JPH11340128A - 焦点位置検出機構及びそれを備えた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影光学系の焦点位置の検出に用いられる２
つのパターンの像の干渉によるモアレ現象の影響を低減
し、より精確な焦点位置の検出を可能に焦点位置検出機
構及びそれを備えた露光装置を提供する。 【解決手段】 所定の長さの遮光部ＳＰｓと透光部ＳＰ
ｔとを接合した基本単位を、その遮光部ＳＰｓ同士、透
光部ＳＰｔ同士が連続するように複数連結して形成す
る。前記基本単位は、遮光部ＳＰｓ、透光部ＳＰｔとも
に直線状の直線単位と、遮光部ＳＰｓ、透光部ＳＰｔの
いずれかに屈曲部を有する屈曲単位とから構成する。こ
こで、直線単位同士が連結される確率を高く、屈曲単位
の屈曲方向はランダムに設定する。このように発生され
た基本パターンを、所定角度回転した４つのタイルＴ１
〜Ｔ４を貼り合わせてセンサパターンＳＰを形成し、Ａ
Ｆセンサの基準位置の決定に用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体集積
回路、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子等の製
造過程のフォトリソグラフィ工程において、マスク上の
パターンを投影光学系を介して基板上に転写露光する際
に使用される焦点位置検出機構及び露光装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】この種の露光装置においては、フォトマ
スクまたはレチクル（以下、「レチクル」を例にして説
明する。）上に形成された微細な線幅の回路パターン
が、投影光学系を介して感光性のレジストが塗布された
ウエハまたはガラスプレート等の基板（以下、「ウエ
ハ」を例にして説明する。）上に投影露光される。そし
て、従来より、この種の露光装置として、ウエハが載置
されたウエハステージを歩進（ステッピング）させて、
レチクルに形成された回路パターンをウエハ上の各ショ
ット領域に順次露光するステップ・アンド・リピート方
式の露光装置（以下、「ステッパ」という。）が提案さ
れている。

【０００３】また、前記ステッパには、前記投影光学系
の焦点位置を検出する焦点位置検出機構、及び、その焦
点位置検出機構により検出された焦点位置に前記ウエハ
の露光面を合わせ込む合焦機構とが配備されている。こ
の焦点位置検出機構としては、例えば次のような斜入射
式の位置検出センサ（以下、「ＡＦ（Auto Focussing）
センサ」という。）と、そのＡＦセンサの基準位置較正
系（以下、「ＦＣ（Focus Calibration ）系」とい
う。）との組み合わせが知られている。

【０００４】すなわち、この従来構成では、ＡＦセンサ
により、前記ウエハの露光面上に区画されたショット領
域内の複数の測定点に対し、前記投影光学系を介するこ
となく所定のパターン像を斜入射方式で投射する。この
投射に基づく各測定点からの反射像を撮像素子で一括検
出する。そして、同反射像の前記投影光学系の光軸に沿
う方向への予めＦＣ系により規定された基準位置に対す
る位置ずれ量が検出される。この位置ずれ量に基づい
て、前記露光面の位置が算出されるようになっている。

【０００５】また、前記ＦＣ系としては、例えば次のよ
うな構成が知られている。すなわち、前記ウエハを載置
保持するウエハステージ上に、ライン・アンド・スペー
ス・パターン（以下、「Ｌ／Ｓパターン」という。）等
の所定の基準パターンを有する基準板が設けられてい
る。同基準パターンをその下面側から照明することによ
り、その像を前記投影光学系を介してレチクルのパター
ン面上に投影する。そして、このパターン面からの反射
光を、前記投影光学系及び前記基準パターンを介して前
記基準板の下方に配置された光量センサにて検出する。
この検出動作を、前記ウェハステージの前記投影光学系
に沿う方向の高さ位置をわずかずつ変位させつつ繰り返
す。

【０００６】ここで、前記基準パターンの高さ位置が前
記投影光学系の焦点位置に一致したときに前記反射像の
ぼけが最小になって、前記光量センサで計測される受光
量が最大となる。つまり、前記光量センサにおける受光
量がほぼ最大となる前記ウェハステージの高さ位置を定
め、その高さ位置を前記ＡＦセンサの基準位置として取
得することにより、同ＡＦセンサの較正がなされるよう
になっている。

【０００７】ところで、前記従来構成では、基準パター
ンとして規則性の高い単純なＬ／Ｓパターンを使用した
ものである。また、ウエハの露光面の前記投影光学系の
焦点位置への合わせ込み終了後直ちに回路パターンの投
影転写が可能とするために、デバイスパターンの描かれ
たレチクル上に基準パターンが投影されることが多い。
このデバイスパターンは、周期性部分及び繰り返し部分
が頻繁に出現するものとなっている。

【０００８】このため、規則性のある前記基準パターン
の像が同じく規則性のある前記周期性部分または繰り返
し部分のパターンに投影されることがある。このような
場合においては、前記反射像に含まれる前記基準パター
ンの像とその像の投影に伴って発生するレチクル上の回
路パターンの反射像との干渉が生じることがある。この
ような干渉が生じるとモアレ現象が発生し、本来の反射
像に新たなモアレ現象による像（以下、「モアレ像」と
いう。）が重ね合わされる。そして、実際には前記基準
パターンが投影光学系の焦点位置に配置されているにも
関わらず、前記光量センサで計測される受光量が低下
し、ＦＣ系の計測精度が低下することがある。

【０００９】さらに、前記モアレ像は、基準パターンと
して常に一定のものを使用するとすれば、レチクル上の
その基準パターンの投影された部分のパターンの規則性
の影響を大きく受けることとなる。すなわち、レチクル
が交換されてその基準パターンの投影された部分のパタ
ーンが異なったものとなると、前記モアレ像も大きく変
化する。このため、使用するレチクル毎に、前記光量セ
ンサにおける前記反射光の光量が大きく変化し、前記基
準位置の検出精度がばらつくおそれがある。

【００１０】このような基準パターンの像と前記レチク
ル上のパターンの反射像との相互作用を低減するため
に、例えば特開平４−３４８０１９号公報には、図６に
示すような基準パターンＳＰ’を用いる焦点位置検出装
置に関する発明が開示されている。すなわち、遮光部Ｓ
Ｐｓ’と透光部ＳＰｔ’とが一定ピッチＰで繰り返され
るＬ／Ｓパターンを０°、４５°、９０°、１３５°回
転し、その４つのＬ／Ｓパターンを貼り合わせることに
より、基準パターンＳＰ’が構成されている。このた
め、基準パターンＳＰ’における規則性が低減され、前
記相互作用が低減されるものとなっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近時におけ
る半導体素子の高度集積化に伴い、前記回路パターンが
一層微細化してきている。そして、前記ステッパにおい
ては、さらなる高解像度化、線幅制御性の向上に対する
要求が高まっている。これらの要求に対応するため、前
記ステッパにおける投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）が
大きくなる傾向にある。このように開口数が大きくなる
と、その投影光学系の焦点深度が浅くなるため、露光時
における前記ウエハの露光面の前記投影光学系の焦点位
置への合わせ込み管理をより厳密に行う必要が生じてい
る。言い換えると、前記投影光学系の焦点位置をより正
確に検出する必要が生じている。

【００１２】しかしながら、このような状況下では、前
記公報に記載の構成をもってしても、前記モアレ現象の
発生を十分に抑制できず、前記ＦＣ系における基準位置
の十分な検出精度が確保できないおそれがある。そし
て、前記ＡＦセンサにおける前記ウエハの露光面の位置
の検出精度が低下し、ステッパにおける十分な解像度、
線幅制御性が得られないおそれがあるという問題があっ
た。

【００１３】本発明は、このような従来の技術に存在す
る問題点に着目してなされたものである。その目的とし
ては、投影光学系の焦点位置の検出に用いられる２つの
パターンの像の干渉によるモアレ現象の影響を低減し、
より精確な焦点位置の検出を可能に焦点位置検出機構及
びそれを備えた露光装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、焦点位置検出機構に係る本願請求項１の発明は、第
１面（３６）上の第１パターン（ＳＰ）の像を投影光学
系（１１）を介して第２パターンが形成された第２面
（Ｒ）上に投影し、その投影像の前記第２面（Ｒ）から
の反射光（ＲＬｆｃ）を前記投影光学系（１１）を介し
て前記第１面（３６）に形成された受光部（４２）に入
射させ、同受光部（４２）で検出された前記反射光（Ｒ
Ｌｆｃ）に関する情報に基づいて、前記投影光学系（１
１）の焦点位置を検出するようにした焦点位置検出機構
において、前記第１パターン（ＳＰ）及び第２パターン
の少なくとも一方を所定の不規則性パターンで構成した
ことを要旨とするものである。

【００１５】この本願請求項１の発明では、少なくとも
一方のパターンの規則性が崩されているため、両パター
ンを組み合わせたときに、その全体にわたる両パターン
の干渉が生じにくいものとなる。このため、前記受光部
による前記第２面からの反射光の検出時のモアレ現象の
影響が低減される。

【００１６】また、本願請求項２の発明は、前記請求項
１に記載の発明において、前記不規則性パターン（Ｓ
Ｐ）は、所定の長さの遮光部（ＳＰｓ）と透光部（ＳＰ
ｔ）とが接合された複数の基本単位（ＢＵ）からなり、
同基本単位（ＢＵ）は前記遮光部（ＳＰｓ）及び透光部
（ＳＰｔ）がともに直線状をなす直線単位（ＬＢＵ）と
前記遮光部（ＳＰｓ）及び透光部（ＳＰｔ）のいずれか
一方に屈曲部を有する屈曲単位（ＢＢＵ）とからなり、
前記直線単位（ＬＢＵ）は他の直線単位（ＬＢＵ）と直
接または屈曲単位（ＢＢＵ）を介して前記遮光部（ＳＰ
ｓ）同士、前記透光部（ＳＰｔ）同士が連続するように
連結されたものであることを要旨とするものである。

【００１７】この本願請求項２の発明では、前記請求項
１に記載の発明の作用に加えて、複数の直線単位及び屈
曲単位といった簡単な構成要素をその遮光部同士、透光
部同士を順次接続することで、容易に不規則性パターン
を発生することができる。

【００１８】また、本願請求項３の発明は、前記請求項
２に記載の発明において、前記直線単位（ＬＢＵ）に
は、屈曲単位（ＢＢＵ）を介してよりも高い確率で直接
他の直線単位（ＬＢＵ）が連結されるものであることを
要旨とするものである。

【００１９】この本願請求項３の発明では、前記請求項
２に記載の発明の作用に加えて、細かな屈曲の繰り返し
により、不規則性パターンが略市松模様のパターンにな
るのを回避することができる。つまり、不規則性パター
ンにおける直線部分が屈曲部分に比べ、多くの面積を占
めることになる。このため、特定の角度の回折光をより
強く発生させることができ、前記反射光が広範囲に回折
されるのが抑制される。

【００２０】また、本願請求項４の発明は、前記請求項
２または請求項３に記載の発明において、前記屈曲単位
（ＢＢＵ）は屈曲方向の異なる複数種の屈曲単位（ＢＢ
Ｕ）からなり、同屈曲方向の異なる屈曲単位（ＢＢＵ）
が前記基本単位（ＢＵ）の連結方向においてランダムな
確率で連結されたものであることを要旨とするものであ
る。

【００２１】この本願請求項４の発明では、前記請求項
２または請求項３に記載の発明の作用に加えて、連結さ
れた基本単位の屈曲方向の不規則性を高めることがで
き、パターン全体がより不規則なものとなる。このた
め、前記反射光の検出時におけるモアレ現象の影響を一
層低減することができる。

【００２２】また、本願請求項５の発明は、前記請求項
２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発明におい
て、前記直線単位（ＬＢＵ）は、その連結方向がその連
結方向に直交する方向よりも長く形成されたものである
ことを要旨とするものである。

【００２３】この本願請求項５の発明では、前記請求項
２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発明の作用に
加えて、直線単位の遮光部及び透光部がその連結方向に
長いものとなる。このため、発生された不規則性パター
ンが略市松模様のパターンになるのが確実に回避され、
前記反射光が広範囲に回折されるのが確実に抑制され
る。

【００２４】また、露光装置に係る本願請求項６の発明
は、マスク（Ｒ）上の回路パターンを投影光学系（１
１）を介して基板（Ｗ）上に投影露光するようにした露
光装置において、前記請求項１〜請求項５のうちいずれ
か一項に記載の焦点位置検出機構（１１、３６、３９、
４２、Ｒ）を備えたことを要旨とするものである。

【００２５】このため、本願請求項６の発明では、前記
請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の発明の
作用に加えて、露光装置における投影光学系の焦点位置
の検出精度を向上することができる。

【００２６】また、本願請求項７の発明は、前記請求項
６に記載の発明において、前記基板（Ｗ）を載置する基
板ステージ（２４）上に前記第１面を形成し、前記マス
ク（Ｒ）上に第２面を形成したことを要旨とするもので
ある。

【００２７】このため、本願請求項７の発明では、前記
請求項６に記載の発明の作用に加えて、前記第１パター
ンを不規則性パターンとし、前記第２パターンとして実
製造用のデバイスパターンをそのまま使用した場合にお
いて、投影光学系の焦点位置の検出結果へのパターンの
依存性を低減できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、ステップ・アン
ド・リピート方式のステッパ及びその焦点位置検出機構
に具体化した一実施形態を図１〜図５に基づいて説明す
る。なお、図１に示すように、本実施形態では、投影光
学系１１の光軸ＡＸに平行な方向にＺ軸を取り、光軸Ａ
Ｘに直交する平面内で図１の紙面に平行な方向にＸ軸
を、また、同様に図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取っ
ている。

【００２９】図１はステッパ全体の概略構成を示したも
のであり、同図において、露光光源１２から射出される
露光光ＥＬは、コリメータレンズ、フライアイレンズ、
レチクルブラインドなどからなる照度均一化照明系１３
により照度分布がほぼ均一な光束に変換される。このよ
うに変換された露光光ＥＬが、ダイクロイックミラー１
４に入射され、ダイクロイックミラー１４によって垂直
下方へ折り曲げられ、マスクとしてのレチクルＲを照射
するように構成されている。

【００３０】そして、前記露光光ＥＬが前記レチクルＲ
を照明することにより、そのレチクルＲ上に描画された
回路パターンの像が投影光学系１１を介して、基板とし
てのウエハＷ上に投影露光されるようになっている。こ
の際、レチクルＲ上の回路パターンは、投影光学系１１
の所定の投影倍率（例えば１／５倍）にて相似変形され
た状態で、ウェハＷ上に投影される。

【００３１】なお、本実施形態における前記露光光ＥＬ
としては、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長
４０５ｎｍ）などの可視光線、ｉ線（波長３６５ｎ
ｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、Ａ
ｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、Ｆ₂エキシ
マレーザ光（波長１５７ｎｍ）などの紫外線、遠紫外
線、さらにＹＡＧレーザ及び金属蒸気レーザなどの高調
波等が使用される。

【００３２】また、本実施形態のステッパは、ステッピ
ング露光時において前記Ｘ軸に沿う＋Ｘ方向へステッピ
ング移動してウエハＷ上の各ショット領域に回路パター
ンを投影露光するものである。ここで、図１は、前記投
影光学系１１の焦点位置の検出時の状態を示すため、同
図においてウエハＷは露光位置に位置していない。

【００３３】前記ダイクロイックミラー１４の下方に
は、モータ等からなる図示しない駆動系により移動可能
とされたレチクルステージ１６が設けられている。すな
わち、レチクルステージ１６は、前記Ｚ軸に沿うＺ方向
に微動可能で、かつ、光軸ＡＸに直交する平面（ＸＹ平
面）内でＸ方向及びＹ方向に移動及び前記Ｚ軸周りに微
小回転が可能とされている。

【００３４】前記レチクルステージ１６上のＸ方向及び
Ｙ方向の端部には移動鏡１７がそれぞれ取付けられ、こ
れらの移動鏡１７と対向するようにしてレチクルステー
ジ１６の周辺には光波干渉計１８がそれぞれ配置されて
いる。なお、図１には、Ｘ方向用の光波干渉計１８のみ
を図示している。この光波干渉計１８は、前記移動鏡１
７に例えばＨｅ−Ｎｅレーザを当て、入反射するレーザ
光の干渉を利用して、レチクルステージ１６のＸＹ方向
の実位置を検出するものである。この光波干渉計１８か
ら出力されたレチクルステージ１６の位置検出信号は、
ＣＰＵからなる主制御系２１へ供給されるようになって
いる。

【００３５】一方、前記レチクルステージ１６の下方に
は、同ステージ１６との間に前記投影光学系１１を挟む
ようにして、前記ウエハＷを載置保持するためのウエハ
ステージ２４が移動可能に設けられている。このウエハ
ステージ２４は、前記ＸＹ平面内でＸ方向及びＹ方向に
移動及び前記Ｚ軸周りに微小回転が可能なＸＹステージ
２５と、そのＸＹステージ２５上に配置され前記Ｚ方向
に移動可能なＺステージ２６とからなっている。これら
ＸＹステージ２５及びＺステージ２６は、モータ等から
なる図示しない駆動系により移動可能とされている。

【００３６】前記Ｚステージ２６上のウエハホルダ２７
には、前記ウエハＷが真空吸着により保持されている。
このＺステージ２６をＺ方向へ移動させることにより、
ウエハＷの表面と前記投影光学系１１の焦点位置、つま
り結像面とを一致させることができるようになってい
る。

【００３７】なお、前記ＸＹステージ２５上のＸ方向及
びＹ方向の端部にも、前記レチクルステージ１６の場合
と同様に、移動鏡２８がそれぞれ取付けられている。そ
して、これらの移動鏡２８と対向するようにＸＹステー
ジ２５の周辺には、同ステージ２５のＸＹ方向の位置を
検出する光波干渉計２９がそれぞれ配置されている。な
お、この光波干渉計２９についても、前記光波干渉計１
８と同様に、図１には、Ｘ方向用の光波干渉計２９のみ
を図示している。

【００３８】また、前記ウエハステージ２４の上方に
は、いわゆる斜入射方式のＡＦセンサ３２が設けられて
いる。このＡＦセンサ３２は、投光系３３と受光系３４
とから構成され、前記Ｚステージ２６の前記投影光学系
１１の露光フィールド内の複数の測定点におけるＺ方向
の位置を検出するものである。

【００３９】前記投光系３３は、前記投影光学系１１を
左右から挟むように配置され、非感光性のＡＦ照明光Ｉ
Ｌａｆを所定形状のスリットを介して斜め上方からウエ
ハＷの表面に照射する。前記受光系３４は、その照射に
基づくウエハＷ表面からのＡＦ反射光ＲＬａｆを受光
し、その受光面には前記投影像の反射像が結像されるよ
うになっている。

【００４０】これらの光波干渉計２９及びＡＦセンサ３
２から出力されたＸＹステージ２５及びＺステージ２６
の位置検出信号は、前記主制御系２１へ供給されるよう
になっている。

【００４１】また、前記ウエハステージ２４におけるＺ
ステージ２６上のウエハホルダ２７に近接した位置に
は、前記ＡＦセンサ３２の基準位置の測定を行うための
平板状をなす基準板３６が設置されている。この基準板
３６の表面には、透光部ＳＰｔと遮光部ＳＰｓとからな
る所定形状の不規則性パターンとしてのセンサパターン
ＳＰ（図２参照）を形成されている。また、基準板３６
には、センサパターンＳＰに対応するように、照明光源
３７、光ファイバ３８等を含む照明光学系３９と光ファ
イバ３８、ハーフミラー４０、受光センサ４１等を含む
検出光学系４２とが接続されている。そして、前記照明
光学系３９、基準板３６、投影光学系１１、レチクルＲ
及び検出光学系４２により、焦点位置検出機構としての
ＡＦセンサ３２のＦＣ系が構成されている。

【００４２】このＦＣ系においては、前記照明光源３７
からの前記露光光ＥＬと同一波長のＦＣ照明光ＩＬｆｃ
が前記光ファイバ３８を経てセンサパターンＳＰを照明
する。この照明により、同センサパターンＳＰの投影像
が前記投影光学系１１を介して前記レチクルＲのパター
ン面の近傍に形成される。この投影に基づくそのパター
ン面からのＦＣ反射光ＲＬｆｃは前記ＦＣ照明光ＩＬｆ
ｃの光路をさかのぼって、前記パターン面の投影光学系
１１に関する共役面に前記投影像に対応する逆投影像を
含む反射像を結像する。

【００４３】このとき、図４（ｂ）に示すように、前記
センサパターンＳＰが形成された基準板３６の表面が前
記レチクルＲのパターン面と共役な位置関係、つまり焦
点位置にあれば、前記パターン面上の投影像は合焦した
境界の明らかなものとなる。従って、その投影像に対応
する前記センサパターン上ＳＰ上の逆投影像も、合焦し
た境界の明らかなものとなる。この状態では、この逆投
影像は、当然、前記センサパターンＳＰとほぼ同一形
状、同一寸法、同一姿勢となる。このため、前記パター
ン面上の投影像からのＦＣ反射光ＲＬｆｃは、最大限に
同センサパターンＳＰを介して前記光ファイバ３８内に
取り込まれる。ついで、ＦＣ反射光ＲＬｆｃは、ハーフ
ミラー４０により光路が折り曲げられ前記受光センサ４
１に入射し、その光量が計測される。そして、この基準
板３６の表面が焦点位置に配置されたときに、同受光セ
ンサ４１における受光量が最大となる。

【００４４】これに対して、図４（ａ）に示すように、
前記基準板３６の表面が焦点位置よりも投影光学系１１
側に近接している場合（＋デフォーカス）には、前記投
影像は前記パターン面上では合焦せず境界のぼやけたも
のとなる。このため、前記逆投影像も前記基準板３６の
表面上では合焦せず境界のぼけたものとなる。また、図
４（ｃ）に示すように、前記基準板３６の表面が焦点位
置よりも投影光学系１１側に離間している場合（−デフ
ォーカス）にも、同様に前記投影像、前記逆投影像とも
に境界のぼけたものとなる。これらのような場合には、
前記逆投影像が前記センサパターンＳＰをはみ出したも
のとなって、前記ＦＣ反射光ＲＬｆｃはそのはみ出した
部分が損なわれた状態で前記光ファイバ３８に取り込ま
れ、その光量が計測される。そして、そのはみ出し分だ
け光情報が損なわれ、計測される前記光量が低下する。

【００４５】そして、前記ＡＦセンサ３２の基準位置を
求める際には、まず前記基準板３６上のセンサパターン
ＳＰが前記投影光学系１１の露光フィールド内に配置さ
れるように前記ウエハステージ２４のＸＹステージ２５
を移動させる。ついで、前記Ｚステージ２６をＺ方向に
所定量ずつ移動させて、各Ｚ位置で前記ＦＣ系を用いて
前記ＦＣ反射光ＲＬｆｃの光量を計測する。この計測結
果は、例えば図５に示すような前記受光センサ４１から
出力される信号波形、つまり前記基準板３６の表面の各
Ｚ位置毎の前記ＦＣ反射光ＲＬｆｃの受光量Ｉの変化と
して表される。この受光センサ４１の出力信号は、前記
主制御系２１に入力され、その主制御系において図５に
二点鎖線で示す既知の二次関数がフィッティングされ
る。そして、前記受光センサ４１での受光量が最大とな
るＺ位置、すなわち前記二次関数の極大値を示すＺ座標
から前記投影光学系１１の焦点位置を算出する。

【００４６】次に、前記Ｚステージ２６を前記基準板３
６の表面がその焦点位置に一致するように合わせ込ん
で、前記ＡＦセンサ３２を用いて同表面上の前記スリッ
トの投影像のＺ方向の位置を検出する。そして、前記主
制御系２１はこのとき検出されたＺ方向の位置を基準位
置として設定し、前記ＡＦセンサ３２の較正が完了す
る。

【００４７】ついで、前記ＸＹステージ２５を前記投影
光学系１１の露光フィールドが前記ウエハＷ内に区画さ
れた各ショット領域に対応するように移動させ、較正済
みのＡＦセンサ３２により同ウエハＷの露光面のＺ方向
の位置を計測する。この計測時の前記受光系３４におけ
る前記スリットの投影像の検出位置と前記基準位置との
ずれ量に基づいてウエハＷの表面のＺ方向の位置が算出
される。そして、前記ずれ量が最小となるように前記Ｚ
ステージ２６が移動され、ウエハＷの表面が前記投影光
学系１１の結像面にほぼ一致するように位置決めされ
る。

【００４８】さて、本実施形態においては、前述のよう
にセンサパターンＳＰが、図２に示す不規則性パターン
により構成されている。次に、この不規則性パターンの
コンピュタを用いて発生させる方法の一例について説明
する。

【００４９】このセンサパターンＳＰは、４つの正方形
のタイルＴ１〜Ｔ４が貼り合わされた形となっている。
ここで、タイルＴ１は、図示しない基本タイルの中心付
近を正方形に切り出したものである。タイルＴ２は、前
記基本タイルを４５°回転してその中心付近を正方形に
切り出したものである。タイルＴ３は、前記基本タイル
を９０°回転してその中心付近を正方形に切り出したも
のである。タイルＴ４は、前記基本タイルを１３５°回
転してその中心付近を正方形に切り出したものである。
そして、これら４つのタイルＴ１〜Ｔ４を貼り合わせた
状態で、さらに全体を中途半端な角度、例えば１２．５
°回転させることにより、センサパターンＳＰが形成さ
れている。

【００５０】前記基本タイルは、図２及び図３に示すよ
うに、所定長さの遮光部ＳＰｓと透光部ＳＰｔとが接合
された複数の基本単位ＢＵが、その遮光部ＳＰｓ同士、
透光部ＳＰｔ同士が連続するように連結されて形成され
ている。なお、この基本単位ＢＵの遮光部ＳＰｓ及び透
光部ＳＰｔの連結方向と直交する方向における幅は一定
となっている。

【００５１】前記基本単位ＢＵは、遮光部ＳＰｓ及び透
光部ＳＰｔがともに直線状をなす直線単位ＬＢＵと、遮
光部ＳＰｓ及び透光部ＳＰｔのいずれか一方に屈曲部を
有する屈曲単位ＢＢＵとからなっている。前記直線単位
ＬＢＵは、その連結方向が長手であり、連結方向に直交
する方向が短手となっている。前記屈曲単位ＢＢＵに
は、前記遮光部ＳＰｓに屈曲部のあるものと、前記透光
部ＳＰｔに屈曲部のあるものとがあり、さらにそれらの
それぞれについて屈曲方向が１８０°異なる２種類が存
在する。

【００５２】次に、各基本単位ＢＵの連結方法の一例に
ついて説明する。まず直線単位ＬＢＵを配置し、その直
線単位ＬＢＵに対し、前記各基本単位ＬＢＵ、ＢＢＵの
いずれかを連結する。ここで、この連結される基本単位
ＢＵについては、直線単位ＬＢＵがより高い確率で選択
されるように、コンピュータに設定しておく。また、屈
曲単位ＢＢＵの屈曲方向については、全くランダムに選
択されるようにコンピュータに設定しておく。

【００５３】このように、直線単位ＬＢＵが不規則な長
さで連結され、ついで、その直線単位ＬＢＵの連結方向
に対して左右いずれかの方向に遮光部ＳＰｓ及び透光部
ＳＰｔを屈曲する屈曲単位ＢＢＵが不規則に連結され
る。そして、これらの各基本単位ＬＢＵ、ＢＢＵの連結
が繰り返されることにより、遮光部ＳＰｓ及び透光部Ｓ
Ｐｔが不規則な長さで直線状に延びるとともに、その遮
光部ＳＰｓ及び透光部ＳＰｔの延びる方向に対して不規
則に左右に屈曲する不規則性パターンが形成される。

【００５４】従って、本実施形態によれば、以下のよう
な効果を得ることができる。 （イ） 本実施形態の露光装置では、基準板３６上の図
２に示すような不規則性パターンによりなるセンサパタ
ーンＳＰの像を投影光学系１１を介してレチクルＲ上の
回路パターンに投影する。そして、その投影像を、再度
投影光学系１１を介して前記センサパターンＳＰ上に逆
投影し、その逆投影像を含む前記レチクルＲからのＦＣ
反射光ＲＬｆｃの光量を同センサパターンＳＰを介して
検出光学系４２の受光センサ４１で計測する。その計測
結果に基づいて、投影光学系１１の焦点位置が検出さ
れ、ＡＦセンサ３２の基準位置が決定されるようになっ
ている。

【００５５】このように、ＡＦセンサ３２の基準位置を
決定するためのＦＣ系に含まれる一方のパターンである
センサパターンＳＰの規則性が崩されている。このた
め、そのセンサパターンＳＰの投影像とレチクルＲ上の
回路パターンの反射像とが組み合わせたときに、その回
路パターンが規則性のあるものであったとしても、両パ
ターンの像の干渉の発生が抑制され、モアレ現象が生じ
にくいものとなる。そして、前記受光センサ４１でのＦ
Ｃ反射光ＲＬｆｃの光量計測において、モアレ現象によ
る同光量の変動を低減でき、同光量を精確に検出するこ
とができる。従って、その検出情報に基づいて、より精
確に投影光学系１１の焦点位置を検出することができ
る。これにより、ウェハＷの露光面を精確に投影光学系
１１の結像面に合わせ込むことができ、きわめて微細な
線幅の回路パターンであっても、精確な露光転写が可能
となる。

【００５６】また、ウエハＷ側のパターンであるセンサ
パターンＳＰを、不規則性パターンとしたことで、レチ
クルＲ側のパターンはテスト露光用のテストレチクルパ
ターンのみならず、ウエハＷの実製造用のデバイスパタ
ーンを容易に使用することができる。そして、このよう
にデバイスパターンをそのまま使用しても、投影光学系
１１の焦点位置の検出時におけるレチクルＲ毎のモアレ
現象の影響の変動を小さくすることができる。

【００５７】さらに、投影光学系１１の焦点検出から回
路パターンの転写露光の動作を、レチクルＲの交換を経
ることなしに実行でき、ウエハＷの処理時間の短縮を図
ることができる。また、レチクルＷの交換に伴って誤差
要因が加わるのを排除できて、より精確なパターンの転
写露光が可能となる。

【００５８】（ロ） 本実施形態の露光装置では、セン
サパターンＳＰが所定の長さの遮光部ＳＰｓと透光部Ｓ
Ｐｔとが接合された複数の基本単位ＢＵからなり、同基
本単位ＢＵは直線状をなす直線単位ＬＢＵと屈曲部を有
する屈曲単位ＢＢＵとからなっている。そして、前記直
線単位ＬＢＵは、他の直線単位ＬＢＵと直接または屈曲
単位ＢＢＵを介して前記遮光部ＳＰｓ同士、前記透光部
ＳＰｔ同士が連続するように連結されている。

【００５９】このように、簡単な構成要素を順次連結す
ることで、センサパターンＳＰを容易に不規則性パター
ンとして発生させることができる。 （ハ） 本実施形態の露光装置では、センサパターンＳ
Ｐにおいて、直線単位ＬＢＵには、屈曲単位ＢＢＵを介
してよりも高い確率で直接他の直線単位ＬＢＵが連結さ
れるようになっている。

【００６０】このため、センサパターンＳＰが細かな屈
曲の繰り返しにより、略市松模様のパターンになるのを
回避することができる。つまり、センサパターンＳＰに
おいて、遮光部ＳＰｓ及び透光部ＳＰｔが直線状に延び
た部分が屈曲した部分に比べ、多くの面積を占めること
になる。このため、特定の角度の回折光をより強く発生
させることができ、前記受光センサ４１で計測されるＦ
Ｃ反射光ＲＬｆｃが広範囲に回折されるのが抑制され
る。従って、前記センサパターンＳＰの投影像のコント
ラストの低下を回避でき、これに伴ってその逆投影像の
コントラストを高く維持することができる。これによ
り、受光センサ４１から出力される信号波形において、
焦点位置の近傍においてシャープなピークを発生させる
ことができ、さらに精確な焦点位置の検出が可能とな
る。

【００６１】（ニ） 本実施形態の露光装置では、セン
サパターンＳＰの一部を構成する直線単位ＬＢＵが、そ
の連結方向がその連結方向に直交する方向よりも長く形
成されたものとなっている。

【００６２】このため、直線単位ＬＢＵ自体で、すでに
その遮光部ＳＰｓ及び透光部ＳＰｔがその連結方向に長
いものとなっている。これにより、センサパターンＳＰ
における屈曲部分の面積に対する直線部分の面積の優位
性が自動的に確保されることとなる。そして、センサパ
ターンＳＰが略市松模様のパターンになるのが確実に回
避され、ＦＣ反射光ＲＬｆｃが広範囲に回折されるのが
確実に抑制される。従って、センサパターンＳＰの投影
像及びそれに基づく逆投影像の高いコントラストを容易
に確保することができる。

【００６３】（ホ） 本実施形態の露光装置では、セン
サパターンＳＰが各基本単位ＢＵの連結方向に対してラ
ンダムな方向に屈曲されている。このため、連結された
基本単位ＢＵの屈曲方向に高い不規則性があり、センサ
パターンＳＰ全体が非常に不規則なものとなっている。

【００６４】このため、前記ＦＣ反射光ＲＬｆｃの検出
時におけるモアレ現象の影響を一層低減することができ
る。 （変更例）なお、前記実施形態は、以下のように変更し
てもよい。

【００６５】・ 前記実施形態の露光装置では、４つの
タイルＴ１〜Ｔ４を貼り合わせてセンサパターンＳＰを
形成したが、各タイルＴ１〜Ｔ４を単独でセンサパター
ンＳＰとして採用してもよい。このようにした場合、前
記実施形態における（イ）〜（ホ）に記載の効果に加え
て、センサパターンＳＰの構成の簡素化を図ることがで
きるという効果が得られる。

【００６６】・ 前記実施形態の露光装置では、４つの
タイルＴ１〜Ｔ４を１つの基本タイルを順次回転させて
正方形に切り出したものを貼り合わせてセンサパターン
ＳＰを形成したが、前記の不規則性パターンの発生方法
に従って発生させたそれぞれ異なるタイルを貼り合わせ
て形成してもよい。

【００６７】また、貼り合わせるタイルの数を、前記実
施形態に記載した以外の数、例えば２、３または５以上
としてもよい。さらに、前記タイルの形状を、例えば正
方形以外の多角形状とし、それら多角形状のタイルで所
定の面積を埋め尽してセンサパターンＳＰを形成しても
よい。

【００６８】しかも、前記センサパターンＳＰ全体の回
転角度を、例えば０°〜４５°の間で変更してもよい。
また、各タイルＴ１〜Ｔ４の回転角度を、前記実施形態
に記載した以外の互いに異なる角度としてもよい。

【００６９】これらのように構成しても、前記各実施形
態における（イ）〜（ホ）に記載のとほぼ同様の効果が
得られる。 ・ 前記実施形態の露光装置において、基準板３６上
に、例えば液晶表示素子を配置し、その液晶表示素子上
に前記の不規則性パターンの発生方法に従って、センサ
パターンＳＰを発生させてもよい。

【００７０】このように構成した場合、前記実施形態に
おける（イ）〜（ホ）に記載の効果に加えて、センサパ
ターンＳＰをレチクルＲ上の回路パターンに応じて変更
し、投影光学系１１の焦点位置の検出時におけるモアレ
現象の影響を一層低減することができる。

【００７１】・ 前記実施形態の露光装置において、テ
スト露光用のテストレチクルに前記不規則性パターンを
形成し、このテストレチクルを用いて投影光学系１１の
焦点位置を検出してもよい。この場合には、基準板３６
上のセンサパターンＳＰを不規則性パターンのみなら
ず、規則性のあるパターンで構成してもよい。そして、
レチクルＲ側、基準板３６側ともに、不規則性パターン
で構成することにより、前記実施形態における（イ）〜
（ホ）に記載の効果に加えて、両パターンを重ね合わせ
たとき、一層モアレ現象の起こりにくいものとすること
ができる。

【００７２】・ 前記実施形態では、レチクルＲ上の回
路パターンを投影光学系１１を介してウエハＷ上に縮小
して転写する構成としたが、等倍または拡大して転写す
る構成としてもよい。このようにしても、前記実施形態
における（イ）〜（ホ）に記載したのと同様の効果が得
られる。

【００７３】・ 前記実施形態では、本願発明を半導体
素子製造に用いられるウエハＷ用の一括露光型のステッ
パに具体化したが、ステップ・アンド・スキャン方式に
よりレチクルＲとウエハＷとを同期走査させる走査露光
型の露光装置、または、レチクルＲ上の回路パターンを
複数の反射素子を含む反射光学系を介してウエハＷ上に
投影するミラー・プロジェクション・アライナに具体化
してもよい。

【００７４】また、例えば液晶表示素子製造用の露光装
置、薄膜磁気ヘッド製造用の露光装置、撮像素子製造用
の露光装置に具体化してもよい。このようにしても、前
記実施形態における（イ）〜（ホ）に記載したのと同様
の効果が得られる。

【００７５】

【発明の効果】以上詳述したように、本願請求項１の発
明によれば、第１パターンの投影像と第２パターンの像
とを含む反射光の検出に際してモアレ現象の影響を低減
でき、その反射光を精確に検出することができる。従っ
て、その検出情報に基づいて、より精確に投影光学系の
焦点位置を検出することができる。

【００７６】また、本願請求項２の発明によれば、前記
請求項１に記載の発明の効果に加えて、簡単な構成要素
で不規則性パターンを容易に発生させることができる。
また、本願請求項３の発明によれば、前記請求項２に記
載の発明の効果に加えて、前記反射光が広範囲に回折さ
れるのが抑制され、前記投影像の反射像のコントラスト
の低下を回避できて、さらに精確な焦点位置の検出が可
能となる。

【００７７】また、本願請求項４の発明によれば、前記
請求項２または請求項３に記載の発明の効果に加えて、
パターン全体がより不規則なものとなり、前記反射光の
検出時におけるモアレ現象の影響を一層低減することが
できる。

【００７８】また、本願請求項５の発明によれば、前記
請求項２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発明の
効果に加えて、前記反射光が広範囲に回折されるのを確
実に抑制でき、前記投影像の反射像のコントラストを高
くすることができる。

【００７９】また、本願請求項６の発明によれば、前記
請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の発明の
効果に加えて、露光装置における投影光学系の焦点位置
の検出精度を向上することができ、より厳密な基板の露
光面の位置決めが可能となる。従って、微細な回路パタ
ーンであっても、精確な転写露光が可能となる。

【００８０】また、本願請求項７の発明によれば、前記
請求項６に記載の発明の効果に加えて、第１パターンを
不規則性パターンとした場合に、第２パターンとして実
製造用のデバイスパターンをそのまま使用することがで
きる。従って、投影光学系の焦点検出から回路パターン
の転写露光を、マスク交換を経ることなしに実行でき、
基板の処理時間の短縮を図ることができる。また、マス
ク交換に伴って誤差要因が加わるのを排除できて、より
精確なパターンの転写露光が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を一括露光型の露光装置に具体化した
一実施形態の全体を示す概略構成図。

【図２】 不規則性パターンの一例を示す平面図。

【図３】 不規則性パターンの発生方法に関する説明
図。

【図４】 基準板のＺ位置とその基準板及びレチクル上
における像の結像状態を示す説明図。

【図５】 受光センサから出力される信号波形に関する
説明図。

【図６】 従来の基準パターンを示す平面図。

【符号の説明】

１１…焦点位置検出機構の一部を構成する投影光学系、
２４…基板ステージとしてのウエハステージ、３６…第
１面を構成するとともに焦点位置検出機構の一部を構成
する基準板、３９…焦点位置検出機構の一部を構成する
照明光学系、４２…焦点位置検出機構の一部を構成する
受光部としての検出光学系、ＢＢＵ…屈曲単位、ＢＵ…
基本単位、ＬＢＵ…直線単位、Ｒ…第２面を構成すると
ともに焦点位置検出機構の一部を構成するマスクとして
のレチクル、ＲＬｆｃ…反射光としてのＦＣ反射光、Ｓ
Ｐ…第１パターン及び不規則性パターンを構成するセン
サパターン、ＳＰｓ…遮光部、ＳＰｔ…透光部、Ｗ…基
板としてのウエハ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１面上の第１パターンの像を投影光学
   系を介して第２パターンが形成された第２面上に投影
   し、その投影像の前記第２面からの反射光を前記投影光
   学系を介して前記第１面に形成された受光部に入射さ
   せ、同受光部で検出された前記反射光に関する情報に基
   づいて、前記投影光学系の焦点位置を検出するようにし
   た焦点位置検出機構において、 前記第１パターン及び第２パターンの少なくとも一方を
   所定の不規則性パターンで構成した焦点位置検出機構。
2. 【請求項２】 前記不規則性パターンは、所定の長さの
   遮光部と透光部とが接合された複数の基本単位からな
   り、同基本単位は前記遮光部及び透光部がともに直線状
   をなす直線単位と前記遮光部及び透光部のいずれか一方
   に屈曲部を有する屈曲単位とからなり、前記直線単位は
   他の直線単位と直接または屈曲単位を介して前記遮光部
   同士、前記透光部同士が連続するように連結されたもの
   である請求項１に記載の焦点位置検出機構。
3. 【請求項３】 前記直線単位には、屈曲単位を介してよ
   りも高い確率で直接他の直線単位が連結されるものであ
   る請求項２に記載の焦点位置検出機構。
4. 【請求項４】 前記屈曲単位は屈曲方向の異なる複数種
   の屈曲単位からなり、同屈曲方向の異なる屈曲単位が前
   記基本単位の連結方向においてランダムな確率で連結さ
   れたものである請求項２または請求項３に記載の焦点位
   置検出機構。
5. 【請求項５】 前記直線単位は、その連結方向がその連
   結方向に直交する方向よりも長く形成されたものである
   請求項２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の焦点位
   置検出機構。
6. 【請求項６】 マスク上の回路パターンを投影光学系を
   介して基板上に投影露光するようにした露光装置におい
   て、 前記請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の焦
   点位置検出機構を備えた露光装置。
7. 【請求項７】 前記基板を載置する基板ステージ上に前
   記第１面を形成し、前記マスク上に第２面を形成した請
   求項６に記載の露光装置。