(57)【要約】  走査露光方式で物体の露光を行う場合に、物体の表面に段差によって高さの異なる複数の領域が走査方向に非対称な分布で存在していても、その高さ分布を正確に計測できる段差計測方法である。ウエハ（Ｗ）の表面の複数のショット領域内の同一の計測点（２６Ａ，２６Ｃ）のフォーカス位置を計測して、ウエハ（Ｗ）の表面の基準面（２７）の投影光学系の像面（２８）に対する傾斜角θxgを求めた後、その傾斜角θxgを相殺するようにウエハ（Ｗ）の傾斜角を変える。その後、計測対象のショット領域（ＳＡ７）をフォーカス位置の計測点列（３２Ｃ）に対して走査することによって、ショット領域（ＳＡ７）の高さ分布（段差情報）を求める。【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の表面の段差情報を求める段差計測方法であって、
前記物体の表面の傾斜情報を求める第１工程と、
前記第１工程で求められた傾斜情報に基づいて、前記物体の傾斜角を変える第２工程と、
傾斜角を変えた前記物体を移動しながら、前記物体の表面の段差情報を求める第３工程とを有することを特徴とする段差計測方法。
【請求項２】
物体の表面の段差情報を求める段差計測方法であって、
前記物体の表面の傾斜情報を求める第１工程と、
前記物体を移動しながら、前記物体の表面の段差情報を求める第２工程と、
前記第１工程で求められた傾斜情報に基づいて前記第２工程で求められた段差情報を補正する第３工程とを有することを特徴とする段差計測方法。
【請求項３】
前記物体の表面は互いに同じ形状の多数の区画領域に区分され、
前記第１工程は、前記物体の前記多数の区画領域から選択された複数の区画領域内において、互いに同じ位置関係にある計測点の高さ情報を計測する計測工程と、該計測工程で計測された高さ情報に基づいて前記物体の表面の傾斜情報を求める演算工程とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の段差計測方法。
【請求項４】
露光ビームで第１物体を介して第２物体を照明し、前記第１物体と前記第２物体とを同期して移動することによって、前記第２物体を走査露光する露光方法において、
前記第２物体の表面の傾斜情報を求める第１工程と、
前記第１工程で求められた傾斜情報に基づいて、前記第２物体の傾斜角を変える第２工程と、
傾斜角を変えた前記第２物体を移動しながら、前記第２物体を走査露光する際に用いるための前記第２物体の表面の段差情報を求める第３工程とを有することを特徴とする露光方法。
【請求項５】
露光ビームで第１物体を介して第２物体を照明し、前記第１物体と前記第２物体とを同期して移動することによって、前記第２物体を走査露光する露光方法において、
前記第２物体の表面の傾斜情報を求める第１工程と、
前記第２物体を移動しながら、前記第２物体を走査露光する際に用いるための前記第２物体の表面の段差情報を求める第２工程と、
前記第１工程で求められた傾斜情報に基づいて前記第２工程で求められた段差情報を補正する第３工程とを有することを特徴とする露光方法。
【請求項６】
前記第２物体の表面はそれぞれ前記第１物体のパターンが転写される多数の区画領域に区分され、
前記第１工程は、前記第２物体の前記多数の区画領域から選択された複数の区画領域内において、互いに同じ位置関係にある計測点の高さ情報を計測する計測工程と、該計測工程で計測された高さ情報に基づいて前記第２物体の表面の傾斜情報を求める演算工程とを含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の露光方法。
【請求項７】
前記第１物体と前記第２物体とを同期して移動しながら、前記第２物体の表面の高さ情報を計測し、該計測される高さ情報を前記第３工程で補正された段差情報を用いて補正して得られる情報に基づいて前記第２物体の表面を前記第１物体のパターンの像面に合わせ込みつつ、前記第２物体を走査露光する第４工程をさらに有することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載に露光方法。
【請求項８】
物体の表面の段差情報を求める段差計測装置であって、
前記物体を保持して少なくとも第１方向に移動するとともに、前記物体の高さ又は傾斜角の少なくとも一方を制御するステージ装置と、
前記ステージ装置に保持された前記物体の高さ情報を計測するセンサと、
前記ステージ装置を介して前記物体を移動したときに前記センサによって計測される高さ情報に基づいて前記物体の表面の傾斜情報を求めるとともに、前記傾斜情報と、前記ステージ装置を介して前記物体を前記第１方向に移動したときに前記センサによって計測される高さ情報とに基づいて前記物体の表面の段差情報を求める演算装置とを有することを特徴とする段差計測装置。
【請求項９】
前記演算装置は、前記物体の表面の傾斜情報に基づいて前記ステージ装置を介して前記物体の傾斜角を変えた後、前記ステージ装置を介して前記物体を前記第１方向に移動したときに前記センサによって計測される高さ情報に基づいて前記物体の表面の段差情報を求めることを特徴とする請求項８に記載の段差計測装置。
【請求項１０】
前記演算装置は、前記物体の表面の傾斜情報を求めた後、前記ステージ装置を介して前記物体を前記第１方向に移動したときに前記センサによって計測される前記物体の高さ情報を前記傾斜情報で補正して前記物体の表面の段差情報を求めることを特徴とする請求項８に記載の段差計測装置。
【請求項１１】
露光ビームで第１物体を介して第２物体を照明し、前記第１物体と前記第２物体とを同期して移動することによって、前記第２物体を走査露光する露光装置において、
前記第２物体を保持して少なくとも第１方向に移動するとともに、前記第２物体の高さ又は傾斜角の少なくとも一方を制御するステージ装置と、
前記ステージ装置に保持された前記第２物体の高さ情報を計測するセンサと、
前記ステージ装置を介して前記第２物体を移動したときに前記センサによって計測される高さ情報に基づいて前記第２物体の表面の傾斜情報を求めるとともに、前記傾斜情報と、前記ステージ装置を介して前記第２物体を前記第１方向に移動したときに前記センサによって計測される高さ情報とに基づいて前記第２物体の表面の段差情報を求める演算装置とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
前記演算装置は、前記第２物体の表面の傾斜情報に基づいて前記ステージ装置を介して前記第２物体の傾斜角を変えた後、前記ステージ装置を介して前記第２物体を前記第１方向に移動したときに前記センサによって計測される高さ情報に基づいて前記第２物体の表面の段差情報を求めることを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記演算装置は、前記第２物体の表面の傾斜情報を求めた後、前記ステージ装置を介して前記第２物体を前記第１方向に移動したときに前記センサによって計測される前記第２物体の高さ情報を前記傾斜情報で補正して前記第２物体の表面の段差情報を求めることを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記第２物体の表面はそれぞれ前記第１物体のパターンが転写される多数の区画領域に区分され、
前記演算装置は、前記第２物体の前記多数の区画領域から選択された複数の区画領域内において、互いに同じ位置関係にある計測点において前記センサによって計測される高さ情報に基づいて前記第２物体の傾斜情報を求めることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１５】
露光ビームで第１物体を介して第２物体を照明し、前記第１物体と前記第２物体とを同期して移動することによって、前記第２物体を走査露光する露光装置において、
前記第２物体を保持して前記第２物体を少なくとも第１方向に移動するとともに、前記第２物体の高さ又は傾斜角の少なくとも一方を制御するステージ装置と、
前記ステージ装置に保持された前記第２物体の高さ情報を計測するセンサと、
前記第２物体の表面の傾斜情報に基づいて補正された前記第２物体の表面の段差情報を記憶する記憶装置と、
前記第２物体の走査露光中に、前記記憶装置に記憶された段差情報と前記センサで計測される高さ情報とに基づいて前記ステージ装置を駆動して前記第２物体の姿勢を制御する制御装置とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
前記第２物体の表面は、複数の互いに異なる高さの面を含み、
前記制御装置は、前記複数の互いに異なる高さの面から選択された所定の面が前記第１物体のパターンの像面に合焦されるように、前記ステージ装置を駆動して前記第２物体の姿勢を制御することを特徴とする請求項１５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、半導体ウエハやガラスプレート等の物体の表面の段差情報を求めるための段差計測技術に関し、例えば半導体素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンを基板上に転写するために用いられる走査型露光装置において、オートフォーカス方式でその基板の表面を像面に合わせ込むために使用して好適なものである。また、本発明はその段差計測技術を用いる露光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子等の一層の微細化及びチップ面積の拡大に伴って、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）と、基板としての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）とを投影光学系に対して同期して移動することにより、レチクルのパターンをウエハ上の各ショット領域に転写するスキャニングステッパー等の走査露光方式の投影露光装置（走査型露光装置）が使用されるようになっている。走査型露光装置においては、露光対象のウエハ上の個々のショット領域が大面積であるとともに、レチクルパターンの像が投影されるスリット状の露光領域に対してウエハが連続的に走査される。そのため、その露光領域内のみでウエハの表面（ウエハ面）のフォーカス位置（投影光学系の光軸方向の位置）を計測して、オートフォーカス方式でウエハ面を投影光学系の像面に合わせ込むのでは、ウエハ面の段差（凹凸）の変化に対してステージ側が十分に追従できないために、部分的にデフォーカスが発生する恐れがある。そこで、走査型露光装置では、その露光領域内の所定の計測点の他に、その露光領域に対して走査方向の手前側の領域（先読み領域）内でもウエハ面のフォーカス位置を先読みし、これらのフォーカス位置の計測結果に基づいてウエハ面を像面に合わせ込む方式が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。【０００３】
また、半導体素子等の製造に際してはスループットを高めることも求められており、走査型露光装置におけるレチクル及びウエハの走査速度は次第に高速化されている。そのため、単に走査露光時に先読み領域及び露光領域内で計測されるフォーカス位置を用いてステージを駆動するのでは、ウエハ面の段差が大きいような場合に、部分的にデフォーカスが発生する恐れがある。更に、ウエハ上の個々のショット領域が段差によって高さの異なる複数の領域（以下、「部分ショット」と呼ぶ）に分割されている場合に、その複数の部分ショットのうちの１つの部分ショットのみに選択的に露光を行うような露光工程も考えられる。このような露光工程では、露光対象の部分ショット以外の領域で計測されるフォーカス位置に対しては、オフセット補正を行うことが望ましい。そこで、例えば走査露光前に、ウエハを単独で走査してその先読み領域及び露光領域内の所定の計測点でフォーカス位置を計測することによって、ウエハ上のショット領域内の段差による高さ分布（凹凸分布）の情報（ショット・トポグラフィ）を求め、この情報に基づいて走査露光時に計測されるフォーカス位置を補正することも提案されている。
【特許文献１】特開平１０−２７０３００号公報
【特許文献２】米国特許第６０９０５１０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の如く、走査型露光装置においては、走査露光前に予めウエハを単独で走査することによって個々のショット領域の高さ分布の情報を求め、走査露光時にその情報を用いることが提案されている。この場合、従来の高さ分布の情報は、例えば一つのショット領域の高さ方向における平均的な面を基準面に設定し、その基準面に対する各部分ショットのフォーカス位置の差分の情報であった。そのため、例えばショット領域内に偏在している（走査方向に対して非対称な領域に位置している）とともに、他の領域と高さの異なる部分ショットに選択的にレチクルパターンを露光するような場合に、その予め求めてある高さ分布の情報を用いて、走査露光時に計測されるフォーカス位置を補正しても、その部分ショットの表面が投影光学系の像面に対して傾斜した状態で露光が行われる恐れがあった。このように露光対象の部分ショットの表面と投影光学系の像面とが傾斜していると、スリット状の露光領域内の端部がデフォーカス状態となるため、特に高い解像度が要求されるパターンを転写する場合には、その部分ショット全体でのパターンの線幅一様性等が低下する恐れがある。【０００５】
また、従来の高さ分布の情報は、例えば一つのショット領域内の最も広い部分ショットを基準面として求められることもあった。しかしながら、この場合には、例えば一つのショット領域内で段差が微小間隔で複雑に大きく変化して、高さの異なる多数の小さい部分ショットが散在するような状態では、その基準面の決定が困難であった。
本発明は斯かる点に鑑み、ウエハ等の物体の表面に段差によって高さの異なる領域が非対称な分布で存在していても、その表面の高さの分布を正確に計測できる段差計測技術を提供することを第１の目的とする。【０００６】
また、本発明は、例えば走査露光方式で物体の露光を行う場合に、物体の表面に段差によって高さの異なる複数の領域が走査方向に非対称な分布で存在していても、その高さの分布を正確に計測できる露光技術を提供することを第２の目的とする。
更に本発明は、その物体の表面の高さの異なる複数の領域中の任意の領域をオートフォーカス方式で高精度に像面に合わせ込んで、その物体の走査露光を行うことができる露光技術を提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の本発明の各要素に付した括弧付き符号は、後述の本発明の実施形態の構成に対応するものである。しかしながら、各符号はその要素の例示に過ぎず、各要素をその実施形態の構成に限定するものではない。
本発明による第１の段差計測方法は、物体（Ｗ）の表面の段差情報を求める段差計測方法であって、その物体の表面の傾斜情報を求める第１工程（ステップ１０１，１０２）と、その第１工程で求められた傾斜情報に基づいて、その物体の傾斜角を変える第２工程（ステップ１０３）と、傾斜角を変えたその物体を移動しながら、その物体の表面の段差情報を求める第３工程（ステップ１０６）とを有するものである。【０００８】
斯かる本発明によれば、例えばその物体の表面の平均的な面の傾斜角の情報が求められる。次に、例えばその物体の移動方向に対してその表面が全体として平行になるように、その物体の傾斜角が変えられる。その後、その移動方向にその物体を移動して得られるその物体の表面の段差情報は、その表面の平均的な面を基準面とした高さ分布の情報となる。従って、その物体の表面に高さの異なる領域がその移動方向に対して非対称な分布で存在していても、その表面の局所的な傾斜に影響されることなく、その表面の高さの分布（凹凸の分布）を正確に計測できる。【０００９】
また、本発明による第２の段差計測方法は、物体（Ｗ）の表面の段差情報を求める段差計測方法であって、その物体の表面の傾斜情報を求める第１工程（ステップ１０１，１０２）と、その物体を移動しながら、その物体の表面の段差情報を求める第２工程（ステップ１０６）と、その第１工程で求められた傾斜情報に基づいてその第２工程で求められた段差情報を補正する第３工程（ステップ１０９Ａ）とを有するものである。【００１０】
この発明においては、例えばその物体の表面の平均的な面の傾斜角の情報が求められた後、その物体の傾斜角を変えることなく、その物体の表面の段差情報が求められる。その後、その段差情報をその表面の平均的な面を基準面とした高さ分布の情報になるように補正することによって、その表面の局所的な傾斜に影響されることなく、その表面の高さの分布を正確に計測できる。【００１１】
これらの本発明において、その物体の表面が互いに同じ形状の多数の区画領域（ＳＡｉ）に区分されている場合、その第１工程は、その物体のその多数の区画領域から選択された複数の区画領域内において、互いに同じ位置関係にある計測点（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ）の高さ情報を計測する計測工程と、この計測工程で計測された高さ情報に基づいてその物体の表面の傾斜情報を求める演算工程とを含んでもよい。これによって、その物体の表面の局所的な傾斜に影響されることなく、その物体の表面の平均的な面の傾斜角の情報を正確に求めることができる。【００１２】
次に、本発明による第１の露光方法は、露光ビームで第１物体（Ｒ）を介して第２物体（Ｗ）を照明し、その第１物体とその第２物体とを同期して移動することによって、その第２物体を走査露光する露光方法において、その第２物体の表面の傾斜情報を求める第１工程（ステップ１０１，１０２）と、その第１工程で求められた傾斜情報に基づいて、その第２物体の傾斜角を変える第２工程（ステップ１０３）と、傾斜角を変えたその第２物体を移動しながら、その第２物体を走査露光する際に用いるためのその第２物体の表面の段差情報を求める第３工程（ステップ１０６）とを有するものである。【００１３】
本発明によれば、その第３工程で求められる段差情報は、例えばその第２物体の表面の平均的な面を基準面とした高さ分布の情報である。従って、走査露光方式で第２物体の露光を行う場合に、その第２物体の表面に高さの異なる複数の領域が走査方向に非対称な分布で存在していても、その表面の局所的な傾斜に影響されることなく、その高さの分布を正確に計測できる。【００１４】
また、本発明による第２の露光方法は、露光ビームで第１物体（Ｒ）を介して第２物体（Ｗ）を照明し、その第１物体とその第２物体とを同期して移動することによって、その第２物体を走査露光する露光方法において、その第２物体の表面の傾斜情報を求める第１工程（ステップ１０１，１０２）と、その第２物体を移動しながら、その第２物体を走査露光する際に用いるためのその第２物体の表面の段差情報を求める第２工程（ステップ１０６）と、その第１工程で求められた傾斜情報に基づいてその第２工程で求められた段差情報を補正する第３工程（ステップ１０９Ａ）とを有するものである。【００１５】
本発明によれば、その第３工程において、その第２工程で求められた段差情報が、例えばその第２物体の表面の平均的な面を基準面とした高さ分布の情報になるように補正される。従って、その第２物体の表面の局所的な傾斜に影響されることなく、その第２物体の高さの分布を正確に計測できる。
本発明の露光方法において、一例としてその第２物体の表面はそれぞれその第１物体のパターンが転写される多数の区画領域（ＳＡｉ）に区分され、その第１工程は、その第２物体のその多数の区画領域から選択された複数の区画領域内において、互いに同じ位置関係にある計測点（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ）の高さ情報を計測する計測工程と、この計測工程で計測された高さ情報に基づいてその第２物体の表面の傾斜情報を求める演算工程とを含むものである。これによって、その第２物体の表面の平均的な面の傾斜角の情報を正確に求めることができる。【００１６】
また、その第１物体とその第２物体とを同期して移動しながら、その第２物体の表面の高さ情報を計測し、この計測される高さ情報をその第３工程で補正された段差情報を用いて補正して得られる情報に基づいてその第２物体の表面をその第１物体のパターンの像面に合わせ込みつつ、その第２物体を走査露光する第４工程（ステップ１１３，１１４，１１５）をさらに有してもよい。これによって、その第２物体の表面の各区画領域に高さの異なる複数の領域が存在する場合に、その複数の領域中の任意の領域をオートフォーカス方式で高精度に像面に合わせ込んで、その第２物体の走査露光を行うことができる。この結果、その第２物体上の各区画領域の全面において、転写されるパターンの寸法及び線幅の一様性を向上できる。【００１７】
次に、本発明による段差計測装置は、物体（Ｗ）の表面の段差情報を求める段差計測装置であって、その物体を保持して少なくとも第１方向に移動するとともに、その物体の高さ又は傾斜角の少なくとも一方を制御するステージ装置（ＷＳＴ）と、そのステージ装置に保持されたその物体の高さ情報を計測するセンサ（１９Ａ，１９Ｂ）と、そのステージ装置を介してその物体を移動したときにそのセンサによって計測される高さ情報に基づいてその物体の表面の傾斜情報を求めるとともに、その傾斜情報と、そのステージ装置を介してその物体をその第１方向に移動したときにそのセンサによって計測される高さ情報とに基づいてその物体の表面の段差情報を求める演算装置（８）とを有するものである。この発明によれば、本発明の段差計測方法を使用することができる。【００１８】
この場合、その演算装置は、一例としてその物体の表面の傾斜情報に基づいてそのステージ装置を介してその物体の傾斜角を変えた後、そのステージ装置を介してその物体をその第１方向に移動したときにそのセンサによって計測される高さ情報に基づいてその物体の表面の段差情報を求めるものである。
また、その演算装置は、別の例としてその物体の表面の傾斜情報を求めた後、そのステージ装置を介してその物体をその第１方向に移動したときにそのセンサによって計測されるその物体の高さ情報をその傾斜情報で補正してその物体の表面の段差情報を求めるものである。【００１９】
また、本発明による第１の露光装置は、露光ビームで第１物体（Ｒ）を介して第２物体（Ｗ）を照明し、その第１物体とその第２物体とを同期して移動することによって、その第２物体を走査露光する露光装置において、その第２物体を保持して少なくとも第１方向に移動するとともに、その第２物体の高さ又は傾斜角の少なくとも一方を制御するステージ装置（ＷＳＴ）と、そのステージ装置に保持されたその第２物体の高さ情報を計測するセンサ（１９Ａ，１９Ｂ）と、そのステージ装置を介してその第２物体を移動したときにそのセンサによって計測される高さ情報に基づいてその第２物体の表面の傾斜情報を求めるとともに、その傾斜情報と、そのステージ装置を介してその第２物体をその第１方向に移動したときにそのセンサによって計測される高さ情報とに基づいてその第２物体の表面の段差情報を求める演算装置（８）とを有するものである。この発明によれば、本発明の露光方法を使用できる。【００２０】
この場合、その演算装置は、一例としてその第２物体の表面の傾斜情報に基づいてそのステージ装置を介してその第２物体の傾斜角を変えた後、そのステージ装置を介してその第２物体をその第１方向に移動したときにそのセンサによって計測される高さ情報に基づいてその第２物体の表面の段差情報を求めるものである。
また、その演算装置は、別の例としてその第２物体の表面の傾斜情報を求めた後、そのステージ装置を介してその第２物体をその第１方向に移動したときにそのセンサによって計測されるその第２物体の高さ情報をその傾斜情報で補正してその第２物体の表面の段差情報を求めるものである。【００２１】
また、その第２物体の表面がそれぞれその第１物体のパターンが転写される多数の区画領域（ＳＡｉ）に区分されている場合、その演算装置は、その第２物体のその多数の区画領域から選択された複数の区画領域内において、互いに同じ位置関係にある計測点（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ）においてそのセンサによって計測される高さ情報に基づいてその第２物体の傾斜情報を求めてもよい。【００２２】
また、本発明による第２の露光装置は、露光ビームで第１物体（Ｒ）を介して第２物体（Ｗ）を照明し、その第１物体とその第２物体とを同期して移動することによって、その第２物体を走査露光する露光装置において、その第２物体を保持してその第２物体を少なくとも第１方向に移動するとともに、その第２物体の高さ又は傾斜角の少なくとも一方を制御するステージ装置（ＷＳＴ）と、そのステージ装置に保持されたその第２物体の高さ情報を計測するセンサ（１９Ａ，１９Ｂ）と、その第２物体の表面の傾斜情報に基づいて補正されたその第２物体の表面の段差情報を記憶する記憶装置（２２）と、その第２物体の走査露光中に、その記憶装置に記憶された段差情報とそのセンサで計測される高さ情報とに基づいてそのステージ装置を駆動してその第２物体の姿勢を制御する制御装置（８）とを有するものである。【００２３】
この発明によれば、その記憶装置に記憶されている段差情報を用いることで、その第２物体の表面をオートフォーカス方式で高精度に像面に合わせ込んで、その第２物体の走査露光を行うことができる。
また、一例として、その第２物体の表面は、複数の互いに異なる高さの面（２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ）を含み、その制御装置は、その複数の互いに異なる高さの面から選択された所定の面がその第１物体のパターンの像面に合焦されるように、そのステージ装置を駆動してその第２物体の姿勢を制御するものである。これによって、その複数の面のうちの任意の面をオートフォーカス方式で像面に合わせ込むことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、物体又は第２物体の表面に段差によって高さの異なる領域が非対称な分布で存在していても、その表面の高さの分布を正確に計測することができる。
また、本発明の露光方法及び装置によれば、走査露光方式で物体の露光を行う場合に、第２物体の表面に段差によって高さの異なる複数の領域が走査方向に非対称な分布で存在していても、その高さの分布を正確に計測することができる。
さらに、その段差の計測情報を用いてステージ装置を駆動することによって、その第２物体の表面の高さの異なる複数の領域中の任意の領域をオートフォーカス方式で高精度に像面に合わせ込んで、その第２物体の走査露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態の投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の投影露光装置のウエハテーブル１１の座標計測系及び多点ＡＦセンサを示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のフォーカス位置の計測点の配置の一例を示す図である。
【図４】その第１の実施形態のフォーカス位置の計測点の配置の他の例を示す図である。
【図５】その第１の実施形態で露光されるウエハのショット配列を示す平面図である。
【図６】（Ａ）は図５のウエハの計測点２６Ａ及び２６Ｃを通る直線に沿う拡大断面図、（Ｂ）は図６（Ａ）のウエハをグローバル傾斜角を相殺するように傾斜した状態を示す図、（Ｃ）は図６（Ｂ）の一部を拡大した図、（Ｄ）はその第１の実施形態で得られる補正マップＣＺ１（ｍ，ｎ）を示す図、（Ｅ）はその第１の実施形態で得られる補正マップＣＺ２（ｍ，ｎ）を示す図である。
【図７】（Ａ）は本発明の第２の実施形態において、高さ分布計測時のショット領域ＳＡ７の傾斜状態を示す拡大断面図、（Ｂ）はその第２の実施形態で得られる補正マップＣＺ１（ｍ，ｎ）を示す図、（Ｃ）はその第２の実施形態で得られる補正マップＣＺ２（ｍ，ｎ）を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の露光動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】その第１の実施形態におけるウエハＷに対する露光動作の説明に供する平面図である。
【図１０】ウエハ上のショット領域ＳＡｉの高さ分布を示す拡大斜視図である。
【図１１】ウエハ上のショット領域ＳＡｉの部分ショットが像面に対して傾斜している状態を示す拡大斜視図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の露光動作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ系、３…露光領域、４…レチクルステージ、８…主制御系、１１…ウエハテーブル、１２Ａ〜１２Ｃ…Ｚ駆動部、１３…ＸＹステージ、１９Ａ…多点ＡＦセンサの照射光学系、１９Ｂ…多点ＡＦセンサの受光光学系、２１Ａ，２１Ｂ…先読み領域、２２…記憶装置、２７…基準面、２８…像面、２９Ａ〜２９Ｃ…部分ショット、３１…計測点、３２Ａ〜３２Ｅ…計測点列、ＳＡｉ…ショット領域
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図１〜図１１を参照して説明する。本例は、スキャニングステッパーよりなる走査露光方式の投影露光装置（走査型露光装置）で露光を行う場合に本発明を適用したものである。
図１は、本例の投影露光装置を示し、この図１において、不図示の露光光源として、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光源、Ｆ2 レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、ＹＡＧレーザやその他の固体レーザ（半導体レーザ等）の高調波発生装置、又は水銀ランプ等を使用することができる。露光時には、その露光光源からの露光ビームとしての露光光ＩＬは、照明光学系１を介してマスクとしてのレチクルＲのパターン面（下面）の照明領域２を均一な照度分布で照明する。照明光学系１は、光量制御部、フライアイレンズ等のオプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザ）、開口絞り、視野絞り、及びコンデンサレンズ等を含んで構成されている。【００２８】
露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域２内のパターンの像が投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは１／４，１／５等）で、基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷ上の露光領域３内に投影露光される。レチクルＲ及びウエハＷはそれぞれ第１物体及び第２物体（又は単に物体）とみなすこともできる。ウエハＷは例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の直径が２００〜３００ｍｍ程度の円板状の基板である。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、その光軸ＡＸに垂直な平面内で図１の紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行にＹ軸を取って説明する。本例の走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向は、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）であり、レチクルＲの照明領域２及びウエハＷ上の露光領域３はそれぞれ走査方向に垂直な非走査方向であるＸ軸に平行な方向（Ｘ方向）に細長い長方形の領域である。【００２９】
先ず、レチクルＲはレチクルステージ４上に真空吸着等によって保持され、レチクルステージ４はエアーベアリングを介してレチクルベース５上に載置されている。レチクルステージ４は、リニアモータ等を含む駆動系９によってレチクルベース５上をＹ方向（走査方向）に連続移動すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の周りの回転方向に微動してレチクルＲの位置の微調整を行う。レチクルステージ４上の移動鏡６、及び外部のレーザ干渉計７によりレチクルステージ４（レチクルＲ）の２次元的な位置が計測され、この計測値が装置全体の動作を統轄制御するコンピュータを含む主制御系８中のステージ制御部に供給される。そのステージ制御部は、その計測値に基づいて駆動系９を介してレチクルステージ４の位置や移動速度を制御する。レチクルステージ４、レチクルベース５、移動鏡６、及び駆動系９を含んでレチクルステージ系ＲＳＴが構成されている。【００３０】
一方、ウエハＷは、ウエハホルダ１０を介して真空吸着等によってウエハテーブル１１（試料台）上に保持され、ウエハテーブル１１は３個のＺ方向に所定範囲内で駆動可能なのＺ駆動部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを介してＸＹステージ１３上に固定されている。Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃとしては、例えばボイスコイルモータ方式の駆動機構や圧電素子等を用いた伸縮機構等を使用できる。Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃの駆動は主制御系８内のオートフォーカス制御部によって制御され、Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃを同じ量だけ駆動することによって、ウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）の制御が行われ、Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃを異なる量だけ駆動することによって、ウエハＷのＸ軸及びＹ軸の周りの傾斜角の制御（レベリング）が行われる。この際に、後述のオートフォーカスセンサによって計測されるウエハＷの表面のフォーカス位置の情報が用いられる。ウエハＷの表面がほぼ平面である場合には、その表面が投影光学系ＰＬの像面に所定の許容範囲内で合致するように、オートフォーカス方式でＺ駆動部１２Ａ〜１２Ｃが駆動される。そのウエハＷの表面に段差がある場合の制御方法の一例については後述する。【００３１】
また、ＸＹステージ１３は、定盤よりなるウエハベース１４の上面（以下、「ガイド面」と呼ぶ）１４ａにエアーベアリングを介して載置されている。ＸＹステージ１３は、リニアモータ等を含む駆動系２０によってそのガイド面１４ａ上をＹ方向に連続移動することができるとともに、Ｘ方向及びＹ方向にステップ移動することができる。
そのウエハテーブル１１（ＸＹステージ１３）の座標計測を行うために、ウエハテーブル１１の上端にＸ軸にほぼ垂直な反射面を有するＸ軸の移動鏡１５Ｘ（図２参照）及びＹ軸にほぼ垂直な反射面を有するＹ軸の移動鏡１５Ｙが固定されている。なお、移動鏡１５Ｘ，１５Ｙの代わりに、ウエハテーブル１１の側面に形成した反射面を用いることもできる。【００３２】
図２は、ウエハテーブル１１の座標計測システムを示し、この図２において、Ｙ軸の２軸のレーザ干渉計１６ＹよりＹ軸の移動鏡１５Ｙに対して、Ｚ方向に間隔Ｄで２本の計測用のレーザビーム１７Ｙ，１８ＹがＹ軸に沿って平行に照射され、移動鏡１５Ｙで反射されたレーザビーム１７Ｙ，１８Ｙがレーザ干渉計１６Ｙに戻されている。レーザ干渉計１６Ｙでは、戻されたレーザビーム１７Ｙ，１８Ｙとそれぞれ対応する投影光学系ＰＬの側面の参照鏡（不図示）で反射されたレーザビームとの干渉光を光電検出することによって、移動鏡１５Ｙの２箇所でのＹ座標Ｙ１，Ｙ２を検出する。これらのＹ座標Ｙ１，Ｙ２は図１の主制御系８内のステージ制御系に供給されている。そのステージ制御系は、例えばそれら２つのＹ座標Ｙ１，Ｙ２の平均値を移動鏡１５Ｙ、ひいてはウエハテーブル１１のＹ座標として、また、それら２つのＹ座標Ｙ１，Ｙ２の差分からウエハテーブル１１のＸ軸の周りの回転角（ピッチング）を求める。【００３３】
また、図２において、Ｘ軸の２軸のレーザ干渉計１６Ｘ１よりＸ軸の移動鏡１５Ｘに対して、Ｚ方向に間隔Ｄで２本の計測用のレーザビーム１７Ｘ１，１８ＸがＸ軸に沿って平行に照射され、移動鏡１５Ｘで反射されたレーザビーム１７Ｘ１，１８Ｘがレーザ干渉計１６Ｘ１に戻されている。レーザ干渉計１６Ｘ１では、戻されたレーザビーム１７Ｘ１，１８Ｘとそれぞれ対応する投影光学系ＰＬの側面の参照鏡（不図示）で反射されたレーザビームとの干渉光を光電検出することによって、移動鏡１５Ｘの２箇所のＸ座標Ｘ１，Ｘ２を検出する。更に、Ｘ軸の別のレーザ干渉計１６Ｘ２より移動鏡１５Ｘに対して、レーザビーム１７Ｘ１にＹ方向に所定間隔でＸ軸に平行にレーザビーム１７Ｘ２が照射され、このレーザビーム１７Ｘ２の照射点でも移動鏡１５ＸのＸ座標Ｘ３が計測されている。これらのＸ座標Ｘ１〜Ｘ３は図１の主制御系８内のステージ制御系に供給され、そのステージ制御系は、例えばＸ座標Ｘ１，Ｘ２の平均値を移動鏡１５Ｘ、ひいてはウエハテーブル１１のＸ座標とする。更にステージ制御系は、Ｘ座標Ｘ１，Ｘ２の差分よりウエハテーブル１１のＹ軸の周りの回転角（ローリング）を算出し、Ｘ座標Ｘ１，Ｘ３の差分よりウエハテーブル１１のＺ軸の周りの回転角（ヨーイング）を算出する。【００３４】
本例では、Ｘ軸のレーザビーム１７Ｘ１，１８Ｘの延長線上、及びＹ軸のレーザビーム１７Ｙ，１８Ｙの延長線上に投影光学系ＰＬの光軸ＡＸがあり、計測されるウエハテーブル１１のＸ座標及びＹ座標には、アッベ誤差が生じないように構成されている。
図１に戻り、主制御系８内のステージ制御系は、図２のレーザ干渉計１６Ｘ１，１６Ｘ２，１６Ｙを介して計測されるウエハテーブル１１の位置に基づいて駆動系２０を介してＸＹステージ１３の移動速度や位置決め動作を制御する。その際に、一例として上記のピッチング、ローリング、及びヨーイングが所定の許容範囲内に収まるようにＸＹステージ１３が駆動される。ウエハホルダ１０、ウエハテーブル１１、移動鏡１５Ｘ，１５Ｙ、Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃ、ＸＹステージ１３、ウエハベース１４、及び駆動系２０を含んでウエハステージ系ＷＳＴが構成されている。ウエハステージ系ＷＳＴが、ウエハＷ（第２物体）を保持して移動するステージ装置に対応している。【００３５】
また、主制御系８には、各種露光データ等を記憶するための磁気ディスク装置等の記憶装置２２も接続されている。さらに、投影光学系ＰＬの側面には、ウエハＷ上の各ショット領域に付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置情報を検出するために、画像処理方式でオフアクシス方式のアライメントセンサ２３が配置されている。アライメントセンサ２３で検出される位置情報は主制御系８内のアライメント制御部に供給され、アライメント制御部はその位置情報に基づいてウエハＷ上の各ショット領域の配列座標を求める。また、レチクルステージ４の上方には、レチクルＲのアライメントマークと対応するウエハテーブル１１上の基準マーク（不図示）との位置関係を計測するためのレチクルアライメント顕微鏡（不図示）が配置されている。そのレチクルアライメント顕微鏡の検出情報も主制御系８内のアライメント制御部に供給され、アライメント制御部はそれらの情報に基づいてレチクルＲ及びウエハＷのアライメントを行う。【００３６】
露光時には、先ずレチクルＲ及びウエハＷのアライメントが行われた後、ウエハＷの表面の高さ分布（段差情報）の計測（詳細後述）が行われる。その後、ＸＹステージ１３を駆動してウエハＷ（ウエハテーブル１１）をＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作と、レチクルステージ４を介してレチクルＲを露光光ＩＬの照明領域２に対してＹ方向に速度ＶＲで走査するのと同期して、ＸＹステージ１３を介してウエハＷ上の一つのショット領域（区画領域）を露光領域３に対してＹ方向に速度β・ＶＲ（βは、投影光学系の投影倍率）で走査する走査露光動作とが繰り返される。このようにステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。【００３７】
さて、上述のようにウエハＷの走査露光時には、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合わせ込まれる（合焦される）ように、主制御系８内のオートフォーカス制御部がオートフォーカス方式でＺ駆動部１２Ａ〜１２Ｃを駆動する。このため、本例の図１の投影露光装置には、ウエハＷの表面のフォーカス位置（Ｚ方向の位置又は高さ）を計測するための光学式で斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（以下、「多点ＡＦセンサ」と呼ぶ）（１９Ａ，１９Ｂ）が備えられている。この多点ＡＦセンサ（１９Ａ，１９Ｂ）が、ウエハＷ（第２物体）の高さ情報を計測するセンサに対応している。【００３８】
図１において、多点ＡＦセンサ（１９Ａ，１９Ｂ）は照射光学系１９Ａ及び受光光学系１９Ｂより構成されている。そして、照射光学系１９Ａよりフォトレジストに対して非感光性の検出光ＤＬのもとで、複数のスリット像が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対して斜めにウエハＷ上の複数の計測点に投影される。図２に示すように、それらの計測点は、露光領域３の内部、露光領域３の中心に対して＋Ｙ方向に間隔Ｌだけ離れた先読み領域２１Ａ、及び露光領域３の中心に対して−Ｙ方向に間隔Ｌだけ離れた先読み領域２１Ｂ内に設定されている。【００３９】
図１に戻り、それらの計測点からの反射光が、受光光学系１９Ｂ内で例えば振動スリット板を介して複数の光電変換素子上に、計測点に対応するスリット像を再結像する。これらの光電変換素子からの検出信号を、例えばその振動スリット板の駆動信号で同期整流することによって、対応する計測点のフォーカス位置に所定範囲でほぼ比例して変化するフォーカス信号が生成され、これらのフォーカス信号が主制御系８内のオートフォーカス制御部に供給されている。本例では、露光領域３内の計測点に対応する各フォーカス信号は、予め対応する計測点が投影光学系ＰＬの像面（ベストフォーカス位置）に合致しているときに０になるようにキャリブレーションが行われており、主制御系８内のオートフォーカス制御部は、各フォーカス信号から対応する計測点での像面からのＺ方向へのデフォーカス量を求めることができる。なお、斜入射方式の多点ＡＦセンサ（１９Ａ，１９Ｂ）の具体的な構成例は、例えば特開平１０−２７０３００号公報（対応する米国特許第６０９０５１０号明細書）に開示されている。【００４０】
図３（Ａ）は、本例の多点ＡＦセンサ（１９Ａ，１９Ｂ）によるフォーカス位置の計測点３１の配置の一例を示し、この図３（Ａ）において、露光領域３の内部にそれぞれＸ方向に一定ピッチで配列された９個の計測点３１よりなり、Ｙ方向に等間隔で配置された３列の計測点列３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄが設定され、中央の計測点列３２Ｃが図１の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通過している。また、露光領域３に対して＋Ｙ方向の先読み領域２１Ａ内にＸ方向に一定ピッチで配列された９個の計測点３１よりなる計測点列３２Ａが設定され、露光領域３に対して−Ｙ方向の先読み領域２１Ｂ内にもＸ方向に一定ピッチで配列された９個の計測点３１よりなる計測点列３２Ｅが設定されている。中央の計測点列３２Ｃに対してＹ方向（走査方向）の両端の計測点列３２Ａ及び３２Ｅの間隔がそれぞれＬに設定されている。これらの９行×５列の計測点３１にそれぞれ図１の多点ＡＦセンサ（１９Ａ，１９Ｂ）からスリット像が投影されて、各計測点３１のフォーカス位置がそれぞれ所定のサンプリングレートで計測されている。なお、計測点３１の個数及び配列は任意である。【００４１】
この場合、図２において、露光領域３に対してウエハＷを−Ｙ方向に移動して走査露光を行うものとすると、図１の主制御系８内のオートフォーカス制御部では、ウエハＷのＹ方向の位置と、露光領域３及び＋Ｙ方向側の先読み領域２１Ａ内の計測点におけるフォーカス位置の情報と、予め求められているフォーカス位置の補正マップ（詳細後述）とを用いて、露光領域３内のウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むための、ウエハＷのフォーカス位置ＺＷ、ウエハＷのＸ軸の周りの傾斜角ΦＸ、及びＹ軸の周りの傾斜角ΦＹを所定レートで算出し、これらの値より図１のＺ駆動部１２Ａ〜１２Ｃの変位量を設定する。この際に、一例として先読み領域２１Ａ内で計測されるフォーカス位置に基づいてウエハＷのフォーカス位置及び傾斜角が予め設定され、露光領域３内で計測されるフォーカス位置に基づいて追従制御によってそれらのフォーカス位置及び傾斜角が補正されるため、ウエハＷの表面の像面に対する追従精度が向上する。【００４２】
一方、図２において露光領域３に対してウエハＷを＋Ｙ方向に移動して走査露光を行う際には、露光領域３内の計測点でのフォーカス位置と共に、−Ｙ方向側の先読み領域２１Ｂ内の計測点におけるフォーカス位置を連続的に検出することによって、オートフォーカス方式でウエハＷの表面が像面に合わせ込まれる。また、本例では後述のように予めウエハＷの表面の高さ分布（段差情報）を求めておくが、その際にはウエハＷを＋Ｙ方向又は−Ｙ方向に移動した状態で、一例として図３（Ａ）の露光領域３の中央の計測点列３２Ｃの計測点のみでウエハＷのフォーカス位置を計測してもよい。そして、走査露光時には、ウエハＷを−Ｙ方向に走査する際には、図３（Ｂ）に示すように、＋Ｙ方向の先読み領域２１Ａ内の計測点列３２Ａ及び露光領域３の＋Ｙ方向の計測点列３２Ｂの計測点３１のみでウエハＷのフォーカス位置を計測してもよい。この場合には、ウエハＷを＋Ｙ方向に走査する際には、図３（Ｂ）に示すように、−Ｙ方向の先読み領域２１Ｂ内の計測点列３２Ｅ及び露光領域３の−Ｙ方向の計測点列３２Ｄの計測点３１のみでウエハＷのフォーカス位置が計測される。これによって、全部の計測点３１のフォーカス位置を用いる場合に比べて、オートフォーカス時の追従精度を殆ど劣化させることなく、演算処理を容易に行うことができる。【００４３】
なお、本例のように予めウエハＷの表面の高さ分布を求めておく場合には、先読み領域２１Ａ，２１Ｂを必ずしも設けなくともよい。逆に、先読み領域２１Ａ，２１Ｂのみでフォーカス位置を計測して、露光領域３内ではフォーカス位置を計測しないようにすることも可能である。また、計測点列３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄのうち、少なくとも１列の計測点でフォーカス位置を計測してもよい。
次に、ウエハＷ上の各ショット領域にそれまでのデバイス製造工程によって複数の段差が生じ、各ショット領域内の高さが異なる領域（部分ショット）の分布がＹ方向（走査方向）に偏って非対称になっている場合に、オートフォーカス方式で各ショット領域内の所定の高さの部分ショットを投影光学系ＰＬの像面に合わせ込んで露光を行う場合の露光工程の一例につき説明する。この露光工程は、例えば各ショット領域内の所定の部分ショットにコンタクトホールのような微細なパターンの像を露光するような場合に必要となる。【００４４】
図５はそのようなウエハＷの一例を示し、この図５において、ウエハＷの表面は、Ｘ方向及びＹ方向に所定ピッチで多数の区画領域としてのショット領域ＳＡ１〜ＳＡ３１に分割されている。ウエハＷは、例えば露光対象の１ロットのウエハの先頭のウエハである。なお、図５ではショット領域の個数は３１であるが、その個数及び配列ピッチは任意である。ウエハＷ上のｉ番目のショット領域をＳＡｉ（ｉ＝１〜３１）とすると、各ショット領域ＳＡｉにはそれまでのデバイス製造工程によって、Ｘ軸のウエハマーク２５Ｘ及びＹ軸のウエハマーク２５Ｙが形成されるとともに、互いに同一の所定の回路パターンが形成されている。このため、各ショット領域ＳＡｉ内の段差による高さ分布（凹凸分布）も互いに同一である。なお、ウエハＷの表面は実際にはフォトレジスト層（不図示）で覆われている。【００４５】
図１０は、ウエハＷ上のショット領域ＳＡｉの表面の段差の一例を示す拡大斜視図であり、この図１０において、ショット領域ＳＡｉの表面は、複数の段差によってＹ方向（走査方向）に部分ショット２９Ｄ〜２９Ｆ，２９Ａ，２９Ｇ，２９Ｈ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｉに分かれている。これらの部分ショットのうち、面積の大部分を占める３個の部分ショット２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃのフォーカス位置（Ｚ方向の位置、即ち高さ）は次第に高くなっており、高さ分布は走査方向に対して偏っている。従って、部分ショット２９Ａ〜２９Ｃの面がほぼＺ軸に垂直であるとすると、ショット領域ＳＡｉの平均的な面は、図１１に示すように、部分ショット２９Ａ〜２９Ｃに平行な面に対してＸ軸の周りに傾斜した面となる。このとき、例えば最も低い部分ショット２９Ａに微細なパターンの像を転写するものとすると、走査露光時にオートフォーカス方式で部分ショット２９Ａと図１の投影光学系ＰＬの像面２８とを平行にすることが望ましい。そのためには、予めショット領域ＳＡｉの表面の高さ分布（凹凸分布）の情報を計測しておく必要がある。さらに、その計測に際しては、ウエハＷに関して高さの基準となる基準面を定める必要がある。【００４６】
以下、本例の露光工程の一例につき図８のフローチャートを参照して説明する。先ずフォーカス位置の補正マップの計測が開始される。即ち、図８のステップ１０１において、図５のウエハＷが図１の投影露光装置のウエハテーブル１１上にウエハホルダ１０を介してロードされる。以下の動作は主制御系８内の露光制御部が統轄的に制御する。その後、アライメントセンサ２３を用いてウエハＷ上の例えば８個程度のショット領域に付設されたウエハマーク２５Ｘ，２５ＹのＸ座標及びＹ座標を計測することによって、ウエハＷ上の全部のショット領域ＳＡｉ（ｉ＝１〜３１）の中心のＸ座標及びＹ座標が算出される。その後、ショット領域ＳＡｉ内の高さ分布を計測する際の基準面を設定するために、ウエハＷのフラットネス（平坦度）の計測が行われる。【００４７】
そのため、図５において、ウエハＷ上から同一直線上にない３個のショット領域ＳＡ４，ＳＡ１４，ＳＡ３０をフラットネス計測ショットとして選択し、これらのフラットネス計測ショット内の互いに同一の位置、本例ではショット領域ＳＡ４，ＳＡ１４，ＳＡ３０内の中心を計測点２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃとする。なお、その各フラットネス計測ショット内の互いに同一の位置は、本例では各ショット領域ＳＡｉ内の所定の部分ショット２９Ｂ（図１０参照）の中心に合致している。この場合、ショット領域ＳＡ４及びＳＡ３０はＹ方向に離れており、別のショット領域ＳＡ１４はそれらのショット領域に対してＸ方向に離れている。本例では、ウエハＷ上の計測点２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを含む平面が基準面となり、後述のようにこの基準面のＸ軸及びＹ軸の周りの傾斜角（グローバル傾斜角）を傾斜情報として求める。【００４８】
このためには、計測点２６Ａ〜２６Ｃの個数、即ちフラットネス計測ショットの個数は最低限でも３個必要である。また、平均化効果によってその傾斜情報の精度を高めるために、フラットネス計測ショットの個数を４個以上として、例えば最小自乗法によってその基準面の２軸の周りの傾斜角を求めてもよい。この場合、そのフラットネス計測ショットはウエハＷの表面に偏りなく配置すること、例えばウエハＷの中心に対して各象限に１個ずつ配置することが好ましい。また、フラットネス計測ショットは、後述のショット領域内の高さ分布計測用のショット領域と同一であっても構わない。【００４９】
その後、図１のＸＹステージ１３を駆動することによって、図３（Ａ）の計測点３１のうち、例えば露光領域３の中央の計測点列３２Ｃの中央の計測点に図５のウエハＷ上の計測点２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを順次移動して、それぞれ投影光学系ＰＬの像面に対するＺ方向への偏差ＧＺ１，ＧＺ２，ＧＺ３（高さ情報）を計測する。この際に、図１のウエハステージ系ＷＳＴのＺ駆動部１２Ａ〜１２Ｃが駆動しないように、例えば駆動ストローク中の中央に固定されている。その偏差ＧＺ１〜ＧＺ３は、図１の主制御系８内の補正マップ演算部（演算装置）に供給される。【００５０】
次のステップ１０２において、その補正マップ演算部では、その偏差ＧＺ１〜ＧＺ３、及び計測点２６Ａ〜２６ＣのＸ座標、Ｙ座標を用いて、計測点２６Ａ〜２６Ｃを通るウエハＷの基準面（計測点が３点より多いときには近似平面）を算出し、その基準面のＸ軸の周りの傾斜角θxg及びＹ軸の周りの傾斜角θygをグローバル傾斜角（θxg，θyg）（傾斜情報）として記憶する。これまでの工程が、物体（第２物体）の表面の傾斜情報を求める工程に対応する。【００５１】
次のステップ１０３において、そのグローバル傾斜角（θxg，θyg）の情報が主制御系８内のオートフォーカス制御部に供給され、オートフォーカス制御部は、Ｚ駆動部１２Ａ〜１２Ｃを駆動してウエハテーブル１１のＸ軸及びＹ軸の周りの傾斜角をそれぞれ対応するグローバル傾斜角を相殺する角度（−θxg，−θyg）に設定する。
図６（Ａ）は、ウエハテーブル１１の姿勢を変化させる前のウエハＷの状態を示す要部の拡大断面図であり、この図６（Ａ）に示すように、ウエハＷの表面の計測点２６Ａ及び２６Ｃを通る基準面２７は、投影光学系ＰＬの像面２８に対してＸ軸の周りに傾斜角θxgで傾斜している。本例では、ウエハテーブル１１をその傾斜角θxgを相殺するように傾斜させるため（Ｙ軸の周りの傾斜角についても同様）、ウエハテーブル１１を傾斜させた後のウエハＷの状態は、図６（Ｂ）の拡大断面図で示すように、基準面２７が像面２８に対して平行になっている。なお、図６（Ｂ）では２つのショット領域ＳＡ７及びＳＡ２１（又はＳＡ８及びＳＡ２２）を含む複数のショット領域の断面が現れているが、これらのショット領域の断面形状は互いに同一である。【００５２】
次のステップ１０４〜１０７において、ウエハＷ上のショット領域ＳＡｉの表面の高さ分布（凹凸分布）の情報（以下、「ショット・トポグラフィ」と呼ぶ）を計測する。この計測動作が、物体（第２物体）の表面の段差情報を求める工程に対応する。
この場合、予め図５のウエハＷ上のショット領域ＳＡｉから、ショット・トポグラフィ計測用のショット領域をトポグラフィ計測ショットとして選択しておく。走査露光方式で露光を行う場合には、図５に示すように、或るショット領域ＳＡ７に対して露光領域３が−Ｙ方向に相対移動する（ウエハＷは＋Ｙ方向に走査される）ときには、それに隣接するショット領域ＳＡ８に対しては露光領域３は＋Ｙ方向に相対移動する（ウエハＷは−Ｙ方向に走査される）。また、ショット領域ＳＡｉ毎の走査方向は、例えば全体の露光時間が最短になるように定められて、露光データとして記憶されている。そこで、一例として、ウエハＷが＋Ｙ方向に走査される４個のショット領域ＳＡ７，ＳＡ１１，ＳＡ２１，ＳＡ２５を正の走査方向のトポグラフィ計測ショットとして選択し、ウエハＷが−Ｙ方向に走査される４個のショット領域ＳＡ８，ＳＡ１２，ＳＡ２２，ＳＡ２６を負の走査方向のトポグラフィ計測ショットとして選択しておく。そして、各トポグラフィ計測ショットのショット・トポグラフィ計測時のウエハＷの走査方向は、走査露光時の走査方向と同じに設定し、後述の補正マップはウエハＷの走査方向別に２組作成する。【００５３】
なお、トポグラフィ計測ショットも、ウエハＷの全面から偏り無く選択することが好ましい。また、例えば実測結果から、走査方向による高さ分布の計測結果の相違が殆ど無いことが分かっているような場合には、例えば走査方向が正及び負の４個のショット領域ＳＡ７，ＳＡ８，ＳＡ２５，ＳＡ２６のみをトポグラフィ計測ショットとして選択して、後述の補正マップを走査方向に関係なく１組作成してもよい。【００５４】
また、トポグラフィ計測ショットとともに、図３（Ａ）のフォーカス位置の計測点列３２Ａ〜３２Ｅ中で、ショット・トポグラフィの計測に用いる計測点列を選択しておく。本例では、一例として演算処理を容易にするために、図３（Ａ）の露光領域３の中央の計測点列３２Ｃがその計測用に使用される。ただし、実際の走査露光時に使用される可能性のある全ての計測点列（図３（Ｂ）の場合には、計測点列３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｄ，３２Ｅ）について、それぞれショット・トポグラフィの計測を行うことが好ましい。また、図３（Ｂ）の場合には、ウエハの走査方向が＋Ｙ方向の計測ショットであれば計測点列３２Ｄ，３２Ｅを用いて、また、ウエハの走査方向が−Ｙ方向の計測ショットであれば計測点列３２Ａ，３２Ｂを用いるというように、走査露光時に用いる計測点列をショット・トポグラフィの計測時にも用いることが好ましい。このようにウエハの走査方向に応じてショット・トポグラフィの計測時に用いるフォーカス位置の計測点列を切り換えることで、ショット・トポグラフィの計測精度が向上する。【００５５】
そして、ステップ１０４において、図１のＸＹステージ１３を駆動して、ウエハＷ上で次に計測するトポグラフィ計測ショット（ここではショット領域ＳＡ７とする）を投影光学系ＰＬの下方に移動する。次のステップ１０５において、そのトポグラフィ計測ショットの中心を図３（Ａ）の計測点列３２Ｃの中央の計測点に合わせて、像面からの偏差を計測する。そして、この偏差が０になるように図１のＺ駆動部１２Ａ〜１２Ｃを平行にＺ方向に駆動する。これによって、そのトポグラフィ計測ショットの中心が投影光学系ＰＬの像面に合致した状態となる。【００５６】
次のステップ１０６（補正マップ計測）において、図１のＸＹステージ１３を駆動して、そのトポグラフィ計測ショット（ここではショット領域ＳＡ７）の全面を図３（Ａ）の計測点列３２Ｃに対して＋Ｙ方向に走査することによって、その計測点列３２Ｃ中の各計測点３１でそれぞれＹ座標に対応した像面からのフォーカス位置の偏差を計測し、この偏差を補正マップのデータとして図１の記憶装置２２に記憶する。この場合、図３（Ａ）の露光領域３の−Ｘ方向の端部を原点としたときの、計測点列３２Ｃの各計測点３１のＸ座標をｍ×ΔＸ（ｍ＝１〜９）として、その計測点列３２Ｃでそのトポグラフィ計測ショットの偏差を計測するときのＹ方向の間隔をΔＹとする。この間隔ΔＹは、ウエハＷ上のショット領域ＳＡｉ内に通常形成される最も小さい部分ショットのＹ方向の幅よりも狭くなるように設定される。【００５７】
そして、ｓ番目（ｓ＝１，２，…）のトポグラフィ計測ショットの−Ｘ方向及び−Ｙ方向の端部をそれぞれＸ座標、Ｙ座標の原点として、そのトポグラフィ計測ショット内のＸ座標、Ｙ座標を（ｍ×ΔＸ，ｎ×ΔＹ）（ｎ＝１，２，…）で表す。このとき、その計測点列３２Ｃによって計測される偏差から、そのトポグラフィ計測ショット内のその座標（ｍ×ΔＸ，ｎ×ΔＹ）で表される各点における像面に対する偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）を求めることができる。この偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）は、次のように補正マップを決定する際のデータとなる。【００５８】
補正マップのデータ＝偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）  …（１）
ここでは、１番目のトポグラフィ計測ショットについて図３（Ａ）の第３列の計測点列３２Ｃで計測された偏差Ｚ（１，ｍ，ｎ）（ｍ＝１〜９；ｎ＝１，２，…）が得られる。
図６（Ｃ）は、その１番目のトポグラフィ計測ショットであるショット領域ＳＡ７を計測点列３２Ｃに対して＋Ｙ方向に走査する状態を示す拡大断面図であり、この図６（Ｃ）に示すように、ショット領域ＳＡ７の中心が像面２８に合致しているために、ウエハＷの基準面２７は像面２８にほぼ合致している。また、基準面２７はウエハＷ上の各ショット領域ＳＡｉ内の同一点を通る平面に平行であるため、ショット領域ＳＡ７内の段差の異なる部分ショット２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃはそれぞれ基準面２７にほぼ平行である。また、計測される偏差は、ほぼショット領域ＳＡ７の表面の高さ分布を基準面２７からの偏差で表したものとなるため、各部分ショット２９Ａ〜２９Ｃにおける偏差はそれぞれほぼ一定となる。【００５９】
次に、ステップ１０７でウエハＷ上の全部のトポグラフィ計測ショットについて高さ分布を計測したかどうかを判定する。この段階では計測は終了していないため、動作はステップ１０４に戻り、図５の残りのトポグラフィ計測ショットであるショット領域ＳＡ８，ＳＡ１１，ＳＡ１２，ＳＡ２１，ＳＡ２２，ＳＡ２５，ＳＡ２６について、それぞれショット領域ＳＡ７と同様にステップ１０５及び１０６の動作を繰り返すことによって（ただし、走査方向は交互に反転する）、ショット領域内の高さ分布としての偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）（ｓ＝２〜８）が計測されて、記憶装置２２に記憶される。そして、図５の最後のトポグラフィ計測ショットの計測が終了したときに、動作はステップ１０７からステップ１０８に移行して、計測動作の終了処理を行う。具体的に、図１のＸＹステージ１３を駆動することによって、ウエハＷは露光開始位置に移動する。【００６０】
次のステップ１０９において、図１の主制御系８中の補正マップ演算部は、記憶装置２２内の補正マップのデータである偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）を用いて補正マップを生成し、作成された補正マップを記憶装置２２に格納する。
その補正マップは、計測に使用されるフォーカス位置の計測点列（ここでは図３（Ａ）の計測点列３２Ｃ）毎に、さらにトポグラフィ計測ショットの走査方向（正又は負）毎に作成される。それら全てからなる１組の補正マップが、ウエハＷ上の全部のショット領域のショット・トポグラフィに対応する補正マップとして扱われる。【００６１】
即ち、計測点列及び走査方向毎の１つの補正マップは、それぞれ複数のトポグラフィ計測ショットの計測結果から作成され、これがその補正マップによるフォーカス位置の補正が指定されたウエハＷ上のショット領域ＳＡｉである指定ショットを走査露光する際に使用される。補正マップ毎にどの指定ショットを指定するかは、オペレータによるマニュアル設定、又は同一露光条件のショット検出による自動設定などの手法で決定することができる。【００６２】
具体的に、ｓ番目のトポグラフィ計測ショット内の座標（ｍ×ΔＸ，ｎ×ΔＹ）における偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）から補正マップを求める際には、先ずそのトポグラフィ計測ショット内での偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）の平均値Ａｖｅ（m,n;Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ））を次のように算出する。ここで、mnmax はｍの最大値とｎの最大値との積であり、記号Σは、整数ｍ及びｎに関する偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）の和を表している。【００６３】
Ａｖｅ（m,n;Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ））＝｛ΣＺ（ｓ，ｍ，ｎ）｝／mnmax       …（２）
次に、ｓ番目のトポグラフィ計測ショット内の偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）からその平均値Ａｖｅ（m,n;Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ））を差し引いて、次のようにオフセット補正後の偏差Ｚ’（ｓ，ｍ，ｎ）を求める。
Ｚ’（ｓ，ｍ，ｎ）＝Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）−Ａｖｅ（m,n;Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ））…（３）
次に、そのオフセット補正後の偏差Ｚ’（ｓ，ｍ，ｎ）を、図５のトポグラフィ計測ショットのうちの走査方向が正及び負の計測ショット毎にそれぞれ計測ショット間で平均化した偏差ＣＺ１（ｍ，ｎ）及びＣＺ２（ｍ，ｎ）を求める。即ち、走査方向が正の計測ショットをｓ１番目（ｓ１＝１，３，５，７）の計測ショットとして、走査方向が負の計測ショットをｓ２番目（ｓ２＝２，４，６，８）の計測ショットとして、ＣＺ１（ｍ，ｎ）及びＣＺ２（ｍ，ｎ）は次のようになる。なお、記号Σ（ｓ＝ｓ１）は走査方向が正の計測ショットに対する和を表し、記号Σ（ｓ＝ｓ２）は走査方向が負の計測ショットに対する和を表し、走査方向が正及び負の計測ショットの個数をそれぞれＮとしている。【００６４】
ＣＺ１（ｍ，ｎ）＝｛Σ（ｓ＝ｓ１）Ｚ’（ｓ，ｍ，ｎ）｝／Ｎ  …（４）
ＣＺ２（ｍ，ｎ）＝｛Σ（ｓ＝ｓ２）Ｚ’（ｓ，ｍ，ｎ）｝／Ｎ  …（５）
このようにトポグラフィ計測ショット内でオフセット補正された後に、それらの計測ショット間で平均化された座標（ｍ×ΔＸ，ｎ×ΔＹ）における偏差ＣＺ１（ｍ，ｎ）及びＣＺ２（ｍ，ｎ）が、それぞれ図３（Ａ）の計測点列３２Ｃに関する走査方向が正及び負のショット領域の補正マップとなる。この補正マップは、図１の記憶装置２２に記憶されて、必要に応じて主制御系８内のオートフォーカス制御部に供給される。その補正マップも、物体（第２物体）の表面の段差情報とみなすことができる。その補正マップＣＺ１（ｍ，ｎ）及びＣＺ２（ｍ，ｎ）のうちで、整数ｍの値を所定の値としたときの一例が、それぞれ図６（Ｄ）及び図６（Ｅ）に表されている。なお、図６（Ｄ）及び（Ｅ）の横軸はｎ×ΔＹで表されるＹ座標（最大値がＳＹ）である。走査露光時には、走査方向が正のショット領域については補正マップＣＺ１（ｍ，ｎ）が用いられ、走査方向が負のショット領域については補正マップＣＺ２（ｍ，ｎ）が用いられる。【００６５】
このステップ１０９の動作中で、計測ショット間での（４）式及び（５）式の偏差Ｚ’（ｓ，ｍ，ｎ）の平均時に、偏差Ｚ’（ｓ，ｍ，ｎ）の母集団の中で、標準偏差の３倍（３σ）を超えるデータについては排除した後、残ったデータを用いて平均を求めてもよい。あるいは、同様の排除の処理を排除されるデータ数が０になるまで繰り返した後に、残されるデータの平均値を求めてもよい。このように異常値のリジェクトを行い、特定の計測ショットに固有の成分、例えばゴミなどの異物の影響を排除することで、補正マップの作成精度が向上する。勿論、リジェクト判定基準は３σに限定する必要はなく、標準偏差（σ）、又は標準偏差の６倍（６σ）等の任意の設定値とすることも可能である。【００６６】
本例の補正マップの作成動作においては、ウエハＷ上の各ショット領域ＳＡｉ内の傾斜に関しては全く補正処理が行われていないため、演算処理が容易である。そして、ステップ１０３でウエハテーブル１１の姿勢が角度（−θxg，−θyg）だけ補正された状態で補正マップを作成するための偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）のデータが計測されているため、その補正マップにはウエハＷのグローバル傾斜角（θxg，θyg）が反映されている。【００６７】
なお、上記の補正マップの作成は、例えば１ロットの先頭の複数枚のウエハについて行って、その結果を平均化してもよい。その場合には、図８のウエハのフラットネス計測（ステップ１０１）、グローバル傾斜角の算出（ステップ１０２）、及びウエハテーブル１１の姿勢補正（ステップ１０３）は、各ウエハ毎に行われることが望ましい。ただし、ウエハ固有の傾斜成分が補正許容誤差に比して十分に小さい場合においては、例えば先頭の１枚のウエハについてのみ補正マップを作成するための計測を行うようにしてもよい。【００６８】
次に、補正マップを用いてウエハＷへの走査露光を行うために動作は図８のステップ１１０に移行して、図１のレチクルステージ４上に転写対象のレチクルＲをロードして、レチクルＲのアライメントを行う。次のステップ１１１において、例えばオペレータが主制御系８に対して、ウエハＷ上の各ショット領域ＳＡｉ中でレチクルＲのパターン像が転写される部分ショットを指定する。これに応じてステップ１１２において、主制御系８中のオートフォーカス制御部は、記憶装置２２からステップ１０９で作成された補正マップを読み出す。そして、オートフォーカス制御部は、その露光対象の部分ショットの位置とその補正マップとを用いて、多点ＡＦセンサ（１９Ａ，１９Ｂ）の各計測点で計測されるフォーカス位置の補正値を決定する。【００６９】
この場合、ウエハＷのショット領域ＳＡｉを示す図１０において、最も低い部分ショット２９ＡにレチクルＲのパターン像を転写するものとすると、オートフォーカス制御部では、図６（Ｄ）及び図６（Ｅ）の補正マップＣＺ１（ｍ，ｎ）及びＣＺ２（ｍ，ｎ）のうちで部分ショット２９Ａに対応する部分の値を−ＺＡ１及び−ＺＡ２とすると、補正値（＋）及び補正値（−）を次のように設定する。【００７０】
補正値（＋）＝ＣＺ１（ｍ，ｎ）−（−ＺＡ１）  …（６）
補正値（−）＝ＣＺ２（ｍ，ｎ）−（−ＺＡ２）  …（７）
その後、ステップ１１３でウエハＷの走査露光を開始した後、オートフォーカス制御部では、多点ＡＦセンサ（１９Ａ，１９Ｂ）の各計測点で計測されるフォーカス位置から走査方向に応じて（６）式又は（７）式の補正値を差し引いて得られるフォーカス位置が平均として０になるように、オートフォーカス方式でＺ駆動部１２Ａ〜１２Ｃを駆動する。【００７１】
図９は、ウエハＷに対する走査露光時の露光領域３の相対的な移動の経路３４を示し、この図９において、ショット領域ＳＡ８に対しては露光領域３が位置３５Ａから位置３５Ｂまで相対的に＋Ｙ方向に移動し（ウエハＷは−Ｙ方向に移動し）、それに隣接するショット領域ＳＡ９に対しては露光領域３が位置３５Ｃから相対的に−Ｙ方向に移動する（ウエハＷは＋Ｙ方向に移動する）。そのため、ショット領域ＳＡ８の走査露光時にはフォーカス位置の補正値として（７）式が使用され、ショット領域ＳＡ９の走査露光時にはフォーカス位置の補正値として（６）式が使用されて、それぞれレチクルＲのパターン像３６Ａ及び３６Ｂ（実際にはこの中の図１０の部分ショット２９Ａに対応する部分の像）が転写される。このオートフォーカス動作は、ステップ１１５でウエハＷ上の全部のショット領域への走査露光が終了するまで継続される。その後、ステップ１１６で１ロットの２枚目以降のウエハへの露光処理が行われる。【００７２】
この場合、本例の図６（Ｄ）及び図６（Ｅ）の補正マップＣＺ１（ｍ，ｎ）及びＣＺ２（ｍ，ｎ）のうち部分ショット２９Ａに対応する部分はほぼ一定値（平坦）になっている。そのため、走査露光時にオートフォーカスを行うことによって、図１０に示すように、ショット領域ＳＡｉ内の部分ショット２９Ａに対して投影光学系ＰＬの像面２８がほぼ平行に合わせ込まれる。従って、部分ショット２９Ａには、例えばコンタクトホールのような微細なパターンであっても高解像度で、かつ高い転写忠実度で転写される。同様に、例えば他の高さの異なる部分ショット２９Ｂ又は２９Ｃにパターンを転写する場合にも、そのパターンは高解像度で、かつ高い転写忠実度で転写される。従って、ショット領域ＳＡｉ内の高さ分布が走査方向に偏っていて、走査方向に非対称な分布になっていても、ショット領域ＳＡｉの全面で転写されるパターンの寸法及び線幅の均一性が向上する。【００７３】
これに対して、図１１は、ショット領域ＳＡｉの高さ分布を計測する際に、ショット領域ＳＡｉの平均的な面を基準面とする場合を示している。この場合に作成される補正マップは、その基準面に対して傾斜した面となる。そのため、その補正マップに基づいてフォーカス位置の計測値を補正してオートフォーカスを行うと、図１１に示すように、露光対象の部分ショット２９Ａに対して投影光学系ＰＬの像面２８が傾斜した状態で露光が行われるため、転写されるパターンの寸法及び線幅の均一性が劣化する。【００７４】
なお、ウエハ上のフォーカス位置の計測点の配列としては、図４（Ａ）のような配列も可能である。
図４（Ａ）において、露光領域３の内部にそれぞれＸ方向（非走査方向）に一定ピッチで配列された７個の計測点３１よりなり、Ｙ方向（走査方向）に等間隔で配置された３列の計測点列３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄが設定され、中央の計測点列３２Ｃが図１の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通過している。また、露光領域３に対して＋Ｙ方向の先読み領域２１Ｃ内にＸ方向に一定ピッチで配列された７個の計測点３１よりなる２列の計測点列３３Ａ，３３Ｂが設定され、露光領域３に対して−Ｙ方向の先読み領域２１Ｄ内にもＸ方向に一定ピッチで配列された７個の計測点３１よりなる２列の計測点列３３Ｃ，３３Ｄが設定されている。中央の計測点列３２Ｃに対して先読み領域２１Ｃ及び２１Ｄの走査方向の中央までの間隔がそれぞれＬ１に設定されている。これらの７行×７列の計測点３１にそれぞれ図１の多点ＡＦセンサ（１９Ａ，１９Ｂ）からスリット像が投影されて、各計測点３１のフォーカス位置がそれぞれ所定のサンプリングレートで計測される。【００７５】
この場合、図４（Ａ）において、露光領域３に対してウエハを−Ｙ方向に移動して走査露光を行うものとすると、露光領域３及び＋Ｙ方向側の先読み領域２１Ｃ内の計測点におけるフォーカス位置の情報に基づいて図１のＺ駆動部１２Ａ〜１２Ｃの駆動量が設定される。一方、図４（Ａ）において露光領域３に対してウエハを＋Ｙ方向に移動して走査露光を行う際には、露光領域３内の計測点でのフォーカス位置と共に、−Ｙ方向側の先読み領域２１Ｄ内の計測点におけるフォーカス位置を連続的に検出することによって、オートフォーカス方式でウエハの表面が像面に合わせ込まれる。【００７６】
この図４（Ａ）の計測点３１の配置においても、予めウエハＷの表面の高さ分布を求めておく際に、一例としてウエハＷを−Ｙ方向に移動するときには、図４（Ａ）の露光領域３内の＋Ｙ方向の計測点列３２Ｂの計測点のみでウエハＷのフォーカス位置を計測し、ウエハＷを＋Ｙ方向に移動するときには、図４（Ａ）の露光領域３内の−Ｙ方向の計測点列３２Ｄの計測点のみでウエハＷのフォーカス位置を計測してもよい。そして、走査露光時には、ウエハＷを−Ｙ方向に走査する際には、図４（Ｂ）に示すように、＋Ｙ方向の先読み領域２１Ｃ内の一つの計測点列３３Ｂ及び露光領域３の＋Ｙ方向の計測点列３２Ｂの計測点３１のみでウエハＷのフォーカス位置を計測してもよい。この場合には、ウエハＷを＋Ｙ方向に走査する際には、図４（Ｂ）に示すように、−Ｙ方向の先読み領域２１Ｄ内の一つの計測点列３３Ｄ及び露光領域３の−Ｙ方向の計測点列３２Ｄの計測点３１のみでウエハＷのフォーカス位置が計測される。これによって、全部の計測点３１のフォーカス位置を用いる場合に比べて、追従精度を殆ど劣化させることなく、演算処理を容易に行うことができる。また、走査露光時に比べてウエハ表面の高さ分布を計測するときのフォーカス位置の計測点の個数を少なくすることによって、高さ分布計測時の演算処理を容易にすることができる。【００７７】
また、この図４（Ａ）のフォーカス位置の計測点３１の配置によれば、例えばウエハの走査速度等に応じて先読み領域２１Ｃ，２１Ｄ内でフォーカス位置の先読みに使用する計測点列（３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ）を選択できる。一例として、ウエハ上のフォトレジストの感度が高く（露光量が少なくてよく）ウエハの走査速度が速い場合には、露光領域３に対して走査方向に最も離れた計測点列３３Ａ（又は３３Ｃ）を先読みに使用することによって、追従精度を高く維持できる。従って、例えばウエハの走査速度の幅が大きいような場合には、図４（Ａ）の計測点３１の配置は、図３（Ａ）の計測点３１の配置よりも有利であることがある。【００７８】
次に、本発明の第２の実施形態につき図１２のフローチャートを参照して説明する。本例で使用する投影露光装置は、第１の実施形態の図１〜図３に示す投影露光装置と同じであるが、露光動作が異なっている。本例でも露光対象のウエハを図５のウエハＷとして、図１２において図８に対応する動作には同一の符号を付してその詳細説明を省略する。図１２のステップ１０１、１０２で示すように、本例の露光動作もウエハＷのフラットネスの計測、及びウエハＷのグローバル傾斜角（θxg，θyg）の算出までは図８の第１の実施形態と同様である。ただし、本例では、図８の第１の実施形態のウエハテーブル１１の姿勢の補正動作（ステップ１０３）を省略して、図１２のステップ１０４に移行して、ステップ１０４〜１０７において、ウエハＷ上のショット領域ＳＡｉの表面の高さ分布の計測（補正マップの計測）を行う。この結果、本例でもｓ番目（ｓ＝１，２，…）のトポグラフィ計測ショット内の座標（ｍ×ΔＸ，ｎ×ΔＹ）に対応して像面からの偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）を求めることができる。この偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）も、次のように補正マップを決定する際のデータとなる。【００７９】
補正マップのデータ＝偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）  …（１１）
この偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）は、第１の実施形態における（１）式の偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）とはグローバル傾斜角（θxg，θyg）分だけ異なっている。そのため、本例では、その計測動作の終了後にステップ１０８を経て図８のステップ１０９に対応する図１２のステップ１０９Ａに移行して、演算によってそのデータにおいてグローバル傾斜角（θxg，θyg）分を相殺することによって補正マップを生成する。この動作は、ステップ１０１，１０２で求められた傾斜情報に基づいてステップ１０４〜１０７で求められた段差情報を補正する工程である。【００８０】
具体的に図１の主制御系８内の補正マップ演算部（演算装置）では、ｓ番目のトポグラフィ計測ショット内の座標（ｍ×ΔＸ，ｎ×ΔＹ）における偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）から補正マップを求める際には、先ずそのトポグラフィ計測ショット内での偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）の平均値Ａｖｅ（m,n;Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ））を上記の（２）式から算出する。
次に、ｓ番目のトポグラフィ計測ショット内の偏差Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）から、そのグローバル傾斜角（θxg，θyg）分の偏差及びその平均値Ａｖｅ（m,n;Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ））を差し引いて、次のように傾斜角及びオフセット補正後の偏差Ｚ’（ｓ，ｍ，ｎ）を求める。このとき、トポグラフィ計測ショットの中心での整数ｍ及びｎの値をそれぞれｍｃ及びｎｃとすると、座標（ｍ×ΔＸ，ｎ×ΔＹ）における傾斜角（θxg，θyg）（ｒａｄ）分の偏差（ΔＺxg（ｍ，ｎ），ΔＺyg（ｍ，ｎ））は次のように（傾斜角×距離）になる。【００８１】
ΔＺxg（ｍ，ｎ）＝θxg×（ｎ−ｎｃ）×ΔＹ  …（１２）
ΔＺyg（ｍ，ｎ）＝θyg×（ｍ−ｍｃ）×ΔＸ  …（１３）
これらの偏差を用いると傾斜角及びオフセット補正後の偏差Ｚ’（ｓ，ｍ，ｎ）は次のようになる。
Ｚ’（ｓ，ｍ，ｎ）＝Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ）−｛ΔＺxg（ｍ，ｎ）＋ΔＺyg（ｍ，ｎ）＋Ａｖｅ（m,n;Ｚ（ｓ，ｍ，ｎ））｝  …（１４）
次に、そのオフセット補正後の偏差Ｚ’（ｓ，ｍ，ｎ）を、図５のトポグラフィ計測ショットのうちの走査方向が正及び負の計測ショット毎にそれぞれ計測ショット間で平均化した偏差ＣＺ１（ｍ，ｎ）及びＣＺ２（ｍ，ｎ）を（４）式及び（５）式から求めることができる。この他の動作は図８の第１の実施形態と同様であり、図１２のステップ１０９Ａに続いて、動作は図８のステップ１１０に移行してウエハＷへの走査露光が行われる。【００８２】
この場合、図７（Ａ）は、図１２のステップ１０６におけるショット領域ＳＡ７の高さ分布の計測動作を示し、この図７（Ａ）において、ウエハＷ上の各ショット領域内の同一点を通過する基準面２７は、ショット領域ＳＡ７内の部分ショット２９Ａ〜２９Ｃに平行であるが、その基準面２７は投影光学系ＰＬの像面２８に対してグローバル傾斜角だけ傾斜している。この状態では、像面２８を計測の基準としてショット領域ＳＡ７内の高さ分布が計測される。そして、その像面２８と基準面２７との傾斜角に起因する偏差分は、（１４）式の演算によって相殺されるため、最終的に得られる図７（Ｂ）の補正マップＣＺ１（ｍ，ｎ）及び図７（Ｂ）の補正マップＣＺ２（ｍ，ｎ）は、第１の実施形態の図６（Ｄ）及び図６（Ｅ）の補正マップと同一になる。従って、走査露光時にその補正マップを用いてオートフォーカスを行うことによって、例えば図１０のショット領域ＳＡｉの部分ショット２９Ａを像面２８に平行に合わせた状態で露光を行うことができる。従って、ショット領域ＳＡｉ内の高さ分布が走査方向に偏っていて、走査方向に非対称な分布になっていても、ショット領域ＳＡｉの全面で転写されるパターンの寸法及び線幅の均一性が向上する。本例の動作は演算処理は複雑であるが、ウエハテーブル１１の姿勢の補正を省いているため、補正マップを求める時間を短縮できる。【００８３】
また、上記の実施の形態の投影露光装置を用いてウエハ上に半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいたレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを制作するステップ、上記の実施の形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等を行ってパターンを形成するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び検査ステップ等を経て製造される。【００８４】
なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、さらに総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより上記の実施形態の投影露光装置を製造することができる。なお、投影露光装置の製造は温度及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。【００８５】
また、本発明は、走査露光型の投影露光装置（走査露光装置）のみならず、ステップ・アンド・リピート方式（一括露光方式）の投影露光装置にも適用できる。更に本発明は、例えば国際公開（ＷＯ）第９９／４９５０４号パンフレットなどに開示される液浸型露光装置にも適用できる。液浸型露光装置に本発明を適用する場合、ウエハ表面の高さ分布（段差情報）の計測時には、ウエハと投影光学系との間には必ずしも液体を供給しなくともよい。【００８６】
また、露光光（露光ビーム）は波長１００〜４００ｎｍ程度の紫外光に限られるものではなく、例えばレーザプラズマ光源又はＳＯＲ（Synchrotron Orbital Radiation)リングから発生する軟Ｘ線領域（波長５〜５０ｎｍ）のＥＵＶ光（Extreme Ultraviolet Light ）を用いてもよい。ＥＵＶ露光装置では、照明光学系及び投影光学系はそれぞれ複数の反射光学素子のみから構成される。【００８７】
なお、本発明の露光装置の用途としては半導体デバイス製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。【００８８】
なお、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ことは勿論である。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む２００４年３月１６日付け提出の日本国特願２００４−０７４０２１の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明によれば、例えば走査露光方式で物体を露光する場合の合焦精度を向上できるため、その物体上の各区画領域（ショット領域）の全面において転写されるパターンの寸法及び線幅の一様性を向上できる。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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