JP2002175962A

JP2002175962A - 露光装置、露光方法及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2002175962A
Application number: JP2000369771A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Miyai; 恒夫宮井; Tatsuhiko Kimura; 達彦木村; Koichi Kamei; 浩一亀井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2002-06-21

Abstract

(57)【要約】【課題】デフォーカスに起因する露光不良の発生を防
止する。【解決手段】基板Ｗ上の各計測点に照射される計測光
の照射領域の大きさ及び形状の少なくとも一方を考慮し
て、基板の光軸方向位置の検出に使用する計測点が制御
装置２０により選択される。この場合、制御装置では、
計測点の照射領域が区画領域からはみ出さない計測点の
みを選択することができるので、多点焦点位置検出系
（４０，４２）では選択された計測点のみを使用して、
マスクパターンの転写対象の区画領域の光軸方向の位置
（及び傾斜）を高精度に計測する。従って、基板上の複
数の区画領域に投影光学系ＰＬを介してマスクＲのパタ
ーンを順次転写する際に、前記計測結果に基づいて、基
板上の区画領域を投影光学系の像面に精度良く位置合わ
せすることにより、デフォーカスに起因する露光不良の
発生を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置、露光方
法及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、半導体
素子，液晶表示素子等をリソグラフィ工程で製造する際
に用いられる露光装置、露光方法、及び前記露光装置を
用いるデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・
リピート方式の静止型投影露光装置（いわゆるステッ
パ）や、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影
露光装置（走査ステップ式投影露光装置：いわゆるスキ
ャニング・ステッパ）などの投影露光装置が主として用
いられている。

【０００３】この種の投影露光装置では、ウエハ又はガ
ラスプレート等の基板（以下、「ウエハ」と総称する）
上のショット領域に転写されるパターンの露光不良や各
ショット領域内の露光ムラなどを防ぐために、投影光学
系の最良結像面にウエハ表面を一致させた状態でレチク
ル（又はマスク）のパターンをウエハ上に転写する必要
がある。このため、投影露光装置では、投影光学系の光
軸方向に関するウエハ表面の位置（以下、適宜「面位置
情報」と呼ぶ）を検出する焦点位置検出系が設けられて
いる。近年の露光装置では、ウエハの光軸方向位置の計
測点が１点では、ウエハ表面の段差の影響により正確な
面位置情報を検出できないため、ウエハ上の複数点にお
ける面位置情報を検出する多点焦点位置検出系（以下、
「多点ＡＦ系」ともいう）が設けられている。

【０００４】この多点ＡＦ系としては、例えば特開平６
−２８３４０３号公報などに開示される斜入射光式の多
点焦点位置検出系が知られている。この多点ＡＦ系は、
複数の結像光束をウエハ上の複数の計測点に対して斜め
方向から照射して、その複数の結像光束のウエハ表面か
らの反射光を複数の受光素子で個別に受光し、この受光
信号に基づいてウエハ上の各計測点における面位置情報
を精度良く検出するものである。

【０００５】しかるに、従来の多点ＡＦ系を備えた露光
装置では、ウエハ上の計測点は、例えば５×５、５×
９、７×７等のマトリクス状に２５個、４５個、４９個
等配置されていたが、受光素子からの信号を処理する信
号処理系のチャネル数が、最大で９個程度しか用意され
てないため、ウエハ表面の複数の計測点、従ってこれに
個別に対応する受光素子の中から、実際の面位置情報の
計測に使用する計測点（受光素子）を選択する必要があ
った。このため、従来の投影露光装置では、レチクル
（又はマスク）上の露光光の照明領域を設定する照明光
学系内の視野絞り（レチクルブラインド）の設定情報
（マスクキング情報とも呼ばれる）に基づいて、計測点
（受光素子）を選択していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
如く、レチクルブラインドの設定情報に基づいて多点Ａ
Ｆ系の計測点（受光素子）を選択すると、実際のショッ
ト領域よりもはみ出した部分に位置するフォーカスセン
サを選択することがあった。その理由は、通常レチクル
ブラインドにより設定される領域は、レチクルのパター
ン領域を区画する遮光帯の幅の範囲内に収まるようにレ
チクルブラインドの機械的な精度による影響等を加味し
て設定されるため、遮光帯の内側エッジによって定めら
れるウエハ上のショット領域（これに対応するレチクル
上のパターン領域）よりも広めに設定されるからであ
る。特に、ウエハ周辺部等のショット領域を露光する場
合に、ショット領域からはみ出した計測点部分に照射さ
れた結像光束の反射光束に基づいてパターンの形成され
ていない部分のウエハの面位置情報が検出されるような
場合には、結果的にこのフォーカス情報に基づいてウエ
ハの光軸方向位置及び傾斜が制御されるため、デフォー
カスに起因する露光不良が発生するおそれがあった。

【０００７】また、計測点の位置は、その中心点の位置
座標によって管理されているため、その位置座標を計測
点選択の基準にすると、結像光束の照射領域の一部がシ
ョット領域からはみ出す可能性があった。この場合に
も、結果的にこのフォーカス情報に基づいてウエハの光
軸方向位置及び傾斜が制御され、デフォーカスに起因す
る露光不良が発生するおそれがあった。

【０００８】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、露光時のデフォーカスに起因す
る露光不良の発生を効果的に抑制することが可能な露光
装置及び露光方法を提供することにある。

【０００９】また、本発明の第２の目的は、高集積度の
マイクロデバイスの生産性の向上に寄与するデバイス製
造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の露光装
置は、エネルギビーム（ＩＬ）によりマスク（Ｒ）を照
明し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系
（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上の複数の区画領域（Ｓ
Ａ）に順次転写する露光装置であって、前記基板上の複
数の計測点に計測光を照射し、その反射光を検出するこ
とによって前記各計測点における前記投影光学系の光軸
方向に関する位置を検出可能な多点焦点位置検出系（４
０，４２）と；前記各計測点に照射される前記計測光の
照射領域（Ｓ ₁₁〜Ｓ₇₇）の大きさ及び形状の少なくとも
一方を考慮して、前記マスクパターンの転写の際に前記
基板の光軸方向位置の検出に使用する計測点を選択する
選択装置（２０、９３）と；を備える。

【００１１】これによれば、選択装置により、基板上の
各計測点に照射される計測光の照射領域の大きさ及び形
状の少なくとも一方を考慮して、マスクパターンの転写
の際に基板の光軸方向位置の検出に使用する計測点が選
択される。そして、マスクに形成されるパターンを投影
光学系を介して基板上の複数の区画領域に順次転写する
際には、多点焦点位置検出系により基板上の各計測点に
計測光が照射され、それぞれの反射光が検出される。こ
の場合、選択装置では、計測点の照射領域が区画領域か
らはみ出さない計測点のみを選択することができるの
で、結果的に多点焦点位置検出系によりその選択された
計測点のみからの反射光に基づいてマスクパターンの転
写対象の区画領域の光軸方向の位置が高精度に計測され
る。従って、この計測結果に基づいて、基板上の区画領
域を投影光学系の像面に精度良く位置合わせすることに
より、デフォーカスに起因する露光不良の発生を防止す
ることができる。

【００１２】この場合において、請求項２に記載の露光
装置の如く、前記選択装置は、前記区画領域の設定に関
する情報を更に考慮して前記検出領域を選択することと
することができる。

【００１３】この場合において、区画領域の設定に関す
る情報としては、種々の情報が考えられる。例えば，請
求項３に記載の露光装置の如く、前記区画領域の設定に
関する情報は、前記区画領域の設定の基準となる設計上
の基準情報と、該基準情報の性質に応じて定められた所
定のマージン情報とを含むこととすることができる。

【００１４】この場合において、請求項４に記載の露光
装置の如く、前記エネルギビームによる前記マスク上の
照明領域を設定する視野絞り（５）を更に備える場合に
は、前記基準情報には、前記視野絞りの設定情報、前記
マスク上のパターン領域（ＰＡ）の形状、及び前記基板
上の隣接する区画領域を連続的に露光する際の前記基板
の移動量のいずれかであることとすることができる。

【００１５】上記請求項１〜４に記載の各露光装置にお
いて、請求項５に記載の露光装置の如く、前記多点焦点
位置検出系は、前記基板表面に所定角度傾斜した方向か
ら複数の計測光束を照射する照射系（４０）と、前記各
計測光束の前記基板表面における反射光束をそれぞれ受
光可能な受光系（４２）とを有する、斜入射方式の多点
焦点位置検出系であることとすることができる。

【００１６】請求項６に記載の露光方法は、エネルギビ
ーム（ＩＬ）によりマスク（Ｒ）を照明し、前記マスク
に形成されたパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して基
板（Ｗ）上の複数の区画領域（ＳＡ）に順次転写する
際、前記基板上の複数の計測点に計測光を照射し、その
反射光を検出することによって前記各計測点における前
記投影光学系の光軸方向に関する位置を検出可能な多点
焦点位置検出系（４０，４２）によって前記基板の面位
置情報を得る露光方法であって、前記各計測点に照射さ
れる前記計測光の照射領域（Ｓ₁₁〜Ｓ₇₇）の大きさ及び
形状の少なくとも一方を考慮して、前記マスクパターン
の転写の際に前記基板の光軸方向位置の検出に使用する
計測点を選択することを特徴とする。

【００１７】これによれば、基板上の各計測点に照射さ
れる計測光の照射領域の大きさ及び形状の少なくとも一
方を考慮して、マスクパターンの転写の際に基板の光軸
方向位置の検出に使用する計測点を選択することから、
計測光の照射領域が区画領域からはみ出さない計測点の
みを選択することができ、多点焦点位置検出系ではその
選択された計測点のみを使用してマスクパターンの転写
対象の区画領域の光軸方向の位置（及び傾斜）を高精度
に計測することができる。従って、この計測結果に基づ
いて、基板上の区画領域を投影光学系の像面に精度良く
位置合わせすることにより、デフォーカスに起因する露
光不良の発生を防止することができる。

【００１８】請求項７に記載のデバイス製造方法は、リ
ソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、前記
リソグラフィ工程では、請求項１〜５のいずれか一項に
記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】《第１の実施形態》以下、本発明
の第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図
１には、第１実施形態に係る露光装置の構成が概略的に
示されている。この露光装置１００は、ステップ・アン
ド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッ
パ）である。

【００２０】この露光装置１００は、光源１及び照明光
学系（２、３、５〜７）を含む照明系、マスクとしての
レチクルＲを保持するマスクステージとしてのレチクル
ステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハ
Ｗを保持してＸＹ平面をＸＹ２次元方向に移動する基板
テーブル１８を備えたＸＹステージ装置１４、及びこれ
らの制御系等を備えている。

【００２１】前記照明系は、光源１、コリメータレン
ズ、フライアイレンズ等（いずれも不図示）からなる照
度均一化光学系２、リレーレンズ３、視野絞りとしての
レチクルブラインド５、リレーレンズ６及び折り曲げミ
ラー７（この内、照度均一化光学系２、リレーレンズ
３、６及び折り曲げミラー７によって照明光学系が構成
される）等を含んで構成されている。

【００２２】ここで、この照明系の構成各部についてそ
の作用とともに説明すると、光源１で発生した照明光Ｉ
Ｌは不図示のシャッタを通過した後、照度均一化光学系
２により照度分布がほぼ均一な光束に変換される。照明
光ＩＬとしては、例えばＫｒＦエキシマレ−ザ光やＡｒ
Ｆエキシマレーザ光等のエキシマレーザ光を用いられる
ものとする。

【００２３】照度均一化光学系２から水平に射出された
光束は、リレーレンズ３を介して、レチクルブラインド
５に達する。レチクルブラインド５としては、開口形状
が可変な可変ブラインドが用いられている。このレチク
ルブラインド５は、例えば２枚のＬ字状の可動ブレード
４５Ａ、４５Ｂから成る可動ブラインド（以下、この可
動ブラインドを「可動ブラインド４５Ａ、４５Ｂ」とも
呼ぶ）が設けられている。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。可動ブラインド４５Ａ、４５Ｂは、可動ブライ
ンド駆動機構４３Ａ、４３Ｂによって駆動されるように
なっており、この駆動機構４３Ａ、４３Ｂの動作が主制
御装置２０によって制御されるようになっている。

【００２４】レチクルブラインド５を通過した光束は、
リレーレンズ６を通過して折り曲げミラー７に至り、こ
こで鉛直下方に折り曲げられて回路パターン等が描かれ
たレチクルＲの照明領域ＩＡＲ（図２参照）部分を照明
する。

【００２５】前記レチクルステージＲＳＴは、その上面
の四つのコーナー部分に真空吸着部５２を有し、この真
空吸着部５２を介してレチクルＲがレチクルステージＲ
ＳＴ上に保持されている。このレチクルステージＲＳＴ
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、θｚ方向
（Ｚ軸回りの回転方向）に微動可能となっている。

【００２６】前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージ
ＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸ方
向（照明光学系の光軸ＩＸに一致）をＺ軸方向とされ、
ここでは両側テレセントリックな縮小光学系であり、光
軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレン
ズエレメントから成る屈折光学系が使用されている。

【００２７】前記ＸＹステージ装置１４は、不図示のベ
ース上を図１におけるＹ方向に往復移動可能なＹステー
ジ１６と、このＹステージ１６上をＹ方向と直交するＸ
方向に往復移動可能な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、基板テーブル１８上に、ほぼ円形のウエハホ
ルダ２５が載置され、このウエハホルダ２５によってウ
エハＷが真空吸着によって保持されている。

【００２８】前記基板テーブル１８は、Ｘステージ１２
上にＸＹ方向に位置決めされ、かつＺ軸方向の移動及び
ＸＹ平面に対する傾斜が許容された状態で取り付けられ
ている。そして、この基板テーブル１８は、異なる３点
の支持点で不図示の３本の軸によって支持されており、
これら３本の軸がウエハ駆動装置２１によって独立して
Ｚ軸方向に駆動され、これによって基板テーブル１８上
に保持されたウエハＷの面位置（Ｚ軸方向位置及びＸＹ
平面に対する傾斜）が所望の状態に設定されるようにな
っている。

【００２９】この基板テーブル１８上には移動鏡２７が
固定され、外部に配置された干渉計３１により、基板テ
ーブル１８のＸ方向、Ｙ方向及びθｚ方向（Ｚ軸回りの
回転方向）の位置がモニタされ、干渉計３１により得ら
れた位置情報が主制御装置２０に供給されている。主制
御装置２０は、ウエハ駆動装置２１（これは、Ｘステー
ジ１２、Ｙステージ１６の駆動系及び基板テーブル１８
の駆動系の全てを含む）を介してＹステージ１６、Ｘス
テージ１２及び基板テーブル１８の位置決め動作を制御
すると共に、装置全体の動作を統括制御する。

【００３０】本実施形態の露光装置１００においては、
図２に示されるように、レチクルＲよりも一回り小さい
矩形の照明領域ＩＡＲでレチクルＲが照明され、照明領
域ＩＡＲ（中心は光軸ＡＸとほぼ一致）は投影光学系Ｐ
Ｌを介してウエハＷ上に投影され、レチクルＲ上の照明
領域ＩＡＲに共役なウエハＷ上の投影領域、すなわちウ
エハＷ上の照明領域（以下、前記照明領域ＩＡＲとの識
別のため「露光領域」と呼ぶ）ＩＡが形成される。従っ
て、レチクルＲのパターン領域ＰＡのパターンがウエハ
Ｗ上のショット領域ＳＡ上に正確に縮小転写される。こ
こで、照明領域ＩＡＲの大きさは、レチクルＲ上のパタ
ーン領域ＰＡよりも広く、遮光領域（遮光帯）ＳＴの最
大幅よりも狭くなるように設定され、パターン領域ＰＡ
全面が照明されるようになっている。

【００３１】図１に戻り、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ＸＹ平面に平行な基準となる仮想的な面（基準面）
に対するウエハＷ表面のＺ方向（光軸ＡＸ方向）の位置
を検出するための斜入射光式の多点焦点位置検出系が設
けられている。この多点焦点位置検出系は、投影光学系
ＰＬの光軸に対して所定角度傾斜した方向からウエハＷ
表面に多数の計測光束としての結像光束を照射する照射
系４０と、それらの結像光束のウエハＷ表面からの反射
光を個別に受光する多数のフォトセンサ（受光素子）を
有する受光系４２とを備えている。

【００３２】これを更に詳述すると、照射系４０は、図
１に示されるように、光ファイバ束８１、集光レンズ８
２、パターン形成板８３、レンズ８４、ミラー８５及び
照射対物レンズ８６等を含んで構成されている。また、
受光系４２は、集光対物レンズ８７、回転方向振動板８
８、結像レンズ８９、受光用スリット板９８及び多数の
フォトセンサを有する受光器９０等を含んで構成されて
いる。

【００３３】ここで、この多点焦点位置検出系（４０、
４２）の構成各部の作用を説明すると、露光用照明光と
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８
１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を経て複数のスリット状
の開口パターンが形成されたパターン形成板８３（図３
（Ａ）参照）を照明する。パターン形成板８３を透過し
た各開口パターンの結像光束は、レンズ８４、ミラー８
５及び照射対物レンズ８６を経てウエハＷ表面に投影さ
れ、ウエハＷ表面にはパターン形成板８３上の各開口パ
ターンの像（スリット像）が投影結像される。ウエハＷ
で反射された各スリット像の光束は、集光対物レンズ８
７、回転方向振動板８８及び結像レンズ８９を経て受光
器９０の手前側に配置された受光用スリット板９８上に
再結像される。ここで、受光器９０は、ウエハＷ上に投
影される複数のスリット像の光束の反射光束を個別に受
光する複数のフォトダイオード等のフォトセンサを有
し、受光用スリット板９８には、各フォトセンサに対応
するスリットが設けられている。従って、受光用スリッ
ト板９８上に再結像されたスリット像の光束は、それぞ
れのスリットを介して各フォトセンサで受光され、各フ
ォトセンサからの検出信号（光電変換信号）はセンサ選
択回路９３を介して信号処理装置９１に供給される。

【００３４】主制御装置２０は、加振装置（例えばバイ
ブレータや超音波振動子等）９２を介して回転方向振動
板８８に振動を与える。各スリット像の光束のウエハＷ
からの反射光束は全て回転方向振動板８８によって振動
されるため、受光用スリット板９８上に再結像される各
スリット像と各受光素子とは相対的に振動する。信号処
理装置９１は、センサ選択回路９３によって選択された
受光器９０上の複数のフォトセンサからの各検出信号を
加振装置９２の振動信号で同期検波してフォーカス信号
（Ｓカーブ信号）を得て、このフォーカス信号を主制御
装置２０に供給する。

【００３５】なお、主制御装置２０は、ウエハＷの表面
が基準平面（例えば投影光学系ＰＬの結像面）と一致し
たとき、各フォーカス信号が０となるように、例えば、
スリット板９８の前面に配置された不図示のプレーンパ
ラレルの角度を調整したり、あるいはフォーカス信号の
値に電気的にオフセットを加えたりして、予め各フォト
センサのキャリブレーションを行っている。

【００３６】図３（Ａ）には、前記パターン形成板８３
が示されている。この図３（Ａ）に示されるように、パ
ターン形成板８３には、７行７列のマトリクス状の配置
で、７×７＝４９個の開口パターンＰ₁₁〜Ｐ₇₇が形成さ
れている。

【００３７】これらの開口パターンＰ₁₁〜Ｐ₇₇は、パタ
ーン形成板８３の４辺の方向（Ｘ，Ｙ方向）に対して４
５度傾斜したスリット状となっており、これらの開口パ
ターンの像がウエハＷの表面の、投影光学系ＰＬによる
レチクルパターンの投影領域（露光領域）に投影され
る。

【００３８】本実施形態では、照射系４０からの像光束
は、図１におけるＸＺ平面内で光軸ＡＸに対して所定角
度α傾斜した方向からウエハＷ面に照射され、この像光
束のウエハＷ面からの反射光束は、ＸＺ平面内で光軸Ａ
Ｘに対して前記照射系４０からの像光束と対称に所定角
度α傾斜した方向に進んで受光系４２によって前記の如
く受光される。すなわち、＋Ｚ方向から−Ｚ方向に向か
って見ると、照射系４０からの像光束及びその反射光束
は、Ｘ軸に沿って一方から他方へ進む。

【００３９】このため、ウエハＷ表面のショット領域Ｓ
Ａ内及びその近傍には、図３（Ｂ）に示されるように、
Ｘ軸、Ｙ軸に対して４５度傾斜した７行７列のマトリク
ス状配置で７×７、合計４９個のスリット状の開口パタ
ーンＰ₁₁〜Ｐ₇₇の像（以下、「スリット像」という）Ｓ
₁₁〜Ｓ₇₇が形成される

【００４０】図３（Ｃ）には、多点焦点位置検出系（４
０、４２）の受光器９０が示されている。この受光器９
０上にスリット像Ｓ₁₁〜Ｓ₇₇に対応して７行７列のマト
リクス状にフォトダイオード等から成るフォトセンサＤ
₁₁〜Ｄ₇₇が配置されている。これらのフォトセンサＤ₁₁
〜Ｄ₇₇のそれぞれは、Ｘ軸、Ｙ軸に４５度傾斜して配置
されている。これに対応して、受光器９０の前面（図１
における下面）側に配置された受光用スリット板９８に
は、これらのフォトセンサＤ₁₁〜Ｄ₇₇にそれぞれ対向し
て、Ｘ軸、Ｙ軸に対し４５度傾斜したスリットがそれぞ
れ形成されている。これにより、スリット像Ｓ₁₁〜Ｓ₇₇
の光束の反射光束以外の光（例えば迷光）がフォトセン
サＤ₁₁〜Ｄ₇₇に入射しないようになっている。

【００４１】この場合、フォトセンサＤ₁₁〜Ｄ₇₇に対向
する受光用スリット板９８のスリット上に図３（Ｂ）の
スリット像Ｓ₁₁〜Ｓ₇₇がそれぞれ再結像される。そし
て、ウエハＷの表面で反射された光を、回転方向振動板
８８で回転振動することで、受光用スリット板９８上で
は再結像された各像の位置が図３（Ｃ）における矢印Ｌ
Ｒ方向に振動する。従って、各フォトセンサＤ₁₁〜Ｄ₇₇
の検出信号がセンサ選択回路９３を介して信号処理装置
９１により、回転振動周波数の信号で同期検波される。

【００４２】この場合において、ウエハＷの表面のＺ位
置が変化すると、スリット像Ｓ₁₁〜Ｓ₇₇の結像位置がＸ
軸方向に沿って変化するため、受光用スリット板９８上
では再結像される各像の位置もこれに応じて変化し、各
フォトセンサＤ₁₁〜Ｄ₇₇で受光される光量が変化する。
従って、各フォトセンサＤ₁₁〜Ｄ₇₇の検出信号もその光
量に応じて変化し、信号処理装置９１によって同期検波
された信号もそれに応じて変化する。

【００４３】センサ選択回路９３は、主制御装置２０か
らの指令に応じ、ｎ本（ｎは、例えば９）の光電変換信
号の出力線（Ｏ₁〜Ｏ_nとする）のそれぞれに、フォトセ
ンサＤ₁₁〜Ｄ₇₇の内から選択されたｎ個、（例えば９
個）のフォトセンサの検出信号を個別に出力させる回路
である。なお、フォトセンサの選択方法については後述
する。

【００４４】信号処理装置９１の内部には、例えば、ｎ
本の出力線Ｏ₁〜Ｏ_nのそれぞれに個別に接続されたｎ個
の信号処理回路と、これらの信号処理回路からの出力信
号をデジタル変換するとともに、シリアルデータとして
主制御装置２０に出力する信号出力回路等が設けられて
いる。

【００４５】なお、これまでの説明から明らかなよう
に、本実施形態では、ウエハＷ上の計測点であるスリッ
ト像Ｓ₁₁〜Ｓ₇₇のそれぞれとフォトセンサＤ₁₁〜Ｄ₇₇と
が１対１で対応し、各スリット像の位置のウエハ表面の
Ｚ位置の情報（フォーカス情報）が各フォトセンサＤか
らの出力であるデフォーカス信号に基づいて求められる
ので、以下においては、説明の便宜上、スリット像Ｓ₁₁
〜Ｓ₇₇を、特に別の必要がない限り、フォーカスセンサ
Ｓ₁₁〜Ｓ₇₇と呼ぶものとする。

【００４６】制御系は、図１中、制御装置としての主制
御装置２０によって主に構成される。主制御装置２０
は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オ
ンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモ
リ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワ
ークステーション）を含んで構成され、主制御装置２０
では、上述した種々の制御を行う他、露光動作が的確に
行われるように露光装置１００における様々な動作を制
御する。また、主制御装置２０には入出力装置９４が接
続されており、この入出力装置９４はキーボード、マウ
ス等のポインティングデバイスや、ＣＲＴ又は液晶パネ
ル等のディスプレイを備えている。

【００４７】次に、上述のようにして構成された本実施
形態の露光装置１００において、露光に先立って行われ
るフォーカスセンサの選択方法について説明する。ここ
では、一例としてレチクルＲのパターンを図４に示され
るようなウエハＷ上の各ショット領域に順次転写する場
合を例にとって説明する。この場合、ウエハＷ上の周辺
の一部のショット領域においては、検査のためのパター
ン（ＴＥＧパターン）を形成し、それ以外のショット領
域においては、通常の回路パターンを形成するものとす
る。

【００４８】前提として、ウエハＷ上の複数のショット
領域についての露光順序等の情報から成るショットマッ
プと、各ショット領域の識別子データとしてのブライン
ドＩＤが関連づけて設定されている。そして、露光に先
立って行われる露光条件設定のためのプロセスプログラ
ムファイルの作成において、ブラインドＩＤに応じてレ
チクルブラインド５の設定情報、そのマージン情報等
が、ユーザにより入出力装置９４を介して直接入力され
ているものとする。

【００４９】まず、不図示のレチクルローダによりレチ
クルＲがレチクルステージＲＳＴ上にロードされると、
主制御装置２０は、不図示のレチクルアライメント顕微
鏡、基板テーブル１８上の不図示の基準マーク板、及び
不図示のウエハアライメント検出系を用いて、レチクル
アライメント及びベースライン計測、さらにはＥＧＡ等
のウエハアライメントなどの準備作業を通常のステッパ
と同様の手順で実行する。

【００５０】これに引き続いて、主制御装置２０では、
７×７＝４９個のフォーカスセンサの中から制御に使用
するｎ個（本実施形態では９個）のフォーカスセンサを
次のようにして選択する。

【００５１】以下、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を用いて、
フォーカスセンサの選択決定方法について説明する。実
際には、選択可能なフォーカスセンサの中から制御に使
用するフォーカスセンサが直ちに選択が決定されるが、
ここでは、その選択決定方法の原理的な説明を行うた
め、複数の段階に分けて説明するものとする。

【００５２】まず、主制御装置２０では、第１段階とし
て、プロセスプログラムファイルに含まれるブラインド
の設定情報の中から第１番目のブラインドＩＤに対応す
るブラインド設定情報を読み出し、そのブラインド設定
情報に従ってレチクルブラインド５が駆動された場合に
その開口で設定される領域と投影倍率とに基づいて図５
（Ａ）に示されるような第１絞り込み範囲ＮＲ１を算出
する。ここで算出される第１絞り込み範囲ＮＲ１は、前
述したように、ショット領域ＳＡよりも幾分大きめの範
囲となっている。

【００５３】次に、主制御装置２０では、第２段階とし
て、第１絞り込み範囲ＮＲ１を基にレチクルブラインド
５の設定情報と対応するマージン量を考慮した図５
（Ｂ）に示されるような第２絞り込み範囲ＮＲ２を算出
する。この場合、図５（Ｂ）からも分かるように、第２
絞り込み範囲ＮＲ２は、ウエハＷ上のショット領域ＳＡ
とほぼ一致した領域となる。

【００５４】次に、主制御装置２０では、第３段階とし
て、第２絞り込み範囲ＮＲ２を基に、各フォーカスセン
サＳ（各計測点に照射される結像光束の照射領域）の物
理長の１／２の寸法だけ内側となる図５（Ｃ）に示され
るような第３絞り込み範囲ＮＲ３を算出する。この第３
絞り込み範囲ＮＲ３は、第２絞り込み範囲ＮＲ２に比べ
てフォーカスセンサＳの物理長に対応する寸法２ａだけ
小さい縦の長さと横の長さを有する矩形の範囲となる。

【００５５】そして、主制御装置２０では、上記の第３
絞り込み範囲ＮＲ３の内部にその位置座標（中心位置の
座標）が存在するフォーカスセンサＳの中から制御に使
用する９個のフォーカスセンサの選択を決定し、その決
定情報をメモリに保存する。図５（Ｃ）には、このよう
にして斜線を付した円で示される９個のフォーカスセン
サＳ₂₂、Ｓ₂₆、Ｓ₃₃、Ｓ₃₅、Ｓ₄₄、Ｓ₅₃、Ｓ₅₅、Ｓ₆₂、
Ｓ₆₆が選択された場合の様子が視覚的に示されている。
このフォーカスセンサの選択は、実際には、後述する露
光処理の際に、主制御装置２０により、選択することと
決定したフォーカスセンサＳ₂₂、Ｓ₂₆、Ｓ₃₃、Ｓ₃₅、Ｓ
₄₄、Ｓ₅₃、Ｓ₅₅、Ｓ₆₂、Ｓ₆₆にそれぞれ対応するフォト
センサＤ₂₂、Ｄ₂₆、Ｄ₃₃、Ｄ₃₅、Ｄ₄₄、Ｄ₅₃、Ｄ₅₅、Ｄ
₆₂、Ｄ₆₆の選択指令がセンサ選択回路９３に与えられ、
該センサ選択回路９３によって、フォトセンサＤ₂₂、Ｄ
₂₆、Ｄ₃₃、Ｄ₃₅、Ｄ₄₄、Ｄ₅₃、Ｄ₅₅、Ｄ₆₂、Ｄ₆₆が９本
の信号出力線Ｏ₁〜Ｏ₉にそれぞれ接続されることによっ
て行われる。すなわち、本実施形態では、このようにし
て後述する各ショット領域の露光開始直前にフォトセン
サの選択が行われる。

【００５６】本実施形態では、上述したような原理に基
づいて制御に使用するフォーカスセンサＳの選択を行う
ので、選択されたフォーカスセンサＳ（図５（Ｃ）の場
合は、Ｓ₂₂，Ｓ₂₆，Ｓ₃₃，Ｓ₃₅，Ｓ₄₄，Ｓ₅₃，Ｓ₅₅，Ｓ
₆₂，Ｓ₆₆）は、必然的にショット領域ＳＡの内部に全体
が収まる（はみ出すことがない）こととなる。ここで、
主制御装置２０は、選択したフォーカスセンサ（Ｓ₂₂、
Ｓ₂₆、Ｓ₃₃、Ｓ₃₅、Ｓ ₄₄、Ｓ₅₃、Ｓ₅₅、Ｓ₆₂、Ｓ₆₆）の
配置をショット領域ＳＡの外郭線（輪郭線）とともに入
出力装置９４のディスプレイに表示する。このような表
示によって、オペレータは、選択されたフォーカスセン
サがショット領域ＳＡ内でどのように配置されているか
を確認することができる。また、ショット領域ＳＡの表
示に加えて、ショット領域ＳＡ内の凹凸状態を表示して
も良い。これによって、ショット領域内の凹凸のどの部
分に配置されるフォーカスセンサが選択されているのか
も知ることができる。この場合、ショット領域内の凹凸
状態は例えば多点焦点位置検出系（４０，４２）によっ
てあらかじめ計測され、主制御装置２０内に記憶されて
いるものとする。

【００５７】主制御装置２０では、第２番目以降の各ブ
ラインドＩＤについても上記と同様のフォーカスセンサ
の選択の決定を行い、その決定情報をメモリに保存す
る。

【００５８】その後、主制御装置２０の管理の下、図４
に示されるようなショット領域ＳＡ _m（ｍ＝１、２、…
…、Ｍ）が前層までの露光により形成されているウエハ
Ｗに対するステップ・アンド・リピート方式の露光処理
が開始される。

【００５９】以下、このステップ・アンド・リピート方
式で行われる露光処理動作について、主制御装置２０内
のＣＰＵの制御アルゴリズムを簡略化して示す図６のフ
ローチャートに基づいて説明する。この図６のフローチ
ャートがスタートするのは、前述したブラインドＩＤ毎
のフォーカスセンサの選択が決定されたときである。ま
た、前提として、後述するショット番号を示す不図示の
カウンタのカウント値ｎが「１」に初期設定されている
ものとする。

【００６０】まず、ステップ１０２では、ショットマッ
プに基づき、第ｎ番目のショット領域のブラインドＩＤ
に対応するブラインド設定情報に従って、ブラインド駆
動装置４３Ａ，４３Ｂを介してレチクルブラインド５を
駆動するとともに、メモリ内に記憶されているそのブラ
インドＩＤに対応するフォーカスセンサの選択決定情報
に従って、制御に使用するフォーカスセンサ（対応する
フォトセンサ）を前述のようにして選択する。これによ
り、例えば、ブラインドＩＤが第１番目である場合に
は、レチクルブラインド５の開口により図５（Ａ）に示
される第１絞り込み範囲ＮＲ１とほぼ同一の領域が設定
されるとともに、図５（Ｃ）に示される９個のフォーカ
スセンサが選択されることとなる。

【００６１】次のステップ１０４では、ショットマップ
に基づき、第ｎ番目のショット領域が周辺ショット領域
（図４中で太線で囲まれたウエハ周辺の２４ショット領
域）であるか否かを判断する。そして、この判断が否定
された場合、すなわち、内部ショット領域の場合には、
ステップ１０８に進み、前述したウエハアライメントの
結果に基づいて、干渉計３１の計測値をモニタしつつ、
ウエハ駆動装置２１を介してＸステージ１２、Ｙステー
ジ１６を駆動し、基板テーブル１８に保持されたウエハ
Ｗ上の第ｎ番目のショット領域をレチクルパターンの投
影位置に位置決めする。

【００６２】次のステップ１１０では、先に選択された
９つのフォーカスセンサの計測値（これらのフォーカス
センサに対応する９つのフォトセンサからのフォーカス
信号）に基づき、９つの計測点におけるＺ位置を算出
し、その算出された９つのＺ位置に基づいて最小自乗法
によりその露光対象のショット領域の近似平面を算出す
る。そして、主制御装置２０では、その算出結果に基づ
いて、ウエハＷ上の露光対象のショット領域が投影光学
系ＰＬの像面とほぼ一致するようにウエハ駆動装置２１
を介して基板テーブル１８のＺ駆動及びＸＹ平面に対す
る傾斜を制御する。すなわち、このようにしてウエハＷ
のフォーカス・レベリング制御を行う。この場合におい
て、例えば第ｎ番目のショット領域のブラインドＩＤが
第１番目である場合には、フォトセンサＤ₂₂、Ｄ₂₆、Ｄ
₃₃、Ｄ₃₅、Ｄ₄₄、Ｄ₅₃、Ｄ₅₅、Ｄ₆₂、Ｄ₆₆からのフォー
カス信号に基づいて、上記のフォーカス・レベリング制
御が行われることとなる。

【００６３】次のステップ１２２では、光源１内の不図
示のシャッタを所定時間開いて露光用照明光ＩＬにより
レチクルＲを照射してウエハＷ上のその露光対象のショ
ット領域にレチクルＲのパターンを転写する。

【００６４】次のステップ１２４では、カウンタのカウ
ント値ｎがショット領域の総数Ｍ以上であるか否かを判
断することにより全ての露光対象ショット領域の露光が
終了したか否かを判断する。そして、この判断が否定さ
れると、ステップ１２６に進んでカウンタを１インクリ
メントした後、ステップ１０２に戻る。

【００６５】この一方、ステップ１０４の判断が肯定さ
れた場合、すなわち周辺ショットである場合は、ステッ
プ１０６に移行し、ショットマップ及びフォーカスセン
サの位置座標等に基づき、第ｎ番目のショット領域で
は、上記ステップ１０２で選択されたフォーカスセンサ
(最大９個）の少なくとも１つがウエハＷから外れるか
否かを判断する。そして、このステップ１０６における
判断が否定された場合には、ステップ１０８に進み、以
後前述と同様の処理を行う。

【００６６】一方、上記ステップ１０６における判断が
肯定された場合には、通常のフォーカス・レベリング動
作（ステップ１１０）を行うと計測精度が極端に低下す
るおそれがあるので、ステップ１１２に進んで、同一の
ブラインドＩＤを有する代替ショット領域となり得る候
補ショットがあるか否かを、ショットマップ及びブライ
ンドＩＤに基づいて判断する。そして、この判断が否定
された場合には、代替ショットの決定は困難と判断し
て、ステップ１２０に移行し、上記ステップ１０８と同
様にして第ｎ番目のショット領域をレチクルパターンの
投影位置に位置決めした後、次のステップ１２２に進
む。この場合、露光直前にはフォーカス・レベリング制
御は行われない。すなわち、直前ショット領域の露光の
際におけるウエハＷのＺ位置及び傾斜が維持された状態
で露光が行われることとなる。

【００６７】一方、上記ステップ１１２における判断が
肯定された場合には、ステップ１１４に進み、候補ショ
ットの中に、上記ステップ１０２で選択されたフォーカ
スセンサが１つも外れない（ショット領域外にはみ出さ
ない）ショット領域があるか否かを判断する。そして、
この判断が否定された場合には、代替ショットの決定は
困難と判断して、ステップ１２０に移行して、上記ステ
ップ１０８と同様にして第ｎ番目のショット領域をレチ
クルパターンの投影位置に位置決めした後、次のステッ
プ１２２に進む。この場合も、直前ショット領域の露光
の際におけるウエハＷのＺ位置及び傾斜が維持された状
態で露光が行われることとなる。

【００６８】一方、上記ステップ１１４における判断が
肯定された場合には、ステップ１１６に進んで、候補シ
ョット（同一ブラインドＩＤを有し、選択されたフォー
カスセンサの全てが完全にショット領域内に収まるショ
ット領域）の中から任意の１つを選択して、そのショッ
ト領域を代替ショットとして決定する。そして、次のス
テップ１１８に進んで、シフトフォーカス・シフトレベ
リングを実行する。このステップ１１８におけるシフト
フォーカス・シフトレベリングとは、代替ショットとし
て決定された他のショット領域がレチクルパターンの投
影位置に位置決めされるようにＸＹステージ装置１４を
一端移動（シフト）し、代替ショットとして決定された
他のショット領域に対してステップ１０２で選択された
フォーカスセンサ（最大９個）の計測結果を用いてウエ
ハＷのフォーカス・レベリング動作を行うことを意味す
る。

【００６９】上記のシフトフォーカス・シフトレベリン
グを実行した後、ステップ１２０に進んで第ｎ番目のシ
ョット領域を前述と同様にしてレチクルパターンの投影
位置に位置決めした後ステップ１２２に進んで露光を行
う。この場合、上述したシフトフォーカス・シフトレベ
リングを実行した際のウエハＷのＺ位置及び傾斜を保持
したまま、露光動作が行われることとなる。

【００７０】このようにして、ウエハＷ上の各ショット
領域に対して、ステップ・アンド・リピート方式でレチ
クルＲのパターンが順次転写され、全てのショット領域
に対する露光が終了すると、ステップ１２４における判
断が肯定され、本ルーチンの一連の処理が終了する。

【００７１】これまでの説明から明らかなように、本第
１の実施形態では、多点焦点位置検出系（４０，４２）
の照射系４０からウエハＷ上の各計測点に照射される結
像光束の照射領域（フォーカスセンサＳ）の大きさ、よ
り具体的にはその物理長を考慮して、レチクルパターン
の転写の際にウエハのＺ位置の検出に使用する計測点
（フォーカスセンサＳ）を選択する選択装置が、センサ
選択回路９３と主制御装置２０とによって構成されてい
る。

【００７２】以上説明したように、本第１の実施形態で
は、選択装置（９３，２０）により、ウエハＷ上の各計
測点に照射される結像光束の照射領域（フォーカスセン
サＳ）の大きさを考慮して、レチクルパターンの転写の
際にウエハＷのＺ位置の検出、並びにウエハＷのフォー
カスレベリング制御に使用する計測点（フォーカスセン
サ）が選択される。そして、レチクルパターンを投影光
学系ＰＬを介してウエハ上の複数のショット領域に順次
転写する際には、多点焦点位置検出系（４０，４２）に
よりウエハＷ上の各計測点に結像光束がそれぞれ照射さ
れ、それぞれの反射光が検出される。この場合、選択装
置では、結像光束の照射領域がショット領域からはみ出
さない計測点（フォーカスセンサ）のみを選択すること
ができるので、結果的に多点焦点位置検出系によりその
選択された計測点のみからの反射光に基づいて露光対象
のショット領域のＺ位置（及び傾斜情報）が高精度に計
測される。そして、主制御装置２０では、上記の計測結
果に基づいて、ウエハＷ上のショット領域を投影光学系
ＰＬの像面に精度良く位置合わせするので、デフォーカ
スに起因する露光不良の発生を防止することが可能とな
っている。

【００７３】前述の如く、本実施形態では、結像光束の
照射領域がショット領域からはみ出さない計測点の情報
にのみ基づいてウエハＷのＺ位置及び傾斜を計測するよ
うになっているので、特にウエハ周辺部分のショット領
域において、フォーカスレベリングを実行する際にはパ
ターンの有無による表面形状の違いが計測精度に影響を
与えることが無くなる。従って、ウエハＷ上のショット
領域を投影光学系ＰＬの像面に精度良く位置合わせする
ことにより、デフォーカスに起因する露光不良の発生を
防止することができる。

【００７４】また、露光対象のショット領域がウエハ周
辺のショット領域であって、かつ欠けショット領域、例
えば図４のショット領域ＳＡ₁の場合には、結像光束の
照射領域がショット領域からはみ出さないフォーカスセ
ンサ（計測点）のみを選択しても、その選択されたフォ
ーカスセンサ（結像光束の照射領域）の一部がウエハか
ら外れ制御不可能になるおそれがあるが、そのような場
合、選択したフォーカスセンサの全てがウエハ表面に掛
かる同一のブラインドＩＤの他のショット領域を代替シ
ョットとして、その代替ショットにおいてフォーカス・
レベリング動作を行う、シフトフォーカス、シフトレベ
リングを行い、そのときのフォーカス及びレベリング情
報を保持したまま、すなわちウエハのＺ位置及び傾斜を
維持したまま、その露光対象のショット領域を露光位置
に位置決めして露光動作を行う。このため、選択された
フォーカスセンサＳで計測される情報は、常に露光領域
の内部の表面形状がほぼ同様になっている部分の情報と
なり、これによって表面形状の影響を殆ど受けないフォ
ーカス・レベリング動作が可能となる。

【００７５】この場合において、図７（Ａ）に示される
ように、１つのショット領域が１チップに相当する場合
には、例えばショット領域ＳＡ_Aとショット領域ＳＡ_Bと
のブラインドＩＤが同一であればショット領域ＳＡ_Aの
代替ショットとしてショット領域ＳＡ_Bを決定して１シ
ョット分のシフトを行ってシフトフォーカス、シフトレ
ベリングを行えば良い。但し、１つのショット領域が複
数の繰り返しパターンで構成されているいわゆる１ショ
ット複数チップ取りの場合には、次のようにしても良
い。例えば、図７（Ｂ）に示されるように、例えば１シ
ョットが４個のチップから構成されているのであれば、
１ショット分シフトする代わりに、１／２ショット分シ
フトさせれば、ショット領域ＳＡ_Bと同じ表面形状にな
るので、この位置でシフトフォーカス、シフトレベリン
グ動作を行うこととしても良い。この場合には、図７
（Ａ）の場合と同等の効果を得ることができるととも
に、シフトフォーカス、シフトレベリング動作を行う位
置まで移動する時間を短縮することが可能となる。

【００７６】また、上記のように、１ショットで複数チ
ップを露光する場合には、チップの個数に応じたピッチ
移動の可能性を判定するスイッチを設けておき、このス
イッチを併用することとしても良い。

【００７７】なお、上記実施形態においては、制御に使
用するフォーカスセンサ（計測点）の選択の基準とな
る、ショット領域の設定に関する情報として、レチクル
ブラインド５の設定情報と、これに対応するマージンと
を、用いる場合について説明したが、本発明がこれに限
定されるものではない。例えば、ショット領域の設定に
関する情報として、上記のレチクルブラインド５の設定
情報に代えて、レチクルＲのパターン領域ＰＡの大きさ
（設計値）を用いても良い。このようにしても、上記実
施形態と同様に、フォーカスレベリング制御に使用する
フォーカスセンサとして、ショット領域からはみ出さな
いフォーカスセンサを選択することが可能である。ある
いは、例えば、ショット領域の設定に関する情報とし
て、上記のレチクルブラインド５の設定情報に代えて、
ウエハ上の隣接するショット領域を連続的に露光する際
のウエハの移動量、すなわちショット間ステッピング量
（ショット間ステップピッチ）を用いても良く、この場
合、各チップを切断するために確保しておくスクライブ
ラインの幅を前述した第２段階におけるマージン量と同
等の扱いとすることで、ショット領域内だけに存在する
フォーカスセンサの中から制御に使用するフォーカスセ
ンサを選択することが可能である。

【００７８】なお、上記実施形態では、フォーカスセン
サの選択の決定を、ウエハアライメントの終了後に行う
場合について説明したが、本発明がこれに限定されるも
のではない。例えば、前述したプロセスプログラムの一
部として、フォーカスセンサの選択の決定データを予め
含めておいても良い。あるいは、実際に、各ショット領
域を露光位置に位置決めした後に、フォーカスセンサを
実際に選択することとしても良い。要は、露光開始時点
までにフォーカスセンサの選択が完了すれば良く、その
際に、フォーカスセンサの大きさ及び形状の少なくとも
一方を考慮してフォーカスセンサの選択が行われれば良
い。また、選択する９個のフォーカスセンサの配置は、
図５（Ｃ）のようなＸ字状以外にも、例えばＳ₂₄、
Ｓ₃₄、Ｓ₄₂、Ｓ₄₃、Ｓ₄₄、Ｓ₄₅、Ｓ₄₆、Ｓ₅₄、Ｓ₆₄を選
ぶ十字状であったり、Ｓ₂₂、Ｓ₂₄、Ｓ ₂₆、Ｓ₄₂、Ｓ₄₄、
Ｓ₄₆、Ｓ₆₂、Ｓ₆₄、Ｓ₆₆を選ぶマトリクス状であっても
良い。またオペレータが入出力装置９４を介して、選択
するフォーカスセンサの配置や数をウエハＷ上のショッ
ト領域毎に任意に設定できるようにしても良い。

【００７９】《第２の実施形態》次に、本発明の第２の
実施形態について、図８、図９に基づいて説明する。こ
こで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構
成部分については、同一の符号を用いるとともに、その
説明を簡略化し若しくは省略するものとする。

【００８０】この第２の実施形態の露光装置は、フォー
カスセンサ（計測点）の選択方法に特徴を有しているた
め、前述した第１の実施形態の露光装置１００と比べ、
主制御装置２０の制御機能が僅かに相違している点を除
けば、装置構成等は、同様になっている。従って、以下
においては、かかる相違点を中心として説明する。

【００８１】前述した第１の実施形態では、フォーカス
センサの大きさ（長さ）を考慮したフォーカスセンサの
選択方法を採用していたが、本実施形態では、フォーカ
スセンサの形状を考慮した選択方法を採用することとし
ている。以下、このフォーカスセンサの形状を考慮した
選択方法について図８及び図９に基づいて詳細に説明す
る。

【００８２】図８（Ａ）には、ウエハＷ上のショット領
域ＳＡ及びその近傍に７行７列のマトリクス状に形成さ
れたフォーカスセンサＳの矩形の配置領域Ｆが示されて
いる。この場合、各配置領域Ｆ内には、互いに同一形状
のフォーカスセンサＳが配置されている。

【００８３】本実施形態では、この図８（Ａ）の配置領
域の全体を、中心に位置する配置領域Ｆ_０の中心点を原
点Ｏとして図８（Ｂ）に示されるように４象限に分割
し、各配置領域Ｆのそれぞれの４角の点のうち、原点Ｏ
から最も遠い点の座標をその配置領域Ｆ内のフォーカス
センサＳの位置座標とするものである。

【００８４】例えば、フォーカスセンサＳが図９（Ａ）
に示されるように、矩形状でショット領域の各辺に対し
て４５°の傾きを有するスリット状のフォーカスセンサ
Ｓａである場合に、該フォーカスセンサＳａに外接する
正方形領域Ｆａが前述した配置領域Ｆに相当する。図９
（Ａ）に示されるように、この配置領域Ｆａにおける４
つの頂点をＡ₁、Ｂ₁、Ｃ₁、Ｄ₁とすると、該配置領域Ｆ
ａが、図８（Ｂ）に示される第１象限の領域ＲＡ内にあ
る場合には、頂点Ａ₁の位置座標をそのフォーカスセン
サＳａのセンサ選択の際の位置座標とする。また、該配
置領域Ｆａが、図８（Ｂ）に示される第２象限の領域Ｒ
Ｂ内にある場合には、頂点Ｂ₁の位置座標をそのフォー
カスセンサＳａのセンサ選択の際の位置座標とする。ま
た、該配置領域Ｆａが、図８（Ｂ）に示される第３象限
の領域ＲＣ内にある場合には、頂点Ｃ₁の位置座標をそ
のフォーカスセンサＳａのセンサ選択の際の位置座標と
する。該配置領域Ｆａが、図８（Ｂ）に示される第４象
限の領域ＲＤ内にある場合には、頂点Ｄ₁の位置座標を
そのフォーカスセンサＳａのセンサ選択の際の位置座標
とする。

【００８５】そして、図８（Ｂ）に示されるように、レ
チクルブラインド５の開口領域により規定される領域Ｎ
Ｒ１とマージン量とにより規定される所定領域ＮＲ２
（ショット領域ＳＡにほぼ一致）内に、センサ選択の際
の位置座標が入っているフォーカスセンサＳａの中から
例えば９個のフォーカスセンサＳａを選択する。このよ
うにすると、ショット領域ＳＡ内からはみ出さないフォ
ーカスセンサＳａを、フォーカスレベリング制御に使用
するフォーカスセンサとして設定することが可能であ
る。

【００８６】なお、図８（Ｂ）に示されているように、
１つのフォーカスセンサにセンサ選択の際の位置座標が
複数設定されるような場合（４列目のフォーカスセンサ
及び４行目のフォーカスセンサ）には、それぞれの平均
をそのフォーカスセンサの位置座標とすることとしても
良いし、両方の位置座標が領域ＮＲ２に入った時のみ、
そのフォーカスセンサを選択可能なフォーカスセンサと
しても良い。

【００８７】また、フォーカスセンサＳとしては、スリ
ット状のものに限らず、図８（Ｂ）に示されるような円
形状のフォーカスセンサＳｂを採用することも可能であ
る。この場合においても、フォーカスセンサＳａと同様
に、円形のフォーカスセンサＳｂに外接する正方形の配
置領域Ｆｂを規定し、各頂点Ａ₂、Ｂ₂、Ｃ₂、Ｄ₂のうち
の所定の頂点の位置座標を上記配置領域Ｆａと同様の基
準で各フォーカスセンサＳｂの選択の際の位置座標とし
て設定すれば良い。このような円形状のフォーカスセン
サを採用しても、ショット領域ＳＡからはみ出すことの
無いフォーカスセンサＳｂを、フォーカスレベリング制
御に使用することが可能となる。

【００８８】更に、フォーカスセンサＳとしては、図８
（Ｃ）に示されるような楕円形状のフォーカスセンサＳ
ｃを採用することも可能である。この場合においても同
様に、外接する四角形（楕円形の軸がショット領域ＳＡ
の各辺に対し４５°に設定されている場合には正方形）
の配置領域Ｆｃを規定し、各頂点Ａ₃、Ｂ₃、Ｃ₃、Ｄ₃の
うちの所定の頂点の位置座標を上記配置領域Ｆａと同様
の基準で各フォーカスセンサＳＣの選択の際の位置座標
として設定すれば良い。このような楕円形状のフォーカ
スセンサを採用しても、ショット領域ＳＡからはみ出す
ことの無いフォーカスセンサＳｃを、フォーカスレベリ
ング制御に使用することが可能となっている。

【００８９】また、図８（Ａ）〜（Ｃ）に挙げた形状以
外のフォーカスセンサであっても同様の選択の際の位置
座標設定を行うことで、高精度なフォーカスレベリング
制御を行うことが可能である。

【００９０】ここで、本第２の実施形態では、配置領域
ＦがフォーカスセンサＳの形状（大きさを含む）によっ
て定まるので、配置領域の各頂点位置をセンサ選択の際
の位置座標とする、上述したフォーカスセンサの選択方
法は、フォーカスセンサＳの形状を考慮したフォーカス
センサの選択方法の一例であることは言うまでもない。

【００９１】以上詳細に説明したように、本第２の実施
形態の露光装置においても、前述の第１の実施形態と同
様に、ショット領域からはみ出さないフォーカスセンサ
のみを選択し、その選択されたフォーカスセンサのみを
使用してショット領域のＺ位置及び傾斜を計測するの
で、ショット領域のＺ位置及び傾斜を高精度に計測する
ことができるとともに、この計測結果に基づいて、ウエ
ハ（基板）上のショット領域（区画領域）を投影光学系
の像面に精度良く位置合わせすることにより、デフォー
カスに起因する露光不良の発生を防止することができ
る。

【００９２】なお、本実施形態においても、上記第１実
施形態と同様、フォーカスセンサの選択基準として、レ
チクルＲのパターン領域ＰＡの大きさ（設計値）を用い
ることも、ＸＹステージ装置１４のステップピッチを用
いることも可能である。

【００９３】なお、上記各実施形態では、ステップ・ア
ンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステ
ッパ）の場合について説明してきたが、これに限らず、
ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置
（いわゆるスキャニング・ステッパ）の場合について
も、非スキャン方向でのフォーカスセンサの選択方法と
して、本発明を適用することが可能である。

【００９４】この場合、スキャン方向については、スキ
ャン露光の開始位置とスキャン露光の終了位置の関係も
考慮しなければならず、またフォーカスセンサについて
も、先読み制御用フォーカスセンサの制御範囲（形状や
大きさ）と露光用スリット内部にある追従用フォーカス
センサ個々のスキャン方向についての制御範囲（形状や
大きさ）を考慮する必要がある。

【００９５】具体的には、露光中はレチクルＲとウエハ
Ｗの同期をとるため、レチクルＲとウエハＷの位置は常
にレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴに設
置された移動鏡を介して干渉計によってモニタされてお
り、露光開始位置及び露光終了位置はショット毎に算出
されている。従って、この各位置検出の際に、露光開始
位置および露光終了位置の位置情報に加えて、フォーカ
スセンサの検出範囲の大きさや形状を考慮すると、実際
のショット領域を露光する場合にどの地点まで先読み制
御用及び追従制御用のフォーカスセンサで制御を行えば
良いかを求めることが可能となる。

【００９６】なお、上記各実施形態では、焦点位置検出
用として７×７（＝４９個）のフォーカスセンサがショ
ット領域ＳＡ及びその近傍に配置されているが、ショッ
ト領域ＳＡ内の全域に渡ってほぼ均等な間隔でフォーカ
スセンサＳが配置されるのであれば、フォーカスセンサ
Ｓの数はいくつでも良い。

【００９７】また、上記各実施形態では、複数のフォト
センサＤ₁₁〜Ｄ₇₇の内から選択可能なフォトセンサを限
定し、その中から９個のフォトセンサを選択するものと
したが、これに限らず、センサ選択回路９３における出
力線の本数に応じて選択するフォトセンサの数を変更す
ることはもちろん可能であり、選択可能な範囲に属する
フォトセンサ（フォーカスセンサ）の全てを使用するこ
とも可能である。

【００９８】なお、上記各実施形態では、露光用照明光
としてＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ
エキシマレーザ光（１９３ｎｍ）などを用いる場合につ
いて説明したが、これに限らず、ｇ線（４３６ｎｍ）、
ｉ線（３６５ｎｍ）、Ｆ₂レーザ光（１５７ｎｍ）、銅
蒸気レーザ、ＹＡＧレーザの高長波等を露光用照明光と
して用いることができる。

【００９９】なお、露光装置の用途としては、半導体製
造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型の
ガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶
用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光
装置にも広く適用できる。

【０１００】複数のレンズから構成される照明光学系、
投影光学系を露光装置に組み込み光学調整をするととも
に、多数の部品からなるＸＹステージ装置等を露光装置
に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気
調整、動作確認等）をすることにより上記各実施形態の
露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製
造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルーム
で行うことが望ましい。

【０１０１】《デバイス製造方法》次に上述した露光装
置をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の
実施形態について説明する。

【０１０２】図１０には、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が示され
ている。図１０に示されるように、まず、ステップ２０
１（設計ステップ）において、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２０２（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を製作する。一
方、ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、
シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。

【０１０３】次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステッ
プ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成
する。次いで、ステップ２０５（デバイス組立てステッ
プ）において、ステップ２０４で処理されたウエハを用
いてデバイス組立てを行う。このステップ２０５には、
ダイシング工程、ボンディング工程、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。

【０１０４】最後に、ステップ２０６（検査ステップ）
において、ステップ２０５で作成されたデバイスの動作
確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程
を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【０１０５】図１１には、半導体デバイスにおける、上
記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されている。図
１１において、ステップ２１１（酸化ステップ）におい
てはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２（ＣＶ
Ｄステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成す
る。ステップ２１３（電極形成ステップ）においてはウ
エハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２１４
（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオン
を打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４そ
れぞれは、ウエ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。

【０１０６】ウエ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２
１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップ２１６（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
ウエハに転写する。次に、ステップ２１８（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２１９（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。

【０１０７】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、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。

【０１０８】以上説明した本実施形態のデバイス製造方
法を用いれば、露光工程（ステップ２１６）において上
記実施形態の露光装置が用いられるので、精度良くレチ
クルのパターンをウエハ上に転写することができる。こ
の結果、高集積度のデバイスの生産性（歩留まりを含
む）を向上させることが可能になる。

【０１０９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の露光装置
及び露光方法によれば、露光時のデフォーカスに起因す
る露光不良の発生を防止することができるという効果が
ある。

【０１１０】また、本発明のデバイス製造方法によれ
ば、高集積度のマイクロデバイスの生産性の向上に寄与
することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光装置の構成
を概略的に示す図である。

【図２】レチクルの構成、及び図１の露光装置の露光原
理を説明するための図である。

【図３】図３（Ａ）は、パターン形成板の一例を示す平
面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のパターン形成板に対
応するウエハ表面上におけるスリット像の配置を示す
図、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のパターン形成板に対応
する受光器を示す図である。

【図４】ウエハ上に形成されるショット領域の配置の一
例を示す図である。

【図５】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施形態に係る
フォーカスセンサの選択方法を説明するための図であ
る。

【図６】主制御装置内のＣＰＵの主要な制御アルゴリズ
ムを示すフローチャートである。

【図７】図７（Ａ）は、シフトフォーカス、シフトレベ
リングの一例を示す図であり、図７（Ｂ）は、１ショッ
ト領域内に複数のチップを形成する場合のシフトフォー
カス、シフトレベリングの一例を示す図である。

【図８】図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、本発明の第２の実
施形態に係るフォーカスセンサの選択方法について説明
するための図である。

【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、フォーカスセンサ
の形状を考慮したフォーカスセンサの選択方法を説明す
るための図である。

【図１０】本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を
説明するためのフローチャートである。

【図１１】図１０のステップ２０４の詳細を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

５…レチクルブラインド（視野絞り）、２０…主制御装
置（選択装置の一部）、４０…照射系（多点焦点位置検
出系の一部）、４２…受光系（多点焦点位置検出系の一
部）、９３…センサ選択回路（選択装置の一部）、１０
０…露光装置、ＩＬ…露光用照明光（エネルギビー
ム）、ＰＡ…パターン領域、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レ
チクル（マスク）、Ｓ₁₁〜Ｓ₇₇…スリット像（照射領
域、計測点）、ＳＡ…ショット領域（区画領域）、Ｗ…
ウエハ（基板）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者亀井浩一東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内Ｆターム(参考） 5F046 CC05 DA14 DB05 DB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エネルギビームによりマスクを照明し、
前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して
基板上の複数の区画領域に順次転写する露光装置であっ
て、前記基板上の複数の計測点に計測光を照射し、その反射
光を検出することによって前記各計測点における前記投
影光学系の光軸方向に関する位置を検出可能な多点焦点
位置検出系と；前記各計測点に照射される前記計測光の
照射領域の大きさ及び形状の少なくとも一方を考慮し
て、前記マスクパターンの転写の際に前記基板の光軸方
向位置の検出に使用する計測点を選択する選択装置と；
を備える露光装置。
【請求項２】前記選択装置は、前記区画領域の設定に
関する情報を更に考慮して前記検出領域を選択すること
を特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記区画領域の設定に関する情報は、前
記区画領域の設定の基準となる設計上の基準情報と、該
基準情報の性質に応じて定められた所定のマージン情報
とを含むことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】前記エネルギビームによる前記マスク上
の照明領域を設定する視野絞りを更に備え、前記基準情報は、前記視野絞りの設定情報、前記マスク
上のパターン領域の形状、及び前記基板上の隣接する区
画領域を連続的に露光する際の前記基板の移動量のいず
れかであることを特徴とする請求項３に記載の露光装
置。
【請求項５】前記多点焦点位置検出系は、前記基板表
面に所定角度傾斜した方向から複数の計測光束を照射す
る照射系と、前記各計測光束の前記基板表面における反
射光束をそれぞれ受光可能な受光系とを有する、斜入射
方式の多点焦点位置検出系であることを特徴とする請求
項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６】エネルギビームによりマスクを照明し、
前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して
基板上の複数の区画領域に順次転写する際、前記基板上
の複数の計測点に計測光を照射し、その反射光を検出す
ることによって前記各計測点における前記投影光学系の
光軸方向に関する位置を検出可能な多点焦点位置検出系
によって前記基板の面位置情報を得る露光方法であっ
て、前記各計測点に照射される前記計測光の照射領域の大き
さ及び形状の少なくとも一方を考慮して、前記マスクパ
ターンの転写の際に前記基板の光軸方向位置の検出に使
用する計測点を選択することを特徴とする露光方法。
【請求項７】リソグラフィ工程を含むデバイス製造方
法であって、前記リソグラフィ工程では、請求項１〜５のいずれか一
項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とす
るデバイス製造方法。