JP3793106B2 - レクチル - Google Patents
レクチル Download PDFInfo
- Publication number
- JP3793106B2 JP3793106B2 JP2002105081A JP2002105081A JP3793106B2 JP 3793106 B2 JP3793106 B2 JP 3793106B2 JP 2002105081 A JP2002105081 A JP 2002105081A JP 2002105081 A JP2002105081 A JP 2002105081A JP 3793106 B2 JP3793106 B2 JP 3793106B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical system
- reticle
- wafer
- exposure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
Description
【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ＬＳＩ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（ＴＴＬＡＦ）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ｘｙｚ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ｚ０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ｚ０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ｚ０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ｚ１，ｚ２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，ＫＳ）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めの本発明のレチクルの好ましい形態は、投影露光装置に用いるレチクルであって、回路パターンと、該回路パターンが描かれた領域外に設けられた前記投影露光装置の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と、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。
【００３８】
上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１４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ＷＡ＝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ＴＴＬＡＦ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／（２ＮＡβ））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ＴＴＬＡＦ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ＴＴＬＡＦ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／（ＮＡβ）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＝０．３６５μｍ，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１３（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１１０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、ＴＴＬＡＦ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
１０ ｘｙｚ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
【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ＬＳＩ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（ＴＴＬＡＦ）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ｘｙｚ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ｚ０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ｚ０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ｚ０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ｚ１，ｚ２を知ることにより、ピント位置を
【外１】
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，ＫＳ）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めの本発明のレチクルの好ましい形態は、投影露光装置に用いるレチクルであって、回路パターンと、該回路パターンが描かれた領域外に設けられた前記投影露光装置の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と、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。
【００３８】
上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１４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ＷＡ＝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ＴＴＬＡＦ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／（２ＮＡβ））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ＴＴＬＡＦ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ＴＴＬＡＦ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／（ＮＡβ）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＝０．３６５μｍ，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１３（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１１０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、ＴＴＬＡＦ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
１０ ｘｙｚ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 (2)
- 投影露光装置に用いるレチクルであって、
回路パターンと、該回路パターンが描かれた領域外に設けられた前記投影露光装置の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と、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。 - 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記載のレチクル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002105081A JP3793106B2 (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | レクチル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002105081A JP3793106B2 (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | レクチル |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10361695A Division JP3313932B2 (ja) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | 投影露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002311567A JP2002311567A (ja) | 2002-10-23 |
| JP3793106B2 true JP3793106B2 (ja) | 2006-07-05 |
Family
ID=19193789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002105081A Expired - Fee Related JP3793106B2 (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | レクチル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3793106B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101782720A (zh) * | 2009-01-21 | 2010-07-21 | 钜晶电子股份有限公司 | 测量和监控曝光机台的数值孔径的方法、控片和光掩模 |
-
2002
- 2002-04-08 JP JP2002105081A patent/JP3793106B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002311567A (ja) | 2002-10-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4352614B2 (ja) | 位置検出装置の調整方法 | |
| JP4251296B2 (ja) | 測定方法、調整方法、マーク物体、及び検出装置 | |
| JP2005175034A (ja) | 露光装置 | |
| KR100870306B1 (ko) | 노광장치, 상면검출방법 및 디바이스의 제조방법 | |
| JP2008171960A (ja) | 位置検出装置及び露光装置 | |
| WO2002052620A1 (fr) | Instrument de mesure de l'aberration d'un front d'onde, procede de mesure de l'aberration d'un front d'onde, appareil d'exposition et procede de fabrication d'un microdispositif | |
| JP2009192271A (ja) | 位置検出方法、露光装置、及びデバイス製造方法 | |
| JP2002198303A (ja) | 露光装置、光学特性計測方法、及びデバイス製造方法 | |
| KR100819240B1 (ko) | 노광장치의 조명광학계의 유효광원분포 측정장치 및 그것을 가지는 노광장치 | |
| JP2005166785A (ja) | 位置検出装置及び方法、並びに、露光装置 | |
| JP3762323B2 (ja) | 露光装置 | |
| US6233042B1 (en) | Projection exposure apparatus and device manufacturing method using the same | |
| KR100955116B1 (ko) | 수차측정방법 및 코마수차측정방법 | |
| JP3313932B2 (ja) | 投影露光装置 | |
| JP2005085991A (ja) | 露光装置及び該装置を用いたデバイス製造方法 | |
| JP3793106B2 (ja) | レクチル | |
| JP2008124308A (ja) | 露光方法及び露光装置、それを用いたデバイス製造方法 | |
| US20010046041A1 (en) | Exposure apparatus and device manufacturing apparatus and method | |
| JP2005175383A (ja) | 露光装置、アライメント方法、及び、デバイスの製造方法 | |
| JP4416540B2 (ja) | 収差測定方法 | |
| JP5089137B2 (ja) | 露光装置及びデバイス製造方法 | |
| JP2000306816A (ja) | 投影露光装置、フォーカス検出装置およびデバイス製造方法 | |
| JPH09260269A (ja) | 投影露光方法及びそれを用いたデバイスの製造方法 | |
| JP2004281904A (ja) | 位置計測装置、露光装置、及びデバイス製造方法 | |
| JP2876616B2 (ja) | 投影露光装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20031222 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040203 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040624 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060406 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090414 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100414 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110414 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120414 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130414 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130414 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140414 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |