(57)【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、前記基板を前記投影光学系の光軸方向、及び所定の走り面に沿って移動する基板ステージとを備え、前記基板ステージにより前記基板を位置決めして前記基板上の複数のショット領域に順次前記マスクパターンを投影する露光方法において、
前記基板上の第１のショット領域を前記投影光学系の露光フィールド内に設定し、前記露光フィールド内の所定の計測点で前記基板の表面を前記投影光学系の結像面に合焦させて前記第１のショット領域にマスクパターンを投影露光する第１工程と；
前記基板ステージを介して前記基板を前記所定の走り面に沿って移動して、前記基板上の第２のショット領域を前記投影光学系の露光フィールド内に設定すると共に、前記所定の走り面と前記投影光学系の結像面とのずれ量分だけ前記基板ステージを介して前記基板の高さを調整して、前記所定の計測点で前記基板の表面と前記投影光学系の結像面とのデフォーカス量を計測して記憶する第２工程と；
前記所定の計測点で前記基板の表面を前記投影光学系の結像面に合焦させて前記第２のショット領域にマスクパターンを投影露光する第３工程と；を有することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
請求項１記載の露光方法であって、
前記基板上の複数のショット領域に対して前記第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数のデフォーカス量より前記基板と前記基板ステージとの間の異物の検出を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項３】
請求項２記載の露光方法であって、
前記第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数のデフォーカス量より前記基板の表面の傾斜角の分布を求め、該求められた分布より前記基板と前記基板ステージとの間の異物の位置及び大きさを算出し、該算出された異物の位置及び大きさを表示装置に表示することを特徴とする露光方法。
【請求項４】
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、前記基板を前記投影光学系の光軸方向、及び所定の走り面に沿って移動すると共に前記基板の傾斜角を調整する基板ステージとを備え、前記基板ステージにより前記基板を位置決めして前記基板上の複数のショット領域に順次前記マスクパターンを投影露光する露光方法において、
前記基板上の第１のショット領域を前記投影光学系の露光フィールド内に設定し、前記基板の表面の高さ及び傾斜角をそれぞれ前記投影光学系の結像面に合わせて前記第１のショット領域にマスクパターンを投影露光する第１工程と；
前記基板ステージを介して前記基板の傾斜角を固定した状態で前記基板を前記所定の走り面に沿って移動することにより、前記基板上の第２のショット領域を前記露光フィールドに設定し、前記露光フィールド内での前記基板の表面の前記結像面に対する傾斜角を計測して記憶した後、前記基板の表面の高さ及び傾斜角をそれぞれ前記結像面に合わせて前記第２のショット領域にマスクパターンを投影露光する第２工程と；を有し、
前記基板上の複数のショット領域に対して前記第２工程を繰り返して得られる複数の傾斜角の分布より、前記基板と前記基板ステージとの間の異物を検出することを特徴とする露光方法。
【請求項５】
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、前記基板を前記投影光学系の光軸方向、及び所定の走り面に沿って移動すると共に前記基板の傾斜角を調整する基板ステージとを備え、前記基板ステージにより前記基板を位置決めして前記基板上の複数のショット領域に順次前記マスクパターンを投影露光する露光方法において、
前記基板上の第１のショット領域を前記投影光学系の露光フィールド内に設定し、前記露光フィールド内の所定の計測点で前記基板の表面の高さを前記投影光学系の結像面に合わせると共に、前記結像面に対する前記基板の表面の傾斜量を記憶し、前記第１のショット領域にマスクパターンを投影露光する第１工程と；
前記基板ステージを介して前記基板の傾斜角を固定した状態で前記基板を前記所定の走り面に沿って移動して、前記基板上の第２のショット領域を前記投影光学系の露光フィールド内に設定すると共に、前記所定の計測点で前記基板の表面と前記投影光学系の結像面とのデフォーカス量を計測して記憶する第２工程と；
前記所定の計測点で前記基板の表面を前記投影光学系の結像面に合焦させて前記第２のショット領域にマスクパターンを投影露光する第３工程と；を有することを特徴とする露光方法。
【請求項６】
請求項５記載の露光方法であって、
前記傾斜量は、前記基板上のショット領域の前記結像面に対する傾斜角と前記ショット領域の間隔とによって算出されることを特徴とする露光方法。
【請求項７】
請求項５記載の露光方法であって、
前記基板上の複数のショット領域に対して前記第１工程、前記第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数の前記デフォーカス量より前記基板と前記基板ステージとの間の異物の検出を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項８】
請求項７記載の露光方法であって、
前記第１工程、前記第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数の前記傾斜量及び前記デフォーカス量より前記基板の表面の傾斜量及びデフォーカス量の分布を求め、該求められた分布より前記基板と前記基板ステージとの間の異物の位置及び大きさを算出し、該算出された異物の位置及び大きさを表示装置に表示することを特徴とする露光方法。
【請求項９】
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、前記基板を前記投影光学系の光軸方向、及び所定の走り面に沿って移動する基板ステージとを備え、前記基板ステージにより前記基板を位置決めして前記基板上の複数のショット領域に順次前記マスクパターンを投影する露光装置において、
前記投影光学系の露光フィールド内の所定の計測点で前記基板の表面を計測するフォーカスセンサと；
前記基板上における第１のショット領域にマスクパターンを投影露光した後、前記基板ステージを介して前記基板を前記所定の走り面に沿って移動して、前記基板上の第２のショット領域を前記投影光学系の露光フィールド内に設定すると共に、前記所定の走り面と前記投影光学系の結像面とのずれ量分だけ前記基板ステージを介して前記基板の高さを調整する駆動手段と；
前記フォーカスセンサからの検出信号に基づいて、前記所定の計測点における前記第２のショット領域と前記投影光学系の結像面とのデフォーカス量を計測する計測手段と；
前記計測されたデフォーカス量を記憶した後、前記フォーカスセンサからの検出信号に基づいて前記基板の表面を前記投影光学系の結像面に合焦させた後、前記第２のショット領域にマスクパターンを投影露光する制御手段と；を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
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、前記基板を前記投影光学系の光軸方向、及び所定の走り面に沿って移動すると共に前記基板の傾斜角を調整する基板ステージとを備え、前記基板ステージにより前記基板を位置決めして前記基板上の複数のショット領域に順次前記マスクパターンを投影露光する露光装置において、
前記基板の表面の高さを求めるフォーカスセンサと；
前記基板の傾斜角を求めるレベリングセンサと；
前記基板上の第１のショット領域に前記マスクパターンを投影露光した後、前記基板ステージを介して前記基板の傾斜角を固定した状態で前記基板を前記所定の走り面に沿って移動することにより、前記基板上の第２のショット領域を前記投影光学系の露光フィールドに設定する駆動手段と；
前記レベリングセンサによって計測された前記第２のショット領域の傾斜角を記憶した後、前記フォーカスセンサと前記レベリングセンサとの検出信号に基づいて前記第２のショット領域の高さ及び傾斜角をそれぞれ前記結像面に合わせて前記第２のショット領域にマスクパターンを投影露光する制御手段と；
前記基板上の複数のショット領域に対して記憶された複数の傾斜角の分布より、前記基板と前記基板ステージとの間の異物を検出する検出手段と；を有することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造する際に使用される露光方法及び装置に関し、特に感光性の基板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を備えた投影露光装置で使用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で、マスクとしてのレチクルのパターンの投影光学系を介した像を、フォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上の各ショット領域に露光するための投影露光装置（ステッパー等）が使用されている。斯かる投影露光装置では、ウエハは、例えば同心円状の凸部が形成されたウエハホルダ上に真空吸着により保持されている。また、投影光学系の露光フィールド内の例えば中央の計測点でのウエハの焦点位置（高さ）を検出するオートフォーカスセンサと、この検出結果に基づいてウエハの各ショット領域の表面を投影光学系の結像面に対して焦点深度の範囲内に合わせ込むステージ機構と、からなるオートフォーカス機構が備えられている。
【０００３】
従来のオートフォーカス機構では、予めウエハの表面が投影光学系の結像面に合致しているときにオートフォーカスセンサからの検出信号が所定の基準値となるようにキャリブレーションが行われていた。そして、露光動作中にオートフォーカスを行うために、そのオートフォーカスセンサからの検出信号が常時その基準値となるように、ステージ機構を介してサーボ方式でウエハの焦点位置が制御されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来のオートフォーカス方式では、露光フィールド内の所定の計測点での焦点位置を予め求めてあった結像面の位置に合わせていた。そのため、例えばウエハの裏面とウエハホルダとの間にレジスト残滓、又は塵等の異物が存在して、露光対象のショット領域内でその計測点に対応する部分の近傍が突出しているような場合には、その突出している部分のみが結像面に合わせ込まれ、その他の大部分の領域が結像面から大きく外れてしまうことがあった。このような場合、そのショット領域に形成されるチップパターンは不良となるが、従来は最終的に製造されたチップパターンの検査を行うまで、その異物に起因する不良品を検出できないという不都合があった。
【０００５】
これに対して、そのような異物の検出が可能になると、例えばウエハ上の第１層目への露光で或るショット領域の裏面で大きい異物が検出されたときには、例えばそのウエハ上の２層目以降の露光に際してはそのショット領域への露光を省くことにより、無駄な露光を省くことができる。
また、異物を検出するための専用の検出装置を設けるのは、ウエハが載置されるステージ側の構成が複雑化して製造コストも上昇してしまう。
【０００６】
本発明は斯かる点に鑑み、特に専用の異物検出装置を設けることなく、ウエハの裏面の異物を検出できる露光方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の露光方法は、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、基板（Ｗ）を投影光学系（ＰＬ）の光軸方向、及び所定の走り面（１３）に沿って移動する基板ステージ（２，３Ａ〜３Ｃ，５，２７，２８）とを備え、この基板ステージにより基板（Ｗ）を位置決めして基板（Ｗ）上の複数のショット領域に順次マスクパターン（Ｒ）を投影する露光方法において、基板（Ｗ）上の第１のショット領域を投影光学系（ＰＬ）の露光フィールド内に設定し、その露光フィールド内の所定の計測点（７）で基板（Ｗ）の表面を投影光学系（ＰＬ）の結像面（１２）に合焦させてその第１のショット領域にマスクパターン（Ｒ）を投影露光する第１工程（ステップ１０２〜１０４）と、その基板ステージを介して基板（Ｗ）を所定の走り面（１３）に沿って移動して、基板（Ｗ）上の第２のショット領域を投影光学系（ＰＬ）の露光フィールド内に設定すると共に、所定の走り面（１３）とその投影光学系の結像面（１２）とのずれ量分だけその基板ステージを介して基板（Ｗ）の高さを調整して、所定の計測点（７）で基板（Ｗ）の表面とその投影光学系の結像面（１２）とのデフォーカス量を計測して記憶する第２工程（ステップ１０６，１０２，１０３）と、所定の計測点（７）で基板（Ｗ）の表面をその投影光学系の結像面（１３）に合焦させてその第２のショット領域にマスクパターン（Ｒ）を投影露光する第３工程（ステップ１０４）と、を有するものである。
【０００８】
この場合、基板（Ｗ）上の複数のショット領域に対してそれら第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数のデフォーカス量より基板（Ｗ）とその基板ステージとの間の異物の検出を行う（ステップ１０７，１０８）ことが望ましい。また、それら第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数のデフォーカス量より基板（Ｗ）の表面の傾斜角の分布を求め、このように求められた分布より基板（Ｗ）とその基板ステージとの間の異物の位置及び大きさを算出し、このように算出された異物の位置及び大きさを表示装置に表示してもよい。
【０００９】
また、本発明の第２の露光方法は、その第１の露光方法と同じ前提部において、基板（Ｗ）上の第１のショット領域を投影光学系（ＰＬ）の露光フィールド内に設定し、基板（Ｗ）の表面の高さ及び傾斜角をそれぞれ投影光学系（ＰＬ）の結像面（１２）に合わせてその第１のショット領域にマスクパターン（Ｒ）を投影露光する第１工程（ステップ１２２〜１２５）と、その基板ステージを介して基板（Ｗ）の傾斜角を固定した状態で基板（Ｗ）を所定の走り面（１３）に沿って移動することにより、基板（Ｗ）上の第２のショット領域をその露光フィールドに設定し、その露光フィールド内での基板（Ｗ）の表面の結像面（１２）に対する傾斜角を計測して記憶した後、基板（Ｗ）の表面の高さ及び傾斜角をそれぞれ結像面（１２）に合わせてその第２のショット領域にマスクパターン（Ｒ）を投影露光する第２工程（ステップ１２７，１２２〜１２５）と、を有し、基板（Ｗ）上の複数のショット領域に対してその第２工程を繰り返して得られる複数の傾斜角の分布より、基板（Ｗ）とその基板ステージとの間の異物を検出する（ステップ１２８，１２９）ものである。
【００１０】
また、本発明の第３の露光方法は、その第１の露光方法と同じ前提部において、基板（Ｗ）上の第１のショット領域を前記投影光学系（ＰＬ）の露光フィールド内に設定し、その露光フィールド内の所定の計測点で基板（Ｗ）の表面の高さを投影光学系（ＰＬ）の結像面（１２）に合わせると共に、結像面（１２）に対する基板（Ｗ）の表面の傾斜量を記憶し、第１のショット領域にマスクパターン（Ｒ）を投影露光する第１工程（ステップ１４２〜１４４）と、その基板ステージを介して基板（Ｗ）を所定の走り面（１３）に沿って移動して、基板（Ｗ）上の第２のショット領域を投影光学系（ＰＬ）の露光フィールド内に設定すると共に、その所定の計測点で基板（Ｗ）の表面と投影光学系（ＰＬ）の結像面（１２）とのデフォーカス量を計測して記憶する第２工程（ステップ１４６、ステップ１４２〜１４３）と、その所定の計測点で基板（Ｗ）の表面を投影光学系（ＰＬ）の結像面（１２）に合焦させてその第２のショット領域にマスクパターンを投影露光する第３工程（ステップ１４４）と、を有するものである。
【００１１】
この場合、その傾斜量は、例えば基板（Ｗ）上のショット領域のその結像面に対する傾斜角とショット領域の間隔とによって算出されるものである。
また、基板（Ｗ）上の複数のショット領域に対してそれら第１工程、第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数のそのデフォーカス量より基板（Ｗ）とその基板ステージとの間の異物の検出を行う（ステップ１４７〜１４８）ことが望ましい。
【００１２】
また、それら第１工程、第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数のその傾斜量及びそのデフォーカス量より基板（Ｗ）の表面の傾斜量及びデフォーカス量の分布（傾斜分布）を求め、このように求められた分布より基板（Ｗ）とその基板ステージとの間の異物の位置及び大きさを算出し、このように算出された異物の位置及び大きさを表示装置に表示してもよい。
【００１３】
斯かる本発明の第１の露光方法によれば、例えば図３（ａ）に示すように、先ず第１工程で、基板（Ｗ）上の第１のショット領域に露光を行う際に、その第１のショット領域内の点Ｐが結像面（１２）に合焦される。次に第２工程において、基板（Ｗ）上の第２のショット領域に露光を行うために、図３（ａ），（ｂ）に示すように、基板ステージ（４）を所定の走り面（１３）に沿って駆動することにより、その第２のショット領域が露光フィールド内に設定される。この場合、結像面（１２）に対する走り面（１３）の予め求められている傾斜角をθ、基板ステージ（４）の移動距離をＬとすると、基板（Ｗ）の焦点位置はδ（≒Ｌ・θ）だけ変化している。
【００１４】
そこで、図３（ｃ）に示すように、基板ステージ（４）を介して基板（Ｗ）の焦点位置をδだけ調整する。これによって、基板（Ｗ）が平坦な場合には基板（Ｗ）上のその第２のショット領域内の点Ｑは結像面（１２）に合焦される。しかしながら、図３（ｄ）に示すように、基板（Ｗ）と基板ステージ（４）との間に異物（１４）が介在するときには、その点Ｑと結像面（１２）との間にはデフォーカス量ΔＺが計測される。従って、例えば通常のオートフォーカスセンサを使用してそのデフォーカス量ΔＺを計測することにより、基板（Ｗ）の裏面の異物を検出できることになる。
【００１５】
この場合、それら第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数のデフォーカス量より基板（Ｗ）の表面の傾斜角の分布を求めると、裏面に大きな異物がある部分を頂点とするように傾斜角が分布する。従って、その傾斜角の分布より基板（Ｗ）の裏面の異物の位置及び大きさが算出できるため、このように算出された異物の位置及び大きさを表示装置に表示できる。
【００１６】
次に、本発明の第２の露光方法によれば、第１工程で基板（Ｗ）上の第１のショット領域が結像面（１２）に平行に設定され、第２工程で基板（Ｗ）の傾斜角を固定した状態で第２のショット領域が露光フィールドに設定される。この際に、この第２のショット領域の裏面付近に異物が存在すると、この第２のショット領域の表面の結像面（１２）に対する所定の傾斜角が検出される。その第２工程を繰り返すことにより、異物に起因する基板（Ｗ）の傾斜角の分布が検出される。従って、その傾斜角の分布から逆にその異物の位置及び大きさが検出できる。この場合、基板（Ｗ）上の傾斜角は通常のレベリングセンサにより検出できるため、別途専用の異物検出装置を設ける必要がない。
【００１７】
次に、本発明の第３の露光方法によれば、例えば図３（ａ）に示すように、先ず第１工程で、基板（Ｗ）上の第１のショット領域に露光を行う際に、その第１のショット領域内の点Ｐが結像面（１２）に合焦されると共に、結像面（１２）に対するショット領域の表面の傾斜量を計測する。次に、第２工程において、基板（Ｗ）上の第２のショット領域に露光を行うために、図３（ａ），（ｂ）に示すように、基板ステージ（４）を所定の走り面（１３）に沿って駆動することにより、その第２のショット領域が露光フィールド内に設定される。この場合、結像面（１２）に対する走り面（１３）の予め求められている傾斜角をθ、基板ステージ（４）の移動距離をＬとすると、基板（Ｗ）の焦点位置はδ（≒Ｌ・θ）だけ変化している。従って、このδを第１のショット領域において予め計測されている傾斜量θと、ショット間における基板ステージ（４）の移動距離Ｌ（ステップピッチ）とより求めて記憶する。次に、その点Ｑにおけるデフォーカス量（ΔＺ’）を計測し、（ΔＺ＝ΔＺ’−δ）の計算を行うと、基板（Ｗ）が平坦な場合にはΔＺ＝０となる。しかしながら、図３（ｄ）に示すように、基板（Ｗ）と基板ステージ（４）との間に異物（１４）が介在する場合、その点Ｑと結像面（１２）との間にはデフォーカス量ΔＺが計測され、異物が介在していると検出される。
【００１８】
この場合、それら第１工程、第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数のデフォーカス量より基板（Ｗ）の表面のデフォーカス量の分布を求めると、異物のある所ではそのデフォーカス量が変化する。従って、そのデフォーカス量の分布より基板（Ｗ）の裏面の異物が検出できる。
更に、それら複数のデフォーカス量の分布に加えて複数の傾斜量の分布をも考慮することによって、基板（Ｗ）上で隣接するショット領域の境界部の下にある異物についても位置及び大きさを算出できるため、このように算出された異物の位置及び大きさを表示装置に表示できる。
また、本発明の第１の露光装置は、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、その基板をその投影光学系の光軸方向、及び所定の走り面（１３）に沿って移動する基板ステージ（２，３Ａ〜３Ｃ、５，２７，２８）とを備え、その基板ステージによりその基板を位置決めしてその基板上の複数のショット領域に順次そのマスクパターンを投影する露光装置において、その投影光学系の露光フィールド内の所定の計測点（７）でその基板の表面を計測するフォーカスセンサ（４２〜５０）と、その基板上における第１のショット領域にマスクパターンを投影露光した後、その基板ステージを介してその基板をその所定の走り面に沿って移動して、その基板上の第２のショット領域をその投影光学系の露光フィールド内に設定すると共に、その所定の走り面とその投影光学系の結像面とのずれ量分だけその基板ステージを介してその基板の高さを調整する駆動手段（３０）と、そのフォーカスセンサからの検出信号に基づいて、その所定の計測点におけるその第２のショット領域とその投影光学系の結像面とのデフォーカス量を計測する計測手段（５２）と、その計測されたデフォーカス量を記憶した後、そのフォーカスセンサからの検出信号に基づいてその基板の表面をその投影光学系の結像面に合焦させた後、その第２のショット領域にマスクパターンを投影露光する制御手段（３０）と、を有するものである。
また、本発明の第２の露光装置は、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、その基板をその投影光学系の光軸方向、及び所定の走り面（１３）に沿って移動すると共にその基板の傾斜角を調整する基板ステージ（２，３Ａ〜３Ｃ，５，２７，２８）とを備え、その基板ステージによりその基板を位置決めしてその基板上の複数のショット領域に順次そのマスクパターンを投影露光する露光装置において、その基板の表面の高さを求めるフォーカスセンサ（４２〜５０）と、その基板の傾斜角を求めるレベリングセンサ（５３〜５７）と、その基板上の第１のショット領域にそのマスクパターンを投影露光した後、その基板ステージを介してその基板の傾斜角を固定した状態でその基板をその所定の走り面に沿って移動することにより、その基板上の第２のショット領域をその投影光学系の露光フィールドに設定する駆動手段（３０）と、そのレベリングセンサによって計測されたその第２のショット領域の傾斜角を記憶した後、そのフォーカスセンサとそのレベリングセンサとの検出信号に基づいてその第２のショット領域の高さ及び傾斜角をそれぞれその結像面に合わせてその第２のショット領域にマスクパターンを投影露光する制御手段（３０）と、その基板上の複数のショット領域に対して記憶された複数の傾斜角の分布より、その基板とその基板ステージとの間の異物を検出する検出手段（３０）と、を有するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による露光方法の第１の実施の形態につき図１〜図４を参照して説明する。
図２は本例で使用される投影露光装置の要部の構成を示し、この図２において、不図示の光源から露光用の照明光ＩＬがフライアイレンズ２１に供給されている。照明光ＩＬとしては、水銀ランプからのｇ線、ｉ線、あるいはエキシマレーザ光源からの紫外線パルス光等が使用される。フライアイレンズ２１の射出面の多数の光源像からの照明光ＩＬの大部分は、透過率が大きく反射率の小さなビームスプリッター２２を通過した後、コンデンサーレンズ２３及びミラー２４を経て、レチクルＲのパターン領域ＰＡを均一な照度分布で落射照明する。レチクルＲはレチクルホルダ２５を介してレチクルステージ２６上に保持され、レチクルステージ２６は所定の範囲内でレチクルＲの位置決めを行うことができ、レチクルステージ２６の２次元的な位置、及び回転角が不図示のレーザ干渉計により計測され、この計測結果が装置全体を統轄制御する主制御系３０に供給されている。
【００２０】
レチクルＲのパターン領域ＰＡを通過した照明光ＩＬは、両側テレセントリック（片側テレセントリックも可）な投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上にパターン領域ＰＡの像を形成する。ウエハＷは、ウエハホルダ１を介して試料台２上に保持され、試料台２は３個の伸縮自在な支点３Ａ〜３Ｃを介してＺレベリングステージ５上に載置され、Ｚレベリングステージ５はＸＹステージ２７上に載置され、ＸＹステージ２７はベース２８上に載置されている。これらの試料台２、支点３Ａ〜３Ｃ、Ｚレベリングステージ５、ＸＹステージ２７、及びベース２８よりウエハステージが構成されている。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図２の紙面に平行にＸ軸を、図２の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。
【００２１】
試料台２上のウエハホルダ１の近傍に基準マーク部材８が埋め込まれ、基準マーク部材８の表面の高さはウエハＷの表面とほぼ等しくなるように設定されている。基準マーク部材８はガラス基板よりなり、基準マーク部材８の表面の遮光膜内に透過性の基準マークが形成されている。更に、試料台２の端部にＸ軸用の移動鏡１０Ｘ、及びＹ軸用の移動鏡（不図示）が固定されている。それらの移動鏡に対向するようにＸ軸用のレーザ干渉計１１Ｘ、及びＹ軸用のレーザ干渉計（不図示）が配置され、これらのレーザ干渉計により試料台２の２次元の座標（Ｘ，Ｙ）が常時例えば０．０１μｍ程度の分解能で検出される。
【００２２】
また、３個の支点３Ａ〜３Ｃは、例えばカム機構で球体をＺ方向に上下させる機構、又はピエゾ素子等の伸縮可能な駆動素子から構成され、３個の支点３Ａ〜３Ｃを同時に同じ量だけ伸縮することによりＺレベリングステージ５に対して試料台２をＺ方向に所望の量だけ変位できるようになっている。更に、３個の支点３Ａ〜３Ｃの伸縮量を異ならしめることにより、Ｚレベリングステージ５に対して試料台２を２次元的に所望の角度だけ傾斜できるようになっている。この場合、予めそれら３個の支点３Ａ〜３Ｃの伸縮量と、試料台２のＺ方向への変位量及び傾斜角との関係が求められている。
【００２３】
図２において、ＸＹステージ２７はベース２８上にＸ方向及びＹ方向に移動自在に載置され、レーザ干渉計１１Ｘ、及びＹ軸用のレーザ干渉計（不図示）で計測された試料台２の２次元座標（Ｘ，Ｙ）を示す位置情報Ｓ２、及び３個の支点３Ａ〜３Ｃの伸縮量を示す高さ情報Ｓ３がステージ駆動系２９に供給されている。ステージ駆動系２９は、主制御系３０からの制御情報Ｓ１、及び位置情報Ｓ２に基づいて、ＸＹステージ２７のＸ方向、Ｙ方向への位置を制御すると共に、その制御情報Ｓ１、位置情報Ｓ２及び高さ情報Ｓ３に基づいて試料台２のＺ方向の位置（焦点位置）及び傾斜角を制御する。
【００２４】
また、図２においてウエハホルダ１、試料台２、支点３Ａ〜３Ｃ、及びＺレベリングステージ５よりなる部材を、図３（ａ）に示すステージ系４とすると、図２のＸＹステージ２７を駆動してこのステージ系４を介してウエハＷをＸ方向に駆動する際には、ステージ系４は実質的に走り面１３に沿って移動することになる。そして、投影光学系ＰＬの結像面を図３（ａ）に示す結像面１２とすると、この結像面１２に対してその走り面１３がなす角度θは予め求められて、主制御系３０内の記憶部に記憶されている。同様に、ＸＹステージ２７を駆動してそのステージ系４を介してウエハＷをＹ方向に駆動する際のステージ系４の走り面が、その結像面１２に対してなす角度も主制御系３０内の記憶部に記憶されている。
【００２５】
図２に戻り、本例ではレチクルＲのウエハステージに対する位置合わせを行うための所謂イメージング・スリット・センサ方式（以下、「ＩＳＳ方式」と呼ぶ）のアライメントセンサが設けられている。
本例のＩＳＳ方式の照明系において、光源３１は露光用の照明光ＩＬの波長と同一か、又はその近傍の波長の照明光ＩＥを発生する。この照明光ＩＥはレンズ３２、光ガイド３３を介して試料台２の内部の基準マーク部材８の底部に送られる。光ガイド３３から射出された照明光ＩＥは、レンズ３４によって集光され、ミラー３５で反射されて基準マーク部材８上の基準マークを下側から照明する。その基準マークの投影光学系ＰＬを介した像は、それぞれレチクルＲに設けられたアライメントマークの近傍に結像する。
【００２６】
このとき、例えばレチクルＲのＹ方向の位置を検出するために、主制御系３０はＸＹステージ２７をＹ方向に駆動することによって、Ｙ軸のアライメントマーク３６ＹとＹ軸の基準マークとを相対走査させる。そのアライメントマーク３６Ｙを透過した照明光ＩＥは、ミラー２４、コンデンサーレンズ２３を経てビームスプリッター２２に入射し、ビームスプリッター２２で反射された光が光電検出器３７で受光される。光電検出器３７からの光電信号Ｓｉ、及びレーザ干渉計１１Ｘ等からの位置情報Ｓ２がＩＳＳ処理回路３８に供給される。この場合、基準マークの共役像がアライメントマーク３６Ｙと重なるときに光電信号Ｓｉが最大となることを利用して、ＩＳＳ処理回路３８では光電信号Ｓｉが最大となるときの試料台２のＹ座標、即ちレチクルＲの中心のＹ座標を求めて主制御系３０に供給する。
【００２７】
同様に、Ｘ軸のアライメントマーク３６ＸとＸ軸の基準マークとをＸ方向に走査走査した状態で、光電検出器３７からの光電信号Ｓｉと位置情報Ｓ２とをモニタすることにより、ＩＳＳ処理回路３８でレチクルＲの中心のＸ座標が検出されて主制御系３０に供給される。主制御系３０は、必要に応じて不図示のレチクル駆動系を介してレチクルステージ２６の位置を制御することにより、レチクルＲの位置を調整する。
【００２８】
また、本例の投影露光装置は、ウエハＷ上の位置合わせ用のマーク（ウエハマーク）の位置を検出するためのオフ・アクシス方式のアライメントセンサを備えている。このアライメントセンサの詳細な構成については特開昭６２−１７１１２５号公報に開示されているのでここでは簡単に説明する。そのアライメントセンサは、投影光学系ＰＬの側面に配置されたアライメント光学系３９、２次元ＣＣＤ等の撮像素子４０及び信号処理回路４１より構成されている。
【００２９】
アライメント光学系３９の光軸は投影光学系ＰＬの光軸ＡＸから所定の距離だけＸ方向に離れ、アライメント光学系３９は照明光としてある帯域幅を持つブロードな波長分布の照明光をウエハＷ上に照射する。この場合、ウエハＷ上のウエハマークからの反射光は再びアライメント光学系３９に入射し、そのウエハマークの像はアライメント光学系３９中に設けられている指標板の下面に結像する。そして、そのウエハマークの像、及び指標板に形成された指標マークの像が、アライメント光学系３９に装着された撮像素子４０の撮像面に重畳して結像される。撮像素子４０からの撮像信号Ｓｆ、及びレーザ干渉計１１Ｘ等からの位置情報Ｓ２が信号処理回路４１に供給され、信号処理回路４１ではそのウエハマークの座標（Ｘ，Ｙ）を求めて主制御系３０に供給する。このようにして求められた座標に基づいて、ウエハＷの各ショット領域の位置決めが行われる。
【００３０】
さて、次に本例の投影露光装置に組み込まれている斜入射方式のオートフォーカスセンサ（以下、「ＡＦセンサ」という）の構成について説明する。本例の斜入射方式のＡＦセンサは、照射光学系４２、受光光学系４７、及びＡＦ信号処理回路５２より構成されている。照射光学系４２において、投光器４３からウエハＷに塗布されている感光材料（フォトレジスト等）を感光させない波長帯の検出光（例えば赤外光等）が射出される。この投光器４３中には送光用のスリット板が設けられ、このスリット板中のスリットを通過した検出光が、平行平板ガラス（プレーンパラレル）４５、及び集光レンズ４６を通って、ウエハＷ上の計測点７上にスリット像として照射される。この計測点７は、本例では投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとウエハＷの表面とが交差する点に位置する。
【００３１】
そして、平行平板ガラス４５は投光器４３内の送光用のスリット板の近傍に配置されている。更に平行平板ガラス４５は図２の紙面と垂直なＹ方向、及び図２の紙面に平行な方向にそれぞれ回転軸を有し、これらの回転軸を中心に微小量回転できるようになっている。駆動部４４は平行平板ガラス４５を２つの回転軸の回りにそれぞれ所定の角度範囲内で回転させる。この回転によってウエハＷ上のスリット像の結像位置、即ち焦点位置の計測点７はウエハＷの表面に沿ってほぼＸ方向及びＹ方向に変位する。
【００３２】
ウエハＷ上の計測点７で反射された検出光（反射光）は、受光光学系４７において、集光レンズ４８、及び平行平板ガラス４９を通って受光器５０に受光される。この受光器５０中には受光用スリット板が設けられており、この受光用スリット板のスリットを通過した光が光電検出される。また、平行平板ガラス４９もＹ方向に平行な回転軸を有し、駆動部５１によって平行平板ガラス４９を所定の角度範囲内で回転できるようになっている。平行平板ガラス４９の回転により、受光器５０における反射光の受光位置が調整できる。この反射光の受光位置の調整方向は、ウエハＷがＺ方向に変位したときの受光位置の変位方向に合致し、ウエハＷ上の計測点７のＺ方向の位置（焦点位置）が、投影光学系ＰＬの結像面に合致している状態で、受光器５０内での受光位置が検出中心となるように平行平板ガラス４９の回転角が調整される。
【００３３】
受光器５０からはウエハＷ上の計測点７での焦点位置の結像面からのデフォーカス量（ずれ量）に対応する焦点信号Ｓａが出力され、この焦点信号Ｓａ、及びレーザ干渉計１０Ｘ等からの位置情報Ｓ２が信号処理回路５２に供給される。信号処理回路５２は、ウエハＷ上の計測点７での結像面に対するデフォーカス量を検出して主制御系３０に供給する。主制御系３０は、そのデフォーカス量が０になるようにオートフォーカス方式で、ステージ駆動系２９を介して試料台２のＺ方向の位置を制御する。この場合、試料台２の傾斜角は、予め試料台２上に保持された平坦なウエハの表面が投影光学系ＰＬの結像面に平行になるような傾斜角に設定され、且つＸＹステージ２７が移動する際や試料台２の焦点位置が変化する場合でもその傾斜角は変化しないものとする。
【００３４】
次に、図１のフローチャートを参照して本例の露光動作につき説明する。先ず、図１のステップ１０１において、１ロット内の先頭のウエハＷを図２の投影露光装置のウエハステージ上に搬送し、そのウエハＷをウエハホルダ１上に固定する。その後、アライメント光学系３９を有するオフ・アクシス方式のアライメントセンサを使用して、ウエハＷ上の所定個数のショット領域の配列座標を計測し、この計測結果に基づいてウエハＷ上の全部のショット領域の正確な配列座標を求める。この工程はウエハ・アライメント工程として周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３５】
次に、ステップ１０２において、そのように求められた配列座標に基づいてＸＹステージ２７をＸ方向、Ｙ方向に駆動して、ウエハＷ上の露光対象のショット領域の中心を投影光学系ＰＬの露光フィールド内の中心（光軸ＡＸ上）の露光位置に位置決めする。それに続くステップ１０３において、照射光学系４２、受光光学系４７、及びＡＦ信号処理回路５２よりなるＡＦセンサを用いて、そのショット領域の中心の焦点位置を計測する。この計測結果は、投影光学系ＰＬの結像面の位置（合焦位置）に対するデフォーカス量であり、このデフォーカス量が当該ショット領域の配列座標と共に、主制御系３０内の記憶部に記憶される。そして、このデフォーカス量が０になるように、Ｚレベリングステージ５上の３個の支点３Ａ〜３Ｃを介してウエハＷの合焦が行われる。
【００３６】
その後、ステップ１０４でそのショット領域にレチクルＲのパターン像が投影露光される。次に、ステップ１０５で主制御系３０は、ウエハＷ上の全部のショット領域への露光が終了したかどうか判定する。このとき露光が終了していない場合は、ステップ１０６に移行して、ＸＹステージ２７を駆動して、次に露光対象とするショット領域を露光フィールド内の露光位置に向けてステッピング駆動する。これと並行して、結像面とウエハステージの走り面とがそのステッピング方向でなす角度に応じて生ずるウエハＷの焦点位置（高さ）の変化を相殺するように、Ｚレベリングステージ５上の３個の支点３Ａ〜３Ｃを介してウエハＷの焦点位置が補正される。
【００３７】
このステップ１０６の最初の状態を図３（ａ）の状態とする。図３（ａ）において、直前に露光されたショット領域の中心の点Ｐが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置し、その点Ｐの焦点位置が投影光学系ＰＬの結像面１２に合焦されている。そして、点Ｐから、次に露光対象とするショット領域の中心の点Ｑへの間隔をＸ方向にＬであるとする。また、ウエハＷが載置されるステージ系４のＸ方向に対する走り面１３が、結像面１２に対してなす角度をθ［ｒａｄ］とする。なお、走り面１３を基準として、走り面１３に対して結像面１２が角度θで傾斜している場合も同様である。この場合、図３（ａ）の状態からステージ系４を走り面１３に沿ってＸ方向に間隔Ｌだけ駆動して、図３（ｂ）に示すように点Ｑが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上、即ち露光位置に達すると、ウエハＷの焦点位置（高さ）は次式で表されるδだけ変化する。
【００３８】
δ≒Ｌ・θ      （１）
そこで、そのステッピング駆動と並行して、ウエハＷの焦点位置をそのδ分だけ変化させると、ウエハＷが平坦な場合には、図３（ｃ）に示すようにその点Ｑは結像面１２に合焦される。しかしながら、図３（ｄ）に示すように、その点Ｑの裏面とステージ系４との間にレジスト残滓等の異物１４が存在するときには、点Ｑの焦点位置とその結像面１２との間にはほぼその異物１４の高さに等しいデフォーカス量ΔＺが残存する。本例では後述のように、各ショット領域毎にそのデフォーカス量ΔＺを計測することにより、ウエハＷの裏面の異物の位置、及び大きさを求める。
【００３９】
即ち、ステップ１０６に続いて動作はステップ１０２に戻り、ＸＹステージ２７をＸ方向、Ｙ方向に微動することにより、ウエハＷ上の露光対象のショット領域の中心が露光位置に位置決めされ、それに続くステップ１０３において、ＡＦセンサを用いて、そのショット領域の中心の結像面に対するデフォーカス量が検出され、このデフォーカス量が当該ショット領域の配列座標と共に、主制御系３０内の記憶部に記憶される。そして、このデフォーカス量が０になるように、Ｚレベリングステージ５上の３個の支点３Ａ〜３Ｃを介してウエハＷの合焦が行われ、その次のステップ１０４でそのショット領域にレチクルＲのパターン像が投影露光される。以下、ウエハＷ上の未露光のショット領域に対してステップ１０６、ステップ１０２〜１０４が繰り返して実行され、各ショット領域のデフォーカス量（図３（ｄ）のデフォーカス量ΔＺに相当する量）が記憶される。
【００４０】
最終的に、ステップ１０５で全ショット領域への露光終了と判断された場合は、ステップ１０７に移行して、主制御系３０は、ステップ１０３で記憶された各ショット領域のデフォーカス量の分布に基づいてウエハＷの表面の凹凸の分布を求める。その後、主制御系３０は、その凹凸の分布よりウエハＷの裏面の異物の位置、及び大きさを判定し（ステップ１０８）、不図示のＣＲＴディスプレイにその異物の位置及び大きさを表示する（ステップ１０９）。なお、ステップ１０７において主制御系３０は、記憶された各ショット領域の配列座標及びデフォーカス量を不図示のホストコンピュータに供給し、このホストコンピュータ側でステップ１０７〜１０９の異物検出処理を行ってもよい。
【００４１】
ここで、ステップ１０７〜１０９の動作につき図４を参照して具体的に説明する。先ず、図４（ａ）は、ウエハＷ上の各ショット領域の配列の一例、及びこれらショット領域で検出されたデフォーカス量の一例を示す。図４（ａ）において、ウエハＷの表面はＸ方向に４列でＹ方向に４行のショット領域に分割され、例えば１列目で４行目のショット領域をショット領域Ｅ（１，４）と呼ぶように、ｉ列でｊ行（ｉ＝１〜４；ｊ＝１〜４）目のショット領域をショット領域Ｅ（ｉ，ｊ）と呼んでいる。また、各ショット領域内の数値がステップ１０３で記憶されたデフォーカス量［μｍ］を表し、各ショット領域間の矢印は露光順序を表している。例えばショット領域Ｅ（２，４）でのデフォーカス量は０．５μｍである。
【００４２】
但し、図４（ａ）のデフォーカス量はそれぞれ直前のショット領域でのデフォーカス量を０に修正した後での計測値を示すため、実際のウエハＷ上の各ショット領域の中心での凹凸量の分布を求めるためには、計測順にそれらのデフォーカス量を積算する必要がある。
図４（ｂ）は、図４（ａ）のデフォーカス量を計測順に積算した結果を示し、図４（ｂ）の各ショット領域内の数値はウエハＷの実際の凹凸量［μｍ］を示している。ここで、本例では異物として認識する凹凸量の閾値ΔＺｍｉｎ  を設定する。その閾値ΔＺｍｉｎ  を例えば０．５μｍと設定すると、図４（ｂ）ではショット領域Ｅ（２，４）及びＥ（２，３）での凹凸量が共に０．５μｍとなりその閾値ΔＺｍｉｎ  に達しているため、それらのショット領域Ｅ（２，４）及びＥ（２，３）の内部の裏面、又はそれらのショット領域の境界部にほぼ０．５μｍ以上の異物が存在すると判定される。また、その凹凸量の閾値ΔＺｍｉｎ  を複数段階で設定して、異物を大きさ別にランク分けしてもよい。
【００４３】
そして、例えば図４（ｂ）の各ショット領域毎の凹凸量の分布、又は各ショット領域毎に存在する異物のランクを示す表示がＣＲＴディスプレイに表示される。なお、ステップ１０７〜１０９までの動作を図２の主制御系３０で行う場合には、各ウエハ毎の異物の情報をホストコンピュータに出力して、オンラインで異物の管理を行ってもよい。その後、例えば所定の許容値を超える大きさの異物が検出されたショット領域については、製造されるチップパターンが不良品となる確率が高いため、例えばその後の露光工程ではそのショット領域への露光を省く等の措置を取ることができる。これによって、無駄な露光を省くことができる。
【００４４】
その後、ステップ１１０で露光の終わったウエハＷの搬出（アンロード）が行われ、ステップ１１１で１ロット内の全ウエハへの露光が終了したかどうかが判定され、未露光のウエハが残っているときにはステップ１０１〜１１０が繰り返して実行される。そして、ステップ１１１で全ウエハへの露光が終了したときには、ステップ１１２に移行して主制御系３０は、１ロット内の各ウエハに共通にほぼ同じ位置に異物が存在するかどうかを判定する。これは、ウエハの裏面の異物が例えばウエハホルダ１上にこびり着いたレジスト残滓である場合には、その１ロット内の全部のウエハについて共通にそのレジスト残滓が異物と判定されるためである。
【００４５】
この場合、そのようなレジスト残滓を除去しない限り、それ以降のロットについても同じ位置に異物が検出されて、製造される半導体素子等の歩留りが悪化する恐れがある。そこで、そのように全部のウエハについて共通に同じ位置に異物が検出された場合には、主制御系３０はオペレータに対してウエハホルダ１上に異物が存在する恐れがある旨のアラームを発生し、これに対してオペレータはその投影露光装置に例えばウエハホルダ１の清掃シーケンスを実行させる。これにより、そのウエハホルダ１上の異物が除去される。
【００４６】
なお、上述の実施の形態では、焦点位置の検出は、各ショット領域内の１点で行われているが、露光フィールド内の多数の計測点でそれぞれ焦点位置検出を行う多点ＡＦセンサを使用し、各ショット領域内においてそれぞれ多点のデフォーカス量を求めるようにしてもよい。これによって、ウエハの裏面での異物の位置をより細かい分解能で特定できる利点がある。
【００４７】
このように露光フィールド内の多点で焦点位置検出を行った場合は、連続して露光を行うショット領域間の移動前後でそれぞれ各計測点での焦点位置のずれ量を求めてもよい。この場合、例えば各計測点での焦点位置のずれ量の平均値を求め、この平均値に対するずれ量の偏差の大きい計測点の裏面に異物が存在するとみなすことができる。
【００４８】
又は、各ショット領域内の各計測点間での焦点位置のばらつき（例えば分散）を全ショット領域について求め、そのばらつきの平均値を算出し、焦点位置のばらつきがその平均値から所定の閾値以上に大きいショット領域については異物が存在すると判定してもよい。
次に、本発明の第２の実施の形態につき図５〜図８を参照して説明する。本例でも基本的に図２の投影露光装置を使用するが、更に本例ではレベリングセンサをも使用する。
【００４９】
図５は、本例で使用されるレベリングセンサを示し、この図２に対応する部分に同一符号を付して示す図５において、レベリングセンサの光源５３から射出されたフォトレジストに対する感光性の弱い波長域の検出光は、スリット板５４で整形された後、対物レンズ５５によって平行光束に変換されて投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して斜めにウエハＷ上に照射される。その検出光の照射領域はほぼウエハＷ上の１つのショット領域の全面を覆う程度の広さを有する。そして、その検出光のウエハＷからの反射光は、結像レンズ５６を介して例えば受光面が４個の受光部に分割された光電センサ５７上に集光され、光電センサ５７から図２の主制御系３０に対してその反射光の集光位置の２次元座標に対応する検出信号Ｓ４が供給される。
【００５０】
この場合、ウエハＷの表面が傾斜すると、光電センサ５７上での検出光の集光点の位置が変化すると共に、予めウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの結像面に平行な状態で、その集光点の位置が光電センサ５７の受光面の中心となるようにキャリブレーションが行われている。従って、主制御系３０はその光電センサ５７からの検出信号Ｓ４に基づいて、ウエハＷの表面のその結像面に対するＹ軸に平行な軸の回りでの傾斜角θＸ  、及びＸ軸に平行な軸の回りでの傾斜角θＹ  を検出できるようになっている。これらの傾斜角（θＸ  ，θＹ）を、以下では２方向への傾斜角という。
【００５１】
次に、図６のフローチャートを参照して本例の露光動作につき説明する。先ず、図６のステップ１２１において、露光対象のウエハＷを図２の投影露光装置のウエハホルダ１上にロードする。その後、第１の実施の形態と同様にウエハ・アライメントを実行した後、ステップ１２２において、ＸＹステージ２７をＸ方向、Ｙ方向に駆動して、ウエハＷ上の露光対象のショット領域の中心を投影光学系ＰＬの露光フィールド内の中心（露光位置）に位置決めする。それに続くステップ１２３において、図５のレベリングセンサを使用して露光対象とするショット領域の表面の、投影光学系ＰＬの結像面に対する２方向への傾斜角（θＸ  ，θＹ）を計測する。その後、ステップ１２４で、これらの傾斜角（θＸ  ，θＹ）が（０，０）となるように、Ｚレベリングステージ５上の３個の支点３Ａ〜３Ｃを介してウエハＷのレベリングが行われる。また、そのレベリング動作と並行して、ＡＦセンサを用いて、そのショット領域の中心の結像面に対するデフォーカス量が計測され、このデフォーカス量が０になるように、それら３個の支点３Ａ〜３Ｃを介してウエハＷの合焦（フォーカシング）が行われる。
【００５２】
その後、ステップ１２５でそのショット領域にレチクルＲのパターン像が投影露光される。次のステップ１２６で、ウエハＷ上の全部のショット領域への露光が終了していない場合は、ステップ１２７に移行して、主制御系３０はＸＹステージ２７を駆動して、次に露光対象とするショット領域を露光位置に向けてステッピング駆動する。この際に、ウエハＷは、その傾斜角が直前のショット領域で結像面に合わされた状態にロック（固定）されて移動する。また、第１の実施の形態と同様に、結像面とウエハステージの走り面とがそのステッピング方向でなす角度に応じて生ずるウエハＷの焦点位置の変化を相殺するように、Ｚレベリングステージ５上の３個の支点３Ａ〜３Ｃを介してウエハＷの焦点位置が補正される。但し、本例では焦点位置のずれ量は異物検出のデータとはならないため、このステップ１２７で、ウエハＷの焦点位置の補正を行う必要は必ずしもない。しかしながら、このようにステッピング駆動と並行に焦点位置の補正を行うことにより、ステップ１２４での合焦の際のウエハＷのＺ方向への駆動量が平均的に少なくなるため、合焦時間が短縮できる利点がある。
【００５３】
そのステップ１２７に続いて動作はステップ１２２に戻り、ウエハＷ上の露光対象のショット領域の中心が露光位置に位置決めされ、それに続くステップ１２３において、レベリングセンサを用いて、そのショット領域の結像面に対する傾斜角（θＸ  ，θＹ）が計測され、この傾斜角（θＸ  ，θＹ）が当該ショット領域の配列座標と共に、主制御系３０内の記憶部に記憶される。そして、ステップ１２４でそのショット領域のレベリング、及び合焦（フォーカシング）が行われ、次のステップ１２５でそのショット領域にレチクルＲのパターン像が投影露光される。以下、ウエハＷ上の未露光のショット領域に対してステップ１２７、ステップ１２２〜１２５が繰り返して実行され、各ショット領域の結像面に対する傾斜角（θＸ  ，θＹ）が記憶される。
【００５４】
最終的に、ステップ１２６で全ショット領域への露光終了と判断された場合は、ステップ１２８に移行して、主制御系３０は、ステップ１２３で記憶された各ショット領域の傾斜角（θＸ  ，θＹ）の分布に基づいてウエハＷの表面の凹凸の分布を求める。その後、主制御系３０は、その凹凸の分布よりウエハＷの裏面の異物の位置、及び大きさを判定し（ステップ１２９）、不図示のＣＲＴディスプレイにその異物の位置及び大きさを表示する（ステップ１３０）。
【００５５】
ここで、ステップ１２８〜１３０の動作につき図７及び図８を参照して具体的に説明する。先ず、図７は、図４（ａ）と同様のウエハＷ上の各ショット領域の配列の一例、及びこれらショット領域で検出された傾斜角（θＸ  ，θＹ）の一例を示す。図７において、各ショット領域内の数値がステップ１２３で記憶された傾斜角（θＸ  ，θＹ）［μｒａｄ］を表し、各ショット領域間の矢印は露光順序を表している。例えばショット領域Ｅ（２，４）のＹ軸に平行な軸の回りの傾斜角θＸ  は１００μｒａｄ、Ｘ軸に平行な軸の回りの傾斜角θＹ  は１００μｒａｄである。図７より、４つのショット領域Ｅ（２，３），Ｅ（３，３），Ｅ（２，４），Ｅ（３，４）が接する共通の頂点の裏面に異物５８が存在することが推定される。
【００５６】
より分かり易くするために、そのウエハＷの表面の傾斜角の分布を斜視図で示すと、図８のようになる。この図８において、各ショット領域内の矢印はそれぞれ各ショット領域が傾斜している方向を表すベクトルであり、異物５８の存在によって、互いに隣接する４つのショット領域Ｅ（２，３），Ｅ（３，３），Ｅ（２，４），Ｅ（３，４）がそれぞれ共通の頂点の方向に傾斜していることが分かる。
【００５７】
また、図７において、各ショット領域Ｅ（ｉ，ｊ）の大きさを２０ｍｍ角とすると、例えばショット領域Ｅ（２，４）の中心に対する右上の頂点での焦点位置の変化量ΔＺ１  、即ち異物５８の高さは次のように約１．４μｍとなる。
0003634068.tif 000002
そして、例えば図７に示すような、各ショット領域毎の傾斜角を数値で表した数値マップ、又は図８に示すような、各ショット領域毎の傾斜角をベクトルで表したベクトルマップがＣＲＴディスプレイに表示される。その他に、各ショット領域の４隅での焦点位置の変化量等を表示してもよく、更に最終的に検出される異物の位置及び大きさの概算値を表示してもよい。
【００５８】
また、本例においても、第１の実施の形態と同様に１ロット内の全ウエハについて露光を行った後に、各ウエハの裏面の共通の位置に異物があるかどうかを調べ、この結果に基づいてウエハホルダ上に付着した異物を検出してもよい。
次に、本発明の第３の実施の形態につき、図９のフローチャートを参照して説明する。本例では、図２の投影露光装置及び図５のレベリングセンサを使用するが、その露光動作は第１の実施の形態の露光動作と部分的に類似するため、図９のフローチャートは図１のフローチャートに対応した形で表し、第１の実施の形態（図１）の露光動作と同様の動作を行うステップについては、詳細な説明は省略する。
【００５９】
先ず、図９のステップ１４１において、露光対象のウエハＷを図２の投影露光装置のウエハホルダ１上にロードする。その後、第１の実施の形態と同様にウエハ・アライメントを実行し、ＸＹステージ２７をＸ方向、Ｙ方向に駆動して、ウエハＷ上の露光対象のショット領域の中心を投影光学系ＰＬの露光フィールド内の中心（露光位置）に位置決めする（ステップ１４２）。それに続くステップ１４３において、第１の実施の形態と同様にＡＦセンサを用いて合焦が行われる。このとき、焦点位置計測を行い、デフォーカス量を求めて記憶する動作は第１の実施の形態と同様である。本例では、更に、図５に示されたレベリングセンサを用いて露光対象とするショット領域の表面の傾斜角を計測する。なお、この傾斜角の計測は、Ｚレベリングステージ５の駆動部（３個の支点３Ａ〜３Ｃ）の変位量によって計測することもできる。そして、この傾斜角とショット間の移動距離Ｌとより傾斜量を算出する。この計測された傾斜量は、主制御系３０内の記憶部に記憶される。
【００６０】
その後、第１の実施の形態と同様にレチクルＲのパターン像を投影する。そして、ステップ１４５においても同様に、主制御系３０がウエハＷ上の全部のショット領域への露光が終了したかどうか判断し、露光されていないショット領域が残っている場合は、ステップ１４６に移行する。主制御系３０はＸＹステージ２７を駆動して、次に露光対象とするショット領域を露光位置に向けてステッピング駆動する。この際、Ｚレベリングステージ５は直前のショット領域で結像面に合わされた状態にロック（固定）されて移動する。つまり、ステップ１４３で計測された傾斜量が保持されたままショット領域がステッピング駆動される。
【００６１】
ステップ１４６に続き、動作はステップ１４２に戻り、未露光領域が無くなるまで、ステップ１４２〜１４７を繰り返す。
ここで、本例の異物の検出方法について図３を用いて具体的に説明する。ステップ１４６の最初の状態を図３（ａ）の状態とする。第１の実施の形態で述べたように、図３（ａ）の状態からステージ系４を走り面１３に沿ってＸ方向にショットの間隔Ｌだけ駆動して、図３（ｂ）に示すように点Ｑが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上、即ち露光位置に達すると、ウエハＷの焦点位置（高さ）はδだけ変化する。このδは、図３（ａ）の状態で計測し記憶されたショット領域の表面の傾斜量と、ショット間隔Ｌ及びステージ系４の走り面１３の傾斜とにより決定する。ショット間隔Ｌ及びステージ系４の走り面１３の傾斜は、予め定められた設計値である。ショット領域の傾斜量は、図５に示されたレベリングセンサを用いて計測される結像面１２に対するショット領域の表面の傾斜角と、ショット間隔Ｌとによって求められる高さ方向の変位量である。従って、その点Ｑにおけるデフォーカス量（ΔＺ’）を計測し、（ΔＺ＝ΔＺ’−δ）の計算を行うと、ウエハＷが平坦な場合にはΔＺ＝０となる。しかしながら、図３（ｄ）に示すように、ウエハＷとステージ系４との間に異物１４が介在する場合、その点Ｑと結像面１２との間にはデフォーカス量ΔＺが計測され、異物が介在していると検出される。
【００６２】
ところで、最終的にステップ１４５で全ショット領域への露光終了と判断された場合は、ステップ１４７に移行して、主制御系３０は、ステップ１４３で記憶された各ショット領域のデフォーカス量の分布に基づいてウエハＷの表面の凹凸の分布を求める。その後、主制御系３０は、その凹凸の分布よりウエハＷの裏面の異物の位置、及び大きさを判定し（ステップ１４８）、不図示のＣＲＴディスプレイにその異物の位置及び大きさを表示する（ステップ１４９）。それに続くステップ１５０〜１５２の動作は、図１のステップ１１０〜１１２の動作と同様である。
【００６３】
なお、ステップ１４８において、ステップ１４３で記憶された傾斜量の分布もデフォーカス量と共に求め、ステップ１４９において異物の位置をＣＲＴディスプレイに表示することができる。これにより、各ショット領域内のどの位置に異物が介在しているかを検出することができるため、より正確な異物検出をすることができる。
【００６４】
また、本発明はステップ・アンド・リピート方式でウエハの位置決めを行う投影露光装置（ステッパー等）のみならず、レチクルとウエハとを投影光学系に対して走査して露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置にも適用できる。
このように本発明は上述の実施の形態に限定されず、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。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の第１及び第３の露光方法によれば、第１のショット領域の露光から第２のショット領域の露光に移る際に、基板ステージの所定の走り面の投影光学系の結像面に対する傾斜角（ずれ量）に応じた高さだけ基板の高さを調整した後、合焦動作の前にその基板の表面のその結像面に対するデフォーカス量を計測している。この場合、このように計測されるデフォーカス量は主にその基板の裏面の異物に起因するものである。従って、例えば投影露光装置に通常設けられているＡＦセンサを使用してその基板の焦点位置を計測するだけで、特に専用の異物検出装置を設けることなく、基板の裏面の異物を検出できる利点がある。また、例えばその異物の大きさが所定の値以上であるときには、その異物上のショット領域は不良ショット領域とみなせるため、本発明により最終的に得られるチップパターン等の検査を行うことなく、不良ショット領域が推定できる利点もある。
【００６６】
また、その第１の露光方法において、基板上の複数のショット領域に対して第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数のデフォーカス量よりその基板とその基板ステージとの間の異物の検出を行う場合には、基板の裏面のほぼ全面での異物の分布を検出できる。
更に、例えば１ロットの基板（ウエハ等）に対してそのように異物検出を行い、各基板に共通の位置に異物が存在するかどうかを判定することにより、基板を保持するための基板保持部材（ウエハホルダ等）に付着した異物を検出できる利点もある。
【００６７】
また、その第１の露光方法において、それらの第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数のデフォーカス量よりその基板の表面の傾斜角の分布を求め、このように求められた分布よりその基板とその基板ステージとの間の異物の位置及び大きさを算出し、このように算出された異物の位置及び大きさを表示装置に表示する場合には、例えば基板上の各ショット領域の境界付近の裏面に異物が存在するときでも、その異物を正確に検出できる利点がある。
【００６８】
次に、本発明の第２の露光方法によれば、第１のショット領域の露光から第２のショット領域の露光に移る際に、基板の傾斜角を固定した状態で移動を行い、レベリング、及び合焦動作の前にその基板の表面のその結像面に対する傾斜角を計測している。この場合、このように計測される傾斜角は主にその基板の裏面の異物に起因するものである。従って、例えば投影露光装置に通常設けられているレベリングセンサを使用してその基板の傾斜角を計測するだけで、特に専用の異物検出装置を設けることなく、基板の裏面の異物を検出できる利点がある。これにより、不良ショット領域を推定できる利点もある。
【００６９】
また、本発明の第３の露光方法において、その基板の表面の傾斜量を、その基板上のショット領域の結像面に対する傾斜角とそれらショット領域の間隔とによって算出する場合には、その傾斜量が容易、且つ正確に算出できる。
また、その基板上の複数のショット領域に対して第１工程、第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数のデフォーカス量よりその基板とその基板ステージとの間の異物の検出を行う場合には、基板の裏面のほぼ全面での異物の分布を検出できる。
【００７０】
更に、第１工程、第２工程及び第３工程を繰り返して得られる複数の傾斜量及びデフォーカス量よりその基板の表面の傾斜量及びデフォーカス量の分布を求め、このように求められた分布よりその基板とその基板ステージとの間の異物の位置及び大きさを算出し、このように算出された異物の位置及び大きさを表示装置に表示する場合には、例えば基板上の各ショット領域の境界付近の裏面に異物が存在するときでも、その異物を正確に検出できる利点がある。
また、本発明の第１、第２の露光装置によれば、特に専用の異物検出装置を設けることなく、基板の裏面の異物を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の露光動作を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態で使用される投影露光装置を示す一部を切り欠いた概略構成図である。
【図３】第１の実施の形態における異物検出原理の説明図である。
【図４】（ａ）は第１の実施の形態で露光が行われたウエハ上の各ショット領域のデフォーカス量の分布の一例を示す図、（ｂ）はそのデフォーカス量を積算して求めた凹凸量の分布を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態で使用されるレベリングセンサを示す構成図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の露光動作を示すフローチャートである。
【図７】その第２の実施の形態で露光が行われたウエハ上の各ショット領域の傾斜角（θＸ  ，θＹ）の分布の一例を示す図である。
【図８】図７の傾斜角の分布を傾斜状態のベクトル分布として示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態の露光動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｒ  レチクル
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウエハ
１  ウエハホルダ
２  試料台
３Ａ〜３Ｃ  支点
５  Ｚレベリングステージ
１０Ｘ  移動鏡
１１Ｘ  レーザ干渉計
１２  結像面
１３  走り面
２７  ＸＹステージ
２９  ステージ駆動系
３０  主制御系
３９  アライメント光学系
４０  撮像素子
４２  斜入射方式のＡＦセンサの照射光学系
４７  斜入射方式のＡＦセンサの受光光学系
５７  レベリングセンサの光電センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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