JPH0620923A

JPH0620923A - 露光方法

Info

Publication number: JPH0620923A
Application number: JP4201897A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hirukawa; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-07-06
Filing date: 1992-07-06
Publication date: 1994-01-28

Abstract

(57)【要約】【目的】感光基板処理のプロセスによるベストフォー
カス位置の変動をも計測し、且つ計測した感光基板を必
ずしも再処理しないようにする。【構成】１ロットの先頭のウエハ１６−１の一連のシ
ョット領域２６−ｉの領域２７−ｉに計測用レチクルの
フォーカス計測用マークの像をフォーカス位置を変えな
がら露光する。次に一連のショット領域２８−ｉに実素
子露光用のレチクルのパターンを予め定められたフォー
カス位置で露光する。領域２７−ｉのフォーカス計測用
マークの像からベストフォーカス位置を求め、そのベス
トフォーカス位置が予め定められたフォーカス位置から
所定範囲内であれば、そのウエハ１６−１は次工程に進
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレチクルのパタ
ーン像を投影光学系を介して感光基板上に露光する投影
露光装置において、その感光基板の露光面をその投影光
学系のベストフォーカス面に所定の許容範囲内で合致さ
せて露光するための露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子又は液晶表示素子等を
フォトリソグラフィ技術を用いて製造する際に、フォト
マスク又はレチクル等（以下「レチクル」と総称する）
のパターンの像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感光基板上の各ショット領域に露
光する投影露光装置が使用されている。斯かる投影露光
装置に使用されている投影光学系は、解像度を高めるた
め開口数Ｎ．Ａ．が大きく設定されており焦点深度が比
較的浅い。そこで、従来の投影露光装置には、感光基板
の各ショット領域の露光面をその投影光学系のベストフ
ォーカス面（最良結像面）に対して所定の許容範囲内で
合致させた状態で露光を行うために、オートフォーカス
機構が設けられている。

【０００３】このオートフォーカス機構は、例えば感光
基板の各ショット領域にスリットパターン等の検出用パ
ターンを投影光学系の光軸に対して斜めに投影する送光
系と、そのショット領域からの反射光を集光してその検
出用パターンの像を結像する受光系とを有する。この場
合、予めその感光基板の露光面にレチクルのパターン像
が最も鮮明に結像されるときの、即ちその露光面が投影
光学系のベストフォーカス面に合致しているときの、そ
の感光基板の露光面の投影光学系の光軸方向の位置であ
るベストフォーカス位置を求めておく。そして、その露
光面がそのベストフォーカス位置に合致しているとき
に、その受光系で結像されるその検出用パターンの像の
位置が所定の基準位置に合致するように調整しておく。
その後露光時に、その検出用パターンの像の位置がその
基準位置になるように、感光基板が載置されたステージ
を上下方向に位置決めすることにより、その感光基板の
各ショット領域が投影光学系のベストフォーカス面に所
定の許容範囲内で合致する。

【０００４】即ち、そのようなオートフォーカス機構は
感光基板のベストフォーカス面自体を直接に検出してい
るわけではなく、投影光学系の光軸方向の予め設定され
たベストフォーカス位置に感光基板の露光面の位置を合
わせ込むものである。従って、そのベストフォーカス位
置を如何に求めるかが問題となる。更に、そのベストフ
ォーカス位置が例えば後述の方法で求められた場合、そ
の投影光学系のベストフォーカス面が不変であるか又は
その変化量が小さい場合には支障がない。しかしなが
ら、そのベストフォーカス面の位置が所定量を超えて大
きく変化すると、その感光基板の露光面が投影光学系の
実際のベストフォーカス面から大きく外れた状態で露光
が行われる虞がある。また、感光基板の各ショット領域
に既に回路パターン等が形成されている場合には、その
ショット領域の凹凸等の状態により、そのオートフォー
カス機構における検出用パターンの像の結像位置が変化
して、実際にベストフォーカス面の位置が変化した場合
と同様な不都合が生じる場合もある。

【０００５】そのようなベストフォーカス面の位置の実
質的な変化の原因は、投影露光装置の状態の変化に基づ
く要因と、感光基板上のパターン形成のプロセスに基づ
く要因とに分けられる。従って、投影露光装置のオート
フォーカス機構においては、随時又は定期的に投影光学
系の実際のベストフォーカス面に対して感光基板の実際
の平均的な露光面を合わせ込むというキャリブレーショ
ンを行う必要があるが、従来そのキャリブレーションは
以下の２つの方法により行われていた。

【０００６】第１の方法においては、実際の素子構造を
持たないベアシリコンウエハ等の基準となる感光基板の
露光面の投影光学系の光軸方向の位置（フォーカス位
置）を変えながら、その露光面の一連のショット領域に
ベストフォーカス計測用マークが形成されたレチクルの
パターンを順次露光する。そして、その感光基板を現像
処理した後、上記の各フォーカス位置で露光されたベス
トフォーカス計測用マークの像の形状の計測を行うこと
により、基準となる感光基板のベストフォーカス位置を
装置のベストフォーカス位置として求める。その後、そ
のベストフォーカス位置に対して、前もって求めておい
た、素子構造等の影響を加味したプロセスオフセット値
を加えて得られた位置を素子構造を持つ感光基板のベス
トフォーカス位置とするものである。

【０００７】また、第２の方法においては、ロットの先
頭の感光基板の露光及び現像後に、実際の素子パターン
等の像を観察又は計測して、予め設定したフォーカス位
置での素子パターン等の像の形状が許容範囲内か否かを
判断する。そして、否の場合は第１の方法によりベスト
フォーカス位置を再度求めるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の第１の方法を用
いた場合には、基準となる感光基板を使用してのテスト
プリントにより装置のベストフォーカス位置を求め、そ
れに対してプロセスによるオフセットは一定であるとし
て実際の素子構造を持つ感光基板のベストフォーカス位
置を推定している。このため、レジストの厚さ及び下地
の厚さといったプロセスの不安定性のためにベストフォ
ーカス位置が変化した場合には、そのような要因に基づ
くベストフォーカス位置の変化を発見できないという不
都合がある。

【０００９】また、第２の方法を用いた場合には、露光
量とフォーカス位置のどちらが変化してもパターン形状
は変化するので、設定された露光条件（露光量及びフォ
ーカス位置）のみからではベストフォーカス位置の決定
は出来ない。従って、仮に最初に設定した露光条件での
パターン形状が次工程に進ませることができないような
形状であった場合には、基準となる感光基板の再計測を
しなければならないか、又は実際の素子構造をもつ感光
基板を用いてフォーカス位置を変えて露光を行うことに
よりベストフォーカス位置を求める必要があるという不
都合がある。

【００１０】この場合に、ベストフォーカス位置を求め
るためにフォーカス位置を変化させて感光基板上にパタ
ーンを露光すると、この感光基板上には必ずデフォーカ
スして露光された部分が存在し、必ずその感光基板を再
処理する必要があった。また、レチクルのパターン領域
にフォーカス計測用マークを設け、別にそのフォーカス
計測用マークのみをフォーカス位置を変化させて露光し
た場合には、そのフォーカス計測用マークの投影位置は
投影露光装置のオートフォーカス機構の検出用パターン
の投影位置（フォーカス検出位置）と一致しないため、
感光基板のフラットネス等の影響を受けて正確なベスト
フォーカス位置を求められないという不都合があった。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、感光基板処理の
プロセスによるベストフォーカス位置の変動も計測可能
であり、かつ計測した感光基板を必ずしも再処理する必
要がない露光方法を提供することを目的とする。また、
本発明は、それらの目的に加えて感光基板のフラットネ
スの影響を受けずにベストフォーカス位置の計測が可能
な露光方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、例えば図１〜図３に示す如く、露光光で転写用マス
ク（１２）を照明する照明光学系（１，６〜１１）と、
その転写用マスク（１２）のパターンの像を感光基板
（１６）に投影する投影光学系（１４）とを有する露光
装置のその感光基板（１６）の露光面をその投影光学系
（１４）に対するベストフォーカス位置に所定の許容範
囲内で設定して露光を行う方法において、ベストフォー
カス計測用マーク（２３）が形成された第１のマスク
（１２Ａ）をその転写用マスクとして配置して、その感
光基板（１６）の露光面のその投影光学系（１４）の光
軸方向の位置を変化させながらその感光基板（１６）の
複数のショット領域にそれぞれそのベストフォーカス計
測用マーク（２３）の像を露光する第１工程（ステップ
１０１〜１０５）を有する。

【００１３】更に、本発明は、転写用パターン（２４）
が形成された第２のマスク（１２Ｂ）をその転写用マス
クとして配置して、その感光基板（１６）の露光面を予
め定められたその投影光学系（１４）の光軸方向の位置
に設定して、その感光基板（１６）の複数のショット領
域にそれぞれその第２のマスク（１２Ｂ）のパターンの
像を露光する第２工程（ステップ１０６〜１０９）と、
その感光基板（１６）の現像処理を行う第３工程（ステ
ップ１１０）と、その第１工程にて露光したそのベスト
フォーカス計測用マーク（２３）の像の状態を計測して
その投影光学系（１４）に対するベストフォーカス位置
を求める第４工程（ステップ１１１）と、その第２工程
で設定したその感光基板（１６）の露光面の位置とその
第４工程で求められたそのベストフォーカス位置との差
が許容範囲内である場合にはその感光基板（１６）を次
工程に進ませると判定し、その差が許容範囲外である場
合にはその感光基板（１６）の再処理を行うと判定する
第５工程（ステップ１１２）と、その感光基板（１６）
と同一ロットの感光基板の露光面をその第４工程で求め
たそのベストフォーカス位置に設定してその第２のマス
ク（１２Ｂ）又は他の転写用マスクのパターンの露光を
行う第６工程（ステップ１１５）とを有するものであ
る。

【００１４】この場合、その露光装置にその投影光学系
（１４）の露光領域内の所定の計測点のその投影光学系
（１４）の光軸方向の位置を計測するフォーカス位置検
出装置（１８ａ，１８ｂ）を設け、その第１のマスク
（１２Ａ）のそのベストフォーカス計測用マーク（２
３）を、その所定の計測点に共役な位置付近に設けるこ
とが望ましい。更に、その第１のマスク（１２Ａ）のそ
のベストフォーカス計測用マーク（２３）に対応するそ
の第２のマスク（１２Ｂ）上の領域を遮光部（２５）に
することが望ましい。

【００１５】

【作用】斯かる本発明によれば、ベストフォーカス計測
用マーク（２３）と実素子パターン等の転写用パターン
（２４）とがそれぞれ別のマスク（１２Ａ，１２Ｂ）に
形成されている。そして、ベストフォーカス計測用マー
ク（２３）については第１工程において感光基板（１
６）の各ショット領域にそれぞれフォーカス位置を変化
させながら露光する。一方、第２工程においてその感光
基板（１６）が同一ロットの先頭であっても、その転写
用パターン（２４）をその感光基板（１６）の全てのシ
ョット領域に予めベストフォーカス位置と考えられる所
定のフォーカス位置でのみ露光を行う。そして第４工程
において、各フォーカス位置で露光されたベストフォー
カス計測用マーク（２３）の像の状態を計測することに
より、投影光学系（１４）に対するベストフォーカス位
置が検出される。

【００１６】次に、転写用パターン（２４）の露光時の
フォーカス位置が、第４工程で計測されたベストフォー
カス位置に対して予め設定しておいた許容範囲内にあれ
ば、その感光基板（１６）上の各ショット領域に露光さ
れた転写用パターン（２４）の像は許容フォーカス範囲
内で露光されているので、その感光基板（１６）は次の
層への露光等の次工程に進ませることができる。逆に許
容範囲外にあれば、その感光基板（１６）に対してレジ
スト剥離及び再露光等の再処理を行えばよい。また、こ
れ以降に処理する同一ロット内の感光基板については、
その第４工程で計測したベストフォーカス位置にて露光
することにより、最も良好な条件で露光が行われる。従
って、例えば１ロットの先頭の感光基板（１６）を無駄
にすることなく、ベストフォーカス位置が求められ、且
つ例えば２枚目以降の感光基板に対するベストフォーカ
ス位置の補正を行うことができる。

【００１７】次に、その露光装置にその投影光学系（１
４）の露光領域内の所定の計測点のその投影光学系（１
４）の光軸方向の位置を計測するフォーカス位置検出装
置（１８ａ，１８ｂ）を設け、その第１のマスク（１２
Ａ）のそのベストフォーカス計測用マーク（２３）を、
その所定の計測点に共役な位置付近に設けた場合につい
て説明する。先ず本発明では、別マスク（１２Ａ，１２
Ｂ）に分けたことにより、転写用パターン（２４）の構
造に関係なく、第１のマスク（１２Ａ）上の任意の位置
にベストフォーカス計測用マーク（２３）を設けること
ができる。このため、そのフォーカス位置検出装置（１
８ａ，１８ｂ）による計測点に共役な位置付近の第１の
マスク（１２Ａ）上の領域にベストフォーカス計測用マ
ーク（２３）を設けることができ、フォーカス位置検出
装置（１８ａ，１８ｂ）によるフォーカス位置の検出領
域とベストフォーカス計測用マーク（２３）によるフォ
ーカス位置の検出領域とがほぼ同じ領域になる。

【００１８】従って、感光基板（１６）の平坦度が悪い
場合でも、ベストフォーカス計測用マーク（２３）に基
づいてベストフォーカス位置が求められた後に、そのフ
ォーカス位置検出装置（１８ａ，１８ｂ）の検出結果に
基づいて感光基板のフォーカシングを行うと、正確にフ
ォーカシングを行うことができる。

【００１９】また、第１のマスク（１２Ａ）のベストフ
ォーカス計測用マーク（２３）に対応する第２のマスク
（１２Ｂ）上の領域を遮光部（２５）にした場合には、
第１のマスク（１２Ａ）のパターンと第２のマスク（１
２Ｂ）のパターンとを感光基板（１６）上に重ねて露光
しても、感光基板（１６）上の各ショット領域において
そのベストフォーカス計測用マーク（２３）の像の上に
は２重露光が行われない。従って、そのベストフォーカ
ス計測用マーク（２３）の像の状態を正確に計測するこ
とができ、計測精度が向上する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。本例はステップアンドリピート方式の縮小
投影型露光装置（ステッパー）で感光基板としてのウエ
ハ上にレチクルのパターンを露光する場合に、本発明を
適用したものである。

【００２１】図２は本実施例の投影露光装置の概略構成
を示し、この図２において、１は水銀ランプ等の露光光
用の光源である。光源１から射出された露光光は楕円鏡
２で集光された後に、反射鏡５で反射されてインプット
レンズ系４に向かい、インプットレンズ系４でほぼ平行
光束に変換されてフライアイレンズ６に入射する。楕円
鏡２の第２焦点近傍にシャッター３ａを配置し、フライ
アイレンズ６に露光光を供給する際にはシャッター３ａ
を駆動モーター３ｂで開けて、フライアイレンズ６に対
する露光光の供給を停止する際にはシャッター３ａを駆
動モーター３ｂで閉じる。

【００２２】フライアイレンズ６の後側（レチクル側）
焦点面には多数の２次光源が形成され、それら２次光源
からの露光光が第１リレーレンズ７、投影型可変レチク
ルブラインド８、第２リレーレンズ９、反射鏡１０及び
主コンデンサーレンズ１１からなる照明光学系を経て均
一な照度でレチクル１２を照明する。投影型可変レチク
ルブラインド８の配置面はレチクル１２のパターン形成
面と共役であり、投影型可変レチクルブラインド８によ
りレチクル１２のパターン領域の照明視野が任意に設定
される。１７はレチクルアライメント系を示し、このレ
チクルアライメント系１７でレチクル１２上のアライメ
ントマークを検出することにより、レチクル１２の位置
合わせが行われる。

【００２３】その露光光のもとで、レチクル１２に形成
されたレチクルパターン１３が投影光学系１４を介して
レジストを塗布されたウエハ１６上に転写される。ウエ
ハ１６はウエハステージ１５上に載置されている。投影
光学系１４の光軸（これをＺ軸にとる）がフォーカス方
向であり、ウエハステージ１５はフォーカス方向及びＺ
軸に垂直な平面（この直交座標系をＸ軸及びＹ軸とす
る）内でのウエハ１６の位置決めを行う。ウエハステー
ジ１５にはＺ軸方向の位置決め座標を計測する計測セン
サーが組み込まれていると共に、図示省略したレーザー
干渉計によりウエハステージ１５のＸＹ平面内での位置
決め座標が常時計測されている。

【００２４】１８ａはオートフォーカス検出系の送光
系、１８ｂはオートフォーカス検出系の受光系を示し、
送光系１８ａはウエハ１６上の所定の検出領域に投影光
学系１４の光軸に対して斜めにスリットパターン等の検
出パターンの像を投影する。ウエハ１６上の所定の検出
領域としては、例えば投影光学系１４の光軸上の領域が
選ばれる。受光系１８ｂにおいては、ウエハ１６上のそ
の検出パターンの像からの反射光が振動スリット上に再
結像され、その振動スリットの背面の受光素子の出力信
号をその振動スリットの駆動信号で同期整流して焦点検
出信号が得られる。この場合、予めウエハ１６の露光面
が投影光学系１４のベストフォーカス面に合致している
とき、即ちウエハ１６の露光面がＺ軸方向のベストフォ
ーカス位置にあるときに、その振動スリットの振動中心
にその検出パターンの像が再結像されるようにしてお
く。これによりその焦点検出信号は、ウエハ１６の露光
面がベストフォーカス位置にあるときに０となり、その
露光面がその位置から上下に外れると所定範囲でほぼリ
ニアに変化する信号となるため、その焦点検出信号が０
になるようにウエハステージ１５を駆動することによ
り、ウエハ１６の露光面のオートフォーカスが行われ
る。

【００２５】そのウエハ１６の露光面のベストフォーカ
ス位置は、例えばＺ方向の位置（フォーカス位置）を少
しづつ変えながらそのウエハ１６の一連のショット領域
にレチクル１２のパターンを露光したときに、最も鮮明
な像が露光されるときのフォーカス位置として求めるこ
とができる。また、受光系１８ｂにおいて、その振動ス
リットの振動中心にその検出パターンの像が再結像され
る位置とするとためには、例えばその振動スリットの前
に平行平板ガラス等を配置して、その平行平板ガラスの
角度を調整すればよい。また、後述のようにキャリブレ
ーションによりそのベストフォーカス位置の変化が検出
されたときにも、その平行平板ガラスの角度を調整すれ
ばよい。

【００２６】１９はウエハアライメント系を示し、この
ウエハアライメント系１９からのアライメント光をミラ
ー及び投影光学系１４を介してウエハ１６上に導き、ウ
エハ６から反射されたアライメント光を投影光学系１４
及びミラーを介してウエハアライメント系１９に取り込
む。これによりウエハ１６上のアライメントマークが検
出され、投影光学系１４の光軸に垂直なＸＹ平面内での
ウエハ１６の位置検出が行われる。また、本例の投影露
光装置には不図示のレチクルローダ及びウエハローダが
装着されており、レチクルローダ及びウエハローダがそ
れぞれレチクル１２及びウエハ１６をケース又はカセッ
トから露光時の所定の位置に移動させたり、逆にケース
又はカセットに戻したりする。

【００２７】２０は装置全体の動作を制御するまたコン
ピュータを示し、コンピュータ２０にはディスク装置等
の記憶装置２１が接続されている。コンピュータ２０は
例えば駆動モーター３ｂ、投影型可変レチクルブライン
ド８、レチクルアライメント系１７、ウエハアライメン
ト系１９、ウエハステージ１５及びオートフォーカス検
出系の送光系１８ａと受光系１８ｂの動作を制御する。
また、コンピュータ２０には受光系１８ｂからの焦点検
出信号を供給する。更に、コンピュータ２０を通信手段
を介して外部コンピュータ２２と接続して、外部コンピ
ュータ２２からの指示でコンピュータ２０が動作するよ
うにしてもよい。

【００２８】上述のように本例の投影露光装置では、オ
ートフォーカス検出系の送光系１８ａ及び受光系１８ｂ
によりウエハ１６の露光面のベストフォーカス位置から
の位置ずれ（焦点ずれ）が検出されているが、露光光の
照射エネルギーの蓄積等により投影光学系１４のベスト
フォーカス面自体の位置が変化する場合がある。更に、
ウエハ１６のプロセスの種類等によっては、ウエハ１６
の露光面のオートフォーカス検出系により検出される面
の位置と実際にレチクル１２のパターンが投影される面
の位置とのオフセットが変化する虞もある。従って、例
えば１ロット分のウエハの露光を行う前等に、そのベス
トフォーカス位置のキャリブレーションを行う必要があ
る。以下ではそのキャリブレーションの方法の一例を説
明する。

【００２９】図３（ａ）は本実施例のキャリブレーショ
ンで用いるフォーカス計測用のレチクル１２Ａを示し、
この図３（ａ）において、レチクル１２Ａの中心部にフ
ォーカス計測用マーク２３を形成し、レチクル１２Ａの
周辺部にレチクルアライメントマークＲＭ１〜ＲＭ３を
形成する。そして、レチクル１２Ａを図２のレチクル１
２の代わりに設定して露光した場合に、送光系１８ａか
らウエハ１６の露光面上に検出パターンの像が投影され
る位置にそのフォーカス計測用マーク２３の像が露光さ
れるようにする。即ち、送光系１８ａから検出パターン
の像が投影されるウエハ１６上の位置とレチクル１２Ａ
上のフォーカス計測用マーク２３の位置とは投影光学系
１４に関して共役である。

【００３０】また、そのフォーカス計測用マーク２３の
ウエハ１６上の投影像は、図４（ａ９に示すような回折
格子状の像２３Ｊとなる。一例としてその像２３ＪはＹ
方向に複数グループから構成され、各グループは４個の
等間隔の細長い菱形のパターンから構成されている。ま
た、ウエハ１６の露光面がベストフォーカス位置にある
ときのその像２３ＪのＸ方向の長さがＬであるとする
と、その露光面がベストフォーカス面から外れるとその
像２３ＪのＸ方向の長さがＬよりも長くなる。従って、
その像２３ＪのＸ方向の長さを計測することによりベス
トフォーカス位置を求めることができる。

【００３１】なお、そのフォーカス計測用マーク２３と
しては、図４（ｂ）に示すように、ウエハ１６上の投影
像がラインアンドスペースパターン状の像２３Ｋになる
ようなパターンを使用してもよい。この場合には、ウエ
ハ１６の露光面がベストフォーカス位置にあるときの像
２３Ｋの１個のライン部の幅をＰとすると、その露光面
がベストフォーカス位置から外れるとそのライン部の幅
がＰより大きくなることから、ベストフォーカス位置を
求めることができる。

【００３２】図３（ｂ）は実素子パターン露光用のレチ
クル１２Ｂを示し、この図３（ｂ）において、レチクル
１２Ｂのパターン領域２４には転写用の実素子パターン
が形成されており、そのパターン領域２４の外側に図３
（ａ）のレチクル１２Ａと同様にレチクルアライメント
マークＲＭ４〜ＲＭ６が形成されている。更に、そのパ
ターン領域２４の内部にフォーカス計測用マークを保護
するための遮光領域２５が設けられている。この遮光領
域２５は図３（ａ）のフォーカス計測用マーク２３の外
形と同じだけの面積を有すればよく、その遮光領域２５
の位置は任意である。パターン領域２４の中にパターン
密度が粗でそのフォーカス計測用マーク２３の面積以上
の遮光部があれば、この遮光部をそのままその遮光領域
２５として使用することができる。

【００３３】次に、図２の投影露光装置において、投影
光学系１４に対するベストフォーカス位置のキャリブレ
ーションを行って１ロット分のウエハに順次その図３
（ｂ）の実素子パターン露光用のレチクル１２Ｂのパタ
ーンを露光する場合の動作を図１の流れ図を参照して説
明する。

【００３４】先ず図１のステップ１０１において、図２
のコンピュータ２０にフォーカス計測マーク露光用のデ
ータファイルを記憶装置２１又はコンピュータ２２から
ロードし、そのデータに従い、図３（ａ）のフォーカス
計測用のレチクル１２Ａを図２のレチクル１２の代わり
に光軸上の所定の位置に載置する。そして、投影型可変
レチクルブラインド８を所定の開口にセットした後に、
ステップ１０２においてそのロットの先頭の（最初に処
理される）ウエハ１６−１をウエハステージ１５上に載
置する。そして、予め定められたベストフォーカス位置
をＦｃとすると、ステップ１０３において、そのウエハ
１６−１の第１ショット領域のフォーカス位置を（Ｆｃ
−ΔＦ）に設定した状態で、その第１ショット領域にレ
チクル１２Ａのパターンを露光する。実際にはレチクル
１２Ａのフォーカス計測用マーク２３の像だけがその第
１ショット領域の中央部に露光される。

【００３５】次に、ステップ１０４及び１０５におい
て、フォーカス位置をフォーカスステップＦｓだけ高く
しながら、順次第ｉショット領域（ｉ＝２，３，‥‥，
Ｎ）にそのレチクル１２Ａのパターンを露光する。この
場合、そのＮ個のショット領域の中央のショット領域で
のフォーカス位置がそれまでのベストフォーカス位置Ｆ
ｃとなるようにする。これにより、図５に示すように、
先頭のウエハ１６−１の露光面の破線で囲んで示す一連
のショット領域２６−１，２６−２，‥‥，２６−Ｎの
中央の領域２７−１，２７−２，‥‥，２７−Ｎに、初
期のベストフォーカス位置Ｆｃを中心として幅２ΔＦの
範囲内でフォーカス位置が次第に変えられて、レチクル
１２Ａのフォーカス計測用マーク２３の像がそれぞれ露
光される。

【００３６】次に、ステップ１０６において、図２のコ
ンピュータ２０に実素子パターン露光用のデータファイ
ルを記憶装置２１又はコンピュータ２２からロードし、
そのデータに従い、レチクル１２Ａの代わりに図３
（ｂ）の実素子パターン露光用のレチクル１２Ｂを光軸
上の所定の位置に載置する。そして、投影型可変レチク
ルブラインド８を所定の開口にセットした後に、ステッ
プ１０７でレチクル１２Ｂの露光面のフォーカス位置を
初期のベストフォーカス位置Ｆｃに設定する。その後、
ステップ１０８及び１０９において、フォーカス位置を
固定した状態でレチクル１２Ｂの一連のショット領域２
８−ｉ（ｉ＝１，２，‥‥，Ｎ）に順次レチクル１２Ｂ
のパターン領域２４の実素子パターンの像を露光する。

【００３７】これにより、図５に示すように、ウエハ１
６−１の露光面上で実線で囲まれた一連のショット領域
２８−ｉにそれぞれレチクル１２Ｂのパターンが露光さ
れる。この場合、レチクル１２Ａを露光する際のショッ
ト領域２６−ｉとレチクル１２Ｂを露光する際のショッ
ト領域２８−ｉとはＸＹ平面内で位置ずれしており、シ
ョット領域２６−ｉの領域２７−ｉに図３（ｂ）の遮光
領域２５が投影されるようになっている。従って、領域
２７−ｉに投影されている図３（ａ）のフォーカス計測
用マーク２３の像の上には２重露光は行われない。

【００３８】次に、ステップ１１０において、露光が終
了したウエハ１６−１に所定の現像処理を施す。これに
よりそのウエハ１６−１の表面に露光量及びフォーカス
位置に応じたレジストパターンが形成される。その後、
ステップ１１１において、ウエハ１６−１を再度図２の
投影露光装置のウエハステージ１５上に載置して、各シ
ョット領域に形成されている図４（ａ）のようなフォー
カス計測用マーク２３の像２３Ｊの菱型のパターンの長
さを計測する。この計測は図２のウエハアライメント系
１９により行われる。また、その計測方法は例えば特願
昭６３−１１７２９号にも開示されている。その計測結
果から、コンピュータ２０はベストフォーカス位置Ｆｍ
を算出する。

【００３９】続いて、ステップ１１２においてコンピュ
ータ２０は、実素子パターンの露光データファイル中に
記述されている負側フォーカス許容範囲Ｆｍａ、正側フ
ォーカス許容範囲Ｆｐａ及び計測されたベストフォーカ
ス位置Ｆｍに対して、ステップ１０８及び１０９で実際
に露光を行ったときのフォーカス位置（それまでのベス
トフォーカス位置）Ｆｃが次式を満たしているかどうか
を判断する。Ｆｍ−Ｆｍａ≦Ｆｃ≦Ｆｍ＋Ｆｐａ（１）

【００４０】（１）式が成り立つ場合には、ウエハ１６
−１は許容フォーカス範囲内で露光されたものとし、動
作はステップ１１５に移行する。また、その先頭のウエ
ハ１６−１は２枚目以降のウエハと同様に次工程（例え
ば次の層への露光工程）に進む。一方、（１）式が成り
立たない場合にはウエハ１６−１は許容フォーカス範囲
外で露光されたものとして、ステップ１１３においてウ
エハ１６−１のレジスト剥離及びレジスト再塗布を行
う。その後、ステップ１１４において、フォーカス位置
をステップ１１１で求めたベストフォーカス位置Ｆｍに
設定して、その先頭のウエハ１６−１に対するレチクル
１２Ｂのパターンの露光をが行う。

【００４１】次に、ステップ１１５において、そのロッ
トの残りのウエハに対してステップ１１１で求められた
ベストフォーカス位置Ｆｍで、各ショット領域に実素子
パターン露光用のレチクル１２Ｂのパターンのみを露光
する。これにより、残りの全てのウエハに対してはキャ
リブレーション後のベストフォーカス位置で実素子パタ
ーンの露光が行われる。

【００４２】上述のように本例によれば、そのロットの
先頭ウエハ１６−１の各ショット領域にそれぞれフォー
カス計測用マーク２３の像が安定して形成されると共
に、そのフォーカス計測用マーク２３の像の投影位置で
オートフォーカス検出系によるフォーカス位置の検出が
行われる。従って、ウエハ１６−１の平坦度が悪い場合
にも、安定且つ正確にベストフォーカス位置を検出し
て、ベストフォーカス位置のキャリブレーションを正確
に行うことができる。この場合、以上のように、ベスト
フォーカス位置の初期設定値Ｆｃ、計測されたベストフ
ォーカス位置Ｆｍ、許容値Ｆｍａ及び許容値Ｆｐａが
（１）式を満たす場合にはロットの先頭ウエハ１６−１
を再処理する必要がなかった。従って、露光のスループ
ットが改善されている。また、各ウエハ上でフォーカス
計測用マーク２３の投影像が必要とする面積は約７０μ
ｍ×７０μｍ程度であり、実素子パターン領域を圧迫す
ることもない。

【００４３】なお、フォーカス計測用マーク２３の像が
図３（ｂ）に示すようなラインアンドスペースパターン
の像２３Ｋである場合には、図１のステップ１１１では
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いてそのレジスト線
幅を計測し、その結果からベストフォーカス位置を求め
るようにしてもよい。また、本発明は上述実施例に限定
されるわけではなく、例えば、１ロットの先頭ウエハは
従来の露光方法の第２の例で示したように、フォーカス
許容範囲内か否かの判断を行うだけとして、先頭ウエハ
のフォーカス位置が許容範囲外であった場合に、２枚目
のウエハに対して、推定されるベストフォーカス位置を
初期ベストフォーカス位置Ｆｃとして上記の露光方法を
実施してもよい。このとき、露光するレチクルの順は必
ずしもフォーカス計測用のレチクル１２Ａから実素子パ
ターン露光用のレチクル１２Ｂの順である必要はない。

【００４４】更に、上記実施例では実素子パターン露光
用のレチクル中には、フォーカス計測用マーク保護用の
遮光領域２５は１箇所しか設けられていないが、複数個
の遮光領域を設けてもよい。また、１枚のウエハに対し
て実素子パターンを露光するときのフォーカス位置は設
計上のベストフォーカス位置であっても、ウエハと同一
平面内に形成された光透過性の基準マークをステージ内
部から露光光で照明し、投影光学系を介してレチクルの
パターン面で反射した光を、投影光学系及び基準マーク
を介して光電検出するように構成し、ステージを光軸方
向に移動したときに光電信号が最大（または最小）とな
る位置をベストフォーカス位置として求め、このベスト
フォーカス位置を用いても良い。また、レチクルは２枚
（１２Ａ，１２Ｂ）に分けなくても良い。即ち、同一の
レチクル上にフォーカス計測用マーク２３と遮光領域と
を形成しておいても良い。ただし、この場合フォーカス
計測用マーク２３をウエハに露光する際には、マーク２
３以外の部分をレチクルブラインドで遮光しておく。こ
のように、本発明は上述実施例に限定されず本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、実素子パターンを露光
する感光基板にてベストフォーカス位置の計測を行うの
で、感光基板処理のプロセスによるベストフォーカス位
置の変動も計測でき、計測されたベストフォーカス位置
が予め定められた位置に対して許容範囲内にあるときに
は計測した感光基板を再処理する必要がない利点があ
る。

【００４６】また、露光装置に投影光学系の露光領域内
の所定の計測点のその投影光学系の光軸方向の位置を計
測するフォーカス位置検出装置を設け、第１のマスクの
そのベストフォーカス計測用マークを、その所定の計測
点に共役な位置付近に設けた場合には、感光基板のフラ
ットネスの影響を受けずにベストフォーカス位置を計測
できる。

【００４７】更に、その第１のマスクのそのベストフォ
ーカス計測用マークに対応する第２のマスク上の領域を
遮光部にした場合には、そのベストフォーカス計測用マ
ークの像の上に２重露光が行われないので、ベストフォ
ーカス位置の計測を正確に行うことができる。また、１
回の露光工程ではその第２のマスクのその遮光部に対応
する感光基板の全てのショット領域上の領域にベストフ
ォーカス計測用マークの像を露光する必要がない場合、
感光基板全体に配置された遮光部に対応する領域をいく
つかのグループに分け、１つの露光工程につきその１グ
ループ分の遮光部に対応する領域にベストフォーカス計
測用マークを露光し、その結果からベストフォーカス位
置を求めるようにしてもよい。これにより、第２のマス
ク内にベストフォーカス計測用マークを設ける場合に、
より少ない感光基板上のベストフォーカス計測用マーク
の像の占有面積でベストフォーカス位置を計測できる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例においてベストフォーカス位
置のキャリブレーションを行いながら１ロット分のウエ
ハに露光する場合の動作の一例を示すフローチャートで
ある。

【図２】その実施例の投影露光装置の概略を示す構成図
である。

【図３】（ａ）はその実施例で使用されるフォーカス計
測用レチクルのパターンを示す平面図、（ｂ）はその実
施例で使用される実素子露光用のレチクルのパターンを
示す平面図である。

【図４】（ａ）は図３（ａ）のフォーカス計測用レチク
ルのフォーカス計測用マークの像の一例を示す線図、
（ｂ）はそのフォーカス計測用マークの像の他の例を示
す線図である。

【図５】その実施例で露光される１ロット分のウエハの
先頭のウエハの露光パターンを示す平面図である。

【符号の説明】

１光源２楕円鏡３シャッター４インプットレンズ系６フライアイレンズ７第１リレーレンズ８投影型可変レチクルブラインド９第２リレーレンズ１１主コンデンサーレンズ１２レチクル１２Ａフォーカス計測用のレチクル１２Ｂ実素子パターン露光用のレチクル１４投影光学系１５ウエハステージ１６ウエハ１７レチクルアライメント系１８ａオートフォーカス検出系の送光系１８ｂオートフォーカス検出系の受光系１９ウエハアライメント系２０コンピュータ２１記憶装置２２外部コンピュータ２３フォーカス計測用マーク２４パターン領域２５フォーカス計測用マークの保護用の遮光領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光光で転写用マスクを照明する照明光
学系と、前記転写用マスクのパターンの像を感光基板に
投影する投影光学系とを有する露光装置の前記感光基板
の露光面を前記投影光学系に対するベストフォーカス位
置に所定の許容範囲内で設定して露光を行う方法におい
て、ベストフォーカス計測用マークが形成された第１のマス
クを前記転写用マスクとして配置して、前記感光基板の
露光面の前記投影光学系の光軸方向の位置を変化させな
がら前記感光基板の複数のショット領域にそれぞれ前記
ベストフォーカス計測用マークの像を露光する第１工程
と；転写用パターンが形成された第２のマスクを前記転
写用マスクとして配置して、前記感光基板の露光面を予
め定められた前記投影光学系の光軸方向の位置に設定し
て、前記感光基板の複数のショット領域にそれぞれ前記
第２のマスクのパターンの像を露光する第２工程と；前
記感光基板の現像処理を行う第３工程と；前記第１工程
にて露光した前記ベストフォーカス計測用マークの像の
状態を計測して前記投影光学系に対するベストフォーカ
ス位置を求める第４工程と；前記第２工程で設定した前
記感光基板の露光面の位置と前記第４工程で求められた
前記ベストフォーカス位置との差が許容範囲内である場
合には前記感光基板を次工程に進ませると判定し、前記
差が許容範囲外である場合には前記感光基板の再処理を
行うと判定する第５工程と；前記感光基板と同一ロット
の感光基板の露光面を前記第４工程で求めた前記ベスト
フォーカス位置に設定して前記第２のマスク又は他の転
写用マスクのパターンの露光を行う第６工程とを有する
事を特徴とする露光方法。
【請求項２】前記露光装置に前記投影光学系の露光領
域内の所定の計測点の前記投影光学系の光軸方向の位置
を計測するフォーカス位置検出装置を設け、前記第１の
マスクの前記ベストフォーカス計測用マークを、前記所
定の計測点に共役な位置付近に設けた事を特徴とする請
求項１記載の露光方法。
【請求項３】前記第１のマスクの前記ベストフォーカ
ス計測用マークに対応する前記第２のマスク上の領域を
遮光部にした事を特徴とする請求項１又は２記載の露光
方法。