JP4180678B2 - 露光方法 - Google Patents
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Description
【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（ＩＴＶ）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ＬCP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ＬRP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ＬRP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ＬRP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ＬRP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ＬRP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ＬRPが１０μｍ、中心部の幅が０．５μｍ、両端が０．１μｍ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ＬRPとアライメント検出器によって測定される測定値ＬRP´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ＬRP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】
本願発明の一態様によれば、レチクルに形成された、露光条件の変化にともなって光近接効果による影響が発生しやすい形状のパターンを含む焦点検出用パターンを、投影光学系を介して、ウェーハ上に転写する工程と、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をアライメント用の２ｎｄマークとして用い、前記ウェーハ上に形成されているアライメント用の１ｓｔマークとの位置ずれ量により、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露光方法が提供される。
【００２４】
また、本願発明の一態様によれば、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光近接効果による影響が発生しやすい形状のパターンを含む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をアライメント用の２ｎｄマークとして用い、前記ウェーハ上に形成されているアライメント用の１ｓｔマークとの位置ずれ量により、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、前記ウェーハの位置および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工程とを備えることを特徴とする露光方法が提供される。
【００２５】
上記の構成により、ウェーハ上に結像される投影パターン像に、光近接効果により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７１ｂ、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ＬｘRPa または縦方向の長さＬｙRPa 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ＬｘRPa を割り出すとともに、割り出した横方向の長さＬｘRPa 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ＲＰａ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ＬｘRPa 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ＬｙRPa 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ｃｐ1 ，ｃｐ2 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、２つの矩形状パターンｃｐ1 ，ｃｐ2 の投影パターン像（ＲＰｂ）における全長（ＬａRPb）が最大で、かつ、投影パターン像間における間隔長（ＬｂRPb）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ｃｐ1 ，ｃｐ2 ，…，ｃｐn 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）ＣＰｃ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（ＬｘRPc （または、縦方向の長さ（ＬｙRPc ）））および他方の投影パターン像における縦方向の長さ（ＬｙRPc （または、横方向の長さ（ＬｘRPc ）））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ΔＬｙ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（ＬｘRPd ）および縦方向の長さ（ＬｙRPd ）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）ＣＰｅ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（ＬｘRPe ）および縦方向の長さ（ＬｙRPe ）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ＣＰｄ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（ＬRPf）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１０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）ＣＰｇ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（ＬRPg ）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（ＬRPh ）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 ，ｃｐn …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
【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（ＩＴＶ）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ＬCP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ＬRP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ＬRP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ＬRP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ＬRP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ＬRP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ＬRPが１０μｍ、中心部の幅が０．５μｍ、両端が０．１μｍ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ＬRPとアライメント検出器によって測定される測定値ＬRP´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ＬRP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】
本願発明の一態様によれば、レチクルに形成された、露光条件の変化にともなって光近接効果による影響が発生しやすい形状のパターンを含む焦点検出用パターンを、投影光学系を介して、ウェーハ上に転写する工程と、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をアライメント用の２ｎｄマークとして用い、前記ウェーハ上に形成されているアライメント用の１ｓｔマークとの位置ずれ量により、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露光方法が提供される。
【００２４】
また、本願発明の一態様によれば、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光近接効果による影響が発生しやすい形状のパターンを含む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をアライメント用の２ｎｄマークとして用い、前記ウェーハ上に形成されているアライメント用の１ｓｔマークとの位置ずれ量により、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、前記ウェーハの位置および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工程とを備えることを特徴とする露光方法が提供される。
【００２５】
上記の構成により、ウェーハ上に結像される投影パターン像に、光近接効果により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７１ｂ、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ＬｘRPa または縦方向の長さＬｙRPa 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ＬｘRPa を割り出すとともに、割り出した横方向の長さＬｘRPa 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ＲＰａ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ＬｘRPa 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ＬｙRPa 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ｃｐ1 ，ｃｐ2 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、２つの矩形状パターンｃｐ1 ，ｃｐ2 の投影パターン像（ＲＰｂ）における全長（ＬａRPb）が最大で、かつ、投影パターン像間における間隔長（ＬｂRPb）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ｃｐ1 ，ｃｐ2 ，…，ｃｐn 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）ＣＰｃ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（ＬｘRPc （または、縦方向の長さ（ＬｙRPc ）））および他方の投影パターン像における縦方向の長さ（ＬｙRPc （または、横方向の長さ（ＬｘRPc ）））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ΔＬｙ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（ＬｘRPd ）および縦方向の長さ（ＬｙRPd ）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）ＣＰｅ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（ＬｘRPe ）および縦方向の長さ（ＬｙRPe ）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ＣＰｄ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（ＬRPf）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１０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）ＣＰｇ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（ＬRPg ）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（ＬRPh ）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 ，ｃｐn …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
Claims (3)
- レチクルに形成された、露光条件の変化にともなって光近接効果による影響が発生しやすい形状のパターンを含む焦点検出用パターンを、投影光学系を介して、ウェーハ上に転写する工程と、
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をアライメント用の２ｎｄマークとして用い、前記ウェーハ上に形成されているアライメント用の１ｓｔマークとの位置ずれ量により、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露光方法。 - 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光近接効果による影響が発生しやすい形状のパターンを含む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をアライメント用の２ｎｄマークとして用い、前記ウェーハ上に形成されているアライメント用の１ｓｔマークとの位置ずれ量により、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、
前記ウェーハの位置および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工程と
を備えることを特徴とする露光方法。 - 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光近接効果による影響が発生しやすい集合パターンと、ある間隔長を保って前記集合パターンと対向配置された光近接効果による影響が発生しにくい形状の長方パターンとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の露光方法。
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