する、焦点深度１μｍ以下の投影光学系
を備えた投影露光装置が用いられている。この場合に
は、合焦点の位置決め精度として通常でも０．１μｍ以
下の精度が要求され、例えば、特公昭６２−５０８１１
号公報に開示されている露光光の干渉現象を利用した特
殊な投影露光方式では、０．０５μｍ以下の極めて高い
精度が求められている。

【００１０】このように投影露光装置の投影光学系の焦
点深度は、ますます浅くなり、前述したオートフォーカ
ス機構によりウエハ等の感光基板上のショット領域の全
面を当該ショット領域の光軸方向の平均平面に位置合わ
せするという従来の手法では、露光ショット内に部分的
な凹凸等がある場合に、ショット領域の全面を投影光学
系の焦点深度の幅内に収めることは、現時点では困難に
なりつつある。

【００１１】また、投影光学系には、少なからず像面湾
曲等が存在し、厳密に言えば、結像面は平面ではないこ
とから、焦点深度が浅くなるに伴って、像面湾曲等の結
像特性が、合焦精度に及ぼす影響も無視できなくなりつ
つある。

【００１２】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、本願発明の目的は、感光基板表面の被露光領域の部
分的な凹凸等に影響されることなく、常に高精度な露光
を行なうことができる投影露光方法を提供することにあ
る。

【００１３】また、本願発明の目的は、感光基板表面の
被露光領域の部分的な凹凸等に影響されることなく、常
に高精度な露光を行なうことができる投影露光装置を提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、マスク（Ｒ）に形成されたパターン（ＰＡ）の像を
投影光学系（ＰＬ）を介して感光基板（Ｗ）上に露光す
る投影露光方法であって、露光に先立って、前記感光基
板（Ｗ）を２次元面内で移動しつつ、前記感光基板
（Ｗ）表面の前記投影光学系（ＰＬ）の光軸方向の位置
の変化を光電検出することにより、前記感光基板（Ｗ）
表面の凹凸を計測する第１工程と；前記投影光学系（Ｐ
Ｌ）の結像特性を測定する第２工程と；前記第１工程及
び第２工程の結果に基づいて、前記感光基板（Ｗ）上の
被露光領域（ＳＥ）が前記投影光学系（ＰＬ）の最良結
像面に一致するように前記感光基板（Ｗ）表面の形状を
設定する第３工程とを含む。

【００１５】これによれば、露光に先立って、第１工程
において感光基板を２次元面内で移動しつつ、感光基板
表面の投影光学系の光軸方向の位置の変化を光電検出す
ることにより、感光基板表面の凹凸が計測され、第２工
程において投影光学系の結像特性が測定される。ここ
で、第２工程における測定の対象である投影光学系の結
像特性とは、感光基板上の被露光領域を投影光学系の最
良結像面に一致させるのに用いられる結像特性を意味
し、例えば投影光学系の視野内の光軸方向の最良結像点
の２次元分布に関連する結像特性、例えば像面湾曲等を
意味する。

【００１６】そして、第３工程において感光基板表面の
凹凸の計測結果と投影光学系の結像特性の測定結果とに
基づいて、感光基板の被露光領域（ショット領域）の表
面形状が投影光学系の最良結像面に一致するように感光
基板の表面形状が設定される。ここで、最良結像面に一
致するとは、被露光領域の全面が投影光学系の焦点深度
の幅内に含まれるようにすることをいい、感光基板の被
露光領域の全面を合焦させることを意味する。

【００１７】この感光基板上の被露光領域の全面を投影
光学系の最良結像面に一致させた状態で露光が開始され
ると、マスクのパターン像が投影光学系を介してその全
面が合焦状態にある感光基板上の被露光領域に投影露光
される。従って、感光基板表面の部分的な凹凸等に影響
されることなく、常に高精度な露光を行なうことが可能
となる。

【００１８】請求項２に記載の発明は、マスク（Ｒ）に
形成されたパターン（ＰＡ）の像を投影光学系（ＰＬ）
を介して２次元方向に移動可能なステージ（１８）上に
保持された感光基板（Ｗ）上に露光する投影露光装置で
あって、前記ステージ（１８）上で感光基板（Ｗ）を保
持するとともに、その感光基板（Ｗ）との接触面の形状
が変更可能な基板保持機構（２５）と；前記感光基板
（Ｗ）表面の所定の計測点（Ｐ1 〜Ｐ9 ）における前記
投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）方向の位置を光電検
出する検出手段（４０，４２）と；前記投影光学系（Ｐ
Ｌ）の投影視野内の任意の点における最良結像面（Ｆo
）位置を測定する結像特性測定手段（３０）と；前記
検出手段（４０，４２）及び結像特性測定手段（３０）
の計測結果に基づいて、前記感光基板（Ｗ）上の被露光
領域（ＳＥ）が前記投影光学系（ＰＬ）の最良結像面に
一致するように前記基板保持機構（２５）の感光基板
（Ｗ）との接触面の形状を変更する制御手段（４４）と
を有する。

【００１９】これによれば、露光に先立って、感光基板
を保持するステージを２次元面内で移動しつつ、検出手
段により感光基板表面の投影光学系の光軸方向の位置の
変化が光電検出されて感光基板表面の凹凸が計測され
る。同様に、ステージを２次元面内で移動しつつ、結像
特性測定手段により投影光学系の投影視野内の最良結像
面位置の分布が測定される。そして、制御手段では検出
手段及び結像特性測定手段の測定結果に基づいて、感光
基板上の被露光領域（ショット領域）が投影光学系の最
良結像面に一致するように、基板保持機構の基板との接
触面の形状を変更する。ここで、最良結像面に一致する
とは、請求項１に記載の発明の場合と同様に、被露光領
域の全面が投影光学系の焦点深度の幅内に含まれるよう
にすることをいい、感光基板の被露光領域の全面を合焦
させることを意味する。

【００２０】この感光基板上の被露光領域の全面を投影
光学系の最良結像面に一致させた状態で、露光が開始さ
れると、マスクのパターン像が投影光学系を介してその
全面が合焦状態にある感光基板上の被露光領域に投影露
光される。従って、感光基板表面の部分的な凹凸等に影
響されることなく、常に高精度な露光を行なうことが可
能となる。

【００２１】この場合において、ステージ上で感光基板
を保持するとともに、その感光基板との接触面の形状が
変更可能な基板保持機構は、感光基板の被露光領域（シ
ョット領域）を投影光学系の結像面に一致するように感
光基板の表面形状を設定できるものであれば、如何なる
構成のものでも良く、例えば、請求項に３記載の発明の
如く、基板保持機構（２５）は、ステージ（１８）上に
設けられ、感光基板（Ｗ）の保持部材を構成する多数の
面要素（６２）と、各面要素（６２）を独立に投影光学
系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）方向に駆動する多数の駆動機
構（６８）とを有する構成のものでも良い。このような
構成の基板保持機構によれば、各面要素を駆動機構によ
って独立して駆動することにより、容易に感光基板表面
の形状を所望の形状に変更（設定）することが可能であ
る。

【００２２】また、上記結像特性測定手段は、例えば請
求項４に記載の発明の如く、投影光学系（ＰＬ）の像面
湾曲及び非点収差の内の少なくとも一方を計測するもの
であっても良い。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図１０に基づいて説明する。

【００２４】図１には、一実施形態に係る投影露光装置
１０の概略構成が示されている。この投影露光装置１０
は、いわゆるステップ・アンド・リピート方式の縮小投
影型露光装置である。

【００２５】この投影露光装置１０は、マスクとしての
レチクルＲを照明する不図示の照明光学系と、レチクル
Ｒを保持するレチクルホルダ３６と、レチクルＲに形成
されたパターンの像を感光基板としてのウエハＷ上に投
影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを載置して移動する
ステージ装置１４と、投影露光装置１０全体を制御する
主制御装置４４とを有している。

【００２６】不図示の照明光学系は、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Ｒ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。また、本実施形態では、照明光
学系内には、２枚のＬ字型の可動ブレード４５Ａ、４５
Ｂを有する可変視野絞りとしての可動ブラインド（以
下、この可動ブラインドを適宜「可動ブラインド４５
Ａ、４５Ｂ」と呼ぶ）が設けられており、この可動ブラ
インド４５Ａ、４５Ｂの配置面はレチクルＲのパターン
面と共役となっている。また、この可動ブラインド４５
Ａ、４５Ｂの近傍に、開口形状が固定された固定ブライ
ンド４６が配置されている。固定ブラインド４６は、例
えば４個のナイフエッジにより矩形の開口を囲んだ視野
絞りであり、その矩形開口により投影光学系による露光
可能領域が規定されている。

【００２７】可動ブラインド４５Ａ、４５Ｂは、可動ブ
ラインド駆動機構４３Ａ、４３ＢによってＸＺ平面内で
Ｘ、Ｚ軸方向に駆動され、これによって固定ブラインド
４６で規定されたレチクルＲ上の照明領域の一部がマス
クキングされ、照明領域が任意の形状（大きさを含む）
の矩形状に設定され、結果的にレチクルＲ上の照明領域
と共役なウエハＷ上の露光領域ＳＥ（図７参照）も任意
形状（大きさを含む）の矩形領域に設定される。すなわ
ち、本実施形態では、可動ブラインド４５Ａ、４５Ｂに
よってウエハＷ上の露光領域ＳＥが設定されるようにな
っている。駆動機構４３Ａ、４３Ｂの動作が不図示のメ
インコンピュータからのブラインド設定情報（マスキン
グ情報）に応じて主制御装置４４によって制御される。

【００２８】この不図示の照明光学系により照明される
レチクルＲは、レチクルホルダ３６に保持されている。

【００２９】前記レチクルホルダ３６は、その上面の４
つのコーナー部分に真空吸着部３４を有し、この真空吸
着部３４を介してレチクルＲがレチクルホルダ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上の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（図示省略）を有し、不図示の駆
動機構により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。

【００３０】更に、本実施形態では、投影光学系ＰＬに
よるパターンの投影領域内にウエハ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、斜入射方式の第１の焦点検出系（４０，４
２）が設けられている。この第１の焦点検出系は、光フ
ァイバ束８１、集光レンズ８２、スリット板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、受光スリット板９３及びシリコ
ンフォトダイオード又はフォトトランジスタ等のフォト
センサ９０から成る受光光学系４２とから構成されてい
る。

【００３１】ここで、この第１の焦点検出系（４０，４
２）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を経てスリット板８３を照明
する。スリット板８３のスリット（開口）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８
６を介してウエハＷを斜めに照射する。このとき、ウエ
ハＷの表面が最良結像面にあると、スリット板８３のス
リットの像がレンズ８４、照射対物レンズ８６によって
ウエハＷの表面に結像される。また、対物レンズ８６の
光軸とウエハ表面との角度は５〜１２度位に設定され、
スリット板８３のスリット像の中心は、投影光学系ＰＬ
の光軸ＡＸがウエハＷと交差する点に位置する。

【００３２】さて、ウエハＷで反射したスリット像光束
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を経てフォトセンサ９０の手前側に配置され
た受光用スリット板９３上に再結像される。回転方向振
動板８８は、受光用スリット板９３にできるスリット像
を、その長手方向と直交する方向に微小振動させるもの
である。ここで、結像レンズ８９と受光用スリット板９
３との間に、受光用スリット板９３上のスリットとウエ
ハＷからの反射スリット像の振動中心との相対関係を、
スリット長手方向と直交する方向にシフトさせるため
の、プレーンパラレルを配置しても良い。

【００３３】ここで、主制御装置４４には発振器（ＯＳ
Ｃ．）が内蔵されており、このＯＳＣ．からの駆動信号
でドライブされる加振装置９２により回転方向振動板８
８が振動される。

【００３４】こうして、スリット像が受光用スリット板
９３上で振動すると、スリット板９３のスリットを透過
した光束はフォトセンサ９０で受光される。そして、フ
ォトセンサ９０からの検出信号（光電変換信号）が信号
処理装置９１に供給される。この信号処理装置９１に
は、同期検波回路（ＰＳＤ）が内蔵されており、このＰ
ＳＤにはＯＳＣ．からの駆動信号と同じ位相の交流信号
が入力されている。そして、信号処理装置９１では上記
の交流信号の位相を基準として同期整流を行ない、その
検波出力信号、すなわち焦点位置検出信号ＦＳは主制御
装置４４に出力される。焦点位置検出信号ＦＳは、いわ
ゆるＳカーブ信号と呼ばれ、受光用スリット板９３のス
リット中心とウエハＷからの反射スリット像の振動中心
とが一致したときに零レベルとなり、ウエハＷがその状
態から上方に変位しているときは正のレベル、ウエハＷ
が下方に変位しているときは負のレベルになる。従っ
て、焦点位置検出信号ＦＳが零レベルになるウエハＷの
高さ位置（光軸方向位置）が合焦点として検出される。

【００３５】ただし、このような斜入射方式では合焦点
（信号ＦＳが零レベル）となったウエハＷの高さ位置
が、いつでも最良結像面と必ず一致しているという保証
はない。すなわち、焦点位置検出信号ＦＳは、基準マー
ク板ＦＭ又はウエハＷの投影光学系ＰＬの光軸方向の位
置を示す信号であり、間接方式で焦点位置を示す信号で
ある。従って、その焦点位置検出信号ＦＳを使用して合
焦点を検出するには、予め直接方式で基準マーク板ＦＭ
又はウエハＷの投影光学系ＰＬに対する合焦状態を調べ
ておき、真の合焦点又は後述のようにその近傍の位置で
の焦点位置検出信号ＦＳのレベルが予め定められたレベ
ル（これを「擬似的な合焦レベル」という）になるよう
にオフセットの調整（第１の焦点検出系（４０、４２）
のキャリブレーション）を行い、以後は信号ＦＳがその
擬似的な合焦レベルになるように基板テーブル１８のＺ
軸方向の動きを制御すればよい。その擬似的な合焦レベ
ルとしては、例えば０が使用される。

【００３６】このような場合、合焦点等でその焦点位置
検出信号ＦＳのレベルに所定のオフセットを設定して第
１の焦点検出系（４０、４２）のキャリブレーションを
行うには、光学的及び電気的な手法があるが、光学的に
設定するには、要は基準マーク板ＦＭ等がＺ軸方向の所
定の位置に在る状態でフォトセンサ９０の受光面での光
量の分布を、所定の位置に変化させてやれば良い。例え
ば、前述したように、フォトセンサ９０の前面にプレー
ンパラレルを配置してこのプレーンパラレルの角度を変
えると、フォトセンサ９０の受光面での光量の分布が変
化するので、これによりキャリブレーションを行うこと
ができる。また、信号ＦＳの値がその合焦レベルになる
ように電気的にオフセットを加えるようにしてもよい。

【００３７】このように、焦点位置検出信号ＦＳは間接
方式で合焦点を示す信号であるため、露光光吸収等で投
影光学系ＰＬの結像面（焦点）の位置が変化したような
場合には、信号ＦＳが擬似的な合焦レベルになる合焦点
と実際の合焦点との間にずれが生じているおそれがあ
る。そこで、本実施形態では、キャリブレーション信号
ＫＳを用いてその焦点位置検出信号ＦＳのオフセット設
定（第１の焦点検出系（４０、４２）のキャリブレーシ
ョン）を行う。このため、本実施形態では、投影光学系
ＰＬの最良結像面を検出してキャリブレーション信号Ｋ
Ｓを主制御装置４４に出力する第２の焦点検出系３０が
設けられている。

【００３８】次に、この投影光学系ＰＬの最良結像面を
検出する結像特性測定手段としての第２の焦点検出系３
０について、図２に基づいて説明する。

【００３９】図２には、本実施形態に係る投影露光装置
１０を構成する投影光学系ＰＬのベストフォーカス面を
検出するＴＴＬ方式による第２の焦点検出系３０の構成
が示されている。

【００４０】この第２の焦点検出系３０は、後述の基板
テーブル１８上にウエハＷの表面とほぼ等しい高さ位置
で固定された基準マーク板ＦＭ（より正確には、この上
の基準パターン）と、基準マーク板ＦＭの下方（基板テ
ーブル１８の内部）に設けられたミラーＭ１、照明用対
物レンズ５０及び光ファイバ５１と、この光ファイバ５
１の入射端側に設けられたビームスプリッタ５２、レン
ズ系５３、５４及び光電センサ５５とを含んで構成され
ている。

【００４１】図２において、絞り面（瞳面）ＥＰを挾ん
で前群、後群に分けて模式的に表わした投影光学系ＰＬ
の光軸ＡＸはレチクルＲの中心、すなわちパターン領域
ＰＡの中心を、レチクルパターン面に対して垂直に通
る。

【００４２】前記基準マーク板ＦＭの上面には、図３に
示されるように、一定ピッチのライン／スペースよりな
る振幅型の回折格子マーク２８Ａ並びにこの回折格子マ
ーク２８Ａを反時計方向にそれぞれ４５°、９０°及び
１３５°回転させて得られる格子よりなる回折格子マー
ク２８Ｂ、２８Ｃ及び２８Ｄが形成されている。これら
４種類の回折格子マーク２８Ａ〜２８Ｄにより基準パタ
ーン２８が構成される。このように種々の方向の回折格
子マークを形成するのは、レチクルＲ上のパターンの影
響を除くため、及び投影光学系ＰＬのイメージフィール
ド内の任意の点におけるサジタル（Ｓ）方向及びメリデ
ィオナル（Ｍ）方向の焦点位置（非点収差）を計測可能
とするためである。基準マーク板ＦＭの回折格子マーク
形成面とウエハＷの露光面とは投影光学系ＰＬの光軸方
向に同じ高さになるようにしておく。なお、基準マーク
板ＦＭ上に形成するパターンは、位相型の回折格子マー
クであってもよい。

【００４３】さて、図２において、露光用照明光ＥＬが
レンズ系５３及び光ファイバ５１の入射端側に配置され
たビームスプリッタ５２を介して、光ファイバ５１に導
入される。この照明光は、光ファイバ５１の射出端から
射出され対物レンズ５０によって集光されて、ミラーＭ
１を介して基準マーク板ＦＭの回折格子マーク２８Ａ〜
２８Ｄをともに裏側から照射する。ここで、照明光ＥＬ
はレチクルＲ照明用の光源（水銀ランプ、エキシマレー
ザ等）から得るのが望ましいが、別に専用の光源を用意
しても良い。ただし、別光源にするときは、露光用照明
光と同一波長、又はそれに極めて近似した波長の照明光
にする必要がある。

【００４４】また、対物レンズ５０による基準マーク板
ＦＭの照明条件は、パターン投影時の投影光学系ＰＬで
の照明条件と極力合わせる、すなわち、投影光学系ＰＬ
の像側の照明光の開口数（Ｎ．Ａ．）と対物レンズ５０
から基準マーク板ＦＭへの照明光の開口数（Ｎ．Ａ．）
とをほぼ一致させることが望ましい。

【００４５】照明光ＥＬにより照射された基準マーク板
ＦＭ上の回折格子マーク２８Ａ〜２８Ｄからは投影光学
系ＰＬへ送進する像光束が発生する。図２において、基
板テーブル１８は投影光学系ＰＬの最良結像面（レチク
ル共役面）Ｆｏから僅かに下方に基準マーク板ＦＭが位
置するようにセットされていものとする。このとき基準
マーク板ＦＭ上の一点から発生した像光束Ｌ１は投影光
学系ＰＬの瞳面ＥＰの中心を通り、レチクルＲのパター
ン面からわずかに下方へずれた面Ｆｒ内で集光した後に
発散し、レチクルＲのパターン面で反射してから元の光
路を戻る。ここで、面Ｆｒは、投影光学系ＰＬに関して
基準マーク板ＦＭと共役な位置にある。投影光学系ＰＬ
が両側テレセントリック系であると、基準マーク板ＦＭ
上の回折格子マーク（発光マーク）２８Ａ〜２８Ｄから
の像光束は、レチクルＲの下面（パターン面）で正規反
射して再び回折格子マーク（発光マーク）２８Ａ〜２８
Ｄと重畳するように戻ってくる。但し、図２のように基
準マーク板ＦＭが結像面Ｆｏからずれていると、基準マ
ーク板ＦＭ上には各マーク２８Ａ〜２８Ｄのぼけた反射
像が形成され、基準マーク板ＦＭが結像面Ｆｏと一致し
ているときは、面ＦｒもレチクルＲのパターン面と一致
することになり、基準マーク板ＦＭ上には各マーク２８
Ａ〜２８Ｄのシャープな反射像がそれぞれのマークに重
畳して形成されることになる。両側テレセントリックな
投影光学系ＰＬでは、レチクルＲのパターン面からの反
射像は自身の源である発光マーク２８Ａ〜２８Ｄ上に投
射される。そして基準マーク板ＦＭがデフォーカスして
いると、反射像は、マーク２８Ａ〜２８Ｄの形状寸法よ
りも大きくなり、かつ単位面積あたりの照度も低下す
る。

【００４６】そこで、基準マーク板ＦＭ上にできる反射
像のうち、元のマーク２８Ａ〜２８Ｄで遮光されなかっ
た像部分の光束をミラーＭ１、対物レンズ５０を介して
光ファイバ５１で受光し、ビームスプリッタ５２、レン
ズ系５４を介して光電センサ５５で受光するようにす
る。光電センサ５５の受光面は投影光学系ＰＬの瞳面
（フーリエ変換面）ＥＰとほぼ共役に配置される。

【００４７】図２の構成においては、基板テーブル１８
を上下方向（Ｚ方向）に移動させるだけでコントラスト
信号を得ることができる。

【００４８】図４には、光電センサ５５の出力信号、す
なわちキャリブレーション信号ＫＳの信号レベル特性が
示されている。この図４において、横軸は基板テーブル
１８のＺ軸方向の位置、すなわち基準マーク板ＦＭの光
軸ＡＸ方向の高さ位置を表わす。ここで、図４（Ａ）は
発光マーク２８Ａ〜２８ＤがレチクルＲのパターン面内
のクロム部分に逆投影されたときの信号レベルを示し、
図４（Ｂ）はパターン面内のガラス部分（透明部分）に
逆投影されたときの信号レベルを示す。通常、レチクル
のクロム部分は０．３〜０．５μｍ程度の厚みでガラス
（石英）板に蒸着されており、クロム部分の反射率は当
然のことながらガラス部分の反射率よりは格段に大き
い。しかしながら、ガラス部分での反射率は完全に零と
いうことはないので、図４（Ｂ）のようにレベルとして
はかなり小さくなるが、検出は可能である。また一般に
実デバイス製造用のレチクルは、パターン密度が高いた
めに、発光マーク２８Ａ〜２８Ｄの全ての逆投影像がレ
チクルパターン中のガラス部分（透明部分）に同時にか
かる確率は極めて少ないと考えられる。

【００４９】いずれの場合にしろ、基準マーク板ＦＭの
表面が最良結像面Ｆｏを横切るように光軸方向に移動さ
れると、Ｚ方向の位置Ｚｏで信号レベルが極大値とな
る。従って、基板テーブル１８のＺ軸方向位置と出力信
号ＫＳとを同時に計測し、信号レベルが極大となったと
きのＺ軸方向位置を検出することで、最良結像面Ｆｏの
位置が求まり、しかもこの検出方式ではレチクルＲ内の
任意の位置で結像面Ｆｏの検出が可能となる。すなわ
ち、レチクルＲが投影光学系ＰＬの物体側にセットされ
てさえいれば、いつでも投影視野（イメージフィール
ド）内の任意の位置で絶対フォーカス位置（最良結像面
Ｆｏ）が計測できる。また先に述べたようにレチクルＲ
のクロム層は０．３〜０．５μｍ厚であり、この厚みに
よって生じる最良結像面Ｆｏの検出誤差は、投影光学系
ＰＬの投影倍率を例えば１／５縮小とすると、（０.３
〜０.５）×（１／５）²＝０.０１２〜０.０２μｍと
なり、これはほとんど無視できる値である。

【００５０】図１に戻って、ステージ装置１４は、ベー
ス１１と、このベース１１上を図１におけるＹ軸方向
（紙面左右方向）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軸方向と直交するＸ軸方向
（紙面直交方向）に往復移動可能なＸステージ１２と、
このＸステージ１２上に設けられた基板テーブル１８と
を有している。また、この基板テーブル１８上には、基
板保持機構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によりウエハＷが真空吸着されて保持
されている。なお、ステージ装置１４は、不図示のＺス
テージにより投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に沿って移
動することもできる。

【００５１】図７にはウエハＷが載置された状態のウエ
ハホルダ２５の平面図が示されており、図８には図７に
示されるウエハＷ上の被露光領域（ショット領域）ＳＥ
部分に対応するウエハホルダ２５の拡大平面図が示され
ている。この図８に示されるように、ウエハホルダ２５
は、マトリックス状に配列された多数の面要素６２を有
している。なお、ここでは、各面要素６２の形状を円形
としたが、面要素の形状は円形に限らず、例えば、三角
形、四角形、その他の多角形状であっても良い。

【００５２】図９（Ａ）には図８のＡ−Ａ線概略断面図
が示されている。この図９（Ａ）に示されるように、ウ
エハホルダ２５を構成する各面要素６２の中心には、吸
着孔６４が形成されており、この吸着孔６４を介してウ
エハＷ裏面がそれぞれの面要素６２によって吸着保持さ
れている。

【００５３】図１０（Ａ）には、一つの面要素６２及び
この近傍部分が一部破断して示されており、図１０
（Ｂ）には、同図（Ａ）に示される面要素６２を上方か
ら見た平面図が示されている。図１０（Ａ）に示される
ように、面要素６２のウエハ保持面（同図（Ａ）におけ
る上面）と反対側の面には、支持軸６６の一端が接続さ
れ、この支持軸６６の他端は該支持軸６６を図１０
（Ａ）における上下方向（Ｚ軸方向）に駆動する駆動機
構６８の一端に接続されている。駆動機構６８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
６８への電圧の印加量に応じて支持軸６６を介して面要
素６２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６８
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。

【００５４】また、吸着孔６４にはバキューム配管７０
の一端が接続され、このバキューム配管７０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６４を介してウエハＷの裏面側
が面要素６２に吸着されるようになっている。

【００５５】各面要素６２は、図９（Ｂ）に示されるよ
うに、ウエハＷの裏面側に吸着した状態でそれぞれの駆
動機構６８により投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ軸
方向）に独立して駆動され、ウエハＷの裏面側を変形さ
せて、ウエハＷの表面形状を所望の形状に設定する。図
９（Ｂ）には、投影光学系ＰＬの最良結像面Ｆo が平面
である場合に、この最良結像面Ｆo にウエハＷのショッ
ト領域ＳＥが一致するように、面要素６２を駆動した状
態が示されている。

【００５６】各面要素６２をＺ軸方向に駆動する駆動機
構６８は、図１に示される主制御装置４４によりそれぞ
れ独立して制御されるようになっている。

【００５７】次に、図５を参照して、本実施形態に係る
投影露光装置１０で焦点位置検出信号ＦＳのキャリブレ
ーションを行う場合の全体の動作の一例を説明する。こ
の場合、前回のキャリブレーション等により、基板テー
ブル１８のＺ軸座標がＺB の位置が合焦点として設定さ
れているものとする。

【００５８】まず、図５のステップ１０１において、主
制御装置４４は、駆動装置２１を介してＸステージ１
２、Ｙステージ１６を動作させることにより、基準マー
ク板ＦＭを投影光学系ＰＬのイメージフィールド内の所
望の計測点に移動させる。次のステップ１０２におい
て、主制御装置４４は、駆動装置２１を介して基板テー
ブルのＺ軸座標を現在の合焦点であるＺB からΔＺだけ
下方に移動させる。間隔ΔＺは、投影光学系ＰＬの結像
面のＺ軸方向の変動の予想される最大の絶対値をＺMAX
とすると、ΔＺ＞ＺMAX となるように選ばれている。

【００５９】そして、主制御装置４４は、ステップ１０
３において、駆動装置２１及び不図示のＺ・θ駆動機構
を介して基板テーブル１８のＺ軸座標を（ＺB −ΔＺ）
から上方にほぼ一定速度で走査させる。この走査が開始
されると、ステップ１０４において、主制御装置４４
は、所定のサンプリングパルスに同期して、キャリブレ
ーション信号ＫＳ及び焦点位置検出信号ＦＳを並行して
取り込んでそれぞれ内部メモリに書き込む。そして、ス
テップ１０５において、主制御装置４４では基板テーブ
ルのＺ軸座標が（ＺB ＋ΔＺ）に達したか否かを調べ、
Ｚ軸座標が（ＺB＋ΔＺ）に達していない場合には、ス
テップ１０３に戻ってＺ軸方向への走査を続ける。ま
た、ステップ１０５でＺ軸座標が（ＺB ＋ΔＺ）に達し
た場合には、ステップ１０６に移行する。

【００６０】上記ステップ１０２〜ステップ１０５にお
いて、例えば、主制御装置４４の内部メモリ内の第１記
憶領域内の一連のアドレス領域には、図６（Ａ）中に実
線の曲線３８で示されるようなキャリブレーション信号
ＫＳが記憶され、内部メモリ内の第２記憶領域内の一連
のアドレス領域には図６（Ｂ）に示されるような０を中
心としてＳ字状に変化する焦点位置検出信号ＦＳが記憶
される。図６（Ａ）及び（Ｂ）の横軸はアドレスである
が、本実施形態のサンプリングパルスは一定時間間隔毎
にハイレベル“１”となるパルス列であるため、そのア
ドレスは時間ｔとみなすことができる。更に、基板テー
ブル１８はほぼ等速度で上昇しているため、時間ｔ（又
はアドレスの値）に１次変換を施すことにより基板テー
ブル１８のＺ軸座標の近似値を求めることができる。

【００６１】図５に戻り、ステップ１０６において、主
制御装置４４では、キャリブレーション信号ＫＳから求
めた真の合焦点又はこの近傍の位置のＺ軸座標と焦点位
置検出信号ＦＳから求められる擬似的な合焦点のＺ軸座
標との偏差量δＺを算出する。

【００６２】例えば、図６の例では、キャリブレーショ
ン信号ＫＳが最大になるときのアドレスが真の合焦点Ｚ
C に対応するアドレスであり、焦点位置検出信号ＦＳが
Ｓカーブ特性の中で０になるときのアドレスが前回のキ
ャリブレーションで設定した合焦点ＺB に対応するアド
レスである。なお、基準マーク板ＦＭに形成されている
格子マークが位相格子であるときには、信号ＫＳは図６
（Ａ）中の一点鎖線の曲線３９で示されるように真の合
焦点ＺC で値が最小になる。従って、何れの場合でもそ
の信号ＫＳの凸又は凹のピークのアドレスから信号ＦＳ
のゼロクロス点のアドレスを差し引いて得られる偏差ア
ドレス量に所定の１次演算を施すことによりＺ軸座標上
の偏差量δＺが求められる。

【００６３】この場合、図５中のステップ１０７に示さ
れるように、ステップ１０２〜１０６までの動作をｎ回
（ｎは２以上の整数）繰り返すことで偏差量の計測精度
を上げることができる。更に、ステップ１０８に示され
るように、１個の偏差量を算出する度に、駆動装置２１
を介してＸステージ１２、Ｙステージ１６及び不図示の
Ｚ・θ駆動機構を動作させて、基準マーク板ＦＭの投影
光学系ＰＬの光軸に垂直な面内での位置を微小量だけ変
位させる。これにより基準マーク板ＦＭの回折格子マー
ク２８Ａ〜２８Ｄの像が投影されるレチクルＲのパター
ン領域ＰＡでの位置も微小量だけ変位するので、そのパ
ターン領域ＰＡのパターンの影響が除去され、計測精度
の低下が防止される。

【００６４】なお、ステップ１０７で計測がｎ回行われ
ていないと判断された場合に直ちにステップ１０２に戻
るようなシーケンスとしても良いことは勿論である。

【００６５】その後、ステップ１０９において、主制御
装置４４では真の合焦点又はこの近傍の位置のＺ軸座標
と焦点位置検出信号ＦＳから求められる擬似的な合焦点
のＺ軸座標との偏差量δＺを平均化して得られた偏差量
〈δＺ〉を内部メモリに格納する。これ以後、主制御装
置４４は前回のキャリブレーションにより設定されたＺ
軸座標の値ＺB に〈δＺ〉を加算して得た値（ＺB ＋
〈δＺ〉）を合焦点とみなして、この合焦点での焦点位
置検出信号ＦＳが所定の擬似的な合焦レベルになるよう
にオフセットの調整を行う。

【００６６】ところで、本実施形態に係る第２の焦点検
出系３０によると、レチクルＲが投影光学系ＰＬの物体
側にセットされてさえいれば、いつでもイメージフィー
ルド内の任意の位置で絶対フォーカス位置（最良結像面
Ｆｏ）が計測できることは前述した通りであり、従って
この第２の焦点検出系３０と第１の焦点検出系（４０、
４２）とを用いて、各計測点毎に上記ステップ１０２〜
１０６の処理を行なうことにより、投影光学系ＰＬの像
面湾曲を計測できることは、特に説明を要しないであろ
う。

【００６７】そこで、本実施形態では、基板テーブル１
８をＸＹ２次元面内で移動させながら、第１の焦点検出
系（４０、４２）と第２の焦点検出系３０とを用いて計
測された投影光学系ＰＬの像面湾曲データが基板テーブ
ル１８のＸＹ座標位置と対応付けて記憶されているメモ
リ９６が、主制御装置４４に併設されている。このメモ
リ９６内に記憶されているデータの具体的利用法につい
ては、後に詳述する。

【００６８】次に、上述のようにして構成された本実施
形態に係る投影露光装置１０における、投影光学系ＰＬ
による露光可能領域の全域を露光領域ＳＥとして露光を
行なう際の動作について説明する。

【００６９】この露光動作の場合、前提として不図示の
レチクル顕微鏡によるレチクルアライメントは終了して
おり、また、メモリ内９６には、前述した投影光学系の
像面湾曲の計測データが記憶されているものとする。

【００７０】まず、主制御装置４４内のＣＰＵではショ
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等の入力が完了するのを待つ。

【００７１】この待ち状態で、オペレータがキーボード
を操作してショットサイズ、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等を入力した後、
パラメータの入力が終了した旨のコマンドを入力する
と、主制御装置４４では、ショット領域毎にウエハＷの
表面形状を投影光学系ＰＬの最良結像面と一致させるた
め、面要素６２とウエハＷ上の露光領域ＳＥとの相対的
な位置関係を計算によって求める。

【００７２】この計算は、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６２の配置データと
に基づいて行われる。すなわち、ウエハＷは、ウエハホ
ルダ２５に対してある程度の精度で位置決め（プリアラ
イメント）することができるので、ショットサイズとシ
ョット配列を指定するだけで、容易に面要素６２と各露
光領域間の位置関係を計算することができ、これらの位
置関係に応じて各露光領域ＳＥの制御に用いられる面要
素６２を求めることができる。

【００７３】このようにして、各露光領域ＳＥと駆動す
べき面要素６２との対応関係を予め明確にしておくこと
により、後に詳述する各露光領域ＳＥ内の凹凸を調整す
るために必要な面要素６２の上下駆動補正量を算出する
際に用いることができる。ここでは、面要素６２とウエ
ハＷ上の露光領域ＳＥとの相対的な位置関係が、図８に
示されるような位置関係にあるものとして説明する。

【００７４】次に、主制御装置４４では、基準マーク板
ＦＭを投影光学系ＰＬの下に位置するように、駆動装置
２１を介してＹステージ１６及びＸステージ１２の一方
又は両方を駆動して基板テーブル１８を移動させ、この
ときのレーザ干渉計３１の出力を不図示の内部メモリに
記憶する。また、主制御装置４４では、基準マーク板Ｆ
Ｍが不図示のアライメントセンサの下に位置するよう
に、駆動装置２１を介してＹステージ１６及びＸステー
ジ１２の一方又は両方を駆動して基板テーブル１８を移
動し、このときのアライメントセンサの出力とレーザ干
渉計３１の出力とを不図示の内部メモリに記憶する。す
なわち、このようにしてベースライン計測を行う。な
お、ベースライン計測のシーケンスは、本実施形態にお
いても従来の投影露光装置と同様であるので、その詳細
な説明は省略する。

【００７５】続いて、主制御装置４４では、ウエハＷ上
のアライメント用マークが不図示のアライメントセンサ
の下に位置するように駆動装置２１を介して基板テーブ
ル１８を移動させ、アライメントセンサの出力とレーザ
干渉計３１の出力とに基づいてアライメントマーク位置
を検出する。このようにして、所定のサンプルショット
に付設されたアライメントマーク位置の計測値と、ショ
ット配列の設計値とに基づいて、最小自乗法を用いた統
計演算によりウエハ上の全ショット配列座標を求め、こ
れに基づいて各ショット領域を露光位置に位置決めす
る、いわゆるエンハンスト・グローバル・アライメント
（以下、「ＥＧＡ」という）演算を行う。なお、このＥ
ＧＡ演算については、上記特開昭６１−４４４２９号等
に詳細に開示されているので、ここでは詳細な説明を省
略する。

【００７６】このようなＥＧＡの演算結果を用いること
により、各ショット領域（例えば，１ショット１チップ
取りの場合は各半導体チップに相当）を投影光学系ＰＬ
の下に正確に順次位置決めされるように基板テーブル１
８を位置制御することができる。

【００７７】そこで、まず、上記ＥＧＡ演算に基づいて
各露光領域ＳＥを投影光学系ＰＬの下に位置決めすると
ともに、各露光領域ＳＥ内におけるウエハＷ表面の各計
測点（例えば、図８中に示されるＰ1 〜Ｐ9 ）を順次投
影光学系ＰＬの光軸中心位置に順次移動させて、斜入射
方式の第１の焦点検出系（照明光学系４０、受光光学系
４２）により各計測点のＺ方向位置を計測し、そのＺ方
向位置を各計測点に対応させてメモリに記憶させる。こ
こでは、ウエハＷ表面の計測点を１つの露光領域ＳＥに
対して９点としたが、これに限定されず、例えば９点よ
りも少ない５点計測としてスループットを向上させた
り、あるいは、面要素６２の位置に対応した位置で計測
する２５点計測とすることによって、ウエハＷの表面形
状をより正確に捉えるようにしてもよい。このように、
計測点の取り方は、当該投影露光装置における要求解像
度やスループット等の兼合いで適宜決定すればよい。

【００７８】上述のようにして、メモリに記憶された投
影光学系ＰＬの最良結像面Ｆo （第２の焦点検出系３０
により得られる）と、ウエハＷ表面の各計測点のＺ方向
位置（第１の焦点検出系により得られる）とに基づい
て、主制御装置４４は各面要素６２位置におけるウエハ
Ｗ表面から最良結像面Ｆo までのＺ軸方向の位置ずれ量
（焦点ずれ量）が演算されて、メモリに記憶される。こ
のメモリに記憶された各面要素６２位置でのＺ軸方向の
位置ずれ量（焦点ずれ量）は、後述する面要素６２の駆
動量（補正量）となる。なお、図８の場合であれば、各
計測点（Ｐ1 〜Ｐ9 ）と位置が一致している面要素６２
については、最良結像面（Ｆo ）からウエハＷ表面まで
のＺ軸方向の位置ずれ量がそのまま面要素６２の駆動量
となるが、計測点に対応していない面要素６２の駆動量
については、周辺部の測定点における位置ずれ量に基づ
いて計算によって求めることができる。

【００７９】次に、各面要素６２を駆動機構６８によっ
て駆動する場合について説明する。

【００８０】上記したウエハ表面の形状を計測する際
は、図９（Ａ）に示されるように、全ての面要素６２が
同一平面上に配列されるように、全ての面要素６２の駆
動機構に対して同一電圧を印加することによって面要素
６２がイニシャライズされる。そして、露光処理する露
光領域ＳＥが決まり、当該露光領域ＳＥに対応する面要
素６２が決まると、主制御装置４４はメモリに記憶され
た該当する面要素６２の駆動量（補正量）を読み出し
て、それぞれの駆動機構６８を個別に駆動する。これに
より、各面要素６２はＺ軸方向の所定位置まで移動して
停止する。すなわち、露光領域ＳＥ内において図９
（Ａ）に示されるウエハホルダ２５上に載置されている
ウエハＷ表面の凹凸が、図９（Ｂ）に示されるように、
ウエハＷを保持するウエハホルダ２５の面要素６２が駆
動されることにより、投影光学系ＰＬの最良結像面Ｆo
にウエハＷの表面を一致させることができる。このた
め、解像度の高い高精度な露光を行うことが可能とな
る。なお、図９（Ｂ）の場合は、投影光学系ＰＬの最良
結像面Ｆo が平坦な面であり、これと一致するようにウ
エハＷ表面を平坦に補正するようにしたが、最良結像面
Ｆo が湾曲している場合は、この湾曲面に合わせてウエ
ハＷ表面が補正されることになる。

【００８１】このようにして、ウエハＷ上の各露光領域
ＳＥ（ショット領域）毎にウエハＷ表面のＺ軸方向位置
の補正を行いながら、ステップ・アンド・リピート方式
でウエハＷ上の各ショット領域へ順次重ね合わせ露光が
行われる。

【００８２】以上説明したように、本実施形態の投影露
光装置１０によると、ウエハＷ表面の各計測点Ｐ1 〜Ｐ
9 におけるＺ軸方向位置と、投影光学系ＰＬの最良結像
面Ｆo との位置ずれ量に基づいて、ウエハホルダ２５を
構成する面要素６２の位置における位置ずれ量を予め計
算で求めて、これを補正量とする。そして、当該露光領
域ＳＥを露光処理する場合は、各面要素６２を補正量に
応じて駆動機構６８を駆動することにより、各面要素６
２がウエハＷの裏面側に吸着した状態でＺ軸方向に動
き、ウエハＷの表面形状が投影光学系ＰＬの最良結像面
Ｆo と一致するように変形することができる。

【００８３】従って、本実施形態の投影露光装置１０に
よると、露光領域ＳＥ毎に露光処理をする際に、高解像
度が要求されて焦点深度が狭くなったとしても、常にそ
の焦点深度の範囲内に露光領域内のウエハＷ全面が入る
ため、高精度な露光処理を行うことができる。

【００８４】なお、上記実施形態では、ウエハＷ上の一
点でその表面のＺ軸方向位置を検出する光電式の第１の
焦点検出系を用いる場合を例示したが、これに代えてウ
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Ｚ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、このようにすればウ
エハＷのＺ光軸方向の位置計測をより短時間で行なうこ
とが可能になる。

【００８５】また、上記実施形態では、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
設けるようにしても良い。

【００８６】さらに、上記実施形態では、図８に示され
るように、露光領域ＳＥに対して面要素６２の配置や
数、あるいは配列状態を特定して説明したが、もちろん
この例に限定されるものではなく、面要素６２の大き
さ、数、配列を変えても良く、さらに露光領域ＳＥ自体
の大きさや形状についても、可動ブラインド４５等を用
いて任意に設定することができる。この場合における、
各面要素６２の補正量については、既知のデータに基づ
いて適宜計算によって算出することができる。

【００８７】また、上記実施形態では、面要素６２と露
光領域ＳＥの関係を図８のような場合として説明した
が、図１に示される可動ブラインド４５Ａ、４５Ｂを駆
動させて１つの露光領域ＳＥの大きさを変えたり（ショ
ットサイズの変更）、隣接する露光領域ＳＥの配置を変
えること（ショット配列の変更）により、位置関係が適
宜変更される。このような場合、ウエハＷ表面の各計測
点と面要素６２とが必ずしも一致する保証が無いため、
主制御装置４４は、各計測点におけるウエハＷ表面と最
良結像面Ｆo とのＺ軸方向の位置ずれ量と、その計測点
と面要素６２との位置関係に基づいて、当該露光領域Ｓ
Ｅの表面形状の補正に用いられる各面要素６２の駆動量
を計算によって求めることができる。

【００８８】また、上記実施形態では、第１の焦点検出
系を用いて、ウエハＷの表面形状を全ショット領域につ
いて予め計測するようにしたが、これに限定されず、各
ショット領域の露光前に当該シット領域の計測点につい
て逐次計測するようにしてもよい。

【００８９】また、上記実施形態では、ステップ・アン
ド・リピート方式による投影露光装置が適用される場合
について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定さ
れるものではなく、レチクルＲとウエハＷとを相対的に
走査させながら露光を行うステップ・アンド・スキャン
方式等の投影露光装置にも適用することが可能である。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、感光基板表面の被露光領域の表面形状が
投影光学系の最良結像面と一致した状態で、高精度な露
光を行なうことができる投影露光方法が提供される。

【００９１】また、請求項２ないし４に記載の発明によ
れば、感光基板表面の被露光領域の形状が投影光学系の
最良結像面と一致した状態で、高精度な露光を行なうこ
とができるという従来にない優れた投影露光装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る投影露光装置の概略構成を示
す図である。

【図２】図１の投影露光装置を構成する投影光学系の最
良結像面を検出するＴＴＬ方式の第２の焦点検出系の構
成を示す図である。

【図３】図１の基準マーク板ＦＭの上面に形成された回
折格子マークを示す図である。

【図４】キャリブレーション信号の信号レベル特性を示
す図であって、（Ａ）は発光マークがレチクルのパター
ン面内のクロム部分に逆投影されたときの信号レベルを
示す図、（Ｂ）はパターン面内のガラス部分（透明部
分）に逆投影されたときの信号レベルを示す図である。

【図５】本実施形態の投影露光装置における焦点位置検
出信号ＦＳのキャリブレーション動作を説明するフロー
チャートである。

【図６】（Ａ）はキャリブレーション信号ＫＳを示す図
であり、（Ｂ）は焦点位置検出信号ＦＳを示す図であ
る。

【図７】ウエハホルダと露光領域との関係を示す平面図
である。

【図８】図７の露光領域部分の拡大図である。

【図９】図８のＡ−Ａ線概略断面図であり、（Ａ）は補
正前のウエハＷの状態を示す図であり、（Ｂ）は補正後
のウエハＷの状態を示す図である。

【図１０】（Ａ）は、図９の一つの面要素とこの近傍部
分の一部破断図であり、（Ｂ）は、同図（Ａ）の平面図
である。

【符号の説明】

１０投影露光装置１８Ｘステージ２５ウエハホルダ３０第２の焦点検出系４０照明光学系４２受光光学系４４主制御装置６２面要素６８駆動機構ＥＬ露光光ＡＸ光軸ＳＥ露光領域ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ

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の像を投影
光学系を介して感光基板上に露光する投影露光方法であ
って、露光に先立って、前記感光基板を２次元面内で移動しつ
つ、前記感光基板表面の前記投影光学系の光軸方向の位
置の変化を光電検出することにより、前記感光基板表面
の凹凸を計測する第１工程と；前記投影光学系の結像特
性を測定する第２工程と；前記第１工程及び第２工程の
結果に基づいて、前記感光基板上の被露光領域が前記投
影光学系の最良結像面に一致するように前記感光基板表
面の形状を設定する第３工程とを含む投影露光方法。
【請求項２】マスクに形成されたパターンの像を投影
光学系を介して２次元方向に移動可能なステージ上に保
持された感光基板上に露光する投影露光装置であって、前記ステージ上で感光基板を保持するとともに、その感
光基板との接触面の形状が変更可能な基板保持機構と；
前記感光基板表面の所定の計測点における前記投影光学
系の光軸方向の位置を光電検出する検出手段と；前記投
影光学系の投影視野内の任意の点における最良結像面位
置を測定する結像特性測定手段と；前記検出手段及び結
像特性測定手段の測定結果に基づいて、前記感光基板上
の被露光領域が前記投影光学系の最良結像面に一致する
ように前記基板保持機構の基板との接触面の形状を変更
する制御手段とを有する投影露光装置。
【請求項３】前記基板保持機構は、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、前記各面要素を独立に前記投影光学系の光軸方
向に駆動する多数の駆動機構とを有することを特徴とす
る請求項２に記載の投影露光装置。
【請求項４】前記結像特性測定手段は、前記投影光学
系の像面湾曲及び非点収差の内の少なくとも一方を計測
することを特徴とする請求項２に記載の投影露光装置。