JPH09304015A

JPH09304015A - 面位置検出方法及び面位置調整装置並びに投影露光装置

Info

Publication number: JPH09304015A
Application number: JP8139511A
Authority: JP
Inventors: Yuji Imai; 裕二今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-09
Filing date: 1996-05-09
Publication date: 1997-11-28
Also published as: US5998801A; KR970077113A

Abstract

(57)【要約】【課題】投影領域内に複数段差が存在する場合であっ
ても被投影物体表面の面位置を正確に検出する。【解決手段】ウエハＷ表面のパターンの投影領域（露
光領域）を４象限に分割した場合に象限毎に少なくとも
１点以上スリット像が配置されるように、送光光学系４
０からウエハＷ表面に等間隔でスリット像が投影され、
各スリット像の反射光束が受光器９０で受光され、この
光電変換信号に基づいて主制御装置４４では第１ないし
第４象限の象限毎の光軸方向のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,
Ｚ3,Ｚ4 ）を算出し、この算出された象限毎のフォーカ
ス値から光軸方向のベストフォーカス位置（ＺAV）及び
レベリング量（Ｐ，Ｒ）を算出する。これにより、ウエ
ハ表面に複数段差が存在する場合であっても、各象限毎
の段差を考慮してベストフォーカス位置及びレベリング
量が算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面位置検出方法及び
面位置調整装置並びに投影露光装置に係り、更に詳しく
は第１物体に形成されたパターンが投影光学系を介して
投影される第２物体表面の投影光学系によるパターンの
投影領域内の面位置を検出する面位置検出方法、及び投
影光学系の像面に第２物体表面を一致させる面位置調整
装置、並びにこの面位置調整装置を含む投影露光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子又は液晶表示素子
等をフォトリソグラフィ工程で製造する場合に、種々の
露光装置が使用されているが、現在では、フォトマスク
又はレチクル（以下、適宜「レチクル」と総称する）の
パターンを表面にフォトレジスト等の感光剤が塗布され
た基板、例えばウエハ上に投影光学系を介して転写する
露光装置が一般的に使用されている。

【０００３】例えば、半導体素子製造用の縮小投影型露
光装置では、大きな開口数（Ｎ．Ａ．）を有する投影レ
ンズ系が用いられていることから、焦点深度が非常に小
さく、ウエハ表面を投影光学系の基板側像面に一致させ
るための機構が必要不可決である。従来の縮小投影型露
光装置では、ウエハ表面を投影光学系の基板側像面に一
致させるための機構としてウエハ表面の投影光学系の光
軸方向の位置を調整するオートフォーカス機構と、ウエ
ハの傾斜を調整するレベリング機構とが設けられてい
た。この他、ウエハ表面の投影光学系の光軸方向位置と
傾きとを同時に検出する機構、例えば、特開平５−１９
０４２３号公報に開示されているような斜入射方式の多
点ＡＦ系を備えた装置もある。この多点ＡＦ系を備えた
装置では、ウエハ面上３点以上の投影光学系の光軸方向
位置の検出によってウエハ面の傾きを求めるものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の露光装
置に用いられるオートフォーカス機構では、多点ＡＦ系
であってもウエハ等の被露光基板上の露光領域の一部領
域のみの光軸方向位置しか検出出来ない構造であった。
このため、露光したいエリア内に複数の段差が存在する
場合、例えば、１ショット４チップ取り、１ショット６
チップ取り等の場合に、検出点数の制限で複数段差を正
確に検出できず、このためフォーカス調整、レベリング
調整を正確に行うことができないという不都合があっ
た。

【０００５】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、その目的は投影領域内に複数
段差が存在する場合であっても被投影物体表面の面位置
を正確に検出することができる面位置検出方法を提供す
ることにある。

【０００６】本発明の別の目的は、被投影物体表面の投
影領域内に複数段差が存在する場合であっても投影光学
系の像面に対する被投影物体表面の位置を所望の関係に
調整することができる面位置調整装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る面位置検出
方法は、第１物体に形成されたパターンが投影光学系を
介して投影される第２物体表面の前記パターンの投影領
域内の面位置を検出する面位置検出方法であって、前記
第２物体表面の前記投影光学系による前記パターンの投
影領域を４象限に分割した場合に各象限毎に少なくとも
１点以上のスリット像が配置されるように、前記投影光
学系の光軸に対して所定角度傾斜した方向から前記第２
物体表面の前記投影領域内に等間隔に少なくとも４点以
上のスリット像を投影し、前記第２物体からの前記各ス
リット像の反射光束を受光し、その光電変換信号に基づ
いて第１ないし第４象限の象限毎の前記光軸方向のフォ
ーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）を算出するとともに、こ
の算出された象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4
）から光軸方向のベストフォーカス位置（ＺAV）及び
レベリング量（Ｐ，Ｒ）を算出することを特徴とする。

【０００８】これによれば、第２物体表面の投影領域を
４象限に分割した場合に象限毎に少なくとも１点以上の
スリット像が配置されるように、等間隔にスリット像が
投影され、第２物体からの各スリット像の反射光束を受
光し、この光電変換信号に基づいて第１ないし第４象限
の象限毎の光軸方向のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4
）が算出され、この算出された象限毎のフォーカス値
（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）から光軸方向のベストフォーカス
位置（ＺAV）及びレベリング量（Ｐ，Ｒ）が算出される
ので、第２物体表面の投影領域が複数の領域に区画され
て複数段差が存在する場合であっても、各象限毎の段差
（少なくとも４つの段差）を考慮してベストフォーカス
位置（ＺAV）及びレベリング量（Ｐ，Ｒ）が算出され
る。従って、投影領域内に複数段差が存在する場合であ
っても被投影物体表面の面位置を正確に検出することが
できる。

【０００９】この場合において、ベストフォーカス位置
の決定の仕方としては、第１ないし第４象限の象限毎
のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）の平均値を求め、
この平均値をベストフォーカス位置（ＺAV）としてもよ
く、象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）の内
の最大値Ｚmaxを求め、この最大値Ｚmaxをベストフォー
カス位置（ＺAV）としてもよく、象限毎のフォーカス
値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4）の内の最小値Ｚminを求め、この
最小値Ｚminをベストフォーカス位置としてもよく、あ
るいは象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）の
内の最大値Ｚmax、最小値Ｚminをそれぞれ求め、これら
の平均値（Ｚmax＋Ｚmin）／２をベストフォーカス位置
としてもよい。

【００１０】この他、ベストフォーカス位置の決定の仕
方として、第２物体表面の投影光学系の投影領域内の
所定領域に配置された各スリット像の反射光束を受光
し、その光電変換信号に基づいて各スリット像の場所で
の第２物体表面の投影光学系の光軸方向位置（ＺS1,ＺS
2,ＺS3,……,ＺSm）を検出するとともに、これらの位置
データを最小２乗近似により統計処理して近似面を算出
し、この算出された近似面と各光軸方向位置との差であ
る段差をそれぞれ求め、これらの段差の度数分布を求め
て最大度数となる段差位置をベストフォーカス位置とす
る方法を採用してもよい。

【００１１】また、レベリング量の算出方法としては、
第１ないし第４象限の象限毎のスリット像位置から各象
限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）を算出し、この算
出された各象限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）を用い
て象限間距離ｌ1（=｜Ｃ1-Ｃ2 ｜）、ｌ2（=｜Ｃ2-Ｃ3
｜）、ｌ3（=｜Ｃ3-Ｃ4 ｜）、ｌ4（=｜Ｃ4-Ｃ1｜）を
求め、これらの象限間距離と前記第１ないし第４象限の
象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）とを用い
て、レベリング量（Ｐ，Ｒ）＝［｛（Ｚ1-Ｚ4）／ｌ4＋
（Ｚ2-Ｚ3）／ｌ2｝／２、｛（Ｚ1-Ｚ2）/ｌ1+（Ｚ4-Ｚ
3）／ｌ3｝／２｝］を求めてもよい。あるいは上記算
出された各象限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4）を用い
てピッチング距離ｌP（= ｜Ｃ1-Ｃ3 ｜）及びローリン
グ距離ｌR（=｜Ｃ2-Ｃ4 ｜）を求め、これらのピッチン
グ距離ｌP、ローリング距離ｌR と第１ないし第４象限
の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）とを用い
て、レベリング量（Ｐ，Ｒ）＝｛（Ｚ1-Ｚ3）／ｌP、
（Ｚ2-Ｚ4）／ｌR｝を算出してもよい。この他、レベリ
ング量の算出方法として、第２物体からの各スリット像
の反射光束を受光し、その光電変換信号に基づいて第２
物体表面の各スリット像の場所の投影光学系の光軸方向
の位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSn）を検出し、これら
の位置データを最小２乗近似により統計処理して近似面
を算出し、この近似面の傾斜に基づいてレベリング量を
算出してもよい。

【００１２】更に、上記各場合において、第２物体から
の各スリット像の反射光束を受光し、その光電変換信号
に基づいて第２物体表面の各スリット像の場所の投影光
学系の光軸方向の位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSn）を
検出し、これらの位置データの内予め設定された範囲内
のデータのみを用いて、ベストフォーカス及びレベリン
グ量を算出するようにしてもよい。

【００１３】本発明に係る面位置調整装置は、第１物体
に形成されたパターンを第２物体の面上に投影する投影
光学系の像面に前記第２物体表面を一致させる面位置調
整装置であって、前記投影光学系の光軸に対して所定角
度傾斜した方向から前記第２物体表面の前記投影光学系
による前記パターンの投影領域内に等間隔に少なくとも
４点以上配置されるようにスリット像を投影する送光光
学系と；前記第２物体からの前記各スリット像の反射光
束を受光して光電変換する受光光学系と；前記第２物体
が搭載されるテーブルと；このテーブルを前記光軸方向
に駆動するとともに光軸に対する傾きを変更する駆動系
と；前記受光光学系からの光電変換信号に基づいて前記
第２物体の前記投影光学系の光軸方向のベストフォーカ
ス位置及びレベリング量を演算する演算手段と；前記演
算手段の演算結果に基づいて前記駆動系を制御する制御
手段とを有する。

【００１４】これによれば、送光光学系により投影光学
系の光軸に対して所定角度傾斜した方向から第２物体表
面の投影光学系によるパターンの投影領域内に等間隔に
少なくとも４点以上配置されるようにスリット像が投影
されると、各スリット像の光束が第２物体表面でそれぞ
れ反射され、受光光学系ではこの第２物体からの各スリ
ット像の反射光束を受光して光電変換する。演算手段で
は、受光光学系からの光電変換信号に基づいて第２物体
の投影光学系の光軸方向のベストフォーカス位置及びレ
ベリング量を演算し、制御手段では演算手段の演算結果
に基づいて駆動系を制御する。これにより、駆動系によ
り第２物体が搭載されたテーブルが光軸方向に駆動され
るとともに光軸に対する傾きが変更され、第２物体表面
が投影光学系の像面に一致するように調整される。

【００１５】ここで、送光光学系により第２物体（被投
影物体）表面の投影領域内に少なくとも４点以上投影さ
れるスリット像は等間隔に配置されるように投影される
ことから、第２物体表面が複数の領域に区画されて複数
段差が存在する場合であっても、スリット像の間隔を適
当に設定することにより、投影領域全体に等間隔にスリ
ット像が配置され、その反射光束の光電変換信号に基づ
いて第２物体表面の投影光学系の投影領域内の各区画毎
の段差（少なくとも４つの段差）を考慮してベストフォ
ーカス位置及びレベリング量を演算することができ、こ
の演算結果に基づいて駆動系を制御することにより、投
影光学系の像面に対する第２物体表面の位置を所望の関
係に調整することができる。

【００１６】この場合において、送光光学系を第２物体
表面の投影領域を４象限に分割した場合に、各象限毎に
少なくとも１点以上のスリット像が配置されるように、
第２物体表面の投影領域内に等間隔に少なくとも４点以
上のスリット像を投影する手段により構成し、演算手段
を、受光光学系からの各スリット像の反射光束の光電変
換信号に基づいて第２物体表面の前記各スリット像の場
所の投影光学系の光軸方向の位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,…
…,ＺSn）を算出する第１の演算手段と、この算出され
た位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSn）に基づいて第１な
いし第４象限の象限毎の光軸方向のフォーカス値（Ｚ1,
Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）を算出する第２の演算手段と、この算出
された象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）から
光軸方向のベストフォーカス位置（ＺAV）を算出する第
３の演算手段と、算出された象限毎のフォーカス値（Ｚ
1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）からレベリング量（Ｐ，Ｒ）を算出す
る第４の演算手段とを含んで構成してもよい。

【００１７】このように構成した場合には、送光光学系
から第２物体表面の投影領域に、当該投影領域を４象限
に分割した場合に象限毎に少なくとも１点以上のスリッ
ト像が配置されるように、等間隔にスリット像が投影さ
れ、受光光学系では第２物体からの各スリット像の反射
光束を受光して光電変換し、第１の演算手段により受光
光学系からの各スリット像の反射光束の光電変換信号に
基づいて第２物体表面の各スリット像の場所の投影光学
系の光軸方向の位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSn）が算
出され、第２の演算手段によりこの算出された位置（Ｚ
S1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSn）に基づいて第１ないし第４象
限の象限毎の光軸方向のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ
4 ）が算出され、第３の演算手段ではこの算出された象
限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）から光軸方向
のベストフォーカス位置（ＺAV）を算出し、第４の演算
手段では算出された象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ
3,Ｚ4 ）からレベリング量（Ｐ，Ｒ）を算出する。従っ
て、第２物体表面の投影領域が複数の領域に区画されて
複数段差が存在する場合であっても、各象限毎の段差
（少なくとも４つの段差）を考慮してベストフォーカス
位置（ＺAV）及びレベリング量（Ｐ，Ｒ）が算出され、
この演算結果に基づいて駆動系を制御することにより、
投影光学系の像面に対する第２物体表面の位置を所望の
関係に調整することができる。

【００１８】この場合において、第２ないし第４の演算
手段による、ベストフォーカス位置及びレベリング量の
算出は、前記第１の演算手段により算出された前記光軸
方向の位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSn）の内予め設定
された範囲内のデータのみを用いて行ってもよい。この
ようにすれば、設定範囲内、例えば常識的範囲に含まれ
ないデータがベストフォーカス位置及びレベリング量算
出の基礎データから除外されるので、正確なベストフォ
ーカス位置及びレベリング量の算出が可能となる。

【００１９】上記第３の演算手段は、第１ないし第４象
限の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）の平均
値をベストフォーカス位置（ＺAV）として算出してもよ
い。この場合、第２物体表面の投影領域の第１ないし第
４象限の象限毎のフォーカス値の平均値がベストフォー
カス位置とされ、露光装置の場合、１ショット２チップ
取り、４チップ取り、６チップ取りのいずれの場合にも
適切にベストフォース位置を算出できる。

【００２０】あるいは、第３の演算手段は、第１ないし
第４象限の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4）
の内の最大値Ｚmax又は最小値をベストフォーカス位置
（ＺAV）として算出してもよい。この場合、もっとも表
面高さの高い象限のフォーカス値又はもっとも表面高さ
の低い象限のフォーカス値がベストフォーカス位置とな
る。

【００２１】あるいは第３の演算手段は、第１ないし第
４象限の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）の
内の最大値Ｚmax及び最小値Ｚminの平均値（Ｚmax＋Ｚm
in）／２をベストフォーカス位置として算出してもよ
い。この場合、第２物体の傾斜を無視したもっとも表面
高さの高い象限及びもっとも表面高さの低い象限の平均
高さがベストフォーカス位置して算出される。

【００２２】前記第３の演算手段は、第１ないし第４象
限の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4）の平均
値をベストフォーカス位置（ＺAV）として算出する第１
モードと、フォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4）の内の最
大値Ｚmaxをベストフォーカス位置（ＺAV）として算出
する第２モードと、フォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4）
の内の最大値Ｚmaxをベストフォーカス位置（ＺAV）と
して算出する第３モードと、フォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ
3,Ｚ4）の内の最大値Ｚmax及び最小値Ｚmin の平均値
（Ｚmax＋Ｚmin）／２をベストフォーカス位置として算
出する第４モードとが設定可能とされ、第１ないし第４
モードのいずれかを択一的に設定する設定手段を更に設
けてもよい。この場合、第２物体がウエハ等の被露光基
板である場合は、製品に応じてモードを設定することに
より、製品毎に最適なフォーカス計測が可能になる。

【００２３】前記第４の演算手段によるレベリング量の
算出は、第１ないし第４象限の象限毎のスリット像位置
から各象限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）を算出する
第１の機能と、この算出された各象限の中心位置（Ｃ1,
Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）を用いて象限間距離ｌ1（=｜Ｃ1-Ｃ2
｜）、ｌ2（=｜Ｃ2-Ｃ3 ｜）、ｌ3（=｜Ｃ3-Ｃ4 ｜）、
ｌ4（= ｜Ｃ4-Ｃ1 ｜）を求める第２の機能と、これら
の象限間距離と第２の演算手段で算出された第１ないし
第４象限の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）
とを用いて、レベリング量（Ｐ，Ｒ）＝［｛（Ｚ1-Ｚ
4）／ｌ4＋（Ｚ2-Ｚ3 ）／ｌ2｝／２，｛（Ｚ1-Ｚ2）／
ｌ1+（Ｚ4-Ｚ3）／ｌ3｝／２｝］を算出する第３の機能
とによって達成してもよく、あるいは上記第１の機能
と、算出された各象限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）
を用いてピッチング距離ｌP（=｜Ｃ1-Ｃ3 ｜）、ローリ
ング距離ｌR（=｜Ｃ2-Ｃ4 ｜）を求める第４の機能と、
これらのピッチング距離ｌP、ローリング距離ｌRと第２
の演算手段で算出された第１ないし第４象限の象限毎の
フォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4）とを用いて、レベリ
ング量（Ｐ，Ｒ）＝｛（Ｚ1-Ｚ3）／ｌP，（Ｚ2-Ｚ4）
／ｌR ｝を算出する第５の機能とによって達成してもよ
い。

【００２４】本発明に係る面位置調整装置において、受
光光学系が、スリット像に１対１対応で設けられたスリ
ット像の数と同数の受光センサを有する場合、演算手段
にその出力端が接続された少なくとも４つの前記受光セ
ンサによる光電変換信号の出力回路と、受光センサを選
択して出力回路のいずれかにそれぞれ接続するセンサ選
択接続手段とを更に設けることが望ましい。

【００２５】この場合、センサ選択接続手段により、例
えば４つの光電変換信号の出力回路の内の任意の１つ、
２つ、３つ又は４つを用いて、各出力回路に異なる受光
センサを順次切り替え接続するようにすれば、演算手段
では、各センサの出力に基づいて第２物体表面の各スリ
ット像の場所の投影光学系の光軸方向の位置（ＺS1,ＺS
2,ＺS3,……,ＺSn）を算出することが可能になる。この
ような時分割切り替え接続処理の場合には、高速な演算
手段を用いることがスループットを低下させないために
は必要となる。あるいは、センサ選択接続手段により、
第１ないし第４象限に分割された象限毎に対応する受光
センサを同一の出力回路に接続するようにしてもよい。
この場合、各出力回路から演算手段に対し、各象限毎の
スリットに対応する受光センサの出力が同時に出力され
るので、演算手段では、各スリット像の場所での第２物
体表面の投影光学系の光軸方向位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,
……,ＺSm）を検出することなく、各出力回路からの出
力を用いて、各象限毎のフォーカス位置を算出すること
が可能になる。

【００２６】本発明に係る面位置調整装置において、演
算手段は、受光光学系を構成する受光センサからの光電
変換信号に基づいて各スリット像の場所での第２物体表
面の投影光学系の光軸方向位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,
ＺSm）を検出する第１の機能と、これらの位置データを
最小２乗近似により統計処理して近似面を算出する第２
の機能と、この算出された近似面と前記各光軸方向位置
との差である段差をそれぞれ求める第３の機能と、これ
らの段差の度数分布を求めて最大度数となる段差位置を
ベストフォーカス位置とする第４の機能とを有していて
もよい。

【００２７】この場合において、演算手段は、度数分布
に対し閾値を設定し、閾値を越えた場合ゴミと認識する
ゴミ検知機能を更に有していてもよい。

【００２８】本発明に係る投影露光装置は、マスクに形
成されたパターンの像を投影光学系を介して感光基板上
に転写する投影露光装置であって、前記感光基板表面の
前記パターンが前記投影光学系により投影される露光領
域内に等間隔に少なくとも４点以上のスリット像が配置
されるように、前記投影光学系の光軸に対して所定角度
傾斜した方向からスリット像を投影する送光光学系と；
前記感光基板からの前記各スリット像の反射光束を受光
して光電変換する受光光学系と；前記感光基板が搭載さ
れる基板テーブルと；この基板テーブルを前記光軸方向
に駆動するとともに光軸に対する傾きを変更する駆動系
と；前記受光光学系からの光電変換信号に基づいて前記
感光基板の前記投影光学系の光軸方向のベストフォーカ
ス位置及びレベリング量を演算する演算手段と；前記演
算手段の演算結果に基づいて前記駆動系を制御する制御
手段とを有する。

【００２９】これによれば、送光光学系により投影光学
系の光軸に対して所定角度傾斜した方向から感光基板表
面の露光領域内に等間隔に少なくとも４点以上配置され
るようにスリット像が投影され、各スリット像の光束が
感光基板表面でそれぞれ反射され、受光光学系ではこの
感光基板からの各スリット像の反射光束を受光して光電
変換する。演算手段では、受光光学系からの光電変換信
号に基づいて第２物体の投影光学系の光軸方向のベスト
フォーカス位置及びレベリング量を演算し、制御手段で
は演算手段の演算結果に基づいて駆動系を制御する。こ
れにより、駆動系により感光基板が搭載された基板テー
ブルが光軸方向に駆動されるとともに光軸に対する傾き
が変更され、感光基板表面が投影光学系の基板側像面に
一致するように調整される。

【００３０】ここで、送光光学系により感光基板表面の
露光領域内に少なくとも４点以上投影されるスリット像
は等間隔に配置されるように投影されることから、１シ
ョット複数チップ取りの重ねあわせ露光が行われる際
に、チップ毎の段差が存在する場合であっても、スリッ
ト像の間隔を適当に設定することにより、露光領域全体
に等間隔にスリット像が配置され、その反射光束の光電
変換信号に基づいてチップ毎の段差を考慮してベストフ
ォーカス位置及びレベリング量を演算することができ、
この演算結果に基づいて駆動系を制御することにより、
投影光学系の像面に感光基板表面が一致するように調整
することができる。このようにして高精度な合わせ面設
定が行われ、この合わせ面設定とともにマスクと感光基
板のアライメントとが行われた状態で、露光が行われる
と高精度な重ねあわせ露光が実現される。

【００３１】本発明に係る投影露光装置においても、受
光光学系が、スリット像に１対１対応で設けられたスリ
ット像の数と同数の受光センサを有する場合には、演算
手段にその出力端が接続された少なくとも４つの光電変
換信号の出力回路と、受光センサを選択して出力回路の
いずれかにそれぞれ接続するセンサ選択接続手段とを更
に設けてもよい。

【００３２】この場合において、マスク上のパターン領
域のサイズ又は感光基板上のチップサイズに応じて検出
対象のスリット像を選択する第１の選択手段を更に設
け、センサ選択接続手段が、複数の受光センサの中から
選択されたスリット像に対応するセンサのみを選択して
光電変換回路のいずれかにそれぞれ接続するようにして
もよい。このようにすれば、マスクのパターン領域の変
更やチップサイズの変更等がなされても容易に対応する
ことが可能となり、これらの変更がなされた場合であっ
ても適切なベストフォーカス位置の検出と、レベリング
量の算出が可能になる。

【００３３】同様に、感光基板上の露光エリアを規定す
るブラインドと、このブラインドの設定に応じて当該ブ
ラインドによって規定された露光エリア内のスリット像
を検出対象のスリット像として選択する第２の選択手段
とを更に設け、センサ選択接続手段が、複数の受光セン
サの中から選択されたスリット像に対応するセンサのみ
を選択して光電変換信号の出力回路のいずれかにそれぞ
れ接続するようにしてもよい。この場合には、ブライン
ドによって露光エリア（実露光領域）の変更が行われた
場合にも、容易に対処することが可能になる。

【００３４】

【発明の実施形態】以下、本発明の一実施形態を図１な
いし図９に基づいて説明する。

【００３５】図１には、一実施形態に係る投影露光装置
１０の概略構成が示されている。この投影露光装置１０
は、いわゆるステップ・アンド・リピート方式の縮小投
影型露光装置である。

【００３６】この投影露光装置１０は、感光基板として
のウエハＷを保持して基準平面内をＸＹ２次元方向に移
動するテーブルとしての基板テーブル１８を備えたＸＹ
ステージ装置１４と、前記基準平面に直交するＺ方向を
その光軸ＡＸの方向としてＸＹステージ装置１４の上方
に配置された投影光学系ＰＬと、この投影光学系ＰＬの
上方でその光軸ＡＸに直交して配置された第１物体とし
てのマスク（縮小投影露光装置の場合、このマスクをレ
チクルと呼ぶので以下「レチクル」という）Ｒを保持す
るレチクルホルダ３６とを備えている。

【００３７】この内、ＸＹステージ装置１４は、ベース
１１と、このベース１１上を図１におけるＹ方向に往復
移動可能なＹステージ１６と、このＹステージ１６上を
Ｙ方向と直交するＸ方向に往復移動可能なＸステージ１
２と、このＸステージ１２上に設けられた基板テーブル
１８とを有している。また、基板テーブル１８上に、ウ
エハホルダ２５が載置され、このウエハホルダ２５によ
って第２物体としての感光基板、ここではウエハＷが真
空吸着によって保持されている。

【００３８】基板テーブル１８は、Ｘステージ１２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ており、この基板テーブ
ル１８上には移動鏡２７が固定され、外部に配置された
干渉計３１により、基板テーブル１８のＸ方向、Ｙ方向
及びθ方向（Ｚ軸回りの回転方向）の位置がモニタさ
れ、干渉計３１により得られた位置情報が主制御装置４
４に供給されている。主制御装置４４は、駆動系として
のウエハ駆動装置２１等を介してＹステージ１６、Ｘス
テージ１２及び基板テーブル１８の位置決め動作を制御
すると共に、装置全体の動作を統括制御する。

【００３９】また、基板テーブル１８上の一端部には、
不図示のオフアクシス方式のアライメント検出系の検出
中心から投影光学系ＰＬの光軸までの距離を計測するベ
ースライン計測等のための各種基準マークが形成された
基準マーク板７７が固定されている。

【００４０】前記レチクルホルダ３６はその上面の４つ
のコーナー部分に真空吸着部３４を有し、この真空吸着
部３４を介してレチクルＲがレチクルホルダ３６上に保
持されている。このレチクルホルダ３６は、レチクルＲ
上の回路パターンが形成された領域であるパターン領域
ＰＡに対応した開口（図示省略）を有し、不図示の駆動
機構によりＸ方向、Ｙ方向、θ方向（Ｚ軸回りの回転方
向）に微動可能となっており、これによって、パターン
領域ＰＡの中心（レチクルセンタ）が投影光学系ＰＬの
光軸ＡＸを通るようにレチクルＲの位置決めが可能な構
成となっている。

【００４１】この投影露光装置１０では、不図示のアラ
イメント検出系の検出信号に基づいて主制御装置４４に
よりレチクルＲとウエハＷとの位置合わせ（アライメン
ト）が行なわれ、後述する焦点検出系の検出信号に基づ
いて、レチクルＲのパターン面とウエハＷ表面とが投影
光学系ＰＬに関して共役となるように、かつ投影光学系
の結像面とウエハＷ表面とが一致するように、主制御装
置４４により駆動装置２１を介して基板テーブル１８が
Ｚ軸方向及び傾斜方向に駆動制御されて面位置の調整が
行なわれる。このようにして位置決め及び合焦がなされ
た状態で、ミラー９７、メインコンデンサレンズ９９を
含む照明光学系から射出された露光光によりレチクルＲ
のパターン領域ＰＡがほぼ均一な照度で照明されると、
レチクルＲのパターンの縮小像が投影光学系ＰＬを介し
て表面にフォトレジストが塗布されたウエハＷ上に結像
される。

【００４２】ここで、図示は省略したが、照明光学系
は、例えば水銀ランプ等の光源と、この光源から射出さ
れた露光光を集光する楕円鏡と、この集光された露光光
をほぼ平行な光束に変換するインプットレンズと、この
インプットレンズから出力された光束が入射して後側
（レチクル側）焦点面に多数の二次光源を形成するフラ
イアイレンズと、これら二次光源から射出された露光光
を集光してレチクルＲを均一な照度で照明するコンデン
サーレンズ系等を含んで構成することができる。また、
本実施形態では、照明光学系内には、２枚の可動ブレー
ド４５Ａ、４５Ｂを有するブラインドとしての可動ブラ
インド（以下、この可動ブラインドを適宜「可動ブライ
ンド４５Ａ、４５Ｂ」と呼ぶ）が設けられており、この
可動ブラインド４５Ａ、４５Ｂの配置面はレチクルＲの
パターン面と共役となっている。また、この可動ブライ
ンド４５Ａ、４５Ｂの近傍に、開口形状が固定された固
定ブラインド４６が配置されている。固定ブラインド４
６は、例えば４個のナイフエッジにより矩形の開口を囲
んだ視野絞りであり、その矩形開口の上下方向の幅が可
動ブラインド４５Ａ、４５Ｂによって規定されるように
なっている。可動ブレード４５Ａ、４５Ｂは、可動ブラ
インド駆動機構４３Ａ、４３Ｂによって開閉方向に駆動
されるようになっており、この駆動機構４３Ａ、４３Ｂ
の動作が不図示のメインコンピュータからのマスキング
情報に応じて主制御装置４４によって制御されるように
なっている。

【００４３】更に、本実施形態では、投影光学系ＰＬに
よるパターンの投影領域（この投影領域に対応するウエ
ハＷ上の領域を以下「露光領域」と呼ぶ）内にウエハＷ
が位置したとき、ウエハＷ表面のＺ方向（光軸ＡＸ方
向）の位置を検出するために、斜入射光式の焦点検出系
の一つである多点フォーカス位置検出系が設けられてい
る。この多点フォーカス位置検出系は、光ファイバ束８
１、集光レンズ８２、パターン形成板８３、レンズ８
４、ミラー８５及び照射対物レンズ８６から成る送光光
学系としての照射光学系４０と、集光対物レンズ８７、
回転方向振動板８８、結像レンズ８９、多数の受光セン
サとしてのフォトセンサを有する受光器９０（これにつ
いては後述する）から成る受光光学系４２とから構成さ
れている。

【００４４】ここで、この多点フォーカス位置検出系の
構成各部の作用を説明すると、露光光ＥＬとは異なるウ
エハＷ上のフォトレジストを感光させない波長の照明光
が、図示しない照明光源から光ファイバ束８１を介して
導かれている。光ファイバ束８１から射出された照明光
は、集光レンズ８２を経てパターン形成板８３を照明す
る。パターン形成板８３を透過した照明光は、レンズ８
４、ミラー８５及び照射対物レンズ８６を経てウエハＷ
の露光面に投影され、ウエハＷの露光面にはパターン形
成板８３上のパターンの像が投影結像される。ウエハＷ
で反射された照明光（パターン像の光束）は、集光対物
レンズ８７、回転方向振動板８８及び結像レンズ８９を
経て受光器９０の受光面に投影され、受光器９０の受光
面には、パターン形成板８３上のパターンの像が再結像
される。ここで、主制御装置４４は加振装置９２を介し
て回転方向振動板８８に後述するような振動を与え、受
光器９０の多数のフォトセンサからの検出信号（光電変
換信号）がセンサ選択接続手段としてのセンサ選択回路
９３を介して信号処理装置９１に供給され、信号処理装
置９１は、各検出信号を加振装置９２の駆動信号で同期
検波して得た多数のフォーカス信号を主制御装置４４に
供給する。なお、センサ選択回路９３及び信号処理装置
９１についても後述する。

【００４５】ここで、図２に基づいてパターン形成板８
３上のパターン、ウエハＷの露光面上に形成されるこの
パターンの像、及びこの像が再結像されるフォトセンサ
が配置された受光器９０について更に詳述する。

【００４６】図２（Ａ）には、パターン形成板８３が示
されている。この図に示されるように、パターン形成板
８３には、上下左右方向に当間隔で７×７、合計４９個
のパターン形成板８３の４辺の方向（Ｘ，Ｙ方向）に対
して４５度傾斜したスリット状の開口パターンＰ₁₁〜Ｐ
₇₇が形成されており、これらのスリット状の開口パター
ンＰの像がウエハＷの露光面上に投影される。ここで、
本実施形態では、照射光学系４０からの像光束は、ＹＺ
平面内で光軸ＡＸに対して所定角度α傾斜した方向から
ウエハＷ面（又は基準マーク板７７表面）に照射され、
この像光束のウエハＷ面からの反射光束は、ＹＺ平面内
で光軸ＡＸに対して前記照射光学系４０からの像光束と
対称に所定角度α傾斜した方向に進んで受光光学系４２
によって前記の如く受光される。すなわち、平面視で見
ると、照射光学系４０からの像光束及びその反射光束
は、Ｙ軸に沿って一方から他方へ進む。

【００４７】このため、ウエハＷ表面の露光領域Ｅf 内
には、図２（Ｂ）に示されるように、Ｘ軸、Ｙ軸に対し
て４５度傾斜した７行７列のマトリクス状配置で７×
７、合計４９個のスリット状の開口パターンの像（以
下、「スリット像」という）Ｓ₁₁〜Ｓ₇₇が、Ｘ軸、Ｙ軸
方向に沿って当間隔ｌで形成される。なお、本実施形態
では、７×７（＝４９個）のスリット像が露光領域Ｅf
内に配置されるが、等間隔でスリット像Ｓが配置される
のであれば、スリット像Ｓの数はいくつでも良い。

【００４８】本実施形態の場合、露光領域Ｅf を１辺が
２２ｍｍの正方形とした場合、スリット像の間隔ｌ＝約
３ｍｍとなり、ほぼ露光領域Ｅf 内の段差情報を把握す
ることが可能になる。

【００４９】図２（Ｃ）には、多点フォーカス位置検出
系の受光器９０が示されている。この受光器９０上にス
リット像Ｓ₁₁〜Ｓ₇₇に対応して７行７列のマトリクス状
にフォトセンサＤ₁₁〜Ｄ₇₇が配置されている。各フォト
センサＤは、それぞれＸ軸、Ｙ軸に４５度傾斜して配置
されている。

【００５０】前記の如く、受光器９０には、合計で４９
個のＸ軸、Ｙ軸に対し４５度傾斜したフォトセンサＤ₁₁
〜Ｄ₇₇が配列されており、各フォトセンサＤの前面（図
１における下面）側には当該各フォトセンサＤと同様に
Ｘ軸、Ｙ軸に対し４５度傾斜したスリット状の絞り（図
示省略）が配置されている。また、それらフォトセンサ
Ｄ₁₁〜Ｄ₇₇上にそれぞれ図２（Ｂ）のスリット像Ｓ₁₁〜
Ｓ₇₇が再結像される。そして、ウエハＷの露光面で反射
された光を、回転方向振動板８８で回転振動すること
で、受光器９０上では再結像された各像の位置が図２
（Ｃ）における矢印ＲＤ方向に振動する。従って、各フ
ォトセンサＤ₁₁〜Ｄ₇₇の検出信号がセンサ選択回路９３
を介して後述する信号処理装置９１により、回転振動周
波数の信号で同期検波される。

【００５１】次に、センサ選択回路９３及び信号処理装
置９１の構成について、図３に基づいて説明する。この
図３には、センサ選択回路９３と信号処理装置９１とが
受光器９０とともに概略的に示されている。この内、セ
ンサ選択回路９３は、スイッチ部ＡS と、レジスタ部Ｒ
S とから成り、スイッチ部ＡS 内には逆バイアス電圧が
印加されたフォトセンサ（ここではフォトダイオード）
Ｄ₁₁、Ｄ₁₂、……Ｄ₇₇のＰ側に一方の固定接点がそれぞ
れ接続された切替スイッチＳＡ₁〜ＳＡ₄₉と、各切替ス
イッチＳＡ₁〜ＳＡ₄₉の可動接点（共通接点）とｎ本の
出力線Ｏ₁〜Ｏ_nとの間に設けられた（４９×ｎ）個の
開閉スイッチＳＢ_1-1、ＳＢ_1-2、ＳＢ_1-3、……、Ｓ
Ｂ_49-nとが配置されている。各切替スイッチＳＡ₁〜Ｓ
Ａ₄₉の他方の固定接点は接地されている。また、フォト
センサＤ₁₁〜Ｄ₇₇のＮ側は不図示の電源回路に接続され
ている。また、ｎ本の光電変換号の出力回路としての出
力線Ｏ₁〜Ｏ_nのそれぞれは、これらの出力線に対応し
て設けられた信号処理回路９４₁〜９４_nにそれぞれ接
続されている。

【００５２】このため、例えば、切替スイッチＳＡ₁を
フォトセンサＤ₁₁側に切り替え、開閉スイッチＳＢ_1-1
をオンにすると、フォトセンサＤ₁₁が受光する光の強さ
に比例した強さの逆電流（光電流、すなわち光電変換信
号）が、フォトセンサＤ₁₁→スイッチＳＡ₁→スイッチ
ＳＢ_1-1の順に閉回路内を流れ、この電流が信号処理回
路９４₁によって検出され、デジタル信号に変換されて
信号出力回路９５に送出される。また、例えば、切替ス
イッチＳＡ₄₉をフォトセンサＤ₇₇側に切り替え、開閉ス
イッチＳＢ_49-nをオンにすると、フォトセンサＤ₇₇が受
光する光の強さに比例した強さの逆電流（光電流）が、
フォトセンサＤ₇₇→スイッチＳＡ₄₉→スイッチＳＢ_49-n
の順に閉回路内を流れ、この電流が信号処理回路９４_n
によって検出され、デジタル信号に変換されて、信号出
力回路９５に送出される。このように、本実施例では、
切替スイッチＳＡと開閉スイッチＳＢとの任意の組み合
わせをオンにすることにより、任意のフォトセンサＤの
受光する光の強さに応じた光電流を所望の出力線Ｏを介
して取り出すことが可能になっている。

【００５３】レジスタ部Ｒｓ内には、切替スイッチＳＡ
₁〜ＳＡ₄₉にそれぞれ対応して設けられた４９個の第１
レジスタＲＳ₁〜ＲＳ₄₉と、開閉スイッチＳＢ_1-1〜Ｓ
Ｂ₄₉ _-nに対応してｎ個ずつ４９組設けられた第２レジス
タＲＳＳ_1-1〜ＲＳＳ_49-nとが配置されている。第１レ
ジスタＲＳ₁〜ＲＳ₄₉は、同一のラインＬ1 に共通に接
続され、第２レジスタＲＳＳ_1-1〜ＲＳＳ_49-nは、同一
のラインＬ2 に共通に接続されている。従って、例え
ば、フォトセンサＤ₁₁の出力を出力線Ｏ₁に出力させる
には、ラインＬ1 にデータ（Ｄａｔａ）１（「１，０，
０，………，０」）を入力し、ラインＬ2 にデータ（Ｄ
ａｔａ）２（「１，０，０，０，０，０，０、０，０，
０，０，０，０，０、………、０，０，０，０，０，
０，０」）を入力すれば良い。これにより、第１レジス
タＲＳ₁と第２レジスタＲＳＳ_1-1とが「１」で、その
他のレジスタは０となり、切替スイッチＳＡ₁がフォト
センサＤ₁₁側に切り替えられ、開閉スイッチＳＢ_1-1が
オンとなって、フォトセンサＤ₁₁の出力が出力線Ｏ₁に
出力される。このように、本実施例では、主制御装置４
４からラインＬ1 、ラインＬ2 を介してレジスタ部Ｒｓ
内に入力されるデータ１，データ２の内容によって、所
望のフォトセンサＤの出力を所望の出力線Ｏ、すなわち
これに対応する信号処理回路９４に出力させることがで
きる。従って、例えばｎ＝４９である場合には、各フォ
トセンサＤを各別に信号処理回路９４₁〜９４_nにそれ
ぞれ独立して接続することにより主制御装置４４では露
光領域内の個々のスリット像位置の光軸方向位置を演算
することができるとともに、複数のフォトセンサＤを同
一出力先に設定することで後述するように主制御装置４
４では個々のスリット像位置の光軸方向位置を演算する
ことなく、象限ごとの平均段差（フォーカス位置）を演
算することも可能となる。

【００５４】信号処理装置９１は、出力線Ｏ₁〜Ｏ_nに
それぞれ接続され、各出力線からの信号を回転振動周波
数の信号で同期検波することにより、ウエハＷ上の各ス
リット像Ｓ₁₁〜Ｓ₇₇の場所のＺ軸方向位置（フォーカス
位置）に対応するフォーカス信号を生成するｎ個の信号
処理回路９４₁〜９４_nを備えており、これらの信号処
理回路９４₁〜９４_nからのフォーカス信号は、出力回
路９５によりデジタル変換され、シリアルデータとして
主制御装置４４に出力されるようになっている。ここ
で、複数のフォトセンサＤが同一出力先に設定された場
合には、その出力先として指定された（選択された）信
号処理回路９４ではフォトセンサ出力の合成信号を回転
振動周波数の信号で同期検波し、その複数のフォトセン
サの出力の合成信号に対応するフォーカス信号のデジタ
ル変換データが主制御装置４４に出力されるようになっ
ている。

【００５５】次に、本実施形態の装置１０における主制
御装置４４による、ベストフォーカス位置及びレベリン
グの算出方法について説明する。この装置では、ベスト
フォーカス位置の算出モードとしてウエハＷ上の露光領
域Ｅf 内を第１象限、第２象限、第３象限及び第４象限
に分割した場合の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,
Ｚ4 ）の平均値をベストフォーカス位置（ＺAV）として
算出する第１モードと、フォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ
4 ）の内の最大値Ｚmax をベストフォーカス位置（ＺA
V）として算出する第２モードと、フォーカス値（Ｚ1,
Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）の内の最小値Ｚmin をベストフォーカス
位置（ＺAV）として算出する第３モードと、フォーカス
値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）の内の最大値Ｚmax 及び最小値
Ｚmin の平均値をベストフォーカス位置として算出する
第４モードとが設定可能となっている。これらのモード
は、主制御装置４４に接続された設定手段としてのコン
ソール等の入力装置９６（図１参照）によって設定でき
るようになっている。

【００５６】ここで、図４を用いて、各モード設定時の
作用について説明する。図４には、露光領域Ｅf を四象
限に分割した場合の各象限に割り当てられたスリット像
の配置が示されている。この図において、第１象限に
は、スリット像Ｓ₁₅〜Ｓ₁₇，Ｓ₂₅〜Ｓ₂₇，Ｓ₃₅〜Ｓ₃₇が
割り当てられ、第２象限には、スリット像Ｓ₁₁〜Ｓ₁₃，
Ｓ₂₁〜Ｓ₂₃，Ｓ₃₁〜Ｓ₃₃が割り当てられ、第３象限には
スリット像Ｓ₅₁〜Ｓ₅₃，Ｓ₆₁〜Ｓ₆₃，Ｓ₇₁〜Ｓ₇₃が割り
当てられ、第４象限にはスリット像Ｓ₅₅〜Ｓ₅₇，Ｓ₆₅〜
Ｓ₆₇, Ｓ₇₅〜Ｓ₇₇が割り当てられている。

【００５７】これに対応して、主制御装置４４では、フ
ォトセンサＤ₁₅〜Ｄ₁₇，Ｄ₂₅〜Ｄ₂₇，Ｄ₃₅〜Ｄ₃₇を出力
線Ｏ₁に接続し、フォトセンサＤ₁₁〜Ｄ₁₃，Ｄ₂₁〜
Ｄ₂₃，Ｄ₃₁〜Ｄ₃₃を出力線Ｏ₂に接続し、フォトセンサ
Ｄ₅₁〜Ｄ₅₃，Ｄ₆₁〜Ｄ₆₃，Ｄ₇₁〜Ｄ73を出力線Ｏ₃に接
続し、フォトセンサＤ₅₅〜Ｄ₅₇，Ｄ₆₅〜Ｄ₆₇, Ｄ₇₅〜Ｄ
₇₇を出力線Ｏ₄に接続し、その他のフォトセンサをＯＦ
Ｆにするようなデータ１、データ２をラインＬ1 ，Ｌ2
を介してレジスタ部Ｒｓに入力する。

【００５８】これにより、各切り替えスイッチＳＡの切
り替え、開閉スイッチＳＢのオンオフが所期の状態に設
定される。この結果、出力線Ｏ₁を介して第１象限に割
り当てられたスリット像の反射光束を受光するフォトセ
ンサＤ₁₅〜Ｄ₁₇，Ｄ₂₅〜Ｄ₂₇，Ｄ₃₅〜Ｄ₃₇の合成信号が
信号処理回路９４₁に入力され、当該信号処理回路９４
₁ではウエハＷ上のスリット像Ｓ₁₅〜Ｓ₁₇，Ｓ₂₅〜
Ｓ₂₇，Ｓ₃₅〜Ｓ₃₇の場所のフォーカス信号の合成信号に
相当する信号を第１象限の検出信号として出力する。同
様に出力線Ｏ₂を介して第２象限に割り当てられたスリ
ット像の反射光束を受光するフォトセンサＤ₁₁〜Ｄ₁₃，
Ｄ₂₁〜Ｄ₂₃，Ｄ₃₁〜Ｄ₃₃の合成信号が信号処理回路９４
₂に入力され、当該信号処理回路９４₂ではウエハＷ上
のスリット像Ｓ₁₁〜Ｓ₁₃，Ｓ₂₁〜Ｓ₂₃，Ｓ₃₁〜Ｓ₃₃の場
所のフォーカス信号の合成信号に相当する信号を第２象
限の検出信号として出力する。また、同様に出力線Ｏ₃
を介して第３象限に割り当てられたスリット像の反射光
束を受光するフォトセンサＤ₅₁〜Ｄ₅₃，Ｄ₆₁〜Ｄ₆₃，Ｄ
₇₁〜Ｄ₇₃の合成信号が信号処理回路９４₃に入力され、
当該信号処理回路９４₃ではスリット像Ｓ₅₁〜Ｓ₅₃，Ｓ
₆₁〜Ｓ₆₃，Ｓ₇₁〜Ｓ₇₃の場所のフォーカス信号の合成信
号に相当する信号を第３象限の検出信号として出力す
る。また、同様に、出力線Ｏ₄を介して第４象限に割り
当てられたスリット像位置の反射光束を受光するフォト
センサＤ₅₅〜Ｄ₅₇，Ｄ₆₅〜Ｄ₆₇, Ｄ₇₅〜Ｄ₇₇の合成信号
が信号処理回路９４₄に入力され、当該信号処理回路９
４₄ではウエハＷ上のスリット像Ｓ₅₅〜Ｓ₅₇，Ｓ₆₅〜Ｓ
₆₇, Ｓ₇₅〜Ｓ₇₇の場所のフォーカス信号の合成信号に相
当する信号を第４象限の検出信号として出力する。

【００５９】出力回路９５では、信号処理回路９４₁〜
９４₄の出力である象限毎の検出信号をデジタル変換し
た検出データを、シリアルデータとして主制御装置４４
に送出する。

【００６０】主制御装置４４では、出力回路９５から送
られてきた象限毎の検出データに基づいて第１象限のフ
ォーカス値Ｚ1 、第２象限のフォーカス値Ｚ2 、第３象
限のフォーカス値Ｚ3 、第４象限のフォーカス値Ｚ4 を
演算する。

【００６１】ここで、予めベストフォーカス位置の算出
モードとして第１モードが設定されている場合には、主
制御装置４４では次式に基づいてベストフォーカス位置
（ＺAV）を算出する。

【００６２】

【数１】ＺAV＝（Ｚ1＋Ｚ2＋Ｚ3＋Ｚ4 ）／４この第１モードは、通常のプロセスの露光では、最も多
く用いられ、１ショット２チップ取り、１ショット４チ
ップ取り、１ショット６チップ取りのいずれの場合にも
ベストフォーカス位置（ＺAV）を適切に算出することが
できる。

【００６３】また、予めベストフォーカス位置の算出モ
ードとして第２モードが設定されている場合には、フォ
ーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）の内の最大値Ｚmax をベ
ストフォーカス位置（ＺAV）として算出し、予めベスト
フォーカス位置の算出モードとして第３モードが設定さ
れている場合には、フォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4）
の内の最小値Ｚmin をベストフォーカス位置（ＺAV）と
して算出する。

【００６４】第２モードは、図５に示されるような１シ
ョット４チップ取りの場合において、同図中のチップＣ
Ｐ３のみにＩＣ等がマウントされた特殊仕様のウエハの
露光等の際に、当該チップＣＰ３のベストフォーカス位
置を検出するような場合に好適である。第３モードは、
図５の場合に、チップＣＰ３以外の残りの３チップのベ
ストフォーカス位置を検出するのに好適である。

【００６５】また、予めベストフォーカス位置の算出モ
ードとして、第４モードが設定されている場合には、主
制御装置４４では、フォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4）
の内の最大値Ｚmax及び最小値Ｚmin の平均値（Ｚmax＋
Ｚmin）／２をベストフォーカス位置として算出する。
この第４モードは、従来の面位置検出において、３点以
上のフォーカス値を用いて最小自乗法による統計処理に
より近似平面を算出しているのとは異なり、例えば図５
に示されるような場合に、最も高い位置にあるチップＣ
Ｐ３と最も低い位置にあるチップ（ＣＰ１、ＣＰ２、Ｃ
Ｐ４のいずれか）との平均高さ位置を検出するものであ
る。すなわち、傾斜を無視した平均高さ位置をベストフ
ォーカス位置として算出するものである。

【００６６】本実施形態の場合、オペレータがプロセス
に応じて第１ないし第４モードを適宜コンソール等の入
力装置９６を用いて予め設定することにより、製品毎に
最適なフォーカス計測が可能になる。

【００６７】また、本実施形態のように、フォトセンサ
の組合わせ、出力先の設定が任意に出来る場合は、基準
マーク板７７等の基準面を用いてフォトセンサ間の感
度、出力先である信号処理回路９４間のゲイン、オフセ
ット等の微妙なバラツキをキャリブレーション（較正）
しておくことが重要である。このキャリブレーション結
果は、主制御装置４４内のメモリ（図示省略）に格納し
ておき、フォトセンサと出力先の選択に応じて補正する
ことが望ましい。また、キャリブレーションのタイミン
グは一般的には、装置組立時で良いが、装置変動等を考
慮する場合は露光動作開始時に定期的に行っても良い。

【００６８】次に、本実施形態の装置１０による傾斜量
の検出について説明する。主制御装置４４では、第１な
いし第４象限の象限毎のスリット像位置（Ｘ，Ｙ座標位
置）から各象限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）を算出
する。

【００６９】具体的には、図４の場合、露光領域Ｅf の
中心の座標（スリット像Ｓ₄₄の座標）が原点であるもの
とすると、第１象限の中心位置Ｃ1 としてスリット像Ｓ
₂₆の座標（２ｌ，２ｌ）が算出され、第２象限の中心位
置Ｃ2 としてスリット像Ｓ₂₂の座標（−２ｌ，２ｌ）が
算出され、第３象限の中心位置Ｃ3 としてスリット像Ｓ
₆₂の座標（−２ｌ，−２ｌ）が算出され、第４象限の中
心位置Ｃ4 としてスリット像Ｓ₆₆の座標（２ｌ，−２
ｌ）が算出される。なお、各象限の中心位置が単一のス
リット像位置の座標から求められない場合は、各スリッ
ト像座標位置に基づいて演算で各象限の中心位置を求め
ればよい。

【００７０】次に、主制御装置４４では、この算出され
た各象限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）を用いて象限
間距離ｌ1（=｜Ｃ1-Ｃ2 ｜）、ｌ2（=｜Ｃ2-Ｃ3 ｜）、
ｌ3（=｜Ｃ3-Ｃ4 ｜）、ｌ4（=｜Ｃ4-Ｃ1 ｜）を求め
る。

【００７１】上記の如く、主制御装置４４では、信号処
理装置９１からの第１ないし第４象限の象限毎の検出デ
ータに基づいて象限毎のフォーカス値Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4
を算出しているので、上で演算した象限間距離と第１な
いし第４象限の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ
4 ）とを用いて、レベリング量、すなわちピッチング量
Ｐとローリング量Ｒとを次式に基づいて算出する。

【００７２】

【数２】Ｐ＝｛（Ｚ1-Ｚ4）／ｌ4 +（Ｚ2-Ｚ3）／ｌ2｝／２Ｒ＝｛（Ｚ1-Ｚ2）／ｌ1 +（Ｚ4-Ｚ3）／ｌ3｝／２このように、予め設定されたモードに応じてベストフォ
ーカス値を求め、レベリング量を求めた後、主制御装置
４４ではこれらの値に基づいて駆動装置２１を介して基
板テーブル１８のＺ軸方向位置及び傾斜、すなわちウエ
ハＷ表面の面位置を調整する。なお、この面位置の調整
は、フォトセンサの出力をモニタしつつフィードバック
制御により行なうことが望ましいが、この場合、最適な
合せ面位置（通常は投影光学系ＰＬの像面に一致）にな
った場合の各フォトセンサの出力値は、既知であるの
で、面位置検出に用いた全フォトセンサを常に用いなく
ても良く、合せ面設定（合焦）動作時は、少なくとも３
点のフォトセンサの出力があれば良い。

【００７３】なお、ウエハＷ表面の傾斜は、面内の相互
に交差する二軸回りの傾斜量を検出することにより調整
が可能であるから、ピッチング量Ｐとローリング量Ｒの
定め方及びその求め方は前述した方法に限られるもので
はない。

【００７４】例えば、主制御装置４４では上記と同様に
第１ないし第４象限の象限毎のスリット像位置から各象
限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）を算出し、この算出
された各象限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4）を用いて
次のように定義されたピッチング距離ｌP及びローリン
グ距離ｌRを求める。

【００７５】

【数３】ｌP＝｜Ｃ1-Ｃ3 ｜ｌR＝｜Ｃ2-Ｃ4 ｜次に、これらのピッチング距離ｌP、ローリング距離ｌR
と第１ないし第４象限の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,
Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）とを用いて、次のように定義されたレベ
リング量（Ｐ，Ｒ）を算出するようにしてもよい。

【００７６】

【数４】Ｐ＝（Ｚ1-Ｚ3）／ｌP Ｒ＝（Ｚ2-Ｚ4）／ｌR 次に、図７に基づいて、照明光学系内の可動ブラインド
４５Ａ、４５Ｂ等で露光領域Ef の一部がマスキングさ
れた場合について説明する。

【００７７】不図示のメインコンピュータからのマスキ
ング処理の情報（例えば、ブラインド情報）が得られた
ときは、主制御装置４４ではブラインド情報に基づいて
可動ブラインド駆動機構４３Ａ、４３Ｂを介して可動ブ
ラインド４５Ａ、４５Ｂを駆動制御するとともに実露光
領域Ｅf'（図７参照）を算出し、この算出結果に基づい
て実露光領域Ｅf'内に配置されているスリット像に対応
するフォトセンサＤの選択を行なう。ここでは、実露光
領域Ｅf'を４象限に分割してフォーカス検出、レベリン
グ検出を行なう場合について説明する。

【００７８】図７の場合、第１〜第４象限の象限毎のス
リット像の割り当ては、次のようになる。すなわち、第
１象限には、スリット像Ｓ₁₆〜Ｓ₃₆, Ｓ₁₇〜Ｓ₃₇が割り
当てられ、第２象限には、スリット像Ｓ₁₃〜Ｓ₃₃, Ｓ₁₄
〜Ｓ₃₄が割り当てられ、第３象限にはスリット像Ｓ₅₃〜
Ｓ₇₃, Ｓ₅₄〜Ｓ₇₄が割り当てられ、第４象限にはスリッ
ト像Ｓ₅₆〜Ｓ₇₆, Ｓ₅₇〜Ｓ₇₇が割り当てられている。

【００７９】これに対応して、主制御装置４４では、フ
ォトセンサＤ₁₆〜Ｄ₃₆, Ｄ₁₇〜Ｄ₃₇を出力線Ｏ₁に接続
し、フォトセンサＤ₁₃〜Ｄ₃₃, Ｄ₁₄〜Ｄ₃₄を出力線Ｏ₂
に接続し、フォトセンサＤ₅₃〜Ｄ₇₃, Ｄ₅₄〜Ｄ₇₄を出力
線Ｏ₃に接続し、フォトセンサＤ₅₆〜Ｄ₇₆, Ｄ₅₇〜Ｄ₇₇
を出力線Ｏ₄に接続し、その他のフォトセンサをＯＦＦ
にするようなデータ１、データ２をレジスタ部ＲS のラ
インＬ1 ，Ｌ2 に入力する。

【００８０】これにより、各切り替えスイッチＳＡの切
り替え、開閉スイッチＳＢのオンオフが所期の状態に設
定される。この結果、出力線Ｏ₁を介して第１象限に割
り当てられたスリット像の反射光束を受光するフォトセ
ンサＤ₁₆〜Ｄ₃₆, Ｄ₁₇〜Ｄ₃₇の合成信号が信号処理回路
９４₁に入力され、当該信号処理回路９４₁ではスリッ
ト像Ｓ₁₆〜Ｓ₃₆, Ｓ₁₇〜Ｓ₃₇の場所のフォーカス信号の
合成信号に相当する信号を第１象限の検出信号として出
力する。同様に出力線Ｏ₂を介して第２象限に割り当て
られたスリット像の反射光束を受光するフォトセンサＤ
₁₃〜Ｄ₃₃, Ｄ₁₄〜Ｄ₃₄の合成信号が信号処理回路９４₂
に入力され、当該信号処理回路９４₂ではスリット像Ｓ
₁₃〜Ｓ₃₃, Ｓ₁₄〜Ｓ₃₄の場所のフォーカス信号の合成信
号に相当する信号を第２象限の検出信号として出力す
る。また、同様に出力線Ｏ₃を介して第３象限に割り当
てられたスリット像の反射光束を受光するフォトセンサ
Ｄ₅₃〜Ｄ₇₃, Ｄ₅₄〜Ｄ₇₄の合成信号が信号処理回路９４
₃に入力され、当該信号処理回路９４₃ではスリット像
Ｓ₅₃〜Ｓ₇₃, Ｓ₅₄〜Ｓ₇₄の場所のフォーカス信号の合成
信号に相当する信号を第３象限の検出信号として出力す
る。また、同様に、出力線Ｏ₄を介して第４象限に割り
当てられたスリット像位置の反射光束を受光するフォト
センサＤ₅₆〜Ｄ₇₆, Ｄ₅₇〜Ｄ₇₇の合成信号が信号処理回
路９４₄に入力され、当該信号処理回路９４₄ではスリ
ット像Ｓ₅₃〜Ｓ₇₃, Ｓ₅₄〜Ｓ₇₄の場所のフォーカス信号
の合計値に相当する信号を第４象限の検出信号として出
力する。

【００８１】出力回路９５では、信号処理回路９４₁〜
９４₄の出力である検出信号をデジタル変換した象限毎
の検出データを、シリアルデータとして主制御装置４４
に送出する。

【００８２】主制御装置４４では、出力回路９５から送
られてきた象限毎の検出データに基づいて第１象限のフ
ォーカス値Ｚ1 、第２象限のフォーカス値Ｚ2 、第３象
限のフォーカス値Ｚ3 、第４象限のフォーカス値Ｚ4 を
演算する。そして、主制御装置４４では、これらのＺ1
，Ｚ2 ，Ｚ3 ，Ｚ4 に基づいて前述した第１〜第４モ
ードのいずれかの設定に従って、前述と同様のベストフ
ォーカス位置の算出を行なうと共に、前述と同様のレベ
リング量の算出を行ない、これらの算出結果に基づいて
駆動装置２１を介して基板テーブル１８のＺ軸方向位置
及び傾斜、すなわちウエハＷ表面の面位置を調整する。

【００８３】このように、本実施形態では、スリット像
が露光領域Ｅf 内に一定間隔ｌで配置されるているの
で、実露光領域Ｅf'の変化に対しても、これに対応して
当該変化後の露光領域についても４象限に分割した象限
毎のフォーカス位置の情報を容易に得ることができ、こ
れに基づいてベストフォーカス位置、レベリング量等の
算出、合わせ面に対する正確な面位置の調整ができる。

【００８４】ウエハ上の一部領域に検査のためのパター
ン（ＴＧパターン）を形成する必要がある場合があり、
このような場合には、一部の露光ショットでのみ、マス
キング処理をして露光領域を変更する必要がある。この
ような場合に、上記の実露光領域の変更に応じた象限分
割のベストフォーカス位置、レベリング量等の算出は、
特に好適である。また、ここではマスキングにより露光
領域が変化する場合について説明したが、例えば、レチ
クル上のパターンのサイズ又はウエハ上のチップサイズ
が変更された場合も、主制御装置４４ではこれらの変更
情報に基づいて検出対象となる領域を算出し、その領域
を４象限に分割し、各象限に配置されたスリット像の反
射光束をそれぞれ受光するフォトセンサの出力が象限毎
に信号処理回路にそれぞれ接続されるようにして、上記
と同様に面位置検出を行なうようにしてもよい。

【００８５】これまでは、センサ選択回路９３を用いた
フォトセンサＤの出力先の選択により実露光領域を４象
限に分割してベストフォーカス位置、レベリング量等の
算出を行なう場合について説明したが、前記の如く、ｎ
＝４９である場合は、本実施形態では、フォトセンサＤ
₁₁〜Ｄ₇₇の出力を各別に信号処理回路９４₁〜９４_nに
出力させることができるので、以下では、センサ選択回
路９３の各スイッチがこのように設定されている（全て
のフォトセンサの出力先は固定である）場合について、
ベストフォーカス位置の算出、レベリング量の算出等に
ついて説明する。

【００８６】この場合、各出力線Ｏからは各信号処理回
路９４で検出された各スリット像Ｓの場所のＺ軸方向位
置データＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺS49がシリアルデータ
として送られてくるので、主制御装置４４では、フォト
センサＤ₁₁〜Ｄ₇₇の全データＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺS4
9 を用い、最小２乗近似等の統計処理により露光領域Ｅ
f 内の平均的傾斜量（レベリング量）と近似平面を算出
する。次に、主制御装置４４では各データＺS1,ＺS2,Ｚ
S3,……,ＺS49と算出した近似平面との差分を求める。
この結果がウエハ表面の段差情報となる。そして、この
段差情報を一定の残差ステップ（例えば0.1μｍ）毎に
分割した図８に示されるような度数分布を作成し、この
度数分布の最大値ＺＤmax をフォーカス面（ベストフォ
ーカス位置）とする。ここで、度数分布が最大値という
ことは、そのウエハ表面の最も安定した領域を意味する
ので、このＺＤmax に対応する面をフォーカス面とする
のである。

【００８７】そして、主制御装置４４では、上記のよう
にして算出されたベストフォーカス位置とレベリング量
とのデータに基づいて駆動装置２１を介して基板テーブ
ル１８のＺ軸方向位置及び傾斜、すなわちウエハＷ表面
の面位置を調整する。

【００８８】この場合において、例えばＺＤmax に関し
て閾値Ｚshを予め設定しておけば、主制御装置４４では
Ｚsh以上の段差が存在した場合、ゴミとして認識し、ゴ
ミ認識の結果を不図示の警報装置、表示装置等によりオ
ペレータに通知することが可能となる。なお、ゴミ認識
に関しては、最大値ＺＤmax でなく、全データＺS1,ＺS
2,ＺS3,……,ＺS49の平均ＺAVa に対して閾値設定をし
ても、同様の効果が期待できる。

【００８９】また、上述の説明では、フォトセンサＤ11
〜Ｄ77の全データＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺS49を用い
て、ベストフォーカス位置、レベリング量（近似平面）
の算出を行なう場合を例示したが、主制御装置４４で
は、データが有効となる範囲を予め定め、位置データＺ
S1,ＺS2,ＺS3,……,ＺS49の内の予め設定された範囲内
のデータのみを用いてベストフォーカス位置、レベリン
グ量を算出するようにしてもよい。このようにすれば、
常識的範囲内に存在しないフォトセンサの出力がベスト
フォーカス位置、レベリング量の算出に用いられなくな
るので、例えば、図６に示されるように、ウエハＷ上の
各チップ間に存在するスクライブライン（所定幅の凹
部）の光軸方向位置を検出するフォトセンサ等の出力を
無視することができ、このような段差が存在した場合に
も正確なベストフォーカス位置、レベリング量の算出が
可能となる。また、このようにデータが有効となる範囲
を予め定める手法では、ウエハ裏面のゴミ等の存在によ
り平坦度が悪化している場合にも、当該平坦度が悪化し
た領域外のデータのみを用いて、ベストフォーカス位
置、レベリング量の算出が可能になる。

【００９０】本実施形態の投影露光装置１０において、
センサ選択回路９３により、例えば出力線Ｏ1 〜Ｏn の
内の任意の数本、例えば４本を選択し、これらの内の任
意の１つ、２つ、３つ又は４つを用いて、各出力線に異
なる受光センサを順次切り替え接続するようにすれば、
主制御装置４４では、各フォトセンサの出力に基づいて
ウエハＷ表面の各スリット像の場所の投影光学系の光軸
方向の位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSn）を算出するこ
とが可能になる。このような時分割切り替え接続処理の
場合には、高速な演算手段を用いることがスループット
を低下させないためには必要となる。この時分割切り替
え接続処理を用いれば、先に説明した場合と同様に、露
光領域を４象限に分割してベストフォーカス位置とレベ
リング量を算出することが可能であるとともに、このベ
ストフォーカス位置とレベリング量の算出に際し、デー
タが有効となる範囲を予め定め、位置データＺS1,ＺS2,
ＺS3,……,ＺS49の内の予め設定された範囲内のデータ
のみを用いてベストフォーカス位置、レベリング量を算
出することも可能となる。

【００９１】また、本実施形態の投影露光装置１０で
は、必ずしもセンサ選択回路９３の機能を用いなくて
も、前述した実露光領域の４象限分割による象限毎のフ
ォーカス位置の算出等は可能である。すなわち、ｎ＝４
９で、フォトセンサＤ11〜Ｄ77の出力を各別に信号処理
回路９４1 〜９４n に出力させるように、センサ選択回
路９３の各スイッチが設定され、この状態が固定されて
いる場合、露光領域の情報から図４に示されるような、
各象限毎のスリット像Ｓの割り当て、及び各象限に割り
当てられたスリット像Ｓに対応するフォトセンサＤを求
め、これらのフォトセンサＤの出力を象限毎に相加平均
して象限毎のフォーカス値（Ｚ1 ，Ｚ2 ，Ｚ3 ，Ｚ4 ）
をそれぞれ演算で求め、以後前記と同様に、これらの象
限毎のフォーカス値（Ｚ1 ，Ｚ2 ，Ｚ3 ，Ｚ4 ）を用い
てベストフォーカス位置、レベリング量を算出するよう
にしても良い。なお、この場合には、各象限に割り当て
られたスリット像Ｓに対応するフォトセンサＤ以外のフ
ォトセンサの出力は無視される。

【００９２】このようにした場合には、先に述べたよう
に、主制御装置４４では、データが有効となる範囲を予
め定め、位置データＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺS49の内の
予め設定された範囲内のデータのみを用いて、象限毎の
フォーカス値Ｚ1 ，Ｚ2 ，Ｚ3 ，Ｚ4 の算出及びこれに
基づくベストフォーカス位置、レベリング量算出が可能
となり、スクライブライン部分のデータや平坦度の悪化
した領域のデータがベストフォーカス位置、レベリング
量算出の基礎となるのを防止することができ、ウエハ表
面の極端な凹凸の存在や裏面のゴミの存在等に起因する
フォーカスずれ、レベリング誤差を小さく抑えることが
可能になる。

【００９３】また、同様に、主制御装置４４の演算機能
により、マスキング情報に基づく実露光領域変更に合わ
せて先に説明したように、変更後の実露光領域を４象限
に分割した象限毎のフォーカスデータの検出や、これに
基づくベストフォーカス位置、レベリング量算出等を行
なうようにすることも可能であり、かかる場合には、主
制御装置４４では、データが有効となる範囲を予め定
め、Ｚ軸方向位置データの内の予め設定された範囲内の
データのみを用いて象限毎のフォーカスデータを求める
ようにしても良い。

【００９４】なお、フォトセンサＤ11〜Ｄ77の出力を各
別に信号処理回路９４1 〜９４n に出力させる場合だけ
に着目すれば、センサ選択回路９３は、必ずしも設ける
必要はなく、この回路がない場合には、各フォトセンサ
Ｄからの出力を別々に信号処理回路９４で回転振動周波
数の信号で同期検波し、その後に主制御装置４４内で各
信号処理回路から出力されるフォーカス信号を、指定さ
れた出力先毎にそれぞれ平均値を演算することによって
も、上記と同様のことは可能である。

【００９５】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態の投影露光装置１０では、主制御装置４４の機能
によって、演算手段、第１の演算手段、第２の演算手
段、第３の演算手段、第４の演算手段、第１の選択手
段、第２の選択手段及び制御手段が実現される。

【００９６】以上説明したように、本実施形態の投影露
光装置１０によると、露光領域内のプロセス等に起因す
る複数段差情報を均等に検出出来るので正確なウエハ段
差計測が可能となり正確な合せ面設定、すなわち投影光
学系ＰＬの像面にウエハＷ表面が一致するような基板テ
ーブル１８の調整が可能となる。従って、本実施形態の
投影露光装置１０では、このようにして高精度な合わせ
面設定が行われ、この合わせ面設定とともにレチクルＲ
とウエハＷのアライメントとが行われた状態で、露光が
行われると高精度な重ねあわせ露光が実現される。ま
た、スリット像がウエハＷ面上の露光領域内に一定間隔
ｌで配置形成されるので、種々の事情による実露光領域
の変化に対しても容易に対応することができる。

【００９７】なお、上記実施形態では、図２（Ａ）に示
されるような直線状の開口パターンが等間隔で設けられ
たパターン板８３を用いてウエハＷ面の露光領域内に同
図（Ｂ）に示されるようなスリット像Ｓが投影される場
合について説明したが、例えば、図９（Ａ）に示される
ような×状の開口パターンが所定間隔でマトリクス状に
配置されたパターン板８３Ａをパターン板８３に代えて
設け、露光領域Ｅf 内に図９（Ｂ）に示されるような×
状のスリット像Ｓ11〜Ｓ77を投影し、図９（Ｃ）に示さ
れるようなスリット板９０Ａを受光器９０を構成する各
フォトセンサＤ11〜Ｄ77の前面に設けてスリット像Ｓ11
〜Ｓ77の反射光束を対応するフォトセンサにより受光
し、光電変換するようにしても良い。この場合、反射光
束は振動ミラー８８により図９（Ｃ）における矢印ＲＤ
方向に振動されるので、何等の支障なくスリット像が各
信号処理回路９４により振動ミラー８８の振動周波数で
同期検波され、各スリット像Ｓの場所のＺ軸方向位置の
データを得ることができるとともに、上記実施形態の場
合に比べて平均化効果により、より正しい平均面のデー
タを得ることができるようになる。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る面位
置検出方法によれば、投影領域内に複数段差が存在する
場合であっても被投影物体表面の面位置を正確に検出す
ることができるという従来にない優れた効果がある。

【００９９】また、本発明に係る面位置調整装置によれ
ば、被投影物体表面の投影領域内に複数段差が存在する
場合であっても投影光学系の像面に対する被投影物体表
面の位置を所望の関係に調整することができるという効
果がある。

【０１００】更に、本発明に係る投影露光装置によれ
ば、露光領域内に複数段差が存在する場合あっても、そ
の段差を考慮してベストフォーカス位置及びレベリング
量を演算することができ、この演算結果に基づいて投影
光学系の像面に感光基板表面が一致するように、高精度
な合わせ面設定を実現することが可能となり、この合わ
せ面設定とともにマスクと感光基板のアライメントとが
行われた状態で、露光が行われると高精度な重ねあわせ
露光が実現されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概
略的に示す図である。

【図２】（Ａ）は図１のパターン形成板を示す平面図、
（Ｂ）はウエハの露光面上に形成されるパターン像の配
置を示す図、（Ｃ）は受光器の受光面上のフォトセンサ
の配置を示す図である。

【図３】センサ選択回路及び信号処理装置の構成を受光
器とともに概略的に示すブロック図である。

【図４】露光領域を４象限に分割した時の各象限毎のス
リット像の配置を示す図である。

【図５】１ショット４チップ取りの場合に一部のチップ
のみにＩＣ等がマウントされた特殊仕様のウエハの一部
を示す斜視図である。

【図６】各チップ間にスクライブライン（所定幅の凹
部）が形成されたウエハを示す概略斜視図である。

【図７】露光領域の一部がマスキングされ、実露光領域
が変化した場合の各象限のフォトセンサの配置を示す図
である。

【図８】ウエハ表面の段差情報に基づき作成された度数
分布表の一例を示す図である。

【図９】変形例を説明するための図である。

【符号の説明】

１０投影露光装置１８基板テーブル（テーブル）２１ウエハ駆動装置（駆動系）４０照射光学系（送光光学系）４２受光光学系４４主制御装置（演算手段、第１の演算手段、第２の
演算手段、第３の演算手段、第４の演算手段、第１の選
択手段、第２の選択手段、制御手段）４５Ａ、４５Ｂブラインド９３センサ選択回路（センサ選択接続手段）９６入力装置（設定手段）Ｒレチクル（マスク、第１物体）ＰＡパターン領域ＰＬ投影光学系Ｗウエハ（感光基板、第２物体）Ｅf 露光領域（投影領域）Ｓ₁₁〜Ｓ₇₇ スリット像Ｄ₁₁〜Ｄ₇₇ フォトセンサ（受光センサ）、Ｏ₁〜Ｏ_n 出力線（出力回路）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１物体に形成されたパターンが投影光
学系を介して投影される第２物体表面の前記投影光学系
による前記パターンの投影領域内の面位置を検出する面
位置検出方法であって、前記第２物体表面の前記投影光学系による前記パターン
の投影領域を４象限に分割した場合に各象限毎に少なく
とも１点以上のスリット像が配置されるように、前記投
影光学系の光軸に対して所定角度傾斜した方向から前記
第２物体表面の前記投影領域内に等間隔に少なくとも４
点以上のスリット像を投影し、前記第２物体からの前記各スリット像の反射光束を受光
し、その光電変換信号に基づいて第１ないし第４象限の
象限毎の前記光軸方向のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ
4 ）を算出するとともに、この算出された象限毎のフォ
ーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）から光軸方向のベストフ
ォーカス位置（ＺAV）及びレベリング量（Ｐ，Ｒ）を算
出する面位置検出方法。
【請求項２】前記第１ないし第４象限の象限毎のフォ
ーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）の平均値を求め、この平
均値を前記ベストフォーカス位置（ＺAV）とする請求項
１に記載の面位置検出方法。
【請求項３】前記第１ないし第４象限の象限毎のフォ
ーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）の内の最大値Ｚmaxを求
め、この最大値Ｚmaxをベストフォーカス位置（ＺAV）
とすることを特徴とする請求項１に記載の面位置検出方
法。
【請求項４】前記第１ないし第４象限の象限毎のフォ
ーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）の内の最小値Ｚminを求
め、この最小値Ｚminをベストフォーカス位置とする請
求項１に記載の面位置検出方法。
【請求項５】前記第１ないし第４象限の象限毎のフォ
ーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）の内の最大値Ｚmax、最
小値Ｚminをそれぞれ求め、これらの平均値（Ｚmax＋Ｚ
min）／２をベストフォーカス位置とする請求項１に項
記載の面位置検出方法。
【請求項６】前記第１ないし第４象限の象限毎のスリ
ット像位置から各象限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）
を算出するとともに、この算出された各象限の中心位置
（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）を用いて象限間距離ｌ1（=｜Ｃ1-
Ｃ2 ｜）、ｌ2（=｜Ｃ2-Ｃ3 ｜）、ｌ3（=｜Ｃ3-Ｃ4
｜）、ｌ4（=｜Ｃ4-Ｃ1｜）を求め、これらの象限間距
離と前記第１ないし第４象限の象限毎のフォーカス値
（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）とを用いて、レベリング量（Ｐ，
Ｒ）＝［｛（Ｚ1-Ｚ4）／ｌ4＋（Ｚ2-Ｚ3）／ｌ2｝／
２，｛（Ｚ1-Ｚ2）/ｌ1+（Ｚ4-Ｚ3）／ｌ3｝／２｝］を
求めることを特徴とする請求項１に記載の面位置検出方
法。
【請求項７】前記第１ないし第４象限の象限毎のスリ
ット像位置から各象限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）
を算出するとともに、この算出された各象限の中心位置
（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4）を用いてピッチング距離ｌP （=
｜Ｃ1-Ｃ3 ｜）及びローリング距離ｌR （=｜Ｃ2-Ｃ4
｜）を求め、これらのピッチング距離ｌP、ローリング
距離ｌR と前記第１ないし第４象限の象限毎のフォーカ
ス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）とを用いて、レベリング量
（Ｐ，Ｒ）＝｛（Ｚ1-Ｚ3）／ｌP，（Ｚ2-Ｚ4）／ｌR｝
を算出することを特徴とする請求項１に記載の面位置検
出方法。
【請求項８】前記第２物体からの前記各スリット像の
反射光束を受光し、その光電変換信号に基づいて前記第
２物体表面の前記各スリット像の場所の前記投影光学系
の光軸方向の位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSn）を検出
し、これらの位置データを最小２乗近似により統計処理
して近似面を算出し、この近似面の平均傾斜量に基づい
て前記レベリング量を算出することを特徴とする請求項
１に記載の面位置検出方法。
【請求項９】前記第２物体からの前記各スリット像の
反射光束を受光し、その光電変換信号に基づいて前記第
２物体表面の前記各スリット像の場所の前記投影光学系
の光軸方向の位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSn）を検出
し、これらの位置データの内予め設定された範囲内のデ
ータのみを用いて、ベストフォーカス及びレベリング量
を算出することを特徴とする請求項１ないし８のいずれ
か一項に記載の面位置検出方法。
【請求項１０】前記第２物体表面の前記投影光学系の
投影領域内の所定領域に配置された各スリット像の反射
光束を受光し、その光電変換信号に基づいて各スリット
像の場所での前記第２物体表面の前記投影光学系の光軸
方向位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSm）を検出するとと
もに、これらの位置データを最小２乗近似により統計処
理して近似面を算出し、この算出された近似面と前記各
光軸方向位置との差である段差をそれぞれ求め、これら
の段差の度数分布を求めて最大度数となる段差位置をベ
ストフォーカス位置とすることを特徴とする請求項１に
記載の面位置検出方法。
【請求項１１】第１物体に形成されたパターンを第２
物体の面上に投影する投影光学系の像面に前記第２物体
表面を一致させる面位置調整装置であって、前記投影光学系の光軸に対して所定角度傾斜した方向か
ら前記第２物体表面の前記投影光学系による前記パター
ンの投影領域内に等間隔に少なくとも４点以上配置され
るようにスリット像を投影する送光光学系と；前記第２
物体からの前記各スリット像の反射光束を受光して光電
変換する受光光学系と；前記第２物体が搭載されるテー
ブルと；このテーブルを前記光軸方向に駆動するととも
に光軸に対する傾きを変更する駆動系と；前記受光光学
系からの光電変換信号に基づいて前記第２物体の前記投
影光学系の光軸方向のベストフォーカス位置及びレベリ
ング量を演算する演算手段と；前記演算手段の演算結果
に基づいて前記駆動系を制御する制御手段とを有する面
位置調整装置。
【請求項１２】前記送光光学系は、前記第２物体表面
の前記投影領域を４象限に分割した場合に、各象限毎に
少なくとも１点以上のスリット像が配置されるように、
前記第２物体表面の前記投影領域内に等間隔に少なくと
も４点以上のスリット像を投影する手段であり、前記演算手段は、前記受光光学系からの前記各スリット
像の反射光束の光電変換信号に基づいて前記第２物体表
面の前記各スリット像の場所の前記投影光学系の光軸方
向の位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSn）を算出する第１
の演算手段と、この算出された位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,
……,ＺSn）に基づいて第１ないし第４象限の象限毎の
前記光軸方向のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）を算
出する第２の演算手段と、この算出された象限毎のフォ
ーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）から光軸方向のベストフ
ォーカス位置（ＺAV）を算出する第３の演算手段と、前
記算出された象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4
）からレベリング量（Ｐ，Ｒ）を算出する第４の演算
手段とを有することを特徴とする請求項１１に記載の面
位置調整装置。
【請求項１３】前記第２ないし第４の演算手段によ
る、ベストフォーカス位置及びレベリング量の算出は、
前記第１の演算手段により算出された前記光軸方向の位
置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSn）の内予め設定された範
囲内のデータのみを用いて行われることを特徴とする請
求項１２に記載の面位置調整装置。
【請求項１４】前記第３の演算手段は、前記第１ない
し第４象限の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4
）の平均値をベストフォーカス位置（ＺAV）として算
出することを特徴とする請求項１２に記載の面位置調整
装置。
【請求項１５】前記第３の演算手段は、前記第１ない
し第４象限の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ
4）の内の最大値Ｚmaxをベストフォーカス位置（ＺAV）
として算出することを特徴とする請求項１２に記載の面
位置調整装置。
【請求項１６】前記第３の演算手段は、前記第１ない
し第４象限の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ
4）の内の最小値Ｚminをベストフォーカス位置として算
出することを特徴とする請求項１２に記載の面位置調整
装置。
【請求項１７】前記第３の演算手段は、前記第１ない
し第４象限の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4
）の内の最大値Ｚmax及び最小値Ｚminの平均値（Ｚmax
＋Ｚmin）／２をベストフォーカス位置として算出する
ことを特徴とする請求項１２に記載の面位置調整装置。
【請求項１８】前記第３の演算手段は、前記第１ない
し第４象限の象限毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ
4）の平均値をベストフォーカス位置（ＺAV）として算
出する第１モードと、フォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ
4）の内の最大値Ｚmaxをベストフォーカス位置（ＺAV）
として算出する第２モードと、フォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,
Ｚ3,Ｚ4）の内の最大値Ｚmaxをベストフォーカス位置
（ＺAV）として算出する第３モードと、フォーカス値
（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4）の内の最大値Ｚmax及び最小値Ｚmi
n の平均値（Ｚmax＋Ｚmin）／２をベストフォーカス位
置として算出する第４モードとが設定可能であり、前記第１ないし第４モードのいずれかを択一的に設定す
る設定手段が更に設けられていることを特徴とする請求
項１２に記載の面位置調整装置。
【請求項１９】前記第４の演算手段は、第１ないし第
４象限の象限毎のスリット像位置から各象限の中心位置
（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）を算出する第１の機能と、この算
出された各象限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）を用い
て象限間距離ｌ1（=｜Ｃ1-Ｃ2 ｜）、ｌ2（=｜Ｃ2-Ｃ3
｜）、ｌ3（=｜Ｃ3-Ｃ4 ｜）、ｌ4（= ｜Ｃ4-Ｃ1 ｜
）を求める第２の機能と、これらの象限間距離と前記
第２の演算手段で算出された第１ないし第４象限の象限
毎のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4 ）とを用いて、レ
ベリング量（Ｐ，Ｒ）＝［｛（Ｚ1-Ｚ4）／ｌ4＋（Ｚ2-
Ｚ3 ）／ｌ2｝／２、｛（Ｚ1-Ｚ2）／ｌ1+（Ｚ4-Ｚ3）
／ｌ3｝／２｝］を算出する第３の機能とを有すること
を特徴とする請求項１２に記載の面位置調整装置。
【請求項２０】前記第４の演算手段は、前記第１ない
し第４象限の象限毎のスリット像位置から各象限の中心
位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）を算出する第１の機能と、こ
の算出された各象限の中心位置（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 ）を
用いてピッチング距離ｌP（=｜Ｃ1-Ｃ3 ｜）、ローリン
グ距離ｌR（=｜Ｃ2-Ｃ4 ｜）を求める第４の機能と、こ
れらのピッチング距離ｌP、ローリング距離ｌRと前記第
２の演算手段で算出された第１ないし第４象限の象限毎
のフォーカス値（Ｚ1,Ｚ2,Ｚ3,Ｚ4）とを用いて、レベ
リング量（Ｐ，Ｒ）＝｛（Ｚ1-Ｚ3）／ｌP、（Ｚ2-Ｚ
4）／ｌR ｝を算出する第５の機能とを有することを特
徴とする請求項１２に記載の面位置調整装置。
【請求項２１】前記受光光学系は、前記スリット像に
１対１対応で設けられた前記スリット像の数と同数の受
光センサを有し、前記演算手段にその出力端が接続された少なくとも４つ
の前記受光センサによる光電変換信号の出力回路と、前
記受光センサを選択して前記出力回路のいずれかにそれ
ぞれ接続するセンサ選択接続手段とを更に有することを
特徴とする請求項１１に記載の面位置調整装置。
【請求項２２】前記センサ選択接続手段は、第１ないし
第４象限に分割された象限毎に対応する受光センサを同
一の出力回路に接続することを特徴とする請求項２１に
記載の面位置調整装置。
【請求項２３】前記演算手段は、前記受光光学系を構
成する受光センサからの光電変換信号に基づいて各スリ
ット像の場所での前記第２物体表面の前記投影光学系の
光軸方向位置（ＺS1,ＺS2,ＺS3,……,ＺSm）を検出する
第１の機能と、これらの位置データを最小２乗近似によ
り統計処理して近似面を算出する第２の機能と、この算
出された近似面と前記各光軸方向位置との差である段差
をそれぞれ求める第３の機能と、これらの段差の度数分
布を求めて最大度数となる段差位置をベストフォーカス
位置とする第４の機能とを有することを特徴とする請求
項１１に記載の面位置調整装置。
【請求項２４】前記演算手段は、前記度数分布に対し
閾値を設定し、閾値を越えた場合ゴミと認識するゴミ検
知機能を更に有することを特徴とする請求項２３に記載
の面位置調整装置。
【請求項２５】マスクに形成されたパターンの像を投
影光学系を介して感光基板上に転写する投影露光装置で
あって、前記感光基板表面の前記パターンが前記投影光学系によ
り投影される露光領域内に等間隔に少なくとも４点以上
のスリット像が配置されるように、前記投影光学系の光
軸に対して所定角度傾斜した方向からスリット像を投影
する送光光学系と；前記感光基板からの前記各スリット
像の反射光束を受光して光電変換する受光光学系と；前
記感光基板が搭載される基板テーブルと；この基板テー
ブルを前記光軸方向に駆動するとともに光軸に対する傾
きを変更する駆動系と；前記受光光学系からの光電変換
信号に基づいて前記感光基板の前記投影光学系の光軸方
向のベストフォーカス位置及びレベリング量を演算する
演算手段と；前記演算手段の演算結果に基づいて前記駆
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２６】前記受光光学系は、前記スリット像に
１対１対応で設けられた前記スリット像の数と同数の受
光センサを有し、前記演算手段にその出力端が接続された少なくとも４つ
の前記受光センサによる光電変換信号の出力回路と、前
記受光センサを選択して前記出力回路のいずれかにそれ
ぞれ接続するセンサ選択接続手段とを更に有することを
特徴とする請求項２４に記載の投影露光装置。
【請求項２７】前記マスク上のパターン領域のサイズ
又は感光基板上のチップサイズに応じて検出対象のスリ
ット像を選択する第１の選択手段を更に有し、前記センサ選択接続手段は、前記複数の受光センサの中
から選択されたスリット像に対応するセンサのみを選択
して前記光電変換回路のいずれかにそれぞれ接続するこ
とを特徴とする請求項２６に記載の投影露光装置。
【請求項２８】前記感光基板上の露光エリアを規定す
るブラインドと、このブラインドの設定に応じて当該ブ
ラインドによって規定された露光エリア内のスリット像
を検出対象のスリット像として選択する第２の選択手段
とを更に有し、前記センサ選択接続手段は、前記複数の受光センサの中
から選択されたスリット像に対応するセンサのみを選択
して前記出力回路のいずれかにそれぞれ接続することを
特徴とする請求項２５に記載の投影露光装置。