JP3564730B2 - 投影露光装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等を製造する投影露光装置及び方法に関し、特に感光基板の焦点合わせを行なうことが可能な投影露光装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の投影露光装置において、マスク（レチクル）のパターンを投影光学系を介して感光基板（ウェハ）上に結像する際、パターンの結像面にウェハ表面を正確に合致させること、即ち焦点合わせが必須のこととなっている。近年投影光学系の焦点深度は狭くなる一方で、露光用照明として波長３６５ｎｍのｉ線を用いたものでも、±０．７μｍ程度の焦点深度しか得られないのが現状である。従ってこの種の投影露光装置に備えられる焦点検出系は、投影光学系の結像面とウェハ表面との投影光学系の光軸方向における偏差量を高精度に検出することが要求されている。
【０００３】
このように投影光学系の結像面とウェハ表面との投影光学系の光軸方向における偏差量を高精度に検出して焦点合わせを行う手法として、例えば特開昭５８−１１３７０６号公報等に開示された技術が知られている。これは、ウェハ上にレーザビーム（ウェハ上のレジストに対して非感光性のビーム）をパターン像として照射し、その反射光を同期検波方式によって光電検出して投影光学系の結像面とウェハ表面との投影光学系の光軸方向における偏差量を高精度に検出するものである。
【０００４】
ここで、投影光学系の光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な平面内におけるステージの移動位置を規定する座標系をＸＹ座標系とすると、ウェハ表面の高さ位置を検出する際、焦点検出系がウェハ上に投射するパターン像（以下、「スリット像」と記す）の形成位置（ＸＹ座標位置）は、投影光学系の結像面内において投影光学系の光軸位置を設定位置として予め調整される。従って、焦点検出系はウェハ上に既に露光された各ショット領域の中心点にスリット像を投射して焦点検出を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の投影露光装置においては、スリット像は投影光学系の結像面における上述の設定位置を中心とする所定の許容範囲内にはいるように調整されているので、実際に投影光学系の結像面においてスリット像が形成される座標位置は投影露光装置毎にばらついている。
【０００６】
一般にウェハ上に露光される各ショット領域の表面は露光工程を経ることによって段差（凹凸）を生じる。この凹凸の一例として、スクライブラインが挙げられる。これは１つのショット領域内に２つの回路パターン領域を形成するようなとき、それら２つの回路パターン領域の間に存在する溝のことであり、溝の幅は２ｍｍ程度、溝の段差は１〜５μｍ程度である。
【０００７】
このようなショット領域にスリット像を照射して焦点検出を行う場合、上述した従来の装置ではショット領域の中心点、すなわちスクライブライン上にスリット像を照射するものと、ショット領域の中心点からずれた位置、即ちスクライブライン部分ではなく回路パターン領域上にスリット像を照射するものとがあり、装置によっては焦点検出に最大５μｍもの高度差を生じてしまう。このような露光装置では±０．７μｍもの狭い焦点深度内にウェハ表面を配置することが困難になる。また、スクライブラインのないショット領域においても、回路パターンが露光された領域には微小な段差が存在しており、これも焦点検出に大きな影響を及ぼす。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、ショット領域内に凹凸が存在していても、常に高精度な焦点検出を行うことが可能な投影露光装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施例を示す図１に対応付けて説明する。上述の問題点を解決するため本発明の装置は、マスク（Ｒ）に形成された回路パターンの像を基板（Ｗ）上に結像投影する投影光学系（ＰＬ）と、基板（Ｗ）を保持して投影光学系（ＰＬ）の光軸方向、及び該光軸にほぼ垂直な方向に移動可能なステージ（ＳＴ）と、を有する投影露光装置であって、基板上に焦点検出用パターンの像（ＳＰ）を投射するとともに、基板からの反射光を光電検出することによって、投影光学系の結像面と基板の表面との投影光学系の光軸方向の偏差に応じた検出信号を出力する焦点検出手段（１５〜２１）と、その検出信号に基づいてステージの光軸方向における位置を制御する制御手段（ＷＳＣ）と、ステージの一部に配置された基準パターン（３０ｘ、３０ｙ）と、基準パターンと焦点検出用パターンの像とを相対走査したときに焦点検出手段から得られる検出信号の変化に基づいて、焦点検出用パターンの像の光軸にほぼ垂直な面内における位置を検出するパターン位置検出手段（１０３、ＭＣＳ）と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、パターン位置検出手段の検出結果に基づいて、焦点検出用パターンの像の形成位置と光軸にほぼ垂直な面内における所定の設定位置との位置ずれ量が所定の許容範囲内であるか否かを表示する表示手段（ＣＲＴ）を有することが好ましい。このことにより、オペレータが焦点検出用パターンの像の位置ずれの状態を確認することができる。また、焦点検出手段は、パターン位置検出手段の検出信号に基づいて、焦点検出用パターンの像の位置を光軸にほぼ垂直な面内における所定の設定位置に移動させる移動手段（１８ａ、１６）をさらに有することが好ましい。このことにより、常にショット領域内の所定の測定点（例えばショット領域の中心点）に焦点検出用パターンの像が投射される。また、その移動手段は、光軸にほぼ垂直な面内における焦点検出用パターンの像の位置をシフトさせる第１の光学部材（１６）と、設定位置に焦点検出用パターンの像を配置するように第１の光学部材を駆動する第１の駆動手段（１８ａ）とを有することが好ましい。このことにより、自動的に焦点検出用パターンの像の投射位置を調整できる。また、焦点検出手段は、反射光を光電検出する光電検出器（２１）上における反射光の位置を変化させる第２の光学部材（２０）と、第２の光学部材を駆動する第２の駆動手段（１８ｂ）とを有することが好ましい。また、設定位置は、マスク上の基準点の投影光学系による投影位置であることが好ましい。また、マスク上の基準点、又は基準点と一定の位置関係で形成されたマスクマーク（ＲＭｘ、ＲＭｙ）と、ステージの一部に配置されたマスク計測用パターン（３１ｘ、３１ｙ）と、マスクマークとマスク計測用パターンとを投影光学系を介して検出することによってマスク上の基準点の投影光学系による投影位置を検出するマスク位置検出手段（６）と、をさらに有することが好ましい。また、基準パターンがマスク計測用パターンの機能を果たすことが好ましい。また、焦点検出手段は、基板上に焦点検出用パターンの像を複数個投射することが好ましい。また、パターン位置検出手段の検出信号に基づいて、露光処理中におけるステージの光軸にほぼ垂直な面内における位置を制御するステージ制御手段（ＭＣＳ）をさらに有することが好ましい。また、パターン位置検出手段の検出信号と、基板上の凹凸情報とに基づいて、焦点検出手段の検出結果を補正する補正手段（ＭＣＳ）をさらに有することが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明における投影露光方法は、マスク（Ｒ）に形成された回路パターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介してステージ（ＳＴ）上に載置された基板（Ｗ）上に露光する際、基板上に焦点検出用パターンの像（ＳＰ）を投射するとともに該基板からの反射光を光電検出することにより、投影光学系の結像面と基板の表面との投影光学系の光軸方向における偏差に対応した検出信号を得、その検出信号に基づいて基板の表面を結像面に配置する投影露光方法であって、ステージ（ＳＴ）上に配置された所定形状の基準パターン（３０ｘ、３０ｙ）に対して焦点検出用パターンの像を照射したときの照射光を光電検出することによって、光軸にほぼ垂直な面内における焦点検出用パターンの像の形成位置を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】
本発明は、焦点検出系によって基板上に投射されるパターン像（ＳＰ）と、反射率の異なる２つの領域を有する基準パターンとを相対走査することによって、パターン像（ＳＰ）の静止座標系上における形成位置を求める。そして、投影光学系の光軸（ＡＸ）の位置からの位置ずれを求める。この位置ずれに基づいて、移動手段はこのスリット像と基板との少なくとも一方を移動させて基板上の測定点とスリット像の形成位置とを一致させる。このことによって、焦点検出系は常に基板（ウェハ）上の所定の測定点（例えばショット領域の中心点）にスリット像を照射して焦点検出を行うことができる。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明の第１実施例による投影露光装置と、それに組み込まれる焦点検出系との概略的な構成を示す図である。以下図１を用いて説明を行なう。
露光用の照明光（水銀ランプからのｇ線、ｉ線、あるいはエキシマレーザ光源からの紫外線パルス光）ＩＬはフライアイレンズＦＬを通った後、コンデンサーレンズＣＬ、ミラーＭを介してレチクルＲのパターン領域ＰＡを均一な照度で照射する。パターン領域ＰＡを通過した照明光ＩＬは投影光学系（図１においては両側テレセントリックであるが片側テレセントリックでもよい）ＰＬを介してウェハステージＳＴ上に載置されているウェハＷ上に達する。ウェハステージＳＴはＸＹステージＳＴ１とＺステージＳＴ２とから構成されている。そして、ＸＹステージＳＴ１はＸＹ駆動系１によって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な方向（ＸＹ方向）に移動可能であり、ＺステージＳＴ２はＺ駆動系２によって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に移動可能である。ＸＹステージＳＴ１の位置（ＸＹ座標値）は、ステージ干渉計３により逐次計測される。ＺステージＳＴ２のＺ軸方向における位置（Ｚ座標値）は、Ｚステージ駆動系２内に設けられているエンコーダによって求められる。ウェハステージコントローラＷＳＣはステージ干渉計３からのＸＹ座標値、Ｚ駆動系２からのＺ座標値、及び主制御系ＭＣＳからの指令等に基づいて、ＸＹ駆動系１とＺ駆動系２を介してＸＹステージＳＴ１とＺステージＳＴ２の移動や位置決めを制御する。
【００１４】
レチクルＲはレチクルホルダーＲＨによって保持されており、このレチクルホルダーＲＨはレチクルステージＲＳＴ上に設けられている。レチクルステージＲＳＴはレチクル駆動系４によってＸＹ方向に移動可能であり、レチクルＲの座標値はレチクル干渉計５によって逐次計測されている。レチクルステージコントローラＲＳＣはレチクル干渉計５からの座標値や主制御系ＭＣＳからの指令等に基づいて、レチクル駆動系４を介してレチクルステージＲＳＴの移動や位置決めを制御する。
【００１５】
ここで、レチクルＲをミラーＭ側（図１における上側）から見た図を図２に示す。レチクルＲの内部の回路パターン領域ＰＡには半導体素子製造用の回路パターンが形成されている。パターン領域ＰＡはほぼ正方形であり、この正方形のとなりあう２辺の外側（パターン領域の外側）にはパターン領域ＰＡに隣接して夫々アライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙが設けられている。アライメントマークＲＭｘはＸ方向に延びた矩形状のマーク部を有し、アライメントマークＲＭｙはＹ方向に延びた矩形状のマーク部を有する。そして夫々のマーク部の両側（各マーク部の長手方向に垂直な方向）には開口部が設けられている。そして夫々のマークの長手方向における中心線の延長線上にレチクルＲの中心点（パターン領域の中心点）ＲＣが存在する。このアライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙはレチクルＲの位置を計測するときに用いられるもので、このことについては後で詳しく述べる。
【００１６】
また図２に示すようにレチクルＲには、レチクルＲの外周（正方形）の向かい合う２辺（図２ではＹ方向に平行な２辺）に隣接してレチクルマークＲＭａ、ＲＭｂが設けられている。レチクルマークＲＭａ、ＲＭｂは夫々Ｘ方向とＹ方向とに延びる十字の形状をしたマーク部を有し、夫々のマーク部の中心点ＭＣａ、ＭＣｂは、レチクルＲの中心点ＲＣを通りＹ方向に延びる直線上に夫々存在する。このレチクルマークＲＭａ、ＲＭｂはレチクルＲを所定の位置に位置決めする際に、後述するレチクルアライメント系によって読み取られるものである。
【００１７】
さて、図１においてレチクルＲの上部にはマーク検出系６、ミラー７から成るレチクルアライメント系（６、７）が設けられている。このレチクルアライメント系（６、７）は、図２に示したレチクルマークＲＭｂを検出する。また、本実施例の投影露光装置には、レチクルアライメント系（６、７）と同一の構成からなり、レチクルマークＲＭａを検出するアライメント系が設けられている（不図示）。レチクルアライメント系（６、７）は例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等のレーザビームをレチクルマークＲＭｂ上に照射して、その反射光を検出する。主制御系ＭＣＳはレチクルマークＲＭｂの像がマーク検出系６中の指標に合うようにレチクルステージコントローラＲＳＣを介してレチクルＲの位置を制御する。レチクルマークＲＭａも不図示のアライメント系によって同様に検出され、これらのレチクルアライメント系によってレチクルＲは中心点ＲＣが光軸ＡＸと一致するように位置決めされる。
【００１８】
さらに、ステージＳＴ（図１ではＺステージＳＴ２）上には基準板ＦＭが設けられている。この基準板ＦＭの表面とウェハＷの表面とはほぼ同一平面内に存在する。基準板ＦＭを投影光学系ＰＬ側（図１における上側）から見た図を図３に示す。図３において基準板ＦＭ上にはＸ方向、及びＹ方向を長手方向とする矩形状のパターン（フィデューシャル・マーク）３０ｘ、３０ｙ、光透過性の発光マーク３１ｘ、３１ｙ、後述するベースライン計測用のマーク３２ｘ、３２ｙが形成されている。そして、フィデューシャル・マーク３０ｘは高反射領域３０ｘａと低反射領域３０ｘｂとから構成されている。フィデューシャル・マーク３０ｙも同様に高反射領域３０ｙａと低反射領域３０ｙｂとから構成されている。これらのマーク３０ｘ、３０ｙ、３１ｘ、３１ｙ、３２ｘ、３２ｙは、夫々基準板ＦＭ上の予め決められた位置に配置されており、主制御系ＭＣＳは夫々のマーク間の距離（夫々のマークの中心点の間隔）を予め記憶している。
【００１９】
次にこの基準板ＦＭに関して投影光学系ＰＬと反対側（図１における下側）から、基準板ＦＭに設けられた発光マーク３１ｘ、３１ｙに対して光を照射する照明系、及び発光マーク３１ｘ、３１ｙを透過した光を受光する受光系について図１を用いて説明する。この検出系（以下、「ＩＳＳ系」と記す）はレチクルＲの位置を計測するためのものである。
【００２０】
図１において光源８は露光用の照明光ＩＬの波長と同一か、又はその近傍の波長の照明光ＩＥを発生する。この照明光ＩＥはレンズ９、ファイバー１０を介してステージＳＴの内部（基準板ＦＭの下方）に送られる。ファイバー１０を射出した照明光ＩＥはレンズ１１によって集光され、ミラー１２を介して発光マーク３１ｘ、３１ｙを下側から照射する。発光マーク３１ｘ、３１ｙの像はレチクルＲに設けられたアライメントマークＲＭｙ上で結像する。このとき、主制御系ＭＣＳはウェハステージＷＳをＹ方向に走査することによって、アライメントマークＲＭｙと発光マーク３１ｙとを相対走査させる。アライメントマークＲＭｙを透過した光はミラーＭ、コンデンサーレンズＣＬ、ビームスプリッタ１３等を介して光電検出器１４に受光される。図４（ａ）はレチクルＲのパターン面上に結像される発光マーク３１ｙの像３１ｙ’がアライメントマークＲＭｙを走査する様子を示し、図４（ｂ）はこのときに光電検出器１４から得られる光電信号の変化を示す図である。図４（ｂ）において縦軸は信号のレベル、横軸はステージ干渉計３から得られるステージのＹ方向の座標値である。ここで、マークの像３１ｙ’がアライメントマークＲＭｙのマーク部と重なったとき、光電検出器１４は照明光ＩＥをほとんど受光しないため、光電信号のレベルはボトムとなる。信号処理装置１０１はステージ干渉計３からの信号Ｓ２ に基づいてこのボトムの中心位置Ｙｒｍを検出する。
【００２１】
これと同様に主制御系ＭＣＳは、レチクルＲのパターン面上に結像される発光マーク３１ｘの像をアライメントマークＲＭｘ上で走査させる。そして、信号処理装置１０１はこのとき光電検出器１４から得られる検出信号がボトムとなる位置Ｘｒｍを検出する。そして主制御系ＭＣＳはこれらの計測値（Ｘｒｍ、Ｙｒｍ）を信号処理装置１０１から入力する。
【００２２】
主制御系ＭＣＳは予めアライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙとレチクルＲの中心点ＲＣとの位置関係を記憶しているため、上述した２つの計測値（Ｘｒｍ、Ｙｒｍ）に基づいて、レチクルＲの中心点ＲＣの位置を検出することができる。
再び図１に戻り、本装置に組み込まれている焦点検出系の構成について説明する。
【００２３】
投光器１５はウェハＷに塗布されている感光剤を感光させない波長の光（例えば赤外光等）を射出する。この投光器１５中には送光用のスリット板が設けられているため、このスリット板を透過した光が投光器１５から射出する。そしてこの光は平行平板ガラス（プレーンパラレルガラス）１６、集光レンズ１７を通って、ウェハＷ上にスリット像ＳＰとなって照射される。このスリット像ＳＰの中心点は、図１に示すように投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとウェハＷの表面とが交差する点に位置する。図１において、ウェハ表面は投影光学系ＰＬの結像面に配置されている。また、平行平板ガラス１６は送光用のスリット板の近傍に配置されている。さらに平行平板ガラス１６は図１の紙面と垂直な方向（Ｙ方向）、及び紙面に平行な方向に回転軸を有し、これらの回転軸を中心に微小量回転することができる。駆動部１８ａは平行平板ガラス１６を夫々の回転軸の回りに所定の角度範囲内で回転させる。この回転によってスリット像ＳＰの結像位置はウェハＷの表面とほぼ平行な方向（ＸＹ方向）に変位する。
【００２４】
ウェハＷで反射した光束（反射光）はレンズ１９、平行平板ガラス２０を通って受光器２１に受光される。この受光器２１中には受光用のスリット板が設けられており、この受光用スリット板を通過した光を光電検出する。また平行平板ガラス２０もＹ方向に回転軸を有し、駆動部１８ｂによって所定の角度範囲内で回転する。平行平板ガラス２０が回転すると、受光器２１による反射光の受光位置が変化する。この反射光の受光位置の変位方向は、ウェハＷがＺ軸方向に移動したときに反射光の受光位置が変位する方向と同じである。受光器２１からの検出信号Ｓａは信号処理装置１０３に出力される。信号処理装置１０３は、ウェハＷの表面と焦点検出系によって規定されている基準面との光軸ＡＸ方向の偏差量を検出する。この偏差量は主制御系ＭＣＳに出力される。尚、本実施例において焦点検出系の基準面は投影光学系ＰＬの結像面と一致するように、予め設定されている。
【００２５】
さて、さらに本装置はウェハＷ上のマークを検出するためにオフ・アクシス方式のアライメント系を備えている。このアライメント系の詳細な構成については特開昭６２−１７１１２５号公報に開示されているのでここでは簡単に説明する。
図１においてアライメント光学系２２の光軸ｌは投影光学系ＰＬの光軸ＡＸから距離ＬだけＸ軸方向に離れている。そしてアライメント光学系２２は照明光としてある帯域幅をもつブロードな波長分布の光をウェハＷ上に照射する。そしてアライメント光学系２２のウェハＷ上における検出中心Ｐ２ はステージ干渉計３の測定軸上に一致するように定められる。
【００２６】
さて、ウェハＷ上のマークからの反射光は再びアライメント光学系２２に入射し、そのマークの像はアライメント光学系２２中に設けられている指標板の下面に結像する。この指標板は図５（ａ）に示すように矩形の透明窓内にＸ方向とＹ方向の夫々に伸びた直線状の指標マーク４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを有する。そしてウェハＷ上のマークの像は、指標板に形成された指標マーク４０ａ〜４０ｄの像とともに撮像管２３の撮像面に結像する。図５（ｂ）は撮像管２３によってウェハＷ上のマークＷＭｘを検出する様子を示す。主制御系ＭＣＳはＸＹ駆動系１を制御して指標マーク４０ａと４０ｂとの間にウェハＷ上のマークＷＭｘの像ＷＭｘ’が位置するようにウェハＷを位置決めする。このとき、指標マーク４０ａと４０ｂとのＸ方向の中心位置Ｘｃに対してマーク像ＷＭｘ’の中心位置Ｘ３ はΔｘだけＸ方向にずれているものとする。このずれ量Δｘが所謂アライメント誤差である。これらのマーク４０ａ、４０ｂ、ＷＭｘ’を所定の走査領域内に位置させると、走査線ＳＬによる画像信号は図５（ｃ）のような波形になる。図５（ｃ）で縦軸は信号の大きさ（レベル）Ｉを表し、横軸は走査線ＳＬ方向の位置（Ｘ）を表す。指標マーク４０ａと４０ｂとはウェハＷからの反射光によって照明されるためレベルＩは位置Ｘ１ 、Ｘ２ でボトムになる。また、ウェハＷ上のマークＷＭｘは走査線ＳＬと直交する方向に平行に延びた２つの段差エッジによって散乱光が生じるため、マーク像ＷＭｘ’のレベルＩは位置Ｅ１ 、Ｅ２ でボトムとなる。信号処理装置１０２は位置Ｘ１ とＸ２ との中点として位置Ｘｃを検出し、位置Ｅ１ とＥ２ との中点として位置Ｘ３ を検出する。従って、アライメント誤差Δｘは次式で表される。
【００２７】
【数１】
Δｘ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２−（Ｅ１＋Ｅ２ ）／２・・・（１）
そして、ステージＳＴを現在の位置から−ΔｘだけＸ方向に移動させれば、アライメントが達成されたことになる。ウェハＷ上のマークＷＭｙについても上述と同様に検出可能である。
【００２８】
また、本実施例においては表示装置ＣＲＴが設けられており、例えば本装置での各種計測結果を画面上に表示して、オペレータに計測結果を知らせる。また、オペレータはこの表示装置ＣＲＴから主制御系ＭＣＳに対して露光動作の条件等を入力することができる。さらに図１において、主制御系ＭＣＳは信号処理装置１０１〜１０３からの信号に基づいてウェハステージコントローラーＷＳＣやレチクルステージコントローラーＲＳＣに制御信号Ｓ１ を出力する他、本装置全体を統括制御する。
【００２９】
さて、次に本実施例における動作について図１１に示すフローチャートに沿って説明する。また、本実施例においては、レチクルＲは先に説明したレチクルアライメント系、又はＩＳＳ系等によって、中心点ＲＣと光軸（ＡＸ）とが一致するように位置決めされているものとする。
まず、ステップ１１０においてウェハＷがステージＳＴ上に搬送されると、主制御系ＭＣＳはスリット像ＳＰが基準板ＦＭ上のマークが形成されていない部分に照射されるようにステージＳＴを移動し、焦点検出を行う（ステップ１２０）。次にステップ１３０において、スリット像ＳＰの座標位置を求める。主制御系ＭＣＳはウェハステージコントローラＷＳＣを制御してステージＳＴをＸ方向に移動させ、図６（ａ）に示すようにＸ方向に延びた矩形状のフィデューシャルマーク３０ｘをスリット像ＳＰに対して走査させる。図６（ａ）は便宜上、フィデューシャルマーク３０ｘを固定としてスリット像ＳＰが走査している様子を示す。また図６（ｂ）はこのときに受光器２１で得られ光電信号を示す図である。図６（ｂ）において縦軸は光電信号のレベル（電圧値）、横軸はステージ干渉計３から得られるステージのＸ方向の座標値である。また、スリット像ＳＰの全体がフィデューシャルマーク３０ｘの高反射領域３０ｘａに照射されているときのレベルをＳｈ、低反射領域３０ｘｂに照射されているときのレベルをＳｌとする。そして信号のレベルがＳｈからＳｌに向かって小さくなり始める点をＨＰ、レベルがＳｌに達したときの点をＬＰとする。信号処理回路１０３はステージ干渉計３からの位置情報に基づいて点ＨＰにおけるＸ座標値Ｘｈと、点ＬＰにおけるＸ座標値Ｘｌとの中心点Ｘｓｐを計測する。この点Ｘｓｐはスリット像ＳＰの中心点が高反射領域３０ｘａと低反射領域３０ｘｂとの境界線を通ったときのＸ座標値である。
【００３０】
同様に主制御系ＭＣＳはウェハステージコントローラＷＳＣを制御して、スリット像ＳＰとフィデューシャルマーク３０ｙとを相対走査する。そして信号処理装置１０３はスリット像ＳＰの中心点が高反射領域３０ｙａと低反射領域３０ｙｂとの境界線を通るときのＹ座標値Ｙｓｐを計測する。主制御系ＭＣＳはこれらの計測値（Ｘｓｐ、Ｙｓｐ）に基づいて、光軸ＡＸを原点（０、０）としてスリット像ＳＰのＸＹ座標系上の位置（σｘ、σｙ）を求める。
【００３１】
次に、主制御系ＭＣＳはステップ１４０において、このスリット像ＳＰの光軸ＡＸからの位置ずれを表示装置ＣＲＴに表示する。図７はその表示画面の一例を示す図である。スリット像ＳＰの設定位置は光軸ＡＸの位置（０、０）であり、この設定位置は図７に示す枠内の中心点である。そしてこの設定位置に対するスリット像ＳＰの位置をマップ上に“Ａ”で示す。図７の内側の正方形の枠は、スリット像ＳＰの設定位置からの位置ずれの許容範囲を示し、この枠の外に位置しているときは、スリット像ＳＰの位置を調整する必要がある。この許容範囲は、オペレータが自由に設定できる。オペレータはこの表示装置ＣＲＴに表示されたスリット像ＳＰの位置ずれの状態に応じて、スリット像ＳＰの位置を調整するか否かを判断する（ステップ１５０）。そしてオペレータがスリット像ＳＰの位置を調整する指令を表示装置ＣＲＴを介して主制御系ＭＣＳに送る。この指令に基づいて主制御系ＭＣＳは駆動部１８ａを介して平行平板ガラス１６の回転角を調整し、スリット像ＳＰの位置を調整して設定位置と一致させる（ステップ１６０）。
【００３２】
ここで、スリット像ＳＰの位置を調整するか否かの判断は、主制御系ＭＣＳが自動的に行ってもよい。また、スリット像ＳＰの位置調整はオペレータがマニュアルで行ってもよいし、位置ずれが許容範囲以上のときに主制御系ＭＣＳが自動的に行うようにしてもよい。
スリット像ＳＰの位置調整が終了すると、レチクルのパターンを各ショット領域に露光する露光工程に入る。先ず、露光すべき最初のショット領域を投影光学系ＰＬの下方に配置し、ショット領域の焦点検出を行う（ステップ１７０）。そしてそのショット領域を投影光学系ＰＬの結像面に配置したのち、レチクルＲのパターンをそのショット領域に重ね合わせて露光する（ステップ１８０）。そして、ウェハＷ上の全てのショット領域への露光が終了するまで、ステップ１７０とステップ１８０とを繰り返し行う（ステップ１９０）。
【００３３】
以上の動作によって、各ショット領域の焦点検出を行う際、スリット像ＳＰは常に各ショット領域の中心位置に形成されるため、ショット領域内の凹凸に関係なく常に安定して高精度な焦点検出が可能となる。
さて、本実施例ではウェハＷ上に１つのスリット像ＳＰを照射してショット領域内の１点の焦点位置を計測する焦点検出系について説明した。しかし、例えば特開平５−１９０４２３号公報に開示されているような、ウェハ上のショット領域内の複数点の焦点検出を行う焦点検出系についても同様に本発明を用いることができる。主制御系ＭＣＳは先の第１実施例と同様の動作によって、各スリット像（例えば５個）の座標位置を計測し、各スリット像の設定位置からのずれ量を計測する。このときの表示装置ＣＲＴによる画面表示の一例を図８（ａ）、図８（ｂ）に示す。図８（ａ）は先の図７に示した表示画面と同様に、各測定点（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）の実際の位置が予め定められた設定位置からどの方向にとれだけずれているかを示す図であり、オペレータは夫々のスリット像のずれ量が所定の許容範囲内であるか否かを簡単に知ることができる。また、図８（ｂ）はショット領域内の設計上の各測定点と、実際の測定点との位置関係を表す表示画面を示す図である。このような表示方法によって、各測定点がショット領域内のどの位置に存在するのかを知ることができる。また、図８（ｂ）においては、ずれ量が所定の許容範囲内である場合は○付きのアルファベットで記されているため、どのスリット像の位置を調整しなければならないかを知ることができる。
【００３４】
次に本発明の第２実施例について図１２に示すフローチャートに沿って説明する。本実施例で使用する装置は先の第１実施例と全く同じである。本実施例はレチクルＲの位置ずれを考慮してスリット像の位置を調整することが第１実施例と異なる点である。
さて、先の第１実施例と同様の動作（ステップ１１０〜１３０）によって、主制御系ＭＣＳはスリット像ＳＰのＸＹ座標系上の位置（σｘ、σｙ）を検出する。次に、先の第１実施例で説明したように、発光マーク３１ｘ、３１ｙを用いてアライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙを検出し、レチクルＲの中心点の投影光学系ＰＬによる投影位置（Ｒｘ、Ｒｙ）を求める（ステップ１３５）。図９はウェハＷ上におけるスリット像ＳＰ、光軸ＡＸ、及びレチクルＲの中心点ＲＣの投影光学系ＰＬによる投影点（ショット領域の中心点）ＲＣ’の位置関係を示した図である。重ね合わせ露光を行う際、各ショット領域は、その中心点がレチクルＲの中心点の投影位置と一致するように配置される。即ち、レチクルの中心点の投影位置が光軸ＡＸからずれていると、当然にショット領域の中心点も光軸ＡＸからずれて配置される。従って、焦点検出系のスリット像が光軸ＡＸ上にあっても、ショット領域の中心点に照射されるとは限らない。このため、主制御系ＭＣＳは先に検出したスリット像ＳＰの座標値（σｘ、σｙ）と点ＲＣ’の座標値（Ｒｘ、Ｒｙ）とに基づいて、スリット像ＳＰの位置とショット領域の中心点ＲＣ’の位置との位置ずれ量（ΔＸ、ΔＹ）＝（Ｒｘ−σｘ、Ｒｙ−σｙ）を計測する。そして、表示装置ＣＲＴはレチクルＲの中心点の投影位置を基準として、先の第１実施例と同様、図７に示すようにスリット像の形成位置を表示をする（ステップ１４０）。そして、第１実施例のステップ１５０以降の動作と同様の動作によって、スリット像ＳＰの中心点とショット領域の中心点ＲＣ’とを一致させる。このことによって、常に各ショット領域の中心点にスリット像を形成することができる。
【００３５】
また、スリット像の位置を検出するためのフィデューシャルマーク３０ｘ、３０ｙは上述の第１及び第２実施例に限らず、以下に説明するようなマークでもよい。このフィデューシャルマークの他の例について図１０（ａ）、図１０（ｂ）を用いて説明する。
図１０（ａ）に示すように、フィデューシャルマーク３０は、例えば石英等からなる低反射領域のマーク部３０ａと、クロム層が塗布された高反射領域の周辺部３０ｂとの反射率の異なる２つの領域から構成される。このフィデューシャルマーク３０は、図３に示す基準板ＦＭ上に形成されている。主制御系ＭＣＳはウェハステージＳＴをＸ方向に移動させることによって、スリット像ＳＰとフィデューシャルマーク３０とを相対走査する。図１０（ａ）は便宜上、フィデューシャルマーク３０を固定としてスリット像ＳＰが走査している様子を示す。図１０（ｂ）はそのときに受光器２１で得られる光電信号のレベルである。ここで、スリット像ＳＰが周辺部３０ｂを走査しているときの光電信号のレベルをＳｈ、スリット像ＳＰがマーク部３０ａを走査しているときの光電信号のレベルをＳｌとする。そして図１０（ｂ）に示すように、ＳｈからＳｌに向かって信号のレベルが小さくなる点をＡ１ 、Ｓｌに達したときの点をＡ２ 、ＳｌからＳｈに向かってレベルが大きくなる点をＡ３ 、そして再びＳｈに達したときの点をＡ４ とする。受光器２１からの光電信号は信号処理装置１０３に出力され、信号処理装置１０３は、点Ａ１ とＡ２ との中点のＸ座標値Ｘｓａ、及び点Ａ３ とＡ４ との中点のＸ座標値Ｘｓｂを計測し、各々のＸ座標値Ｘｓａ、Ｘｓｂの中心をスリット像ＳＰのＸ座標位置Ｘｓｃとして計測する。同様にスリット像ＳＰとフィデューシャルマーク３０とをＹ方向に相対走査することによって処理装置１０３はスリット像ＳＰのＹ座標値Ｙｓｐを計測する。これらの座標信号は主制御系ＭＣＳに出力される。そして主制御系ＭＣＳはこれらの座標信号に基づいてスリット像ＳＰのＸＹ座標系における位置（σｘ、σｙ）を求める。
【００３６】以上のように、スリット像ＳＰの位置は、反射率の異なる２つの領域を有するフィデューシャルマークとスリット像ＳＰとを相対走査させたときの受光器２１からの光電信号の変化に基づいて検出する。また、スリット像ＳＰのＸＹ座標値を算出するアルゴリズムは上述の実施例に限るものではない。また、上述した第１及び第２実施例ではステージＳＴをＸ方向、及びＹ方向に移動することにより、スリット像ＳＰに対してフィデューシャルマークを走査したが、逆に平行平板ガラス１６を駆動してフィデューシャルマークに対してスリット像ＳＰを走査してもよい。このとき主制御系ＭＣＳは、フィデューシャルマークの中心点を光軸ＡＸ、若しくはレチクルＲの中心点の投影位置に一致させる。そして、スリット像の中心点がフィデューシャルマークの中心点を通るときの平行平板ガラスの回転角を計測し、その後この角度にあわせれば、スリット像は光軸ＡＸ、若しくはレチクルＲの中心点の投影位置に形成される。また、フィデューシャルマーク３０ｘ、３０ｙの下側から光を照射することによって、発光マーク３１ｘ、３１ｙの機能を果たすようにしてもよい。
【００３７】
また、上述の第２実施例においては、スリット像ＳＰの位置を調整したが、レチクルＲを移動させてレチクルＲの中心点の投影位置をスリット像ＳＰの位置にあわせてもよい。しかし、レチクルＲを移動させると、ウェハＷ上のショット領域のアライメント位置と、そのショット領域の露光位置との間隔（ベースライン量）が変化してしまう。従って、レチクルＲを移動させた場合は、このベースライン量を計測する必要がある。そこで、主制御系ＭＣＳはステージＳＴ上の発光マーク３１ｘとレチクルＲ上のアライメントマークＲＭｘとが重なり合う位置（Ｘ座標値）Ｘｂ１ を記憶する。次に主制御系ＭＣＳは基準板ＦＭに設けられているベースライン計測用マーク３２ｘがオフ・アクシス方式のアライメント系（２２、２３）によって検出される位置（Ｘ座標値）Ｘｂ２ を記憶する。発光マーク３１ｘとマーク３２ｘとのＸ方向におけるずれ量をΔＸｂとすると、主制御系ＭＣＳはＸ方向のベースライン量として（Ｘｂ１ −Ｘｂ２ −ΔＸｂ）を算出して記憶する。またこれと同様にＹ方向のベースライン量についても求める。このようにレチクルＲを移動させたときは、その都度上述の如くベースラインチェック行えばよい。
【００３８】
次に本発明の第３実施例を説明する。本実施例も先の第１実施例で説明した装置を用いる。本実施例は先の第２実施例において計測されたスリット像ＳＰの位置とショット領域の中心点ＲＣ’の位置とのずれ量（ΔＸ、ΔＹ）と、代表的なアライメント方式とを利用したものである。本実施例では高いスループットと、高いアライメント精度の両立を計るエンハンスメント・グローバルアライメント（ＥＧＡ）方式を利用する。このＥＧＡ方式の詳細については特開昭６１−４４４２９号公報に開示されているので、ここでは簡単に説明する。
【００３９】
ＥＧＡ方式では、ウェハＷ上の複数（３〜９）個のショット領域ＳｎのマークＭＹｎ、ＭＸｎの位置を計測し、その計測値に基づいてウェハＷのステージＳＴの走り座標系、すなわちステージ干渉計によって規定されるＸＹ座標系内での微小回転誤差θ、ウェハ上のショット配列（又はステージＳＴの走り）の直交度ｗ、ウェハの線形な微小伸縮によるスケーリング誤差Ｒｘ、Ｒｙ、そして、ウェハのＸ、Ｙ方向の微小位置ずれ、すなわちオフセット誤差Ｏｘ、Ｏｙの夫々に関するパラメータを最小二乗近似により求める。そしてそれら各パラメータを介在として設計上のショット配列座標を実際のショット配列座標に変換して、露光時のステッピング位置を求める。
【００４０】
さて、本実施例ではウェハＷ上のサンプルアライメント用のショット領域として８個のショット領域Ｓ１ 〜Ｓ８ を有するものとする。そして、各サンプルショットＳ１ 〜Ｓ８ には、図２に示したアライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙがウェハＷ上に投影露光されたマークＭＸｎ、ＭＹｎ（ｎは１〜８）が形成されている。また各サンプルショットＳ１ 〜Ｓ８ の中心点をＲＣｎ（ｎは１〜８）とする。主制御系ＭＣＳは図５（ｂ）に示すように上述の８つのサンプルショットＳ１ 〜Ｓ８ の各マークＭＸｎ、ＭＹｎをオフ・アクシス方式のアライメント系（２２、２３）が検出するようにステージ駆動系１を制御する。主制御系ＭＣＳは各サンプルショットのアライメントマークを検出し、露光時のステッピング位置（Ｘｎ、Ｙｎ）を求める。
【００４１】
さて、ここで主制御系ＭＣＳはステッピング位置（Ｘｎ、Ｙｎ）にステージＳＴを位置決めする前に、図１に示す焦点検出系によって焦点検出を行なう。このときのスリット像ＳＰの座標値は図９に示すようにショットの中心点ＲＣ’からＸＹ方向に（ΔＸ、ΔＹ）だけずれている。これは先の第２実施例で説明した動作によって求められる。従って、主制御系ＭＣＳは座標値（Ｘｎ＋ΔＸ、Ｙｎ＋ΔＹ）となる位置にステージＳＴを位置決めして焦点検出を行い、ウェハ表面を投影光学系ＰＬの結像面に位置決めする。そしてステージＳＴをステッピング位置（Ｘｎ、Ｙｎ）に位置決めして露光を行なう。
【００４２】以上のシーケンスによって、常にショット領域内の中心点ＲＣ’にスリット像ＳＰを照射して焦点検出を行うことができる。また、図１に示した平行平板ガラス１６がない場合、即ちスリット像の位置調整ができない場合でも、本実施例によって先の第１及び第２実施例と同様の効果を得ることができる。さて、上述した３つの各実施例では焦点検出の際、各ショット領域の中心点ＲＣ’にスリット像ＳＰが形成されるようにスリット像ＳＰ、レチクルＲ、又はウェハＷを移動したが、必ずしも各ショット領域の中心点ＲＣ’にスリット像ＳＰを形成させる必要はない。例えば主制御系ＭＣＳが各ショット領域内の任意の位置における高さ位置（凹凸）に関する情報を予め記憶していれば、中心点ＲＣ’における高さ位置と、スリット像が形成された点における高さ位置とのずれ量に応じて、焦点検出系による検出結果を補正すればよい。このことによって、ショット領域内の任意の位置で焦点検出を行ことができる。
【００４３】
また、ショット領域の中心点ＲＣ’ではなく、中心点ＲＣ’同じ高さ位置の部分にスリット像ＳＰを投射してもよい。このときも上述と同様に、主制御系ＭＣＳは各ショット領域内の任意の位置における高さ位置（凹凸）に関する情報を予め記憶しておく必要がある。
また、上述の各実施例の焦点検出系は、予めショット領域の中心点ＲＣ’を焦点検出位置として設定していたが、当然焦点検出位置の設定はショット領域の中心点に限らず、ショット領域内のどの位置に設定しても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板上に投射するパターン像（スリット像）の位置を高精度に検出することができるため、予め定められた設定位置からのずれ量を簡単に求めることができる。そして、この位置ずれ量に基づいてスリット像、又は基板を移動させることにより、常に基板上の所定の測定点（例えばショット領域の中心点）にスリット像を照射して焦点検出を行うことができる。従って、ショット領域内に凹凸が存在していても、常に高精度な焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による投影露光装置の概略的な構成を示す図である
【図２】レチクルＲ上のマークの配置を示す図である。
【図３】基準板ＦＭ上に形成されたマークの配置を示す図である
【図４】図４（ａ）はレチクルＲのパターン面上に結像される発光マーク３１ｘの像３１ｘ’がアライメントマークＲＭｙを走査する様子を示し、図４（ｂ）はこのときに光電検出器１４から得られる光電信号の変化を示す図である。
【図５】図５（ａ）はオフ・アクシスアライメント系中に設けられている指標板を示す図であり、図５（ｂ）はオフ・アクシスアライメント系がウェハＷ上のマークＷＭｘを検出する様子を示す図であり、図５（ｃ）はそのときの画像信号の波形を示す図である。
【図６】図６（ａ）はフィデューシャル・マーク３０ｘとスリット像ＳＰとを相対走査している様子を示し、図６（ｂ）はこのとき受光器２１で得られる光電信号の変化を示す図である。
【図７】表示装置ＣＲＴによるスリット像ＳＰの形成位置の表示の一例を示す図である。
【図８】図８（ａ）、図８（ｂ）ともにスリット像が複数のときの表示装置ＣＲＴによる各スリット像の形成位置の表示の一例を示す図である。
【図９】ウェハＷ上におけるスリット像ＳＰ、光軸ＡＸ、及びレチクルＲの中心位置ＲＣの投影位置ＲＣ’の位置関係を示した図である。
【図１０】図１０（ａ）はスリット像ＳＰとフィデューシャルマーク３０とを相対走査する様子を示し、図１０（ｂ）はそのときに受光器２１で得られる光電信号の変化を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施例におけるフローチャート図である。
【図１２】本発明の第２実施例におけるフローチャート図である。
【符号の説明】
Ｒ・・・レチクル
ＰＬ・・・投影光学系
Ｗ・・・ウェハ
ＦＭ・・・基準板
ＭＣＳ・・・主制御系
ＣＲＴ・・・表示装置
ＷＳＣ・・・ウェハステージコントローラ
ＲＳＣ・・・レチクルステージコントローラ
ＳＴ１・・・ＸＹステージ
ＳＴ２・・・Ｚステージ
ＳＰ・・・スリット像
１５・・・投光器
１６、２０・・・平行平板ガラス
１８ａ、１８ｂ・・・駆動部
２１・・・受光器
１０１、１０２、１０３・・・信号処理装置
３０ｘ、３０ｙ・・・フィデューシャルマーク
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等を製造する投影露光装置及び方法に関し、特に感光基板の焦点合わせを行なうことが可能な投影露光装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の投影露光装置において、マスク（レチクル）のパターンを投影光学系を介して感光基板（ウェハ）上に結像する際、パターンの結像面にウェハ表面を正確に合致させること、即ち焦点合わせが必須のこととなっている。近年投影光学系の焦点深度は狭くなる一方で、露光用照明として波長３６５ｎｍのｉ線を用いたものでも、±０．７μｍ程度の焦点深度しか得られないのが現状である。従ってこの種の投影露光装置に備えられる焦点検出系は、投影光学系の結像面とウェハ表面との投影光学系の光軸方向における偏差量を高精度に検出することが要求されている。
【０００３】
このように投影光学系の結像面とウェハ表面との投影光学系の光軸方向における偏差量を高精度に検出して焦点合わせを行う手法として、例えば特開昭５８−１１３７０６号公報等に開示された技術が知られている。これは、ウェハ上にレーザビーム（ウェハ上のレジストに対して非感光性のビーム）をパターン像として照射し、その反射光を同期検波方式によって光電検出して投影光学系の結像面とウェハ表面との投影光学系の光軸方向における偏差量を高精度に検出するものである。
【０００４】
ここで、投影光学系の光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な平面内におけるステージの移動位置を規定する座標系をＸＹ座標系とすると、ウェハ表面の高さ位置を検出する際、焦点検出系がウェハ上に投射するパターン像（以下、「スリット像」と記す）の形成位置（ＸＹ座標位置）は、投影光学系の結像面内において投影光学系の光軸位置を設定位置として予め調整される。従って、焦点検出系はウェハ上に既に露光された各ショット領域の中心点にスリット像を投射して焦点検出を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の投影露光装置においては、スリット像は投影光学系の結像面における上述の設定位置を中心とする所定の許容範囲内にはいるように調整されているので、実際に投影光学系の結像面においてスリット像が形成される座標位置は投影露光装置毎にばらついている。
【０００６】
一般にウェハ上に露光される各ショット領域の表面は露光工程を経ることによって段差（凹凸）を生じる。この凹凸の一例として、スクライブラインが挙げられる。これは１つのショット領域内に２つの回路パターン領域を形成するようなとき、それら２つの回路パターン領域の間に存在する溝のことであり、溝の幅は２ｍｍ程度、溝の段差は１〜５μｍ程度である。
【０００７】
このようなショット領域にスリット像を照射して焦点検出を行う場合、上述した従来の装置ではショット領域の中心点、すなわちスクライブライン上にスリット像を照射するものと、ショット領域の中心点からずれた位置、即ちスクライブライン部分ではなく回路パターン領域上にスリット像を照射するものとがあり、装置によっては焦点検出に最大５μｍもの高度差を生じてしまう。このような露光装置では±０．７μｍもの狭い焦点深度内にウェハ表面を配置することが困難になる。また、スクライブラインのないショット領域においても、回路パターンが露光された領域には微小な段差が存在しており、これも焦点検出に大きな影響を及ぼす。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、ショット領域内に凹凸が存在していても、常に高精度な焦点検出を行うことが可能な投影露光装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施例を示す図１に対応付けて説明する。上述の問題点を解決するため本発明の装置は、マスク（Ｒ）に形成された回路パターンの像を基板（Ｗ）上に結像投影する投影光学系（ＰＬ）と、基板（Ｗ）を保持して投影光学系（ＰＬ）の光軸方向、及び該光軸にほぼ垂直な方向に移動可能なステージ（ＳＴ）と、を有する投影露光装置であって、基板上に焦点検出用パターンの像（ＳＰ）を投射するとともに、基板からの反射光を光電検出することによって、投影光学系の結像面と基板の表面との投影光学系の光軸方向の偏差に応じた検出信号を出力する焦点検出手段（１５〜２１）と、その検出信号に基づいてステージの光軸方向における位置を制御する制御手段（ＷＳＣ）と、ステージの一部に配置された基準パターン（３０ｘ、３０ｙ）と、基準パターンと焦点検出用パターンの像とを相対走査したときに焦点検出手段から得られる検出信号の変化に基づいて、焦点検出用パターンの像の光軸にほぼ垂直な面内における位置を検出するパターン位置検出手段（１０３、ＭＣＳ）と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、パターン位置検出手段の検出結果に基づいて、焦点検出用パターンの像の形成位置と光軸にほぼ垂直な面内における所定の設定位置との位置ずれ量が所定の許容範囲内であるか否かを表示する表示手段（ＣＲＴ）を有することが好ましい。このことにより、オペレータが焦点検出用パターンの像の位置ずれの状態を確認することができる。また、焦点検出手段は、パターン位置検出手段の検出信号に基づいて、焦点検出用パターンの像の位置を光軸にほぼ垂直な面内における所定の設定位置に移動させる移動手段（１８ａ、１６）をさらに有することが好ましい。このことにより、常にショット領域内の所定の測定点（例えばショット領域の中心点）に焦点検出用パターンの像が投射される。また、その移動手段は、光軸にほぼ垂直な面内における焦点検出用パターンの像の位置をシフトさせる第１の光学部材（１６）と、設定位置に焦点検出用パターンの像を配置するように第１の光学部材を駆動する第１の駆動手段（１８ａ）とを有することが好ましい。このことにより、自動的に焦点検出用パターンの像の投射位置を調整できる。また、焦点検出手段は、反射光を光電検出する光電検出器（２１）上における反射光の位置を変化させる第２の光学部材（２０）と、第２の光学部材を駆動する第２の駆動手段（１８ｂ）とを有することが好ましい。また、設定位置は、マスク上の基準点の投影光学系による投影位置であることが好ましい。また、マスク上の基準点、又は基準点と一定の位置関係で形成されたマスクマーク（ＲＭｘ、ＲＭｙ）と、ステージの一部に配置されたマスク計測用パターン（３１ｘ、３１ｙ）と、マスクマークとマスク計測用パターンとを投影光学系を介して検出することによってマスク上の基準点の投影光学系による投影位置を検出するマスク位置検出手段（６）と、をさらに有することが好ましい。また、基準パターンがマスク計測用パターンの機能を果たすことが好ましい。また、焦点検出手段は、基板上に焦点検出用パターンの像を複数個投射することが好ましい。また、パターン位置検出手段の検出信号に基づいて、露光処理中におけるステージの光軸にほぼ垂直な面内における位置を制御するステージ制御手段（ＭＣＳ）をさらに有することが好ましい。また、パターン位置検出手段の検出信号と、基板上の凹凸情報とに基づいて、焦点検出手段の検出結果を補正する補正手段（ＭＣＳ）をさらに有することが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明における投影露光方法は、マスク（Ｒ）に形成された回路パターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介してステージ（ＳＴ）上に載置された基板（Ｗ）上に露光する際、基板上に焦点検出用パターンの像（ＳＰ）を投射するとともに該基板からの反射光を光電検出することにより、投影光学系の結像面と基板の表面との投影光学系の光軸方向における偏差に対応した検出信号を得、その検出信号に基づいて基板の表面を結像面に配置する投影露光方法であって、ステージ（ＳＴ）上に配置された所定形状の基準パターン（３０ｘ、３０ｙ）に対して焦点検出用パターンの像を照射したときの照射光を光電検出することによって、光軸にほぼ垂直な面内における焦点検出用パターンの像の形成位置を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】
本発明は、焦点検出系によって基板上に投射されるパターン像（ＳＰ）と、反射率の異なる２つの領域を有する基準パターンとを相対走査することによって、パターン像（ＳＰ）の静止座標系上における形成位置を求める。そして、投影光学系の光軸（ＡＸ）の位置からの位置ずれを求める。この位置ずれに基づいて、移動手段はこのスリット像と基板との少なくとも一方を移動させて基板上の測定点とスリット像の形成位置とを一致させる。このことによって、焦点検出系は常に基板（ウェハ）上の所定の測定点（例えばショット領域の中心点）にスリット像を照射して焦点検出を行うことができる。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明の第１実施例による投影露光装置と、それに組み込まれる焦点検出系との概略的な構成を示す図である。以下図１を用いて説明を行なう。
露光用の照明光（水銀ランプからのｇ線、ｉ線、あるいはエキシマレーザ光源からの紫外線パルス光）ＩＬはフライアイレンズＦＬを通った後、コンデンサーレンズＣＬ、ミラーＭを介してレチクルＲのパターン領域ＰＡを均一な照度で照射する。パターン領域ＰＡを通過した照明光ＩＬは投影光学系（図１においては両側テレセントリックであるが片側テレセントリックでもよい）ＰＬを介してウェハステージＳＴ上に載置されているウェハＷ上に達する。ウェハステージＳＴはＸＹステージＳＴ１とＺステージＳＴ２とから構成されている。そして、ＸＹステージＳＴ１はＸＹ駆動系１によって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な方向（ＸＹ方向）に移動可能であり、ＺステージＳＴ２はＺ駆動系２によって投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に移動可能である。ＸＹステージＳＴ１の位置（ＸＹ座標値）は、ステージ干渉計３により逐次計測される。ＺステージＳＴ２のＺ軸方向における位置（Ｚ座標値）は、Ｚステージ駆動系２内に設けられているエンコーダによって求められる。ウェハステージコントローラＷＳＣはステージ干渉計３からのＸＹ座標値、Ｚ駆動系２からのＺ座標値、及び主制御系ＭＣＳからの指令等に基づいて、ＸＹ駆動系１とＺ駆動系２を介してＸＹステージＳＴ１とＺステージＳＴ２の移動や位置決めを制御する。
【００１４】
レチクルＲはレチクルホルダーＲＨによって保持されており、このレチクルホルダーＲＨはレチクルステージＲＳＴ上に設けられている。レチクルステージＲＳＴはレチクル駆動系４によってＸＹ方向に移動可能であり、レチクルＲの座標値はレチクル干渉計５によって逐次計測されている。レチクルステージコントローラＲＳＣはレチクル干渉計５からの座標値や主制御系ＭＣＳからの指令等に基づいて、レチクル駆動系４を介してレチクルステージＲＳＴの移動や位置決めを制御する。
【００１５】
ここで、レチクルＲをミラーＭ側（図１における上側）から見た図を図２に示す。レチクルＲの内部の回路パターン領域ＰＡには半導体素子製造用の回路パターンが形成されている。パターン領域ＰＡはほぼ正方形であり、この正方形のとなりあう２辺の外側（パターン領域の外側）にはパターン領域ＰＡに隣接して夫々アライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙが設けられている。アライメントマークＲＭｘはＸ方向に延びた矩形状のマーク部を有し、アライメントマークＲＭｙはＹ方向に延びた矩形状のマーク部を有する。そして夫々のマーク部の両側（各マーク部の長手方向に垂直な方向）には開口部が設けられている。そして夫々のマークの長手方向における中心線の延長線上にレチクルＲの中心点（パターン領域の中心点）ＲＣが存在する。このアライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙはレチクルＲの位置を計測するときに用いられるもので、このことについては後で詳しく述べる。
【００１６】
また図２に示すようにレチクルＲには、レチクルＲの外周（正方形）の向かい合う２辺（図２ではＹ方向に平行な２辺）に隣接してレチクルマークＲＭａ、ＲＭｂが設けられている。レチクルマークＲＭａ、ＲＭｂは夫々Ｘ方向とＹ方向とに延びる十字の形状をしたマーク部を有し、夫々のマーク部の中心点ＭＣａ、ＭＣｂは、レチクルＲの中心点ＲＣを通りＹ方向に延びる直線上に夫々存在する。このレチクルマークＲＭａ、ＲＭｂはレチクルＲを所定の位置に位置決めする際に、後述するレチクルアライメント系によって読み取られるものである。
【００１７】
さて、図１においてレチクルＲの上部にはマーク検出系６、ミラー７から成るレチクルアライメント系（６、７）が設けられている。このレチクルアライメント系（６、７）は、図２に示したレチクルマークＲＭｂを検出する。また、本実施例の投影露光装置には、レチクルアライメント系（６、７）と同一の構成からなり、レチクルマークＲＭａを検出するアライメント系が設けられている（不図示）。レチクルアライメント系（６、７）は例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等のレーザビームをレチクルマークＲＭｂ上に照射して、その反射光を検出する。主制御系ＭＣＳはレチクルマークＲＭｂの像がマーク検出系６中の指標に合うようにレチクルステージコントローラＲＳＣを介してレチクルＲの位置を制御する。レチクルマークＲＭａも不図示のアライメント系によって同様に検出され、これらのレチクルアライメント系によってレチクルＲは中心点ＲＣが光軸ＡＸと一致するように位置決めされる。
【００１８】
さらに、ステージＳＴ（図１ではＺステージＳＴ２）上には基準板ＦＭが設けられている。この基準板ＦＭの表面とウェハＷの表面とはほぼ同一平面内に存在する。基準板ＦＭを投影光学系ＰＬ側（図１における上側）から見た図を図３に示す。図３において基準板ＦＭ上にはＸ方向、及びＹ方向を長手方向とする矩形状のパターン（フィデューシャル・マーク）３０ｘ、３０ｙ、光透過性の発光マーク３１ｘ、３１ｙ、後述するベースライン計測用のマーク３２ｘ、３２ｙが形成されている。そして、フィデューシャル・マーク３０ｘは高反射領域３０ｘａと低反射領域３０ｘｂとから構成されている。フィデューシャル・マーク３０ｙも同様に高反射領域３０ｙａと低反射領域３０ｙｂとから構成されている。これらのマーク３０ｘ、３０ｙ、３１ｘ、３１ｙ、３２ｘ、３２ｙは、夫々基準板ＦＭ上の予め決められた位置に配置されており、主制御系ＭＣＳは夫々のマーク間の距離（夫々のマークの中心点の間隔）を予め記憶している。
【００１９】
次にこの基準板ＦＭに関して投影光学系ＰＬと反対側（図１における下側）から、基準板ＦＭに設けられた発光マーク３１ｘ、３１ｙに対して光を照射する照明系、及び発光マーク３１ｘ、３１ｙを透過した光を受光する受光系について図１を用いて説明する。この検出系（以下、「ＩＳＳ系」と記す）はレチクルＲの位置を計測するためのものである。
【００２０】
図１において光源８は露光用の照明光ＩＬの波長と同一か、又はその近傍の波長の照明光ＩＥを発生する。この照明光ＩＥはレンズ９、ファイバー１０を介してステージＳＴの内部（基準板ＦＭの下方）に送られる。ファイバー１０を射出した照明光ＩＥはレンズ１１によって集光され、ミラー１２を介して発光マーク３１ｘ、３１ｙを下側から照射する。発光マーク３１ｘ、３１ｙの像はレチクルＲに設けられたアライメントマークＲＭｙ上で結像する。このとき、主制御系ＭＣＳはウェハステージＷＳをＹ方向に走査することによって、アライメントマークＲＭｙと発光マーク３１ｙとを相対走査させる。アライメントマークＲＭｙを透過した光はミラーＭ、コンデンサーレンズＣＬ、ビームスプリッタ１３等を介して光電検出器１４に受光される。図４（ａ）はレチクルＲのパターン面上に結像される発光マーク３１ｙの像３１ｙ’がアライメントマークＲＭｙを走査する様子を示し、図４（ｂ）はこのときに光電検出器１４から得られる光電信号の変化を示す図である。図４（ｂ）において縦軸は信号のレベル、横軸はステージ干渉計３から得られるステージのＹ方向の座標値である。ここで、マークの像３１ｙ’がアライメントマークＲＭｙのマーク部と重なったとき、光電検出器１４は照明光ＩＥをほとんど受光しないため、光電信号のレベルはボトムとなる。信号処理装置１０１はステージ干渉計３からの信号Ｓ２ に基づいてこのボトムの中心位置Ｙｒｍを検出する。
【００２１】
これと同様に主制御系ＭＣＳは、レチクルＲのパターン面上に結像される発光マーク３１ｘの像をアライメントマークＲＭｘ上で走査させる。そして、信号処理装置１０１はこのとき光電検出器１４から得られる検出信号がボトムとなる位置Ｘｒｍを検出する。そして主制御系ＭＣＳはこれらの計測値（Ｘｒｍ、Ｙｒｍ）を信号処理装置１０１から入力する。
【００２２】
主制御系ＭＣＳは予めアライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙとレチクルＲの中心点ＲＣとの位置関係を記憶しているため、上述した２つの計測値（Ｘｒｍ、Ｙｒｍ）に基づいて、レチクルＲの中心点ＲＣの位置を検出することができる。
再び図１に戻り、本装置に組み込まれている焦点検出系の構成について説明する。
【００２３】
投光器１５はウェハＷに塗布されている感光剤を感光させない波長の光（例えば赤外光等）を射出する。この投光器１５中には送光用のスリット板が設けられているため、このスリット板を透過した光が投光器１５から射出する。そしてこの光は平行平板ガラス（プレーンパラレルガラス）１６、集光レンズ１７を通って、ウェハＷ上にスリット像ＳＰとなって照射される。このスリット像ＳＰの中心点は、図１に示すように投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとウェハＷの表面とが交差する点に位置する。図１において、ウェハ表面は投影光学系ＰＬの結像面に配置されている。また、平行平板ガラス１６は送光用のスリット板の近傍に配置されている。さらに平行平板ガラス１６は図１の紙面と垂直な方向（Ｙ方向）、及び紙面に平行な方向に回転軸を有し、これらの回転軸を中心に微小量回転することができる。駆動部１８ａは平行平板ガラス１６を夫々の回転軸の回りに所定の角度範囲内で回転させる。この回転によってスリット像ＳＰの結像位置はウェハＷの表面とほぼ平行な方向（ＸＹ方向）に変位する。
【００２４】
ウェハＷで反射した光束（反射光）はレンズ１９、平行平板ガラス２０を通って受光器２１に受光される。この受光器２１中には受光用のスリット板が設けられており、この受光用スリット板を通過した光を光電検出する。また平行平板ガラス２０もＹ方向に回転軸を有し、駆動部１８ｂによって所定の角度範囲内で回転する。平行平板ガラス２０が回転すると、受光器２１による反射光の受光位置が変化する。この反射光の受光位置の変位方向は、ウェハＷがＺ軸方向に移動したときに反射光の受光位置が変位する方向と同じである。受光器２１からの検出信号Ｓａは信号処理装置１０３に出力される。信号処理装置１０３は、ウェハＷの表面と焦点検出系によって規定されている基準面との光軸ＡＸ方向の偏差量を検出する。この偏差量は主制御系ＭＣＳに出力される。尚、本実施例において焦点検出系の基準面は投影光学系ＰＬの結像面と一致するように、予め設定されている。
【００２５】
さて、さらに本装置はウェハＷ上のマークを検出するためにオフ・アクシス方式のアライメント系を備えている。このアライメント系の詳細な構成については特開昭６２−１７１１２５号公報に開示されているのでここでは簡単に説明する。
図１においてアライメント光学系２２の光軸ｌは投影光学系ＰＬの光軸ＡＸから距離ＬだけＸ軸方向に離れている。そしてアライメント光学系２２は照明光としてある帯域幅をもつブロードな波長分布の光をウェハＷ上に照射する。そしてアライメント光学系２２のウェハＷ上における検出中心Ｐ２ はステージ干渉計３の測定軸上に一致するように定められる。
【００２６】
さて、ウェハＷ上のマークからの反射光は再びアライメント光学系２２に入射し、そのマークの像はアライメント光学系２２中に設けられている指標板の下面に結像する。この指標板は図５（ａ）に示すように矩形の透明窓内にＸ方向とＹ方向の夫々に伸びた直線状の指標マーク４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを有する。そしてウェハＷ上のマークの像は、指標板に形成された指標マーク４０ａ〜４０ｄの像とともに撮像管２３の撮像面に結像する。図５（ｂ）は撮像管２３によってウェハＷ上のマークＷＭｘを検出する様子を示す。主制御系ＭＣＳはＸＹ駆動系１を制御して指標マーク４０ａと４０ｂとの間にウェハＷ上のマークＷＭｘの像ＷＭｘ’が位置するようにウェハＷを位置決めする。このとき、指標マーク４０ａと４０ｂとのＸ方向の中心位置Ｘｃに対してマーク像ＷＭｘ’の中心位置Ｘ３ はΔｘだけＸ方向にずれているものとする。このずれ量Δｘが所謂アライメント誤差である。これらのマーク４０ａ、４０ｂ、ＷＭｘ’を所定の走査領域内に位置させると、走査線ＳＬによる画像信号は図５（ｃ）のような波形になる。図５（ｃ）で縦軸は信号の大きさ（レベル）Ｉを表し、横軸は走査線ＳＬ方向の位置（Ｘ）を表す。指標マーク４０ａと４０ｂとはウェハＷからの反射光によって照明されるためレベルＩは位置Ｘ１ 、Ｘ２ でボトムになる。また、ウェハＷ上のマークＷＭｘは走査線ＳＬと直交する方向に平行に延びた２つの段差エッジによって散乱光が生じるため、マーク像ＷＭｘ’のレベルＩは位置Ｅ１ 、Ｅ２ でボトムとなる。信号処理装置１０２は位置Ｘ１ とＸ２ との中点として位置Ｘｃを検出し、位置Ｅ１ とＥ２ との中点として位置Ｘ３ を検出する。従って、アライメント誤差Δｘは次式で表される。
【００２７】
【数１】
Δｘ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２−（Ｅ１＋Ｅ２ ）／２・・・（１）
そして、ステージＳＴを現在の位置から−ΔｘだけＸ方向に移動させれば、アライメントが達成されたことになる。ウェハＷ上のマークＷＭｙについても上述と同様に検出可能である。
【００２８】
また、本実施例においては表示装置ＣＲＴが設けられており、例えば本装置での各種計測結果を画面上に表示して、オペレータに計測結果を知らせる。また、オペレータはこの表示装置ＣＲＴから主制御系ＭＣＳに対して露光動作の条件等を入力することができる。さらに図１において、主制御系ＭＣＳは信号処理装置１０１〜１０３からの信号に基づいてウェハステージコントローラーＷＳＣやレチクルステージコントローラーＲＳＣに制御信号Ｓ１ を出力する他、本装置全体を統括制御する。
【００２９】
さて、次に本実施例における動作について図１１に示すフローチャートに沿って説明する。また、本実施例においては、レチクルＲは先に説明したレチクルアライメント系、又はＩＳＳ系等によって、中心点ＲＣと光軸（ＡＸ）とが一致するように位置決めされているものとする。
まず、ステップ１１０においてウェハＷがステージＳＴ上に搬送されると、主制御系ＭＣＳはスリット像ＳＰが基準板ＦＭ上のマークが形成されていない部分に照射されるようにステージＳＴを移動し、焦点検出を行う（ステップ１２０）。次にステップ１３０において、スリット像ＳＰの座標位置を求める。主制御系ＭＣＳはウェハステージコントローラＷＳＣを制御してステージＳＴをＸ方向に移動させ、図６（ａ）に示すようにＸ方向に延びた矩形状のフィデューシャルマーク３０ｘをスリット像ＳＰに対して走査させる。図６（ａ）は便宜上、フィデューシャルマーク３０ｘを固定としてスリット像ＳＰが走査している様子を示す。また図６（ｂ）はこのときに受光器２１で得られ光電信号を示す図である。図６（ｂ）において縦軸は光電信号のレベル（電圧値）、横軸はステージ干渉計３から得られるステージのＸ方向の座標値である。また、スリット像ＳＰの全体がフィデューシャルマーク３０ｘの高反射領域３０ｘａに照射されているときのレベルをＳｈ、低反射領域３０ｘｂに照射されているときのレベルをＳｌとする。そして信号のレベルがＳｈからＳｌに向かって小さくなり始める点をＨＰ、レベルがＳｌに達したときの点をＬＰとする。信号処理回路１０３はステージ干渉計３からの位置情報に基づいて点ＨＰにおけるＸ座標値Ｘｈと、点ＬＰにおけるＸ座標値Ｘｌとの中心点Ｘｓｐを計測する。この点Ｘｓｐはスリット像ＳＰの中心点が高反射領域３０ｘａと低反射領域３０ｘｂとの境界線を通ったときのＸ座標値である。
【００３０】
同様に主制御系ＭＣＳはウェハステージコントローラＷＳＣを制御して、スリット像ＳＰとフィデューシャルマーク３０ｙとを相対走査する。そして信号処理装置１０３はスリット像ＳＰの中心点が高反射領域３０ｙａと低反射領域３０ｙｂとの境界線を通るときのＹ座標値Ｙｓｐを計測する。主制御系ＭＣＳはこれらの計測値（Ｘｓｐ、Ｙｓｐ）に基づいて、光軸ＡＸを原点（０、０）としてスリット像ＳＰのＸＹ座標系上の位置（σｘ、σｙ）を求める。
【００３１】
次に、主制御系ＭＣＳはステップ１４０において、このスリット像ＳＰの光軸ＡＸからの位置ずれを表示装置ＣＲＴに表示する。図７はその表示画面の一例を示す図である。スリット像ＳＰの設定位置は光軸ＡＸの位置（０、０）であり、この設定位置は図７に示す枠内の中心点である。そしてこの設定位置に対するスリット像ＳＰの位置をマップ上に“Ａ”で示す。図７の内側の正方形の枠は、スリット像ＳＰの設定位置からの位置ずれの許容範囲を示し、この枠の外に位置しているときは、スリット像ＳＰの位置を調整する必要がある。この許容範囲は、オペレータが自由に設定できる。オペレータはこの表示装置ＣＲＴに表示されたスリット像ＳＰの位置ずれの状態に応じて、スリット像ＳＰの位置を調整するか否かを判断する（ステップ１５０）。そしてオペレータがスリット像ＳＰの位置を調整する指令を表示装置ＣＲＴを介して主制御系ＭＣＳに送る。この指令に基づいて主制御系ＭＣＳは駆動部１８ａを介して平行平板ガラス１６の回転角を調整し、スリット像ＳＰの位置を調整して設定位置と一致させる（ステップ１６０）。
【００３２】
ここで、スリット像ＳＰの位置を調整するか否かの判断は、主制御系ＭＣＳが自動的に行ってもよい。また、スリット像ＳＰの位置調整はオペレータがマニュアルで行ってもよいし、位置ずれが許容範囲以上のときに主制御系ＭＣＳが自動的に行うようにしてもよい。
スリット像ＳＰの位置調整が終了すると、レチクルのパターンを各ショット領域に露光する露光工程に入る。先ず、露光すべき最初のショット領域を投影光学系ＰＬの下方に配置し、ショット領域の焦点検出を行う（ステップ１７０）。そしてそのショット領域を投影光学系ＰＬの結像面に配置したのち、レチクルＲのパターンをそのショット領域に重ね合わせて露光する（ステップ１８０）。そして、ウェハＷ上の全てのショット領域への露光が終了するまで、ステップ１７０とステップ１８０とを繰り返し行う（ステップ１９０）。
【００３３】
以上の動作によって、各ショット領域の焦点検出を行う際、スリット像ＳＰは常に各ショット領域の中心位置に形成されるため、ショット領域内の凹凸に関係なく常に安定して高精度な焦点検出が可能となる。
さて、本実施例ではウェハＷ上に１つのスリット像ＳＰを照射してショット領域内の１点の焦点位置を計測する焦点検出系について説明した。しかし、例えば特開平５−１９０４２３号公報に開示されているような、ウェハ上のショット領域内の複数点の焦点検出を行う焦点検出系についても同様に本発明を用いることができる。主制御系ＭＣＳは先の第１実施例と同様の動作によって、各スリット像（例えば５個）の座標位置を計測し、各スリット像の設定位置からのずれ量を計測する。このときの表示装置ＣＲＴによる画面表示の一例を図８（ａ）、図８（ｂ）に示す。図８（ａ）は先の図７に示した表示画面と同様に、各測定点（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）の実際の位置が予め定められた設定位置からどの方向にとれだけずれているかを示す図であり、オペレータは夫々のスリット像のずれ量が所定の許容範囲内であるか否かを簡単に知ることができる。また、図８（ｂ）はショット領域内の設計上の各測定点と、実際の測定点との位置関係を表す表示画面を示す図である。このような表示方法によって、各測定点がショット領域内のどの位置に存在するのかを知ることができる。また、図８（ｂ）においては、ずれ量が所定の許容範囲内である場合は○付きのアルファベットで記されているため、どのスリット像の位置を調整しなければならないかを知ることができる。
【００３４】
次に本発明の第２実施例について図１２に示すフローチャートに沿って説明する。本実施例で使用する装置は先の第１実施例と全く同じである。本実施例はレチクルＲの位置ずれを考慮してスリット像の位置を調整することが第１実施例と異なる点である。
さて、先の第１実施例と同様の動作（ステップ１１０〜１３０）によって、主制御系ＭＣＳはスリット像ＳＰのＸＹ座標系上の位置（σｘ、σｙ）を検出する。次に、先の第１実施例で説明したように、発光マーク３１ｘ、３１ｙを用いてアライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙを検出し、レチクルＲの中心点の投影光学系ＰＬによる投影位置（Ｒｘ、Ｒｙ）を求める（ステップ１３５）。図９はウェハＷ上におけるスリット像ＳＰ、光軸ＡＸ、及びレチクルＲの中心点ＲＣの投影光学系ＰＬによる投影点（ショット領域の中心点）ＲＣ’の位置関係を示した図である。重ね合わせ露光を行う際、各ショット領域は、その中心点がレチクルＲの中心点の投影位置と一致するように配置される。即ち、レチクルの中心点の投影位置が光軸ＡＸからずれていると、当然にショット領域の中心点も光軸ＡＸからずれて配置される。従って、焦点検出系のスリット像が光軸ＡＸ上にあっても、ショット領域の中心点に照射されるとは限らない。このため、主制御系ＭＣＳは先に検出したスリット像ＳＰの座標値（σｘ、σｙ）と点ＲＣ’の座標値（Ｒｘ、Ｒｙ）とに基づいて、スリット像ＳＰの位置とショット領域の中心点ＲＣ’の位置との位置ずれ量（ΔＸ、ΔＹ）＝（Ｒｘ−σｘ、Ｒｙ−σｙ）を計測する。そして、表示装置ＣＲＴはレチクルＲの中心点の投影位置を基準として、先の第１実施例と同様、図７に示すようにスリット像の形成位置を表示をする（ステップ１４０）。そして、第１実施例のステップ１５０以降の動作と同様の動作によって、スリット像ＳＰの中心点とショット領域の中心点ＲＣ’とを一致させる。このことによって、常に各ショット領域の中心点にスリット像を形成することができる。
【００３５】
また、スリット像の位置を検出するためのフィデューシャルマーク３０ｘ、３０ｙは上述の第１及び第２実施例に限らず、以下に説明するようなマークでもよい。このフィデューシャルマークの他の例について図１０（ａ）、図１０（ｂ）を用いて説明する。
図１０（ａ）に示すように、フィデューシャルマーク３０は、例えば石英等からなる低反射領域のマーク部３０ａと、クロム層が塗布された高反射領域の周辺部３０ｂとの反射率の異なる２つの領域から構成される。このフィデューシャルマーク３０は、図３に示す基準板ＦＭ上に形成されている。主制御系ＭＣＳはウェハステージＳＴをＸ方向に移動させることによって、スリット像ＳＰとフィデューシャルマーク３０とを相対走査する。図１０（ａ）は便宜上、フィデューシャルマーク３０を固定としてスリット像ＳＰが走査している様子を示す。図１０（ｂ）はそのときに受光器２１で得られる光電信号のレベルである。ここで、スリット像ＳＰが周辺部３０ｂを走査しているときの光電信号のレベルをＳｈ、スリット像ＳＰがマーク部３０ａを走査しているときの光電信号のレベルをＳｌとする。そして図１０（ｂ）に示すように、ＳｈからＳｌに向かって信号のレベルが小さくなる点をＡ１ 、Ｓｌに達したときの点をＡ２ 、ＳｌからＳｈに向かってレベルが大きくなる点をＡ３ 、そして再びＳｈに達したときの点をＡ４ とする。受光器２１からの光電信号は信号処理装置１０３に出力され、信号処理装置１０３は、点Ａ１ とＡ２ との中点のＸ座標値Ｘｓａ、及び点Ａ３ とＡ４ との中点のＸ座標値Ｘｓｂを計測し、各々のＸ座標値Ｘｓａ、Ｘｓｂの中心をスリット像ＳＰのＸ座標位置Ｘｓｃとして計測する。同様にスリット像ＳＰとフィデューシャルマーク３０とをＹ方向に相対走査することによって処理装置１０３はスリット像ＳＰのＹ座標値Ｙｓｐを計測する。これらの座標信号は主制御系ＭＣＳに出力される。そして主制御系ＭＣＳはこれらの座標信号に基づいてスリット像ＳＰのＸＹ座標系における位置（σｘ、σｙ）を求める。
【００３６】以上のように、スリット像ＳＰの位置は、反射率の異なる２つの領域を有するフィデューシャルマークとスリット像ＳＰとを相対走査させたときの受光器２１からの光電信号の変化に基づいて検出する。また、スリット像ＳＰのＸＹ座標値を算出するアルゴリズムは上述の実施例に限るものではない。また、上述した第１及び第２実施例ではステージＳＴをＸ方向、及びＹ方向に移動することにより、スリット像ＳＰに対してフィデューシャルマークを走査したが、逆に平行平板ガラス１６を駆動してフィデューシャルマークに対してスリット像ＳＰを走査してもよい。このとき主制御系ＭＣＳは、フィデューシャルマークの中心点を光軸ＡＸ、若しくはレチクルＲの中心点の投影位置に一致させる。そして、スリット像の中心点がフィデューシャルマークの中心点を通るときの平行平板ガラスの回転角を計測し、その後この角度にあわせれば、スリット像は光軸ＡＸ、若しくはレチクルＲの中心点の投影位置に形成される。また、フィデューシャルマーク３０ｘ、３０ｙの下側から光を照射することによって、発光マーク３１ｘ、３１ｙの機能を果たすようにしてもよい。
【００３７】
また、上述の第２実施例においては、スリット像ＳＰの位置を調整したが、レチクルＲを移動させてレチクルＲの中心点の投影位置をスリット像ＳＰの位置にあわせてもよい。しかし、レチクルＲを移動させると、ウェハＷ上のショット領域のアライメント位置と、そのショット領域の露光位置との間隔（ベースライン量）が変化してしまう。従って、レチクルＲを移動させた場合は、このベースライン量を計測する必要がある。そこで、主制御系ＭＣＳはステージＳＴ上の発光マーク３１ｘとレチクルＲ上のアライメントマークＲＭｘとが重なり合う位置（Ｘ座標値）Ｘｂ１ を記憶する。次に主制御系ＭＣＳは基準板ＦＭに設けられているベースライン計測用マーク３２ｘがオフ・アクシス方式のアライメント系（２２、２３）によって検出される位置（Ｘ座標値）Ｘｂ２ を記憶する。発光マーク３１ｘとマーク３２ｘとのＸ方向におけるずれ量をΔＸｂとすると、主制御系ＭＣＳはＸ方向のベースライン量として（Ｘｂ１ −Ｘｂ２ −ΔＸｂ）を算出して記憶する。またこれと同様にＹ方向のベースライン量についても求める。このようにレチクルＲを移動させたときは、その都度上述の如くベースラインチェック行えばよい。
【００３８】
次に本発明の第３実施例を説明する。本実施例も先の第１実施例で説明した装置を用いる。本実施例は先の第２実施例において計測されたスリット像ＳＰの位置とショット領域の中心点ＲＣ’の位置とのずれ量（ΔＸ、ΔＹ）と、代表的なアライメント方式とを利用したものである。本実施例では高いスループットと、高いアライメント精度の両立を計るエンハンスメント・グローバルアライメント（ＥＧＡ）方式を利用する。このＥＧＡ方式の詳細については特開昭６１−４４４２９号公報に開示されているので、ここでは簡単に説明する。
【００３９】
ＥＧＡ方式では、ウェハＷ上の複数（３〜９）個のショット領域ＳｎのマークＭＹｎ、ＭＸｎの位置を計測し、その計測値に基づいてウェハＷのステージＳＴの走り座標系、すなわちステージ干渉計によって規定されるＸＹ座標系内での微小回転誤差θ、ウェハ上のショット配列（又はステージＳＴの走り）の直交度ｗ、ウェハの線形な微小伸縮によるスケーリング誤差Ｒｘ、Ｒｙ、そして、ウェハのＸ、Ｙ方向の微小位置ずれ、すなわちオフセット誤差Ｏｘ、Ｏｙの夫々に関するパラメータを最小二乗近似により求める。そしてそれら各パラメータを介在として設計上のショット配列座標を実際のショット配列座標に変換して、露光時のステッピング位置を求める。
【００４０】
さて、本実施例ではウェハＷ上のサンプルアライメント用のショット領域として８個のショット領域Ｓ１ 〜Ｓ８ を有するものとする。そして、各サンプルショットＳ１ 〜Ｓ８ には、図２に示したアライメントマークＲＭｘ、ＲＭｙがウェハＷ上に投影露光されたマークＭＸｎ、ＭＹｎ（ｎは１〜８）が形成されている。また各サンプルショットＳ１ 〜Ｓ８ の中心点をＲＣｎ（ｎは１〜８）とする。主制御系ＭＣＳは図５（ｂ）に示すように上述の８つのサンプルショットＳ１ 〜Ｓ８ の各マークＭＸｎ、ＭＹｎをオフ・アクシス方式のアライメント系（２２、２３）が検出するようにステージ駆動系１を制御する。主制御系ＭＣＳは各サンプルショットのアライメントマークを検出し、露光時のステッピング位置（Ｘｎ、Ｙｎ）を求める。
【００４１】
さて、ここで主制御系ＭＣＳはステッピング位置（Ｘｎ、Ｙｎ）にステージＳＴを位置決めする前に、図１に示す焦点検出系によって焦点検出を行なう。このときのスリット像ＳＰの座標値は図９に示すようにショットの中心点ＲＣ’からＸＹ方向に（ΔＸ、ΔＹ）だけずれている。これは先の第２実施例で説明した動作によって求められる。従って、主制御系ＭＣＳは座標値（Ｘｎ＋ΔＸ、Ｙｎ＋ΔＹ）となる位置にステージＳＴを位置決めして焦点検出を行い、ウェハ表面を投影光学系ＰＬの結像面に位置決めする。そしてステージＳＴをステッピング位置（Ｘｎ、Ｙｎ）に位置決めして露光を行なう。
【００４２】以上のシーケンスによって、常にショット領域内の中心点ＲＣ’にスリット像ＳＰを照射して焦点検出を行うことができる。また、図１に示した平行平板ガラス１６がない場合、即ちスリット像の位置調整ができない場合でも、本実施例によって先の第１及び第２実施例と同様の効果を得ることができる。さて、上述した３つの各実施例では焦点検出の際、各ショット領域の中心点ＲＣ’にスリット像ＳＰが形成されるようにスリット像ＳＰ、レチクルＲ、又はウェハＷを移動したが、必ずしも各ショット領域の中心点ＲＣ’にスリット像ＳＰを形成させる必要はない。例えば主制御系ＭＣＳが各ショット領域内の任意の位置における高さ位置（凹凸）に関する情報を予め記憶していれば、中心点ＲＣ’における高さ位置と、スリット像が形成された点における高さ位置とのずれ量に応じて、焦点検出系による検出結果を補正すればよい。このことによって、ショット領域内の任意の位置で焦点検出を行ことができる。
【００４３】
また、ショット領域の中心点ＲＣ’ではなく、中心点ＲＣ’同じ高さ位置の部分にスリット像ＳＰを投射してもよい。このときも上述と同様に、主制御系ＭＣＳは各ショット領域内の任意の位置における高さ位置（凹凸）に関する情報を予め記憶しておく必要がある。
また、上述の各実施例の焦点検出系は、予めショット領域の中心点ＲＣ’を焦点検出位置として設定していたが、当然焦点検出位置の設定はショット領域の中心点に限らず、ショット領域内のどの位置に設定しても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板上に投射するパターン像（スリット像）の位置を高精度に検出することができるため、予め定められた設定位置からのずれ量を簡単に求めることができる。そして、この位置ずれ量に基づいてスリット像、又は基板を移動させることにより、常に基板上の所定の測定点（例えばショット領域の中心点）にスリット像を照射して焦点検出を行うことができる。従って、ショット領域内に凹凸が存在していても、常に高精度な焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による投影露光装置の概略的な構成を示す図である
【図２】レチクルＲ上のマークの配置を示す図である。
【図３】基準板ＦＭ上に形成されたマークの配置を示す図である
【図４】図４（ａ）はレチクルＲのパターン面上に結像される発光マーク３１ｘの像３１ｘ’がアライメントマークＲＭｙを走査する様子を示し、図４（ｂ）はこのときに光電検出器１４から得られる光電信号の変化を示す図である。
【図５】図５（ａ）はオフ・アクシスアライメント系中に設けられている指標板を示す図であり、図５（ｂ）はオフ・アクシスアライメント系がウェハＷ上のマークＷＭｘを検出する様子を示す図であり、図５（ｃ）はそのときの画像信号の波形を示す図である。
【図６】図６（ａ）はフィデューシャル・マーク３０ｘとスリット像ＳＰとを相対走査している様子を示し、図６（ｂ）はこのとき受光器２１で得られる光電信号の変化を示す図である。
【図７】表示装置ＣＲＴによるスリット像ＳＰの形成位置の表示の一例を示す図である。
【図８】図８（ａ）、図８（ｂ）ともにスリット像が複数のときの表示装置ＣＲＴによる各スリット像の形成位置の表示の一例を示す図である。
【図９】ウェハＷ上におけるスリット像ＳＰ、光軸ＡＸ、及びレチクルＲの中心位置ＲＣの投影位置ＲＣ’の位置関係を示した図である。
【図１０】図１０（ａ）はスリット像ＳＰとフィデューシャルマーク３０とを相対走査する様子を示し、図１０（ｂ）はそのときに受光器２１で得られる光電信号の変化を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施例におけるフローチャート図である。
【図１２】本発明の第２実施例におけるフローチャート図である。
【符号の説明】
Ｒ・・・レチクル
ＰＬ・・・投影光学系
Ｗ・・・ウェハ
ＦＭ・・・基準板
ＭＣＳ・・・主制御系
ＣＲＴ・・・表示装置
ＷＳＣ・・・ウェハステージコントローラ
ＲＳＣ・・・レチクルステージコントローラ
ＳＴ１・・・ＸＹステージ
ＳＴ２・・・Ｚステージ
ＳＰ・・・スリット像
１５・・・投光器
１６、２０・・・平行平板ガラス
１８ａ、１８ｂ・・・駆動部
２１・・・受光器
１０１、１０２、１０３・・・信号処理装置
３０ｘ、３０ｙ・・・フィデューシャルマーク
Claims (16)
- マスクに形成された回路パターンの像を基板上に結像投影する投影光学系と、前記基板を保持して前記投影光学系の光軸方向、及び該光軸にほぼ垂直な方向に移動可能なステージと、を有する投影露光装置において、
前記基板上に焦点検出用パターンの像を投射するとともに、前記基板からの反射光を光電検出することによって、前記投影光学系の結像面と前記基板の表面との前記投影光学系の光軸方向の偏差に応じた検出信号を出力する焦点検出手段と、
前記検出信号に基づいて前記ステージの前記光軸方向における位置を制御する制御手段と、
前記ステージの一部に配置された基準パターンと、
前記基準パターンと前記焦点検出用パターンの像とを相対走査したときに前記焦点検出手段から得られる前記検出信号の変化に基づいて、前記焦点検出用パターンの像の前記光軸にほぼ垂直な面内における位置を検出するパターン位置検出手段と、を有することを特徴とする投影露光装置。 - 前記パターン位置検出手段の検出結果に基づいて、前記焦点検出用パターンの像の形成位置と前記光軸にほぼ垂直な面内における所定の設定位置との位置ずれ量が所定の許容範囲内であるか否かを表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
- 前記焦点検出手段は、前記パターン位置検出手段の検出信号に基づいて、前記焦点検出用パターンの像の位置を前記光軸にほぼ垂直な面内における所定の設定位置に移動させる移動手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の投影露光装置。
- 前記移動手段は、前記光軸にほぼ垂直な面内における前記焦点検出用パターンの像の位置をシフトさせる第１の光学部材と、前記設定位置に前記焦点検出用パターンの像を配置するように前記第１の光学部材を駆動する第１の駆動手段とを有することを特徴とする請求項３に記載の投影露光装置。
- 前記焦点検出手段は、前記反射光を光電検出する光電検出器上における前記反射光の位置を変化させる第２の光学部材と、前記第２の光学部 材を駆動する第２の駆動手段とを有することを特徴とする請求項４に記載の投影露光装置。
- 前記設定位置は、前記マスク上の基準点の前記投影光学系による投影位置であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の投影露光装置。
- 前記マスク上の基準点、又は前記基準点と一定の位置関係で形成されたマスクマークと、
前記ステージの一部に配置されたマスク計測用パターンと
前記マスクマークと前記マスク計測用パターンとを前記投影光学系を介して検出することによって前記マスク上の基準点の前記投影光学系による投影位置を検出するマスク位置検出手段と、をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の投影露光装置。 - 前記基準パターンが前記マスク計測用パターンの機能を果たすことを特徴とする請求項７に記載の投影露光装置。
- 前記焦点検出手段は、前記基板上に前記焦点検出用パターンの像を複数個投射することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の投影露光装置。
- 前記パターン位置検出手段の検出信号に基づいて、露光処理中における前記ステージの前記光軸にほぼ垂直な面内における位置を制御するステージ制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
- 前記パターン位置検出手段の検出信号と、前記基板上の凹凸情報とに基づいて、前記焦点検出手段の検出結果を補正する補正手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
- マスクに形成された回路パターンの像を投影光学系を介してステージ上に載置された基板上に露光する際、前記基板上に焦点検出用パターンの像を投射するとともに該基板からの反射光を光電検出することにより、前記投影光学系の結像面と前記基板の表面との前記投影光学系の光軸方向における偏差に対応した検出信号を得、その検出信号に基づいて前記基板の表面を前記結像 面に配置する投影露光方法において、
前記ステージ上に配置された所定形状の基準パターンに対して前記焦点検出用パターンの像を照射したときの照射光を光電検出することによって、前記光軸にほぼ垂直な面内における前記焦点検出用パターンの像の形成位置を検出することを特徴とする投影露光方法。 - 前記焦点検出用パターンの像の形成位置を検出したときの検出結果に基づいて、前記焦点検出用パターンの像の形成位置が前記光軸にほぼ垂直な面内における所定の設定位置に対して所定の許容範囲内にあるか否かを判断することを特徴とする請求項１２に記載の投影露光方法。
- 前記焦点検出用パターンの像の形成位置を検出したときの検出結果に基づいて、前記焦点検出用パターンの像の位置を前記光軸にほぼ垂直な面内における所定の設定位置に移動させることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の投影露光方法。
- 前記焦点検出用パターンの像の形成位置を検出したときの検出結果に基づいて、露光処理中における前記ステージの前記光軸にほぼ垂直な面内における位置を制御することを特徴とする請求項１２に記載の投影露光方法。
- 前記焦点検出用パターンの像の形成位置を検出したときの検出結果と、前記基板上の凹凸情報とに基づいて、前記偏差に対応した検出信号を補正することを特徴とする請求項１２に記載の投影露光方法。
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-
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| JPH0774093A (ja) | 1995-03-17 |
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