JPH11195579A

JPH11195579A - 露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JPH11195579A
Application number: JP9361575A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Miyai; 恒夫宮井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】感光基板の露光面の表面状態を観察でき、露
光動作中に露光面の歪みによる異常ショットの発生を把
握可能な露光装置及びその露光方法を提供する。【解決手段】ウェハＷの露光面Ｗｆ上に二次元的に広
がる測定点ＡＦij（ｉ＝１〜５、ｊ＝１〜９）を設定す
る。その各測定点ＡＦijに対応するように、各測定点Ａ
Ｆijの投影光学系の光軸と平行な方向の位置を測定する
複数の受光センサを設ける。各測定点ＡＦijの内、所定
のサンプル点ＡＦijについて、それらの位置情報を平均
化し、合わせ込み面となる近似平面ＡＰＦを求める。そ
の近似平面ＡＰＦと前記各サンプル点ＡＦijとの距離を
算出し、最大の距離と最小の距離との差が所定のしきい
値を超える場合には、そのショット領域が異常ショット
領域であると判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘ
ッド等のマイクロデバイスを製造するためのリソグラフ
ィ工程で使用される露光装置及びその露光方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の露光装置では、マスクとしての
レチクル上の回路パターンが照明光学系により照明さ
れ、その回路パターンが投影光学系を介してフォトレジ
スト等の感光材料が塗布された感光基板（ウェハ、ガラ
スプレート等）上に投影転写されるようになっている。
前記感光基板は、前記投影光学系の光軸に交差するよう
に基板ステージ上に保持され、合焦機構によりその感光
基板の露光面が所定の合わせ込み面に合わせ込まれるよ
うになっている。

【０００３】このような合焦機構のための焦点検出方式
として、例えば特開平２−１０２５１８号公報には、次
のような多点斜入射式焦点検出系の発明が開示されてい
る。すなわち、この従来構成は、感光基板上のショット
領域内の複数（例えば５つ）の測定点のそれぞれに、投
影光学系を介することなくピンホール像を斜入射方式で
投射し、その各反射像を２次元位置検出素子（ＣＣＤ）
で一括受光する。そして、感光基板の露光面が、全体と
して予め仮想的に設定した基準面から投影光軸方向にど
のくらいずれているかを検出するようになっている。そ
して、前記焦点検出系の検出結果から、最小自乗近似等
により前記複数の測定点の平均面を求め、その平均面に
ついて所定の合わせ込み面（例えば、投影光学系の結像
面）に対する合わせ込みが行われる。このような従来構
成は、一般に「斜入射方式の多点ＡＦ系」と呼ばれ、焦
点検出と傾斜検出とを高精度に実行できる。

【０００４】また、例えば特開平６−２８３４０３号公
報には、前記レチクルと感光基板とが同期走査される走
査露光方式の露光装置において、次のような面位置設定
装置の発明が開示されている。すなわち、この装置に
は、感光基板の走査方向及びその走査方向と交差する方
向の複数の測定点において、その感光基板の投影光学系
の光軸と平行な方向の高さをそれぞれ測定する多点測定
手段が設けられている。そして、感光基板の走査時にお
いて、所定形状の照明領域と投影光学系に関して共役な
露光領域に対して感光基板が走査される際の各測定点の
前記高さを測定する。前記各測定点の測定結果の最大値
と最小値に基づいて、前記露光面の平均面を求め、さら
にその平均面の高さと投影光学系の像面の高さとの差分
を求める。次いで、その差分に基づいて、感光基板の高
さを基板ステージにより設定して、露光面の合わせ込み
が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、感光基板
は、一般に、その露光面上に複数の回路パターンが重ね
合わされることが多い。このような場合、感光基板は、
フォトレジストを塗布する塗布工程、露光工程、露光終
了後の現像工程等が繰り返される。そして、例えば前記
塗布工程においては過剰なレジストが、異物としてウェ
ハの露光面あるいはその露光面と反対側の面（以降、単
に「裏面」とする）に付着したりすることがある。ま
た、現像中に感光基板から脱落したレジストの重合物
が、異物として前記露光面または裏面に付着したりする
ことがある。さらに、クリーンルーム内にわずかに浮遊
する微小な異物が、前記感光基板の露光面または裏面に
付着したりすることもある。

【０００６】そして、このような異物が感光基板に付着
した場合には、感光基板の異物の付着した部分における
投影光学系の光軸と平行な方向への高さが突出すること
となり、露光面の平均面の演算時に誤差を生じることと
なる。この誤差が投影光学系の焦点深度を超えて大きく
なると、目標合わせ込み面への合わせ込みが行われてい
るにも係わらず、そのショット領域がデフォーカス状態
となって異常ショットとなる。また、その異物の付着し
た部分が、現像後に欠陥（いわゆる「抜け」）となった
り、隣接する配線間との短絡を引き起こすことがある。

【０００７】特に、感光基板の裏面に異物が付着した場
合には、その異物が基板ステージ上のショット領域に保
持されてしまうことがある。そして、この場合には、以
降にその基板ステージ上で露光処理される他の感光基板
にも当該ショット領域と対応する部分で不用意な歪みが
発生して、そのショット領域が異常ショットとなって、
製品の歩留まりが大きく低下するおそれがある。

【０００８】これに対して、前記各従来構成では、いず
れも、露光面の複数の測定点からの高さに関する情報
は、単にその露光面の平均面の演算に用いられているの
みである。そして、その演算結果に基づいて、感光基板
を保持する基板ステージを、投影光学系の光軸と平行な
方向に昇降させて、感光基板の露光面の傾斜を調整しつ
つ、その露光面の平均面と目標の合わせ込み面とを一致
させているのみである。このため、たとえ誤差を含んで
算出された平均面であっても、その平均面と合わせ込み
面との一致が見られると、そのショット領域の露光動作
が行われ、異常ショットが発生するおそれがあるという
問題点があった。また、このような異常ショットは、露
光後の現像処理を経なければ発見することができず、効
率が悪いという問題があった。

【０００９】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものである。その目的と
しては、感光基板の露光面の表面状態を観察でき、露光
動作中に露光面の歪みによる異常ショットの発生を把握
可能な露光装置及びその露光方法を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では、マスク（Ｒ）上のパタ
ーンを照明する照明光学系（２２）と、前記マスク
（Ｒ）上のパターンを感光基板（Ｗ）上に投影する投影
光学系（２４）と、その投影光学系（２４）の光軸に交
差するように前記感光基板（Ｗ）を保持する基板ステー
ジ（２５）と、前記感光基板（Ｗ）の露光面（Ｗｆ）を
所定の合わせ込み面に合わせ込む合焦機構（２６）とを
備えた露光装置において、前記感光基板（Ｗ）の露光面
（Ｗｆ）上における複数の測定点（ＡＦij）に関する前
記投影光学系（２４）の光軸と平行な方向の位置を測定
する測定手段（２６）と、その測定手段（２６）の測定
結果と所定のしきい値とを比較する比較手段（２７、２
７-1〜２７-7）と、その比較手段（２７、２７-1〜２７
-7）の比較結果に応じて前記位置の測定される露光範囲
が異常なものであるか否かを判定する判定手段（２７、
２７-1〜２７-7）とを備えたことを要旨としている。

【００１１】このような構成によれば、前記測定手段の
測定結果から感光基板の露光面の表面状態を観察するこ
とができる。そして、例えば感光基板の露光面あるいは
裏面に異物等が付着したりして、その露光面が投影光学
系の光軸と平行な方向に盛り上がりが生じているような
場合において、その盛り上がりが所定のしきい値を越え
るようなときには、前記位置の測定される露光範囲とし
てのショット領域が異常なものであると判定される。

【００１２】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の露光装置において、前記測定点（ＡＦij）は前記露
光面（Ｗｆ）上に二次元的な広がりをもって配置される
と共に、前記測定手段（２６）はそれらの測定点（ＡＦ
ij）に対応するように配置された複数の受光センサ（５
６−ij）を備えたことを要旨としている。

【００１３】このような構成によれば、露光面の表面状
態が二次元的な広がりをもって観察され、前記ショット
領域の異常の判定を確実に行うことができる。請求項３
に記載の発明では、請求項２に記載の露光装置におい
て、前記受光センサ（５６−ij）の一部または全部のセ
ンサは、前記合焦機構（２６）における前記露光面（Ｗ
ｆ）を所定の合わせ込み面に合わせ込むためのセンサを
兼ねることを要旨としている。

【００１４】このような構成によれば、前記ショット領
域の異常判定のために、新たにセンサを装備する必要が
なく、部品点数の増大を抑制することができる。また、
そのショット領域の異常判定に際して、合わせ込みのた
めに取得した各測定点の位置情報を活用することがで
き、露光装置の制御の簡素化を図ることができる。

【００１５】請求項４に記載の発明では、請求項２に記
載の露光装置において、前記受光センサ（５６−ij）の
内、一部のセンサは前記露光面（Ｗｆ）の合わせ込みに
使用され、他の一部のセンサは各測定点（ＡＦij）の前
記位置の測定に使用されることを要旨としている。

【００１６】このような構成においては、一部のセンサ
での検出情報に基づいて合わせ込みが行われ、他の一部
のセンサでの検出情報に基づいて各測定点の前記位置の
測定が行われる。また、例えば合わせ込み制御を行うた
めの電気的回路の数の制約により、合わせ込みに使用さ
れていないセンサが存在するような場合には、そのセン
サの有効活用を図ることができる。

【００１７】請求項５に記載の発明では、請求項１〜４
のいずれか一項に記載の露光装置において、前記比較手
段（２７、２７-1〜２７-7）は、１つまたは複数の測定
点（ＡＦij）の前記位置と他の測定点（ＡＦij）の前記
位置との相互変動量を算出し、その各相互変動量と前記
しきい値とを比較することを要旨としている。

【００１８】このような構成においては、各測定点間の
前記位置の相互変動量が所定のしきい値を超えるような
場合には、そのショット領域が異常であると判定され
る。請求項６に記載の発明では、請求項１〜４のいずれ
か一項に記載の露光装置において、前記比較手段（２
７、２７-1〜２７-7）は、各測定点（ＡＦij）における
前記位置の前記合わせ込み面に対する差分変動量を算出
し、その各差分変動量と前記しきい値とを比較すること
を要旨としている。

【００１９】このような構成においては、各測定点にお
いて前記位置の前記合わせ込み面に対する差分変動量が
所定のしきい値を超えるような場合には、そのショット
領域が異常であると判定される。

【００２０】請求項７に記載の発明では、請求項１〜４
のいずれか一項に記載の露光装置において、前記比較手
段（２７、２７-1〜２７-7）は、前記複数の測定点（Ａ
Ｆij）の各々における前記露光面（Ｗｆ）と前記合わせ
込み面との位置偏差（Ｄ）から決定される近似面（ＡＰ
Ｃ）と前記合わせ込み面との相関係数に基づいて相関変
動量を算出し、その相関変動量と前記しきい値とを比較
することを要旨としている。

【００２１】このような構成においては、まず各測定点
の前記位置情報から、その各測定点における前記露光面
と合わせ込み面との位置偏差が求められ、その位置偏差
を例えば平均化するような近似面が仮想される。次い
で、その近似面と前記合わせ込み面との相関係数が算出
され、その相関係数の逆数を相関変動量として、所定の
しきい値との比較が行われる。そして、その相関変動量
が所定のしきい値を超えるような場合には、そのショッ
ト領域が異常であると判定される。

【００２２】請求項８に記載の発明では、請求項６また
は７に記載の露光装置において、前記合わせ込み面は、
前記投影光学系（２４）の結像面によりなることを要旨
としている。

【００２３】このような構成によれば、各ショット領域
のフォーカシングを確実に行うことができる。請求項９
に記載の発明では、請求項８に記載の露光装置におい
て、前記投影光学系（２４）の結像面が湾曲していると
きは、前記結像面から決定される近似平面（ＩＳ）に対
して前記露光面（Ｗｆ）を合わせ込むようにしたことを
要旨としている。

【００２４】請求項１０に記載の発明では、請求項１〜
５のいずれか一項に記載の露光装置において、前記投影
光学系（２４）の結像面またはその結像面から決定され
る近似平面（ＩＳ）を前記合わせ込み面とすることを要
旨としている。

【００２５】これらのような構成によれば、投影光学系
の収差により、その結像面に湾曲や傾斜が生じている場
合には、その結像面またはその結像面から決定される近
似平面に露光面が合わせ込まれる。これにより、各ショ
ット領域の周辺部におけるデフォーカス量の低減を図る
ことができる。

【００２６】請求項１１に記載の発明では、請求項１〜
１０のいずれか一項に記載の露光装置において、前記判
定手段（２７、２７-1〜２７-7）による異常判定に基づ
いて、異常な露光範囲の表示を行う表示手段（６７）を
設けたことを要旨としている。

【００２７】このような構成によれば、異常と判定され
た感光基板の露光領域が、表示手段により表示され、異
常ショットの発生を感光基板の現像前において容易に確
認することができる。

【００２８】請求項１２に記載の発明では、請求項１〜
１１のいずれか一項に記載の露光装置において、前記判
定手段（２７、２７-1〜２７-7）による異常判定に基づ
く異常な露光範囲に関する情報を記憶する記憶手段（６
８）を設け、連続する複数回の露光において、同一の露
光範囲で異常判定が繰り返されたときに警告を発する警
告手段（６７）を設けたことを要旨としている。

【００２９】このような構成によれば、複数枚の感光基
板の連続的な露光処理が継続されている間にも、それら
一連の感光基板の現像処理を待つことなく、同一のショ
ット領域の異常を発見することができる。このため、そ
の異常なショット領域に対応する基板ステージの上面の
所定部分等を、早期に点検、清掃することができ、製品
の歩留まりを向上することができる。

【００３０】請求項１３に記載の発明では、請求項１〜
１２のいずれか一項に記載の露光装置において、前記判
定手段（２７、２７-1〜２７-7）による異常判定に基づ
く異常な露光範囲に関する情報を複数台の露光装置（２
１、２１-1〜２１-7）を統括制御するホストコンピュー
タ（７１）を介して次回処理の露光装置（２１、２１-1
〜２１-7）に伝送する通信手段（７０）を設けたことを
要旨としている。

【００３１】このような構成によれば、感光基板の異常
なショット領域に関する情報が次回処理の露光装置に伝
送される。その次回処理の露光装置では、前記の異常な
ショット領域に関する情報に基づいて、異常なショット
領域の露光をスキップして、次の正常なショット領域の
露光を行うことが可能となる。これにより、無駄な露光
が回避されるとともに、感光基板の処理時間を短縮する
ことができる。

【００３２】請求項１４に記載の発明では、請求項１〜
１３のいずれか一項に記載の露光装置の露光方法におい
て、感光基板（Ｗ）の露光面（Ｗｆ）上における複数の
測定点（ＡＦij）に関する投影光学系（２４）の光軸と
平行な方向の位置を測定し、その測定結果と所定のしき
い値とを比較し、その比較結果に応じてその測定点（Ａ
Ｆij）を含む露光範囲が異常なものであるか否かを判定
することを要旨としている。

【００３３】このような構成によれば、前記請求項１〜
１３のいずれか一項に記載の発明と同様の作用が発揮さ
れる。

【００３４】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下に、この
発明を一括露光と走査露光とが切換可能な露光装置に具
体化した第１の実施形態について図１〜図９に基づいて
説明する。

【００３５】図１及び図３に示すように、露光装置２１
は、照明光学系２２と、マスクとしてのレチクルＲを保
持するレチクルステージ２３と、投影光学系２４と、感
光基板としてのウェハＷを保持する基板ステージとして
のウェハステージ２５と、測定手段を兼ねる斜入射方式
の合焦機構２６と、比較手段及び判定手段を構成する主
制御系２７とより構成されている。

【００３６】前記照明光学系２２には、高圧水銀灯、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ光源、ＡｒＦエキシマレーザ光源、
Ｆ₂エキシマレーザ光源、金属蒸気レーザ又はＹＡＧレ
ーザの高調波を発振する光源等のいずれかからなる光源
３０から、露光光ＥＬが入射する。照明光学系２２は、
図示しないリレーレンズ、フライアイレンズ（又はロッ
ト・インテグレータ）、コンデンサレンズ等の各種レン
ズ系や、開口絞り及び前記レチクルＲのパターン面と共
役な位置に配置されたブラインド等を含んで構成されて
いる。そして、前記露光光ＥＬは、この照明光学系２２
を通過することにより、前記レチクルＲ上の回路パター
ンを均一に照明するように調整される。

【００３７】ここで、レチクルＲとウェハＷとを静止さ
せた状態で、レチクルＲ上の回路パターンを、図４に示
すウェハＷの露光面Ｗｆ上の所定の露光範囲としてのシ
ョット領域ＳＡijに転写露光する一括露光時において
は、前記露光光ＥＬの照明領域が図２（ａ）に二点鎖線
で示すように矩形状に整形される。一方、レチクルＲと
ウェハＷとを後述するように同期走査させた状態で、レ
チクルＲ上の回路パターンを、ウェハＷの露光面Ｗｆ上
の所定のショット領域ＳＡijに転写露光する走査露光時
においては、前記露光光ＥＬの照明領域が図２（ａ）に
実線で示すようにスリット状に整形される。

【００３８】前記レチクルステージ２３は、前記照明光
学系２２の下方において、そのレチクル載置面が前記投
影光学系２４の光軸方向と直交するように配置されてい
る。このレチクルステージ２３には、レチクル支持台３
２上において、Ｙ方向（図１の紙面に垂直な方向）に駆
動自在なレチクルＹ駆動ステージ３３が載置されてい
る。このレチクルＹ駆動ステージ３３上には、前記レチ
クル載置面をなすレチクル微小駆動ステージ３４が載置
されている。そして、このレチクル微小駆動ステージ３
４上にレチクルＲが真空チャック等により保持されてい
る。

【００３９】レチクル微小駆動ステージ３４は、前記投
影光学系２４の光軸に垂直な面内で、図１の紙面に平行
なＸ方向、図１の紙面に垂直なＹ方向、及び、前記投影
光学系２４の光軸と平行な軸線を中心とする回転方向
（θ方向）にそれぞれ微小量だけ、かつ高精度にレチク
ルＲの位置制御を行う。レチクル微小駆動ステージ３４
上には移動鏡３５が配置されるとともに、前記レチクル
支持台３２上には干渉計３６が配置されている。そし
て、この干渉計３６によって、常時レチクル微小駆動ス
テージ３４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニタ
ーされ、この干渉計３６により得られた位置情報Ｓ１は
前記主制御系２７に供給されている。

【００４０】前記投影光学系２４は図示しない複数のレ
ンズ等を含んで構成され、前記露光光ＥＬはこの投影光
学系２４を通過する際に、その断面形状が前記照明領域
の大きさから所定の縮小倍率１／ｎ（ｎは正の整数）に
縮小される。そして、前記レチクルＲ上の回路パターン
が、所定の縮小倍率で縮小された状態で、前記ウェハス
テージ２５上に投影光学系２４の光軸に交差するように
保持されたウェハＷの露光面Ｗｆに投影転写されるよう
になっている。

【００４１】前記ウェハステージ２５は、前記投影光学
系２４の下方において、そのウェハ載置面が投影光学系
２４の光軸方向と交差するように配置されている。この
ウェハステージ２５のウエハ支持台３９上には、Ｙ方向
に駆動自在なウエハＹ軸駆動ステージ４０が載置され、
そのウェハＹ駆動ステージ４０上には、Ｘ方向に駆動自
在なウエハＸ駆動ステージ４１が載置されている。ま
た、ウエハＸ駆動ステージ４１上には、上面を前記投影
光学系２４の光軸と直交するＸＹ平面に対し微小に傾斜
させることができるとともにＺ方向に微小駆動自在なＺ
レベリングステージ４２が設けられている。このＺレベ
リングステージ４２上には、ウエハＷが真空吸着によっ
て保持される。Ｚレベリングステージ４２上には、Ｘ方
向及びＹ方向に沿って延びる平面Ｌ字状の移動鏡４３が
固定されている。一対の干渉計４４は、その移動鏡４３
の外側面と対向するように配置されている。そして、図
１に示す干渉計４４によりＺレベリングステージ４２の
Ｘ方向の位置がモニターされ、図３に示す干渉計４４に
より同ステージ４２のＹ方向の位置がモニターされ、そ
して両干渉計４４により同ステージ４２のθ方向の位置
がモニターされている。これら干渉計４４により得られ
た位置情報Ｓ２は、前記主制御系２７に供給される。

【００４２】前記レチクルＲは、前記走査露光時には、
露光光ＥＬのスリット状の照明領域に対してＹ方向の図
１において紙面の手前側（または向こう側）に一定速度
Ｖで走査される。このレチクルＲの移動に同期して、ウ
ェハＷは図１の紙面に対して向こう側（又は手前側）に
一定速度Ｖ／β（１／βは投影光学系２４の縮小倍率）
で走査されるようになっている。これらのレチクルＲと
ウェハＷの同期走査は、前記主制御系２７の制御のもと
で実行される。

【００４３】図１及び図２に示すように、前記合焦機構
２６には、前記露光光ＥＬとは異なるウエハＷ上のフォ
トレジストを感光させない照明光が、図示しない照明光
源から光ファイバ束４７を介して導かれている。光ファ
イバ束４７から射出された照明光は、集光レンズ４８を
経て、多数のスリット状開口４９−ij（ｉ＝１〜５、ｊ
＝１〜９、図２（ｂ）参照）を有するパターン形成板４
９を照明する。

【００４４】パターン形成板４９を透過した照明光は、
レンズ５０、ミラー５１及び照射対物レンズ５２を経て
ウエハＷの露光面Ｗｆに投影される。これにより、その
露光面Ｗｆには、パターン形成板４９上のパターンの像
が前記投影光学系２４の光軸に対して斜めに投影結像さ
れる。ウエハＷの露光面Ｗｆで反射された照明光は、集
光対物レンズ５３、回転方向振動板５４及び結像レンズ
５５を経て受光器５６の受光面に再投影され、受光器５
６の受光面にはパターン形成板４９上のパターンの像が
再結像される。

【００４５】前記回転方向振動板５４は、加振装置５７
に接続されており、前記主制御系２７の制御のもとで後
述するように振動される。前記受光器５６の受光面には
多数の受光センサ５６−ij（ｉ＝１〜５、ｊ＝１〜９、
図２（ｃ）参照）が配設されており、それらの受光セン
サ５６−ijからの検出信号が信号処理装置５８に供給さ
れる。その信号処理装置５８は、前記各受光センサ５６
−ijからの検出信号を加振装置５７の駆動信号で同期検
波し、多数のフォーカス信号が得られるようになってい
る。そして、この信号処理装置５８は、多数のフォーカ
ス信号を前記主制御系２７に供給するようになってい
る。

【００４６】また、図３に示すように、前記Ｚレベリン
グステージ４２上のウエハＷの近傍には基準マーク板６
１が固定され、その基準マーク板６１上には各種基準マ
ークが形成されている。その基準マーク板６１上の基準
マークとレチクルＲ上のマークとを同時に観察するため
の一対のレチクルアライメント顕微鏡６２が、前記レチ
クルＲの上方に装備されている。また、レチクルステー
ジ２３とレチクルアライメント顕微鏡６２との間には、
レチクルＲからの検出光をレチクルアライメント顕微鏡
６２に導くために、一対の偏向ミラー６３が移動自在に
配置されている。この偏向ミラー６３は、露光シーケン
スが開始されると、主制御系２７からの指令のもとで、
ミラー駆動装置６４によりレチクルＲの上方位置から側
方へ待避される。これにより、ウエハ側の干渉計４４に
よって計測された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３６によって計測された座標に
より規定されるレチクル座標系との対応、すなわちウェ
ハＷとレチクルＲとのアライメントが図られるようにな
っている。

【００４７】このように、前記主制御系２７は、ウエハ
ステージ２５の各ステージ４０〜４２及びレチクルステ
ージ２３の各ステージ３３、３４の位置決め動作、レチ
クルＲとウェハＷとの同期露光動作、及び合焦機構２６
の合焦動作等をはじめとして、露光装置２１全体の動作
を制御する。

【００４８】また、この主制御系２７には、図４に示す
ようなウェハＷの露光範囲としての各ショット領域ＳＡ
ijの露光状態を表示する表示手段および警告手段として
のディスプレイ６７が接続されている。このディスプレ
イ６７上には、後述する異常判定の結果に基づいて、各
ショット領域ＳＡijが、正常ショット領域ＳＡｎ、異常
ショット領域ＳＡａ、連続異常ショット領域ＳＡsaまた
は未露光ショット領域ＳＡueのいずれであるのかが表示
されるようになっている。

【００４９】その異常ショット領域ＳＡａに関する情報
は、主制御系２７内に設けられた記憶手段としての記憶
装置６８内に格納される。この際、この異常ショット領
域ＳＡａに関する情報は、記憶装置６８内に格納されて
いる前回露光時の異常ショット領域ＳＡａに関する情報
と比較される。そして、同一のショット領域ＳＡijが所
定の回数連続して異常ショット領域ＳＡａと判定された
ときには、そのショット領域ＳＡijが連続異常ショット
領域ＳＡsaとして、ディスプレイ６７上に表示され、オ
ペレータに警告するようになっている。

【００５０】さらに、図５に示すように、この主制御系
２７は、通信手段としての伝送路７０を介して、複数台
の露光装置２１、２１-1〜２１-7を統括制御するホスト
コンピュータ７１に接続されている。そして、主制御系
２７は、各ウェハＷの露光動作が終了すると、各ウェハ
Ｗに関する情報、例えば各ウェハＷの含まれるロット番
号、各ウェハＷ固有のウェハ番号、前述のような各ショ
ット領域ＳＡijの露光状況をホストコンピュータ７１に
送信する。ホストコンピュータ７１は、各ウェハＷに関
する情報を受信すると、その情報を各ウェハＷの次回の
露光処理を行う露光装置２１、２１-1〜２１-7の主制御
系２７、２７-1〜２７-7に転送する。

【００５１】各主制御系２７、２７-1〜２７-7は、その
各ウェハＷに関する情報を受信すると、その情報に基づ
いてウェハＷの露光動作を制御する。この際、そのウェ
ハＷに異常ショット領域ＳＡａ及び連続異常ショット領
域ＳＡsaが存在する場合には、それらの異常なショット
領域ＳＡａ、ＳＡsaの露光はスキップされるようになっ
ている。

【００５２】次に、前記合焦機構２６の合焦動作につい
て、さらに詳細に説明する。図２（ｂ）に示すように、
前記パターン形成板４９には、第１列目に９個のスリッ
ト状の開口４９−11〜４９−19が形成され、第２列目〜
第５列目にもそれぞれ９個の開口４９−21〜４９−59が
形成されている。すなわち、パターン形成板４９には、
合計で４５個のスリット状の開口４９−ij（ｉ＝１〜
５、ｊ＝１〜９）が形成されている。

【００５３】そして、前記光ファイバ束４７から射出さ
れた照明光によって、これらの開口４９−ijによりなる
パターン像が、図２（ａ）に示すように、ウエハＷの露
光面Ｗｆ上にＸ軸及びＹ軸に対して斜めに投影される。

【００５４】ちなみに、この図２（ａ）において、前記
走査露光時では、図１のレチクルＲの回路パターンは、
Ｘ方向に長いスリット状の露光フィールド７６（図６
（ａ）、（ｂ）参照）内にウエハＷがＹ方向に走査され
た状態で露光される。このことから、また、ウェハＷの
露光面Ｗｆ上の投影像は、図２（ａ）におけるＹ方向に
おいて露光フィールド７６の上側でＸ方向に伸びた第１
列の９個の測定点ＡＦ１１〜ＡＦ１９、第２列の測定点
ＡＦ２１〜ＡＦ２９、前記露光フィールド７６内に位置
する第３列の測定点ＡＦ３１〜ＡＦ３９、前記露光フィ
ールド７６の下側でＸ方向に伸びた第４列の測定点ＡＦ
４１〜ＡＦ４９及び第５列の測定点ＡＦ５１〜ＡＦ５９
に、それぞれ前記各開口４９−ijに対応する像が投影さ
れたものとなる。

【００５５】これに対して、この図２（ａ）において、
前記一括露光時では、図１のレチクルＲの回路パターン
は、投影光学系２４の円形の照明視野７４に内接する矩
形状の露光フィールド７５に露光される。このことか
ら、ウェハＷの露光面Ｗｆ上の投影像は、図２（ａ）に
おけるＹ方向において上方から順に、露光フィールド７
５内に、第２列の７個の測定点ＡＦ２２〜ＡＦ２８、第
３列の測定点ＡＦ３２〜ＡＦ３８、及び、第４列の測定
点ＡＦ４２〜ＡＦ４８に、それぞれ前記各開口４９−ij
に対応する像が投影されたものとなる。この場合、露光
フィールド７５内における測定点ＡＦijは、合計２７個
となる。

【００５６】図２（ｃ）に示すように、前記受光器５６
上には、その第１列目に９個の受光センサ５６−11〜５
６−19が配置され、第２列目〜第５列目にもそれぞれ９
個の受光センサ５６−21〜５６−59が配置されている。
すなわち、受光器５６には、合計で４５個の受光センサ
５６−ij（ｉ＝１〜５、ｊ＝１〜９）が配列されてお
り、各受光センサ５６−ij上には図示しないスリット状
の絞りが配置されている。また、それら各受光センサ５
６−ij上にそれぞれ図２（ａ）の各測定点ＡＦij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。

【００５７】ここで、図１の前記回転方向振動板５４
は、合焦機構２６の合焦動作時において、露光面Ｗｆか
らの反射光を受光器５６上に再結像させる際に、各像の
位置を絞りの開口幅の短手方向に振動させるべく回転振
動されている。各受光センサ５６−ijで検出された検出
信号は、信号処理装置５８に供給される。信号処置装置
５８は、それぞれの検出信号を回転振動周波数の信号で
同期検波することにより、ウエハＷ上の前記各測定点Ａ
Ｆijについて、投影光学系２４の光軸と平行な方向の位
置（フォーカス位置）に対応する２１個または４５個の
フォーカス信号を生成する。これらのフォーカス信号の
内の所定のフォーカス信号より、後述するようにウエハ
Ｗの露光面Ｗｆの傾斜角（レベリング角）及び平均的な
フォーカス位置（合わせ込み面の位置）を算出する。

【００５８】これら測定されたレベリング角及び合わせ
込み面の位置は、図１の主制御系２７に供給される。主
制御系２７は、その供給されたレベリング角及び合わせ
込み面の位置に基づいて、Ｚレベリングステージ４２を
駆動し、ウェハＷの露光面Ｗｆの傾斜及び投影光学系２
４の光軸と平行な方向の高さを調整する。この調整によ
り、露光面Ｗｆの合わせ込み面への合わせ込みが行われ
る。

【００５９】ところで、この実施形態においては、前記
一括露光時においては、図６（ａ）に示すように、ウエ
ハＷの露光フィールド７５内の２１個の測定点の一部が
フォーカス位置を測定する点（以下、「サンプル点」と
いう）となっている。すなわち、第２列Ｌ２の測定点の
中の奇数番目の測定点ＡＦ２３，ＡＦ２５，ＡＦ２７、
第３列Ｌ３の測定点の中の偶数番目の測定点ＡＦ３２，
ＡＦ３４，ＡＦ３６，ＡＦ３８、及び、第２列Ｌ２の測
定点の中の奇数番目の測定点ＡＦ４３，ＡＦ４５，ＡＦ
４７がサンプル点となっている。そして、これらの各測
定点ＡＦijのフォーカス位置の測定結果は、測定点の座
標よりなる２次元のマップとして図１の主制御系２７の
記憶装置６８に記憶される。

【００６０】また、前記走査露光時においては、図６に
示すように、ウエハＷの走査方向に応じてそれら４５個
の測定点の中で前記サンプル点の位置を変えている。露
光フィールド７６に対してＹ方向にウエハＷを走査する
場合には、例えば、図６（ａ）に示すように、第２列Ｌ
２の測定点の中の奇数番目の測定点ＡＦ２１，ＡＦ２
３，‥‥，ＡＦ２９及び露光フィールド７６内の偶数番
目の測定点ＡＦ３２，ＡＦ３４，‥‥，ＡＦ３８がサン
プル点となる。一方、露光フィールド７６に対して−Ｙ
方向にウエハＷを走査する場合には、例えば、図６
（ｂ）に示すように、第４列Ｌ４の測定点の中の奇数番
目の測定点ＡＦ４１，ＡＦ４３，‥‥，ＡＦ４９及び露
光フィールド７５内の偶数番目の測定点ＡＦ３２，ＡＦ
３４，‥‥，ＡＦ３８がサンプル点となる。

【００６１】ここで、この走査露光時においては、各列
Ｌｉの測定点ＡＦijフォーカス位置の測定結果に基づく
合わせ込み面の位置は、ウエハステージ２５の移動座標
に応じて逐次変化していく。このため、それらの合わせ
込み面の位置は、ウェハステージ２５の走査方向の座標
及びその走査方向に直交する方向（以下、「非走査方
向」とする）の測定点の座標よりなる２次元のマップと
して図１の主制御系２７の記憶装置６８に記憶される。

【００６２】これらのように記憶された測定結果を用い
て、レチクルＲ上の回路パターンの露光時におけるウエ
ハＷの露光面Ｗｆの合わせ込み面が算出される。そし
て、実際に図１のＺレベリングステージ４２を駆動して
ウエハＷの露光面Ｗｆのレベリング及びフォーカシング
を行う場合は、前記測定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４２の動作が制御され
る。この場合、予め測定された結果に基づいて露光フィ
ールド７５、７６内での露光が行われる。特に、走査露
光時においては、図７（ａ）に示すように、例えば第２
列Ｌ２の測定点の所定のサンプル点で、その第２列Ｌ２
に対応するウエハＷ上の領域Ａ２における合わせ込み面
の位置の測定が行われる。その後、図７（ｂ）に示すよ
うに、ウエハＷ上の領域Ａ２が露光フィールド７６内に
達したときに、図７（ａ）での測定結果に基づいて、ウ
エハＷ上の領域Ａ２のフォーカシング及びレベリング制
御が行われる。

【００６３】次に、前記Ｚレベリングステージ４２の制
御動作について説明する。図８に示すように、Ｚレベリ
ングステージ４２の上面部材は下面部材上に３個の支点
７８〜８０を介して支持されている。各支点７８〜８０
は、それぞれ独立してフォーカス方向（投影光学系２４
の光軸と平行な方向、つまりＺ方向）に伸縮できるよう
になっている。そして、主制御系２７の制御のもとに駆
動部８４〜８６を介して各支点７８〜８０の伸縮量を調
整することにより、Ｚレベリングステージ４２上のウエ
ハＷの露光面Ｗｆの合わせ込み位置、Ｘ方向及びＹ方向
の傾斜角が所望の値に設定される。各支点７８〜８０の
近傍には、それぞれ各支点７８〜８０のフォーカス方向
の変位量を例えば０．０１μｍ程度の分解能で測定でき
る高さセンサー８１〜８３が取り付けられている。な
お、フォーカス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。

【００６４】ところで、支点７８〜８０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、２つの駆動点ＴＬ１、ＴＬ２はＹ軸に平行な１直
線上に配置されている。また、駆動点ＴＬ３は、前記２
つの駆動点ＴＬ１、ＴＬ２間を結ぶ線分に対する垂直２
等分線上に位置している。

【００６５】そして、前述のようにＺレベリングステー
ジ４２のレベリング制御が完了した状態で、同ステージ
４２のフォーカス制御、つまりウエハＷの露光面Ｗｆの
合わせ込み動作が行われるようになっている。この露光
面Ｗｆの合わせ込み位置の設定は、３個の支点７８〜８
０を同じ量だけ変位させることにより行われる。

【００６６】なお、この実施形態の傾斜角及び合わせ込
み面の位置の具体的な算出方法は、特開平６−２８３４
０３号公報に詳細に記載されているので、ここではその
説明を省略する。

【００６７】次に、この実施形態の一括露光時における
各ショット領域ＳＡijの異常判定動作について、詳細に
説明する。図９（ａ）に示すように、通常、ウェハＷが
ウェハステージ２５のＺレベリングステージ４２上に真
空吸着により保持された状態では、ウェハＷの露光面Ｗ
ｆはＺレベリングステージ４２の載置面に沿ってほぼ平
面となる。この場合において、図６（ａ）に示す前記測
定点ＡＦijの各列Ｌｉ（ｉ＝２〜４）に対応するウェハ
Ｗの領域における合わせ込み動作を考える。ここで、前
記合焦機構２６の信号処理装置５８は、前記ウェハＷの
Ｘ方向にならんだ各サンプル点ＡＦij（ｉ＝２〜４、ｊ
＝２〜８）の位置情報に基づいて、図１の投影光学系２
４の結像面に対する露光面Ｗｆの傾斜角と合わせ込み位
置を算出する。（なお、各サンプル点としては、ｉが奇
数となる第ｉ列Ｌｉでは各列Ｌｉ内の偶数番面の各測定
点ＡＦie（ｅは偶数）が、ｉが偶数となる第ｉ列Ｌｉで
は各列Ｌｉ内の奇数番面の各測定点ＡＦio（ｏは奇数）
が、それぞれ採用される。）そして、前記露光面Ｗｆ
は、前記投影光学系２４の結像面によりなる合わせ込み
面に合わせ込まれる。すなわち、ウェハＷの露光面Ｗｆ
と、目標となる合わせ込み面とがほぼ一致し、このショ
ット領域ＳＡijは、正常な露光が行われる正常ショット
領域ＳＡｎとなる。

【００６８】これに対して、図９（ｂ）に示すように、
例えばウェハＷの裏面ＷｂとＺレベリングステージ４２
の載置面との間に異物９１が存在した状態で、ウェハＷ
が真空吸着により保持されることがある。このような場
合、前記露光面Ｗｆがその異物９１に対応する部分を中
心として、図１の投影光学系２４側に盛り上がった状態
となる。この場合の前記各列Ｌｉに対応するウェハＷの
領域における合わせ込み動作を考える。

【００６９】この場合、前記ウェハＷのＸ方向にならん
だ各サンプル点ＡＦijの位置情報、つまり合焦機構２６
の各受光センサ５６−ijの検出情報に異物９１の大きさ
に基づくばらつきが生じる。このとき、前記合焦機構２
６の信号処理装置５８は、前記各サンプル点ＡＦijの位
置情報に基づいて、例えば最小自乗近似により露光面Ｗ
ｆを平均化した近似平面ＡＰＦを算出する。そして、信
号処理装置５８は、図１の投影光学系２４の結像面に対
する近似平面ＡＰＦの傾斜角と合わせ込み位置を算出
し、主制御系２７の制御のもとで、その近似平面ＡＰＦ
が前記投影光学系２４の結像面によりなる合わせ込み面
に合わせ込まれる。

【００７０】ここで、ウェハＷの露光面Ｗｆの各測定点
ＡＦijの位置と、合わせ込み面としての近似平面ＡＰＦ
との距離が、所定値、具体的には投影光学系２４の焦点
深度を超えると、前述したようにそのショット領域ＳＡ
ijがデフォーカス状態となって、異常ショット領域ＳＡ
ａとなる。

【００７１】この実施形態においては、前記のような各
サンプル点ＡＦijの位置情報にばらつきが生じた場合、
主制御系２７は、その各サンプル点ＡＦijの前記距離に
関する位置情報を相互に比較して、それらの位置情報に
関する相互変動量として、例えば最大の距離と最小の距
離との差の値を求める。そして、主制御系２７は、求め
られた差の値が、所定のしきい値、例えば投影光学系２
４の焦点深度の２倍の値を超えたときには、そのショッ
ト領域ＳＡijが異常ショット領域ＳＡａであると判定す
る。

【００７２】これに対して、前記のウェハＷの露光面Ｗ
ｆが、合わせ込み面とほぼ一致するような場合には、前
記の最大の距離と最小の距離との差の値を求めたとして
も、その値が所定のしきい値を超えることはない。この
ため、そのショット領域ＳＡijは正常ショット領域ＳＡ
ｎであると判定される。

【００７３】次に、この実施形態の走査露光時における
各ショット領域ＳＡijの異常判定動作について、詳細に
説明する。この場合には、例えば露光フィールド７６が
各ショット領域ＳＡijの中央付近に達したときにおけ
る、各測定点ＡＦij（ｉ＝１〜５、ｊ＝１〜９）に対応
する受光センサ５６−ijで検出された位置情報を、主制
御系２７の記憶装置６８内に記憶しておく。

【００７４】そして、そのショット領域ＡＦijの露光終
了後、前記合焦機構２６の信号処理装置５８は、各サン
プル点ＡＦijの位置情報にばらつきが生じている場合、
前記各サンプル点ＡＦijの位置情報に基づいて、最小自
乗近似により露光面Ｗｆを平均化した近似平面ＡＰＦを
算出する。次いで、主制御系２７は、その各サンプル点
ＡＦijの位置と前記近似平面ＡＰＦとの距離に関する位
置情報を相互に比較して、それらの位置情報に関する相
互変動量として、例えば最大の距離と最小の距離との差
の値を求める。そして、主制御系２７は、求められた差
の値が、所定のしきい値、例えば投影光学系２４の焦点
深度の２倍の値を超えたときには、そのショット領域Ｓ
Ａijが異常ショット領域ＳＡａであると判定する。

【００７５】以上のように構成されたこの第１の実施形
態によれば、以下の効果を奏する。（１）この実施形態の露光装置２１では、ウェハＷの
露光面Ｗｆ上において、複数かつ二次元的に広がった各
サンプル点ＡＦijの投影光学系２４の光軸と平行な方向
における近似平面ＡＰＦに対する距離に関する位置情報
が合焦機構２６の各受光センサ５６−ijにより測定され
るようになっている。そして、各測定点ＡＦijの位置情
報に前記差（相互変動量）が存在し、その差（相互変動
量）が所定のしきい値を超える場合には、そのショット
領域ＳＡijが異常ショット領域ＳＡａと判定される。

【００７６】このため、例えば異物９１の存在により、
見かけ上の露光面Ｗｆが、投影光学系２４側に大きく盛
り上がっているような場合にも、その露光面Ｗｆの表面
状態を正確かつ容易に把握することができる。そして、
その盛り上がり量が、例えば投影光学系２４の焦点深度
を超えており、異常ショット領域ＳＡａが発生するよう
な場合にも、そのショット領域ＳＡijの現像を経ること
なく、露光装置２１の露光動作中に把握することができ
る。従って、異常ショット領域ＳＡａの発生をほとんど
遅滞なく、しかも効率よく確認することができ、ウェハ
Ｗの露光処理の効率の向上を図ることができる。

【００７７】（２）また、この実施形態の露光装置２
１では、各ショット領域ＳＡijの露光に先立つ露光面Ｗ
ｆの合わせ込み動作中において、異常ショット領域ＳＡ
ａの把握をおこなうことができる。このため、そのショ
ット領域ＳＡijが合わせ込み動作中に異常ショット領域
ＳＡａであると判定された場合には、そのショット領域
ＳＡijの露光をスキップし、次のショット領域の合わせ
込み動作に移ることができる。従って、無駄な露光動作
を排除することができ、露光装置２１のスループットを
向上することができる。

【００７８】（３）この実施形態の露光装置２１で
は、ウェハＷの露光面Ｗｆの合わせ込み用の位置情報を
取得する受光センサ５６ijが、異常ショット領域ＳＡａ
の判定用の位置検出に使用される受光センサ５６ijを兼
ねている。

【００７９】このため、異常ショット領域５６ijの判定
のために新たに受光センサ等を装備する必要がなく、部
品点数の増大を抑制することができる。また、ウェハＷ
の露光面Ｗｆの合わせ込みと異常ショット領域ＳＡａの
検出とで、同じ測定点ＡＦijの位置情報を共用すること
ができる。従って、露光装置２１の制御に際して、取り
扱う情報量の増大を抑制できて、主制御系２７の負担が
軽減されるとともに、露光装置２１の制御の簡素化を図
ることができる。

【００８０】（４）この実施形態の露光装置２１で
は、各測定点ＡＦijの位置情報を相互に比較して、最大
高さと最小高さとに基づく相互変動量が算出される。こ
のように算出された相互変動量が所定のしきい値、例え
ば投影光学系２４の焦点深度の２倍の値を超えたとき、
そのショット領域ＳＡijが異常ショット領域ＳＡａで有
ると判定される。

【００８１】このため、ウェハＷの露光面Ｗｆにおける
歪みに伴う異常ショット領域ＳＡの発生を、ウェハＷの
現像を待つことなく露光処理時に確認することができ
る。（５）この実施形態の露光装置２１では、ウェハＷの
露光面Ｗｆを投影光学系２４の結像面を目標合わせ込み
面として合わせ込むようになっている。

【００８２】このため、合わせ込みが完了すると、ウェ
ハＷの露光面Ｗｆと投影光学系２４の結像面とがほぼ一
致した状態となる。従って、ウェハＷのフォーカシング
を確実に行うことができる。

【００８３】（６）この実施形態の露光装置２１で
は、現在処理中のウェハＷの各ショット領域ＳＡijにつ
いて、正常ショット領域ＳＡｎであるのか、異常ショッ
ト領域ＳＡａであるのかが、ディスプレイ６７にて表示
されるようになっている。

【００８４】このため、現在処理中のウェハＷの露光状
況を容易かつ確実に把握することができるとともに、異
常ショット領域ＳＡａの現像処理を経ることなく把握す
ることができる。

【００８５】（７）この実施形態の露光装置２１で
は、異常ショット領域ＳＡａに関する情報が主制御系２
７内の記憶装置６８に格納されるようになっている。そ
して、その格納に際して、同一のショット領域ＳＡijが
所定の回数連続して異常ショット領域ＳＡａとなってい
るときには、そのショット領域ＳＡijがディスプレイ６
７上に連続異常ショット領域ＳＡsaとして表示される。

【００８６】このため、いち早くＺレベリングステージ
４２の載置面の連続異常ショット領域ＳＡsaに対応する
部分を把握することができ、その点検及び清掃を行うこ
とができる。そして、例えばＺレベリングステージ４２
上に異物９１が付着して、連続する複数枚のウェハＷの
露光処理において、異常ショットが発生しているような
場合にも遅滞なく対処できる。従って、異常ショット領
域ＳＡａの発生を未然に防止することができて、製品の
歩留まりを向上できる。

【００８７】（８）この実施形態の露光装置２１で
は、ウェハＷの異常ショット領域ＳＡａに関する情報
が、伝送路７０及びホストコンピュータ７１を介して、
そのウェハＷが次回処理予定の露光装置２１、２１-1〜
２１-7に伝送されるようになっている。

【００８８】このため、そのウェハＷの次回の露光処理
時に、異常ショット領域ＳＡａの露光をスキップして、
次の正常ショット領域ＳＡｎの露光を行うことができ、
無駄な露光を回避することができる。従って、ウェハＷ
の処理時間の短縮を図ることができ、複数の露光装置２
１、２１-1〜２１-7全体としてスループットを向上する
ことができる。

【００８９】（第２の実施形態）つぎに、この発明の第
２の実施形態について、前記第１の実施形態と異なる部
分を中心に説明する。

【００９０】この第２の実施形態においては、次の各点
で前記第１の実施形態と異なっている。すなわち、異常
ショット領域ＳＡａの判定のための位置情報の測定と、
露光面Ｗｆの合わせ込みのための位置情報の測定とを、
それぞれ別の受光センサにより行っている。また、異常
ショット領域ＳＡａの判定を各測定点ＡＦij毎における
合わせ込み面に対する差分変動量を用いる点で異なって
いる。

【００９１】まず、この実施形態のウェハＷの露光面Ｗ
ｆの合わせ込み動作について説明する。前記合焦機構２
６の信号処理装置５８は、前記ウェハＷのＸ方向になら
んだ各サンプル点ＡＦijの列Ｌｉのｉが奇数であるの
か、偶数であるのかを問わず、図１０（ａ）及び（ｂ）
に実線で示す奇数番目の各サンプル点ＡＦio（ｏは奇
数）（以下、「奇数サンプル点」とする）の位置情報に
基づいて、図１の投影光学系２５の結像面に対する露光
面Ｗｆの傾斜角と合わせ込み位置を算出する。

【００９２】このとき、その各奇数サンプル点ＡＦioの
位置情報に変動が生じている場合には、その各位置情報
に基づいて、例えば最小自乗近似により露光面Ｗｆを平
均化した近似平面ＡＰＦを算出する。そして、前記露光
面Ｗｆが、前記投影光学系２４の結像面または前記近似
平面ＡＰＦによりなる合わせ込み面に合わせ込まれる。

【００９３】一方、異常ショット領域ＳＡａの判定は、
各サンプル点ＡＦijの列Ｌｉのｉが奇数であるのか、偶
数であるのかを問わず、図１０（ａ）及び（ｂ）に破線
で示す偶数番目の各サンプル点ＡＦie（ｅは偶数）（以
下、「偶数サンプル点」とする）の位置情報に基づいて
行われるようになっている。ここで、これらの各偶数サ
ンプル点ＡＦieの前記合わせ込み面（投影光学系２４の
結像面または近似平面ＡＦＰ）との距離（差分変動量）
を算出する。そして、その各距離（差分変動量）が所定
のしきい値を超えるときには、そのショット領域ＳＡij
が異常ショット領域であると判定される。

【００９４】以上のように構成されたこの第２の実施形
態によれば、前記第１の実施形態の（１）、（２）、
（５）〜（８）と同様の効果に加えて、以下の効果をも
奏する。

【００９５】（９）受光器５６から例えばウェハＷの
露光面Ｗｆまたは近似平面ＡＰＦの合わせ込みを行う際
に、全ての測定点ＡＦijの位置情報を活用しようとする
と、取り扱うデータ量が大きくなる。そして、信号処理
装置５８、主制御系２７等にかかる負担が大きくなって
しまうことがある。このため、例えば一部の各受光セン
サ５６ioからの検出信号のみに基づいて、ウェハＷの合
わせ込み動作を行うことがある。

【００９６】ここで、この実施形態の露光装置２１で
は、奇数サンプル点ＡＦioに対応する一部の受光センサ
５６ioがウェハＷの露光面Ｗｆまたは近似平面ＡＰＦの
合わせ込みに使用されている。一方、偶数サンプル点Ａ
Ｆieに対応する他の一部の受光センサ５６ieが、その各
偶数サンプル点ＡＦieの高さ方向の位置の測定に使用さ
れている。従って、合わせ込みに使用されていない受光
センサ５６ieの有効利用を図ることができる。

【００９７】（１０）この実施形態の露光装置２１で
は、各偶数サンプル点ＡＦieの位置と投影光学系２４の
結像面によりなる合わせ込み面との距離（差分変動量）
が算出される。このように算出された各距離（差分変動
量）毎について、所定のしきい値を超えたとき、そのシ
ョット領域ＳＡijが異常ショット領域ＳＡａであると判
定される。

【００９８】このため、ウェハＷの露光面Ｗｆにおける
歪みに伴う異常ショット領域ＳＡの発生を、ウェハＷの
現像を待つことなく露光処理時に確認することができ
る。（第３の実施形態）つぎに、この発明の第３の実施形態
について、前記各実施形態と異なる部分を中心に説明す
る。

【００９９】この第３の実施形態においては、図１１に
示すように、投影光学系２４の結像面の湾曲が生じてお
り、その結像面の湾曲を平均化した近似平面（像面傾
斜）ＩＳに対して、合わせ込みを行う点で、前記各実施
形態と異なっている。また、異常ショット領域ＳＡａの
判定を各測定点ＡＦijの位置偏差から決定された近似曲
面ＡＰＣと、合わせ込み面との相関係数に基づいて算出
された相関変動量を用いる点で前記各実施形態と異なっ
ている。

【０１００】まず、この実施形態のウェハＷの露光面Ｗ
ｆの合わせ込み動作及び異常ショット領域ＳＡａの判定
動作について説明する。ただし、投影光学系２４の結像
面の湾曲（以下、「像面湾曲」とする）ＩＢは、予め求
められているものとする。

【０１０１】図１１（ａ）に示すように、まず、主制御
系２７は、前記像面湾曲ＩＢから最小自乗近似により近
似平面（像面傾斜）ＩＳを求める。一方、前記合焦機構
２６の信号処理装置５８は、ウェハＷのＸ方向にならん
だ各サンプル点ＡＦijの内、その一部の位置情報に基づ
いて、ウェハＷの露光面Ｗｆの前記像面傾斜ＩＳに対す
る傾斜角と合わせ込み位置を算出する。そして、その傾
斜角と合わせ込み位置に基づいて、ウェハＷの露光面Ｗ
ｆの前記像面傾斜ＩＳへの合わせ込みが行われる。

【０１０２】この合わせ込み終了後、図１１（ａ）及び
（ｂ）に示すように、前記一部のサンプル点ＡＦijの位
置情報に位置偏差Ｄが生じている場合には、その各位置
偏差Ｄを平均化した近似曲面ＡＰＣを仮想する。次に、
この近似曲面ＡＰＣと前記像面湾曲ＩＢとの相関係数を
求める。そして、その相関係数の逆数（相関変動量）を
算出し、その逆数が所定のしきい値を超えるときには、
そのショット領域ＳＡijが異常ショット領域であると判
定される。

【０１０３】一方、図１１（ａ）に示すように、ウェハ
Ｗの露光面Ｗｆ上、または、ウェハＷの裏面ＷｂとＺレ
ベリングステージ４２の載置面との間に、異物９１等が
存在しないときには、ウェハＷの露光面Ｗｆがほぼ平面
に保たれる。そして、この状態では、合わせ込みの終了
した状態で、ウェハＷの露光面Ｗｆと前記像面傾斜ＩＳ
とが、また、前記近似曲面ＡＰＣと前記像面湾曲ＩＢと
が、それぞれ一致した状態となる。

【０１０４】以上のように構成されたこの第３の実施形
態によれば、前記各実施形態の（１）、（２）、（５）
〜（８）と同様の効果に加えて、以下の効果をも奏す
る。（１１）この第３の実施形態の露光装置２１では、ウ
ェハＷの露光面Ｗｆを投影光学系２４の像面湾曲ＩＢに
より決定される像面傾斜ＩＳに対して合わせ込んでい
る。

【０１０５】このため、投影光学系２４内のレンズ等の
収差によって、その投影光学系２４に前記像面湾曲ＩＢ
が生じている場合において、各ショット領域ＳＡijの周
辺部のデフォーカス量を低減することができる。

【０１０６】（１２）この第３の実施形態の露光装置
２１では、各サンプル点ＡＦijが前記像面湾曲ＩＢに対
して位置偏差Ｄを持って位置しているときには、その位
置偏差Ｄに基づく近似曲面ＡＰＣと前記像面湾曲ＩＢと
の相関係数の逆数（相関変動量）が算出される。このよ
うに算出された逆数（相関変動量）が所定のしきい値を
超えたとき、そのショット領域ＳＡijが異常ショット領
域ＳＡａであると判定される。

【０１０７】このため、ウェハＷの露光面Ｗｆにおける
歪みに伴う異常ショット領域ＳＡの発生を、ウェハＷの
現像を待つことなく露光処理時に確認することができ
る。（変更例）なお、この発明は以下のように変更して具体
化することもできる。

【０１０８】・前記第１の実施形態において、合わせ
込み動作と異常ショット領域ＳＡａの判定動作を、別々
の測定点ＡＦijの位置情報に基づいて行ってもよい。ま
た、前記第２及び第３の実施形態において、合わせ込み
動作と異常ショット領域ＳＡａの判定動作を、同一の測
定点ＡＦijの位置情報に基づいて行ってもよい。

【０１０９】・前記第１の実施形態において、異常シ
ョット領域ＳＡａの判定動作を、合わせ込み動作に用い
た各測定点ＡＦijの位置情報によることなく、再度各測
定点ＡＦijの位置情報を再測定して行ってもよい。

【０１１０】・前記第２の実施形態において、露光面
Ｗｆ上の各サンプル点と投影光学系２４の結像面との間
の距離の総和を算出し、その総和が所定のしきい値を超
えるときには、そのショット領域ＳＡijが異常ショット
領域ＳＡａであると判定してもよい。また、前記第３の
実施形態において、各サンプル点と前記像面湾曲ＩＢと
の間の距離の総和を算出し、その総和が所定のしきい値
を超えるときには、そのショット領域ＳＡijが異常ショ
ット領域ＳＡａであると判定してもよい。

【０１１１】・前記第２の実施形態において、偶数サ
ンプル点の位置情報に基づいて合わせ込み動作を行い、
奇数サンプル点の位置情報に基づいて異常ショット領域
ＳＡａの判定動作を行ってもよい。

【０１１２】・前記各実施形態において、全ての測定
点ＡＦijの位置情報に基づいて、異常ショット領域ＳＡ
ａの判定を行ってもよい。このように構成すれば、異常
ショット領域ＳＡａの判定精度を向上することができ
る。

【０１１３】・前記各実施形態において、連続異常シ
ョット領域ＳＡsaが発生したときには、例えばブザーの
鳴動、回転灯の点灯、ディスプレイ６７画面上での点滅
表示によって、その連続異常ショット領域ＳＡsaの発生
をオペレータに警告してもよい。このように構成した場
合、オペレータに対して、連続異常ショット領域ＳＡsa
の発生をより確実に知らしめることができて、オペレー
タに一層迅速にＺレベリングステージ４２の点検、清掃
等を行わせることができる。

【０１１４】・本発明の露光装置は、半導体素子製造
用の露光装置に限定されるものではなく、また、一括露
光と走査露光とが切換可能な露光装置あるいは縮小露光
型の露光装置に限定されるものでもない。すなわち、こ
の露光装置は、ステップ・アンド・リピート方式のみの
一括露光型露光装置（ステッパー）、液晶表示素子、撮
像素子、薄膜磁気ヘッド等の露光装置を含むものであ
る。

【０１１５】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれば
以下の優れた効果を奏する。請求項１の発明によれば、
感光基板の現像を経ることなく、露光動作中に異常ショ
ット領域の発生を把握することができる。従って、異常
ショット領域の発生をほとんど遅滞なく、しかも効率よ
く確認することができ、感光基板の露光処理の効率の向
上を図ることができる。

【０１１６】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、ショット領域の異常の判定を確実に行
うことができる。請求項３の発明によれば、請求項２の
発明の効果に加えて、前記ショット領域の異常判定のた
めの部品点数の増大を抑制することができる。また、そ
のショット領域の異常判定と合わせ込みとで各測定点の
位置情報を共用でき、露光装置の制御の簡素化を図るこ
とができる。

【０１１７】請求項４の発明によれば、請求項２の発明
の効果に加えて、合わせ込みに使用されていないセンサ
が存在するような場合には、そのセンサの有効活用を図
ることができる。

【０１１８】請求項５〜７の発明によれば、請求項１〜
４のいずれか一項の発明の効果に加えて、しきい値との
比較において、測定手段の測定結果に基づく変動量の選
択を適宜行うことができる。

【０１１９】請求項８の発明によれば、請求項６または
７の発明の効果に加えて、感光基板の露光面のフォーカ
シングを確実に行うことができる。請求項９及び１０の
発明によれば、請求項１〜５、８のいずれか一項の発明
の効果に加えて、各ショット領域の周辺部におけるデフ
ォーカス量の低減を図ることができる。

【０１２０】請求項１１の発明によれば、請求項１〜１
０のいずれか一項の発明の効果に加えて、表示手段の表
示により、異常ショットの発生を感光基板の現像前にお
いて容易に確認することができる。

【０１２１】請求項１２の発明によれば、請求項１〜１
１のいずれか一項の発明の効果に加えて、異常なショッ
ト領域に対応する基板ステージの上面の所定部分等を、
早期に点検、清掃することができ、製品の歩留まりを向
上することができる。

【０１２２】請求項１３の発明によれば、請求項１〜１
２のいずれか一項の発明の効果に加えて、無駄な露光が
回避されるとともに、感光基板の処理時間を短縮するこ
とができる。

【０１２３】請求項１４の発明によれば、請求項１〜１
３のいずれか一項の発明と同様の効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】露光装置の合焦機構を中心に示す構成図。

【図２】（ａ）は投影光学系による露光フィールドを
含む領域に投影された２次元的なスリット状の開口パタ
ーン像の平面図、（ｂ）は合焦機構のパターン形成板上
の開口パターンの説明図、（ｃ）は受光器上の受光セン
サの配列の説明図。

【図３】露光装置のレチクルステージ及び基板ステー
ジを中心に示す構成図。

【図４】ディスプレイ上の一表示例を示す説明図。

【図５】ホストコンピュータを中心に複数の露光装置
が接続された状態を示すブロック図。

【図６】（ａ）はウェハの静止状態または走査状態に
おける、（ｂ）は（ａ）とは逆方向への走査状態におけ
るサンプル点の読み取りに関する説明図。

【図７】図６を違った角度から見た説明図。

【図８】オートフォーカス及びオートレベリング機構
とその制御構成を示す構成図。

【図９】第１の実施形態の異常ショット領域の判定に
関する説明図。

【図１０】第２の実施形態の異常ショット領域の判定
に関する説明図。

【図１１】第３の実施形態の異常ショット領域の判定
に関する説明図。

【符号の説明】

２１、２１-1〜２１-7…露光装置、２２…照明光学系、
２４…投影光学系、２５…基板ステージとしてのウェハ
ステージ、２６…測定手段を兼ねる合焦機構、２７、２
７-1〜２７-7…比較手段及び判定手段を構成する主制御
系、５６−11〜５６−59…受光センサ、６７…表示手段
及び警告手段を構成するディスプレイ、６８…記憶手段
としての記憶装置、７０…通信手段を構成する伝送路、
７１…ホストコンピュータ、ＡＦij…測定点、ＡＰＣ…
近似面としての近似曲面、Ｄ…位置偏差、ＩＳ…結像面
から決定される近似平面を構成する像面傾斜、Ｒ…マス
クとしてのレチクル、Ｗ…感光基板としてのウェハ、Ｗ
ｆ…露光面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上のパターンを照明する照明光学
系と、前記マスク上のパターンを感光基板上に投影する
投影光学系と、その投影光学系の光軸に交差するように
前記感光基板を保持する基板ステージと、前記感光基板
の露光面を所定の合わせ込み面に合わせ込む合焦機構と
を備えた露光装置において、前記感光基板の露光面上における複数の測定点に関する
前記投影光学系の光軸と平行な方向の位置を測定する測
定手段と、その測定手段の測定結果と所定のしきい値と
を比較する比較手段と、その比較手段の比較結果に応じ
て前記位置の測定される露光範囲が異常なものであるか
否かを判定する判定手段とを備えた露光装置。
【請求項２】前記測定点は前記露光面上に二次元的な
広がりをもって配置されると共に、前記測定手段はそれ
らの測定点に対応するように配置された複数の受光セン
サを備えた請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記受光センサの一部または全部のセン
サは、前記合焦機構における前記露光面を所定の合わせ
込み面に合わせ込むためのセンサを兼ねる請求項２に記
載の露光装置。
【請求項４】前記受光センサの内、一部のセンサは前
記露光面の合わせ込みに使用され、他の一部のセンサは
各測定点の前記位置の測定に使用される請求項２に記載
の露光装置。
【請求項５】前記比較手段は、１つまたは複数の測定
点の前記位置と他の測定点の前記位置との相互変動量を
算出し、その各相互変動量と前記しきい値とを比較する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６】前記比較手段は、各測定点における前記
位置の前記合わせ込み面に対する差分変動量を算出し、
その各差分変動量と前記しきい値とを比較する請求項１
〜４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項７】前記比較手段は、前記複数の測定点の各
々における前記露光面と前記合わせ込み面との位置偏差
から決定される近似面と前記合わせ込み面との相関係数
に基づいて相関変動量を算出し、その相関変動量と前記
しきい値とを比較する請求項１〜４のいずれか一項に記
載の露光装置。
【請求項８】前記合わせ込み面は、前記投影光学系の
結像面によりなる請求項６または７に記載の露光装置。
【請求項９】前記投影光学系の結像面が湾曲している
ときは、前記結像面から決定される近似平面に対して前
記露光面を合わせ込むようにした請求項８に記載の露光
装置。
【請求項１０】前記投影光学系の結像面またはその結
像面から決定される近似平面を前記合わせ込み面とする
請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１１】前記判定手段による異常判定に基づい
て、異常な露光範囲の表示を行う表示手段を設けた請求
項１〜１０のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１２】前記判定手段による異常判定に基づく
異常な露光範囲に関する情報を記憶する記憶手段を設
け、連続する複数回の露光において、同一の露光範囲で
異常判定が繰り返されたときに警告を発する警告手段を
設けた請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光装
置。
【請求項１３】前記判定手段による異常判定に基づく
異常な露光範囲に関する情報を複数台の露光装置を統括
制御するホストコンピュータを介して次回処理の露光装
置に伝送する通信手段を設けた請求項１〜１２のいずれ
か一項に記載の露光装置。
【請求項１４】前記請求項１〜１３のいずれか一項に
記載の露光装置の露光方法において、感光基板の露光面上における複数の測定点に関する投影
光学系の光軸と平行な方向の位置を測定し、その測定結
果と所定のしきい値とを比較し、その比較結果に応じて
その測定点を含む露光範囲が異常なものであるか否かを
判定する露光装置の露光方法。