(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光基板上の複数のショット領域の各々に順次転写するステップアンドリピート方式の露光方法において、
前記感光基板上の複数の計測点の各々における前記投影光学系の光軸方向の位置を計測する第１の工程と；
前記複数のショット領域の１つを前記投影光学系のイメージフィールド内に位置決めするための前記感光基板の移動中に、前記計測結果に基づいて前記投影光学系の像面と前記感光基板の表面との相対的な傾斜を補正する第２の工程と；
前記投影光学系の像面に対する前記１つのショット領域の表面の傾斜量と焦点ずれ量とを検出し、該検出結果に基づいて前記感光基板を傾けるとともに前記光軸方向に移動する第３の工程と；
前記マスクパターンを前記１つのショット領域に転写するとともに、前記第３の工程での前記感光基板の傾斜量に基づいて、次にマスクパターンを転写すべき前記１つのショット領域とは別のショット領域の表面の前記投影光学系の像面からの位置ずれ量を求める第４の工程と；
前記別のショット領域を前記投影光学系のイメージフィールド内に位置決めするための前記感光基板の移動中に、前記求められた位置ずれ量に応じた量だけ前記感光基板を前記光軸方向に移動する第５の工程と；
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記第１の工程において、感光基板上の計測点は、少なくとも３つのショット領域の各々の同一位置に設定されることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記第１の工程は、前記感光基板上のいくつかのショット領域の各々に付設されたアライメントマークの位置を計測する工程と、該計測された複数の位置を統計処理することにより前記感光基板上の全てのショット領域の位置を決定する工程とを含み、
前記計測点が設定される少なくとも３つのショット領域は、前記アライメントマークの位置が計測されるいくつかのショット領域に含まれることを特徴とする請求項２記載の露光方法。
【請求項４】
前記第１の工程において、前記感光基板上の計測点は前記マスクのパターンを転写可能な全てのショット領域の各々に設定されるとともに、該各ショット領域内の計測点はプロセス段差が比較的小さくなる位置に定められ、
前記第４の工程において、前記別のショット領域の表面の前記投影光学系の像面からの位置ずれ量を求める際に、前記第１の工程で得られたショット領域間の偏差を用いることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項５】
前記マスクのパターンを前記感光基板上のショット領域に転写するのに先立ち、該ショット領域の表面を前記投影光学系の像面に合致させる際に、前記第１の工程で得られた全てのショット領域の位置情報のうち、当該ショット領域に隣接するショット領域の位置情報を用いて前記感光基板を傾けることを特徴とする請求項４記載の露光方法。
【請求項６】
マスクを照明しながら、該マスク上の照明領域に対して該マスクを走査するとともに、上記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を前記マスクの走査に同期して走査することにより、上記マスクのパターンを上記投影光学系を介して感光基板の複数のショット領域上に順次露光する走査型露光方法において、
前記感光基板上の複数の計測点の各々における前記投影光学系の光軸方向の位置を計測する第１の工程と；
前記複数のショット領域の１つを露光開始位置に位置決めするための前記感光基板の移動中に、前記計測結果に基づいて前記投影光学系の像面と前記感光基板の表面との相対的な傾斜を補正する第２の工程と；
前記感光基板の１つのショット領域と前記マスクとを同期して走査露光しながら、前記投影光学系の像面に対する前記１つのショット領域の表面の傾斜量と焦点ずれ量とを検出し、該検出結果に基づいて前記露光領域における前記１つのショット領域の表面が前記投影光学系の像面と平行になるとともに前記投影光学系の焦点位置と一致するように前記感光基板を傾けるとともに前記光軸方向に移動する第３の工程と；
前記１つのショット領域の走査露光終了時の前記感光基板の傾斜量に基づいて、次にマスクパターンを転写すべき前記１つのショット領域とは別のショット領域の表面の前記投影光学系の像面からの位置ずれ量を求める第４の工程と；
前記別のショット領域を前記露光開始位置に位置決めするための前記感光基板の移動中に、前記求められた位置ずれ量に応じた量だけ前記感光基板を前記光軸方向に移動する第５の工程と；
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項７】
前記マスクの走査の間に生じるマスクの光軸方向における位置変動による前記投影光学系の像面の光軸方向の位置の変動分を、上記第３の工程における前記検出結果に基づいて前記感光基板を前記光軸方向に移動するための移動量に取り込み、且つ上記第４の工程における前記投影光学系の像面からの位置ずれ量に取り込むことを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
【請求項８】
マスクに形成されたパターンの像を感光基板上に投影する投影光学系を有し、前記マスクのパターン像を前記感光基板上の複数のショット領域の各々に順次転写するステップアンドリピート方式の露光装置において、
前記感光基板を保持して、前記投影光学系の光軸方向に移動するとともに、前記投影光学系の像面に対して傾斜可能な可動部材と；
該可動部材を載置して、前記投影光学系の光軸と垂直な面内で２次元移動する基板ステージと；
前記感光基板表面の前記投影光学系の光軸方向の位置を光学的に検出する第１の検出手段と；
前記投影光学系の像面に対する前記感光基板上のショット領域の表面の傾斜を光学的に検出する第２の検出手段と；
前記第１の検出手段を用いて前記感光基板上の複数の計測点の各々における前記光軸方向の位置を計測し、該計測された複数の位置に基づいて前記可動部材を傾けることにより、前記投影光学系の像面と前記感光基板の表面との相対的な傾斜を補正する第１のレべリング手段と；
前記基板ステージの移動位置をモニタしつつ前記感光基板上の複数のショット領域が前記マスクのパターン像で順次露光されるように前記基板ステージの移動位置を制御する第１の制御手段と；
前記傾斜補正された感光基板上の１つのショット領域の表面が前記投影光学系の焦点位置に一致するように、前記第１の検出手段の出力に基づいて前記可動部材を駆動する合焦手段と；
前記１つのショット領域の表面が前記投影光学系の像面と平行になるように、前記第２の検出手段の出力に基づいて前記可動部材を駆動する第２のレべリング手段と；
前記第２のレベリング手段によって駆動される前記感光基板上のショット領域の表面の傾斜量に基づいて、次にマスクパターンを転写すべき前記１つのショット領域とは別のショット領域の表面の前記投影光学系の像面からの位置ずれ量を求め、前記別のショット領域を露光位置に位置付けるために前記第１の制御手段による前記基板ステージの移動中に、前記位置ずれ量に応じた量だけ前記感光基板を前記光軸方向に移動するように前記可動部材の移動を制御する第２の制御手段と；
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項９】
マスク上の照明領域に対して該マスクを走査するマスクステージと、前記マスク上のパターンの像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記照明領域と前記投影光学系に関して共役な露光領域に対して前記感光基板を前記マスクの走査と同期して走査する２次元移動可能な基板ステージとを備え、前記感光基板上の複数のショット領域を順次露光する走査型露光装置であって、
前記２次元移動可能な基板ステージ上に設置され、且つ前記感光基板を保持したまま前記投影光学系の光軸方向に移動するとともに前記投影光学系の像面に対して傾斜可能な可動部材と；
前記感光基板表面の前記投影光学系の光軸方向の位置及び前記投影光学系の像面に対する傾斜を光学的に検出する検出手段と；
前記検出手段を用いて前記感光基板上の複数の計測点の各々における前記光軸方向の位置を計測し、該計測された複数の位置に基づいて前記可動部材を傾けることにより、前記投影光学系の像面と前記感光基板の表面との相対的な傾斜を補正する第１のレべリング手段と；
前記基板ステージの移動位置をモニタしつつ前記感光基板上の複数のショット領域が前記マスクのパターン像で順次露光されるように前記基板ステージの移動位置を制御する第１の制御手段と；
前記感光基板の１つのショット領域と前記マスクとが同期して走査されている間に、前記露光領域内に存在する該１つのショット領域の表面が前記投影光学系の焦点位置に一致し且つ前記投影光学系の像面と平行になるように、前記検出手段の出力に基づいて前記可動部材を駆動する第２のレべリング手段と；
前記第２のレベリング手段によって駆動された前記感光基板上のショット領域の表面の走査露光終了時の傾斜量に基づいて、次にマスクパターンを転写すべき前記１つのショット領域とは別のショット領域の表面の前記投影光学系の像面からの位置ずれ量を求め、前記別のショット領域を露光開始位置に位置付けるために前記第１の制御手段による前記基板ステージの移動中に、前記位置ずれ量に応じた量だけ前記感光基板を前記光軸方向に移動するように前記可動部材の移動を制御する第２の制御手段と；
を備えたことを特徴とする走査型露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路や液晶基板の回路パターンをフォトリソグラフィー技術により基板上に形成するために使用される投影露光方法及びその装置に係り、特にマスクパターンを投影光学系を介して感光基板上の複数のショット領域に順次転写するステップアンドリピート方式及びスリットスキャン方式の露光方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステップ・アンド・リピート方式の露光装置、特に半導体素子製造用の縮小投影型露光装置であるウエハステッパーには、大きな開口数（Ｎ．Ａ．）を有する投影レンズ系が用いられていることから、焦点深度が非常に小さく、このためウエハの露光領域を投影レンズ系の像面に対して平行にするレベリング動作を合焦動作と並行して実行するようにし、露光領域表面をその全面に渡って投影レンズ系の焦点深度内に設定しない限り、露光領域全体にわたって鮮明なパターンの露光を行なうことができない。
【０００３】
ウエハ全体は別途に設けられたオートフォーカス機構（例えば、特開平５−１９０４２３号公報に開示されているようないわゆる斜入射方式の多点ＡＦ系）によりウエハ面上３点以上の検出によって投影レンズ系の像面に対してウエハ表面をほぼ平行に設定することが可能であり、従来より、このような露光前に１度だけウエハを傾ける、いわゆるグローバルレベリングがなされていた。
【０００４】
しかしながら、ウエハの大型化やシリコンに代わるガリウム・砒素等の新材料ではウエハ自体の平面性が不安定になるため、ウエハの部分的な垂直位置検出が必要となる。そして、各回の露光と化学処理によりさらにウエハの変形が増大されるため、露光領域の正確な水平検出が不可欠となってきていた。このようなウエハの部分的な（ショット領域毎の）垂直位置検出のための装置が特開昭５８−１１３７０６号公報に開示されている。この装置は、「主対物レンズに関して所定の共役関係になる領域へ微小開口から発する平行光束を該対物レンズの光軸に対して斜めより供給する照射光学系と、該照射光学系から供給され前記共役領域で反射される光束を光電素子上に集光する集光光学系とを設け、該両光学系の光軸を前記主対物レンズに関して対称に配置したもの」で、受光素子の出力により主対物レンズに関する共役領域がこの主対物レンズの光軸に垂直であるか否かを判別するものである。一部の機種では、この特開昭５８−１１３７０６号公報に開示されたような位置検出装置を用いてショット領域毎に投影レンズ系の像面に対してウエハを傾ける、いわゆるチップレベリングが行なわれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したグローバルレベリングのみを採用する機種では、基板全体の傾斜は補正できるが、チップ毎の傾斜を補正することができないという不都合があった。一方、上述したチップレベリングを採用する機種では、チップ毎（ショット領域毎）の傾斜の補正は可能であるが、各ショット領域への位置決めが完了した時点でその都度レベリング、合焦動作をそれぞれ行なうことから、スループットが低下するという不都合があった。
【０００６】
また、近年、レチクルのパターン領域の一部をスリット状あるいは円弧状に照明し、その照明された領域に対してレチクルを走査するとともに、その照明された領域に対して投影光学系と共役な領域（露光領域）に対して感光基板をレチクルの走査と同期して走査することによりレチクルのパターンを逐次感光基板上に露光するスリットスキャン方式の露光装置が開発されている。この方式の露光装置ではレチクル上の照明領域がステップアンドリピート方式の露光装置に比べて小さく、投影光学系のイメージフィールドの一部分しか露光に使用されないため投影像の歪みを防止し、照度を均一にし易いという利点がある。かかるスリットスキャン方式の露光装置においてもスループットを低下させずにチップ毎の合焦及びレベリング調整を実行することが望まれる。
【０００７】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その目的は、スループットを極端に低減させることなく、露光位置での高精度のレベリング、合焦動作を行なうことが可能な露光方法及びその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記載の発明に従えば、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光基板上の複数のショット領域の各々に順次転写するステップアンドリピート方式の露光方法において、前記感光基板上の複数の計測点（位置を計測するための点）の各々における前記投影光学系の光軸方向の位置を計測する第１の工程と；前記複数のショット領域の１つを前記投影光学系のイメージフィールド内に位置決めするための前記感光基板の移動中に、前記計測結果に基づいて前記投影光学系の像面と前記感光基板の表面との相対的な傾斜を補正する第２の工程と；前記投影光学系の像面に対する前記１つのショット領域の表面の傾斜量と焦点ずれ量とを検出し、該検出結果に基づいて前記感光基板を傾けるとともに前記光軸方向に移動する第３の工程と；前記マスクパターンを前記１つのショット領域に転写するとともに、前記第３の工程での前記感光基板の傾斜量に基づいて、次にマスクパターンを転写すべき前記１つのショット領域とは別のショット領域の表面の前記投影光学系の像面からの位置ずれ量を求める第４の工程と；前記別のショット領域を前記投影光学系のイメージフィールド内に位置決めするための前記感光基板の移動中に、前記求められた位置ずれ量に応じた量だけ前記感光基板を前記光軸方向に移動する第５の工程と；を含むことを特徴とする露光方法が提供される。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、第２の工程で感光基板全体の傾斜補正（グローバルレベリング）が複数のショット領域の１つを投影光学系のイメージフィールド（投影視野内）に位置決めするための感光基板の移動中に行なわれ、第３の工程で各ショット領域の露光位置（投影光学系によるマスクパのターンの投影位置）への位置決め後に各露光位置でのレベリング（チップレベリング）が行なわれる。従って、レベンリング動作が分割され、各露光位置でのレベリング補正量が小さくなり、露光位置では短時間でレベリングが完了する。
【００１０】
また、第５の工程において第４の工程で求められた投影光学系の像面からの位置ずれ量に応じた量だけ次ショット領域（前記１つの領域とは別の領域）移動中に感光基板を光軸方向に沿って像面へ向けて移動させるので、各ショット領域が位置決めされた時には、大まかな合焦がなされている。従って、合焦動作、感光基板の移動が分割され、各露光位置での光軸方向への感光基板の移動量は小さくなり、露光位置では短時間に合焦が完了する。即ち、感光基板の露光位置への位置決めのための移動と共に合焦動作の一部がなされる。
【００１１】
請求項２記載の発明に従えば、請求項１記載の露光方法であって、前記第１の工程において、感光基板上の計測点は、少なくとも３つのショット領域の各々の同一位置に設定されることを特徴とする請求項１記載の露光方法が提供される。請求項２記載の発明によれば、投影光学系の光軸方向の位置を検出すべき感光基板上の計測点は少なくとも３つのショット領域の各々の同一位置に設定される。従って、ショット領域内に凸凹（段差）が存在しても各ショット領域の同一点で焦点位置検出が行なわれるので、その凸凹によらず感光基板の傾斜量を正確に求めることができ、グローバルレベリングの精度向上が期待できる。
【００１２】
請求項３記載の発明に従えば、請求項２記載の露光方法であって、前記第１の工程は、前記感光基板上のいくつかのショット領域の各々に付設されたアライメントマークの位置を計測する工程と、該計測された複数の位置を統計処理することにより前記感光基板上の全てのショット領域の位置を決定する工程とを含み、前記計測点が設定される少なくとも３つのショット領域は、前記アライメントマークの位置が計測されるいくつかのショット領域に含まれることを特徴とする露光方法が提供される。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、第１の工程において統計的手法を採用したグローバルアライメント、いわゆるエンハンストグローバルアライメントの対象となる複数のショット領域（ＥＧＡショット）についてマーク位置が計測され、それぞれの計測結果を統計処理することにより感光基板上の全てのショット領域の位置が定められる。このとき、各ＥＧＡショットについて感光基板表面の光軸方向の位置計測が行なわれる。そして、第２の工程において１つのショット領域の位置決めのための感光基板の移動中にこの計測結果に基づいてグローバルレベリングが行なわれる。従って、ＥＧＡ計測動作の一部としてそのＥＧＡショットについて焦点位置検出を加えるだけで、第２の工程においてグローバルレベリングが行なわれ、各露光位置では短時間でレベリングが完了する。なお、グローバルレベリングでは感光基板上の少なくとも３点で焦点位置検出を行なえばよく、全てのＥＧＡショットで焦点位置検出を行なわずとも少なくとも３つのＥＧＡショットを選択して焦点位置を検出すればよい。
【００１４】
請求項４記載の発明に従えば、請求項１記載の露光方法であって、前記第１の工程において、前記感光基板上の計測点は前記マスクのパターンを転写可能な全てのショット領域の各々に設定されるとともに、該各ショット領域内の計測点はプロセス段差が比較的小さくなる位置に定められ、前記第４の工程において、前記別のショット領域の表面の前記投影光学系の像面からの位置ずれ量を求める際に、前記第１の工程で得られたショット領域間の偏差を用いることを特徴とする露光方法が提供される。請求項４記載の発明によれば、第１の工程において感光基板上のマスクのパターンを転写可能な全有効ショット領域について各ショット領域内のプロセス段差が比較的少ない任意の位置を計測点として感光基板表面の光軸方向の位置計測が行なわれる。そして、第４の工程において次ショット領域位置での感光基板表面の光軸方向の像面からの位置ずれ量が第１の工程で得られたショット領域間の偏差を用いて求められる。従って、ショット領域での感光基板の傾斜から次ショット領域位置での感光基板表面の光軸方向の像面からの位置ずれ量を推定により求める場合に比較して第５の工程において合焦位置により近い位置に感光基板を位置させることができ、各露光位置ではより短時間で合焦動作が完了する。
【００１５】
請求項５記載の発明に従えば、請求項４記載の露光方法であって、前記マスクのパターンを前記感光基板上のショット領域に転写するのに先立ち、該ショット領域の表面を前記投影光学系の像面に合致させる際に、前記第１の工程で得られた全てのショット領域の位置情報のうち、当該ショット領域に隣接するショット領域の位置情報を用いて前記感光基板を傾けることを特徴とする露光方法が提供される。請求項５記載の発明によれば、マスクのパターンを感光基板上のショット領域に転写するのに先立ち、該ショット領域の表面を投影光学系の像面に合致させる際に、第１の工程で得られた全有効ショット領域の位置情報のうち、当該ショット領域に隣接するショット領域の位置情報を用いて感光基板を傾ける。従って、露光位置での傾斜検出が不要となり、より一層短時間でレベリングが可能となる。
【００１６】
請求項６記載の発明に従えば、マスクを照明しながら、該マスク上の照明領域に対して該マスクを走査するとともに、上記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を前記マスクの走査に同期して走査することにより、上記マスクのパターンを上記投影光学系を介して感光基板の複数のショット領域上に順次露光する走査型露光方法において、前記感光基板上の複数の計測点の各々における前記投影光学系の光軸方向の位置を計測する第１の工程と；前記複数のショット領域の１つを露光開始位置に位置決めするための前記感光基板の移動中に、前記計測結果に基づいて前記投影光学系の像面と前記感光基板の表面との相対的な傾斜を補正する第２の工程と；前記感光基板の１つのショット領域と前記マスクとを同期して走査露光しながら、前記投影光学系の像面に対する前記１つのショット領域の表面の傾斜量と焦点ずれ量とを検出し、該検出結果に基づいて前記露光領域における前記１つのショット領域の表面が前記投影光学系の像面と平行になるとともに前記投影光学系の焦点位置と一致するように前記感光基板を傾けるとともに前記光軸方向に移動する第３の工程と；前記１つのショット領域の走査露光終了時の前記感光基板の傾斜量に基づいて、次にマスクパターンを転写すべき前記１つのショット領域とは別のショット領域の表面の前記投影光学系の像面からの位置ずれ量を求める第４の工程と；前記別のショット領域を前記露光開始位置に位置決めするための前記感光基板の移動中に、前記求められた位置ずれ量に応じた量だけ前記感光基板を前記光軸方向に移動する第５の工程と；を含むことを特徴とする露光方法が提供される。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、第２の工程で感光基板全体の傾斜補正（グローバルレベリング）が複数のショット領域の１つを投影光学系のイメージフィールド（投影視野内）に位置決めするための感光基板の移動中に行なわれ、第３の工程で、前記感光基板の１つのショット領域と前記マスクとを同期して走査露光しながら各露光位置でのレベリング（チップレベリング）が行なわれる。従って、レベンリング動作が分割され、各露光位置でのレベリング補正量が小さくなり、露光位置では短時間でレベリングが完了する。また、第５の工程において第４の工程で求められた投影光学系の像面からの位置ずれ量に応じた量だけ次ショット領域（前記１つの領域とは別の領域）への移動中に感光基板を光軸方向に沿って像面へ向けて移動させるので、各ショット領域が位置決めされた時には、大まかな合焦がなされている。従って、合焦動作、感光基板の移動が分割され、各露光位置での光軸方向への感光基板の移動量は小さくなり、露光開始位置では短時間に合焦が完了する。即ち、感光基板の露光位置への位置決めのための移動と共に合焦動作の一部がなされる。
【００１８】
請求項７記載の発明に従えば、前記マスクの走査の間に生じるマスクの光軸方向における位置変動による前記投影光学系の像面の光軸方向の位置の変動分を、上記第３の工程における前記検出結果に基づいて前記感光基板を前記光軸方向に移動するための移動量に取り込み、且つ上記第４の工程における前記投影光学系の像面からの位置ずれ量に取り込むことを特徴とする請求項６に記載の露光方法が提供される。請求項７記載の発明によれば、走査型露光方法に特有のマスクの走査によりに生じる投影光学系の像面の光軸方向の位置の変動分を予め測定しておき、その変動分を第３の工程及び第４工程における光軸方向の移動量に加算することによって、かかる変動分をも有効に補正できる。
【００１９】
請求項８記載の発明に従えば、マスクに形成されたパターンの像を感光基板上に投影する投影光学系を有し、前記マスクのパターン像を前記感光基板上の複数のショット領域の各々に順次転写するステップアンドリピート方式の露光装置において、前記感光基板を保持して、前記投影光学系の光軸方向に移動するとともに、前記投影光学系の像面に対して傾斜可能な可動部材と；該可動部材を載置して、前記投影光学系の光軸と垂直な面内で２次元移動する基板ステージと；前記感光基板表面の前記投影光学系の光軸方向の位置を光学的に検出する第１の検出手段と；前記投影光学系の像面に対する前記感光基板上のショット領域の表面の傾斜を光学的に検出する第２の検出手段と；前記第１の検出手段を用いて前記感光基板上の複数の計測点の各々における前記光軸方向の位置を計測し、該計測された複数の位置に基づいて前記可動部材を傾けることにより、前記投影光学系の像面と前記感光基板の表面との相対的な傾斜を補正する第１のレべリング手段と；前記基板ステージの移動位置をモニタしつつ前記感光基板上の複数のショット領域が前記マスクのパターン像で順次露光されるように前記基板ステージの移動位置を制御する第１の制御手段と；前記傾斜補正された感光基板上の１つのショット領域の表面が前記投影光学系の焦点位置に一致するように、前記第１の検出手段の出力に基づいて前記可動部材を駆動する合焦手段と；前記１つのショット領域の表面が前記投影光学系の像面と平行になるように、前記第２の検出手段の出力に基づいて前記可動部材を駆動する第２のレべリング手段と；前記第２のレベリング手段によって駆動される前記感光基板上のショット領域の表面の傾斜量に基づいて、次にマスクパターンを転写すべき前記１つのショット領域とは別のショット領域の表面の前記投影光学系の像面からの位置ずれ量を求め、前記別のショット領域を露光位置に位置付けるために前記第１の制御手段による前記基板ステージの移動中に、前記位置ずれ量に応じた量だけ前記感光基板を前記光軸方向に移動するように前記可動部材の移動を制御する第２の制御手段と；を備えたことを特徴とする露光装置が提供される。
【００２０】
この場合において、感光基板上の中心付近に位置するショット領域では、当該ショット領域及びこれに隣接するショット領域の位置情報、又は当該ショット領域に隣接するショット領域の位置情報のみ、を用いてレベリングを行なっても良いが、感光基板の周辺付近に位置するショット領域では、それに隣接するショット領域の数が少なくなるので、当該ショット領域及びこれに隣接するショット領域の両者の位置情報を用いてレベリングを行なうことが望ましい。いずれにしても、ショット領域のレベリングは、少なくとも３つの位置情報を用いて行なうことが望ましい。
【００２１】
現在、半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程では、製造コストの抑制と生産性の向上のために、感光基板上のショット領域に微細なパターンを高解像で転写するための、いわゆるクリティカルレイア用の露光装置と、感光基板上のショット領域に比較的粗いパターンを高スループットで転写するための、いわゆるノンクリティカルレイア用の露光装置とが併用されるようになっている。クリティカルレイア用の露光装置は、例えばフィールドサイズが２２ｍｍ角、焦点深度を考慮した実用上の解像力が０・３５μｍである、フィールドサイズは大きくないものの高解像力の投影光学系が搭載されている。一方、ノンクリティカルレイア用の露光装置は、例えばフィールドサイズが４４ｍｍ角、解像力が０・８μｍである、解像力は高くないものの広フィールドの投影光学系が搭載されている。なお、これらの数値は全て感光基板上での値であり、あくまでも一例にすぎない。
【００２２】
従って、ノンクリティカルレイア用の露光装置では、広フィールドの投影光学系の搭載により、クリティカルレイア用の露光装置によって微細パターンが形成された、感光基板上の複数個（例えば４個程度）のショット領域を一度に粗いパターンで露光できるようになっている。すなわち、ノンクリティカルレイア用の露光装置では１枚の感光基板のショット領域の数が少ない、例えばクリティカルレイア用の露光装置におけるその感光基板のショット領域の数の数分の１（例えば１／４）程度である。このため、ノンクリティカルレイア用の露光装置では感光基板上の全てのショット領域でその光軸方向の位置を計測しても、これに伴う露光時間の増大がスループットに及ぼす影響は比較的小さい。
【００２３】
以上のことから、請求項４、５に記載された発明はノンクリティカルレイア用の露光装置に対して特に有効であることがわかる。
【００２４】
請求項８記載の発明に係る露光装置によれば、第１のレべリング手段では、第１の検出手段を用いて感光基板上の複数の計測点の各々における光軸方向の位置を計測し、該計測された複数の位置に基づいて可動部材を傾けることにより、投影光学系の像面と感光基板の表面との相対的な傾斜を補正する。これにより、感光基板のいわゆるグローバルレベリングが行なわれる。この場合において、第１の検出手段では感光基板周辺部の複数のショット領域でその表面の光軸方向の位置を計測するようにすることが望ましい。
【００２５】
第１の制御手段では、基板ステージの移動位置をモニタしつつ感光基板上の複数のショット領域がマスクのパターン像で順次露光されるように基板ステージの移動位置を制御する。この第１の制御手段により各ショット領域の位置決めがなされると、合焦手段では、前記傾斜補正された感光基板上の１つのショット領域の表面が投影光学系の焦点位置に一致するように、第１の検出手段の出力に基づいて可動部材を駆動する。これとともに、第２のレべリング手段では、当該１つのショット領域の表面が投影光学系の像面と平行になるように、第２の検出手段の出力に基づいて可動部材を駆動する。これらにより、感光基板のショット領域位置における合焦及びいわゆるチップレベリングがおこなわれる。
【００２６】
その後、露光が開始され、投影光学系により、感光基板上の当該１つのショット領域にマスクに形成されたパターンが投影され、露光が行なわれる。
【００２７】
この露光中に、第２の制御手段では、第２のレベリング手段によって駆動される前記感光基板上のショット領域の表面の傾斜量に基づいて、次にマスクパターンを転写すべき前記１つのショット領域とは別のショット領域の表面の投影光学系の像面からの位置ずれ量を求め（推定し）、露光終了後、第１の制御手段による前記別のショット領域の露光位置への位置決めのための基板ステージの移動中に、位置ずれ量に応じた量だけ感光基板を光軸方向に移動するように可動部材の移動を制御する。これにより、次ショット領域の露光位置への位置決めが完了するまでの間に、大まかな合焦が行なわれる。
【００２８】
請求項９記載の発明に従えば、マスク上の照明領域に対して該マスクを走査するマスクステージと、前記マスク上のパターンの像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記照明領域と前記投影光学系に関して共役な露光領域に対して前記感光基板を前記マスクの走査と同期して走査する２次元移動可能な基板ステージとを備え、前記感光基板上の複数のショット領域を順次露光する走査型露光装置であって、前記２次元移動可能な基板ステージ上に設置され、且つ前記感光基板を保持したまま前記投影光学系の光軸方向に移動するとともに前記投影光学系の像面に対して傾斜可能な可動部材と；前記感光基板表面の前記投影光学系の光軸方向の位置及び前記投影光学系の像面に対する傾斜を光学的に検出する検出手段と；前記検出手段を用いて前記感光基板上の複数の計測点の各々における前記光軸方向の位置を計測し、該計測された複数の位置に基づいて前記可動部材を傾けることにより、前記投影光学系の像面と前記感光基板の表面との相対的な傾斜を補正する第１のレべリング手段と；前記基板ステージの移動位置をモニタしつつ前記感光基板上の複数のショット領域が前記マスクのパターン像で順次露光されるように前記基板ステージの移動位置を制御する第１の制御手段と；前記感光基板の１つのショット領域と前記マスクとが同期して走査されている間に、前記露光領域内に存在する該１つのショット領域の表面が前記投影光学系の焦点位置に一致し且つ前記投影光学系の像面と平行になるように、前記検出手段の出力に基づいて前記可動部材を駆動する第２のレべリング手段と；前記第２のレベリング手段によって駆動された前記感光基板上のショット領域の表面の走査露光終了時の傾斜量に基づいて、次にマスクパターンを転写すべき前記１つのショット領域とは別のショット領域の表面の前記投影光学系の像面からの位置ずれ量を求め、前記別のショット領域を露光開始位置に位置付けるために前記第１の制御手段による前記基板ステージの移動中に、前記位置ずれ量に応じた量だけ前記感光基板を前記光軸方向に移動するように前記可動部材の移動を制御する第２の制御手段と；を備えたことを特徴とする走査型露光装置が提供される。
【００２９】
請求項９記載の発明に係る露光装置によれば、第１のレべリング手段では、前記検出手段を用いて感光基板上の複数の計測点の各々における光軸方向の位置を計測し、該計測された複数の位置に基づいて可動部材を傾けることにより、投影光学系の像面と感光基板の表面との相対的な傾斜を補正する。これにより、感光基板のいわゆるグローバルレベリングが行なわれる。この場合において、検出手段では感光基板周辺部の複数のショット領域でその表面の光軸方向の位置を計測するようにすることが望ましい。
【００３０】
第１の制御手段では、基板ステージの移動位置をモニタしつつ感光基板上の複数のショット領域がマスクのパターン像で順次露光されるように基板ステージの移動位置を制御する。この第１の制御手段により各ショット領域の露光開始位置決めがなされると、基板ステージとマスクステージとが同期して移動を始め、走査露光が行われる。この走査露光が行われている間、第２のレべリング手段により、露光が行われている１つのショット領域の表面、特に露光領域が投影光学系の焦点位置に一致し且つ投影光学系の像面と平行になるように検出手段の出力に基づいて可動部材を駆動する。これらにより、感光基板上の露光領域における合焦及びいわゆるチップレベリングがおこなわれる。第２の制御手段では、第２のレベリング手段によって走査露光終了時に駆動された前記感光基板上のショット領域の表面の傾斜量に基づいて、次にマスクパターンを転写すべき前記１つのショット領域とは別のショット領域の表面の投影光学系の像面からの位置ずれ量を求め（推定し）、露光終了後、第１の制御手段による前記別のショット領域の露光位置への位置決めのための基板ステージの移動中に、位置ずれ量に応じた量だけ感光基板を光軸方向に移動するように可動部材の移動を制御する。これにより、次ショット領域の露光開始位置への位置決めが完了するまでの間に、大まかな合焦が行なわれる。
【００３１】
【実施例】
《第１実施例》
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図２に基づいて説明する。
【００３２】
図１には、第１実施例に係る露光装置１０の構成が概略的に示されている。この露光装置１０は、マスクとしてのレチクルＲの転写領域（パターン領域）ＰＡに露光用の照明光ＩＬを照射すると共に感光基板としてのウエハＷを順次移動し、レチクルＲの裏面に形成されたパターン（レチクルパターン）を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の複数のショット領域に順次転写するステップアンドリピート方式の縮小投影型露光装置、いわゆるウエハステッパーである。
【００３３】
この露光装置１０は、照明光学系１２、投影光学系ＰＬ、可動部材としてのレベリングステージ１４、基板ステージとしてのｘｙステージ１６、第１の検出手段、第２の検出手段及び制御系等を含んで構成されている。
【００３４】
この内、照明光学系１２は、図示しない水銀ランプからの照明光ＩＬのレチクルＲ上での照度均一性を高めるためのオプチカルインテグレータとしてのフライアイレンズＦＬと、このフライアイレンズＦＬから射出された照明光ＩＬを集光するコンデンサレンズＣＬと、このコンデンサレンズＣＬで集光された照明光ＩＬを反射して９０度方向を変換させるミラーＭとを有している。
【００３５】
このミラーＭで反射された照明光ＩＬの進行方向先には、投影光学系ＰＬがその光軸ＡＸを鉛直方向として配設されている。
【００３６】
ミラーＭと投影光学系ＰＬとの間には、光軸ＡＸに直交してレチクルＲが配置されている。このレチクルＲの裏面にはクロム層からなるパターン領域ＰＡが形成されている。レチクルＲは、光軸ＡＸに直交する平面上を図１の左右方向（Ｘ軸方向）に往復移動可能なレチクルステージＲＳＴ上に載置され、レチクルホルダＲＨによって保持されている。レチクルステージＲＳＴは、実際には、投影光学系ＰＬが保持された図示しない本体コラムに沿って移動可能な構成とされている。
【００３７】
また、このレチクルステージＲＳＴの一端（図１における左端）には、反射鏡１８が紙面直交方向（Ｙ軸方向）に沿って延設されている。この反射鏡１８に対向してレチクルステージＲＳＴの移動位置を検出するレーザ干渉計２０が設けられており、レチクルステージコントローラＲＳＣでは、このレーザ干渉計２０の出力に基づいてレチクルステージＲＳＴを所定位置（例えば、主制御ユニット（ＭＣＵ）５６から与えられる、レチクルＲとウエハＷとのアライメントのための目標位置）に位置決めすべく、モータ２２を駆動制御するようになっている。すなわち、このようにしてレチクルＲが所定位置に位置決めされるようになっている。
【００３８】
投影光学系ＰＬとしては、本実施例では、両側テレセントリック系で投影倍率が１／５のものが使用されている。
【００３９】
この投影光学系ＰＬの下方には、前述したレベリングステージ１４が光軸ＡＸに略直交した状態で配置されており、このレベリングステージ１４上に図示しないウエハホルダが設けられ、このウエハホルダによってウエハＷが真空吸着され、保持されている。レベリングステージ１４は、図示しないステージ調整機構（駆動系５８を含む）によって光軸ＡＸ方向の移動及びＸＹ平面に対する傾斜が調整可能に構成されている。ステージ調整機構は、例えば、３個の伸縮部材、例えばピエゾ素子等の圧電素子から構成することができる。
【００４０】
前記レベリングステージ１４は、光軸ＡＸの直交平面内でＸ軸及びこれと直交するＹ軸方向にそって移動可能に構成されたｘｙステージ１６上に、図示しないステージ調整機構を介して載置されている。
【００４１】
また、ウエハＷはその表面が、投影光学系ＰＬに対しレチクルＲのパターン面と共役となるようにレベリングステージ１４に保持されている。従って、レチクルＲが所定位置に位置決めされた状態では、図示しない光源から出た照明光ＩＬは照明光学系１２（ＦＬ，ＣＬ，Ｍ）を通りレチクルＲを照明し、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬは、投影光学系ＰＬを通りウエハＷ上に結像される。これにより、レチクルＲの裏面に形成されたパターンの像がウエハＷ上のレジスト層に縮小投影される。
【００４２】
次に、ウエハＷ表面の光軸ＡＸ方向の位置変化を光学的に検出する第１の検出手段の構成について構成各部の作用と共に説明する。この第１の検出手段としては、斜入射光式の多点オートフォーカス系を採用するものとする。ここで、多点ＡＦ系とは投影光学系ＰＬのイメージフィールド（投影視野）内の複数箇所に、ウエハＷの光軸ＡＸ方向の位置ずれ（いわゆる焦点ずれ）を計測する測定点を設けたものである。
【００４３】
この第１の検出手段は、第２の光源２４、コンデンサーレンズ２６、複数の投影スリット（線状開口）を有する絞り２８、コリメータレンズ３０、第１ダイクロイックミラー３２、照射対物レンズ３４、受光対物レンズ３６、第２ダイクロイックミラー３８、コンデンサーレンズ４０、振動ミラー４２、受光スリット（線状開口）を有する絞り４４及び受光素子４６等を含んで構成されている。
【００４４】
これを更に詳述すると、第２の光源２４は照明光学系１２中の露光光源とは波長の異なるウエハＷのレジストに対して非感光性の光を発生する。第２の光源２４からの光束はコンデンサーレンズ２６により絞り２８上に集光され、コリメーターレンズ３０により平行光束となって第１ダイクロイックミラー３２に達する。第１ダイクロイックミラー３２で反射された平行光束は、照射対物レンズ３４によりその焦点位置に集光されウエハＷを斜めに照射する。この時、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの最良結像面にあると、絞り２８の複数のスリット像がコリメータレンズ３０、照射対物レンズ３４によってウエハＷの表面に結像される。また照射対物レンズ３４の光軸（６０ａ）とウエハＷ表面との角度は５〜１２度位に設定され、絞り２８のスリット像の中心は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸがウエハＷと交差する点に位置する。
【００４５】
さてウエハＷで反射した光束は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対しその光軸（６２ａ）が照射対物レンズ３４の光軸と対称に配置された集光対物レンズ３６に入射する。集光対物レンズ３６を通り第２ダイクロイックミラー３８で反射された光束はコンデンサーレンズ４０、振動ミラー４２を介して絞り４４上に再結像される。
【００４６】
振動ミラー４２は絞り４４上に再結像されるスリット像を、その長手方向と直交する方向に微小振動させるものである。この振動ミラー４２は、本実施例では、発振器（ＯＳＣ．）４８からの振動信号でドライブされるミラー駆動部（Ｍ−ＤＲＶ）５０によって振動されるようになっている。
【００４７】
こうして、スリット像が絞り４４上で振動すると、絞り４４のスリットを透過した光束は受光素子４６で受光される。この受光素子４６としては、本実施例では絞り４４のスリットの長手方向を複数の微小領域に分割し、各微小領域ごとに個別の光電セルを配列したアレイセンサ、例えばシリコンフォトダイオード、またはフォトトランジスタのアレイセンサが使用されている。
【００４８】
そして、受光素子４６を構成するアレイセンサの各受光セルからの信号はセレクタ回路５２を介してセレクト、またはグループ化されて、同期検波回路（ＰＳＤ）５４に入力する。このＰＳＤ５４にはＯＳＣ．４８からの駆動信号と同じ位相の交流信号が入力し、この交流信号の位相を基準として同期整流が行われる。この時ＰＳＤ５４は、受光素子４６の中から選ばれた複数の受光セルの各出力信号を別個に同期検波するために、複数の検波回路を備え、その各検波出力信号ＦＳは主制御ユニット（ＭＣＵ）５６に出力される。検波出力信号ＦＳは、いわゆるＳカーブ信号と呼ばれ、絞り４４のスリット中心とウエハＷからの反射スリット像の振動中心とが一致したときに零レベルとなり、ウエハＷがその状態から上方に変位しているときは正のレベル、ウエハＷが下方に変位しているときは負のレベルになる。従って出力信号ＦＳが零レベルになるウエハＷの高さ位置（光軸ＡＸ方向の位置）が合焦点として検出される。
【００４９】
即ち、主制御ユニット（ＭＣＵ）５６は、多点ＡＦ系の各出力信号ＦＳに基づいて、レベリングステージ１４の光軸方向の位置及び傾きを調整する図示しないステージ調整機構を構成する駆動系５８をドライブする回路（Ｚ−ＤＲＶ）５９に制御信号を出力し、これにより上記のようにして合焦を行なう自動合焦（ＡＦ）機能を備えている。
【００５０】
なお、このような斜入射光方式では合焦点（出力信号ＦＳが零レベル）となったウエハＷの高さ位置が、いつでも最良結像面と必ず一致しているという保証はない。すなわち斜入射光方式では、その系自体で決まる仮想的な基準面を有し、その基準面にウエハ表面が一致したときにＰＳＤ出力信号ＦＳが零レベルになるのであって、基準面と最良結像面とは装置製造時等に極力一致するように設定されてはいるが、長期間に渡って一致しているという保証はない。そこで、振動ミラー４２と絞り４４との間に、絞り４４上のスリットとウエハＷからの反射スリット像の振動中心との相対関係を、スリット長手方向と直交する方向にシフトさせるプレーンパラレルを設け、このプレーンパラレルを傾けることによって仮想的な基準面を光軸ＡＸ方向に変位させることで、基準面と最良結像面との一致（または位置関係の規定）を図るようにしてもよい。
【００５１】
次に、ウエハＷ上の各ショット領域の表面の光軸ＡＸに直交する平面（ＸＹ平面）、すなわち投影光学系ＰＬの結像面に対する傾斜を光学的に検出する第２の検出手段について、構成各部の作用と共に説明する。
【００５２】
この第２の検出手段は、チップレベリング用のセンサで、照射光学系６０と集光光学系６２とから構成されている。これを更に詳述すると、照射光学系６０は、第３の光源６４、コンデンサーレンズ６６、微小円形開口を有する絞り６８、前述した照射対物レンズ３４から成り、コンデンサーレンズ６６は光源６４の像を絞り６８上に形成し、絞り６８上に焦点を有する照射対物レンズ３４により平行光束がウエハＷ上に供給される。
【００５３】
照射光学系６０から供給する光はウエハＷ上のレジストを感光させないために露光用照明光ＩＬと異なる波長の光で、さらに本実施例では第２の光源２４からの光とも波長の異なる光であるものとする。
【００５４】
また、集光光学系６２は、前述した受光対物レンズ３６と４分割受光素子７０とから成り、照射光学系６０から供給されウエハＷで反射された光束は受光対物レンズ３６によりその焦点位置に設けられた４分割受光素子７０上に集光される。ここで、前記の如く、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに関して、照射光学系６０の光軸６０ａと、受光光学系６２の光軸６２ａとは対称である。従って、光軸ＡＸに関してウエハＷの露光領域が垂直を保っているならば、照射光学系６０からの光束は４分割受光素子７０の中心位置に集光され、この一方、ウエハＷの露光領域が垂直からθだけ傾いている（ＸＹ平面に対しθだけ傾いている）ならば、ウエハＷで反射される照射光学系６０からの平行光束は受光光学系６２の光軸６２ａに対して２θ傾くため、４分割受光素子７０上で中心から外れた位置に集光される。
【００５５】
４分割受光素子７０上での集光点の位置に対応した信号が信号処理回路７２を介してＭＣＵ５６に入力されるようになっている。従って、ＭＣＵ５６では、信号処理回路７２からの出力信号に基づきウエハＷの露光領域の傾き方向を検出し、４分割受光素子７０上の集光点の変位方向及び量に対応する制御信号ＤＳを発生し、レベリングステージ１４の調整機構の駆動系５８をドライブする回路（Ｚ−ＤＲＶ）５９へ出力する。これにより、Ｚ−ＤＲＶ５９によりレベリングステージ１４がウエハＷの露光領域表面の傾きを補正するように移動される。このようにして、チップレベリングが行なわれる。
【００５６】
また、ｘｙステージ１６の移動位置（Ｘ，Ｙ座標位置）は、レーザ干渉計ＩＦＭ（このレーザ干渉計は、図１ではＸ軸用のみが示されているが、実際にはＹ軸用のものも存在する）により測定されるようになっており、これらのレーザ干渉計ＩＦＭの出力信号がＭＣＵ５６に入力されるようになっている。従って、ＭＣＵ５６は、ｘｙステージ１６の移動位置を干渉計ＩＦＭの出力によりモニタしつつウエハＷのショット領域が順次露光されるようにＸＹ−ＤＲＶ７４を制御する機能をも有している。
【００５７】
なお、図１には、レベリングセンサ用光束が実線で、また多点ＡＦ系用の光束が点線で示されている。
【００５８】
さらに、本実施例では、図１に示されるように、例えば特開昭６０−１３０７４２号公報に開示されたＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｌｅｎｓ）方式のアライメントセンサ８０が設けられている。このアライメントセンサ８０は、投影光学系ＰＬを介してＸ方向に延びた細長い帯状スポット光ＳＰをウエハＷ上に形成するとともに、ｘｙステージ１６を微動してスポット光ＳＰとウエハＷ上のショット領域に付設されたアライメントマーク（回折格子マーク）とをＹ方向に相対走査したときに、当該マークから発生する、例えば±１次〜±３次回折光を投影光学系ＰＬを介して光電検出するものである。アライメントセンサ８０から出力される回折光強度に応じた光電信号は、ｘｙステージ１６の移動位置を計測する干渉計ＩＭＦからの位置信号と共に信号処理回路８２に入力する。さらに信号処理回路８２は、ｘｙステージ１６の単位移動量毎に発生するアップダウンパルスに同期して光電信号をサンプリングし、各サンプリング値をデジタル値に変換してメモリに番地順に記憶した後、所定の演算処理によってアライメントマークのＹ方向の座標位置を算出し、この情報を主制御ユニット（ＭＣＵ）５６に出力する。
【００５９】
次に、上述のようにして構成された本第１実施例の露光装置１０による露光方法について、ＭＣＵ５６の主要な制御アルゴリズムを示す図２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、図示しない操作部からの露光開始指示コマンドがＭＣＵ５６に入力された時である。なお、ここでは、既にウエハＷ上に複数のチップパターン（ショット領域）が形成されており、各ショット領域にレチクルＲのパターンを重ね合わせて露光する動作について説明する。
【００６０】
まず、ステップ１００でウエハＷのオリエンテーション・フラットを使ってウエハのプリアライメントを行なう。即ち、図示しないウエハ・プリアライメント・ユニットのコントローラが、ＭＣＵ５６からの指示コマンドによりウエハＷのオリエンテーション・フラットがｘ軸方向と略一致するように、当該ウエハ・プリアライメント・ユニットを構成するターンテーブルを位置決めする。
【００６１】
次のステップ１０２でウエハＷのローディング及びレベリングステージ１４上への吸着が行われる。より具体的には、図示しないウエハオートローダのコントローラがＭＣＵ５６からの制御信号を受け、図示しないロード用アームによって前記ターンテーブル上からウエハＷをオリエンテーション・フラットがｘ軸と平行を保つような状態でレベリングステージ１４上に搬送し、図示しないウエハホルダ上に載置する。この状態で図示しない吸引ポンプが駆動されると、ウエハＷがウエハホルダに真空吸着される。
【００６２】
次のステップ１０４では、ウエハＷの回転量を補正するため、図示しないオフアクシス方式のアライメント系を用いて、公知の手法、例えば、特開昭６１−４４４２９号に開示されるように所定間隔を隔てたスポット光を用い、ウエハ上のアライメントマーク位置を検出することによりウエハホルダを回転制御し、グローバルアライント（ウエハＷの回転量補正）を行なう。
【００６３】
次のステップ１０６では、ウエハＷ上のショット領域の、レーザ干渉計ＩＭＦによって規定される直交座標系ＸＹ上における座標を求めるためにＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）計測を行なう。この時、第１の検出手段によりＥＧＡ計測される各ショットの光軸ＡＸ方向の位置を計測する。ここで、このステップ１０６の処理について更に詳述する。
【００６４】
まず、ＥＧＡ方式について説明する。このＥＧＡ方式は、特開昭６１−４４４２９号公報に開示されており、ウエハ上のショット配列の規則性を統計的手法によって精密に特定するものである。これを更に詳述すると、ウエハ上の複数のショット領域（チップパターン）の各々にレチクルのパターンを重ね合わせ露光するとき、既知の配列座標（例えば設計値）に従ってウエハを位置決めしても、以下の（１）  〜（４）  の要因により必ずしも満足な重ね合わせ精度が得られるとは限らない。
【００６５】
（１）座標系ｘｙに対するウエハ（ショット配列）の残存回転誤差θ
（２）座標系ｘｙ（又はショット配列）の直交度誤差ｗ
（３）ウエハのｘ、ｙ方向の線形伸縮Ｒｘ、Ｒｙ
（４）ウエハ（ショット配列）のｘ、ｙ方向のオフセットＯｘ、Ｏｙ
これら４種の誤差量は６つのパラメータ（θ、ｗ、Ｒｘ、Ｒｙ、Ｏｘ、Ｏｙ）であらわすことができることから、ＥＧＡ方式では、その内の４つのパラメータ（θ、ｗ、Ｒｘ、Ｒｙ）で表わされる要素からなる２行×２列の変換行列Ａと、オフセットＯｘ、Ｏｙを要素とする２行×１列の変換行列Ｏとを考える。さらに、ウエハ上の各ショット領域の設計上の配列座標（Ｄｘｎ、Ｄｙｎ）（但し、ｎ＝１、２、‥‥）と、ステップアンドリピート方式で位置合わせすべき実際の配列座標値（Ｆｘｎ、Ｆｙｎ）とが、それら変換行列Ａ、Ｏを用いて次式のように表わせるものと仮定する。
【００６６】
【数１】
0003572430.tif 000002
ここで、残存回転誤差θ、直交度誤差ｗは微小であるから、変換行列Ａ、Ｏは近似的に次式で表わされる。
【００６７】
【数２】
0003572430.tif 000003
そこで、ＥＧＡ方式では、次のようにしてウエハ上のすべてのショット領域の配列座標値を決定する。
【００６８】
まず、ウエハ上に配列された複数のショット領域の中から、予め選択された複数個（少なくとも３個必要であり、通常は８〜１５個程度）のショット領域（アライメントショット）の各々について、アライメントセンサ８０を用いてその付設されたアライメントマークを検出することによりその配列座標（ＦＭｘｎ、ＦＭｙｎ）を計測する。次に、少なくとも３つのアライメントショット（以下、「ＥＧＡショット」という）の各々における、この計測された配列座標値（ＦＭｘｎ、ＦＭｙｎ）と、式（１）  とから定まる計算上の配列座標値（Ｆｘｎ、Ｆｙｎ）との偏差が最小となるように、例えば最小二乗法を用いて変換行列Ａ、Ｏを決定する。すなわち、次式で表わされる残差の二乗和Ｅを最小とするような変換行列Ａ、Ｏの各要素を求める。
【００６９】
Ｅ＝Σ｛（ＦＭｘｎ−Ｆｘｎ）２  ＋（ＦＭｙｎ−Ｆｙｎ）２  ｝‥‥（３）
次に、この決定された変換行列Ａ、Ｏと設計上の配列座標値（Ｄｘｎ、Ｄｙｎ）とに基づいて、式（１）  からウエハ上の全てのショット領域の配列座標値を算出することにより、ウエハ上のすべてのショット領域の配列座標値を決定する。そして、この算出された配列座標に従ってｘｙステージ１６を一義的にステッピングさせながら、ウエハ上の各ショット領域にレチクルパターンを転写していくものである。
【００７０】
本実施例では、ステップ１０６においてＭＣＵ５６は、前述したＥＧＡ方式を採用してウエハＷ上の全てのショット領域の座標位置を算出するとともに、この算出された各座標位置にアライメントセンサ８０のベースライン量（アライメントセンサの照射位置と投影光学系の光軸との間隔）だけオフセットを与えてその座標位置を内部メモリに記憶しておくものとする。従って、この記憶された座標位置と干渉計ＩＦＭの計測値（座標位置）とが一致するようにｘｙステージ１６を位置決めすれば、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルパターンの投影像が正確に重ね合わされることになる。
【００７１】
さらに、ステップ１０６では、ウエハＷ上のｍ（ｍ≧３なる整数）個のＥＧＡショットの各々について、第１の検出手段（多点ＡＦ系）を用いてそのショット表面の光軸ＡＸ方向の位置を検出する。このとき、少なくとも３つのＥＧＡショットではいずれもショットセンタにおいてその光軸方向の位置が検出されるものとする。これは、ＥＧＡショット内に段差（前の露光現像工程により形成されたパターンの凹凸部）が存在しても、ＥＧＡショット毎に同一位置で上記計測を行なうことで、その影響を受けることなくウエハＷの傾斜量を正確に求めるためである。ここでは、第１の検出手段による位置計測点をショットセンタとしたが、この計測点は複数のＥＧＡショットの各々で同一位置であれば、ＥＧＡショット内の任意の位置で構わない。
【００７２】
なお、ステップ１０６ではウエハＷ上の全てのＥＧＡショットにおいてその光軸方向の位置を検出するものとしたが、上記計測点を設定すべきＥＧＡショットの数は３つ以上であればいくつでも良い。さらに、ＥＧＡショット以外に少なくとも１つのショット領域を選択してＥＧＡショットと共にその光軸方向の位置を検出するようにしても良い。すなわち、上記計測点を設定すべきショット領域はＥＧＡショットであるか否かに関係なく、その総数が３個以上となるように選択すれば良い。但し、スループットを考えると、上記計測点を設定すべきショット領域の全ては、前述のＥＧＡ方式で使用される少なくとも３つのＥＧＡショットに含まれることが望ましい。
【００７３】
ここで、ウエハＷ上の各ショット領域は通常、２組の１次元アライメントマークを有し、かつＥＧＡ方式は式（２）  のような６個のパラメータを持つ。従って、前述したＥＧＡ方式ではＥＧＡショットが３つ以上必要となる。しかしながら、最低限必要なＥＧＡショットの数は、ショット配列の規則性を表わすモデル式（例えば式（１）  ）に含まれるパラメータの数やアライメントマークが１次元か２次元か等によって増減するものである。すなわち、統計的な手法を用いるグローバルアライメント方式では、ＥＧＡショット数の最小値が３つに限定されるものではなく、モデル式のパラメータ数等に応じて適宜決定されるものである。
【００７４】
また、以上の説明では、少なくとも３つのショット領域の各々について１つの計測点を設定するものとしたが、１つのショット領域に２つ以上の計測点を設定しても良いし、ウエハＷ上のショット領域以外、例えばショット領域を区画するストリートライン上、又はウエハ周辺の、チップパターンが形成されていない領域内に、少なくとも１つの計測点を設定するようにしても良い。すなわち、前述の計測点はウエハＷ上の任意の位置に設定してもよく、要はその数を少なくとも３つとするだけで良い。但し、その内の３つは同一直線上に並ばないものとする。
【００７５】
次のステップ１０８では、ステップ１０６で求めた３点以上のウエハＷ表面の光軸ＡＸ方向の位置に基づいてウエハＷ全体の傾斜量（グローバルレベリング量）を求める。この傾斜量は、最小二乗近似等の統計処理によってウエハＷ表面を近似して求め、この近似面から求めるようにしても、あるいは計測ショット数が少ない場合は、ウエハＷ上の計測点間の距離とその計測点における光軸方向の位置の差とから求めても良い。
【００７６】
次のステップ１１０では、露光のため、第１のショット（ファーストショット）を投影光学系ＰＬのイメージフィールド（投影視野）内の露光位置に位置決めすべく、ＭＣＵ５６はステップ１０６で決定された位置に対応する量だけｘｙステージ１６を駆動する制御信号をＸＹ−ＤＲＶ７４へ出力する。これにより、ｘｙステージ１６の移動が開始されるが、この際に、前記ステップ１０８で求めたウエハ全体の傾斜量分だけレベリングステージ１４の傾斜量を補正すべく制御信号をＺ−ＤＲＶ５９へ出力する。これにより、Ｚ−ＤＲＶ５９により調整機構を構成する駆動系５８が駆動され、ｘｙステージ１６の移動中にグローバルレベリングが行なわれる。
【００７７】
次のステップ１１２では、ショット領域のｘ、ｙ方向の位置決め動作と同時にレベリング及び合焦を行なう。具体的には、上記ステップ１０６で求めたファーストショットのＸＹ座標位置へ当該ファーストショットを位置決めすべく、干渉計ＩＦＭの出力をモニターしつつＸＹ−ＤＲＶ７４を介してｘｙステージ１６を駆動して位置決めを行なう。この位置決めの直後に、第２の検出手段（レベリングセンサ）を用いて前述の如くして当該ファーストショットのチップレベリングを行なうとともに第１の検出手段（多点ＡＦ系）により前述した自動合焦（オートフォーカス）を行なう。これにより、ファーストショットの表面が投影光学系ＰＬの結像面と正確に合致する、すなわちファーストショット表面はその全面に渡って投影光学系ＰＬの焦点深度内に設定される。
【００７８】
次のステップ１１４では、図示しない露光コントローラに制御信号を送出して露光を行なうと共にレベリングステージ１４の傾斜量（チップレベリングの際に得られる）に基づいて次ショットへ移動したとき生じる焦点ずれ量を算出し、図示しない内部メモリに記憶する。
【００７９】
これは、ステップ１１２でのチップレベリング及び合焦動作によって、ファーストショットはその表面が投影光学系ＰＬの結像面と正確に合致するが、その一方でファーストショットに隣接する、次にレチクルパターンを転写すべきショット領域（セカンドショット）ではその表面が投影光学系ＰＬの結像面からずれるためである。このずれ量はセカンドショットにおける合焦動作によって補正できるが、その合焦動作におけるレベリングステージ１４の光軸方向の移動量はチップレベリングによって大きくなり得る。このため、セカンドショット以降の各ショット領域での合焦動作に要する時間が増大してスループットが低下することになる。そこで、ステップ１１４では、セカンドショットでの合焦動作の時間短縮を図るため、換言すればｘｙステージ１６のステッピング中にレベリングステージ１４を光軸方向に微動することで、セカンドショットにおける合焦動作時のレベリングステージ１４の移動量を小さくするために、ファーストショットでのレベリングステージ１４の傾斜量に応じたセカンドショットにおける焦点ずれ量を算出する。すなわち、ＭＣＵ５６は、ファーストショットとセカンドショットとの中心間距離（ステップピッチ）とに基づいて、そのチップレベリングに伴って生じる、セカンドショットにおけるその表面の投影光学系ＰＬの結像面との光軸ＡＸ方向のずれ量（焦点ずれ量）を予測するのである。
【００８０】
次に、ステップ１１６に進んで露光すべき全てのショットの露光を終了したか否かを判断し、この判断が否定された場合には、ステップ１１８に進み、次ショット露光のためそのショット領域を露光位置に位置決めするため、ＭＣＵ５６はステップ１０６で決定された位置に対応する量だけｘｙステージ１６を駆動すべく制御信号をＸＹ−ＤＲＶ７４へ出力してｘｙステージ１６の移動を開始する。この際に、前記ステップ１１４で内部メモリに記憶された焦点ずれ量分だけレベリングステージ１４を光軸ＡＸ方向に沿って駆動すべく、制御信号をＺ−ＤＲＶ５９に出力する。これにより、次ショットの露光位置への位置決めが終了するまでの間に、大まかな合焦が行なわれる。
【００８１】
その後、ステップ１１２に戻り、以後ステップ１１２→１１４→１１６→１１８→１１２のループが繰り返されるが、その過程において全てのショットの露光が終了し、ステップ１１６の判断が肯定されると、ステップ１２０に進んでウエハをアンロードした後、本制御ルーチンの処理を終了する。
【００８２】
以上説明した本第１実施例の露光方法によれば、ステップ１１０においてウエハＷ全体の傾斜調整（グローバルレベリング）がおこなれた後に、ステップ１１２においてチップレベリングが行なわれるので、チップレベリングの際には、極僅かな傾斜補正を行なうだけで良く、また、ステップ１１８において次ショットへの移動中に大まかな合焦が行なわれるので、実際に次ショットが露光位置に位置決めされた時には、レベリングステージ１４を極く僅かな量だけ光軸ＡＸ方向へ移動させるか全く移動させることなく、合焦状態を得ることができる。従って、レベリング動作及び合焦動作を分割して、ショット領域毎のレベリング及び合焦動作（ステップ１１２）とは別に、ｘｙステージ１６の移動動作と同時並行的にグローバルレベリング（ステップ１１０）とレベリングステージ１４の光軸方向へのシフト（ステップ１１８）とを実行して、ｘｙステージ１６の移動中にレベリングステージ１４の傾斜補正動作及び合焦動作の大部分を行なうことが可能となり、ショット領域毎にレベリング、合焦動作を行なうにも拘らず、スループットの低下が殆どないという効果がある。
【００８３】
これまでの説明から明らかなように、本第１実施例では、ＭＣＵ５６により第１のレべリング手段、第１の制御手段、合焦手段、第２のレべリング手段及び第２の制御手段が管理されている。より具体的には、第１のレべリング手段及び第２のレべリング手段は、いずれも、ＭＣＵ５６の制御下で駆動されるレベリングステージ１４に相当する。第１の制御手段はＭＣＵ５６の制御下にあるＸＹ−ＤＲＶ７４に相当し、合焦手段はＭＣＵ５６の制御下にあるＺ−ＤＲＶ５９及びレベリングステージ１４に相当する。第２の制御手段はＭＣＵ５６に相当する。
【００８４】
《第２実施例》
次に、本発明の第２実施例を図３に基づいて説明する。この第２実施例では、ＭＣＵ５６の露光時の制御アルゴリズムが前述した第１実施例と相違し、各部の構成等は第２の検出手段（レベリングセンサ）が不要となる点を除いては、第１実施例と同一であるので、第２実施例に係る露光装置の露光方法について、ＭＣＵ５６の主要な制御アルゴリズムを示す図３のフローチャートに沿って説明する。
【００８５】
ステップ２００〜ステップ２０４で、第１実施例におけるステップ１００〜１０４と同一の処理を行なう。
【００８６】
次のステップ２０６では、第１実施例と同様にウエハＷ上のショット領域の座標を求めるためにＥＧＡ計測を行なうと共に、第１の検出手段によりウエハＷ上の全ての有効ショット（少なくとも１つのチップが部分的に欠けることなく、完全な形で確保できる、レチクルパターンを転写可能なショット領域）の各々について、ショット領域内のプロセス段差が比較的少ない任意の位置を計測点としてその表面の光軸ＡＸ方向の位置を計測すると共にその計測値を図示しない内部メモリ内に記憶する。
【００８７】
また、ウエハＷ上の全ての有効ショットの各々でその光軸方向の位置を検出するために、ＥＧＡ計測では全て（Ｎ個）の有効ショットがＥＧＡショットとなる。すなわち、ＥＧＡ計測では、ウエハＷ上の全ての有効ショットの各々について、アライメントセンサ８０を用いてその座標位置を検出することになる。さらに、全ての座標位置を使った統計演算（最小二乗近似等）によって式（１）  の変換行列Ａ、Ｏを決定するとともに、この決定された変換行列Ａ、Ｏを用いてウエハＷ上の全てのショット領域の座標位置を算出する。
【００８８】
次のステップ２０８では、ステップ２０６で求めた全有効ショットの表面の光軸ＡＸ方向の位置に基づいてウエハ全体の傾斜量（グローバルレベリング量）を求める。この傾斜量の演算は、第１実施例（図２）のステップ１０８と同様に最小二乗近似等の統計処理によって求める。
【００８９】
さらに、このステップ２０８では、ステップ２０６で求めた全て（Ｎ個）の有効ショットの表面の光軸方向の位置に基づいて、各有効ショット毎にその傾斜量を計算して内部メモリに記憶する。例えばファーストショットの傾斜量は、ステップ２０６で記憶された位置データのうち、ファーストショット、及びそれに隣接する少なくとも１つのショット領域の各位置データを用いて算出する。より具体的には、複数の位置データを使った統計演算（最小二乗近似）によってファーストショットの近似面を算出し、この近似面からファーストショットの傾斜量を求める、あるいは２つの位置データの偏差と、その位置データが検出されるショット領域間の距離とからファーストショットの傾斜量を求めればよい。ここでは、ファーストショットの位置データを用いるものとしたが、ファーストショットに隣接する複数のショット領域の各位置データのみを用いてファーストショットの傾斜量を求めるようにしても良い。さらに、ショット領域の傾斜量は、当該領域の位置データを使用するか否かに関係なく、少なくとも３つの位置データを用いて求めることが望ましい。また、ウエハＷの中心付近に位置するショット領域では、それに隣接する８つのショット領域の各位置データを用いてその傾斜量を算出すると良い。一方、ウエハＷの周辺付近に位置するショット領域では、それに隣接するショット領域の数が少なくなるので、当該領域の位置データも使用することが望ましい。
【００９０】
次にステップ２１０では、第１実施例（図２）のステップ１１０と同様の処理を行う。
【００９１】
次にステップ２１２では、第１実施例（図２）のステップ１１２と同様に、ステップ２０６で求めたファーストショットの座標位置に従ってｘｙステージ１６を位置決めする。さらにこの位置決め動作の直後に、第１の検出手段（多点ＡＦ系）を用いた合焦動作を実行するとともに、ステップ２０８で算出されたウエハＷの傾斜量（グローバルレベリング量）とファーストショットの傾斜量との差分、すなわちファーストショットの残留傾斜量（本第２実施例でのチップレベリング量に相当）を求め、この残留傾斜量を零とするようにレベリングステージ１４を傾ける。これは、ステップ２１０のグローバルレベリングではウエハＷの表面全体が投影光学系ＰＬの結像面とほぼ平行となるように傾けられるものであり、グローバルレベリングが行われたウエハＷ上のファーストショットはその表面が投影光学系ＰＬの結像面に対して前述の残留傾斜量だけ傾いているためである。従ってステップ２１２では、有効ショット毎にその残留傾斜量だけレベリングステージ１４を傾ける、チップレベリングが行われることになる。この合焦動作とチップレベリングとによって、ファーストショットの表面が投影光学系ＰＬの結像面と正確に合致することになる。
【００９２】
本実施例では、ステップ２０６で全有効ショットについてその光軸方向の位置を計測しているため、ステップ２１２ではそのチップレベリングにおいて、第２の検出手段（レベリングセンサ）を用いることなく有効ショット毎にその残留傾斜量（チップレベリング量）を計算で求めることができるようになっている。また、前述の残留傾斜量が所定の許容値以下となっていれば、スループットの低下を最小限に抑さえるためにレベリングステージ１４を傾けなくても良い。前述したようにファーストショットでは、ステップ２０８で求まるその傾斜量とグローバルレベリング量との差が残留傾斜量となるが、ウエハＷ上のセカンドショット以降、例えばｎ（２≦ｎ≦Ｎなる整数）番目の有効ショットではその傾斜量と、（ｎ−１）番目の有効ショットの傾斜量との差が残留傾斜量となる。ウエハＷ上の各有効ショットの残留傾斜量は、例えばステップ２０８において、ＭＣＵ５６で計算されてその内部メモリに記憶される。
【００９３】
次のステップ２１４では、図示しない露光コントローラに制御信号を送出して、レチクルパターンの投影像をファーストショットに重ね合わせ露光する。
【００９４】
次にステップ２１６に進み、ウエハＷ上の全ての有効ショットに対して重ね合わせ露光が終了したか否かを判断する。この判断が否定された場合には、ステップ２１８に進み、次有効ショット露光の為にその有効ショットを露光位置に位置決めすべく、ステップ２０６で決定された座標位置とｘｙステージ１６の現在位置（干渉系ＩＦＭの計測値）との差だけｘｙステージ１６を駆動する制御信号をＸＹ−ＤＲＶ７４へ出力してｘｙステージ１６の移動を開始する。
【００９５】
ここで、ウエハＷ上のセカンドショット以降、例えばｎ番目の有効ショットを位置決めするときには、（ｎ−１）番目の有効ショットでのチップレベリングに伴なってその表面が投影光学系ＰＬの結像面から光軸ＡＸ方向にずれている。このｎ番目の有効ショットの表面の結像面からのずれ量（焦点ずれ量）は、内部メモリに記憶された各有効ショットの残留傾斜量と隣接する有効ショット間の中心間距離（ステップピッチ）とから計算で求めることができる。そこで本実施例では、ステップ２０８においてＭＣＵ５６は有効ショット毎の残留傾斜量と共に、セカンドショット以降の各有効ショットの焦点ずれ量を計算してその内部メモリに記憶しておくものとする。
【００９６】
従って、ステップ２１８では、ｘｙステージ１６を駆動してｎ番目の有効ショットを位置決めする際、ステップ２０８で内部メモリに記憶された焦点ずれ量を零とするようにレベリングステージ１４を光軸ＡＸ方向に沿って駆動すべく、ＭＣＵ５６はその焦点ずれ量に応じた制御信号をＺ−ＤＲＶ５９に出力する。これにより、ｎ番目の有効ショットが露光位置に位置決めされるまでの間に大まかな合焦が行われる。
【００９７】
なお、ステップ２０８において前述した焦点ずれ量が計算されていない場合には、ステップ２０８で求まる（ｎ−１）番目の有効ショットの残留傾斜量（レベリングステージ１４の傾斜量に相当）を用いて、ステップ２１４、又は２１８においてｎ番目の有効ショットへの移動時に生じる焦点ずれ量を計算しても良い。
【００９８】
上述のようにして、ｘｙステージ１６の移動を開始した後、ステップ２１２に戻り、以後ステップ２１２→２１４→２１６→２１８→２１２のループが繰り返されるが、その過程において全ての有効ショットの露光が終了し、ステップ２１６の判断が肯定されると、ステップ２２０に進んでウエハをアンロードした後、本制御ルーチンの処理を終了する。
【００９９】
以上説明した第２実施例の露光方法によれば、第１実施例と同様に、チップ毎にレベリング、合焦動作を行なうにも拘らず、スループットの低下が殆どないという効果が得られる他、現ショット領域におけるレベリングステージ１４の傾斜量から次ショット領域での焦点ずれ量を予測するのではなく、全有効ショットについて実際に計測したウエハＷ表面の光軸ＡＸ方向の位置の計測データに基づいて次ショット領域での焦点ずれ量を実際に演算し、この演算結果に基づいてステップ２１８において次ショットへの移動中に合焦が行なわれるので、実際に露光位置へ位置決めされた時には、より真の合焦位置状態に近い状態となっている。従って、露光位置での合焦動作では、第１の検出手段（多点ＡＦ系）によって検出されるフォーカスオフセットだけレベリングステージ１４を光軸ＡＸ方向へ移動させるか、あるいはこのフォーカスオフセットが所定の許容値以下であればレベリングステージ１４を全く移動させることなく、合焦状態を得ることができる。
【０１００】
また、第２実施例では、ステップ２１２でチップレベリングを行うものとしたが、第２の検出手段（レベリングセンサ）を用いることなく、ステップ２０８において各有効ショットの残留傾斜量を計算で求めているので、ウエハＷ上のセカンドショット以降ではステップ２１８においてチップレベリングを行うこともできる。すなわち、ｘｙステージ１６のステッピング中に、前述の焦点ずれ量を零とするためにレベリングステージ１４を光軸方向に微動するとともに、次有効ショットの残留傾斜量を零とするためにレベリングステージ１４を傾けるようにする。これにより、ステップ２１２でのチップレベリングが不用となってスループットを向上させることができる。
【０１０１】
さらに、第２実施例では、ステップ２０８でのウエハＷの傾斜量（グローバルレベルング量）の算出、及びステップ２１０でのグローバルレベリングを省略しても良い。この場合、ステップ２１０ではｘｙステージ１６のステッピング中に、ステップ２０８で求めたファーストショットの傾斜量を零とするようにレベリングステージ１４を傾けるようにする。これにより、グローバルレベリングが不要となり、かつｘｙステージ１６のステッピング中にファーストショットのチップレベリングを行うことができるので、スループットを大幅に向上させることができる。
【０１０２】
また、第２実施例ではステップ２１２で第１の検出手段（多点ＡＦ系）を用いて合焦動作を行うものとしたが、ステップ２１２では合焦動作を行わずに、ステップ２１８において第１の検出手段を用いることなく合焦動作を行うようにしても良い。すなわちウエハＷ上のセカンドショット以降、例えばｎ番目の有効ショットでは、ステップ２１８におけるｘｙステージ１６のステッピング中に、ステップ２０６で求めたその光軸方向の位置と（ｎ−１）番目の有効ショットの光軸方向の位置との差（以下、「残留フォーカスオフセット」という）と、ステップ２０８で求めた有効ショットの焦点ずれ量とに基づいて、レベリングステージ１４を光軸方向に微動する。これにより、ｎ番目の有効ショットはその表面が投影光学系ＰＬの結像面と一致するとともに、ステップ２１２での合焦動作が不用となってスループットを向上させることができる。以上のことから、第２実施例では前述のごとくグローバルレベリングを省略し、かつ合焦動作、及びチップレベリングをｘｙステージ１６のステッピング中に行うシーケンスが最もスループットが高くなる。
【０１０３】
なお、第２実施例ではステップ２１０でグローバルレベリングを行うので、前述の残留フォーカスオフセットは、各有効ショットの位置データをグローバルレベリング量で補正し、この補正された位置データを用いて計算している。
【０１０４】
また、上記第２実施例では、ステップ２０６で求めた位置データをそのまま使って有効ショットの合焦動作を行うものとしたが、１つの有効ショットの光軸方向の位置を、例えばその有効ショット、及びそれに隣接する少なくとも１つの有効ショットの各位置データを用いて算出しても良い。具体的には、複数の位置データを使った統計演算（最小二乗近似等）によってその有効ショットの近似面を算出し、この近似面からその光軸方向の位置を求める、あるいは複数の位置データを平均化処理、又は加重平均化処理してその光軸方向の位置を求めれば良い。
【０１０５】
また、ウエハＷ上のファーストショットの合焦動作では、ステップ２０６で求まるその光軸方向の位置を、ステップ２１０で求めるグローバルレベリング量で補正し、この補正された位置データに従ってレベリングステージ１４を光軸方向に微動すれば良い。一方、前述の如くグローバルレベリングを行わない場合には、ステップ２０６で求めた光軸方向の位置をそのまま使ってレベリングステージ１４を光軸方向に微動すれば良い。
【０１０６】
なお、第１、第２実施例では、ステップ１１２、２１２においてｘｙステージ１６を駆動してウエハＷ上の各ショット領域を露光位置に位置決めすることで、レチクルパターンの投影像と各ショット領域との重ね合わせ（アライメント）を行うものとしたが、例えばｘｙステージ１６は投影光学系ＰＬのイメージフィールド内にショット領域が設定されるようにウエハＷを位置決めするためだけに用い、干渉計ＩＦＭによって検出されるレチクルパターンの投影像とショット領域とのアライメント誤差（ｘｙステージ１６の現在位置（干渉計ＩＦＭの計測値）とステップ２０６で求まるショット領域の座標位置との偏差）はレチクルステージＲＳＴを微動して補正するようにしても良い。
【０１０７】
また、第１、第２実施例では第１の検出手段として多点ＡＦ系を用いるものとしたが、例えば特開昭６０−１６８１１２号公報に開示された、ウエハ上の１点のみにスリットパターンを投影し、そのパターン像を光電検出する定点ＡＦ系を用いても良い。また、多点ＡＦ系や定点ＡＦ系は投影光学系ＰＬを介すことなくウエハ上の所定点での光軸方向の位置を検出するものであるが、投影光学系ＰＬを通してＡＦビームをウエハ上に照射し、その反射光を投影光学系ＰＬを介して光電検出する構成であっても構わない。
【０１０８】
さらに、前述した多点ＡＦ系や定点ＡＦ系のような光学センサの代わりに、エアマイクロメータを用いても良い。
【０１０９】
さらに、第１実施例では、第２の検出手段としてコリメータ方式のレベリングセンサを用いるものとしたが、前述の多点ＡＦ系や定点ＡＦ系を用いても良い。特に多点ＡＦ系を用いる場合には、第１の検出手段との兼用も可能となり、装置構成を簡略化できるといった利点がある。
【０１１０】
《第３実施例》
この実施例では本発明をスリットスキャン型（走査型）投影露光装置に適用した例を、図４〜６を用いて説明する。
【０１１１】
図４に、スリットスキャン型投影露光装置９０の構成を概略的に示す。スリットスキャン型投影露光装置９０は、レチクルＲのパターン領域の一部をスリット状に照明し、その照明された領域（本文中、照明領域という）に対してレチクルＲを走査するとともに、投影光学系ＰＬに関してその照明領域と共役な関係にある領域（本文中、露光領域という）に対してウエハＷをレチクルＲの走査と同期して走査することにより、レチクルＲのパターンを逐次ウエハ上に露光する装置である。この露光装置９０は、図１のステップアンドリピート方式の露光装置１０の主な構成要素である、照明光学系１２、投影光学系ＰＬ、可動部材としてのレベリングステージ１４、基板ステージとしてのｘｙステージ１６、第１の検出手段及び制御系等を含んで構成されている。それゆえ、この露光装置９０について、図１の露光装置１０と異なる装置構成及び異なる動作のみを説明し、共通の装置構成及び動作については説明を省略する。
【０１１２】
この装置９０の照明光学系１２は、フライアイレンズＦＬ、リレーレンズ９２、可動ブラインド９４、ミラーＭ、リレーレンズ９６、コンデンサレンズ９８等から構成されており、フライアイレンズＦＬを射出した照明光ＩＬは紙面に垂直な方向（Ｙ方向）に長く延びた開口部を有する可動ブラインド９４により制限される。このため、レチクルＲ上の照明領域もＹ方向に長く延びたスリット状となる。
【０１１３】
スリットスキャン型投影露光装置９０では、露光の間、レチクルステージＲＳＴが走査方向（Ｘ方向）に移動して、照明領域に対してレチクルＲが走査される。レチクルステージコントローラＲＳＣは、一回の走査によりレチクルＲ内の全てのパターンが照明領域を通過するようにレチクルステージＲＳＴの移動のストロークを制御する。一方、ＸＹステージ１６はレチクルステージＲＳＴと同期して逆の方向に移動し、ウエハＷを露光領域に対して走査する。レチクルステージＲＳＴとＸＹステージ１６の移動速度比は投影光学系ＰＬの縮小倍率によって決定され、レチクルステージＲＳＴ及びＸＹステージ１６の同期移動はレチクルステージコントローラＲＳＣ及び主制御ユニット５６により制御される。
【０１１４】
スリットスキャン型投影露光装置９０では、実施例１の露光装置１０と同様に、ウエハＷ表面の光軸ＡＸ方向の位置変化を光学的に検出する手段として、斜入射光式の多点オートフォーカス系を備える。この多点オートフォーカス系は、実施例１と同様に、第２の光源２４、コンデンサーレンズ２６、複数の投影スリットを有する絞り２８、コリメータレンズ３０、第１ダイクロイックミラー３２、照射対物レンズ３４、受光対物レンズ３６、第２ダイクロイックミラー３８、コンデンサーレンズ４０、振動ミラー４２、受光スリットを有する絞り４４及び受光素子４６等から構成されている。但し、本実施例において、この多点オートフォーカス系は、後述するように、実施例１における第２の検出手段であるチップレベリングセンサ６０，６２としても機能し、ウエハ面の傾斜量も同時に計測することが可能である。
【０１１５】
多点オートフォーカス系の絞り２８には、Ｙ方向に沿って一定間隔で並んだ９個のスリットからなるスリット列が、Ｘ方向に所定の間隔で５列設けられている。ここで、中央列（第３列）のスリット群の投影光学系ＰＬによる像の中心は投影光学系ＰＬの光軸ＡＸがウエハＷと交差する点に位置する。
【０１１６】
図５に、この絞り２８により照明されたウエハＷ上のショット領域ＳＨの平面図を概略的に示した。図中、投影光学系ＰＬの円形の照明視野ＩＦに内接し且つ走査方向と直交する方向（Ｙ方向）に延びた矩形の露光領域ＥＦ内に、レチクルＲのパターンが露光される。この露光領域ＥＦに対して走査方向（Ｘ方向）にウエハＷのショット領域ＳＨが走査される。上記多点オートフォーカス系により、図中の上方に位置し且つＹ方向に並列した第１列の計測点ＡＦ１１〜１９、第２列の計測点ＡＦ２１〜２９、露光領域ＥＦ内の第３列の計測点ＡＦ３１〜３９、第４列の計測点ＡＦ４１〜４９、及び第５列の計測点ＡＦ５１〜５９に、それぞれ、上記絞り２８の５列のスリットパターンの像が投影される。上記５列のスリット列を有する絞り２８に対応して受光器４６には５列×９個の受光素子（図示しない）が設置されており、それらの受光素子上に、前記計測点に投影されたスリットパターンの像が再結像される。各受光素子で検出された信号は、実施例１と同様にして、セレクタ回路５２及びＰＳＤ５４で同期検波されて、ショット領域ＳＨ上の各計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９のフォーカス位置に対応する４５個のフォーカス信号を生成する。これらの４５個のフォーカス信号のうちのいくつかのフォーカス信号を用いてウエハの露光面の傾斜角及び平均的なフォーカス位置を算出することができる。図５中の計測点のうち、ウエハＷの走査方向に応じて、フォーカス位置を計測する点を適宜選択することができる。例えば、図５に示すように、ウエハＷを露光領域ＥＦに対して−Ｘ方向に走査する場合には、第３列及び第４列のみの計測点ＡＦ３１〜３９及びＡＦ４１〜４９に光スポットを照射してフォーカス位置を検出することができる。一方、ウエハＷを露光領域ＥＦに対してＸ方向に走査する場合には、第２列及び第３列のみの計測点ＡＦ２１〜２９及びＡＦ３１〜３９に光スポットを照射してフォーカス位置を検出することができる。この場合、偶数番または奇数番だけの計測点を光スポットで照射してもよい。ウエハＷ（ショット領域ＳＨ）の露光面の傾斜角は、上記複数の計測点におけるフォーカス位置情報から走査方向及び非走査方向における傾斜角に分けてそれぞれ算出することができる。計算方法の詳細は特開平６−２８３４０３号を参照することができる。
【０１１７】
次に、露光装置９０におけるスリットスキャン方式の露光動作について簡単に説明する。最初に、レチクルＲ及びウエハＷがレチクルステージＲＳＴ及びＸＹステージによって露光開始位置（ステージ助走開始位置）に位置決めされる。この露光開始位置では、ファーストショットと露光領域ＥＦとが所定の間隔で隔てられており、この間隔はウエハＷがＸＹステージにより等速度（一定速度）で移動するまでの助走距離として設けられている。次いで、両ステージが同期して移動（助走）を開始し、ともに等速度の移動速度に達した後に、ショット領域が露光領域内に入り、露光が始まる。露光の間、照明領域内で照明されたレチクルＲのパターンが、順次、投影光学系ＰＬによって露光領域内にあるショット領域に転写される。照明領域に対するレチクルＲのパターンの一回の走査により、レチクルＲパターン全体が一つのショット領域に転写（露光）される。一回の走査露光が終了すると、ＸＹステージ１６はステップアンドリピート方式の露光装置１０と同様にステッピング動作により次のショット領域ＳＨにウエハＷを移動する。次のショット領域ＳＨの露光開始位置にウエハＷが位置決められた後、レチクルステージＲＳＴは、前回の走査方向と逆の方向に移動（助走）を開始し、それと同期してＸＹステージ１６もレチクルステージＲＳＴと逆の方向に移動（助走）を開始する。そして、前記のように両ステージがともに等速度に達した後に、走査露光を実行する。このようにレチクルステージＲＳＴは、一回の往復運動を行うことによって、ウエハＷ上の２つのショット領域を露光することになる。
【０１１８】
上記スリットスキャン方式の露光が行われている間、ウエハＷは図５に示した計測点上でスリット状の複数のスポットによりフォーカス位置が連続的に計測される。例えば、ウエハＷの走査方向が−Ｘ方向ならば、ショット領域ＳＨの前縁部が露光領域ＥＦにさしかかる前に計測点ＡＦ４１〜４９で該前縁部のフォーカス位置及び傾斜角が計測（先読み）される。そして、各計測点でのフォーカス位置の計測結果はＸＹステージの移動（ウエハＷの走査方向の位置変化）に伴ってＰＳＤ５４から逐次出力され、ＸＹステージの走査方向（Ｘ及び−Ｘ方向）の座標及び非走査方向（Ｙ及び−Ｙ方向）の計測点座標よりなる２次元のマップとして主制御系５６内の記憶装置内に記憶される。このように記憶された計測結果を用いて、露光時のウエハフォーカス位置及び傾斜角が算出される。次いで、フォーカス位置が計測されたショット領域の前縁部が露光領域ＥＦにさしかかったときに、上記算出されたフォーカス位置及び傾斜角に基づいてレベルリングステージ１４が駆動される。すなわち、スリットスキャン型投影露光装置９０では、走査露光中に、露光領域ＥＦの直前にある計測点でフォーカス位置及び傾斜角が計測され（先読み）、計測が行われたショット上の地点が露光領域ＥＦ内に入ったときにその計測されたフォーカス位置及び傾斜角に基づいて算出されたウエハＷの光軸方向の移動量及びレベリング量でレベリングステージ１４が駆動される。
【０１１９】
さらに、ショット領域が露光領域ＥＦ内に存在するときに、ウエハＷが上記算出結果に基づいて好適なフォーカス位置及び傾斜角に調整されているかを第３列の計測点ＡＦ３１〜３９からのフォーカス位置及び傾斜角の実測結果から確認することができる。フォーカス位置及び傾斜角が所定の範囲内になければ、第３列の計測点ＡＦ３１〜３９からの計測結果に基づいて合焦及びレベリングを補正するようにレベリングステージ１４の動作を再調整することもできる。
【０１２０】
上記スリットスキャン方式において走査露光中に露光領域を含めたウエハＷ上の複数の計測点上でフォーカス位置を連続的に計測し、レベリングステージ等で合焦及びレベリング調整を行う技術は、出願人による特開平６−２８３４０３号公報にすでに開示されており、詳細はその公報を参照することができる。
【０１２１】
次に、ＭＣＵ５６の主要な制御アルゴリズムを示す図６のフローチャートに沿って本実施例の露光装置９０によるスリットスキャン方式の露光方法について、説明する。このフローチャートがスタートするのは、実施例１及び２の場合と同様に、図示しない操作部からの露光開始指示コマンドがＭＣＵ５６に入力された時である。なお、この実施例においても、ファーストショットを位置決めするまでのステップ３００〜３１０は実施例１（図２）のステップ１００〜１１０と同様であるので説明を省略する。
【０１２２】
ステップ３１２では、ファーストショットがＸＹステージ１６により露光開始位置に位置決めされる。
【０１２３】
次のステップ３１３では、ＸＹステージ１６とレチクルステージＲＳＴとの同期移動が開始され、照明領域内にあるレチクルＲのパターンが露光領域内のショット領域に露光されつつ、レベリング及び合焦が行なわれる。具体的には、前記のように、ウエハＷの走査方向が−Ｘ方向ならば露光領域ＥＦの直前にある第４列の計測点ＡＦ４１〜４９及び第３列の計測点ＡＦ３１〜３９でフォーカス位置及び傾斜角を予め計測し、計測点ＡＦ４１〜４９で計測が行われたショット上の地点が露光領域ＥＦ内に入ったときにその計測されたフォーカス位置及び傾斜角に基づいて合焦及びレベリングをレベリングステージ１４により実行する。この動作を一つのショット領域の走査が終了するまで行う。これにより、走査露光中のファーストショットの表面の各点が投影光学系ＰＬの結像面と正確に合致する。すなわちファーストショット表面がその全面に渡って投影光学系ＰＬの焦点深度内に設定された状態で、露光が実行されることになる。
【０１２４】
次のステップ３１４では、露光終了時のレベリングステージ１４の傾斜量に基づいて次ショットへ移動したとき生じる焦点ずれ量を算出し、図示しない内部メモリに記憶する。ここで露光終了時のレベリングステージ１４の傾斜量は、多点オートフォーカス系による計測結果による露光終了時のレベリングステージ１４の傾斜量（角）を用いることができる。あるいは、レベリングステージ１４を駆動するアクチュエータ（図示しない）の移動量等から得られたレベリングステージ１４の実際の傾斜量を用いてもよい。
【０１２５】
次に、ステップ３１６に進んで露光すべき全てのショットの露光を終了したか否かを判断する。この判断が否定された場合には、ステップ３１８に進み、次ショット領域を露光開始位置に位置決めするため、ＭＣＵ５６はステップ３０６で決定された位置に対応する量だけｘｙステージ１６を駆動すべく制御信号をＸＹ−ＤＲＶ７４へ出力してｘｙステージ１６の移動を開始する。この際に、前記ステップ３１４で内部メモリに記憶された焦点ずれ量分だけレベリングステージ１４を光軸ＡＸ方向に沿って駆動すべく、制御信号をＺ−ＤＲＶ５９に出力する。これにより、次ショットの露光開始位置への位置決めが終了するまでの間に、大まかな合焦が行なわれる。
【０１２６】
その後、ステップ３１２に戻り、以後ステップ３１２→３１３→３１４→３１６→３１８→３１２のループが繰り返されるが、その過程において全てのショットの露光が終了し、ステップ３１６の判断が肯定されると、ステップ３２０に進んでウエハをアンロードした後、本制御ルーチンの処理を終了する。
【０１２７】
以上説明した本第３実施例の走査型露光方法では、ステップ３１０においてウエハＷ全体の傾斜調整（グローバルレベリング）がおこなれた後に、ステップ３１４においてチップレベリングが行なわれるので、チップレベリングの際には、極僅かな傾斜補正を行なうだけで良く、また、ステップ３１８において次ショットへの移動中に大まかな合焦が行なわれるので、実際に次ショットが露光位置に位置決めされた時には、レベリングステージ１４を極く僅かな量だけ光軸ＡＸ方向へ移動させるか全く移動させることなく、合焦状態を得ることができる。従って、ショット領域毎にレベリング、合焦動作を行なうにも拘らず、スループットの低下が殆どないという効果がある。
【０１２８】
上記スリットスキャン型露光装置においては、レチクルＲの走査のためにレチクルステージＲＳＴが走査方向に移動するため、レチクルＲの光軸方向位置が変動し、その結果、投影光学系ＰＬによるレチクルＲパターンの像面の光軸方向位置が変動する可能性がある。この問題に対処するために、本実施例では、予め、レチクルステージＲＳＴを移動して、レチクルＲの上下動による像面の光軸方向位置の変動分をレチクルステージＲＳＴの走査方向位置毎に計算または測定しておく。この際、レチクルステージＲＳＴの位置をそれに同期して移動するＸＹステージの座標系の位置に変換して、像面の光軸方向位置の変動分を変換した座標位置とともに主制御系５６の記憶装置に記憶する。そしてその走査方向の位置毎に記憶された像面の光軸方向位置の変動分で、ステップ３１３において多点オートフォーカス系で走査方向の位置毎に計測されたフォーカス位置をそれぞれ補正することができる。また、ステップ３１４において演算した焦点ずれ量をレチクルＲの上下動による像面の光軸方向位置の変動分で補正することができる。ステップ３１４の場合、像面の光軸方向位置の変動分は、レチクルＲのパターンにおける走査方向の２つの端部のうち、走査開始側の端部位置に対応する像面の光軸方向位置の変動分の値を採用する。これは、レチクルＲは往復運動によって２つのショット領域を転写するために、レチクルＲのパターンの走査開始位置（端部）はレチクルＲの走査方向（Ｘ方向、−Ｘ方向）に応じて変化するからである。上記のようにして走査型露光におけるレチクルステージＲＳＴの移動のために発生する像面の変動による焦点位置のずれを有効に補正することができる。
【０１２９】
レチクルステージ上にオートフォーカス（ＡＦ）センサを載置して、レチクルＲの上下動をリアルタイムに計測してもよい。そしてこの計測結果をレベリングステージ１４系にフィート゛バックしてレチクルＲのパターンの像面の光軸方向位置の変動を補正することができる。また、レチクルステージ上に新たなレチクルＺ方向移動ステージ（ＲＺステージ）を設けて、この計測結果に基づいてＲＺステージを上下動させることによりレチクルＲのパターンの像面の光軸方向位置の変動を補正してもよい。
【０１３０】
第３実施例の走査型露光装置及び走査型露光方法に、前記の第２実施例及びその変形例を適用することもできる。
【０１３１】
なお、上記各実施例では重ね合わせ露光を前提として説明を行ったが、第１層目のレチクルパターンをウエハ上に順次転写する場合にも本発明をそのまま適用できることは勿論である。
【０１３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るステップアンドリピート方式の露光方法及びその装置によれば、感光基板上のショット領域の露光位置への位置決めのための感光基板の移動中にレベリング及び合焦動作の一部がなされ、各露光位置では短時間にレベリング及び合焦動作を行なうことができることから、スループットを極端に低減させることなく、露光位置毎に高精度のレベリング、合焦動作を行なうことができるという従来にない優れた効果がある。また、本発明に係るスリットスキャン方式の露光方法及びその装置によれば、感光基板上のショット領域の露光開始位置への位置決めのための感光基板の移動中にレベリング及び合焦動作の一部がなされ、走査露光中に露光領域においてレベリング及び合焦動作を行なうことができることから、スループットを極端に低減させることなく、露光位置毎に高精度のレベリング、合焦動作を行なうことができるという従来にない優れた効果がある。
【０１３３】
特に、請求項２記載の露光方法では、感光基板上のショット領域内に凸凹（段差）が存在しても、その凸凹によらず感光基板の傾斜量を正確に求めることができ、グローバルレベリングの精度向上が期待できるという効果がある。
【０１３４】
また、請求項３記載の露光方法では、感光基板上の全てのショット領域の位置を決定するための統計的手法を採用したグローバルアライメント、いわゆるエンハンストグローバルアライメントの対象となる複数のショット領域（ＥＧＡショット）の計測動作の一部としてそのＥＧＡショットについて焦点位置検出を加えるだけで、第２の工程においてグローバルレベリングが行なわれ、各露光位置では短時間でレベリングが完了するという利点がある。
【０１３５】
また、請求項４記載の露光方法によれば、上記請求項１〜３の場合に比較して各露光位置ではより短時間で合焦動作が完了するという効果がある。
【０１３６】
更に、請求項５記載の露光方法によれば、露光位置での傾斜検出が不要となり、請求項４の場合に比較してもより一層短時間でレベリングが可能となるという効果がある。
【０１３７】
更に、請求項７記載の露光方法によれば、走査型露光に特有のマスクの上下位置の変動に伴う投影光学系による像面の光軸方向の位置ずれを有効に補正することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係るステップアンドリピート型の露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１のＭＣＵ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。
【図３】第２実施例に係るＭＣＵ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。
【図４】第３実施例に係るスリットスキャン型の露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】第３実施例の露光装置の多点オートフォーカス系によるウエハＷの上での計測点を示す概念図である。
【図６】図４のスリットスキャン型の露光装置のＭＣＵ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】
１０  ステップアンドリピート型露光装置
１４  レベリングステージ（可動部材）
１６  ｘｙステージ（基板ステージ）
５６  ＭＣＵ
９０  スリットスキャン型露光装置
９４  可動ブラインド
Ｒ    レチクル（マスク）
ＩＬ  照明光
Ｗ    ウエハ（感光基板）
ＰＬ  投影光学系
ＲＳＴ  レチクルステージ
ＥＦ  露光領域
ＳＨ  ショット領域
ＡＦ  計測点
【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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