JPH10275768A

JPH10275768A - 投影露光装置及び相対位置計測方法

Info

Publication number: JPH10275768A
Application number: JP9095284A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Okumura; 正彦奥村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】基準板取付け作業を簡略化する。【解決手段】主制御装置５０では基板ステージ２２の
位置決めを行ない、フォーカス検出系（３６ａ，３６
ｂ）の検出値をモニタしつつ基準板（ＦＭ）上の第１基
準マーク（Ｍｒ）に位置検出系（３４ａ，３４ｂ）を合
焦させると同時に第２基準マーク（Ｍｗ）にマーク検出
系（３２）を合焦させるように基板駆動系（２１ａ，２
１ｂ）が制御される。このため、基準板（ＦＭ）の基板
テーブル（２４）への取付け後においても、第１基準マ
ークに位置検出系を合焦させると同時に第２基準マーク
にマーク検出系を合焦させることが可能になることか
ら、基準板（ＦＭ）をある程度ラフに基板テーブル（２
４）に取り付けておいても良くなるので、結果的に基準
板取付け作業に熟練が不要となり、その作業も容易にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置及び
相対位置計測方法に係り、更に詳しくは、半導体素子、
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に用いられる投影露光装置、及び投影露光装置に用いら
れる、マスクパターンの投影位置と感光基板上の位置合
わせマークの位置を検出するマーク検出系の検出中心と
の相対位置関係を計測する相対位置計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
をフォトリソグラフィ工程で製造する際には、マスク又
はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成さ
れたパターンを投影光学系を介してフォトレジスト等の
感光材が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板
（以下、「ウエハ」と総称する）上に投影露光する投影
露光装置が用いられている。この投影露光装置として
は、ステップ・アンド・リピート方式でウエハ上の各シ
ョット領域に露光を行なう縮小投影露光装置（ステッパ
ー）や、このステッパーを改良したステップ・アンド・
スキャン方式の走査型露光装置等が知られている。

【０００３】例えば半導体素子は、ウエハ上に多数層の
回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成される
ので、２層目以降の回路パターンをウエハ上に露光する
際には、露光に先立ってレチクルとウエハの各ショット
領域内の回路パターンとの位置合わせ（アライメント）
を高精度に行う必要がある。このアライメントを行うた
めに、ウエハ上にはそれまでの工程中で位置合わせマー
クとしてのアライメント・マーク（ウエハマーク）が形
成されており、そのアライメント・マークの位置を検出
することで、ウエハ上の各ショット領域内の回路パター
ンの正確な位置を検出することができる。

【０００４】このため、投影露光装置には、アライメン
ト・マークの位置を正確に検出するためのマーク検出系
（アライメントセンサ）が装備されている。このマーク
検出系は、投影光学系を介してアライメント・マークの
位置を検出するオン・アクシス方式と投影光学系を介さ
ないでアライメント・マークの位置を検出するオフ・ア
クシス方式とがある。前者のオン・アクシス方式ではア
ライメント光と露光光との波長の相違による色収差等の
問題があるため、後者のオフ・アクシス方式のマーク検
出系が比較的多く用いられている。

【０００５】図５には、従来の投影露光装置の一例が示
されている。この図５の投影露光装置は、ＸＹ面内で２
次元移動するＸＹステージ１０２を備えている。このＸ
Ｙステージ１０２上に、Ｚ駆動機構１１２ａ，１１２
ｂ，１１２ｃ（但し、紙面奥側の１２ｃは図示せず）を
介して試料台１０４が搭載されている。この試料台１０
４上にレベリング機構１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを
介してウエハ・ホルダ１０５が設けられおり、このウエ
ハ・ホルダ１０５上にウエハＷが吸着保持されている。
また、試料台１０４上には、不図示の干渉計用の移動鏡
（Ｌ字型ミラー）１１４及び基準板ＦＭが設けられてい
る。基準板ＦＭの表面には一対の第１基準マークＭｒ、
第２基準マークＭｗ等が形成されている。

【０００６】また、ウエハ・ホルダ１０５の上方に投影
光学系ＰＬが配置されており、この投影光学系ＰＬの側
面にオフ・アクシス方式のマーク検出系としてのウエハ
・アライメント・センサ１０６が設けられている。この
ウエハ・アライメント・センサ１０６により、基準板Ｆ
Ｍの表面に形成された第２基準マークＭｗや、ウエハＷ
の表面にパターニングされたアライメント・マークのＸ
Ｙ平面内での位置が計測可能となっている。

【０００７】さらに、投影光学系ＰＬの上方には、レチ
クルＲが配置されており、このレチクルＲは不図示のレ
チクル・ホルダによって保持されている。このレチクル
Ｒの中央部には、不図示の回路パターン（被露光パター
ン）が形成されており、その両側に一対のレチクル・ア
ライメント・マークＭ_Rが形成されている。レチクルＲ
の上方には、レチクル・アライメント・センサ１０９
ａ，１０９ｂが設けられており、これらのレチクル・ア
ライメント・センサ１０９ａ，１０９ｂによってレチク
ル・アライメント・マークＭ_Rと基準板ＦＭ上に形成さ
れた一対の第１基準マークＭｒとの位置ずれを計測でき
るようになっている。

【０００８】この他、この投影露光装置には、ウエハＷ
表面の投影光学系ＰＬの光軸方向の位置（変位）を計測
するフォーカス・センサ（１０８ａ，１０８ｂ）も設け
られている。

【０００９】この投影露光装置では、予めウエハＷ上に
形成されたアライメント・マークの位置を、ウエハ・ア
ライメント・センサ１０６によって計測した後、ＸＹス
テージ１０２とＺ駆動機構１１２ａ，１１２ｂ，１１２
ｃ、レベリング機構１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを駆
動して、ウエハＷのショット領域を露光位置（レチクル
Ｒ上のパターンの投影位置）及び投影光学系ＰＬの像面
に対して位置合わせした後、露光が行われる。

【００１０】上記のように、ウエハ・アライメント・セ
ンサ１０６によって計測した結果に基づいて、ウエハＷ
の上記位置合わせを行うためには、ウエハ・アライメン
ト・センサ１０６の検出中心とレチクルＲ上のパターン
の投影位置との相対位置関係が分かっていなければなら
ない。この相対位置関係を求めるのが、ベースライン計
測シーケンスと呼ばれるものである。

【００１１】この投影露光装置におけるベースライン計
測は、次のようにして行われる。すなわち、試料台１０
４上に設けられた基準板ＦＭ上の第２基準マークＭｗを
ウエハ・アライメント・センサ１０６で観察すると同時
に一対の第１基準マークＭｒを投影光学系ＰＬを介して
レチクル・アライメント・センサ１０９ａ，１０９ｂで
観察する。そして、レチクル・アライメント・センサ１
０９ａ，１０９ｂによりレチクルＲ上の一対のレチクル
・アライメント・マークＭ_Rと基準板ＦＭ上の一対の第
１基準マークＭｒとの相対位置関係（相対距離）を計測
し、ウエハ・アライメント・センサ１０６により、ウエ
ハ・アライメント・センサ１０６の内部に設けられた検
出基準となる指標マークと基準板ＦＭ上の第２基準マー
クＭｗとの相対位置関係（相対距離）を計測する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記ベースライン計測
を行う際、ウエハ・アライメント・センサ１０６とレチ
クル・アライメント・センサ１０９ａ，１０９ｂは、同
時に基準板ＦＭ上の各基準マークに合焦した状態で計測
を行うことができることがスループット上理想的であ
る。しかし、上記構成の投影露光装置にあっては、基準
板ＦＭの取付け後に、倍率等の他の結像特性に影響を与
えることなく、ウエハ・アライメント・センサ１０６と
レチクル・アライメント・センサ１０９ａ，１０９ｂと
を基準板ＦＭ上の各基準マークに同時に合焦させること
は困難であった。このため、ベースライン計測時に、ウ
エハ・アライメント・センサ１０６とレチクル・アライ
メント・センサ１０９ａ，１０９ｂとを基準板ＦＭに対
して合焦させるような動作は行われておらず、基準板Ｆ
Ｍの取付けの段階で、ウエハ・アライメント・センサ１
０６とレチクル・アライメント・センサ１０９ａ，１０
９ｂとができるだけ同時に基準板ＦＭ上の各基準マーク
に合焦するように、基準板ＦＭの取り付け作業を行って
いた。具体的には、試料台１０４上に基準板を支持する
ための３点の支持面（島出し面とも呼ばれる）を形成
し、これらの支持面を少しずつ削ることにより、基準板
ＦＭの取付け角度の調整を厳密に行う必要があった。こ
のため、基準板取付け作業に熟練を要するとともに、面
倒で手間の掛かるという不都合があった。

【００１３】また、仮に、上記の如くして基準板ＦＭの
取り付けを厳密に行ったとしても、装置使用時の大気圧
変動や、投影光学系ＰＬへの露光光照射などの影響によ
り、両センサ１０６、（１０９ａ，１０９ｂ）の合焦位
置の差が変動するため、少なくとも一方のアライメント
・センサにデフォーカスが発生することは避けることが
できなかった。このため、計測対象である各マーク像の
コントラスト低下による計測再現性の悪化や、特にレチ
クル・アライメント・センサの場合には、主光線の傾斜
（テレセントリシティのずれ）との相乗効果による計測
誤差が発生するという不都合があった。

【００１４】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１に記載の発明の目的は、特に、基準板取付
け作業を簡略化することができる投影露光装置を提供す
ることにある。

【００１５】また、請求項２及び３に記載の発明の目的
は、上記目的に加え、基準板表面に凹凸があっても、確
実に、第１基準マークに位置検出系を合焦させると同時
に第２基準マークにマーク検出系を合焦させることが可
能な投影露光装置を提供することにある。

【００１６】また、請求項４に記載の発明の目的は、上
記各発明の目的に加え、大気圧変動があっても、確実
に、基準板上の第１基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第２基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことが可能な投影露光装置を提供することにある。

【００１７】また、請求項５に記載の発明の目的は、上
記各発明の目的に加え、投影光学系への露光光照射の影
響により特に位置検出系の焦点位置が変動しても、確実
に、基準板上の第１基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第２基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことが可能な投影露光装置を提供することにある。

【００１８】また、請求項６ないし８に記載の発明の目
的は、ベースライン計測精度を向上させることが可能な
相対位置計測方法（ベースライン計測方法）を提供する
ことにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンを投影光学系
（ＰＬ）を介して感光基板（Ｗ）上に投影露光する投影
露光装置であって、所定の基準面内を２次元移動可能な
基板ステージ（２２）と；前記感光基板（Ｗ）を保持す
る基板テーブル（２４）と；前記基板ステージ（２２）
上に搭載され、前記基板テーブル（２４）を前記投影光
学系（ＰＬ）の光軸方向及びこれに直交する面に対して
傾斜する方向に駆動する基板駆動系（２１ａ，２１ｂ）
と；前記基板テーブル（２４）上に載置されるとともに
第１基準マーク（Ｍ_r1，Ｍ_r2）と第２基準マーク（Ｍ
ｗ）とが所定の位置関係で形成された基準板（ＦＭ）
と；前記感光基板（Ｗ）及び前記基準板（ＦＭ）の光軸
方向位置を検出するフォーカス検出系（３６ａ，３６
ｂ）と；前記基準板（ＦＭ）上の前記第１基準マーク
（Ｍ_r1，Ｍ_r2）と前記マスク（Ｒ）のパターンの投影位
置との相対位置関係を計測する位置検出系（３４ａ，３
４ｂ）と；前記感光基板（Ｗ）上の位置合わせマーク及
び前記基準板（ＦＭ）上の第２基準マーク（Ｍｗ）の位
置を検出するためのマーク検出系（３２）と；前記基板
ステージ（２２）の２次元位置を制御するステージ制御
系（５０）と；前記ステージ制御系（５０）を介して前
記基板ステージ（２２）の位置決めを行なうとともに、
前記フォーカス検出系（３６ａ，３６ｂ）の検出値をモ
ニタしつつ前記基準板（ＦＭ）上の前記第１基準マーク
（Ｍ_r1，Ｍ_r2）に前記位置検出系（３４ａ，３４ｂ）を
合焦させると同時に前記第２基準マーク（Ｍｗ）に前記
マーク検出系（３２）を合焦させるように、前記基板駆
動系（２１ａ，２１ｂ）を制御する制御手段（５０）と
を有する。

【００２０】これによれば、制御手段により、ステージ
制御系を介して基板ステージの位置決めが行われ、フォ
ーカス検出系の検出値をモニタしつつ基準板上の第１基
準マークに位置検出系を合焦させると同時に第２基準マ
ークにマーク検出系を合焦させるように、基板駆動系が
制御される。この基板駆動系の制御は、例えば基準状態
における既知の位置検出系の焦点位置とマーク検出系の
焦点位置とに基づいて、その差に対応する角度だけ基板
テーブルを基準面に対して傾けるとともに、基準板上の
一方の基準マークの位置をフォーカス検出系で検出しつ
つ行われる。但し、この場合、基準面に対する基準板の
傾き（取付け角度）が既知であることが前提になる。

【００２１】このように本発明によれば、基準面に対す
る基準板の傾き（取付け角度）さえ判明していれば、基
準板の基板テーブルへの取付け後においても、第１基準
マークに位置検出系を合焦させると同時に第２基準マー
クにマーク検出系を合焦させることが可能になる。従っ
て、基準板をある程度ラフに基板テーブルに取り付けて
おいても良くなるので、結果的に基準板取付け作業に熟
練が不要となり、その作業工数も減少させることができ
る。

【００２２】上記請求項１に記載の発明は、基準板表面
が平面であることを前提としているが、基準板表面も厳
密な意味で平面とは限らず、凹凸がある場合も考えられ
る。

【００２３】かかる場合を考慮して、請求項２に記載の
発明の如く、前記フォーカス検出系（３６ａ，３６ｂ）
による前記第１基準マーク（Ｍ_r1，Ｍ_r2）と前記第２基
準マーク（Ｍｗ）との前記光軸方向の位置の検出結果が
予め記憶された記憶手段（５０）を更に設け、前記制御
手段（５０）は、前記記憶手段（５０）に記憶された検
出結果を用いて、前記マーク検出系（３２）の前記第２
基準マーク（Ｍｗ）に対する前記合焦動作と前記位置検
出系（３４ａ，３４ｂ）の前記第１基準マーク（Ｍ_r1，
Ｍ_r2）に対する前記合焦動作とを行なうようにしても良
い。このようにした場合には、基準板表面に凹凸があっ
ても何らの不都合なく、制御手段では記憶手段に記憶さ
れた検出結果及び既知の位置検出系の焦点位置とマーク
検出系の焦点位置とに基づいて、確実に、フォーカス検
出系の検出値をモニタしつつ基準板上の第１基準マーク
に位置検出系を合焦させると同時に第２基準マークにマ
ーク検出系を合焦させることが可能になる。

【００２４】あるいは、請求項３に記載の発明の如く、
前記制御手段（５０）は、ステージ制御系（５０）を介
して前記基板ステージ（２２）の位置決めを行なうとと
もに、前記フォーカス検出系（３６ａ，３６ｂ）を用い
て前記第１基準マーク（Ｍ_r1，Ｍ_r2）と前記第２基準マ
ーク（Ｍｗ）との前記光軸方向の位置をそれぞれ検出
し、この検出結果を用いて前記マーク検出系（３２）の
前記第２基準マーク（Ｍｗ）に対する前記合焦動作と前
記位置検出系（３４ａ，３４ｂ）の前記第１基準マーク
（Ｍ_r1，Ｍ_r2）に対する前記合焦動作とを行なうように
しても良い。この場合にも、請求項２に記載の発明の場
合と同様に、基準板表面に凹凸があっても何らの不都合
なく、制御手段では第１基準マークと第２基準マークと
の光軸方向の位置の検出結果及び既知の位置検出系の焦
点位置とマーク検出系の焦点位置とに基づいて、確実
に、基準板上の第１基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第２基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことが可能になる。

【００２５】上記各発明において、請求項４に記載の発
明の如く、大気圧を計測する大気圧センサ（３８）を更
に設け、前記制御手段（５０）が、大気圧変化をも考慮
して前記マーク検出系（３２）の前記第２基準マーク
（Ｍｗ）に対する前記合焦動作と前記位置検出系（３４
ａ，３４ｂ）の前記第１基準マーク（Ｍ_r1，Ｍ_r2）に対
する前記合焦動作とを行なうようにしても良い。このよ
うにすれば、装置使用時の大気圧変動により位置検出
系、マーク検出系の焦点位置が変動した場合において
も、大気圧変化をも考慮して、確実に、基準板上の第１
基準マークに位置検出系を合焦させると同時に第２基準
マークにマーク検出系を合焦させることが可能になる。

【００２６】また、上記各発明において、請求項５に記
載の発明の如く、前記マスク（Ｒ）又は投影光学系（Ｐ
Ｌ）に対して照射される露光光の光量を計測する光量セ
ンサ（１８）を更に設け、前記制御手段（５０）は、前
記光量センサ（１８）の計測結果に基づいて前記投影光
学系（ＰＬ）の露光光照射による照射変動をも考慮して
前記位置検出系（３４ａ，３４ｂ）の前記第１基準マー
ク（Ｍ_r1，Ｍ_r2）に対する前記合焦動作を行なうように
しても良い。このようにすれば、投影光学系への露光光
照射の影響により特に位置検出系の焦点位置が変動して
も、これに影響されることなく、確実に、基準板上の第
１基準マークに位置検出系を合焦させると同時に第２基
準マークにマーク検出系を合焦させることが可能にな
る。

【００２７】請求項６に記載の発明は、第１基準マーク
（Ｍ_r1，Ｍ_r2）と第２基準マーク（Ｍｗ）とが所定の位
置関係で形成された基準板（ＦＭ）と、前記第１基準マ
ーク（Ｍ_r1，Ｍ_r2）とマスク（Ｒ）のパターンの投影位
置との相対位置関係を計測するための位置検出系（３４
ａ，３４ｂ）と、前記パターンが投影光学系（ＰＬ）を
介して投影露光される感光基板（Ｗ）上に設けられた位
置合わせマークの位置を検出するマーク検出系（３２）
とを備えた露光装置に用いられる、前記パターンの投影
位置と前記マーク検出系（３２）との相対位置関係を計
測する相対位置計測方法において、所定の基準面に対す
る前記基準板（ＦＭ）上に設けられた前記第１基準マー
ク（Ｍ_r1，Ｍ_r2）と第２基準マーク（Ｍｗ）との前記投
影光学系（ＰＬ）の光軸方向位置の差を計測し、前記マ
ーク検出系（３２）のベストフォーカス位置と前記位置
検出系（３４ａ，３４ｂ）のベストフォーカス位置とを
それぞれ算出し、前記計測された光軸方向位置の差及び
前記算出された各ベストフォーカス位置とに基づいて前
記基準板（ＦＭ）上の前記第１基準マーク（Ｍ_r1，
Ｍ_r2）を前記位置検出系（３４ａ，３４ｂ）に合焦させ
ると同時に前記第２基準マーク（Ｍｗ）をマーク検出系
（３２）に合焦させた状態で、前記位置検出系（３４
ａ，３４ｂ）により前記第１基準マーク（Ｍ_r1，Ｍ_r2）
と前記マスク（Ｒ）のパターンの投影位置との相対位置
関係を検出するとともに前記マーク検出系（３２）の検
出中心と前記第２基準マーク（Ｍｗ）との位置ずれを検
出し、これらの検出結果と前記両基準マークの既知の位
置関係とに基づいて前記パターンの投影位置とマーク検
出系との相対位置関係を計測することを特徴とする。

【００２８】これによれば、所定の基準面に対する基準
板上に設けられた第１基準マークと第２基準マークとの
投影光学系の光軸方向位置の差が計測される。この計測
は基準板の装置への取付け後に、一度行えば足りる。ま
た、マーク検出系のベストフォーカス位置と位置検出系
のベストフォーカス位置とがそれぞれ算出される。これ
らのベストフォーカス位置の基準状態における値は、例
えば装置の調整時に所望の値となるように、厳密に調整
されており、その値は既知である。この基準状態におけ
る値に基づいて、所定の演算により、環境条件の変化に
応じた実際のマーク検出系のベストフォーカス位置と位
置検出系のベストフォーカス位置とが算出される。そし
て、計測された光軸方向位置の差及び算出された各ベス
トフォーカス位置とに基づいて基準板上の第１基準マー
クを位置検出系に合焦させると同時に第２基準マークを
マーク検出系に合焦させた状態で、位置検出系により第
１基準マークとマスクのパターンの投影位置との相対位
置関係が検出され、これとほぼ同時にマーク検出系の検
出中心と第２基準マークとの位置ずれが検出される。し
かる後、これらの検出結果と両基準マークの既知の位置
関係とに基づいてパターンの投影位置とマーク検出系と
の相対位置関係（すなわち、ベースライン量）が計測さ
れる。このように、本発明によれば、常に基準板上の第
１基準マークを位置検出系に合焦させると同時に第２基
準マークをマーク検出系に合焦させるので、計測対象で
ある各マーク像のコントラスト低下による計測再現性の
悪化等が生じなくなる。従って、ベースライン計測精度
を向上させることが可能になる。

【００２９】この場合において、上記の環境条件の変化
としては、例えば大気圧変動、湿度の変動、温度の変
動、投影光学系の照射変動等が考えられるので、これら
の全てを考慮して上記各ベストフォーカス位置の計測を
行うことが望ましいが、演算が複雑になる。

【００３０】かかる点を考慮すれば、例えば、請求項７
に記載の発明の如く、前記マーク検出系のベストフォー
カス位置と前記位置検出系のベストフォーカス位置の算
出は、少なくとも大気圧変化を考慮して行うようにすれ
ば良い。このようにする場合には、フォーカスの大気圧
変化は、大気圧の変動分に比例するので、比較的簡単な
演算によりフォーカスに大きな影響を与える大気圧変動
を考慮した各ベストフォーカス位置の算出が可能とな
り、これによりベースライン計測精度を向上させること
ができる。

【００３１】また、請求項８に記載の発明の如く、前記
位置検出系のベストフォーカス位置の算出は、前記投影
光学系の照射変動を考慮して行われることがより望まし
い。この場合には、照射変動をも考慮して位置検出系の
ベストフォーカス位置が算出されるので、より正確な各
ベストフォーカス位置の算出が可能となる。従って、ベ
ースライン計測精度を一層向上させることができる。但
し、この場合には、ベストフォーカス位置算出のための
多少複雑な演算が必要となる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図４に基づいて説明する。図１には、一実施形態
の投影露光装置１０の主要部の構成が示されている。こ
の投影露光装置１０は、ステップ・アンド・リピート方
式の縮小投影露光装置（ステッパー）である。

【００３３】投影露光装置１０は、マスクとしてのレチ
クルＲを照明する照明光学系１２、この照明光学系１２
の下方に配置されレチクルＲを保持するレチクルホルダ
１４、レチクルＲの下方に配置された投影光学系ＰＬ、
この投影光学系ＰＬの下方に配置され感光基板としての
ウエハＷを保持するステージ装置１６、及び主制御装置
５０等を備えている。

【００３４】前記照明光学系１２は、図１では単なるブ
ロックとして示されているが、実際には、例えばコリメ
ータレンズ、フライアイレンズ等から成る照度均一化光
学系、リレーレンズ系、レチクルブラインド、コンデン
サレンズ等（いずれも図示省略）を含んで構成され、不
図示の露光光源からの露光光ＩＬによりほぼ均一な照度
でレチクルＲ上のレチクルブラインドで規定された所定
の矩形領域を上方から照明する。露光光ＩＬとしては、
例えばＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ
光が使用される。なお、露光光ＩＬとして、銅蒸気レー
ザやＹＡＧレーザの高調波、あるいは超高圧水銀ランプ
からの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）等を用いても良
い。

【００３５】また、照明光学系１２内の露光光ＩＬの光
路上には、透過率が大きく反射率が僅かの不図示のビー
ムスプリッタが設けられ、このビームスプリッタにより
レチクルＲに照射される露光光ＩＬの一部が取り出さ
れ、光量センサとしてのインテグレータセンサ１８に受
光されるようになっている。このインテグレータセンサ
１８は受光量に応じた光電信号を出力し、この光電信号
が主制御装置５０によってモニタされるようになってい
る。インテグレータセンサ１８としては、例えば遠紫外
域で感度があり、且つ露光光源としてのエキシマレーザ
光源のパルス発光を検出するために高い応答周波数を有
するＰＩＮ型のフォトダイオード等が使用される。ま
た、本実施形態の場合、インテグレータセンサ１８の出
力は、後述する試料台２４上で像面（即ち、ウエハＷの
表面）と同じ高さに設置された不図示の基準照度計の出
力に対して予め較正（キャリブレーション）されてい
る。従って、インテグレータセンサ１８の出力に基づい
て予め求められた変換係数、或いは変換関数を用いて間
接的に像面上に与えられている露光量を計測できるよう
になっている。

【００３６】前記レチクルホルダ１４上には、レチクル
Ｒが例えば真空吸着等によって固定されている。このレ
チクルホルダ１４は、レチクルＲの位置決めのため、照
明光学系１２の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸に
一致）に垂直な平面内で２次元的に（Ｘ軸方向及びこれ
に直交するＹ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの
回転方向に）微少駆動可能に構成されている。レチクル
Ｒの裏面中央部には、クロムパターン等から成る不図示
の回路パターンが形成されている。また、図１に示され
るように、この回路パターンが形成されたパターン領域
のＸ軸方向における両側にレチクル・アライメント・マ
ーク（以下、「レチクルマーク」という）Ｍ_R1、Ｍ_R2が
形成されている。

【００３７】前記投影光学系ＰＬは、その光軸（照明光
学系１２の光軸に一致）の方向がＺ軸方向とされ、ここ
では両側テレセントリックな光学配置となるように光軸
ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズ
エレメントを有する屈折光学系が使用されている。この
投影光学系ＰＬは所定の投影倍率、例えば１／５（ある
いは１／４）を有する縮小光学系である。このため、照
明光学系１２からの露光光ＩＬによってレチクルＲが照
明されると、このレチクルＲを通過した露光光ＩＬによ
り、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲの回路パターン
の縮小像がウエハＷの表面に形成される。このようにし
てフォトレジストが塗布されたウエハＷ上に、レチクル
Ｒ上のパターンが露光転写される。

【００３８】前記ステージ装置１６は、不図示のベース
上を、駆動系２０によりＸ軸方向及びこれに直交するＹ
軸方向に移動可能な基板ステージとしてのＸＹステージ
２２と、このＸＹステージ２２上にＸＹ方向に位置決め
されかつＺ軸方向の移動及び傾斜が許容された状態で取
り付けられた基板テーブルとしての試料台２４と、この
試料台２４上に設けられたウエハ・ホルダ２６とを備え
ている。このウエハ・ホルダ２６はウエハＷを吸着保持
している。

【００３９】前記試料台２４は、基板駆動系としてのフ
ォーカス・レベリング機構を介してＸＹステージ２２上
に搭載されている。このフォーカス・レベリング機構
は、試料台２４を異なる３点で支持するとともに、独立
してＺ軸方向に駆動可能な３つの上下動機構２１ａ，２
１ｂ，２１ｃ（但し、紙面奥側の２２ｃは図示せず）か
ら成る。以下、便宜上、このフォーカス・レベリング機
構を、「フォーカス・レベリング機構２１」と呼ぶもの
とする。このフォーカス・レベリング機構２１が駆動系
２０を介して主制御装置５０によって制御され、これに
よって試料台２４上に保持されたウエハＷの面位置（Ｚ
軸方向位置及びＸＹ平面に対する傾斜）が所望の状態に
設定されるようになっている。

【００４０】また、試料台２４上にはＬ字型ミラーから
成る移動鏡２８が固定されている。この移動鏡２８は、
Ｘ軸に直交する反射面と、Ｙ軸に直交する反射面とを有
している。移動鏡２８の前記各反射面には、Ｘレーザ干
渉計３０Ｘ、Ｙレーザ干渉計３０Ｙから測長ビームが投
射されており、Ｘレーザ干渉計３０Ｘ、Ｙレーザ干渉計
３０Ｙでは、それぞれ反射光を受光して試料台２４のＸ
位置、Ｙ位置を所定の分解能（例えば、１ｎｍ程度の分
解能）で常時計測している。これらの干渉計３０Ｘ，３
０Ｙで計測された試料台２４の位置情報は主制御装置５
０に送られ、主制御装置５０では前記位置情報に基づい
て駆動系２０を介してＸＹステージ２２を位置制御す
る。なお、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の干渉計の測長軸を２
軸にして、試料台２４の回転をも計測するようにしても
良い。

【００４１】また、試料台２４上には、基準板ＦＭも設
けられている。この基準板ＦＭの表面には例えば、図４
に示されるように一対の第１基準マークＭ_r1、Ｍ_r2と、
一つの第２基準マークＭｗが形成されている。

【００４２】ウエハＷ上には、それまでの工程で形成さ
れた回路パターンが形成されているのでレチクルパター
ンの転写に際しては、既に形成されたパターンと新たに
転写するレチクルパターンの位置関係を正確に合わせる
必要がある。このため、一般にウエハＷ上には、既存の
回路パターンの位置を検出するためのウエハ・アライメ
ント・マーク（以下、「ウエハマーク」という）が形成
されている。

【００４３】このウエハマークを検出するためのマーク
検出系としてのオフアクシス方式のウエハ・アライメン
ト・センサ３２が投影光学系ＰＬの側面に設けられてい
る。このウエハ・アライメント・センサ３２としては、
検出中心となる指標Ｍａ（図４参照）を有する画像処理
方式の結像式アライメントセンサが用いられている。こ
のウエハ・アライメント・センサ３２の計測値は主制御
装置５０に供給されるようになっている。

【００４４】また、レチクルＲの上方には、レチクル・
アライメント・センサ３４ａ，３４ｂが設けられてい
る。これらのレチクル・アライメント・センサ３４ａ，
３４ｂとしては、結像光学系と撮像素子（ＣＣＤ等）と
を備えたものが使用されている。そして、これらのレチ
クル・アライメント・センサ３４ａ，３４ｂによってレ
チクルマークＭ_R1、Ｍ_R2と基準板ＦＭ上に形成された一
対の第１基準マークＭ_r1、Ｍ_r2とのずれを計測できるよ
うになっている。これらのレチクル・アライメント・セ
ンサ３４ａ，３４ｂの計測値も主制御装置５０に供給さ
れる。これらのレチクル・アライメント・センサ３４
ａ，３４ｂは、矢印Ａ，Ｂで示されるようにＸ方向に移
動可能となっており、計測時以外は主制御送５０によっ
て不図示の駆動装置を介してレチクル上から退避される
ようになっている。

【００４５】更に、本実施形態の投影露光装置１０で
は、ウエハＷ表面又は基準板ＦＭ表面の投影光学系ＰＬ
の光軸方向の位置（変位）を計測する斜入射光式のフォ
ーカス検出系も設けられている。このフォーカス検出系
は、ウエハＷ表面（又は基準板ＦＭ表面）に対して所定
角度（５〜１２度）傾斜した方向からスリット像を投射
結像させる送光光学系３６ａと、この反射したスリット
像の光束を受光する受光光学系３６ｂとから成る斜入射
光式のフォーカス検出系が用いられている。以下、この
フォーカス検出系を「フォーカス検出系３６」と呼ぶも
のとする。なお、この斜入射光式のフォーカス検出系に
ついては、本願と同一の出願人が提案した特開昭５８−
１１３７０６号公報に開示されているので、その構成及
び動作の詳細は省略する。

【００４６】この他、本実施形態の投影露光装置１０で
は、投影光学系ＰＬの近傍における大気圧の変化を計測
する大気圧センサ３８が設けられている。この大気圧セ
ンサ３８の計測値も主制御装置５０に供給されるように
なっている。なお、大気圧センサ３８とともに、他の環
境センサ、例えば温度センサ、湿度センサ等を設けても
勿論良い。

【００４７】前記主制御装置５０は、マイクロコンピュ
ータ（又はミニコンピュータ）等のコンピュータから成
り、装置全体を統括的に制御する。具体的には、この主
制御装置５０は、ウエハＷ上の各ショット領域を露光位
置に位置決めしたり、後述するベースライン計測を行な
ったりする際に、レーザ干渉計３０Ｘ，３０Ｙの計測値
に基づき、駆動系２０を介してＸＹステージ２２の位置
を制御する。さらに主制御装置５０は、ウエハＷ上のシ
ョット領域を投影光学系ＰＬの像面に合わせる等の目的
で駆動系２０を介してフォーカス・レベリング機構２１
を制御する。また、この主制御装置５０は、駆動系２０
を介してＸＹステージ２２を２次元移動させつつ、フォ
ーカス検出系３６の計測値をモニタすることにより基準
板ＦＭやウエハＷの平面度あるいは傾斜を計測する機
能、及びその計測結果を不図示の内部メモリに記憶する
機能を有している。更に、この主制御装置５０は、大気
圧センサ３８で計測された大気圧変化に応じて、ウエハ
・アライメント・センサ３２のベスト・フォーカス位置
及び投影光学系ＰＬを介したレチクル・アライメント・
センサ３４ａ，３４ｂのベスト・フォーカス位置を算出
する機能や、インテグレータセンサ１８の計測値から得
られる投影光学系ＰＬに対する露光光照射エネルギの履
歴に応じてレチクル・アライメント・センサ３４ａ，３
４ｂのベスト・フォーカス位置を算出する機能等をも有
している。なお、これらのベスト・フォーカス位置の算
出については、更に後述する。

【００４８】次に、上述のようにして構成された本実施
形態の投影露光装置１０の主要な動作を、図２ないし図
４を参照しつつ、主制御装置５０の制御動作を中心に説
明する。ここで、説明する動作は、露光動作に先立って
行われる、ベースライン計測に関するものである。

【００４９】このベースライン計測は、基準板ＦＭの平
面度（傾斜）を計測し記憶する第１の段階と、ウエハ・
アライメント・センサ３２及びレチクル・アライメント
・センサ３４ａ、３４ｂのベスト・フォーカス位置を計
算する第２の段階と、ウエハ・アライメント・センサ３
２とレチクル・アライメント・センサ３４ａ，３４ｂを
基準板ＦＭ上の特定の基準マークにそれぞれ合焦させ、
レチクルパターンの投影位置とウエハ・アライメント・
センサ３２の検出中心との相対位置関係、すなわちいわ
ゆるベースライン量の計測を行う第３の段階とを含む。

【００５０】（第１の段階）まず、この第１の段階の動
作の前提となるフォーカス・レベリング機構２１の傾斜
の基準状態について図２に基づいて説明する。図２に
は、図１の矢印Ｐ方向から見たステージ装置１６及び投
影光学系ＰＬ近傍の状態が概略的に示されている。この
図２においては、ウエハ・ホルダ２６、移動鏡２８等は
省略されている。

【００５１】この図２において、フォーカス・レベリン
グ機構２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）は、所定の姿勢
となっており、この図２の状態を傾斜の基準状態（リセ
ット状態）と定義する。ここでは、ウエハ・ホルダ２６
の上面が、ＸＹステージ２２のガイド面４０と平行な状
態を、傾斜の基準状態、すなわちリセット状態と定義す
るものとする。また、この図２においては、基準板ＦＭ
上に形成された一対の第１基準マークＭ_r1、Ｍ_r2が代表
して第１基準マークＭｒとして示されている。

【００５２】このリセット状態では、図２から明らかな
ように、第１基準マークＭｒと第２基準マークＭｗとの
投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）の位置はΔＺの差
がある。

【００５３】このリセット状態で、主制御装置５０では
ベースライン計測動作を開始する。すなわち、主制御装
置５０では、フォーカス・レベリング機構２１をリセッ
ト状態に固定したまま、フォーカス検出系３６の検出位
置に基準板ＦＭ上の基準マークＭｗ、Ｍｒが順次位置す
るように、駆動系２０を介してＸＹステージ２２の位置
を制御する。この際、主制御装置５０では基準マークＭ
ｗ、Ｍｒに対するフォーカス検出系３６の出力を求め、
その差により図２に示されるΔＺを求め、不図示の内部
メモリに記憶する。ここで、斜入射光式のフォーカス・
センサは、所定の基準面からのＺ方向の位置を検出する
ものであるから、上記ΔＺを検出することは、所定の基
準面に対する基準マークＭｗ、ＭｒのＺ方向の位置の差
を計測することに他ならない。これにより第１の段階の
動作が終了する。

【００５４】ここで、ΔＺの値は、基準板ＦＭの平面
度、装置の組立精度などによって定まるものであり、ひ
とたび装置が組み立てられれば、ほぼ変動することのな
い定数と見なすことができる。従って、その計測も装置
組み立て・調整後に一度行い、その計測結果を内部メモ
リに記憶しておき、以降は必要に応じてメモリ内の情報
を読み出すようにすればよい。

【００５５】（第２の段階）次に、ウエハ・アライメン
ト・センサ３２の焦点位置Ｆｗと、レチクル・アライメ
ント・センサ３４ａ，３４ｂの焦点位置Ｆｒを求める第
２の段階について説明する。

【００５６】ウエハ・アライメント・センサ３２のアラ
イメント光の光路上には、いわゆる光学ガラス以外に、
ガラスの間隙の空気部分も存在する。このため、大気圧
が変動するのに伴なって、光路中の屈折率分布も変動
し、結果として焦点面も変動することになる。大気圧変
化に対する焦点の変動の率は、予め求めておくことがで
きるので、基準の大気圧状態での焦点位置Ｆ_W0を計測し
ておけば、その後の大気圧変化を計測することで、焦点
位置Ｆｗを予測することができる。そこで、主制御装置
５０では、大気圧センサ３８の計測値をモニタすること
により、その後の大気圧変化を計測し、これに基づいて
ウエハ・アライメント・センサ３２の焦点位置Ｆｗを予
測（算出する）する。大気圧をＰとすると、焦点位置Ｆ
ｗは、下記のように表わされる。

【００５７】Ｆｗ＝（Ｆ_W0，Ｐ） ………（１）通常、光学系の焦点位置等の結像特性は大気圧の変化に
ほぼ比例することが知られており、（１）式の演算は、
単なる比例演算となる。

【００５８】同様に、レチクル・アライメント・センサ
３４ａ，３４ｂの焦点位置も、予測することができる
が、本実施形態のように、投影光学系ＰＬを介してレチ
クル・アライメントを行なういわゆるＴＴＲ方式のレチ
クル・アライメント・センサの場合、その光路上に投影
光学系ＰＬが含まれるので、大気圧変化の他に投影光学
系ＰＬに対する露光光の照射による照射変動分をも考慮
する必要がある。

【００５９】基準大気圧状態における露光光照射の影響
がない時点での焦点位置をＦ_r0、大気圧をＰ、露光光照
射の履歴をＱとすると、レチクル・アライメント・セン
サ３４ａ，３４ｂの焦点位置Ｆｒは、次のように表され
る。

【００６０】Ｆｒ＝（Ｆ_r0，Ｐ，Ｑ） ………（２）そこで、主制御装置５０では、大気圧センサ３８の計測
値をモニタするとともに、インテグレータセンサ１８を
モニタすることにより、大気圧Ｐと同様、投影光学系Ｐ
Ｌへの露光光照射の履歴を求め、上記（２）式に基づい
てレチクル・アライメント・センサ３４ａ，３４ｂの焦
点位置Ｆｒを求める。

【００６１】なお、（２）式は、レチクル・アライメン
ト・センサ内光学系と投影光学系ＰＬの大気圧変動によ
るフォーカス変動分と、投影光学系ＰＬの露光光照射に
起因するフォーカスの変動分とを合わせて表現したもの
であるから、これらの変動分を別々に求めても良いこと
は勿論である。

【００６２】そして、主制御装置５０では、上で求めた
焦点位置Ｆｗ、Ｆｒの差により、図２に示される、レチ
クル・アライメント・センサ３４ａ，３４ｂと、ウエハ
・アライメント・センサ３２の焦点の差ΔＦを求め、内
部メモリに記憶する。これにより、第２の段階の動作が
終了する。

【００６３】（第３の段階）この第３の段階では、主制
御装置５０では、まず、上記第１の段階で求めたΔＺと
第２の段階で求めたΔＦを用いて、フォーカス・レベリ
ング機構２１により試料台２４を駆動すべき傾斜量、す
なわち、図２中に仮想線で示されるウエハ・アライメン
ト・センサの焦点位置と、レチクル・アライメント・セ
ンサ３４ａ，３４ｂの焦点位置とを結ぶ線分と、基準板
ＦＭ上の第１基準マークＭｒと第２基準マークＭｗとを
結ぶ線分との成す角θ（＝θ₁＋θ₂）を計算する。

【００６４】ここで、図２に示されるように、基準板Ｆ
Ｍ上の第１基準マークＭｒと第２基準マークＭｗとの距
離をＸＹステージのガイド面４０に射影した距離をＬ
（Ｌは例えば６０〜７０ｍｍ）とすると、実際には、角
θ₁，θ₂は共に微小量（数秒〜数十秒程度）であるか
ら、求める傾斜量θは、フォーカス・レベリング機構２
１のリセット状態を基準に、 θ＝θ₁＋θ₂≒（ΔＦ＋ΔＺ）／Ｌ ………（３）で表わすことができる。なお、基準板ＦＭの傾斜量θ₂
は微小量であることより、基準板ＦＭ上に設けられたマ
ークＭｗとＭｒとの距離がＬであると考えて差し支えな
い。

【００６５】主制御装置５０では、上述のようにして、
フォーカス・レベリング機構２１により試料台２４を駆
動すべき傾斜量θを求め、その傾斜量分だけフォーカス
・レベリング機構２１を介して試量台２４を傾斜駆動す
る。その後、主制御装置５０では、ＸＹステージ２２を
駆動して、基準板ＦＭ上の基準マークＭｗ，Ｍｒを、そ
れぞれウエハ・アライメント・センサ３２、レチクル・
アライメント・センサ３４ａ，３４ｂのほぼ光軸上に移
動する。次いで、主制御装置５０では、試料台２４の傾
斜を維持した状態で、フォーカス検出系３６の計測値を
モニタしつつ、第１基準マークＭｒがレチクル・アライ
メント・センサ３４ａ，３４ｂに対して合焦するよう
に、フォーカス・レベリング機構２１を介して試料台２
４を光軸方向にさらに平行移動させる。これにより、第
２基準マークＭｗもウエハ・アライメント・センサ３２
に対して合焦した状態となる。図３には、このうように
して、第１基準マークＭｒがレチクル・アライメント・
センサ３４ａ，３４ｂに対して合焦し、第２基準マーク
Ｍｗもウエハ・アライメント・センサ３２に対して合焦
した状態が示されている。

【００６６】この図３の状態で、主制御装置５０では、
ウエハ・アライメント・センサ３２を用いて第２基準マ
ークＭｗに対するウエハ・アライメント・センサ３２の
指標中心の位置ΔＷを計測し、これとほぼ同時にレチク
ル・アライメント・センサ３４ａ，３４ｂを用いて第１
基準マークＭｒ（すなわちＭ_r1，Ｍ_r2）に対するレチク
ル・アライメント・マークＭ_R1，Ｍ_R2の位置ΔＲを計測
する。

【００６７】図４には、このΔＷ，ΔＲの計測を行なう
様子が示されている。前記の如く、第１基準マークＭｒ
から第２基準マークＭｗまでの距離Ｌは既知であるか
ら、レチクル・アライメント・マークＭ_r1，Ｍ_r2で代表
されるレチクルＲ上のパターンの投影位置からウエハ・
アライメント・センサ３２の検出中心（すなわち指標Ｍ
ａの中心）までの距離、すなわちベースライン量ＢＬを
求めることができる。図４から明らかなように、この求
めるベースライン量ＢＬは、各量の符号（矢印の方向）
を考慮して、次式で与えられる。

【００６８】ＢＬ＝Ｌ＋ΔＷ−ΔＲ ………（４）そこで、主制御装置５０では、上記ΔＷ，ΔＲの計測の
後、式（４）の演算を行なって、レチクルＲ上のパター
ンの投影位置とウエハ・アライメント・センサ３２の検
出中心（すなわち指標Ｍａの中心）までの距離（相対位
置関係）を算出する。

【００６９】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態では、主制御装置５０によって、ステージ制御
系、制御手段が構成され、また、主制御装置５０内の内
部メモリによって記憶手段が構成される。

【００７０】以上説明したように、本実施形態による
と、基準板ＦＭの試料台２４への取り付け後に、フォー
カス検出系３６を用いて基準面に対する基準板ＦＭ上の
第１基準マークと第２基準マークとの投影光学系ＰＬの
光軸方向位置の差ΔＺを予め計測し、その計測結果を主
制御装置５０の内部メモリに記憶しておくだけで、基準
板ＦＭの試料台２４へ取り付け後においても、第１基準
マークにレチクル・アライメント・センサ３４ａ，３４
ｂを合焦させると同時に第２基準マークにウエハ・アラ
イメント・センサ３２を合焦させることが可能になる。
従って、基準板ＦＭをある程度ラフに試料台２４に取り
付けておいても良くなるので、結果的に基準板ＦＭの取
付け作業に熟練が不要となり、その作業も容易になる
（作業工数を低減できる）。

【００７１】また、上記の如く、フォーカス検出系３６
を用いて基準面に対する基準板ＦＭ上の第１基準マーク
と第２基準マークとの投影光学系ＰＬの光軸方向位置の
差ΔＺを予め計測することから、基準板ＦＭ表面に凹凸
があっても何らの不都合なく、主制御装置５０では、確
実に、フォーカス検出系３６の検出値をモニタしつつ基
準板ＦＭ上の第１基準マークにレチクル・アライメント
・センサ３４ａ，３４ｂを合焦させると同時に第２基準
マークにウエハ・アライメント・センサ３２を合焦させ
ることが可能になる。

【００７２】さらに、大気圧変化、投影光学系ＰＬの照
射変動によりレチクル・アライメント・センサ３４ａ，
３４ｂ、ウエハ・アライメント・センサ３２の焦点位置
が変動しても、これに影響を受けることなく、正確に、
基準板ＦＭ上の第１基準マークにレチクル・アライメン
ト・センサ３４ａ，３４ｂを合焦させると同時に第２基
準マークにウエハ・アライメント・センサ３２を合焦さ
せることが可能になる。

【００７３】このように、本実施形態によると、ウエハ
・アライメント・センサ３２とレチクル・アライメント
・センサ３４ａ，３４ｂとを、第２基準マークＭｒと第
１基準マークＭ_r1，Ｍ_r2に対して同時に合焦させた状態
でのベースライン量の計測が常に可能となるので、高い
ベースライン計測精度を確保することができる。

【００７４】なお、上記実施形態では、レチクル・アラ
イメント・センサとして、３４ａ，３４ｂの２つが設け
られ、両センサ３４ａ、３４ｂの焦点位置が一致してい
ることを暗黙の前提として説明したが、実際に、何等か
の理由で両センサ３４ａ，３４ｂの焦点位置が互いに異
なっている場合や、基準板ＦＭ上の第１基準マーク
Ｍ _r1，Ｍ_r2の光軸方向の位置（高さ）が異なっている場
合等においては、上記と同様の考え方で、フォーカス・
レベリング機構２１を介して試料台２４をＹ軸周りに傾
斜させることで、２つのレチクル・アライメントセンサ
３４ａ，３４ｂに第１基準マークＭ_r1，Ｍ_r2を同時に合
焦させるようにすれば良い。

【００７５】また、上記実施形態では、本発明がステッ
プ・アンド・リピート方式の投影露光装置に適用された
場合について説明したが、これに限らず、ステップ・ア
ンド・スキャン方式等の走査型露光装置であっても同様
にオフアクシス方式のマーク検出系を備えたものであれ
ば、本発明は好適に適用できるものである。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、基準板取付け作業を簡略化することがで
きるという優れた効果がある。

【００７７】また、請求項２及び３に記載の発明によれ
ば、上記効果に加え、基準板表面に凹凸があっても、確
実に、第１基準マークに位置検出系を合焦させると同時
に第２基準マークにマーク検出系を合焦させることがで
きるという効果がある。

【００７８】また、請求項４に記載の発明によれば、上
記各発明の効果に加え、大気圧変動があっても、確実
に、基準板上の第１基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第２基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことができるという効果がある。

【００７９】また、請求項５に記載の発明によれば、上
記各発明の効果に加え、投影光学系への露光光照射の影
響により特に位置検出系の焦点位置が変動しても、確実
に、基準板上の第１基準マークに位置検出系を合焦させ
ると同時に第２基準マークにマーク検出系を合焦させる
ことができるという効果がある。

【００８０】また、請求項６ないし８に記載の発明によ
れば、ベースライン計測精度を向上させることができる
優れた相対位置計測方法（ベースライン計測方法）が提
供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る投影露光装置の概略構成を示
す斜視図である。

【図２】図１の矢印Ｐ方向から見たステージ装置及び投
影光学系近傍の状態を概略的に示す図である。

【図３】第１基準マークがレチクル・アライメント・セ
ンサに対して合焦し、第２基準マークもウエハ・アライ
メント・センサに対して合焦した状態を示す図である。

【図４】ウエハ・アライメント・センサを用いて第２基
準マークに対するウエハ・アライメント・センサの指標
中心の位置ΔＷの計測、レチクル・アライメント・セン
サ用いて第１基準マークに対するレチクル・アライメン
ト・マークの位置ΔＲを計測する様子を示す図である。

【図５】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０投影露光装置１８インテグレータセンサ（光量センサ）２１ａ，２１ｂ上下動機構（基板駆動系）２２ＸＹステージ（基板ステージ）２４試料台（基板テーブル）３２ウエハ・アライメント・センサ（マーク検出系）３４ａ，３４ｂレチクル・アライメント・センサ（位
置検出系）３６ａ照射光学系（フォーカス検出系の一部）３６ｂ受光光学系（フォーカス検出系の一部）３８大気圧センサ５０主制御装置（ステージ制御系、制御手段、記憶手
段）Ｒレチクル（マスク）ＰＬ投影光学系Ｗウエハ（感光基板）Ｍ_r1、Ｍ_r2、Ｍｒ第１基準マークＭｗ第２基準マークＦＭ基準板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンを投影光学
系を介して感光基板上に投影露光する投影露光装置であ
って、所定の基準面内を２次元移動可能な基板ステージと；前
記感光基板を保持する基板テーブルと；前記基板ステー
ジ上に搭載され、前記基板テーブルを前記投影光学系の
光軸方向及びこれに直交する面に対して傾斜する方向に
駆動する基板駆動系と；前記基板テーブル上に載置され
るとともに第１基準マークと第２基準マークとが所定の
位置関係で形成された基準板と；前記感光基板及び前記
基準板の光軸方向位置を検出するフォーカス検出系と；
前記基準板上の前記第１基準マークと前記マスクのパタ
ーンの投影位置との相対位置関係を計測する位置検出系
と；前記感光基板上の位置合わせマーク及び前記基準板
上の第２基準マークの位置を検出するためのマーク検出
系と；前記基板ステージの２次元位置を制御するステー
ジ制御系と；前記ステージ制御系を介して前記基板ステ
ージの位置決めを行なうとともに、前記フォーカス検出
系の検出値をモニタしつつ前記基準板上の前記第１基準
マークに前記位置検出系を合焦させると同時に前記第２
基準マークに前記マーク検出系を合焦させるように、前
記基板駆動系を制御する制御手段とを有する投影露光装
置。
【請求項２】前記フォーカス検出系による前記第１基
準マークと前記第２基準マークとの前記光軸方向の位置
の検出結果が予め記憶された記憶手段を更に有し、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された検出結果を
用いて、前記マーク検出系の前記第２基準マークに対す
る前記合焦動作と前記位置検出系の前記第１基準マーク
に対する前記合焦動作とを行なうことを特徴とする請求
項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記ステージ制御系を
介して前記基板ステージの位置決めを行なうとともに、
前記フォーカス検出系を用いて前記第１基準マークと前
記第２基準マークとの前記光軸方向の位置をそれぞれ検
出し、この検出結果を用いて前記マーク検出系の前記第
２基準マークに対する前記合焦動作と前記位置検出系の
前記第１基準マークに対する前記合焦動作とを行なうこ
とを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項４】大気圧を計測する大気圧センサを更に有
し、前記制御手段が、大気圧変化をも考慮して前記マーク検
出系の前記第２基準マークに対する前記合焦動作と前記
位置検出系の前記第１基準マークに対する前記合焦動作
とを行なうことを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
か一項に記載の投影露光装置。
【請求項５】前記マスク又は投影光学系に対して照射
される露光光の光量を計測する光量センサを更に有し、前記制御手段は、前記光量センサの計測結果に基づいて
前記投影光学系の露光光照射による照射変動をも考慮し
て前記位置検出系の前記第１基準マークに対する前記合
焦動作を行なうことを特徴とする請求項１ないし４のい
ずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項６】第１基準マークと第２基準マークとが所
定の位置関係で形成された基準板と、前記第１基準マー
クとマスクのパターンの投影位置との相対位置関係を計
測するための位置検出系と、前記パターンが投影光学系
を介して投影露光される感光基板上に設けられた位置合
わせマークの位置を検出するマーク検出系とを備えた露
光装置に用いられる、前記パターンの投影位置と前記マ
ーク検出系との相対位置関係を計測する相対位置計測方
法において、所定の基準面に対する前記基準板上に設けられた前記第
１基準マークと第２基準マークとの前記投影光学系の光
軸方向位置の差を計測し、前記マーク検出系のベストフォーカス位置と前記位置検
出系のベストフォーカス位置とをそれぞれ算出し、前記計測された光軸方向位置の差及び前記算出された各
ベストフォーカス位置とに基づいて前記基準板上の前記
第１基準マークを前記位置検出系に合焦させると同時に
前記第２基準マークをマーク検出系に合焦させた状態
で、前記位置検出系により前記第１基準マークと前記マ
スクのパターンの投影位置との相対位置関係を検出する
とともに前記マーク検出系の検出中心と前記第２基準マ
ークとの位置ずれを検出し、これらの検出結果と前記両
基準マークの既知の位置関係とに基づいて前記パターン
の投影位置とマーク検出系との相対位置関係を計測する
ことを特徴とする相対位置計測方法。
【請求項７】前記マーク検出系のベストフォーカス位
置と前記位置検出系のベストフォーカス位置の算出は、
少なくとも大気圧変化を考慮して行われることを特徴と
する請求項６に記載の相対位置計測方法。
【請求項８】前記位置検出系のベストフォーカス位置
の算出は、前記投影光学系の照射変動を考慮して行われ
ることを特徴とする請求項７に記載の相対位置計測方
法。