JP3781116B2 - 走査露光方法及び走査露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばスリットスキャン方式、又はステップ・アンド・スキャン方式等でマスクパターンを感光性の基板上に逐次露光する走査露光方法及び装置に関し、特にオートフォーカス又はオートレベリングを行いながら走査露光方式で露光を行う場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンを感光材が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写する投影露光装置が使用されている。従来の投影露光装置としては、ウエハの各ショット領域を順次投影光学系の露光フィールド内に移動させて、各ショット領域にそれぞれレチクルのパターン像を一括露光するというステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（ステッパー）が多く使用されていた。
【０００３】
このようなステッパー方式の投影露光装置においては、ウエハの各ショット領域を投影光学系の結像面に合わせ込むためのオートフォーカス機構、及びオートレベリング機構が設けられている。これらオートフォーカス機構、及びオートレベリング機構は、投影光学系の露光フィールド内の所定の計測点（又は計測領域）でのフォーカス位置（又は傾斜角）を計測し、この計測結果に基づいて例えばサーボ系によりウエハのフォーカス位置（又は傾斜角）を補正するものである。この場合、ウエハは露光中静止しているため、オートフォーカス機構、及びオートレベリング機構の応答速度が遅くとも、特に不都合はなかった。
【０００４】
これに対して、最近の半導体素子等においてはパターンが益々微細化しているため、投影光学系の解像力を高めることが求められている。解像力を高めるための手法には、露光光の波長の短波長化、又は投影光学系の開口数の増大等の手法があるが、何れの手法を用いる場合でも、従来例と同じ程度の露光フィールドを確保しようとすると、露光フィールドの全面で結像性能（ディストーション、像面湾曲等）を所定の精度に維持することが困難になってきている。そこで最近見直されているのが、所謂スリットスキャン方式、又はステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光方式の投影露光装置である。
【０００５】
この走査露光方式の投影露光装置では、矩形状、円弧状、又は２次元的に配置された複数の台形状等の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」という）に対してレチクル及びウエハを相対的に同期して走査しながら、そのレチクルのパターンがウエハ上に露光される。従って、ステッパー方式と同じ面積のパターンをウエハ上に露光する場合、走査露光方式では、ステッパー方式に比べて投影光学系の露光フィールドを小さくすることができ、露光フィールド内での結像性能が向上する可能性がある。
【０００６】
また、従来レチクルの大きさの主流は６インチサイズであり、投影光学系の投影倍率の主流は１／５倍であったが、半導体素子等の回路パターンの大面積化により、倍率１／５倍のもとでのレチクルの大きさは６インチサイズでは間に合わなくなっている。そのため、投影光学系の投影倍率を例えば１／４倍に変更した投影露光装置を設計する必要がある。そして、このような被転写パターンの大面積化に応えるためにも、走査露光方式が有利である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
斯かる走査露光方式の投影露光装置においても、走査露光中にウエハの各ショット領域を結像面に合わせ込む機構が必要である。ところが、走査露光方式でステッパー方式と同様に、実際の露光領域内でウエハのフォーカス位置（又は傾斜角）を計測し、この計測結果に基づいて補正を行うものとしても、ウエハが走査されていると共に、オートフォーカス機構（又はオートレベリング機構）の応答速度が所定の値であるために、実際の露光領域を結像面に合わせ込むのが困難であるという不都合がある。
【０００８】
また、その応答速度を考慮して、実際の露光領域に対して走査方向に手前側の計測点でウエハのフォーカス位置を先読みし、この先読みした結果に基づいて露光領域でのフォーカス位置（又は傾斜角）を補正する方法も考えられる。しかしながら、このような先読み方式をそのまま採用した場合、ウエハの周辺部等においてウエハの表面の高さが大きく変化する領域があると、オートフォーカス機構（又はオートレベリング機構）での補正量が大きくなり過ぎて、実際の露光領域が結像面に追従できない恐れがある。これを避けるためには、ウエハの走査速度を低くすればよいが、それでは露光工程のスループットが低下してしまう。
【０００９】
更に、例えばウエハとウエハホルダとの間にレジスト残屑等の大きな異物が挟まれている場合にも、ウエハの表面の高さが大きく変化する。従って、異物が存在する領域での先読み情報をそのまま使用すると、フォーカス位置又は傾斜角の補正量が大きくなり過ぎて、実際の露光面が結像面に追従できない恐れがある。更に、異物が存在する領域では高さが部分的に大きく変化するため、その異物が存在する領域での先読み情報をそのまま使用すると、他の領域でのフォーカス位置又は傾斜角が実際の値から大きく外れてしまう恐れがある。
【００１０】
本発明は斯かる点に鑑み、走査露光方式で露光する際に、走査速度を低くすることなく、ウエハ等の感光性の基板上の実際の露光領域を投影光学系の結像面に対して正確に合わせ込むと共に、感光性の基板表面の高さが大きく変化するような場合にも、全体としてオートフォーカス又はオートレベリングの追従精度を悪化させないようにすることを目的とする。
【００１１】
更に、本発明は、例えばその基板の裏面等に大きな異物が存在して、その基板の表面の高さが部分的に大きく変化しているような場合でも、それ以外の部分をその結像面にほぼ正確に合わせ込むことができる走査露光方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の走査露光方法は、例えば図１〜図３に示すように、転写用のパターンが形成されたマスク（１２）上の所定形状の照明領域を照明し、この照明領域内のパターンを投影光学系（８）を介して感光性の基板（５）上に投影し、その照明領域に対してマスク（１２）を所定方向に走査するのと同期して基板（５）をその照明領域と共役な露光領域（２４）に対して所定方向（±Ｙ方向）に走査することにより、マスク（１２）上のパターンを逐次基板（８）上に露光する方法において、例えば図１０に示すように、その照明領域に共役な露光領域（２４）に対してその走査方向に手前側でその走査方向に交差する方向に配列された複数の計測点（ＡＦ２１〜ＡＦ２９）でその基板のその投影光学系の光軸方向の高さを先読みし、このように先読みされた高さに基づいてその露光領域内のその基板の高さ（フォーカス位置）を制御するに際して、該計測された複数の計測点での高さの一部がその投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外してその基板の高さの制御を行うものである。
【００１３】
この場合、その先読みされた高さに基づいて基板（５）の傾斜角の制御（レベリング）をも行い、その計測された複数の計測点での高さの一部が投影光学系（８）の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外してその基板の高さ及び傾斜角をそれぞれそれ制御することが望ましい。
【００１４】
また、その露光領域（２４）に対して走査方向に手前側で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点（２５Ｄ）で基板（５）の高さを計測するのと並行して、露光領域（２４）内で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点（２５Ｃ）でも基板（５）の高さを計測し、それぞれの計測点で得られた計測結果に基づいてその基板の高さおよび傾斜角をそれぞれ制御することが望ましい。
【００１５】
また、そのように先読みされた高さより基板（５）の表面の高さ分布を求め、この高さ分布より基板（５）の表面又は底面に付着している異物の検出を行うことが望ましい。
更に、基板（５）の表面又は底面に所定の大きさを超える異物が付着していると判定されたときに、その異物の付着位置で先読みされた高さの情報を基板（５）の高さ又は傾斜角の制御情報として使用しないことが望ましい。
【００１６】
また、検出された異物情報を、ディスプレイ上に異物マップとして表示することが望ましい。
更に、本発明の走査露光装置は、マスク（１２）上の転写用のパターンの一部を投影光学系（８）を介して感光性の基板上の所定形状の露光領域（２４）に投影し、そのマスクをその投影光学系に対して所定方向に走査するのと同期してその基板をその所定方向に対応する方向に走査することにより、そのマスクのパターンを逐次その基板上に転写露光する走査露光装置において、露光領域（２４）に対して走査方向に手前側で走査方向に交差する方向に配列された複数の計測点（ＡＦ２１〜ＡＦ２９）で基板の投影光学系の光軸方向の高さを先読みするフォーカス位置検出系（６０〜７１Ａ）と、該先読みされた高さに基づいて露光領域内の基板の高さを制御するに際して、該計測された複数の計測点での高さの一部が投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外して前記基板の高さの制御を行う制御系（２２Ａ）と、を有することを特徴とするものである。
【００１７】
【作用】
斯かる本発明の走査露光方法及び装置によれば、マスク（１２）及び基板（５）を同期して走査して基板（５）上にマスク（１２）のパターン像を露光する際に、基板（５）上で走査方向に対して手前側の計測点（２５Ｄ）で基板（５）の高さを計測する。その後、先読み方式で高さが計測された領域がマスク（１２）のパターン像の露光領域（２４）に達した際に、先読みした高さに基づいてその領域の高さを設定する。これにより、走査露光方式でも走査速度を低くすることなく、基板（５）の露光面が投影光学系（８）の結像面にほぼ正確に合わせ込まれる。即ち、オートフォーカスが行われる。
【００１８】
また、例えば図１０に示すように、複数の計測点（ＡＦ２１〜ＡＦ２９）で先読みされた高さの一部が結像面（３９）に対して所定の許容範囲を超えた外れた場合には、許容範囲を外れた高さのデータを除外してその基板の高さの制御を行う。このことにより、基板の表面の高さが部分的に大きく変化しているような場合でも、それ以外の部分をその結像面にほぼ正確に合わせ込むことができる。また、オートフォーカスの制御量が急激に大きくなり全体として追従精度が悪化することもなくなる。一般に基板（５）上で高さが急激に変化する部分は、基板（５）の周辺部の露光に適さない部分であることが多いため、その部分での計測データを無視しても影響は少ない。
【００１９】
次に、そのように基板（５）を走査しながら所定の計測点で高さを先読みすることにより、基板（５）上での非走査方向の傾斜角も検出でき、検出された傾斜角に基づいて基板（５）の傾斜角の制御（レベリング）をも行うことができる。この際にも、その計測された複数の計測点での高さの一部が投影光学系（８）の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外してその基板の高さ及び傾斜角をそれぞれそれ制御することにより、オートレベリングを行うときの追従精度が全体として悪化することがなくなる。
【００２０】
また、その照明領域と共役な露光領域（２４）に対して走査方向に手前側で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点（２５Ｄ）で基板（５）の高さを計測するのと並行して、露光領域（２４）内で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点（２５Ｃ）でも基板（５）の高さを計測する場合には、露光領域（２４）内の計測データと先読みされた計測データとを用いて、より高精度にオートフォーカスが行われる。
【００２１】
また、先読みされた高さより基板（５）の表面の高さ分布を求めると、基板（５）の表面又は底面に異物が付着している場合、その部分の高さが周辺部に対して大きく例えば凸状に変化する。従って、その高さ分布から異物の付着領域が検出できる。
更に、このように基板（５）の表面又は底面に所定の大きさを超える異物が付着していると判定されたときに、その異物の付着位置で先読みされた高さの情報を基板（５）の高さ又は傾斜角の制御情報として使用しないことにより、周辺部が正確に結像面に合焦される。この場合、検出された異物が小さく、オートフォーカス又はオートレベリング機構で追従可能なときには、その異物に起因する凹凸情報を用いた方が合焦精度は高まることが予想される。そこで、追従可能な範囲の最大の大きさをその所定の大きさとして、追従できない大きさの異物の高さ情報を無視することにより、不要な合焦動作が防止できる。
【００２２】
また、検出された異物情報を、ディスプレイ上に異物マップとして表示することによって異物の存在する位置が分かる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例につき図面を参照して説明する。本実施例は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置で露光を行う際に本発明を適用したものである。
図１は本実施例で使用される投影露光装置を示し、この図１において、図示省略された照明光学系からの露光光ＥＬによる矩形の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」という）によりレチクル１２上のパターンが照明され、そのパターンの像が投影光学系８を介してウエハ５上に投影露光される。この際、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取ると、露光光ＥＬのスリット状の照明領域に対して、レチクル１２が＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に一定速度Ｖで走査されるのに同期して、ウエハ５は−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に一定速度Ｖ・β（βは投影光学系８の投影倍率）で走査される。投影倍率βは例えば１／４、又は１／５である。
【００２４】
レチクル１２及びウエハ５の駆動系について説明するに、レチクル支持台９上にＹ軸方向に移動自在にレチクルＹ駆動ステージ１０が載置され、このレチクルＹ駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、レチクル微小駆動ステージ１１上にレチクル１２が真空チャック等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ１１は、投影光学系８の光軸に垂直な面内で図１の紙面に平行なＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にそれぞれ微小量だけ且つ高精度にレチクル１２の位置制御を行う。レチクル微小駆動ステージ１１上には移動鏡２１が配置され、レチクル支持台９上に配置された干渉計１４によって、常時レチクル微小駆動ステージ１１のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニターされている。干渉計１４により得られた位置情報Ｓ１が主制御系２２Ａに供給されている。
【００２５】
一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ軸方向に移動自在にウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その上にＸ軸方向に移動自在にウエハＸ軸駆動ステージ３が載置され、その上にＺレベリングステージ４が設けられ、このＺレベリングステージ４上にウエハ５が真空吸着によって保持されている。Ｚレベリングステージ４上にも移動鏡７が固定され、外部に配置された干渉計１３により、Ｚレベリングステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニターされ、干渉計１３により得られた位置情報も主制御系２２Ａに供給されている。主制御系２２Ａは、ウエハ駆動装置２２Ｂ等を介してウエハＹ軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ３及びＺレベリングステージ４の位置決め動作を制御すると共に、装置全体の動作を制御する。
【００２６】
また、ウエハ側の干渉計１３によって計測される座標により規定されるウエハ座標系と、レチクル側の干渉計１４によって計測される座標により規定されるレチクル座標系の対応をとるために、Ｚレベリングステージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定されている。この基準マーク板６上には各種基準マークが形成されている。これらの基準マークの中にはＺレベリングステージ４側に導かれた照明光により裏側から照明されている基準マーク、即ち発光性の基準マークも設けられている。
【００２７】
本例のレチクル１２の上方には、基準マーク板６上の基準マークとレチクル１２上のマークとを同時に観察するためのレチクルアライメント顕微鏡１９及び２０が装備されている。この場合、レチクル１２からの検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡１９及び２０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系２２Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１８によりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は露光光ＥＬの光路外に退避される。
【００２８】
図１の走査露光方式の投影露光装置には、斜め入射型の多点フォーカス位置検出系が装着されている。本例の多点フォーカス位置検出系は、露光領域内、及び露光領域に対して走査方向に手前側でそれぞれウエハのフォーカス位置（投影光学系８の光軸方向の位置）を検出する先読み方式である。
図２は本実施例の多点フォーカス位置検出系の光学系を示し、この図２において、レチクル１２上のパターン形成面（レチクル面）とウエハ５の露光面とは投影光学系８に関して共役になっている必要があるが、レチクル面はあまり変動しない。そこで、斜め入射型の多点のフォーカス位置検出系によってウエハ５の露光面が投影光学系８の結像面に焦点深度の範囲内で合致しているかどうか（合焦しているかどうか）のみを検出し、この検出結果に基づいてウエハ５の露光面のフォーカス位置及び傾斜角の制御を行う。
【００２９】
多点のフォーカス位置検出系において、露光光ＥＬとは異なりウエハ５上のフォトレジストを感光させない照明光が、図示省略された照明光源から光ファイバ束６０を介して導かれている。光ファイバ束６０から射出された照明光は、集光レンズ６１を経てパターン形成板６２Ａを照明する。パターン形成板６２Ａを透過した照明光は、レンズ６３、ミラー６４及び照射対物レンズ６５を経てウエハ５の露光面に投影され、ウエハ５の露光面にはパターン形成板６２Ａ上のパターンの像が投影光学系８の光軸ＡＸ１に対して斜めに投影結像される。ウエハ５で反射された照明光は、集光対物レンズ６６、回転方向振動板６７及び結像レンズ６８を経て受光器６９Ａの受光面に再投影され、受光器６９Ａの受光面には、パターン形成板６２Ａ上のパターンの像が再結像される。この場合、主制御系２２Ａは加振装置７０を介して回転方向振動板６７に後述のような振動を与え、受光器６９Ａの多数の受光素子からの検出信号が信号処理装置７１Ａに供給され、信号処理装置７１Ａは、各検出信号を加振装置７０の駆動信号で同期検波して得た多数のフォーカス信号を主制御系２２Ａに供給する。
【００３０】
図３（ｂ）は、図２の本例のパターン形成板６２Ａを示し、図３（ｂ）に示すように、パターン形成板６２Ａの第１列目には９個のスリット状の開口パターン７２−１１〜７２−１９が形成され、第２列目〜第５列目にもそれぞれ９個の開口パターン７２−２１〜７２−５９が形成されている。即ち、パターン形成板６２Ａには、合計で４５個のスリット状の開口パターンが形成されており、これらのスリット状の開口パターンの像が図２のウエハ５の露光面上にＸ軸及びＹ軸に対して斜めに投影される。
【００３１】
図３（ａ）は、本例の投影光学系８の下方のウエハ５の露光面を示し、この図３（ａ）において、投影光学系８の円形の照明視野２３に内接するＸ方向に長い矩形の露光フィールド２４内に図２のレチクル１２のパターンが露光され、この露光フィールド２４に対してＹ方向にウエハ５が走査（スキャン）される。本例の多点フォーカス位置検出系により、露光フィールド２４のＹ方向の上側のＸ方向に伸びた第１列の９個の計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１９よりなる先読み領域２５Ａ、第２列の計測点ＡＦ２１〜ＡＦ２９よりなる先読み領域２５Ｂ、露光フィールド２４内の第３列の計測点ＡＦ３１〜ＡＦ３９よりなる計測領域２５Ｃ、露光フィールド２４のＹ方向の下側の第４列の計測点ＡＦ４１〜ＡＦ４９よりなる先読み領域２５Ｄ、及び第５列の計測点ＡＦ５１〜ＡＦ５９よりなる先読み領域２５Ｅにそれぞれスリット状の開口パターンの像が投影される。
【００３２】
図３（ｃ）は、本例の多点フォーカス位置検出系の受光器６９Ａを示し、この受光器６９Ａ上の第１列目には９個の受光素子７５−１１〜７５−１９が配置され、第２列目〜第５列目にもそれぞれ９個の受光素子７５−２１〜７５−５９が配置されている。即ち、受光器６９Ａには、合計で４５個の受光素子が配列されており、各受光素子上にはスリット状の絞り（図示省略）が配置されている。また、それら受光素子７５−１１〜７５−５９上にそれぞれ図３（ａ）の計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９に投影されたスリット状の開口パターンの像が再結像される。各受光素子７５−１１〜７５−５９の検出信号は信号処理装置７１Ａに供給されている。そして、ウエハ５の露光面で反射された光を、図２の回転方向振動板６７で振動することで、受光器６９Ａ上では再結像された各像の位置が絞りの幅方向であるＲＤ方向に振動する。
【００３３】
また、図３（ａ）の各計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９上のスリット状の開口の像は、投影光学系８の光軸に対して斜めに投影されているため、ウエハ５の露光面のフォーカス位置が変化すると、それら投影像の受光器６９Ａ上での再結像位置はＲＤ方向に変化する。従って、信号処理装置７１Ａ内で、各受光素子７５−１１〜７５−５９の検出信号をそれぞれ回転方向振動板６７の加振信号で同期検波することで、計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９のフォーカス位置にそれぞれ対応する４５個のフォーカス信号が得られる。これら４５個のフォーカス信号の内の所定のフォーカス信号より後述のように、ウエハの露光面の傾斜角（レベリング角）及び平均的なフォーカス位置を算出する。これら計測されたレベリング角及びフォーカス位置は図２の主制御系２２Ａに供給され、主制御系２２Ａは、その供給されたレベリング角及びフォーカス位置に基づいて駆動装置２２Ｂ及びＺレベリングステージ４を介してウエハ５のレベリング角及びフォーカス位置の設定を行う。
【００３４】
従って、本例では図３（ａ）に示す４５個の全ての計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９のフォーカス位置を計測することができる。但し、本例では、図４に示すように、ウエハのスキャン方向に応じてそれら４５個の計測点中で実際にフォーカス位置を計測する点（以下、「サンプル点」という）の位置を変えている。また、本実施例では、先読み領域２５Ａ若しくは２５Ｂ（又は２５Ｅ若しくは２５Ｄ）のみでフォーカス位置の先読みを行う「先読みモード」と、それら先読み領域の他に露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃでもフォーカス位置を計測する「分割先読みモード」とを有している。先ず、単純な先読みモードでは、例えばウエハを−Ｙ方向に走査するときには、先読み領域２５Ｄ内の全ての計測点ＡＦ４１〜ＡＦ４９をサンプル点として計測を行う。逆に、ウエハを＋Ｙ方向に走査する際には、先読み領域２５Ｂ（又は２５Ａ）内の計測点がサンプル点となる。なお、露光フィールド２４のＹ方向の幅が広く、先読み領域２５Ｄ（又は２５Ｂ）が露光フィールド２４に近づき過ぎた場合や、ウエハの走査速度が速いような場合には、それよりも走査方向に手前側の先読み領域２５Ｅ（又は２５Ａ）内の計測点をサンプル点とすることがある。これは以下の分割先読みモードでも同様である。
【００３５】
次に、分割先読みモードでは、図４（ａ）に示すように、露光フィールド２４に対して＋Ｙ方向にウエハをスキャンする場合には、先読み領域２５Ｂ中の奇数番目の計測点ＡＦ２１，ＡＦ２３，‥‥，ＡＦ２９、及び露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃ中の偶数番目の計測点ＡＦ３２，ＡＦ３４，‥‥，ＡＦ３８がサンプル点となる。逆に、図４（ｂ）に示すように、露光フィールド２４に対して−Ｙ方向にウエハをスキャンする場合には、先読み領域２５Ｄ中の奇数番目の計測点ＡＦ４１，ＡＦ４３，‥‥，ＡＦ４９、及び露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃ中の偶数番目の計測点ＡＦ３２，ＡＦ３４，‥‥，ＡＦ３８がサンプル点となる。
【００３６】
更に、先読みモード、及び分割先読みモードの何れでも、走査露光時のフォーカス位置の計測結果は、ウエハ側のステージの移動座標に応じて逐次変化していくため、それらフォーカス位置の計測結果は、ステージのスキャン方向（Ｙ方向）の座標及び非スキャン方向（Ｘ方向）の計測点の座標よりなる２次元のマップとして図１の主制御系２２内の記憶部に記憶される。このように記憶された計測結果を用いて、露光時のウエハのフォーカス位置及びレベリング角が算出される。そして、際に図１のＺレベリングステージ４を駆動してウエハの露光面のフォーカス位置及びレベリング角を設定する場合は、計測結果に従ってオープンループ制御によりＺレベリングステージ４の動作が制御される。
【００３７】
なお、レチクル及びウエハの走査速度は常に一定ではなく、ウエハ上のフォトレジストの感度等に応じて変更される。このように走査速度が変更される場合には、以下のようなデータ処理を行うことが望ましい。即ち、先ず、先読みモード、及び分割先読みモードの何れでも、走査露光時のフォーカス位置の計測結果（計測データ）は、ウエハ側のステージの移動に同期して所定のサンプリング周波数で、主制御系２２Ａ内のバッファメモリ内のアドレスに順次記憶される。また、図１の主制御系２２Ａ内には、ウエハ側のステージの走査速度ＶW 、及び先読み領域の中心から露光フィールドの中心までの走査方向の間隔Ｇscの情報が供給されている。そして、走査露光の開始後に、実際に図１のＺレベリングステージ４を駆動してウエハの露光面のフォーカス位置及びレベリング角を設定する場合は、主制御系２２Ａでは、内部のバッファメモリ内で現在先読みデータが格納されるアドレスに対して、（間隔Ｇsc／走査速度ＶW ）で表される時間だけ前に読み込まれた計測結果を読み出し、このように読み出した結果を用いてオープンループ制御によりＺレベリングステージ４の動作を制御する。これにより、走査速度が変化しても正確に合焦が行われる。
【００３８】
この場合、先読みモードでは、予め計測された結果に基づいて露光フィールド２４内での露光が行われる。即ち、図５（ａ）に示すように、例えばウエハを＋Ｙ方向に走査するときには、第２列の先読み領域２５Ｂ中の所定のサンプル点でウエハ上の領域２６のフォーカス位置の計測が行われ、その後図５（ｂ）に示すようにウエハ上の領域２６が露光フィールド２４内に達したときに、図５（ａ）での計測結果に基づいて、ウエハ上の領域２６のフォーカシング及びレベリング制御が行われる。一方、分割先読みモードでは、その領域２６のフォーカシング及びレベリング制御を行う際に、図４（ａ）及び（ｂ）に示したように、露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃ中のサンプル点、即ちその領域２６で露光中に計測されるフォーカス位置のデータも合わせて使用される。この分割先読みモードでは、露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃでの計測データは追従誤差（ウエハの露光面と投影光学系の結像面との姿勢の差分）の補正用として使用される。
【００３９】
図６は本例のＺレベリングステージ４及びこの制御系を示し、この図５において、Ｚレベリングステージ４の上面部材は下面部材上に３個の支点２８Ａ〜２８Ｃを介して支持されており、各支点２８Ａ〜２８Ｃはそれぞれフォーカス方向（Ｚ方向）に伸縮自在になっている。各支点２８Ａ〜２８Ｃの伸縮量を調整することにより、Ｚレベリングステージ４上のウエハ５の露光面のフォーカス位置、スキャン方向の傾斜角θY 及び非スキャン方向の傾斜角θX を所望の値に設定することができる。各支点２８Ａ〜２８Ｃの近傍にはそれぞれ、各支点のフォーカス方向の変位量を例えば０．０１μｍ程度の分解能で計測できる高さセンサー２９Ａ〜２９Ｃが取り付けられている。なお、フォーカス方向（Ｚ方向）への位置決め機構として、よりストロークの長い高精度な機構を別に設けても良い。
【００４０】
Ｚレベリングステージ４のレベリング動作を制御するために、主制御系２２Ａはフィルタ部３０Ａ及び３０Ｂにそれぞれ刻々に変化する非スキャン方向の設定すべき傾斜角θX 及びスキャン方向の設定すべき傾斜角θY を供給する。フィルタ部３０Ａ及び３０Ｂはそれぞれ異なるフィルタ特性でフィルタリングして得られた傾斜角を演算部３１に供給し、主制御系２２Ａは演算部３１にはウエハ５上の露光対象とする領域の座標Ｗ（Ｘ，Ｙ）を供給する。更に、不図示の信号ラインを介して主制御系２２Ａは、演算部３１に対してウエハの露光面の設定すべきフォーカス位置の情報をも供給する。演算部３１は、座標Ｗ（Ｘ，Ｙ）、フォーカス位置、及び２つの傾斜角に基づいて駆動部３２Ａ〜３２Ｃに設定すべき変位量の情報を供給する。各駆動部３２Ａ〜３２Ｃにはそれぞれ高さセンサー２９Ａ〜２９Ｃから支点２９Ａ〜２９Ｃの現在の高さの情報も供給され、各駆動部３２Ａ〜３２Ｃはそれぞれ支点２９Ａ〜２９Ｃの高さを演算部３１に設定された高さに設定する。
【００４１】
これにより、ウエハ５の露光面のスキャン方向の傾斜角及び非スキャン方向の傾斜角がそれぞれ所望の値に設定される。
また、支点２８Ａ，２８Ｂ及び２８Ｃが配置されている位置をそれぞれ駆動点ＴＬ１，ＴＬ２及びＴＬ３と呼ぶと、駆動点ＴＬ１及びＴＬ２はＹ軸に平行な１直線上に配置され、駆動点ＴＬ３は駆動点ＴＬ１とＴＬ２との垂直２等分線上に位置している。そして、投影光学系によるスリット状の露光フィールド２４が、ウエハ５上のショット領域ＳＡij上に位置しているものとすると、本例では、支点２８Ａ〜２８Ｃを介してウエハ５のレベリング制御を行う際に、そのショット領域ＳＡijのフォーカス位置は変化しない。従って、レベリング制御とフォーカス制御とが分離した形で行われるようになっている。また、ウエハ５の露光面のフォーカス位置の設定は、３個の支点２８Ａ〜２８Ｃを同じ量だけ変位させることにより行われる。
【００４２】
次に、本例のレベリング動作及びフォーカシング動作につき詳細に説明する。先ず、レベリング用の傾斜角及びフォーカシング用のフォーカス位置の算出法を示す。
（Ａ）傾斜角の算出法
図５に示すように、各列の計測点において非スキャン方向のｍ番目のサンプル点のＸ座標をＸm 、スキャン方向のｎ番目のサンプル点のＹ座標をＹn として、Ｘ座標Ｘm 及びＹ座標Ｙn のサンプル点で計測されたフォーカス位置の値をＡＦ（Ｘm ，Ｙn ）で表す。また、非スキャン方向のサンプル数をＭ、スキャン方向のサンプル数をＮとして、次の演算を行う。但し、和演算Σm は添字ｍに関する１〜Ｍまでの和を表す。
【００４３】
ＳＸ＝Σm Ｘm ，ＳＸ２＝Σm Ｘm 2，ＳＭＺ＝Σm ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ），
ＳＸＺ＝Σm （ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ）・Ｘm ） （１）
同様に、和演算Σn が添字ｎに関する１〜Ｎまでの和を表すものとして、次の演算を行う。
ＳＹ＝Σn Ｙn ，ＳＹ２＝Σn Ｙn 2，ＳＮＺ＝Σn ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ），
ＳＹＺ＝Σn （ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ）・Ｙn ） （２）
そして、（１）式及び（２）式を用いて次の演算を行う。
【００４４】
Ａｎ＝（ＳＸ・ＳＭＺ−Ｍ・ＳＸＺ）／（ＳＸ2−Ｍ・ＳＸ２） （３）
Ａｍ＝（ＳＹ・ＳＮＺ−Ｎ・ＳＹＺ）／（ＳＹ2−Ｎ・ＳＹ２） （４）
次に、各Ａｎより、最小自乗近似によりスキャン方向のｎ番目のサンプル点における非スキャン方向（Ｘ方向）の傾斜角ＡＬ（Ｙn ）を求め、各Ａｍより、最小自乗近似により非スキャン方向のｍ番目のサンプル点におけるスキャン方向（Ｙ方向）の傾斜角ＡＬ（Ｘm ）を求める。その後、次のような平均化処理により非スキャン方向の傾斜角θX 及びスキャン方向の傾斜角θY を求める。
【００４５】
θX ＝（Σn ＡＬ（Ｙn ））／Ｎ （５）
θY ＝（Σm ＡＬ（Ｘm ））／Ｍ （６）
（Ｂ）フォーカス位置算出法
フォーカス位置の算出法には平均化処理法と最大最小検出法とがあり、本例では最大最小検出法でフォーカス位置を算出する。参考のため、平均化処理法では、上述のフォーカス位置の値ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ）を用いて、次式よりウエハ５の露光面の全体としてのフォーカス位置〈ＡＦ〉を計算する。
【００４６】
〈ＡＦ〉＝（Σn Σm ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ））／（Ｍ・Ｎ） （７）
次に、最大最小検出法では、最大値及び最小値を表す関数をそれぞれMax( ）及びMin( ）として、次式よりウエハ５の露光面の全体としてのフォーカス位置ＡＦ′を計算する。
ＡＦ′＝（Max(ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ))＋Min(ＡＦ（Ｘm ，Ｙn )) （８）
そして、図５（ｂ）に示すように、計測された領域２６が露光フィールド２４に達したときには、（５）式、（６）式、（８）式の検出結果θX ，θY 及びＡＦ′に基づいて、図６の３個の支点２８Ａ〜２８Ｃがそれぞれ高さセンサー２９Ａ〜２９Ｃの計測結果を基準としてオープンループで駆動される。具体的に、オートフォーカス制御は、３個の支点２８Ａ〜２８Ｃを同時に駆動することにより実行され、オートレベリング制御は、図６に示す露光フィールド２４内のフォーカス位置が変化しないように実行される。
【００４７】
即ち、図６において、露光フィールド２４の中心点と支点２８Ａ，２８ＢのＸ方向の間隔をＸ1 、露光フィールド２４の中心点と支点２８ＣのＸ方向の間隔をＸ2 、露光フィールド２４の中心点と支点２８ＡのＹ方向の間隔をＹ1 、露光フィールド２４の中心点と支点２８ＢのＹ方向の間隔をＹ2 として、非スキャン方向の傾斜角θX の結果に基づき、支点２８Ａ，２８Ｂと支点２８ＣとにそれぞれＸ1 ：Ｘ2 の比で逆方向の変位が与えられ、スキャン方向の傾斜角θY の結果に基づき、支点２８Ａと支点２８ＢとにそれぞれＹ1 ：Ｙ2 の比で逆方向の変位が与えられる。
【００４８】
次に、本実施例における露光動作の一例につき図７〜図９を参照して説明する。先ず、図７は、本実施例のウエハ５のショット配列を示し、この図７において、ウエハ５上にＸ方向及びＹ方向にそれぞれ所定ピッチでショット領域ＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡ２０が配列されている。１層目への露光を行う際にはショット領域ＳＡ１〜ＳＡ２０は仮想的なものであり、２層目への露光を行う際にはショット領域ＳＡ１〜ＳＡ２０には既にそれぞれ同一又は異なる回路パターンが形成されている。
【００４９】
そして、先ず第１のショット領域ＳＡ１に露光を行う際には、露光フィールド２４に対してウエハ５をＹ方向に走査し、それに同期してレチクル１２（図１参照）を−Ｙ方向に走査する。この結果、ウエハ５に対して相対的に露光フィールド２４は軌跡３３Ａに沿って移動する。この際に、分割先読みモードでは、先読み領域２５Ｄ、及び露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃ内の所定の計測点でフォーカス位置が計測され、この計測結果に基づいてウエハ５のフォーカシング及びレベリングが実行される。但し、そのショット領域ＳＡ１は、ウエハ５の周辺部にあるため、実測されたフォーカス位置のデータをそのまま使用すると、フォーカス位置、及びレベリング角の補正量が大きくなり過ぎて追従精度が悪化する。そのため、以下のように実測されたフォーカス位置のデータが所定の許容値から外れたときには、そのデータを無視するようにしている。
【００５０】
即ち、図８（ａ）は、ショット領域ＳＡ１への露光を開始するために、ウエハ５のＹ方向への走査を開始した直後の状態を示し、この図８（ａ）において、露光フィールド２４及び先読み領域２５Ｄは、ウエハ５の周辺部の薄い部分（ウエハ５に塗布されたフォトレジスト層の膜厚が大きく変化する周辺領域）に位置している。また、本例の多点フォーカス位置検出系では、予め計測点においてその仮想的な基準面が投影光学系８の結像面と一致している、すなわちウエハ５の露光面（例えば表面）が投影光学系８の結像面に合致しているときに、検出されるフォーカス位置が０になるようにキャリブレーションが行われているものとする。このとき、先読み領域２５Ｄ（ウエハ５の表面）で計測されるフォーカス位置ΔＺは、そのまま結像面３９のフォーカス位置からの差分を表しており、そのフォーカス位置ΔＺはかなり大きな値となる。そこで、本実施例では、予め許容値Δｍａｘを定め、その計測されたフォーカス位置ΔＺの絶対値がその許容値Δｍａｘを超える場合には、そのフォーカス位置ΔＺを無視する。具体的に、ショット領域ＳＡ１への露光を行う前に、ショット領域ＳＡ１の例えば中央部でフォーカス位置を計測しておき、図８（ａ）の状態では計測されたフォーカス位置ΔＺの絶対値がその許容値Δｍａｘを超えるものとすると、図８（ａ）の状態ではその予め計測されたフォーカス位置のデータに基づいてＺレベリングステージ４のフォーカス位置、及びレベリング角を制御する。
【００５１】
その後、ウエハ５を更に＋Ｙ方向に走査して図８（ｂ）のように、先読み領域２５Ｄがショット領域ＳＡ１にかかると、計測されるフォーカス位置の絶対値は許容値Δｍａｘ以下になるため、その実測されたフォーカス位置に基づいて、Ｚレベリングステージ４のフォーカス位置、及びレベリング角を制御する。これにより、図８（ａ）の状態から図８（ｂ）の状態に移行する過程で、ウエハ５のフォーカス位置又はレベリング角（傾斜角）が大きく変動することがなくなるため、図８（ｂ）の状態からショット領域ＳＡ１に露光を開始する際に、ショット領域ＳＡ１の露光面は正確に結像面に合わせ込まれる。従って、ウエハ５の走査速度を低くすることなく、オートフォーカス及びオートレベリングの追従精度が良好であり、ショット領域ＳＡ１の全面に高い解像度でレチクルのパターンが露光される。
【００５２】
次に、図７において、ショット領域ＳＡ１への露光終了後に隣のショット領域ＳＡ２への露光を行う際には、図１のウエハＸ軸駆動ステージ３を介してウエハ５を−Ｘ方向にステッピングさせる。これにより、露光フィールド２４はウエハ５に対して＋Ｘ方向に移動して、ショット領域ＳＡ２への走査開始位置に至る。その状態から、露光フィールド２４に対してウエハ５を−Ｙ方向に走査し、それに同期してレチクル１２（図１参照）を＋Ｙ方向に走査する。この結果、ウエハ５に対して相対的に露光フィールド２４は軌跡３３Ｂに沿って移動する。この際に、分割先読みモードでは、先読み領域２５Ｂ、及び露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃ内の所定の計測点でフォーカス位置が計測され、この計測結果に基づいてウエハ５のフォーカシング及びレベリングが実行される。但し、そのショット領域ＳＡ２も、ウエハ５の周辺部にあるため、実測されたフォーカス位置のデータをそのまま使用すると、フォーカス位置、及びレベリング角の補正量が大きくなり過ぎて追従精度が悪化する恐れがある。そのため、以下のようにしている。
【００５３】
即ち、図９（ａ）は、ショット領域ＳＡ２の中央部への露光を行っている状態を示し、この図９（ａ）において、先読み領域２５Ｂでのフォーカス位置の計測結果の結像面からのずれ量は許容値以内であるため、計測結果に基づいてオートフォーカス及びオートレベリングが行われる。
ところが、その後ウエハ５が更に−Ｙ方向に走査されて、図９（ｂ）に示すように、先読み領域２５Ｂがウエハ５の周辺部の薄い部分に移動すると、先読み領域２５Ｂで計測されるフォーカス位置ΔＺ（即ち、結像面からのずれ量）の絶対値は上述の許容値Δｍａｘを超えてしまう。そこで、先読み領域２５Ｂで計測されたフォーカス位置ΔＺの絶対値が許容値Δｍａｘを超えたときには、そのフォーカス位置ΔＺのデータを無視して、Ｚレベリングステージ４のフォーカス位置、及びレベリング角をそれまでに設定されていた値に維持して露光を行う。
【００５４】
但し、図９（ｂ）の状態で、先読み領域２５Ｂで計測されたフォーカス位置ΔＺの絶対値が許容値Δｍａｘを超えるのは、回路パターンが露光されないウエハ５の周辺部であると共に、先読みされたデータが実際に使用されるまでは時間遅れがあるため、ショット領域ＳＡ２への露光に関しては絶対値が許容値Δｍａｘを超えるデータを無視しても殆ど影響はない。しかしながら、このように絶対値が許容値Δｍａｘを超えるデータを無視することにより、図９（ｂ）の状態からＺレベリングステージ４のフォーカス位置及びレベリング角が大きく変化することがなくなる。即ち、Ｚレベリングステージ４の無駄な動作がなくなり、制御系の安定性が高まる利点がある。
【００５５】
図７に戻り、その後同様にしてウエハ５上のショット領域ＳＡ３〜ＳＡ２０への走査露光が行われる。また、各ショット領域ＳＡ３〜ＳＡ２０に対する露光フィールド２４の相対的な走査方向をそれぞれ矢印で示す。この場合、中央部のショット領域ＳＡ３〜ＳＡ１８では先読み領域での計測データをそのまま使用してオートフォーカス及びオートレベリングが実行されるが、周辺部のショット領域ＳＡ１９，ＳＡ２０では、部分的に先読み領域での計測データが無視される。これにより、ウエハ５の各ショット領域をそれぞれ結像面に合わせ込んだ状態で、且つＺレベリングステージ４が無駄な動きをすることなく効率的に走査露光方式での露光が行われる。
【００５６】
なお、図７ではウエハ上の走査方向に対して周辺部のショット領域への露光を行う場合について説明したが、ウエハ上の非走査方向（Ｘ方向）に対して周辺部のショット領域への露光を行う場合につき、図１０を参照して説明する。
図１０は、ウエハ５上のＸ方向のエッジ部に近接して配置されたショット領域ＳＡを示し、この図１０において、ショット領域ＳＡを露光フィールド２４に対して＋Ｙ方向（紙面内右方向）に走査することによりショット領域ＳＡへの露光が行われる。従って、分割先読みモードでは、露光フィールド２４の手前側の先読み領域２５Ｂ内の計測点ＡＦ２１，ＡＦ２３，…，ＡＦ２９で計測されたフォーカス位置のデータ、及び露光フィールド２４内の計測領域の計測点で計測されたフォーカス位置のデータが使用される。
【００５７】
また、図１０では、ショット領域ＳＡの走査方向の両端部がウエハ５からはみ出しているものとする。このような場合でも、例えばショット領域ＳＡ内に２個の同じ回路パターン３４Ａ及び３４Ｂが形成されるときには、回路パターン３４Ａの部分だけは正常に露光されるため、ショット領域ＳＡの全体が無駄になることはない。しかしながら、露光フィールド２４に対してショット領域ＳＡを＋Ｙ方向に走査すると、先読み領域２５Ｂ内の端部の計測点ＡＦ２１でのフォーカス位置の絶対値は、初期位置３５Ａでは許容値Δｍａｘを超え、中間の位置３５Ｂでは許容値Δｍａｘ以内となり、走査終了に近い位置３５Ｃでは再び許容値Δｍａｘを超えてしまう。即ち、計測点ＡＦ２１でのフォーカス位置の絶対値は、Ｙ方向の両端の区間ΔＹ１及びΔＹ３では許容値Δｍａｘを超え、中央の区間ΔＹ２では許容値Δｍａｘ以内となる。
【００５８】
そこで、このような場合には、区間ΔＹ１及びΔＹ３での計測データを使用するときには計測点ＡＦ２１での計測データを無視し、区間ΔＹ２での計測データを使用するときには計測点ＡＦ２１での計測データも使用するようにする。これにより、ショット領域ＳＡのフォーカス位置及び傾斜角が、ウエハ５の周辺部の露光に適さない領域の計測データによって誤った値に設定されることが防止され、少なくとも回路パターン３４Ａの領域には高い解像度でレチクルのパターンが露光される。
【００５９】
更に、先読み領域の計測点での計測値がウエハ周辺部の欠けショット（図１０のショット領域ＳＡのようなショット領域）で許容値Δｍａｘを超えた場合だけでなく、ウエハの内部についても計測値について許容値（閾値）を設定してもよい。
つまり、露光領域中にはプロセス段差以外に、例えばウエハの裏面のレジスト残屑のような異物に起因するＺレベリングステージ４では追従できないような大きさの凹凸が存在する場合があり、このような場合、先読み領域内の計測値の一部にフォーカス位置の特異的な大きな変動として現れる。例えば図１０において、ショット領域ＳＡの裏面に異物Ｑが付着していると、区間ΔＹ１内で先読み領域２５Ｂ内の計測点ＡＦ２３での計測値が大きく変動し、この計測値をそのまま使用すると、Ｚレベリングステージ４では追従できないためにその異物Ｑの付着領域の近くの領域が合焦されなくなる。そこで、本例では、ウエハの内部において先読み領域内の１つ又は複数個の計測点でのフォーカス位置の計測値が、所定の許容値を超えたとき、所定の大きさを超える異物がウエハ裏面にあると認識すると共に、主制御系２２Ａ内のバッファメモリに、異物が存在するウエハ上の位置の座標（又は異物が存在するショット領域の位置）、及びそのときのフォーカス位置の変動量を記憶する。
【００６０】
また、この際のフォーカス位置の変動量としては、Ｚ方向のみの変位を用いてもよいが、ウエハステージの移動に伴うフォーカス位置の変化量を用いてもよい。
そして、このフォーカス位置の変動量が局所的な変化の場合は、一例としてその異物が存在する位置でのフォーカス位置の計測値を、高さ及び傾斜角の制御情報としては除外する。その局所的な変化とはＺレベリングステージ４の追従性能から判断され、Ｚレベリングステージ４の追従応答以上のフォーカス変化量のみを無視するのが最もよい。
【００６１】
また、主制御系２２Ａ内に格納された異物情報はウエハの露光終了時に付属のＣＲＴディスプレイ上に異物マップとして表示してもよい。また、オンライン回線を用いてホストコンピュータ上に異物情報を送り、異物情報をオンライン回線上のホストコンピュータで管理してもよい。
なお、上述実施例においては、ウエハの露光面の多点のフォーカス位置を計測するために、２次元的に配列されたスリット状の開口パターン像をウエハ上に投影する多点フォーカス位置検出系が使用されている。しかしながら、その代わりに、例えばウエハ上の１列の先読み領域に対しては、非スキャン方向に細長いスリット状になっているパターンの像を投影し、その非スキャン方向の全体のフォーカス位置を計測するフォーカス位置検出系を使用しても良い。また、明暗パターンを投影してそのパターン像の横ずれ量を検出する画像処理方式のフォーカス位置検出系を用いて、ウエハの露光面上の２次元的なフォーカス位置の分布を計測する場合でも、上述実施例と同様の分割先読み等を適用することにより、高精度なフォーカシング及びレベリングを行うことができる。
【００６２】
なお、本発明は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の走査露光方法及び走査露光装置によれば、基板の表面の高さが部分的に大きく変化しているような場合でも、それ以外の部分をその結像面にほぼ正確に合わせ込むことができる。また、計測された複数の計測点での高さの一部が投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外してその基板の高さ及び傾斜角をそれぞれそれ制御することにより、オートレベリングを行うときの追従精度が全体として悪化することがなくなる。
【００６４】
また、照明領域と共役な露光領域に対して走査方向に手前側で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点で基板の高さを計測するのと並行して、露光領域内で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点でも基板の高さを計測する場合には、露光領域内の計測データと先読みされた計測データとを用いて、より高精度にオートフォーカスが行われる。
【００６５】
また、先読みされた高さより基板の表面の高さ分布を求めると、基板の表面又は底面に異物が付着している場合、その部分の高さが周辺部に対して大きく例えば凸状に変化する。従って、その高さ分布から異物の付着領域が検出できる。
更に、このように基板の表面又は底面に所定の大きさを超える異物が付着していると判定されたときに、その異物の付着位置で先読みされた高さの情報を基板の高さ又は傾斜角の制御情報として使用しないことにより、周辺部が正確に結像面に合焦される。この場合、検出された異物が小さく、オートフォーカス又はオートレベリング機構で追従可能なときには、その異物に起因する凹凸情報を用いた方が合焦精度は高まることが予想される。そこで、追従可能な範囲の最大の大きさをその所定の大きさとして、追従できない大きさの異物の高さ情報を無視することにより、不要な合焦動作が防止できる。
【００６６】
また、検出された異物情報を、ディスプレイ上に異物マップとして表示することによって異物の存在する位置が分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による走査露光方法の一実施例が適用される投影露光装置を示す構成図である。
【図２】 図１の投影露光装置の多点フォーカス位置検出系の光学系を示す構成図である。
【図３】 （ａ）は実施例において投影光学系による露光フィールドを含む領域に２次元的な配列で投影されたスリット状の開口パターン像を示す平面図、（ｂ）は多点フォーカス位置検出系のパターン形成板上の開口パターンを示す図、（ｃ）は受光器上の受光素子の配列を示す図である。
【図４】 （ａ）は実施例で分割先読みを行う場合のサンプル点を示す図、（ｂ）は逆方向にスキャンする場合で且つ分割先読みを行う場合のサンプル点を示す図である。
【図５】 先読みしたフォーカス位置を用いて露光を行う場合を示す説明図である。
【図６】 実施例のオートフォーカス及びオートレベリング用の機構並びにその制御部を示す構成図である。
【図７】 ウエハ上のショット配列の一例を示す平面図である。
【図８】 分割先読み方式でショット領域ＳＡ１に露光を行う場合の動作の説明に供する要部の拡大断面図である。
【図９】 分割先読み方式でショット領域ＳＡ２に露光を行う場合の動作の説明に供する要部の拡大断面図である。
【図１０】 ウエハ５上の非走査方向のエッジ部に近いショット領域に露光を行う場合の説明に供するウエハの部分拡大平面図である。
【符号の説明】
２ ウエハＹ軸駆動ステージ
４ Ｚレベリングステージ
５ ウエハ
８ 投影光学系
１０ レチクルＹ駆動ステージ
１２ レチクル
２２Ａ 主制御系
２４ スリット状の露光フィールド
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｄ，２５Ｅ 先読み領域
２５Ｃ 計測領域
６２Ａ パターン形成板
６９Ａ 受光器
７１Ａ 信号処理装置
ＡＦ１１〜ＡＦ５９ 計測点
ＳＡ１〜ＳＡ２０ ショット領域
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばスリットスキャン方式、又はステップ・アンド・スキャン方式等でマスクパターンを感光性の基板上に逐次露光する走査露光方法及び装置に関し、特にオートフォーカス又はオートレベリングを行いながら走査露光方式で露光を行う場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンを感光材が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写する投影露光装置が使用されている。従来の投影露光装置としては、ウエハの各ショット領域を順次投影光学系の露光フィールド内に移動させて、各ショット領域にそれぞれレチクルのパターン像を一括露光するというステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（ステッパー）が多く使用されていた。
【０００３】
このようなステッパー方式の投影露光装置においては、ウエハの各ショット領域を投影光学系の結像面に合わせ込むためのオートフォーカス機構、及びオートレベリング機構が設けられている。これらオートフォーカス機構、及びオートレベリング機構は、投影光学系の露光フィールド内の所定の計測点（又は計測領域）でのフォーカス位置（又は傾斜角）を計測し、この計測結果に基づいて例えばサーボ系によりウエハのフォーカス位置（又は傾斜角）を補正するものである。この場合、ウエハは露光中静止しているため、オートフォーカス機構、及びオートレベリング機構の応答速度が遅くとも、特に不都合はなかった。
【０００４】
これに対して、最近の半導体素子等においてはパターンが益々微細化しているため、投影光学系の解像力を高めることが求められている。解像力を高めるための手法には、露光光の波長の短波長化、又は投影光学系の開口数の増大等の手法があるが、何れの手法を用いる場合でも、従来例と同じ程度の露光フィールドを確保しようとすると、露光フィールドの全面で結像性能（ディストーション、像面湾曲等）を所定の精度に維持することが困難になってきている。そこで最近見直されているのが、所謂スリットスキャン方式、又はステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光方式の投影露光装置である。
【０００５】
この走査露光方式の投影露光装置では、矩形状、円弧状、又は２次元的に配置された複数の台形状等の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」という）に対してレチクル及びウエハを相対的に同期して走査しながら、そのレチクルのパターンがウエハ上に露光される。従って、ステッパー方式と同じ面積のパターンをウエハ上に露光する場合、走査露光方式では、ステッパー方式に比べて投影光学系の露光フィールドを小さくすることができ、露光フィールド内での結像性能が向上する可能性がある。
【０００６】
また、従来レチクルの大きさの主流は６インチサイズであり、投影光学系の投影倍率の主流は１／５倍であったが、半導体素子等の回路パターンの大面積化により、倍率１／５倍のもとでのレチクルの大きさは６インチサイズでは間に合わなくなっている。そのため、投影光学系の投影倍率を例えば１／４倍に変更した投影露光装置を設計する必要がある。そして、このような被転写パターンの大面積化に応えるためにも、走査露光方式が有利である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
斯かる走査露光方式の投影露光装置においても、走査露光中にウエハの各ショット領域を結像面に合わせ込む機構が必要である。ところが、走査露光方式でステッパー方式と同様に、実際の露光領域内でウエハのフォーカス位置（又は傾斜角）を計測し、この計測結果に基づいて補正を行うものとしても、ウエハが走査されていると共に、オートフォーカス機構（又はオートレベリング機構）の応答速度が所定の値であるために、実際の露光領域を結像面に合わせ込むのが困難であるという不都合がある。
【０００８】
また、その応答速度を考慮して、実際の露光領域に対して走査方向に手前側の計測点でウエハのフォーカス位置を先読みし、この先読みした結果に基づいて露光領域でのフォーカス位置（又は傾斜角）を補正する方法も考えられる。しかしながら、このような先読み方式をそのまま採用した場合、ウエハの周辺部等においてウエハの表面の高さが大きく変化する領域があると、オートフォーカス機構（又はオートレベリング機構）での補正量が大きくなり過ぎて、実際の露光領域が結像面に追従できない恐れがある。これを避けるためには、ウエハの走査速度を低くすればよいが、それでは露光工程のスループットが低下してしまう。
【０００９】
更に、例えばウエハとウエハホルダとの間にレジスト残屑等の大きな異物が挟まれている場合にも、ウエハの表面の高さが大きく変化する。従って、異物が存在する領域での先読み情報をそのまま使用すると、フォーカス位置又は傾斜角の補正量が大きくなり過ぎて、実際の露光面が結像面に追従できない恐れがある。更に、異物が存在する領域では高さが部分的に大きく変化するため、その異物が存在する領域での先読み情報をそのまま使用すると、他の領域でのフォーカス位置又は傾斜角が実際の値から大きく外れてしまう恐れがある。
【００１０】
本発明は斯かる点に鑑み、走査露光方式で露光する際に、走査速度を低くすることなく、ウエハ等の感光性の基板上の実際の露光領域を投影光学系の結像面に対して正確に合わせ込むと共に、感光性の基板表面の高さが大きく変化するような場合にも、全体としてオートフォーカス又はオートレベリングの追従精度を悪化させないようにすることを目的とする。
【００１１】
更に、本発明は、例えばその基板の裏面等に大きな異物が存在して、その基板の表面の高さが部分的に大きく変化しているような場合でも、それ以外の部分をその結像面にほぼ正確に合わせ込むことができる走査露光方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の走査露光方法は、例えば図１〜図３に示すように、転写用のパターンが形成されたマスク（１２）上の所定形状の照明領域を照明し、この照明領域内のパターンを投影光学系（８）を介して感光性の基板（５）上に投影し、その照明領域に対してマスク（１２）を所定方向に走査するのと同期して基板（５）をその照明領域と共役な露光領域（２４）に対して所定方向（±Ｙ方向）に走査することにより、マスク（１２）上のパターンを逐次基板（８）上に露光する方法において、例えば図１０に示すように、その照明領域に共役な露光領域（２４）に対してその走査方向に手前側でその走査方向に交差する方向に配列された複数の計測点（ＡＦ２１〜ＡＦ２９）でその基板のその投影光学系の光軸方向の高さを先読みし、このように先読みされた高さに基づいてその露光領域内のその基板の高さ（フォーカス位置）を制御するに際して、該計測された複数の計測点での高さの一部がその投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外してその基板の高さの制御を行うものである。
【００１３】
この場合、その先読みされた高さに基づいて基板（５）の傾斜角の制御（レベリング）をも行い、その計測された複数の計測点での高さの一部が投影光学系（８）の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外してその基板の高さ及び傾斜角をそれぞれそれ制御することが望ましい。
【００１４】
また、その露光領域（２４）に対して走査方向に手前側で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点（２５Ｄ）で基板（５）の高さを計測するのと並行して、露光領域（２４）内で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点（２５Ｃ）でも基板（５）の高さを計測し、それぞれの計測点で得られた計測結果に基づいてその基板の高さおよび傾斜角をそれぞれ制御することが望ましい。
【００１５】
また、そのように先読みされた高さより基板（５）の表面の高さ分布を求め、この高さ分布より基板（５）の表面又は底面に付着している異物の検出を行うことが望ましい。
更に、基板（５）の表面又は底面に所定の大きさを超える異物が付着していると判定されたときに、その異物の付着位置で先読みされた高さの情報を基板（５）の高さ又は傾斜角の制御情報として使用しないことが望ましい。
【００１６】
また、検出された異物情報を、ディスプレイ上に異物マップとして表示することが望ましい。
更に、本発明の走査露光装置は、マスク（１２）上の転写用のパターンの一部を投影光学系（８）を介して感光性の基板上の所定形状の露光領域（２４）に投影し、そのマスクをその投影光学系に対して所定方向に走査するのと同期してその基板をその所定方向に対応する方向に走査することにより、そのマスクのパターンを逐次その基板上に転写露光する走査露光装置において、露光領域（２４）に対して走査方向に手前側で走査方向に交差する方向に配列された複数の計測点（ＡＦ２１〜ＡＦ２９）で基板の投影光学系の光軸方向の高さを先読みするフォーカス位置検出系（６０〜７１Ａ）と、該先読みされた高さに基づいて露光領域内の基板の高さを制御するに際して、該計測された複数の計測点での高さの一部が投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外して前記基板の高さの制御を行う制御系（２２Ａ）と、を有することを特徴とするものである。
【００１７】
【作用】
斯かる本発明の走査露光方法及び装置によれば、マスク（１２）及び基板（５）を同期して走査して基板（５）上にマスク（１２）のパターン像を露光する際に、基板（５）上で走査方向に対して手前側の計測点（２５Ｄ）で基板（５）の高さを計測する。その後、先読み方式で高さが計測された領域がマスク（１２）のパターン像の露光領域（２４）に達した際に、先読みした高さに基づいてその領域の高さを設定する。これにより、走査露光方式でも走査速度を低くすることなく、基板（５）の露光面が投影光学系（８）の結像面にほぼ正確に合わせ込まれる。即ち、オートフォーカスが行われる。
【００１８】
また、例えば図１０に示すように、複数の計測点（ＡＦ２１〜ＡＦ２９）で先読みされた高さの一部が結像面（３９）に対して所定の許容範囲を超えた外れた場合には、許容範囲を外れた高さのデータを除外してその基板の高さの制御を行う。このことにより、基板の表面の高さが部分的に大きく変化しているような場合でも、それ以外の部分をその結像面にほぼ正確に合わせ込むことができる。また、オートフォーカスの制御量が急激に大きくなり全体として追従精度が悪化することもなくなる。一般に基板（５）上で高さが急激に変化する部分は、基板（５）の周辺部の露光に適さない部分であることが多いため、その部分での計測データを無視しても影響は少ない。
【００１９】
次に、そのように基板（５）を走査しながら所定の計測点で高さを先読みすることにより、基板（５）上での非走査方向の傾斜角も検出でき、検出された傾斜角に基づいて基板（５）の傾斜角の制御（レベリング）をも行うことができる。この際にも、その計測された複数の計測点での高さの一部が投影光学系（８）の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外してその基板の高さ及び傾斜角をそれぞれそれ制御することにより、オートレベリングを行うときの追従精度が全体として悪化することがなくなる。
【００２０】
また、その照明領域と共役な露光領域（２４）に対して走査方向に手前側で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点（２５Ｄ）で基板（５）の高さを計測するのと並行して、露光領域（２４）内で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点（２５Ｃ）でも基板（５）の高さを計測する場合には、露光領域（２４）内の計測データと先読みされた計測データとを用いて、より高精度にオートフォーカスが行われる。
【００２１】
また、先読みされた高さより基板（５）の表面の高さ分布を求めると、基板（５）の表面又は底面に異物が付着している場合、その部分の高さが周辺部に対して大きく例えば凸状に変化する。従って、その高さ分布から異物の付着領域が検出できる。
更に、このように基板（５）の表面又は底面に所定の大きさを超える異物が付着していると判定されたときに、その異物の付着位置で先読みされた高さの情報を基板（５）の高さ又は傾斜角の制御情報として使用しないことにより、周辺部が正確に結像面に合焦される。この場合、検出された異物が小さく、オートフォーカス又はオートレベリング機構で追従可能なときには、その異物に起因する凹凸情報を用いた方が合焦精度は高まることが予想される。そこで、追従可能な範囲の最大の大きさをその所定の大きさとして、追従できない大きさの異物の高さ情報を無視することにより、不要な合焦動作が防止できる。
【００２２】
また、検出された異物情報を、ディスプレイ上に異物マップとして表示することによって異物の存在する位置が分かる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例につき図面を参照して説明する。本実施例は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置で露光を行う際に本発明を適用したものである。
図１は本実施例で使用される投影露光装置を示し、この図１において、図示省略された照明光学系からの露光光ＥＬによる矩形の照明領域（以下、「スリット状の照明領域」という）によりレチクル１２上のパターンが照明され、そのパターンの像が投影光学系８を介してウエハ５上に投影露光される。この際、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取ると、露光光ＥＬのスリット状の照明領域に対して、レチクル１２が＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に一定速度Ｖで走査されるのに同期して、ウエハ５は−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に一定速度Ｖ・β（βは投影光学系８の投影倍率）で走査される。投影倍率βは例えば１／４、又は１／５である。
【００２４】
レチクル１２及びウエハ５の駆動系について説明するに、レチクル支持台９上にＹ軸方向に移動自在にレチクルＹ駆動ステージ１０が載置され、このレチクルＹ駆動ステージ１０上にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、レチクル微小駆動ステージ１１上にレチクル１２が真空チャック等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ１１は、投影光学系８の光軸に垂直な面内で図１の紙面に平行なＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にそれぞれ微小量だけ且つ高精度にレチクル１２の位置制御を行う。レチクル微小駆動ステージ１１上には移動鏡２１が配置され、レチクル支持台９上に配置された干渉計１４によって、常時レチクル微小駆動ステージ１１のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニターされている。干渉計１４により得られた位置情報Ｓ１が主制御系２２Ａに供給されている。
【００２５】
一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ軸方向に移動自在にウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その上にＸ軸方向に移動自在にウエハＸ軸駆動ステージ３が載置され、その上にＺレベリングステージ４が設けられ、このＺレベリングステージ４上にウエハ５が真空吸着によって保持されている。Ｚレベリングステージ４上にも移動鏡７が固定され、外部に配置された干渉計１３により、Ｚレベリングステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニターされ、干渉計１３により得られた位置情報も主制御系２２Ａに供給されている。主制御系２２Ａは、ウエハ駆動装置２２Ｂ等を介してウエハＹ軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ３及びＺレベリングステージ４の位置決め動作を制御すると共に、装置全体の動作を制御する。
【００２６】
また、ウエハ側の干渉計１３によって計測される座標により規定されるウエハ座標系と、レチクル側の干渉計１４によって計測される座標により規定されるレチクル座標系の対応をとるために、Ｚレベリングステージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定されている。この基準マーク板６上には各種基準マークが形成されている。これらの基準マークの中にはＺレベリングステージ４側に導かれた照明光により裏側から照明されている基準マーク、即ち発光性の基準マークも設けられている。
【００２７】
本例のレチクル１２の上方には、基準マーク板６上の基準マークとレチクル１２上のマークとを同時に観察するためのレチクルアライメント顕微鏡１９及び２０が装備されている。この場合、レチクル１２からの検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡１９及び２０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系２２Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１８によりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は露光光ＥＬの光路外に退避される。
【００２８】
図１の走査露光方式の投影露光装置には、斜め入射型の多点フォーカス位置検出系が装着されている。本例の多点フォーカス位置検出系は、露光領域内、及び露光領域に対して走査方向に手前側でそれぞれウエハのフォーカス位置（投影光学系８の光軸方向の位置）を検出する先読み方式である。
図２は本実施例の多点フォーカス位置検出系の光学系を示し、この図２において、レチクル１２上のパターン形成面（レチクル面）とウエハ５の露光面とは投影光学系８に関して共役になっている必要があるが、レチクル面はあまり変動しない。そこで、斜め入射型の多点のフォーカス位置検出系によってウエハ５の露光面が投影光学系８の結像面に焦点深度の範囲内で合致しているかどうか（合焦しているかどうか）のみを検出し、この検出結果に基づいてウエハ５の露光面のフォーカス位置及び傾斜角の制御を行う。
【００２９】
多点のフォーカス位置検出系において、露光光ＥＬとは異なりウエハ５上のフォトレジストを感光させない照明光が、図示省略された照明光源から光ファイバ束６０を介して導かれている。光ファイバ束６０から射出された照明光は、集光レンズ６１を経てパターン形成板６２Ａを照明する。パターン形成板６２Ａを透過した照明光は、レンズ６３、ミラー６４及び照射対物レンズ６５を経てウエハ５の露光面に投影され、ウエハ５の露光面にはパターン形成板６２Ａ上のパターンの像が投影光学系８の光軸ＡＸ１に対して斜めに投影結像される。ウエハ５で反射された照明光は、集光対物レンズ６６、回転方向振動板６７及び結像レンズ６８を経て受光器６９Ａの受光面に再投影され、受光器６９Ａの受光面には、パターン形成板６２Ａ上のパターンの像が再結像される。この場合、主制御系２２Ａは加振装置７０を介して回転方向振動板６７に後述のような振動を与え、受光器６９Ａの多数の受光素子からの検出信号が信号処理装置７１Ａに供給され、信号処理装置７１Ａは、各検出信号を加振装置７０の駆動信号で同期検波して得た多数のフォーカス信号を主制御系２２Ａに供給する。
【００３０】
図３（ｂ）は、図２の本例のパターン形成板６２Ａを示し、図３（ｂ）に示すように、パターン形成板６２Ａの第１列目には９個のスリット状の開口パターン７２−１１〜７２−１９が形成され、第２列目〜第５列目にもそれぞれ９個の開口パターン７２−２１〜７２−５９が形成されている。即ち、パターン形成板６２Ａには、合計で４５個のスリット状の開口パターンが形成されており、これらのスリット状の開口パターンの像が図２のウエハ５の露光面上にＸ軸及びＹ軸に対して斜めに投影される。
【００３１】
図３（ａ）は、本例の投影光学系８の下方のウエハ５の露光面を示し、この図３（ａ）において、投影光学系８の円形の照明視野２３に内接するＸ方向に長い矩形の露光フィールド２４内に図２のレチクル１２のパターンが露光され、この露光フィールド２４に対してＹ方向にウエハ５が走査（スキャン）される。本例の多点フォーカス位置検出系により、露光フィールド２４のＹ方向の上側のＸ方向に伸びた第１列の９個の計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１９よりなる先読み領域２５Ａ、第２列の計測点ＡＦ２１〜ＡＦ２９よりなる先読み領域２５Ｂ、露光フィールド２４内の第３列の計測点ＡＦ３１〜ＡＦ３９よりなる計測領域２５Ｃ、露光フィールド２４のＹ方向の下側の第４列の計測点ＡＦ４１〜ＡＦ４９よりなる先読み領域２５Ｄ、及び第５列の計測点ＡＦ５１〜ＡＦ５９よりなる先読み領域２５Ｅにそれぞれスリット状の開口パターンの像が投影される。
【００３２】
図３（ｃ）は、本例の多点フォーカス位置検出系の受光器６９Ａを示し、この受光器６９Ａ上の第１列目には９個の受光素子７５−１１〜７５−１９が配置され、第２列目〜第５列目にもそれぞれ９個の受光素子７５−２１〜７５−５９が配置されている。即ち、受光器６９Ａには、合計で４５個の受光素子が配列されており、各受光素子上にはスリット状の絞り（図示省略）が配置されている。また、それら受光素子７５−１１〜７５−５９上にそれぞれ図３（ａ）の計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９に投影されたスリット状の開口パターンの像が再結像される。各受光素子７５−１１〜７５−５９の検出信号は信号処理装置７１Ａに供給されている。そして、ウエハ５の露光面で反射された光を、図２の回転方向振動板６７で振動することで、受光器６９Ａ上では再結像された各像の位置が絞りの幅方向であるＲＤ方向に振動する。
【００３３】
また、図３（ａ）の各計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９上のスリット状の開口の像は、投影光学系８の光軸に対して斜めに投影されているため、ウエハ５の露光面のフォーカス位置が変化すると、それら投影像の受光器６９Ａ上での再結像位置はＲＤ方向に変化する。従って、信号処理装置７１Ａ内で、各受光素子７５−１１〜７５−５９の検出信号をそれぞれ回転方向振動板６７の加振信号で同期検波することで、計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９のフォーカス位置にそれぞれ対応する４５個のフォーカス信号が得られる。これら４５個のフォーカス信号の内の所定のフォーカス信号より後述のように、ウエハの露光面の傾斜角（レベリング角）及び平均的なフォーカス位置を算出する。これら計測されたレベリング角及びフォーカス位置は図２の主制御系２２Ａに供給され、主制御系２２Ａは、その供給されたレベリング角及びフォーカス位置に基づいて駆動装置２２Ｂ及びＺレベリングステージ４を介してウエハ５のレベリング角及びフォーカス位置の設定を行う。
【００３４】
従って、本例では図３（ａ）に示す４５個の全ての計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９のフォーカス位置を計測することができる。但し、本例では、図４に示すように、ウエハのスキャン方向に応じてそれら４５個の計測点中で実際にフォーカス位置を計測する点（以下、「サンプル点」という）の位置を変えている。また、本実施例では、先読み領域２５Ａ若しくは２５Ｂ（又は２５Ｅ若しくは２５Ｄ）のみでフォーカス位置の先読みを行う「先読みモード」と、それら先読み領域の他に露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃでもフォーカス位置を計測する「分割先読みモード」とを有している。先ず、単純な先読みモードでは、例えばウエハを−Ｙ方向に走査するときには、先読み領域２５Ｄ内の全ての計測点ＡＦ４１〜ＡＦ４９をサンプル点として計測を行う。逆に、ウエハを＋Ｙ方向に走査する際には、先読み領域２５Ｂ（又は２５Ａ）内の計測点がサンプル点となる。なお、露光フィールド２４のＹ方向の幅が広く、先読み領域２５Ｄ（又は２５Ｂ）が露光フィールド２４に近づき過ぎた場合や、ウエハの走査速度が速いような場合には、それよりも走査方向に手前側の先読み領域２５Ｅ（又は２５Ａ）内の計測点をサンプル点とすることがある。これは以下の分割先読みモードでも同様である。
【００３５】
次に、分割先読みモードでは、図４（ａ）に示すように、露光フィールド２４に対して＋Ｙ方向にウエハをスキャンする場合には、先読み領域２５Ｂ中の奇数番目の計測点ＡＦ２１，ＡＦ２３，‥‥，ＡＦ２９、及び露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃ中の偶数番目の計測点ＡＦ３２，ＡＦ３４，‥‥，ＡＦ３８がサンプル点となる。逆に、図４（ｂ）に示すように、露光フィールド２４に対して−Ｙ方向にウエハをスキャンする場合には、先読み領域２５Ｄ中の奇数番目の計測点ＡＦ４１，ＡＦ４３，‥‥，ＡＦ４９、及び露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃ中の偶数番目の計測点ＡＦ３２，ＡＦ３４，‥‥，ＡＦ３８がサンプル点となる。
【００３６】
更に、先読みモード、及び分割先読みモードの何れでも、走査露光時のフォーカス位置の計測結果は、ウエハ側のステージの移動座標に応じて逐次変化していくため、それらフォーカス位置の計測結果は、ステージのスキャン方向（Ｙ方向）の座標及び非スキャン方向（Ｘ方向）の計測点の座標よりなる２次元のマップとして図１の主制御系２２内の記憶部に記憶される。このように記憶された計測結果を用いて、露光時のウエハのフォーカス位置及びレベリング角が算出される。そして、際に図１のＺレベリングステージ４を駆動してウエハの露光面のフォーカス位置及びレベリング角を設定する場合は、計測結果に従ってオープンループ制御によりＺレベリングステージ４の動作が制御される。
【００３７】
なお、レチクル及びウエハの走査速度は常に一定ではなく、ウエハ上のフォトレジストの感度等に応じて変更される。このように走査速度が変更される場合には、以下のようなデータ処理を行うことが望ましい。即ち、先ず、先読みモード、及び分割先読みモードの何れでも、走査露光時のフォーカス位置の計測結果（計測データ）は、ウエハ側のステージの移動に同期して所定のサンプリング周波数で、主制御系２２Ａ内のバッファメモリ内のアドレスに順次記憶される。また、図１の主制御系２２Ａ内には、ウエハ側のステージの走査速度ＶW 、及び先読み領域の中心から露光フィールドの中心までの走査方向の間隔Ｇscの情報が供給されている。そして、走査露光の開始後に、実際に図１のＺレベリングステージ４を駆動してウエハの露光面のフォーカス位置及びレベリング角を設定する場合は、主制御系２２Ａでは、内部のバッファメモリ内で現在先読みデータが格納されるアドレスに対して、（間隔Ｇsc／走査速度ＶW ）で表される時間だけ前に読み込まれた計測結果を読み出し、このように読み出した結果を用いてオープンループ制御によりＺレベリングステージ４の動作を制御する。これにより、走査速度が変化しても正確に合焦が行われる。
【００３８】
この場合、先読みモードでは、予め計測された結果に基づいて露光フィールド２４内での露光が行われる。即ち、図５（ａ）に示すように、例えばウエハを＋Ｙ方向に走査するときには、第２列の先読み領域２５Ｂ中の所定のサンプル点でウエハ上の領域２６のフォーカス位置の計測が行われ、その後図５（ｂ）に示すようにウエハ上の領域２６が露光フィールド２４内に達したときに、図５（ａ）での計測結果に基づいて、ウエハ上の領域２６のフォーカシング及びレベリング制御が行われる。一方、分割先読みモードでは、その領域２６のフォーカシング及びレベリング制御を行う際に、図４（ａ）及び（ｂ）に示したように、露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃ中のサンプル点、即ちその領域２６で露光中に計測されるフォーカス位置のデータも合わせて使用される。この分割先読みモードでは、露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃでの計測データは追従誤差（ウエハの露光面と投影光学系の結像面との姿勢の差分）の補正用として使用される。
【００３９】
図６は本例のＺレベリングステージ４及びこの制御系を示し、この図５において、Ｚレベリングステージ４の上面部材は下面部材上に３個の支点２８Ａ〜２８Ｃを介して支持されており、各支点２８Ａ〜２８Ｃはそれぞれフォーカス方向（Ｚ方向）に伸縮自在になっている。各支点２８Ａ〜２８Ｃの伸縮量を調整することにより、Ｚレベリングステージ４上のウエハ５の露光面のフォーカス位置、スキャン方向の傾斜角θY 及び非スキャン方向の傾斜角θX を所望の値に設定することができる。各支点２８Ａ〜２８Ｃの近傍にはそれぞれ、各支点のフォーカス方向の変位量を例えば０．０１μｍ程度の分解能で計測できる高さセンサー２９Ａ〜２９Ｃが取り付けられている。なお、フォーカス方向（Ｚ方向）への位置決め機構として、よりストロークの長い高精度な機構を別に設けても良い。
【００４０】
Ｚレベリングステージ４のレベリング動作を制御するために、主制御系２２Ａはフィルタ部３０Ａ及び３０Ｂにそれぞれ刻々に変化する非スキャン方向の設定すべき傾斜角θX 及びスキャン方向の設定すべき傾斜角θY を供給する。フィルタ部３０Ａ及び３０Ｂはそれぞれ異なるフィルタ特性でフィルタリングして得られた傾斜角を演算部３１に供給し、主制御系２２Ａは演算部３１にはウエハ５上の露光対象とする領域の座標Ｗ（Ｘ，Ｙ）を供給する。更に、不図示の信号ラインを介して主制御系２２Ａは、演算部３１に対してウエハの露光面の設定すべきフォーカス位置の情報をも供給する。演算部３１は、座標Ｗ（Ｘ，Ｙ）、フォーカス位置、及び２つの傾斜角に基づいて駆動部３２Ａ〜３２Ｃに設定すべき変位量の情報を供給する。各駆動部３２Ａ〜３２Ｃにはそれぞれ高さセンサー２９Ａ〜２９Ｃから支点２９Ａ〜２９Ｃの現在の高さの情報も供給され、各駆動部３２Ａ〜３２Ｃはそれぞれ支点２９Ａ〜２９Ｃの高さを演算部３１に設定された高さに設定する。
【００４１】
これにより、ウエハ５の露光面のスキャン方向の傾斜角及び非スキャン方向の傾斜角がそれぞれ所望の値に設定される。
また、支点２８Ａ，２８Ｂ及び２８Ｃが配置されている位置をそれぞれ駆動点ＴＬ１，ＴＬ２及びＴＬ３と呼ぶと、駆動点ＴＬ１及びＴＬ２はＹ軸に平行な１直線上に配置され、駆動点ＴＬ３は駆動点ＴＬ１とＴＬ２との垂直２等分線上に位置している。そして、投影光学系によるスリット状の露光フィールド２４が、ウエハ５上のショット領域ＳＡij上に位置しているものとすると、本例では、支点２８Ａ〜２８Ｃを介してウエハ５のレベリング制御を行う際に、そのショット領域ＳＡijのフォーカス位置は変化しない。従って、レベリング制御とフォーカス制御とが分離した形で行われるようになっている。また、ウエハ５の露光面のフォーカス位置の設定は、３個の支点２８Ａ〜２８Ｃを同じ量だけ変位させることにより行われる。
【００４２】
次に、本例のレベリング動作及びフォーカシング動作につき詳細に説明する。先ず、レベリング用の傾斜角及びフォーカシング用のフォーカス位置の算出法を示す。
（Ａ）傾斜角の算出法
図５に示すように、各列の計測点において非スキャン方向のｍ番目のサンプル点のＸ座標をＸm 、スキャン方向のｎ番目のサンプル点のＹ座標をＹn として、Ｘ座標Ｘm 及びＹ座標Ｙn のサンプル点で計測されたフォーカス位置の値をＡＦ（Ｘm ，Ｙn ）で表す。また、非スキャン方向のサンプル数をＭ、スキャン方向のサンプル数をＮとして、次の演算を行う。但し、和演算Σm は添字ｍに関する１〜Ｍまでの和を表す。
【００４３】
ＳＸ＝Σm Ｘm ，ＳＸ２＝Σm Ｘm 2，ＳＭＺ＝Σm ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ），
ＳＸＺ＝Σm （ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ）・Ｘm ） （１）
同様に、和演算Σn が添字ｎに関する１〜Ｎまでの和を表すものとして、次の演算を行う。
ＳＹ＝Σn Ｙn ，ＳＹ２＝Σn Ｙn 2，ＳＮＺ＝Σn ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ），
ＳＹＺ＝Σn （ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ）・Ｙn ） （２）
そして、（１）式及び（２）式を用いて次の演算を行う。
【００４４】
Ａｎ＝（ＳＸ・ＳＭＺ−Ｍ・ＳＸＺ）／（ＳＸ2−Ｍ・ＳＸ２） （３）
Ａｍ＝（ＳＹ・ＳＮＺ−Ｎ・ＳＹＺ）／（ＳＹ2−Ｎ・ＳＹ２） （４）
次に、各Ａｎより、最小自乗近似によりスキャン方向のｎ番目のサンプル点における非スキャン方向（Ｘ方向）の傾斜角ＡＬ（Ｙn ）を求め、各Ａｍより、最小自乗近似により非スキャン方向のｍ番目のサンプル点におけるスキャン方向（Ｙ方向）の傾斜角ＡＬ（Ｘm ）を求める。その後、次のような平均化処理により非スキャン方向の傾斜角θX 及びスキャン方向の傾斜角θY を求める。
【００４５】
θX ＝（Σn ＡＬ（Ｙn ））／Ｎ （５）
θY ＝（Σm ＡＬ（Ｘm ））／Ｍ （６）
（Ｂ）フォーカス位置算出法
フォーカス位置の算出法には平均化処理法と最大最小検出法とがあり、本例では最大最小検出法でフォーカス位置を算出する。参考のため、平均化処理法では、上述のフォーカス位置の値ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ）を用いて、次式よりウエハ５の露光面の全体としてのフォーカス位置〈ＡＦ〉を計算する。
【００４６】
〈ＡＦ〉＝（Σn Σm ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ））／（Ｍ・Ｎ） （７）
次に、最大最小検出法では、最大値及び最小値を表す関数をそれぞれMax( ）及びMin( ）として、次式よりウエハ５の露光面の全体としてのフォーカス位置ＡＦ′を計算する。
ＡＦ′＝（Max(ＡＦ（Ｘm ，Ｙn ))＋Min(ＡＦ（Ｘm ，Ｙn )) （８）
そして、図５（ｂ）に示すように、計測された領域２６が露光フィールド２４に達したときには、（５）式、（６）式、（８）式の検出結果θX ，θY 及びＡＦ′に基づいて、図６の３個の支点２８Ａ〜２８Ｃがそれぞれ高さセンサー２９Ａ〜２９Ｃの計測結果を基準としてオープンループで駆動される。具体的に、オートフォーカス制御は、３個の支点２８Ａ〜２８Ｃを同時に駆動することにより実行され、オートレベリング制御は、図６に示す露光フィールド２４内のフォーカス位置が変化しないように実行される。
【００４７】
即ち、図６において、露光フィールド２４の中心点と支点２８Ａ，２８ＢのＸ方向の間隔をＸ1 、露光フィールド２４の中心点と支点２８ＣのＸ方向の間隔をＸ2 、露光フィールド２４の中心点と支点２８ＡのＹ方向の間隔をＹ1 、露光フィールド２４の中心点と支点２８ＢのＹ方向の間隔をＹ2 として、非スキャン方向の傾斜角θX の結果に基づき、支点２８Ａ，２８Ｂと支点２８ＣとにそれぞれＸ1 ：Ｘ2 の比で逆方向の変位が与えられ、スキャン方向の傾斜角θY の結果に基づき、支点２８Ａと支点２８ＢとにそれぞれＹ1 ：Ｙ2 の比で逆方向の変位が与えられる。
【００４８】
次に、本実施例における露光動作の一例につき図７〜図９を参照して説明する。先ず、図７は、本実施例のウエハ５のショット配列を示し、この図７において、ウエハ５上にＸ方向及びＹ方向にそれぞれ所定ピッチでショット領域ＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡ２０が配列されている。１層目への露光を行う際にはショット領域ＳＡ１〜ＳＡ２０は仮想的なものであり、２層目への露光を行う際にはショット領域ＳＡ１〜ＳＡ２０には既にそれぞれ同一又は異なる回路パターンが形成されている。
【００４９】
そして、先ず第１のショット領域ＳＡ１に露光を行う際には、露光フィールド２４に対してウエハ５をＹ方向に走査し、それに同期してレチクル１２（図１参照）を−Ｙ方向に走査する。この結果、ウエハ５に対して相対的に露光フィールド２４は軌跡３３Ａに沿って移動する。この際に、分割先読みモードでは、先読み領域２５Ｄ、及び露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃ内の所定の計測点でフォーカス位置が計測され、この計測結果に基づいてウエハ５のフォーカシング及びレベリングが実行される。但し、そのショット領域ＳＡ１は、ウエハ５の周辺部にあるため、実測されたフォーカス位置のデータをそのまま使用すると、フォーカス位置、及びレベリング角の補正量が大きくなり過ぎて追従精度が悪化する。そのため、以下のように実測されたフォーカス位置のデータが所定の許容値から外れたときには、そのデータを無視するようにしている。
【００５０】
即ち、図８（ａ）は、ショット領域ＳＡ１への露光を開始するために、ウエハ５のＹ方向への走査を開始した直後の状態を示し、この図８（ａ）において、露光フィールド２４及び先読み領域２５Ｄは、ウエハ５の周辺部の薄い部分（ウエハ５に塗布されたフォトレジスト層の膜厚が大きく変化する周辺領域）に位置している。また、本例の多点フォーカス位置検出系では、予め計測点においてその仮想的な基準面が投影光学系８の結像面と一致している、すなわちウエハ５の露光面（例えば表面）が投影光学系８の結像面に合致しているときに、検出されるフォーカス位置が０になるようにキャリブレーションが行われているものとする。このとき、先読み領域２５Ｄ（ウエハ５の表面）で計測されるフォーカス位置ΔＺは、そのまま結像面３９のフォーカス位置からの差分を表しており、そのフォーカス位置ΔＺはかなり大きな値となる。そこで、本実施例では、予め許容値Δｍａｘを定め、その計測されたフォーカス位置ΔＺの絶対値がその許容値Δｍａｘを超える場合には、そのフォーカス位置ΔＺを無視する。具体的に、ショット領域ＳＡ１への露光を行う前に、ショット領域ＳＡ１の例えば中央部でフォーカス位置を計測しておき、図８（ａ）の状態では計測されたフォーカス位置ΔＺの絶対値がその許容値Δｍａｘを超えるものとすると、図８（ａ）の状態ではその予め計測されたフォーカス位置のデータに基づいてＺレベリングステージ４のフォーカス位置、及びレベリング角を制御する。
【００５１】
その後、ウエハ５を更に＋Ｙ方向に走査して図８（ｂ）のように、先読み領域２５Ｄがショット領域ＳＡ１にかかると、計測されるフォーカス位置の絶対値は許容値Δｍａｘ以下になるため、その実測されたフォーカス位置に基づいて、Ｚレベリングステージ４のフォーカス位置、及びレベリング角を制御する。これにより、図８（ａ）の状態から図８（ｂ）の状態に移行する過程で、ウエハ５のフォーカス位置又はレベリング角（傾斜角）が大きく変動することがなくなるため、図８（ｂ）の状態からショット領域ＳＡ１に露光を開始する際に、ショット領域ＳＡ１の露光面は正確に結像面に合わせ込まれる。従って、ウエハ５の走査速度を低くすることなく、オートフォーカス及びオートレベリングの追従精度が良好であり、ショット領域ＳＡ１の全面に高い解像度でレチクルのパターンが露光される。
【００５２】
次に、図７において、ショット領域ＳＡ１への露光終了後に隣のショット領域ＳＡ２への露光を行う際には、図１のウエハＸ軸駆動ステージ３を介してウエハ５を−Ｘ方向にステッピングさせる。これにより、露光フィールド２４はウエハ５に対して＋Ｘ方向に移動して、ショット領域ＳＡ２への走査開始位置に至る。その状態から、露光フィールド２４に対してウエハ５を−Ｙ方向に走査し、それに同期してレチクル１２（図１参照）を＋Ｙ方向に走査する。この結果、ウエハ５に対して相対的に露光フィールド２４は軌跡３３Ｂに沿って移動する。この際に、分割先読みモードでは、先読み領域２５Ｂ、及び露光フィールド２４内の計測領域２５Ｃ内の所定の計測点でフォーカス位置が計測され、この計測結果に基づいてウエハ５のフォーカシング及びレベリングが実行される。但し、そのショット領域ＳＡ２も、ウエハ５の周辺部にあるため、実測されたフォーカス位置のデータをそのまま使用すると、フォーカス位置、及びレベリング角の補正量が大きくなり過ぎて追従精度が悪化する恐れがある。そのため、以下のようにしている。
【００５３】
即ち、図９（ａ）は、ショット領域ＳＡ２の中央部への露光を行っている状態を示し、この図９（ａ）において、先読み領域２５Ｂでのフォーカス位置の計測結果の結像面からのずれ量は許容値以内であるため、計測結果に基づいてオートフォーカス及びオートレベリングが行われる。
ところが、その後ウエハ５が更に−Ｙ方向に走査されて、図９（ｂ）に示すように、先読み領域２５Ｂがウエハ５の周辺部の薄い部分に移動すると、先読み領域２５Ｂで計測されるフォーカス位置ΔＺ（即ち、結像面からのずれ量）の絶対値は上述の許容値Δｍａｘを超えてしまう。そこで、先読み領域２５Ｂで計測されたフォーカス位置ΔＺの絶対値が許容値Δｍａｘを超えたときには、そのフォーカス位置ΔＺのデータを無視して、Ｚレベリングステージ４のフォーカス位置、及びレベリング角をそれまでに設定されていた値に維持して露光を行う。
【００５４】
但し、図９（ｂ）の状態で、先読み領域２５Ｂで計測されたフォーカス位置ΔＺの絶対値が許容値Δｍａｘを超えるのは、回路パターンが露光されないウエハ５の周辺部であると共に、先読みされたデータが実際に使用されるまでは時間遅れがあるため、ショット領域ＳＡ２への露光に関しては絶対値が許容値Δｍａｘを超えるデータを無視しても殆ど影響はない。しかしながら、このように絶対値が許容値Δｍａｘを超えるデータを無視することにより、図９（ｂ）の状態からＺレベリングステージ４のフォーカス位置及びレベリング角が大きく変化することがなくなる。即ち、Ｚレベリングステージ４の無駄な動作がなくなり、制御系の安定性が高まる利点がある。
【００５５】
図７に戻り、その後同様にしてウエハ５上のショット領域ＳＡ３〜ＳＡ２０への走査露光が行われる。また、各ショット領域ＳＡ３〜ＳＡ２０に対する露光フィールド２４の相対的な走査方向をそれぞれ矢印で示す。この場合、中央部のショット領域ＳＡ３〜ＳＡ１８では先読み領域での計測データをそのまま使用してオートフォーカス及びオートレベリングが実行されるが、周辺部のショット領域ＳＡ１９，ＳＡ２０では、部分的に先読み領域での計測データが無視される。これにより、ウエハ５の各ショット領域をそれぞれ結像面に合わせ込んだ状態で、且つＺレベリングステージ４が無駄な動きをすることなく効率的に走査露光方式での露光が行われる。
【００５６】
なお、図７ではウエハ上の走査方向に対して周辺部のショット領域への露光を行う場合について説明したが、ウエハ上の非走査方向（Ｘ方向）に対して周辺部のショット領域への露光を行う場合につき、図１０を参照して説明する。
図１０は、ウエハ５上のＸ方向のエッジ部に近接して配置されたショット領域ＳＡを示し、この図１０において、ショット領域ＳＡを露光フィールド２４に対して＋Ｙ方向（紙面内右方向）に走査することによりショット領域ＳＡへの露光が行われる。従って、分割先読みモードでは、露光フィールド２４の手前側の先読み領域２５Ｂ内の計測点ＡＦ２１，ＡＦ２３，…，ＡＦ２９で計測されたフォーカス位置のデータ、及び露光フィールド２４内の計測領域の計測点で計測されたフォーカス位置のデータが使用される。
【００５７】
また、図１０では、ショット領域ＳＡの走査方向の両端部がウエハ５からはみ出しているものとする。このような場合でも、例えばショット領域ＳＡ内に２個の同じ回路パターン３４Ａ及び３４Ｂが形成されるときには、回路パターン３４Ａの部分だけは正常に露光されるため、ショット領域ＳＡの全体が無駄になることはない。しかしながら、露光フィールド２４に対してショット領域ＳＡを＋Ｙ方向に走査すると、先読み領域２５Ｂ内の端部の計測点ＡＦ２１でのフォーカス位置の絶対値は、初期位置３５Ａでは許容値Δｍａｘを超え、中間の位置３５Ｂでは許容値Δｍａｘ以内となり、走査終了に近い位置３５Ｃでは再び許容値Δｍａｘを超えてしまう。即ち、計測点ＡＦ２１でのフォーカス位置の絶対値は、Ｙ方向の両端の区間ΔＹ１及びΔＹ３では許容値Δｍａｘを超え、中央の区間ΔＹ２では許容値Δｍａｘ以内となる。
【００５８】
そこで、このような場合には、区間ΔＹ１及びΔＹ３での計測データを使用するときには計測点ＡＦ２１での計測データを無視し、区間ΔＹ２での計測データを使用するときには計測点ＡＦ２１での計測データも使用するようにする。これにより、ショット領域ＳＡのフォーカス位置及び傾斜角が、ウエハ５の周辺部の露光に適さない領域の計測データによって誤った値に設定されることが防止され、少なくとも回路パターン３４Ａの領域には高い解像度でレチクルのパターンが露光される。
【００５９】
更に、先読み領域の計測点での計測値がウエハ周辺部の欠けショット（図１０のショット領域ＳＡのようなショット領域）で許容値Δｍａｘを超えた場合だけでなく、ウエハの内部についても計測値について許容値（閾値）を設定してもよい。
つまり、露光領域中にはプロセス段差以外に、例えばウエハの裏面のレジスト残屑のような異物に起因するＺレベリングステージ４では追従できないような大きさの凹凸が存在する場合があり、このような場合、先読み領域内の計測値の一部にフォーカス位置の特異的な大きな変動として現れる。例えば図１０において、ショット領域ＳＡの裏面に異物Ｑが付着していると、区間ΔＹ１内で先読み領域２５Ｂ内の計測点ＡＦ２３での計測値が大きく変動し、この計測値をそのまま使用すると、Ｚレベリングステージ４では追従できないためにその異物Ｑの付着領域の近くの領域が合焦されなくなる。そこで、本例では、ウエハの内部において先読み領域内の１つ又は複数個の計測点でのフォーカス位置の計測値が、所定の許容値を超えたとき、所定の大きさを超える異物がウエハ裏面にあると認識すると共に、主制御系２２Ａ内のバッファメモリに、異物が存在するウエハ上の位置の座標（又は異物が存在するショット領域の位置）、及びそのときのフォーカス位置の変動量を記憶する。
【００６０】
また、この際のフォーカス位置の変動量としては、Ｚ方向のみの変位を用いてもよいが、ウエハステージの移動に伴うフォーカス位置の変化量を用いてもよい。
そして、このフォーカス位置の変動量が局所的な変化の場合は、一例としてその異物が存在する位置でのフォーカス位置の計測値を、高さ及び傾斜角の制御情報としては除外する。その局所的な変化とはＺレベリングステージ４の追従性能から判断され、Ｚレベリングステージ４の追従応答以上のフォーカス変化量のみを無視するのが最もよい。
【００６１】
また、主制御系２２Ａ内に格納された異物情報はウエハの露光終了時に付属のＣＲＴディスプレイ上に異物マップとして表示してもよい。また、オンライン回線を用いてホストコンピュータ上に異物情報を送り、異物情報をオンライン回線上のホストコンピュータで管理してもよい。
なお、上述実施例においては、ウエハの露光面の多点のフォーカス位置を計測するために、２次元的に配列されたスリット状の開口パターン像をウエハ上に投影する多点フォーカス位置検出系が使用されている。しかしながら、その代わりに、例えばウエハ上の１列の先読み領域に対しては、非スキャン方向に細長いスリット状になっているパターンの像を投影し、その非スキャン方向の全体のフォーカス位置を計測するフォーカス位置検出系を使用しても良い。また、明暗パターンを投影してそのパターン像の横ずれ量を検出する画像処理方式のフォーカス位置検出系を用いて、ウエハの露光面上の２次元的なフォーカス位置の分布を計測する場合でも、上述実施例と同様の分割先読み等を適用することにより、高精度なフォーカシング及びレベリングを行うことができる。
【００６２】
なお、本発明は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の走査露光方法及び走査露光装置によれば、基板の表面の高さが部分的に大きく変化しているような場合でも、それ以外の部分をその結像面にほぼ正確に合わせ込むことができる。また、計測された複数の計測点での高さの一部が投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外してその基板の高さ及び傾斜角をそれぞれそれ制御することにより、オートレベリングを行うときの追従精度が全体として悪化することがなくなる。
【００６４】
また、照明領域と共役な露光領域に対して走査方向に手前側で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点で基板の高さを計測するのと並行して、露光領域内で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点でも基板の高さを計測する場合には、露光領域内の計測データと先読みされた計測データとを用いて、より高精度にオートフォーカスが行われる。
【００６５】
また、先読みされた高さより基板の表面の高さ分布を求めると、基板の表面又は底面に異物が付着している場合、その部分の高さが周辺部に対して大きく例えば凸状に変化する。従って、その高さ分布から異物の付着領域が検出できる。
更に、このように基板の表面又は底面に所定の大きさを超える異物が付着していると判定されたときに、その異物の付着位置で先読みされた高さの情報を基板の高さ又は傾斜角の制御情報として使用しないことにより、周辺部が正確に結像面に合焦される。この場合、検出された異物が小さく、オートフォーカス又はオートレベリング機構で追従可能なときには、その異物に起因する凹凸情報を用いた方が合焦精度は高まることが予想される。そこで、追従可能な範囲の最大の大きさをその所定の大きさとして、追従できない大きさの異物の高さ情報を無視することにより、不要な合焦動作が防止できる。
【００６６】
また、検出された異物情報を、ディスプレイ上に異物マップとして表示することによって異物の存在する位置が分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による走査露光方法の一実施例が適用される投影露光装置を示す構成図である。
【図２】 図１の投影露光装置の多点フォーカス位置検出系の光学系を示す構成図である。
【図３】 （ａ）は実施例において投影光学系による露光フィールドを含む領域に２次元的な配列で投影されたスリット状の開口パターン像を示す平面図、（ｂ）は多点フォーカス位置検出系のパターン形成板上の開口パターンを示す図、（ｃ）は受光器上の受光素子の配列を示す図である。
【図４】 （ａ）は実施例で分割先読みを行う場合のサンプル点を示す図、（ｂ）は逆方向にスキャンする場合で且つ分割先読みを行う場合のサンプル点を示す図である。
【図５】 先読みしたフォーカス位置を用いて露光を行う場合を示す説明図である。
【図６】 実施例のオートフォーカス及びオートレベリング用の機構並びにその制御部を示す構成図である。
【図７】 ウエハ上のショット配列の一例を示す平面図である。
【図８】 分割先読み方式でショット領域ＳＡ１に露光を行う場合の動作の説明に供する要部の拡大断面図である。
【図９】 分割先読み方式でショット領域ＳＡ２に露光を行う場合の動作の説明に供する要部の拡大断面図である。
【図１０】 ウエハ５上の非走査方向のエッジ部に近いショット領域に露光を行う場合の説明に供するウエハの部分拡大平面図である。
【符号の説明】
２ ウエハＹ軸駆動ステージ
４ Ｚレベリングステージ
５ ウエハ
８ 投影光学系
１０ レチクルＹ駆動ステージ
１２ レチクル
２２Ａ 主制御系
２４ スリット状の露光フィールド
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｄ，２５Ｅ 先読み領域
２５Ｃ 計測領域
６２Ａ パターン形成板
６９Ａ 受光器
７１Ａ 信号処理装置
ＡＦ１１〜ＡＦ５９ 計測点
ＳＡ１〜ＳＡ２０ ショット領域
Claims (7)
- マスク上の転写用のパターンの一部を投影光学系を介して感光性の基板上の所定形状の露光領域に投影し、前記マスクを前記投影光学系に対して所定方向に走査するのと同期して前記基板を前記所定方向に対応する方向に走査することにより、前記マスクのパターンを逐次前記基板上に転写露光する走査露光方法において、
前記露光領域に対して前記走査方向に手前側で前記走査方向に交差する方向に配列された複数の計測点で前記基板の前記投影光学系の光軸方向の高さを先読みし、
該先読みされた高さに基づいて前記露光領域内の前記基板の高さを制御するに際して、該計測された複数の計測点での高さの一部が前記投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外して前記基板の高さの制御を行うことを特徴とする走査露光方法。 - 前記先読みされた高さに基づいて前記基板の傾斜角の制御をも行い、前記計測された複数の計測点での高さの一部が前記投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外して前記基板の高さ及び傾斜角をそれぞれそれ制御することを特徴とする請求項１記載の走査露光方法。
- 前記露光領域内に対して走査方向に手前側で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点で前記基板の高さを計測するのと並行して、前記露光領域内で走査方向に交差する方向に配列された一列の計測点で前記基板の高さを計測し、
前記それぞれの計測点で得られた計測結果に基づいて前記基板の高さおよび傾斜角をそれぞれ制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の走査露光方法。 - 前記先読みされた高さより前記基板の表面の高さ分布を求め、該高さ分布より前記基板の表面又は底面に付着している異物の検出を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の走査露光方法。
- 前記基板の表面又は底面に所定の大きさを超える異物が付着していると判定されたときに、前記異物の付着位置で先読みされた高さの情報を前記基板の高さ又は傾斜角の制御情報として使用しないことを特徴とする請求項４記載の走査露光方法。
- 前記検出された異物情報を、ディスプレイ上に異物マップとして表示することを特徴とする請求項４又は５に記載の走査露光方法。
- マスク上の転写用のパターンの一部を投影光学系を介して感光性の基板上の所定形状の露光領域に投影し、前記マスクを前記投影光学系に対して所定方向に走査するのと同期して前記基板を前記所定方向に対応する方向に走査することにより、前記マスクのパターンを逐次前記基板上に転写露光する走査露光装置において、
前記露光領域に対して前記走査方向に手前側で前記走査方向に交差する方向に配列された複数の計測点で前記基板の前記投影光学系の光軸方向の高さを先読みするフォーカス位置検出系と、
該先読みされた高さに基づいて前記露光領域内の前記基板の高さを制御するに際して、該計測された複数の計測点での高さの一部が前記投影光学系の結像面に対して所定の許容範囲を超えて外れたときに、該許容範囲を外れた高さのデータを除外して前記基板の高さの制御を行う制御系と、
を有することを特徴とする走査露光装置。
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