JP2002141262A - 表面状態の検出方法及びマイクロデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置構成の大型化並びに基板の位置情報及び
位置合わせ精度の悪化を招かず、且つマイクロデバイス
の製造効率を悪化させずに基板等の表面状態を高精度に
検出することができる表面状態の検出方法を提供する。 【解決手段】 投影光学系ＰＬの結像位置を求め、基準
反射板ＦＭ１，ＦＭ２の上面を投影光学系ＰＬの結像位
置に合わせた状態で基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２の上面の
Ｚ軸方向における位置情報を照射系２６ａ及び受光系２
６ｂを備える位置検出装置でそれぞれ検出する。次に、
照射系２７ａ、リレー系２７ｂ、及び受光系２７ｃを備
える面状態検出装置で基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２に対
し、順に検出光を経由させて基準反射板ＦＭ１の上面の
Ｚ軸方向の位置情報と基準反射板ＦＭ２の上面のＺ軸方
向の位置情報との和を求める。位置検出装置及び面状態
面出装置の検出結果に基づいて面状態検出装置を較正す
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、表面状態の検出方
法及びマイクロデバイスの製造方法に係り、特に半導体
素子、撮像素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等
のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造する際
に、各種のマイクロデバイスが形成される基板の表面状
態を検出する表面状態の検出方法及び当該検出方法によ
って表面状態が検出された基板を用いてマイクロデバイ
スを製造するマイクロデバイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、
又は薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造工程の
１つであるフォトリソグラフィ工程においては、マスク
やレチクル（以下、マスクと総称する）に形成されたパ
ターンの像を、フォレジスト等の感光剤が塗布されたウ
ェハやガラスプレート等（以下、これらを総称する場合
は、基板と称する）に転写する露光装置が用いられる。
例えば、液晶表示素子（ＬＣＤ）を製造する際には、所
謂ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（以下、
ステッパと称する）が用いられることが多い。このステ
ッパは、マスク上に形成されたＬＣＤのパターンを基板
としてのガラスプレート（以下、プレートと称する）の
所定の領域に露光した後、プレートが載置されているス
テージを一定距離だけステッピング移動させて、プレー
トの別の領域を露光し、かかる動作をプレートに設定さ
れた全ての領域に対して繰り返し行うことにより、プレ
ート全体に対してマスクに形成されたパターンの像を転
写する装置である。

【０００３】上述したステッパ等の露光装置によってパ
ターンが転写された基板に対して現像処理を行うと、基
板上には転写されたパターンに応じたレジストパターン
が形成される。その後、処理工程においてこのレジスト
パターンをマスクとして基板に対するエッチング処理、
配線形成処理等の各種処理を行い、マスクのパターンに
応じたパターンを基板上に形成する。パターンが形成さ
れた基板上面には、再度感光剤が塗布され、上記工程が
数回〜数十回程度繰り返し行われる。このように、フォ
トリソグラフィ工程においては、既に基板に形成されて
いるパターン対して次に形成されるパターンの像が重ね
合わされて転写される。よって、所期の機能を有するデ
バイスを製造するためには、レチクルと基板とを高精度
に位置合わせ（アライメント）しなければならない。近
年、高密度化や低消費電力化等のためにパターンが微細
化しており、これに伴って例えば最小線幅の数分の１〜
数十分の１程度の高いアライメント精度が要求されてい
る。

【０００４】また、パターンの微細化に伴い、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基板上に
転写する際に、基板の表面を投影光学系の結像位置に正
確に合わせ込む必要がある。このため、ステッパ等の露
光装置は投影光学系の光軸方向（結像方向）における基
板の位置情報を検出する位置検出装置を備える。ステッ
パに備えられることが多い位置検出装置は、基板表面の
ある一点に対して検出光を斜め方向から入射させ、斜め
方向に反射した光束を検出して投影光学系の光軸方向に
おける基板表面の位置情報を検出する斜入射式の位置検
出装置である。斜入射式の位置検出装置は、基板の表面
を被検出面として、その被検出面に投射光束を斜めに投
射してスリット状の像を被検出面に結像させ、その反射
光を受光部に設けられた光電変換素子で構成された検出
部上に再結像させることにより、その反射光の検出部上
での入射位置を検知するように構成されている。従っ
て、被検出面の基板の表面が上下方向に変位すると、そ
の上下方向の変位に対応して、検出部に入射する反射光
像がその入射方向に対して直交する方向に横ずれを起こ
すことになる。この横ずれ量を検出することによって基
板表面が投影光学系の結像位置にあるか否かを判定する
ことができる。

【０００５】半導体素子の製造に用いられるステッパ
は、通常、比較的小さな露光領域が設定されているが、
上述した位置検出装置の検出原理を応用して露光領域の
ほぼ全面に複数のスリット像を投影し、その反射像を検
出することにより露光領域内の任意の位置における投影
光学系の光軸方向における位置情報を得る位置検出装置
が案出されている。また、液晶表示素子の製造に用いら
れるステッパは、半導体素子の製造に用いられるステッ
パにおいて設定される露光領域の２〜５倍程度の露光領
域が設定されている。液晶表示素子の製造に用いられる
基板（プレート）は、半導体素子の製造に用いられる基
板（ウェハ）に比較して大面積であるため、基板表面の
うねりや、基板表面と裏面とが平行に形成されていない
（テーパーが生じている）場合があることを考慮する
と、半導体素子の製造に用いられるステッパと同様に、
投影光学系の光軸方向における基板表面の位置を露光領
域内で複数検出することができる位置検出装置を備えて
いることが好ましい。

【０００６】しかしながら、上述したように液晶表示素
子を製造する際に用いられるステッパは広い露光領域が
設定されているため、露光領域内のほぼ全面に亘ってス
リット像を投射する構成にすると、光学系が大型になり
すぎて実際的ではない。その上、液晶表示素子の製造に
おいて用いられる基板（プレート）では傾斜よりも基板
表面のうねりが問題となるため、複数の検出点の変位位
置を個々に求める上記の方法はコスト的にも配置的にも
問題がある。また、複数の検出点を検出するために前述
した斜入射式の位置検出装置を複数設け、各々の位置検
出装置から射出される検出光が露光領域内の異なる検出
点を照射するよう構成すれば実現可能と考えられるが、
位置検出装置が複数設けられることになるため配置上の
問題がある。

【０００７】これらの問題点を解決した複数の検出点を
検出する位置検出装置が同出願人から案出されている。
この位置検出装置を簡単に説明すると、矩形形状に設定
された露光領域内の対角線上に２つの検出点を設定し、
１つの照射系を用いてスリット像を検出点の一方に対し
て斜め方向から投射し、その反射光を等倍のリレーレン
ズを介して他方の検出点に斜め方向から投射し、他方の
検出点の反射光を受光系で検出するリレー式の位置検出
装置である。かかる構成の位置検出装置では、スリット
像が少なくとも２つの検出点に投射されており、受光系
で検出される横ずれ量は基板上に設定された各検出点に
おける投影光学系の結像位置からのずれ量が加算された
量に相当するものとなる。従って、検出されたずれ量を
基板上に設定された検出点の数で除算することにより、
投影光学系の結像位置からの基板表面のずれ量の平均値
を求めることができる。以上説明した構成の位置検出装
置は、照射系及び受光系をそれぞれ１つ設け、更にリレ
ー光学系を備える構成であるので、装置構成を簡素化す
ることができ、コスト面及び配置上の問題が解消され
る。このリレー式の位置検出装置の詳細は、例えば特開
平１０−３２６７４５号公報及び特開平１１−８１９３
号公報を参照されたい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、露光装置に
備えられる各位置検出装置の検出精度を維持するために
は、定期的に較正する必要があるが、位置検出装置は基
板を載置するステージ上に設けられ、所定形状の基準マ
ークが形成された基準板を用いて較正される。ここで、
前述した斜入射式の位置検出装置の較正方法の一例を挙
げると、以下の手順により行われる。まず、露光光を基
準板の下方向から導いて基準マークを照明し、投影光学
系を介して基準マークの像を観察する。この観察方法
は、所謂ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式の観察方法
である。

【０００９】基準板に形成された基準マークの像を観察
している状態でステージを投影光学系の光軸方向に移動
させて基準マークの像の光量の変化を求める。基準板の
上面が投影光学系の結像位置に位置するときに、基準マ
ークの像の光量は最大となる。よって、基準マークの像
の光量の変化から光量が最大となる位置を求める。次
に、基準マークの像の光量が最大となる位置に基準板の
上面が配置されているときに、斜入射式の位置検出装置
を用いて投影光学系の光軸方向における基準板の上面の
位置情報を検出し、この位置に位置検出装置の零点を設
定することにより位置検出装置の較正を行う。尚、投影
光学系の結像位置を求める場合には、投影光学系を介し
て基準板に形成された基準マークの像とマスクに形成さ
れたマークとを同時に観察する所謂ＴＴＭ（スルー・ザ
・マスク）方式の観察方法により求めても良い。

【００１０】以上の手順により斜入射式の位置検出装置
を較正することができるが、前述したリレー式の位置検
出装置も同様の手順を経て較正することができる。しか
しながら、リレー式の位置検出装置はリレーレンズを介
してスリット像を複数の検出点に順次投射することによ
り投影光学系の結像位置に対する基板表面のずれ量を求
めているため、較正を行う際にも上述した基準板に相当
する部材が検出点全てに配置されていなければならな
い。通常、検出点は検出精度等の観点から露光領域の一
方の端部と他方の端部に設定されるため、露光領域と同
程度の大きさをを有する反射部材、例えば基板（ウェハ
やプレート）を使用して較正が行われていた。

【００１１】基板を用いてリレー式の位置検出装置を較
正する場合には、まず、前述した手順を経て斜入射式の
位置検出装置を較正する。次に、ステージ上に基板を載
置し、較正された斜入射式の位置検出装置を用いて複数
設定された検出点における投影光学系の結像位置からの
ずれ量を検出する。そして、リレー式の位置検出装置で
上記複数の検出点に順次スリット像を投射して検出点毎
のずれ量の和を検出し、この検出結果を斜入射式の位置
検出装置の検出結果に整合させてリレー式の位置検出装
置を較正する。

【００１２】露光装置は、基板の位置情報を検出するた
めに種々の検出装置が設けられているが、これらの検出
装置の較正は、前述した基準板を用いて行われる。よっ
て、一連の露光処理の合間、例えばロット間において較
正を行うことができる。しかしながら、リレー式の位置
検出装置を較正する場合には、基板をステージ上に載置
しなければならないため、一連の露光処理を一時中断し
てダミーの基板を露光装置内に搬入する必要がある。従
って、ダミー基板の搬入に時間及び手間を必要とするた
め、生産効率に多大な影響を及ぼす。ステージ上に基板
を載置することなくリレー式の位置検出装置を較正でき
れば生産効率の低下を防止できると考えられる。

【００１３】そこで、ステージ上であって基板が載置さ
れる位置の近傍に露光領域とほぼ同程度の大きさを有す
る基準板を設ければ、ステージ上にダミーの基板を載置
することなくリレー式の位置検出装置を較正できる。し
かしながら、ステージをかかる構成とするとステージが
大型化し、更にステージの移動可能な範囲（ストロー
ク）を拡大する必要があるため大幅にコストが上昇し、
しかも大型化に伴なってステージの精度の維持も困難に
なるという問題が生ずる。また、露光領域とほぼ同程度
の大きさを有する基準板を、基板が載置される位置であ
って基準板表面がステージの表面よりも下方に位置する
ように配置し、較正時にステージを投影光学系の光軸方
向に移動させれば、ステージ上にダミーの基板を載置す
ることなく、しかもステージの大型化を招くことなくリ
レー式の位置検出装置を較正できる。しかしながら、基
準板が配置されている位置には、基板を吸着するための
吸着機構を設置することができないため、ステージに基
板が載置されたときに基板の平面度が悪化し、基板の位
置情報の検出精度や位置合わせ精度が悪化するという問
題が生ずる。

【００１４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、装置構成の大型化並びに基板の位置情報及び位
置合わせ精度の悪化を招かず、且つマイクロデバイスの
製造効率を悪化させずに基板等の表面状態を高精度に検
出することができる表面状態の検出方法及び当該検出方
法によって表面状態が検出された基板を用いてマイクロ
デバイスを製造するマイクロデバイスの製造方法を提供
することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の表面状態の検出方法は、投影系（ＰＬ）の
結像位置を求める第１検出工程（Ｓ１０、Ｓ１２、Ｓ３
０、Ｓ５０、Ｓ９０）と、前記第１検出工程（Ｓ１０、
Ｓ１２、Ｓ３０、Ｓ５０、Ｓ９０）で求められた前記投
影系（ＰＬ）の結像位置の情報を用いて、保持手段（Ｐ
Ｓ）に設けられた基準面（ＦＰ１）において形成された
少なくとも２つの領域（ＦＭ１，ＦＭ２）の内の少なく
とも一方の領域の位置と前記投影系（ＰＬ）の結像位置
との結像方向（Ｚ軸方向）に沿った整合状態を検出する
第２検出工程（Ｓ１６、Ｓ２０、Ｓ３４、Ｓ４０、Ｓ５
４）と、面状態検出装置（２７）を用いて前記少なくと
も２つの領域（ＦＭ１，ＦＭ２）に検出光を経由させる
ことにより前記基準面（ＦＰ１）の状態を検出する第３
検出工程（Ｓ２４、Ｓ４４、Ｓ６０）と、前記第２及び
第３検出工程の結果を用いて前記面状態検出装置（２
７）の較正を行う較正工程（Ｓ２６、Ｓ４６、Ｓ６２）
と、前記較正工程にて較正された前記面状態検出装置
（２７）を用いて前記保持手段（ＰＳ）に保持された被
検物（Ｐ）の表面の状態を検出する第４検出工程とを含
むことを特徴としている。この発明によれば、保持手段
に設けられた基準面において形成された少なくとも２つ
の領域の内の少なくとも一方の領域の位置と投影系の結
像位置との結像方向に沿った整合状態を検出するととも
に、面状態検出装置を用いて基準面において形成された
上記少なくとも２つの領域に検出光を経由させることに
より基準面の状態を検出し、これらの検出結果に基づい
て面状態検出装置の較正を行い、較正された面状態検出
装置を用いて保持手段に保持された被検物の表面の状態
を検出しているので、例えば基板等の被検物の結像方向
における位置情報の検出精度の悪化を招くことはなく、
表面状態を高精度に検出することができる。また、基準
面において形成された少なくとも２つの領域における検
出結果に基づいて投影系の結像位置と基準面との整合状
態とを検出しており、大型の反射板を設ける必要もない
ので、装置構成の大型化を招くことはない。また、本発
明の表面状態の検出方法は、前記第２検出工程（Ｓ１
６、Ｓ２０、Ｓ３４、Ｓ４０、Ｓ５４）が、前記基準面
（ＦＰ１）の少なくとも２つの領域（ＦＭ１，ＦＭ２）
の内の何れか一方の領域に検出光を照射する位置検出装
置（２６）を用いて、前記何れか一方の領域の前記結像
方向（Ｚ軸方向）に沿った位置を検出する工程を含むこ
とを特徴としている。この発明によれば、従来から露光
装置が備えている位置検出装置によって、基準面におい
て形成された少なくとも２つの領域の内の何れか一方の
結像方向に沿った位置を検出しているので、装置構成の
大型化及び複雑化を招くことはない。また、基準面にお
いて形成された少なくとも２つの領域の内の何れか一方
の結像方向に沿った位置を検出しているので、検出に要
する時間を短縮することができ、その結果として製造効
率の向上にも資することができる。ここで、前記第２検
出工程（Ｓ１６、Ｓ２０、Ｓ３４、Ｓ４０、Ｓ５４）
が、前記第１検出工程（Ｓ１０、Ｓ１２、Ｓ３０、Ｓ５
０、Ｓ９０）からの前記投影系（ＰＬ）の結像位置の情
報を用いて前記位置検出装置（２６）の較正を行う工程
（Ｓ３６）と、前記較正された前記位置検出装置（２
６）を用いて、前記投影系（ＰＬ）の結像位置に対する
前記基準面（ＦＰ１）の少なくとも２つの領域（ＦＭ
１，ＦＭ２）の結像方向（Ｚ軸方向）に沿った位置報を
それぞれ得る工程（Ｓ３４、３６、Ｓ４０）とを含むこ
とを特徴としている。この発明によれば、面状態検出装
置の較正を行う際に、位置検出装置の較正をも行ってい
る。面状態検出装置は、位置検出装置の検出結果に基づ
いて較正される訳であるが、位置検出装置自体に検出誤
差があったのでは面状態検出装置を正確に較正すること
ができず、その結果として検出精度の悪化を招く虞があ
る。この発明では、最初に位置検出装置の較正を行い、
較正後の位置検出装置の検出結果に基づいて面状態検出
装置の較正を行っているため、検出精度の悪化を防止す
ることができる。また、本発明の表面状態の検出方法
は、前記第２検出工程（Ｓ１６、Ｓ２０、Ｓ３４、Ｓ４
０、Ｓ５４）が、前記基準面（ＦＰ１）の少なくとも２
つの領域（ＦＭ１，ＦＭ２）における結像方向（Ｚ軸方
向）に沿った位置ずれ情報を求める工程と、前記基準面
（ＦＰ１）の少なくとも２つの領域（ＦＭ１，ＦＭ２）
における一方の領域の結像方向（Ｚ軸方向）に沿った位
置情報を検出する工程（Ｓ５４）と、前記位置ずれ情報
と前記基準面（ＦＰ１）の少なくとも２つの領域（ＦＭ
１，ＦＭ２）における他方の領域の結像方向（Ｚ軸方
向）に沿った位置情報を算出する工程（Ｓ５６）とを含
むことを特徴としている。この発明によれば、基準面の
少なくとも２つの領域の内の１つの結像方向における位
置を検出し、この検出結果と少なくとも２つの領域の結
像方向のずれ量とに基づいて、検出していない領域の位
置が算出される。よって、基準面の少なくとも２つの領
域の結像方向における位置が異なっている場合であって
も少なくとも１つの領域の検出を伴わずに位置を求める
ことができるので、領域の設計の自由度が高くなるとと
もに、製造効率の向上に資することができる。ここで、
本発明の表面状態の検出方法は、前記第１検出工程（Ｓ
１０、Ｓ１２、Ｓ３０、Ｓ５０、Ｓ９０）が、前記基準
面（ＦＰ１）の少なくとも２つの領域（ＦＭ１，ＦＭ
２）の内の少なくとも一方の領域に形成された所定形状
を持つ開口部へ光を導く工程と、前記開口部からの光を
前記投影系（ＰＬ）に導くことによって、前記投影系
（ＰＬ）の結像位置を求める工程とを含むことを特徴と
し、又は、前記第１検出工程（Ｓ１０、Ｓ１２、Ｓ３
０、Ｓ５０、Ｓ９０）が、前記投影系（ＰＬ）の結像面
に形成される空間像を検出する空間像検出装置（２２）
を用いて、前記投影系（ＰＬ）の結像位置を求める工程
を含むことを特徴としている。この発明によれば、投影
系の結像位置を求めるに際し、基準面の少なくとも２つ
の領域に内の少なくとも一方の領域に形成された所定形
状を持つ開口部へ光を導き、開口部からの光を投影系に
導くことにより投影系の結像位置を求める方法と、空間
像検出装置を用いて投影系の結像位置を求める方法とを
選択することができるため装置構成の自由度が高まる。
また、本発明のマイクロデバイスの製造方法は、上記の
表面状態の検出方法を用いて前記被検物としての基板
（Ｐ）の表面状態を検出する表面状態検出工程と、露光
光をマスク（Ｍ）へ照明し、当該マスク（Ｍ）に形成さ
れた所定のパターン（ＤＰ）の像を前記投影系（ＰＬ）
を介して前記基板（Ｐ）に転写する転写工程と、前記転
写工程にて転写された前記基板（Ｐ）を現像する現像工
程とを含むことを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態による表面状態の検出方法及びマイクロデバイス
の製造方法について詳細に説明する。図１は、本発明の
実施形態による表面状態の検出方法に用いられる面状態
検出装置及び位置検出装置を備える露光装置の構成を示
す図である。本実施形態においては、マスクＭとして液
晶表示素子のパターンが形成されたものを用い、ステッ
プ・アンド・リピート方式により、上記パターンの像を
プレートＰに転写する場合を例に挙げて説明する。尚、
以下の説明においては、図１中に示されたＸＹＺ直交座
標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部
材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、
Ｘ軸及びＹ軸がステージＰＳに対して平行となるよう設
定され、Ｚ軸がステージＰＳに対して直交する方向（投
影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向）に設定されてい
る。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面
に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定され
る。尚、本実施形態ではＺ軸方向が本発明にいう結像方
向である。

【００１７】楕円鏡１の第１焦点位置には、例えばｇ線
（４３６ｎｍ）及びｉ線（３６５ｎｍ）の露光光を供給
する超高圧水銀ランプ等の光源２が配置されており、こ
の光源２からの露光光は、楕円鏡１により集光されてミ
ラー３で反射された後、楕円鏡１の第２焦点位置に収斂
される。そして、コレクタレンズ４に入射して平行光束
に変換される。尚、ミラー３とコレクタレンズ４との間
には光路に対して進退自在に減光フィルタ５が配置され
る。減光フィルタ５は、ミラー３で反射された露光光の
光量を抑制するものであり、例えば光電検出器２４で検
出される光量を調整するために設けられる。また、図示
は省略しているが、ミラー３とコレクタレンズ４との間
の光路に所定の波長の露光光のみを通過させる波長選択
フィルタを設けることが好ましい。

【００１８】コレクタレンズ４を透過した露光光は、フ
ライアイ・インテグレータ６にて均一な照度分布の光束
にされる。フライアイ・インテグレータ６は、多数の正
レンズ要素からなるものであり、その射出側に正レンズ
要素の数の等しい数の光源像を形成して実質的な面光源
を形成している。尚、図１においては図示を省略してい
るが、フライアイ・インテグレータ６の射出面には、照
明条件を決定するσ値（後述する投影光学系ＰＬの瞳の
開口径に対する、その瞳面上での光源像の口径の比）を
設定するための絞り部材が配置されている。

【００１９】フライアイ・インテグレータ６により形成
された多数の光源像からの光束は、ハーフミラー７及び
レンズ８を介して開口Ｓの大きさを増減させて露光光の
照射範囲を調整するブラインド９を照射する。ブライン
ド９の開口Ｓを通過した露光光は、レンズ１０を介した
後、ミラー１１で反射されてコンデンサレンズ１２に入
射し、このコンデンサレンズ１２によってブラインド９
の開口Ｓの像がマスクステージＭＳ上に載置されたマス
クＭ上で結像し、マスクＭの所望範囲が照明される。マ
スクステージＭＳ上に載置されるマスクＭの交換は、不
図示のマスクチェンジャによって行われる。尚、楕円鏡
１、光源２、ミラー３、コレクタレンズ４、減光フィル
タ５、フライアイ・インテグレータ６、ハーフミラー
７、レンズ８、ブラインド９、レンズ１０、ミラー１
１、及びコンデンサレンズ１２は照明光学系をなす。

【００２０】マスクＭを載置するマスクステージＭＳ
は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向に微動可能で、且
つその光軸ＡＸに垂直な面内で２次元移動及び微小回転
可能に構成される。マスクＭには透明なガラス基板表面
にクロム等によって液晶表示素子のデバイスパターンＤ
Ｐ及びマスクの位置計測用マークＭＭが形成されてい
る。通常、デバイスパターンＤＰ及び位置計測用マーク
ＭＭには描画誤差が存在し、更にマスクの位置によって
は、投影光学系ＰＬのディストーションの影響を考慮す
る必要があるため、位置計測用マークＭＭはデバイスパ
ターンＤＰの近傍に形成される。

【００２１】照明光学系から射出された露光光がマスク
Ｍに照射されると、デバイスパターンＤＰの像は、投影
光学系ＰＬを介してステージＰＳ上に載置され、上面に
フォトレジスト等の感光剤が塗布された被検物又は基板
としてのプレートＰに転写される。投影光学系ＰＬに
は、温度、気圧等の環境変化に対応して、結像特性等の
光学特性を一定に制御する不図示のレンズコントローラ
部が設けられている。尚、図１においては、プレートＰ
を破線で示してあるが、これはプレートＰがステージＰ
Ｓ上に載置されたときの状態を示すものである。

【００２２】ステージＰＳはＸＹ平面内においてプレー
トＰを移動させるＸＹステージ、Ｚ軸方向にプレートＰ
を移動させるＺステージ、プレートＰをＸＹ平面内で微
小回転させるステージ、及びＺ軸に対する角度を変化さ
せてＸＹ平面に対するプレートＰの傾きを調整するステ
ージ等から構成される。ステージＰＳの上面の一端には
ステージＰＳの移動可能範囲以上の長さを有する移動鏡
１３が取り付けられ、移動鏡の鏡面に対向した位置にレ
ーザ干渉計１４が配置されている。尚、図１では図示を
簡略化しているが、移動鏡１３はＸ軸に垂直な鏡面を有
する移動鏡及びＹ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡から構
成されている。また、レーザ干渉計１４は、Ｘ軸に沿っ
て移動鏡１３にレーザビームを照射する２個のＸ軸用の
レーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡１３にレーザビー
ムを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ軸
用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干渉
計によりステージＰＳのＸ座標及びＹ座標が計測され
る。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差に
より、ステージＰＳの回転角が計測される。

【００２３】レーザ干渉計１４によって計測されたステ
ージＰＳのＸ座標、Ｙ座標、及び回転角の情報はステー
ジ位置情報として主制御系１５に供給される。主制御系
１５は供給されたステージ位置情報をモニターしつつス
テージ駆動系１６へ制御信号を出力し、ステージＰＳの
位置決め動作を制御する。尚、図１では図示を省略して
いるが、マスクＭを載置するマスクステージＭＳにもス
テージＰＳに対して設けられた移動鏡１３及びレーザ干
渉計１４と同様のものが設けられており、マスクステー
ジＭＳのＸＹＺ位置等の情報が主制御系１５に入力され
る。

【００２４】また、前述した照明光学系内に設けられた
ミラー３とコレクタレンズ４との間の光路にはシャッタ
１７が配置される。このシャッタ１７は、開状態となる
ことにより露光光を透過させて照明光学系から露光光を
射出する。一方、閉状態となると露光光を反射して照明
光学系からの露光光の射出を停止させる。シャッタ１７
によって反射された露光光は、集光レンズ１８により光
ファイバ１９の一端１９ａから光ファイバ１９内に入射
する。光ファイバ１９に入射した露光光は光ファイバ１
９によって導かれ、ステージＰＳ内部に配置された光フ
ァイバ１９の他端１９ｂから射出される。光ファイバ１
９の他端１９ｂから射出された露光光は、ステージＰＳ
内部に設けられたコリメートレンズ２０によって平行光
に変換された後、ミラー２１によって＋Ｚ軸方向に反射
され、ステージＰＳに設けられた基準反射板ＦＭ０を下
方向から照明する。

【００２５】基準反射板ＦＭ０は、露光装置のベースラ
イン量の計測を行うために設けられる。尚、ベースライ
ン量の詳細については後述する。また、ステージＰＳ上
には、基準反射板ＦＭ０と同様の基準反射板ＦＭ１及び
基準反射板ＦＭ２が設けられている。この基準反射板Ｆ
Ｍ１，ＦＭ２は、後述する面状態検出装置２７（照射系
２７ａ、リレー系２７ｂ、及び受光系２７ｃを備える）
の較正を行うために設けられ、図示は省略しているが基
準反射板ＦＭ０と同様に光ファイバ１９により露光光が
下方向から導かれる。基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２はステ
ージＰＳの表面に対して突没自在に構成される。尚、基
準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２がステージＰＳの表面に対して
没入ときに、没入した基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２を覆
い、その上面に露光光に対する反射防止膜が形成された
シャッタを設けることが好ましい。かかる構成にするこ
とで、露光時に露光光が基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２で反
射され、その反射光がプレートＰに塗布された感光剤を
露光することを防止できる。

【００２６】本実施形態ではステージＰＳの大型化を避
けるため及びステージＰＳの移動量を極力少なくしてス
ループットの向上を図るため、ステージＰＳ上のプレー
トＰが載置される位置に突没自在に構成した基準反射板
ＦＭ０〜ＦＭ２を設けている。図２は、ステージＰＳに
設けられた基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２の配置を示すステ
ージＰＳの上面図である。尚、図２は、ステージＰＳの
中心位置が投影光学系ＰＬの露光領域の中心位置に配置
されている状態をしている。図２に符号ＥＲを付して示
した矩形形状の領域は、投影光学系ＰＬの露光領域であ
り、一辺が百数十ミリメートル程度に設定される。ステ
ージＰＳがＸＹ平面内において移動すると基準反射板Ｆ
Ｍ０〜ＦＭ２も移動するが、露光領域ＥＲの位置は移動
しない。

【００２７】図２に示したように基準反射板ＦＭ０〜Ｆ
Ｍ２は、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度の角をなすＸ１軸
方向に配列され、上面形状が略円形形状の部材である。
基準反射板ＦＭ１と基準反射板ＦＭ２とは投影光学系Ｐ
Ｌの露光領域ＥＲの対角線の長さ程度の距離をもって離
間されており、基準反射板ＦＭ０は基準反射板ＦＭ１と
基準反射板ＦＭ２との間に配置されている。尚、図２に
おいて、符号Ａ１を付した矩形形状の領域は、Ｘ１軸方
向の頂点が基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２の中心位置に配置
された面状態検出装置２７の検出領域を示す。

【００２８】基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２はステージＰＳ
に対して突出した状態にあるときに、その上面がステー
ジＰＳにプレートＰが載置されたときのプレートＰの表
面位置とほぼ同一となるよう設計されている。尚、本実
施形態では、基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２がステージＰＳ
に対して突出した状態にあるとき、基準反射板ＦＭ１，
ＦＭ２の上面が本発明にいう基準面ＦＰ１に含まれると
する。図１においては、図面の簡略化のためにプレート
Ｐの表面に符号ＦＰ１が付してあるが、基準面ＦＰ１は
基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２がステージＰＳに対して突出
した状態にあるときの基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２の上面
が含まれる面をいい、ステージＰ上に載置されたプレー
トＰの表面をいうのではない点に留意されたい。

【００２９】更に、基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２は、プレ
ートＰをステージＰＳ上に載置したときの平坦度を悪化
させないために、上面が５ミリメートル程度の寸法に形
成される。次に、基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２の上面に形
成された基準マークについて説明する。図３は、基準反
射板ＦＭ０〜ＦＭ２の上面に形成された基準マークの一
例を示す上面図である。図３に示した例では、十字形状
の開口部が形成された基準マークｍ１、ドットをＸ軸方
向及びＹ軸方向に所定数配列した基準マークｍ２_X，基
準マークｍ２_Y及び、長手方向がＸ軸方向に設定された
線状の遮光部と長手方向がＹ軸に設定された線状の遮光
部とからなる基準マークｍ３が形成されている。基準反
射板は例えば透明な石英板を備え、この石英板の表面に
クロムを蒸着して基準マークｍ１，ｍ２_X，ｍ２_Y，ｍ３
が形成される。図３においては、クロムが蒸着されてい
る箇所に斜線を付している。

【００３０】基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２に形成された基
準マークｍ１は投影光学系ＰＬの結像位置を求める際に
用いられ、基準反射板ＦＭ０に形成された基準マークｍ
１はベースライン量、基準マークｍ２_X，ｍ２_Y又は基準
マークｍ３は後述するプレートアライメントセンサ２５
ａ〜２５ｄで基準反射板ＦＭ０のＸＹ面内における位置
情報を計測する際に用いられる。また、基準反射板ＦＭ
１，ＦＭ２の上面は位置検出装置２６、面状態検出装置
２７から射出される検出光に対する反射板として用いら
れる。

【００３１】尚、本実施形態においては、基準反射板Ｆ
Ｍ０〜ＦＭ２をステージＰの表面に対して突没自在に構
成されている場合を例に挙げて説明するが、これらの表
面がステージＰＳの表面より下方位置するようにステー
ジＰＳ内に埋設した構成であってもよい。この場合に
は、露光光に対する反射を防止するために、表面に反射
防止膜を形成することが好ましいが、位置検出装置２６
又は面状態検出装置２７から射出される検出光（基準反
射板ＦＭ０〜ＦＭ２の表面に対して斜め方向から入射）
に対する反射率を高くする必要がある。尚、基準反射板
ＦＭ０は基準反射板ＦＭ１又は基準反射板ＦＭ２を兼ね
るようにしてもよい。また、露光光の波長と、位置検出
装置２６又は面状態検出装置２７から射出される検出光
の波長とが異なる場合には、基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２
の上面に露光光の波長に対する反射防止膜を形成すると
ともに、基準マークｍ１，ｍ２_X，ｍ２_Y，ｍ３による露
光光の反射を防止するために、基準マークｍ１，ｍ
２_X，ｍ２_Y，ｍ３を、例えば特開平２０００−１２４５
２号公報に開示された位相パターンとして形成すること
が好ましい。但し、基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２の上面に
形成する反射防止膜は、位置検出装置２６又は面状態検
出装置２７から射出される検出光の波長に対してはある
程度反射率が高くなるように設定する必要がある。

【００３２】図１に戻り、ステージＰＳ内には、更に投
影光学系ＰＬを介して投影される空間像を検出する空間
像検出装置２２を備える。図４は、空間像検出装置２２
の構成を示す断面図である。図４に示したように、空間
像検出装置２２は、ステージＰＳの上面に形成された数
ミリ程度の内径を有する開口部３０、第１リレーレンズ
３１、第２リレーレンズ３２、及びＣＣＤ等の撮像素子
３３からなる。第１リレーレンズ３１及び第２リレーレ
ンズ３２は、プレートＰがステージＰＳ上に載置された
ときのプレートＰの上面とほぼ同一となるように設定さ
れた焦点面ＰＰ１と撮像素子３３の撮像面とを光学的に
共役にする。よって、焦点面ＰＰ１が投影光学系ＰＬの
結像面と一致しているときに、投影光学系ＰＬを介して
投影される空間像のコントラストが最も鮮明となる。撮
像素子３３で撮像された空間像の画像信号は主制御系１
５へ出力されて画像処理が施される。

【００３３】再び、図１に戻り、本実施形態の露光装置
はマスクステージＭＳ上に載置されたマスクＭの位置情
報を計測するマスクアライメントセンサ２３ａ，２３ｂ
をマスクステージＭＳの上方に備える。マスクアライメ
ントセンサ２３ａ，２３ｂは、マスクＭに形成された位
置計測用マークＭＭに検知光を照射し、その反射光を受
光することにより、位置計測用のマークＭＭの位置情報
を計測するものであって、その計測結果を主制御系１５
に出力する。主制御系１５は、マスクアライメントセン
サ２３ａ，２３ｂの計測結果に基づいて、マスクＭを保
持するマスクステージＭＳを、図示しないリニアモータ
等の駆動手段をサーボ制御することにより、ＸＹ平面上
の所望の位置に移動させる。

【００３４】また、照明光学系内には光電検出器２４が
設けられている。この光電検出器２４は、前述した光フ
ァイバ１９によって導かれた露光光を基準反射板ＦＭ０
〜ＦＭ２に形成された基準マークｍ１に照射して得られ
る像の光量を検出するものである。光電検出器２４は、
投影光学系ＰＬの結像位置及びマスクＭに対して瞳の位
置に配置されている。前述したように、基準マークＦＭ
０〜ＦＭ２に形成された基準マークｍ１は十字形状のス
リットを有しており、露光光がスリットを通過すること
によりスリットの像が形成される。このスリットの像
は、投影光学系ＰＬ、コンデンサレンズ１２、ミラー１
１、レンズ１０、ブラインド９、及びレンズ８を順に介
してハーフミラー７に至り偏向される。ハーフミラー７
によって偏向されたスリットの像は光電検出器２４によ
って光電変換される。光電検出器２４は像の光量を示す
信号を主制御系１５へ出力する。本実施形態において、
この光電検出器２４は投影光学系ＰＬの結像位置を計測
する際に用いられる。

【００３５】次に、光電検出器２４を用いて投影光学系
ＰＬの結像位置を計測する原理を簡単に説明する。露光
光が基準反射板ＦＭ０に形成された基準マークｍ１を照
明している状態で、主制御系１５はステージ駆動系１６
を介してステージＰＳをＺ軸方向へ移動させ、ステージ
ＰＳのＺ軸方向の位置情報と光電検出器２４から出力さ
れる信号強度との関係を得る。露光光が照明されている
基準マークｍ１が投影光学系ＰＬの結像位置に位置した
ときに光電検出器２４から出力される信号強度が最大に
なる。よって、光電変換器２４から出力される信号が最
大になるときのステージＰＳのＺ軸方向の位置情報を求
めることにより投影光学系ＰＬの結像位置が計測され
る。尚、基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２を用いて投影光学系
ＰＬの結像位置を計測する場合も同様にして計測するこ
とができる。

【００３６】また、ステージＰＳ上に載置されたプレー
トＰの位置情報は、投影光学系ＰＬの側方に設けられた
プレートアライメントセンサ２５ａ〜２５ｄによって計
測される。このプレートアライメントセンサ２５ａ〜２
５ｄは、計測領域が投影光学系ＰＬの露光領域外に設定
され、投影光学系ＰＬを介することなく直接プレートＰ
に形成された位置計測用のマークの位置情報を計測する
所謂オフ・アクシス方式のアライメントセンサである。
プレートアライメントセンサ２５ａ〜２５ｄは、レーザ
光をプレート上に形成されたドット列のマークに照射
し、回折・散乱された光を利用してそのマークの位置情
報を計測する所謂ＬＳＡ（Laser Step Alignment）方式
のアライメントセンサ、又は、ハロゲンランプ等の波長
帯域幅の広い光源を用いてマークを照明し、その結果得
られたマークの像を画像信号に変換した後、画像処理し
てマークの位置情報を求める所謂ＦＩＡ（Field Image
Alignment）方式のアライメントセンサである。尚、図
１においては、２つのプレートアライメントセンサ２５
ａ，２５ｂのみを図示している。複数のプレートアライ
メントセンサ２０ａ〜２０ｄを設ける理由は、ステージ
ＰＳの移動量を少なくするため、及びスループットの向
上を図るためである。

【００３７】このように、マスクＭに形成されたパター
ンの投影像の中心（露光中心）と、プレートアライメン
トセンサ２５ａ〜２５ｄ各々の計測中心とはある距離を
もって配ずれて配置されている。この露光中心とプレー
トアライメントセンサ２５ａ〜２５ｄ各々の計測中心と
の距離がベースライン量である。ベースライン量は、プ
レートアライメントセンサ２５ａ〜２５ｄによって計測
されたプレートＰの位置情報に基づいて、プレートＰに
設定されたデバイスパターンＤＰの像が転写される領域
を投影光学系ＰＬの露光領域ＥＲに位置合わせする際に
用いられる。

【００３８】更に、本実施形態の露光装置は、プレート
ＰのＺ軸方向の位置情報を検出する位置検出装置２６と
面状態検出装置２７とを、投影光学系ＰＬの側方に備え
る。位置検出装置２６は、露光領域ＥＲのほぼ中心位置
におけるプレートＰのＺ軸方向の位置情報を検出するの
に対して、面状態検出装置２７は、露光領域ＥＲの隅部
に設定された２点におけるプレートＰのＺ軸方向の位置
情報を検出する（図２参照）。尚、図１においては位置
検出装置２６が備える照射系２６ａ及び受光系２６ｂを
簡略化して図示しており、面状態検出装置２７が備える
照射系２７ａ、リレー系２７ｂ、及び受光系２７を簡略
化して図示している。次に、位置検出装置２６及び面状
態検出装置２７の構成について説明する。図５は、位置
検出装置２６の構成を示す図である。尚、図５は図１に
示したＸ軸及びＹ軸に対して４５度の角をなすＸ１軸方
向に位置検出装置２６を見た矢視図である。図５に示す
ように、光ファイバ４０の一端から射出された検出光
は、コンデンサレンズ４１を介して送光スリット板４２
を照射する。

【００３９】図６は、送光スリット板４２の構成を示す
図である。送光スリット板４２は例えば透明ガラス基板
にクロム等の遮光用の金属が蒸着され、送光スリット板
４２にはスリット４２ａが形成される。送光スリット板
４２に形成されたスリット４２ａは、長手方向がＸ１方
向に設定されて配置される。送光スリット板４２を検出
光が透過することにより検出光は送光スリット板４２に
形成されたスリット４２ａの形状に整形される。図５に
戻り、送光スリット板４２に形成されたスリット４２ａ
を透過した検出光は偏向ミラー４３によって偏向され、
対物レンズ４４を介してプレートＰの表面に対して斜め
方向からプレートＰ上に設定された検出点ＳＰ０に入射
する。よって、前述したスリット４２ａの像がプレート
Ｐの検出点ＳＰ０に投射される。尚、光ファイバ４０、
コンデンサレンズ４１、送光スリット板４２、偏向ミラ
ー４３、及び対物レンズ４４は位置検出装置２６の照射
系２６ａ（図１参照）をなす。

【００４０】プレートＰによって反射された検出光は、
対物レンズ４５、振動ミラー４６、受光スリット板４
７、及び集光レンズ４８を順に介して光電変換素子４９
に至り、光電変換される。受光スリット板４７に形成さ
れたスリットは、送光スリット板４２に形成されるスリ
ット４２ａと同様に長手方向がＸ１方向に設定される。
尚、対物レンズ４５、振動ミラー４６、受光スリット板
４７、集光レンズ４８、及び光電変換素子４９は位置検
出装置２６の受光系２６ｂ（図１参照）をなす。ここ
で、以上の構成による位置検出装置２６の検出原理につ
いて説明する。検出動作を行っている間、振動ミラー４
６は図５中の符号ｄ１が付された方向（Ｘ１軸の周り）
に振動する。振動ミラー４６が振動することによりプレ
ートＰの表面で反射されたスリット像は、受光スリット
板４７に形成されたスリットに対して振動する。従っ
て、光電変換素子４９は、受光スリット板４７及び集光
レンズ４５を通過した光を光電検出し、光電変換素子４
９から出力される信号に基づいて主制御系１５が所謂同
期検波の手法によってプレートＰの表面の位置（検出点
ＳＰ０の位置）を検出する。

【００４１】以上、位置検出装置２６の構成及び検出原
理について簡単に説明したが、次に面状態検出装置２７
について説明する。図７は、面状態検出装置２７の構成
を示す斜視図である。面状態検出装置２７は、不図示の
光源から射出された検出光が不図示のコンデンサレンズ
を介して送光スリット板５０を照射する。この送光スリ
ット板５０は図５に示した位置検出装置２６が備える送
光スリット板４２と同様の構成であり、送光スリット板
５０に形成されたスリットの長手方向がＸ１軸方向に設
定されている。送光スリット板５０を透過した検出光は
偏向ミラー５１によって偏向され、対物レンズ５２を介
してプレートＰの表面に対して斜め方向からプレートＰ
の検出点ＳＰ１に入射する。対物レンズ５２は、送光ス
リット板５０と検出点ＳＰ１とを共役にしているため、
スリット板５０に形成されたスリットのスリット像が検
出点ＳＰ１に投射される。尚、送光スリット板５０、偏
向ミラー５１、及び対物レンズ５２は面状態検出装置２
７の照射系２７ａ（図１参照）の一部をなす。

【００４２】検出点ＳＰ１で反射された光束の進行方向
には、リレーレンズ５３が配置され、その先にリレーレ
ンズ５３の光軸をＸ１軸に平行な方向に偏向するミラー
５４が配置されている。また、ミラー５４のＸ１軸方向
には光軸を更に検出点ＳＰ２に向けて偏向するミラー５
５が配置され、ミラー５５と検出点ＳＰ２との間には、
リレーレンズ５６が配置されている。尚、リレーレンズ
５３、ミラー５４、ミラー５５、及びリレーレンズ５６
は、面状態検出装置２７が備えるリレー系２７ｂをなす
ものであり、検出点ＳＰ１と検出点ＳＰ２とを光学的に
共役としている。よって、前述したように検出点ＳＰ１
には送光スリット板５０に形成されたスリット像が投射
されているので、送光スリット板５０に形成されたスリ
ット像とほぼ同様のスリット像が検出点ＳＰ２にも投射
される。このように、リレー系２７ｂは、１つの検出点
ＳＰ１からの反射光をプレートＰの表面に対して斜め方
向から他の検出点ＳＰ２を照射させることにより検出光
を経由する。

【００４３】検出点ＳＰ２において反射された光束は、
対物レンズ５７、振動ミラー５８、及び開口絞り５９を
順に介して受光スリット板４７に至る。その後、不図示
の光電変換素子によって光電変換される。受光スリット
板４７に形成されたスリットは、送光スリット板４２に
形成されるスリット４２ａと同様に長手方向がＸ１方向
に設定され、検出点ＳＰ２と受光スリット板５９とは対
物レンズ５７によって光学的に共役に設定される。尚、
対物レンズ５７、振動ミラー５８、視野絞り５９、及び
受光スリット板６０は面状態検出装置２７の受光系２７
ｃ（図１参照）の一部をなす。面状態検出装置２７の検
出原理は、前述した位置検出装置２６の検出原理と同様
である。以上の構成による面状態検出装置２７は、検出
点ＳＰ１における基準面ＦＰ１（図１参照）からのＺ軸
方の位置ずれと検出点ＳＰ２における基準面ＦＰ１から
のＺ軸方の位置ずれとを加算した位置ずれを検出する。

【００４４】ここで、面状態検出装置２７が検出点ＳＰ
１及び検出点ＳＰ２における基準面ＦＰ１からのＺ軸方
の位置ずれを加算した位置ずれを検出する原理について
簡単に説明する。図７において、送光スリット板５０か
ら、受光スリット６０までの検出光の進む方向を示すた
めに主光線に矢印を付してある。また、Ｌ０は検出点Ｓ
Ｐ１に投射される検出光の主光線を示し、Ｌ１は、検出
領域Ａ１の面がプレートＰの表面と同一であり、検出点
ＳＰ１及び検出点ＳＰ２が共にプレートＰの表面に配置
されているときの主光線を示し、Ｌ２は検出領域Ａ１の
面に対してプレートＰの表面がＺ軸方向に位置ずれして
配置されているときの主光線を示している。

【００４５】いま、図７において、プレートＰの表面が
検出領域Ａ１の面に対してＺ軸方向にΔＺだけ下方向
（投影光学系ＰＬから離れる方向）に配置されている場
合を考える。プレートＰの表面が基準面ＦＰ１と同一に
配置されている状態で、プレートＰの表面で反射した場
合は、当然ながら受光スリット板６０上に形成される送
光スリット板５０のスリット像の位置は変化しない。し
かしながらプレートＰが基準面ＦＰ１からΔＺだけ下方
にずれていたとすれば、検出光は検出点ＳＰ１で反射さ
れず、検出点ＳＰ１からずれた位置Ｒ１で反射され、こ
のときの主光線Ｌ２は図示した通り、主光線Ｌ１の位置
から−Ｚ軸方向へずれてリレーレンズ５３を介してミラ
ー５４へ入射する。

【００４６】主光線Ｌ２がミラー５４で反射されると、
リレーレンズ５３の瞳位置Ｐ１にて基準光線Ｌ１と交差
し、主光線Ｌ１よりも＋Ｚ軸方向の位置においてミラー
５５で反射される。よって、主光線Ｌ２は主光線Ｌ１よ
りも＋Ｚ軸方向にずれてリレーレンズ５６へ入射する。
この主光線Ｌ２は、リレーレンズ５６を通過し、主光線
Ｌ１よりも＋Ｚ軸方向に位置したまま進むが検出点ＳＰ
２は通過しない。これは、検出光が検出点ＳＰ１で反射
されず検出点ＳＰ１からずれた位置Ｒ１で反射されたた
めである。また、リレーレンズ５６を通過したした主光
線Ｌ２は、検出点ＳＰ２を通過しないのみならず、プレ
ートＰが基準面ＦＰ１からずれている分、更にずれた位
置Ｒ２において反射される。従って、受光スリット板６
０に形成されるスリット像は、検出点ＳＰ１におけるプ
レートＰの基準面からのずれ量ΔＺと、検出点ＳＰ２に
おけるプレートＰの基準面からのずれ量ΔＺとの和に応
じた分だけずれたものとなる。このようにして、面状態
検出装置２７は検出点ＳＰ１及び検出点ＳＰ２における
基準面からのＺ軸方の位置ずれを加算した位置ずれを検
出する。

【００４７】図８は、位置検出装置２６及び面状態検出
装置２７の配置を示す上面図である。図８に示すように
位置検出装置２６及び面状態検出装置２７は、Ｘ軸方向
及びＹ軸方向に対してほぼ４５度の角度をもって検出光
を射出する。ここで、位置検出装置２６及び面状態検出
装置２７がＸ軸方向及びＹ軸方向に対してほぼ４５度の
角度をもって検出光を射出するよう配置される理由につ
いて説明する。通常、プレートＰ上に形成されるパター
ンは互いに直角をなす縦横の直線を主な構成要素として
いるため、Ｘ軸方向に長手方向を有するパターンとＹ軸
方向に長手方向を有するパターンとがプレートＰ上に多
数形成されることになる。前述のように、位置検出装置
２６及び面状態検出装置２７はスリット像を検出光とし
てプレートＰ上に投射する。ここで、投射されるスリッ
トの像の長手方向が、このような縦横の直線方向と一致
しないように投射することで、パターンによる明暗や、
反射率の不均一さを平均化して表面位置の検出精度を向
上させている。尚、Ｘ軸となす角は４５度であることが
望ましいが、パターンの縦と横の線を横断してスリット
の像が結像されればよいので、９０度以外の角度、例え
ば３０度や６０度であってもよい。

【００４８】以上、本発明の実施形態による表面状態の
検出方法に用いられる面状態検出装置及び位置検出装置
を備える露光装置の全体構成について説明したが、次に
本発明の実施形態による表面状態の検出方法について説
明する。尚、以下の説明ではプレートＰの表面の面状態
を検出する場合を例に挙げて説明するが、本実施形態は
プレートＰの表面状態の検出に限られず、半導体基板の
表面状態の検出にも適用することができる。ここで、プ
レートＰの表面状態を検出する理由は、マスクＭに形成
されたデバイスパターンＤＰの像を投影光学系ＰＬを介
して転写する際に、投影光学系系ＰＬの結像位置にプレ
ートＰの表面を高い精度で位置合わせすることにより、
プレートＰ上に微細なパタンを精度良く形成するためで
ある。

【００４９】プレートＰの表面状態は、前述した位置検
出装置２６又は面状態検出装置２７を用いて行われる
が、前述した理由によって投影光学系ＰＬの結像位置か
らのプレートＰの表面のずれ量を検出する必要がある。
従って、面状態計測装置２７の零点が投影光学系ＰＬの
結像位置に一致するように較正する必要がある。よっ
て、面状態計測装置２７を較正するときには、まず投影
光学系ＰＬの結像位置を計測し、次に面状態検出装置２
７の零点を検出された投影光学系ＰＬの結像位置に合わ
せる手順が少なくとも必要になる。以下、面状態検出装
置２７の較正方法について説明する。

【００５０】〔面状態校正装置の第１較正方法〕面状態
検出装置２７の第１較正方法は、投影光学系ＰＬの結像
位置を計測するために、図１に示した基準反射板ＦＭ
１，ＦＭ２及び光電検出器２４を用い、面状態検出装置
２７の零点を合わせるために位置検出装置２６を用いて
いる。この第１較正方法は、位置検出装置２６の較正が
完了しており、基準面ＦＰ１に零点が設定されているこ
とを前提としたものである。図９は、面状態校正装置２
７の第１較正方法を示すフローチャートである。処理を
開始するにあたり、最初に基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２を
ステージＰＳの表面に対して突出した状態とする。処理
が開始すると、主制御系１５はステージ駆動系１６を介
してステージＰＳをＸＹ平面内で移動させ、基準反射板
ＦＭ１，ＦＭ２を露光領域ＥＲ内に配置する。

【００５１】基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２の配置が完了す
ると、シャッタ１７を閉状態として光ファイバ１９を介
して露光光を基準反射板ＦＭ１の下方へ導き、基準反射
板ＦＭ１に形成された基準マークｍ１を照射する。基準
マークｍ１のスリットの像は、投影光学系ＰＬ、コンデ
ンサレンズ１２、ミラー１１、レンズ１０、ブラインド
９、レンズ８、ハーフミラー７を順に介して光電検出器
２４によって検出される。光電検出器２４の検出結果は
スリットの像の光量を示す信号として主制御系１５へ出
力される。この状態において、主制御系１５はステージ
駆動系１６を介してステージＰＳをＺ軸方向へ移動させ
ながらステージＰＳのＺ軸方向の位置情報と光電検出器
２４から出力される信号との対応関係を記憶する。そし
て、光電検出器２４から出力される信号の強度が最も高
くなるステージＰＳのＺ軸方向の位置情報を求めること
により投影光学系ＰＬの結像位置を計測する（ステップ
Ｓ１０）。

【００５２】次に、露光光が基準反射板ＦＭ２の下方か
ら基準反射板ＦＭ２に形成された基準マークｍ１を照射
している状態とし、ステージＰＳをＺ軸方向へ移動させ
ながらステージＰＳのＺ軸方向の位置情報と光電検出器
２４から出力される信号との対応関係を得る。そして、
ステップＳ１０と同様に光電検出器２４から出力される
信号の強度が最も高くなるステージＰＳのＺ軸方向の位
置情報を求めることにより投影光学系ＰＬの結像位置を
計測する（ステップＳ１２）。以上の処理によって、基
準反射板ＦＭ１及び基準反射板ＦＭ２を用いて投影光学
系ＰＬの結像位置が求められることになる。ここで、投
影光学系ＰＬの結像位置を計測するのは、機械的な振動
や周囲の温度によって投影光学系ＰＬの結像位置が僅か
に変化するためである。また、基準反射板ＦＭ１と基準
反射板ＦＭ２とを用いて投影光学系ＰＬの結像位置を求
める理由は、基準反射板ＦＭ１の上面のＺ軸方向の位置
と基準反射板ＦＭ２の上面のＺ軸方向の位置が機械的な
振動等によって変化する場合があるためである。

【００５３】ステップＳ１２の処理が終了すると、主制
御系１５はステージＰＳをＺ軸方向へ移動させ、ステッ
プＳ１０で計測された投影光学系ＰＬの結像位置に基準
反射板ＦＭ１の上面を配置し、この状態でステージＰＳ
をＸＹ面内で移動させて基準反射板ＦＭ１を位置検出装
置２６の検出点ＳＰ０（露光領域ＥＲの中心位置）に配
置する（ステップＳ１４）。基準反射板ＦＭ１の配置が
完了すると、Ｚ軸方向における基準反射板ＦＭ１の上面
の位置情報を位置検出装置２６で検出する処理が行われ
る（ステップＳ１６）。仮に、投影光学系ＰＬの結像位
置が前回計測した位置よりもＺ軸方向にずれている場合
には、位置検出装置２６がそのずれ量を検出することに
なる。

【００５４】以上の処理が終了すると、主制御系１５は
ステージＰＳをＺ軸方向へ移動させ、ステップＳ１２で
計測された投影光学系ＰＬの結像位置に基準反射板ＦＭ
２の上面を配置し、この状態でステージＰＳをＸＹ面内
で移動させて基準反射板ＦＭ２を位置検出装置２６の検
出点ＳＰ０（露光領域ＥＲの中心位置）に配置する（ス
テップＳ１８）。基準反射板ＦＭ２の配置が完了する
と、Ｚ軸方向における基準反射板ＦＭ２の上面の位置情
報を位置検出装置２６で検出する処理が行われる（ステ
ップＳ２０）。ステップＳ１６及びステップＳ２０の処
理を経ることにより、基準反射板ＦＭ１及び基準反射板
ＦＭ２が投影光及び基準反射板ＦＭ２に配置されている
ときのＺ軸方向の位置情報がそれぞれ求まることにな
る。

【００５５】次に、主制御系１５はステージ駆動系１６
を介してステージＰＳをＸＹ面内で移動させ、基準反射
板ＦＭ１を面状態検出装置２７の検出点ＳＰ１に配置
し、基準反射板ＦＭ２を面状態検出装置２７の検出点Ｓ
Ｐ２に配置する（ステップＳ２２）。基準反射板ＦＭ
１，ＦＭ２の配置が完了すると、面状態検出装置２７は
投射系２７ａから検出光を射出して基準反射板ＦＭ１の
上面に対して斜め方向から照射し、基準反射板ＦＭ１の
上面で反射された光束をリレー系２７ｂで導いて基準反
射板ＦＭ２の上面に対して斜め方向から照射し、更に基
準反射板ＦＭ２の上面で反射された光束を受光系２７ｃ
で受光することにより、Ｚ軸方向における基準反射板Ｆ
Ｍ１及び基準反射板ＦＭ２の上面の位置情報の和を検出
する（ステップＳ２４）。

【００５６】前述したステップＳ１６において、較正さ
れている位置検出装置２６によって基準反射板ＦＭ１の
上面の位置情報が検出され、ステップＳ２０において較
正されている位置検出装置２６によって基準反射板ＦＭ
２の上面の位置情報が検出されている。一方、ステップ
Ｓ２４で面状態検出装置２７によって検出された値はＺ
軸方向における基準反射板ＦＭ１及び基準反射板ＦＭ２
の上面の位置情報の和である。従って、ステップＳ２４
で検出された面状態検出装置２７の検出結果を、ステッ
プＳ１６及びステップＳ２０で得られた検出結果の和に
一致させ、かかる値を面状態検出装置２７の零点とする
ことで面状態検出装置２７の較正を行う（ステップＳ２
６）。

【００５７】〔面状態校正装置の第２較正方法〕次に、
面状態検出装置２７の第２較正方法について説明する。
上述した面状態検出装置２７の第１較正方法は、位置検
出装置２６が較正されていることを前提としていたが、
面状態検出装置２７の第２較正方法は、位置検出装置２
６及び面状態検出装置２７を共に較正するものである。
この第２較正方法は、投影光学系ＰＬの結像位置を計測
するために、図１に示した基準反射板ＦＭ１のみと光電
検出器２４とを用いている。図１０は、面状態校正装置
２７の第２較正方法を示すフローチャートである。処理
を開始するにあたり、最初に基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２
をステージＰＳの表面に対して突出した状態とするのは
第１較正方法と同様である。

【００５８】処理が開始すると、主制御系１５はステー
ジ駆動系１６を介してステージＰＳをＸＹ平面内で移動
させ、基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２を露光領域ＥＲ内に配
置する。基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２の配置が完了する
と、露光光が基準反射板ＦＭ１の下方から基準反射板Ｆ
Ｍ１に形成された基準マークｍ１を照射している状態と
し、ステージＰＳをＺ軸方向へ移動させながらステージ
ＰＳのＺ軸方向の位置情報と光電検出器２４から出力さ
れる信号との対応関係を得る。そして、光電検出器２４
から出力される信号の強度が最も高くなるステージＰＳ
のＺ軸方向の位置情報を求めることにより投影光学系Ｐ
Ｌの結像位置を計測する（ステップＳ３０）。

【００５９】次に、主制御系１５はステージＰＳをＸＹ
面内で移動させて基準反射板ＦＭ１を位置検出装置２６
の検出点ＳＰ０（露光領域ＥＲの中心位置）に配置する
（ステップＳ３２）。基準反射板ＦＭ１の配置が完了す
ると、Ｚ軸方向における基準反射板ＦＭ１の上面の位置
情報を位置検出装置２６で検出する（ステップＳ３
４）。検出が終了すると、この検出結果に基づいて位置
検出装置２６の較正を行う（ステップＳ３６）。つま
り、位置検出装置２６の零点を基準反射板ＦＭ１が投影
光学系ＰＬの結像位置に配置されているときに得られた
検出結果に合わせる。位置検出装置２６の較正が終了す
ると、主制御系１５はステージ駆動系２６を介してステ
ージＰＳをＸＹ平面内で移動させて基準反射板ＦＭ２を
位置検出装置２６の検出点ＳＰ０（露光領域ＥＲの中心
位置）に配置する（ステップＳ３８）。基準反射板ＦＭ
２の配置が完了すると、Ｚ軸方向における基準反射板Ｆ
Ｍ２の上面の位置情報を較正された位置検出装置２６で
検出する処理が行われる（ステップＳ４０）。前述した
ステップＳ３６の処理によって位置検出装置２６の零点
が投影光学系ＰＬの結像位置に合わせられたため、この
処理では基準反射板ＦＭ２の上面の投影光学系ＰＬの結
像位置からのＺ軸方向のずれ量が求まる。

【００６０】次に、主制御系１５はステージ駆動系１６
を介してステージＰＳをＸＹ面内で移動させ、基準反射
板ＦＭ１を面状態検出装置２７の検出点ＳＰ１に配置
し、基準反射板ＦＭ２を面状態検出装置２７の検出点Ｓ
Ｐ２に配置する（ステップＳ４２）。基準反射板ＦＭ
１，ＦＭ２の配置が完了すると、面状態検出装置２７は
Ｚ軸方向における基準反射板ＦＭ１及び基準反射板ＦＭ
２の上面の位置情報の和を検出する（ステップＳ４
４）。前述したステップＳ３４，Ｓ３６において、位置
検出装置２６の零点が、投影光学系ＰＬの結像位置に合
わせられており、ステップＳ４０では、投影光学系ＰＬ
の結像位置に対する基準反射板ＦＭ２の表面のＺ軸方向
におけるずれ量が得られている。よって、ステップＳ４
４で検出された面状態検出装置２７の検出結果を、ステ
ップＳ４０で得られた検出結果と一致させ、かかる値を
面状態検出装置２７の零点とすることで面状態検出装置
２７の較正を行う（ステップＳ４６）。

【００６１】〔面状態校正装置の第３較正方法〕次に、
面状態検出装置２７の第３較正方法について説明する。
上述した面状態検出装置２７の第１較正方法及び第２較
正方法は、基準反射板ＦＭ１の上面と基準反射板ＦＭ２
が共に基準面に含まれるように設計されている場合に適
用される較正方法であった。以下に説明する第３較正方
法は、基準反射板ＦＭ１の上面のＺ軸方向の位置と基準
反射板ＦＭ２の上面のＺ軸方向の位置とが異なるよう設
計されており、基準反射板ＦＭ１及び基準反射板ＦＭ２
の何れか一方の上面のみが基準面ＦＰ１に含まれている
場合の較正方法である。この第３較正方法では、基準反
射板ＦＭ１の上面と基準反射面ＦＭ２の上面とのＺ軸方
向におけるずれ量を精密に予め計測し、主制御系１５に
記憶させておく。よって、第３較正方法は、基準反射板
ＦＭ１の上面と基準反射板ＦＭ２の上面とのずれ量が変
動しないことを前提している。また、投影光学系ＰＬの
結像位置を計測するために、図１に示した基準反射板Ｆ
Ｍ１のみと光電検出器２４とを用いている。

【００６２】図１１は、面状態校正装置２７の第３較正
方法を示すフローチャートである。処理を開始するにあ
たり、最初に基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２をステージＰＳ
の表面に対して突出した状態とするのは第１較正方法及
び第２較正方法と同様である。処理が開始すると、主制
御系１５はステージ駆動系１６を介してステージＰＳを
ＸＹ平面内で移動させ、基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２を露
光領域ＥＲ内に配置する。基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２の
配置が完了すると、露光光が基準反射板ＦＭ１の下方か
ら基準反射板ＦＭ１に形成された基準マークｍ１を照射
している状態とし、ステージＰＳをＺ軸方向へ移動させ
ながらステージＰＳのＺ軸方向の位置情報と光電検出器
２４から出力される信号との対応関係を得る。そして、
光電検出器２４から出力される信号の強度が最も高くな
るステージＰＳのＺ軸方向の位置情報を求めることによ
り投影光学系ＰＬの結像位置を計測する（ステップＳ５
０）。

【００６３】次に、主制御系１５はステージＰＳをＸＹ
面内で移動させて基準反射板ＦＭ１を位置検出装置２６
の検出点ＳＰ０（露光領域ＥＲの中心位置）に配置する
（ステップＳ５２）。基準反射板ＦＭ１の配置が完了す
ると、Ｚ軸方向における基準反射板ＦＭ１の上面の位置
情報を位置検出装置２６で検出する（ステップＳ５
４）。検出が終了すると、この検出結果と主制御系１５
に予め記憶してある基準反射板ＦＭ１の上面と基準反射
面ＦＭ２の上面とのＺ軸方向におけるずれ量とに基づい
て、基準反射板ＦＭ２の上面のＺ軸方向における上面の
位置情報を算出する（ステップＳ５６）。

【００６４】次に、主制御系１５はステージ駆動系１６
を介してステージＰＳをＸＹ面内で移動させ、基準反射
板ＦＭ１を面状態検出装置２７の検出点ＳＰ１に配置
し、基準反射板ＦＭ２を面状態検出装置２７の検出点Ｓ
Ｐ２に配置する（ステップＳ５８）。基準反射板ＦＭ
１，ＦＭ２の配置が完了すると、面状態検出装置２７は
Ｚ軸方向における基準反射板ＦＭ１及び基準反射板ＦＭ
２の上面の位置情報の和を検出する（ステップＳ６
０）。ステップＳ５４において基準反射板ＦＭ１の上面
のＺ軸方向における位置情報が得られており、ステップ
Ｓ５６において基準反射板ＦＭ２の上面の位置情報が算
出されている。よって、ステップＳ６０で検出された面
状態検出装置２７の検出結果を、ステップＳ５４で得ら
れた検出結果とステップＳ５６で求められた算出結果と
の和に一致させ、かかる値を面状態検出装置２７の零点
とすることで面状態検出装置２７の較正を行う（ステッ
プＳ６２）。

【００６５】〔面状態校正装置の第４較正方法〕次に、
面状態検出装置２７の第４較正方法について説明する。
上述した面状態検出装置２７の第１較正方法〜第３較正
方法は、基準反射板ＦＭ１，ＦＭ２の少なくとも一方に
形成された基準マークｍ１の像の光量を光電検出器２４
で検出し、光量が最大となる箇所を求めることによって
投影光学系ＰＬの結像位置を計測していた。第４の較正
方法は、投影光学系ＰＬの結像位置をステージＰＳ内に
設けられた空間像検出装置２２（図１及び図４参照）を
用いて計測するものである。前述したように、空間像検
出装置２２は、焦点面ＰＰ１が投影光学系ＰＬの結像面
と一致しているときに、投影光学系ＰＬを介して投影さ
れる空間像が最も鮮明となる。しかしながら、空間像検
出装置２２の焦点面ＰＰ１は必ずしも基準面ＦＰ１と一
致している訳ではないので、予め焦点面ＰＰ１と基準面
ＦＰ１とのずれ量を計測する必要がある。よって、まず
焦点面ＰＰ１と基準面ＦＰ１とのずれ量の計測方法につ
いて説明する。

【００６６】図１２は、空間像検出装置２２の焦点面Ｐ
Ｐ１と基準面ＦＰ１とのＺ軸方向におけるずれ量を計測
する方法を示すフローチャートである。まず、マスクス
テージＭＳ上にテストパターンが形成されたテスト用の
マスクを載置する。次に、プレートＰと厚みや外形寸法
が同一のテストプレートをステージＰＳ上に載置してテ
スト用のマスクに形成されたテストパターンの像を投影
光学系ＰＬを介して実際にテストプレートに転写する。
このとき、予め複数枚のテストプレートを用意してお
き、各々のテストプレート毎に例えば数マイクロメート
ルづつステージＰＳのＺ軸方向の位置を変えつつ順次テ
ストパターンを転写する（ステップＳ７０）。尚、テス
トプレートがステージＰＳ上に載置される場合には、基
準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２は、ステージＰＳに没入した状
態とされる。次に、複数枚のテストプレートに対する露
光結果を評価して最良結像位置を算出する（ステップＳ
７２）。ここで、最良結像位置とは、例えば線幅が最も
設計値に近いパターンが形成されたテストプレートが露
光されたときのステージＰＳのＺ軸方向の位置である。

【００６７】次に、ステージＰＳのＺ軸方向の位置を最
良結像位置に合わせるとともに、基準反射板ＦＭ１をス
テージＰＳの表面に対して突出させた状態として基準反
射板ＦＭ１を位置検出装置２６の検出点ＳＰ０に配置す
る（ステップＳ７４）。基準反射板ＦＭ１の配置が完了
すると、Ｚ軸方向における基準反射板ＦＭ１の上面の位
置情報を位置検出装置２６で検出し、この検出結果に基
づいて位置検出装置２６の較正が行われる（ステップＳ
７６）。つまり、位置検出装置２６の零点はステージＰ
Ｓが最長結像位置に配置されているときの基準反射板Ｆ
Ｍ１の上面に設定される。

【００６８】以上の処理が終了すると、主制御系１５は
ステージＰＳをＸＹ平面内で移動させ、空間像検出装置
２２の開口部３０を露光領域ＥＲ内に配置する。次に、
テスト用のマスクに露光光を照射し、投影光学系ＰＬを
介してテストパターンの像を露光領域ＥＲに照射する。
主制御系１５はテストパターンの像が露光領域ＥＲ内に
照射されている状態で、ステージＰＳをＺ軸方向に移動
させステージＰＳのＺ軸方向の位置情報と空間像検出装
置２２が備える撮像素子３３から出力される画像情報と
を対応づけて記憶する。そして、記憶した画像情報の
内、例えばテストパターンのコントラストが最も高い画
像情報を求め、この画像情報が得られたときのステージ
ＰＳのＺ軸方向の位置情報を投影光学系ＰＬの結像位置
として計測する（ステップＳ７８）。最もコントラスト
が高い画像情報が得られたときには空間像検出装置２２
の焦点面ＰＰ１と投影光学系ＰＬの結像位置とが一致し
ている状態である。

【００６９】次に、主制御系１５は、ステージＰＳをＺ
軸方向に移動させて空間像検出装置２２の焦点面ＰＰ１
と投影光学系ＰＬの結像位置とが一致している状態と
し、更にステージＰＳをＸＹ面内で移動させて基準反射
板ＦＭ１を位置検出装置２６の検出点ＳＰ０に配置する
（ステップＳ８０）。基準反射板ＦＭ１の配置が完了す
ると、Ｚ軸方向における基準反射板ＦＭ１の上面の位置
情報を位置検出装置２６で検出する処理が行われる（ス
テップＳ８２）。前述したステップＳ７６において、位
置検出装置２６の零点は基準反射板ＦＭ１の上面が投影
光学系ＰＬの結像位置設定されているため、ステップＳ
８２で検出される位置情報は、空間像検出装置２２の焦
点面ＰＰ１と基準面ＦＰ１とのＺ軸方向のずれ量であ
る。従って、主制御系１５は、ステップＳ８２の検出結
果から空間像検出装置２２の焦点面ＰＰ１と基準面ＦＰ
１とのずれ量を算出する（ステップＳ８４）。以上のス
テップにより、空間像検出装置２２の焦点面ＰＰ１と基
準面ＦＰ１とのずれ量が求められる。求められたずれ量
は主制御系１５が記憶する。尚、以上の説明では、位置
計測装置２６で基準反射板２６の上面を検出する場合を
例に挙げて説明したが、基準反射板ＦＭ０又は基準反射
ＦＭ２を用いても良い。

【００７０】面状態検出装置２７の較正を行う場合に
は、以上の処理を予め行って主制御系１５に記憶されて
いるずれ量を用いて投影光学系ＰＬの結像位置が計測さ
れる。図１３は、空間像検出装置２２を用いて投影光学
系ＰＬの結像位置を求める際の手順を示すフローチャー
トである。本実施形態では投影光学系ＰＬの結像位置を
求める際に基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２を用いていない
が、位置検出装置２６及び面状態検出装置２７で位置情
報を検出するために、基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２をステ
ージＰＳの表面に対して突出した状態とする。次に、主
制御系１５はステージＰＳをＸＹ平面内で移動させ、空
間像検出装置２２の開口部３０を露光領域ＥＲ内に配置
する。そして、テスト用のマスクに露光光を照射し、投
影光学系ＰＬを介してテストパターンの像を露光領域Ｅ
Ｒに照射する。

【００７１】主制御系１５はテストパターンの像が露光
領域ＥＲ内に照射されている状態で、ステージＰＳをＺ
軸方向に移動させステージＰＳのＺ軸方向の位置情報と
空間像検出装置２２が備える撮像素子３３から出力され
る画像情報とを対応づけて記憶し、記憶した画像情報の
内、例えばテストパターンのコントラストが最も高い画
像情報を求め、この画像情報が得られたときのステージ
ＰＳのＺ軸方向の位置情報を投影光学系ＰＬの結像位置
として計測する（ステップＳ９０）。次に、主制御装置
１５は、空間像検出装置２２の焦点面ＰＰ１と投影光学
系ＰＬの結像位置とが一致している状態から予め記憶し
てある空間像検出装置２２の焦点面ＰＰ１と基準面ＦＰ
１とのずれ量の分だけステージＰＳをＺ軸方向へ移動さ
せ、反射基準板ＦＭ０〜ＦＭ２の少なくとも１つの上面
を投影光学系ＰＬの結像位置に配置する。

【００７２】以上の処理によって、反射基準板ＦＭ０〜
ＦＭ２の少なくとも１つが投影光学系ＰＬの結像位置に
配置されたので、図９に示した第１較正方法のステップ
Ｓ１４、図１０に示した第２較正方法のステップＳ３
２、又は図１１に示した第３較正方法のステップＳ５２
へ進み基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２の位置情報を位置検出
装置２６及び面状態検出装置２７で検出し、これらの検
出結果に基づいて面状態検出装置２７の較正が行われ
る。

【００７３】デバイス製造工程においては、上述した方
法で面状態検出装置２７の較正を行うとともに、デバイ
スパターンＤＰ及び位置計測用のマークＭＭが形成され
たマスクＭをマスクステージＭＳ上に載置する。そし
て、マスクアライメントセンサ２３ａ，２３ｂを用いて
マスクＭに形成された位置計測用のマークＭＭの位置情
報を計測して、マスクステージＭＳ上のマスクＭの位置
を調整する。また、基準反射板ＦＭ０に形成された基準
マークｍ１とマスクＭに形成された位置計測用のマーク
ＭＭとを光電検出器２４で同時に観察してマスクＭに形
成されたパターンの投影像の中心（露光中心）を求め
る。更に基準反射板ＦＭ０に形成された基準マークｍ２
_X，ｍ２_Y又は基準マークｍ３をプレートアライメントセ
ンサ２５ａ〜２５ｄ各々で観察して各々の計測中心を求
める。そして、得られた露光中心とプレートアライメン
トセンサ２５ａ〜２５ｄの計測中心とからベースライン
量を求める。

【００７４】次に、基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２をステー
ジＰＳに没入させた後に、プレートＰをステージＰＳ上
に載置し、プレートＰに形成されたマーク（図示省略）
のＸＹ面内における位置情報をプレートアライメントセ
ンサ２５ａ〜２５ｄで計測し、更にプレートＰのＺ軸方
向の位置情報を位置検出装置２６及び面状態検出装置２
７で検出する。主制御系１５はプレートアライメントセ
ンサ２５ａ〜２５ｄの計測結果及び前述したベースライ
ン量に基づいて、プレートＰの所定領域と露光領域ＥＲ
との位置合わせを行うとともに、位置検出装置２６及び
面状態検出装置２７の検出結果に基づいてプレートＰの
表面を投影光学系ＰＬの結像位置に合わせ込む。そし
て、露光光をマスクＭに照射し、投影光学系ＰＬを介し
てデバイスパターンＤＰの像をプレートＰの所定領域に
転写する。プレートＰのある領域に対して転写が終了す
るとマスクステージＭＳ上のマスクＭが交換され、新た
にマスクステージＭＳ上に載置されたマスクＭに形成さ
れた位置計測用のマークＭＭをマスクアライメントセン
サ２３ａ，２３ｂで計測してマスクＭの位置調整が行わ
れる。また主制御系１５はステージＰＳをＸＹ面内にお
いて移動してプレートＰの他の領域を露光領域ＥＲに位
置合わせして、新たなマスクＭの像を転写する。かかる
動作が繰り返されてプレートＰ全面が露光される。

【００７５】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範
囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態
ではステップ・アンド・リピート方式の露光装置を例に
挙げて説明したが、ステップ・アンド・スキャン方式の
露光装置にも適用可能である。また、本実施形態の露光
装置の照明光学系の光源は、超高圧水銀ランプから射出
されるｇ線（４３６ｎｍ）及びｉ線（３６５ｎｍ）等を
用いていたが、これに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ
（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎ
ｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）から射出されるレーザ
光、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができ
る。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱
電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ₆）、タ
ンタル（Ｔａ）を用いることができる。また、前述した
実施形態においては、液晶表示素子を製造する場合を例
に挙げて説明したが、もちろん、液晶表示素子の製造に
用いられる露光装置だけではなく、半導体素子等を含む
ディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンを半
導体基板上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造
に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ
転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用
いられる露光装置等にも本発明を適用することができ
る。

【００７６】また、上述した実施形態では、面状態検出
装置２７として２点に検出光を順次投射し、２点の検出
点のずれ量の和を用いる装置を例として挙げたが、検出
点の数は２点に制限されることはなく、３点であっても
よい。検出点が３点に設定された面状態検出装置は、例
えば特開平１０−３２６０４５号公報及び特開平１１１
１−８１９３号公報に詳細が開示されている。また、基
準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２をステージＰＳの上面に対して
突没自在とする構成は、例えば特開平１０−２０８９９
１号公報に開示されている。

【００７７】次に本発明の一実施形態による露光装置を
リソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方
法の実施形態について説明する。図１４は、マイクロデ
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）の製造例
のフローチャートを示す図である。図１４に示すよう
に、まず、ステップＳ１００（設計ステップ）におい
て、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導
体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現する
ためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１０
１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パタ
ーンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、
ステップＳ１０２（ウェハ製造ステップ）において、シ
リコン等の材料を用いてウェハを製造する。

【００７８】次に、ステップＳ１０３（ウェハ処理ステ
ップ）において、ステップＳ１００〜ステップＳ１０２
で用意したマスクとウェハを使用して、後述するよう
に、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路
等を形成する。次いで、ステップＳ１０４（デバイス組
立ステップ）において、ステップＳ１０３で処理された
ウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１
０４には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパ
ッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じ
て含まれる。最後に、ステップＳ１０５（検査ステッ
プ）において、ステップＳ１０４で作製されたマイクロ
デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行
う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成
し、これが出荷される。

【００７９】図１５は、半導体デバイスの場合におけ
る、図１４のステップＳ１０３の詳細なフローの一例を
示す図である。図１５において、ステップＳ１１１（酸
化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ス
テップＳ１１２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表
面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１１３（電極形成ス
テップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成
する。ステップＳ１１４（イオン打込みステップ）にお
いてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ１
１１〜ステップＳ１１４のそれぞれは、ウェハ処理の各
段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要
な処理に応じて選択されて実行される。

【００８０】ウェハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ
１１５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感
光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ１１６（露光ス
テップ）において、上で説明したリソグラフィシステム
（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パター
ンをウェハに転写する。次に、ステップＳ１１７（現像
ステップ）においては露光されたウェハを現像し、ステ
ップＳ１１８（エッチングステップ）において、レジス
トが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチン
グにより取り去る。そして、ステップＳ１１９（レジス
ト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要と
なったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処
理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重
に回路パターンが形成される。

【００８１】以上説明した本実施形態のマイクロデバイ
ス製造方法を用いれば、露光工程（ステップＳ１１６）
において上記の露光装置及び上で説明した露光方法が用
いられ、真空紫外域の照明光により解像力の向上が可能
となり、しかも露光量制御を高精度に行うことができる
ので、結果的に最小線幅が０．１μｍ程度の高集積度の
デバイスを歩留まり良く生産することができる。

【００８２】また、半導体素子等のマイクロデバイスだ
けではなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装
置、及び電子線露光装置等で使用されるレチクル又はマ
スクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板
やシリコンウェハ等ヘ回路パターンを転写する露光装置
にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（深紫外）や
ＶＵＶ（真空紫外）光等を用いる露光装置では、一般的
に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石
英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フ
ッ化マグネシウム、又は水晶等が用いられる。また、プ
ロキシミティ方式のＸ線露光装置や電子線露光装置等で
は、透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマス
ク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハ等
が用いられる。なお、このような露光装置は、ＷＯ９９
／３４２５５号、ＷＯ９９／５０７１２号、ＷＯ９９／
６６３７０号、特開平11−194479号、特開2000−12453
号、特開2000−29202号等に開示されている。

【００８３】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、保持手段に設けられた基準面において形成された少
なくとも２つの領域の内の少なくとも一方の領域の位置
と投影系の結像位置との結像方向に沿った整合状態を検
出するとともに、面状態検出装置を用いて基準面におい
て形成された上記少なくとも２つの領域に検出光を経由
させることにより基準面の状態を検出し、これらの検出
結果に基づいて面状態検出装置の較正を行い、較正され
た面状態検出装置を用いて保持手段に保持された被検物
の表面の状態を検出しているので、例えば基板等の被検
物の結像方向における位置情報の検出精度の悪化を招く
ことはなく、表面状態を高精度に検出することができる
という効果がある。また、基準面において形成された少
なくとも２つの領域における検出結果に基づいて投影系
の結像位置と基準面との整合状態とを検出しており、大
型の反射板を設ける必要もないので、装置構成の大型化
を招くことはないという効果も得られる。また、本発明
によれば、従来から露光装置が備えている位置検出装置
によって、基準面において形成された少なくとも２つの
領域の内の何れか一方の結像方向に沿った位置を検出し
ているので、装置構成の大型化及び複雑化を招くことは
ない。また、基準面において形成された少なくとも２つ
の領域の内の何れか一方の結像方向に沿った位置を検出
しているので、検出に要する時間を短縮することがで
き、その結果として製造効率の向上にも資することがで
きるという効果がある。また、本発明によれば、面状態
検出装置の較正を行う際に、位置検出装置の較正をも行
っている。面状態検出装置は、位置検出装置の検出結果
に基づいて較正される訳であるが、位置検出装置自体に
検出誤差があったのでは面状態検出装置を正確に較正す
ることができず、その結果として検出精度の悪化を招く
虞がある。この発明では、最初に位置検出装置の較正を
行い、較正後の位置検出装置の検出結果に基づいて面状
態検出装置の較正を行っているため、検出精度の悪化を
防止することができるという効果がある。また、本発明
によれば、基準面の少なくとも２つの領域の内の１つの
結像方向における位置を検出し、この検出結果と少なく
とも２つの領域の結像方向のずれ量とに基づいて、検出
していない領域の位置が算出される。よって、基準面の
少なくとも２つの領域の結像方向における位置が異なっ
ている場合であっても少なくとも１つの領域の検出を伴
わずに位置を求めることができるので、領域の設計の自
由度が高くなるとともに、製造効率の向上に資すること
ができるという効果がある。また、本発明によれば、投
影系の結像位置を求めるに際し、基準面の少なくとも２
つの領域に内の少なくとも一方の領域に形成された所定
形状を持つ開口部へ光を導き、開口部からの光を投影系
に導くことにより投影系の結像位置を求める方法と、空
間像検出装置を用いて投影系の結像位置を求める方法と
を選択することができるため装置構成の自由度が高まる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態による表面状態の検出方法
に用いられる面状態検出装置及び位置検出装置を備える
露光装置の構成を示す図である。

【図２】 ステージＰＳに設けられた基準反射板ＦＭ０
〜ＦＭ２の配置を示すステージＰＳの上面図である。

【図３】 基準反射板ＦＭ０〜ＦＭ２の上面に形成され
た基準マークの一例を示す上面図である。

【図４】 空間像検出装置２２の構成を示す断面図であ
る。

【図５】 位置検出装置２６の構成を示す図である。

【図６】 送光スリット板４２の構成を示す図である。

【図７】 面状態検出装置２７の構成を示す斜視図であ
る。

【図８】 位置検出装置２６及び面状態検出装置２７の
配置を示す上面図である。

【図９】 面状態校正装置２７の第１較正方法を示すフ
ローチャートである。

【図１０】 面状態校正装置２７の第２較正方法を示す
フローチャートである。

【図１１】 面状態校正装置２７の第３較正方法を示す
フローチャートである。

【図１２】 空間像検出装置２２の焦点面ＰＰ１と基準
面ＦＰ１とのＺ軸方向におけるずれ量を計測する方法を
示すフローチャートである。

【図１３】 空間像検出装置２２を用いて投影光学系Ｐ
Ｌの結像位置を求める際の手順を示すフローチャートで
ある。

【図１４】 マイクロデバイスを製造する際のフローチ
ャートを示す図である。

【図１５】 半導体デバイスの場合における、図１４の
ステップＳ１０３の詳細なフローの一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

２２ 空間像検出装置 ２６ 位置検出装置 ２７ 面状態検出装置 ＤＰ デバイスパターン（所定のパター
ン） ＦＭ１，ＦＭ２ 基準反射板（領域） ＦＰ１ 基準面 Ｍ マスク Ｐ プレート（被検物、基板） ＰＬ 投影光学系（投影系） ＰＳ ステージ（保持手段）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０１ Ｇ０３Ｆ 7/207 Ｈ 7/207 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２６Ｂ Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA04 AA06 AA20 AA39 BB01 BB27 CC00 CC20 CC25 EE00 FF01 FF42 FF51 FF61 GG03 GG04 HH05 HH12 HH13 JJ01 JJ03 JJ05 JJ08 JJ09 JJ26 LL00 LL02 LL04 LL12 LL13 LL22 LL24 LL28 LL50 NN16 NN20 PP12 PP13 QQ27 2H097 BA01 GB00 LA10 LA12 LA20 5F046 BA03 CC01 CC05 CC16 DA05 DA14 DB05 DB11 DB12 DC02 DC12

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投影系の結像位置を求める第１検出工程
   と、 前記第１検出工程で求められた前記投影系の結像位置の
   情報を用いて、保持手段に設けられた基準面において形
   成された少なくとも２つの領域の内の少なくとも一方の
   領域の位置と前記投影系の結像位置との結像方向に沿っ
   た整合状態を検出する第２検出工程と、 面状態検出装置を用いて前記少なくとも２つの領域に検
   出光を経由させることにより前記基準面の状態を検出す
   る第３検出工程と、 前記第２及び第３検出工程の結果を用いて前記面状態検
   出装置の較正を行う較正工程と、 前記較正工程にて較正された前記面状態検出装置を用い
   て前記保持手段に保持された被検物の表面の状態を検出
   する第４検出工程とを含むことを特徴とする表面状態の
   検出方法。
2. 【請求項２】 前記第２検出工程は、前記基準面の少な
   くとも２つの領域の内の何れか一方の領域に検出光を照
   射する位置検出装置を用いて、前記何れか一方の領域の
   前記結像方向に沿った位置を検出する工程を含むことを
   特徴とする請求項１記載の表面状態の検出方法。
3. 【請求項３】 前記第２検出工程は、前記第１検出工程
   からの前記投影系の結像位置の情報を用いて前記位置検
   出装置の較正を行う工程と、 前記較正された前記位置検出装置を用いて、前記投影系
   の結像位置に対する前記基準面の少なくとも２つの領域
   の結像方向に沿った位置報をそれぞれ得る工程とを含む
   ことを特徴とする請求項２記載の表面状態の検出方法。
4. 【請求項４】 前記第２検出工程は、前記基準面の少な
   くとも２つの領域における結像方向に沿った位置ずれ情
   報を求める工程と、 前記基準面の少なくとも２つの領域における一方の領域
   の結像方向に沿った位置情報を検出する工程と、 前記位置ずれ情報と前記基準面の少なくとも２つの領域
   における他方の領域の結像方向に沿った位置情報を算出
   する工程とを含むことを特徴とする請求項１又は請求項
   ２記載の表面状態の検出方法。
5. 【請求項５】 前記第１検出工程は、前記基準面の少な
   くとも２つの領域の内の少なくとも一方の領域に形成さ
   れた所定形状を持つ開口部へ光を導く工程と、 前記開口部からの光を前記投影系に導くことによって、
   前記投影系の結像位置を求める工程とを含むことを特徴
   とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の表面
   状態の検出方法。
6. 【請求項６】 前記第１検出工程は、前記投影系の結像
   面に形成される空間像を検出する空間像検出装置を用い
   て、前記投影系の結像位置を求める工程を含むことを特
   徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の表
   面状態の検出方法。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６の何れか一項に記
   載の表面状態の検出方法を用いて前記被検物としての基
   板の表面状態を検出する表面状態検出工程と、 露光光をマスクへ照明し、当該マスクに形成された所定
   のパターンの像を前記投影系を介して前記基板に転写す
   る転写工程と、 前記転写工程にて転写された前記基板を現像する現像工
   程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方
   法。