JPH10335208A

JPH10335208A - 露光装置の露光方法

Info

Publication number: JPH10335208A
Application number: JP9140067A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Touki; 達彦東木; Takashi Sato; 隆佐藤; Keita Asanuma; 慶太浅沼; Kazuo Tawarayama; 和雄俵山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1998-12-18
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: JP4180678B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、レチクルに形成された回路パターン
をウェーハ上のレジストに焼き付けるためのリソグラフ
ィ工程にて用いられる光ステッパの露光方法において、
投影パターン像の形成に最適な投影レンズのフォーカス
位置を正確に制御できるようにすることを最も主要な特
徴とする。【解決手段】たとえば、素子の回路パターンが形成され
たレチクル上に、露光条件の変化により、ウェーハ上に
結像される投影パターン像ＲＰａに、光近接効果による
影響が出やすい矩形状パターンからなる焦点検出用パタ
ーンＣＰａを設ける。露光時には、この焦点検出用パタ
ーンＣＰａの投影パターン像ＲＰａを読み取って、その
横方向の長さＬｘ_RPa を求め、投影レンズの焦点位置か
らのずれを補正するための補正値ΔＦを算出する。こう
して、常に、投影レンズの焦点ずれを補正しながら回路
パターンの露光を行う構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえばレチク
ルに形成されたマスクパターンを投影光学系を介してウ
ェーハ上に投影露光する露光装置の露光方法に関するも
ので、特に、素子の回路パターンを半導体ウェーハ上の
レジストに焼き付けるためのリソグラフィ工程にて用い
られる、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型
光露光装置の露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ＶＬＳＩなどの半導体集
積回路素子の製造工程、特に、リソグラフィ工程におい
ては、主に、ステップ・アンド・リピート方式による縮
小投影型光露光装置（光ステッパ）が用いられている。

【０００３】この光ステッパは、レチクルに形成された
半導体集積回路素子の回路パターンを投影レンズを介し
て、順次、半導体ウェーハ上に縮小して投影することに
よって、該ウェーハ上のレジストに回路パターンの投影
パターン像を転写するようになっている。

【０００４】その際、投影レンズの焦点位置を正確に調
整しないと、レチクルに形成されている回路パターンの
投影像がウェーハ上に正確に結像せず、ウェーハ上にフ
ォーカスがボケた状態の投影パターン像が形成されるこ
とになるため、いわゆる解像不良という問題が生じる。

【０００５】このように、投影レンズの焦点位置を含
め、光ステッパの露光条件を正しく設定しないと、所期
の特性を満足する半導体集積回路素子を得ることができ
なくなる。

【０００６】そこで、このような不具合を防ぐために、
従来は、以下のような方法がとられていた。たとえば、
レチクルに形成された、回路パターンの最小線幅よりも
小さなパターンを含む線幅の異なる複数の矩形状のパタ
ーンを、１ショットごとに露光条件（投影レンズの焦点
位置および露光量）を変えて、順次、半導体ウェーハ上
に転写する。

【０００７】次いで、現像処理が施されてウェーハ上に
形成されたレジストパターンの線幅を、たとえば、走査
型電子顕微鏡によるＳＥＭ測長法、テレビカメラ（ＩＴ
Ｖ）による画像処理法、あるいは、スポット光をレジス
トパターンに照射して、その散乱光を検出する方法など
を用いて測定する。

【０００８】そして、その線幅からレジストパーンの最
適形成条件を決定し、この最適形成条件に応じて投影レ
ンズの焦点位置や露光量など、光ステッパの露光条件を
調整する。

【０００９】このようにして、露光条件を設定し直した
後に、リソグラフィ工程を開始して、半導体集積回路用
のレチクルに形成された回路パターンを、順次、半導体
ウェーハ上に転写することで、常に、最適露光条件のも
とでの回路パターンの形成が可能となる。

【００１０】しかし、上記したレジストパターンの線幅
の測定に走査型電子顕微鏡を用いる方法の場合、顕微鏡
それ自体が非常に高価であり、また、測定に時間を要す
るという問題があった。

【００１１】また、上記ＩＴＶあるいはスポット光を用
いて線幅を測定する方法の場合、線幅がサブ・ミクロン
程度になると測定するのが困難になり、測定できたとし
ても誤差が大きいなどの問題があった。

【００１２】近年、上記のような問題点に鑑み、レジス
トパターンの測定精度の低下などを防止して、最適形成
条件を高精度で、しかも、短時間に算出でき、ステッパ
のセットアップタイムを短縮することが可能な露光方法
が提案されている（たとえば、特開平１−１８７８１７
号公報）。

【００１３】図１２は、上記した提案によって開示され
た、最適形成条件の算出に用いられる直線状パターンの
一例を示すものである。同図（ａ）は、直線状パターン
として用いられる、たとえば、先端が鋭角的に尖った２
つのくさび型パターンを対称に組み合わせた、長さＬ_CP
を有する略ひし形状のパターンＣＰを示すものである。

【００１４】同図（ｂ）は、投影レンズの焦点ずれ（デ
フォーカス）にともなう、上記パターンＣＰの投影パタ
ーン像（レジストパターン）ＲＰの長さＬ_RPの変化を示
すものである。

【００１５】同図（ｃ）は、上記投影パターン像ＲＰの
長さＬ_RPの変化とデフォーカス量との関係を示すもので
ある。このように、上記パターンＣＰの投影により半導
体ウェーハ上に形成されるレジストパターンＲＰの長さ
Ｌ_RPは、投影レンズのフォーカス位置からのデフォーカ
ス量に比例して変化する。このため、たとえば、光ステ
ッパのアライメント検出器でレジストパターンＲＰの長
さＬ_RPを測定することで、投影パターン像の形成に最適
な投影レンズのフォーカス位置が検出できる。

【００１６】すなわち、この方法は、アライメント検出
器による測定の結果、レジストパターンＲＰの長さＬ_RP
が最大となる投影レンズの位置を、投影パターン像の形
成に最適な投影レンズのフォーカス位置として検出する
ものであった。

【００１７】しかしながら、上記したパターンＣＰは、
両端が鋭く尖った形状をしているため、たとえば図１３
（ａ）に示すように、レジストパターンＲＰの長さＬ_RP
が１０μｍ、中心部の幅が０．５μｍ、両端が０．１μ
ｍ程度の大きさになると、現像時にパターンＣＰの両端
に対応するレジストパターンＲＰの一部（図１３（ｂ）
の破線部分ＲＰ´）が欠ける、いわゆるパターン剥がれ
が発生しやすくなる。

【００１８】これは、レジストパターンＲＰの細くなっ
た部分（ＲＰ´）は、下地である半導体ウェーハＨＷと
の密着性が弱くなるためである。このような場合、レジ
ストパターンＲＰの形成において、パターンＣＰを忠実
に再現できなくなるため、たとえば図１３（ｂ）に示す
ように、レジストパターンＲＰの実際の長さＬ_RPとアラ
イメント検出器によって測定される測定値Ｌ_RP´との間
に誤差が生じる。

【００１９】このように、レジストパターンＲＰの実際
の長さＬ_RPを正確に測定できなくなることにより、レジ
ストパターンＲＰの形成に最適な投影レンズのフォーカ
ス位置を検出するのが困難になるという欠点があった。

【００２０】また、上記したように、レジストパターン
ＲＰの形成における精度が保障されない場合、後のレチ
クル欠陥検査において、該パターンＲＰが欠陥として誤
認識される結果にもつながる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、最適形成条件の算出に用いられる直線状パ
ターンは両端が鋭く尖った形状をしているため、いわゆ
るパターン剥がれが発生しやすく、このパターン剥がれ
が発生した場合にはレジストパターンの長さを正確に測
定できなくなる結果、レジストパターンの形成に最適な
投影レンズのフォーカス位置を検出できないという欠点
があった。

【００２２】そこで、この発明は、投影パターン像の形
成に最適な露光処理条件を正確に算出でき、露光装置の
露光条件を高精度に制御することが可能な露光装置の露
光方法を提供することを目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の露光装置の露光方法にあっては、レチ
クルに形成された、露光条件の変化にともなって、ウェ
ーハ上に結像される投影パターン像に、光近接効果によ
る影響が発生しやすい形状の焦点検出用パターンを、投
影光学系を介して、前記ウェーハ上に転写する第１の工
程と、前記ウェーハ上に形成された前記焦点検出用パタ
ーンの投影パターン像より、該投影パターン像の形成に
最適な露光処理条件を算出する第２の工程と、前記算出
された最適な露光処理条件にもとづいて、前記露光条件
を制御する第３の工程とからなっている。

【００２４】また、この発明の露光装置の露光方法にあ
っては、レチクルに形成された所定のマスクパターンを
投影光学系を介してウェーハ上に投影露光する場合にお
いて、前記レチクルに形成された、デフォーカス量およ
び露光量の変化にともなって、前記ウェーハ上に結像さ
れる投影パターン像に、光近接効果による影響が発生し
やすい形状の焦点検出用パターンを、前記投影光学系を
介して、前記ウェーハ上に転写する第１の工程と、前記
ウェーハ上に形成された前記焦点検出用パターンの投影
パターン像より、少なくとも該投影パターン像の形成に
最適な前記投影光学系のデフォーカス量の補正値を算出
する第２の工程と、前記算出された補正値にもとづい
て、前記投影光学系のデフォーカス量を調整する第３の
工程と、前記デフォーカス量を調整した状態で、前記レ
チクルに形成された所定のマスクパターンを、前記投影
光学系を介して、前記ウェーハ上に投影露光する第４の
工程とからなっている。

【００２５】この発明の露光装置の露光方法によれば、
ウェーハ上に結像される投影パターン像に、光近接効果
による影響が出やすい形状の焦点検出用パターンを用い
るようにしているため、投影パターン像の一部が欠け
る、いわゆるパターン剥がれの発生を防止できるように
なる。これにより、投影パターン像の形成における精度
を保障できるとともに、それを正確に測定することが可
能となるものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１は、本発明にかか
る、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型光露
光装置（光ステッパ）の概略構成を示すものである。

【００２７】すなわち、光源１１からの照明光は、コン
デンサ・レンズ２１を介して、投影原版としてのレチク
ル（マスク）Ｒに照射される。すると、レチクルＲから
の投影像が、両面もしくは片面がテレセントリックな投
影レンズ（投影光学系）４１により縮小されて、ウェー
ハＨＷ上に投影される。

【００２８】このとき、上記ウェーハＨＷの露光面には
フォトレジストが塗られており、このレジストが、上記
投影レンズ４１を経て投影される縮小パターン像により
露光される。

【００２９】光源１１には、上記ウェーハＨＷの露光面
に塗られたフォトレジストを感光させるのに有効な光、
たとえば、ｇ線やｉ線の光を発する水銀ランプが用いら
れる。

【００３０】レチクルＲには、たとえば、上記縮小パタ
ーン像に相当する、半導体集積回路素子の回路パターン
（マスクパターン）が形成されている。また、その回路
パターンの非形成領域である、たとえば、ダイシングラ
イン（スクライブライン）上には、焦点検出用パターン
（詳細については後述する）が設けられている。

【００３１】レチクルＲは、上記照明光の光軸上に固定
されたレチクルステージ３１上に搭載されるようになっ
ている。このレチクルステージ３１には、上記投影像を
透過させるための、上記レチクルＲ上の回路パターンよ
りも大きな開口部３１ａが設けられている。

【００３２】投影レンズ４１には、たとえば、上記レチ
クルＲ側が非テレセントリックで、上記ウェーハＨＷ側
がテレセントリックな光学系が用いられる。この投影レ
ンズ４１は、たとえば、後述する制御系６１による投影
倍率の設定に応じて、上記照明光の光軸方向に移動可能
に設けられている。

【００３３】ウェーハＨＷには、その露光面に、上記光
源１１からの照明光によって容易に感光されるフォトレ
ジストが塗られている。ウェーハＨＷは、上記照明光の
光軸方向に垂直なＸ軸方向，Ｙ軸方向、および、上記照
明光の光軸方向に平行なＺ軸方向に、それぞれ移動可能
なウェーハステージ５１上に搭載されるようになってい
る。

【００３４】ウェーハステージ５１のＸ軸方向の移動、
Ｙ軸方向の移動、および、Ｚ軸方向への移動は、それぞ
れ、図示していない各軸方向の駆動機構を介して、上記
制御系６１によって制御されるようになっている。

【００３５】そして、上記ウェーハステージ５１は、た
とえば、そのＺ軸方向の位置がレーザ干渉計５２によっ
て検出されるようになっている。同様に、ウェーハステ
ージ５１のＸ軸方向の位置およびＹ軸方向の位置も、そ
れぞれ、図示していないレーザ干渉計によって検出さ
れ、それぞれの出力が、上記制御系６１に供給されるよ
うになっている。

【００３６】また、この光ステッパには、レチクルＲか
らの投影像を、ウェーハＨＷ上の露光面に対して高精度
に合焦させるための、たとえば、アライメント検出器を
兼ねる寸法測定装置７１が設けられている。

【００３７】この寸法測定装置７１は、たとえば、ウェ
ーハＨＷの露光面上に形成された、焦点検出用パターン
に対応する投影パターン像にスポット光を照射すること
が可能なランプ７１ａ、上記投影パターン像による反射
光（回折光または散乱光）を検出する光電変換器７１
ｂ、および、この光電変換器７１ｂに上記反射光を導く
ハーフミラー７１ｃによって構成されている。

【００３８】制御系６１は、この光ステッパの全体的な
制御を司るものであって、たとえば、上記光源１１の点
灯、上記投影レンズ４１の移動、および、上記ウェーハ
ステージ５１の移動の他、上記寸法測定装置７１の光電
変換器７１ｂの出力から、縮小パターン像（レジストパ
ターン）の形成に最適な露光処理条件としての、上記投
影レンズ４１のフォーカス位置からの位置ずれ（焦点ず
れ）を補正するための補正値（デフォーカス量、また
は、合焦点位置との差分）を算出するとともに、上記レ
ーザ干渉計５２からの出力をチェックしつつ、その補正
値にしたがって上記ウェーハステージ５１のＺ軸方向の
位置（露光条件）を制御するようになっている。

【００３９】また、上記制御系６１では、上記寸法測定
装置７１の光電変換器７１ｂの出力にもとづいて、上記
ウェーハステージ５１のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置
を制御し、上記レチクルＲと上記ウェーハＨＷとの位置
合わせ（アライメント）を行うようになっている。

【００４０】図２は、上記した補正値の算出に用いられ
る、焦点検出用パターンの一例を示すものである。焦点
検出用パターンＣＰａは、たとえば同図（ａ）に示すよ
うに、上記投影レンズ４１の焦点ずれ（露光条件の変
化）により、上記ウェーハＨＷ上に結像される投影パタ
ーン像ＲＰａに、光近接効果による影響（コーナー部分
が丸くなる、いわゆるコーナーラウンディング現象）が
発生しやすい、略正方形のほぼ９０°とされた各コーナ
ー部分を上下左右方向にそれぞれ配置した矩形状の単独
パターンとなっている。

【００４１】この焦点検出用パターンＣＰａの場合、た
とえば同図（ｂ）に示すように、上記投影レンズ４１の
焦点ずれにともなって、投影パターン像ＲＰａのコーナ
ー部分の丸まりが徐々に大きくなる。

【００４２】したがって、たとえば同図（ｃ）に示すよ
うに、上記投影パターン像ＲＰａの横方向の長さＬｘ
_RPa または縦方向の長さＬｙ_RPa を求めることにより、
デフォーカスごとのフォーカス位置との焦点ずれの量
（補正値ΔＦ）を正確に算出できる。

【００４３】次に、本発明の実施の一形態にかかる露光
方法について、上記した構成の光ステッパを例に簡単に
説明する。露光時には、たとえば、１ショットごとに光
源１１およびウェーハステージ５１を制御系６１により
駆動して、レチクルＲに形成されている素子の回路パタ
ーンを投影レンズ４１を介して投影し、ウェーハＨＷ上
に上記回路パターンに対応した縮小パターン像を転写す
る。

【００４４】そして、ウェーハＨＷの位置を変えなが
ら、上記回路パターンの投影を繰り返すことにより、ウ
ェーハＨＷの露光面上に縮小パターン像をステップ・ア
ンド・リピート方式によりマトリックス状に転写する。

【００４５】その際、上記制御系６１では、上記寸法測
定装置７１の測定結果をもとに、上記投影レンズ４１の
フォーカス位置からの焦点ずれを補正するための補正値
ΔＦを算出し、その補正値ΔＦにしたがって上記ウェー
ハステージ５１のＺ軸方向の位置を制御する。

【００４６】また、上記寸法測定装置７１の測定結果に
もとづいて、上記ウェーハステージ５１のＸ軸方向およ
びＹ軸方向の位置を制御し、上記レチクルＲと上記ウェ
ーハＨＷとの位置合わせを行う。

【００４７】すなわち、上記回路パターンの露光にとも
なって、上記ウェーハＨＷ上に転写される、上記レチク
ルＲ上に形成されている焦点検出用パターンＣＰａの投
影パターン像ＲＰａの、たとえば、対向する２コーナー
間の長さ（サイズ長）を上記寸法測定装置７１によって
測定し、その結果を光電変換器７１ｂの出力として取り
込む。

【００４８】そして、その測定結果より、たとえば、投
影パターン像ＲＰａの横方向の長さＬｘ_RPa を割り出す
とともに、割り出した横方向の長さＬｘ_RPa を、上記投
影レンズ４１のフォーカス位置での投影パターン像ＲＰ
ａの長さ（設計値など）と比較することで、実際の上記
投影レンズ４１のデフォーカス量を求め、それを補正値
ΔＦとして算出する。

【００４９】さらに、上記レーザ干渉計５２からの出力
をチェックしつつ、その補正値ΔＦにしたがって上記ウ
ェーハステージ５１のＺ軸方向の位置を制御し、上記投
影レンズ４１のフォーカス位置からの焦点ずれを補正す
る。

【００５０】また、その際に、たとえば図３に示すよう
に、上記光電変換器７１ｂの出力Ｏ₇₁から、上記焦点検
出用パターンＣＰａの投影パターン像ＲＰａと、上記ウ
ェーハＨＷ上に設けられた周知のアライメントマーク
（バーインバーの１ｓｔマーク）ＡＭとの位置ずれの量
ΔＬｘを算出する。

【００５１】そして、その位置ずれの量ΔＬｘを補正す
るように、上記ウェーハステージ５１のＸ軸方向の位置
を制御するとともに、同様にして、Ｙ軸方向の位置を制
御することにより、上記レチクルＲと上記ウェーハＨＷ
とを位置合わせする。

【００５２】このようにして、上記投影レンズ４１のフ
ォーカス位置からの焦点ずれの補正、および、上記レチ
クルＲと上記ウェーハＨＷとの位置合わせを行いなが
ら、上記レチクルＲに形成されている回路パターンの、
上記ウェーハＨＷの露光面上への投影をステップ・アン
ド・リピート方式により繰り返すことによって、光ステ
ッパによる露光処理が常に最適な露光条件のもとで行わ
れる。

【００５３】上記したように、投影レンズのフォーカス
位置からの焦点ずれを検出するための焦点検出用パター
ンの、投影パターン像の一部が欠ける、いわゆるパター
ン剥がれの発生を防止できるようにしている。

【００５４】すなわち、ウェーハ上に結像される投影パ
ターン像に、光近接効果による影響が出やすい矩形状パ
ターンを焦点検出用パターンとして用いるようにしてい
る。これにより、焦点検出用パターンによる投影パター
ン像を忠実に再現できるようになるため、投影パターン
像の形成における精度を保障することが可能となる。し
たがって、高価な測定機器を用いることなく、投影パタ
ーン像の形成に最適な投影レンズのフォーカス位置（デ
フォーカス量）を正確に算出でき、露光装置の露光条件
を高精度に制御することが可能となるものである。

【００５５】特に、焦点検出用パターンを回路用のレチ
クル上に形成するようにしているため、現像処理を必要
とすることなしに、露光処理と並行して投影レンズの焦
点ずれを補正でき、回路パターンの転写を常に最適な露
光条件のもとで実行できる。

【００５６】しかも、焦点検出用パターンの投影パター
ン像を、バーインバー方式のアライメント機構における
２ｎｄマークとしても利用することによって、焦点ずれ
の補正と同時に、レチクルとウェーハとの位置合わせを
も容易に行うことが可能である。

【００５７】また、投影パターン像の形成における精度
を保障できるようになるため、後のレチクル欠陥検査に
おいて、該パターン像が欠陥として誤認識されるのを軽
減することも可能となる。

【００５８】なお、上記した本発明の実施の一形態にお
いては、焦点検出用パターンの投影パターン像の横方向
の長さＬｘ_RPa をもとに投影レンズの焦点ずれを補正す
るようにした場合について説明したが、これに限らず、
たとえば投影パターン像の縦方向の長さＬｙ_RPa によっ
ても同様に実施できるものであり、また、縦と横の両方
向の長さによって補正するようにした場合には、いずれ
か一方向の長さによって補正する場合よりもより高精度
な制御が可能となる。

【００５９】また、焦点検出用パターンのみが設けられ
た補正用のレチクルを用いて、あらかじめ投影レンズの
焦点ずれを補正した後に、回路用のレチクルを用いて回
路パターンの露光を行うようにしても良い。

【００６０】また、投影レンズの焦点ずれを補正する場
合、ウェーハステージの位置を制御する場合に限らず、
直接、投影レンズの位置を制御することによって補正す
ることも可能である。

【００６１】また、露光条件としては、露光量にかかわ
らず、投影レンズの焦点ずれを補正することも可能であ
るし、たとえば、露光量を一定に保った状態で投影レン
ズの焦点ずれを補正することも、もしくは、投影レンズ
を焦点位置に保った状態で露光量の調整を行うことも可
能である。

【００６２】また、寸法測定装置としては、たとえば、
投影レンズを介さずに焦点検出用パターンの投影パター
ン像を測定するようにしても良く、または、電子ビーム
を用いることもできる。

【００６３】さらに、焦点検出用パターンは、略正方形
状を有する１つの矩形状パターンからなる単独パターン
に限らず、たとえば図４に示すように、いくつかの矩形
状パターンからなる複数の単独パターン（第二の構成
例）によって構成することも可能である。

【００６４】同図（ａ）は、２つの矩形状パターンｃｐ
₁ ，ｃｐ₂ が横方向に並べられた焦点検出用パターンＣ
Ｐｂを示すもので、この場合、２つの矩形状パターンｃ
ｐ₁，ｃｐ₂ の投影パターン像（ＲＰｂ）における全長
（Ｌａ_RPb）が最大で、かつ、投影パターン像間におけ
る間隔長（Ｌｂ_RPb）が最小となるように露光条件を制
御するようにした場合には、上記した、かかる露光方法
の√２（ルート２）倍程度の高感度での寸法測定装置に
よる測定を行うことが可能となる。

【００６５】同図（ｂ）は、ｎ個の矩形状パターンｃｐ
₁ ，ｃｐ₂ ，…，ｃｐ_n が横方向に並べられた焦点検出
用パターンＣＰｂ´を示すもので、この場合も、同様に
して露光条件を制御するようにした場合には、上記し
た、かかる露光方法の√ｎ（ルートｎ）倍程度の高感度
での寸法測定装置による測定を行うことが可能となる。

【００６６】また、焦点検出用パターンとしては、複数
の矩形状パターンを任意に組み合わせてなる集合パター
ンによって構成することも可能である。図５は、たとえ
ば、複数の矩形状パターンｃｐを大小の矩形の枠状に連
続して並べた焦点検出用パターン（第三の構成例）ＣＰ
ｃを示すものであり、この場合、その一方の投影パター
ン像における横方向の長さ（Ｌｘ_RPc （または、縦方向
の長さ（Ｌｙ_RPc ）））および他方の投影パターン像に
おける縦方向の長さ（Ｌｙ_RPc （または、横方向の長さ
（Ｌｘ_RPc ）））が共に（もしくは、いずれか一方が）
最大となるように露光条件を制御することによっても、
上記した、かかる露光方法とほぼ同様の効果が期待でき
る。

【００６７】なお、たとえば図６に示すように、投影パ
ターン像ＲＰｃの一方のパターン像ＲＰｃ₁ または他方
のパターン像ＲＰｃ₂ を、バーインバー方式のアライメ
ント機構における１ｓｔマークまたは２ｎｄマークとし
て利用するようにした焦点検出用パターン（ＣＰｃ´）
においては、上述した通り、投影レンズの焦点ずれの補
正と同時に、レチクルとウェーハとの位置合わせ（横方
向の位置ずれの量ΔＬｘおよび縦方向の位置ずれの量Δ
Ｌｙの算出）をも容易に行うことが可能となる。

【００６８】図７は、たとえば、上下および左右の各方
向がそれぞれ線対称となるように、複数の矩形状パター
ンｃｐを縦横方向に隙間なく連続して並べた焦点検出用
パターン（第四の構成例）ＣＰｄを示すものであり、こ
の場合、その投影パターン像（ＲＰｄ）における横方向
の長さ（Ｌｘ_RPd ）および縦方向の長さ（Ｌｙ_RPd ）が
共に（もしくは、いずれか一方が）最大となるように露
光条件を制御することによっても、上記した、かかる露
光方法とほぼ同様の効果が期待できる。

【００６９】図８は、たとえば、ある方向（ここでは、
左上から右下方向）の対角線に対して線対称となるよう
に、複数の矩形状パターンｃｐを縦横方向に隙間なく連
続して並べた焦点検出用パターン（第五の構成例）ＣＰ
ｅを示すものであり、この場合、その投影パターン像
（ＲＰｅ）における外向きのコーナー部分（ｏ）から内
向きのコーナー部分（ｉ）までの横方向の長さ（Ｌｘ
_RPe ）および縦方向の長さ（Ｌｙ_RPe ）が共に（もしく
は、いずれか一方が）最大となるように露光条件を制御
することによっても、上記した、かかる露光方法とほぼ
同様の効果が期待できる。

【００７０】なお、図７に示した焦点検出用パターンＣ
Ｐｄおよび図８に示した焦点検出用パターンＣＰｅは、
それぞれ、単独パターンとして構成する場合の他、たと
えば図４に示したように、いくつかのパターンを並べて
１つの焦点検出用パターンとして構成することも可能で
ある。

【００７１】図９は、たとえば、焦点検出用パターン
（第六の構成例）ＣＰｆとして、複数の矩形状パターン
ｃｐを少なくとも縦方向に連続して並べた１つの集合パ
ターンＣＰｆａと、光近接効果による影響が発生しにく
い長方形状のパターンＣＰｆｂとを対向配置させて構成
した場合を例に示すものである。

【００７２】この場合、長方形状のパターンＣＰｆｂ
は、デフォーカス時におけるパターンの変形の度合いが
小さいため、集合パターンＣＰｆａとの間の距離が算出
しやすく、その結果、焦点検出用パターンＣＰｆの投影
パターン像（ＲＰｆ）における間隔長（Ｌ_RPf）が最小
となるように露光条件を制御することによっても、上記
した、かかる露光方法とほぼ同様の効果が期待できる。

【００７３】なお、上記した各構成の焦点検出用パター
ンにおいては、いずれも略正方形状の矩形状パターンを
用いて構成した場合についてそれぞれ説明したが、他の
形状（角度）の矩形状パターンを用いて構成することも
可能である。

【００７４】さらに、光近接効果による影響が発生しや
すい形状の焦点検出用パターンとしては、たとえば図１
０に示すように、ひし形状の矩形状パターンｃｐａの、
より鋭角となっているコーナー部分の先端部を複数に分
割した構造の焦点検出用パターン（第七の構成例）ＣＰ
ｇにより構成することもできる。

【００７５】この場合、焦点検出用パターンＣＰｇは、
露光条件の変化により、その投影パターン像（ＲＰｇ）
の先端部が短くなる、いわゆるパターンショートニング
現象の発生を抑えることができるようになるため、投影
パターン像の長さ（Ｌ_RPg ）を正確に測定することが可
能となり、上記した、かかる露光方法とほぼ同様の効果
が期待できる。

【００７６】同様に、たとえば図１１に示すように、長
方形状の矩形状パターンｃｐｂの先端部を複数に分割し
た構造の焦点検出用パターン（第八の構成例）ＣＰｈを
構成した場合にも、その投影パターン像（ＲＰｈ）の長
さ（Ｌ_RPh ）を正確に測定することが可能であり、十分
な効果が期待できる。

【００７７】なお、図１０に示した焦点検出用パターン
ＣＰｇおよび図１１に示した焦点検出用パターンＣＰｈ
は、それぞれ、単独パターンとして構成する場合の他、
たとえば、いくつかのパターンを並べて１つの焦点検出
用パターンとして構成することも可能である。その他、
この発明の要旨を変えない範囲において、種々変形実施
可能なことは勿論である。

【００７８】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、投影パターン像の形成に最適な露光処理条件を正確
に算出でき、露光装置の露光条件を高精度に制御するこ
とが可能な露光装置の露光方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる、ステップ・アンド・リピー
ト方式の縮小投影型光露光装置の概略を示す構成図。

【図２】本発明の実施の一形態にかかる、動作を説明す
るために示す焦点検出用パターンの概略図。

【図３】同じく、焦点検出用パターンを用いた、レチク
ルとウェーハとのアライメント動作を説明するために示
す概略図。

【図４】焦点検出用パターンの他の構成例（第二の構成
例）を示す概略図。

【図５】焦点検出用パターンの他の構成例（第三の構成
例）を示す概略図。

【図６】第三の構成例である焦点検出用パターンを用い
た場合のアライメント動作を説明するために示す概略
図。

【図７】焦点検出用パターンの他の構成例（第四の構成
例）を示す概略図。

【図８】焦点検出用パターンの他の構成例（第五の構成
例）を示す概略図。

【図９】焦点検出用パターンの他の構成例（第六の構成
例）を示す概略図。

【図１０】焦点検出用パターンの他の構成例（第七の構
成例）を示す概略図。

【図１１】焦点検出用パターンの他の構成例（第八の構
成例）を示す概略図。

【図１２】従来技術とその問題点を説明するために示
す、直線状パターンの概略図。

【図１３】同じく、従来の直線状パターンを示す概略
図。

【符号の説明】

１１…光源２１…コンデンサ・レンズ３１…レチクルステージ３１ａ…開口部４１…投影レンズ５１…ウェーハステージ５２…レーザ干渉計６１…制御系７１…寸法測定装置７１ａ…ランプ７１ｂ…光電変換器７１ｃ…ハーフミラーＡＭ…アライメントマークＣＰａ，ＣＰｂ，ＣＰｂ´，ＣＰｃ，ＣＰｄ，ＣＰｅ，
ＣＰｆ，ＣＰｇ，ＣＰｈ…焦点検出用パターンｃｐ，ｃｐ₁ ，ｃｐ₂ ，ｃｐ₃ ，ｃｐ_n …矩形状パター
ンｃｐａ…ひし形状の矩形状パターンｃｐｂ…長方形状の矩形状パターンＣＰｆａ…集合パターンＣＰｆｂ…長方形状パターンＨＷ…ウェーハＲ…レチクルＲＰａ，ＲＰｃ，ＲＰｃ₁ ，ＲＰｃ₂ …投影パターン像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者俵山和雄神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レチクルに形成された、露光条件の変化
にともなって、ウェーハ上に結像される投影パターン像
に、光近接効果による影響が発生しやすい形状の焦点検
出用パターンを、投影光学系を介して、前記ウェーハ上
に転写する第１の工程と、前記ウェーハ上に形成された前記焦点検出用パターンの
投影パターン像より、該投影パターン像の形成に最適な
露光処理条件を算出する第２の工程と、前記算出された最適な露光処理条件にもとづいて、前記
露光条件を制御する第３の工程とからなることを特徴と
する露光装置の露光方法。
【請求項２】前記焦点検出用パターンは、露光条件の
変化にともなって、前記投影パターン像のコーナー部分
が丸くなる矩形状パターンであることを特徴とする請求
項１に記載の露光装置の露光方法。
【請求項３】前記焦点検出用パターンは、１つの矩形
状パターンからなる単独パターンであることを特徴とす
る請求項１または２のいずれかに記載の露光装置の露光
方法。
【請求項４】前記焦点検出用パターンは、複数の単独
パターンからなることを特徴とする請求項１、２または
３のいずれかに記載の露光装置の露光方法。
【請求項５】前記焦点検出用パターンは、複数の矩形
状パターンを組み合わせてなる集合パターンであること
を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の露光
装置の露光方法。
【請求項６】前記焦点検出用パターンは、複数の集合
パターンからなることを特徴とする請求項１、２または
５のいずれかに記載の露光装置の露光方法。
【請求項７】前記焦点検出用パターンは、前記集合パ
ターンと光近接効果による影響が発生しにくい形状のパ
ターンとからなることを特徴とする請求項１または５の
いずれかに記載の露光装置の露光方法。
【請求項８】前記レチクルには、前記投影光学系を介
して、前記ウェーハ上に投影露光される所定のマスクパ
ターンが形成されてなることを特徴とする請求項１に記
載の露光装置の露光方法。
【請求項９】前記第２の工程は、前記焦点検出用パタ
ーンの投影パターン像のサイズ長から、該投影パターン
像の形成に最適な露光処理条件を算出するものであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の露光装置の露光方法。
【請求項１０】前記第２の工程は、前記焦点検出用パ
ターンの投影パターン像間の間隔長から、該投影パター
ン像の形成に最適な露光処理条件を算出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置の露光方
法。
【請求項１１】前記第３の工程は、前記投影光学系の
デフォーカス量を調整するものであることを特徴とする
請求項１に記載の露光装置の露光方法。
【請求項１２】前記第１，第２，第３の各工程は、前
記レチクルに形成された前記マスクパターンを、前記投
影光学系を介して、前記ウェーハ上に投影露光する際に
行われることを特徴とする請求項１または８のいずれか
に記載の露光装置の露光方法。
【請求項１３】前記第１，第２，第３の各工程は、所
定のマスクパターンが形成されたレチクルの、前記マス
クパターンを、前記投影光学系を介して、前記ウェーハ
上に投影露光する前に行われることを特徴とする請求項
１に記載の露光装置の露光方法。
【請求項１４】さらに、前記ウェーハ上に形成された
前記焦点検出用パターンの投影パターン像を用いて、前
記レチクルおよび前記ウェーハの位置の合わせずれ量を
算出する工程と、その算出された合わせずれ量によって、前記レチクルに
対する前記ウェーハの位置を調整する工程とを備えるこ
とを特徴とする請求項１に記載の露光装置の露光方法。
【請求項１５】レチクルに形成された所定のマスクパ
ターンを投影光学系を介してウェーハ上に投影露光する
露光装置の露光方法において、前記レチクルに形成された、デフォーカス量および露光
量の変化にともなって、前記ウェーハ上に結像される投
影パターン像に、光近接効果による影響が発生しやすい
形状の焦点検出用パターンを、前記投影光学系を介し
て、前記ウェーハ上に転写する第１の工程と、前記ウェーハ上に形成された前記焦点検出用パターンの
投影パターン像より、少なくとも該投影パターン像の形
成に最適な前記投影光学系のデフォーカス量の補正値を
算出する第２の工程と、前記算出された補正値にもとづいて、前記投影光学系の
デフォーカス量を調整する第３の工程と、前記デフォーカス量を調整した状態で、前記レチクルに
形成された所定のマスクパターンを、前記投影光学系を
介して、前記ウェーハ上に投影露光する第４の工程とか
らなることを特徴とする露光装置の露光方法。
【請求項１６】前記焦点検出用パターンは、前記デフ
ォーカス量および露光量の変化にともなって、前記投影
パターン像のコーナー部分が丸くなる矩形状パターンで
あることを特徴とする請求項１５に記載の露光装置の露
光方法。
【請求項１７】前記焦点検出用パターンは、１つの矩
形状パターンからなる単独パターンであることを特徴と
する請求項１５または１６のいずれかに記載の露光装置
の露光方法。
【請求項１８】前記焦点検出用パターンは、複数の単
独パターンからなることを特徴とする請求項１５、１６
または１７のいずれかに記載の露光装置の露光方法。
【請求項１９】前記焦点検出用パターンは、複数の矩
形状パターンを組み合わせてなる集合パターンであるこ
とを特徴とする請求項１５または１６のいずれかに記載
の露光装置の露光方法。
【請求項２０】前記焦点検出用パターンは、複数の集
合パターンからなることを特徴とする請求項１５、１６
または１９のいずれかに記載の露光装置の露光方法。
【請求項２１】前記焦点検出用パターンは、前記集合
パターンと光近接効果による影響が発生しにくい形状の
パターンとからなることを特徴とする請求項１５または
１９のいずれかに記載の露光装置の露光方法。
【請求項２２】前記第２の工程は、前記焦点検出用パ
ターンの投影パターン像のサイズ長から、該投影パター
ン像の形成に最適な前記投影光学系のデフォーカス量の
補正値を算出するものであることを特徴とする請求項１
５に記載の露光装置の露光方法。
【請求項２３】前記第２の工程は、前記焦点検出用パ
ターンの投影パターン像間の間隔長から、該投影パター
ン像の形成に最適な前記投影光学系のデフォーカス量の
補正値を算出するものであることを特徴とする請求項１
５に記載の露光装置の露光方法。
【請求項２４】さらに、前記ウェーハ上に形成された
前記焦点検出用パターンの投影パターン像を用いて、前
記レチクルおよび前記ウェーハの位置の合わせずれ量を
算出する工程と、その算出された合わせずれ量によって、前記レチクルに
対する前記ウェーハの位置を調整する工程とを備えるこ
とを特徴とする請求項１５に記載の露光装置の露光方
法。