(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光基板の露光範囲内の投影光学系の光軸方向位置を検出し、前記感光基板表面の照野範囲を投影光学系の結像面に一致させるように前記感光基板が搭載された基板テーブルの前記光軸方向の位置及び光軸方向に対する傾斜を調整する合焦手段を備えた投影露光装置であって、
前記基板テーブルの所定の走査方向で露光領域に先行する位置に配置された前記感光基板のエッジを検出するエッジ検出手段と；
前記エッジ検出手段が前記感光基板のエッジを検出すると同時にそのエッジ検出ポイントの前記投影光学系の光軸方向の位置を検出する高さ検出手段と；
前記エッジ検出手段及び高さ検出手段からの情報に基づいてエッジ検出時から前記合焦手段による合焦開始までの間に前記感光基板表面の光軸方向の位置を調整する調整手段とを有する投影露光装置。
【請求項２】
前記基板テーブルの前記光軸直交面内の走査方向に直交する軸回りの傾斜量を検出する傾斜検出手段を更に有し、
前記調整手段は、前記エッジ検出手段、高さ検出手段及び前記傾斜検出手段からの情報に基づいてエッジ検出時から前記合焦手段による合焦開始までの間に前記感光基板表面の光軸方向の位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】
前記調整手段は、エッジ検出時から前記合焦手段による合焦開始までの間、前記傾斜検出手段からの情報に基づいて前記感光基板表面の傾斜をも調整することを特徴とする請求項２に記載の投影露光装置。
【請求項４】
前記調整手段は、前記エッジ検出手段が前記感光基板のエッジを検出した時点の前記傾斜検出手段の検出値及び前記高さ検出手段の検出値に基づいて焦点ずれ量を算出するとともに、合焦開始点より手前の所定の点で前記焦点ずれ量が補正されるような境界条件を満足する速度プロフィールの速度指令値に基づいて前記基板テーブルの光軸方向の位置を設定するアクチュエータの速度制御を行なうことを特徴とする請求項２又は３に記載の投影露光装置。
【請求項５】
前記速度プロフィールは、加減速時の加速度を最小とする速度プロフィールであることを特徴とする請求項４に記載の投影露光装置。
【請求項６】
前記エッジ検出手段と高さ検出手段とが単一の手段から成ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影露光装置に係り、更に詳しくはいわゆる合焦機構を有する投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子等をフォトリソグラフィ技術を用いて製造する際に、レチクル（マスク）のパターン像を投影光学系を介して、フォトレジスト等が塗布されたウエハ又はガラス基板等の感光基板上に露光する投影露光装置が使用されている。投影露光装置では、一般的に投影光学系の結像面に感光基板表面を一致させるいわゆる合焦機構が設けられている。かかる合焦機構は、感光基板表面の投影光学系の光軸方向の位置（高さ）を計測するいわゆるフォーカスセンサと、感光基板が搭載され光軸方向（Ｚ方向）に移動可能なＺステージと、フォーカスセンサの計測値に基づいてＺステージを制御する制御装置とから構成されている。この他、フォーカスセンサと共に感光基板表面の傾斜を計測するティルトセンサ（レベリングセンサ）を備え、光軸方向移動のみでなく光軸に対する傾斜も調整可能なＺティルトステージを用いて感光基板表面の光軸方向位置及び光軸に対する傾斜を調整する合焦機構も知られている。
【０００３】
従来の投影露光装置においては、フォーカスセンサやティルトセンサを用いて感光基板表面の位置（傾斜を含む）を直接検出していること及びその目的からこれらのセンサの検出範囲は露光範囲（照野範囲）と一致させることが通常である。このため、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置では、露光中にのみフォーカス及びティルト制御を行い、次のショットを露光位置へ位置決めするためのステッピングの際には一旦制御をオフし、Ｚステージの姿勢を固定し、次ショットが露光位置へ位置決めされるのと同時にフォーカス制御を再度開始するシーケンスとなっていた。これは、移動の経路が必ずしもフォーカスセンサの検出可能領域に入るとは限らず、検出領域外ではフォーカス制御を継続することが不可能なためである。なお、照野範囲とは、照明光によって照明される領域をいい、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置では、通常照明系内のブラインドによって規定されるレチクル上の照明領域（照明フィールド）と、これと共役な感光基板上の照明領域（露光フィールド）とがある。本明細書中では、照野範囲をこのような意味で用いるものとする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにステッピング中にフォーカス制御をオフする手法では、感光基板表面がその移動の案内面に対して傾斜している場合に、ステッピング中にＺ方向に対しても感光基板表面の変位を生じ、次ショット位置決め後にフォーカス制御を開始する際の引き込み量が大きくなって、整定に時間がかかり、装置のスループットを低下させるという不都合があった。
【０００５】
かかる問題を解決するために、露光に先駆けて、露光範囲の手前からフォーカスの引き込みを開始する方法により、フォーカス制御の整定時間が制約条件となって必要以上にスループットが低下するのを避けることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、例えば感光基板の周縁部を露光する際にウエハの走査方向が外側から内側への方向である場合には、露光の途中からフォーカス制御を始めることとなるため、この方法は採用できず、フォーカス制御の整定時間がそのまま制約条件となってスループットの低下を招くという不都合があった。かかる場合に、フォーカス制御の整定時間をそのまま制約条件としないためには、フォーカスセンサによる検出が有効となる範囲を感光基板表面の内側へと追い込むことが必要であり、結果的に感光基板表面の面積利用効率が落ちて、基板１枚当たりのチップ数が減少してしまうという不都合があった。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の有する不都合に鑑みてなされたもので、その目的は、フォーカス制御の整定時間を短縮することができると共に、感光基板の周縁部を露光する際にその走査方向が外側から内側への方向である場合の感光基板表面の面積利用効率を向上させることができる投影露光装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、感光基板の露光範囲内の投影光学系の光軸方向位置を検出し、前記感光基板表面の照野範囲を投影光学系の結像面に一致させるように前記感光基板が搭載された基板テーブルの前記光軸方向の位置及び光軸方向に対する傾斜を調整する合焦手段を備えた投影露光装置であって、前記基板テーブルの所定の走査方向で露光領域に先行する位置に配置された前記感光基板のエッジを検出するエッジ検出手段と；前記エッジ検出手段が前記感光基板のエッジを検出すると同時にそのエッジ検出ポイントの前記投影光学系の光軸方向の位置を検出する高さ検出手段と；前記エッジ検出手段及び高さ検出手段からの情報に基づいてエッジ検出時から前記合焦手段による合焦開始までの間に前記感光基板表面の光軸方向の位置を調整する調整手段とを有する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の投影露光装置において、前記基板テーブルの前記光軸直交面内の走査方向に直交する軸回りの傾斜量を検出する傾斜検出手段を更に有し、前記調整手段は、前記エッジ検出手段、高さ検出手段及び前記傾斜検出手段からの情報に基づいてエッジ検出時から前記合焦手段による合焦開始までの間に前記感光基板表面の光軸方向の位置を調整することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の投影露光装置において、前記調整手段は、エッジ検出時から前記合焦手段による合焦開始までの間、前記傾斜検出手段からの情報に基づいて前記感光基板表面の傾斜をも調整することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の投影露光装置において、前記調整手段は、前記エッジ検出手段が前記感光基板のエッジを検出した時点の前記傾斜検出手段の検出値及び前記高さ検出手段の検出値に基づいて焦点ずれ量を算出するとともに、合焦開始点より手前の所定の点で前記焦点ずれ量が補正されるような境界条件を満足する速度プロフィールの速度指令値に基づいて前記基板テーブルの光軸方向の位置を設定するアクチュエータの速度制御を行なうことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の投影露光装置において、前記速度プロフィールは、加減速時の加速度を最小とする速度プロフィールであることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の投影露光装置において、前記エッジ検出手段と高さ検出手段とが単一の手段から成ることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
請求項１に記載の発明によれば、感光基板の周縁部を露光する際にその走査方向が外側から内側への方向である場合、基板テーブルの所定の走査方向で露光領域に先行する位置に配置されたエッジ検出手段により感光基板のエッジが検出される。これと同時に、高さ検出手段ではそのエッジ検出ポイントの投影光学系の光軸方向の位置を検出する。そして、調整手段ではエッジ検出手段及び高さ検出手段からの情報に基づいてエッジ検出時から合焦手段による合焦開始までの間に感光基板表面の光軸方向の位置を調整する。その後、合焦手段では感光基板の露光範囲内の投影光学系の光軸方向位置を検出し、感光基板表面の照野範囲を投影光学系の結像面に一致させるように感光基板が搭載された基板テーブルの前記光軸方向の位置及び光軸方向に対する傾斜を調整する。
【００１５】
これによれば、感光基板が走査の案内面に対してほぼ傾斜していない場合には、感光基板のエッジ検出から合焦手段による合焦制御（フォーカス制御）開始までの間に、少なくとも感光基板表面の光軸方向位置（高さ）が調整され、合焦制御が開始される前に、感光基板表面の光軸方向位置が合焦位置の極く近傍に設定される。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明に対して基板テーブルの光軸直交面内の走査方向に直交する軸回りの傾斜量を検出する傾斜検出手段が追加されているので、感光基板が走査の案内面に対して傾斜していても傾斜手段によりこの傾斜が検出され、調整手段ではエッジ検出手段、高さ検出手段及び傾斜検出手段（３つの手段）からの情報に基づいてエッジ検出時から合焦手段による合焦開始までの間に感光基板表面の光軸方向の位置を調整する。即ち、この場合には、感光基板が走査の案内面に対して傾斜した状態で走査されることにより生ずる感光基板表面の光軸方向の位置誤差をも考慮して調整手段により感光基板表面の光軸方向の位置が調整され、感光基板が走査の案内面に対して傾斜している場合であっても、合焦制御が開始される前に、感光基板表面の光軸方向位置が合焦位置の極く近傍に設定される。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の調整手段が、エッジ検出時から合焦手段による合焦開始までの間、傾斜検出手段からの情報に基づいて感光基板表面の傾斜をも調整することから、合焦制御が開始される前に、感光基板表面の光軸方向位置のみならず、走査方向に直交する軸回りの傾斜も合焦状態に近く設定される。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３に記載の発明の調整手段が、エッジ検出手段が感光基板のエッジを検出した時点の傾斜検出手段の検出値及び高さ検出手段の検出値に基づいて焦点ずれ量を算出するとともに、合焦開始点より手前の所定の点で焦点ずれ量が補正されるような境界条件を満足する速度プロフィールの速度指令値に基づいて基板テーブルの光軸方向の位置を設定するアクチュエータの速度制御を行なうので、合焦手段による合焦が開始される時点では、焦点ずれが補正された位置に感光基板表面の光軸方向位置が設定されている。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の速度プロフィールが、加減速時の加速度を最小とする速度プロフィールであることから、アクチュエータの急加速、急減速が行なわれることがないと共に、速度プロフィールが１次関数となってその演算が容易になる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の発明のエッジ検出手段と高さ検出手段とが単一の手段から成るので、その分構成が簡単になると共に、部品点数の削減によるコストの低減が可能となる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１ないし図８に基づいて説明する。
【００２２】
図１には、一実施例に係るステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置の構成が概略的に示されている。
【００２３】
図１において、マスクとしてのレチクルＲは、レチクルホルダ２を介してレチクルステージ３上に載置されている。このレチクルステージ３はレチクルステージ駆動部１４によって、レチクルステージガイド４の案内面に沿って走査方向（図１におけるＸ方向）に駆動されるようになっている。また、このレチクルステージ３上の走査方向の一端には、移動鏡５が紙面直交方向（Ｙ方向）に延設されている。この移動鏡５に対向して、当該移動鏡５にレーザ光を照射すると共にその反射光を受光してレチクルステージ３の位置を計測するレチクル干渉計１３が配置されている。レチクル干渉計１３の計測値は主制御系２０に入力されており、主制御系２０はこのレチクル干渉計１３の計測値に基づいてレチクルステージ駆動部１４を介してレチクルステージ３の位置及び速度を制御している。
【００２４】
前記レチクルＲ上の照明フィールド１は図示しない照明光学系からの照明光により、ほぼ均一に照明されており、投影光学系ＰＬを介して、その投影像が感光基板としてのウエハＷ上の露光フィールド６に形成される。
【００２５】
ウエハＷは、ウエハホルダ８上に載置され図示しないバキュームチャックを介して吸着保持されている。ウエハホルダ８は、基板テーブル１０上に載置されている。この基板テーブル１０は、図２に示されるように、３つのピボット２１、２２、２３にてＸＹステージ１１上に３点で支持されており、この３つのピボット２１、２２、２３は、下半部が基板テーブル１０下面のそれぞれのピボットの支持点を投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）に駆動するアクチュエータ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａとされ、上半部が各ピボットのＺ方向位置を検出するエンコーダ２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂとされている（図５参照）。即ち、本実施例では、基板テーブル１０と３つのアクチュエータ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａとによって、ウエハＷ表面の光軸方向位置（Ｚ方向位置）及び光軸に対する傾斜を調整するＺティルトステージ６０が構成されている。
【００２６】
基板テーブル１０が搭載されたＸＹステージ１１は、Ｘ軸、Ｙ軸方向にウエハステージ駆動部１６によって駆動されるようになっており、これによってウエハＷがＹ方向に移動及びＸ方向に走査されるようになっている。図２に示されるように、基板テーブル１０上のＸ軸方向の一端には、移動鏡１２ＸがＹ軸方向に延設され、この移動鏡１２Ｘに対向してＸ軸用ウエハ干渉計１５Ｘが配置されている。同様に、基板テーブル１０上のＹ軸方向の一端には、移動鏡１２ＹがＸ軸方向に延設され、この移動鏡１２Ｙに対向してＹ軸用ウエハ干渉計１５Ｙが配置されている。これらのウエハ干渉計１５Ｘ、１５Ｙによって基板テーブル１０のＸＹ２次元方向の位置が計測されるようになっている。なお、図１では、移動鏡１２Ｘ、１２Ｙを代表的に移動鏡１２として示し、ウエハ干渉計１５Ｘ、１５Ｙをウエハ干渉計１５として示している。ウエハ干渉計１５の計測値は、主制御系２０に入力されており、主制御系２０ではこの計測値に基づいてウエハステージ駆動部１６を介してＸＹステージ１１の位置及び速度を制御している。露光のための走査時には、主制御系２０はレチクルステージ３とＸＹステージ１１を同期制御する。
【００２７】
ウエハＷ表面のＺ方向位置は、送光系７Ａと受光系７Ｂとから成るフォーカスセンサ（以下、適宜「フォーカスセンサ７」と総称する）で光電検出される。図３には、このフォーカスセンサ７を構成する個々のセンサの検出原理が示されており、送光部７ａから射出された光ビームのウエハＷ表面での反射光の入射位置は、ウエハＷ表面のＺ軸方向位置に応じて受光部７ｂの受光面上で変化するので、ウエハＷ表面のＺ軸方向位置を受光部７ｂの受光面上の光ビームの位置の変化として光電的に検出するのである。
【００２８】
本実施例では、フォーカスセンサ７を構成する個々のセンサ７１  〜７ｎ  は、図４に示されるように、２次元的に配置されている。第２列から第４列のセンサ７４  〜７１２はウエハＷ表面の露光領域（照野範囲）内のそれぞれの計測点のＺ軸方向位置をモニタするために設けられたものである。一方、第１列のセンサ７１  〜７３  及び第５列のセンサ７１３〜７１５は、スキャン方向（走査方向）で露光領域に先行する位置に配置され、各計測点でのウエハＷ表面のＺ軸方向位置の計測の他、ウエハＷのエッジを検出するためのものである。
【００２９】
なお、以下の説明においては、便宜上、センサ７４  〜７１２をセンサＡと総称し、センサ７１  〜７３  をセンサＢと総称し、センサ７１３〜７１５をセンサＢ’と総称するものとする。
【００３０】
図１において、主制御系２０は、このフォーカスセンサ７による計測値を用いてＺティルトステージ６０（より具体的には、基板テーブル１０を駆動するアクチュエータ２１Ａ、２２Ａ，２３Ａ）を制御し、ウエハＷ表面の位置を制御している。
【００３１】
前述したアクチュエータ２１、２２、２３により駆動される基板テーブル１０のそれぞれの支持点のＺ方向位置はピボットに組み込まれたエンコーダ２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ（図５参照）により計測されており、この計測値ＰＺ１、ＰＺ２、ＰＺ３と各ピボットのＸＹ２次元座標位置（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）とに基づき基板テーブル１０の位置は次式（１）にて定義される。
【００３２】
【数１】
0003584314.tif 000002
【００３３】
ここで、Θｘ  ：Ｘ軸回りの傾斜
Θｙ  ：Ｙ軸回りの傾斜
Ｚ  ：Ｚ方向位置
である。なお、フォーカスセンサ７によるウエハＷ表面の座標系と、エンコーダ２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂによる基板テーブル１０の位置の座標系はあらかじめキャリブレーションすることにより、その原点とスケールを一致させている。
【００３４】
図５には、本実施例におけるフォーカス制御系の構成が示されている。このフォーカス制御系は、目標値出力部２５、最小２乗法近似部２７、エッジ検出部２８、周縁フォーカス補正部２９、座標変換部３０、コントローラ３１、及びマルチプレクサ３２等を有する。各部について、詳細に説明すると、目標値出力部２５は、Ｚ方向位置の目標値ｚ’  、Ｘ軸回りの傾斜の目標値θｘ’、Ｙ軸回りの傾斜の目標値θｙ’を出力する。これらの目標値は、投影光学系ＰＬの結像面を試し焼き等によりキャリブレーションすることにより予め定められている。
【００３５】
最小２乗法近似部２７は、センサＡに含まれる個々のセンサが検出するウエハＷのＺ方向位置の検出信号を、いわゆる最小２乗法を用いて平面近似することで、Ｚ方向位置ｚ、Ｘ軸回りの傾斜θｘ  、Ｙ軸回りの傾斜θｙ  の３成分に分解する。
【００３６】
エッジ検出部２８は、センサＢ（又はＢ’）に含まれる各センサからの検出信号の信号レベルの差に基づいてウエハの有無を検出することにより、ウエハＷのエッジを検出すると同時に、そのエッジ検出ポイントのウエハＷ表面のＺ方向位置情報を周縁フォーカス補正部２９に送出する。即ち、本実施例では、センサＢ（又はＢ’）とエッジ検出部２８とによってエッジ検出手段及び高さ検出手段が構成されている。なお、センサＢとセンサＢ’とは、ウエハＷの走査方向に応じて選択的に使用される。
【００３７】
周縁フォーカス補正部２９は、ウエハＷの周縁部において外側から内側へ走査する場合のフォーカス制御のための速度プロフィールを作り出す部分である。これについては、後に詳述する。
【００３８】
座標変換部３０は、３つのピボットに組み込まれたエンコーダ２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂの計測値ＰＺ１、ＰＺ２、ＰＺ３を前述した式（１）を用いてＺ方向位置Ｚ、Ｘ軸回りの傾斜Θｘ  、Ｙ軸回りの傾斜Θｙ  に座標変換する。
【００３９】
コントローラ３１は、位置制御ループのコントローラであり、目標値出力部２５からの目標値ｚ’  、θｘ’、θｙ’と後述するマルチプレクサ３２から出力される現在値（ｚ、θｘ  、θｙ  又はＺ、Θｘ  、Θｙ  ）との差であるＺ方向位置偏差Δｚ、Ｘ軸回りの傾斜偏差Δθｘ  、Ｙ軸回りの傾斜偏差Δθｙ  を動作信号としてＰ動作、ＰＩ動作、あるいはＰＩＤ動作を行なういわゆるＰＩＤ制御器を含んで構成されている。このコントローラ３１は、偏差Δｚ、Δθｘ  、Δθｙ  にゲインをかけたものをアクチュエータへの速度指令とし、さらに、Ｘ及びＹ軸回りの傾斜とＺ方向の３成分で与えられた速度指令を各ピボットの現在位置のＸＹ２次元座標値に基づいて配分するための非干渉化演算を行って、その演算結果を実際にアクチュエータ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａへ出力している。また、このコントローラ３１には、周縁フォーカス補正部２９から後述する速度プロフィールの速度指令ｖｚ  （ｔ）がＺ方向の速度の目標値として入力されるようになっており、この速度指令が入力されたときには、偏差Δｚに代えてｖｚ  （ｔ）をアクチュエータへの速度指令として非干渉化演算を行なうようになっている。
【００４０】
マルチプレクサ３２は、最小２乗法近似部２７からの現在値の３成分（ｚ、θｘ  、θｙ  ）と座標変換部３０からの現在値の３成分（Ｚ、θｘ’、θｙ’）を図示しないＣＰＵからの指令に応じて切り替える。従って、本実施例では、基板テーブル１０は目標値に対して、フォーカスセンサＡによる位置決め、各ピボットに組み込まれたエンコーダ２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂによる位置決めの両方ができるように構成されている。なお、マルチプレクサ３２の設定によっては、Ｘ軸及びＹ軸回りの傾斜方向の制御はエンコーダ２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂを使用した制御ループで、かつ、Ｚ方向の制御はフォーカスセンサ７による制御ループを使って行なうことも可能である。
【００４１】
３軸のアクチュエータ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａは与えられた速度指令に対して内蔵された速度検出器（タコジェネレータ）を使用してサーボをかけ、追従させている。
【００４２】
次に、周縁フォーカス補正部２９について詳述する。この周縁フォーカス補正部２９は、前述した如く、ウエハＷの周縁部が投影光学系ＰＬに対して外側から内側へ向かって走査される場合のフォーカス制御のための速度プロフィールを作り出す部分である。以下に、この速度プロフィールの作り方について説明する。
【００４３】
本実施例においては、図６に示されるように、走査方向に沿って中央に露光領域のウエハＷ表面のＺ方向位置を検出するセンサＡが配置され、その両側にエッジ検出機能を兼ね備えたフォーカスセンサＢ，Ｂ’が配置されている。これは、前述したように正逆両方向の走査に対応するためである。
【００４４】
ここでセンサＢがウエハＷ表面のある場所を検出する時刻をｔ＝ｔ０  とする。また、センサＡが同一場所を検出する時刻をｔ＝ｔ１  とし、センサＡとセンサＢの距離をｄとし、ウエハＷの走査速度をｖとする。また、時刻ｔ＝ｔ０  におけるセンサＢの検出するデフォーカス量をＺ’とする。ここで、基板テーブル１０が走査方向に、走査の案内面（ＸＹ平面）に対してθだけ傾いているとすると、センサＡ、Ｂの間には図６に示されるようにｄ・θだけのオフセットが生じる。このため、センサＡを基準として考えたデフォーカス量は次式（２）で表される。
【００４５】
【数２】
Ｚ＝Ｚ’−ｄ・θ…（２）
【００４６】
また、時刻ｔ＝ｔ０  には基板テーブル１０はＺ方向に静止していて、時刻ｔ＝ｔ１  ではフォーカス制御が開始されるものとすると、それ以後ウエハＷ表面のフォーカス位置を一定に保っている必要があるので、基板テーブル１０のＺ方向速度に関して以下の境界条件が設定される。
【００４７】
【数３】
0003584314.tif 000003
【００４８】
ここで、ｖはウエハＷの走査速度である。
【００４９】
また、時刻ｔ＝ｔ１  にて、フォーカスがあっていることを期待するには、ｔ＝ｔ０  からｔ＝ｔ１  までの間に、先に（２）式で与えたデフォーカス量を補正する分だけ基板テーブル１０をＺ方向に動かす必要があるので、以下の関係が成り立つことが必要となる。
【００５０】
【数４】
0003584314.tif 000004
【００５１】
すなわち、（３）式の境界条件の下で（４）式を満たす速度ｖｚ  （ｔ）を目標値として、それに沿って基板テーブルのＺ方向の速度を制御すればｔ＝ｔ１  でほぼフォーカスのあった位置にウエハＷ表面を持ってくることができる。ここで、ｔ＝ｔ１  をフォーカスが必要な領域ｔ＝ｔ２  の手前に設定すれば、以後、通常のフォーカス制御によりウエハＷ表面のＺ方向位置をセンサＡにてサーボ制御すれば所定の領域に対してフォーカス制御を実現できることになる。
【００５２】
そこで、周縁フォーカス補正部２９では、（３）式及び（４）式を満足する速度プロフィールを作り出し、これをコントローラ３１にＺ方向速度の目標値として与えようというのである。
【００５３】
図７に条件（３）式及び（４）式を満足し、さらに加減速時の加速度を最小とする速度プロフィールの例が示されている。ここで、加速度を最小とするには加減速時の加速度を揃えればよいので以下の式が成り立つ。
【００５４】
【数５】
0003584314.tif 000005
【００５５】
また、この速度プロフィールで基板テーブル１０をＺ方向に駆動したときの時刻０からｔ１  までの移動量Ｚは以下の式で与えられる。
【００５６】
【数６】
Ｚ＝（ｔ１ｖ０＋ｔ１ｖ１−ｔ０ｖ１）／２  …（６）
【００５７】
よって、（５）式及び（６）式において、ｔ１  ，ｖ１  ，Ｚは既知であるので（５）式及び（６）式を解いて、未知数であるｔ０  ，ｖ０  が決定される。このｔ０  ，ｖ０  が決定されればａ＝ｖ０  ／ｔ０  とおいて、次式にて速度プロフィールを逐字計算できる。
【００５８】
【数７】
0003584314.tif 000006
【００５９】
図５において、フォーカス制御系を構成する目標値出力部２５、最小２乗法近似部２７、エッジ検出部２８、周縁フォーカス補正部２９、座標変換部３０、コントローラ３１、及びマルチプレクサ３２等は、主制御系２０の構成部分であるが、エッジ検出部２８及び周縁フォーカス補正部２９は、例えば図示しないＣＰＵの機能によって実現することができる。このＣＰＵは、装置全体を統括的に制御するもので、干渉計の計測値等も入力されている。
【００６０】
次に、本実施例におけるウエハＷ周縁部でのフォーカス制御について、ＣＰＵの制御アルゴリズムを示す図８のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートがスタートするのは、露光処理中に露光すべき領域がウエハＷ周縁部に差し掛かり、走査方向が外側から内側であると判断したときである。
【００６１】
ステップ１００でウエハＷのエッジが検出されるのを待つ。具体的には、センサＢの検出信号の差に基づいてウエハＷのエッジを検出する（エッジ検出部の機能）。そして、ウエＷのエッジが検出されるとステップ１００の判断が肯定され、ステップ１０２に進んでその時点のセンサＢの出力Ｚ’  に基づいて前述した式（２）に従って初期デフォーカス量を算出する。なお、このとき、式（２）中の角度θは、座標変換部３０から出力されるΘｙ  が用いられる。
【００６２】
次のステップ１０４では、速度プロフィールに基づいた速度制御を実行する。具体的には、前述したようにして時事刻々式（７）の速度プロフィールｖｚ  （ｔ）を演算・出力する（周縁フォーカス補正部の機能）。このとき、マルチプレクサ３２からはΘｘ  、Θｙ  、Ｚが出力されているので、コントローラ３１では、基板テーブル１０の傾斜方向の制御をエンコーダによる位置制御ループで行なうと共に、Ｚ方向についてはｖｚ  （ｔ）を速度指令として速度制御ループで制御を行なう。
【００６３】
次のステップ１０６では、速度プロフィールに基づいた速度制御の実行開始から時間ｔ１  が経過したか否かを判断することにより、通常のフォーカス制御の開始位置までウエハＷが走査されたか否かを判断する。そして、この判断が否定された場合は、ステップ１０４に戻り、ステップ１０４、１０６の処理・判断を繰り返す。なお、ステップ１０６における判断は、ウエハ干渉計１５の計測値に基づいてＸＹステージ１１の位置を検出することによっても可能である。
【００６４】
通常のフォーカス制御の開始位置までウエハＷが走査され、ステップ１０６の判断が肯定されると、ステップ１０８に進んでセンサＡによる位置制御ループを用いた通常のフォーカス制御を開始する。具体的には、速度プロフィールの演算・出力を停止すると同時にマルチプレクサ３２の出力をθｘ  、θｙ  、ｚに切り替える。これにより、いわゆるオートフォーカス制御が開始される。
【００６５】
これまでの説明から明らかなように、本実施例では、周縁フォーカス補正部２９とコントローラ３１とアクチュエータ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａと基板テーブル１０とによって調整手段が構成され、エンコーダ２１Ｂ、２２Ｂ，２３Ｂと座標変換部３０とによって傾斜検出手段が構成され、センサＡ（７４  〜７１２）と最小２乗法近似部２７とアクチュエータ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａと目標値出力部２５とコントローラ３１とによって合焦手段が構成されている。
【００６６】
以上説明したように本実施例によると、ウエハＷの周縁部が投影光学系ＰＬに対して外側から内側へ向かって走査される場合、露光領域に配置されたフォーカスセンサ（センサＡ）の検出域がウエハＷの内に完全に入りきるまでの間は、基板テーブル１０はＸ及びＹ軸回りの傾斜方向にはエンコーダによる位置制御で姿勢を保ちながら、Ｚ方向にフォーカス補正部２９の作り出す速度プロフィールを目標値としてその速度を制御されることから、フォーカスセンサＡによる制御を開始する時点では、初期ずれ量をウエハＷ表面の凹凸程度に押さえ込むことができ、フォーカスの整定時間を短縮することができ、装置の処理能力の向上が期待できる。これに加え、周縁部で外側からウエハＷの走査・露光を行う場合に際しても、フォーカスの整定時間が制約条件とならないので、ウエハＷ表面の有効範囲を制限されることが少なくなり、ウエハＷ表面の面積利用効率が向上し、ウエハ１枚当たりのチップ数が増加する。
【００６７】
なお、上記実施例ではフォーカスセンサによるフォーカス制御を行わないとき、あるいはフォーカスセンサによるフォーカス制御ができない場合であっても、エンコーダの出力により、基板テーブル１０の姿勢を一定に保つことが可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、感光基板の周縁部を露光する際にその走査方向が外側から内側への方向である場合、感光基板のエッジ検出から合焦手段による合焦制御（フォーカス制御）開始までの間に、少なくとも感光基板表面の光軸方向位置（高さ）が調整され、合焦制御が開始される前に、感光基板表面の光軸方向位置が合焦位置の極く近傍に設定されるので、フォーカス制御の整定時間を短縮することができると共に、ウエハの周縁部を露光する際にウエハの走査方向が外側から内側への方向である場合の感光基板表面の面積利用効率を向上させることができるという従来にない優れた効果がある。
【００６９】
特に、請求項２記載の発明では感光基板が走査の案内面に対して傾斜している場合であっても、フォーカス制御の整定時間を短縮することができるという効果がある。
【００７０】
また、請求項３記載の発明では合焦制御が開始される前に、感光基板表面の光軸方向位置のみならず、走査方向に直交する軸回りの傾斜も合焦状態に近く設定されることから、請求項２記載の発明に比べてもより一層フォーカス制御の整定時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例に係るステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】図１の基板テーブル及びその駆動手段の詳細を示す斜視図である。
【図３】図１のフォーカスセンサを構成する個々のセンサの検出原理を示す図である。
【図４】フォーカスセンサを構成する個々のセンサの配置を示す図である。
【図５】フォーカス制御系の構成を示すブロック図である。
【図６】速度プロフィールの作り方の原理を説明するための図である。
【図７】速度プロフィールの一例を示す線図である。
【図８】主制御系内ＣＰＵの主要な制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
７１  〜７３    センサＢ（エッジ検出手段の一部、高さ検出手段の一部）
７４  〜７１２  センサＡ（合焦手段の一部）
７１３〜７１５  センサＢ’（エッジ検出手段の一部、高さ検出手段の一部）
１０  基板テーブル（調整手段の一部）
２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ  アクチュエータ（調整手段の一部、合焦手段  の一部）
２１Ｂ、２２Ｂ，２３Ｂ  エンコーダ（傾斜検出手段の一部）
２５  目標値出力部（合焦手段の一部）
２７  最小２乗法近似部（合焦手段の一部）
２８  エッジ検出部（エッジ検出手段の一部、高さ検出手段の一部）
２９  周縁フォーカス補正部（調整手段の一部）
３０  座標変換部（傾斜検出手段の一部）
３１  コントローラ（調整手段の一部、合焦手段の一部）
Ｗ  ウエハ（感光基板）
ＰＬ  投影光学系
【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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