JP2000260704A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォーカス位置を良好に維持しつつスループ
ットを向上させる。 【解決手段】 原板６のパターンを投影光学系９を介し
て可動ステージ１１上に載置した基板１２上に投影露光
するに際しての最適フォーカス位置を、可動ステージと
の相対位置を投影光学系の光軸方向に変化させながらフ
ォーカス計測手段２７により可動ステージ上の基準マー
ク１３または基板１２の表面を観察して観察像のぼけ具
合を示す所定の評価情報を得ることにより計測し、この
最適フォーカス位置において投影露光を行なう露光装置
またはデバイス製造方法において、最後に投影露光が行
なわれてからの経過時間に基づいて、あるいは所定のタ
イミングにおいてフォーカス計測手段により得た評価情
報と前回最適フォーカスの計測を行なった際の前記評価
情報とに基づいて、最適フォーカスの計測を行なうか否
かを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ、超
ＬＳＩ等の半導体回路素子製造用の投影型露光装置等お
よびこれを用いることができるデバイス製造方法に関
し、特に半導体素子（デバイス）の製造分野において、
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ピント調整機能、所謂オート
フォーカス機能を有する投影露光装置およびこれを用い
たデバイス製造方法に好適なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造に用いられる投影露光
装置においては、マスクとしてのレチクル上に形成され
た回路パターンを感光基板としてのウエハまたはガラス
プレート等の上のフォトレジスト層に高い重ね合せ精度
で転写するために、レチクルとウエハとを高精度に位置
合せ（アライメント）することが求められている。ステ
ッパなどの投影露光装置においては、投影露光光学系に
対してレチクルの位置を合わせるレチクルアライメント
と、投影露光光学系に対してウエハの位置を合わせるウ
エハアライメントとを行なうことによって、レチクルと
ウエハの位置を合わせる手法が知られている。レチクル
アライメントの方式としては、本出願人により発表され
ているＦＲＡ（Ｆｉｎｅ Ｒｅｔｉｃｌｅ Ａｌｉｇｎ
ｍｅｎｔ）などの手法がある。また、ウエハアライメン
トの手法としては、投影光学系とウエハを直接位置合せ
するＴＴＬ方式、および投影光学系とは別の光軸を有す
る観察光学系に対し、ウエハの位置を合わせるオフアク
シス方式等が知られている。

【０００３】図１は特開平９−２６０２６９号公報で開
示されているＴＴＬ方式によるオートフォーカス機能を
有する投影露光装置の概略図である。同図において、６
はレチクルであり、レチクルステージ７に保持されてい
る。レチクル６上の回路パターンが投影レンズ（露光レ
ンズ）９によって、ｘｙｚステージ（ウエハステージ）
１１上のウエハ１２上に１／５または１／１０に縮小さ
れて結像し、露光が行なわれる。図では、ウエハ１２に
隣接する位置に、ウエハ１２の上面とミラー面がほぼ一
致する基準平面ミラー１３が配置されている。基準平面
ミラー１３には図２のステージ基準マーク（フォーカス
検出用マーク）が設けられている。ｘｙｚステージ１１
は投影レンズ９の光軸方向（ｚ）およびこの方向に直交
する面内（ｘ，ｙ）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。レチクル６は、同図
の要素１〜５で示される照明光学系によって、回路パタ
ーンの転写が行なわれる画面領域内が照明される。

【０００４】露光用光源の発光部は楕円ミラー２の第１
焦点に位置しており、光源１より発光した光は、楕円ミ
ラー２の第２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（ハエの目レンズ）３が置かれ
ており、オプティカルインテグレータ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３より発する光で照明用レンズ４とフィー
ルドレンズ５を介してレチクル６を照明している。

【０００５】要素１０、１３、１４はオフアクシスのオ
ートフォーカス光学系を形成している。１０は投光光学
系（オートフォーカス入射系）であり、投光光学系１０
より発せられた非露光光である光束は、基準平面ミラー
１３上の点（あるいはウエハ１２の上面）に集光し、反
射される。この基準平面ミラー１３で反射された光束
は、検出光学系（オートフォーカス受光系）１４に入射
する。図示は省略したが、検出光学系１４内には位置検
出用受光素子が配置され、位置検出用受光素子と基準平
面ミラー１３上の光束の反射点が共役となるように構成
されており、基準平面ミラー１３の縮小投影レンズ９の
光軸方向の位置ズレは、検出光学系１４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。

【０００６】この検出光学系１４により計測された基準
平面ミラー１３の所定の基準面からの位置ズレは、オー
トフォーカス制御系３２に伝達される。オートフォーカ
ス制御系３２は、基準ミラー１３が固設されたｘｙｚス
テージ１１を駆動する駆動系３３にｚ方向への移動の指
令を与える。また、後述する検出光学系２７によりＴＴ
Ｌデフォーカス位置を検知する時、オートフォーカス制
御系３２は基準平面ミラー１３を所定の基準位置の近傍
で投影レンズ９の光軸方向（ｚ方向）に上下に駆動を行
なう。また、露光の際のウエハ１２の位置制御もオート
フォーカス制御系３２により行なっている。

【０００７】次に、ウエハ１２面のフォーカス状態を検
知して、その信号に基づいてウエハステージ１１を駆動
させて投影レンズ９のピント位置を検出するための構成
要素について説明する。２７はＴＴＬＡＦの検出光学系
であり、後述する要素２３、２４、２６、４０、４１を
有している。ファイバ４０から出射した照明光束はハー
フミラー４１を通過し、対物レンズ２４とミラー２３を
介してレチクル６近傍に集光する。レチクル６上には図
示は略したが、実素子領域外の位置に所定の大きさの透
光部（窓抜き部）が設けられている。照明光束はこの窓
抜き部を通過した後に投影レンズ９を介して基準平面ミ
ラー１３上に集光する。基準平面ミラー１３面上には図
２に示すようなステージ基準マーク（フォーカス検知用
マーク）１３ａが設けられている。そして基準平面ミラ
ー１３からの反射光は元の光路を戻り、順に投影レンズ
９、窓抜き部、ミラー２３、対物レンズ２４を介し、ハ
ーフミラー４１で反射して位置センサ２６に入射する。

【０００８】この基準平面ミラー１３はウエハ１２と同
じウエハステージ１１上に配置されており、ウエハ１２
とは概一致してフォーカス面上に固定されている。そし
てウエハ面１２ａとステージ基準マーク１３ａ面の各々
のフォーカス位置、ないしは両面間のフォーカスオフセ
ット量はオートフォーカス検出系３２によって管理され
ている。これにより以降の手順に従って基準平面ミラー
１３に対してフォーカシングして、所定のオフセット量
を与えるだけで自動的に実ウエハ上のフォーカシングを
行なっている。

【０００９】図２に示すように基準平面ミラー１３上の
ステージ基準マーク１３ａは所定の線幅の縦横方向のラ
インアンドスペースより成り立っている。基準平面ミラ
ー１３上のステージ基準マーク１３ａから発した光束は
往路を戻り（復路）、対物レンズ２４まで到達する。対
物レンズ２４を通過した光束はハーフミラー４１を今度
は反射し、位置センサ２６のセンサ面２６ａ上に結像す
る。この位置センサ２６は一次元アレーセンサであって
も、ＣＣＤに代表される二次元センサであっても良い。
ステージ基準マーク１３ａ（図２）と対応して、一方向
パターンだけ（縦線または横線）のフォーカス検出でよ
ければ一次元アレーセンサで十分であるし、二方向パタ
ーン（縦線と横線同時）のフォーカス検出が必要ならば
二次元アレーセンサを用いる。

【００１０】最適フォーカス面を求めるために基準平面
ミラー面１３を露光レンズ９の光軸方向に振る。その
時、位置センサ２６上ではこれと対応して、ステージ基
準マーク１３ａ（図２）のフォーカス状態が変化した情
報が得られる。また、どの種のフォーカス情報を信号と
して利用するかは特に限定していない。例えばステージ
基準マーク１３ａの像の光強度コントラストがベストピ
ント位置では最も高く、デフォーカス位置ではこれが低
下することを利用しても良いし、ステージ基準マーク１
３ａの像の光プロファイルの微分値（傾斜角に対応）を
評価しても良い。また、これらの信号処理は画像信号解
析回路４７で行なっている。

【００１１】従来は、最初にレチクル６上のパターンを
実際にウエハ１２上に露光転写することによって、投影
レンズ９の最良結像面に対してウエハ面をフォーカスす
る第１工程と、これと略同じ第１の時刻にＴＴＬのフォ
ーカス検出光学系２７によってウエハ１２面ないしはこ
れと等価面の最良結像位置を検出する第２工程と、ウエ
ハ１２の露光中、あるいは前記第１の時刻と異なる第２
の時刻に、ウエハ１２面ないしは前記等価面の最適フォ
ーカス位置を検出光学系２７によって検出する第３の工
程とを有し、第３工程によって求めた最適フォーカス位
置の検出結果に基づいてレチクル６面とウエハ１２面と
を常に最適なフォーカス状態に補正している。

【００１２】次に、従来のＴＴＬオートフォーカス方法
の具体的な動作について説明する。図３はオートフォー
カス検出のシーケンスを示すフローチャートである。同
図に示すように、まずレチクルパターン面６ａに検出光
学系２７のフォーカスを粗調整する（ステップＳ１）。
この目的はあくまで計測レンジが大きくずれないための
ものである。次に、レチクル６とウエハ１２の焼きによ
るフォーカス原点合せを行なう。具体的にはウエハ面１
２ａのフォーカスを変えながらレチクルパターン（例え
ば解像力チャートや実素子パターン）をウエハ１２上の
複数位置に焼き付けていく（ステップＳ２、Ｓ３）。そ
してこのウエハ１２を一旦現像し（ステップＳ４）、Ｓ
ＥＭ等の手段で焼き付け像を測定し、最適フォーカス面
を決定する（ステップＳ５）。

【００１３】一方、これと略同じ時刻（装置のフォーカ
ス状態が変化しない十分短い時間以内を意味する）に、
前述の検出光学系２７を用い、ステージ基準マーク１３
ａを送り込んでそのフォーカスを変えながらフォーカス
計測を繰り返す（ステップＳ６、Ｓ７）。そして位置セ
ンサ２６で得られる信号を用いて最適フォーカス面を自
動決定する（ステップＳ８）。

【００１４】最適のフォーカス面が求まったら、その情
報を装置にフォーカスオフセットとして入力する（ステ
ップＳ９）。このオフセット入力は、実際の最適露光ピ
ントとオートフォーカス検出系３２が捉える最適ピント
面との原点ずれ量の補正を意味する。このような原点出
しを各プロセス毎に最初に行ない、プロセスオフセット
としてファイルする。

【００１５】一旦、実プロセスウエハの露光が始まった
ら、実ウエハの露光（ステップＳ１０）の間に定期的に
ステージ基準マーク１３ａを送り込んで、そのフォーカ
スを変えながら、先と同様に検出光学系２７でそのフォ
ーカス計測を繰り返す（ステップＳ１１、Ｓ１２）。そ
して最適フォーカス計測面を自動決定し（ステップＳ１
３）、初期に求めたフォーカス原点とのオフセット変化
量を算出する（ステップＳ１４）。その値だけウエハス
テージ１１をＺ方向に駆動してウエハ面１２ａを投影レ
ンズ９の最適フォーカス面に持っていくように補正する
（ステップＳ１５）。従来は、このフォーカスオフセッ
トの変化量の検出を露光中に定期的にまたは所定のタイ
ミングで実行している。

【００１６】図１に示すＴＴＬオートフォーカスシステ
ムの利点は、環境変化が生じた時や繰り返し露光を行な
うことによって投影光学系の特性が変化して投影光学系
のフォーカス位置が変動しても、被露光面を投影光学系
のピント面に常に高精度に位置させることができ、高集
積度のデバイスを容易に製造することができる投影露光
方法およびそれを用いたデバイスの製造方法を達成でき
る点にある。すなわち、投影レンズを通してウエハ面の
フォーカス検知を直に行なうので、経時的な投影レンズ
のフォーカス変動や露光によって発生する投影レンズの
フォーカスシフトに対し、高い合焦精度が得られる。ま
た、初期の原点出しの時だけパターンを焼き付けてフォ
ーカスを確認しさえすれば、その後は焼き付ける必要が
無いのでスループットが向上する。また、レチクル上に
フォーカス検知用の特別なマークを必要とせず、実プロ
セスのレチクル上に１ｍｍ以内のガラス透過部分さえあ
れば、そこを通して基準マーク、ないしはウエハ上のマ
ークからの信号を拾うことは十分可能である。したがっ
て、既製のレチクル（オートフォーカス用マークや窓抜
き部無し）に対してもこの方式を用いることができるの
で、高精度の合焦状態が約束される。さらに、常にレチ
クルパターンをウエハ上に最適フォーカス状態で露光転
写できるので、半導体の不良率が低減し、大幅な生産性
の向上を期待することができる。

【００１７】図９は投影露光装置におけるオフアクシス
ウエハアライメントシステムの概略を示すブロック図で
ある。この装置において、レチクル９１と投影露光光学
系９２はＦＲＡにより正確に位置決めされており、投影
露光光学系９２とオフアクシス観察光学系９４および１
０７との位置関係（ベースライン）は既に計測されてい
るものとする。ウエハ９８はプリアライメント装置９６
によっておおまかな位置決めがされた後、ＸＹステージ
１００上に搬送され、ＸＹステージ１００上のウエハチ
ャック９９で真空吸着により保持される。ＸＹステージ
１００上に保持されたウエハ９８上に焼き付けられたパ
ターンを顕微鏡９４およびＣＣＤカメラ１０７を通して
画像信号として画像記憶処理装置９３に取り込む。そし
て、画像記憶処理装置９３内に記憶されたアライメント
マークのパターンと取り込んだ画像とをパターンマッチ
ングにより照合し、アライメントマークが検出された場
合にはずれ量を算出する。これら一連の処理により、ウ
エハ９８の平面方向の位置ずれを正確に検出することが
できる。

【００１８】このようなウエハアライメント処理の精度
を高めるためには、顕微鏡９４とＸＹステージ１００上
のウエハ９８との間隔すなわち両者のＺ軸方向（ウエハ
の鉛直軸方向）の距離（以下、「フォーカス」という）
を調節して、観察対象となるパターンの焦点ボケ（以
下、「デフォーカス」という）の影響をできるだけ低く
しなければならない。顕微鏡９４とＸＹステージ１００
との距離を調節して最適なフォーカスを得る方法とし
て、従来より画像処理によるオートフォーカス機構（以
下、「画像ＡＦ」という）を用いる方法が知られてい
る。次に、この画像ＡＦについて説明する。

【００１９】図９のアライメントシステムにおいて、Ｘ
Ｙステージ１００はＺ軸方向にＺｍｉｎ≦Ｚ≦Ｚｍａｘ
の範囲で駆動可能であるとする。画像ＡＦでは、最も適
切なＸＹステージの高さ、すなわちベストフォーカスを
求めるために、画像処理によって画像のボケ具合を定量
化する評価関数を用いる。すなわち、ＸＹステージ１０
０を高さ方向に変位させながら、顕微鏡９４およびＣＣ
Ｄカメラ１０７を通してウエハ９８上のパターンの画像
信号を取り込み、そのときの評価関数を画像記憶処理装
置９３によって、図１２のようにプロットし、最も表価
値が高いと判定されたＸＹステージ１００の高さＺｂｅ
ｓｔをベストフォーカスとしている。このとき、評価関
数として、ＣＣＤカメラ１０７から取り込んだパターン
の画像信号より得られるコントラスト値が用いられる方
法が知られている。このような画像ＡＦ処理を、アライ
メント処理の前準備として行なうことによってアライメ
ントマークパターンのデフォーカスを防ぐことが可能と
なる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
半導体素子、ＬＳＩ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
は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。そして、それに伴って結像光学系の高ＮＡ
化が進み、この結果、結像光学系の焦点深度がより浅く
なってきている。また、ＡＳＩＣ等の少量多品種が主流
となってきているため、投影露光装置においてはスルー
プットの向上が求められている。

【００２１】最適なフォーカス位置がずれる要因として
は、時間的な経時変化や露光による熱負荷、ウエハの厚
さのバラツキや吸着方法、ウエハの変形、気圧変化、温
度変化等が挙げられる。これに対し、図３の従来の技術
では、定期的または所定のタイミングでオートフォーカ
スを実行していたため、前回の最適フォーカス位置と今
回の最適フォーカス位置とがほぼ同じ位置になるような
場合でも、前記第１工程、第２工程または第３工程を用
いて、最適なフォーカス位置を検出するような処理を実
施している。このため、最適なフォーカス位置を検出す
る処理の分だけスループットが低下してしまっている。
また、最適なフォーカス位置近傍において計測したとき
の計測値はほぼ同様な計測値が得られるが、ステージ基
準マークの投影光学系の光軸方向に対する相対位置の変
化量を固定の変化量としてオートフォーカス計測を行な
っている。このため、２回目以降のオートフォーカス計
測時には、最適なフォーカス位置を求めるために不要な
ステージ基準マークの投影光学系の光軸方向に対する相
対位置での光量計測またはコントラスト計測を実施して
いたため、スループットが低下してしまっている。

【００２２】また、図９を用いて上述した画像ＡＦ処理
によってベストフォーカス値を得る場合においても、Ｘ
ＹステージをＺ軸方向に微小量づつ変位させながら、繰
り返し何度も画像の取込みを行なわなければならない。
画像ＡＦ処理をウエハ毎に行なっていると、処理すべき
ウエハの数が増えた場合、処理速度の低下を引き起こし
てしまう。このような処理速度の低下を防ぐために、同
一ロット内の１枚目のウエハの処理時に画像ＡＦにより
計測したベストフォーカス値を記憶しておき、２枚目以
降のウエハからは、記憶しておいたベストフォーカス値
を参照し、対応する座標にＸＹステージを駆動して調整
することによって、ウエハ２枚目以降の画像ＡＦ処理を
省略し、スループットの低下を防ぐ方法が知られてい
る。しかし、この方法では、各ウエハ上のパターンのフ
ォーカスにバラツキが生じているようなロットを処理す
るとき、記憶しておいたベストフォーカス値があてにな
らない場合がある。例えば、前プロセス処理時、異なる
装置で処理された複数のウエハが同一ロット内に混在し
ている場合などは、ウエハ上に形成されたパターンのベ
ストフォーカス値がウエハ毎に異なる場合などが生じて
くる。このような場合、記憶されたベストフォーカス値
をそのまま使うと、アライメントマークがデフォーカス
して、アライメント処理の精度を低下させてしまうとい
う問題が生じる。

【００２３】本発明の目的は、これら従来技術の問題点
に鑑み、露光装置およびデバイス製造方法において、フ
ォーカス位置を良好に維持しつつ、最適フォーカス位置
の計測によるスループットの低下を防止することにあ
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
第１の発明に係る露光装置は、原版を保持する可動ステ
ージと、原版表面との相対位置関係を観察光学系の光軸
方向に変化させながら、前記原版表面を観察することに
より、最適フォーカス位置を計測するフォーカス計測手
段を備えた露光装置であって、特定の計測パラメータが
所定値を超えたか否かを以って前記フォーカス計測手段
による計測を行なうか否かを制御する制御手段を具備す
ることを特徴とする。

【００２５】また、第２の発明に係る露光装置は、原版
のパターンを投影光学系を介して可動ステージ上に載置
した基板上に投影露光する露光手段と、前記可動ステー
ジとの相対位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させ
ながら前記可動ステージ上の基準マークまたは前記基板
の表面を観察することにより前記投影露光に際しての最
適フォーカス位置を計測するフォーカス計測手段とを備
えた露光装置であって、特定の計測パラメータが所定値
を超えたか否かを以って前記フォーカス計測手段による
計測を行なうか否かを制御する制御手段を具備すること
を特徴とする。

【００２６】また、第３の発明に係る露光装置は、原板
のパターンを投影光学系を介して可動ステージ上に載置
した基板上に投影露光する露光手段と、前記可動ステー
ジとの相対位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させ
ながら前記可動ステージ上の基準マークまたは前記基板
の表面を観察することにより前記投影露光に際しての最
適フォーカス位置を計測するフォーカス計測手段とを備
えた露光装置であって、前回投影露光が行なわれてから
の経過時間に基づいて前記フォーカス計測手段による計
測を行なうか否かを制御する制御手段を具備することを
特徴とする。

【００２７】また、第４の発明に係る露光装置は、原板
のパターンを投影光学系を介して可動ステージ上に載置
した基板上に投影露光する露光手段と、前記可動ステー
ジとの相対位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させ
ながら前記可動ステージ上の基準マークまたは前記基板
の表面を観察して観察像のぼけ具合を示す所定の評価情
報を得ることにより前記投影露光に際しての最適フォー
カス位置を計測するフォーカス計測手段と、このフォー
カス計測手段の動作を制御する制御手段とを備えた露光
装置であって、前記制御手段は、所定のタイミングにお
いて、前記フォーカス計測手段により前記評価情報を
得、得られた評価情報と、前回前記フォーカス計測手段
により最適フォーカス位置の計測を行なった際の前記評
価情報とに基づいて前記フォーカス計測手段による最適
フォーカス位置の計測を行なうか否かの制御を行なうも
のであることを特徴とする。

【００２８】また、第５の発明に係るデバイス製造方法
は、原板のパターンを投影光学系を介して可動ステージ
上に載置した基板上に投影露光するに際しての最適フォ
ーカス位置を、前記可動ステージとの相対位置を前記投
影光学系の光軸方向に変化させながら前記可動ステージ
基準マークまたは基板の表面を観察することにより計測
し、この最適フォーカス位置において投影露光を行なう
ことによりデバイスを製造するデバイス製造方法であっ
て、最後に投影露光が行なわれてからの経過時間が予め
設定してある時間の範囲以内である場合には、最後に計
測した最適フォーカス位置に基づいて投影露光を行な
い、最後に投影露光されてからの経過時間が予め設定し
てある時間の範囲を超えた場合には、前記最適フォーカ
ス位置の計測を行ない、その最適フォーカス位置におい
て投影露光を行なうことを特徴とする。

【００２９】また、第６の発明に係るデバイス製造方法
は、原板のパターンを投影光学系を介して可動ステージ
上に載置した基板上に投影露光するに際しての最適フォ
ーカス位置を、前記可動ステージとの相対位置を前記投
影光学系の光軸方向に変化させながら前記可動ステージ
上の基準マークまたは前記基板の表面を観察して観察像
のぼけ具合を示す所定の評価情報を得ることにより計測
し、この最適フォーカス位置において投影露光を行なう
ことによりデバイスを製造するデバイス製造方法であっ
て、所定のタイミングにおいて前記評価情報を得、この
評価情報と、最後に前記最適フォーカス位置の計測を行
なった際の評価情報とを比較し、両者が示すぼけ具合の
差が所定値より小さい場合は最後に計測した最適フォー
カス位置に基づいて投影露光を行ない、両者が示すぼけ
具合の差が所定値より大きい場合は前記最適フォーカス
位置の計測を行ない、その最適フォーカス位置において
投影露光を行なうことを特徴とする。

【００３０】

【発明の実施の形態】第２の発明の好ましい実施形態に
おいては、前記計測パラメータは、前回の投影露光が行
われてからの経過時間あるいはフォーカス計測手段によ
る観察像の光量またはコントラスト値である。

【００３１】また、第３の発明の好ましい実施形態にお
いては、制御手段は、最後に投影露光されてからの経過
時間が、予め設定してある時間の範囲以内である場合に
は、フォーカス計測手段による計測が行なわれないよう
に制御するものであり、その場合、前回フォーカス計測
手段により計測された最適フォーカス位置が投影露光を
行なう際の最適フォーカス位置とされる。また、最後に
投影露光されてからの経過時間が予め設定してある時間
の範囲を越えた場合には、フォーカス計測手段による計
測が行なわれるように制御する。

【００３２】また、第４の発明の好ましい実施形態にお
いては、前記評価情報は光量値またはコントラスト値で
あり、制御手段は、前回フォーカス計測手段により計測
した最適フォーカス位置で、フォーカス計測手段により
光量値またはコントラスト値を得、得られた光量値また
はコントラスト値と、前回フォーカス計測手段により最
適フォーカス位置の計測を行なった際の最大の光量値ま
たはコントラスト値との差分に基づいてフォーカス計測
手段による最適フォーカス位置の計測を行なうか否かの
制御を行なうものである。そして、前記差分が予め設定
された範囲内である場合には、フォーカス計測手段によ
る最適フォーカス位置の計測が行なわれないように制御
するものであり、その場合、前回フォーカス計測手段に
より計測された最適フォーカス位置が投影露光を行なう
際の最適フォーカス位置とされる。また、前記差分が予
め設定された範囲を超えた場合には、フォーカス計測手
段による最適フォーカス位置の計測が行なわれるように
制御するものである。

【００３３】制御手段は、前記差分が予め設定された範
囲を超えた場合におけるフォーカス計測手段による最適
フォーカス位置の計測を行なう際の可動ステージの前記
光軸方向の各変化位置を決定する。その際、制御手段
は、前回の最適フォーカス位置の計測により得た最適フ
ォーカス位置の前後数点の位置で、フォーカス計測手段
による光量計測またはコントラスト計測を実施し、この
計測結果に基づいて、前記各変化位置の決定を行なう。
あるいは、前回のフォーカス位置の計測により得た最適
フォーカス位置を含むその前後数点を、前記各変化位置
として決定する。

【００３４】また、第６発明の好ましい実施形態におい
ては、前記ぼけ具合の差が所定値より大きい場合におい
て最適フォーカス位置の計測を行なうときの可動ステー
ジの前記光軸方向の各変化位置を、最後の最適フォーカ
ス位置の計測により得た最適フォーカス位置の前後数点
の位置で最適フォーカス位置の計測を実施し、この計測
結果に基づいて決定するか、または、最後の最適フォー
カス位置の計測により得た最適フォーカス位置を含むそ
の前後数点の位置として決定する。

【００３５】このように、最適フォーカス位置の計測結
果が前回の最適なフォーカス位置とほぼ同じ位置になる
ような場合には最適フォーカス位置の計測を実行しない
ようにし、前回の最適フォーカス位置と異なる位置にな
るような場合には、最適フォーカス位置の計測を行なう
とともに、その際の可動ステージの投影光学系の光軸方
向に対する相対位置の変化量が最小となるように制御す
ることにより、被露光面を投影光学系のピント面に常に
高精度に位置させながら、スループットの向上が図られ
る。

【００３６】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例に係る露光装置
の要部概略図である。この装置の概要は前記従来技術に
おいて説明したとおりである。図４はこの装置における
露光処理シーケンスのうち、実際のウエハの露光におけ
る基準マークのオートフォーカス計測処理部分（図３の
従来技術の第３工程に対応する部分）の処理シーケンス
を示すフローチャートである。実際のウエハの露光処理
に入ると、同図に示すように、まず未露光時間の算出を
する（ステップＳ４１）。これは、オートフォーカス計
測を実施すべきか否かの判断要因となる。未露光時間と
は最後にウエハの露光を行なってからの経過時間を指
す。未露光時間が予め設定した範囲以内である場合には
ステージ基準マーク１３ａによるオートフォーカス計測
による最適フォーカス面の自動決定処理を行なわず、前
回のオートフォーカス計測時に記憶している最適なフォ
ーカス位置を元にフォーカス補正を行ない、ウエハ露光
を実施する（ステップＳ４２、Ｓ４８、Ｓ４９）。未露
光時間が予め設定した範囲を超えた場合にはステージ基
準マーク１３ａによるオートフォーカス計測による最適
フォーカス面の自動決定処理を行ない（ステップＳ４２
〜Ｓ４５）、この時の最適なフォーカス位置を記憶する
と共に（ステップＳ４６）、フォーカスオフセットの変
化量の算出を行ない（ステップＳ４７）、この値を元に
フォーカス補正を行ない（ステップＳ４８）、ウエハ露
光を実施する（ステップＳ４９）。

【００３７】なお、図４では不図示ではあるが、基準マ
ークのオートフォーカス計測の実施のタイミングは、従
来通り定期的であってもよいし、未露光時間を判別基準
として決定してもよい。

【００３８】本実施例においてステージ基準マーク１３
ａのオートフォーカス計測実施の判断基準として未露光
時間を選んだ理由について説明する。フォーカスオフセ
ットが変化する要因としては、前述したように、時間的
な経時変化や露光による熱負荷、ウエハの厚さのバラツ
キや吸着方法、ウエハの変形、気圧変化、温度変化等が
挙げられる。図５（ａ）は、ウエハ露光と次のウエハ露
光との間の未露光時間△ｔが短い場合のフォーカスの変
動を示す。まず、露光が行なわれることによりそのフォ
ーカス値は変化する。そして、未露光時間△ｔの間に、
再びフォーカス値は変化する。このフォーカス変化量を
△ｆとする。未露光時間△ｔが短ければ露光終了時のフ
ォーカス値と次の露光開始時のフォーカス値の変化量△
ｆは小さくなるために、前述の実際の最適露光ピントと
オートフォーカス検出系３２が捉える最適ピント面との
原点ずれ量を補正するオートフォーカス計測を実行しな
くてもウエハ露光を実施することが可能である。一方、
図５（ｂ）は未露光時間△ｔが長い場合のフォーカスの
変動を示す。この場合は、未露光時間△ｔが長くなるこ
とにより、フォーカス変化量△ｆも大きくなるために、
未露光時間△ｔ経過後にウエハ露光を行なうような場合
には、前述の実際の最適露光ピントとオートフォーカス
検出系３２が捉える最適ピント面との原点ずれ量を補正
するオートフォーカス計測を実行する。

【００３９】このように、本実施例においては、予め設
定してある時間と未露光時間△ｔとを比較し、未露光時
間△ｔが予め設定してある時間を超えた場合にはステー
ジ基準マークのオートフォーカス計測による最適フォー
カス面の自動決定処理を実施し、また、未露光時間△ｔ
が予め設定してある時間以内である場合にはステージ基
準マークのオートフォーカス計測による最適フォーカス
面の自動決定処理を実施しないような制御を行なう。

【００４０】本実施例のようなステージ基準マークによ
るオートフォーカス計測による最適フォーカス面の自動
決定処理の制御を行なえば、ウエハ露光に伴うフォーカ
ス変動が少ない場合には不必要な処理を省略することが
可能となるので、トータルスループットを向上させるこ
とが可能となる。

【００４１】なお、ステージ基準マークのオートフォー
カス計測による最適フォーカス面の自動決定処理の実行
の制御を行なうために予め設定してある時間は、ユーザ
等が任意に指定しても良いし、これまでの累積露光時
間、露光量等などから自動的に設定しても良い。

【００４２】次に、本発明の第２の実施例に係る処理シ
ーケンスを図６のフローチャートを用いて説明する。実
際のウエハの露光処理を開始すると、まず、前回のオー
トフォーカス計測時に記憶している最適なフォーカス位
置に駆動する（ステップＳ６０）。この時、図６では不
図示ではあるが、記憶している最適なフォーカス位置が
無い場合、すなわちこれまでに一度もオートフォーカス
計測を実施していない場合は無条件でオートフォーカス
計測を実施する。次に、前述の検出光学系２７を用い、
ステージ基準マーク１３ａを送り込んで前回の最適なフ
ォーカス位置において１回フォーカス計測を実施する
（ステップＳ６１）。この場合のフォーカス計測は、光
量計測またはコントラスト計測のどちらでも構わないこ
ととする。次に、ステップＳ６１の１回のフォーカス計
測値と、前回のオートフォーカス計測時に記憶している
最大のフォーカス計測値ｎとの差分を取り、差分が予め
設定されている範囲以内である場合には、今回のステー
ジ基準マーク１３ａによるオートフォーカス計測は実施
せず、記憶している最適なフォーカス位置の値を使用
し、フォーカス補正のみ行ない、ウエハ露光を実施する
（ステップＳ６２、Ｓ６９、Ｓ７０）。差分が予め設定
されている範囲を超えた場合には、ステージ基準マーク
１３ａの投影光学系に対する光軸方向の変化量を自動的
に決定し（ステップＳ６２、Ｓ６３）、ステージ基準マ
ークのオートフォーカス計測を実施し（ステップＳ６
４、Ｓ６５）、ステージ基準マークの最適フォーカス面
の自動決定処理を実施する（ステップＳ６６）。ステッ
プＳ６３におけるステージ基準マーク１３ａの投影光学
系に対する光軸方向の変化量の決定方法に関しては、従
来のように常に固定の変化量としても良いし、記憶して
いる最適なフォーカス位置を基準としてその前後数点
（ｎ−ｍ〜ｎ＋ｍ：ｍは任意の数値）としても良いし、
ステップＳ６２で取った差分の量に応じて、最適なフォ
ーカス位置が検出可能な必要最小限の変化量としても良
い。

【００４３】上記のステージ基準マーク１３ａのオート
フォーカス計測によって最適なフォーカス面の自動決定
を行なった後、この時の最大のフォーカス計測値ｎと最
適なフォーカス位置を記憶する（ステップＳ６７）。次
に、フォーカスオフセットの変化量を算出し（ステップ
Ｓ６８）、この値を元にフォーカス補正を実施してウエ
ハステージ１１を投影レンズ９の最適フォーカス面に持
っていき（ステップＳ６９）、ウエハ露光を実施する
（ステップＳ７０）。

【００４４】なお、本実施例においては、図６では不図
示ではあるが、ステップＳ６１の最適なフォーカス位置
における１回のフォーカス計測の実施のタイミングは、
従来通り定期的であっても良いし、ウエハ処理毎であっ
ても良いし、前記第１の実施例などと組み合わせて実施
タイミングを決定しても良い。

【００４５】本実施例によれば、フォーカスの変動が大
きい時にのみステージ基準マークのＴＴＬフォーカス計
測による最適フォーカス面の検出を行なうことになるた
め、トータルスループットを向上させることが可能とな
る。

【００４６】次に、本発明の第３の実施例に係る処理シ
ーケンスを図７のフローチャートを用いて説明する。実
際のウエハの露光処理を開始すると、まず、前回のオー
トフォーカス計測時に記憶している最適なフォーカス位
置を基準として、その前後数点（ｎ−ｍ〜ｎ＋ｍ：ｍは
任意の数値であり、ここでは“６”とする）をステージ
基準マーク１３ａの投影光学系に対する光軸方向の変化
量として設定する（ステップＳ７１）。したがって、こ
こでは、合計１３点のフォーカス計測を実施する。次
に、この設定に従い、ステージ基準マーク１３ａのＴＴ
Ｌフォーカス計測を実施する（ステップＳ７２、Ｓ７
３）。ここで、最適なフォーカス面が検出できた場合に
は、この時の最大のフォーカス計測値ｎと最適なフォー
カス位置を記憶する（ステップＳ７４、Ｓ７９）。最適
なフォーカス面が検出できなかった場合には、ステージ
基準マーク１３ａの投影光学系に対する光軸方向の変化
量を最適なフォーカス面が検出できるように自動的に決
定する（ステップＳ７４、Ｓ７５）。

【００４７】ここで、ステージ基準マーク１３ａの投影
光学系に対する光軸方向の変化量の自動決定方法につい
て図８を用いて説明する。図８（ａ）によると、前回の
オートフォーカス計測時に記憶している最適なフォーカ
ス位置は“０”μｍである。また、その時の最大のフォ
ーカス計測値は“８４９”である。そこで、今回のオー
トフォーカス計測では、記憶している最適なフォーカス
位置“０”を基準としてその前後６点の合計１３点にお
いてフォーカス計測を実施することになる。フォーカス
計測の範囲がこの範囲であれば、図８（ａ）のように、
今回の最適なフォーカス位置が仮に“＋”方向にある場
合でも、“−”方向にある場合でも最適なフォーカス位
置を含んだ形でオートフォーカス計測が実施されること
になる。また、図８（ｂ）のように、最適なフォーカス
位置が前回のオートフォーカス計測時から大きく変化し
て、前述の合計１３点のフォーカス計測で最適なフォー
カス位置の検出ができなかった場合でも、１３点のフォ
ーカス計測の結果より最適なフォーカス位置が、ステー
ジ基準マーク１３ａの投影光学系に対する光軸方向に対
してどちらの方向にあるかが予測できる。この予測に従
って最大のフォーカス計測値が計測できるように変化量
を設定すれば良い。

【００４８】次に、ステージ基準マーク１３ａのオート
フォーカス計測を行ない（ステップＳ７６、Ｓ７７）、
ステージ基準マーク１３ａの最適フォーカス面の自動決
定を実施する（ステップＳ７８）。ステージ基準マーク
の最適フォーカス面の自動決定後、最大のフォーカス計
測値ｎと最適なフォーカス位置を記憶する（ステップＳ
７９）。次に、フォーカスオフセットの変化量を算出し
（ステップＳ８０）、この値を元にフォーカス補正を実
施してウエハステージ１１を投影レンズ９の最適フォー
カス面に持っていき（ステップＳ８１）、ウエハ露光を
実行する（ステップＳ８２）。

【００４９】本実施例においては、図７では不図示では
あるが、最適なフォーカス位置を基準とした前後数点の
フォーカス計測の実施のタイミングは、従来通り定期的
であっても良いし、ウエハ処理毎に実施しても良いし、
第１の実施例、第２の実施例などと組み合わせて決定し
ても良い。

【００５０】本実施例によれば、最適フォーカス面を検
出するためのステージ基準マーク１３ａのオートフォー
カス計測における投影光学系に対する光軸方向の変化量
を必要最低限にすることが可能であるため、トータルス
ループットを向上させることが可能となる。

【００５１】図９は本発明の第４の実施例に係る半導体
露光装置におけるオフアクシス方式のウエハライメトシ
ステムの概略を示すブロック図である。このアライメン
トシステムは、レチクル９１、投影露光光学系９２、入
力された画像信号に対し、種々の画像演算処理を行なう
機能を有し、画像信号や演算処理結果を記憶する手段を
有する画像記憶演算装置９３、不図示のウエハ搬入装置
からウエハがアライメントシステムに送り込まれて来た
時に、ウエハの大まかな向きを調整するためのプリアラ
イメント装置９６、操作者からのコマンド入力を受け付
けるためのコンピュータ端末９７、アライメントの対象
であるウエハ９８、ウエハ９８上に形成されたパターン
の画像を拡大するための顕微鏡９４、顕微鏡９４を通し
て得られるウエハ９８上に形成されたパターンの画像を
電気信号に変換し、画像記憶演算装置９３に入力するた
めのＣＣＤカメラ１０７、ウエハ９８の座標位置を平面
方向および垂直方向に移動させるためのＸＹステージ１
００、ウエハ９８をＸＹステージ１００上に保持するた
めのウエハチャック９９、顕微鏡９４の画像を直接操作
者が確認するための表示手段としてのモニタ１０１、お
よび、上記の各装置を制御する中央演算処理装置９５に
よって構成されている。顕微鏡９４およびＣＣＤカメラ
１０７をオフアクシス観察光学系と呼ぶ。このシステム
において、レチクル９１と投影露光光学系９２とは、Ｆ
ＲＡなどの方法により正確に位置決めされており、投影
露光光学系９２とオフアクシス観察光学系９４および１
０７との相対的な位置関係（ベースライン）は既に計測
されているものとする。

【００５２】以下、図９に示される各装置の動作を説明
する。ウエハ９８はプリアライメント装置９６によりお
おまかな位置決めがされた後、ＸＹステージ１００上に
搬送され、ＸＹステージ１００上のウエハチャック９９
によって真空吸着により保持される。ＸＹステージ１０
０上に保持されたウエハ９８上に焼き付けられたパター
ンを顕微鏡９４およびＣＣＤカメラ１０７を通して画像
信号として取り込む。そして、画像記憶処理装置９３内
に記憶されたアライメントマークのパターンと取り込ん
だ画像とをパターンマッチングにより照合し、アライメ
ントマークが検出された場合にはずれ量を算出する。こ
れら一連の処理により、オフアクシス観察光学系に対す
るウエハの平面方向の位置ずれを検出することができ、
ベースライン量およびＦＲＡの計測値から、ウエハ９８
とレチクル９１の相対ずれ量を求めることが可能とな
る。

【００５３】また、画像記憶処理装置９３は取り込まれ
た画像信号のボケ具合を示す評価値例えば画像信号のコ
ントラストを計算し、その値を記憶する機能を有してい
るものとする。ここでいうコントラストとは、ある画像
信号中の最大輝度と最小輝度との差で表される値であ
る。画像信号のボケ具合を示す指標であれば、コントラ
スト以外の値を用いても良い。もちろん、画像記憶処理
装置が行なうとした演算処理や記憶処理を中央演算処理
装置９５が行なうような構成にしても構わない。

【００５４】また、ＸＹステージ１００はウエハ面と垂
直な方向（これをＺ方向とする）にＺｍｉｎ≦Ｚ≦Ｚｍ
ａｘの範囲で駆動することが可能であるとする。アライ
メントマークのデフォーカスの影響を抑制するために
は、ＸＹステージ１００をＺ方向に駆動して、ウエハ９
８のＺ方向を調整する。もし顕微鏡９４のＺ位置を移動
させることができるなら、これをフォーカス調整手段と
して用いても構わない。本実施例では、ＸＹステージ１
００の距離を調節して、最適なフォーカス（ベストフォ
ーカス）を得るための画像ＡＦ処理について説明する。

【００５５】図１０は、図９のシステムにおける処理の
流れを示すフローチャートである。同図に示すように、
処理を開始すると、まずステップＳ２０１において、レ
チクル交換を行なう。ここで、投影露光光学系９２とレ
チクル９１の相対位置関係をＦＲＡなどの手法で計測す
る。次に、ステップＳ２０２において、ベースライン計
測や、装置要因により生じるオフセット値のキャリブレ
ーション計測などの前準備を行なう。以後、ステップＳ
２０３〜Ｓ２０９を、ロット内の処理すべきウエハにつ
いての処理が終了するまで繰り返す。

【００５６】ステップＳ２０３では、処理すべきウエハ
を不図示のウエハ搬入装置によりウエハステージ上に搬
入するウエハ交換処理を行なう。次に、ステップＳ２０
４において、現在処理中のウエハがレチクル交換後に初
めて処理するウエハかどうか（ロット先頭のウエハかど
うか）によって、処理の振り分けを行なう。もしレチク
ル交換後に初めて処理するウエハであればステップＳ２
０５の処理に進み、２毎目以降のウエハであればステッ
プＳ２０６に進む。

【００５７】ステップＳ２０５では、ウエハ上に形成さ
れているアライメントマークの画像ＡＦを行なう。ま
た、ステップＳ２０６では、画像ＡＦ処理を行なうかど
うかの判断を行ない、必要無ければ画像ＡＦ処理を行な
わないようにする。なお、ステップＳ２０５およびＳ２
０６の処理の詳細については後述する。

【００５８】アライメントマークの画像ＡＦが終了した
ら、ステップＳ２０７において当該ウエハのアライメン
トを行ない、ステップＳ２０８において当該ウエハの全
ショット領域ヘレチクルのパターンを露光する。次に、
ステップＳ２０９において、１ロット内の処理すべきウ
エハが残っているかどうかを確認する。まだウエハがあ
れば、ステップＳ２０３に戻って新しいウエハをロード
し、処理を続ける。残っているウエハがなければ、処理
を終了する。

【００５９】以下、ステップＳ２０５の画像ＡＦ処理、
およびステップＳ２０６の画像ＡＦバイパス処理につい
て説明する。図１１は、ステップＳ２０５の画像ＡＦ処
理の流れを示すフローチャートである。処理を開始する
と、まずステップＳ３０１において、ＸＹステージ１０
０のＺ位置Ｚｉを駆動可能範囲の最小値Ｚｍｉｎに設定
し、ＸＹステージ１００をＺｍｉｎに駆動する。次に、
ステップＳ３０２において、ＣＣＤカメラ１０７により
ウエハ上に形成されたアライメントマークの画像信号の
取込みを行なう。次に、ステップＳ３０３において、ス
テップＳ３０２で取り込んだ画像信号から、位置Ｚｉに
おけるコントラストＣｉを算出し、記憶装置にＣｉの値
を記憶する。

【００６０】次に、ステップＳ３０４において、ＸＹス
テージ１００のＺ位置を現在の位置よりも微小駆動量△
Ｚだけ増加させられるかどうかの判定を行なう。もし、
駆動可能最大値Ｚｍａｘを越えてしまうようであれば、
ステップＳ３０５に進み、そうでなければ、ステップＳ
３０６でＺ位置を△Ｚ増加させてＸＹステージ１００を
駆動し、ステップＳ３０２へ戻って上述の処理を繰り返
す。

【００６１】ステップＳ３０５では、ステップＳ３０３
で記憶しておいた各Ｚ位置と、各Ｚ位置におけるコント
ラスト値との対応から、最も（アライメントマークの）
画像の見えが良いと判断できるＺ位置、すなわちベスト
フォーカス位置Ｚｂｅｓｔを算出する。例えば、各Ｚ位
置とコントラスト値とが図１２のようにプロットできれ
ば、計測コントラスト値が最大となるＺ位置をベストフ
ォーカス位置としてもよい。また、ラグランジュ補間な
どの方法により、プロットされた値を曲線近似してコン
トラストのピークを求めれば、さらに正確なベストフォ
ーカス位置を算出できる。

【００６２】次に、ステップＳ３０７において、ステッ
プＳ３０５で算出したベストフォーカスＺｂｅｓｔと、
コントラストのピーク値Ｃｂｅｓｔを記憶しておく。こ
れらの値は、ウエハ２枚目以降の画像ＡＦ処理（ステッ
プＳ２０６）で参照される。図１３は、ステップＳ２０
６の画像ＡＦバイパス処理の流れを示すフローチャート
である。まずステップＳ５０１において、ＸＹステージ
１００のＺ位置Ｚｉを前記ベストフォーカス位置Ｚｂｅ
ｓｔに設定し、ステージ位置をＺｂｅｓｔに駆動する。
次にステップＳ５０２において、ＣＣＤカメラ１０７に
より、ウエハ上に形成されたアライメントマークの画像
信号の取込みを行なう。次に、ステップＳ５０３におい
て、ステップＳ５０２で取り込んだ画像信号から、現在
のフォーカス位置ＺｉにおけるコントラストＣｉを算出
する。

【００６３】次に、ステップＳ５０４において、ステッ
プＳ５０３で計算したＣｉと、以前記憶しておいたベス
トコントラスト値Ｃｂｅｓｔとを比較する。ＣｉとＣｂ
ｅｓｔとがある程度近ければ、その時の（以前の）フォ
ーカス値Ｚｉを、新しいベストフォーカス値とみなして
も構わないと判断し、画像ＡＦバイパス処理を終了す
る。もし、ＣｉとＣｂｅｓｔとの差が大きいようであれ
ば、ステップＳ２０５へ進み、画像ＡＦ処理の処理を行
なって、新たにベストフォーカス値を計算し直す。

【００６４】以上のように、ロット先頭のウエハ処理時
の画像ＡＦ計測により算出した、ベストフォーカス値と
その時のコントラスト（ベストコントラスト）値とを記
憶しておき、２枚目以降のウエハを処理する時に以前計
測したベストフォーカス値とベストコントラスト値とを
参照すれば、一度画像取込み処理を行なうだけで、画像
ＡＦ処理を行なうべきか否かを判断できる。

【００６５】上記のような処理を行なえば、以下のよう
な作用により、トータルスループットを向上させること
ができる。すなわち、同一ロット内に存在する各ウエハ
の全プロセスにおける処理状態が均一で、ウエハ上に形
成されたアライメントマークの段差にバラツキが少ない
場合は、ステップＳ２０６の画像ＡＦバイパス処理によ
り、２枚目以降のウエハでは画像ＡＦ処理を省略できる
ケースが増え、その結果処理速度が向上する。さらに、
ウエハ上に形成されたアライメントマークの段差がウエ
ハによって異なる場合においても、ステップＳ２０６に
おいてコントラスト値を比較しているので、処理中のウ
エハに対して画像ＡＦを行なう必要があることを自動的
に検知できる。したがって、ベストフォーカス値にバラ
ツキがあるウエハ群に対しても、常に適切なフォーカス
値を設定することができる。

【００６６】なお、本実施例において、ウエハ上に形成
されたアライメントマークの画像ＡＦ処理を利用する場
合において本発明が有効だと述べたが、レチクルパター
ンの画像ＡＦ処理を利用する場合や、ＸＹステージ上に
形成された基準マークの画像ＡＦ処理を利用する場合に
本発明の方法を用いても、もちろん有効な結果が得られ
る。また、本実施例では、いわゆるステッパーを例に挙
げたが、スキャナーにおいても適用が可能である。

【００６７】＜デバイス製造方法の実施例＞次に上記説
明した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を
説明する。図１４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）ではデバイスのパターン設計を行なう。ス
テップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成し
たマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）
ではシリコンやガラス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。

【００６８】図１５は上記ウエハプロセス（ステップ
４）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）ではウエハにレジ
ストを塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明し
た露光装置または露光方法によってマスクの回路パター
ンをウエハの複数のショット領域に並べて焼付露光す
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。

【００６９】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった大型のデバイスを低コストに製造するこ
とができる。

【００７０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、特定の計
測パラメータが所定値を超えたか否かによってフォーカ
ス計測を行なうか否かを制御し、あるいは前回投影露光
が行なわれてからの経過時間に基づいて最適フォーカス
位置の計測を行なうか否かを制御し、あるいは、所定の
タイミングにおいて得たコントラスト等の評価情報と、
前回最適フォーカス位置の計測を行なった際の評価情報
とに基づいて最適フォーカス位置の計測を行なうか否か
を制御するようにしたため、必要な場合には最適フォー
カスの計測を行なってフォーカス精度を良好に維持する
とともに、不要な最適フォーカスの計測を回避すること
ができる。したがって、フォーカス精度を良好に維持し
つつスループットを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１〜第３の実施例に係るオートフ
ォーカス機能を有する投影露光装置の概略図である。

【図２】 図１の装置におけるステージ基準マークの説
明図である。

【図３】 従来のオートフォーカス機能を有する投影露
光装置の動作を示すフローチャートである。

【図４】 本発明の第１の実施例に係る動作のフローチ
ャートである。

【図５】 図１の装置における未露光時間が短い時およ
び長い時のフォーカス変化量の説明図である。

【図６】 本発明の第２の実施例に係る動作のフローチ
ャートである。

【図７】 本発明の第３の実施例に係る動作のフローチ
ャートである。

【図８】 図７の動作におけるフォーカス変化が小さい
時および大きい時の光量またはコントラストの計測波形
を示すグラフである。

【図９】 本発明の第４の実施例に係る半導体露光装置
におけるアライメントシステムの概略を表すブロック図
である。

【図１０】 図９の装置における処理の流れを表すフロ
ーチャートである。

【図１１】 図１０の処理における画像ＡＦ処理の流れ
を表すフローチャートである。

【図１２】 図１１の処理におけるフォーカス位置とコ
ントラストの関係を表すグラフである。

【図１３】 図１０の処理における画像ＡＦバイパス処
理の流れを表すフローチャートである。

【図１４】 本発明の露光装置を利用できるデバイス製
造方法を示すフローチャートである。

【図１５】 図１４中のウエハプロセスの詳細なフロー
チャートである。

【符号の説明】

１：光源、２：楕円ミラー、３：オプティカルインテグ
レータ、４：照明用レンズ、５：フィールドレンズ、
６：レチクル、６ａ：レチクルパターン面、７：レチク
ルステージ、９：投影レンズ、１０：投光光学系、１
１：ｘｙｚステージ、１２：ウエハ、１２ａ：ウエハ
面、１３：基準平面ミラー、１３ａ：ステージ基準マー
ク、１４：検出光学系、２３：ミラー、２４：対物レン
ズ、２６：位置センサ、２６ａ：センサ面、２７：検出
光学系、３２：オートフォーカス制御系、３３：駆動
系、４０：ファイバ、４１：ハーフミラー、４７：画像
信号解析回路、９１：レチクル、９２：投影露光光学
系、９３：画像記憶演算装置、９４：顕微鏡、９５：中
央演算処理装置、９６：プリアライメント装置、９７：
コンピュータ端末、９８：ウエハ、９９：ウエハチャッ
ク、１００：ＸＹステージ、１０１：モニタ、１０７：
ＣＣＤカメラ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年３月１３日（２０００．３．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
第１の発明に係る露光装置は、観察光学系と原版表面も
しくはこの原版の像を投影される基板の表面またはステ
ージ基準マークとの相対位置関係を前記観察光学系の光
軸方向に変化させながら、前記原版もしくは基板の表面
または前記ステージ基準マークを観察することにより、
最適フォーカス位置を計測するフォーカス計測手段を有
する前記観察光学系を備えた露光装置であって、特定の
計測パラメータを所定値を超えたか否かを以って前記フ
ォーカス計測手段による計測を行なうか否かを制御する
制御手段を具備することを特徴とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原版を保持する可動ステージと、原版表
   面との相対位置関係を観察光学系の光軸方向に変化させ
   ながら、前記原版表面を観察することにより、最適フォ
   ーカス位置を計測するフォーカス計測手段を備えた露光
   装置であって、特定の計測パラメータを所定値を超えた
   か否かを以って前記フォーカス計測手段による計測を行
   なうか否かを制御する制御手段を具備することを特徴と
   する露光装置。
2. 【請求項２】 原版のパターンを投影光学系を介して可
   動ステージ上に載置した基板上に投影露光する露光手段
   と、前記可動ステージとの相対位置を前記投影光学系の
   光軸方向に変化させながら前記可動ステージ上の基準マ
   ークまたは前記基板の表面を観察することにより前記投
   影露光に際しての最適フォーカス位置を計測するフォー
   カス計測手段とを備えた露光装置であって、特定の計測
   パラメータが所定値を超えたか否かを以って前記フォー
   カス計測手段による計測を行なうか否かを制御する制御
   手段を具備することを特徴とする露光装置。
3. 【請求項３】 前記計測パラメータが前回の投影露光が
   行われてからの経過時間である請求項２に記載の露光装
   置。
4. 【請求項４】 前記計測パラメータが前記フォーカス計
   測手段による観察像の光量またはコントラスト値である
   請求項２に記載の露光装置。
5. 【請求項５】 原板のパターンを投影光学系を介して可
   動ステージ上に載置した基板上に投影露光する露光手段
   と、前記可動ステージとの相対位置を前記投影光学系の
   光軸方向に変化させながら前記可動ステージ上の基準マ
   ークまたは前記基板の表面を観察することにより前記投
   影露光に際しての最適フォーカス位置を計測するフォー
   カス計測手段とを備えた露光装置であって、前回投影露
   光が行なわれてからの経過時間に基づいて前記フォーカ
   ス計測手段による計測を行なうか否かを制御する制御手
   段を具備することを特徴とする露光装置。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、最後に投影露光されて
   からの経過時間が、予め設定してある時間の範囲以内で
   ある場合には、前記フォーカス計測手段による計測が行
   われないように制御するものであり、その場合、前回前
   記フォーカス計測手段により計測された最適フォーカス
   位置が前記投影露光を行なう際の最適フォーカス位置と
   されることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 【請求項７】 前記制御手段は、最後に投影露光されて
   からの経過時間が、予め設定してある時間の範囲を越え
   た場合には、前記フォーカス計測手段による計測が行わ
   れるように制御するものであることを特徴とする請求項
   ５または６に記載の露光装置。
8. 【請求項８】 原板のパターンを投影光学系を介して可
   動ステージ上に載置した基板上に投影露光する露光手段
   と、前記可動ステージとの相対位置を前記投影光学系の
   光軸方向に変化させながら前記可動ステージ上の基準マ
   ークまたは前記基板の表面を観察して観察像のぼけ具合
   を示す所定の評価情報を得ることにより前記投影露光に
   際しての最適フォーカス位置を計測するフォーカス計測
   手段と、このフォーカス計測手段の動作を制御する制御
   手段とを備えた露光装置であって、前記制御手段は、所
   定のタイミングにおいて、前記フォーカス計測手段によ
   り前記評価情報を得、得られた評価情報と、前回前記フ
   ォーカス計測手段により最適フォーカス位置の計測を行
   った際の前記評価情報とに基づいて前記フォーカス計測
   手段による最適フォーカス位置の計測を行なうか否かの
   制御を行なうものであることを特徴とする露光装置。
9. 【請求項９】 前記評価情報は光量値またはコントラス
   ト値であり、前記制御手段は、前回前記フォーカス計測
   手段により計測した最適フォーカス位置で、前記フォー
   カス計測手段により光量値またはコントラスト値を得、
   得られた光量値またはコントラスト値と、前回前記フォ
   ーカス計測手段により最適フォーカス位置の計測を行っ
   た際の最大の光量値またはコントラスト値との差分に基
   づいて前記フォーカス計測手段による最適フォーカス位
   置の計測を行なうか否かの制御を行なうものであること
   を特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. 【請求項１０】 前記制御手段は、前記差分が予め設定
    された範囲内である場合には、前記フォーカス計測手段
    による最適フォーカス位置の計測が行われないように制
    御するものであり、その場合、前回前記フォーカス計測
    手段により計測された最適フォーカス位置が前記投影露
    光を行なう際の最適フォーカス位置とされることを特徴
    とする請求項９に記載の露光装置。
11. 【請求項１１】 前記制御手段は、前記差分が予め設定
    された範囲を超えた場合には、前記フォーカス計測手段
    による最適フォーカス位置の計測が行われるように制御
    するものであることを特徴とする請求項９または１０に
    記載の露光装置。
12. 【請求項１２】 前記制御手段は、前記差分が予め設定
    された範囲を超えた場合における前記フォーカス計測手
    段による最適フォーカス位置の計測を行なう際の前記可
    動ステージの前記光軸方向の各変化位置を決定するもの
    であることを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
13. 【請求項１３】 前記制御手段は、前回の最適フォーカ
    ス位置の計測により得た最適フォーカス位置の前後数点
    の位置で、前記フォーカス計測手段による光量計測また
    はコントラスト計測を実施し、この計測結果に基づい
    て、前記各変化位置の決定を行なうものであることを特
    徴とする請求項１２に記載の露光装置。
14. 【請求項１４】 前記制御手段は、前回のフォーカス位
    置の計測により得た最適フォーカス位置を含むその前後
    数点を、前記各変化位置として決定するものであること
    を特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
15. 【請求項１５】 前記フォーカス計測手段は、前記相対
    位置を変化させながら観察して得られる各評価情報が示
    すぼけ具合が最も良好である位置を前記投影露光に際し
    ての最適フォーカス位置とするものであることを特徴と
    する請求項８〜１４のいずれか１項に記載の露光装置。
16. 【請求項１６】 原板のパターンを投影光学系を介して
    可動ステージ上に載置した基板上に投影露光するに際し
    ての最適フォーカス位置を、前記可動ステージとの相対
    位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させながら前記
    可動ステージ上の基準マークまたは基板の表面を観察す
    ることにより計測し、この最適フォーカス位置において
    投影露光を行なうことによりデバイスを製造するデバイ
    ス製造方法であって、最後に投影露光が行われてからの
    経過時間が予め設定してある時間の範囲以内である場合
    には、最後に計測した最適フォーカス位置に基づいて投
    影露光を行ない、最後に投影露光されてからの経過時間
    が予め設定してある時間の範囲を超えた場合には、前記
    最適フォーカス位置の計測を行ない、その最適フォーカ
    ス位置において投影露光を行なうことを特徴とするデバ
    イス製造方法。
17. 【請求項１７】 原板のパターンを投影光学系を介して
    可動ステージ上に載置した基板上に投影露光するに際し
    ての最適フォーカス位置を、前記可動ステージとの相対
    位置を前記投影光学系の光軸方向に変化させながら前記
    可動ステージ上の基準マークまたは前記基板の表面を観
    察して観察像のぼけ具合を示す所定の評価情報を得るこ
    とにより計測し、この最適フォーカス位置において投影
    露光を行なうことによりデバイスを製造するデバイス製
    造方法であって、所定のタイミングにおいて前記評価情
    報を得、この評価情報と、最後に前記最適フォーカス位
    置の計測を行った際の評価情報とを比較し、両者が示す
    ぼけ具合の差が所定値より小さい場合は最後に計測した
    最適フォーカス位置に基づいて投影露光を行ない、両者
    が示すぼけ具合の差が所定値より大きい場合は前記最適
    フォーカス位置の計測を行ない、その最適フォーカス位
    置において投影露光を行なうことを特徴とするデバイス
    製造方法。
18. 【請求項１８】 前記ぼけ具合の差が所定値より大きい
    場合において前記最適フォーカス位置の計測を行なうと
    きの前記可動ステージの前記光軸方向の各変化位置を、
    最後の最適フォーカス位置の計測により得た最適フォー
    カス位置の前後数点の位置で最適フォーカス位置の計測
    を実施し、この計測結果に基づいて決定することを特徴
    とする請求項１７に記載のデバイス製造方法。
19. 【請求項１９】 前記ぼけ具合の差が所定値より大きい
    場合において前記最適フォーカス位置の計測を行なうと
    きの前記可動ステージの前記光軸方向の各変化位置を、
    最後の最適フォーカス位置の計測により得た最適フォー
    カス位置を含むその前後数点の位置として決定すること
    を特徴とする請求項１８に記載のデバイス製造方法。