(57)【要約】【課題】複数の合焦位置のうちの所望の位置で合焦可能にする【解決手段】本発明の態様の合焦装置４は、光学系３の焦点をステージ１上の対象物に合焦する合焦装置である。複数の合焦位置が得られたときに、光学系３からステージ１までの距離と合焦の判定パラメータ値との対応情報に基づいて、複数の合焦位置の中からいずれに合焦するかを制御する制御部５を有する。【選択図】図１
2012078703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の焦点をステージ上の対象物に合焦する合焦装置であって、
複数の合焦位置が得られたときに、前記光学系から前記ステージまでの距離と合焦の判定パラメータ値との対応情報に基づいて、前記複数の合焦位置の中からいずれに合焦するかを制御する制御部を有する、合焦装置。
【請求項２】
前記判定パラメータ値は前記対象物を経由した光の強度に基づく値である、請求項１に記載の合焦装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記複数の合焦位置のうちの所定の合焦位置に合焦したときの前記光学系から前記ステージまでの距離の推定値を用いて、前記光学系から前記ステージまでの距離を含む合焦条件を決定する、請求項１又は２に記載の合焦装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記対象物に合焦したときの前記光学系から前記ステージまでの距離の測定値と前記推定値とを比較する、請求項３に記載の合焦装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記測定値と前記推定値との差分が合焦の探索幅の半分以上であるときに、前記光学系から前記ステージまでの距離を制御して、前記複数の合焦位置のうちの他の合焦位置を探索する、請求項４に記載の合焦装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記他の合焦位置に合焦したときの前記光学系から前記ステージまでの距離の測定値と前記推定値とを比較して、前記光学系から前記ステージまでの距離を含む合焦条件を決定する、請求項５に記載の合焦装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記光学系から前記ステージまでの距離を前記推定値の周りで制御して、前記所定の合焦位置を探索する、請求項３〜６のいずれか一項に記載の合焦装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記対応情報に基づいて前記推定値を求める、請求項３〜７のいずれか一項に記載の合焦装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記対象物の寸法を用いて前記推定値を求める、請求項３〜８のいずれか一項に記載の合焦装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の合焦装置を備える露光装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の露光装置を用いて基板に露光することと、
露光された前記基板を現像することとを含む、デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合焦装置、露光装置、及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種デバイスを製造するときのパターンの形成等に、露光装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。露光装置は、例えば、基板ステージ、投影光学系、及び合焦装置等を備えている。基板ステージは、露光の対象物となる基板を保持し、この基板の投影光学系に対する位置を管理する。合焦装置は、例えば、基板に照射した検出光を検出して、基板の表面に投影光学系の焦点を合わせる。合焦装置は、露光装置の他にもレーザ加工装置等の各種処理装置にも用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０３９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光によって各種処理を行う処理装置を用いて、合焦装置の検出光が透過する材質の処理対象物に処理を施すことがある。例えば、ＭＥＭＳ等のデバイス製造時に、検出光が透過する材質のガラス基板等にパターンを形成するときに、露光装置を用いてガラス基板にパターンを露光することがある。このような場合に、基板の表裏両面のそれぞれに合焦位置が検出されてしまうことがある。すなわち、基板の表面を露光するときに、合焦装置が、基板の裏面に投影光学系の焦点を合わせてしまうことがありえる。
本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、複数の合焦位置のうちの所望の位置で合焦可能にすることを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様である合焦装置は、光学系の焦点をステージ上の対象物に合焦する合焦装置であって、複数の合焦位置が得られたときに、光学系からステージまでの距離と合焦の判定パラメータ値との対応情報に基づいて、複数の合焦位置の中からいずれに合焦するかを制御する制御部を有する。
【０００６】
本発明の第２の態様である露光装置は、本発明の態様の合焦装置を備える。
【０００７】
本発明の第３の態様であるデバイス製造方法は、本発明の態様の露光装置を用いて基板に露光することと、露光された前記基板を現像することとを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の合焦位置のうちの所望の位置で合焦可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】第１実施形態における露光方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態における合焦処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態における、投影光学系から基板ステージまでの距離に対する判定パラメータ値の例を示す図である。
【図５】第２実施形態の露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図６】第２実施形態における合焦装置の検出結果の例を示す図である。
【図７】第３実施形態の露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図８】（ａ）は、第３実施形態における信号処理部の機能ブロック図、（ｂ）は第３実施形態における、投影光学系から基板ステージまでの距離に対する判定パラメータ値の例を示す図である。
【図９】デバイス製造方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。本発明の技術範囲は、下記の各実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。
【００１１】
［第１実施形態］
第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態の露光装置の一例を示す概略構成図である。本例の露光装置ＥＸは、基板ステージ１、パターン生成部２、投影光学系３、本発明を適用した合焦装置４、及び制御部５を備えている。本例の合焦装置４は、ＴＴＬ型位相差方式のオートフォーカス（以下、ＡＦと略記する）によって、投影光学系３の焦点位置を露光面に合わせることが可能である。制御部５は、露光装置ＥＸの各部の動作を制御し、合焦装置４の制御部を含んでいる。なお、合焦装置４の制御部が、制御部５と別に設けられており制御部５と通信可能に接続されている構成でも構わない。
【００１２】
以下の説明では、図１に示すＸＹＺ直交座標系に基づいて、各種構成要素の位置関係等を説明する。このＸＹＺ直交座標系において、Ｚ軸方向は投影光学系３の光射出側の光軸に平行な方向であり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は投影光学系３の光射出側の光軸に直交する面内で互いに直交する方向である。例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向が水平方向に設定され、Ｚ軸方向が鉛直方向に設定される。
【００１３】
本例の露光装置ＥＸは、マスクレス方式の露光装置である。露光装置ＥＸは、例えばＭＥＭＳ等のデバイスの製造に使用される。本例の基板Ｐは、デバイス製造用の基板である。基板Ｐは、合焦装置４から射出された検出光ＳＬの少なくとも一部が透過する材質である。基板Ｐは、基板本体Ｐ０を含んでいる。基板本体Ｐ０は、例えば石英基板やガラス基板、シリコン含有の半導体基板、あるいは材質が異なる２種以上の基板を接合した基板等である。ここでは、説明の便宜上、基板Ｐの片面を表面Ｐａと称し、もう片面を裏面Ｐｂと称す。
【００１４】
基板Ｐは、基板本体Ｐ０に形成された膜パターンや凹部、凸部等の構造物を含むことがある。上記の構造物は、例えばデバイスの一部を構成する構成要素である。膜パターンの具体例として、電極や配線となる導電膜パターン、スイッチング素子の一部を構成する半導体膜パターン、パッシベーション膜等となる絶縁膜パターン等が挙げられる。基板Ｐは、基板本体Ｐ０に形成された感光膜（フォトレジスト膜）を含むことがある。基板Ｐは、デバイスの製造過程で又は製造後で機能する膜として、例えば露光光ＥＬ等の反射を防止する反射防止膜や、上記の感光膜を保護する保護膜（トップコート膜）等を含むことがある。
【００１５】
基板Ｐの表面Ｐａに露光するときに、基板Ｐは、表面Ｐａを投影光学系３に向けて基板ステージ１上に保持される。基板Ｐの裏面Ｐｂに露光するときに、基板Ｐは、裏面Ｐｂを投影光学系３に向けて基板ステージ１上に保持される。
【００１６】
露光装置ＥＸは、概略すると以下のように動作する。基板ステージ１は、露光対象の基板Ｐを保持して移動可能である。合焦装置４は、投影光学系３と基板ＰとのＺ軸方向の相対位置を検出する。制御部５は、合焦装置４の検出結果に基づいて、基板ステージ１のＺ軸方向の位置を管理する。すなわち、制御部５は、実質的に、投影光学系３の焦点位置と基板Ｐの表面Ｐａの位置との相対位置を管理する。パターン生成部２は、制御部５に制御されて、パターンの像を生成する。投影光学系３は、パターン生成部２によって生成されたパターンの像を基板Ｐに投影する。
【００１７】
次に、露光装置ＥＸの構成要素について詳しく説明する。
基板ステージ１は、例えば減圧吸着や静電吸着等によって基板Ｐを着脱可能に保持する。基板Ｐは、表面Ｐａ及び裏面Ｐｂの法線方向がＺ軸方向と平行になるように、基板ステージ１の上面１ａに保持される。基板ステージ１は、基板ＰをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向、及びＺ軸周りの回転方向の６方向に移動可能である。本例の基板ステージ１は、基板ＰをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能なＸＹステージと、基板ＰをＺ軸方向に移動可能なＺステージを含む。
【００１８】
なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における、投影光学系３の投影領域と基板Ｐとの相対位置は、図示略のアライメント系によって検出される。制御部５は、アライメント系の検出結果に基づいて、基板ステージ１のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を管理する。すなわち、制御部５は、投影光学系３の投影領域と基板Ｐとの相対位置を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向においても管理する。合焦装置４は、上記のアライメント系の一部又は全部を含んでいてもよい。
【００１９】
パターン生成部２は、露光用光源６、コレクタレンズ７、像形成部８、及び対物レンズ（第２対物レンズ）９を含んでいる。露光用光源６から射出された露光光ＥＬは、コレクタレンズ７を通って平行化され、像形成部８に入射する。像形成部８は、露光光ＥＬを用いてパターンの像を形成する。像形成部８から射出された露光光ＥＬは、パターンの像を示す光となって対物レンズ９に入射する。
【００２０】
露光光ＥＬは、例えば水銀ランプから射出される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、及びＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）等が用いられる。露光用光源６の構成は、露光光ＥＬの波長等に応じて、適宜選択される。制御部５は、露光用光源６の点灯消灯等の動作を制御する。
【００２１】
像形成部８は、投影するパターンの像を例えば画像として形成可能である。本例の像形成部８は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）を含んでいる。ＤＭＤは、二次元的に配列された複数の画素を有している。ＤＭＤの各画素は、マイクロミラーを含んでおり、各画素に入射した露光光ＥＬの分割光束を反射させる。マイクロミラーの反射面は、入射する露光光ＥＬの進行方向に対する角度を可変に制御可能である。このように、像形成部８は、各画素で反射した分割光束の進行方向を画素ごとに制御可能であり、パターンの像を形成可能である。制御部５は、像形成部８によって形成するパターン像を示すデータを像形成部８に供給し、像形成部８の動作を制御する。
【００２２】
なお、像形成部８として、自発光型のパネルを用いてもよい。この自発光型のパネルは、二次元的に配列された複数の発光素子を含んでいる。各発光素子は、レーザーダイオードイや発光ダイオード等によって構成される。各発光素子は、発光素子ごとに点灯消灯が制御可能される。自発光型のパネルは、各発光素子から各画素を示す光を射出し、パターンの像を形成可能である。
【００２３】
対物レンズ９から射出された露光光ＥＬが入射する位置に、波長選択ミラー１０が配置されている。波長選択ミラー１０は、例えばダイクロイックミラー等によって構成される。本例の波長選択ミラー１０は、露光光ＥＬが反射し、後述する検出光ＳＬが通過する特性を有している。
【００２４】
対物レンズ９から射出されて波長選択ミラー１０で反射した露光光ＥＬは、波長選択ミラー１０で反射した後に、投影光学系３に入射する。投影光学系３は、レンズ等の光学部品（第１対物レンズ）を１以上含んでいる。露光光ＥＬが示すパターンの像を基板Ｐ上の投影領域に投影する。この投影領域は、投影光学系３によってパターンの像を投影可能な領域を含む。
【００２５】
合焦装置４は、ＡＦ用光源１１、コレクタレンズ１２、スリット１３、対物レンズ（第２対物レンズ）１４、絞り１５、分光部品１６、対物レンズ（第２対物レンズ）１７、反射ミラー１８、シリンドリカルレンズ１９、検出部２０、及び制御部を含んでいる。上述のように、本例の合焦装置４の制御部は、露光装置ＥＸの制御部５に含まれている。ＡＦ用光源１１は、例えば露光光ＥＬと異なる波長の光を検出光ＳＬとして射出する。本例のＡＦ用光源１１は、検出光ＳＬとして赤外光を射出する発光素子を含んでいる。
【００２６】
ＡＦ用光源１１から射出された検出光ＳＬは、コレクタレンズ１２を通ってスリット１３に入射する。スリット１３は、視野絞りとして機能し、スリット１３を通過した検出光ＳＬのスポット形状を調整する。スリット１３を通過した検出光ＳＬは、対物レンズ１４を通った後に、絞り１５に入射する。
【００２７】
本例の絞り１５は、絞り１５よりもＡＦ用光源１１側の光学系についての瞳面に配置されている。絞り１５は、開口絞りとして機能し、対物レンズ１４から射出された検出光ＳＬによって上記の瞳面に形成されるスポットのほぼ半分に相当する検出光ＳＬを遮光する。絞り１５は、上記のスポットのうちで遮光する範囲を切替可能であり、検出光ＳＬのうちで絞り１５を通過する角度成分を切替可能である。絞り１５を通過した検出光ＳＬは、分光部品１６に入射する。
【００２８】
分光部品１６は、ハーフミラー等によって構成され、入射した検出光ＳＬを分光する。分光部品１６は、検出光ＳＬに対する反射率が０より大きく１未満の範囲から選択される値に設定されている。分光部品１６に入射した検出光ＳＬの一部は、分光部品１６で反射し、他の一部は分光部品１６を通過する。分光部品１６で反射した検出光ＳＬは、波長選択ミラー１０を通過した後に、投影光学系３を経て基板Ｐに入射する。基板Ｐに入射した検出光ＳＬの少なくとも一部は、基板Ｐで反射して折り返され、投影光学系３及び波長選択ミラー１０を通過して、分光部品１６に再度入射する。
【００２９】
基板Ｐを経由して分光部品１６に入射した検出光ＳＬの少なくとも一部は、分光部品１６を通過した後に、対物レンズ１７を通って反射ミラー１８で反射する。反射ミラー１８で反射した検出光ＳＬは、シリンドリカルレンズ１９を通って検出部２０に入射する。シリンドリカルレンズ１９を通る検出光ＳＬは、ＸＺ面に平行な面内で屈折し、ＸＹ面に平行な面内でほとんど屈折せずに、Ｙ軸方向に略平行な線に向かって集光する。
【００３０】
検出部２０は、検出部２０に入射した検出光ＳＬの強度分布を検出可能である。検出部２０は、例えばＣＣＤラインセンサ等によって構成される。このＣＣＤラインセンサは、ＹＺ面にほぼ平行であってＹ軸方向に長手の領域に配列された複数の画素を含んでいる。ＣＣＤカメラの各画素は、例えばフォトダイオード等の受光素子と、薄膜トランジスター等のスイッチング素子とを含んでいる。検出光ＳＬが受光素子に入射すると、受光素子に電荷が発生する。スイッチング素子は、受光素子に発生した電荷の読出しをスイッチングする。
【００３１】
検出部２０の検出結果に基づいて、基板Ｐで反射した検出光ＳＬによるスリット１３の像が検出される。絞り１５を通過する検出光ＳＬの角度成分を切替えると、検出部２０に検出される像の位置が切替わる。切替前後の像の間隔（以下、像間隔という）は、投影光学系３の焦点位置と基板Ｐの位置との関係によって変化する。例えば、基板Ｐの表面Ｐａを合焦対象面とし、投影光学系３の焦点が合焦対象面に合っている状態（合焦状態）での像間隔を基準値とする。投影光学系３の焦点が合焦対象面よりも＋Ｚ側に位置する状態（以下、前ピンという）では、像間隔が基準値よりも狭くなる。投影光学系３の焦点が合焦対象面よりも−Ｚ側に位置する状態（以下、後ピンという）では、像間隔が基準値よりも広くなる。
【００３２】
このように、検出部２０の検出結果に基づいて、合焦状態であるか否かを判定することや、合焦状態から前ピン側又は後ピン側のいずれに焦点がずれているかを知ることが可能である。このように、上記の像間隔は、合焦の対象物である基板Ｐを経由した光（検出光）の強度に基づく値であり、合焦状態の判定に用いる判定パラメータ値として利用可能である。検出部２０の検出結果は、合焦装置４の制御部（ここでは制御部５）に出力される。制御部５は、検出部２０の検出結果に基づいて、合焦状態になるように基板ステージ１の位置を制御する。
【００３３】
ところで、基板Ｐの材質によっては、検出光ＳＬの一部が基板Ｐを透過することがありえる。検出光ＳＬの一部が基板Ｐを透過すると、投影光学系３の焦点が基板Ｐの裏面Ｐｂに合っている状態も合焦状態として検出されることがある。本例の合焦装置４は、複数の合焦位置のいずれに合焦するかを制御可能である。
【００３４】
図２は、第１実施形態における露光方法の一例を示すフローチャートである。図３は、第１実施形態における合焦処理の一例を示すフローチャートである。本例の露光方法は、予備測定を行うステップＳ１と、合焦処理における探索条件を設定するステップＳ２と、露光対象の物体（基板Ｐ）に対して合焦処理するステップＳ３と、この基板Ｐに対して露光処理するステップＳ４とを含む。ステップＳ３の合焦処理は、ステップＳ２で設定した探索条件を用いて行われる。露光処理は、基板Ｐの所望の合焦位置に投影光学系３の焦点が合っている状態で行われる。ステップＳ４の後に、露光を終了する場合には、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、例えば露光装置ＥＸに対するメンテナンス処理やキャリブレーション処理、その他の後処理等を必要に応じて行う。ステップＳ４の後に、次の基板Ｐに対して露光処理を施す場合には、露光済みの基板Ｐを搬出するとともに、次に露光予定の基板Ｐを搬入するステップＳ６を行った後に、ステップＳ３に進む。
【００３５】
ステップＳ１の予備計測では、テスト基板を用いて、例えば基板の凹凸等を基板状態を示す値や、合焦処理で用いる判定パラメータ値（後述する）等の測定を行う。テスト基板は、露光対象の基板Ｐであってもよいし、露光対象の基板Ｐと同等の基板、例えば基板Ｐと同じロットの基板又は基板本体であってもよい。また、テスト基板は、検出光ＳＬに対する反射率等の光学特性が基板Ｐと同等の基板であってもよい。
【００３６】
本例の予備測定は、露光対象の基板Ｐと同様に、テスト基板を基板ステージ１に保持した状態で行う。制御部５は、基板ステージ１をＺ軸方向に移動させることによって、投影光学系３に対するテスト基板の相対位置を変化させながら、合焦装置４の検出結果を記憶部に格納する。この記憶部は、例えば制御部５の一部であってもよいし、制御部５の外部装置であってもよい。本例では、テスト基板として露光対象の基板Ｐと同様の基板を用いる。本例の制御部５は、投影光学系３の焦点が、テスト基板の表面よりも＋Ｚ側となる状態から、テスト基板の裏面よりも−Ｚ側となる状態まで上記の相対位置を変化させる。本例の制御部５は、合焦に用いる判定パラメータ値として、上記の像間隔を示すデータを記憶部に格納する。本例の制御部５は、基板ステージ１のＺ座標を変化させながら、各Ｚ座標と、各Ｚ座標での判定パラメータ値とを対応付けて、記憶部に格納する。
【００３７】
図４（ａ）、図４（ｂ）は、投影光学系から基板ステージまでの距離と判定パラメータ値との対応関係の例を示すグラフである。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）と比較して、投影光学系３の倍率が相対的に低い場合のデータに基づくグラフである。
【００３８】
図４（ａ）、図４（ｂ）において、縦軸は、上記の予備計測で得られる判定パラメータ値を示し、横軸は基板ステージ１のＺ座標を示す。なお、投影光学系から基板ステージまでの距離は、基板ステージ１のＺ座標と相関関係があり、基板ステージ１のＺ座標は基板ＰのＺ座標と相関関係がある。本例では、基板Ｐの厚みをｄとし、基板ステージ１のＺ座標をＺＳとすると、関係式（Ｚ＝ＺＳ＋ｄ）が成り立つ。換言すると、基板ステージ１のＺ座標と、基板ステージ１に保持されている基板のＺ座標とは、互いに変換可能である。
【００３９】
図４（ａ）、図４（ｂ）中の符号Ｚａは、表面Ｐａに焦点が合っているとき基板ステージ１のＺ座標を示し、符号Ｚｂは、裏面Ｐｂに焦点が合っているときの基板ステージ１のＺ座標を示す。基板ステージ１のＺ座標がＺａであるときの投影光学系３の焦点の位置が、基板Ｐの表面Ｐａでの合焦位置である。基板ステージ１のＺ座標がＺｂであるときの投影光学系３の焦点の位置が、基板Ｐの裏面Ｐｂでの合焦位置である。
【００４０】
図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、判定パラメータ値は、各合焦位置と対応して極大値及び極小値をとる。すなわち、判定パラメータ値が極大値から極小値まで変化する区間に合焦位置が存在している。本例では、判定パラメータ値の極大値と極小値の中間値に対応するＺ座標が、合焦位置に対応する基板ステージ１のＺ座標である。
【００４１】
本例のステップＳ２では、探索条件として複数の合焦位置について、各合焦位置に対応するＺ座標及び探索範囲を設定する。探索範囲は、基板ステージ１のＺ座標を変化させる範囲のうちで、ロバスト性を確保しつつオートフォーカスをかけることが可能な範囲である。ここでは、判定パラメータ値が極大値から極小値まで変化する区間のうちで、極大値の近傍及び極小値の近傍を除いた区間を探索範囲に設定している。なお、探索幅は、探索範囲の上限値と下限値との差分である。
【００４２】
探索条件は、判定パラメータ値の測定結果に基づき、自動で又はユーザーの入力によって設定される。本例では、制御部５が、探索条件を自動で設定し、上記の記憶部に格納する。本例では、判定パラメータ値の極大値から極小値までの区間幅に所定の比率を乗算して得られる幅をマージンとする。本例の制御部５は、判定パラメータ値が極大値となるＺ座標よりも探索範囲の下限をマージン分だけ高く設定し、判定パラメータ値が極小値となるＺ座標よりも探索範囲の下限をマージン分だけ低く設定する。なお、探索範囲の設定方法については、本例の以外の方法であってもよく、処理のロバスト性を確保可能なように適宜選択可能である。
【００４３】
ところで、図４（ａ）と図４（ｂ）を比較すると、投影光学系３の倍率が相対的に低倍率であると、判定パラメータ値が極大値から極小値まで変化する区間が相対的に長くなる。これに伴って、表面Ｐａでの合焦位置の周りの探索範囲と、裏面Ｐｂでの合焦位置の周りの探索範囲とが互いに近づくようになる。本例では、合焦装置４が、上記の探索条件を用いて合焦処理を行うので、複数の合焦位置のうちの所定の合焦位置に投影光学系３の焦点を合わせることができる。
【００４４】
図３に示すように本例の合焦処理は、合焦の対象物における合焦位置を探索すること（ステップＳ３１）と、得られた合焦位置での投影光学系３から基板ステージ１までの距離について測定値と推定値とを比較すること（ステップＳ３２）と、測定値と推定値との差分が探索幅の半分以上であるときに他の合焦位置を探索すること（ステップＳ３３）と、ステップＳ３２での比較結果とステップＳ３３の探索結果の少なくとも一方に基づいて合焦条件を決定すること（ステップＳ３４）とを含む。
【００４５】
本例のステップＳ３１では、露光対象の基板Ｐにおける合焦位置を探索する。本例の制御部５は、テスト基板の表面での合焦位置に対応する基板ステージ１のＺ座標（Ｚａ）を、上記の記憶部から読み出す。本例では、露光対象の基板Ｐがテスト基板と同様の基板であり、制御部５は、テスト基板の表面で合焦状態となったときの基板ステージ１のＺ座標（Ｚａ）を上記の推定値とする。すなわち、制御部５は、投影光学系３から基板ステージ１までの距離と合焦の判定パラメータとの対応情報を用いて上記のＺａを求め、推定値を求める。本例の制御部５は、基板ステージ１のＺ座標（Ｚａ）の周りで、基板ＰのＺ座標を変化させる。なお、制御部５は、テスト基板の表面での合焦位置についての探索範囲を読み出し、基板Ｐに対してこの探索範囲で合焦位置を探索することもできる。
【００４６】
本例の制御部５は、基板ステージ１を移動させることによって基板ＰのＺ座標を変化させながら、検出部２０の検出結果を監視することによって、検出結果に対応する各Ｚ座標での判定パラメータ値を監視する。上述したように制御部５は、検出部２０の検出結果に基づいて、合焦状態になるように基板ステージ１の位置を制御する。
【００４７】
本例の制御部５は、合焦状態であると判定したときに、投影光学系３から基板ステージ１までの距離について測定値と推定値とを比較する（ステップＳ３２）。本例の制御部５は、合焦状態での基板ステージ１のＺ座標の測定値を基板ステージ１から取得し、推定値の差分を求め、この差分が探索幅の半分未満であるか否かを判定する。
【００４８】
本例の制御部５は、測定値と推定値との差分が探索幅の半分未満であるとき（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）に、この状態で投影光学系３の焦点が基板Ｐの表面Ｐａに合っていると判定して、投影光学系３から基板ステージ１までの距離を含む合焦条件を決定する。なお、合焦条件は、投影光学系３の倍率を含んでいてもよい。
【００４９】
本例の制御部５は、測定値と推定値との差分が探索幅の半分以上であるとき（ステップＳ３２；Ｎｏ）に、他の合焦位置を探索する（ステップＳ３３）。本例の制御部５は、ステップＳ３１で投影光学系３の焦点が基板Ｐの裏面Ｐｂに合っていたとしたときに、投影光学系３の焦点を表面Ｐａに合わせるのに必要な基板Ｐの移動量に基づいて、他の合焦位置を探索する。すなわち、本例の本例の制御部５は、ステップＳ３１での探索範囲をＺ軸方向に基板Ｐの厚みだけ−Ｚ側にシフトさせて他の合焦位置を探索する。
【００５０】
本例の制御部５は、ステップＳ３３での探索結果を用いて、ステップＳ３２と同様の比較を行う。本例の制御部５は、他の合焦位置での測定値と推定値との差分が探索幅の半分未満であるときに、この状態で投影光学系３の焦点が基板Ｐの表面Ｐａに合っていると判定して合焦条件を決定する。また、本例の制御部５は、他の合焦位置での測定値と推定値との差分が探索幅の半分以上であるときに、ステップＳ３１での探索結果とステップＳ３３での探索結果とを比較して、推定値に近い方の合焦位置であるときに投影光学系３の焦点が基板Ｐの表面Ｐａに合っていると判定して合焦条件を決定する。なお、他の合焦位置での測定値と推定値との差分が探索幅の半分以上であるときに、制御部５は、推定値を合焦位置として用いることもできる。また、他の合焦位置での測定値と推定値との差分が探索幅の半分以上であるときに、制御部５は、ユーザーに合焦の失敗を通知することもできる。制御部５は、合焦の失敗を通知とともに、合焦条件を決定せずに合焦処理を終了することもできる。
【００５１】
［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。第２実施形態において、先述の実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略することがある。
【００５２】
図５は、第２実施形態の露光装置の一例を示す概略構成図である。本例の露光装置ＥＸは、基板ステージ１、パターン生成部２、投影光学系３、本発明を適用した合焦装置４Ｂ、及び制御部５を備えている。本例の合焦装置４Ｂは、ＴＴＬ型コントラスト方式のＡＦによって、投影光学系３の焦点位置を露光面に合わせることが可能である。
【００５３】
合焦装置４Ｂは、ＡＦ用光源１１、対物レンズ１４、分光部品１６、対物レンズ１７、検出部２１、及び制御部を含んでいる。本例の合焦装置４Ｂの制御部は、露光装置ＥＸの制御部５に含まれている。ＡＦ用光源１１から射出された検出光ＳＬは、対物レンズ１４を通った後に、分光部品１６に入射する。分光部品１６に入射した検出光ＳＬの一部は、分光部品１６で反射した後に、波長選択ミラー１０及び投影光学系３を通って、露光対象の基板Ｐに入射する。基板Ｐに入射した検出光ＳＬの一部は、基板Ｐで反射した後に、投影光学系３及び波長選択ミラー１０を通過して、分光部品１６に再度入射する。基板Ｐを経由して分光部品１６に入射した検出光ＳＬの一部は、分光部品１６を通過した後に、対物レンズ１７を通って検出部２１に入射する。検出部２１は、ＣＣＤカメラ等によって構成され、検出部２１に入射した検出光ＳＬの強度分布を検出可能である。検出部２１の検出結果は、合焦装置４Ｂの制御部（ここでは制御部５）に出力される。本例の制御部５は、検出部２１の検出結果に基づいて、検出光ＳＬが基板Ｐ上に形成するスポットの内側と外側でのコントラスト比を、判定パラメータ値として求める。
【００５４】
図６は、第２実施形態のおける、投影光学系から基板ステージまでの距離と判定パラメータ値との対応関係の例を示すグラフである。図６に示すように、基板Ｐの表面Ｐａ又は裏面Ｐｂに投影光学系３の焦点が合っているときに、判定パラメータ値が極大値になる。本例の制御部５は、判定パラメータ値が閾値以上になるＺ座標の区間を探索範囲として上記の記憶部に格納する。本例の制御部５は、基板Ｐの表面Ｐａに投影光学系３の焦点が合っているときの基板ステージ１のＺ座標（Ｚａ）、及び基板Ｐの裏面Ｐｂに投影光学系３の焦点が合っているときの基板ステージ１のＺ座標（Ｚｂ）を記憶部に格納する。本例の合焦装置４Ｂは、記憶部に格納された探索条件を用いて制御部５が合焦処理を実行することによって、複数の合焦位置のいずれに合焦するかを制御可能である。合焦処理は、例えば第１実施形態で説明した処理を採用可能である。
【００５５】
［第３実施形態］
第３実施形態について説明する。第３実施形態において、先述の実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略することがある。
【００５６】
図７は、第３実施形態の露光装置の一例を示す概略構成図である。本例の露光装置ＥＸは、基板ステージ１、パターン生成部２、投影光学系３、本発明を適用した合焦装置４Ｃ、及び制御部５を備えている。本例の合焦装置４Ｃは、斜入射型位相差方式のＡＦによって、投影光学系３の焦点位置を露光面に合わせることが可能である。
【００５７】
合焦装置４Ｃは、ＡＦ用光源１１、コレクタレンズ１２、２４、スリット１３、２３、反射ミラー１８、２２、対物レンズ１４、１７、検出部２５、及び制御部を含んでいる。本例の合焦装置４Ｃの制御部は、露光装置ＥＸの制御部５に含まれている。
【００５８】
ＡＦ用光源１１から射出された検出光ＳＬは、コレクタレンズ１２を通ってスリット１３を均一に照明する。スリット１３を通過した検出光ＳＬは、反射ミラー１８及び対物レンズ１４を介して、基板Ｐの法線方向と交差する方向から基板Ｐ上に入射する。スリット１３の像は、対物レンズ１４で縮小され、投影光学系３の光軸が基板Ｐの表面Ｐａと交差する位置の近傍に形成される。
【００５９】
基板Ｐで反射した検出光ＳＬは、対物レンズ１７を通った後に、反射ミラー２２で反射して光路が折り曲げられ、スリット２３に入射する。スリット２３を通過した検出光ＳＬは、コレクタレンズ２４を通って検出部２５に入射する。基板Ｐ上のスリット結像位置と検出部２５の受光面は対物レンズ１７に対して共役な位置にあり、検出部２５上にスリット像が形成される。
【００６０】
検出部２５は、第１センサ２５Ａ及び第２センサ２５Ｂを含む。第１センサ２５Ａ及び第２センサ２５Ｂは、それぞれの受光面に入射した検出光ＳＬの光量を検出可能である。検出部２５は、第１センサ２５Ａの検出結果と第２センサ２５Ｂの検出結果とを独立して出力可能である。合焦装置４Ｃの制御部（制御部５）は、検出部２５から出力された信号を処理する。
【００６１】
図８（ａ）は、検出部から出力された信号を処理する信号処理部の機能ブロック図であり、図８（ｂ）は投影光学系から基板ステージまでの距離に対する判定パラメータ値の例を示す図である。
【００６２】
本例の信号処理部２６は、制御部５に含まれている。信号処理部２６は、演算回路等のハードウエアーにより実現されていてもよいし、プログラム等のソフトウエアーによって実現されていてもよい。例えば、制御部５が、ＣＰＵ及びメモリーを備えるコンピュータを利用して構成されている場合には、このコンピュータに所定の処理を実行させるプログラムを利用することによって信号処理部２６を実現可能である。
【００６３】
本例の信号処理部２６は、差算器２７、和算器２８、及び割算器２９を含んでいる。信号処理部２６は、検出部２５の出力信号を演算処理してサーボ信号を生成する。このサーボ信号に基づいて、焦点位置の検出が行われる。このサーボ信号は、基板ステージ１を駆動するときの駆動信号に利用される。
【００６４】
次に、信号処理部２６で行われる演算処理について説明する。図８（ａ）中の符号Ａは、第１センサ２５Ａの出力信号を示し、符号Ｂは第２センサ２５Ｂの出力信号を示す。差算器２７は、出力信号Ａと出力信号Ｂとの差分を演算して、演算結果（Ａ−Ｂ）を割算器２９に出力する。和算器２８は、出力信号Ａと出力信号Ｂとの和を演算して、演算結果（Ａ＋Ｂ）を割算器２９に出力する。割算器２９は、演算結果（Ａ−Ｂ）を（Ａ＋Ｂ）で割算した演算結果（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）をサーボ信号として出力する。
【００６５】
スリット１３の像が検出部２５の中心に結像するとき、第１センサ２５Ａでの受光量が第２センサ２５Ｂでの受光量とほぼ同じになる。すると、出力信号Ａが出力信号Ｂとほぼ同じになり、サーボ信号はほぼゼロになる。スリット１３の像が第１センサ２５Ａ側に偏って結像すると、出力信号Ａが出力信号Ｂよりも大きくなりサーボ信号は正になる。スリット１３の像が第２センサ２５Ｂ側に偏って結像すると、出力信号Ａが出力信号Ｂよりも小さくなり、サーボ信号が負になる。スリット１３の像が、第１センサ２５Ａ側又は第２センサ２５Ｂ側に偏る程度が顕著になるほど、サーボ信号の絶対値が大きくなる。
【００６６】
本例では、判定パラメータ値として上記の演算結果（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を用いる。本例では、基板Ｐの表面Ｐａが投影光学系３の合焦位置に位置するときに、信号処理部２６から出力されるサーボ信号がゼロになるように、合焦装置４Ｃの各構成要素の位置が設定されている。合焦処理を行うときに基板ステージ１のＺ座標を変化させると、判定パラメータ値が変化する。判定パラメータ値がゼロになるように、基板ステージ１のＺ座標を変化させることによって、投影光学系３の焦点を基板Ｐの表面Ｐａに合わせることができる。本例の合焦装置４Ｃは、上記の各実施形態と同様に、記憶部に格納された探索条件を用いて制御部５が合焦処理を実行することにより、複数の合焦位置のいずれに合焦するかを制御可能である。合焦処理は、例えば第１実施形態で説明した処理を採用可能である。
【００６７】
［第４実施形態］
第４実施形態について説明する。図９は、本実施形態のデバイス製造方法の一例を示す図である。本例では、ステップ２０１で、例えば液晶パネル等のデバイスの機能・性能設計を行う。ステップ２０２で、デバイスの設計に基づいて、マスク（レチクル）を製作する。マスクレス方式の露光装置を用いてデバイスを製造する場合には、ステップ２０２で、パターンの形状を例えば制御部の内部又は外部の記憶装置に登録する。ステップ２０３で、デバイスの基材である基板を準備しておく。ステップ２０４で、基板上にデバイスを構成する導電膜パターンや絶縁膜パターン、半導体膜パターン等の膜パターンを形成する。ステップ２０４は、基板上に膜を形成することと、この膜上にレジストパターンを形成することと、このレジストパターンをマスクにして上記膜をエッチングすることと、を含む。レジストパターンを形成するには、レジスト膜を形成することと、上記の実施形態に従って、露光光で基板を露光することにより形成予定の膜パターンに応じたパターンの像を基板上のレジスト膜に投影することと、露光されたレジスト膜を現像することと、を行う。ステップ２０５で、製造するデバイスに応じて、例えば基板をダイシングすることや、一対の基板を貼り合せるとともに一対の基板間に液晶層を形成すること等を行って、デバイスを組み立てる。ステップ２０６で、デバイスに検査等の後処理を行う。以上のようにして、デバイスを製造することができる。
【００６８】
なお、第１実施形態では、テスト基板として露光対象の基板Ｐを用いているが、基板Ｐと厚み等が異なる基板をもちいてもよい。この場合に、基板Ｐの所定の合焦位置に合焦したときの投影光学系３から基板ステージ１までの距離の推定値は、テスト基板に合焦したときの投影光学系３から基板ステージ１までの距離、テスト基板の厚み及び基板Ｐの厚みを用いて算出可能である。また、テスト基板に対する合焦結果を用いる代わりに、投影光学系３の焦点を基板ステージ１の表面に合わせたときの基板ステージ１のＺ座標を用いて、上記の推定値を求めることもできる。
また、第１実施形態では、合焦処理を行うステップＳ３とは別に予備測定を行うステップＳ１を有している例を説明したが、合焦処理を行うときに基板ステージ１のＺ座標に対する判定パラメータ値の測定を行ってもよい。
【００６９】
なお、本発明は、露光装置の他にも、光学系を介して処理対象物に光を照射する処理装置に適用可能である。このような処理装置の一例として、レーザ加工装置が挙げられる。
【００７０】
なお、本発明は、マスクレス方式の露光装置の他に、マスクと基板とを同期移動してマスクのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを一括露光し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。さらに、ステップ・アンド・リピート方式の露光において、第１パターンと基板とをほぼ静止した状態で、投影光学系を用いて第１パターンの縮小像を基板上に転写した後、第２パターンと基板とをほぼ静止した状態で、投影光学系を用いて第２パターンの縮小像を第１パターンと部分的に重ねて基板上に一括露光してもよい（スティッチ方式の一括露光装置）。また、スティッチ方式の露光装置としては、基板上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写し、基板を順次移動させるステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
【００７１】
本発明は、例えば米国特許第６６１１３１６号明細書に開示されているように、２つのパターンの像を投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置などに適用することができる。また、本発明は、プロキシミティ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナーなどにも適用することができる。
【００７２】
本発明は、複数の基板ステージと計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。
【００７３】
本発明は、基板に半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ、あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
【００７４】
本発明において、レーザ干渉計を含む干渉計システムを用いて各ステージの位置情報を計測し、その計測結果を基板の位置の管理等に用いることもできる。また、レーザ干渉計を含む干渉計システムの他に、例えば基板ステージに設けられるスケール（回折格子）を検出するエンコーダシステムを用いてもよい。
【００７５】
本発明は、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞を基板上に形成することによって、基板上にライン・アンド・スペースパターンを露光する露光装置（リソグラフィシステム）に、適用することができる。
【００７６】
上述の実施形態の露光装置ＥＸは、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００７７】
上述の各実施形態、各変形例の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した露光装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・基板ステージ（ステージ）、２・・・パターン生成部、
３・・・投影光学系（光学系）、４、４Ｂ、４Ｃ・・・合焦装置、５・・・制御部、
ＥＬ・・・露光光、ＥＸ・・・露光装置、Ｐ・・・基板（対象物）、ＳＬ・・・検出光（光）
【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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