JP2012114279A - 合焦装置、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】合焦の対象領域の周辺に対象領域と段差をなす領域が存在する場合でも精度よく合焦可能にする。
【解決手段】本発明の態様である合焦装置４は、基準面Ｐａと段差をなす合焦対象面に光学系３の焦点を合わせる合焦装置である。光学系３の焦点が基準面に合う条件及び段差の情報を用いて、光学系３の焦点が合焦対象面に合う合焦条件を求める制御部５を備える。
【選択図】図１

Description

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。

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。

特開２００４−３０３９５１号公報

ところで、例えばＭＥＭＳ等のデバイスを製造するときに、凸部又は凹部の内側に構造物を形成することがある。凸部の頂部や凹部の底部を露光するときに、露光の対象領域に投影光学系の焦点を合わせようとすると、合焦に用いる検出光のスポットが対象領域の外側まではみ出してしまうことがある。すると、対象領域を経由した検出光に加えて、対象領域に対して段差をなす面を経由した検出光も検出されること等によって、合焦の精度が低下する可能性がある。
本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、合焦の対象領域の周辺に対象領域と段差をなす領域が存在する場合でも精度よく合焦可能にすることを目的の１つとする。

本発明の第１の態様である合焦装置は、基準面と段差をなす合焦対象面に光学系の焦点を合わせる合焦装置であって、前記光学系の焦点が前記基準面に合う条件及び前記段差の情報を用いて、前記光学系の焦点が前記合焦対象面に合う合焦条件を求める制御部を備える。

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。

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。

本発明によれば、合焦の対象領域の周辺に対象領域と段差をなす領域が存在する場合でも精度よく合焦可能になる。

本実施形態の露光装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態における基板上の構造物の一例を示す図である。 本実施形態におけるスリット像の例を示す平面図である。 本実施形態におけるスリット像の例を示す平面図である。 本発明に係るデバイス製造方法の一例を示す図である。

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。

図１は、本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を介して間接的に、又は直接的に基板ステージ１の位置を制御する構成でも構わない。

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。

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、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。基板Ｐの表面Ｐａには、構造物Ｐ１が形成されている。露光装置ＥＸは、構造物Ｐ１の内側に収まる領域に投影光学系３の焦点が合った状態で、この領域を露光することができる。

基板Ｐは、基板本体Ｐ０に形成された膜パターンを含むことがある。この膜パターンは、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。

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。制御部５は、基板ステージ１の位置を管理し、実質的に、投影光学系３の投影領域と基板Ｐとの相対位置を管理する。合焦装置４は、投影光学系３の焦点を露光の対象領域に合わせる。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。

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軸方向とほぼ平行になるように、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。

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。

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Ｆ_２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。

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。

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。

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。

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。

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。

本例の合焦装置４は、位置検出系を含んでいる。位置検出系は、対物レンズ（第２対物レンズ）２２及び検出部２３を含み、基板Ｐに設けられたアライメントマーク等を検出する。検出部２３の検出結果は、制御部５に出力されて基板ステージ１の位置管理等に利用される。本例では、ＡＦ用光源１１から射出された検出光ＳＬは、アライメントマークの検出にも用いられる。下記のように検出光ＳＬは、基板Ｐから投影光学系３及び波長選択ミラー１０を通って、分光部品２１に入射する。分光部品２１を通った検出光ＳＬは、対物レンズ２２を通って検出部２３に入射する。検出部２３は、例えばＣＣＤカメラ等により構成され、入射した検出光ＳＬの強度分布を検出可能である。検出光ＳＬの強度分布の検出結果に基づいて、アライメントマークが検出される。

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。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。

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。

分光部品１６は、入射した検出光ＳＬを分光する。分光部品１６は、ハーフミラーや波長選択ミラー等の光学部品によって構成される。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、分光部品２１に入射する。

分光部品２１は、分光部品１６と同様に、入射した検出光ＳＬを分光する。分光部品２１で反射した検出光ＳＬは、波長選択ミラー１０及び投影光学系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２１に再度入射する。

基板Ｐを経由して分光部品２１に入射した検出光ＳＬの少なくとも一部は、分光部品２１で反射した後に分光部品１６で反射する。分光部品１６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。

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。

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。

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。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。すなわち、本例の制御部５は、基板ステージ１の位置を制御することによって、投影光学系３から合焦対象面までの距離（合焦条件）を調整する。

本例の制御部５は、例えばＣＰＵ等の演算部とメモリー等の記憶部とを有するコンピュータによって構成される。このコンピュータは、露光装置ＥＸにおいて後述する合焦処理及び露光処理を行うときに、合焦処理で動作する各部の制御及び露光処理で動作する各部の制御を実行させるプログラムに従って、露光装置ＥＸの各部を制御する。なお、制御部５は、ＡＳＩＣ等の論理回路を含んでいてもよい。制御部５は、論理回路とコンピュータとが協働して露光装置ＥＸの各部を制御する構成であってもよい。

図２（ａ）は、本実施形態における基板上の構造物の一例を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
本例の構造物Ｐ１は、基板Ｐの外側に向かって凹となる凹部を含んでいる。構造物Ｐ１が、基板Ｐの外側に向かって凸である凸部を含んでいてもよい。凹部の底面Ｐｃは、基板Ｐの表面Ｐａに対して段差ｄ１をなしている。基板Ｐの厚みｄ０は、例えば０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。段差ｄ１は、例えば厚みｄ０の１／１０以上９／１０以下である。本例の構造物Ｐ１の凹部の外形は、ほぼ正方形である。構造物Ｐ１の凹部の外形は、多角形や楕円形（円形を含む）、多角形の角を丸めた形状、自由曲線を輪郭とする形状等から適宜選択される。凹部の内寸（口径）は、例えば１０ｍｍ以下であり、２ｍｍ以下あるいは１ｍｍ以下であってもよい。凹部の内寸は、構造物の輪郭が収まる最小の矩形を想定したときに、この矩形の短辺の長さで定義してもよい。

ここで、底面Ｐｃにスリット１３の像を形成し、この像の検出結果に基づいて底面ＰｃにＡＦをかける場合を想定する。この場合に、スリット１３の像が、表面Ｐａと底面Ｐｃとにまたがっていると、表面Ｐａ上の像の検出結果の影響を受けて、投影光学系３の焦点が底面Ｐｃからずれることがありえる。また、底面Ｐｃに収まるようにスリット１３の像を形成しようとすると、投影光学系３の倍率又は対物レンズ１４の倍率に制約を生じることや、スリット１３の像の形成位置と底面Ｐｃとを高精度に位置合わせする必要を生じることがありえる。

本例の合焦装置４は、投影光学系３の焦点が基準面に合う条件、及び基準面と合焦対象面（露光対象面）との段差の情報を用いることによって、合焦用に用いる光を合焦対象面に照射しなくとも投影光学系３の焦点を合焦対象面に合わせることが可能である。本例の露光装置ＥＸは、合焦対象面に合焦している状態で、合焦対象面の少なくとも一部を露光光で露光することができる。

次に、本実施形態における露光方法の一例について説明する。本例では、露光処理を行う前に合焦処理を行う。本例の合焦処理は、構造物Ｐ１における合焦対象面と基準面との段差を求めること（測定ステップ）と、基準面に投影光学系３の焦点を合わせること（仮合焦ステップ）と、上記の段差に基づいて基準面に合焦しているときの基準面の位置に合焦対象面を移動させること（補正ステップ）と、を行う。本例の露光装置ＥＸは、制御部５が各部を制御することによって、合焦処理及び露光処理を行う。本例の制御部５は、上記の測定ステップ、仮合焦ステップ、及び補正ステップを行うときに、各ステップで動作する各部の制御を実行させるプログラムに従って、露光装置ＥＸの各部を制御する。

本例では、合焦対象面が露光対象面（底面Ｐｃ）であり、基準面が基板Ｐの表面Ｐａである。基準面は、例えばスリット１３の像の全体を投影可能な平面を含む面から選択される。基準面（表面Ｐａ）は、スリット１３の像全体を投影可能な領域から選択されているので、表面Ｐａに高精度に合焦されることが期待できる。なお、基準面は、基板ステージ１の上面１ａであってもよいし、投影光学系３と対向して配置可能な他のステージの上面であってもよい。また、基準面は、露光対象の基板Ｐとは異なるダミー基板の表面であってもよい。

本例の測定ステップでは、表面Ｐａと底面Ｐｃとの段差の値を測定可能な測定装置を用いる。この測定装置は、例えば顕微鏡などを含み、例えば基板Ｐが基板ステージ１まで搬送される搬送経路に配置される。本例の制御部５は、この測定装置を制御する。測定装置によって測定された表面Ｐａと底面Ｐｃとの段差の値を示す情報は、制御部５の記憶部に格納される。本例では、基板Ｐごとに測定ステップを行う。なお、複数の基板Ｐのうちの１つの基板Ｐに対して測定ステップを行って、得られた測定値を複数の基板Ｐで共通の値として用いてもよい。

なお、測定装置は、基板ステージ１に設けられていてもよい。また、合焦装置４を利用して表面Ｐａと底面Ｐｃとの段差を測定してもよい。合焦装置４を利用して段差を測定するには、例えば、スリット１３の像が構造物Ｐ１に収まるように、投影光学系３の倍率と対物レンズ１４の倍率の少なくとも一方を露光時の倍率（第２の倍率）から変更して、表面Ｐａと底面Ｐｃとにそれぞれオートフォーカスをかける。スリット１３の像が構造物Ｐ１に収まるように、例えば露光時の倍率よりも高倍率（第１の倍率）に、上記の倍率を変更してもよい。そして、表面Ｐａに合焦しているときの基板ステージ１のＺ座標と、底面Ｐｃに合焦しているときの基板ステージ１のＺ座標との差分を求めることにより、上記の段差を求めることができる。

また、露光装置ＥＸが、例えば米国特許第６８９７９６３号明細書、及び欧州特許出願公開第１７１３１１３号明細書等に開示されているような基板ステージと計測ステージとを備えており、測定装置の一部又は全部が計測ステージに含まれていてもよい。
また、上記の段差を測定する代わりに、段差の設計値（段差の情報）を例えば制御部５の記憶部に格納しておき、制御部５が記憶部から段差を示す情報を読み出すことによって段差を求める構成であってもよい。

図３（ａ）は、仮合焦ステップで基板ステージの位置を制御するときに、基板の表面に投影されるスリット像の例を模式的に示す平面図である。本例の仮合焦ステップでは、制御部５が、検出部２０の検出結果に基づいて、表面Ｐａに合焦するように基板ステージ１の位置を制御する。

本例では、表面Ｐａ上で互いに異なる複数の投影位置について、各投影位置にスリット１３の像を投影し、この像を検出部２０によって検出した検出結果に基づいて表面Ｐａに合焦したときの基板ステージ１のＺ座標を、投影位置ごとに求める。そして、表面Ｐａに合焦しているときの基板ステージ１のＺ座標として得られた複数の結果を用いて、構造物Ｐ１の位置に表面Ｐａが存在するとしたときに構造物Ｐ１の位置で表面Ｐａに合焦しているときの基板ステージ１のＺ座標の推定値を補間等によって求める。

詳しくは、構造物Ｐ１の周辺の表面Ｐａにスリット１３の像１３Ａを投影し、検出部２０によって像１３Ａを検出した検出結果に基づいて、表面Ｐａに合焦しているときの基板ステージ１のＺ座標を求める。像１３Ａを投影した位置とは構造物Ｐ１に対して反対の位置に、スリット１３の像１３Ｂを投影して、像１３Ａを投影したときと同様に、合焦時の基板ステージ１のＺ座標を求める。

また、像１３Ａの投影位置および像１３Ｂの投影位置を結ぶ線と交差する線に関して、この線上で構造物Ｐ１を挟む一対の投影位置の一方に像１３Ｃを投影したときの合焦時の基板ステージ１のＺ座標と、他方に像１３Ｄを投影したときの合焦時の基板ステージ１のＺ座標とを求める。このように、像１３Ａ〜像１３Ｄを投影したときの各合焦時の基板ステージ１のＺ座標を用いて補間すること等によって、上記の推定値を求める。本例では、基板Ｐごとに推定値を求める。

なお、複数の基板Ｐのうちの１つの基板Ｐに対して仮合焦ステップを行って、得られた推定値を複数の基板Ｐで共通の値として用いてもよい。すなわち、１枚の基板Ｐから得られた推定値に基づいて表面Ｐａに合焦しているときの基板ステージ１のＺ座標を求め、このＺ座標を用いて、他の基板Ｐの表面Ｐａに合焦させるときの基板ステージ１のＺ座標を設定してもよい。

本例の補正ステップでは、制御部５が、表面Ｐａと底面Ｐｃとの段差に基づいて、投影光学系３の焦点が底面Ｐｃに合うように基板ステージ１の位置を制御する。本例の制御部５は、表面Ｐａと底面Ｐｃとの段差の値を示す情報を記憶部から読み出す。本例の制御部５は、投影光学系３の焦点が表面Ｐａに合っている状態から、上記の段差だけ基板ステージ１が投影光学系３に近づくように、基板ステージ１の位置を制御する。すなわち、本例の制御部５は、投影光学系３の焦点が合焦対象面（底面Ｐｃ）に合うときの投影光学系３から合焦対象面までの距離（合焦条件）に対応する値として基板ステージ１のＺ座標を、段差の測定値を用いて求める。なお、構造物Ｐ１の周囲の複数の投影位置にスリット１３の像を投影したときの基板ステージ１のＺ座標を用いると、基板Ｐの表面の凹凸などを加味することが可能であり、底面Ｐｃに高精度に合焦されることが期待できる。

なお、構造物Ｐ１が凸部であってその頂面に投影光学系３の焦点を合わせるには、投影光学系３の焦点が表面Ｐａに合っている状態から、頂面と表面Ｐａとの段差だけ基板ステージ１が投影光学系３から遠ざかるように基板ステージ１の位置を制御してもよい。

以上のように、合焦装置４によれば、合焦の対象領域（底面Ｐｃ）の周辺に対象領域と段差をなす領域（表面Ｐａ）が存在する場合でも精度よく合焦可能である。本例の制御部５は、露光対象面である底面Ｐｃに合焦している状態で、パターン生成部２を制御する。本例では、パターン生成部２は、露光するパターンの像を形成し、この像を投影光学系３が底面Ｐｃに投影すること等によって、露光処理が行われる。

図３（ｂ）、図４（ａ）、図４（ｂ）は、本実施形態におけるスリット像の他の例を示す平面図である。
図３（ｂ）に示す変形例１では、スリット１３の像１３Ａ〜１３Ｄの外形（スポット形状）がほぼ円形である。

図４（ａ）に示す変形例２では、スリット１３の像１３Ａ〜１３Ｄの外形（スポット形状）がほぼ正方形である。本例では、像１３Ａを投影する位置と像１３Ｂを投影する位置とが、上記の正方形の対角線方向に並んでいる。像１３Ｃ、１３Ｄについても同様に、投影する位置が上記の正方形の対角線方向に並んでいる。

図４（ｂ）に示す変形例３では、基板Ｐに複数の構造物Ｐ１が設けられている。スリット１３の像１３Ａ〜１３Ｄは、それぞれ、構造物Ｐ１とこの構造物Ｐ１に隣接する他の構造物Ｐ１との間に投影されている。本例では、複数の構造物Ｐ１がいずれも同様の形状になっている。本例では、複数の構造物Ｐ１のうちの１つの周囲にスリット１３の像１３Ａ〜１３Ｄを順次投影して仮合焦ステップを行った後に、複数の構造物Ｐ１の内側の領域のそれぞれに対して露光処理を行う。この露光処理では、構造物Ｐ１ごとに１ショットで露光してもよいし、２以上の構造物Ｐ１に対して一括して１ショットで露光を行ってもよい。

なお、上記の実施形態及び各変形例では、構造物Ｐ１の周囲の４箇所に対してスリット像を順次投影しているが、スリット像の投影領域は、１箇所でもよいし、２箇所又は３箇所、あるいは５箇所以上であってもよい。

なお、上記の実施形態では、基板ステージ１のＺ座標を変化させることによって、合焦条件として投影光学系３から基板ステージ１までの距離を調整しているが、投影光学系３のＺ座標を調整することを含んで投影光学系３から基板ステージ１までの距離を調整してもよい。また、段差の情報として、基準面（表面Ｐａ）と合焦対象面（底面Ｐｃ）の境界を示す情報を用いてもよい。例えば、この境界に囲まれる領域に検出光ＳＬのスポットが収まるように、投影光学系３の倍率（合焦条件）を調整し、合焦対象面に検出光ＳＬのスポットが収まる状態でＡＦをかけてもよい。

図５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。

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。
なお、上記の実施形態では、ＴＴＬ型位相差方式のＡＦを例に説明したが、本発明はＴＴＬ型コントラスト方式のＡＦや斜入射型位相差方式のＡＦ等にも適用可能である。コントラスト方式では、合焦に用いられる光（検出光ＳＬ）が合焦対象面上に形成するスポットの内外のコントラスト比やスポットの寸法変化等に基づいて合焦の判定が行われる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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・・・合焦装置、５・・・制御部、ｄ１・・・段差、
ＥＬ・・・露光光、ＥＸ・・・露光装置、Ｐ・・・基板（対象物）、
Ｐａ・・・表面（基準面）、Ｐｃ・・・底面（合焦対象面、露光対象面）、
ＳＬ・・・検出光（光）

Claims (8)

1. 基準面と段差をなす合焦対象面に光学系の焦点を合わせる合焦装置であって、
   前記光学系の焦点が前記基準面に合う条件及び前記段差の情報を用いて、前記光学系の焦点が前記合焦対象面に合う合焦条件を求める制御部を備える、合焦装置。
2. 前記合焦条件は、前記光学系から前記合焦対象面までの距離を含み、
   前記制御部は、前記基準面に前記光学系の焦点が合うときの前記光学系から前記基準面までの距離を前記段差だけ調整する、請求項１に記載の合焦装置。
3. 前記段差の情報が前記合焦対象面と前記基準面との境界を示す情報を含み、かつ前記合焦条件が前記光学系の倍率を含み、
   前記制御部は、前記合焦条件を探索するときに前記合焦対象面に照射される光のスポットが前記合焦対象面に収まるように、前記境界を示す情報を用いて前記光学系の倍率を調整する、請求項１又は２に記載の合焦装置。
4. 前記基準面が前記合焦対象面の周囲に設定される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の合焦装置。
5. 前記制御部は、前記段差の測定値を用いて前記合焦条件を求める、請求項１〜４のいずれか一項に記載の合焦装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の合焦装置を備える露光装置。
7. 前記制御部は、前記光学系が第１の倍率であるときに前記基準面に焦点が合う条件と前記合焦条件とを比較して前記段差を求め、前記光学系が前記第１の倍率よりも低倍率の第２の倍率であるときに前記段差を用いて前記光学系の焦点を前記合焦対象面に合わせる、請求項６に記載の露光装置。
8. 請求項６又は７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。

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