JP2002311567A

JP2002311567A - レクチル

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Publication number: JP2002311567A
Application number: JP2002105081A
Authority: JP
Inventors: Michio Kono; 道生河野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2002-10-23
Anticipated expiration: 2021-07-05
Also published as: JP3793106B2

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系の残存収差、或いは、露光による
熱収差の影響を受けにくい、安定したフォーカス計測が
可能となる投影露光装置に用いるレチクルを提供するこ
と。【解決手段】投影光学系の開口数をＮＡ、投影倍率を
β、露光波長をλとした時、周期Ｐが２λ／（ＮＡβ）
＜Ｐ＜１６λ／（ＮＡβ）を満たす繰り返しパターンを
有するマークをレチクルに設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置に用
いるレチクルに関し、特に半導体素子製造の分野におい
て、半導体ウエハ表面にレチクルの回路パターンを繰り
返し縮小投影露光する際の自動焦点調整機能所謂オート
フォーカス機能を有するステッパーと呼ばれる投影露光
装置に用いるレチクルに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子，ＬＩＳ素子，超ＬＳ
Ｉ素子等のパターンの微細化、高集積化の要求により、
投影露光装置において高い解像力を有した結像（投影）
光学系が必要とされてきている為、結像光学系の高ＮＡ
化が進み結像光学系の焦点深度は浅くなりつつある。

【０００３】又、ウエハには、平面加工技術の点から、
ある程度の厚さのばらつきと曲りを許容しなければなら
ない。通常ウエハ曲りの矯正については、サブミクロン
のオーダで平面度を保証する様に加工されたウエハチャ
ック上にウエハを載せ、ウエハの背面をバキューム吸着
することにより平面矯正を行っている。しかしながら、
ウエハ１枚の中での厚さのばらつきや吸着手法、更には
プロセスが進む事によって生ずるウエハの変形について
は、いくらウエハの平面を矯正しようとしても矯正不能
である。

【０００４】この為、レチクルパターンが縮小投影露光
される画面領域内でウエハが凹凸を持つ為、実効的な光
学系の焦点深度は、さらに浅くなってしまう。

【０００５】従って、縮小投影露光装置に於いては、ウ
エハ面を焦点面に（投影光学系の像面）に合致させる為
の有効な自動焦点合わせ方法が重要なテーマとなってい
る。

【０００６】従来の縮小投影露光装置のウエハ面位置検
出方法としては、エアマイクロセンサを用いる方法と、
投影露光光学系を介さずにウエハ面に斜め方向から光束
を入射させ、その反射光の位置ずれ量を検出する方法
（光学方式）が知られている。

【０００７】一方、この種の投影露光装置では、投影光
学系の周囲温度変化、大気圧変化、投影光学系に照射さ
れる光線による温度上昇、あるいは投影光学系を含む装
置の発熱による温度上昇などにより焦点位置（像面位
置）が移動し、これを補正しなければならない。従っ
て、周囲の温度変化、大気圧変化を検出器によって計測
したり、投影光学系内の一部の温度変化、大気圧変化を
検出器により計測したりすることにより、投影光学系の
焦点位置を計算し、補正を行っていた。

【０００８】しかしながら、この方法では、投影光学系
のピント位置を直接計測していない為、温度，大気圧を
計測する検出器の検出誤差、また温度変化量、大気圧変
化量より、投影光学系のピント位置を計算し補正する際
の、近似式である計算式に含まれる誤差により、高精度
の投影光学系の焦点位置検出が不可能であるという欠点
があった。

【０００９】このような問題を克服する方法として露光
レンズを直に通してそのピント面を検出する、いわゆ
る、スルーザレンズオートフォーカスシステム（ＴＴＬ
ＡＦ）という方式が考案されている。図７は特開平１−
２８６４１８で開示されたその従来例である。

【００１０】図７において、７はレチクルであり、レチ
クルステージ７０に保持されている。レチクル７上の回
路パターンが縮小投影レンズ８によって、ｘｙｚステー
ジ１０上のウエハ９上に１／５に縮小されて結像し、露
光が行われる。図７では、ウエハ９に隣接する位置に、
ウエハ９の上面とミラー面がほぼ一致する基準平面ミラ
ー１７が配されている。実際のレジストが塗布されたウ
エハを用いる代りに基準平面ミラー１７を用いる理由は
レジスト等によってだまされない為である。

【００１１】又、ｘｙｚステージ１０は投影レンズ８の
光軸方向（ｚ）及びこの方向に直交する面内で移動可能
であり、もちろん光軸のまわりに回転させることもでき
る。

【００１２】レチクル７は、同図の１〜６で示される照
明光学系によって、回路パターンの転写が行われる画面
領域内を照明されている。

【００１３】露光用の光源である水銀ランプ１の発光部
は楕円ミラー２の第一焦点に位置しており、水銀ランプ
１より発光した光は、楕円ミラー２の第二焦点位置に集
光している。楕円ミラー２の第二焦点位置にその光入射
面を位置付けたオプティカルインテグレーター３が置か
れており、オプティカルインテグレーター３の光出射面
は２次光源を形成する。この２次光源をなすオプティカ
ルインテグレーター３より発する光は、コンデンサーレ
ンズ４を介し、ミラー５により光軸（光路）が９０°を
折り曲げられる。尚、５５は露光波長の光を選択的にと
り出す為のフィルターで、５６は露光の制御を行う為の
シャッターである。このミラー５により反射された露光
光は、フィールドレンズ６を介し、レチクル７上の、回
路パターンの転写が行われる画面領域内を照明してい
る。本実施例では、ミラー５は露光光を例えば５〜１０
％という様に部分的に透過する構成となっている。ミラ
ー５を通過した光はレンズ５２、露光波長を透過し光電
検出に余分な光をカットするフィルター５１を介して、
光源のゆらぎ等をモニターする為の光検出器５０に到達
する。

【００１４】同図において１１〜１２は、公知のオフア
クシスのオートフォーカス光学系を形成している。１１
は投光光学系であり、投光光学系１１より発せられた非
露光光である光束は、縮小投影レンズ８の光軸と交わ
る。基準平面ミラー１７上の点（あるいはウエハ９の上
面）に集光し反射されるものとする。この基準平面ミラ
ー１７で反射された光束は、検出光学系１２に入射す
る。図示は略したが、検出光学系１２内には位置検出用
受光素子が配されており、位置検出用受光素子と基準平
面ミラー１７上の光束の反射点は、共役となる様配置さ
れており、基準平面ミラー１７の縮小投影レンズ８の光
軸方向の位置ズレは、検出光学系１２内の位置検出用受
光素子上での入射光束の位置ズレとして計測される。

【００１５】この検出光学系１２により計測された基準
平面ミラー１７の所定の基準面よりの位置ズレは、オー
トフォーカス制御系１９に伝達される。オートフォーカ
ス制御系１９は、基準平面ミラー１７が固設されたｘｙ
ｚステージ１０を駆動する処の駆動系２０に指令を与え
る。又、ＴＴＬでフォーカス位置を検知する時、オート
フォーカス制御系１９は基準ミラー１７を所定の基準位
置の近傍で投影レンズ８の光軸方向（ｚ方向）に上下に
駆動を行うものとする。また、露光の際のウエハ９の位
置制御（図７の基準平面ミラー１７の位置にウエハ９が
配置される）もオートフォーカス制御系１９により行わ
れる。

【００１６】次に本発明である処の、縮小投影レンズ８
のピント位置検出光学系について説明する。図８，図９
において７はレチクル、２１はレチクル７上に形成され
たパターン部で遮光性をもつものとする。又、２２はパ
ターン部２１に挟まれた遮光部である。ここで、縮小投
影レンズ８のピント位置（像面位置）の検出を行う時
は、ｘｙｚステージ１０は縮小投影レンズ８の光軸方向
に移動する。

【００１７】基準平面ミラー１７は縮小投影レンズ８の
光軸上に位置しており、レチクル７は、照明光学系１〜
６により照明されているものとする。

【００１８】始めに、基準平面ミラー１７が縮小投影レ
ンズ８のピント面にある場合について図８を用いて説明
する。レチクル７上の透過部２２を通った露光光は、縮
小投影レンズ８を介して、基準平面ミラー１７上に集光
し反射される。反射された露光光は、往路と同一の光路
をたどり、縮小投影レンズ８を介しレチクル７に集光
し、レチクル７上のパターン部２１間の投光部２２を通
過する。この時、露光光は、レチクル７上のパターン部
２１にケラレることなく、全部の光束がパターン部２１
の透過部を通過する。

【００１９】次に、基準平面ミラー１７が縮小投影レン
ズ８のピント面よりズレた位置にある場合について図９
を用いて説明する。レチクル７上のパターン部２１の透
過部を通った露光光は、縮小投影レンズ８を介し、基準
平面ミラー１７上に達するが、基準平面ミラー１７は、
縮小投影レンズ８のピント面にないので、露光光は、広
がった光束として基準平面ミラー１７で反射される。即
ち、反射された露光光は往路と異なる光路をたどり、縮
小投影レンズ８を通り、レチクル７上に集光することな
く、基準平面ミラー１７の縮小投影レンズ８のピント面
からのズレ量に対応した広がりをもった光束となってレ
チクル７上に達する。この時露光光はレチクル７上のパ
ターン部２１によって一部の光束がケラレを生じ全部の
光束が投光部２２を通過することはできない。即ちピン
ト面に合致した時とそうでない時にはレチクルを通して
の反射光量に差が生じるのである。

【００２０】図８，図９において説明した、基準平面ミ
ラー１７で反射された露光光の光束がレチクル７を通過
した後の光路を、図１０を用いて説明する。

【００２１】レチクル７を透過した露光光は、フィール
ドレンズ６を通りミラー５に達する。ミラー５は前述の
様に露光光に対して５〜１０％程度の透過率をもってい
るので、ミラー５に達した露光光の一部はミラー５を通
過し、結像レンズ１３を介し視野絞り１４の面上に集光
する。この時、レチクル７のパターンの存在する面と視
野絞り１４とは、結像レンズ１３を介し、共役な位置に
ある。

【００２２】視野絞り１４の開口部を通過した露光光
は、集光レンズ１５によって受光素子１６に入光する。

【００２３】受光素子１６の前面には、必要な場合は露
光光のみを選択的に透過するフィルター５１を配置する
ものとし、入射した露光光の光量に応じた電気信号を出
力する。

【００２４】以下に、この受光素子１６の信号出力を用
いて、縮小投影レンズ８のピント位置（像面位置）を検
出する方法について説明する。

【００２５】駆動系２０により基準平面ミラー１７のの
ったｘｙｚステージ１０を縮小投影レンズ８の光軸方向
に、オフアクシスオートフォーカス検出系１２で予め設
定される計測の零点を中心に駆動させるものとする。こ
の時、各位置でのオートフォーカス検出系１２が計測す
る基準平面ミラー１７の光軸方向の位置信号（オートフ
ォーカス計測値ｚ）と、基準平面ミラー１７で反射され
た露光光を受光素子１６で受光し、電気信号に変換する
ことにより焦点面（像面）検出系１８から得られる出力
の関係は、図１１に示す様になる。この時、検出系１８
の信号は光源１のゆらぎの影響を除く為、例えば検出系
１８の信号を検出系５３の信号で規格化することにより
基準光量検出系５３からの信号で補正を受けるものとす
る。

【００２６】基準平面ミラー１７が縮小投影光学系８の
ピント面に位置した場合に焦点面検出系１８の出力はピ
ーク値を示す。この時のオートフォーカス計測値ｚ_０を
もってして、縮小投影レンズ８を用いて、ウエハ９に露
光を行う際の投影光学系８のピント位置とする（又は計
測値ｚ_０に基づいて予め設定しておいたピント位置を補
正する。）。

【００２７】この様にして決まった投影レンズ８のピン
ト位置はオフアクシスオートフォーカス検出系の基準位
置となる。実際のウエハの焼付最良位置はこの基準位置
からウエハの塗布厚や段差量等の値を考慮した分だけオ
フセットを与えた値となる。例えば多層レジストプロセ
スを用いてウエハを露光する場合には多層の一番上の部
分だけを焼けば良いのでウエハのレジスト表面と基準位
置はほぼ一致する。一方、単層レジストで露光光が基板
に十分到達する様な場合、ウエハのピントはレジスト表
面ではなく基板面に合致するので、この場合レジスト表
面と基準位置の間に１μｍ以上のオフセットが存在する
事も稀ではない。こうしたオフセット量はプロセス固有
のもので投影露光装置とは別のオフセットとして与えら
れるものである。装置自体としては本発明の様な方法で
投影レンズ８自体のピント位置を正確に求められれば充
分であり、上記オフセット量は、必要な場合にのみオー
トフォーカス制御系１９や駆動系２０に対して投影露光
装置の不図示のシステムコントローラを介して予め入力
してやれば良い。

【００２８】このピント位置ｚ_０の検出は、焦点面検出
系１８の出力のピークをもって決定してもよいが、その
他にも色々な手法が考えられる。例えばより検出の敏感
度を上げるために、ピーク出力に対してある割合のスラ
イスレベルＳＬを設定し、このスライスレベルＳＬの出
力を示す時のオートフォーカス計測値ｚ_１，ｚ_２を知る
ことにより、ピント位置を

【外１】

【００２９】として決定しても良いし、又、ピーク位置
を微分法を使って求める等の手法も考えられる。

【００３０】このようなＴＴＬオートフォーカスシステ
ムの長所は、投影光学系の周囲の温度変化、大気圧変
化、露光光線による投影光学系の温度上昇等によって生
じる投影光学系のピント位置（焦点位置）の経時変化を
常時計測し補正をかけられるという点である。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】従来このようなＴＴＬ
オートフォーカスの計測に使われるマークにはラインア
ンドスペースの繰り返しパターンを有するマークが良く
用いられている。これは例えば図１３の様にレチクル上
で実素子（回路）パターン描かれた領域の外（ＫＭ，Ｋ
Ｓ）に設けられる。そして、それらの線幅は投影光学系
の解像限界に近い寸法のものである。その理由は、実際
の回路パターン転写に際して、最も焦点深度の浅いのは
投影光学系の解像限界付近のパターンであるという点、
また、最良像面位置はパターン線幅によって異なるの
で、その意味からも最もフォーカスに敏感な最小線幅に
対して像面を決定したい、という要求からである。

【００３２】しかしながら、このような細い線幅を使用
した場合、投影光学系の収差によっては図１１に示した
ＡＦ信号波形が図１２のようにくずれてしまい、ＡＦ計
測不能となる場合があった。これは予め決められた出力
値でスライスをするスライス法の場合、一つのスライス
値に対して３点以上の交点（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）が発生
し、ベストピント位置（深度中心）を求められなくなる
からである。さらには、実際のパターン転写が始まる
と、縮小投影光学系の受ける熱の為に益々その波形くず
れが悪化する傾向にあった。

【００３３】本発明の目的は、投影光学系の残存収差、
或いは、露光による熱収差の影響を受けにくい、安定し
たフォーカス計測が可能となる、投影露光装置に用いる
レチクルの提供にある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた為
の本発明のレチクルのある好ましい形態は、投影露光装
置に用いるレチクルであって、投影光学系の像面位置を
検出するための繰り返しパターンを有し、前記繰り返し
パターンの周期Ｐは、前記投影光学系の開口数をＮＡ、
投影倍率をβ、露光波長をλとした時、２λ／（ＮＡβ）＜Ｐ＜１６λ／（ＮＡβ）を満たすことを特徴とする。

【００３５】前記レチクルの更に好ましい形態は、回路
パターンを更に有し、前記繰り返しパターンは該回路パ
ターンが描かれた領域外に設けられることを特徴とす
る。

【００３６】前記レチクルの更に好ましい形態は、前記
繰り返しパターンは回路パターンであることを特徴とす
る。

【００３７】本発明のレチクルの他の好ましい形態は、
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系を有す
る露光装置に用いるレチクルであって、回路パターン
と、繰り返しパターンを有するマークとを有し、該繰り
返しパターンの周期Ｐは、前記投影光学系の開口数をＮ
Ａ、投影倍率をβ、露光波長をλとした時、２λ／（ＮＡβ）＜Ｐ＜１６λ／（ＮＡβ）を満たすことを特徴とする。

【００３８】以上のレチクルの更に好ましい形態は、前
記繰り返しパターンの周期Ｐは、２．５λ／（ＮＡβ）＜Ｐ＜６λ／（ＮＡβ）を満たすことを特徴とする。

【００３９】

【発明の実施の形態】我々の解析結果によると、ＡＦ計
測不能となる原因は投影光学系の持つ残存収差であり、
露光時に発生する熱収差の影響である事が判った。図１
４に基づいて、以下に詳細を述べる。

【００４０】図１４はレチクル上の回路パターンが投影
光学系によって像面上に縮小結像される一般的な結像関
係を示す図である。レチクルは不図示の照明系（左側）
によって照明される。ここに一般的なＴＴＬＡＦ用マー
ク（投影光学系の解像限界に近い線幅のラインアンドス
ペースの繰り返しパターン）が存在すると多数の回折光
が発生するが、このうち投影光学系の瞳面を通過してウ
エハやステージ基準マーク上への再結像に寄与するのは
主に０次光と±１次光である。ちなみに、実際の照明０
次光束はレチクルに対して角度的にある広がりを持って
いる。そのために±１次光以外の高次回折光の一部も投
影光学系の瞳面を通過し結像に寄与すると考えられる
が、この効果は補足的にしか利かない若しくは無視でき
る。したがって、以下の説明はいわゆる空間的コヒーレ
ンス度が０以外の一般的露光照明システムについても成
り立つ。

【００４１】一方、投影光学系には残存収差が存在す
る。これは設計上と製造上の両方で発生し得るものであ
り、球面収差、コマ収差、非点収差等、個々のレンズの
偏芯及びレンズ間隔に起因するものも含む。

【００４２】図１５ではその一例としてＮＡの４乗に比
例する４次の球面収差が発生している場合を示している
（横軸は瞳上の座標であり、投影光学系の最大開口数
（ＮＡ）を１．０として正規化してある。縦軸は波面収
差量（λ）である）。この様な投影光学系の最適ピント
位置を求めるには、ウエハ面をわざとデフォーカスさせ
て収差のバランスをとる。すなわち、理論上デフォーカ
スによって発生する波面収差はＮＡの２乗に比例するの
で、これと残存球面収差とをキャンセルさせる。図１５
では、瞳の最外周（ＮＡ１．０）の位置で両方の収差の
和を０としている。この場合、最終的に最適ピント位置
で発生する残存収差量（ＷＡ）は次式で与えられる。

【００４３】ＷＡ＝Ｓ×（ＮＡ）^４−Ｓ×（ＮＡ）^２・・・・式（１）但し、Ｓの値は瞳面最外周で発生するレンズ固有の残存
収差量であり、図１５では実際的な値として１．０λと
した。

【００４４】式（１）で発生する残存収差の最大値は同
式を微分すれば容易に求まり、ＮＡ＝０．７の位置でＷ
Ａ＝０．２５λである。各瞳座標位置（ＮＡ）での残存
波面収差量を図１６に示す。

【００４５】以上は投影光学系を片道通過した時、つま
り、ウエハ面、ないしは、それと概ね同一ピント面にあ
るウエハもしくは基準マーク上での残存収差量を示し
た。ところが、図７で述べたコンフォーカルなＴＴＬＡ
Ｆ方式では計測光は投影光学系を往復する。光学理論に
従えば、この場合、コマ収差、デイストーション等のい
わゆる非対称収差は相殺されて０になるのに対して、球
面収差、像面湾曲、そして、非点収差等の対称収差は２
倍になる。（図１６参照。）片道、往復いずれの場合に
も残存波面収差の量はＮＡ＝０．６から０．８の範囲で
大きく、それ以外では小さい。また、収差曲線の変化率
はＮＡ＝０．８以上の領域で大きい。このことは最良像
面位置がわずかにずれただけでもこの領域の残存収差が
大きく変動する事を意味している。つまり、安定性まで
考慮すると、収差発生量の小さい領域はＮＡ＜０．５の
領域である、といえる。

【００４６】次にマークの±１次回折光が縮小投影光学
系の瞳面上を透過する位置について述べる。

【００４７】縮小投影光学系の開口数をＮＡ、ウエハ上
への投影倍率をβ、露光波長をλとすると、レチクル上
のＴＴＬＡＦマーク（デューティ比１：１のラインアン
ドスペースパターン）が解像限界線幅（＝λ／（２ＮＡ
β））である時、この±１次回折光はレンズ瞳面上でそ
の最外周の位置（ＮＡ＝１．０）に分布する。また、マ
ーク線幅がこの２倍より大きい時、その回折光はＮＡ＝
０．５の内側の位置に分布する。

【００４８】以上、縮小投影光学系の残存収差とＴＴＬ
ＡＦマーク回折光の分布状態について説明してきたが、
これから次の事が言える。

【００４９】つまり、縮小投影光学系の残存収差が発生
している場合に、その解像限界に近い線幅のマークでＴ
ＴＬＡＦ計測を行うと、マークの回折光が瞳面上で残存
収差の影響を受け、その結像特性が悪化する。その影響
度は、コンフォーカルなＴＴＬＡＦ系の場合、計測光路
が縮小投影光学系を往復するので倍加される。その結
果、計測精度が劣化したり、ひどい場合には、計測不能
に陥ってしまう。さらに、パターン転写が進むと露光光
の照射によって投影光学系の温度が上昇し、いわゆる、
熱収差が発生する。実際の熱収差にはいろんな収差が存
在するが、その主なものは球面収差である事が判ってい
る。オートフォーカス信号はこれらの収差が重なって益
々その波形くずれを悪化させてしまう。

【００５０】一方、線幅の太いマークでＴＴＬＡＦ計測
を行うと、図１１に示すような基準平面ミラーの光軸方
向の位置の移動に対する、検出光量の変化が小さくな
り、即ち検出感度が減少して、検出精度が劣化する。

【００５１】我々が検討した結果、ＴＴＬＡＦ計測を良
好に行うためのＴＴＬＡＦマークのラインとスペースの
繰り返し周期Ｐは、２λ／（ＮＡβ）＜Ｐ＜１６λ／（ＮＡβ）を満たすことが条件となる。また、更に安定した計測を
行うためには、２．５λ／（ＮＡβ）＜Ｐ＜６λ／（ＮＡβ）を満足する繰り返し周期Ｐを決定すると良い。

【００５２】（実施例１）図１（Ａ）は本発明第一の実
施例であり、ＴＴＬＡＦ計測に用いるレチクル上のマー
クを示している。縦線のラインアンドスペースパターン
で、ラインとスペースの繰り返し周期が２λ／（ＮＡ
β）より広い。このマークを図７のシステムに適用すれ
ば本発明の効果が達成される。図１（Ａ）ではラインと
スペースのデユーテイ比を１：１としているが、必ずし
もこの値である必要はない。一般には、このデユーテイ
比を変えると、回折光の強度は変化するが、その瞳面上
での位置は変わらないからである。

【００５３】図１（Ｂ）は投影光学系の瞳面上での、そ
の回折光の分布状態を示している。つまり、横軸上の黒
いドットが±１次回折光を示していて、最大ＮＡ値（瞳
半径）の０．５倍の位置より光軸側言い換えれば内側に
存在する。これに対して、ＮＡが０．６から０．８のリ
ング状の領域（図中点線の範囲）は残存波面収差が大き
い領域である。発生量は図１６を参照の事。ＴＴＬＡＦ
マークの回折光が収差の小さい領域を選んで通過してい
る事が判る。例えば、ＮＡ＝０．６，λ＝０．３６５μ
ｍ，β＝１／５の露光レンズの場合には、ラインとスペ
ースの繰り返し周期は約６μｍより大きくなる。

【００５４】（実施例２）図２（Ａ）は本発明第二の実
施例であり、同じく横線のラインアンドスペース群であ
る。図２（Ｂ）はこれの瞳面上分布であり、この場合、
回折光は縦軸上に存在する。

【００５５】（実施例３）図３（Ａ）は本発明第三の実
施例であり、同じく斜め４５度線のラインアンドスペー
ス群である。図３（Ｂ）はこれの瞳面上分布であり、こ
の場合、回折光は斜め４５度線上に存在する。

【００５６】（実施例４）図４（Ａ）は本発明第四の実
施例である。このパターンは実素子回路パターンの内
で、本発明の条件を満たすパターンの一例として取り上
げた。縦線と横線の集合体であって、それらの回折光は
図４（Ｂ）にあるように瞳面上で縦軸と横軸上に分布す
る。実素子中にこの様なパターンがあれば、それを模索
してＴＴＬＡＦマークとして利用する事ができる。これ
により、図１３のようにレチクル上にＴＴＬＡＦマーク
を指定して設ける必要がなくなる。

【００５７】（実施例５）図５は本発明第五の実施例で
ある。これまでの実施例で用いた検出システムでは、最
終的なＡＦ検出用光路は投影光学系９を往復２回通過し
ていた。本実施例ではこれが１回しか通らない光路で検
出する。すなわち、照明系から発した光束はレチクルパ
ターン８を通過後、投影光学系９の作用で基準平面ミラ
ー１３上に結像する。

【００５８】基準平面ミラー１３上には透過部と不透過
部とでパターニングされたマーク１１０（基準マーク）
が形成されている。このレチクルマーク８と基準マーク
１１０の形状はたとえば図１から図３のパターンのうち
のいずれかを用いる。レチクルパターン８と基準マーク
１１０の両方を通過した光束のみが集光光学系６０に検
出される。そして、その光量は両者の合焦状態に依存し
て変化する。

【００５９】尚、本実施例では、レチクルの上から照明
し、ウエハと概ね共役な面（基準マーク面）側で受光し
ているが、本発明の範囲はこの構成にかぎらない。逆
に、ウエハ側から照明して、レチクル側で受光してもよ
い。

【００６０】（実施例６）図６は本発明第六の実施例で
ある。これまでの実施例で用いた検出システムでＡＦ計
測光路としては、レチクルを照明し、それを透過した光
束が投影光学系９を往復２回通過した後、再びレチクル
を透過して受光されていた。本実施例では逆にＡＦ計測
用光束がウエハ基準マーク１１０を照明し、それを透過
した光束が投影光学系９を通過した後レチクル面で反射
して再び投影光学系９と同マーク１１０を透過して受光
される構成である。

【００６１】すなわち、図６で述べた基準平面ミラー１
３（マーク付）を照明し、もどり光を受光するために、
図５で示した焦点面検出系６０とこれに照明系とを付加
した光学ユニット２７をウエハステージ側に持つ。

【００６２】本実施例の場合、ＴＴＬＡＦ用マーク１１
０は基準平面ミラー１３上に形成されていて、レチクル
面はこの像の単なる反射面としての機能しかない。した
がって、レチクルの最適パターンとなりうるのはパター
ンの無い完全なクロム反射面か完全なガラス部である。
そのような反射面がレチクル上に無い場合には、できる
だけ焦点面計測に影響をあたえない実素子領域を最適パ
ターンとして選択する。

【００６３】尚、図７や図５の実施例において、ＴＴＬ
ＡＦ計測用の照明光は計測マークを透過照明していた。
本発明の及ぶ範囲はこれに限らない。つまり、レチク
ル、または、ウエハ基準マークを、例えば、ハーフミラ
ー等を介して落射照明し、その反射光を露光レンズに導
く構成もまったく同様に本発明の及ぶ範囲内である。

【００６４】次に上記説明した露光装置を利用したデバ
イスの生産方法の実施例を説明する。

【００６５】図１７は微小デバイス（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）の製造のフローを示す。ステップ１
（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。
ステップ２（マスク製作）では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３（ウエハ
製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造す
る。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、
上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技
術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステ
ップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によ
って作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程
であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半
導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査
を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【００６６】図１８は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
マスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステッ
プ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステッ
プ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部
分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除く。これ
らのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上
に多重に回路パターンが形成される。

【００６７】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに
製造することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上、述べてきた様に、本発明は次の様
な効果を生む。１．露光投影レンズの残存収差や露光によって発生する
レンズの熱収差の影響を受けることなくＴＴＬＡＦ計測
が可能である。２．露光の経過に応じて常に安定したＴＴＬＡＦ計測が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）本発明第一の実施例で、ラインアンドス
ペース群のＴＴＬＡＦマークを示す図である。（Ｂ）（Ａ）のマークの瞳面上での回折光分布を示す図
である。

【図２】（Ａ）本発明第二の実施例で、ラインアンドス
ペース群のＴＴＬＡＦマークを示す図である。（Ｂ）（Ａ）のマークの瞳面上での回折光分布を示す図
である。

【図３】（Ａ）本発明第三の実施例で、ラインアンドス
ペース群のＴＴＬＡＦマークを示す図である。（Ｂ）（Ａ）のマークの瞳面上での回折光分布を示す図
である。

【図４】（Ａ）本発明第四の実施例で、ＴＴＬＡＦマー
クとして利用できる実素子パターンの一例を示す図であ
る。（Ｂ）（Ａ）のマークの瞳面上での回折光分布を示す図
である。

【図５】本発明第五の実施例を示す図である。

【図６】本発明第六の実施例を示す図である。

【図７】従来例を示す図である。

【図８】コンフォーカルＴＴＬＡＦでの集光状態を示す
図（ベストピント時）である。

【図９】コンフォーカルＴＴＬＡＦでの集光状態を示す
図（デフォーカス時）である。

【図１０】図７におけるＴＴＬＡＦ受光光路の説明図で
ある。

【図１１】光軸方向の位置と検出系出力の関係を示す図
である。

【図１２】光軸方向の位置と検出系出力の関係を示す図
である。

【図１３】レチクルの説明図である。

【図１４】像解像の模式図である。

【図１５】縮小投影光学系の残存収差の説明図である。

【図１６】縮小投影光学系の残存収差量を示す図であ
る。

【図１７】微小デバイスの製造フローを示す図である。

【図１８】ウエハプロセスを示す図である。

【符号の説明】

１水銀ランプ２楕円ミラー３オプティカルインテグレター４コンデンサーレンズ５ミラー６フィールドレンズ７レチクル８縮小投影光学系９ウエハ１０ｘｙｚステージ１１投光光学系１２検出光学系１３結像レンズ１４視野絞り１５集光レンズ１６受光素子１７基準平面ミラー１８焦点面検出系１９オートフォーカス制御系２０駆動系２１パターン部２２透過部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投影露光装置に用いるレチクルであっ
て、投影光学系の像面位置を検出するための繰り返しパター
ンを有し、前記繰り返しパターンの周期Ｐは、前記投影
光学系の開口数をＮＡ、投影倍率をβ、露光波長をλと
した時、２λ／（ＮＡβ）＜Ｐ＜１６λ／（ＮＡβ）を満たすことを特徴とするレチクル。
【請求項２】回路パターンを更に有し、前記繰り返し
パターンは該回路パターンが描かれた領域外に設けられ
ることを特徴とする請求項１記載のレチクル。
【請求項３】前記繰り返しパターンは回路パターンで
あることを特徴とする請求項１記載のレチクル。
【請求項４】レチクルのパターンを基板に投影する投
影光学系を有する露光装置に用いるレチクルであって、回路パターンと、繰り返しパターンを有するマークとを
有し、該繰り返しパターンの周期Ｐは、前記投影光学系の開口
数をＮＡ、投影倍率をβ、露光波長をλとした時、２λ／（ＮＡβ）＜Ｐ＜１６λ／（ＮＡβ）を満たすことを特徴とするレチクル。
【請求項５】前記繰り返しパターンの周期Ｐは、２．５λ／（ＮＡβ）＜Ｐ＜６λ／（ＮＡβ）を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１
項記載のレチクル。