JPH08288208A - 投影露光装置及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 レチクル面上の電子回路パターンを投影光学
系でウエハ面上に高精度に投影露光できる投影露光装置
及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。 【構成】 光源や絞り２などで構成される露光照明系１
からの露光光により照明した第１物体であるレチクル３
面上のパターンを、投影光学系（投影レンズ６）により
第２物体であるウエハ７面上に投影する。その際レチク
ル面と光学的に共軛位置に設けられたスリット部材３６
を露光光で照明し、レチクル３と投影光学系６を介して
投影光学系の結像面に対して傾斜させ配置した傾斜反射
面２２上にスリット部材を投影し、該傾斜反射面で反射
させた後に元の光路に戻して、投影光学系とレチクルに
より光検出手段（光センサ４４）に結像させ、光検出手
段からの第１信号を用いて処理部５０で投影光学系の結
像位置情報を検出している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投影露光装置及びそれ
を用いた半導体デバイスの製造方法に関し、特にＩＣ，
ＬＳＩ等の半導体デバイスを製造する際に、レチクル面
上の電子回路パターンをウエハー面上に投影光学系を介
して投影露光するときの投影光学系の結像性能を計測
し、またそれを補正する機構を利用し、高集積度の半導
体デバイスを得るのに好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レチクル面上のパターンを投
影光学系によりウエハー面上に投影する工程を介して半
導体デバイスを製造する際には投影光学系の結像面にウ
エハーを精度良く位置させることが重要になっている。

【０００３】投影光学系の結像位置にウエハーを位置さ
せる結像面位置の検出方法が、例えば特開昭５７−２１
２４０６号公報で提案されている。

【０００４】同公報の結像面位置の検出方法では、投影
レンズ（投影光学系）の物体位置に設定された回路パタ
ーンの形成された転写物体（レチクル）上にスリットま
たはピンホール状の透過するマークを設置している。ま
た３次元方向に移動可能なステージ（ＸＹＺステージ）
上の結像位置の近傍に被転写物体（ウエハー）を設定し
ている。そして露光光と同じ波長の光束をレチクル上に
入射させている。レチクル上のスリットまたはピンホー
ルを透過した光束が投影レンズを透過した後にウエハー
上で反射され、投影レンズを逆方向に透過してレチクル
上のスリットまたはピンホール上に再結像するようにし
ている。

【０００５】このとき、スリットまたはピンホールを透
過して光検出器で検出される光量は最良のフォーカス位
置（ピント位置）にウエハー（反射面）が配置されたと
きに最も多くなる。しかしウエハーの位置が光軸上でピ
ント位置から離れると再結像した像が不鮮明となり像が
広がる（ぼける）ため、スリットまたはピンホールでけ
られる光束が増え、透過する光量が減るために光検出器
で検出される光量が減少する。

【０００６】このような現象に基づき、この光量が最も
多くなる位置にステージを上下動することにより結像位
置を検出し、即ちフォーカス位置合わせを行っている。
このときウエハーの代わりに反射面を使用した場合には
反射面の上面とウエハーとの差を補正してステージを駆
動するか、本装置とは独立して装備されたフォーカス位
置検出装置、例えば斜入射光学系を用いたギャップセン
サーを使用することにより、ウエハーの表面をステージ
を上下動することにより反射面の表面の位置合わせを行
うようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】同公報で提案されてい
る投影光学系の結像面位置の検出方法、即ちフォーカス
検出では１回のフォーカス計測を行うために反射面を設
置したステージを光軸方向に多数回、移動しなければな
らないために時間がかかり、スループットの低下を招く
という欠点があった。

【０００８】また上記従来例では、レチクル上にスリッ
トまたはピンホールのマークが必要となるためコストが
かかること，またマークを配置した位置でしか計測でき
ないという制約があること，さらにレチクルにマークが
ない場合、テストレチクルなるマークが配置されている
レチクルに交換しなければならずスループットが低下す
るという欠点があった。

【０００９】本発明は、第１物体としてのレチクル面上
のパターンを投影光学系で第２物体としてのウエハー面
上に投影する際、投影光学系の結像面（フォーカス位
置）を光軸方向にステージを移動走査をすることなし
に、短時間にしかもレチクルマークを配置することな
く、高精度に検出することができ、高集積度の半導体デ
バイスを容易に製造することができる投影露光装置及び
それを用いた半導体デバイスの製造方法の提供を目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、 （１）照明手段からの露光光で照明した第１物体面上の
パターンを投影光学系により第２物体面上に投影する
際、該露光光で該第１物体面と光学的な共役位置に設け
たスリット部材を照明し、該スリット部材を該第１物体
と該投影光学系を介して該投影光学系の結像面に対して
傾斜させて配置した傾斜反射面上に投影し、該傾斜反射
面で反射させた後に元の光路を戻し、該投影光学系と該
第１物体を介して光検出手段に結像させ、該光検出手段
からの第１信号を用いて処理部で該投影光学系の結像位
置情報を検出していることを特徴としている。

【００１１】特に、 （１−１）前記スリット部材を前記第１物体面上に設け
た反射面で反射させた後に前記光検出手段に結像させた
ときに得られる該光検出手段からの第２信号より該スリ
ット部材と該反射面との間の光軸方向の位置情報を求
め、前記第１信号より該スリット部材と前記傾斜反射面
との間の光軸方向の位置情報を求めて、これより該第１
物体面と該傾斜反射面との間の光軸方向の位置情報を求
めていること。

【００１２】（１−２）位置検出手段により前記第２物
体面の前記投影光学系の光軸方向の位置情報を該投影光
学系を介さずに検出し、前記処理部は前記位置検出手段
からの信号を利用して結像位置情報を校正しているこ
と。等を特徴としている。

【００１３】本発明の半導体デバイスの製造方法は、 （２）照明手段からの露光光で照明したレチクル面上の
パターンを投影光学系によりウエハー面上に投影露光
し、次いで該ウエハーを現像処理して半導体デバイスを
製造する際、該露光光で該レチクル面と光学的な共役位
置に設けたスリット部材を照明し、該スリット部材を該
レチクルと該投影光学系を介して該投影光学系の結像面
に対して傾斜させて配置した傾斜反射面上に投影し、該
傾斜反射面で反射させた後に元の光路を戻し、該投影光
学系と該レチクルを介して光検出手段に結像させ、該光
検出手段からの第１信号を用いて処理部で該投影光学系
の結像位置情報を検出して該ウエハーの位置合わせを行
っていることを特徴としている。

【００１４】特に、 （２−１）前記スリット部材を前記レチクル面上に設け
た反射面で反射させた後に前記光検出手段に結像させた
ときに得られる該光検出手段からの第２信号より該スリ
ット部材と該反射面との間の光軸方向の位置情報を求
め、前記第１信号より該スリット部材と前記傾斜反射面
との間の光軸方向の位置情報を求めて、これより該レチ
クル面と該傾斜反射面との間の光軸方向の位置情報を求
めていること。

【００１５】（２−２）位置検出手段により前記ウエハ
ー面の前記投影光学系の光軸方向の位置情報を該投影光
学系を介さずに検出し、前記処理部は前記位置検出手段
からの信号を利用して結像位置情報を校正しているこ
と。等を特徴としている。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の投影露光装置の実施例１の要
部概略図である。同図において１は露光照明系であり、
第１物体としてのレチクル３を照明すると共に後述する
スリット部材３６を照明している。露光照明系１は露光
照明系の絞り２と、不図示の超高圧水銀ランプ，シャッ
ター，光学系等から構成されている。３は第１物体とし
てのレチクル（フォトマスク）であり、レチクル３の下
面にはレチクル反射面（例えばクロム蒸着部）４が設け
てある。レチクル反射面４のクロム蒸着部は通常ＩＣ等
の集積回路パターンが設けられている領域以外の余白部
に配置されている。５はレチクル３を保持するレチクル
ステージである。

【００１７】６は投影レンズ（投影光学系）であり、露
光照明系１によって照明されたレチクル３の回路パター
ンを第２物体としてのウエハー７に投影している。８は
ウエハーステージであり、ウエハー７を載置しており、
ＸＹＺ駆動及びθ駆動，チルト駆動等を行っている。９
は干渉用ミラーであり、ウエハーステージ８の位置を干
渉計１０でモニターするためのものである。干渉計ミラ
ー９と干渉計１０から得られる信号を用いてウエハース
テージ駆動制御系１１によりウエハー７を常に所定の位
置となるように位置決めして、これより露光を行ってい
る。

【００１８】２１はウエハーステージ８に設けた反射基
準面である。１９は投光手段であり、ウエハー７，即ち
反射基準面２１の光軸方向の面位置を検出するためにウ
エハー７に塗布したフォトレジストを感光させない光束
で反射基準面２１を斜方向から照射している。２０は検
出手段（ギャップセンサー）であり、投影レンズ６を介
さずに投影レンズ６とウエハー７あるいは反射基準面２
１との間の光軸方向の距離を計測している。

【００１９】尚、本実施例においてはこの間の距離をレ
べリング計測で行うことも可能である。２２は反射面で
あり、ウエハーステージ８上の反射基準面２１の近傍に
配置されている。反射面２２は投影レンズ６の像面（Ｚ
軸に垂直な面）に対し、θ゜だけ傾いており、その反射
面２２の中心の高さ（Ｚ方向位置である光軸方向位置）
は基準反射面２１の高さと同じである（以後、この反射
面を「傾斜反射面」と呼ぶ）。

【００２０】図７にウエハーステージ７上の反射基準面
２１と傾斜反射面２２の断面詳細を示す。尚、図７には
傾斜反射面２２に後述するマーク８６を配置している。

【００２１】図１に戻り、３０はフォーカス計測光学系
であり、投影レンズ６の結像位置、即ちベストフォーカ
ス位置を検出している。

【００２２】次にフォーカス計測光学系３０を構成する
各要素について順次説明する。３１は光ファイバーある
いは引き回し光学系であり、露光照明系１からの光束を
フォーカス計測光学系３０に導光している。３２はシャ
ッター，３３は入射光量を調整するためのＮＤフィルタ
ーであり、光路に対し出し入れ可能な構造になってい
る。３４はフォーカス計測のための照明光学系であり、
内部に絞り３５を有している。この絞り３５は露光照明
系の絞り２が変更されると、それに合わせて照明制御部
１２により変更される構造になっている。３８は偏光ビ
ームスプリッターあるいはハーフミラーであり、照明光
束とウエハーステージ７上の反射基準面２１から帰って
きた光束を分離している。３６は１つ、或いは複数の開
口部（透過部）を有するスリット（スリット部材）であ
り、レチクル３上のパターン面と光学的に共役な位置に
配置されている。

【００２３】図２にスリット部材３６の詳しいパターン
を示している。同図において８０は開口部，８１は遮光
部である。３９は１／４λ板であり、光の利用効率向上
のために挿入している。４０は対物レンズであり、レチ
クル３の下面にスリット３６の像を形成している。４１
はミラーであり、光路を９０°に折り曲げている。４５
はエレクターレンズである。４４は光センサーであり、
例えばリニアラインセンサーから成っている。リニアセ
ンサー４４の受光面はスリット３６と光学的に共役な位
置に配置されている。５０は処理部であり、光センサー
４４で受光した光量分布の画素情報から投影レンズ６の
フォーカス位置を求め、その値によりウエハーステージ
８をＺ駆動する。あるいはギャップセンサー２０からの
出力値と比較し、その校正をしている。

【００２４】本実施例では、投影光学系６の結像位置を
検出するときの第１ステップとしてレチクル反射面４を
利用し、スリット３６とレチクル反射面４との間の光軸
方向の位置を検出している。

【００２５】次に第２ステップとしてレチクル３の透過
面を使用し、スリット３６とウエハーステージ７上の傾
斜反射面２２の光軸方向の位置を検出している。この第
１ステップと第２ステップの結果により間接的にレチク
ル３と傾斜反射面２２の位置、すなわち投影レンズ６の
フォーカス位置を検出する構成になっている。

【００２６】従って第１ステップではフォーカス計測光
学系３０は、図１の位置よりも若干右側（Ｘ方向）に、
すなわちスリット３６のスリット像がレチクル反射面４
に反射する位置にシフトしている。そして光センサー４
４の光量が最大になるように対物レンズ４０を光軸方向
（Ｘ方向）に、あるいはフォーカス計測光学系全体３０
を光軸方向（Ｚ方向）に駆動してスリット３６とレチク
ル反射面４のフォーカスを合わせ込んでいる。

【００２７】第２ステップではその状態を保ったままフ
ォーカス光学系全体３０を図１で左方の所定位置に駆動
させ、スリット３６とステージ上の傾斜反射面２２との
位置を後述の方法で求めている。

【００２８】以上の動作を経て、投影レンズ６のフォー
カス位置を検出している。但し上記の第１ステップは本
発明に係るフォーカス計測を行う毎にする必要もなく、
フォーカス計測光学系の安定性がよければ省いてもかま
わない。

【００２９】次に、図１においてウエハー７面上への露
光動作及びフォーカス計測に関わる光路の説明をする。

【００３０】まず通常の露光動作の場合から説明する。
露光照明系１からの露光光により照明されたレチクル３
の電子回路パターンは投影レンズ６を介し、投影レンズ
６の焦点面にギャップセンサー２０とウエハーステージ
８のＺ駆動によって位置合わせされたウエハー７上に、
等倍或いは縮小されて転写される。このギャップセンサ
ー２０は非露光光のプローブ光を用いて低い角度でウエ
ハー上７，あるいはウエハーステージ８上の反射基準面
２１に入射し、反射してきた光を受光部で受光すること
によりウエハー７のＺ位置及びチルトを計測している。

【００３１】次に、フォーカス計測光学系３０の光路に
ついて説明する。最初に第１ステップにおけるレチクル
反射面４を利用し、スリット３６とレチクル下面３ａと
の間の光軸方向の位置情報を検出する方法に用いられる
光路について説明する。

【００３２】まず露光照明系１から不図示の機構によっ
て取り出された光束は、ファイバー３１によりフォーカ
ス計測光学系３０に導かれる。この光束はシャッター３
２，ＮＤフィルター３３を介し照明光学系３４に入射す
る。

【００３３】入射した光束は露光照明系の絞り２と連動
した絞り３５を介し、照明光学系３４を出射する。この
光束は偏光ビームスプリッター３８により光路が９０°
に曲げられ、スリット３６に入射する。このスリット３
６を透過した光束は１／４λ板３９，対物レンズ４０，
ミラー４１を介し、レチクル下面３ａに結像するがレチ
クル反射面４があるために再び同じ光路を逆行する。す
なわち、ミラー４１，対物レンズ４０，１／４λ板３９
を介し、再びスリット３６に結像し、再度スリット３６
を透過した光束は偏光ビームスプリッター３８，エレク
ターレンズ４５を介し、光センサー４４に結像する。以
上が第１ステップの方法に用いられるフォーカス計測光
学系の光路である。

【００３４】次に、第２ステップとしてレチクル３の透
過面を使用し、スリット３６とウエハーステージ８上の
反射面の位置を検出する方法に用いられる光路について
説明する。

【００３５】照明光学系１によって照明されたスリット
３６がレチクル下面３ａに結像するまでの光路は第１ス
テップと同一である。レチクル下面３ａに結像したスリ
ット像はそのまま投影レンズ６に入射し、等倍或いは縮
小されてウエハーステージ８上の傾斜反射面２２付近に
結像する。ちなみに、傾斜反射面２２のＺ位置（光軸方
向位置）は基準反射面２１のＺ位置をギャップセンサー
により計測することで既知となっている。

【００３６】ここで、傾斜反射面２２は投影レンズ６の
像面に対し傾いているため、反射した後のスリット像は
光軸方向に位置ズレ情報を持つようになる。そしてこの
光束は再び投影レンズ６に逆方向から入射し、透過して
再びレチクル下面３ａ付近に結像する。このスリット像
は光軸方向の位置ズレ情報を含んだまま、レチクル３，
ミラー４１，対物レンズ４０，１／４λ板３９を介し、
再びスリット３６に結像し、偏光ビームスプリッター３
８，エレクターレンズ４５を介し、光センサー４４に結
像する。

【００３７】光センサー４４にはスリット像が結像する
が、そのスリット像はピントの合っている部分と合って
いない部分が混在した像になる。このような像になる理
由は後述する。以上が第２ステップの方法に用いられる
フォーカス計測光学系の光路である。

【００３８】次に、本実施例の投影レンズ６のフォーカ
ス検出原理について説明する。本実施例では前述のよう
に、第１ステップ，第２ステップの両方の動作を行って
投影レンズ６のフォーカス位置を計測している。

【００３９】第１ステップの動作、すなわちレチクル反
射面４を利用し、スリット３６とレチクル下面３ａとの
間の光軸方向の位置情報を検出する方法は前述のよう
に、ごく一般的な動作で達成できるため、説明は省くこ
とにする。従って、ここでは本実施例の最も主要な部分
である第２ステップの説明をする。

【００４０】図８，図９，図１０は本実施例の検出原理
を直接に表す図であり、図１１，図１２，図１３はその
原理と比較し、その効果を確認するための図である。

【００４１】図１１，図１２，図１３において、６は模
擬的に描いた投影レンズで、６０は投影レンズの物体面
であり、スリット像が形成される位置、あるいはレチク
ル下面３ａの位置に相当する。スリット像は具体的には
図１２に示すスリット像６３のようになっている。６２
はこの投影レンズ６の像面であり、今の場合、反射基準
面２１上、或いはウエハー面７上に相当する。このスリ
ット像６３が投影レンズ６に入射すると、反射基準面２
１上に結像し、反射するため再び投影レンズ６を逆方向
に進行し、全く同一の光路６１をたどり再びレチクル下
面３ａに結像する。その再結像したスリット像はスリッ
ト像６４のようになる。

【００４２】この図では再結像したスリット像６４の方
が元のスリット像６３よりも大きいが、これは説明の便
宜上大きさを変えただけで本来は同一の大きさである。
この再結像したスリット像６４を１次元の光センサー４
４で受光すると、センサー４４の画素に対する光量は、
当然のことながら図１１の矩形の分布７０になる。

【００４３】従って、反射基準面２１が投影レンズ６の
像面からずれている場合は、反射基準面２１から反射し
たスリット像はレチクル下面３ａには再結像せず、そこ
からずれた位置で再結像する。従って、レチクル下面３
ａの位置でのスリット像は元のスリット像よりもぼけて
広がったような状態になり、このスリット像を光センサ
ー４４で受光すると、その光量分布は矩形のまま光量が
低下したような分布になる。

【００４４】次に本実施例の原理の特徴の説明をする。
図８，図９，図１０において、前述の説明と基本的に大
きく異なる点は、反射面６２が投影レンズ６の像面に対
し傾いているという点である。

【００４５】図１３と同様にして、スリット像６３がレ
チクル下面６０に形成され、投影レンズ６に入射する。
そのときの光束は光束６１のようになり投影レンズ６を
透過し、結像しようとするが投影レンズ６の像面付近に
ある反射面６２が、像面に対して傾いているため、そこ
からの反射光束は光束６５のようになり、投影レンズ６
を逆行して、レチクル下面３ａ付近に像６７のように傾
いた状態で再結像する。

【００４６】従って、その像６７をレチクル下面３ａで
受けると、デフォーカス量７２が発生し、スリット像は
焦点のあった位置において最も鮮明となる。即ち、スリ
ット像６４の中央部が最も鮮明で像幅が狭く、スリット
像６４の両端部が最もぼけて像幅が広がった状態にな
る。このスリット像６４を前述の光軸方向に垂直な面に
配置させたスリット３６の透過部で透過し、この透過光
を１次元ラインセンサー４４等で受光すると図８のよう
な光量分布７１が得られる。そして、この光量分布７１
は焦点の合っている部分をピークとして分布することに
なる。その光量分布７１のピークの画素位置Ｈ１を後述
するような方法で求めることにより、その位置Ｈ１を投
影レンズ６の焦点位置として検出している。

【００４７】実際には、あらかじめ装置の初期状態とし
ての焦点位置Ｈ０を求めておき、さらにギャップセンサ
ー２０の計測値との相関を計測しておき、実際の装置稼
働状態において光量分布のピークの画素位置Ｈ１が、こ
の原点Ｈ０からどのくらい離れているか、つまりＨ１−
Ｈ０を求めることにより、投影レンズ６のフォーカス変
動を計測している。

【００４８】次に光センサー４４において、光量分布の
プロファイルが求められたとして、そのピークの画素位
置を求める方法について説明する。

【００４９】図１４において、フォーカス計測を行って
光量分布プロファイル７５が求められたとする。その
際、ピークの画素位置Ｈ１を求める方法は、以下の
（イ）〜（ニ）の手法が適応可能である。

【００５０】（イ）単純に光量プロファイル７５が最大
値となる画素位置を求めてそれをＨ１とする。 （ロ）光量プロファイル７５の最大値に対してある割合
のスライスレベルを設定し、光量プロファイル７５がこ
のスライスレベルの出力を示す画素位置Ｈ３，Ｈ４を求
めて、 Ｈ１＝（Ｈ３＋Ｈ４）／２ とする。 （ハ）光量プロファイル（Ｓi ）、及び画素位置（Ｈi
）に対して重心処理を行い、 Ｈ１＝Σ（Ｈi ×Ｓi ）／ΣＳi とする。

【００５１】（ニ）光量プロファイル（Ｓi ）、及び画
素位置（Ｈi ）に対して２次関数近似（ｙ＝ａ・ｘ・ｘ
＋ｂ・ｃ＋ｃ）を行い、 Ｈ１＝−ｂ／（２・ａ） とする。

【００５２】本実施例では、以上のような方法を用いて
ピークの画素位置を検出している。次に本実施例におい
て原点及び感度校正について説明する。前述したよう
に、本実施例を端的に表現する考え方及び装置の動作は
第２ステップの計測にある。

【００５３】本実施例では投影レンズ６のフォーカス位
置やフォーカス変動の計測をこの動作に加えて、各種の
原点，感度校正を前もって行っている。これまでの説明
でその必要性を簡単に述べたが、ここではその重要性も
含め改めてまとめて説明する。本実施例における原点及
び感度校正は以下の３つである。

【００５４】Ａ．第１ステップのレチクル反射面４を利
用した、スリット３６とレチクル下面３ａとの間の光軸
方向の位置情報の検出 Ｂ．第２ステップで、投影レンズ６のフォーカス位置，
フォーカス位置変動を求めるために基準となる原点検出 Ｃ．投影レンズ６を介さない焦点合わせ装置、例えば前
述のギャップセンサー２０等を併用した場合の、本実施
例のフォーカス計測光学系とのマッチング 以下、順番に説明していく。

【００５５】Ａ；前述したように本発明に係るフォーカ
ス計測方法は、第１ステップ，第２ステップの計測結果
により、間接的にレチクル３と反射面２１の光軸方向の
位置情報、すなわち投影レンズ６のフォーカス位置を検
出することができるような構成になっている。

【００５６】従って、何らかの外乱（例えば温度，気圧
変動等）により、フォーカス計測光学系３０全体，或い
はそれを構成するスリット３６，光学部材等の位置が変
動した場合、光センサー４４に受光される光量プロファ
イルがシフトしてしまい、あたかも投影レンズ６のフォ
ーカスが変動したように判断され、余計な補正動作が行
われ適正な露光が行われなくなる可能性がある。それ
故、必要に応じてスリット３６とレチクル下面３ａの位
置をモニターしなければならず、第１ステップの検出が
必要になる。

【００５７】Ｂ；本実施例では、あらかじめ装置の初期
状態においての焦点位置Ｈ０を求めておき、さらにギャ
ップセンサー２０の計測値との相関（例えば、ギャップ
センサー２０の１μｍの変化に対して光センサー４４の
計測値がどれくらい変化するかのリニアリティー）を計
測しておけば、実際の装置稼働状態において光量分布の
ピークの画素位置Ｈ１がこの原点Ｈ０からどのくらい離
れているか、つまりＨ１−Ｈ０を求めることにより、投
影レンズ６の経時的なフォーカス変動がＴＴＬでモニタ
ーできることになる。

【００５８】この説明は本実施例においてフォーカス位
置を計測する場合、θ°傾斜した傾斜反射面２２が所定
の位置に確実に位置決めされている場合を示している。
しかしながら実際の装置稼働状態では何らかの外乱（例
えば温度，気圧変動，干渉計光路の揺らぎ等）により、
所定の位置に位置決めされない可能性がある。そのとき
は傾斜反射面２２が横方向（Ｘ方向）にずれて、光セン
サー４４で受光した光量プロファイルのピーク位置が変
動してしまい、“Ａ”で説明したように、あたかも投影
レンズ６のフォーカス位置が変動したように判断され
る。そして余計な補正動作が行われ、適正な露光が行わ
れなくなる可能性がある。この現象を防ぐ方法として本
発明では以下のような手段をとっている。

【００５９】図７において、２１，２２はそれぞれ図１
の基準反射面と傾斜反射面である。傾斜反射面２２には
フォーカス計測のプローブ光（スリット像）を反射させ
ないマーク８６が両端に形成されている。

【００６０】図５において、９０はフォーカス計測動作
で投影レンズ６によって結像されたスリット像であり、
傾斜反射面２２に入射した様子を表している。その後、
このスリット像９０は傾斜反射面２２を反射し、通常の
フォーカス計測と同様な光路をたどり、光センサー４４
に受光される。受光されたスリット像の光量プロファイ
ルは図６の曲線９１のように、マーク８６に相当する部
分だけ光量が少なくなる。つまりピークの両端に凹部が
現れるというようになる。

【００６１】ここで、前述したように何らかの外乱で所
定の位置に位置決めがなされなかった場合、曲線９１の
ピーク位置は画素上をシフトしてしまうことになる。と
ころが曲線９１の凹部からピークまでの相対位置（距
離）Ｈ５，Ｈ６は傾斜反射面２２が所定の位置に位置決
めされなくとも不変であり、変わるのは実際に投影レン
ズ６のフォーカス位置が変動した場合のみである。

【００６２】今の場合、当然のことながら投影レンズ６
のフォーカス位置変動を求めるためにあらかじめ検出し
ておく基準は、投影レンズ６の初期状態でのピークと凹
部までの相対的な画素間隔（Ｈ０５，Ｈ０６）である。
従って、Ｈ５−Ｈ０５，Ｈ６−Ｈ０６を求めることによ
り投影レンズ６のフォーカス変化が検出できる。このよ
うな構成をとることにより、何らかの外乱が生じても本
発明は通常通りの動作で投影レンズ６のフォーカス位置
を計測できる。

【００６３】Ｃ；本発明に係るフォーカス計測に用いる
プローブ光は露光光と同じ波長を用いている。このため
レジストが塗布されたウエハー面７上でフォーカス計測
はできない。従って、従来から用いられている射入射光
学系を用いたギャップセンサー２０を利用することによ
り投影レンズ６とウエハー面７の間隔を計測している。
このギャップセンサー２０は、あらかじめ投影レンズ６
の像面位置にウエハー７，或いは反射基準面２１がある
ときの計測値をギャップセンサー２０の原点としてお
り、また経時的に変化する可能性があるときは度々校正
しており、これにより正しいフォーカス位置で露光がな
されるようにしている。またこのギャップセンサーはＴ
ＴＬ方式ではないため、投影レンズ６の外乱によるフォ
ーカス変動には対応できない。

【００６４】このため本発明に係るフォーカス計測法を
用いることにより、短時間でこのギャップセンサー２０
の校正を可能としている。具体的には、ある適当な間隔
毎（ショット毎，ウエハー毎，ロット毎等）に、フォー
カス計測を行い、そこで求められたフォーカス変動量を
真の値として処理部５０に送り、ギャップセンサー２０
のオフセット値としている。

【００６５】以上のような原点，感度校正を前もって行
うことにより、実際の露光動作においても投影レンズ６
のフォーカス計測を行っている。

【００６６】次に本実施例の動作（フロー）について説
明する。本発明において、ウエハー７を露光する処理に
関するフローチャートを図２４に示す。まず本発明にお
いてフォーカス位置検出を行わない従来の場合を説明す
る。

【００６７】露光したいウエハー７を供給（ステップ１
１０）し、レチクル３は露光するウエハーに対応して供
給するか、あるいは前のウエハーと同一のために供給済
になっている場合もある。供給されたウエハー７は粗合
わせのために、プリアライメント（ステップ１１１）を
実行する。そしてステップ１１２でファインアライメン
トを実行する。これによりウエハー７は位置決めされ、
露光すべきショット位置がＸＹステージ座標上のどこに
存在しているかを決定する。

【００６８】ステップ１１３でこの決定された座標に従
って、ステージ８が露光すべきショット位置に移動す
る。そして投影レンズ６のフォーカス面（最良結像面）
にウエハー７をＺ方向駆動させるためにフォーカス駆動
（ステップ１１４）が実行される。

【００６９】このときウエハー７の傾き成分も同時に除
去するためにギャップセンサー２０で傾き量を測定し、
傾き成分をキャンセルするようにＸＹステージを傾け
る。これにより投影レンズ６のフォーカス面（最良結像
面）にウエハー７が位置調整されたので露光（ステップ
１１５）する。

【００７０】次に、ステップ１１６で全ショット露光が
完了してるか判断をする。全ショットの露光が完了する
までステップ１１３に戻り、次の露光ショットに移動
し、露光するループを繰り返す。そして全ショットの露
光が完了したらステップ１１７に進んでウエハー７の回
収を行う。

【００７１】次に、ステップ１１８で全ウエハーの露光
が完了してるか判断をする。全ウエハーの露光が完了す
るまでステップ１１０に戻り次のウエハーを供給し、ア
ライメントし、露光するループを繰り返す。そして全ウ
エハーの露光が完了し、１つのロットの処理が完了す
る。

【００７２】本発明を用いて投影レンズ６のフォーカス
位置を検出し、フォーカス位置の補正を入れた場合のフ
ローを説明する。図２４に示したステップａ〜ステップ
ｅは、フォーカス位置補正のタイミングを示してしる。

【００７３】ステップａ〜ステップｅの補正のタイミン
グについて説明する。実際の補正は、ステップａ〜ステ
ップｅのどこか一箇所で行なえば良い。どのタイミング
にするかの選択は、投影レンズ６のフォーカス変化量と
ギャップセンサー２０の経時変化量，露光処理されるウ
エハー７の許容デフォーカス量から判断される。デフォ
ーカスに対して敏感なレイアーはステップｅのタイミン
グになる。ステップｅはショット毎に補正を行う場合で
ある。しかしこれをすべてのレイヤーに適用するとウエ
ハー処理時間がかかりスループットが低下し、生産性が
悪くなる。

【００７４】そこで、フォーカス位置の変化量が無視で
きる範囲あれば補正の間隔を長くできる。ステップｅに
比べて、ステップｃ，ステップｄを選択すると、ウエハ
ー毎になり間隔が長くなる。さらに、ステップｂにすれ
ば、たとえば１ロット終了毎になり、さらに間隔は長く
なる。ステップｂは、１時間後・１日後でも良い。ステ
ップａはそれ以上の長い間隔で、たとえば１０ロット終
了毎になる。

【００７５】前記のフォーカス補正の間隔は露光や気圧
よるフォーカス位置の変動量と許容値から求められる。
あらかじめ許容値を設定しておけば、処理部５０にて間
隔を自動的設定することも可能である。

【００７６】また、本実施例の補正をウエハー毎にしな
いときは補正と補正の間を計算上でフォーカス位置の予
測値制御しても良い。予測値制御と実際の変動が一致し
ているプロセス（ウエハー処理）では、間隔はステップ
ａやステップｂを選択すれば良いし、差が大きいことが
分かっていれば間隔はステップｃやステップｄやステッ
プｅを選択することになる。

【００７７】また、例えばウエハー毎に補正する場合に
おいて本実施例の補正をした後、次のウエハーで補正を
するときに予測値制御で求めたフォーカス位置と本実施
例を用いた補正によって得られた真のフォーカス位置を
処理部５０で比較する。もし予測値との差が許容値より
も少ないときはロット毎に自動的に変更することも可能
であり、スループットが向上する。

【００７８】さらに、処理したウエハーのプロセスとフ
ォーカス位置の予測値制御との差を対応して記憶できる
ので、前のプロセスでウエハー毎で処理していても次の
プロセスにおいては前回の処理結果から予測値との差が
小さいことが事前に判断できるので、自動的にロット毎
に設定が変更される。前回の処理結果も１つ前のデータ
のみならず、過去のデータをすべて記憶することも可能
で統計処理等の学習機能を用いて総合的に判断させるこ
ともできる。さらには予測値制御のパラメータの最適化
も当然可能になる。

【００７９】以上の機能により、常に生産性を必要以上
に落とすことなく最適な補正間隔が自動的に選択するこ
とができる。

【００８０】ここでの補正では投影レンズ６のフォーカ
ス面のみであるが、露光領域内の複数点において本実施
例の補正を実施することにより、像面湾曲や像面傾斜も
求めることができる。

【００８１】さらに図１には図示していないが、Ｘ・Ｙ
方向に独立にわずかに傾けた面を持たせるだけで、非点
収差も測定することができる。これらの結像特性も測定
できるので、たとえばステップａの間隔で測定すれば経
時変化を測定できる。像面湾曲や非点収差は、投影レン
ズ６の内部のレンズを１つ以上駆動させたり、投影レン
ズ６の温度・気圧等の環境変化させることによって補正
できるし、像面傾斜はウエハーステージ８をチルト駆動
させたり、ギャップセンサー２０の計測値にオフセット
入力することによって補正できる。

【００８２】このように常に経時変化がなく、各プロセ
スに合わせたピント位置補正が可能となる。当然のこと
ながら、経時変化の計測するタイミングも入力設定して
も良いし、同一プロセスにおける予測計測値との差やピ
ント変化量等を用いて自動的に行うこともできる。

【００８３】次に、ステップａ〜ステップｅで行う具体
的な補正フローを図２５〜図２８に示す。図２５は最も
基本的なフローである。

【００８４】確認を含めてステップ１３０にてレチクル
３を投影レンズ６の光軸方向に対して所定の位置に位置
決めする。

【００８５】次に、ステップ１３１において前述した第
１ステップの動作を行う。フォーカス計測光学系全体３
０の光軸をレチクル反射面４に移動させるために、光学
系全体をＸ・Ｙ方向（図１の例ではＸ方向）に移動させ
る。そして、ステップ１３２でレチクル反射面４とスリ
ット３６のフォーカスを合わせるために、光センサー４
４の光量が最大になる様にフォーカス光学系全体３０を
Ｚ方向に移動させる。これで第１のステップは終了し、
ステップ１３３から第２のステップに進む。

【００８６】ステップ１３３では、レチクル３の透過面
を使用して、ウエハーステージ７上の像面を計測可能な
位置にフォーカス計測系３０を移動させる。ステップ１
３４で、ステップ１３３で合わせたフォーカス計測系で
観察できる位置に傾斜反射面２２を持ってくるためにウ
エハーステージ８をＸＹＺに駆動する。このとき駆動す
る位置は事前に設定された位置にである。当然のことな
がら、この位置は原点・感度補正が行われたときの位置
である。これで位置決めがなされたので補正計測のため
にステップ１３５でフォーカス計測光学系のシャッタ３
２をオープンにする。前述した様にスリット３６に光は
導かれ、傾斜反射面２２で反射し、再びスリット３６を
通って光センサー４４に入る。

【００８７】ステップ１３６では、この光センサー４４
に入った光の光量分布からピークの画素位置と凹部の相
対間隔Ｈ５，Ｈ６が図５〜図７で説明したように求めら
れる。そして初期の焦点位置に対応する画素間隔Ｈ０５
とＨ０６から、補正量Ｈ５−Ｈ０５，Ｈ６−Ｈ０６が計
算される。計測が終了したのでステップ１３７でフォー
カス計測光学系のシャッタ３２をクローズにする。その
タイミングは光量分布が得られれば、すぐにでも良い。
その後の計算処理はステップ１３７と並行処理しても良
い。これで補正量が求められたので、ステップ１３８で
現在記憶されているフォーカス位置に補正量を加算し、
新しいフォーカス位置を求める。

【００８８】処理部５０では、新しいフォーカス位置に
ウエハー７がくる様にギャップセンサー２０とウエハー
ステージ８を制御する。このとき図示していないが気圧
によるフォーカス変化の補正量は新しいフォーカス位置
を求めた時点で気圧含みで校正されるので気圧側の計算
補正量はクリアーされる。補正の間隔が前記のステップ
ｅ以外のときは毎ショット補正（校正）しないので、補
正と補正の間は計算上で気圧値に対するピント補正量は
求めることが出来る。露光によるピント位置変化につい
ても同様のことが言える。だだし前述した様に、予測計
測から求められた値との比較はここで行われる。そして
補正の間隔の最適値も同時に、ここで求められる。

【００８９】次に、図２５以外のフローを説明する。図
２６は第１ステップの動作で、フォーカス計測光学系全
体３０をＸＹに移動させるのではなく、レチクル３を移
動させる方式である。ステップ１４０でレチクル３をセ
ットし、レチクル３とスリット３６のピントを合わせる
ために、ステップ１４１でセットされたレチクル３をレ
チクル反射面４がフォーカス計測光学系の視野に入るま
で既知の量を移動する。そしてステップ１４２において
対物レンズ４０をＸ方向（図１の場合）に移動させてフ
ォーカスを合わせる。

【００９０】その後、ステップ１４３でレチクル３の透
過面を使用して、ウエハーステージ８上の像面を計測可
能な位置に来るように、再びレチクル３を移動させる。
このときレチクル３は元のセットされた位置に戻っても
良い。ステップ１４４からステップ１４８までの動作
は、図２５のステップ１３４からステップ１３８と同一
であるので説明を省略する。

【００９１】図２７は、図７の傾斜反射面２２にマーク
８６が形成されていない場合の計測，補正のフローを表
している。ステップ１５０からステップ１５３までは、
図２５のステップ１３０からステップ１３３までと同一
のフローである。

【００９２】ステップ１５３でレチクル側の準備ができ
ているので、ステップ１５４で、ステップ１５３で合わ
せたフォーカス計測系で観察できる位置に傾斜反射面２
２を持ってくるために、ウエハーステージ８をＸＹＺに
駆動する。このとき駆動する位置は事前に設定された位
置であるが、常に経時変化等の影響を受けずに同一位置
になるように、反射基準面２１の近傍に配置されたアラ
イメントマークを用いて、反射基準面２１の位置をファ
インアライメントする。

【００９３】さらに、アライメント残差量をみるために
アライメント計測し、駆動残差αを求める。ステップ１
５５では、ステップ１５４でアライメントされたスリッ
ト位置の中心をギャップセンサ２０で計測し、Ｚ方向の
目標位置からの偏差量βを計測する。

【００９４】これで位置決めがなされたので補正計測の
ためにステップ１５６でフォーカス計測光学系のシャッ
タ３２をオープンにする。同様に、スリット３６に光は
導かれ傾斜反射面２２で反射し、再びスリット３６を通
って光センサー４４に入る。ステップ１５７では、この
センサー４４に入った光の光量分布７５からピークの画
素位置Ｈ１を求める。

【００９５】さらに、先に求めた補正量α・βから補正
誤差Ｈ２を求める。補正誤差Ｈ２は傾斜反射面２２の傾
きをθとすると次式で与えられる。 補正量Ｈ２＝α＋（β−αｓｉｎθ）／ｃｏｓθ これにより補正量（Ｈ１−Ｈ０）−Ｈ２が計算される。
計測が終了したので、ステップ１５８でフォーカス計測
光学系のシャッタ３２をクローズにする。

【００９６】次にステップ１３８と同様にステップ１５
９で現在記憶されているフォーカス位置に補正量を加算
し、新しいフォーカス位置を求める。

【００９７】本発明では傾斜反射面２２を用いている
が、図２８はウエハーステージ８のチルトの機能を用い
て水平な反射基準面２１を傾けることにより、前述の傾
斜反射面２２の機能を持たせようとしたフローである。

【００９８】従ってこの場合、必ずしも傾斜反射面は必
要ない。ステップ１７０からステップ１７３までは、図
２５のステップ１３０からステップ１３３までと同一の
フローである。ステップ１７３でレチクル側の準備がで
きているので、ステップ１７４で、ステップ１７３で合
わせたフォーカス計測系で観察できる位置に傾斜反射面
２２を持ってくるために、ウエハーステージ８をＸＹＺ
に駆動する。このとき駆動する位置は事前に設定された
位置である。

【００９９】さらに、事前に設定されたθだけ、ウエハ
ーステージ８のチルトさせて、反射基準面２１を傾け
る。そして、この傾き量をギャップセンサー２０で計測
し、目標θからの偏差量γを求める。これで位置決めが
なされたので補正計測のために、ステップ１７６でフォ
ーカス計測光学系のシャッタ３２をオープンにする。

【０１００】同様にスリット３６に光は導かれ、反射基
準面２１で反射し、再びスリット３６を通って光センサ
ー４４に入る。この光センサー４４に入った光の光量分
布からピークの画素位置Ｈ１を求める。さらに、先に求
めた補正量γから補正誤差Ｈ２を求める。

【０１０１】補正誤差Ｈ２は、反射基準面２１の傾きを
θとすると次式で与えられる。 補正量Ｈ２＝（Ｈ０−Ｈ１）（ｓｉｎ（θ＋α）／ｃｏ
ｓθ−１） これにより補正量（Ｈ１−Ｈ０）−Ｈ２が計算される。
計測が終了したので、ステップ１７９でフォーカス計測
光学系のシャッタ３２をクローズにする。

【０１０２】次にステップ１３８と同様に、ステップ１
７８で現在記憶されているピント位置に補正量を加算
し、新しいピント位置を求める。

【０１０３】本発明の主たる目的の１つはフォーカスを
迅速に測ることであり、フローの順番を規定しているわ
けではない。以上は、４つの実施例を示しているが、こ
れに限定されず本発明の目的を満足すれば、他のフロー
であっても良いことは言うまでもない。

【０１０４】次に本発明の実施例２について説明する。
本実施例では図１の実施例１に比べて傾斜反射面２２を
反射してきた像を受光するセンサーを２次元センサー
（例えば２次元ＣＣＤ）にすることを特徴としており、
その他の構成は同じである。

【０１０５】図３，図４は本発明の実施例２で用いるス
リット部材８３，８５の説明図である。

【０１０６】図３において、実施例１ではスリット３６
の開口部が１本だけだったものが、ここでは５本の開口
部８２になっている。８３は遮光部である。ここで、光
センサー４４を２次元センサーにすると、１回のフォー
カス計測で５本の光量分布プロファイルが同時に得られ
る。そして、それぞれのプロファイルのピーク位置を求
め、平均化処理をすることによ、実施例１よりも安定し
て正確なピーク位置を求めることができる様にしたもの
である。ちなみに、このスリット開口部の数はピークを
求める精度により増えても減っても差し支えない。

【０１０７】図４では、スリット３６の開口部が十字形
８４になっており、８５は遮光部である。実施例１では
スリットを１本として投影レンズ６のサジタル方向かメ
リジオナル方向のどちらか一方のフォーカスを検出して
いた。両方向を同時に計測しようとすると、フォーカス
計測光学系３０とウエハーステージ８上の傾斜反射面２
２を２組ずつ用意し、それぞれの方向に配置することが
必要になる。

【０１０８】本実施例では図４に示すように、スリット
３６の開口部８４を十字形にしている。スリット３６を
このような形状８４に変更すると、ウエハーステージ８
上の傾斜反射面２２の形を変更する必要がでてくる。

【０１０９】図２１はこれを説明した図である。同図に
おいて、四角錐の側面が傾斜反射面２４となっており、
十字のスリット像がこの反射面２４に投影された様子は
図１９で示されている。

【０１１０】当然のことながら、これらスリット開口部
８４及び傾斜反射面２４の方向は投影レンズ６のサジタ
ル，メリジオナル方向に一致している。スリット像９６
が傾斜反射面２４で反射され一連の光学系を透過し、２
次元光センサーで受光されるとサジタル方向，メリジオ
ナル方向のそれぞれについて図２０のような光量分布９
５が得られる。

【０１１１】例えば、傾斜反射面２４が何らかの外乱で
所定の位置に位置決めされない場合２つのピークの画素
上での位置は変わってしまうが、その相対的な間隔Ｈ７
は全く不変である。従って、投影レンズ６の初期状態の
ピーク間隔をＨ０７とすると、ピーク間隔の変動量（Ｈ
７−Ｈ０７）をそれぞれの方向で求めることにより、そ
れぞれの方向でのフォーカス変動がわかる。

【０１１２】以上のようにこのスリット３６を用いるこ
とにより、一組のフォーカス計測光学系で１回の計測で
投影レンズ６のサジタル方向，メリジオナル方向の両方
向の検出が可能となり、より精度の高いフォーカス検出
を実現している。

【０１１３】以上のように実施例２では、２つのスリッ
ト形状を用いた場合のフォーカス計測を説明したが、ス
リット形状はこの２つが限定されることは全くなく、よ
り効果の高いスリット形状があればそれを用いてもよ
い。また、本実施例を用いたフォーカス計測動作のフロ
ーは実施例１で述べた方法と全く同様であるため、ここ
では言及しない。

【０１１４】次に本発明の実施例３を説明する。これも
光センサーに２次元センサーを用いることを特徴とする
ものである。実施例１では、傾斜反射面が所定の位置に
位置決めされない場合の誤検出を防ぐために、図７のよ
うに傾斜反射面２２上にマーク８６を形成し、光量分布
のピークと２つの凹部との相対位置Ｈ５，Ｈ６を検出す
ることでフォーカス位置を求めている。

【０１１５】しかし、光量分布の２つの凹部はデフォー
カスしている位置であり、スリット像がぼけることによ
り２つの凹部が鮮明に現れない場合があり得る。そこで
３本以上の開口部を持つスリットを用意し（例えば図３
のスリット）、図１８の様に傾斜反射面２３にマーク８
７を形成しておく。このマーク８７は概ね投影レンズ６
のフォーカスが合う位置に配置しておく。

【０１１６】図１５は、スリット像９０が傾斜反射面２
３に投影された様子を表している。スリット像９１が傾
斜反射面２３で反射され一連の光学系を透過し、２次元
光センサーで受光されると、その光量分布は図１６，図
１７のようになる。

【０１１７】つまり、傾斜反射面２３のマーク８７が配
置されていない所に入射し、反射したスリット像はプロ
ファイル９２になり、これは実施例１で説明したものと
同様である。マーク８７が配置されたところに入射し、
反射したスリット像はプロファイル９３のようになる。

【０１１８】つまり、マーク８７は投影レンズ６の像面
付近に配置されているため、そのマーク像は鮮明にな
り、マークの位置が非常にはっきりと光量プロファイル
に現れるようになる。このようにしておけば、傾斜反射
面２３が何らかの外乱で横方向にずれた場合、ピークの
画素上での位置が変わってしまってもマークとピークと
の相対的な間隔Ｈ８は全く不変である。従って、投影レ
ンズ６の初期状態のマークとピークの間隔をＨ０８とす
ると、その変動量（Ｈ８−Ｈ０８）を求めることにより
実施例１よりも、より正確に投影レンズ６のフォーカス
変動を検出している。

【０１１９】このように傾斜反射面２３の横ずれ対策に
は様々な方法が考えられるが、本発明はこれらの方法に
限定されたものではなく、より効果の高い方法が見つか
ればそれを用いてもかまわない。また本実施例を用いた
フォーカス計測動作のフローは実施例１で述べた方法と
全く同様であるため、ここでは言及しない。

【０１２０】次に本発明の実施例４を図２２，図２３を
用いて説明する。本実施例では、フォーカス計測光学系
内のスリットの配置を変えることを特徴としている。実
施例１ではスリット３６は、レチクル面４と共役になる
ように１／４λ板３９と偏向ビームスプリッター３８の
間に配置している。しかしスリット３６の位置はレチク
ル面４と共役であれば、すなわちどこに配置してもよ
く、図２２，図２３ではスリット３６を照明光学系３４
とレンズ３７との間に配置している。

【０１２１】この場合、傾斜反射面２２からの反射光束
は再びスリット３６に結像し、透過することはないた
め、光センサー４４に受光される前に何らかの手段によ
り光束を制御しておく必要がある。

【０１２２】従って、図２２では光センサー４４の受光
面はスリットの役目も果たし、同様に図２３では受光セ
ンサー４４の役割を受光だけに限定し、その直前にスリ
ット４３を配置している。このようにスリットの配置を
変更すると光学要素の構成，配置が若干変わってくる
が、そのフォーカスを検出する効果は実施例１と全く同
様である。

【０１２３】本実施例では当然のことながら、スリット
の配置がレチクルと共役でありさえすればフォーカス光
学系内のどこに配置しても良く、上記の例に限定される
ものではない。また光センサー４４をスリット付のフォ
トセンサーとし、それをスリット像長手方向に走査する
手段を設けることにより、光量分布のピークの位置を高
い分解能で検出することもできる。また本実施例を用い
たフォーカス計測動作のフローは実施例１で述べた方法
と全く同様である。

【０１２４】次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。

【０１２５】図２９は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ，或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローチャートである。

【０１２６】本実施例においてステップ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。

【０１２７】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、前記用意したマ
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。

【０１２８】次のステップ５（組立）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。

【０１２９】図３０は上記ステップ４のウエハプロセス
の詳細なフローチャートである。まずステップ１１（酸
化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（Ｃ
ＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１
３（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１５（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）では前記
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。

【０１３０】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）ではエッチングがす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。

【０１３１】尚本実施例の製造方法を用いれば高集積度
の半導体デバイスを容易に製造することができる。

【０１３２】

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、第１物体としてのレチクル面上のパ
ターンを投影光学系で第２物体としてのウエハー面上に
投影する際、投影光学系の結像面（フォーカス位置）を
光軸方向にステージを移動走査をすることなしに、短時
間にしかもレチクルマークを配置することなく、高精度
に検出することができ、高集積度の半導体デバイスを容
易に製造することができる投影露光装置及びそれを用い
た半導体デバイスの製造方法を達成することができる。

【０１３３】この他本発明によれば、実際の装置稼働状
態において投影レンズのフォーカス位置変動が短時間の
１回の計測だけでＴＴＬで効果的に計測できる。それと
同時に投影レンズを介さない焦点合わせ装置、例えば射
入射光学系を用いたギャップセンサー等を併用する場合
に、この焦点合わせ装置の検出値に経時変化が生じた
際、あるいは投影レンズの露光，気圧等による経時変化
が生じた際の焦点位置ずれを検出し、効果的に校正する
ことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影露光装置の実施例１の要部概略図

【図２】本発明に係るスリット部材の説明図

【図３】本発明に係るスリット部材の説明図

【図４】本発明に係るスリット部材の説明図

【図５】図１の傾斜反射面の説明図

【図６】図１の傾斜反射面を用いたときに得られる光量
分布の説明図

【図７】図１の傾斜反射面の説明図

【図８】本発明に係る結像面位置の検出方法の説明図

【図９】本発明に係る結像面位置の検出方法の説明図

【図１０】本発明に係る結像面位置の検出方法の説明図

【図１１】本発明に係る結像面位置の検出方法の説明図

【図１２】本発明に係る結像面位置の検出方法の説明図

【図１３】本発明に係る結像面位置の検出方法の説明図

【図１４】本発明において光量分布のピークを検出する
ための説明図

【図１５】本発明の他の実施例における結像面位置の検
出方法の説明図

【図１６】本発明の他の実施例における結像面位置の検
出方法の説明図

【図１７】本発明の他の実施例における結像面位置の検
出方法の説明図

【図１８】本発明の他の実施例における結像面位置の検
出方法の説明図

【図１９】本発明の他の実施例における２次元センサー
を用いたときの説明図

【図２０】本発明の他の実施例における２次元センサー
を用いたときの説明図

【図２１】本発明の他の実施例における２次元センサー
を用いたときの説明図

【図２２】本発明の投影露光装置の実施例４の要部概略
図

【図２３】本発明の投影露光装置の実施例４の要部概略
図

【図２４】本発明に係るウエハー面の露光処理のフロー
チャート

【図２５】本発明に係るフォーカス計測，補正のフロー
チャート

【図２６】本発明に係るフォーカス計測，補正のフロー
チャート

【図２７】本発明に係るフォーカス計測，補正のフロー
チャート

【図２８】本発明に係るフォーカス計測，補正のフロー
チャート

【図２９】本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート

【図３０】本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート

【符号の説明】

１ 露光照明系 ２ 露光照明系絞り ３ レチクル ４ 反射部（例えばクロム蒸着部） ５ レチクルステージ ６ 投影レンズ ７ ウエハー ８ ウエハーステージ ９ バーミラー １０ 干渉計 １１ ウエハーステージ駆動制御系 １２ 照明制御部 ２０ ギャップセンサー ２１ ステージ上の反射基準面 ２２ ステージ上の傾斜反射面 ３０ フォーカス計測光学系 ３１ 光ファイバー、あるいは引き回し光学系 ３２ シャッター ３３ ＮＤフィルター ３４ 照明光学系 ３５ 絞り ３６ １つ、或いは複数の開口部（透過部）を有する
スリット ３８ 偏光ビームスプリッター、あるいはハーフミラ
ー ３９ １／４λ板 ４０ ミラー ４４ 光センサー ４５ エレクターレンズ ５０ 処理部 ８６ マーク

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明手段からの露光光で照明した第１物
   体面上のパターンを投影光学系により第２物体面上に投
   影する際、該露光光で該第１物体面と光学的な共役位置
   に設けたスリット部材を照明し、該スリット部材を該第
   １物体と該投影光学系を介して該投影光学系の結像面に
   対して傾斜させて配置した傾斜反射面上に投影し、該傾
   斜反射面で反射させた後に元の光路を戻し、該投影光学
   系と該第１物体を介して光検出手段に結像させ、該光検
   出手段からの第１信号を用いて処理部で該投影光学系の
   結像位置情報を検出していることを特徴とする投影露光
   装置。
2. 【請求項２】 前記スリット部材を前記第１物体面上に
   設けた反射面で反射させた後に前記光検出手段に結像さ
   せたときに得られる該光検出手段からの第２信号より該
   スリット部材と該反射面との間の光軸方向の位置情報を
   求め、前記第１信号より該スリット部材と前記傾斜反射
   面との間の光軸方向の位置情報を求めて、これより該第
   １物体面と該傾斜反射面との間の光軸方向の位置情報を
   求めていることを特徴とする請求項１の投影露光装置。
3. 【請求項３】 位置検出手段により前記第２物体面の前
   記投影光学系の光軸方向の位置情報を該投影光学系を介
   さずに検出し、前記処理部は前記位置検出手段からの信
   号を利用して結像位置情報を校正していることを特徴と
   する請求項１または２の投影露光装置。
4. 【請求項４】 照明手段からの露光光で照明したレチク
   ル面上のパターンを投影光学系によりウエハー面上に投
   影露光し、次いで該ウエハーを現像処理して半導体デバ
   イスを製造する際、該露光光で該レチクル面と光学的な
   共役位置に設けたスリット部材を照明し、該スリット部
   材を該レチクルと該投影光学系を介して該投影光学系の
   結像面に対して傾斜させて配置した傾斜反射面上に投影
   し、該傾斜反射面で反射させた後に元の光路を戻し、該
   投影光学系と該レチクルを介して光検出手段に結像さ
   せ、該光検出手段からの第１信号を用いて処理部で該投
   影光学系の結像位置情報を検出して該ウエハーの位置合
   わせを行っていることを特徴とする半導体デバイスの製
   造方法。
5. 【請求項５】 前記スリット部材を前記レチクル面上に
   設けた反射面で反射させた後に前記光検出手段に結像さ
   せたときに得られる該光検出手段からの第２信号より該
   スリット部材と該反射面との間の光軸方向の位置情報を
   求め、前記第１信号より該スリット部材と前記傾斜反射
   面との間の光軸方向の位置情報を求めて、これより該レ
   チクル面と該傾斜反射面との間の光軸方向の位置情報を
   求めていることを特徴とする請求項４の半導体デバイス
   の製造方法。
6. 【請求項６】 位置検出手段により前記ウエハー面の前
   記投影光学系の光軸方向の位置情報を該投影光学系を介
   さずに検出し、前記処理部は前記位置検出手段からの信
   号を利用して結像位置情報を校正していることを特徴と
   する請求項４または５の半導体デバイスの製造方法。