JPH1064814A - 面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法

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JPH1064814A
JPH1064814A JP9126338A JP12633897A JPH1064814A JP H1064814 A JPH1064814 A JP H1064814A JP 9126338 A JP9126338 A JP 9126338A JP 12633897 A JP12633897 A JP 12633897A JP H1064814 A JPH1064814 A JP H1064814A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハ面の光軸方向の位置情報を高精度に検
出し、レチクル面上の回路パターンをウエハ面上に高い
精度で投影露光することのできる面位置検出装置及びそ
れを用いたデバイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 第１ステージに載置した第１物体面上の
パターンを照明手段で照明し、第１物体面上のパターン
を投影光学系により第２ステージに載置した第２物体面
上に投影する際、第１又は第２の一方のステージに所定
のマークを有する基準プレートを設け、第１又は第２ス
テージの基準プレートが設けられていない他方のステー
ジに反射面プレートを設け、基準プレートのマークを投
影光学系を介して反射面プレートに投影するとともに第
１又は第２ステージを光軸方向に移動させて、このとき
反射面プレートで反射したマークの像を利用して第２物
体面の光軸方向の面位置を求めるＴＴＬ面位置検出系を
設けたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は面位置検出装置及び
それを用いたデバイスの製造方法に関し、特にレチクル
（マスク）面上に形成されているＩＣ，ＬＳＩ等の微細
な電子回路パターンを投影レンズ（投影光学系）により
ウエハ面上に投影し、露光するときに該ウエハ面の該投
影レンズの光軸方向の面位置情報を検出し、該ウエハを
投影光学系の最良結像面に位置させることにより高集積
度のデバイスを製造する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より半導体素子製造用の縮小投影型
の露光装置では、第１物体としてのレチクルの回路パタ
ーンを投影レンズ系により第２物体としてのウエハ上に
投影し、露光している。このとき投影露光に先立って面
位置検出装置を用いてウエハ面の光軸方向の位置を検出
して、該ウエハ面を投影レンズの最良結像面に位置する
ようにしている。
【０００３】面位置検出装置としては、従来より、投影
レンズによってマスクパターンが転写される位置に設け
た半導体ウエハ面に対して斜め方向から入射光を照射
し、その半導体ウエハ表面から斜めに反射する反射光を
検出して、その表面位置を検出する斜入射方式の面位置
検出装置が多く用いられている。
【０００４】一方、最近では露光装置として高解像力が
得られ、且つ画面サイズを拡大できるステップアンドス
キャン方式の走査型投影露光装置（露光装置）が種々と
提案されている。この走査型露光装置では、レチクル面
上のパターンをスリット状光束により照明し、該スリッ
ト状光束により照明されたパターンを投影系（投影光学
系）を介し、スキャン動作によりウエハ上に露光転写し
ている。
【０００５】一般に投影露光装置では、高解像力化に伴
って投影光学系の焦点深度が浅くなってくるためにウエ
ハ面を投影光学系の光軸方向の適切なる位置に配置して
露光することが投影解像力を向上させるための大きな要
素となっている。
【０００６】露光装置に用いられるウエハ面の面位置検
出装置としては、前述の如くウエハ面に対して斜入射に
構成されるオフアクシス（Off Axis）の検出機構が一般
的である。投影型の露光装置では露光に伴って投影光学
系が熱を吸収したり、又周囲の環境変動、例えば気圧変
動等で投影光学系の焦点位置が変化してくる。
【０００７】そうすると前述の斜入射方式のＯＦＦアク
シス（Off Axis）面位置検出機構の計測原点との間に焦
点面のズレが生じてくる。このため、多くの露光装置に
はこのずれをキャリブレーションする機構を搭載してい
る。
【０００８】本出願人は例えば特公平６−５２７０６号
公報でこのキャリブレーション機構として「自己共役
法」を用いた露光装置を提案している。ここで「自己共
役」とは、第１物体上（例えばレチクル）のパターン像
を投影光学系を介して第２物体上（例えばウエハステー
ジ）の反射面に集光させ、反射した光束を再度投影光学
系を介して第１物体上のパターンを集光させる状態をい
う。「自己共役法」とは、この状態でパターンを通過す
る反射光束の光量を検出するとき第２物体上の反射面が
投影光学系の結像面に位置した場合に検出光量が最大に
なることを利用して、オフアクシスによる面位置検出機
構とのキャリブレーションを行っている。
【０００９】他のキャリブレイション機構としては、投
影露光装置に搭載されているＴＴＬ方式の位置合わせ用
の顕微鏡を用いて、第１物体であるレチクルの透過部分
より投影光学系を通して（ＴＴＬ）、第２物体であるウ
ェハーステージ上に形成されているマークの画像鮮鋭度
を測定することにより、投影光学系の最良結像面を検出
してオフアクシスによる面位置検出機構とのキヤリブレ
ーションを行う例が知られている。
【００１０】この方法では、レチクル上にウェハーステ
ージ上のマークを観察するための透過部が必要となるた
め、この透過部をレチクル上の露光領域外に設けること
が一般に行われている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】投影露光装置に用いら
れている「自己共役法」によるキャリブレイションは比
較的簡易な構成により精度良く、キャリブレイションを
行うことができるという特徴がある。
【００１２】この他、「自己共役法」を用いて、レチク
ル面観察用の顕微鏡内に反射光の光量を検出する為の検
出手段を設け、レチクル上の露光パターンそのものを用
いてキャリブレイションを行う方法が知られている。し
かしながらこの方法は顕微鏡の観察可能な範囲内に必ず
しもキャリブレイションに適した露光パターンがあると
は限らないため、投影光学系の露光領域内の異なる複数
点の最良結像位置を知り、これより投影光学系の結像面
全面の情報を得ることができないという問題点があっ
た。
【００１３】またレチクル面観察用の顕微鏡を用いて、
ウェハーステージ上に形成されているマークの画像鮮鋭
度を測定する方法では、レチクル上にウェハーステージ
上のマークを観察するための透過部が必要となる。しか
しながら顕微鏡の観察可能な範囲内に必ずしもウェハー
ステージ上のマークを観察するための透過部があるとは
限らないため、同様に結像面全面の情報を得ることがで
きないという問題点があった。
【００１４】これに対して、レチクル上の露光領域内に
専用のパターン（もしくは透過部）を設けてやると、投
影光学系の露光領域内の異なる複数点の最良結像位置を
知り、投影光学系の結像面全面の情報を得ることが可能
となるが、この方法は露光領域内に回路パターン以外の
パターンを複数構成するため、回路パターンを設計する
上での自由度が著しく損なわれてしまうという問題があ
る。
【００１５】また、専用パターンを露光領域内に設けた
場合は、回路パターンの露光時に露光領域から顕微鏡を
退避させる必要があり、スループットが低下するという
問題が生じてしまう。
【００１６】又、専用パターンを設ける場合、露光に用
いるレチクルの全てに専用パターンを設けなければキャ
リブレーションできないという使用上の不具合があっ
た。
【００１７】本発明は、第１物体面上のパターンを投影
光学系を介して第２物体面上に投影露光する際に第１物
体を載置する第１ステージと第２物体を載置する第２ス
テージに適切に設定した基準プレートと反射面プレート
を分配配置することによってＴＴＬ方式で投影光学系の
結像面、即ち第２物体面の面位置情報を得るとともにオ
フアクシスの斜入射方式の面位置検出系で得られる面位
置情報を精度良くキャリブレーションし、第２物体面を
投影光学系の最良結像面に精度良く位置させ、高集積度
の半導体デバイスを容易に得ることができる面位置検出
装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提供を目的
とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の面位置検出装置
は、(1-1) 第１ステージに載置した第１物体面上のパタ
ーンを照明手段からの露光光で照明し、該第１物体面上
のパターンを投影光学系により第２ステージに載置した
第２物体面上に投影する際、該第１ステージ又は第２ス
テージの一方のステージに所定のマークを有する基準プ
レートを設け、該第１ステージ又は第２ステージの基準
プレートが設けられていない他方のステージに反射面プ
レートを設け、該基準プレートのマークを該投影光学系
を介して該反射面プレートに投影するとともに該第１ス
テージ又は該第２ステージを光軸方向に移動させて、こ
のとき該反射面プレートで反射した該マークの像を利用
して該第２物体面の光軸方向の面位置を求めるＴＴＬ面
位置検出系を設けたことを特徴としている。
【００１９】特に、(1-1-1) 前記投影光学系を介さずに
その光軸に対して斜方向から投光系よりパターンを前記
第２物体面上に形成し、該第２物体面に形成したパター
ンの像を受光系で受光素子面上に再結像し、該受光素子
面上に再結像したパターンの像の位置信号より該第２物
体面の光軸方向の位置情報を求めるオフアクシス面位置
検出系を設け、該オフアクシス面位置検出系は前記ＴＴ
Ｌ面位置検出系で得られるデータを利用してキャリブレ
ーションを行っていることを特徴としている。
【００２０】(1-2) 第１ステージに載置した第１物体上
のパターンを照明手段からの露光光で照明し、該第１物
体上のパターンを投影光学系により第２ステージ上に載
置した第２物体面上に投影する際、該第１ステージ又は
第２ステージの一方のステージに所定のマークを有する
反射プレートを設け、該第１ステージ又は第２ステージ
の反射プレートが設けられていない他方のステージに透
過部を有する基準プレートを設け、該反射プレート上の
該マークを該投影光学系を介して該基準プレート上の透
過部を通して観察するとともに該第１ステージ又は該第
２ステージを光軸方向に移動させて、このとき該反射面
プレート上の該マークの像を利用して該第１物体面又は
第２物体面の光軸方向の面位置を求めるＴＴＬ面位置検
出系設けたことを特徴としている。
【００２１】特に、(1-2-1) 前記投影光学系を介さずに
その光軸に対して斜方向から投光系よりパターンを前記
第２物体面上に形成し、該第２物体面に形成したパター
ンの像を受光系で受光素子面上に再結像し、該受光素子
面上に再結像したパターンの像の位置信号より該第２物
体面の光軸方向の位置情報を求めるオフアクシス面位置
検出系を設け、該オフアクシス面位置検出系は前記ＴＴ
Ｌ面位置検出系で得られるデータを利用してキャリブレ
ーションを行っていることを特徴としている。
【００２２】本発明の投影露光装置は、(2-1) 構成要件
(1-1) の面位置検出装置を用いて第２物体面を光軸方向
に位置合わせをし、第１物体面上のパターンを投影光学
系により第２物体面上に投影露光していることを特徴と
している。
【００２３】(2-2) 構成要件(1-2) の面位置検出装置を
用いて第２物体面を光軸方向に位置合わせをし、第１物
体面上のパターンを投影光学系により第２物体面上に投
影露光していることを特徴としている。
【００２４】本発明の走査露光装置は、(3-1) 第１ステ
ージに載置した第１物体面上のパターンを照明手段から
のスリット開口の露光光で照明し、該第１物体面上のパ
ターンを投影光学系により第２ステージに載置した第２
物体面上に該第１ステージと第２ステージをスリット開
口の短手方向に該投影光学系の投影倍率に対応させた速
度比で同期させて相対的に走査させながら投影露光する
走査露光装置において、該第１ステージ又は第２ステー
ジの一方のステージに所定のマークを有する基準プレー
トを設け、該第１ステージ又は第２ステージの基準プレ
ートが設けられていない他方のステージに反射面プレー
トを設け、該基準プレートのマークを該投影光学系を介
して該反射面プレートに投影するとともに該第１ステー
ジ又は該第２ステージを光軸方向に移動させて、このと
き該反射面プレートで反射した該マークの像を利用して
該第２物体面の光軸方向の面位置を求めるＴＴＬ面位置
検出系を設けたことを特徴としている。
【００２５】特に、(3-1-1) 前記基準プレートは前記第
１ステージ上における第１物体面の走査方向に挟んだ少
なくとも一方の領域に設けていること。
【００２６】(3-1-2) 前記基準プレートは前記第１ステ
ージ上における第１物体面の走査方向の面側に設けてお
り、このうち前記投影光学系の光軸に近い方の基準プレ
ートを利用して前記第２物体面の光軸方向の面位置を求
めていること。
【００２７】(3-1-3) 前記基準プレートには走査方向と
直交方向に面位置検出用の複数のマークが設けられてい
ること。
【００２８】(3-1-4) 前記反射面プレートは前記第２ス
テージ上における第２物体面の走査方向に挟んだ少なく
とも一方の領域に設けていること。
【００２９】(3-1-5) 前記反射面プレートは前記第２ス
テージ上における第２物体面の走査方向の面側に設けて
おり、このうち前記投影光学系の光軸に近い方の反射面
プレートを利用して該第２物体面の光軸方向の面位置を
求めていること。
【００３０】(3-1-6) 前記反射面プレートは走査方向に
直交する方向の長さが前記第２ステージ上の第２物体面
の径よりも大きいこと。
【００３１】(3-1-7) 前記投影光学系を介さずにその光
軸に対して斜方向から投光系よりパターンを前記第２物
体面上に形成し、該第２物体面に形成したパターンの像
を受光系で受光素子面上に再結像し、該受光素子面上に
再結像したパターンの像の位置信号より該第２物体面の
光軸方向の位置情報を求めるオフアクシス面位置検出系
を設け、該オフアクシス面位置検出系は前記ＴＴＬ面位
置検出系で得られるデータを利用してキャリブレーショ
ンを行っていること。等を特徴としている。
【００３２】(3-2) 第１ステージに載置した第１物体面
上のパターンを照明手段からのスリット開口の露光光で
照明し、該第１物体面上のパターンを投影光学系により
第２ステージに載置した第２物体面上に該第１ステージ
と第２ステージをスリット開口の短手方向に該投影光学
系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に
走査させながら投影露光する走査露光装置において、該
第１ステージ又は第２ステージの一方のステージに所定
のマークを有する反射プレートを設け、該第１ステージ
又は第２ステージの反射プレートが設けられていない他
方のステージに透過部を有する基準プレートを設け、該
反射プレートのマークを該投影光学系を介して該基準プ
レートの透過部を介して観察するとともに該第１ステー
ジ又は該第２ステージを光軸方向に移動させて、このと
き該反射面プレートの該マークの像を利用して該第１物
体面又は第２物体面の光軸方向の面位置を求めるＴＴＬ
面位置検出系を設けたことを特徴としている。
【００３３】特に、(3-2-1) 前記基準プレートは前記第
１ステージ上における第１物体面の走査方向に挟んだ少
なくとも一方の領域に設けていること。
【００３４】(3-2-2) 前記基準プレートは前記第１ステ
ージ上における第１物体面の走査方向の面側に設けてお
り、このうち前記投影光学系の光軸に近い方の基準プレ
ートを利用して前記第２物体面の光軸方向の面位置を求
めていること。
【００３５】(3-2-3) 前記基準プレートには走査方向と
直交方向に面位置検出用の複数のマークが設けられてい
ること。
【００３６】(3-2-4) 前記反射面プレートは前記第２ス
テージ上における第２物体面の走査方向に挟んだ少なく
とも一方の領域に設けていること。
【００３７】(3-2-5) 前記反射面プレートは前記第２ス
テージ上における第２物体面の走査方向の面側に設けて
おり、このうち前記投影光学系の光軸に近い方の反射面
プレートを利用して該第２物体面の光軸方向の面位置を
求めていること。
【００３８】(3-2-6) 前記反射面プレートは走査方向に
直交する方向の長さが前記第２ステージ上の第２物体面
の径よりも大きいこと。
【００３９】(3-2-7) 前記投影光学系を介さずにその光
軸に対して斜方向から投光系よりパターンを前記第２物
体面上に形成し、該第２物体面に形成したパターンの像
を受光系で受光素子面上に再結像し、該受光素子面上に
再結像したパターンの像の位置信号より該第２物体面の
光軸方向の位置情報を求めるオフアクシス面位置検出系
を設け、該オフアクシス面位置検出系は前記ＴＴＬ面位
置検出系で得られるデータを利用してキャリブレーショ
ンを行っていること。等を特徴としている。
【００４０】本発明のデバイスの製造方法は、(4-1) 構
成要件(1-1) 又は(1-2) の面位置検出装置を用いてデバ
イスを製造していることを特徴としている。
【００４１】(4-2) 構成要件(2-1) 又は(2-2) の投影露
光装置を用いてデバイスを製造していることを特徴とし
ている。
【００４２】(4-3) 構成要件(3-1) 又は(3-2) の走査露
光装置を用いてデバイスを製造していることを特徴とし
ている。
【００４３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の面位置検出装置を
デバイス製造用のステップアンドスキャン方式の投影露
光装置に適用したときの実施形態１の要部概略図であ
る。
【００４４】図２は図１の一部分の拡大説明図である。
本実施形態はパルスレーザーの光源から射出する露光光
束を照明光学系（照明手段）を介してレチクル（第１物
体）１をスリット状の光束６として照射し、レチクル１
上に形成している回路パターンを投影レンズ（投影光学
系）２によって感光体を塗布したウエハ（第２物体）３
上に走査しながら縮小投影して焼き付ける走査型露光装
置を示している。
【００４５】尚、本実施形態では通常のステップアンド
リピート方式の投影露光装置にも同様に適用可能であ
る。
【００４６】図１において回路パターンの形成されたレ
チクル１はレーザー干渉計８１と駆動制御手段１０００
によってＸ方向に駆動制御されるレチクルステージ（第
１ステージ）４に載置している。レチクルステージ４
は、Ｚ方向の位置を投影光学系２に対して一定に保った
状態でＸ方向に駆動している。
【００４７】感光基板であるウエハ３はレーザー干渉計
８１と駆動制御手段１０００によってＸＹ方向に駆動制
御されるウエハステージ（第２ステージ）５に載置して
いる。更にウエハステージ５はＺ方向の位置及び傾きが
投影光学系２に対して駆動制御可能となっている。
【００４８】このレチクル１とウエハ３は投影光学系２
を介して光学的に共役な位置に置かれており、照明系
（不図示）によりＹ方向に長いスリット状の露光光束６
をレチクル１上に形成している。このレチクル１上の露
光光束６は、投影光学系２の投影倍率に比した大きさの
スリット状の露光光束６ａとしてウエハ３上に形成して
いる。
【００４９】走査型の縮小投影露光では、このスリット
状の露光光束６及び露光光束６ａに対してレチクルステ
ージ４とウエハステージ５の双方を投影光学系２の光学
倍率に応じた速度比でＸ方向に動かし、スリット状の露
光光束６及び露光光束６ａがレチクル１上のパターン転
写領域２１とウエハ３上のパターン転写領域２２を走査
することによって走査露光をしている。７はレチクル面
１の観察用の顕微鏡である。
【００５０】本実施形態の面位置検出装置は、ウエハ３
面の光軸方向（Ｚ方向）の面位置情報をレチクルステー
ジ４に設けたプレート１０，１１を利用して検出し、該
検出結果に基づいて駆動制御手段（１０００）でウエハ
ステージ５を駆動させて、これによりウエハ３を投影光
学系２の最良結像面に位置合わせをするＴＴＬ面位置検
出系を有している。
【００５１】次に本実施形態における面位置検出装置の
構成について説明する。１０，１１は図２に示すような
プレート（基準プレート）であり、その面上には各々マ
ーク５０（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ），５１（５１ａ，
５１ｂ，５１ｃ）が形成されている。マーク５０，５１
はレチクル１の回路パターンと光軸方向に対して同じ位
置に設定している。プレート１０，１１は各々レチクル
ステージ４上に載置されている。
【００５２】尚、本実施形態においてプレート１０，１
１は必ずしも２つ必要でなく、一方のプレートのみであ
っても良い。マーク５０，５１は例えばガラス基板上に
Ｃｒ蒸着で形成された一部透過性を持つラインアンドス
ペースより構成し、図２に示すようにプレート１０，１
１上のＹ方向の異なる複数の位置５０ａ〜５０ｃ，５１
ａ〜５１ｃに各々配置している。プレート１０，１１上
の異なる位置に複数のマークを配置して投影光学系２の
スリット状の長手方向（Ｙ方向）の像面変化を検出して
いる。
【００５３】又、図１に示すようにプレート１０，１１
に設けた３つのマーク（５０ａ〜５０ｃ，５１ａ〜５１
ｃ）の上方には各マーク毎にハーフミラー（１０１ａ〜
１０１ｃ，１１１ａ〜１１１ｃ），集光レンズ（１０２
ａ〜１０２ｃ，１１２ａ〜１１２ｃ）、そして受光素子
（１０３ａ〜１０３ｃ，１１３ａ〜１１３ｃ）を設けて
いる。ここで１つのハーフミラー１０１ａ、１つの集光
レンズ１０２ａ、そして１つの受光素子１０３ａで１つ
の受光系１００ａを構成している。
【００５４】６つの受光系１００ａ〜１００ｃ，１１０
ａ〜１１０ｃは、レチクルステージ４上に構成されてお
り、駆動制御手段１０００によりレチクルステージ４が
Ｘ方向に駆動する場合には、レチクルステージ４と一体
で駆動するものである（図１には、レチクルステージ４
と一体で駆動する範囲を点線で示した。）。
【００５５】一方ウエハステージ５上には、反射面プレ
ート１２を載置している。この反射面プレート１２の表
面は、ウエハ３の表面と略同じ高さに設定している。投
影光学系２の光軸上におけるウエハ３の表面位置はオフ
アクシスの斜入射法を用いた面位置検出機構（オフアク
シス面位置検出系）３３により検知している。面位置検
出機構３３はＺ方向の位置及び傾きが検出可能となって
いる。
【００５６】ここでオフアクシス面位置検出系としての
面位置検出機構３３では例えば投光系よりパターン又は
スポット光をウエハ面上に投影し、ウエハ面に形成した
パターン又はスポット光を受光系によりセンサー面上に
形成している。そしてセンサー面上におけるそれらの位
置情報がウエハ面の光軸方向の位置と所定の関係となる
ので、このときのセンサー面上における位置情報を検出
してウエハ面の光軸方向の面位置を検出している。
【００５７】次に例えば環境変化に伴う投影光学系の焦
点位置の変化と斜入射法による面位置検出機構３３で得
られるウエハの面位置データの変化との間のズレをＴＴ
Ｌ面位置検出系のデータを利用して補正（キャリブレー
ション）する方法について説明する。
【００５８】図６は本実施形態のキャリブレーションの
フローチャートである。キャリブレーションはプレート
１０のマーク５０、又はプレート１１のマーク５１のど
ちらを使っても良い。以下はプレート１０のマーク５０
を用いた場合について説明する。
【００５９】始めに駆動制御手段１０００によりレチク
ルステージ４とウエハステージ５を駆動させ、レチクル
ステージ４上のプレート１０及びウエハステージ５上の
反射面プレート１２を投影光学系２の光軸上に位置させ
る。このときプレート１０上のマーク５０（５０ａ〜５
０ｃ）はスリット状の露光光束６により照明される領域
内に一致させている。
【００６０】照明系（不図示）より、照明光をハーフミ
ラー１０１（１０１ａ〜１０１ｃ）を介してプレート上
のマーク５０を照明する。ここで照明光はレチクル１面
上のパターンをウエハ３に露光する為の露光光と同一で
あっても、又異なった光であっても良い。
【００６１】マーク５０を通過した光束は投影光学系２
を経た後、反射面プレート１２上に集光し、反射され
る。反射面プレート１２で反射された光束は、再び投影
光学系２を経てマーク５０に集光する。このとき、一部
の光束はマーク５０を通過してハーフミラー１０１で反
射された後、集光レンズ１０２を通り受光素子１０３
（１０３ａ〜１０３ｃ）に入光する。
【００６２】この状態でウエハステージ５上の反射面プ
レート１２の傾きを一定に保ちながら、投影光学系２の
焦点面と予想される位置を挟んで、駆動制御手段１００
０によりＺ方向（光軸方向）にウエハステージ５を駆動
させている。ウエハステージ５のＺ方向の駆動位置は、
面位置検出機構３３によりモニターして焦点位置検出制
御手段１１００により記憶している。この時、同時に受
光素子１０３の光電変換出力もモニターして焦点位置検
出制御手段１１００に記憶している。
【００６３】又受光素子１０３（１０３ａ〜１０３ｃ）
からは、プレート１０上のマーク５０（５０ａ〜５０
ｃ）に対応した出力が得られる。この受光素子１０３か
らの光電変換出力が最大値となるＺ方向の位置が、各々
のマーク５０ａ〜５０ｃの最良結像位置となる。
【００６４】焦点位置検出制御手段１１００により、こ
のマーク５０ａ〜５０ｃからの各々の最良結像位置を決
定し、スリット状の露光領域６ａの傾きを含めた最良結
像位置の算出を行っている。
【００６５】ここで求められた最良結像位置を用いて、
面位置検出機構３３の面位置の原点を補正して焦点位置
検出制御手段１１００に記憶させることにより、投影光
学系２の像面位置と面位置検出機構３３の面位置のキャ
リブレーションを行っている（キャリブレーション終了
後、照明系の露光光の照射を止めている。）。
【００６６】焦点位置検出制御手段１１００は、このキ
ャリブレーションされた面位置検出機構３３の面位置情
報をパターン転写を行う際、ウエハ３の露光領域２２の
表面位置を合わせ込むようにしている。そして以降は面
位置検出機構３３によりウエハ３の面位置情報を検出
し、この検出結果を用いてステップアンドスキャン方式
で投影露光をしている。
【００６７】最後に、キャリブレーションを行うタイミ
ングであるが、ウエハ３へのパターン転写の一連動作中
に行っても良いし、パターン転写の動作と独立に行うも
のでも良い。又、マーク５０及びマーク５１のどちらを
用いてキャリブレーションを行っても構わないが、キャ
リブレーションを行おうとした時のレチクルステージ４
の位置は常にＸ方向の駆動中心にあるとは限らないの
で、レチクルステージ４のＸ方向の移動が少なくてすむ
方の、即ち投影光学系２の光軸に近い方のマークを用い
てキャリブレーションを行えば、スループットを向上で
きるので、より望ましい（これは縮小投影である為、レ
チクルステージ４の移動量はウエハステージ５の移動量
より倍率の分だけ大きいものとなり、移動時間もそれだ
け必要となる為である。）。
【００６８】次に本発明の実施形態２について説明す
る。図１の実施形態１ではプレート１０，１１上のマー
ク５０，５１（５０ａ〜５０ｃ，５１ａ〜５１ｃ）を介
した光束を受光する為の６つの受光系を用いているが、
本実施形態では図１０に示したように、プレート１０，
１１に対して各々１つの受光系１００，１１０を設け、
１つの受光系１００，１１０を受光系駆動制御手段１３
００により各マーク（５０ａ〜５０ｃ、５１ａ〜５１
ｃ）に対向して（図中矢印Ｙ方向）駆動させて、これに
よって各マーク（５０ａ〜５０ｃ、５１ａ〜５１ｃ）で
の最良結像位置を検出するようにしている。
【００６９】この２つの受光系１００，１１０は、レチ
クルステージ４上に構成されており、駆動制御手段１０
００によりレチクルステージ４がＸ方向に駆動する場合
には、レチクルステージ４と一体で駆動するものである
（図１０には、レチクルステージ４と一体で駆動する範
囲を点線で示している。）。
【００７０】本実施形態ではプレート１０，１１に対し
て各々１つの受光系を設け、１つの受光系を各マーク
（５０ａ〜５０ｃ，５１ａ〜５１ｃ）に対向して駆動さ
せて、これによって各マーク（５０ａ〜５０ｃ，５１ａ
〜５１ｃ）での最良結像位置を検出するようにしてい
る。
【００７１】図７は本実施形態のキャリブレーションの
フローチャートである。
【００７２】次に本発明の実施形態３について説明す
る。図３は本発明の実施形態３の一部分の概略図であ
る。本実施形態では実施形態１に比べてファイバー１０
４から導光した照明光でプレート１０のマークを照明し
ている点が異なっており、その他の構成は同じである。
【００７３】図３においてファイバー１０４より照射さ
れた光束は、ハーフミラー１０５で反射され、集光レン
ズ１０２を経てミラー１０６で反射されて方向を変えら
れた後、プレート１０に設けたマーク５０を照射してい
る。そして投影光学系２を介してウエハステージ５上の
反射プレート１２に入射して、そこで反射された光はマ
ーク５０を通過した後、ミラー１０６で反射されて方向
を変えられ、集光レンズ１０２を経てハーフミラー１０
５を通過し、受光素子１０３に入光している（プレート
１１上のマーク５１側も同様の構成となっている。）。
尚、照明する光の波長は露光光とほぼ同じ又は異なった
波長の光であっても良い。
【００７４】次に本発明の実施形態４について説明す
る。図４は本発明の実施形態４の一部分の説明図であ
る。
【００７５】本実施形態は図１に示す顕微鏡７内の光路
の一部に図４に示すようにハーフミラー１０５，１０
７、ファイバー１０４、集光レンズ１０２、受光素子１
０３を設けることにより、キャリブレーションに使用し
ている。この場合は、キャリブレーションを行う時に顕
微鏡７がマーク５０又はマーク５１上まで駆動可能とな
るようにしている。本実施形態では図７に示すフローチ
ャートに従って動作させている。
【００７６】次に本発明の実施形態５について説明す
る。図１の実施形態１ではプレート１０，１１をレチク
ルステージ４に設けているが、本実施形態ではプレート
１００をウエハステージ５に設けている点が異なってお
り、その他の基本構成は同じである。本実施形態の構成
は図１に比べてプレート１０，１１と反射プレート１２
の位置を入れ替えただけのものである。
【００７７】本実施形態ではプレート１００の下部のウ
エハステージ５内に図３に示したキャリブレーション検
出系（１０２〜１０６）を設けており、これによってウ
エハステージ５側から投影光学系２に光を照射してい
る。
【００７８】この場合は図１のプレート１０，１１に対
応する位置に反射プレート１２０，１２１を配置してお
り、投影光学系２からの光を反射している。反射プレー
ト１２０，１２１の反射面はレチクル１のパターン描画
面と同じ高さに設定している。
【００７９】次に本発明の実施形態６について説明す
る。図５は本発明の実施形態６の要部概略図である。
【００８０】本実施形態ではウエハステージ５上にスリ
ット状の露光領域６ａの長手方向と同じ方向に長い２つ
の反射プレート１２２，１２３を、ウエハ３をスキャン
駆動するＸ方向に挟んで配置している。
【００８１】この時、反射プレート１２２，１２３のＹ
方向の長さはパターン転写の行われるウエハ３の直径よ
りも長くなるように構成している。ウエハへのパターン
転写の一連動作中にキャリブレーションを行う場合にレ
チクルステージ４のみならず、ウエハステージ５もスキ
ャン駆動するＸ方向だけに駆動するだけで良く、ウエハ
ステージ５がＹ方向に移動しない分だけスループットが
向上する。
【００８２】又、マーク５０及びマーク５１のどちらを
用いてキャリブレーションを行っても構わないが、キャ
リブレーションを行おうとした時のレチクルステージ４
の位置は常にＸ方向の駆動中心にあるとは限らないの
で、レチクルステージ４のＸ方向の移動が少なくてすむ
方のマークを用いてキャリブレーションを行うものと
し、ウエハステージ５上の反射プレート１２２，１２３
もＸ方向の移動が少なくてすむ方の反射プレート、即ち
投影光学系の光軸に近い方の反射プレートを用いてキャ
リブレーションを行っている。
【００８３】次に本発明の実施形態７について説明す
る。先の実施形態１，２，６においては、最良結像面の
検出方法として「自己共役法」を用いていた。これに対
して本実施形態では、ウェハステージ上のマークの画像
鮮鋭度を測定することによって求める所謂「画像鮮鋭度
法」を用いている点が実施形態１，２，６と異なってい
るだけであり、その他の基本構成は同じである。
【００８４】本実施形態の基本構成は図１，５と同じで
あるが、図１，５の中の３つの構成要素、すなわち、受
光系１００，１１０（１００ａ〜１００ｃ、１１０ａ〜
１１０ｃ）、基準プレート１０，１１、反射面プレート
１２（あるいは、１２０，１２１）をマークの画像鮮鋭
度を測定することができる構成に変更している。次に変
更点について説明する。
【００８５】始めに、受光系１００，１１０（１００ａ
〜１００ｃ、１１０ａ〜１１０ｃ）の変更点を説明す
る。受光系１００，１１０（１００ａ〜１００ｃ、１１
０ａ〜１１０ｃ）の構成において、集光レンズ１０２，
１１２（１０２ａ〜１０２ｃ、１１２ａ〜１１２ｃ）を
介して、基準プレート１０、１１のマーク５０，５１
（５０ａ〜５０ｃ，５１ａ〜５１ｃ）が存在する面と受
光素子１０３，１１３（１０３ａ〜１０３ｃ、１１３ａ
〜１１３ｃ）の受光面との関係を光学的に共役な配置と
し、かつ受光素子１０３，１１３（１０３ａ〜１０３
ｃ、１１３ａ〜１１３ｃ）をＣＣＤカメラ等の画像検出
可能な受光素子としている。
【００８６】次に、基準プレート１０，１１の変更点を
説明する。レチクルステージ４上の基準プレート１０，
１１は、ウェハステージ５上のマークの画像鮮鋭度を測
定する為に、透過部を持つことが必要となる。図１１に
示すように基準プレート１０，１１のＹ方向の異なる位
置に、単なる透過部であるマーク５０，５１（５０ａ〜
５０ｃ，５１ａ〜５１ｃ）を構成している（基準プレー
ト全面が透過性持つものでもかまわないが、キャリブレ
イションを行うときに、投影光学系に与える検出光のエ
ネルギー吸収による変化を押さえるために、図１１に示
すよう必要最低限の透過部を形成することが望まし
い。）。
【００８７】図１１に示す基準プレート１０、１１上の
マーク５０、５１（５０ａ〜５０ｃ，５１ａ〜５１ｃ）
は、基準プレート１０，１１の厚さを適切に設定して投
影光学系の上軸方向において、レチクル１の回路パター
ンの存在する面と、略同じ高さに設定している。
【００８８】次に、反射面プレート１２（あるいは、１
２０，１２１）の変更点を説明する。ウェハステージ５
上に構成される反射面プレート１２（あるいは、１２
０，１２１）上には、画像検出の為の新たなマークを形
成している。
【００８９】図１２は本実施形態におけるウェハステー
ジ５上の反射面プレート１２に設けたマークの説明図で
ある。図１２に示すように反射面プレート１２（あるい
は、１２０，１２１）上のＹ方向の異なる位置にマーク
１２００、あるいはマーク１２１０、（１２００ａ〜１
２００ｃ，あるいは１２１０ａ〜１２１０ｃ）を形成し
ている。
【００９０】このマーク１２００、あるいはマーク１２
１０は、例えばガラス基板上にＣｒ蒸着で形成されたパ
ターンより構成されている。このパターンは、ポジパタ
ーン、あるいは、ネガパターンのどちらで形成されてい
てもかまわない。
【００９１】図１２に示す反射面プレート１２（あるい
は、１２０，１２１）上のマーク１２００（あるいは１
２１０）の存在する面は、ウェハ３の表面と略同じ高さ
に設定している。
【００９２】図１３は以上の３点の変更により、基準プ
レート１０（あるいは１１）及び反射面プレート、プレ
ート１２（あるいは、１２０または１２１）を投影光学
系２の露光領域に移動させ、投影光学系２をはさんでほ
ぼ共役な位置に配置させた時の、基準プレート１０（あ
るいは１１）を上方から見た状態の説明図である。
【００９３】図１３に示すように、基準プレート１０
（あるいは１１）上の透過部であるマーク５０（５０ａ
〜５０ｃ，あるいは５１（５１ａ〜５１ｃ））を通し
て、反射面プレート１２（あるいは、１２０または１２
１）上のマーク１２００（１２００ａ〜１２００ｃ，あ
るいは１２１０（１２１０ａ〜１２１０ｃ））が重なっ
た状態となっている。
【００９４】受光系１００ａ〜１００ｃ（あるいは１１
０ａ〜１１０ｃ）が、各マーク毎に構成されている場合
には、図１３中の実線の領域１０１０ａ〜１０１０ｃ
（あるいは１１１０ａ〜１１１０ｃ）が、各受光系１０
０ａ〜１００ｃ（あるいは１１０ａ〜１１０ｃ）で画像
観察される領域となる。
【００９５】図１３において、反射面プレート１２（あ
るいは、１２０または１２１）上のマーク１２００（１
２００ａ〜１２００ｃ，あるいは１２１０（１２１０ａ
〜１２１０ｃ））が図１２の状態に対して上下反転して
いるのは、投影光学系２を等して観察を行っているため
である。
【００９６】また、基準プレート１０（あるいは１１）
に対して、受光系１００（あるいは１１０）が各々一つ
ずつ構成されている場合には、一つの受光系を各領域１
０１０ａ〜１０１０ｃ（あるいは１１１０ａ〜１１１０
ｃ）に対向して駆動させて、これによって各領域１０１
０ａ〜１０１０ｃ（あるいは１１１０ａ〜１１１０ｃ）
の画像観察を行っている。
【００９７】本実施形態のキャリブレーションのフロー
チャートは、図６，７と同じである。受光素子の出力と
して画像を記憶し、マーク毎に最良結像位置を画像鮮鋭
度法により決定している。
【００９８】以下に画像検出により最良結像位置を決定
する方法について説明する。図１に示した受光系１００
ａを用いて説明する。照明系（不図示）により、基準プ
レート上のマーク５０ａ（透過部）を照明する。透過部
であるマーク５０ａ（図１１）を通過した光束は投影光
学系２を経た後、反射面プレート上１２上のマーク１２
００ａ（図１２）に集光し照明する。反射面プレート１
２上のマーク１２００ａで反射した光束は、再び投影光
学系２を経て透過部であるマーク５０ａに集光し、反射
面プレート上１２上のマーク１２００ａの像を形成する
（図１３の領域１２１０ａが観察されている状態）。
【００９９】さらに透過部であるマーク５０ａを通過し
た光束はハーフミラー１０１ａで反射された後、集光レ
ンズ１０２ａを通り画像検出可能な受光素子１０３ａに
入光し、反射面プレート１２上のマーク１２００ａの像
を再度形成する。
【０１００】この状態で、投影光学系２のＺ方向（光軸
方向）にウェハステージ５を駆動させて画像検出可能な
受光素子１０３ａより得られる、反射面プレート１２上
のマーク１２００ａの像の鮮鋭度が最も高くなるｚ方向
の位置が、各々のマーク５０ａの最良結像位置となる。
【０１０１】本実施形態は、上記説明したように最良結
像位置の検出方法が異なる以外、実施形態１，２，６と
基本的に同様であるためこれ以上の説明は省略する。
【０１０２】次に本発明の実施形態８について説明す
る。先の実施形態３においては、最良結像面の検出方法
として「自己共役法」を用いていた。これに対して本実
施形態では「画像鮮鋭度法」を用いている点が実施形態
３と異なっているだけであり、その他の構成は同じであ
る。
【０１０３】本実施形態の基本構成は実施形態３と同じ
であるが、実施形態３の中の３つの構成要素、すなわ
ち、受光系１００，１１０、基準プレート１０，１１、
反射面プレート１２（あるいは、１２０，１２１）を変
更している。
【０１０４】始めに、受光系１００，１１０の変更点に
ついて説明する。図３において、集光レンズ１０２を介
して、基準プレート１０のマーク５０が存在する面と受
光素子１０３の受光面との関係を光学的に共役な配置と
し、かつ受光素子１０３をＣＣＤカメラ等の画像検出可
能な受光素子としている。第２，３の変更点である基準
プレート１０，１１、反射面プレート１２（あるいは、
１２０，１２１）の変更は前述の実施例７と同様なので
説明を省略する。この他の点は実施形態３と同じであ
る。
【０１０５】次に本発明の実施形態９について説明す
る。先の実施形態４においては、最良結像面の検出方法
として「自己共役法」を用いていた。これに対して本実
施形態では「画像鮮鋭度法」を用いている点が異なって
いるだけであり、その他の構成は同じである。
【０１０６】本実施形態の基本構成は実施形態４と同じ
であるが、実施形態４の中の３つの構成要素、すなわ
ち、受光系１００，１１０ 、基準プレート１０，１
１、反射面プレート１２（あるいは、１２０，１２１）
を変更している。
【０１０７】始めに、受光系１００，１１０の変更点に
ついて説明する。図４において、集光レンズ１０２を介
して、基準プレート１０のマーク５０が存在する面と受
光素子１０３の受光面との関係を光学的に共役な配置と
し、かつ受光素子１０３をＣＣＤカメラ等の画像検出可
能な受光素子としている。
【０１０８】なお、顕微鏡内に既にレチクル上のパター
ン検出用の画像検出可素子が存在する場合には、そちら
を用いてキャリブレイション検出を行ってもよい。
【０１０９】第２，３の変更点である基準プレート１
０，１１、反射面プレート１２（あるいは、１２０，１
２１）の変更は前述の実施例７と同様なので説明を省略
する。この他の点は実施形態４と同じである。
【０１１０】次に本発明の実施形態１０について説明す
る。先の実施形態５においては、最良結像面の検出方法
として「自己共役法」を用いていた。これに対して本実
施形態では「画像鮮鋭度法」を用いている点が異なって
いるだけであり、その他の構成は同じである。本実施形
態の基本構成は実施形態５と同じであるが、実施形態５
の中の３つの構成要素、すなわち、受光系１００，１１
０、基準プレート１０，１１、反射面プレート１２（あ
るいは、１２０，１２１）を変更している。変更内容
は、前述の実施形態７、８と同様なので省略する。この
他の点は実施形態５と同じである。
【０１１１】次に本発明の実施形態１１について説明す
る。本実施形態は、キヤリブレイション検出に用いられ
る受光系の最良結像位置が、投影光学系の回路パターン
の最良結像位置に対して、位置ずれを生じている場合の
キヤリブレイション方法が先の実施形態と異なってい
る。
【０１１２】実施形態７〜１０において、受光素子１０
３（あるいは１１３）の受光面に対する光学的に共役位
置は、集光レンズ１０２（あるいは１１２）と投影光学
系２の中間の位置と、反射面プレート１２（あるいは、
１２０，１２１）上のマーク１２００（あるいは１２１
０）の存在する面の２カ所に存在する。
【０１１３】実施形態７〜１０では、この受光素子１０
３（あるいは１１３）の受光面の集光レンズ１０２（あ
るいは１１２）と投影光学系２の中間に存在する共役位
置を、基準プレート１０（あるいは１１）のマーク５０
（あるいは５１）が存在する面に一致させている。
【０１１４】ここで、基準プレート１０（あるいは１
１）のマーク５０（あるいは５１）が存在する面は、レ
チクル１の回路パターンが存在する面と略同じ位置にな
るように配置されているので、受光素子１０３により検
出されるマーク１２００（あるいは１２１０）画像の最
良結像位置は、投影光学系２ によるレチクル１の回路
パターンを最良結像する位置に一致するものであった。
【０１１５】これに対して本実施形態では、 １）基準プレート１０（あるいは１１）のマーク５０
（あるいは５１）が存在する面が、レチクル１の回路パ
ターンが存在する面がずれている場合、あるいは、 ２）受光素子１０３（あるいは１１３）の受光面に対す
る共役位置が、基準プレート１０（あるいは１１）のマ
ーク５０（あるいは５１）が存在する面とずれている場
合、を対象としている。
【０１１６】上記１），または２）の場合、あるいは、
１，２）が同時に生じている場合では、受光素子１０３
により検出されるマーク１２００（あるいは１２１０）
画像の最良結像位置は、投影光学系２によるレチクル１
の回路パターンを最良結像する位置に対してずれ量が存
在してしまう。
【０１１７】このずれ量は、基準プレート１０（あるい
は１１）、受光系１００（あるいは１１０）の相対位置
関係が、これらの部材が構成されているレチクルステー
ジ４に対して一定に保たれている限り、一定の量を示す
ためオフセットとして補正してやることが可能である。
【０１１８】この場合のオフセット補正を行うフローチ
ャートを図１７，１８に示す。始めに、基準プレート１
０（あるいは１１）上の各マーク５０ａ 〜５０ｃ（あ
るいは５１ａ〜５１ｃ）画像の最良結像位置の計測結果
と、これらの各マーク位置に対応した像高でレチクル１
の回路パターンの焼き付けを行った結果との比較より、
各マーク位置での前記ずれ量を予め測定しておく。
【０１１９】この測定された各マーク位置での前記ずれ
量を不図示の投影露光装置のコンソールより入力を行
い、焦点位置検出制御手段１１００内の記憶手段にオフ
セットとして記憶させておく。このオフセットの設定は
装置が出荷される場合に一度行っておけばよいものであ
る（このオフセットに経時的な変化が生じる場合は、定
期的にオフセットの再設定を行ってやればよい。）。
【０１２０】この状態でキャリブレイションを実行させ
ている。以下に図６，７に示したフローチャートからの
変更点のみ説明する。焦点位置検出制御手段１１００内
の記憶手段に記憶された各マーク位置での前記ずれ量
は、各マーク毎に決定された最良結像位置にオフセット
として加算する。次にオフセット補正された各マーク毎
の最良結像位置より、露光領域の最良結像位置を算出し
ている。
【０１２１】次に本発明の実施形態１２について説明す
る。本実施形態では、画像検出を行う受光系が経時変化
を起こす場合に、この受光系の変化を補正しており、こ
のときのキヤリブレイション方法について説明する。
【０１２２】実施形態７〜１１においては、受光系１０
０，１１０（１００ａ〜１００ｃ、１１０ａ〜１１０
ｃ）の結像状態は変化しないものとしてキャリブレイシ
ョン検出を行っていた。
【０１２３】しかし、受光系１００，１１０（１００ａ
〜１００ｃ、１１０ａ〜１１０ｃ）は複数の要素より構
成される為、長期的にはその結像状態が経時変化を生じ
る可能性がある。すると、投影光学系２の最良結像面位
置をキャリブレイションする位置にも経時変化が生じて
しまうことになる。
【０１２４】この、受光系１００，１１０（１００ａ〜
１００ｃ、１１０ａ〜１１０ｃ）の結像状態の経時変化
による誤差をなくすためには、実施形態７〜１１におい
て、受光系１００，１１０（１００ａ〜１００ｃ、１１
０ａ〜１１０ｃ）の結像位置を特定位置に合焦させた後
にキャリブレイションを実行する様にしている。
【０１２５】本実施形態は実施形態７〜１１において、
２つの構成要素、すなわち、受光系１００，１１０（１
００ａ〜１００ｃ、１１０ａ〜１１０ｃ）、基準プレー
ト１０，１１に下記の変更を行うものである。
【０１２６】始めに、受光系１００，１１０（１００ａ
〜１００ｃ、１１０ａ〜１１０ｃ）の変更点について説
明する。図１４に示すように、受光系１００は光軸方向
の結像位置を受光系駆動制御手段１３００により調節可
能な構成となっている（簡単のため受光系１００のみ図
示したが、他の受光系１００ａ〜１００ｃ，１１０（１
１０ａ〜１１０ｃ）も同様の構成である。）。
【０１２７】結像位置の調節方法は、光軸方向に画像検
出素子よりなる受光素子１０３を動かし、後述する基準
プレート上の合焦マークの画像を観察し、この画像の鮮
鋭度より受光系１００の合焦位置を検出している。ここ
で結像位置を調節する方法としては、集光レンズ１０２
を光軸方向に移動させたり、受光系１００全体を動かす
ことで調整するなど方法は問わない。
【０１２８】次に、基準プレート１０，１１の変更点に
ついて説明する。図１５に基準プレート１０，１１上の
マーク５０，５１および１５００，１５１０を示した。
１０、１１はレチクルステージ４上に構成される基準プ
レートであり、マーク５０（５０ａ，５０ｂ，５０
ｃ）、５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ）は投影光学系２
のキャリブレイションを行う場合に使用する透過部開口
である。このマーク５０，５１の近傍に、受光系１００
（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ），１１０（１１０
ａ，１１０ｂ，１１０ｃ）、１１０）の合焦検出用マー
ク１５００（１５００ａ，１５００ｂ，１５００ｃ），
１５１０（１５１０ａ，１５１０ｂ，１５１０ｃ）を各
々設けるものである。
【０１２９】図１６に受光系１００ａを例に、画像観察
領域３０００ａと画像検出領域２０００ａ，２１００ａ
について説明する。画像観察領域３０００ａは、キャリ
ブレイション用の透過部マーク５０ａと受光系合焦検出
用マーク１５００ａを同時に観察するのに十分な大きさ
を有している。この画像画像観察領域３０００ａはさら
に二つの画像検出領域２０００ａ，２１００ａに分かれ
ている。
【０１３０】画像観察領域とは、受光系１００ａの視野
を意味しており、画像検出領域とはこの視野内の特定の
領域で画像処理を実行する範囲を意味する。
【０１３１】受光系１００ａは、画像検出領域２０００
ａにおいて、投影光学系２のキャリブレイションを行う
場合に、透過部開口であるマーク５０ａを通して観察さ
れる反射面プレート上のマーク１２００ａ（図１２）の
画像処理を行うものである。
【０１３２】また、受光系１００ａは、画像検出領域２
１００ａにおいて、受光系１００ａの結像位置を調節す
る場合に、基準プレー１０，１１上のマーク１５００ａ
の画像処理を行うものである。
【０１３３】図１９，２０，２１に本実施形態のフロー
チャートを示した。図１９は、実施例７で基準面プレー
ト１０，１１の各マークに対応して、受光系が１００ａ
〜１００ｃ，１１０ａ〜１１０ｃの計６つ個別に設けら
れている場合である。
【０１３４】図２０は、実施例７で基準面プレート１
０，１１に対して、受光系が１００，１１０の計２つ設
けられている場合である。
【０１３５】いずれの場合も、ウェハステージを光軸方
向に移動させながら受光素子の出力をモニターする直前
に、受光系の合焦動作を行うものとする。その他の点
は、実施例７と同じなので説明を省略する。
【０１３６】図２１は、図１９，２０に示した受光系の
合焦動作の詳細なフローチャートである。図１９，２０
のフローチャートで受光系の合焦動作を行う段階では、
図１６に示すように受光系の画像観察領域には、基準プ
レートおよび反射面プレート上のマークが観察される。
【０１３７】以下、図１６の受光系１００ａを例に説明
する。始めに、受光系１００ａの検出領域を画像検出領
域２１００に設定する。次に、受光系１００は光軸方向
の位置を受光系駆動制御手段１３００により移動させな
がら、受光系１００は光軸方向の位置と、この位置に対
応する画像検出領域２１００で観察される基準プレート
上のマーク１５００ａの画像をメモリーに記憶する。
【０１３８】上記の各位置毎に得られた画像に処理を行
い、画像の鮮鋭度の最も高い受光系１００の結像位置を
算出する。受光系１００は光軸方向の結像位置を、前述
の最も画像鮮鋭度の高い位置に、駆動させ固定する。
【０１３９】最後に、受光系１００ａの検出領域を画像
検出領域２０００に設定する。この状態で、透過部開口
であるマーク５０ａを通して観察される反射面プレート
上のマーク１２００ａ（図１２）の画像が観察可能とな
る。
【０１４０】尚、本発明におけるキャリブレションに用
いる最良結像位置の検出方法は、投影光学系２を通して
行う、いわゆるＴＴＬ検出可能な方法であれば、自己共
役法、画像鮮鋭度法に限るものではなく、どのような方
法でも適用可能である。
【０１４１】次に上記説明した投影露光装置を利用した
デバイスの製造方法の実施例を説明する。
【０１４２】図８は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローチャートである。
【０１４３】本実施例においてステップ１（回路設計）
では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２
（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマ
スクを製作する。
【０１４４】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
【０１４５】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
【０１４６】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【０１４７】図９は上記ステップ４のウエハプロセスの
詳細なフローチャートである。まずステップ１１（酸
化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（Ｃ
ＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
【０１４８】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【０１４９】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０１５０】尚本実施例の製造方法を用いれば高集積度
のデバイスを容易に製造することができる。
【０１５１】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、第１物体
面上のパターンを投影光学系を介して第２物体面上に投
影露光する際に第１物体を載置する第１ステージと第２
物体を載置する第２ステージに適切に設定した基準プレ
ートと反射面プレートを分配配置することによってＴＴ
Ｌ方式で投影光学系の結像面、即ち第２物体面の面位置
情報を得るとともにオフアクシスの斜入射方式の面位置
検出系で得られる面位置情報を精度良くキャリブレーシ
ョンし、第２物体面を投影光学系の最良結像面に精度良
く位置させ、高集積度の半導体デバイスを容易に得るこ
とができる面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの
製造方法を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】図１の一部分の拡大説明図
【図３】本発明の実施形態３の一部分の説明図
【図４】本発明の実施形態４の一部分の説明図
【図５】本発明の実施形態６の要部概略図
【図６】本発明の実施形態１の動作のフローチャート
【図７】本発明の実施形態２の動作のフローチャート
【図８】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図９】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図１０】本発明の実施形態６の要部概略図
【図１１】本発明の実施形態７の基準面プレートの説明
図
【図１２】本発明の実施形態７の反射面プレートの説明
図
【図１３】本発明の実施形態７の基準面プレートと反射
面プレートの説明図
【図１４】本発明の実施形態１２の一部分の説明図
【図１５】本発明の実施形態１２の基準プレートの説明
図
【図１６】本発明の実施形態１２の受光系の説明図
【図１７】本発明の実施形態１１のフローチャート
【図１８】本発明の実施形態１１のフローチャート
【図１９】本発明の実施形態１２のフローチャート
【図２０】本発明の実施形態１２のフローチャート
【図２１】本発明の実施形態１２のフローチャート
【符号の説明】
１ レチクル（第１物体） ２ 投影光学系 ３ ウエハ（第２物体） ４ 第１ステージ（レチクルステージ） ５ 第２ステージ（ウエハステージ） ６，６ａ スリット状の露光光束 ７ 顕微鏡 １０，１１ 基準プレート １２ 反射面プレート ３３ オフアクシス面位置検出系 １０００ 駆動制御手段 １１００ 焦点位置検出制御手段

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１ステージに載置した第１物体面上の
    パターンを照明手段からの露光光で照明し、該第１物体
    面上のパターンを投影光学系により第２ステージに載置
    した第２物体面上に投影する際、該第１ステージ又は第
    ２ステージの一方のステージに所定のマークを有する基
    準プレートを設け、該第１ステージ又は第２ステージの
    基準プレートが設けられていない他方のステージに反射
    面プレートを設け、該基準プレートのマークを該投影光
    学系を介して該反射面プレートに投影するとともに該第
    １ステージ又は該第２ステージを光軸方向に移動させ
    て、このとき該反射面プレートで反射した該マークの像
    を利用して該第２物体面の光軸方向の面位置を求めるＴ
    ＴＬ面位置検出系を設けたことを特徴とする面位置検出
    装置。
  2. 【請求項２】 前記投影光学系を介さずにその光軸に対
    して斜方向から投光系よりパターンを前記第２物体面上
    に形成し、該第２物体面に形成したパターンの像を受光
    系で受光素子面上に再結像し、該受光素子面上に再結像
    したパターンの像の位置信号より該第２物体面の光軸方
    向の位置情報を求めるオフアクシス面位置検出系を設
    け、該オフアクシス面位置検出系は前記ＴＴＬ面位置検
    出系で得られるデータを利用してキャリブレーションを
    行っていることを特徴とする請求項１の面位置検出装
    置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２の面位置検出装置を用い
    て第２物体面を光軸方向に位置合わせをし、第１物体面
    上のパターンを投影光学系により第２物体面上に投影露
    光していることを特徴とする投影露光装置。
  4. 【請求項４】 第１ステージに載置した第１物体面上の
    パターンを照明手段からのスリット開口の露光光で照明
    し、該第１物体面上のパターンを投影光学系により第２
    ステージに載置した第２物体面上に該第１ステージと第
    ２ステージをスリット開口の短手方向に該投影光学系の
    投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に走査
    させながら投影露光する走査露光装置において、該第１
    ステージ又は第２ステージの一方のステージに所定のマ
    ークを有する基準プレートを設け、該第１ステージ又は
    第２ステージの基準プレートが設けられていない他方の
    ステージに反射面プレートを設け、該基準プレートのマ
    ークを該投影光学系を介して該反射面プレートに投影す
    るとともに該第１ステージ又は該第２ステージを光軸方
    向に移動させて、このとき該反射面プレートで反射した
    該マークの像を利用して該第２物体面の光軸方向の面位
    置を求めるＴＴＬ面位置検出系を設けたことを特徴とす
    る走査露光装置。
  5. 【請求項５】 前記基準プレートは前記第１ステージ上
    における第１物体面の走査方向に挟んだ少なくとも一方
    の領域に設けていることを特徴とする請求項４の走査露
    光装置。
  6. 【請求項６】 前記基準プレートは前記第１ステージ上
    における第１物体面の走査方向の面側に設けており、こ
    のうち前記投影光学系の光軸に近い方の基準プレートを
    利用して前記第２物体面の光軸方向の面位置を求めてい
    ることを特徴とする請求項４の走査露光装置。
  7. 【請求項７】 前記基準プレートには走査方向と直交方
    向に面位置検出用の複数のマークが設けられていること
    を特徴とする請求項４，５又は６の走査露光装置。
  8. 【請求項８】 前記反射面プレートは前記第２ステージ
    上における第２物体面の走査方向に挟んだ少なくとも一
    方の領域に設けていることを特徴とする請求項４から７
    の何れか１項記載の走査露光装置。
  9. 【請求項９】 前記反射面プレートは前記第２ステージ
    上における第２物体面の走査方向の面側に設けており、
    このうち前記投影光学系の光軸に近い方の反射面プレー
    トを利用して該第２物体面の光軸方向の面位置を求めて
    いることを特徴とする請求項４から８の何れか１項記載
    の走査露光装置。
  10. 【請求項１０】 前記反射面プレートは走査方向に直交
    する方向の長さが前記第２ステージ上の第２物体面の径
    よりも大きいことを特徴とする請求項８又は９の走査露
    光装置。
  11. 【請求項１１】 前記投影光学系を介さずにその光軸に
    対して斜方向から投光系よりパターンを前記第２物体面
    上に形成し、該第２物体面に形成したパターンの像を受
    光系で受光素子面上に再結像し、該受光素子面上に再結
    像したパターンの像の位置信号より該第２物体面の光軸
    方向の位置情報を求めるオフアクシス面位置検出系を設
    け、該オフアクシス面位置検出系は前記ＴＴＬ面位置検
    出系で得られるデータを利用してキャリブレーションを
    行っていることを特徴とする請求項４から１０の何れか
    １項記載の走査露光装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１又は２の面位置検出装置を用
    いてデバイスを製造していることを特徴とするデバイス
    の製造方法。
  13. 【請求項１３】 請求項３の投影露光装置を用いてデバ
    イスを製造していることを特徴とするデバイスの製造方
    法。
  14. 【請求項１４】 請求項４から１１の何れか１項記載の
    走査露光装置を用いてデバイスを製造していることを特
    徴とするデバイスの製造方法。
  15. 【請求項１５】 第１ステージに載置した第１物体上の
    パターンを照明手段からの露光光で照明し、該第１物体
    上のパターンを投影光学系により第２ステージ上に載置
    した第２物体面上に投影する際、該第１ステージ又は第
    ２ステージの一方のステージに所定のマークを有する反
    射プレートを設け、該第１ステージ又は第２ステージの
    反射プレートが設けられていない他方のステージに透過
    部を有する基準プレートを設け、該反射プレート上の該
    マークを該投影光学系を介して該基準プレート上の透過
    部を通して観察するとともに該第１ステージ又は該第２
    ステージを光軸方向に移動させて、このとき該反射面プ
    レート上の該マークの像を利用して該第１物体面又は第
    ２物体面の光軸方向の面位置を求めるＴＴＬ面位置検出
    系設けたことを特徴とする面位置検出装置。
  16. 【請求項１６】 前記投影光学系を介さずにその光軸に
    対して斜方向から投光系よりパターンを前記第２物体面
    上に形成し、該第２物体面に形成したパターンの像を受
    光系で受光素子面上に再結像し、該受光素子面上に再結
    像したパターンの像の位置信号より該第２物体面の光軸
    方向の位置情報を求めるオフアクシス面位置検出系を設
    け、該オフアクシス面位置検出系は前記ＴＴＬ面位置検
    出系で得られるデータを利用してキャリブレーションを
    行っていることを特徴とする請求項１５の面位置検出装
    置。
  17. 【請求項１７】 請求項１５又は１６の面位置検出装置
    を用いて第２物体面を光軸方向に位置合わせをし、第１
    物体面上のパターンを投影光学系により第２物体面上に
    投影露光していることを特徴とする投影露光装置。
  18. 【請求項１８】 第１ステージに載置した第１物体面上
    のパターンを照明手段からのスリット開口の露光光で照
    明し、該第１物体面上のパターンを投影光学系により第
    ２ステージに載置した第２物体面上に該第１ステージと
    第２ステージをスリット開口の短手方向に該投影光学系
    の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に走
    査させながら投影露光する走査露光装置において、該第
    １ステージ又は第２ステージの一方のステージに所定の
    マークを有する反射プレートを設け、該第１ステージ又
    は第２ステージの反射プレートが設けられていない他方
    のステージに透過部を有する基準プレートを設け、該反
    射プレートのマークを該投影光学系を介して該基準プレ
    ートの透過部を介して観察するとともに該第１ステージ
    又は該第２ステージを光軸方向に移動させて、このとき
    該反射面プレートの該マークの像を利用して該第１物体
    面又は第２物体面の光軸方向の面位置を求めるＴＴＬ面
    位置検出系を設けたことを特徴とする走査露光装置。
  19. 【請求項１９】 前記基準プレートは前記第１ステージ
    上における第１物体面の走査方向に挟んだ少なくとも一
    方の領域に設けていることを特徴とする請求項１８の走
    査露光装置。
  20. 【請求項２０】 前記基準プレートは前記第１ステージ
    上における第１物体面の走査方向の面側に設けており、
    このうち前記投影光学系の光軸に近い方の基準プレート
    を利用して前記第２物体面の光軸方向の面位置を求めて
    いることを特徴とする請求項１８の走査露光装置。
  21. 【請求項２１】 前記基準プレートには走査方向と直交
    方向に面位置検出用の複数のマークが設けられているこ
    とを特徴とする請求項１８，１９又は２０の走査露光装
    置。
  22. 【請求項２２】 前記反射面プレートは前記第２ステー
    ジ上における第２物体面の走査方向に挟んだ少なくとも
    一方の領域に設けていることを特徴とする請求項１８か
    ら２１の何れか１項記載の走査露光装置。
  23. 【請求項２３】 前記反射面プレートは前記第２ステー
    ジ上における第２物体面の走査方向の面側に設けてお
    り、このうち前記投影光学系の光軸に近い方の反射面プ
    レートを利用して該第２物体面の光軸方向の面位置を求
    めていることを特徴とする請求項１８から２２の何れか
    １項記載の走査露光装置。
  24. 【請求項２４】 前記反射面プレートは走査方向に直交
    する方向の長さが前記第２ステージ上の第２物体面の径
    よりも大きいことを特徴とする請求項２２又は２３の走
    査露光装置。
  25. 【請求項２５】 前記投影光学系を介さずにその光軸に
    対して斜方向から投光系よりパターンを前記第２物体面
    上に形成し、該第２物体面に形成したパターンの像を受
    光系で受光素子面上に再結像し、該受光素子面上に再結
    像したパターンの像の位置信号より該第２物体面の光軸
    方向の位置情報を求めるオフアクシス面位置検出系を設
    け、該オフアクシス面位置検出系は前記ＴＴＬ面位置検
    出系で得られるデータを利用してキャリブレーションを
    行っていることを特徴とする請求項１８から２４の何れ
    か１項記載の走査露光装置。
  26. 【請求項２６】 請求項１５又は１６の面位置検出装置
    を用いてデバイスを製造していることを特徴とするデバ
    イスの製造方法。
  27. 【請求項２７】 請求項１７の投影露光装置を用いてデ
    バイスを製造していることを特徴とするデバイスの製造
    方法。
  28. 【請求項２８】 請求項１８から２５の何れか１項記載
    の走査露光装置を用いてデバイスを製造していることを
    特徴とするデバイスの製造方法。
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