JPH0837149A

JPH0837149A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH0837149A
Application number: JP7072874A
Authority: JP
Inventors: Yuji Imai; 裕二今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-05-18
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-02-06
Anticipated expiration: 2019-08-18
Also published as: US6195154B1; KR100378475B1; JP3555230B2; US6327025B1; KR950034480A

Abstract

(57)【要約】【目的】感光基板の各ショット領域の凹凸の状態に依
らず、各ショット領域を最適な状態で投影光学系による
結像面に合わせ込んで露光を行う。【構成】ウエハＷのショット領域上の計測点Ｐ１〜Ｐ
５でＺ方向の位置検出を行い、検出結果及び予め分かっ
ているプロセス構造のデータより、そのショット領域の
凹凸分布を求める。例えばパターン領域４０Ｂに最も線
幅の狭いパターンが露光されるときには、そのパターン
領域４０Ｂを合焦基準面として、そのパターン領域４０
Ｂを基準とした他の領域の段差（Ｚ_A−Ｚ_B）を、オフ
セットとして最良結像面４２の高さに加算する。加算後
の結像面４２Ａに露光面を合致させることにより、パタ
ーン領域４０Ｂが最良結像面４２に合焦される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感光基板上に回路パタ
ーン等のマスクパターンを転写する投影露光装置に関
し、特に感光基板の焦点合わせのための焦点検出装置を
備えた投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より投影露光装置では、レチクル
（又はフォトマスク等）のパターンを高解像力の投影光
学系を介して感光基板（フォトレジスト層が塗布された
ウエハやガラスプレート等）上に投影露光する際、レチ
クルのパターンの結像面に正確に感光基板の露光面を合
致させる作業、即ち焦点合わせが必須のこととなってい
る。近年、投影光学系の焦点深度は狭くなる一方で、露
光用照明光として波長３６５ｎｍのｉ線を用いたもので
も、±０．７μｍ程度の深度しか得られないのが現状で
ある。更に投影光学系の投影視野は年々増大する傾向に
あり、広い露光視野（例えば２２ｍｍ角）の全面に亘っ
て極力大きな焦点深度を確保することが望まれている。

【０００３】このように広い露光視野全面で良好に焦点
合わせを行うためには、何れにしろその露光視野内に入
る感光基板上の部分領域（ショット領域）の平坦性と、
結像面の平坦性（即ち、像面湾曲、及び像面傾斜が小さ
いこと）とが共に良好であることが要求される。このう
ち像面湾曲と像面傾斜とに関しては投影光学系自体の光
学性能に依存するところが大きいが、その他にレチクル
の平面度、平行度が要因になることもある。一方、感光
基板上の部分領域、即ち１回の投影露光領域（ショット
領域）毎の平坦度は、感光基板によってその程度に差異
があるが、感光基板を保持するホルダーを微小量だけ傾
けることによって感光基板上のショット領域の表面と結
像面とを平行に設定することが可能である。

【０００４】このように感光基板上の１つのショット領
域の表面の傾きも考慮して焦点合わせを行う手法とし
て、特開昭５８−１１３７０６号公報、特開昭５５−１
３４８号公報等に開示された技術が知られている。特に
特開昭５５−１３４８号公報では投影光学系を介して感
光基板上の４点に光ビームのスポットを投射し、その反
射光によるスポット像を光電検出して感光基板の焦点合
わせ、及び傾き補正（レベリング）を行う技術が開示さ
れている。

【０００５】ところが、最近の半導体素子等は基板上に
多くの複雑な構造のパターンを積み重ねて製造されるた
め、感光基板上の露光面の平坦性は悪くなる傾向にあ
る。そのため、感光基板上のショット領域内の凹凸の状
態を計測し、この計測結果を考慮してそのショット領域
の平均的な面を投影光学系による結像面に合わせ込む技
術の開発が行われている。例えば、特開平２−１９８１
３０号公報においては、感光基板の投影光学系の光軸方
向の位置を固定してその感光基板を移動させて、感光基
板上のショット領域内の複数の計測点で投影光学系の光
軸方向の位置（フォーカス位置）を計測し、この計測結
果の平均値を求めることにより、そのショット領域内で
のパターンの構造や配置の相違に起因するフォーカス位
置のオフセット値を求める面位置検出方法が開示されて
いる。この方法では、そのオフセット値を各ショット領
域の例えば中央の計測点でのフォーカス位置の計測結果
に加えることにより、ショット領域内の凹凸を考慮した
平均的なフォーカス位置が計測される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の投
影露光装置では、所定のショット領域内の複数の特定の
計測点で計測されたフォーカス位置を平均化することに
より、フォーカス位置のオフセット値を求めていた。し
かしながら、実際には感光基板の各ショット領域の露光
面の凹凸の状態は、プロセス構造（パターンの配置や段
差等）によって様々であり、特定の複数の計測点でのフ
ォーカス位置を平均化するだけでは、各ショット領域の
平均的な面の形状を正確に求めることはできない。その
ため、露光プロセスによって、感光基板上の各ショット
領域内のパターンの配置や段差等が変化すると、各ショ
ット領域の平均的な面を投影光学系の結像面に対して焦
点深度の範囲内に収めることができない場合が生ずると
いう不都合がある。

【０００７】また、各ショット領域の平均的な面を結像
面に合わせ込むのではなく、例えば各ショット領域内で
最も線幅が狭いパターンが露光される領域を重点的に合
焦させたいような場合でも、従来の方法ではその重点的
に合焦させたい領域を結像面に合わせ込むことは困難で
あった。本発明は斯かる点に鑑み、感光基板の各ショッ
ト領域の凹凸の状態に依らず、各ショット領域を最適な
状態で投影光学系による結像面に合わせ込んで露光を行
うことができる投影露光装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、マスクパターン（Ｒ）を感光性の基板（Ｗ）上に
投影する投影光学系（ＰＬ）と、その基板を保持して投
影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）に垂直な平面内でその
基板の位置決めを行う基板ステージ（２１）と、その基
板の傾斜角及びその基板の投影光学系（ＰＬ）の光軸方
向の高さを調整するフォーカス・レベリングステージ
（２０）と、その感光性の基板に対して非感光性の光を
用いて、投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）に対して斜
めに投影光学系（ＰＬ）による露光領域（ＳＡ）内の複
数の計測点（Ｐ１〜Ｐ５）に焦点検出用のパターンの像
（ＳＴ）を投影する投射光学系（１〜６）と、それら複
数の計測点からの反射光を集光してそれら複数の計測点
上の焦点検出用のパターンの像を再結像する受光光学系
（７〜１０）と、この受光光学系により再結像された複
数の像のそれぞれの横ずれ量に対応する検出信号を生成
する複数の光電検出手段（１５，１３，１７）と、これ
ら複数の光電検出手段からの検出信号（ＦＳａ〜ＦＳ
ｅ）に基づいてフォーカス・レベリングステージ（２
０）の動作を制御する制御手段（３０，１８）と、を有
する投影露光装置において、それら複数の計測点での対
応する光電検出手段の検出信号、及び基板（Ｗ）の露光
面のプロセス構造（パターンの配置、段差等）に基づい
て、それら複数の計測点毎に独立に基板（Ｗ）上の合焦
の基準面（４０Ｂ）を投影光学系（ＰＬ）による結像面
（４２）に合わせ込むためのオフセット値を求める演算
手段（３０Ｂ）を設けたものである。

【０００９】この場合、その投射光学系から投影光学系
（ＰＬ）による露光領域（ＳＡ）内にその焦点検出用の
パターンの像（ＳＴ）を投影した状態で、基板ステージ
（２１）を駆動して基板（Ｗ）を走らせることにより、
露光領域（ＳＡ）内の全面に分布する複数の計測点でそ
れぞれ対応する光電検出手段の検出信号を求め、演算手
段（３０Ｂ）は、その全面に分布する複数の計測点での
その光電検出手段の検出信号、及びその基板の露光面の
プロセス構造に基づいて、それら複数の計測点毎に独立
にその基板上の合焦の基準面（４０Ｂ）を投影光学系
（ＰＬ）による結像面（４２）に合わせ込むためのオフ
セット値を求めることが望ましい。

【００１０】また、その投射光学系から投影光学系（Ｐ
Ｌ）による露光領域（ＳＡ）内に焦点検出用のパターン
の像（ＳＴ）を投影する際に使用される光束（ＩＬ）
を、１００ｎｍ以上の帯域幅を有する光束とすることが
望ましい。また、その投射光学系内からそれら複数の光
電検出手段までの光路上に、その投射光学系から投影光
学系（ＰＬ）による露光領域内に焦点検出用のパターン
の像（ＳＴ）を投影する際に使用される光束の波長感度
特性を一様化するための光学的フィルタ（６０）を配置
することが望ましい。

【００１１】更に、演算手段（３０Ｂ）は、それら複数
の計測点毎に独立に求められたオフセット値を用いて、
投影光学系（ＰＬ）による結像面（４２）の高さに応じ
た目標値を補正することが望ましい。

【００１２】

【作用】斯かる本発明によれば、例えば図８（ａ）に示
すように、基板（Ｗ）上の投影光学系による露光領域内
の複数の計測点（Ｐ１〜Ｐ５）上に焦点検出用のパター
ンの像が投影され、これらの像が受光光学系により再結
像され、再結像された像の横ずれ量に対応する検出信号
（ＦＳａ〜ＦＳｅ）が光電検出手段（例えば図７のアレ
イセンサー１５中の画素）から出力される。斜入射方式
では、それら再結像される像の横ずれ量と、対応する計
測点の投影光学系（ＰＬ）の光軸方向の位置（フォーカ
ス位置）とはほぼ比例するため、それら検出信号から対
応する計測点のフォーカス位置（これらをＺ₁〜Ｚ₅と
する）が求められる。

【００１３】しかし、実際には、図８（ａ）に示すよう
に、基板（Ｗ）の露光面にはそれまでの露光工程等によ
り凹凸のあるパターンが形成されていることがある。ま
た、そのような凹凸が有る場合、最も線幅の狭いパター
ンが露光される面（例えば周辺部より窪んだ面であるこ
とが分かっている）を面（４０Ｂ）とすると、この面
（４０Ｂ）を結像面（４２）に合わせることが望まし
い。この際に、例えば計測点（Ｐ３）で計測された検出
信号の値（フォーカス位置）が最も小さいことから、そ
の計測点（Ｐ３）が面（４０Ｂ）上にあることが分か
る。そこで、その面（４０Ｂ）を基板（Ｗ）上の合焦の
基準面として、プロセス構造のデータに基づいてその基
準面（４０Ｂ）と他の露光面（４０Ａ，４０Ｃ）との高
さの差分（Ｚ_A−Ｚ_B）に対応する検出信号を他の計測
点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５）でのオフセット値とす
る。また、計測点（Ｐ３）でのオフセット値は０であ
る。

【００１４】その後、例えば実際に検出された検出信号
からそのオフセット値を差し引いた値に基づいて合焦及
びレベリングを行うと、図８（ｂ）に示すように、基準
面（４０Ｂ）が結像面（４２）に合焦される。また、基
板（Ｗ）上の複数の計測点（Ｐ１〜Ｐ５）が例えば図５
に示すように、露光領域（ＳＡ）のほぼ対角線上に配列
されているような場合には、それら計測点（Ｐ１〜Ｐ
５）上の焦点検出用のパターンの投影像に対して基板
（Ｗ）を所定方向（Ｘ方向）に走査することにより、そ
の露光領域（ＳＡ）のほぼ全面に分布する計測点での検
出信号が得られる。従って、その露光領域（ＳＡ）の全
面に複雑な凹凸分布があるような場合でも、その凹凸分
布の表面の所定の部分（例えば最も線幅の狭いパターン
が露光される領域）を基準面として、この基準面と他の
部分との高さの差分に対応する検出信号を各計測点での
オフセット値とする。これにより、その基準面を合焦さ
せることができる。

【００１５】次に、その合焦及びレベリングを行うため
の手順の他の例は、例えば図８（ａ）において、先ず光
電検出手段による検出信号、及びプロセス構造に基づい
て、基準面（４０Ｂ）から他の面（４０Ａ，４０Ｃ）へ
の高さの差分（Ｚ_A−Ｚ_B）に応じたオフセット値を求
め、このオフセット値を結像面（４２）の高さに応じた
検出信号のレベルに加算することである。この加算結果
に対応する面は破線で示すような面（４２Ａ）となる。
そこで、例えば最小自乗法により、各計測点（Ｐ１〜Ｐ
５）の検出信号とその面（４２Ａ）の検出信号との差分
が最小になるように基板（Ｗ）の高さを制御することに
より、図８（ｂ）に示すように、基準面（４０Ｂ）が実
際の結像面（４２）に合焦される。

【００１６】また、その投射光学系から投影光学系（Ｐ
Ｌ）による露光領域（ＳＡ）内に焦点検出用のパターン
の像（ＳＴ）を投影する際に使用される光束（ＩＬ）
を、１００ｎｍ以上の帯域幅を有する光束とした場合、
感光性の基板（Ｗ）上の感光材料（フォトレジスト等）
での薄膜干渉の悪影響等が軽減される。また、投射光学
系内からそれら複数の光電検出手段までの光路上に、そ
の投射光学系から投影光学系（ＰＬ）による露光領域内
に高さ検出用のパターンの像（ＳＴ）を投影する際に使
用される光束の波長感度特性を一様化するための光学的
フィルタ（６０）を配置した場合には、焦点検出用の照
明光の波長毎の光強度分布が例えば図１５（ａ）のよう
に不均一であっても、その光強度分布とほぼ逆の特性と
なるように、その光学的フィルタ（６０）の透過率分布
を例えば図１５（ｂ）のように設定することにより、光
電検出手段から得られる検出信号の波長特性は図１５
（ｄ）に示すように平坦になる。従って、特定の波長の
信号に大きく影響されることなく、正確に高さ検出を行
うことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明による投影露光装置の一実施例
につき図面を参照して説明する。図１は本実施例の投影
露光装置のうち、投影光学系のベストフォーカス面（結
像面）を検出するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式の
焦点検出系を示す図である。図１において、実デバイス
製造用の回路のパターン領域ＰＡが下面に形成されたレ
チクルＲは、不図示のレチクルホルダーに保持されてい
る。絞り面（瞳面）ＥＰを挟んで前群、後群に分けて模
式的に表した投影光学系ＰＬの光軸ＡＸは、レチクルＲ
の中心、すなわちパターン領域ＰＡの中心を、レチクル
パターン面に対して垂直に通っている。その光軸ＡＸに
平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に
平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取る。

【００１８】投影光学系ＰＬの下方には、フォトレジス
トが塗布されたウエハＷを保持するＺ・レベリングステ
ージ２０が、ＸＹステージ２１上に設けられている。Ｚ
・レベリングステージ２０は、ウエハＷを光軸ＡＸ方向
に微少量（例えば±１００μｍ以内）だけ移動させてフ
ォーカシングを行うと共に、ウエハＷの傾斜角を制御し
てレベリングを行う。また、ＸＹステージ２１はウエハ
Ｗを光軸ＡＸと垂直なＸＹ平面内で２次元移動させるも
のであり、ＸＹステージ２１のＸ方向及びＹ方向の座標
は不図示のレーザ干渉計により常時計測されている。

【００１９】更に、Ｚ・レベリングステージ２０の上面
には、ウエハＷの表面とほぼ等しい高さ位置で基準マー
ク板ＦＭが固定されている。この基準マーク板ＦＭに
は、図２（ａ）に示すようにそれぞれＸ方向に伸びた複
数本の透過型スリットをＹ方向に一定ピッチで配置した
構造のスリットマークＩＳｙと、Ｙ方向に伸びた複数本
の透過型スリットをＸ方向に一定ピッチで配置した構造
のスリットマークＩＳｘと、Ｘ方向及びＹ方向の夫々に
対して４５゜となる方向に斜めに伸びたスリットマーク
ＩＳａとが形成されている。これらのスリットマークＩ
Ｓｘ、ＩＳｙ、ＩＳａは、石英製の基準マーク板ＦＭの
表面全面にクロム層（遮光層）を蒸着し、そこに透明部
として刻設したものである。

【００２０】図１に戻り、基準マーク板ＦＭの下方（Ｚ
・レベリングステージ２０の内部）には、ミラーＭ１、
照明用対物レンズ５０、及び光ファイバー５１の射出端
が設けられ、光ファイバー５１の射出端からの照明光が
対物レンズ５０によって集光されて、基準マーク板ＦＭ
上のスリットマークＩＳｘ、ＩＳｙ、ＩＳａを共に裏側
から照射する。光ファイバー５１の入射端側にはビーム
スプリッタ５２が設けられ、レンズ系５３を介して露光
用照明光ＩＥが光ファイバー５１に導入される。その照
明光ＩＥはレチクルＲの照明用の光源（水銀ランプ、エ
キシマレーザ光源等）から得るのが望ましいが、別に専
用の光源を用意してもよい。但し、別光源にするとき
は、露光用照明光と同一波長、又はそれに極めて近い波
長の照明光にする必要がある。

【００２１】また、対物レンズ５０による基準マーク板
ＦＭの照明条件は、パターン投影時の投影光学系ＰＬで
の照明条件と極力合わせられる。即ち、投影光学系ＰＬ
の像側の照明光の開口数（Ｎ．Ａ．）と対物レンズ５０
から基準マーク板ＦＭへの照明光の開口数（Ｎ．Ａ．）
とをほぼ一致させるのである。さて、このような構成
で、照明光ＩＥを光ファイバー５１に導入すると、基準
マーク板ＦＭ上のスリットマークＩＳｘ、ＩＳｙ、ＩＳ
ａからは投影光学系ＰＬへ入射する像光束が発生する。
図１において、Ｚ・レベリングステージ２０の光軸ＡＸ
方向の位置は、投影光学系ＰＬの最良結像面（レチクル
との共役面）Ｆｏから僅かに下方に基準マーク板ＦＭの
表面が位置するように設定されているものとする。この
とき基準マーク板ＦＭ上の一点から発生した像光束Ｌ１
は投影光学系ＰＬの瞳面ＥＰの中心を通り、レチクルＲ
のパターン面から僅かに下方へずれた面Ｆｒ内で集光し
た後に発散し、レチクルＲのパターン面で反射してから
元の光路を戻る。ここで面Ｆｒは、投影光学系ＰＬに関
して基準マーク板ＦＭと光学的に共役な位置にある。投
影光学系ＰＬが両側テレセントリック系であると、基準
マーク板ＦＭのスリットマークＩＳｘ、ＩＳｙ、ＩＳａ
からの像光束は、レチクルＲの下面（パターン面）で正
反射して再びスリットマークＩＳｘ、ＩＳｙ、ＩＳａと
重畳するように戻ってくる。

【００２２】但し、図１のように基準マーク板ＦＭが結
像面Ｆｏからずれていると、基準マーク板ＦＭ上には各
スリットマークＩＳｘ、ＩＳｙ、ＩＳａのぼけた反射像
が形成され、基準マーク板ＦＭが結像面Ｆｏと一致して
いるときは、面ＦｒもレチクルＲのパターン面と一致す
ることになり、基準マーク板ＦＭ上には各スリットマー
クＩＳｘ、ＩＳｙ、ＩＳａのシャープな反射像がそれぞ
れのマークに重畳して形成されることになる。図２
（ｂ）は基準マーク板ＦＭがデフォーカスしているとき
のスリットマークＩＳｘとその反射像ＩＭｘとの関係を
模式的に表したものである。両側テレセントリックな投
影光学系ＰＬでは、このように反射像ＩＭｘは自身の源
であるスリットマークＩＳｘ上に投射される。そして基
準マーク板ＦＭがデフォーカスしていると、反射像ＩＭ
ｘは、スリットマークＩＳｘの形状寸法よりも大きくな
り、且つ単位面積当りの照度も低下する。

【００２３】そこで基準マーク板ＦＭ上にできる反射像
のうち、元のスリットマークＩＳｘ、ＩＳｙ、ＩＳａで
遮光されなかった像部分の光束をミラーＭ１、対物レン
ズ５０を介して光ファイバー５１に導き、光ファイバー
５１から射出された光束をビームスプリッタ５２、レン
ズ系５４を介して光電センサ５５で受光する。光電セン
サ５５の受光面は投影光学系ＰＬの瞳面（フーリエ変換
面）ＥＰとほぼ共役な位置に配置されている。図１の構
成においては、Ｚ・レベリングステージ２０を上下方向
（Ｚ方向）に移動させるだけで投影光学系ＰＬの結像面
を決定するためのコントラスト信号を得ることができ
る。

【００２４】図３（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ光電セン
サ５５の出力信号ＫＳの信号レベル特性を表し、横軸は
Ｚ・レベリングステージ２０のＺ方向の位置、即ち基準
マーク板ＦＭの光軸ＡＸ方向の高さ位置を表す。また、
図３（ａ）はスリットマークＩＳｘ、ＩＳｙ、ＩＳａが
レチクルＲのパターン面内のクロム部分に逆投影された
ときの信号レベルを示し、図３（ｂ）はそれらスリット
マークがパターン面内のガラス部分（透明部分）に逆投
影されたときの信号レベルを示す。通常、レチクルのク
ロム部分は０．３〜０．５μｍ程度の厚みでガラス（石
英）板に蒸着されており、クロム部分の反射率は当然の
ことながらガラス部分の反射率よりは格段に大きい。し
かしながら、ガラス部分での反射率は完全に零というこ
とはないので、図３（ｂ）のように信号レベルとしては
かなり小さくなるが、ガラス部分でも検出は可能であ
る。また、一般に実デバイス製造用のレチクルは、パタ
ーン密度が高いために、スリットマークＩＳｘ、ＩＳ
ｙ、ＩＳａの全ての逆投影像がレチクルパターン中のガ
ラス部分（透明部分）に同時にかかる確率は極めて少な
いと考えられる。

【００２５】何れの場合にしろ、基準マーク板ＦＭの表
面が最良結像面Ｆｏを横切るように光軸ＡＸの方向に移
動されると、Ｚ方向の位置Ｚ₀で出力信号ＫＳのレベル
が極大値となる。従って、Ｚ・レベリングステージ２０
のＺ方向の位置と出力信号ＫＳとを同時に計測し、出力
信号ＫＳのレベルが極大となったときのＺ方向の位置を
検出することで、最良結像面Ｆｏの位置が求まり、しか
もこの検出方式ではレチクルＲ内の任意の位置で最良結
像面Ｆｏの検出が可能となる。従って、レチクルＲが投
影光学系ＰＬの物体側にセットされてさえいれば、いつ
でも投影視野内の任意の位置で絶対フォーカス位置（最
良結像面Ｆｏ）が計測できる。また、先に述べたように
レチクルＲのクロム層は０．３〜０．５μｍ厚であり、
この厚みによって生じる最良結像面Ｆｏの検出誤差は、
投影光学系ＰＬの投影倍率を１／５（縮小）とすると、
（０．３〜０．５）×（１／５）²、即ち０．０１２〜
０．０２μｍとなり、これはほとんど無視できる値であ
る。

【００２６】次に図４を参照して本実施例の斜入射光式
のＡＦ系（焦点位置検出系）について説明するが、ここ
では多点ＡＦ系を採用するものとする。多点ＡＦ系とは
投影光学系ＰＬの投影視野内の複数箇所に、ウエハＷの
光軸方向の位置ずれ（所謂焦点ずれ）を計測する測定点
を設けたものである。図４において、ウエハＷ上のフォ
トレジストに対して非感光性の照明光ＩＬはスリット板
１を照明する。そしてスリット板１のスリットを通った
光は、レンズ系２、ミラー３、絞り４、投光用対物レン
ズ５、及びミラー６を介してウエハＷを斜めに照射す
る。このとき、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの最良
結像面Ｆｏにあると、スリット板１のスリットの像がレ
ンズ系２、及び対物レンズ５によってウエハＷの表面に
結像される。また、対物レンズ５の光軸とウエハ表面と
の角度は５〜１２°位いに設定され、スリット板１のス
リット像の中心は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸがウエハ
Ｗと交差する点に位置する。

【００２７】さて、ウエハＷで反射されたスリット像の
光束は、ミラー７、受光用対物レンズ８、レンズ系９、
振動ミラー１０、及び平行平面板（プレーンパラレル）
１２を介して受光用スリット板１４上にスリット像を再
結像する。振動ミラー１０は受光用スリット板１４上に
できるスリット像を、その長手方向と直交する方向に微
小振動させるものであり、プレーンパラレル１２はスリ
ット板１４上のスリットと、ウエハＷからの反射光によ
るスリット像の振動中心との相対関係を、スリットの長
手方向と直交する方向にシフトさせるものである。そし
て振動ミラー１０は発振器（ＯＳＣ）１６からの駆動信
号でドライブされるミラー駆動部（Ｍ−ＤＲＶ）１１に
より振動される。

【００２８】こうして、スリット像が受光用スリット板
１４上で振動すると、スリット板１４を透過した光束
は、アレイセンサー１５で受光される。このアレイセン
サー１５は、スリット板１４のスリットの長手方向を複
数の微小領域に分割し、各微小領域毎に個別の受光画素
を配列したものであり、光電変換素子としてはシリコン
・フォトダイオード又はフォトトランジスタ等が使用さ
れる。アレイセンサー１５の各受光画素からの信号は、
セレクター回路１３を介して選択、又はグループ化され
て、同期検波回路（ＰＳＤ）１７に供給される。この同
期検波回路１７には、発振器１６からの駆動信号と同じ
位相の交流信号が供給され、この交流信号の位相を基準
として同期整流が行われる。

【００２９】このとき、同期検波回路１７はアレイセン
サー１５の中から選ばれた複数の受光画素の各出力信号
を個別に同期検波するために、複数の検波回路を備え、
その各検波出力信号ＦＳは主制御ユニット（ＭＣＵ）３
０に供給される。各検波出力信号ＦＳは、所謂Ｓカーブ
信号と呼ばれ、受光用スリット板１４のスリット中心と
ウエハＷからの反射スリット像の振動中心とが一致した
ときに零レベルとなり、ウエハＷがその状態から上方に
変位しているときは正のレベル、ウエハＷが下方に変位
しているときは負のレベルになる。従って、検波出力信
号ＦＳが零レベルになるときのウエハＷの露光面（例え
ば表面）の高さ位置が合焦点として検出される。但し、
このような斜入射方式では、合焦点（検波出力信号ＦＳ
が零レベル）となったウエハＷの高さ位置が、いつでも
最良結像面Ｆｏと必ず一致しているという保証はない。
即ち、斜入射方式ではその系自体で決まる仮想的な基準
面を有し、その仮想的な基準面にウエハＷの露光面が一
致したときに同期検波回路１７からの検波出力信号ＦＳ
が零レベルになるのであって、仮想的な基準面と最良結
像面Ｆｏとは装置製造時等に極力一致するように設定さ
れてはいるが、長期間に亘って一致しているという保証
はない。そこで、図４中のプレーンパラレル１２を主制
御ユニット３０による制御のもとで傾けて、仮想的な基
準面を光軸ＡＸ方向に変位させることで、その仮想的な
基準面と最良結像面Ｆｏとの一致（又は位置関係の規
定）を図ることができる。

【００３０】また、主制御ユニット３０は、図１の光電
センサー５５からの出力信号ＫＳを入力して、斜入射方
式の多点ＡＦ系をキャリブレーションする機能、プレー
ンパラレル１２の傾きを設定する機能、多点ＡＦ系の各
検波出力信号ＦＳに基づいてＺ・レベリングステージ２
０の駆動用モータ１９を駆動する駆動部（Ｚ−ＤＲＶ）
１８へ指令信号ＤＳを出力する機能、及びＸＹステージ
２１を駆動するための駆動部（モータとその制御回路と
を含む）２２を制御する機能等を備えている。

【００３１】図５は、投影光学系ＰＬの投影視野Ｉｆ
と、多点ＡＦ系からのスリット像ＳＴとの位置関係をウ
エハＷの表面上で見た図である。投影視野Ｉｆは一般に
円形であり、レチクルＲのパターン領域ＰＡのパターン
像が投影されるショット領域ＳＡは、その円形内に含ま
れる矩形となっている。スリット像ＳＴは、ＸＹステー
ジ２１の移動座標軸でもあるＸ軸及びＹ軸のそれぞれに
対して４５°程度傾けてウエハＷ上に投影される。従っ
て、投光用対物レンズ５及び受光用対物レンズ８の両光
軸ＡＦｘのウエハＷへの射影は、スリット像ＳＴと直交
した方向に伸びている。更に、スリット像ＳＴの中心
は、光軸ＡＸとほぼ一致するように定められている。こ
のような構成で、スリット像ＳＴは、ショット領域ＳＡ
内で出来るだけ長く伸びるように設定される。

【００３２】一般にショット領域ＳＡには、それまでの
露光工程等により凹凸を有する回路パターンが形成され
ている。この場合、デバイス製造のプロセスを経る度
に、その凹凸の状態の変化量が増大し、スリット像ＳＴ
の長手方向においても、その凹凸の状態が大きく変化す
ることがある。特に１つのショット領域内に複数のチッ
プパターンを配置する場合、各チップパターンを分離す
るためのスクライブラインがショット領域内にＸ方向又
はＹ方向に伸びて形成されることとなり、スクライブラ
イン上の点とチップパターン上の点との間には、極端な
場合で２μｍ以上の段差が生じることもある。スリット
像ＳＴ内のどの部分にスクライブラインが位置するか
は、設計上のショット配列やショット内のチップサイズ
等によって予め分かるので、スリット像ＳＴの長手方向
の任意の部分からの反射光が回路パターン、又はスクラ
イブラインの何れからの反射光であるのかは認識でき
る。

【００３３】図６は、受光用スリット板１４とアレイセ
ンサー１５とを分離した状態を示し、この図６におい
て、スリット板１４はガラス基板上にクロム層（遮光
膜）を全面に蒸着し、その一部にエッチングにより透明
なスリットを形成したものである。このスリット板１４
を、保持フレーム１４Ａ上に固定し、この保持フレーム
１４Ａを、アレイセンサー１５を保持するセラミックス
等のプリント基板１５Ａ上に例えば不図示のねじを用い
て固定する。これによって、スリット板１４のスリット
はアレイセンサー１５の一次元の受光画素の配列と平行
になって密着される。このようにスリット板１４とアレ
イセンサー１５とは極力密着又は近接させた方が良い
が、スリット板１４とアレイセンサー１５との間に結像
レンズ系を設け、スリット板１４とアレイセンサー１５
とを光学的に共役にしてもよい。なお、先の図６で示し
たスリット像ＳＴのウエハＷ上での長さは、投影視野Ｉ
ｆの直径によっても異なるが、投影光学系ＰＬの倍率が
１／５（縮小）で、投影視野Ｉｆの直径が３２ｍｍ前後
である場合、その投影視野Ｉｆの直径の１倍〜１／３倍
程度にするのが望ましい。

【００３４】さて、図７は、アレイセンサー１５、セレ
クター回路１３、同期検波回路１７、及び主制御ユニッ
ト３０の具体的な回路構成の一例を示し、この図７にお
いて、セレクター回路１３は５個のセレクター回路１３
Ａ〜１３Ｅより構成され、同期検波回路１７も５個の同
期検波回路１７Ａ〜１７Ｅより構成されている。そし
て、アレイセンサー１５の受光画素を５つのグループＧ
ａ〜Ｇｅに分け、各グループ内からセレクター回路１３
によりそれぞれ１つの受光画素を選択する。この場合、
グループＧａ〜Ｇｅは、それぞれ図５のスリット像ＳＴ
に沿った５つの計測点Ｐ１〜Ｐ５の前後のスリット像を
検出する。また、一例として、ここではセレクター回路
１３Ａ〜１３Ｅにおいて、計測点Ｐ１〜Ｐ５上のスリッ
ト像を受光する受光画素の検出信号を選択するものとす
る。

【００３５】具体的に、図７において、アレイセンサー
１５の受光画素のグループＧａ内には複数個の受光画素
が含まれ、セレクター回路１３Ａによってそれら受光画
素内で計測点Ｐ１上の像を検出する受光画素を選択し、
この受光画素の出力信号を同期検波回路１７Ａに供給す
る。なお、セレクター回路１３Ａは、グループＧａ内の
受光画素の内任意の１つを選択してその出力信号を同期
検波回路１７Ａに送る機能の他に、グループＧａ内の隣
接する２つ、又は３つの受光画素を任意に選び、それら
の出力信号を加算した信号を同期検波回路１７Ａへ送る
機能をも備えている。同様に、グループＧｂ〜Ｇｅ中の
各受光画素からの出力信号もそれぞれセレクター回路１
３Ｂ〜１３Ｅ内で選択され、選択された出力信号がそれ
ぞれ同期検波回路１７Ｂ〜１７Ｅへ供給される。

【００３６】同期検波回路１７Ａ〜１７Ｅは、それぞれ
発振器１６からの基本波交流信号を受け取って検波出力
信号ＦＳａ〜ＦＳｅを出力する。これらの検波出力信号
ＦＳａ〜ＦＳｅは、主制御ユニット３０内のアナログ／
デジタル変換器（ＡＤＣ）３０Ａでそれぞれデジタルデ
ータに変換されて補正演算部３０Ｂ、及び偏差検出部３
０Ｃに供給される。補正演算部３０Ｂには、露光プロセ
スデータ記憶部３０Ｆより当該ウエハのプロセス構造に
関するデータ（露光面の凹凸分布、及び凹凸の段差のデ
ータを含む）も供給されると共に、記憶部３０Ｄより信
号較正用のオフセット値も供給されている。そして、補
正演算部３０Ｂは、一例として５つの検波出力信号の
値、即ちウエハ上の５点でのフォーカスずれ量、及びプ
ロセス構造に関するデータ等に基づいて、ウエハ上の各
計測点のＺ方向での目標位置に対応する検波出力値を算
出し、その値を偏差検出部３０Ｃに供給する。この偏差
検出部３０Ｃは、補正演算部３０Ｂからの出力値とＡＤ
Ｃ３０Ａからの検波出力値との偏差を検出し、この偏差
を少なくするような指令信号ＤＳを図４の駆動部１８に
供給する。

【００３７】より具体的に、偏差検出部３０Ｃでは、例
えば補正演算部３０Ｂからの目標とする検波出力信号と
ＡＤＣ３０Ａからの検波出力信号ＦＳａ〜ＦＳｅとの偏
差の自乗和が最小になるように、即ち最小自乗法によ
り、駆動部１８を制御する。これにより、Ｚ・レベリン
グステージ２０のＺ方向の位置、及び傾斜角が制御され
て、図５の計測点Ｐ１〜Ｐ５の平均的な面が投影光学系
ＰＬの結像面に合致するように合焦が行われる。

【００３８】なお、図５では計測点Ｐ１〜Ｐ５が１直線
上に配列されているため、制御される傾斜角はウエハＷ
の表面でスリット像ＳＴに垂直な直線を軸とする傾斜角
のみである。ウエハＷ上の表面の直交する２軸の回りの
傾斜角を制御するには、それら計測点Ｐ１〜Ｐ５を２次
元的に配列する（例えば複数のパターン像を平行に並べ
るか、あるいは互いに交差させるように形成する）か、
又は後述のようにウエハＷ上のショット領域ＳＡをスリ
ット像ＳＴに対して所定の方向に走査して、そのショッ
ト領域ＳＡの全面での高さ分布を計測すればよい。

【００３９】また、図７において、記憶部３０Ｄに予め
記憶されているオフセット値は、較正値決定部３０Ｅに
よって計測、算出されるものであり、較正値決定部３０
Ｅは５つの検波出力信号ＦＳａ〜ＦＳｅ、及び光電セン
サ５５の出力信号ＫＳより、多点ＡＦ系の仮想的な基準
面とベストフォーカス面Ｆｏとの偏差を、検波出力上の
零レベルからの偏差電圧として求める。較正値決定部３
０Ｅ内には、５つの検波出力のそれぞれのレベルと信号
ＫＳ（図３参照）とを同時にデジタルサンプリングする
ためのアナログ／デジタル変換器、及び波形メモリ等も
含まれている。

【００４０】ここで図９を参照して、較正値決定部３０
Ｅの具体的な構成例を説明する。先ずＴＴＬ（スルー・
ザ・レンズ）方式の絶対フォーカス検出系の光電センサ
ー５５からの出力信号ＫＳは、アナログ／デジタル変換
器（ＡＤＣ）３００に入力され、その信号レベルに対応
したデジタル値に変換されてメモリとしてのＲＡＭ３０
１に記憶される。このＲＡＭ３０１のアドレス指定は、
カウンタ３０４によって行われるが、カウンタ３０４の
計数、及びＡＤＣ３００の変換タイミングは何れもクロ
ックジェネレータ（ＣＬＫ）３０３からのクロックパル
スに同期している。同様に、５つの検波出力信号ＦＳａ
〜ＦＳｅの１つが、選択スイッチ３０８を介してＡＤＣ
３０５に供給され、ここで変換されたデジタル値はカウ
ンタ３０７によってアドレス指定されるＲＡＭ３０６に
記憶される。従って、ＲＡＭ３０１，３０６には、それ
ぞれ出力信号ＫＳ、及び選択された１つの検波出力信号
の時間的に変化する波形が取り込まれる。これらＲＡＭ
３０１，３０６内の波形は、演算処理部３１０でスムー
ジング、及び極大値検出等を行う際の処理データとして
使用される。

【００４１】なお、演算処理部３１０は、ＲＡＭ３０
１，３０６に信号波形を取り込むために、Ｚ・レベリン
グステージ２０のＺ方向への等速移動を制御するための
信号を駆動部１８へ出力すると共に、多点ＡＦ系の各計
測点の位置に図２（ａ）のスリットマークＩＳｘ，ＩＳ
ｙ，ＩＳａの中心を移動させるための駆動信号を図４の
ＸＹステージ用の駆動部２２へ出力する。

【００４２】図１０（ａ）は、１つの検波出力信号ＦＳ
の変化特性を示し、Ｚ・レベリングステージ２０をＺ方
向にベストフォーカス面を含む一定範囲内で等速移動さ
せたときにＲＡＭ３０６に格納される波形データに対応
する。また、図１０（ｂ）はそのときにＲＡＭ３０１内
に格納される信号ＫＳの波形を表す。同期検波信号は零
点を中心にほぼ点対称な波形になるため、零点よりも小
さな負レベルのデータについては、負レベルも考慮して
アナログ／デジタル変換される。

【００４３】図９のＲＡＭ３０１内には、図１０（ｂ）
に示す極大値を取る信号ＫＳの波形が時間ｔに対応する
アドレスに格納されるので、演算処理部３１０は、その
波形を解析して極大点が得られた時点Ｔ₁を求める。次
に、演算処理部３１０は、ＲＡＭ３０６内の時点Ｔ₁に
対応するアドレスポイントを求め、このアドレスポイン
トに記憶されている検波出力信号ＦＳのレベルΔＦＳを
求める。このレベルΔＦＳは、検波出力信号ＦＳ上の零
点からのオフセット電圧であり、この図１０（ａ）のよ
うな検波出力を発生する多点ＡＦ系の測定点では、検波
出力が＋ΔＦＳになるようにその測定点でのウエハ表面
をＺ方向に移動させると、そのウエハ表面とベストフォ
ーカス面Ｆｏとが合致することになる。

【００４４】ところで、図９の回路を使うときには、図
４のＸＹステージ２１を移動させて、基準マーク板ＦＭ
上のスリットマークの中心が多点ＡＦ系の各測定点の何
れか１つの位置に来るように位置決めされる。その位置
決めはそれ程厳密である必要はなく、多点ＡＦ系の測定
点とスリットマーク群の中心とが、Ｘ方向及びＹ方向に
１００μｍ前後ずれていてもよい。従って、多点ＡＦ系
の測定点、即ち図５に示したスリット像ＳＴ内の測定点
Ｐ１〜Ｐ５が決まったら、それらの測定点を中心に±１
００μｍ程度の範囲でスリットマーク群の位置をＸ方向
及びＹ方向にずらすと共に、Ｚ方向に振って、信号ＫＳ
のピークがある程度大きくなる座標位置を求めてもよ
い。また、これは確率的には極めて小さいが、スリット
マーク群の全てがレチクルＲの透過部に一致してしまう
不都合（信号ＫＳのＳＮ比の低下）をなるべく避けるた
めである。但し、較正動作を高速に行うときは、信号の
ピークが大きくなる座標位置をサーチしなくとも、ほぼ
同等の精度でオフセット値ΔＦＳを求めることが可能で
ある。また、そのオフセット値は各測定点Ｐ１〜Ｐ５毎
に求められる。

【００４５】このようにして、図５の各計測点Ｐ１〜Ｐ
５がそれぞれＺ方向で投影光学系ＰＬによる最良結像面
の位置に合致するときの検波出力信号ＦＳａ〜ＦＳｅの
値、即ちその最良結像面でのオフセット値ＢＦａ〜ＢＦ
ｅが求められる。図５において、ショット領域ＳＡを例
えばＸ方向にスリット像ＳＴに対して走査してショット
領域ＳＡの全面に分布する計測点で検波出力信号を求め
る際にも、各計測点でのオフセット値はそのようにして
求めたオフセット値ＢＦａ〜ＢＦｅ内の何れかの値であ
る。

【００４６】次に、本実施例における合焦及び露光動作
の一例につき図５、図８、図１１、及び図１２を参照し
て説明する。この場合、前提として、図５の各計測点Ｐ
１〜Ｐ５をそれぞれ投影光学系ＰＬの結像面に合焦させ
た場合の検波出力信号ＦＳａ〜ＦＳｅの値、即ち多点Ａ
Ｆ系の仮想的な基準面に対する結像面のオフセット値Ｂ
Ｆａ〜ＢＦｅは予め計測されているものとする。なお、
図４のプレーンパラレル１２の回転角を調整すれば、そ
れらオフセット値ＢＦａ〜ＢＦｅはほぼ０にすることが
できるので、ここでもそれらオフセット値ＢＦａ〜ＢＦ
ｅは０に近い値である。また、ＸＹステージ２１を駆動
した際のＺ・レベリングステージ２０の走り面と投影光
学系ＰＬの最良結像面とは実質的に平行であるとみな
す。

【００４７】先ず、図１１のステップ１０１において、
ＸＹステージを駆動して図５に示すように、計測対象
（露光対象）のショット領域ＳＡの中央部を斜入射多点
ＡＦ系からのスリット像ＳＴの投影領域上に移動する。
その後、ステップ１０２において、スリット像ＳＴの中
心の計測点Ｐ３でオートフォーカスを行う。即ち、計測
点Ｐ３に対応する検波出力信号ＦＳｃが最良結像面のオ
フセット値ＢＦｃになるようにＺ・レベリングステージ
２０のＺ方向の高さを調整し、この状態でＺ・レベリン
グステージ２０をロックする。従って、これ以後は計測
が終了するまでＺ・レベリングステージ２０の高さ、及
び傾斜角は一定である。このように一度オートフォーカ
スを行うのは、ショット領域ＳＡ内の凹凸の分布が多点
ＡＦ系の検出範囲から外れるのを防止するためである。

【００４８】但し、本実施例ではステップ１０２におい
てスリット像ＳＴの中心の計測点Ｐ３でオートフォーカ
スを行う代わりに、ショット領域ＳＡ内部又は近傍に基
準面となる平面がある場合は、この平面にてオートフォ
ーカスを行ってもよい。このときの計測点はＰ３である
必要はなく、この平面に最も近い計測点を選択してもよ
い。また、露光プロセスデータを用いてオートフォーカ
スを行うべき計測点を決定するようにしてもよい。要は
計測点Ｐ３である必要はなく、多点ＡＦ系のスリット像
ＳＴでウエハを走査するときに、その走査範囲内のどこ
の点であっても多点ＡＦ系によって検出されるフォーカ
ス位置のずれ量がその検出範囲（Ｓカーブによって決ま
る）から外れなければよい。

【００４９】次に、ステップ１０３において、ＸＹステ
ージ２１を駆動して、図５に示すようにショット領域Ｓ
Ａをスリット像ＳＴの−Ｘ方向に手前側の計測開始位置
ＳＢに移動させた後、ステップ１０４において、ＸＹス
テージ２１を駆動して、スリット像ＳＴに対してＸ方向
にショット領域ＳＡを走査し、補正演算部３０Ｂ内のメ
モリに各検波出力信号ＦＳａ〜ＦＳｅを格納する。この
際、ＸＹステージ２１の座標はレーザ干渉計により計測
されているため、そのメモリ内でレーザ干渉計で計測さ
れる座標に対応するアドレスに順次検波出力信号ＦＳａ
〜ＦＳｅを格納していけばよい。その後、ステップ１０
５において、得られた検波出力信号ＦＳａ〜ＦＳｅ（そ
れぞれ時系列の信号となっている）に基づいてショット
領域ＳＡ内のプロセス段差の分類を行う。

【００５０】具体的に、図８（ａ）はウエハＷ上のその
ショット領域ＳＡ内の或る断面を示し、この断面上に計
測点Ｐ１〜Ｐ５が設定されている。なお、実際にはウエ
ハＷ上にはフォトレジストが塗布されているが、フォト
レジストは省略してある。図８（ａ）において、多点Ａ
Ｆ系の仮想的な基準面４１上に各計測点Ｐ１〜Ｐ５が来
ると、対応する検波出力信号ＦＳａ〜ＦＳｅがそれぞれ
０となる。また、投影光学系ＰＬの最良結像面４２はそ
の仮想的な基準面４１からは或る程度外れているものと
している。この場合、ウエハＷ上には既に複数層の回路
パターンが形成され、それに応じてその表面は凹凸とな
っている。そのため、各計測点Ｐ１〜Ｐ５で得られる検
波出力信号をＦＳａ〜ＦＳｅとすると、これら検波出力
信号の値もその凹凸に応じた値となっている。

【００５１】例えばウエハＷ上の凸部のパターン領域４
０Ａ上に計測点Ｐ１，Ｐ２が位置し、凹部のパターン領
域４０Ｂ上に計測点Ｐ３が位置し、凸部のパターン領域
４０Ｃ上に計測点Ｐ４，Ｐ５が位置しているものとする
と、計測点Ｐ３での検波出力信号ＦＳｃの値が最も小さ
くなる。これを利用して、本実施例の図７の補正演算部
３０Ｂは、隣接する計測点に対応する検波出力信号の差
分を求めることにより、当該ショット領域の凹凸分布を
求める。また、補正演算部３０Ｂには、露光プロセスデ
ータ記憶部３０Ｆからプロセス構造に関するデータも供
給されているため、補正演算部３０Ｂは、上述のように
求めた凹凸分布と、そのプロセス構造との比較より計測
点Ｐ１〜Ｐ５が位置するパターン領域４０Ａ〜４０Ｃを
識別できる。

【００５２】これにより、例えば各パターン領域４０Ａ
〜４０Ｃが、メモリセル部、周辺回路部（ロジック
部）、又はスクライブライン等の何れに属するのかが判
別される。また、補正演算部３０Ｂは、供給されたデー
タより、各パターン領域４０Ａ，４０Ｃの段差Ｚ_A、及
びパターン領域４０Ｂの段差Ｚ_Bを認識できる。これら
の段差はウエハＷの回路パターンの無い部分からの高さ
であるが、後述のようにこれらの段差の差分だけが問題
となる。

【００５３】また、前記隣接する計測点間での差分デー
タにより得た段差情報より、各々の段差領域内での検波
出力信号について分散等（ばらつき）を求めることによ
り、各段差領域内のパターン密度の違い等による段差を
知ることができる。これにより計測点Ｐ１〜Ｐ５の前後
で安定した計測点を求めることもできる。次に、ステッ
プ１０６において、ショット領域ＳＡ上で合焦させたい
部分の面を合焦基準面として決定する。例えば図８
（ａ）において、計測点Ｐ３が位置するパターン領域４
０Ｂ上に最も線幅の狭いパターンが露光されるものとし
て、パターン領域４０Ｂを合焦基準面とする。但し、シ
ョット領域ＳＡ内で最も広い（面積が大きい）パターン
領域（例えばパターン領域４０Ａ）を合焦基準面とする
場合も有り得る。合焦基準面は、ショット領域内のパタ
ーン領域毎の合焦の優先度（パターン線幅、ピッチ等に
応じて定まる）に従って選択、決定すればよい。

【００５４】その後、ステップ１０７において、計測点
Ｐ１〜Ｐ５における検波出力信号Ｆａ〜Ｆｅに対するオ
フセット値Δａ〜Δｅを求める。図８（ａ）において、
検波出力信号からＺ方向への変位への変換係数をｋとす
ると、合焦基準面であるパターン領域４０Ｂ上の計測点
Ｐ３における検波出力信号Ｆｃに対するオフセット値Δ
ｃは０である。また、計測点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５に
おける検波出力信号Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｄ，Ｆｅに対するオ
フセット値Δａ，Δｂ，Δｄ，Δｅは、それぞれ（Ｚ_A
−Ｚ_B）／ｋとなる。

【００５５】次に、ステップ１０８において、補正演算
部３０Ｂは、図８（ａ）の最良結像面４２での検波出力
信号のオフセット値ＢＦａ〜ＢＦｅに、ステップ１０７
で求めたオフセット値Δａ〜Δｅを加算する。これは、
実線で示す最良結像面４２を点線で示すような仮想的な
段差を含む最良結像面４２Ａに変換するのと等価であ
り、その仮想的な最良結像面４２Ａに対してパターン領
域４０Ａ〜４０Ｃを合焦させることになる。

【００５６】即ち、ステップ１０９において、補正演算
部３０Ｂは、仮想的な最良結像面４２Ａの検波出力信
号、即ち（ＢＦａ＋Δａ）〜（ＢＦｅ＋Δｅ）を偏差検
出部３０Ｃに供給する。また、偏差検出部３０Ｃには実
際のパターン領域４０Ａ〜４０Ｃに対応する検波出力信
号Ｆａ〜Ｆｅがリアルタイムで供給されている。そこ
で、偏差検出部３０Ｃが、Ｚ・レベリングステージ２０
用の駆動部１８に対して、例えば最小自乗法を利用し
て、オフセット値（ＢＦａ＋Δａ）〜（ＢＦｅ＋Δｅ）
と検波出力信号Ｆａ〜Ｆｅとの偏差の自乗和が最小にな
るような駆動信号を供給する。これにより、図８（ｂ）
に示すように、合焦基準面であるパターン領域４０Ｂ
は、実際の最良結像面４２に合致する。その後、ステッ
プ１１０で露光を行うことにより、最も線幅の狭いパタ
ーンが高い解像度で露光される。

【００５７】このとき、パターン領域４０Ｂ以外のパタ
ーン領域４０Ａ，４０Ｃは投影光学系の焦点深度内に設
定されるが、前述のステップ１０７においてオフセット
値Δａ〜Δｅが焦点深度を超え得るときには、例えばオ
フセット値Δａ〜Δｅに重み付けを行ってパターン領域
４０Ａ，４０Ｃが焦点深度内に入るように合焦基準面を
見掛け上Ｚ方向にシフトさせるようにしてもよい。これ
は、ショット領域の全面が焦点深度内に入っている場合
にも適用可である。また、単純にパターン領域４０Ａ，
４０Ｃが焦点深度の幅内に入るように、合焦基準面（パ
ターン領域４０Ｂ）をシフトさせてもよい。

【００５８】なお、上述の実施例では図７に示すよう
に、偏差検出部３０Ｃで目標値と実際の検波出力信号と
を比較する方式であるため、目標値である最良結像面４
２に段差のオフセット値Δａ〜Δｅを加算していた。し
かしながら、図７において実際の検波出力信号にオフセ
ット補正を行って偏差検出部３０Ｃに供給する方式を採
るときには、実際の検波出力信号からそれらオフセット
値Δａ〜Δｅを差し引けばよい。

【００５９】なお、実際には、図５のショット領域ＳＡ
の全面に分布する計測点での検波出力信号が得られ、シ
ョット領域ＳＡの全面での凹凸分布が識別される。しか
しながら、図７においてＡＤＣ３０Ａからリアルタイム
で供給される検波出力信号は図５のスリット像ＳＴ上の
５点での検波出力信号のみである。また、スリット像Ｓ
Ｔ上のデータを用いるのみでは、スリット像ＳＴに平行
な軸の回りの傾斜角の補正ができない。そこで、そのス
リット像ＳＴに平行な軸の回りのウエハＷの傾斜角の補
正は一例としてオープンループで行う。即ち、ショット
領域ＳＡをスリット像ＳＴに対して走査することによ
り、図８（ａ）に示すように、仮想的な最良結像面４２
Ａの検波出力信号と、実際のパターン領域での検波出力
信号とが求められる。そこで、予め、図４の駆動部１８
の制御量とＺ・レベリングステージ２０の傾斜角の関係
とを求めておき、実際のパターン領域での検波出力信号
と仮想的な最良結像面４２Ａの検波出力信号との差分を
打ち消す量だけＺ・レベリングステージ２０の傾斜角を
制御する。これにより、オープンループ制御で、図５の
ショット領域ＳＡの全面に分布する最も線幅の狭いパタ
ーンが露光されるパターン領域が全体として投影光学系
ＰＬの最良結像面に合焦される。

【００６０】なお、図１１のステップ１０４において、
ステップ１０４Ａで示すように、ＸＹステージ２１をＸ
方向に一定ピッチでステッピングさせて、そのＸＹステ
ージ２１が停止する毎に、即ちその一定ピッチで検波出
力信号Ｆａ〜Ｆｅをモメリに格納するようにしてもよ
い。この方法により、ＸＹステージ２１の動きに伴う空
気の揺らぎの影響が低減されるという効果がある。

【００６１】また、図１１のステップ１０１〜１０２の
動作の代わりに、図１２のステップ１１１及び１１２の
ようにしてもよい。即ち、このステップ１１１では、先
ずＸＹステージ２１を駆動して、図５に示すように、シ
ョット領域ＳＡを計測開始位置ＳＢに移動させる。その
後、ステップ１１２において、図５のスリット像ＳＴの
中央の計測点Ｐ３でオートフォーカスを行って、Ｚ・レ
ベリングステージ２０のフォーカス位置をロックする。
その後、図１１のステップ１０４又は１０４Ａに移行し
てショット領域ＳＡの全面での検波出力信号のサンプリ
ングを行う。その後の処理は図１１の動作と同じであ
る。この図１２のシーケンスでは、ウエハステージ２１
の動作に無駄がなく計測が効率的に行われる。

【００６２】なお、上述実施例では、図４においてＸＹ
ステージ２１を駆動した際のＺ・レベリングステージ２
０の走り面と投影光学系ＰＬの最良結像面とがほぼ平行
であるとみなしていた。これに対して、Ｚ・レベリング
ステージ２０の走り面と投影光学系ＰＬの結像面とが平
行でない場合には、次のような補正動作が必要となる。
即ち、ＸＹステージ２１を駆動したときのＺ・レベリン
グステージ２０の走り面と投影光学系ＰＬの結像面との
偏差（像面傾斜、湾曲等）を装置定数として例えば補正
演算部３０Ｂ内のメモリに持つようにする。この場合、
例えば図１１のステップ１０４の方法で求めた検波出力
信号は、Ｚ・レベリングステージ２０の走り面を基準と
した計測結果を示しているので、その計測結果に装置定
数として記憶している結像面との偏差量を加算してやれ
ばよい。

【００６３】また、上述実施例では図５に示すように、
ウエハＷ上の１つのショット領域ＳＡで凹凸分布を求め
ているが、ウエハＷ上の他のいくつか（１つ以上）のシ
ョット領域でも同じ計測を行って、得られた検波出力信
号を平均化し、平均化して得られた結果とプロセス構造
との比較からウエハ上の各ショット領域内の凹凸分布を
求めてもよい。これにより、フォトレジストの塗布むら
の影響等が軽減される。

【００６４】次に、上述実施例では図５に示したように
ウエハＷ上の所定のショット領域ＳＡ内でＺ方向の位置
検出を行っていたが、ウエハＷの全面で例えばショット
領域の配列ピッチの整数分の１のピッチでＺ方向の位置
検出を行ってもよい。具体的に、ショット領域のＸ方向
への配列ピッチがＰ_Xであれば、Ｘ方向でのフォーカス
位置計測の間隔は、２以上の整数Ｎを用いてＰ_X／Ｎと
なる。このとき、ショット領域の配列ピッチと同じ周期
で、多点ＡＦ系からの検波出力信号の出力変化が繰り返
される。

【００６５】この場合、ウエハの露光面に塵等の異物が
あるか、又はウエハに反り等による形状変化があると、
そのショット領域での多点ＡＦ系の出力変化が他のショ
ット領域での出力変化と異なる。そこで、検波出力信号
をショット領域の配列ピッチに対応する周期でサンプリ
ングした値の平均値からの偏差が、所定の閥値以上とな
っているショット領域に対しては、合焦基準面に対する
検波出力信号のオフセット量を別に算出することが望ま
しい。また、この様な異物や反り等の影響が表されてい
るショット領域に対しては、警告またはエラーとしてア
シスト処理（オペレータコール）等の処理を行っても良
い。

【００６６】次に、上述実施例ではＳカーブ状に変化す
る検波出力信号ＦＳよりウエハＷの露光面のＺ方向の位
置（フォーカス位置）を計測している。図１３の曲線４
４は、その検波出力信号ＦＳの一例を示し、この図１３
において、従来は曲線４４の内で直線４５でほぼ近似で
きる区間を用いて、検波出力信号ＦＳからＺ方向の位置
を求めていた。しかしながら、これではＺ方向での位置
検出範囲が狭いという不都合がある。そこで、位置検出
範囲を広くするため、例えば図４のＺ・レベリングステ
ージ２０を移動ピッチΔＺでＺ方向に移動させたときの
検波出力信号ＦＳ（実際にはＦＳａ〜ＦＳｅのそれぞれ
について計測する）をメモリに記憶させておく、即ち、
図１３の曲線４４を近似的に求めておくのが望ましい。
この場合、Ｚ方向の位置に対して検波出力信号ＦＳの値
が記憶される。

【００６７】そして、実際にＺ方向の位置計測を行う際
には、検波出力信号ＦＳの値がＶ_iであれば、曲線４４
からＺ方向の位置Ｚ_iが正確に求められる。これに対し
て、曲線４４を直線４５で近似した場合には、検波出力
信号がＶ_iのときのＺ方向の位置はＺ_hとなり誤差が生
ずる。次に、上述実施例では、実際の計測結果に基づい
てＺ・レベリングステージ２０の傾斜角の制御を行って
いる。しかしながら、投影光学系ＰＬの結像面のＸＹス
テージ２１の走り面に対する傾斜角は予め既知であるの
で、その傾斜角を予めＺ・レベリングステージ２０で行
っておくようにしてもよい。これにより、多点ＡＦ系で
Ｚ方向の位置検出を行った場合に、傾斜角のずれ量が少
なくなり、各計測点毎に算出されるオフセット値が小さ
くなる。従って、合焦に要する時間が短縮されると共
に、合焦精度も向上する。

【００６８】また、上述実施例では、図４に示すように
多点ＡＦ系の受光系に配置されたプレーンパラレル１２
の傾斜角により、多点ＡＦ系の仮想的な基準面と最良結
像面との位置関係を調整できるようになっている。これ
は、検波出力信号ＦＳａ〜ＦＳｅに共通に現れるオフセ
ット値はそのプレーンパラレル１２の傾斜角で除去でき
ることをも意味する。

【００６９】ところが、受光系側にのみプレーンパラレ
ル１２を設けたものでは補正量が少ないので、送光系側
にもプレーンパラレルを配置してもよい。このように２
枚のプレーンパラレルで結像位置を補正することによ
り、結像位置の補正量を大きくできる。しかも、送光系
及び受光系の双方にプレーンパラレルを入れて補正する
ことにより、ウエハ上での明暗パターンの位置ずれをも
補正できる。

【００７０】なお、多点ＡＦ系の送光系にプレーンパラ
レルを配置し、例えば図１１のステップ１０９でこのプ
レーンパラレルを用いて共通のオフセット補正を行う
と、ステップ１０４で検波出力信号を計測したときと、
ステップ１０９で検波出力信号を計測するときとで、ウ
エハＷ上でのスリット像ＳＴの位置ずれが生ずる。そこ
で、この位置ずれの影響を低減させるためには、プレー
ンパラレルの傾斜角に対するウエハＷ上でのスリット像
ＳＴの位置ずれ量を予め測定しておき、ステップ１０９
で各計測点に対応して最良結像面のオフセット値に付加
するオフセット量を、その予め測定しておいた位置ずれ
量に基づいて補正すればよい。

【００７１】次に、上述実施例では、図５に示すよう
に、ウエハＷ上のショット領域ＳＡに対して対角線方向
に斜めにＺ方向の位置検出用のスリット像ＳＴが投影さ
れ、このスリット像ＳＴ上の５点が計測点Ｐ１〜Ｐ５と
して選択されている。これに対して、図１４に示すよう
に、ショット領域ＳＡ上に、Ｘ方向及びＹ方向に所定ピ
ッチで２次元的にＮ個（図１４ではＮは２５）の計測点
Ｐ１１，Ｐ１２，…，Ｐ７４を設定し、これら計測点に
それぞれ焦点検出用のパターン像を投影してもよい。こ
の場合、各パターン像を受光する受光素子（受光画素）
の個数も計測点と同じ個数になり、例えば同期検波方式
を採用する場合、全ての計測点からのパターン像の光電
変換信号を並行して処理するのは困難である。そこで、
例えば図７に示すようなセレクター回路１３Ａ〜１３Ｅ
を用いて、それらＮ個の光電変換信号から５個ずつの光
電変換信号を選択し、時分割的に同期検波を行うように
してもよい。このような時分割方式により、回路構成が
簡略化される。

【００７２】また、焦点検出を行うのに、スリット像を
投影する代わりに、例えば所定ピッチの格子状のパター
ン像をウエハ上に斜めに投影するようにしてもよい。こ
の場合、そのウエハからの反射光を用いて、例えば２次
元ＣＣＤ等の２次元の撮像素子上にその格子状のパター
ン像を再結像し、再結像された像の横ずれ量から対応す
るウエハの露光面でのＺ方向への位置ずれ量が求められ
る。

【００７３】また、スリット像を投影して例えば１次元
のラインセンサ上での再結像されたパターン像の位置を
検出してＺ方向への位置ずれ量を求める方式でもよい。
この方式ではキャリブレーション用のプレーンパラレル
を設けなくてもよく、常に電気的なオフセットを用いる
ようにすればよい。ショット領域内の高さが異なる少な
くとも２つのパターン領域（スクライブライン等を含
む）の各々に少なくとも１つの計測点を設定すればよい
が、例えば各パターン領域に複数の計測点を設定し、オ
フセット値Δａ〜Δｅを求めるときは領域毎にその複数
の計測値を統計処理又は平均化又は加重平均化処理し
て、オートフォーカス動作時には領域毎にその求めたオ
フセットを１つの計測点に与えてその計測点での検波出
力信号を用いるようにしてもよい。要は、１つのパター
ン領域内に複数の計測点があるとき、各計測点毎にその
オフセットを求める必要はなく、また複数の計測点の各
々で全てショット面と結像面とを合わせるようなオート
フォーカス動作を行わなくてもよく、パターン領域毎に
少なくとも１つの計測点でのオフセットを求め、当該計
測点を用いてオートフォーカス動作を行えばよい。

【００７４】次に、上述実施例の図４に示す斜入射方式
のＡＦ系（焦点位置検出系）では、焦点検出用の照明光
ＩＬとして、ウエハＷ上のフォトレジストに対して非感
光性、又は感光性の弱い波長域の光が使用されている。
更に、フォトレジストでは、入射する光束による薄膜干
渉が生ずるため、特にその光束が単色光の場合にはその
フォトレジストの厚さによって反射される光の強度がか
なり弱くなることがある。そこで、その薄膜干渉の悪影
響を軽減するためには、その照明光ＩＬとして１００ｎ
ｍ以上の帯域幅を有する光束を使用することが望まし
い。具体的に、照明光ＩＬとしては、ハロゲンランプか
ら照射される光束より波長選択フィルタにより選択され
た、例えば７００ｎｍ〜９００ｎｍ程度の波長域の光束
が使用できる。また、発光ダイオードからの７００ｎｍ
〜９００ｎｍ程度の波長域内の照明光を使用してもよ
い。更に、例えば複数個の半導体レーザ素子からの光束
を混合して得られる複数個の単色光を照明光ＩＬとして
もよい。

【００７５】但し、照明光ＩＬとして所定の波長域、又
は複数波長の光束を使用した場合、波長に対する光強度
の分布が均一でなく、例えば特定の波長の光強度が強い
と、その特定の波長で薄膜干渉の影響を受ける恐れがあ
る。そこで、それを避けるためには、図４に示すよう
に、ＡＦ系のアレイセンサー１５の前に、波長に対する
光電変換信号の分布を均一化するための光学フィルタ板
６０を配置することが望ましい。なお、その光学フィル
タ板６０は、照明光ＩＬを発生する不図示の光源とその
アレイセンサー１５との間のどの位置に配置されていて
もよい。

【００７６】図１５を参照して、具体的にその光学フィ
ルタ板６０の特性の一例につき説明する。先ず、照明光
ＩＬの波長λに対する光強度Ｌ_E(λ）の分布が図１５
（ａ）に示すように山型であるとする。この場合、光学
フィルタ板６０の波長λに対する透過率Ｔ（λ）の分布
は、図１５（ｂ）に示すように、ほぼ谷型に設定する。
但し、透過率Ｔ（λ）はアレイセンサー１５における波
長感度特性を考慮して補正してある。

【００７７】即ち、例えばアレイセンサー１５における
波長λに対する検出感度（出力信号／入射する光強度）
ＰＳＶ（λ）が、図１５（ｃ）の点線で示すように右上
がりとなっているものとする。この場合、光学フィルタ
板６０を通過してアレイセンサー１５で受光される光束
の波長λに対する光強度Ｌ_R(λ）の分布は、光強度Ｌ
_E(λ）と透過率Ｔ（λ）との積であるため、その光強度
Ｌ_R(λ）の分布が図１５（ｃ）の実線のように多少右下
がりの特性となるように透過率Ｔ（λ）の分布を定めて
おく。このとき、波長λの光束に対してアレイセンサー
１５から出力される光電変換信号ＳＲ（λ）は、検出感
度ＰＳＶ（λ）と光強度Ｌ_R(λ）との積であるため、図
１５（ｄ）に示すように波長λに対してほぼ平坦な特性
となる。これにより、フォトレジストにおける薄膜干渉
の悪影響を低減することができ、安定にウエハの表面の
段差計測を行うことができる。

【００７８】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。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、複数の計測点に対応す
る光電検出手段のそれぞれの検出信号、及び基板の露光
面のプロセス構造に基づいて、複数の計測点毎に独立に
基板上の合焦の基準面を投影光学系による像面に合わせ
込むためのオフセット値を求める演算手段を設けたた
め、基板の各ショット領域の凹凸の状態に依らず、各露
光領域（ショット領域）を最適な状態で投影光学系によ
る結像面に合わせ込んで露光を行うことができる利点が
ある。

【００８０】また、投射光学系から投影光学系による露
光領域内に焦点検出用のパターンの像を投影した状態
で、基板ステージを駆動して基板を走らせることによ
り、露光領域内の全面に分布する複数の計測点でそれぞ
れ対応する光電検出手段の検出信号を求め、演算手段
が、その全面に分布する複数の計測点での光電検出手段
の検出信号、及び基板の露光面のプロセス構造に基づい
て、複数の計測点毎に独立に基板上の合焦の基準面を投
影光学系による像面に合わせ込むためのオフセット値を
求める場合には、簡単な構成の焦点検出用の光学系を使
用して、基板の露光領域の全面の凹凸の状態を迅速に計
測できる。従って、その露光領域の全面を最適な状態で
投影光学系による結像面に合わせ込んで露光を行うこと
ができる利点がある。また、基板の保持具（ウエハホル
ダ等）の平坦度が悪くても、基板の反りがあっても、基
板と保持具との間に異物等があっても、それらに起因す
る合焦エラーも防止できる。すなわち、露光領域の全面
を結像面と合致ないし焦点深度内に設定できる。

【００８１】更に、投射光学系から投影光学系による露
光領域内に焦点検出用のパターン像を投影する際に使用
される光束を１００ｎｍ以上の帯域幅を有する光束とし
た場合には、感光性の基板上の感光材料（フォトレジス
ト等）での薄膜干渉の悪影響が軽減される利点がある。
更に、その基板上の凹凸のエッジ部等により光束が散
乱、又は回折されることがあるが、広帯域の光束を使用
したときには、たとえ特定の波長の光束が弱くなって
も、全体としてＳＮ比の良好な検出信号を得ることがで
きる利点がある。

【００８２】また、投射光学系内から複数の光電検出手
段までの光路上に、焦点検出用のパターン像を投影する
際に使用される光束の波長感度特性を一様化するための
光学的フィルタを配置したときには、例えば広帯域の光
束を使用した場合に、それら光電検出手段から出力され
る検出信号の波長に対する強度分布がほぼ平坦化されて
いる。従って、特に所定の波長の光に影響されることな
く、正確に基板の露光面の高さ分布を計測することがで
きる。

【００８３】次に、演算手段が、複数の計測点毎に独立
に求められたオフセット値を用いて、投影光学系による
結像面の高さに応じた目標値を補正する場合には、この
補正後の目標値と実際に得られる検出信号とが合致する
ような閉ループ制御を行うことにより、高精度にフォー
カシング及びレベリングを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の一実施例における
投影光学系の最良結像面の検出機構を示す一部断面図を
含む構成図である。

【図２】（ａ）は図１の基準マーク板ＦＭ上のマーク配
置を示す拡大平面図、（ｂ）はこの基準マーク板ＦＭ上
に再結像される像とマークとの関係を示す拡大図であ
る。

【図３】図１の検出機構から出力される信号ＫＳの変化
の様子を示す図である。

【図４】実施例の多点ＡＦ系の光学系及び制御系を示す
構成図である。

【図５】図４の多点ＡＦ系で投影光学系ＰＬの露光フィ
ールド内に投影されるスリット像を示す図である。

【図６】図４中のスリット板１４とアレイセンサー１５
との関係を示す分解斜視図である。

【図７】図４中のアレイセンサー１５、セレクター回路
１３、同期検波回路１７、及び主制御ユニット３０の詳
細な構成を示すブロック図である。

【図８】本実施例で導入されるオフセット値の説明図で
ある。

【図９】図７中の補正値決定部３０Ｅの構成例を示すブ
ロック図である。

【図１０】検波出力信号ＦＳと信号ＫＳとの関係を示す
図である。

【図１１】実施例の焦点検出動作及び露光動作の一例を
示すフローチャートである。

【図１２】図１１の動作の変形例を示すフローチャート
である。

【図１３】検波出力信号ＦＳとＺ方向の位置との関係を
示す図である。

【図１４】ウエハのショット領域上に２次元的に分布す
る計測点にそれぞれスリット像を投影する場合を示す拡
大平面図である。

【図１５】（ａ）は本発明の実施例の変形例において、
ＡＦ系で使用される照明光の波長特性を示す図、（ｂ）
はその変形例で使用される光学フィルタ板６０の透過率
分布を示す図、（ｃ）はアレイセンサー１５で受光され
る光束の波長特性、及びアレイセンサー１５の波長感度
特性を示す図、（ｄ）はアレイセンサー１５から出力さ
れる光電変換信号の波長特性を示す図である。

【符号の説明】１スリット板１０振動ミラー１２平行平面板（プレーンパラレル）１３セレクター回路１４スリット板１５アレイセンサー１７同期検波回路ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ２０Ｚ・レベリングステージ２１ＸＹステージ３０主制御ユニット３０Ｂ補正演算部３０Ｃ偏差検出部３０Ｆ露光プロセスデータ記憶部６０光学フィルタ板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクパターンを感光性の基板上に投影
する投影光学系と、前記基板を保持して前記投影光学系の光軸に垂直な平面
内で前記基板の位置決めを行う基板ステージと、前記基板の傾斜角及び前記基板の前記投影光学系の光軸
方向の高さを調整するフォーカス・レベリングステージ
と、前記感光性の基板に対して非感光性の光を用いて、前記
投影光学系の光軸に対して斜めに前記投影光学系による
露光領域内の複数の計測点上に焦点検出用のパターンの
像を投影する投射光学系と、前記複数の計測点からの反射光を集光して前記複数の計
測点上の焦点検出用のパターンの像を再結像する受光光
学系と、該受光光学系により再結像された複数の像のそれぞれの
横ずれ量に対応した検出信号を生成する複数の光電検出
手段と、該複数の光電検出手段からの検出信号に基づいて前記フ
ォーカス・レベリングステージの動作を制御する制御手
段と、を有する投影露光装置において、前記複数の計測点に対応する前記光電検出手段のそれぞ
れの検出信号、及び前記基板の露光面のプロセス構造に
基づいて、前記複数の計測点毎に独立に前記基板上の合
焦の基準面を前記投影光学系による像面に合わせ込むた
めのオフセット値を求める演算手段を設けたことを特徴
とする投影露光装置。
【請求項２】前記投射光学系から前記投影光学系によ
る露光領域内に前記焦点検出用のパターンの像を投影し
た状態で、前記基板ステージを駆動して前記基板を走ら
せることにより、前記露光領域内の全面に分布する複数
の計測点でそれぞれ対応する前記光電検出手段の検出信
号を求め、前記演算手段は、前記全面に分布する複数の計測点での
前記光電検出手段の検出信号、及び前記基板の露光面の
プロセス構造に基づいて、前記複数の計測点毎に独立に
前記基板上の合焦の基準面を前記投影光学系による像面
に合わせ込むためのオフセット値を求めることを特徴と
する請求項１記載の投影露光装置。
【請求項３】前記投射光学系から前記投影光学系によ
る露光領域内に前記焦点検出用のパターンの像を投影す
る際に使用される光束を、１００ｎｍ以上の帯域幅を有
する光束とすることを特徴とする請求項１又は２記載の
投影露光装置。
【請求項４】前記投射光学系内から前記複数の光電検
出手段までの光路上に、前記投射光学系から前記投影光
学系による露光領域内に前記焦点検出用のパターンの像
を投影する際に使用される光束の波長感度特性を一様化
するための光学的フィルタを配置することを特徴とする
請求項１、２又は３記載の投影露光装置。
【請求項５】前記演算手段は、前記複数の計測点毎に
独立に求められるオフセット値を用いて、前記投影光学
系による結像面の高さに応じた目標値を補正することを
特徴とする請求項１、２、３又は４記載の投影露光装
置。