JP2000306816A - 投影露光装置、フォーカス検出装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォーカス計測範囲を広げることなく計測不
能等の発生を防止する。 【解決手段】 原板６のパターンを投影光学系９を介し
て可動ステージ上の感光基板に投影露光する装置であっ
て、可動ステージの光軸方向移動中の投影光学系を介し
た光電検出動作により投影光学系による可動ステージ側
適正ピント位置を検出するフォーカス検出系２７を有
し、演算によって求められる適正ピント位置の変化量に
基づいて可動ステージの光軸方向移動の実行位置を制御
するとともに、前記演算による適正ピント位置の変化量
に、投影光学系の照明条件に対応した像面６０の湾曲ま
たは適正ピント位置検出用の基準平面１３の傾きに起因
した変化量を含める。あるいは、フォーカス検出系は、
可動ステージ上の基準マークの像を投影光学系９を介し
て光電検出することにより可動ステージ側適正ピント位
置を検出するものであり、前記演算による適正ピント位
置の変化量は、基準マークの像高５３における変化量Δ
Ｚ３とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置、そ
れに用いることができるフォーカス検出装置、および前
記投影露光装置を用いることができるデバイス製造方法
に関し、特に半導体素子（デバイス）の製造の分野にお
いて、半導体ウエハ表面にレチクルの回路パターンを繰
り返し縮小投影露光する際の自動ピント調整機能、所謂
オートフォーカス機能を有するステッパと呼ばれる投影
露光装置およびそれを用いたデバイス製造方法に好適な
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子、ＬＳＩ素子、超ＬＳ
Ｉ素子等のパターンの微細化、高度集積化の要求によ
り、投影露光装置においては高い解像力を有した結像
（投影）光学系が必要とされてきている。そして、それ
に伴って結像光学系の高ＮＡ化が進み、その結果、結像
光学系の焦点深度がより浅くなってきている。

【０００３】また、ウエハには、平面加工技術の点か
ら、ある程度の厚さのばらつきと曲りがある。通常、ウ
エハの曲りの矯正については、サブミクロンのオーダで
平面度を保証するように加工されたウエハチャック上に
ウエハを載せ、ウエハの背面をバキューム吸着すること
により平面矯正を行なう。しかしながら、ウエハ１枚の
中での厚さのばらつきや吸着手法、さらにはプロセスが
進むことによってウエハが変形してくる。したがって、
レチクルパターンが縮小投影露光される画面領域内でウ
エハは凹凸を有し、このため、実効的な光学系の焦点深
度はさらに浅くなってくる。したがって、投影露光装置
においては、ウエハ面を焦点面（投影光学系の像面）に
合致させるための有効な自動焦点合せ方法が重要なテー
マとなっている。

【０００４】従来の投影露光装置におけるウエハ面位置
検出方法としては、エアマイクロセンサを用いる方法
や、投影光学系を介さずにウエハ面に斜め方向から光束
を入射させ、その反射光の位置ずれ量を検出する方法
（光学方式）、投影光学系を通して、そのピント面を検
出する、いわゆるスルーザレンズオートフォーカス（Ｔ
ＴＬＡＦ）という方式などがある。

【０００５】図１２は特開平１−２８６４１８号公報で
開示されているオートフォーカス機能を有する投影露光
装置の概略図である。同図において、１０７はレチク
ル、１７０はレチクル１０７を保持するレチクルステー
ジ、１０９はウエハ、１１０はウエハ１０９を保持して
移動するｘｙｚステージ、１０８はレチクル１０７上の
回路パターンを、ｘｙｚステージ１１０上のウエハ１０
９に、１／５に縮小して投影することによって露光を行
なうための縮小投影レンズ、１１７はウエハ１０９に隣
接する位置においてウエハ１０９の上面とミラー面とが
ほぼ一致するように配置され、フォーカスやアライメン
ト等に用いられる基準平面ミラーである。ｘｙｚステー
ジ１１０は投影レンズ１０８の光軸方向（ｚ方向）およ
びこの方向に直交する面内（ｘおよびｙ方向）で移動可
能であり、もちろん光軸のまわりに回転させることもで
きる。

【０００６】１０１〜１０６はレチクル１０７の回路パ
ターンの転写が行なわれる画面領域内を照明する照明光
学系を構成する要素であり、１０２は楕円ミラー、１０
１は発光部が楕円ミラー１０２の第１焦点に位置してい
る露光用の光源としての水銀ランプである。水銀ランプ
１０１が発した光は、楕円ミラー１０２の第２焦点位置
に集光する。１０３は楕円ミラー１０２の第２焦点位置
にその光入射面が位置付けられ、光出射面が２次光源を
形成するオプティカルインテグレータである。この２次
光源をなすオプティカルインテグレータ１０３が発する
光は、コンデンサレンズ１０４を介し、ミラー１０５に
より光軸（光路）が９０°の角度で折り曲げられる。な
お、１５５は露光波長の光を選択的にとり出すためのフ
ィルタ、１５６は露光の制御を行なうためのシャッタで
ある。ミラー１０５により反射された露光光は、フィー
ルドレンズ１０６を介し、レチクル１０７上の、回路パ
ターンの転写が行なわれる画面領域内を照明する。ミラ
ー１０５は露光光を部分的に例えば５〜１０％程度透過
する構成となっている。ミラー１０５を通過した光はレ
ンズ１５２、および露光波長を透過し光電検出に余分な
光をカットするフィルタ１５１を介して、光源１０１か
らの光量のゆらぎ等をモニタするための光検出器１５０
に到達する。

【０００７】要素１１１、１１７および１１２は、公知
のオフアクシスのオートフォーカス光学系を形成してい
る。１１１は投光光学系であり、投光光学系１１１より
発せられた非露光光の光束は、縮小投影レンズ１０８の
光軸と交わる。そして、基準平面ミラー１１７上の点
（あるいはウエハ１０９の上面）に集光して反射され、
検出光学系１１２に入射する。検出光学系１１２内には
位置検出用受光素子が配されており、位置検出用受光素
子と基準平面ミラー１１７上の光束の反射点は、共役と
なるように構成されている。したがって、基準平面ミラ
ー１１７の縮小投影レンズ１０８の光軸方向の位置ズレ
は、検出光学系１１２内の位置検出用受光素子上での入
射光束の位置ズレとして計測される。

【０００８】検出光学系１１２により計測された基準平
面ミラー１１７の所定の基準面からの位置ズレは、オー
トフォーカス制御系１１９に伝達される。オートフォー
カス制御系１１９は、基準平面ミラー１１７が固設され
たｘｙｚステージ１１０を駆動する駆動系１２０に対
し、ｚ方向への移動の指令を与える。また、ＴＴＬでピ
ント位置を検知するとき、オートフォーカス制御系１１
９は基準ミラー１１７を所定の基準位置の近傍で投影レ
ンズ１０８の光軸方向（ｚ方向）に上下に駆動する。ま
た、露光の際のウエハ１０９の位置制御（図１２の基準
平面ミラー１１７の位置にウエハ１０９が配置される）
もオートフォーカス制御系１１９により行なわれる。

【０００９】次に、縮小投影レンズ１０８のピント位置
を検出するための構成および作用について説明する。図
１０および図１１において、１２１はレチクル１０７上
に形成された遮光性を有するパターン部、１２２はパタ
ーン部１２１に挟まれた透光部である。縮小投影レンズ
１０８のピント位置（像面位置）の検出を行なうとき
は、ｘｙｚステージ１１０は縮小投影レンズ１０８の光
軸方向に移動する。基準平面ミラー１１７は縮小投影レ
ンズ１０８の光軸上に位置しており、レチクル１０７
は、図１２の照明光学系１０１〜１０６により照明され
る。

【００１０】図１０は、基準平面ミラー１１７が縮小投
影レンズ１０８のピント面にある場合を示す。この場
合、レチクル１０７上の透光部１２２を通った露光光
は、縮小投影レンズ１０８を介して、基準平面ミラー１
１７上に集光し、反射される。反射された露光光は、往
路と同一の光路をたどり、縮小投影レンズ１０８を介し
てレチクル１０７に集光し、レチクル１０７上のパター
ン部１２１間の透光部１２２を通過する。この時、露光
光は、パターン部１２１にケラレることなく、全部の光
束がパターン部１２１の透過部１２２を通過する。

【００１１】図１１は、基準平面ミラー１１７が縮小投
影レンズ１０８のピント面からズレた位置にある場合を
示す。この場合、レチクル１０７上のパターン部１２１
の透光部１２２を通った露光光は、縮小投影レンズ１０
８を介し、基準平面ミラー１１７上に達するが、基準平
面ミラー１１７は、縮小投影レンズ１０８のピント面に
ないので、露光光は広がった光束として基準平面ミラー
１１７で反射される。すなわち、反射された露光光は往
路と異なる光路をたどって縮小投影レンズ１０８を通
り、レチクル１０７上に集光することなく、基準平面ミ
ラー１１７の縮小投影レンズ１０８のピント面からのズ
レ量に対応した広がりをもった光束となってレチクル１
０７上に達する。このとき、露光光はレチクル１０７上
のパターン部１２１によって一部の光束がケラレを生
じ、全部の光束が透光部１２２を通過することはできな
い。すなわち、ピント面に合致した時とそうでない時と
ではレチクル１０７を通じての反射光量に差が生じるの
である。

【００１２】基準平面ミラー１１７で反射された露光光
の光束がレチクル１０７を通過した後の光路を、図１２
を用いて説明する。レチクル１０７を透過した露光光
は、フィールドレンズ１０６を通りミラー１０５に達す
る。ミラー１０５は前述のように露光光に対して５〜１
０％程度の透過率をもっているので、ミラー１０５に達
した露光光の一部はミラー１０５を通過し、結像レンズ
１１３を介して視野絞り１１４の面上に集光する。この
とき、レチクル１０７のパターンの存在する面と視野絞
り１１４とは、フィールドレンズ１０６と結像レンズ１
１３を介し、共役な位置にある。視野絞り１１４の開口
部を通過した露光光は、集光レンズ１１５によって受光
素子１１６に入光する。受光素子１１６の前面には、必
要な場合は露光光のみを選択的に透過するフィルタ１５
１が配置される。受光素子１１６は入射した露光光の光
量に応じた電気信号を出力する。

【００１３】次に、受光素子１１６の信号出力を用い
て、縮小投影レンズ１０８のピント位置（像面位置）を
検出する方法について説明する。駆動系１２０により基
準平面ミラー１１７の載ったｘｙｚステージ１１０を縮
小投影レンズ１０８の光軸方向に、オフアクシスオート
フォーカス検出系１１２で予め設定される計測の零点を
中心に駆動させる。このとき、各位置でのオートフォー
カス検出系１１２が計測する基準平面ミラー１１７の光
軸方向の位置信号（オートフォーカス計測値Ｚ）と、基
準平面ミラー１１７で反射された露光光を受光素子１１
６で受光し、電気信号に変換することにより焦点面（像
面）検出系１１８から得られる出力との関係は、図８に
示すようになる。このとき、検出系１１８の信号につい
て、光源１０１のゆらぎの影響を除くために補正が行な
われる。すなわち、ミラー１０５を通過した光源１０１
からの光を光源光量モニタ光学系１５２および１５１を
介して光検出器１５０で検出し、基準光量検出系１５３
で光源光量モニタ信号を発生させる。そして、このモニ
タ信号によって、焦点面検出系１１８の信号を規格化す
ることによって補正している。

【００１４】基準平面ミラー１１７が縮小投影レンズ１
０８のピント面に位置した場合に焦点面検出系１１８の
出力はピーク値を示す。そこで、図８に示すように、こ
のときのオートフォーカス計測値Ｚ０をもってして、縮
小投影レンズ１０８を用いてウエハ１０９に露光を行な
う際の縮小投影レンズ１０８のピント位置とする。また
は、計測値Ｚ０に基づいて、予め設定しておいたピント
位置を補正する。そしてこのようにして決まった縮小投
影レンズ１０８のピント位置にオフアクシスオートフォ
ーカス検出系１１１、１１２および１１９の基準位置を
設定する。実際のウエハの焼付最良位置はこの基準位置
からウエハの塗布厚や段差量等の値を考慮した分だけオ
フセットを与えた値となる。

【００１５】例えば多層レジストプロセスを用いてウエ
ハを露光する場合には、多層の一番上の部分だけを焼け
ば良いので、ウエハのレジスト表面と基準位置はほぼ一
致する。一方、単層レジストで露光光が基板に十分到達
するような場合、ウエハのピントはレジスト表面ではな
く基板面に合致するので、この場合、レジスト表面と基
準位置との間に１μｍ以上のオフセットが存在すること
も稀ではない。こうしたオフセット量はプロセス固有の
ものであり、投影露光装置とは別のオフセットとして与
えられる。装置自体としては上述の方法で縮小投影レン
ズ１０８自体のピント位置を正確に求められれば充分で
あり、上記オフセット量は、必要な場合にのみオートフ
ォーカス制御系１１９や駆動系１２０に対して、投影露
光装置の不図示のシステムコントローラを介して予め入
力してやれば良い。

【００１６】このピント位置Ｚ０の検出は、焦点面検出
系１１８の出力のピークをもって決定してもよいが、そ
の他にも色々な手法が考えられる。例えばより検出の敏
感度を上げるために、図８や図９に示すように、ピーク
出力に対してある割合のスライスレベルＳＬを設定し、
このスライスレベルＳＬの出力を示すときのオートフォ
ーカス計測値Ｚ１およびＺ２に基づき、ピント位置Ｚ０
をＺ０＝（Ｚ１＋Ｚ２）／２として決定しても良い。ま
た、ピーク位置を微分法を使って求める等の手法も考え
られる。

【００１７】この図１２に示すＴＴＬのオートフォーカ
スシステムの長所は、投影露光光学系の周囲の温度変
化、大気圧変化、および露光光線による投影光学系の温
度上昇と、それに伴って生じるピントの経時変化を常時
計測して補正をかけらるという点にある。しかし、従
来、投影光学系の最適ピント位置（像面位置）を検出す
る際、受光手段の投影光学系の光軸方向の移動範囲（検
出範囲）は、予め一定の範囲に定めている。したがっ
て、例えば温度変化等による投影光学系のピント位置の
変化が大きく検出範囲を超えてしまうと、検出不能とな
る場合がある。このため、従来は多少広めの検出範囲を
定めて、この検出範囲内で受光手段を上下動させてい
る。ところが、そうすると、投影光学系のピント変化が
小さい場合には、ＴＴＬオートフォーカスの検出を無駄
な領域で行なうことになり、スループットを低下させる
という問題がある。

【００１８】そこで、特開平５−１８２８９５号公報で
は、受光手段を投影光学系の光軸方向に上下させる検出
範囲をあまり広くせず、適切な大きさの検出範囲とし、
温度変化等の環境変化に伴う像面変動を、予め設定した
関数に基づき演算手段によって演算し、そして、その演
算結果による像面位置を基準にして受光手段を検出範囲
で上下動させることにより、ある程度限定した領域で像
面位置（最適ピント位置）を迅速に、しかもスループッ
トを低下させずに、高精度で検出し、該像面位置にウエ
ハ面を一致させることができるようにした投影露光装置
が提示されている。

【００１９】図１４は図１２の構成による露光処理にお
いて、このような方法に従い、ウエハ１枚毎に必要に応
じて縮小投影レンズ１０８の像面位置検出を行なう場合
の動作を示すフローチャートである。図１５は演算手段
５０による投影レンズ１０８のピント位置の変化量ΔＦ
を演算する際の信号の流れを示す図である。図１４に示
すように、露光処理を開始すると、まず、初期値として
現在のピント位置をΔＦ０として設定し（ステップ７０
１）、ウエハを供給する（ステップ７０２）。次に露光
を行ない（ステップ７０３）、演算手段であるマイクロ
プロセッサ５０は縮小投影レンズ１０８の焼き付け光照
射による経時的なピント変化量ΔＦを、図１５に示すよ
うにΔＦ＝Ｋ・τ・Ｅ・ｔ０／ｔの計算式で演算する
（ステップ７０４）。

【００２０】ここで、Ｋは縮小投影レンズ１０８の固有
ピント変化係数、τはレチクル１０７の透過率、Ｅは露
光用照明系１０１からの単位時間当たりの照射光量、ｔ
０はシャッタの開放時間、ｔは露光間隔時間合計であ
る。なお、縮小投影レンズ１０８のピント変化係数Ｋと
しては、１つの投影レンズについて実験で測定すれば、
同じ投影レンズを組み込んだ装置では同じＫを使用する
ことができる。演算手段５０は上述のΔＦに関する条件
式とピント変化係数Ｋを、記憶装置Ｍに予め記憶させて
おく。他方、演算手段５０はシャッタ開放と露光時間が
生じる度にそれぞれを別に積算し、記憶装置Ｍへ露光履
歴ｔ０／ｔとして記憶する。そしてＫ・τ・Ｅ・ｔ０／
ｔに基づいた演算によりΔＦの値を算出する。このΔＦ
の値はステージ駆動装置１２０へ入力される。

【００２１】次にウエハ１０９を回収し（ステップ７０
５）、前回のＴＴＬオートフォーカス計測時の演算によ
るピント変化量ΔＦ０と今回のＴＴＬオートフォーカス
計測時のピント変化量ΔＦとの差がεより大きいか否か
を判定する（ステップ７０６）。ΔＦ０とΔＦとの差が
εより大きくない場合は、そのままステップ７０９へ進
む。ΔＦ０とΔＦとの差がεより大きい場合は、ＴＴＬ
オートフォーカスによる検出を行ない（ステップ７０
７）、その時のピント補正量ΔＦをΔＦ０としてメモリ
し（ステップ７０８）、ステップ７０９へ進む。ステッ
プ７０９では、すべてのウエハについて処理が終了した
か否かを判定し、終了していない場合はステップ７０２
へ戻り、終了している場合は、露光処理を終了する。

【００２２】従来、以上のようにして、投影レンズ１０
８のピント面にウエハ１０９を位置させ、レチクル１０
７面上の回路パターンを投影レンズ１０８によりウエハ
１０９面上のレジストに投影露光し、これにより、半導
体素子を製造している。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レチク
ルデザインの都合から、ＴＴＬオートフォーカス計測で
使用される計測マークは、任意の像高で計測されること
になる。一方、投影光学系の像面では、前述したピント
位置の移動が生じる。ピント位置の移動要因の中で、影
響が最も大きいのは照射光線による温度上昇によること
も判明してきている。同時に、照射光線による温度上昇
などにより、像面湾曲が生じ、像面が変化することも判
明してきている。また、前述の演算により得られる投影
光学系のピント位置は、レンズ中心（画面中心）のピン
ト変化を考慮した値であるため、前述の演算より得られ
たピント位置と、実際にＴＴＬオートフォーカス計測に
より検出される像高位置におけるピント位置とでは、ピ
ント差が生じることになる。よって、レンズ中心のピン
ト変化量を考慮したピント位置を中心としてステージ基
準マークを光軸方向に振ってベストピントを求めた場
合、その振り中心が適切なものとならない場合が発生す
る。また、基準平面１１７が傾いている場合において
も、同様のことが発生する。

【００２４】その結果、図１のように、ＴＴＬオートフ
ォーカス計測に広範囲な計測範囲６１を必要とすること
があり、さらにはリトライ計測が生じたり、場合によっ
ては計測範囲外となって計測不可能となることさえあり
うる。

【００２５】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、投影露光装置、フォーカス検出装置および
デバイス製造方法において、広範囲でのフォーカス計測
を必要とすることなく、リトライ計測や計測不能の発生
を防止することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の投影露光装置は、原板上のパターンを投影光学
系を介して、可動ステージ上に載置した感光基板上に投
影露光する装置であって、前記可動ステージの光軸方向
移動中の前記投影光学系を介した光電検出動作により前
記投影光学系による前記可動ステージ側適正ピント位置
を検出するフォーカス検出系を有し、演算によって求め
られる適正ピント位置の変化量に基づいて前記可動ステ
ージの前記光軸方向移動の実行位置を制御するととも
に、前記演算によって求められる適正ピント位置の変化
量は、前記投影光学系の照明条件に対応した像面湾曲、
または前記適正ピント位置検出用の基準平面の傾きのう
ちの少なくとも１つに起因した変化量を含むことを特徴
とする。あるいは、同様の投影露光装置において、前記
フォーカス検出系は、前記可動ステージ上に設けた基準
マークの像を前記投影光学系を介して光電検出すること
により前記可動ステージ側適正ピント位置を検出するも
のであり、前記演算によって求められる適正ピント位置
の変化量は、前記基準マークの像高における変化量であ
ることを特徴とする。

【００２７】この構成において、演算によって求められ
る適正ピント位置の変化量を考慮して可動ステージの光
軸方向移動の範囲を定め、この範囲でフォーカス計測が
行なわれるが、その際、適正ピント位置の変化量とし
て、投影光学系の照明条件に対応した像面湾曲や基準平
面の傾きに起因した変化量を含めるようにし、あるいは
基準マークの像高における変化量を用いるようにしたた
め、より精確な、あるいは実際にフォーカス計測される
像高に適合したものとして、前記可動ステージの光軸方
向移動の範囲が決定される。

【００２８】また、本発明のフォーカス検出装置は、投
影光学系の像投影側での被検物体の光軸方向移動中の前
記投影光学系を介した光電検出動作により、前記投影光
学系による前記像側適正ピント位置を検出するフォーカ
ス検出系を有し、演算によって求められる適正ピント位
置の変化量に基づいて前記被検物体の光軸方向移動の実
行位置を制御するとともに、前記演算によって求められ
る適正ピント位置の変化量は、前記投影光学系の照明条
件に対応した像面湾曲、または前記適正ピント位置検出
用の基準平面の傾きのうちの少なくとも１つに起因した
変化量を含むことを特徴とする。あるいは、前記フォー
カス検出系は、前記被検物体上の基準マークの像を前記
投影光学系を介して光電検出することにより前記像側適
正ピント位置を検出するものであり、前記演算によって
求められる適正ピント位置の変化量は、前記基準マーク
の像高における変化量であることを特徴とする。

【００２９】また、本発明のデバイス製造方法は、原板
上のパターンを投影光学系を介して、可動ステージ上に
載置した感光基板上に投影露光する工程と、前記可動ス
テージの光軸方向移動中の前記投影光学系を介した光電
検出動作により前記投影光学系による前記可動ステージ
側適正ピント位置を検出する工程とを有するとともに、
演算によって求めた適正ピント位置の変化量に基づいて
前記可動ステージの前記光軸方向移動の実行位置を制御
することを特徴とする。あるいは、前記フォーカス検出
系は、前記可動ステージ上に設けた基準マークの像を前
記投影光学系を介して光電検出することにより前記可動
ステージ側適正ピント位置を検出するものであり、前記
演算によって求められる適正ピント位置の変化量は、前
記基準マークの像高における変化量であることを特徴と
する。

【００３０】これら本発明のフォーカス検出装置および
デバイス製造方法においても、より精確な、あるいは実
際にフォーカス計測される像高に適合したものとして、
フォーカス計測のための移動範囲が決定される。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の投影露光装置の好ましい
実施形態においては、前記演算によって求められる適正
ピント位置の変化量には、経時変化によるものが含まれ
る。また、フォーカス検出系は、可動ステージ上の基準
マークを投影光学系を介して原板側に投影し、該原板側
の投影像を投影光学系を介して前記基準マーク上に再投
影した上で光電検出することにより、可動ステージ側適
正ピント位置を検出する。

【００３２】また、フォーカス検出系は、原板上に設け
た検出マークと可動ステージ上に設けた基準マークとを
同一光路上で観察することにより可動ステージ側適正ピ
ント位置を検出するための焦点面検出光学系を有し、光
電検出を焦点面検出光学系による前記基準マークの観察
像の結像位置において行なうものであり、また、その際
の焦点面検出光学系のピントを前記検出マークに合わせ
る手段を有する。以下、本発明の実施形態について、実
施例を通じて、具体的に説明する。

【００３３】

【実施例】［実施例１］図５は、本発明の第１の実施例
に係る露光装置の要部概略図である。同図は、逐次露光
方式の露光装置（ステッパ）における、ウエハステージ
上の基準平面１３を用いたＴＴＬＡＦ方式によるフォー
カス検出系の概略構成を示している。同図において、７
はレチクルステージ、６はレチクルステージ７に保持さ
れているレチクル、１１はｘｙｚステージ（ウエハステ
ージ）、１２はｘｙｚステージ１１上に載置されたウエ
ハ、９はレチクル６上の回路パターンをウエハ１２上に
投影する投影レンズ（露光レンズ）である。投影レンズ
９は、ウエハ１２の露光のために、レチクル６上の回路
パターンの像を１／５または１／２に縮小してウエハ１
２上に結像させる。１３はウエハ１２に隣接する位置に
配置された基準平面である。基準平面１３はそのミラー
面がウエハ１２の上面とほぼ一致するように配置されて
おり、基準平面１３には、図６に示すようなステージ基
準マーク（フォーカス検出用マーク）１３ａが設けられ
ている。ｘｙｚステージ１１は、投影レンズ９の光軸方
向（ｚ方向）およびこの方向に直交する面内（ｘおよび
ｙ方向）で移動可能であり、光軸のまわりに回転するこ
ともできる。

【００３４】５３はレチクル６の回路パターンの転写が
行なわれる画面領域内を照明する照明光学系（露光照明
系）であり、次の要素１〜５により構成される。すなわ
ち、１は露光用の光源である水銀ランプ、２は水銀ラン
プ１の発光部が第１焦点に位置している楕円ミラー、３
は楕円ミラー２の第２焦点位置にその光入射面が位置づ
けられたオプティカルインテグレータ（ハエの目レン
ズ）、４および５はオプティカルインテグレータ３から
の光でレチクル６を照射する照明用レンズおよびフィー
ルドレンズである。水銀ランプ１が発光する光は、楕円
ミラー２によりオプティカルインテグレータ３に導か
れ、その光出射面において２次光源を形成し、照明用レ
ンズ４およびフィールドレンズ５を介してレチクル６を
照明する。

【００３５】１０、１３および１４は、図１２で述べた
のと同様のオフアクシスのオートフォーカス光学系を形
成している投光光学系（オートフォーカス入射系）、基
準平面およびフォーカス検出光学系（オートフォーカス
受光系）であり、投光光学系１０より発せられた非露光
光である光束は、基準平面１３上の点（あるいは、ウエ
ハ１２の上面）に集光し、反射される。基準平面１３で
反射された光束は、フォーカス検出光学系１４に入射す
る。フォーカス検出光学系１４内には、位置検出用受光
素子が配されており、位置検出用受光素子と基準平面１
３上の光束の反射点とが共役となるよう配置されてい
る。したがって、基準平面１３の縮小投影レンズ９の光
軸方向での位置ズレは、フォーカス検出光学系１４内の
位置検出用受光素子上での入射光束の位置ズレとして計
測される。

【００３６】検出光学系１４により計測された基準平面
１３の所定の基準面からの位置ズレは、オートフォーカ
ス制御系３２に伝達される。オートフォーカス制御系３
２は、基準平面１３が固設されたｘｙｚステージ１１を
駆動する駆動系３３にｚ方向への移動の命令を与える。
また、後述する焦点面検出光学系２７によってＴＴＬで
ピント位置を検知するとき、オートフォーカス制御系３
２は、基準平面１３を所定の基準位置の近傍で投影レン
ズ９の光軸方向（ｚ方向）に上下に駆動する。また、露
光の際のウエハ１２の位置制御（図５の基準平面１３の
位置にウエハ１２が配置される）もオートフォーカス制
御系３２により行なっている。

【００３７】次に、ウエハ１２面のピント状態を検知
し、その信号に基いてウエハステージ１１を駆動して、
投影レンズ９のピント位置を検出するための構成につい
て説明する。２７はＴＴＬＡＦによる焦点面検出光学系
であり、以下のように各要素２３、２４、２６、４０、
４１を有している。焦点面検出光学系２７のファイバ４
０から射出した照明光束は、ハーフミラー４１を通過
し、対物レンズ２４とミラー２３を介してレチクル６近
傍に集光する。レチクル６上には、図７に示すように、
実素子領域７３外の任意の位置ＲＷに所定の大きさの透
光部（窓抜き部）８が設けられている。そこには、図１
３に示すようなレチクル６面のピント検知用の検出用マ
ークＲＷａが設けられている。マークＲＷａは、所定の
線幅の縦横方向のラインアンドスペースより成ってい
る。このマークは、焦点面検出光学系２７で観察したと
きに、ステージ基準マークの反射光が阻害されないよう
な位置に配置されている。

【００３８】照明光束は、この窓抜き部８を通過した後
に投影レンズ９を介して、基準平面１３上に集光する。
基準平面１３上には、図６に示すようなステージ基準マ
ーク（フォーカス検知用マーク）１３ａが設けられてい
る。そして、基準平面１３からの反射光は元の光路を戻
り、順に投影レンズ９、窓抜き部８、ミラー２３、およ
び対物レンズ２４を経て、ハーフミラー４１で反射し、
位置センサ２６に入射する。基準平面１３は、ウエハ１
２と同じウエハステージ１１上に配置されていて、ウエ
ハ１２とは概ね一致したピント面上に固定されている。
そして、ウエハ面１２ａとステージ基準マーク１３ａ面
の各々のピント位置ないしは両面間のフォーカスオフセ
ット量はオートフォーカス検出系３２によって管理され
ている。これにより、以降の手順に従って基準平面１３
に対してフォーカシングして、所定のオフセット量を与
えるだけで、自動的に実ウエハ上のフォーカシングが行
なわれるようになっている。

【００３９】図６に示すように、基準平面１３上のステ
ージ基準マーク１３ａは、所定の線幅の縦横方向のライ
ンアンドスペースより成っている。基準平面１３上のス
テージ基準マーク１３ａから発した光束は、往路を戻り
（復路）、対物レンズ２４まで到達する。対物レンズ２
４を通過した光束は、ハーフミラー４１を今度は反射
し、位置センサ２６のセンサ面２６ａ上に結像する。位
置センサ２６は、１次元アレーセンサであっても、ＣＣ
Ｄに代表される２次元アレーセンサであっても良い。ス
テージ基準マーク１３ａ（図６）と対応して、１方向パ
ターンだけ（縦線または横線）のフォーカス検出でよけ
れば１次元アレーセンサで十分であるし、２方向パター
ン（縦線と横線同時）のフォーカス検出が必要ならば、
２次元アレーセンサを用いる。

【００４０】最適ピント面を求めるためには、基準平面
１３を露光レンズ９の光軸方向に移動させながら、各移
動位置において、位置センサ２６により、ステージ基準
マーク１３ａ（図６）のピント状態が変化した情報すな
わちフォーカス情報を得る。本実施例では、どの種のフ
ォーカス情報を利用するかは特に限定していない。例え
ば、ステージ基準マーク１３ａの像の光強度コントラス
トがベストピント位置では最も高く、デフォーカス位置
ではこれが低下することを利用してもよい。あるいはス
テージ基準マーク１３ａの像の光プロファイルの微分値
（傾斜角に対応）を評価量としても良い。これらの信号
処理は画像信号解析回路４７で行なう。

【００４１】以上の説明で明らかなように、図５に示す
投影露光装置において、ファイバ４０から射出した光束
の往路は照明のための光路であり、フォーカスに関する
情報は、復路の片側だけの光路で得ている。このとき、
零点と実際のピント位置との差が大きい場合、予め設定
した零点を中心にステージ基準マーク１３ａを上下動さ
せると、出力信号のピークが得られず、検出範囲を越え
てしまい、計測不可能となることがある。そこで、特開
平５−１８２８９５号公報では、投影光学系のピント位
置を、環境変化に伴う要素を考慮して演算で求め、その
位置を中心にステージを上下動させることによって、あ
る程度限定した領域でのオートフォーカス検出を可能と
している。

【００４２】しかしながら、図１に示すように、投影レ
ンズ９の像面６０は、露光熱により変化する。その結
果、上記演算で求めた光軸上のピント位置とＴＴＬオー
トフォーカス計測で計測される像高とでは、像面湾曲が
生じ、オフセットΔＺ２が生じる。そのため、このオフ
セットΔＺ２を考慮しないと、露光熱による像面湾曲の
影響で検出エラーが発生する可能性がある。一方、ＴＴ
Ｌオートフォーカス検出を行なう基準平面１３が傾いて
いる場合においても、その傾きが大きい場合、計測像高
と光軸上とでは、像高に比例して、オフセットΔＺ１が
生じ、これも、上記の像面湾曲収差と同様にＴＴＬオー
トフォーカス計測の計測範囲から、ＴＴＬオートフォー
カス検出が可能な計測範囲が外れる要因となっている。
そこで、ＴＴＬオートフォーカス計測に先立って、これ
らのオフセット量を考慮し、常に計測像高に適した最適
なピント位置６５を求め、求めた位置を中心にＴＴＬオ
ートフォーカス計測を実行すれば、露光負荷や、環境変
化に関わらず、常に適切な計測範囲６２および短い計測
時間でＴＴＬオートフォーカス検出が可能となる。

【００４３】また、計測するときの像高は、レチクル６
によって任意の位置に配置されるため、その像高に焦点
面検出光学系２７を駆動させることにより、駆動系のヨ
タリ６６や、レチクル６のタワミ６７などの計測誤差要
因が、さらに、発生するという問題もある。そこで、図
１３に示すレチクルの検出用マークＲＷａに対して、焦
点面検出光学系２７のピント合わせを実行した上で、投
影光学系９のピント変化量、像面湾曲収差、および基準
平面１３の傾き量を考慮した位置を計測像高における最
適なピント位置６５として設定し、そのピント位置６５
を中心にＴＴＬオートフォーカス計測を実行し、最適ピ
ント面を求めている。焦点面検出光学系２７のピント合
わせは、駆動手段４８を用いて対物レンズ２４のフォー
カシングを行なうことにより行なう。その際、コントロ
ーラ４６を介して、画像信号解析回路４７の出力を得
て、駆動手段４８に指令を下し、ピント合わせを行な
う。

【００４４】図１は、上述のようなオートフォーカス検
出の原理を示す概要図であり、図２は図５の構成におけ
る、この原理に従ったオートフォーカス検出のシーケン
スを有する露光処理を示すフローチャートであり、図１
３はレチクル６上の検出用マークＲＷａの説明図であ
る。これらの図を用いて露光処理を説明する。露光処理
を開始すると、図２に示すように、まず、ステップ２０
１において、初期値ΔＦ０として現在のピント位置を設
定する。次に、ステップ２０２において、露光終了か否
かを判定するが、ここでは露光終了でないため、次のス
テップ２０３へ進み、図５中の演算手段５０が、縮小投
影レンズ９の焼き付け光照射による経時的な現在のピン
ト変化量ΔＦを、図１５に示すようにΔＦ＝Ｋ・τ・Ｅ
・ｔ０／ｔの計算式で演算して求める。次に、ステップ
２０４において、ＴＴＬオートフォーカス計測の実行タ
イミングか否かを判定する。実行タイミングでないと判
定した場合はステップ２１４へ進み、実行タイミングで
あると判定した場合はステップ２０５へ進む。

【００４５】ステップ２０５では、焦点面検出光学系２
７をレチクル６面上に設けらた検出用マーク位置ＲＷ
ａ、つまり、計測像高位置へ駆動し、レチクル６面に対
して、焦点面検出光学系２７のピント検出を行ない、そ
してステップ２０６において、焦点面検出光学系２７の
ピントを検出用マーク位置ＲＷａに対する最適なピント
位置に合せる。これにより、上述した焦点面検出光学系
２７で生じる駆動系のヨタリ６６や、レチクル６のタワ
ミ６７などによる計測誤差要因が排除される。

【００４６】次に、計測像高において発生している像面
湾曲によるオフセットΔＺ２と基準平面１３の傾きによ
るオフセットΔＺ１を求める。すなわちまず、ステップ
２０７において、焦点面検出光学系２７が、レチクル６
面上に設けらた検出用マークＲＷａを通してステージ基
準マーク１３ａを観察できる位置（Ｘ２，Ｙ２）に、Ｘ
ＹＺステージ１１を駆動する。そして、ステップ２０８
において、その時にフォーカス検出光学系１４が計測す
る基準平面１３の傾きを計測し、計測された値つまりＸ
方向の傾きａ、Ｙ方向の傾きｂと、像高（Ｘ２，Ｙ２）
とから、計測像高における傾きのオフセット量ΔＺ１
を、ΔＺ１＝ａ＊Ｘ２＋ｂ＊Ｙ２により求める。次に、
ステップ２０９において、記憶部５１に記憶されている
投影光学系９の像面湾曲に関するデータから、現在の照
明条件に合ったデータを読み出し、前記ピント変化量Δ
Ｆ、計測像高、および像面湾曲に関するデータの関係に
基づき、演算部５０において、計測像高におけるオフセ
ット量ΔＺ２を算出する。つまり投影光学系９の光軸上
でのピント面に対し、像面湾曲によって計測像高におい
てピント位置がどの程度ずれているかを算出する。な
お、記憶部５１に記憶されている投影光学系９の像面湾
曲に関するデータは、像面湾曲が露光熱などの要因によ
り変化するものであり、ＮＡなどの照明条件によって発
生状態が変化するものであるため、予め、各照明条件毎
に実験により求めておいたものである。

【００４７】次に、ステップ２１０において、得られた
ΔＦ、ΔＺ１、およびΔＺ２の値を用いて、計測像高に
おけるピント位置の変化量ΔＺ３を、ΔＺ３＝ΔＦ＋Δ
Ｚ１＋ΔＺ２により算出する。このようにして、予め、
ＴＴＬオートフォーカス計測に先立ち、計測像高におい
て発生している変化量を求めておく。そして、求めたΔ
Ｚ３をＴＴＬオートフォーカス計測前の計測像高におけ
る最適なピント面６５として設定する。次に、ステップ
２１１において、ピント面６５を中心にステージ基準マ
ーク１３ａを光軸方向に移動させながらＴＴＬオートフ
ォーカス計測を実施し、計測像高における最適ピント面
を求める。次に、ステップ２１２において、図３に示す
ように得られた計測値ΔＺ４に対して、計測前に加算し
た像高における像面湾曲によるオフセットΔＺ２と基準
平面１３の傾きによるオフセットΔＺ１を減算し、光軸
上のピント値に変換し、最適なピント位置ΔＺ５を、Δ
Ｚ５＝ΔＺ３＋ΔＺ４−ΔＺ１−ΔＺ２として求め、ス
テップ２１３において、その結果を記憶部５１に登録す
る。

【００４８】ステップ２１４では、このようにして決定
された最適ピント面にフォーカス駆動し、そして、ステ
ップ２１５において、回路パターンの露光を行ない、ス
テップ２０２に戻る。このようにして、ステップ２０２
において露光終了と判定されるまで、ステップ２０３〜
２１５の処理を繰り返す。

【００４９】以上のように、本実施例では、ＴＴＬオー
トフォーカス計測を行なう像高５３（Ｘ２，Ｙ２）が、
レチクル６によって任意の位置に配置され、また、露光
熱などにより投影光学系９に像面湾曲によるオフセット
が生じていたり、基準平面１３に傾きが生じている場合
においても、ＴＴＬオートフォーカス計測を行なうに先
立ち、現在の照明状態において生じている像面湾曲によ
るオフセット量や基準平面１３の傾きによるオフセット
量を考慮し、予め、計測像高における現在の最適なピン
ト位置を求め、その位置を中心にＴＴＬオートフォーカ
ス計測を実行するようにしている。これにより、リトラ
イ計測や、計測範囲のずれによる計測不能を未然に防ぐ
ことができ、外部環境や装置状態に左右されること無
く、常に適切な計測範囲６２を設定し、少ない計測時間
でＴＴＬオートフォーカス計測を行なうことが可能とな
る。

【００５０】［実施例２］図１６は本発明の第２の実施
例に係る投影露光装置の要部概略図である。図５の実施
例では検出光学系２７からのフォーカス検出用の照明光
を投影レンズ９を介して基準平面１３に入射させ、そし
て基準平面１３の検出用マーク１３ａからの反射光を投
影レンズ９を介して検出光学系２７で検出するようにし
ているのに対し、本実施例では、基準平面１３のステー
ジ基準マーク１３ａをウエハ側に設けた照明系（４０，
７１，７２）からの光束で照明し、そして、ステージ基
準マーク１３ａを経て投影レンズ９を通過した光束を利
用している点において、本実施例は図５の実施例と異な
る。その他の構成は図５の実施例と同じである。

【００５１】本実施例では、ファイバ４０から発した照
明光束が、集光レンズ７１の作用でミラー７２を介した
後、基準平面１３上のステージ基準マーク１３ａを裏面
側から照明する。ステージ基準マーク１３ａは例えばガ
ラス基板上に遮光性のクロムパターンを形成して構成さ
れ、これを透過した光束は投影レンズ９を通過し、その
後、レチクルパターン面６ａ近傍に一旦結像する。そし
てレチクル６を透過して、既述した検出光学系２７に入
射する。検出光学系２７内では前記光束が位置センサ２
６上に再結像する。そして、ウエハステージ１１を投影
レンズ９の光軸方向に振ることによって、その最適フォ
ーカス面を検出している。

【００５２】この場合も、実施例１と同様の方法によっ
て、予め、計測像高における現在の最適なピント位置を
求め、その位置を中心にオートフォーカス検出を行なう
ことが可能であり、それによって同様の効果が得られ
る。

【００５３】［実施例３］図４は本発明の第３の実施例
に係る投影露光装置の要部概略図である。図５の実施例
では検出光学系２７からのフォーカス検出用の照明光
を、投影レンズ９を介して基準平面１３に入射させ、そ
して基準平面１３の検出用マーク１３ａからの反射光を
投影レンズ９を介して検出光学系２７で検出しているの
に対し、本実施例では、基準平面１３のステージ基準マ
ーク１３ａをウエハ側に設けた照明系（４０，７１，７
２）からの光束で照明し、そして、ステージ基準マーク
１３ａを経て投影レンズ９を通過した光束をレチクル６
の下面に投影し、そのレチクル６からの反射光を投影光
学系９を介してウエハ側に戻し、戻された反射光をステ
ージ基準マーク１３ａを介して受光し、そして、ＸＹＺ
ステージ１１を上下させたときに得られる検出信号を利
用している点において、本実施例は図５の実施例と異な
る。その他の構成は図５の実施例と同じである。

【００５４】本実施例では、ファイバ４０から発した照
明光束が集光レンズ７１の作用でミラー７２を介した
後、基準平面１３上のステージ基準マーク１３ａを裏面
側から照明する。このステージ基準マーク１３ａは例え
ばガラス基板上に遮光性のクロムパターンを形成して構
成したものであり、これを透過した光束は投影レンズ９
を通過し、その後、レチクルパターン面６ａ近傍に一旦
結像する。そしてレチクル６下面で反射されて、再び、
投影光学系９を介して基準平面１３に達する。さらに、
ステージ基準マーク１３ａを透過した光は、ミラー７
２、対物レンズ７１およびハーフミラー４１を介して、
位置センサ２６上に再結像する。そしてウエハステージ
１１を投影レンズ９の光軸方向に振ることによって、そ
の最適フォーカス面を検出している。

【００５５】この場合も、実施例１と同様の方法によっ
て、予め、計測像高における現在の最適なピント位置を
求め、その位置を中心にオートフォーカス検出を行なう
ことが可能であり、それにより同様の効果が得られる。

【００５６】＜デバイス製造方法の実施例＞次に上記説
明した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を
説明する。図１７は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半
導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マ
イクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１
（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ス
テップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成し
たマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）
ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造す
る。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、
上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技
術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステ
ップ５（組立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によっ
て作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程で
あり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半
導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査
を行なう。こうした工程を経て、半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【００５７】図１８は上記ウエハプロセス（ステップ
４）の詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）では
ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）で
はウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極
形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ス
テップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち
込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジ
ストを塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明し
た露光装置または露光方法によってマスクの回路パター
ンをウエハの複数のショット領域に並べて焼付露光す
る。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像す
る。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト
像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥
離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取
り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによっ
て、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００５８】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった大型のデバイスを低コストに製造するこ
とができる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、演算によって求められ
る適正ピント位置の変化量に、像面湾曲や、基準平面の
傾きに起因した変化量を含めるようにしたため、演算に
よって求められる適正ピント位置の変化量をより精確な
ものとすることができる。また演算によって求められる
適正ピント位置の変化量を基準マークの像高における変
化量として求めるようにしたため、演算によって求めら
れる適正ピント位置の変化量を実際にフォーカス計測さ
れる像高に適合したものとすることができる。したがっ
て、広範囲でのフォーカス計測を必要とすることなく、
リトライ計測や計測不能の発生を防止することができ
る。

【００６０】したがって、露光熱による投影光学系への
熱負荷が大きく、光軸上と計測像高での像面湾曲による
ピント差が大きい場合や、基準平面の傾きが大きい場合
などにおいても、それらによる変化分を考慮して演算し
たピント位置を中心としてフォーカス計測の範囲を設定
することにより、外部環境や装置状態などに影響され
ず、常に適切な計測時間および回数でＴＴＬオートフォ
ーカス計測を行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図５の装置におけるオートフォーカス検出の
概要を示す図である。

【図２】 図５の装置におけるオートフォーカス検出の
シーケンスを示すフローチャートである。

【図３】 図２のシーケンスにおいて得られるオートフ
ォーカス信号波形のグラフである。

【図４】 本発明の第３の実施例に係る投影露光装置の
要部概略図である。

【図５】 本発明の第１の実施例に係る投影露光装置の
要部概略図である。

【図６】 図５の装置におけるステージ基準マークの説
明図である。

【図７】 図５の装置におけるレチクルの説明図であ
る。

【図８】 オートフォーカス信号波形のグラフである。

【図９】 別のオートフォーカス信号波形のグラフであ
る。

【図１０】 図１２の装置の一部の説明図である。

【図１１】 図１２の装置の一部の別の説明図である。

【図１２】 従来の投影露光装置の要部概略図である。

【図１３】 レチクル上の検出用マークの説明図であ
る。

【図１４】 従来の焦点面検出処理から露光に至るまで
のシーケンスを示すフローチャートである。

【図１５】 演算手段によりピント位置変化を演算する
際の信号の流れを説明するための図である。

【図１６】 本発明の第２の実施例に係る投影露光装置
の要部概略図である。

【図１７】 本発明の露光装置を利用できるデバイス製
造方法を示すフローチャートである。

【図１８】 図１７中のウエハプロセスの詳細なフロー
チャートである。

【符号の説明】

６：レチクル、７：レチクルステージ、８：窓抜き部、
９：投影レンズ、１０：投光光学系、１１：ウエハステ
ージ、１２：ウエハ（感光基板）、１３：基準平面、１
３ａ：ステージ基準マーク、１４：フォーカス検出光学
系、２６：位置センサ、２７：焦点面位置検出光学系、
３２：オートフォーカス検出系、３３：駆動系、４１：
ハーフミラー、４６：コントローラ、４７：画像信号解
析回路、４８：駆動手段、５０：演算部、５１：記憶
部、５３：計測像高、６０：像面、６１，６２：計測範
囲、６３，６５：ピント位置、６６：焦点面位置検出光
学系の駆動によるヨタリ、６７：レチクルのタワミ、７
１：集光レンズ、７２：ミラー、ＲＷａ：レチクルのフ
ォーカス検出用マーク。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原板上のパターンを投影光学系を介し
   て、可動ステージ上に載置した感光基板上に投影露光す
   る装置であって、前記可動ステージの光軸方向移動中の
   前記投影光学系を介した光電検出動作により前記投影光
   学系による前記可動ステージ側適正ピント位置を検出す
   るフォーカス検出系を有し、演算によって求められる適
   正ピント位置の変化量に基づいて前記可動ステージの前
   記光軸方向移動の実行位置を制御するとともに、前記演
   算によって求められる適正ピント位置の変化量は、前記
   投影光学系の照明条件に対応した像面湾曲、または前記
   適正ピント位置検出用の基準平面の傾きのうちの少なく
   とも１つに起因した変化量を含むことを特徴とする投影
   露光装置。
2. 【請求項２】 原板上のパターンを投影光学系を介し
   て、可動ステージ上に載置した感光基板上に投影露光す
   る装置であって、前記可動ステージの光軸方向移動中の
   前記投影光学系を介した光電検出動作により前記投影光
   学系による前記可動ステージ側適正ピント位置を検出す
   るフォーカス検出系を有し、演算によって求められる適
   正ピント位置の変化量に基づいて前記可動ステージの前
   記光軸方向移動の実行位置を制御するとともに、前記フ
   ォーカス検出系は、前記可動ステージ上に設けた基準マ
   ークの像を前記投影光学系を介して光電検出することに
   より前記可動ステージ側適正ピント位置を検出するもの
   であり、前記演算によって求められる適正ピント位置の
   変化量は、前記基準マークの像高における変化量である
   ことを特徴とする投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記演算によって求められる適正ピント
   位置の変化量は、経時変化、前記投影光学系の照明条件
   に対応した像面湾曲、または前記基準マークが設けられ
   た基準平面の傾きのうちの少なくとも１つに起因した変
   化量を含むことを特徴とする請求項２に記載の投影露光
   装置。
4. 【請求項４】 前記フォーカス検出系は、前記投影光学
   系を介して前記可動ステージ上に設けた基準マークを光
   電検出することにより前記可動ステージ側適正ピント位
   置を検出することを特徴とする請求項１に記載の投影露
   光装置。
5. 【請求項５】 前記フォーカス検出系は、前記可動ステ
   ージ上に設けた基準マークを前記投影光学系を介して前
   記原板側に投影し、該原板側の投影像を前記投影光学系
   を介して前記基準マーク上に再投影した上で光電検出す
   ることにより、前記可動ステージ側適正ピント位置を検
   出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に
   記載の投影露光装置。
6. 【請求項６】 前記フォーカス検出系は、前記原板上に
   設けた検出マークと前記可動ステージ上に設けた基準マ
   ークとを同一光路上で観察することにより前記可動ステ
   ージ側適正ピント位置を検出するための焦点面検出光学
   系を有し、前記光電検出を前記焦点面検出光学系による
   前記基準マークの観察像の結像位置において行なうもの
   であり、また、その際の前記焦点面検出光学系のピント
   を前記検出マークに合わせる手段を有することを特徴と
   する請求項１〜５のいずれか１項に記載の投影露光装
   置。
7. 【請求項７】 投影光学系の像投影側での被検物体の光
   軸方向移動中の前記投影光学系を介した光電検出動作に
   より、前記投影光学系による前記像側適正ピント位置を
   検出するフォーカス検出系を有し、演算によって求めら
   れる適正ピント位置の変化量に基づいて前記被検物体の
   光軸方向移動の実行位置を制御するとともに、前記演算
   によって求められる適正ピント位置の変化量は、前記投
   影光学系の照明条件に対応した像面湾曲、または前記適
   正ピント位置検出用の基準平面の傾きのうちの少なくと
   も１つに起因した変化量を含むことを特徴とするフォー
   カス検出装置。
8. 【請求項８】 投影光学系の像投影側での被検物体の光
   軸方向移動中の前記投影光学系を介した光電検出動作に
   より、前記投影光学系による前記像側適正ピント位置を
   検出するフォーカス検出系を有し、演算によって求めら
   れる適正ピント位置の変化量に基づいて前記被検物体の
   光軸方向移動の実行位置を制御するとともに、前記フォ
   ーカス検出系は、前記被検物体上の基準マークの像を前
   記投影光学系を介して光電検出することにより前記像側
   適正ピント位置を検出するものであり、前記演算によっ
   て求められる適正ピント位置の変化量は、前記基準マー
   クの像高における変化量であることを特徴とするフォー
   カス検出装置。
9. 【請求項９】 原板上のパターンを投影光学系を介し
   て、可動ステージ上に載置した感光基板上に投影露光す
   る工程と、前記可動ステージの光軸方向移動中の前記投
   影光学系を介した光電検出動作により前記投影光学系に
   よる前記可動ステージ側適正ピント位置を検出する工程
   とを有するとともに、演算によって求めた適正ピント位
   置の変化量に基づいて前記可動ステージの前記光軸方向
   移動の実行位置を制御することを特徴とするデバイス製
   造方法。
10. 【請求項１０】 原板上のパターンを投影光学系を介し
    て、可動ステージ上に載置した感光基板上に投影露光す
    る工程と、前記可動ステージの光軸方向移動中の前記投
    影光学系を介した光電検出動作により前記投影光学系に
    よる前記可動ステージ側適正ピント位置を検出する工程
    とを有するとともに、前記フォーカス検出系は、前記可
    動ステージ上に設けた基準マークの像を前記投影光学系
    を介して光電検出することにより前記可動ステージ側適
    正ピント位置を検出するものであり、前記演算によって
    求められる適正ピント位置の変化量は、前記基準マーク
    の像高における変化量であることを特徴とするデバイス
    製造方法。