JP2006032807A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクと投影光学系との間の空間が少ない場合であっても、マスクの撓みなどの影響を受けることなく、デフォーカスによる露光不良のない高精度なパターンの転写を実現する。
【解決手段】投影光学系ＰＬの視野内の評価点に対応するマスクＲ上の点に投影光学系と反対側から検出光ＤＬを照射し、その検出光のマスクからの反射光に基づいて、マスクのパターン面の前記評価点に対応する検出点における投影光学系ＰＬの光軸方向に関する位置情報を検出する位置検出装置（１６０ａ、１６０ｂ、４０）と、パターンの転写時に、位置検出装置で検出された前記位置情報に基づいて、マスクＲ及び物体Ｗの少なくとも一方の前記光軸方向の位置を制御する制御装置５０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、半導体素子、液晶表示素子等をリソグラフィ工程で製造する際に用いられる露光装置、該露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

従来より、半導体素子又は液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程では、種々の露光装置が使用されているが、現在では、マスク又はレチクル（以下、適宜「レチクル」と総称する。）に形成されたパターンを表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の物体（以下、「ウエハ」と総称する。）上に投影光学系を介して転写する露光装置、例えばステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（いわゆるステッパ）やステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（スキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが一般的に使用されている。

半導体素子の高集積化、パターンの微細化に伴い、露光装置には一層の高解像力（高解像度）が要求されるようになってきた。投影露光装置が備える投影光学系の解像度は、使用する露光光の波長（以下、「露光波長」とも呼ぶ）が短くなるほど、また投影光学系の開口数（ＮＡ）が大きいほど高くなる。そのため、集積回路の微細化に伴い投影露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大してきている。そして、現在主流の露光波長は、ＫｒＦエキシマレーザの２４８ｎｍであるが、更に短波長のＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍも実用化されている。

また、投影露光装置では、デフォーカスによる像ボケ等を防止するために、ウエハの表面を投影光学系の像面（パターンの最良結像面）の焦点深度（ＤＯＦ）の範囲内に位置させて露光を行う必要があり、解像度と同様に焦点深度も重要となる。しかるに、解像度を高めるために露光波長を短くして開口数ＮＡを大きく（大ＮＡ化）すると、焦点深度が狭くなる。そこで、投影光学系の像面の焦点深度の範囲内にウエハ表面を位置させる前提として、パターンの最良結像面とウエハ表面との投影光学系の光軸方向に関する位置関係を正確に知ることが非常に重要になる。

しかし、近年になって、レチクルの変形による結像誤差も次第に無視できなくなってきている。すなわち、最良結像面の形状は、レチクルのパターン面の位置及び撓みに応じて変化するとともに、レチクルのパターン面が変形すると、そのパターン面上のパターンの投影光学系の光軸に垂直な方向の位置も変化することがあり、このようなパターンの横ずれはディストーション誤差の要因にもなる。

上記のレチクルの変形を要因別に分類すると、（イ）自重による撓み、（ロ）レチクルのガラス基板自体の研磨時の変形、（ハ）レチクルをレチクルホルダに吸着保持する際に両者の接触面の平坦度に応じて発生する変形、（ニ）照明光の照射によるレチクルの熱膨張に伴って生じる変形等が考えられる。このようなレチクルの変形の状態は、レチクル毎に、更には露光装置のレチクルホルダ毎に異なってくるため、レチクルの変形量を正確に測定するには、レチクルを実際に露光装置のレチクルホルダに吸着保持した状態で測定する必要がある。

そこで、迅速にレチクルの面形状を計測するために、ウエハのフォーカス位置を検出するための斜入射方式の焦点位置検出系と同様の位置センサをレチクルステージ側にも配置することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。この場合、レチクルのパターン面は下面、すなわち投影光学系側の面であることから、その斜入射方式の位置センサは、レチクルステージと投影光学系との間の空間、又はその近傍に配置する必要がある。

しかるに、特に走査型露光装置においては、レチクルステージは、加減速時に応力を受けても変形しないような十分な剛性が必要であり、例えば投影光学系に殆ど接触する限界まで十分な厚さを備えた構成を採る場合が多い。また、レチクルと投影光学系との間の空間が狭い方が高性能な投影光学系の設計は容易であるため、投影光学系が高性能になるにつれ、投影光学系とレチクルとの間の空間は少なくなる傾向にある。従って、高性能な投影光学系を採用した最近の投影露光装置では、レチクル用の位置センサを投影光学系とレチクルとの間に配置することは、現実問題として困難になっている。

かかる不都合を回避するための手法として、投影光学系から離れた位置に、レチクル用の位置センサを配置することも考えられるが、この場合には、照明光が照射されるパターン面の領域内の検出点での光軸方向位置を走査露光中に計測することが困難であることから、予め計測しておいたレチクルのパターン面の面位置情報を用いて、露光の際のレチクルやウエハの光軸方向位置の調整などを行うこととなる（例えば特許文献２参照）。従って、レチクルの変形とレチクルの上下方向の位置変化とを総合した、走査露光中におけるパターン面の照明光の照射領域の面位置情報をリアルタイムに計測することができないという不都合を有している。

特開平７−８６１５４号公報 特開平７−９４３８８号公報

本発明は、上述のような事情の下でなされたもので、第１の観点からすると、マスク（Ｒ）に形成されたパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して物体（Ｗ）上に転写する露光装置であって、前記投影光学系の視野内の少なくとも１つの評価点に対応する前記マスク上の少なくとも１点に前記投影光学系と反対側から検出光（ＤＬ）を照射し、その検出光の前記マスクからの反射光に基づいて、前記パターンが形成された前記マスクのパターン面の前記少なくとも１つの評価点に対応する検出点における前記投影光学系の光軸方向に関する位置情報を検出する位置検出装置（１６０ａ、１６０ｂ、４０）と；前記パターンの転写時に、前記位置検出装置で検出された前記位置情報に基づいて、前記マスクのパターン像と前記物体との前記光軸方向の相対的な位置関係を制御する制御装置（５０）と；を備える露光装置である。

これによれば、投影光学系の視野内の少なくとも１つの評価点に対応するマスク上の少なくとも１点に投影光学系と反対側から検出光を照射し、その検出光のマスクからの反射光に基づいて、マスクのパターン面の前記少なくとも１つの評価点に対応する検出点における投影光学系の光軸方向に関する位置情報を検出する位置検出装置を備えていることから、マスクと投影光学系との間の空間が少なくても、この位置検出装置により支障なく前記検出点における投影光学系の光軸方向に関する位置情報が検出される。また、この位置検出装置は、マスクと投影光学系との間の空間が少なくても、それによって配置の自由度が制限されることがない。

そして、制御装置により、パターンの転写時に、前記位置検出装置で検出された前記位置情報に基づいて、マスク及び物体（パターンが転写される物体）の少なくとも一方の前記光軸方向の位置が制御される。従って、マスクの変形とマスクの光軸方向の位置変化とを総合した、パターン面の露光対象の領域の真の面位置情報を得ることができ、この面位置情報に基づいてマスク及び物体の少なくとも一方の光軸方向の位置が制御されることで、デフォーカスによる露光不良のない高精度なパターンの転写が可能になる。

この場合において、位置検出装置の構成は種々考えられる。例えば、前記位置検出装置は、前記検出光を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マスクに照射する照射系（１６０ａ）と；その検出光の前記マスクの前記パターン面及びその反対側の面それぞれからの第１、第２の反射光を受光する受光系（１６０ｂ）と；前記受光系からの前記第１、第２の反射光の少なくとも一方の受光情報に基づいて所定の演算を行い、前記パターン面の前記少なくとも１つの検出点における前記光軸方向に関する位置情報を算出する算出装置（４０）と；を有することとすることができる。

この場合において、前記受光系は、前記第１、第２の反射光をそれぞれ受光する受光素子（Ｓ１，Ｓ２）を有し、前記算出装置は、前記第２の反射光の受光情報に基づいて前記少なくとも１つの検出点における前記マスクのパターン面と反対側の面の前記光軸方向に関する位置情報を算出するとともに、前記第１、第２の反射光の受光情報に基づいて前記検出点における前記マスクの厚みを算出し、前記算出した前記位置情報と前記マスクの厚みの情報とに基づいて前記少なくとも１つの検出点における前記パターン面の前記光軸方向の位置を算出することとすることができる。

この場合において、算出装置は、前記受光素子の受光面上における前記第１、第２の反射光の入射点間の距離と、前記検出光の前記マスクに対する入射角と、前記マスクの屈折率とに基づいて、前記検出点における前記マスクの厚みを算出することとすることができる。

本発明の露光装置では、前記位置検出装置は、前記投影光学系の視野内の複数の評価点に個別に対応する前記マスク上の複数点に前記投影光学系と反対側から検出光をそれぞれ照射し、それぞれの検出光の前記マスクからの反射光に基づいて、前記複数の評価点に個別に対応する複数の検出点における前記パターン面の前記光軸方向に関する位置情報を検出することとすることができる。

この場合において、前記マスクと前記物体とを所定の走査方向に同期して駆動する駆動系を更に備え、前記複数の検出点は、少なくとも前記走査方向に直交する非走査方向に離れて配置されていることとすることができる。

また、リソグラフィ工程において、本発明の露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して物体上に転写することにより、物体上にパターンを精度良く形成することができ、これにより、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができる。従って、本発明は、更に別の観点からすると、本発明の露光装置を用いるデバイス製造方法であるとも言える。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１には、本発明の一実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャナ）である。

露光装置１００は、光源及び照明光学系を含む照明系１０、この照明系からの露光用照明光（以下、「照明光」と略述する）ＩＬにより照明されるマスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬを物体としてのウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。

前記照明系１０は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号公報）などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含んで構成されている。この照明系１０では、レチクルブラインドで規定されレチクルＲ上でＸ軸方向に細長く伸びるスリット状の照明領域（以下、「スリット状照明領域」と呼ぶ）ＩＡＲを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。また、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズ、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）あるいは回折光学素子などを用いることができる。

前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが装填され、不図示のバキュームチャックを介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴのレチクルＲの下方部分には照明光ＩＬの通路となる開口３２が形成されている。また、この開口３２の＋Ｙ側には、上方から見て前述したスリット状照明領域ＩＡＲとほぼ同形状のＸ軸方向に細長い長方形の開口３４が形成されている。この開口３４を覆うような状態で、レチクルステージＲＳＴの上面に平行平板ガラスから成るレチクル基準マーク板（以下、「基準板」と略述する）ＲＦＭが固定されている（図２参照）。本実施形態では、基準板ＲＦＭとしては、設計上の厚さがレチクルＲと同一であり、レチクルＲと同一素材から成る平行平板ガラスが用いられている。基準板ＲＦＭとレチクルＲとは、少なくともその下面がほぼ同一面となるようにレチクルステージＲＳＴ上に固定されている。

基準板ＲＦＭの下面（底面）には、投影光学系ＰＬの結像特性（ディストーション、倍率、フォーカス、像面湾曲など）を評価するための評価用マークが形成されている。具体的には、基準板ＲＦＭの底面には、図３（Ａ）の底面図に示されるように、複数対、例えば５対の評価用マークＦＲＭ_1,1,ＦＲＭ_2,1、ＦＲＭ_1,2,ＦＲＭ_2,2、……、ＦＲＭ_1,5,ＦＲＭ_2,5が、Ｙ軸方向の中心を通るＸ軸に関して対称な配置で、かつＹ軸方向に沿って所定間隔で形成されている。図３（Ａ）では、評価用マークＦＲＭ_1,1,ＦＲＭ_2,1、ＦＲＭ_1,2,ＦＲＭ_2,2、……、ＦＲＭ_1,5,ＦＲＭ_2,5として、十字型マークが代表的に示されているが、これに限らず、各評価用マークは２次元マークであれば良く、例えば配列方向が直交する２つのライン・アンド・スペースパターンにより形成しても良い。また、評価用マークの配置も一例であって、基準板ＲＦＭの底面全面に特に非走査方向（Ｘ軸方向）に関してほぼ均等に分布していれば良い。本実施形態では、基準板ＲＦＭの底面（下面）は、レチクルＲの設計上のパターン面と同一面になるようにその面位置が調整されている。本実施形態では、後述するレチクルＲのパターン面の面位置情報（投影光学系ＰＬの光軸方向に関する位置情報）の検出の際の基準として、その基準板ＲＦＭの上面が用いられる。

前記レチクルステージＲＳＴは、レチクルステージ駆動部３０によって、照明系の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）を含む）であるとともに、所定の走査方向（ここではＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能になっている。また、レチクルステージＲＳＴは、レチクルステージ駆動部３０によってＺ軸方向及びＸＹ面に対する傾斜方向（Ｘ軸周りの回転方向であるθｘ方向及びＹ軸周りの回転方向であるθｙ方向）に微小駆動可能になっている。レチクルステージ駆動部３０は、例えばＸ軸方向駆動用のコイル、Ｙ軸方向駆動用のコイル、及びＺ軸駆動用のコイルを有する電磁力モータなどによって構成される。

レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置は、レチクルステージＲＳＴに形成された（又は設けられた）反射面を介してレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）５４Ｒによって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。ここで、実際には、レチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の位置を検出するレチクルＹ干渉計とレチクルステージＲＳＴのＸ軸方向の位置を計測するレチクルＸ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表的にレチクル干渉計５４Ｒとして示されている。また、レチクルステージＲＳＴの走査方向（本実施形態ではＹ軸方向）の位置検出に用いられるＸ軸方向に伸びた反射面の代わりに、少なくとも１つのコーナーキューブ型ミラーを用いても良い。ここで、レチクルＹ干渉計とレチクルＸ干渉計の一方、例えばレチクルＹ干渉計は、測長軸を２軸有する２軸干渉計であり、このレチクルＹ干渉計の計測値に基づきレチクルステージＲＳＴのＹ位置に加え、Ｚ軸回りの回転方向（θｚ方向）の回転も計測できるようになっている。

レチクル干渉計５４ＲからのレチクルステージＲＳＴの位置情報は、主制御装置５０に供給される。主制御装置５０は、レチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動部３０を介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。

図１に戻り、レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）の上方には、主制御装置５０によってオン・オフが制御される光源を有し、レチクルＲに向けて検出光を斜め方向から照射する照射系１６０ａと、その検出光のレチクルＲのパターン面等からの反射光を受光する受光系１６０ｂとが、配置されている。受光系１６０ｂからの出力信号は、算出装置としてのコントローラ４０に出力される。本実施形態では、照射系１６０ａ、受光系１６０ｂ及びコントローラ４０によって、レチクルＲのパターン面の後述する複数の検出点における投影光学系の光軸ＡＸ方向に関する位置情報を検出する位置検出装置が構成されている。

前記照射系１６０ａは、例えば波長６００〜８００ｎｍ程度の波長域に属する赤色光を検出光として照射する発光ダイオード等の不図示の光源、ピンホール又はスリット状の開口が形成された開口板、及び照射対物レンズ等を含んで構成されており、レチクルＲ上面の前述の照明領域ＩＡＲに対応する領域内の複数点に前記検出光（ピンホール像又はスリット状の開口像の結像光束）を、所定の入射角で照射する。ここで、照射系１６０ａは、実際には、図２に示されるように、レチクルＲの上面及び下面それぞれにおける照明領域ＩＡＲ内に非走査方向（Ｘ軸方向）に所定間隔で配置された複数（ここでは各３つ）の検出点に検出光ＤＬ₁，ＤＬ₂、ＤＬ₃をそれぞれ照射する。なお、以下の説明では、適宜、検出光ＤＬ₁，ＤＬ₂、ＤＬ₃を纏めて、検出光ＤＬと記述する。

この場合、照射系１６０ａとしては、光源、スリット板、照射対物レンズを、それぞれ３つ有する構成を採用することもできるし、単一の光源からの光を光学系で３分割して各分割光束を検出光ＤＬ₁，ＤＬ₂、ＤＬ₃とする構成を採用することもできる。

前記受光系１６０ｂは、図４に概略的に示されるように、照射系１６０ａから射出された検出光ＤＬの、レチクルＲの上面及び下面（パターン面）からの反射光ＤＬ’１、ＤＬ’２の光路上に配置された受光光学系７０と、該受光光学系７０を介して反射光ＤＬ’１、ＤＬ’２をそれぞれ受光する第１、第２の光検出器Ｓ１、Ｓ２とを含んで構成されている。

前記受光光学系７０は、受光対物レンズ、平行平板ガラス（いずれも図示せず）などを含んで構成されている。この場合、平行平板ガラスの反射光束ＤＬ’１、ＤＬ’２に対する傾きを変更することにより、第１、第２の光検出器Ｓ１、Ｓ２に入射する反射光ＤＬ’１、ＤＬ’２の、その受光面上での位置を図４における矢印Ａ，Ａ’方向にシフトさせることができる。本実施形態では、この平行平板ガラスの傾斜角が、主制御装置５０によって不図示の駆動系を介して制御され、第１、第２の光検出器Ｓ１、Ｓ２のキャリブレーション（原点の再設定）が行われるようになっている。

前記第１、第２の光検出器Ｓ１、Ｓ２としては、例えばラインセンサ、１次元又は２次元ＣＣＤなどの受光位置を検出可能な受光素子が用いられている。この場合、第１、第２の光検出器Ｓ１，Ｓ２は、その位置関係が変動しないように、同一の固定部材に固定されている。

第１の光検出器Ｓ１は、図４に示されるように、照射系１６０ａから照射される検出光ＤＬのレチクルＲの上面での反射光ＤＬ’１を受光し、その検出信号を前述のコントローラ４０に出力する。第２の光検出器Ｓ２は、レチクルＲの下面（パターン面）で反射された検出光ＤＬの反射光ＤＬ’２を受光し、その検出信号をコントローラ４０に出力する。

前記コントローラ４０は、第１の光検出器Ｓ１の出力（前記反射光ＤＬ’１の受光情報）に基づいて前記３つの検出点それぞれにおけるレチクルＲのパターン面と反対側の面のＺ軸方向に関する位置情報を算出するとともに、第１、第２の光検出器Ｓ１、Ｓ２の出力（前記反射光ＤＬ’１、ＤＬ’２の受光情報）に基づいて前記各検出点におけるレチクルＲの厚みを算出し、先に算出した位置情報とレチクルＲの厚みの情報とに基づいて各検出点におけるパターン面の光軸方向（Ｚ軸方向）の位置を算出し、その算出結果の情報を主制御装置５０に出力する。なお、コントローラ４０による算出方法については、後に更に詳述する。

図１に戻り、前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系が用いられている。この投影光学系ＰＬの投影倍率は例えば１／４、１／５あるいは１／６等である。このため、前記の如くして、照明光ＩＬによりレチクルＲ上のスリット状照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系ＰＬを介してその照明領域ＩＡＲ内の回路パターンの縮小像が照明領域ＩＡＲと共役なウエハＷ上の照明光ＩＬの照射領域（以下、「露光領域」と呼ぶ）ＩＡに形成される。

投影光学系ＰＬとしては、複数枚、例えば１０〜２０枚程度の屈折光学素子（レンズ素子）１３のみから成る屈折系が用いられている。この投影光学系ＰＬを構成する複数枚のレンズ素子１３のうち、物体面側（レチクルＲ側）の複数枚（ここでは、説明を簡略化するために４枚とする）のレンズ素子１３₁，１３₂，１３₃，１３₄は、結像特性補正コントローラ４８によって外部から駆動可能な可動レンズとなっている。結像特性補正コントローラ４８では、不図示の駆動素子に対する印加電圧を独立して調整することにより、レンズ素子１３₁〜１３₄のそれぞれを投影光学系ＰＬの光軸方向であるＺ軸方向にシフト駆動、及びＸＹ面に対する傾斜方向（すなわちＸ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向）に駆動可能（チルト可能）な構成となっている。

なお、レンズ素子１３₁〜１３₄に限らず、投影光学系ＰＬの瞳面近傍、又は像面側に配置されるレンズ素子、あるいは投影光学系ＰＬの収差、特にその非回転対称成分を補正する収差補正板（光学プレート）などを駆動可能に構成しても良い。更に、それらの駆動可能な光学素子の自由度（移動可能な方向）は３つに限られるものではなく１つ、２つあるいは４つ以上でも良い。

前記ウエハステージＷＳＴ上にはウエハホルダ２５を介してウエハＷが真空吸着により固定されている。ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方に配置され、リニアモータあるいは平面モータ、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等を含むウエハステージ駆動部５６により、ＸＹ平面内方向（θｚ方向を含む）に駆動可能であるとともに、Ｚ軸方向及びＸＹ面に対する傾斜方向（Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向））にも微小駆動可能となっている。

ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）を含む）は、ウエハステージＷＳＴに固定された移動鏡５２Ｗを介してウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」と略述する）５４Ｗによって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。

なお、実際には、移動鏡はＸ軸に直交する反射面を有するＸ移動鏡と、Ｙ軸に直交する反射面を有するＹ移動鏡とが設けられ、これに対応してウエハ干渉計もＸ方向位置計測用のＸレーザ干渉計とＹ方向位置計測用のＹレーザ干渉計とが設けられているが、図１ではこれらが代表して移動鏡５２Ｗ、ウエハ干渉計５４Ｗとして図示されている。なお、例えば、ウエハテーブル１８の端面を鏡面加工して反射面（移動鏡５２Ｗの反射面に相当）を形成しても良い。また、Ｘレーザ干渉計及びＹレーザ干渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハステージＷＳＴのＸ、Ｙ位置の他、回転（ヨーイング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）、ピッチング（Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転））も計測可能となっている。従って、以下の説明ではウエハ干渉計５４Ｗによって、ウエハステージＷＳＴのＸ、Ｙ、θｚ、θｙ、θｘの５自由度方向の位置が計測されるものとする。また、多軸干渉計は４５°傾いてウエハステージＷＳＴに設置される反射面を介して、投影光学系ＰＬが載置される架台（不図示）に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ軸方向）に関する相対位置情報を検出するようにしても良い。

ウエハ干渉計５４Ｗによって検出されたウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は主制御装置５０に供給される。主制御装置５０は、ウエハステージＷＳＴの上記位置情報（又は速度情報）に基づいて、ウエハステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴの位置を制御する。

また、ウエハステージＷＳＴ上面のウエハＷの近傍に、基準マーク板ＦＭが、その表面がウエハＷの表面と同じ高さとなる状態で固定されている。この基準マーク板ＦＭの表面には遮光膜が形成され、その遮光膜中に、図３（Ｂ）に示されるように、Ｙ軸方向に伸びたスリット状開口パターン２２ｘ及びＸ軸方向に伸びたスリット状開口パターン２２ｙが形成されている。これらのスリット状開口パターン（以下、「スリット」と略述する）は、投影光学系ＰＬの結像特性（ディストーション、倍率、ベストフォーカス、像面湾曲など）を計測するための空間像計測用スリットである。

基準マーク板ＦＭのスリット２２ｘの下方のウエハステージＷＳＴの内部には、図３（Ｃ）に示されるように、レンズ２９ａ及び例えばフォト・マルチプライヤ・チューブ（ＰＭＴ）から成る光電検出器２９ｂ等が設けられている。この場合、スリット２２ｘを通過した照明光ＩＬは、ウエハステージＷＳＴ内部でレンズ２９ａを介して光電検出器２９ｂにより受光される。同様に、ウエハステージＷＳＴの内部のスリット２２ｙの下方にもスリット２２ｙを通過した照明光ＩＬを受光する光電検出器が固定され、これらの光電検出器の検出信号が図１の主制御装置５０に供給されている。なお、少なくとも光電検出器２９ｂをウエハステージＷＳＴの外部に配置し、基準マーク板ＦＭを透過した照明光ＩＬを光電検出器２９ｂに導くように構成しても良い。

本実施形態では、図３（Ａ）に示される基準板ＲＦＭ上の例えば評価用マークＦＲＭ_1,1の投影像のＸ座標（又はＹ座標）を検出する際には、主制御装置５０が、基準マーク板ＦＭのスリット２２ｘ（又はスリット２２ｙ）がその評価用マークＦＲＭ_1,1の投影像を横切るように、ウエハステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴをＸ軸方向（又はＹ軸方向）に走査し、その走査中に光電検出器２９ｂの検出信号をウエハステージＷＳＴのＸ座標（又はＹ座標）に対応させてサンプリングする。その後、主制御装置５０は、例えばその検出信号を所定の閾値で２値化したときのスライス点の中点の座標として、評価用マークＦＲＭ_1,1のＸ座標（又はＹ座標）を検出する。

また、評価用マークＦＲＭ_1,1の投影像の像面の位置（ベストフォーカス位置）を検出するためには、主制御装置５０は、ウエハステージＷＳＴ（基準マーク板ＦＭ）のＺ軸方向の位置（Ｚ位置）を所定ピッチでステップ的に変化させ、各Ｚ位置でスリット２２ｘで投影像を走査したときに得られる検出信号のコントラストをそれぞれ検出し、コントラストが最も高くなるときの基準マーク板ＦＭのＺ位置を、その投影像のベストフォーカス位置として検出する。このようなベストフォーカス位置の検出を、種々の像高の評価用マークについて行うことで、各評価用マークのベストフォーカス位置の最小自乗近似面を算出することで、像面をも求めることが可能である。

また、本実施形態の露光装置１００では、図１に示されるように、照射系６０ａ及び受光系６０ｂから成る光軸ＡＸ方向に関するウエハＷの位置を計測する斜入射方式の多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）が設けられている。照射系６０ａは、主制御装置５０によってそのオン・オフが制御される光源を有しており、投影光学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向よりウエハＷの表面に照射する。受光系６０ｂは、それらの結像光束がウエハＷ表面で反射することによって発生する反射光束を受光し、主制御装置５０に対して焦点ずれを検出するための焦点ずれ信号（デフォーカス信号）、例えばＳカーブ信号を送信する。なお、この多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）と、同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号）等に開示されているため、その詳細説明は省略する。

さらに、露光装置１００は、ウエハステージＷＳＴ上に保持されたウエハＷ上のアライメントマーク及び基準マーク板ＦＭ上に形成された基準マークの位置計測等に用いられるオフ・アクシス（off-axis）方式のアライメント系ＡＬＧを備えている。このアライメント系ＡＬＧとしては、例えばウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標の像とを撮像素子（ＣＣＤ等）を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系のセンサが用いられる。なお、ＦＩＡ系に限らず、コヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する散乱光又は回折光を検出したり、その対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数）を干渉させて検出したりするアライメントセンサを単独であるいは適宜組み合わせて用いることは勿論可能である。

前記制御系は、図１中、前記主制御装置５０によって主に構成される。主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるいわゆるワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等から構成され、前述した種々の制御動作を行う他、装置全体を統括して制御する。

主制御装置５０は、例えば走査露光動作が的確に行われるように、レチクル干渉計５４Ｒ、ウエハ干渉計５４Ｗの計測値をモニタしつつ、レチクルステージ駆動部３０、ウエハステージ駆動部５６をそれぞれ介して、レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）、ウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）との同期走査を制御する。すなわち、本実施形態では、レチクルステージ駆動部３０、ウエハステージ駆動部５６及び主制御装置５０によって、レチクルＲとウエハＷとを所定の走査方向に同期して駆動する駆動系が構成されている。また、主制御装置５０は、ウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）のステッピングなども制御する。

次に、コントローラ４０による、例えば、レチクルＲの下面（パターン面）のＺ軸方向（光軸ＡＸ方向）の位置の算出の原理について、図４に基づいて説明する。図４では、一例として受光光学系７０の倍率Ｄが１の場合が示されている。

前提として、後述するようにして、光検出器Ｓ１、Ｓ２のキャリブレーションが行われ、コントローラ４０は、光検出器Ｓ１の受光面上の基準点（以下「第１の基準点」と呼ぶ）、第２の光検出器Ｓ２の受光面上の基準点（以下、「第２の基準点」と呼ぶ）の座標をメモリ内に記憶している。

レチクルＲの下面（パターン面）のＺ軸方向（光軸ＡＸ方向）の位置情報の計測に際しては、図４に示されるように、照射系１６０ａから検出光ＤＬがレチクルＲに入射角αで照射される。そして、この検出光ＤＬは、レチクルＲの上面でその一部が反射角αで反射されるとともに、残りはレチクルＲの上面で屈折され、射出角βでレチクルＲを形成するガラス素材の内部に入射する。このガラス素材の内部に入射した光は入射角βでパターン面に入射し、パターン面で反射角βで反射され、その反射光ＤＬ’２は再度レチクルＲの上面で屈折された後、受光光学系７０を介して、第２の光検出器Ｓ２で受光される。一方、レチクルＲの上面で反射された反射光ＤＬ’１は、受光光学系７０を介して第１の光検出器Ｓ１で受光される。

また、図４の幾何学的関係から、反射光ＤＬ’１と反射光ＤＬ’２との受光光学系７０通過後の距離δ（すなわち、反射光ＤＬ’１の光検出器Ｓ１の受光面上の入射位置と、反射光ＤＬ’２の光検出器Ｓ２の受光面上の入射位置との関係）は、レチクルＲの厚さをｔとして、次式（１）のように表せる。

δ＝２ｔ・ｔａｎβ・ｃｏｓα ……（１）
上式（１）より、
ｔ＝δ／（２ｔａｎβ・ｃｏｓα） ……（２）
が得られる。

なお、投影倍率Ｄの受光光学系を用いる場合、距離δ、厚さｔは、それぞれ次の式（３）、式（４）で表せる。

δ＝２Ｄ・ｔ・ｔａｎβ・ｃｏｓα ……（３）
ｔ＝δ／（２Ｄ・ｔａｎβ・ｃｏｓα） ……（４）
入射角αは、予め設定された値であり、既知である。また、出射角βは、入射角αとレチクルＲを形成する素材の屈折率ｎとに依存し、ｎ＝ｓｉｎα／ｓｉｎβの関係から導き出せる値であり、定数である。投影倍率Ｄも既知の値である。

従って、１／（２Ｄ・ｔａｎβ・ｃｏｓα）＝Ｋなる係数に置き換えることができ、結果的に、レチクルＲの厚さｔは、次式（５）で表せる。

ｔ＝Ｋδ ……（５）
なお、光検出器Ｓ１の受光面上の第１の基準点と光検出器Ｓ２の受光面上の第２の基準点との位置関係は既知であり、反射光ＤＬ’１の光検出器Ｓ１の受光面上の入射位置は、光検出器Ｓ１の出力より第１の基準点を原点とする座標として得られ、反射光ＤＬ’２の光検出器Ｓ２の受光面上の入射位置は、光検出器Ｓ２の出力より第２の基準点を原点とする座標として得られる。この結果、光検出器Ｓ１の出力と光検出器Ｓ２の出力とに基づいて、距離δが得られる。

そこで、コントローラ４０では、光検出器Ｓ１の出力と光検出器Ｓ２の出力とに基づいて距離δを算出し、この算出したδと式（５）とに基づいて、レチクルＲの厚さを算出する。

また、コントローラ４０では、光検出器Ｓ１の出力に基づいて、レチクルＲの上面のＺ位置情報、すなわち基準板ＲＦＭの上面のＺ位置を基準とするレチクルＲ上面のＺ位置Ｚｒを、算出する。

そして、コントローラ４０では、次式（６）に基づいて、レチクルＲのパターン面のＺ位置情報Ｚｐを、基準板ＲＦＭの上面のＺ位置を基準として算出する。

Ｚｐ＝Ｚｒ−ｔ ……（６）
ここで、Ｚｒは、レチクルＲの上面が基準板ＲＦＭの上面より＋Ｚ側にある場合には正、レチクルＲの上面が基準板ＲＦＭの上面より−Ｚ側にある場合には負の値である。通常、レチクルＲは、自重によりその中央部が下方に突出するように撓むので、Ｚｒは通常は負の値になるものと思われる。

次に、前述した位置検出装置を構成する第１、第２の光検出器Ｓ１、Ｓ２のキャリブレーション動作及びこれとともに行われる、投影光学系ＰＬの結像特性の調整動作等について説明する。

主制御装置５０は、レチクルステージＲＳＴを駆動して基準板ＲＦＭをスリット状照明領域ＩＡＲに移動して、基準板ＲＦＭに照射系１６０ａから検出光ＤＬを照射する。これにより、基準板ＲＦＭ上面のＹ軸方向の中央の線上のＸ軸方向の中央部の個の計測点に検出光ＤＬ₁、ＤＬ₂、ＤＬ₃が照射され、それぞれの基準板ＲＦＭの上面、下面での反射光ＤＬ’１、ＤＬ’２が受光系１６０ｂを構成する各光検出器でそれぞれ受光される。このとき、コントローラ４０は、主制御装置５０からの指示に基づき、反射光ＤＬ’１の各光検出器Ｓ１の受光面上での入射位置が、受光面上の原点に一致するようにそれぞれの受光光学系７０内の平行平板ガラスの角度を調整することで、各光検出器Ｓ１のキャリブレーションを行う。コントローラ４０では、このときの各光検出器Ｓ１の原点の座標を、光検出器Ｓ１の受光面上の第１の基準点の座標として記憶する。

また、コントローラ４０では、上記の各平行平板ガラスの角度調整の直後に、それぞれの第２の光検出器Ｓ２の出力に基づき、第２の光検出器Ｓ２の受光面上の反射光ＤＬ’２の入射位置の座標を、第２の光検出器Ｓ２の受光面上の第２の基準点の座標として記憶する。これにより、位置検出装置を構成する第１、第２の光検出器Ｓ１、Ｓ２のキャリブレーション動作が終了する。

上記の第１、第２の光検出器Ｓ１、Ｓ２のキャリブレーション動作と並行して、主制御装置５０は、基準板ＲＦＭを照明光ＩＬで照明する。これにより、図３（Ａ）に示される基準板ＲＦＭの評価用マークＦＲＭ_1,1〜ＦＲＭ_2,5の像が投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳＴ側に投影される。そこで、主制御装置５０は、前述したように基準マーク板ＦＭのＺ位置を変えながら、所定の複数（３個以上）の評価用マークの像をスリット２２ｘ（図３（Ｂ）参照）で走査して、検出信号のコントラストより各像のベストフォーカス位置を求め、これらのベストフォーカス位置より例えば最小自乗法によって最適な像面（合わせ面）を決定する。

また、そのように基準マーク板ＦＭのＺ位置を変える際に、主制御装置５０は、多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）によってそれら複数の評価用マークの像の近傍の計測点での面位置情報（Ｚ位置情報）を検出しておき、それら複数の像のベストフォーカス位置での面位置情報を求める。更に主制御装置５０は、その最適な像面上での多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）の各計測点の面位置情報（予め設定した多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）の検出原点に対するオフセット量）をウエハステージ駆動部５６に供給する。

なお、上記のオフセット量を供給する代わりに、例えば照射系６０ａからの検出光の入射角、又は受光系６０ｂ内で再結像されるスリット像の位置をそのオフセットを相殺するようにずらしてもよい。

その後、露光時にウエハＷの表面が露光領域にある状態で、ウエハステージ駆動部５６は、多点焦点位置検出系（６０ａ、６０ｂ）から供給されるフォーカス信号より得られるデフォーカス量からそのオフセットを差し引いた値がそれぞれ０となるようにウエハステージＷＳＴのＺ位置、及び傾斜角を制御する。これによって、ウエハＷの表面は、基準板ＲＦＭの下面の投影光学系ＰＬによる像面を近似する平面、即ち最適な像面（合わせ面）に正確に合わせ込まれるようになる。

次いで、主制御装置５０では、図１の結像特性補正コントローラ４８を介してその像面湾曲を補正する。但し、ここでは可動レンズ１３₁〜１３₄の駆動によって像面湾曲も或る程度変えられるものとしている。この際に、平均的なフォーカス位置も変化するため、主制御装置５０では残留するフォーカス位置の変化量ΔＺ’を算出し、ウエハステージ駆動部５６に対してウエハＷの表面のＺ位置の目標値を−ΔＺ’だけ変化させる。これによって、レチクルＲのパターン面の撓みによる像面湾曲、及びデフォーカスが補正されて、ウエハＷの表面が高精度にレチクルＲのパターン面に対する実際の像面に合わせ込まれる。

なお、レチクルＲのパターン面の変形によってディストーションも変化する場合には、結像特性補正コントローラ４８を介してそのディストーションの補正も行う。

上述のようにして構成された露光装置１００では、通常のスキャニング・ステッパと同様の手順で、レチクルアライメント及びアライメント系ＡＬＧのべスライン計測、ウエハアライメント（ＥＧＡなど）、並びにステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われる。

本実施形態の露光装置１００では、上記のステップ・アンド・スキャン方式の露光動作中、特に走査露光中に、位置検出装置を構成する照射系１６０ａ、受光系１６０ｂによって、スリット状照明領域ＩＡＲに位置するレチクルＲのパターン面のＺ位置情報が、前述の３つの検出点のそれぞれで検出され、各検出点における面位置情報が、コントローラ４０によってリアルタイムで算出され、主制御装置５０に供給される。また、走査露光中には、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）からの検出信号も主制御装置５０に供給される。

そこで、主制御装置５０では、コントローラ４０からの面位置情報に基づいてレチクルステージの基準面からのＺ軸方向の変位及び傾斜量（主としてＹ軸回りの回転量）をリアルタイムで算出し、それら変位及び傾斜量が零となるように、レチクルステージ駆動部３０を介してレチクルステージＲＳＴのＺ位置及び傾斜を制御する。これと同時に、主制御装置５０は、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）からの検出信号に基づいて、ウエハＷ上の露光領域ＩＡ部分の表面の近似平面を算出し、この近似平面が投影光学系ＰＬの焦点深度の範囲内に一致するように、ウエハステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴのＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向に微小駆動することで、ウエハＷのフォーカス・レベリング制御を行う。

以上説明したように、本実施形態の露光装置１００は、投影光学系ＰＬの視野（特に露光領域ＩＡ）内の３つの評価点に対応するレチクルＲ上の３点に投影光学系ＰＬと反対側（レチクルＲの上側）から検出光ＤＬを照射し、その検出光ＤＬのレチクルＲからの反射光に基づいて、レチクルＲのパターン面の前記３つの評価点に対応する検出点における投影光学系ＰＬの光軸方向に関する位置情報を検出する位置検出装置（１６０ａ，１６０ｂ，４０）を備えている。このため、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間の空間が少なくても、この位置検出装置（１６０ａ，１６０ｂ，４０）により支障なく検出点における投影光学系ＰＬの光軸方向に関する位置情報（面位置情報）が検出される。また、この位置検出装置（１６０ａ，１６０ｂ，４０）は、レチクルＲと投影光学系ＰＬとの間の空間が少なくても、それによって配置の自由度が制限されることがない。

また、本実施形態の露光装置１００によると、主制御装置５０により、パターンの転写時（走査露光時）に、位置検出装置（１６０ａ，１６０ｂ，４０）で検出された各検出点での面位置情報に基づいて、レチクルＲのＺ位置及び傾斜（主として非走査方向に関する傾斜）が制御される。このように、露光装置１００によると、レチクルＲの変形とレチクルＲの光軸方向の位置変化とを総合した、パターン面の露光対象の領域の真の面位置情報を得ることができ、この面位置情報に基づいてレチクルＲのＺ位置及び傾斜（主として非走査方向に関する傾斜）が制御されることで、パターン面のＺ軸方向位置及び傾斜が変動するのを防止することができる。特に、本実施形態では、走査露光中に、レチクルＲのＺ位置及び傾斜を計測することができるので、レチクルステージＲＳＴの走査速度、及び加速度の変化がどのような場合であっても、またレチクルステージＲＳＴの姿勢が変化しても、特に支障なく、かつ正確にパターン面の露光対象の領域の真の面位置情報を得ることができる。また、主制御装置５０が、このレチクルＲのＺ位置及び傾斜と並行して前述のウエハＷのフォーカス・レベリング制御を行うことで、デフォーカスによる露光不良のない高精度なウエハ上へのレチクルＲのパターンの転写が可能になる。

なお、上記実施形態では、位置検出装置（１６０ａ，１６０ｂ，４０）を用いて、レチクルＲの厚さ計測を行うものとしたが、本発明がこれに限定されるものではなく、レチクルＲの厚さ又は厚さの分布を実測して、その実測結果を、レチクルごとに、そのレチクル番号等とともにメモリに記憶しておいても良い。この場合には、位置検出装置で計測したレチクルＲのパターン面のＺ位置情報とその既知のレチクルの厚さ情報とに基づいて、レチクルＲのパターン面のＺ位置を各検出点毎に算出すれば良い。

また、上記実施形態では、斜入射方式の位置検出装置を用いて、レチクルＲのパターン面の面位置情報を算出する関係から、レチクル上面の検出点とパターン面の検出点とのＹ位置は僅かながらずれている。しかるに、レチクルは平坦度の良好なガラス板から成るので、上記の検出点間のＹ位置のずれが、厚さ計測に与える影響は無視できる程度に小さく、計測された厚さは、レチクルのパターン面の検出点の位置でのレチクルの厚さとみなしても問題は無い。

但し、このような誤差をも解消するために、例えば、事前に、レチクルＲを一度スキャンし、光検出器Ｓ１、Ｓ２の出力データを、所定のサンプリング間隔でサンプリングし、それらのサンプリングしたデータを同一のＹ位置の光検出器Ｓ１、Ｓ２の出力データの組に再構成し、その再構成したデータからレチクルＲの正確な厚さ分布を算出することとしても良い。

また、上記実施形態では、位置検出装置の検出点をスリット状照明領域ＩＡＲ内に、非走査方向に３点配置するものとし、各検出点におけるパターン面の面位置情報に基づいて、レチクルＲのＺ位置及びθｙ回転を制御するものとしたが、スキャン中にサンプリング間隔Δｓ毎に取得した、各検出点における時刻ｓの面位置情報と、各検出点における時刻ｓ−Δｓの面位置情報とに基づいて、レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）のθｘ回転をも制御しても良い。

あるいは、位置検出装置の検出点をスリット状の照明領域ＩＡＲ内にＸＹ２次元方向に所定間隔で設定しても良い。あるいは、例えば投影光学系ＰＬの光軸上の検出点のみを設け、レチクルＲのＺ位置のみを制御しても良い。また、前述の位置検出装置では、照明領域ＩＡＲ内に少なくとも１つの検出点を設定する代わりに、あるいはそれと組み合わせて、±Ｙ方向に関する照明領域ＩＡＲの外側にそれぞれ少なくとも１つの検出点を設定しても良い。

なお、走査露光中に、位置検出装置（１６０ａ，１６０ｂ，４０）から得られるレチクルＲのパターン面の位置情報に基づき、レチクルステージＲＳＴのＺ位置及び傾斜を制御する代わりに、あるいはそれと組み合わせて、ウエハステージＷＳＴをＺ軸方向、θｘ及びθｙ方向に微動しても良い。また、多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の検出結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴを駆動する代わりに、あるいはそれと組み合わせて、レチクルステージＲＳＴを駆動しても良い。すなわち、レチクルＲのパターン面、及びウエハＷの表面それぞれのＺ軸方向の変位及び傾斜量による、露光領域ＩＡ内におけるレチクルＲのパターン像（投影光学系ＰＬの結像面）とウエハＷの表面との相対的な偏差が投影光学系ＰＬの焦点深度の範囲内に収まるように、位置検出装置（１６０ａ，１６０ｂ，４０）と多点焦点位置検出系（６０ａ，６０ｂ）の両方の検出結果に基づいて、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴの少なくとも一方を駆動すれば良い。また、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの少なくとも一方を駆動する代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学素子を移動することでその光学特性を調整して、露光領域ＩＡ内で投影光学系ＰＬの結像面とウエハＷの表面とを焦点深度の範囲内で一致させるようにしても良い。

また、上記実施形態で説明した位置検出装置（１６０ａ、１６０ｂ、４０）の構成は、一例であり、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、受光系１６０ｂを構成する光検出器は、ＣＣＤセンサなどの大面積の受光面を有する単一の光検出器（受光素子）によって構成することも勿論可能である。また、上記実施形態では位置検出装置の検出点に対応する前述の露光領域ＩＡ内の評価点を、多点焦点位置検出系の検出点（検出光の照射位置）とほぼ一致させても良い。

なお、上記実施形態の露光装置における投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。

また、上記実施形態では、照明光ＩＬとしてＡｒＦエキシマレーザ光を用いる場合について説明したが、これに限らず、波長が１７０ｎｍ以下の光、例えばＦ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ₂レーザ光（波長１４６ｎｍ）等の他の真空紫外光を用いても良い。更に、ｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザなどを用いても良い。

また、例えば、真空紫外光として上記各光源から出力されるレーザ光に限らず、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）の両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

なお、例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４号パンプレットなどに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体（例えば純水など）が満たされる液浸型露光装置、あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、又はプロキシミティ方式の露光装置なども、本発明を好適に適用できる。すなわち、露光装置の種類や露光波長、レチクルの材質などに関係なく、レチクルの裏面側からパターン面と裏面の両方に検出光を照射することが可能なレチクル、及びそのレチクルを使用する露光装置であれば本発明を好適に適用することができる。

なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、上記各実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

なお、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、有機ＥＬ、ＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。

《デバイス製造方法》
図５には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されている。図５に示されるように、まず、ステップ２０１（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ２０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。

次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ２０５（デバイス組立てステップ）において、ステップ２０４で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ２０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。

最後に、ステップ２０６（検査ステップ）において、ステップ２０５で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

図６には、半導体デバイスにおける、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されている。図６において、ステップ２１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２１４（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）において、上で説明した露光装置及びその露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ２１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ２１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。

これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップ２１６）において上記実施形態の露光装置が用いられるので、ウエハ上にレチクルのパターンを高精度に転写することができ、結果的に高集積度のデバイスの生産性（歩留まりを含む）を向上させることが可能となる。

本発明の露光装置は、リソグラフィ工程において、マスクのパターンを物体上に転写するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法はマイクロデバイスの製造に適している。

本発明の一実施形態の露光装置の構成を一部断面して概略的に示す図である。 図１中のレチクルステージを示す斜視図である。 図３（Ａ）は図１の基準板ＲＦＭを示す底面図、図３（Ｂ）は図１の基準マーク板ＦＭを示す平面図、図３（Ｃ）は基準マーク板ＦＭ下方のウエハステージ内部の検出系を示す図である。 レチクルＲの下面（パターン面）のＺ軸方向（光軸ＡＸ方向）の位置の算出の原理について説明するための図である。 本発明のデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。 図５のステップ２１６の詳細例を示すフローチャートである。

符号の説明

３０…レチクルステージ駆動部（駆動系の一部）、４０…コントローラ（算出装置、位置検出装置の一部）、５０…主制御装置（制御装置、駆動系の一部）、５６…ウエハステージ駆動部（駆動系の一部）、１００…露光装置、Ｒ…レチクル（マスク）、１６０ａ…照射系（位置検出装置の一部）、１６０ｂ…受光系（位置検出装置の一部）、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ（物体）、ＤＬ…検出光、Ｓ１…第１の光検出器（受光素子）、Ｓ２…第２の光検出器（受光素子）。

Claims (7)

1. マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して物体上に転写する露光装置であって、
   前記投影光学系の視野内の少なくとも１つの評価点に対応する前記マスク上の少なくとも１点に前記投影光学系と反対側から検出光を照射し、その検出光の前記マスクからの反射光に基づいて、前記パターンが形成された前記マスクのパターン面の前記少なくとも１つの評価点に対応する検出点における前記投影光学系の光軸方向に関する位置情報を検出する位置検出装置と；
   前記パターンの転写時に、前記位置検出装置で検出された前記位置情報に基づいて、前記マスクのパターン像と前記物体との前記光軸方向の相対的な位置関係を制御する制御装置と；を備える露光装置。
2. 前記位置検出装置は、
   前記検出光を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マスクに照射する照射系と；
   その検出光の前記マスクの前記パターン面及びその反対側の面それぞれからの第１、第２の反射光を受光する受光系と；
   前記受光系からの前記第１、第２の反射光の少なくとも一方の受光情報に基づいて所定の演算を行い、前記パターン面の前記少なくとも１つの検出点における前記光軸方向に関する位置情報を算出する算出装置と；を有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記受光系は、前記第１、第２の反射光をそれぞれ受光する受光素子を有し、
   前記算出装置は、前記第２の反射光の受光情報に基づいて前記少なくとも１つの検出点における前記マスクのパターン面と反対側の面の前記光軸方向に関する位置情報を算出するとともに、前記第１、第２の反射光の受光情報に基づいて前記検出点における前記マスクの厚みを算出し、前記算出した前記位置情報と前記マスクの厚みの情報とに基づいて前記少なくとも１つの検出点における前記パターン面の前記光軸方向の位置を算出することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記算出装置は、前記受光素子の受光面上における前記第１、第２の反射光の入射点間の距離と、前記検出光の前記マスクに対する入射角と、前記マスクの屈折率とに基づいて、前記検出点における前記マスクの厚みを算出することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
5. 前記位置検出装置は、前記投影光学系の視野内の複数の評価点に個別に対応する前記マスク上の複数点に前記投影光学系と反対側から検出光をそれぞれ照射し、それぞれの検出光の前記マスクからの反射光に基づいて、前記複数の評価点に個別に対応する複数の検出点における前記パターン面の前記光軸方向に関する位置情報を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置。
6. 前記マスクと前記物体とを所定の走査方向に同期して駆動する駆動系を更に備え、
   前記複数の検出点は、少なくとも前記走査方向に直交する非走査方向に離れて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して物体上に転写する工程を含むデバイス製造方法。
   

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