JP2000021711A - 露光装置及びその焦点検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影光学系の露光視野内において最も厳密な
合焦を必要とする位置と多点ＡＦ系の計測点とが離間し
ている場合にも、精確な多点ＡＦ系の合焦動作を確保で
き、高精度の露光が可能な露光装置及びその焦点検出方
法を提供する。 【解決手段】 ウエハステージ上に、多点斜入射方式の
合焦機構の仮想的な基準面のＺ方向位置を計測するため
の平面基準板７１を設ける。その平面基準板７１に発光
性の開口マーク７２を設け、その開口マーク７２に前記
基準面の較正を行うための焦点較正機構を光学的に接続
する。焦点較正機構によりレチクルで反射され戻ってく
る開口マーク７２の像を検出し最適結像面のＺ方向位置
を計測し、その計測結果に基づいて前記基準面の較正を
行う。そして、その開口マーク７２を投影光学系の投影
視野ＩＦ内の任意の位置に配置しても、前記平面基準板
７１の表面上に必ず前記合焦機構の第１計測点ＡＦｉｊ
が存在するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子等のマイ
クロデバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフ
ィ工程で使用される露光装置、及び、その露光装置にお
ける焦点検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の露光装置は、例えばマスクとし
てのレチクル上の回路パターンが照明光学系により照明
され、その回路パターンが投影光学系を介してフォトレ
ジスト等の感光材料が塗布された基板（ウエハ、ガラス
プレート等）上に投影転写されるようになっている。前
記基板は、前記投影光学系の光軸に交差するように基板
ステージ上に保持され、合焦機構によりその基板の露光
面が所定の合わせ込み面に合わせ込まれるようになって
いる。

【０００３】このような合焦機構のための焦点検出方式
として、例えば特開平２−１０２５１８号公報（第１の
公報）には、次のような多点斜入射式焦点検出系（いわ
ゆる、多点ＡＦ（Auto focussing）系）の発明が開示さ
れている。すなわち、この従来構成は、感光基板上のシ
ョット領域内の複数（例えば５つ）の測定点のそれぞれ
に、投影光学系を介することなくピンホール像を斜入射
方式で投射し、その各反射像を２次元位置検出素子（Ｃ
ＣＤ）で一括受光する。そして、前記基板の露光面の仮
想的な所定の基準面に対する前記投影光学系の光軸方向
（ここでは、「Ｚ方向」とする。）のずれを検出するこ
とで、前記投影光学系の焦点位置を検出するようになっ
ている。

【０００４】ところで、前記ずれの計測の基準となる前
記基準面はドリフト等により前記投影光学系の結像面か
らずれることがあって、このずれ分はパターンを基板上
に投影転写する際の残留フォーカスオフセットとなる。
ここで、前記第１の公報には、前記残留フォーカスオフ
セットの較正については、何らの開示も示唆もなされて
いない。

【０００５】これに対して、例えば特開平５−１９０４
２３号公報（第２の公報）には、前記第１の公報に記載
の多点ＡＦ系の他に、前記残留フォーカスオフセットを
較正する較正系を備えた露光装置に関する発明が開示さ
れている。すなわち、この装置には、前記基板を載置す
る基板ステージ上に前記較正系の一部を構成する発光マ
ークを備えた基準板が設けられている。その発光マーク
を、前記多点ＡＦ系の測定点の位置またはその極く近傍
の位置に順次位置決めする。この状態で、前記較正系を
作動させ、前記発光マークからの光を投影光学系により
マスクとしてのレチクル上に結像させ、そのレチクルか
らの反射光を前記投影光学系によって再度発光マーク側
に戻す。そして、前記基板ステージをＺ方向に移動する
ことにより、前記発光マークと前記投影光学系とを順次
近接または離間させつつ、前記戻された反射光の光量変
化を検出する。その検出された光量変化に基づいて、同
位置における前記投影光学系の最適な焦点位置を検出す
る。

【０００６】この一方で、同位置において前記多点ＡＦ
系を作動させ、各測定点における前記基準板の表面のＺ
方向位置を検出する。そして、この多点ＡＦ系による検
出結果を、前記のように較正系により検出された最適な
焦点位置に基づいて補正し前記多点ＡＦ系の基準位置を
較正するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年では、
１つのレチクルを複数に区画し、そのそれぞれに異なる
回路パターンを形成することが一般に行われるようにな
ってきている。ここで、各回路パターン毎にその微細度
が異なることがあって、要求される露光時の線幅制御性
が異なることがある。また、１つの回路パターン内にお
いても、回路パターンを構成する微細なライン等が非常
に密集して極めて厳密な合焦が要求される部分と、それ
ほど厳密な合焦を必要としない部分とが存在することが
ある。このような回路パターンを基板上に投影転写する
場合には、その最も厳密な合焦を必要とする部分に対応
する前記投影光学系の露光視野内の対応部分で前記投影
光学系の最適な焦点位置を検出し、前記多点ＡＦ系の較
正を行うことが望ましい。

【０００８】しかしながら、前記第２の公報に記載の較
正系は、前記多点ＡＦ系の各測定点の位置またはその極
く近傍の位置で前記投影光学系の焦点位置を検出して、
多点ＡＦ系の較正を行っているのみである。ここで、必
ずしも、最も厳密な合焦を必要とする前記対応部分が、
前記多点ＡＦ系の各測定点の位置またはその極く近傍の
位置に存在するとは限らない。そして、前記対応部分が
前記各測定点の位置またはその極く近傍の位置とは離間
した位置に存在する場合には、例えば次のような多点Ａ
Ｆ系の較正方法が考えられる。

【０００９】すなわち、まず前記基板ステージを前記投
影光学系の光軸と直交する平面（ここでは、「ＸＹ平
面」とする。）上で移動させ、前記発光マークを前記投
影光学系の露光視野内の前記対応部分に位置決めすると
ともに前記較正系を作動させて、前記投影光学系の最適
な焦点位置を検出する。ついで、前記多点ＡＦ系各測定
点のうちでその対応部分に近接した測定点が前記基準板
上に位置するように前記基板ステージを前記ＸＹ平面内
で移動させ、前記多点ＡＦ系により前記基準板の表面の
Ｚ方向位置を検出する。そして、この多点ＡＦ系による
Ｚ方向位置の検出結果と前記較正系により検出された最
適な焦点位置とに基づいて、前記多点ＡＦ系の較正を行
うものである。

【００１０】ところが、この場合、前記多点ＡＦ系の較
正に際して、較正系による最適な焦点位置の検出と、多
点ＡＦ系による基準板のＺ方向位置の検出との間に基板
ステージのＸＹ平面内での移動動作が介在されている。
この基板ステージのＸＹ平面内での移動を完全に滑らか
に行うことは非常に難しく、その移動に伴って振動が発
生することがある。このような振動は、前記基準板の表
面のＺ方向の位置ずれを招くおそれがある。しかも、そ
の振動が前記レチクルを載置保持するレチクルステージ
側に伝達されると、レチクルにもＺ方向の位置ずれを生
じるおそれがある。このような基準板の表面及びレチク
ルの位置ずれは、前記多点ＡＦ系における新たなオフセ
ット要因となり、前記多点ＡＦ系の精確な較正が困難に
なるおそれがある。

【００１１】本発明は、このような従来の技術に存在す
る問題点に着目してなされたものである。その目的とし
ては、投影光学系の露光視野内において最も厳密な合焦
を必要とする位置と多点ＡＦ系の計測点とが離間してい
る場合にも、精確な多点ＡＦ系の合焦動作を確保でき
て、高精度の露光が可能な露光装置及びその焦点検出方
法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、露光装置に係る本願請求項１の発明は、マスク
（Ｒ）上のパターンを基板（Ｗ）上に投影転写するため
の投影光学系（２４）と、その基板（Ｗ）を前記投影光
学系（２４）の光軸（ＡＸ）と交差するように保持する
とともに前記光軸（ＡＸ）に対して交差する平面内及び
前記投影光学系（２４）の光軸（ＡＸ）に沿う方向に移
動可能な基板ステージ（２５）とを備えた露光装置（２
１）において、前記投影光学系（２４）の投影視野（Ｉ
Ｆ）を含む所定の領域内の予め定められた位置に第１計
測点（ＡＦｉｊ）を有し、その第１計測点（ＡＦｉｊ）
での前記投影光学系（２４）の光軸（ＡＸ）に沿う方向
における位置を検出する第１焦点検出手段（２６）と、
前記所定の領域内の前記第１計測点（ＡＦｉｊ）とは異
なる位置の第２計測点での前記投影光学系（２４）の光
軸（ＡＸ）に沿う方向における結像面の位置を検出する
第２焦点検出手段（２７）とを備え、その第２焦点検出
手段（２７）は前記投影光学系（２４）及び所定のパタ
ーン（７２）を通過する通過光束を検出する光量検出系
（８０）を備え、前記基板ステージ（２５）上には、前
記第１計測点（ＡＦｉｊ）における前記第１焦点検出手
段（２６）の位置検出の基準となる基準面を計測するた
めの基準計測面（ＣＳ）と、前記第２焦点検出手段（２
７）の所定のパターン（７２）を有する平面基準板（７
１）とを設け、前記第１計測点（ＡＦｉｊ）は前記第２
計測点に前記所定のパターン（７２）を一致させたとき
に前記基準計測面（ＣＳ）内に存在するように配置した
ことを要旨とするものである。

【００１３】このため、本願請求項１の発明では、第２
焦点検出手段において第２計測点に所定のパターンを一
致させたときに、第１焦点検出手段における第１計測点
が前記基準計測面内に存在する。このため、前記第２計
測点での投影光学系の光軸に沿う方向（前記と同様に
「Ｚ方向」とする。）の位置を前記第２焦点検出手段に
より計測した状態で、そのまま前記第１計測点でのＺ方
向位置を前記第１焦点検出手段により計測することがで
きる。すなわち、前記両焦点検出手段によるＺ方向位置
の検出動作の間に、基板ステージの前記投影光学系の光
軸と直交する平面（前記と同様に、「ＸＹ平面」とす
る。）内の移動動作を介在させる必要がない。よって、
前記基板ステージの移動に伴う前記両計測点のＺ方向の
位置ずれが生じることがなく、両焦点検出手段の計測結
果を精確に対応させることができる。

【００１４】また、本願請求項２の発明は、前記請求項
１に記載の発明において、前記基準計測面（ＣＳ）を前
記平面基準板（７１）上に設けたことを要旨とするもの
である。

【００１５】すなわち、本願請求項２の発明では、前記
請求項１に記載の発明の作用に加えて、第１焦点検出手
段の位置検出の基準となる仮想的な基準面を計測するた
めの基準計測面が、第２焦点検出手段の所定のパターン
が形成された基準平面板上に設けられている。このた
め、同基準計測面と同基準平面板と別々に形成した場合
に比べ、同基準平面板を精度よく加工するのみで、より
精確な両焦点検出手段による各計測点のＺ方向位置の計
測が可能となる。また、第１焦点検出手段の基準計測面
と第２焦点検出手段の基準平面板と別途設ける必要がな
く、部品点数の削減を図ることができる。

【００１６】また、本願請求項３の発明は、前記請求項
１または請求項２に記載の発明において、前記第１焦点
検出手段（２６）は複数の前記第１計測点（ＡＦｉｊ）
を有し、それらのうち複数の第１計測点（ＡＦｉｊ）
は、前記第２計測点に前記所定のパターン（７２）を一
致させたときに前記基準計測面（ＣＳ）内に存在するよ
うに配置したことを要旨とするものである。

【００１７】このため、本願請求項３の発明において
は、前記請求項１または請求項２に記載の発明の作用に
加えて、前記第２焦点検出手段による第２計測点でのＺ
方向位置の計測後、基板ステージを前記ＸＹ平面内で移
動することなしに前記第１焦点検出手段により複数の第
１計測点でのＺ方向位置を計測することができる。この
ため、前記基準面の少なくとも一方向への傾きを精確に
検出することができる。

【００１８】また、本願請求項４の発明は、前記請求項
３に記載の発明において、少なくとも３つの前記第１計
測点（ＡＦｉｊ）は、前記第２計測点に前記所定のパタ
ーン（７２）を一致させたときに前記基準計測面（Ｃ
Ｓ）内に存在するとともに、前記第１計測点（ＡＦｉ
ｊ）のうち、少なくとも１つは他の複数の前記第１計測
点（ＡＦｉｊ）を結ぶ直線から離間するにように配置し
たことを要旨とするものである。

【００１９】このため、本願請求項４の発明において
は、前記請求項３に記載の発明の作用に加えて、前記第
２焦点検出手段による第２計測点でのＺ方向位置の計測
後、基板ステージを前記ＸＹ平面内で移動することなし
に、面状に配置された少なくとも３つの第１計測点のＺ
方向位置を前記第１焦点検出手段により計測することが
できる。これにより、前記第１焦点検出手段における仮
想的な基準面の三次元的な傾きを精確に検出することが
できる。

【００２０】また、本願請求項５の発明は、前記請求項
３または請求項４に記載の発明において、前記第２計測
点において前記第２焦点検出手段（２７）により検出さ
れた前記投影光学系（２４）の結像面の前記光軸（Ａ
Ｘ）に沿う方向の位置と、前記第２計測点に前記所定の
パターン（７２）を一致させた状態で前記第１焦点検出
手段（２６）により計測された前記各第１計測点（ＡＦ
ｉｊ）における前記基準計測面（ＣＳ）の同方向の位置
とに基づいて、前記結像面と前記基準面との位置ずれ量
を計測する位置ずれ量計測手段（２８）を備えたことを
要旨とするものである。

【００２１】このため、本願請求項５の発明において
は、前記請求項３または請求項４に記載の発明の作用に
加えて、第１焦点検出手段の残留フォーカスオフセット
を容易に計測することができる。

【００２２】また、本願請求項６の発明は、前記請求項
５に記載の発明において、前記位置ずれ量計測手段（２
８）の計測結果に基づいて、前記基準面を前記結像面に
合わせ込むようにしたことを要旨とするものである。

【００２３】このため、本願請求項６の発明では、前記
請求項５に記載の発明の作用に加えて、前記のように計
測された第１焦点検出手段の残留フォーカスオフセット
を解消すべく前記基準面が前記結像面に合わせ込まれ
る。そして、基板上への露光転写時において、前記第１
焦点検出手段による前記第１計測点でのＺ方向位置の計
測を、精確かつ容易に行うことができる。

【００２４】また、本願請求項７の発明は、前記請求項
５に記載の発明において、前記位置ずれ量計測手段（２
８）の計測結果に基づいて、前記第２計測点に前記所定
のパターン（７２）を一致させたときに前記基準計測面
（ＣＳ）内に存在する各第１計測点（ＡＦｉｊ）での前
記第１焦点検出手段（２６）により検出された位置を補
正するようにしたことを要旨とするものである。

【００２５】このため、本願請求項７の発明では、前記
請求項５に記載の発明の作用に加えて、前記位置ずれ量
計測手段の計測結果、すなわち残留フォーカスオフセッ
トに基づいて、前記第１焦点検出手段により検出された
位置に関する信号を例えば電気的に補正することができ
る。そして、各第１計測点毎にそのＺ方向位置の計測結
果の補正を行うことが可能となり、第１焦点検出手段の
計測精度を一層向上させることができる。また、前記第
１焦点検出手段の仮想的な基準面の較正を、同第１焦点
検出手段による検出信号の処理のみで行うことができ、
迅速に行うことができる。

【００２６】また、本願請求項８の発明は、前記請求項
５〜請求項７のうちいずれか一項に記載の発明におい
て、予め計測された前記基準計測面（ＣＳ）の平坦度に
基づいて、前記位置ずれ量計測手段（２８）により計測
された各第１計測点（ＡＦｉｊ）における位置ずれ量を
補正するようにしたことを要旨とするものである。

【００２７】ここで、前記基準計測面の平坦度が低い、
つまり前記基準計測面に凹凸が多く存在すると、前記各
第１計測点毎の前記第１焦点検出手段による位置の計測
結果にばらつくことがある。このばらつきは、前記第１
焦点検出手段の残留フォーカスオフセットに含まれる。

【００２８】これに対して、本願請求項８の発明におい
ては、前記請求項５〜請求項７のうちいずれか一項に記
載の発明の作用に加えて、前記基準計測面の平坦度に起
因する第１焦点検出手段の残留フォーカスオフセット分
を補正することができ、より精確な前記第１焦点検出機
構の較正を行うことができる。

【００２９】また、露光装置の焦点検出方法に係る本願
請求項９の発明は、請求項１〜請求項８のうち、いずれ
か一項に記載の露光装置（２１）の焦点検出方法におい
て、前記基準平面板（７１）上の所定のパターン（７
２）を前記第２計測点に一致させて、前記投影光学系
（２４）及び所定のパターン（７２）を通過する通過光
束を前記第２焦点検出手段（２７）の光量検出系（８
０）により検出し、その検出結果に基づいて前記投影光
学系（２４）の光軸（ＡＸ）に沿う方向における結像面
の位置を検出し、前記基板ステージ（２５）をその結像
面の検出時の位置で静止させた状態または同位置から前
記投影光学系（２４）の光軸（ＡＸ）に沿う方向への微
小移動のみを許容した状態で前記基準計測面（ＣＳ）内
に存在する前記第１計測点（ＡＦｉｊ）での前記投影光
学系（２４）の光軸（ＡＸ）に沿う方向における位置を
検出することを要旨とするものである。

【００３０】このため、本願請求項９の発明によって
も、前記請求項１〜請求項８のうち、いずれか一項とほ
ぼ同様の作用が発揮される。

【００３１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下に、本発明
を、一括露光と走査露光とが切換可能な露光装置に具体
化した第１実施形態について図１〜図５に基づいて説明
する。なお、図１に示すように、本実施形態では、投影
光学系２４の光軸ＡＸに平行な方向にＺ軸を取り、光軸
ＡＸに直交する平面内で図１の紙面に平行な方向にＸ軸
を、また、同様に図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取っ
ている。

【００３２】図１に示すように、露光装置２１は、照明
光学系２２と、マスクとしてのレチクルＲを保持するレ
チクルステージ２３と、投影光学系２４と、基板として
のウエハＷを保持する基板ステージとしてのウエハステ
ージ２５と、第１焦点検出手段としての多点斜入射方式
の合焦機構２６と、第２焦点検出手段としての焦点位置
較正機構２７と、装置全体の動作を制御するとともに位
置ずれ量計測手段を構成する主制御系２８とより構成さ
れている。

【００３３】前記照明光学系２２には、光源３０から出
射された露光光ＥＬが入射する。この光源３０として
は、高圧水銀灯、ＫｒＦエキシマレーザ光源、ＡｒＦエ
キシマレーザ光源、Ｆ₂エキシマレーザ光源、金属蒸気
レーザ又はＹＡＧレーザの高調波を発振する光源等があ
り、そして、前記ウエハＷ上にはその光源３０から出射
される露光光ＥＬの波長に応じて選択されたフォトレジ
ストが塗布されている。

【００３４】照明光学系２２は、図示しないリレーレン
ズ、フライアイレンズ（またはロット・インテグレー
タ）、コンデンサレンズ等の各種レンズ系や、開口絞り
及び前記レチクルＲのパターン面と共役な位置に配置さ
れたブラインド等を含んで構成されている。そして、前
記露光光ＥＬは、この照明光学系２２を通過することに
より、前記レチクルＲ上の回路パターンを均一に照明す
るように調整される。

【００３５】ここで、レチクルＲとウエハＷとを静止さ
せた状態で、レチクルＲ上の回路パターンを、ウエハＷ
の露光面Ｗｆ上に区画された所定のショット領域に転写
露光する一括露光時においては、前記露光光ＥＬの照明
領域ＬＦ１が図３（ａ）に二点鎖線で示すように矩形状
に整形される。一方、レチクルＲとウエハＷとを後述す
るように同期走査させた状態で、レチクルＲ上の回路パ
ターンを、ウエハＷの露光面Ｗｆ上の所定のショット領
域に転写露光する走査露光時においては、前記露光光Ｅ
Ｌの照明領域ＬＦ２が図３（ａ）に実線で示すようにス
リット状に整形される。

【００３６】前記レチクルステージ２３は、前記照明光
学系２２の下方において、そのレチクル載置面が前記投
影光学系２４の光軸ＡＸと直交するように配置されてい
る。このレチクルステージ２３には、レチクル支持台３
２上において、Ｙ方向に駆動自在なレチクルＹ駆動ステ
ージ３３が載置されている。このレチクルＹ駆動ステー
ジ３３上には、前記レチクル載置面をなすレチクル微小
駆動ステージ３４が載置されている。そして、このレチ
クル微小駆動ステージ３４上にレチクルＲが真空チャッ
ク等により保持されている。

【００３７】レチクル微小駆動ステージ３４は、前記投
影光学系２４の光軸ＡＸに直交する面内で、Ｘ方向、Ｙ
方向、及び、前記投影光学系２４の光軸ＡＸと平行な軸
線を中心とする回転方向（θ方向）にそれぞれ微小量だ
け、か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３４上には移動鏡３５が配置される
とともに、その移動鏡３５と対向するように干渉計３６
が外部において配置されている。そして、この干渉計３
６によって、常時レチクル微小駆動ステージ３４のＸ方
向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニターされ、この干渉
計３６により得られた位置情報は前記主制御系２８に供
給されている。

【００３８】前記投影光学系２４は図示しない複数のレ
ンズ等を含んで構成され、前記露光光ＥＬはこの投影光
学系２４を通過する際に、その断面形状が前記照明領域
ＬＦ１、ＬＦ２の大きさから所定の縮小倍率１／ｎ（ｎ
は正の整数）に縮小される。そして、前記レチクルＲ上
の回路パターンが、前記所定の縮小倍率で縮小された状
態で、前記ウエハステージ２５上に投影光学系２４の光
軸に交差するように保持されたウエハＷの露光面Ｗｆに
投影転写されるようになっている。

【００３９】前記ウエハステージ２５は、前記投影光学
系２４の下方において、そのウエハ載置面が投影光学系
２４の光軸ＡＸと交差するように配置されている。この
ウエハステージ２５のウエハ支持台３９上には、Ｙ方向
に駆動自在なウエハＹ駆動ステージ４０が載置され、そ
のウエハＹ駆動ステージ４０上には、Ｘ方向に駆動自在
なウエハＸ駆動ステージ４１が載置されている。また、
ウエハＸ駆動ステージ４１上には、上面を前記投影光学
系２４の光軸ＡＸと直交するＸＹ平面に対し微小に傾斜
させることができるとともにＺ方向に微小駆動自在なＺ
レベリングステージ４２が設けられている。このＺレベ
リングステージ４２上には、ウエハＷが真空吸着によっ
て保持される。Ｚレベリングステージ４２上には、Ｘ方
向及びＹ方向に沿って延びる平面Ｌ字状の移動鏡４３が
固定されている。一対の干渉計４４は、その移動鏡４３
の外側面と対向するように配置されている。そして、こ
の干渉計４４によりＺレベリングステージ４２のＸ方
向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニターされている。な
お、図１においては、Ｚレベリングステージ４２のＸ方
向の位置をモニターする干渉計４４のみが示されてい
る。これら干渉計４４により得られた位置情報は、前記
主制御系２８に供給される。

【００４０】前記レチクルＲは、前記走査露光時には、
露光光ＥＬのスリット状の照明領域ＬＦ２に対してＹ方
向の図１において紙面の手前側（または向こう側）に一
定速度Ｖで走査される。このレチクルＲの移動に同期し
て、ウエハＷは図１の紙面の向こう側（又は手前側）に
一定速度Ｖ／β（１／βは投影光学系２４の縮小倍率）
で走査されるようになっている。これらのレチクルＲと
ウエハＷの同期走査は、前記主制御系２８の制御のもと
で実行される。

【００４１】次に、前記合焦機構２６について説明す
る。この合焦機構２６の動作も、前記主制御系２８の制
御のもとで実行される。前記合焦機構２６は、前記投影
光学系２４を挟むように投光系４８と受光系４９とが配
置された多点斜入射式の焦点検出方式、いわゆる多点Ａ
Ｆ系を構成している。すなわち、図３（ａ）に示すよう
に、投影光学系２４の投影視野ＩＦを含む所定の領域の
予め定められた位置には、ウエハＷのＺ方向の位置ずれ
（いわゆる焦点ずれ）を計測するための複数の第１計測
点ＡＦｉｊ（ここでは、ｉ，ｊ＝１〜５）が設定されて
いる。

【００４２】図２及び図３に示すように、光源５０から
射出されたウエハＷ上の前記フォトレジストに対して非
感光性のＡＦ照明光ＩＬａｆは、複数のスリット５１−
ｉｊ（ここでは、ｉ，ｊ＝１〜５）を有するスリット板
５１（図３（ｂ）参照）を照明する。そして、スリット
５１−ｉｊを透過したＡＦ照明光ＩＬａｆは、レンズ系
５２、ミラー５３、絞り５４、投光用対物レンズ５５及
びミラー５６を介してウエハＷを斜めに照射する。これ
ら光源５０、スリット板５１、レンズ系５２、ミラー５
３、絞り５４、投光用対物レンズ５５及びミラー５６に
より前記投光系４８が構成されている。このとき、ウエ
ハＷの露光面Ｗｆが最適結像面に一致していると、前記
スリット板５１上のスリット５１−ｉｊの像が前記レン
ズ系５２及び照射用対物レンズ５５によって同露光面Ｗ
ｆ上に結像される。

【００４３】ウエハＷで反射されたＡＦ反射光ＲＬａｆ
は、ミラー５７、受光用対物レンズ５８、レンズ系５
９、振動ミラー６０及び平行平面板６１を介して、複数
の受光スリット６２−ｉｊ（ここでは、ｉ，ｊ＝１〜
５）を有する受光用スリット板６２（図３（ｃ）参照）
上に前記スリット５１−ｉｊの反射像を再結像させる。
前記振動ミラー６０は、受光用スリット板６２上にでき
る反射スリット像を、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。前記平行平面板６１は、前記
受光用スリット板６２上のスリット６２−ｉｊ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ものであ
る。そして、前記振動ミラー６０は、発振器（ＯＳＣ）
６３から駆動信号で稼動されるミラー駆動部（Ｍ−ＤＲ
Ｖ）６４により振動される。

【００４４】こうして、反射スリット像が受光用スリッ
ト板６２上で振動すると、その受光用スリット板６２上
の受光スリット６２−ｉｊを透過した光束がアレーセン
サ６５で受光される。このアレーセンサ６５は、受光用
スリット板６２の長手方向を複数の微小領域に分割し、
各微小領域毎に個別の光電セルを配列したものであり、
このようなアレーセンサ６５としては例えばシリコンフ
ォトダイオード、フォトトランジスタ等が用いられる。
これらミラー５７、受光用対物レンズ５８、レンズ系５
９、振動ミラー６０、平行平面板６１、受光用スリット
板６２及びアレーセンサ６５により前記受光系４９が構
成されている。

【００４５】そして、アレイセンサ６５の各光電セルか
らの信号は、セレクタ回路６６を介して、セレクトまた
はグループ化されて、同期検波回路（ＰＳＤ）６７に入
力される。このＰＳＤ６７にはＯＳＣ６３からの駆動信
号と同じ位相の交流信号が入力され、この交流信号の位
置を基準として同期整流が行われる。このとき、ＰＳＤ
６７は、アレイセンサ６５の中から選ばれた複数の受光
セルの各出力信号を個別に同期検波するために、複数の
検波回路を備え、その検波出力信号は主制御系２８に出
力される。

【００４６】その検波出力信号は、いわゆるＳカーブ信
号と呼ばれ、受光用スリット板６２の各スリット６２−
ｉｊの中心と、前記ウエハＷからの各反射スリット像の
振動中心とが一致したときに零レベルとなる。一方、ウ
エハＷがその状態から上方に変位しているときには正の
レベルとなり、ウエハＷがその状態から下方に変位して
いるときには負のレベルとなる。従って、前記検波出力
信号が零レベルになるウエハＷの前記Ｚ方向位置が合焦
点として検出される。

【００４７】ただし、このような斜入射方式の合焦機構
２６では、その系自体で決まる仮想的な基準面を有し、
その基準面にウエハＷの露光面Ｗｆが一致したときに前
記ＰＳＤ６７からの検波出力信号が零になるということ
である。ここで、装置の製造時にはその仮想的な基準面
が投影光学系２４の最適結像面に一致するように調整さ
れてはいる。しかしながら、露光装置２１の設置環境、
使用状態等による前記最適結像面の変動は避けられず、
必ずしもその後長期間にわたって同基準面と最適結像面
との一致が確保されているとは限らない。そこで、前記
焦点較正機構２７により前記投影光学系２４の最適結像
面を検出し、この最適結像面に前記合焦機構２６の基準
面をほぼ一致させるようになっている。

【００４８】次に、焦点較正機構２７及びその焦点較正
機構２７を用いた前記合焦機構２６の較正方法について
説明する。この合焦機構２６の較正も、前記主制御系２
８の制御のもとで実行される。

【００４９】図１に示すように、この焦点較正機構２７
は、ＴＴＬ（Through the lens）方式の焦点検出系とな
っている。前記ウエハステージ２５のＺレベリングステ
ージ４２の一部には平面基準板７１が固定され、その表
面はウエハＷの露光面Ｗｆとほぼ等しい高さ位置となっ
ている。この平面基準板７１には、図４に示すようにＸ
方向及びＹ方向に延びる一対のスリット状の開口マーク
７２が形成されている。この開口マーク７２は、石英製
の平面基準板７１の表面全面にクロム層（遮光層）を蒸
着し、そこに透明部として刻設したものとなっている。

【００５０】前記基準平面板７１の下方（ウエハステー
ジ２５の内部）には、ミラー７３、ＦＣ対物レンズ７４
及び光ファイバー７５が設けられている。その光ファイ
バー７５の入射端側には、光源７６からビームスプリッ
タ７７及びレンズ系７８を介して前記露光光ＥＬとほぼ
同一波長のＦＣ照明光ＩＬｆｃが導かれている。そし
て、光ファイバー７５の射出端から射出されたＦＣ照明
光ＩＬｆｃは、前記ＦＣ照明対物レンズ７４によって集
光されて、前記平面基準板７１の開口マーク７２を裏側
から照明する。

【００５１】これにより、平面基準板７１上の開口マー
ク７２からは前記投影光学系２４へ送進する前記開口マ
ーク７２の形状に対応した像光束が発生し、この像光束
は前記投影光学系２４を介してレチクルＲの下面（パタ
ーン面）に到達する。そして、前記投影光学系２４が両
側テレセントリック系であるときには、前記像光束は、
前記レチクルＲの下面で正規反射され、投影光学系２４
を逆進して、再び開口マーク７２と重畳するように戻っ
てくる。

【００５２】ここで、平面基準板７１の表面が前記投影
光学系２４の結像面と一致していると、平面基準板７１
上には開口マーク７２のシャープな反射像が同開口マー
ク７２に重畳して形成される。一方、同表面が前記結像
面からずれていると、開口マーク７２のぼけた反射像が
開口マーク７２に重畳して形成される。つまり、平面基
準板７１がデフォーカスしていると、前記開口マーク７
２の反射像は、同開口マーク７２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。

【００５３】前記平面基準板７１上にできる反射像のう
ち、元の開口マーク７２で遮光されなかった像部分を含
むＦＣ反射光ＲＬｆｃは、前記ミラー７３及び前記ＦＣ
対物レンズ７４を介して光ファイバー７５に導かれる。
そして、同光ファイバ７５から出射された前記ＦＣ反射
光ＲＬｆｃは、ビームスプリッタ７７で反射され、レン
ズ系７９を介して光電センサ８０で受光される。そし
て、Ｚレベリングステージ４２をそのＺ方向の位置を測
定しながら移動させるとともに、前記光電センサ８０に
て前記ＦＣ反射光ＲＬｆｃを検出して、その光電センサ
８０の出力信号に基づくコントラスト信号を得るように
なっている。

【００５４】このコントラスト信号は、前記平面基準板
７１の表面が前記投影光学系２４の最適結像面を横切る
ようにＺ方向に移動されると、その最適結像面に対応す
るＺ方向の位置で信号レベルが極大となる。このことか
ら、前記コントラスト信号のレベルが極大となったとき
のＺ方向位置を検出することで、前記投影光学系２４の
投影視野ＩＦ内の前記開口マーク７２の配置された位置
における前記最適結像面の位置が求められる。

【００５５】この開口マーク７２の配置された位置は第
２計測点を構成し、この第２計測点は前記ウエハＹ駆動
ステージ４０及びウエハＸ駆動ステージ４１を移動させ
ることにより前記投影視野ＩＦ内の任意の位置に設定す
ることができる。そして、前記第２計測点を二次元的な
広がりを持って複数の位置に設定し、各第２計測点で前
記最適結像面の位置の計測を繰り返すことによって、前
記最適結像面全体が求められる。

【００５６】ここで、その最適結像面に像面傾斜が存在
するときには、前記平面基準板７１の表面がその像面傾
斜に一致するように前記Ｚレベリングステージ４２のＺ
方向位置を調整する。また、その最適結像面に像面湾曲
が存在するときには、その最適結像面から、例えば最小
二乗法により近似結像面を求める。そして、前記平面基
準板７１の表面がその近似結像面に一致するように、前
記Ｚレベリングステージ４２のＺ方向位置を調整する。

【００５７】そして、前記開口マーク７２を、レチクル
Ｒの回路パターンの最も厳密な合焦を必要とする部分に
対応する前記投影視野ＩＦ内の対応部分に一致させる。
この状態で、前述の方法に従って、その第２計測点にお
ける前記投影光学系２４の最適結像面の位置を計測す
る。ついで、前記合焦機構２６を用いて前記平面基準板
７１の表面上に設定された基準計測面ＣＳに前記ＡＦ照
明光ＩＬａｆを照射し、そのときの前記基準計測面ＣＳ
内の各第１計測点ＡＦｉｊにおけるＺ方向位置を前述の
方法に従い計測する。そして、前記主制御系２８内にお
いて、前記最適結像面のＺ方向位置と前記仮想的な基準
面のＺ方向位置との差を、残留フォーカスオフセットと
して算出する。このように、本実施形態の露光装置２１
では、前記合焦機構２６の仮想的な基準面を計測するた
めの基準計測面ＣＳが、前記投影光学系２４の最適結像
面またはその近似面に合わせ込まれた前記平面基準板７
１の表面上に設定されるようになっている。

【００５８】次に、図２に示すように、合焦機構２６に
より平面基準板７１上の基準計測面ＣＳを観察しなが
ら、前記残留フォーカスオフセットを解消すべく、前記
平行平面板６１の傾きを調整する。すなわち、前記受光
用スリット板６２の各スリット６２−ｉｊの中心と、ス
リット板５１のスリット５１−ｉｊの投影に基づくウエ
ハＷからの反射像の振動中心とが一致するように、前記
平行平面板６１の傾きの調整を行う。これにより、前記
仮想的な基準面の較正がなされる。

【００５９】さて、本実施形態の露光装置２１では、図
４に示すように、前記平面基準板７１は、その開口マー
ク７２を前記投影光学系２４の投影視野ＩＦ内の中央付
近に配置した場合、その平面基準板７１上に全ての第１
計測点ＡＦｉｊ（ｉ、ｊ＝１〜５）が配置されるだけの
大きさに形成されている。また、同平面基準板７１は、
その開口マーク７２を前記投影視野ＩＦ内のどの位置に
配置しても、その平面基準板７１上に前記第１計測点Ａ
Ｆｉｊのうち複数が二次元的な広がりをもって配置され
るだけの大きさに形成されている。すなわち、図５に示
すように、前記開口マーク２１が例えば前記投影視野Ｉ
Ｆの外周の近傍に配置されたとする。このような状態に
おいても、前記平面基準板７１上には、各列４つの第１
計測点ＡＦｉ２〜ＡＦｉ５が配置されるようになってい
る。

【００６０】また、本実施形態の露光装置２１では、前
記平面基準板７１の平坦度が予め測定され、その測定結
果が前記主制御系２８内に格納されている。そして、こ
の平坦度に関するデータに基づいて、前記のように求め
られた各第１計測点ＡＦｉｊのＺ方向位置が補正される
ようになっている。

【００６１】従って、以上のように構成された本実施形
態によれば、以下のような作用、効果を得ることができ
る。 （イ） 本実施形態の露光装置２１では、ウエハステー
ジ２５のＺレベリングステージ４２上に、合焦機構２６
の仮想的な基準面のＺ方向位置を計測するとともにその
基準面の較正を行うための平面基準板７１が設けられて
いる。そして、前記較正を行うにあたって、焦点較正機
構２７の開口マーク７２を投影光学系２４の投影視野Ｉ
Ｆ内の任意の位置に配置しても、前記平面基準板７１の
表面上に必ず前記合焦機構２６の第１計測点ＡＦｉｊが
存在するように構成されている。

【００６２】このため、前記投影視野ＩＦ内の任意の位
置において、前記投影光学系２４の最適結像面のＺ方向
位置を精確に計測することができる。これにより、例え
ばレチクルＲの回路パターンにおける最も微細なパター
ン部分、つまり最も厳密な合焦を必要とする部分が、前
記合焦機構２６の第１計測点ＡＦｉｊに対応する部分か
ら離間しているよう場合であっても、前記開口マーク７
２を前記投影視野ＩＦ内の前記パターン部分に対応する
対応部分に一致させて、最適結像面の位置の検出を精確
に行うことができる。このとき、同時に前記合焦機構２
６を用い、前記各第１計測点ＡＦｉｊでの前記平面基準
板７１上の基準計測面ＣＳのＺ方向位置の検出を行うこ
とにより、同合焦機構２６の仮想的な基準面と前記最適
結像面とのずれ量から、前記合焦機構２６の残留フォー
カスオフセットを求めることができる。

【００６３】ここで、本実施形態の露光装置２１におい
ては、前記最適結像面の検出から前記残留フォーカスオ
フセットの算出に至るまでの過程を、ウエハステージ２
５を投影光学系２４の光軸ＡＸと直交するＸＹ平面内で
移動させることなく行うことができる。これにより、前
記最適結像面の検出及び前記基準面の較正に際して、前
記ウエハステージ２５のＸＹ平面内での移動に伴う振動
等の新たなフォーカスオフセット要因の発生が回避され
る。

【００６４】従って、前記合焦機構２６の基準面を精確
に較正することができ、レチクルＲ上の回路パターンを
ウエハＷの露光面Ｗｆ上に露光する際に、その回路パタ
ーンの所望の位置を中心とした精確な合焦動作が可能と
なる。そして、前記回路パターンの高精度な転写露光を
行うことができる。

【００６５】（ロ） 本実施形態の露光装置２１では、
前記合焦機構２６の各第１計測点ＡＦｉｊのＺ方向位置
の検出の基準となる仮想的な基準面を計測するための基
準計測面ＣＳが、前記基準面の較正のために用いられる
焦点較正機構２７の平面基準板７１上に設定されてい
る。このため、前記基準計測面ＣＳと、前記平面基準板
７１と別々に形成した場合に比べ、平面基準板７１のみ
を精度よく加工するのみでよい。これにより、部品点数
の削減を図ることができて製作上有利であるとともに、
より精確な合焦動作及び焦点較正動作が可能となる。

【００６６】（ハ） 本実施形態の露光装置２１では、
前記開口マーク７２を投影光学系２４の投影視野ＩＦ内
に配置させた状態で、平面基準板７１上に二次元的な広
がりをもって複数の第１計測点ＡＦｉｊが配置されるよ
うになっている。このため、焦点較正機構２７により前
記投影視野ＩＦ内の任意の位置での平面基準板７１の表
面のＺ方向位置を計測しつつ、前記合焦機構２６により
その仮想的な基準面の傾きを検出することもできる。

【００６７】（ニ） 本実施形態の露光装置２１では、
焦点較正機構２７の計測結果に基づいて投影光学系２４
の最適結像面またはその近似面が検出される。そして、
前記投影光学系２４の投影視野ＩＦ内の所望の位置に前
記焦点較正機構２７の開口マーク７２を一致させた状態
において、合焦機構２６によりその仮想的な基準面の前
記最適結像面またはその近似面に対するずれ量が算出さ
れるようになっている。このように前記ずれ量を算出す
ることで、前記合焦機構２６の残留フォーカスオフセッ
トを容易に求めることができる。

【００６８】（ホ） 本実施形態の露光装置２１では、
合焦機構２６の仮想的な基準面の較正が、検出された残
留フォーカスオフセットを解消すべく平行平面板６１の
傾きを調整することでなされるようになっている。これ
により、前記基準面が投影光学系２４の最適結像面また
はその近似面に合わせ込まれる。このため、以降のウエ
ハＷの露光面ＷｆのＺ方向位置の計測を、合焦機構２６
により前記露光面Ｗｆ上に配置された各第１計測点ＡＦ
ｉｊにおけるＺ方向位置を計測するのみで精確かつ容易
に行うことができる。

【００６９】（へ） 本実施形態の露光装置２１では、
平面基準板７１上の基準計測面ＣＳの平坦度、つまり基
準計測面ＣＳのわずかなうねりや凹凸の状態が予め測定
されている。そして、その平坦度に基づいて、合焦機構
２６による各第１計測点ＡＦｉｊにおけるＺ方向位置が
補正されるようになっている。このため、前記各第１計
測点ＡＦｉｊのＺ方向位置の計測結果に、前記基準計測
面ＣＳのうねりや凹凸等に基づくフォーカスオフセット
の含まれるのを回避することができる。従って、合焦機
構２６のＺ方向位置の計測精度を一層向上することがで
きる。

【００７０】（第２実施形態）つぎに、本発明の第２実
施形態について、前記第１実施形態と異なる部分を中心
に図６〜図９に基づいて説明する。

【００７１】この第２実施形態の露光装置２１では、図
６〜図９に示すように、第２焦点検出手段としての焦点
較正機構９１が、ＴＴＲ（Through the reticle ）方式
の焦点検出系となっている。

【００７２】この焦点較正機構９１では、最も厳密な合
焦を必要とするパターン部に対応するレチクルＲ上の対
応部分に形成された所定のレチクルパターンＲＰ１、Ｒ
Ｐ２（図７参照）を有するテストレチクルを用いて焦点
検出を行う。そのレチクルパターンＲＰ１、ＲＰ２を前
記露光光ＥＬにより照明し、その照明に基づいて投影光
学系２４を介して前記平面基準板７１の基準計測面ＣＳ
上に投影する。この前記レチクルパターンの投影像を、
その投影像に対して前記平面基準板７１をＺ方向とＸ方
向またはＹ方向との２方向に同時相対移動させつつ前記
開口マーク７２に入射させる。この開口マーク７２を通
過した光束は、ミラー７３、光ファイバ７５等からなる
伝送光学系を介して光電センサ８０にて受光されるよう
になっている。このとき、光電センサ８０からの出力信
号、及び、平面基準板７１のＸ方向またはＹ方向の位置
を検出する前記干渉計４４からの出力信号が並列に主制
御系２８に送られるようになっている。さらに、前記合
焦機構２６のアレーセンサ６５からの出力信号、つまり
平面基準板７１の基準計測面ＣＳ上に配置された複数の
第１計測点ＡＦｉｊでのＺ方向位置の計測信号も並列に
主制御系２８に送られるようになっている。

【００７３】図７はレチクルＲ上に描画された前記レチ
クルパターンＲＰ１、ＲＰ２とその周辺を拡大して示し
たものであり、同図においてはＲＰ１がＸ方向計測用、
ＲＰ２がＹ方向計測用のレチクルパターンを示してい
る。各レチクルパターンＲＰ１、ＲＰ２は、前記投影像
のＺ方向位置計測時の相対移動方向（Ｘ方向又はＹ方
向）へ所定ピッチで等間隔に並び、かつ、相対移動方向
と直交する方向に長い複数本（本実施形態では６本）の
スリット状の透過部９２をクロム膜からなる遮光部９３
の中に形成したライン・アンド・スペースパターンであ
る。

【００７４】一方、図８は前記平面基準板７１に矩形状
に開口形成された開口マーク７２とその周辺を拡大して
示したものである。同図において、７２−１はＸ方向計
測用の前記レチクルパターンＲＰ１に対応する開口マー
クであり、７２−２はＹ方向計測用の前記レチクルパタ
ーンＲＰ２に対応する開口マークである。各開口マーク
７２−１、７２−２は、前記相対移動方向に直交するよ
うに延びる１本のスリット状の透過部９４をクロム膜か
らなる遮光部９５の中に形成したものとなっている。

【００７５】次に、この焦点較正機構９１による基準計
測面ＳＣのＺ方向位置の計測動作及びその計測結果に基
づく前記合焦機構２６の仮想的な基準面の較正動作につ
いて説明する。ここでは、レチクルパターンＲＰ１の投
影像に対して開口マーク７２−１をＸ方向及びＺ方向に
相対移動させた場合について述べる。

【００７６】図９は、前記光電センサ８０からの出力信
号の波形を示すものである。ここで、横軸は開口マーク
７２−１のＸ方向位置ｘ及びＺ方向位置ｚを、縦軸は前
記出力信号の強度Ｉを示している。この図において、実
線で示される曲線Ｃ１は、前記開口マーク７２をＸ方向
及びＺ方向に同時に移動させたときの前記光電センサ８
０からの出力信号を示している。前記基準計測面ＣＳが
前記投影光学系２４の最適結像面に近づくにつれて出力
信号の波形の振幅が大きくなり、離れるに従ってその振
幅が小さくなり０に収束する。

【００７７】一点鎖線で示される曲線Ｃ２は、レチクル
パターンＲＰ１の透過部９２の像と開口マーク７２−１
とを一致させたままの状態で（つまりＸ方向には移動さ
せず）、その開口マーク７２−１をＺ方向に移動させた
ときの出力信号を示している。この場合、前記基準計測
面ＣＳが前記投影光学系２４の最適結像面に近づくにつ
れて出力信号の強度が大きくなり、最適結像面と一致し
たとき極大となり、離れるに従って前記強度が小さくな
る。

【００７８】二点鎖線で示される曲線Ｃ３は、レチクル
パターンＲＰ１の間の遮光部９３の投影像と開口マーク
７２−１とを一致させたままの状態で（つまりＸ方向に
は移動させず）、その開口マーク７２−１をＺ方向に移
動させたときの出力信号を示している。この場合、前記
基準計測面ＣＳが前記投影光学系２４の最適結像面にあ
るときには、レチクルパターンＲＰ１の透光部９２の像
は開口マーク７２−１の周囲の遮光部９５に遮られて光
電センサ８０に到達しない。しかし、前記基準計測面Ｃ
Ｓが最適結像面から離れると、前記レチクルパターンＲ
Ｐ１の投影像が広がった状態になる。このため、開口マ
ーク７２−１内への光の漏れこみを生じ、その漏れこん
だ光が光電センサ８０にて受光される。

【００７９】ここで、本実施形態の露光装置２１では、
前記主制御系２８内において、例えば前記曲線Ｃ１で表
される前記出力信号の波形の各ピーク点を結ぶ包絡線か
ら前記曲線Ｃ２及び曲線Ｃ３を推定する。そして、両曲
線Ｃ２、Ｃ３の差分が最大となる点における前記Ｚレベ
リングステージ４２のＺ方向位置から前記投影光学系２
４の最適結像面のＺ方向位置が算出される。また、前記
差分の最大となる点における前記合焦機構２６による基
準計測面ＣＳ上の各第１計測点ＡＦｉｊのＺ方向位置の
計測結果と、前記最適結像面のＺ方向位置とのずれ量を
残留フォーカスオフセットとして前記主制御系２８内に
記憶する。

【００８０】そして、実際にレチクルＲ上の回路パター
ンをウエハＷの露光面Ｗｆ上に露光する際に、前記合焦
機構２６によりウエハＷの露光面Ｗｆ上に配置された各
第１計測点ＡＦｉｊにおけるＺ方向位置を計測する。こ
の各計測結果について、前記主制御系２８内に記憶され
ている各第１計測点ＡＦｉｊにおける前記残留フォーカ
スオフセットに基づいて補正を行うことで、前記合焦機
構２８の仮想的な基準面の較正がなされ、前記ウエハＷ
の露光面Ｗｆの精確な合焦が可能となる。

【００８１】従って、本実施形態によれば、前記第１実
施形態における（ロ）〜（ニ）及び（へ）に記載の効果
に加えて、以下のような効果を得ることができる。 （ト） 本実施形態の露光装置２１では、焦点較正機構
９１により投影光学系２４の最適結像面のＺ方向位置を
計測する際に、その焦点較正機構９１の開口マーク７２
−１、７２−２が形成された平面基準板７１上の基準計
測面ＣＳのＺ方向位置を計測する。それと同時に、その
基準計測面ＣＳ内に配置された複数の第１計測点ＡＦｉ
ｊのＺ方向位置が合焦機構２６により計測される。そし
て、前記最適結像面と前記基準計測面ＣＳ内の各第１計
測点ＡＦｉｊとのＺ方向位置の計測結果のずれ量に基づ
いて、前記合焦機構２６の残留フォーカスオフセットが
算出されるようになっている。

【００８２】このように、前記最適結像面と前記基準計
測面ＣＳ内の各第１計測点ＡＦｉｊとのＺ方向位置の計
測が全く同時に行われている。従って、前記最適結像面
の検出と前記合焦機構２６の残留フォーカスオフセット
の計測との間において、ウエハステージ２５のＸＹ平面
内での移動の影響を回避でき、精確な合焦動作が可能と
なる。

【００８３】（チ） 本実施形態の露光装置２１では、
前記のように計測された残留オフセットに基づいて、各
第１計測点ＡＦｉｊの前記合焦機構２６により検出され
たＺ方向位置を補正するようになっている。このため、
残留フォーカスオフセットに基づいて、前記合焦機構２
６により検出された位置に関する信号を例えば電気的に
補正することができる。そして、各第１計測点ＡＦｉｊ
毎にそのＺ方向位置の計測結果の補正を行うことが可能
となり、合焦機構２６のウエハＷの露光面ＷｆのＺ方向
位置の計測精度を一層向上させることができる。また、
前記合焦機構２６の仮想的な基準面の較正を、その合焦
機構２６のアレーセンサ６５からの出力信号の処理のみ
で行うことができ、迅速に行うことができる。

【００８４】（変更例）なお、前記各実施形態は、以下
のように変更してもよい。 ・ 前記各実施形態では、基準計測面ＣＳを基準平面板
７１上に設ける構成としたが、基準計測面ＣＳと基準平
面板７１とを別体的に形成する構成としてもよい。ただ
し、この場合、前記基準平面板７１の開口マーク７２を
投影光学系２４の露光視野ＩＦ内の所望の位置に一致さ
せたとき、別体的に形成された基準計測面ＣＳ内に複数
の第１計測点ＡＦｉｊが配置されるように構成する必要
がある。このように構成しても、前記（イ）、（ハ）〜
（チ）の効果とほぼ同様の効果が得られる。

【００８５】・ 前記各実施形態では、平面基準板７１
上の開口マーク７２を投影光学系２４の投影視野ＩＦ内
の所望の位置に一致させたときに、その平面基準板７１
上の基準計測面ＣＳ内に二次元的な広がりをもって複数
の第１計測点ＡＦｉｊが配置されるようになっている。
これに対して、前記開口マーク７２を前記所望の位置に
一致させたときに、前記基準計測面ＣＳ内に少なくとも
１つの第１計測点ＡＦｉｊが配置されるように構成して
もよい。

【００８６】このように構成すれば、焦点較正機構２７
により前記所望の位置における投影光学系２４の最適結
像面のＺ方向位置を計測した後、ウエハステージ２５を
ＸＹ平面内で移動させることなく、前記合焦機構２６に
より前記基準計測面ＣＳのＺ方向位置を計測することが
できる。そして、前記両Ｚ方向位置の計測結果から、合
焦機構２６の残留フォーカスオフセットを求めることが
できる。

【００８７】ここで、前記基準計測面ＣＳ内に複数の第
１計測点ＡＦｉｊが存在すれば、複数の第１計測点ＡＦ
ｉｊでの残留フォーカスオフセットを求めることができ
る。この複数の第１計測点ＡＦｉｊでの残留フォーカス
オフセットに基づいて、前記合焦機構２６における仮想
的な基準面の少なくとも１方向への傾きを検出すること
ができる。

【００８８】・ 前記第１実施形態では、焦点構成機構
２７の光源７６をレチクルＲの照明用の露光光源３０と
は別体に設けたが、その露光光源３０からの露光光ＥＬ
の一部を前記焦点較正機構２７の開口マーク７２の下面
側に導いてＦＣ照明光ＩＬｆｃとしてもよい。

【００８９】・ 前記第１実施形態では、平面基準板７
１上の開口マーク７２をスリット状に形成したが、前記
実施形態に記載した以外の形状、例えば矩形状、多角形
状、略円形状に形成してもよく、また、例えばライン・
アンド・スペース・パターン、複数のライン・アンド・
スペース・パターンを組み合わせたパターン、複数の開
口マークが所定のピッチ間隔で連続するパターンで構成
された発光性マークとしてもよい。

【００９０】これらのように構成しても、前記（イ）〜
（へ）の効果とほぼ同様の効果が得られる。 ・ 前記第２実施形態において、レチクルＲの露光光Ｅ
Ｌが照射される全面にわたって、前記ライン・アンド・
スペース・パターンで埋め尽くしたレチクルパターンを
用い、前記焦点較正機構９１により投影光学系２４の最
適結像面の計測に用いてもよい。このように構成した場
合、前記（ロ）〜（ニ）、（へ）〜（チ）の効果に加え
て、前記投影光学系２４の投影視野ＩＦ内の任意の位置
における前記最適結像面の計測がより容易なものとな
る。

【００９１】・ 前記第２実施形態では、レチクルＲの
上方からレチクルパターンＲＰ１、ＲＰ２を照射すると
ともに、投影光学系２４を介してウエハＷ側に投影され
たその投影像を、平面基準板７１上の開口マーク７２に
より受光する構成としたが、例えば、前記開口マーク７
２を発光性マークとするとともに、その開口マーク７２
から射出された光束を、投影光学系２４を介してレチク
ルパターンＲＰ１、ＲＰ２上に投射し、そのレチクルパ
ターンＲＰ１、ＲＰ２を通過した光をレチクルＲの上方
に設けた受光センサにて受光するような構成としてもよ
い。

【００９２】・ 前記第２実施形態では、レチクルパタ
ーンＲＰをライン・アンド・スペース・パターンにより
構成しているが、ホール・パターンや矩形状パターンま
たは所定ピッチ間隔で連続する複数のホール・パターン
により構成してもよい。また、開口マーク７２について
も、スリット状の開口マークには限定されず、例えば矩
形状、ライン・アンド・スペース・パターン状の開口マ
ークにて構成してもよい。

【００９３】これらのように構成しても、前記（ロ）〜
（ニ）、（へ）〜（チ）の効果とほぼ同様の効果が得ら
れる。 ・ また、前記各実施形態では、本願発明を半導体素子
製造に用いられるウエハＷ用の一括露光と走査露光とが
切換可能な露光装置２１に具体化したが、一括露光専用
の露光装置に具体化してもよく、また、例えば液晶表示
素子製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド製造用の露光装
置、撮像素子製造用の露光装置に具体化してもよい。

【００９４】次に、前記各実施形態から把握される前記
請求項に記載した以外の技術的思想について述べる。 （１） 請求項１〜請求項８のうち、いずれか一項に記
載の露光装置（２１）の焦点検出方法において、前記基
準平面板（７１）上の所定のパターン（７２）を前記第
２計測点に一致させて、前記投影光学系（２４）及び所
定のパターン（７２）を通過する通過光束を前記第２焦
点検出手段（２７）の光量検出系（８０）により検出
し、その検出結果に基づいて前記投影光学系（２８）の
光軸（ＡＸ）に沿う方向における結像面の位置を検出
し、その結像面の位置検出と同時に前記基準計測面（Ｃ
Ｓ）内に存在する前記第１計測点（ＡＦｉｊ）での前記
投影光学系（２８）の光軸（ＡＸ）に沿う方向における
位置を検出する露光装置（２１）の焦点検出方法。

【００９５】このようにした場合、第２焦点検出手段に
よる第２計測点での投影光学系の結像面のＺ方向位置の
計測と、第１焦点検出手段による各第１計測点での基準
計測面のＺ方向位置の計測とが同時に行われる。このた
め、基板ステージがＸＹ平面内での移動動作中であって
も、前記両Ｚ方向位置の計測結果を精確に対応させるこ
とができる。従って、前記第１焦点検出手段の基準面を
精確に較正でき、前記第１焦点検出手段の各第１計測点
でのＺ方向位置の検出精度を向上することができる。

【００９６】

【発明の効果】以上詳述したように、本願請求項１及び
請求項９の発明によれば、第１焦点検出手段による第１
検出点と、第２焦点検出手段による第２計測点とのＺ方
向位置の計測動作の間に基板ステージの投影光学系の光
軸と直交する平面内での基板ステージの移動動作を介在
させる必要がない。そして、前記基板ステージの移動に
伴う前記両計測点のＺ方向の位置ずれが生じることがな
く、両焦点検出手段の計測結果を精確に対応させること
ができる。このため、前記第１焦点検出手段の基準面を
精確に較正でき、第１焦点検出手段の各第１計測点での
Ｚ方向位置の検出精度が向上される。従って、前記投影
光学系の露光視野内において最も厳密な合焦を必要とす
る位置を前記第２計測点に一致させることで、その最も
厳密な合焦を必要とする位置が第１計測点と離間してい
る場合にも、高精度の露光が可能になる。

【００９７】また、本願請求項２の発明によれば、前記
請求項１に記載の発明の効果に加えて、両焦点検出手段
による各計測点のＺ方向位置のより精確な計測が可能と
なるとともに、部品点数の削減を図ることができる。

【００９８】また、本願請求項３の発明によれば、前記
請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、
第１焦点検出手段における基準面の少なくとも一方向へ
の傾きを精確に検出することができる。

【００９９】また、本願請求項４の発明によれば、前記
請求項３に記載の発明の効果に加えて、第１焦点検出手
段における基準面の三次元的な傾きを精確に検出するこ
とができる。

【０１００】また、本願請求項５の発明によれば、前記
請求項３または請求項４に記載の発明の効果に加えて、
第１焦点検出手段の残留フォーカスオフセットを容易に
計測することができる。

【０１０１】また、本願請求項６の発明によれば、前記
請求項５に記載の発明の効果に加えて、基板上への露光
転写時において、前記第１焦点検出手段による前記第１
計測点でのＺ方向位置の計測を、精確かつ容易に行うこ
とができる。

【０１０２】また、本願請求項７の発明によれば、前記
請求項５に記載の発明の効果に加えて、第１焦点検出手
段の計測精度を一層向上させることができるとともに、
前記第１焦点検出手段の仮想的な基準面の較正を迅速に
行うことができる。

【０１０３】また、本願請求項８の発明によれば、前記
請求項５〜請求項７のうちいずれか一項に記載の発明の
効果に加えて、前記基準計測面の平坦度に起因する第１
焦点検出手段の残留フォーカスオフセット分を補正する
ことができ、より精確な前記第１焦点検出機構の較正を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態の露光装置の全体構成を示す概
略構成図。

【図２】 図１の合焦機構を示す概略構成図。

【図３】 （ａ）は投影光学系の投影視野と各第１計測
点との位置関係を示す説明図、（ｂ）は図２のスリット
板を示す平面図、（ｃ）は図２の受光用スリット板を示
す平面図。

【図４】 開口マークを投影光学系の投影視野の中央に
配置した状態での各第１計測点の配置を示す平面図。

【図５】 開口マークを投影光学系の投影視野の端部の
近傍に配置した状態での各第１計測点の配置を示す平面
図。

【図６】 第２実施形態の露光装置の全体構成を示す概
略構成図。

【図７】 図６のレチクルパターンを拡大して示す平面
図。

【図８】 図６の開口マークを拡大して示す平面図。

【図９】 図６のアレーセンサの出力信号に関する説明
図。

【符号の説明】

２１…露光装置、２４…投影光学系、２５…基板ステー
ジとしてのウエハステージ、２６…第１焦点検出手段と
しての合焦機構、２７…第２焦点検出手段としての焦点
較正機構、２８…位置ずれ量計測手段を構成する主制御
系、７１…平面基準板、７２…所定のパターンとしての
開口マーク、８０…光量検出系としての光電センサ、Ａ
Ｆｉｊ…第１計測点、ＡＸ…投影光学系の光軸、ＣＳ…
基準計測面、ＩＦ…投影視野、Ｒ…マスクとしてのレチ
クル、Ｗ…基板としてのウエハ。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA03 AA06 BB02 CC20 FF01 FF51 GG03 GG05 GG12 HH05 HH12 JJ24 LL02 LL04 LL12 LL13 PP12 PP23 UU07 5F046 BA04 BA05 CA02 CA03 CA04 CC03 CC05 CC16 DA14 DB01 DB05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスク上のパターンを基板上に投影転写
   するための投影光学系と、その基板を前記投影光学系の
   光軸と交差するように保持するとともに前記光軸に対し
   て交差する平面内及び前記投影光学系の光軸に沿う方向
   に移動可能な基板ステージとを備えた露光装置におい
   て、 前記投影光学系の投影視野を含む所定の領域内の予め定
   められた位置に第１計測点を有し、その第１計測点での
   前記投影光学系の光軸に沿う方向における位置を検出す
   る第１焦点検出手段と、前記所定の領域内の前記第１計
   測点とは異なる位置の第２計測点での前記投影光学系の
   光軸に沿う方向における結像面の位置を検出する第２焦
   点検出手段とを備え、 その第２焦点検出手段は前記投影光学系及び所定のパタ
   ーンを通過する通過光束を検出する光量検出系を備え、 前記基板ステージ上には、前記第１計測点における前記
   第１焦点検出手段の位置検出の基準となる基準面を計測
   するための基準計測面と、前記第２焦点検出手段の所定
   のパターンを有する平面基準板とを設け、前記第１計測
   点は前記第２計測点に前記所定のパターンを一致させた
   ときに前記基準計測面内に存在するように配置した露光
   装置。
2. 【請求項２】 前記基準計測面を前記平面基準板上に設
   けた請求項１に記載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記第１焦点検出手段は複数の前記第１
   計測点を有し、それらのうち複数の第１計測点は、前記
   第２計測点に前記所定のパターンを一致させたときに前
   記基準計測面内に存在するように配置した請求項１また
   は請求項２に記載の露光装置。
4. 【請求項４】 少なくとも３つの前記第１計測点は、前
   記第２計測点に前記所定のパターンを一致させたときに
   前記基準計測面内に存在するとともに、前記第１計測点
   のうち、少なくとも１つは他の複数の前記第１計測点を
   結ぶ直線から離間するにように配置した請求項３に記載
   の露光装置。
5. 【請求項５】 前記第２計測点において前記第２焦点検
   出手段により検出された前記投影光学系の結像面の前記
   光軸に沿う方向の位置と、前記第２計測点に前記所定の
   パターンを一致させた状態で前記第１焦点検出手段によ
   り計測された前記各第１計測点における前記基準計測面
   の同方向の位置とに基づいて、前記結像面と前記基準面
   との位置ずれ量を計測する位置ずれ量計測手段を備えた
   請求項３または請求項４に記載の露光装置。
6. 【請求項６】 前記位置ずれ量計測手段の計測結果に基
   づいて、前記基準面を前記結像面に合わせ込むようにし
   た請求項５に記載の露光装置。
7. 【請求項７】 前記位置ずれ量計測手段の計測結果に基
   づいて、前記第２計測点に前記所定のパターンを一致さ
   せたときに前記基準計測面内に存在する各第１計測点で
   の前記第１焦点検出手段により検出された位置を補正す
   るようにした請求項５に記載の露光装置。
8. 【請求項８】 予め計測された前記基準計測面の平坦度
   に基づいて、前記位置ずれ量計測手段により計測された
   各第１計測点における位置ずれ量を補正するようにした
   請求項５〜請求項７のうちいずれか一項に記載の露光装
   置。
9. 【請求項９】 請求項１〜請求項８のうち、いずれか一
   項に記載の露光装置の焦点検出方法において、 前記基準平面板上の所定のパターンを前記第２計測点に
   一致させて、前記投影光学系及び所定のパターンを通過
   する通過光束を前記第２焦点検出手段の光量検出系によ
   り検出し、その検出結果に基づいて前記投影光学系の光
   軸に沿う方向における結像面の位置を検出し、前記基板
   ステージをその結像面の検出時の位置で静止させた状態
   または同位置から前記投影光学系の光軸に沿う方向への
   微小移動のみを許容した状態で前記基準計測面内に存在
   する前記第１計測点での前記投影光学系の光軸に沿う方
   向における位置を検出する露光装置の焦点検出方法。