JP2015087518A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な合焦位置キャリブレーションを実現すると共に、優れたスループットの向上を達成することができる露光装置を提供する。
【解決手段】露光装置はマスク面上にマスク側合焦用マーク８を備え、プレートステージ５上に光電センサ１０と光電センサ上にプレート側合焦用マーク９とを備え、露光光で前記マスク側合焦用マークを照明し、マスク面上の合焦用マークを通過した光束を、投影光学系３とプレート面上の合焦用マークを介して光電センサに入射させ、プレートステージを投影光学系の光軸方向と直交する平面上に振ったときに得られる光電センサからの光の強度信号と前記プレートステージの位置信号に基づいて投影光学系の合焦位置を決定する。その際、過去の光電センサからの光の強度信号とプレートステージの位置信号と投影光学系の合焦位置の情報を用いて、投影光学系の合焦位置を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置の合焦位置検出方法に関する。

近年、液晶テレビ等の高精細化のため、パターンの微細化の要求により投影露光装置において高い解像力を有した結像が必要とされてきている。

露光装置においては、プレート面を合焦位置（投影光学系の像面）に合わせるための有効な高精度の自動合焦位置合わせ方法が重要なテーマとなっている。

この種の投影露光装置では、投影光学系の周囲温度変化、大気圧変化、投影光学系に照射される光による温度上昇、あるいは投影光学系を含む装置の発熱による温度上昇、などにより合焦位置が移動し、これを補正しなければならない。

これを補正するための手段として、投影光学系を介した光束を利用したＴＴＬオートフォーカスが知られている。

ＴＴＬオートフォーカスは、マスクの回路パターン以外の部分にスリット状のマスク側合焦用マークを形成し、マスクをマスクステージに装着した状態で照明手段からの露光光と同一の波長を有する光をマスク側合焦用マークに照射する。

そしてマスク側合焦用マークのスリットを通過した光を投影光学系を介してプレートステージ上に向け、プレートステージに載置したプレート側合焦用マークのスリットを介して光電センサで受光する。

そしてマスクステージ側合焦用マークのスリットを通過した光を投影光学系を介して結像する位置とプレートステージ側合焦用マークのスリット位置が合うように、プレートステージを投影光学系の光軸方向と直交する平面上を合焦用マークのスリットと直交する方向に駆動させる。この時の光電センサからの光の強度信号の重心を示す位置を検出することにより、結像位置とプレートステージ側合焦マークが合った位置にプレートステージを駆動する。

そしてプレートステージを投影光学系の光軸方向に上下動させることでプレート側合焦用マーク及び光電センサの位置を変化させ、この時の光電センサからの光の強度出力の重心を示す位置を検出することによりこの位置を投影光学系の合焦位置としている。

投影光学系の合焦位置を検出する際、プレートステージを投影光学系の光軸方向に駆動する範囲（ＴＴＬオートフォーカス検出範囲）は予め一定の範囲に定めている。

このとき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ってくる。このため、従来は多少広めの検出範囲を定めて、この検出範囲内でプレートステージを上下動させている(特許文献１参照）。

特開平５−１８２８９５号公報

しかしながら、投影光学系の合焦位置の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うことになり、スループットを低下させるという問題点があった。

特許文献１では、プレートステージを投影光学系の光軸方向に上下動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、演算手段で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し、その演算結果による合焦位置を仮の合焦位置とし、仮の合焦位置を基準にプレートステージを検出範囲で上下動させることを提唱しているが、それでも必ず検出範囲での光軸方向への上下動は発生することになり、スループットを低下させる問題が残っている。

その目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、照明光学系からの露光光で照明したマスクステージに支持したマスク面上の回路パターンを投影光学系によりプレートステージに載置したプレート面上に投影し、
前記マスク面上にマスク側合焦用マークを備え、前記プレートステージ上に光電センサと前記光電センサ上にプレート側合焦用マークとを備え、
前記露光光で前記マスク側合焦用マークを照明し、前記マスク面上の合焦用マークを通過した光束を、前記投影光学系と前記プレート面上の合焦用マークを介して光電センサに入射させ、
前記プレートステージを前記投影光学系の光軸方向と直交する平面上に振ったときに得られる前記光電センサからの光の強度信号と前記プレートステージの位置信号に基づいて前記投影光学系の合焦位置を決定する際、過去の前記光電センサからの光の強度信号と前記プレートステージの位置信号と合焦状態のプレートステージの位置信号の情報を用いて、当該前記光電センサからの光の強度信号とプレートステージの位置信号から、前記投影光学系の合焦位置を決定することを特徴とし、任意の光軸方向に前記プレートステージを駆動した上で、前記光電センサからの光の強度信号と前記プレートステージの位置信号を取得し、その結果から合焦位置の方向を決定することを特徴とする。

合焦位置の計測にかかる時間が短い露光装置を提供することができる。

本実施形態の構成を示した図である。 合焦用マークを示した図である。 ＴＴＬオートフォーカス説明図である。 ＴＴＬオートフォーカス時の計測信号の図である。 スリット位置合わせ時の計測信号の図である。 準備段階のフローチャートである。 デバイス製造段階のフローチャートである。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

〔第1実施形態〕
まず本発明の第１実施形態の露光装置の構成を図１と図２とを用いて説明する。

マスク１は、マスクステージ２に保持されている。マスク１上の回路パターンを転写する時、マスク１は照明光学系６によって回路パターンを照明されマスク１上の回路パターンが投影光学系３によって、プレートステージ５に保持されているプレート４上のフォトレジストに結像し露光処理が行われる。

マスク１面上には回路パターンとは別に、マスク側合焦用マーク８があり、遮光部８ａとスリット８ｂを有している。また、プレート４に隣接する位置に、プレート４の上面と高さが略一致しているプレート側合焦用マーク９が配置されている。プレート側合焦用マーク９は、遮光部９ａとスリット９ｂを有しており、プレート側合焦用マーク９の下には光電センサ１０が設けられている。光電センサ１０に入射した光の強度信号は、信号線を介して自動合焦制御系２２に入力される。ここで、マスク側合焦マーク８のスリット８ａとプレート側合焦用マーク９のスリット９ａの配置については、図２に示すように、Ｘ方向に長いスリットを通過した光とＹ方向に長いスリットを通過した光とが同時に重なり合わないように配置し、Ｘ方向スリットとＹ方向スリットとの合焦位置の差を求めることで投影光学系３の非点収差を計測できるようにする。

また、プレートステージ５は投影光学系３の光軸方向（Ｚ方向）及び光軸に直交する平面（ＸＹ面）で移動可能であり、X軸Y軸Z軸まわりに回転させることもできる。

１１は投光光学系、１２は検出光学系であり、これらはプレート側合焦マーク９面（あるいはプレート４の上面）の投影光学系３の光軸方向（Ｚ方向）の位置を検出するプレート面位置検出手段を構成している。

投光光学系１１からは複数個の光束を投光している。この投光光学系１１より投光される各光束は非露光光から成り、プレート４上のフォトレジストを感光させない光より成っている。そしてこの複数個の光束はプレート側合焦用マーク９面に各々集光されて反射する。反射された光束は検出光学系１２内に入射する、図示は略したが検出光学系１２内には各反射光束に対応させて位置検出用のラインセンサが配置されており、各位置検出用のラインセンサの受光面とプレート側合焦用マーク９面での各光束の反射点が略共役になるように構成されている。

検出光学系１２内のラインセンサ上での入射光束の位置ずれ信号は、面位置検出系２１により、プレート側合焦用マーク９面のＺ方向の位置ずれとして算出され、自動合焦制御系２２に入力される。

自動合焦制御系２２はプレート側合焦用マーク９が積置されたプレートステージ５を駆動するための駆動手段としてステージ制御系２３に信号線を介して指令信号を与える。ステージ制御系２３はプレートステージ５を駆動し、駆動時のプレートステージ５の位置をモニタし、モニタ結果は信号線を介して自動合焦制御系２２に入力される。

また、自動合焦制御系２２は、後述するスリット位置合わせをした際の光電センサ１０からの光の強度と、プレートステージ５の位置信号と、合焦位置変化の判断に使用する閾値のデータとを複数保存可能なメモリを備える。

次にＴＴＬオートフォーカスついて説明する。

まずプレート側合焦用マーク９がマスク側合焦用マーク８の合焦位置にある場合について、図３（ａ）を用いて説明する。マスク側合焦用マーク８を通った露光光７は投影光学系３を介してプレート側合焦用マーク９に集光し、全部の光束がプレート側合焦用マークを透過して、光電センサ１０による光の強度信号が最大になる。

次に、プレート側合焦用マーク９がマスク側合焦用マーク８の合焦位置と投影光学系の光軸方向（Ｚ方向）にずれた位置にある場合について、図３（ｂ）を用いて説明する。この時、プレート側合焦用マーク９は合焦位置にないので、露光光７は投影光学系３を介して広がった光束として、プレート側合焦用マーク９に照射される。この時、露光光の一部はプレート側合焦用マーク９の遮光部９ａにけられ、全部の光束がスリット９ｂを通過できない。

つまり、ＴＴＬオートフォーカスは、プレート側合焦用マーク９が、投影光学系３を介したマスク側合焦用マーク８の合焦位置（光が強い）とデフォーカスした位置（光が弱い）との光電センサ１０の光の強度信号に差があることを利用してプレート側合焦用マーク９の合焦位置を検出している。

さらにＴＴＬオートフォーカス方法の手順と合焦位置の算出方法について説明する。まずマスク側合焦用マーク８に露光光７があたるようにマスクステージ２を移動し、マスク側合焦用マーク８の結像位置とプレート側合焦用マーク９が合うようにプレートステージを移動する。次に投影光学系３の光軸方向（Ｚ方向）にプレートステージ５を振る。この時、ステージ制御系２３は、プレートステージ５の投影光学系３の光軸方向（Ｚ方向）の位置をモニタし、自動合焦制御系２２に信号出力する。また、光電センサ１０は光の強度信号を自動合焦制御系２２に信号出力する。図４は自動合焦制御系２２に入力された信号であり、自動合焦制御系２２は図４の信号から以下（イ）乃至（ニ）の方法を適用して合焦位置Ｚ０を算出可能である。

（イ）光の強度が最大となるプレートステージのＺ位置を合焦位置Ｚ０とする。

（ロ）光の最大強度に対してある割合のスライスレベル３０を設定し、このスライスレベル３０の出力を示すプレートステージのＺ１、Ｚ２位置から、Ｚ０＝（Ｚ１＋Ｚ２）／２として、合焦位置Ｚ０を算出する。

（ハ）光の強度及びプレートステージのＺ位置に対して重心計算を行い、重心位置を合焦位置Ｚ０とする。

（ニ）光の強度及びプレートステージのＺ位置に対して２次関数近似（ｙ＝Ａ・Ｘ・Ｘ＋Ｂ・Ｘ＋Ｃ）を行い、Ｚ０＝−Ｂ／２Ａとして合焦位置Ｚ０を計算する。また、ある割合のスライスレベル３０を設定し、スライスレベル３０以上の光の強度を示すプレートステージの位置から２次近似するのが望ましい。

続いてＴＴＬオートフォーカスに必要な、スリット位置合わせについて説明する。

まず、プレート側合焦用マーク９がマスク側合焦用マーク８の合焦位置と投影光学系の光軸方向と直交する方向にずれた位置にある場合について、図３（ｃ）を用いて説明する。

この時、プレート側合焦用マーク９は結像位置にないので、マスク側合焦用マーク８を通った露光光７は投影光学系３を介してプレート側合焦用マーク９とずれた位置に集光し、露光光の一部はプレート側合焦用マーク９の遮光部９ａにけられ、全部の光束がスリット９ｂを通過できない。つまり、この位置でＴＴＬオートフォーカスを行っても、プレート側合焦用マークに光がけられて計測できない。

特に合焦位置では、光がスリット９ａとずれた位置に集光しているため、合焦位置で光が弱り、デフォーカス位置で光が強くなってしまう可能性があり、ＴＴＬオートフォーカス前にはスリット位置合わせが必要である。

スリット位置合わせは、プレート側合焦用マーク９が、投影光学系３を介したマスク側合焦用マーク８の合焦位置（光が強い）と位置がずれた時（光が弱い）との光電センサ１０の光の強度信号に差があることを利用して行っている。また、スリット位置合わせはデフォーカス位置（光が広がった位置）であっても、ＴＴＬオートフォーカスのように、スリット位置が合っていると合っていないときで光の強度が逆転することはないので、ＴＴＬオートフォーカス前に計測できる。

さらにスリット位置合わせの手順と最適位置の算出方法について説明する。まず、マスク側合焦用マーク８に露光光７があたるようにマスクステージ２を移動し、マスク側合焦用マーク８の結像位置とプレート側合焦用マーク９が略合うようにプレートステージ５を移動する。次に投影光学系３の光軸と直交する方向（ＸＹ方向）にプレートステージ５を駆動する。この時、ステージ制御系２３は、プレートステージ５のＸ位置またはＹ位置をモニタし、自動合焦制御系２２に信号出力する。また、光電センサ１０は光の強度信号を自動合焦制御系２２に信号出力する。また、この時スリットに対して直交する方向にプレートステージ５を駆動する。例えば、Ｙ方向に長いスリットで計測する時には、プレートステージ５をＸ方向に駆動してスリット位置計測を行う。

自動合焦制御系２２は、プレートステージ５のＸまたはＹ位置信号と光の強度信号とから以下の方法を適用して最適位置を算出可能である。算出方法は前述のＴＴＬオートフォーカスと同じ算出方法（イ）乃至（ニ）と同様の算出方法を適用可能である。

次にプレート４を合焦位置に合わせるキャリブレーション方法について説明する。まず、ＴＴＬオートフォーカスでプレート側合焦用マーク９を合焦位置に移動する。次にプレート面位置検出系２１でプレート側合焦用マーク９の位置を計測し、その計測位置を合焦位置とする。そして、プレート４の上面を面検出系２１の計測位置に移動し、プレート面位置検出系でプレート４の上面の位置を計測し、合焦位置との差をプレートステージをＺ方向に移動することで、プレート４の上面を投影光学系の合焦位置に移動することができる。

次にスリット位置合わせ時の信号から投影光学系３の合焦位置の変化を検出する方法について説明する。

準備段階として、プレート側合焦用マーク９を投影光学系３の合焦位置及び合焦位置からデフォーカスさせた位置でスリット位置合わせ計測した際に得られる光電センサ１０からの光の強度信号及びステージ制御系２３からの信号を複数取得し、自動合焦制御系２２に保存する。

図５の（ａ）乃至（ｂ）は、プレートステージを投影光学系の光軸方向に振った時の光電センサからの光の強度を縦軸に、プレートステージのＸ軸またはＹ軸の位置を横軸に取った時のグラフである。

図５の（ａ）の信号はプレート側合焦マークの位置が合焦位置で計測したグラフで、図5の（ｂ）（ｃ）の信号は合焦位置からずれた位置で計測したグラフある。（ｂ）は（ａ）よりも投影光学系の光軸方向（Ｚ方向）で装置上（照明側）にあり、（ｃ）は（ａ）よりも投影光学系の光軸方向（Ｚ方向）で装置下（露光光が進む方向）にあり、どちらも合焦位置（ａ）で取得した位置よりも同じだけ離れている。この時、（ｂ）と（ｃ）のグラフは略一致するため、投影光学系の合焦位置が装置上方向（照明側）にずれたか、装置下方向（露光光の進む方向）にずれたかを判断せず、同じに扱う。

合焦位置で計測した図５（ａ）の信号は、マスク側合焦用マーク８を通った露光光７は投影光学系３を介してプレート側合焦用マーク９に集光し、全部の光束がプレート側合焦用マーク９を透過して、光電センサ１０による光の強度信号が最大になり、光軸と直交する方向（ＸＹ方向）にずれるとプレート側合焦用マークに光がけられるため、光電センサ１０による信号が低くなる。

合焦位置からずれた位置で計測した図５（ｂ）（ｃ）の信号は、マスク側合焦用マーク８を通った露光光７は投影光学系３を介して広がった光束として、プレート側合焦用マーク９に照射される。この時、露光光の一部はプレート側合焦用マーク９にけられ、全部の光束がスリット９ａを通過できず、最大の光量は（ａ）に比べて低くなり、また、光軸と直交方向（ＸＹ方向）にずれても、露光光７が広がっているため、露光光の一部はプレート側合焦用マーク９を通過し、最小の光量は（ａ）に比べて高くなる。つまり、合焦時と合焦からずれた時とでスリット位置合わせ計測時の信号に差があるので、これを利用して合焦位置の変化を検出する。

合焦位置の変化の検出方法は、例えば次に示す方法が適用可能である。

（ホ）光の強度の最大値と最小値の差が、自動合焦制御系２２に記録されている合焦位置で計測した値よりも閾値以上に小さくなった場合、合焦位置からずれたと検出する。

（ヘ）光の強度の最大値が、自動合焦制御系２２に記録されている合焦位置で計測した値よりも閾値以上に小さくなった場合、合焦位置からずれたと検出する。

（ト）光の強度の最小値が、自動合焦制御系２２に記録されている合焦位置で計測した値よりも閾値以上に大きくなった場合、合焦位置からずれたと検出する。

（ホ）乃至（ト）の各検出方法における閾値は、それぞれプレートステージを投影光学系の光軸方向に振って合焦位置を計測する際の計測幅やデフォーカス許容値によって任意に定める。

そして、デバイス製造時にスリット位置合わせ計測で得られた信号が、合焦位置で計測した時の信号よりも閾値以上に変化していた場合、閾値を計測した合焦位置からのずれ以上に合焦位置が変化したと検出することができる。つまり、スリット位置合わせ位置計測時の信号から、合焦位置の変化を検出することが可能である。

続いて、本実施例における具体的な過程について、準備段階のフローチャートを図６に示し、デバイス製造段階のフローチャートを図７に示し説明する。本実施例におけるスリット位置合わせ計測時の信号を用いたスループットの向上は、スリット位置計測時の信号が、過去のスリット位置計測時の信号と同等な場合には、事前に計測済みである合焦位置におけるスリット位置計測時の信号との比較から合焦位置を決定し、合焦位置計測をスキップすることで行う。但し、合焦位置の決定の際、このままでは方向（投影光学系の光軸方向の装置上方向なのか、装置下方向なのか）は特定できない。

そこで、例えば第１マークをＸマーク（マスク側合焦用マーク８とプレート側合焦用マーク９のスリットの長手方向がＹ方向のマーク）、第２マークをＹマーク（マスク側合焦用マーク８とプレート側合焦用マーク９のスリットの長手方向がＸ方向のマーク）としたとき、第２マークの位置計測時に、第１マークの位置計測時に算出した合焦位置を光軸方向（Ｚ方向）の駆動に反映させた上で位置計測を行い、その際の信号の状態から方向を特定する。

まず、準備段階として、合焦位置におけるスリット位置合わせ計測の信号取得を行う。以降、前述の通りであるが、第１マークをＸマーク（マスク側合焦用マーク８とプレート側合焦用マーク９のスリットの長手方向がＹ方向のマーク）、第２マークをＹマーク（マスク側合焦用マーク８とプレート側合焦用マーク９のスリットの長手方向がＸ方向のマーク）として説明する。

図６のフローチャートにおいてまず、マスク側合焦用マーク８の第１マーク（Ｘマーク）に露光光７があたるようにマスクステージ２を移動し、マスク側合焦用マーク８の合焦位置とプレート側合焦用マーク９の第１マーク（Ｘマーク）が略合うようにプレートステージ５を移動し、スリット位置合わせ計測を行う（Ｓ１０１）。そして、スリット位置合わせ計測の結果をもとに、プレートステージ５を駆動し、マスク側合焦用マーク８の第１マーク（Ｘマーク）の合焦位置とプレート側合焦用マーク９の第１マーク（Ｘマーク）の合焦位置が投影光学系の光軸と直交する平面（ＸＹ面）内でスリット位置合わせを終える（Ｓ１０２）。

続いて、ＴＴＬオートフォーカス計測に移行し（Ｓ１０３）、ＴＴＬオートフォーカス検出結果をもとにプレートステージ５をＺ軸方向に駆動し、マスク側合焦用マーク８の第１マーク（Ｘマーク）の合焦位置とプレート側合焦用マーク９の第１マーク（Ｘマーク）の合焦位置とを合わせる（Ｓ１０４）。

続いてスリット位置合わせ計測を行い（Ｓ１０５）、第１マーク（Ｘマーク）に対する光電センサの光の強度信号と、そのときのＴＴＬオートフォーカス検出結果を合焦制御系２２に記憶する（Ｓ１０６）。

以降、第２マーク（Ｙマーク）に関しても同様の処理を行い、準備段階を終了とする。

続いて、デバイス製造段階のフローを図７のフローチャートを用いて説明する。図７のフローチャートにおいて、まず、ΔＦ１を初期値に設定する（Ｓ２０１）。ΔＦ１はプレート４に露光処理する際のプレートステージ５のＺ方向位置であり、初期値は略合焦位置で仮の位置で良いが、前に露光処理した際のΔＦ１がある場合、その値を引き継ぐのが望ましい。

次に、プレート４を供給し、プレートステージ５上に保持する（Ｓ２０２）。次に、プレートステージ５をＺ方向にΔＦ１の位置に駆動する（Ｓ２０３）。次に、マスク側合焦用マーク８の第１マーク（Ｘマーク）に露光光７があたるようにマスクステージ２を移動し、マスク側合焦用マーク８の第１マーク（Ｘマーク）合焦位置とプレート側合焦用マーク９の第１マーク（Ｘマーク）が略合うようにプレートステージ５を移動し、スリット位置合わせ計測を行う（Ｓ２０４）。そして、第１マーク（Ｘマーク）のスリット位置合わせ計測（Ｓ２０４）の時の光の強度信号と、Ｓ２１１（後述）やＳ２２３（後述）で自動合焦制御系２２に記憶した、第１マーク（Ｘマーク）のスリット位置合わせ計測時の光電センサの光の強度信号を比較する（Ｓ２０５）。

同等の信号が存在する場合は、それと紐付くＴＴＬオートフォーカス結果をΔＦ１として保存する（Ｓ２１２）。この場合、符号は正負のいずれの方向でもよく、仮決定として、プレートステージ５をＺ方向にΔＦ１の位置に駆動する（Ｓ２１３）。

次に、マスク側合焦用マーク８の第２マーク（Ｙマーク）に露光光７があたるようにマスクステージ２を移動し、マスク側合焦用マーク８の第２マーク（Ｙマーク）合焦位置とプレート側合焦用マーク９の第１マーク（Ｙマーク）が略合うようにプレートステージ５を移動し、スリット位置合わせ計測を行う（Ｓ２１４）。そして、第２マークのスリット位置合わせ計測（Ｓ２１４）の時の光の強度信号と、準備段階で自動合焦制御系２２に記憶した第２マーク（Ｙマーク）のスリット位置合わせ計測時の光電センサの光の強度信号を比較する（Ｓ２１５）。ここで、Ｓ２１４で取得した信号が、合焦位置での信号と同等ならば、Ｓ２１２の符号の仮決定が適切だったことが判明するので、第１マーク（Ｘマーク）の合焦位置ΔＦｘを本決定とする（Ｓ２１７）。

一方、同等でなければ、Ｓ２１２の符号の仮決定が不適切だったことが判明するので、符号反転して（Ｓ２１６）、ΔＦｘを本決定とする（Ｓ２１７）。

以上のように、第１マーク（Ｘマーク）について、ＴＴＬオートフォーカス計測を実施することなく、合焦位置を決定することが可能である。

次に、第２マーク（Ｙマーク）のスリット位置合わせ計測（Ｓ２１４）の時の光の強度信号と、Ｓ２１１（後述）やＳ２２３（後述）で自動合焦制御系２２に記憶した、第２マーク（Ｙマーク）のスリット位置合わせ計測時の光電センサの光の強度信号を比較する（Ｓ２１８）。

同等の信号が存在する場合は、それと紐付くＴＴＬオートフォーカス結果と、前述のＳ２１５の符号決定の結果からΔＦｙを本決定する（Ｓ２２４）。一方、同等の信号が存在しない場合は、ΔＦ１としてΔＦｘを保存し（Ｓ２１９）、プレートステージ５をＺ方向にΔＦ１の位置に駆動し（Ｓ２２０）、第２マーク（Ｙマーク）のスリット位置合わせ計測（Ｓ２１４）の検出結果からプレート側合焦用マーク９を最適位置に移動し（Ｓ２２１）、ＴＴＬオートフォーカスを行う（Ｓ２２２）。ここで、第２マーク（Ｙマーク）のスリット位置合わせ計測時の光電センサの光の強度信号（Ｓ２１４）、及び、その後のＴＴＬオートフォーカス検出結果のΔＦｙを（Ｓ２２２）、自動合焦制御系２２に記憶し（Ｓ２２３）、ΔＦｙを本決定する（Ｓ２２４）。

以上のように、第２マーク（Ｙマーク）では、ＴＴＬオートフォーカス計測を実施することなく、合焦位置を決定することが可能な場合がある。

一方で、第１マーク（Ｘマーク）のスリット位置合わせ計測（Ｓ２０４）の時の光の強度信号と、Ｓ２１１（後述）やＳ２２３（後述）で自動合焦制御系２２に記憶した、第１マーク（Ｘマーク）のスリット位置合わせ計測時の光電センサの光の強度信号を比較した結果（Ｓ２０５）、同等の信号が存在しない場合は、第２マーク（Ｙマーク）のスリット位置合わせ計測を行い（Ｓ２０６）、その検出結果からプレート側合焦用マーク９を最適位置に移動し（Ｓ２０７）、第２マーク（Ｙマーク）のＴＴＬオートフォーカス計測を行う（Ｓ２０８）。

次に、第１マーク（Ｘマーク）のスリット位置合わせ計測（Ｓ２０４）の検出結果からプレート側合焦用マーク９を最適位置に移動し（Ｓ２０９）、第１マーク（Ｘマーク）のＴＴＬオートフォーカス計測を行う（Ｓ２１０）。ここで、第１マーク（Ｘマーク）のスリット位置合わせ計測時の光電センサの光の強度信号（Ｓ２０４）、及び、その後のＴＴＬオートフォーカス検出結果のΔＦｘ（Ｓ２１０）と、第２マーク（Ｙマーク）のスリット位置合わせ計測時の光電センサの光の強度信号（Ｓ２０６）、及び、その後のＴＴＬオートフォーカス検出結果のΔＦｘ（Ｓ２０８）のそれぞれの結果を自動合焦制御系２２に記憶する（Ｓ２１１）。

ここまでで決定したΔＦｘとΔＦｙから、（ΔＦｘ＋ΔＦｙ）／２の位置にプレートステージ５をＺ方向に移動し、ΔＦ１をプレートステージ５のＺ方向の位置で更新し（Ｓ２３０）、プレート側合焦用マーク９をプレート面位置検出手段で計測し、計測された位置を合焦位置とする（Ｓ２３１）。

続いて、プレート４をプレート面位置検出手段で計測できるようにプレートステージ５を駆動する。そこでプレート４の上面をプレート面位置検出手段で計測し、プレート４の上面が合焦位置に来るようにプレートステージ５をＺ方向に駆動する（Ｓ２３２）。

以上で、プレート４の上面が合焦位置にあるので、露光処理を行う（Ｓ２３３）。続いて、露光処理時に露光処理による合焦位置の変化量ΔＦ２を計算し、計算された合焦位置でΔＦ１を更新する（Ｓ２１４）。ここで合焦位置の変化量ΔＦ２はΔＦ２＝Ｋ・τ・Ｅ・ｔ０／ｔの計算式でおこない、ΔＦ１の値にΔＦ２を加算する（ΔＦ１＝ΔＦ１＋ΔＦ２）。ここでＫは投影光学系３の合焦位置変化係数、τはマスク１の透過率、Ｅは照明系６からの単位時間辺りの照射光量、ｔ０は照明系６からの露光光７の照射時間、ｔは露光間隔時間の合計である。

続いて露光処理が終了したプレート４を回収し（Ｓ２３５）、未処理プレートがあれば、Ｓ２０２に戻り次のプレートの受け取り処理を続け、処理するプレートが無ければ終了する。

本実施例では以上のようにして投影光学系３の合焦位置にプレート４の上面が位置するようにして、マスク１面上の回路パターンを投影光学系３によりプレート４の上面のレジストに投影露光し、液晶表示デバイスや半導体デバイスを製造している。

尚、本発明に係るＴＴＬオートフォーカス方式は、特開平１−２８６４１８にあるように、マスク面上のスリットを透過した光を投影光学系を通してプレート面上でミラーを用いて反射させ、再度マスク面上のスリットを通して光の強度を検出する方式でも適用可能である。

以上説明したように、本実施例によれば、スリット位置合わせの信号を用いて合焦位置の変化を検出することで、ＴＴＬオートフォーカス計測を省略することができる場合を作りだすことができ、スループットを向上させることができる。

〔第２実施形態〕
続いて、本実施形態の露光装置において、照明系６の照明が製造するデバイスによって変わる場合について説明する。本実施形態のＴＴＬオートフォーカスは光の強度によっておこなうため、露光光量などの照明条件が変更になると、光電センサ１０が受光する光の強度が変わる。そのため、例えば、準備段階で使用する照明条件と、デバイスを製造するときの照明条件とが異なる場合は、準備段階で求めた合焦位置における信号をそのまま使用することはできない。このように、デバイス毎に照明条件を持つ場合は、自動合焦制御系２２に照明条件をキーとして合焦位置におけるスリット位置計測時の信号とそのときの合焦位置を記憶していけば良い。

本実施形態では、照明光量検出系２０を備え、照明光量検出系２０は不図示であるが照明系６内に備えた光量センサによって、照明系６からの露光光７の光の強度を計測し自動合焦制御系２２に出力する。

そして準備段階では、照明系６からの光の強度の信号をキーとして合焦位置におけるスリット位置合わせ計測時の信号を自動合焦制御系２２に記憶し、そして、デバイス製造時には、照明光量検出系２０からの光の強度の信号をキーとして、合焦位置におけるスリット位置計測時の信号と合焦位置の蓄積データを用いて、スリット位置計測から合焦位置の変化を検出する。

以上説明したように、本実施例によれば、照明光学系６からの露光光７がデバイス毎に異なる場合も、スリット位置合わせの信号を用いて合焦位置の変化を検出することで、ＴＴＬオートフォーカス計測を省略することができ、スループットを向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ マスク ２ マスクステージ
３ 投影光学系 ４ プレート
５ プレートステージ ６ 照明光学系
７ 露光光 ８ マスク側合焦用マーク
９ プレート側合焦用マーク １０ 光電センサ
１１ 投光光学系 １２ 受光光学系
２０ 照明光量検出系 ２１ 面位置検出系
２２ 自動合焦制御系 ２３ ステージ制御系

Claims (5)

1. 照明光学系からの露光光で照明したマスクステージに支持したマスク面上の回路パターンを投影光学系によりプレートステージに載置したプレート面上に投影する露光装置において、
   前記マスク面上にマスク側合焦用マークを備え、前記プレートステージ上に光電センサと前記光電センサ上にプレート側合焦用マークとを備え、
   前記露光光で前記マスク側合焦用マークを照明し、前記マスク面上の合焦用マークを通過した光束を、前記投影光学系と前記プレート面上の合焦用マークを介して光電センサに入射させ、
   前記プレートステージを前記投影光学系の光軸方向と直交する平面上に振ったときに得られる前記光電センサからの光の強度信号と前記プレートステージの位置信号に基づいて前記投影光学系の合焦位置を決定することを特徴とする露光装置において、
   前記投影光学系の合焦位置を決定する際、過去の前記光電センサからの光の強度信号と前記プレートステージの位置信号と合焦状態のプレートステージの位置信号の情報を用いて、当該前記光電センサからの光の強度信号とプレートステージの位置信号から、当該投影光学系の合焦位置を決定することを特徴とする露光装置。
2. 前記プレートステージを前記投影光学系の光軸方向と直交する平面上で第１の方向と第２の方向に振ったときに得られる、前記光電センサからの光の強度信号と前記プレートステージの位置信号に基づいて前記投影光学系の合焦位置を決定することを特徴とする請求項１の露光装置において、光軸方向と直交する平面上の第１の方向に振ったときに得られる前記光電センサからの光の強度信号と前記プレートステージの位置信号に基づいて第１の方向に対する前記投影光学系の合焦位置を絶対距離で算出し、その後、第２の方向に振るときには、前記絶対距離分だけ任意の光軸方向に前記プレートステージを駆動した上で、前記光電センサからの光の強度信号と前記プレートステージの位置信号を取得し、その結果から合焦位置の方向を決定することを特徴とする露光装置。
3. 請求項２の露光装置であって、当該前記光電センサからの光の強度信号と、合焦状態時の前記光電センサからの光の強度信号を比較し、同等な場合には当該光軸方向と順方向、そうではない場合には当該光軸方向と逆方向を、合焦位置の方向として決定することを特徴とする露光装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の露光装置であって、前記照明光学系の照明条件を検出する照明光量検出系を備え、前記露光光で前記マスク側合焦用マークを照明し、前記マスク面上の合焦用マークを通過した光束を、前記投影光学系と前記プレート面上の合焦用マークを介して光電センサに入射させ、
   前記照明光学系の照明条件と前記プレートステージを前記投影光学系の光軸方向と直交する平面上に振ったときに得られる前記光電センサからの光の強度信号と前記プレートステージの位置信号と前記照明系の照明条件信号に基づいて前記投影光学系の合焦位置の変化を検出することを特徴とする露光装置。
5. デバイスを製造するデバイス製造方法であって、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の露光装置によって基板に露光する工程を有することを特徴とするデバイス製造方法。