(57)【要約】【課題】露光装置。【解決手段】ハーフインチサイズのウェハを用いるミニマルファブ生産システムに使用される規格化された外形を有する単位処理装置に内蔵される露光装置であって、ｘ、ｙ、ｚ軸方向に移動可能なウェハステージと、ウェハステージに設けられた露光用光学系の光軸に垂直な基準面と、露光用光学系と同軸に設けられウェハステージに載置されたウェハおよび基準面の合焦位置を検出するオートフォーカス光学系と、基準面の合焦位置をオートフォーカス光学系により予め一定時間毎に繰り返して検出し、検出した合焦位置の変動量から、ウェハのオートフォーカス開始ｚ軸位置と終了ｚ軸位置とを予め算出するプレオートフォーカス手段、とを有し、該開始ｚ軸位置と終了ｚ軸位置とを基に、オートフォーカス光学系におけるオートフォーカス作業範囲を限定する。【選択図】図５
2015050198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハに対し露光パターンを投影する露光装置であって、
前記露光装置の露光用光学系に対してｘ、ｙ、ｚ軸方向に移動可能なウェハステージと、
前記ウェハステージに設けられた、前記露光用光学系の光軸に垂直な基準面と、
前記露光用光学系と同軸に設けられ、前記ウェハステージに載置されたウェハおよび前記基準面の合焦位置を検出するオートフォーカス光学系と、
前記基準面の合焦位置を前記オートフォーカス光学系により予め一定時間毎に繰り返して検出し、検出した合焦位置の変動量から、前記ウェハステージに載置されるウェハのオートフォーカス開始ｚ軸位置とオートフォーカス終了ｚ軸位置とを予め算出するプレオートフォーカス手段、とを有し、
予め算出された前記オートフォーカス開始ｚ軸位置とオートフォーカス終了ｚ軸位置とを基に、前記オートフォーカス光学系におけるオートフォーカス作業範囲を絞って露光することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記露光装置がハーフインチサイズのウェハを用いるミニマルファブ生産システムに使用される所定の外形を有する単位処理装置に内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記基準面が前記ウェハステージの一部に固定された基準部材に設けられており、
前記ウェハステージにウェハが載置されていない状態で、前記基準面を前記露光用光学系の光軸と交わる位置に移動させるウェハステージ移動手段を有し、
前記プレオートフォーカス手段は、前記光軸と交わる位置に移動させた前記基準面の合焦位置を前記オートフォーカス光学系により予め一定時間毎に繰り返して検出し、検出した合焦位置から前記ウェハステージに載置されるウェハのオートフォーカス開始ｚ軸位置とオートフォーカス終了ｚ軸位置とを予め算出することを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記ウェハステージが、架台に固定された中心軸の上端面に形成された第２載置面と、前記中心軸に外挿されて前記中心軸に対しθ軸方向に回転可能かつＺ軸方向に移動可能な外周ステージの上端面に形成された第１載置面とにより構成され、前記基準部材が前記外周ステージの一部に固定されて設けられていることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるミニマルファブ生産システムに用いられる露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体デバイスなどの製造システムとして、０．５インチサイズ（ハーフインチサイズ。正確には、直径１２．５ｍｍ）のウェハに１個のデバイスを作成することを基本とし、製造工程を複数の可搬性であって外形が統一された単位処理装置で構成して、それら単位処理装置をフローショップ方式やジョブショップ方式等に再配置することを容易にすることで、少量生産でかつ多品種生産に適切に対応することができるようにするミニマルファブ生産システムが本出願人より提案されている。（特許文献１）
現状の半導体製造システムは、ウェハの大口径化（１２インチ〜）に伴い、装置自体が大型化・高コスト化し、最新の半導体工場（メガファブ生産システム）を立ち上げるには３０００〜５０００億円もの巨額の投資資金が必要であるとされている。また、大口径のウェハを用いるシステムは大量生産には効率的であるが、その装置を多品種少量生産に向けて稼働すると、稼働率等の課題から、ユーザが必要とする個数の１個あたりの製造コストが非常に高くなってしまう。
これに対し、このミニマルファブ生産システムでは、０．５インチ程度の極めて小径のウェハが処理対象であり、現状の半導体製造システムに比べ１／１０００程度の極めて小さな設備投資額で済むと期待されており、また運転コストが低いなどのため多品種少量生産に適した生産システムとなることが期待されている。
【０００３】
このミニマルファブ生産システムでは、外形形状が統一された単位処理装置が用いられる。
この単位処理装置は、半導体製造装置の処理工程における個々の処理（特許文献１では、これを「単一処理」と定義している。）の一つを担うものであり、例えばウェハ洗浄装置であり、レジスト塗布装置であり、ウェハ露光装置であり、現像装置であり、またイオン注入装置であったりする。
そして、これらの単位処理装置が半導体製造のレシピ順（処理フロー順）に並べられる。ワークであるウェハは、並べられたそれら単位処理装置間を順に搬送され、各単位処理装置において該当する処理が順に施されるのである。
【０００４】
したがって、この単位処理装置は、レシピが変更されるたびにそのレシピに合わせて配置位置を自在にアレンジすることが可能なように、しかも、配置を変更した際に、予め作業フロア上の規定の位置に規則正しく並置された供給系や排水系、給電系等と接続が可能なように、人が運べる程度の可搬式でかつ統一された外形形状とされている。
この単位処理装置の大きさは、幅 0.30m × 奥行0.45m× 高さ 1.44mの外形寸法とされており、それ自体極めて小さいばかりか、半導体製造レシピに従って６０個並べたとしても、その占有床面積は既存の１２インチの半導体製造装置のそれと比較して極めて小さいものとされている。
【０００５】
また、このミニマルファブ生産システムのもう１つの特徴は、ワークであるウェハが、独自の密閉搬送システムによって、単位処理装置間を搬送される生産システムとされていることである。したがって、それぞれの単位処理装置内の所定の処理空間のみが、必要な処理雰囲気、例えば、クリーンルーム空間や真空状態空間などとされていることで十分であり、単位処理装置自体をクリーンルーム内に配置する必要が無い。これは、半導体処理装置自体が巨大なクリーンルーム内に配置されている既存の半導体製造システムとは、基本的に異なる点である。
したがって、このミニマルファブ生産システムでは、装置をクリーンルーム内に配置する必要がないので、作業員はクリーンルーム内での作業を強いられることなく、通常の作業環境の中で作業することができる。また巨大なクリーンルーム空間を作る必要がないので、省エネルギーともなっている。
このように、ミニマルファブ生産システムは、従来装置を単に小型にしただけの生産システムではなく、革新的な次世代生産システムとして注目されている。
【０００６】
図１に、現在提案されているミニマルファブ生産システムにおける単位処理装置Ｍの外観を示す。
この単位処理装置Ｍは、いずれも、外形が、幅（ｘ） 0.30m × 奥行（ｙ）0.45m× 高さ（ｚ ）1.44mとされ、正面から見て、縦に細長い方形状に統一されている。
該単位処理装置Ｍの上部の後部（奥側）には、露光装置等を収納する処理室Ｍａが設けられ、該処理室Ｍａの前方（手前側）には、該処理室Ｍａへウェハをロード・アンロードするための前室Ｍｃが接続されている。この前室Ｍｃは、全ての単位処理装置Ｍに共通な形状及びウェハ搬送機能を有している。したがって、該前室Ｍｃを単位処理装置Ｍの規定の位置に取り付けると、ウェハは、処理室Ｍａ内の予め決められた所定位置に搬入されることとなる。
単位処理装置Ｍの下部（Ｍｂ）の内部空間は、電源や真空ポンプ等の制御機器、現像液や廃液等のタンクなどを収納するための空間とされている。
また、単位処理装置Ｍの最下部には、作業フロア上の所定の位置に該単位処理装置Ｍを規則正しく配置するための脚部６が取り付けられている。さらに、前室Ｍｃの上方には、ディスプレイ式の操作パネル１が設けられている。
【０００７】
単位処理装置Ｍで処理されるためのウェハは、０．５インチ径（ハーフインチサイズと呼称されるが、現在提案されている前記ミニマルファブ生産システムでは、直径１２．５ｍｍとされている。）のサイズとされており、シャトル（図示せず）内に収納されて、単位処理装置Ｍまで運ばれる。
該シャトルは、略円筒形の円盤形状をしており、その内部空間に該ハーフインチサイズの１枚のウェハが、外気および露光光から実質的に遮断された状態で収納されるように構成されている。
【０００８】
前室Ｍｃの上面には、シャトルを載置するウェハ搬送用テーブル５が設けられ、該ウェハ搬送用テーブル５上には、前室Ｍｃとシャトルとを接続するドッキングポート２が設けられている。また、前室Ｍｃと処理室Ｍａとの間には、前室Ｍｃと処理室Ｍａとを必要に応じて気密に閉鎖するゲートバルブ（図示せず）が設けられている。
さらに、前室Ｍｃの内部には、ドッキングポート２上のシャトル内からウェハを外気および必要に応じて露光光から実質的に遮断した状態で取り出し、取り出したウェハを、開扉したゲートバルブを通過させて、処理室Ｍａ内の所定位置に設けられたウェハステージまで搬入する搬送機構（図示せず）が設けられている。
また、該搬送機構は、ウェハステージ上に載置されている処理済みのウェハを、ドッキングポート２上に載置されているシャトルへ、再度搬出する機能も有している。
このように、該搬送機構は、前室Ｍｃを単位処理装置Ｍの所定位置に配置すれば、前室Ｍｃの所定位置に位置されたシャトルと、処理室Ｍａの所定位置に位置されたウェハステージとの間で、ハーフインチサイズのウェハを正確に搬入及び搬出する機能を有している。
【０００９】
このように、このミニマルファブ生産システムには、シャトルや前室Ｍｃ内に配置された搬送機構等からなる、微粒子とガス分子を外界から実質的に遮断する密閉型搬送機構(Particle-Lock Airtight Docking: PLAD システム)が設けられている。
ターゲットとしてのウェハは、該ＰＬＡＤシステムによって、シャトルに収納されてドッキングポート２上に載置されると、シャトルから取り出されて処理室Ｍａ内のウェハステージ上の所定の位置へ供給され（ロード）、該ウェハステージ上で必要な処理がなされた後、ドッキングポート２上のシャトル内へ再び収納される（アンロード）。
【００１０】
ここで、露光装置（デジタル・マイクロミラー・デバイスいわゆるＤＭＤなどを用いたマスクレス露光装置）が処理室Ｍａ内部に配置された単位処理装置Ｍを考えてみよう。
ウェハは、感光体塗布機能を有する単位処理装置から、露光光遮光機能を有するシャトルに収納されて取り出され、露光装置を内蔵する単位処理装置Ｍに運ばれる。この運搬は、人手で行っても良いし、機械的な搬送機構で行っても良い。
シャトルが前室Ｍｃ上面のドッキングポート２に載置されると、ウェハは、前述した搬送機構によりシャトルから取り出されて前室Ｍｃ内に取り込まれ、更に処理室Ｍａ内の露光装置の所定位置に配置されたウェハステージ上へ供給される。
【００１１】
ウェハステージ上方にはマスクレス露光装置の露光部が設けられており、該露光部によって必要画像がウェハ上に投影露光される。
この露光の際には、露光直前に、露光用光学系と同軸に設けられた観察用カメラを用いて撮像した映像により、コントラスト法によるオートフォーカスを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平２０１２−５４４１４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
露光技術における描画分解能の向上とともに、露光光学系の焦点深度は±１μｍ以下となっており、ウェハの露光光学系に対する位置決めを超高精度に行う必要が生じている。
ところが、焦点位置は、ウェハの厚みバラツキ（厚み公差）などのほか、露光装置やウェハステージ等における部材の温度変化に伴う膨張・収縮によって変動するため、それぞれのウェハに対する描画の直前に焦点位置合わせを毎回実行しなければならない。
とりわけミニマルファブ生産システムに組み込まれる単位処理装置は、上記のようにクリーンルーム内に配置される必要がないので、露光装置の外部環境は、必ずしもクリーンルームのような温度管理された空間とは限らない。また、該単位処理装置は装置内部の収納空間が狭隘なので、そのような狭隘な空間に露光装置が配置されると、装置内部に一緒に配置されている駆動源や電源、光源などからの排熱の影響を受けやすい。
【００１４】
このため、ミニマルファブ生産システムにおける露光装置は、ウェハステージ等の部材の温度変化に伴う熱膨張変動等を補償するシステムがとりわけ重要であり、描画の直前に焦点位置合わせを毎回実行しなければならない。
また、ミニマルファブ生産システムに使用される０．５インチウェハは、現状では、その許容される厚み公差は±２０μｍとされている。
したがって、このような焦点位置合わせの作業は、熱膨張・収縮の変動等を考慮して、該厚み公差以上の少なくとも±５０μｍ以上の範囲で複数回の画像取込と演算処理を繰り返さなければならないため、その作業に長時間を要している。
【００１５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、このようなミニマルファブ生産システムに組み込むことができる露光装置であって、温度変化に伴う露光装置の膨張や収縮、及び供給されるウェハによってその厚みが変動することに適確に対応し、超高精度かつ短時間でオートフォーカス作業が可能な露光装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は、ウェハに対し露光パターンを投影する露光装置であって、であって、
前記露光装置の露光用光学系に対してｘ、ｙ、ｚ軸方向に移動可能なウェハステージと、
前記ウェハステージに設けられた、前記露光用光学系の光軸に垂直な基準面と、
前記露光用光学系と同軸に設けられ、前記ウェハステージに載置されたウェハおよび前記基準面の合焦位置を検出するオートフォーカス光学系と、
前記基準面の合焦位置を前記オートフォーカス光学系により予め一定時間毎に繰り返して検出し、検出した合焦位置から前記ウェハステージに載置されるウェハのオートフォーカス開始ｚ軸位置とオートフォーカス終了ｚ軸位置とを予め算出するプレオートフォーカス手段、とを有し、
予め算出された前記オートフォーカス開始ｚ軸位置とオートフォーカス終了ｚ軸位置とを基に、前記オートフォーカス光学系におけるオートフォーカス作業範囲を絞って露光することを特徴とする露光装置、とした。
【００１７】
このように構成された本発明によれば、温度変化の要因をキャンセルするために、ウェハステージ上に基準面を設けて、その基準面と光学系の距離とを一定時間毎に測定し、そのたびに温度変化による距離の変動分を補正値として得ることにより、熱膨張等の外部要因を露光動作前に予め算出する。
この補正により、温度変化よる要因を事実上補正することができるので、ウェハの厚さ方向での公差に略対応した範囲のみオートフォーカスを行えばよいこととなり、オートフォーカスに要する時間を従来よりも格段に短縮することができる。
また、基準面でのオートフォーカス動作をバックグラウンドとして自動的に実行し、その結果を時系列に沿って記憶することで、温度変化や振動、衝撃などによる露光装置の異常発生を予め把握することもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ミニマルファブ生産システムに用いられる露光装置に好適な、超高精度かつ短時間でオートフォーカス作業が可能な露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明における単位処理装置の外観図。
【図２】本発明の実施の形態例に係る露光装置のウェハステージの全体斜視図。
【図３】本発明の実施の形態例に係る露光時におけるウェハステージの側断面図。
【図４】本発明の実施の形態例に係る露光動作フロー図。
【図５】本発明の実施の形態例に係るプレオートフォーカス動作フロー図。
【図６】本発明の実施の形態例に係るオートフォーカス動作フロー図。
【図７】本発明の実施の形態例に係る露光装置の全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態例を、図面を参照して説明する。
図２は、本発明の実施の形態例に係る露光装置のステージの斜視図である。
図２では、ステージ上に載置されたウェハＷに対し、ステージ上方に位置する描画装置（図２では図示せず）によって描画が行われる。
ステージ全体は基台２３上に取り付けられて、処理室Ｍａの規定の位置に固定配置されている。基台２３上にはＹ軸台２２とＹ軸移動手段３３が配置され、該Ｙ軸台２２は、Ｙ軸移動手段３３によってＹ軸方向に移動調整可能とされている。更に、Ｙ軸台２２上には架台２１とＸ軸移動手段３２が載置され、該架台２１はＸ軸移動手段３２によってＸ軸移動方向に移動調整可能とされている。したがって、架台２１は基台２３に対しＸ，Ｙ軸方向に移動調整可能とされている。このＸ，Ｙ軸移動は、描画装置に対する副走査方向の移動としても機能することができる。
【００２１】
架台２１にはその中央に中心軸１１が固定されて立設されており、この中心軸１１には、後述のように、外周ステージ１２が外挿される。
また、架台２１上には、外周ステージ１２を保持するための外周ステージ台２０が、その四隅をＺ軸ガイド１４にガイドされてＺ軸方向に移動可能に載置されている。該Ｚ軸ガイド１４は、図２に示すように架台２１上に４本立設されており、いずれにもコイル状のＺ軸押圧バネ１５が、外周ステージ台２０を下方向に押圧するようにその外周面に巻装されている。さらに、架台２１には、外周ステージ台２０をＺ軸方向に移動調整するＺ軸移動手段３１が載置されている。
したがって、外周ステージ台２０は、該Ｚ軸移動手段３１によって、Ｚ軸押圧バネ１５に抗して架台２１に対しＺ軸方向に移動調節可能とされている。
【００２２】
外周ステージ台２０には、内側面にコロ軸受面２０ｂを有するドーナツ型の外周ステージ台コロ軸受２０ａが固定配置されており、該コロ軸受面２０ｂ内には、θ軸用コロ１６が嵌挿されている。一方、該θ軸用コロ１６に対向するコロ軸受面１７ｂを外側面に有するドーナツ型の外周ステージ基部１７が、外周ステージ台２０上にθ軸方向に回動可能に設けられている。また、該外周ステージ基部１７をθ軸方向に移動調整するθ軸移動手段３０が、外周ステージ台２０上に配置されている。更に、外周ステージ基部１７には、外周ステージ１２が固定されており、該外周ステージの中心には中心軸１１が内挿されている。したがって、外周ステージ１２は、外周ステージ台２０に対しθ軸方向に移動調整可能に構成されている。
なお、外周ステージ台コロ軸受２０ａ、コロ軸受面２０ｂ、θ軸用コロ１６、該θ軸用コロ１６に対向するコロ軸受面１７ｂ、および外周ステージ基台１７を、一体式のクロスローラーベアリングとして形成することもできる。
そして、これらｘ、ｙ、ｚ、θ軸移動手段３０、３１、３２、３３の駆動を制御して、それぞれを所定停止位置に停止制御するなどための中央制御部（図示せず）が設けられている。
【００２３】
以上の構成によって、外周ステージ１２は基台２３に対し、基台２３側から順に、Ｙ軸、Ｘ軸、Ｚ軸、θ軸方向に移動調整可能とされている。また、外周ステージ１２は、架台２１に固定された中心軸１１に対し、Ｚ軸およびθ軸方向に移動調整可能とされている。
【００２４】
外周ステージ１２の上端面には、ウェハＷが載置される第１載置面１２ｄが設けられている。
該第１載置面１２ｄには、図２に示すように、前室Ｍｃから伸びる搬送用アーム（図示せず）が挿入可能なアームスペース１８が側面方向の一方向に開放するように切り欠かれている。該搬送アームは、その先端部にウェハＷを把持しながらウェハステージ上に図２のＧ方向から進入し、ウェハステージ上方の所定の位置にウェハを搬入したのち、その先端部を下降させることでウェハＷをウェハステージ上に載置する。アームスペース１８は、その際に下降してきた該先端部を収納するスペースとして機能する。
また、該第１載置面１２ｄには、載置されるウェハＷを真空吸着する第１真空吸着口１２ａが複数開口している。
【００２５】
一方、中心軸１１は、その上端面にウェハＷが載置される第２載置面１１ｄが設けられており、該第２載置面１１ｄの中心部には、ウェハＷを真空吸着する第２真空吸着口１１ａが開口している。
また、これら第１真空吸着口１２ａおよび第２真空吸着口は、該中心軸１１の下方に設けられた真空エジェクターや真空ポンプなどの真空源（図示せず）と選択的に接続されており、外周ステージ１２の上下動作に伴って、該真空源との接続が切り替わるように構成されている。図３に示す中心軸１１および外周ステージ１２のそれぞれの軸内に形成されている空間通路１１ｂ、１１ｃ、１１ｇ、１１ｆおよび１２ｂ、１２ｃ―１は、このための切り替え機構である。
【００２６】
さらに、図２に示すように、アームスペース１８の開放されていない側の空間には、基準部材１３が設けられている。該基準部材１３は、外周ステージ１２に固定されているとともに、該外周ステージ１２の第１載置面１２ｄと略同一水平面となる基準面１３ｄを有している。また、この基準部材１３の基準面１３ｄは、鏡面加工されている
そして、該基準面１３ｄは、ウェハステージの移動手段であるＸ軸移動手段３２およびＹ軸移動手段３３によって、露光用光学系の光軸と交わる位置（プレオートフォーカス位置）に移動することが可能とされている。
【００２７】
図７に示すように、本実施の形態例に係る露光装置は、露光時にウェハＷに露光パターンを投影する露光用光学系４０と、外周ステージ１２上のウェハＷ、およびプレオートフォーカス位置の基準面１３ｄのそれぞれの合焦位置を検出するオートフォーカス光学系５０とを備えている。
そして、ウェハＷの露光位置および基準面１３ｄプレオートフォーカス位置では、露光用光学系４０とオートフォーカス光学系５０は、同軸の光学系となるように構成されている。
【００２８】
露光用光学系４０は、外周ステージ１２上に載置されたウェハＷに露光パターンを投影するものであり、露光用光源４１、コリメータレンズ４２、ミラー４３、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）などからなる空間光変調手段４４、リレーレンズ４５、対物レンズ４６などを含んで構成されている。
このように、本実施の形態例では、露光装置がいわゆるマスクレス露光装置として構成されている。
【００２９】
また、オートフォーカス光学系５０は、ウェハＷあるいは基準面１３ｄの合焦位置を検出するためのものであり、フォーカス用光源５１、コリメータレンズ５２、ハーフミラー５３、ミラー４３、リレーレンズ４５、ハーフミラー５４、フィルタ５５、結像レンズ５６、ＣＣＤカメラ５７などを含んで構成されている。このうち、ミラー４３、リレーレンズ４５、対物レンズ４６などは、露光用光学系４０と共通の光学要素となっている。
この露光用光学系４０およびオートフォーカス光学系５０は、当業者に周知の光学要素から構成することができる。
【００３０】
さらに、基準面１３ｄをプレオートフォーカス位置に移動させた状態で、基準面１３ｄのオートフォーカス位置（合焦位置、つまり露光用光学系４０の焦点距離が基準面１３ｄのＺ軸方向位置と同一となる位置）を所定時間（例えば、５分）おきに繰り返して検出し、露光動作が開始されるまでの直近複数回（例えば３回）の合焦位置検出値から、合焦位置の変動量δを求めるプレオートフォーカス手段が設けられている。なお、前回の露光動作時から当該露光時までの検出回数が所定の複数回に達しない場合には、前回露光時以前でのプレオートフォーカス位置を勘案して変動量δを求めても良いし、あるいは前回露光時におけるオートフォーカス位置を勘案して変動量δを求めても良い。
このδの算出方法として、直近n回分の変動量の最大値をδとする方法、直近n回分の変動量の平均値をδとする方法、直近n回分の変動量の平均値＋α（任意に定めた値）をδとする方法、あるいは装置内に取り付けた温度センサの値とZ軸の変動範囲を予め実験で求めておき、その相関テーブルからδを決定する方法、など幾つかの方法がある。したがって、これらの内から最適な手法を適宜採用できるように構成しても良いし、予め計算方法を定めた構成としても良い。
【００３１】
該プレオートフォーカス手段は、そのように求めた変動量δとウェハ自体の許容公差σとを基に、ウェハステージ上のウェハＷに対してオートフォーカス光学系５０によりオートフォーカス動作を行う際のオートフォーカス開始ｚ軸位置（＋ｚ）とオートフォーカス終了ｚ軸位置（−ｚ）とを予め算出する。
本実施の形態例では、±ｚ＝（σ＋δ）と算出され、σ＝±２０μｍであるとしても、ｚ＜＜５０μｍとなり、従来例におけるオートフォーカスのスキャン範囲（±５０μｍ以上）よりも格段に絞られることとなる。
さらに、本発明の露光装置では、このようにオートフォーカス開始ｚ軸位置（＋ｚ）とオートフォーカス終了ｚ軸位置（−ｚ）とを予め算出する算出手段を備えており、該算出手段は、ウェハステージの移動や前記したＰＬＡＤの制御、オートフォーカス動作やプレオートフォーカス動作の制御等、本露光装置における種々の制御を行う中央制御部（図示せず）の一部を構成している。
【００３２】
次に、このように構成された露光装置の動作について説明する。
図４に示すように、露光装置のスタートボタンを押すと、(1)ウェハロードが開始され、エクスチェンジ位置（初期位置）にウェハステージ（外周ステージ１２）が移動し、ＰＬＡＤによりそのウェハステージ上にウェハＷが搬送され載置される。(2)載置されたウェハのオリフラが検知されθ補正量が算出されると、外周ステージ１２を移動させて、θ回転補正およびＸＹ軸補正が行われる。(3)次に、オートフォーカス光学系５０により後述するように、Ｚ軸方向での合焦位置が求められ、その合焦位置に向けて外周ステージ１２が上下動する。(4)このようにウェハを露光用光学系４０に対して適切な位置に配置したのち、スキャン描画（つまり、マスクレス露光）が実行される。(5)露光動作が終了すると、外周ステージ１２は初期位置に戻り、真空吸着も解除され、ＰＬＡＤによりウェハＷがアンロードされ描画作業が終了する。
【００３３】
次に、オートフォーカス光学系５０によるオートフォーカス動作について説明する。
図６に示すように、ウェハＷのオートフォーカス開始位置へのＸＹ軸方向移動が完了すると(30)、次に、ウェハＷは、予め求められているオートフォーカス開始ｚ軸位置（＋ｚ）に移動する(31)。その位置に移動したウェハＷ表面を、オートフォーカス用のＣＣＤカメラ５７によって撮像し(32)、その撮像画像から当該位置での画像コントラストを算出する。
次に、ウェハ表面をＺ軸方向の所定距離（例えば１μｍ）づつ移動させて、同様にその位置での撮像画像コントラストを算出する。このように、順次、ｚ軸方向の位置を変えながら（ステップ・バイ・ステップしながら）オートフォーカス終了ｚ軸位置（−ｚ）までの撮像情報のコントラストを算出していく(33)、(34)。
このようにｚ軸方向の各位置での撮像画像のコントラストの算出値から、最大のコントラストが得られたｚ軸方向位置をJustFocus位置（合焦位置）として求め(35)、ウェハＷ表面をその位置へＺ軸移動させる（つまり、焦点位置合わせを行う）(36)。  このようにしてオートフォーカス動作が行われる。
【００３４】
次に、プレオートフォーカス動作について説明する。
図５に示すように、本発明では、外周ステージ１２上に載置されたウェハに対するオートフォーカス動作の前に、プレオートフォーカス位置に移動させた基準部材１３を用いて、プレオートフォーカス動作を行う。
このプレオートフォーカス動作は、プレオートフォーカス手段によって行われる。プレオートフォーカス手段は、ウェハステージの移動手段であるＸ軸移動手段３２およびＹ軸移動手段３３を制御して外周ステージ１２を移動させ、その外周ステージ１２に固定された基準部材１３の基準面１３ｄを、露光用光学系４０の光軸と交わる位置（プレオートフォーカス位置。この位置では、オートフォーカス光学系５０の光軸とも交わる位置となっている。）に移動させる。
【００３５】
次に、オートフォーカス光学系５０を制御して、基準面１３ｄのオートフォーカス位置（合焦位置つまりＺ軸方向位置）を上記したオートフォーカス動作と同様に所定時間（例えば、５分）おきに繰り返して検出する。この繰り返しは、ＰＬＡＤに対しウェハロード信号が出力されるまで行われる。つまり、基準面１３ｄがこのようにプレオートフォーカス位置にある状態は、いわば露光待機状態であり、本発明では、このような露光待機状態において基準面１３ｄの合焦位置を所定時間（例えば５分）毎に検出する（図５  (13)、(22)）。
【００３６】
この露光待機状態において所定時間毎に基準面１３ｄのオートフォーカス位置（合焦位置）を検出し、ＰＬＡＤに対しウェハロード信号が出力されるまでの直近複数回（例えば３回。）の合焦位置検出値から、その変動量δを求める。この変動量δを、当該露光装置における熱変動等による合焦位置の変動量とする。そして、このように求めた変動量δと、搬入されるウェハＷによって規定されているウェハ厚み公差σ（この数値は、使用されるウェハに応じて、露光装置に別途入力される。）とから、オートフォーカス動作を行う際のオートフォーカス開始ｚ軸位置（＋ｚ）とオートフォーカス終了ｚ軸位置（−ｚ）とを予め算出し、このｚ値を時間経過とともに更新してゆく。
【００３７】
次に、ＰＬＡＤに対しウェハロード信号が出力されて露光動作が開始されると、ウェハステージは、ＰＬＡＤによって搬入されてくるウェハを受け入れる位置（初期位置、あるいは描画原点位置）に移動する。これにより基準面１３ｄは、プレオートフォーカス位置を外れる。(14)、および(15),(21)
【００３８】
次に、描画原点位置へ移動したウェハステージにＰＬＡＤによってウェハＷが載置されると（17）、露光動作前にオートフォーカス動作を行う。ここでのオートフォーカス動作は、プレオートフォーカス手段によって予め求められたオートフォーカスの開始位置（＋ｚ）および終了位置（−ｚ）がオートフォーカス光学系４０の制御手段に出力され、オートフォーカス動作範囲が制限されて行われる(18)。
【００３９】
このように、ウェハステージが外周ステージ１２と中心軸１１とから構成されている場合は、露光時のウェハ載置部である外周ステージ１２に、鏡面処理した基準面１３ｄを有する基準部材１３を固定し、プレオートフォーカス手段を用いてその基準面１３ｄのオートフォーカス位置を検出する。これによってウェハステージの熱変位量等を予め求めておき、露光時におけるオートフォーカス範囲を限定することによってオートフォーカスに要する時間を短縮することができる。
【００４０】
また、本発明の他の実施の形態例では、露光装置の電源ＯＮとともに、基準面１３ｄでのオートフォーカス動作（またはプレオートフォーカス動作）をバックグラウンドとして所定時間間隔毎に実行し、そのオートフォーカス位置を時系列に沿って記憶する手段と、時系列でそのオートフォーカス位置の変動を監視し、異常値の発生を検出する手段を、さらに有している。
これにより、温度変化や振動、衝撃などによる露光装置の異常発生を予め把握することができる。
【００４１】
上記した本実施の形態例では、基準部材１３は、外周ステージ１２とは別体に設けられているが、これに限定する必要はなく、外周ステージ１２の一部に直接、基準面を設けるように構成することもできる。あるいは、ウェハステージが、上記実施の形態例のように外周ステージ１２と中心軸１１とから構成されるのではなく、単に１つのウェハ載置面から構成される場合であって、ステージ中心部にアームスペースがない場合にはそのウェハ載置面の一部を基準面とするように構成することもできる。
このように構成する場合には、ウェハステージに基準面を直接鏡面加工する必要が生じるが、外周ステージの一部に直接基準面を設ける場合には、ウェハステージの構成がより単純になるし、熱膨張などの物理的な変動要因をより的確に把握することもできる。また、ウェハ載置面の一部を基準面とする場合には、基準面をプレオートフォーカス位置に移動する必要がないので、構成が簡単になると共に、その移動に伴う機械的な誤差を格別考慮しなくても良い。
【００４２】
また、上記した本実施の形態例では、ウェハＷを載置するステージを、外周ステージ１２の第１載置面１２ｄおよび中心軸１１の第２載置面１１ｄにより構成したが、このような構成に限定する必要はなく、単にｘ、ｙ、ｚ、およびθ方向に移動することが可能な１つのウェハステージとして構成することもできる。そのような場合にも、そのウェハステージの一部に基準面を設けて、その基準面を待機状態におけるプレオートフォーカス動作の対象とすることにより、同様の作用効果を奏することができる。
【００４３】
さらに、これら実施の形態例に記載した露光装置は、特にミニマルファブ生産システムに使用して顕著な効果を発揮するが、ミニマルファブ生産システムにおける使用ばかりでなく、いわゆる大口径ウェハを用いるシステムに適用して使用されうることは明らかである。
【符号の説明】
【００４４】
１  操作パネル
２  ドッキングポート
１１  中心軸
１１ａ  第２真空吸着口
１１ｄ  第２載置面
１２  外周ステージ
１２ａ  第１真空吸着口
１２ｄ  第１載置面
１３  基準部材
１３ｄ  基準面
１８  アームスペース
２０  外周ステージ台
２１  架台
２３  基台
３０  θ軸移動手段
３１  Ｚ軸移動手段
３２  Ｘ軸移動手段
３３  Ｙ軸移動手段
４０  露光用光学系
４４  空間光変調手段
５０  オートフォーカス光学系
Ｗ  ウェハ（ターゲット）
Ｍ  単位処理装置
Ｍａ  処理室
Ｍｃ  前室
Ｇ    アーム進入方向
【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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