(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記フォーカス計測手段により前記最適フォーカス位置を計測したときのフォーカス値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記最適フォーカス位置において前記フォーカス計測手段を用いて前記フォーカス値の計測を行わせ、該フォーカス値と前記記憶手段に記憶された前記フォーカス値との差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前記最適フォーカス位置の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。
【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前記投影光学系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、
前記フォーカス計測手段により前記最適フォーカス位置を計測したときのフォーカス値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記最適フォーカス位置において前記フォーカス計測手段を用いて前記フォーカス値の計測を行わせ、該フォーカス値と前記記憶手段に記憶された前記フォーカス値との差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前記最適フォーカス位置の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。
【請求項３】
前記フォーカス値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１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
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前記投影光学系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、前回前記フォーカス計測手段により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、前回とは異なるタイミングで該最適フォーカス位置において前記フォーカス計測手段により得られた評価情報と、に基づいて前記フォーカス計測手段による前記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。
【請求項５】
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前記投影光学系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光量値またはコントラスト値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、前回前記フォーカス計測手段により計測した前記最適フォーカス位置で、前記フォーカス計測手段により前記光量値または前記コントラスト値を得、得られた前記光量値または前記コントラスト値と、前回前記フォーカス計測手段により前記最適フォーカス位置の計測を行った際の最大の前記光量値または前記コントラスト値との差分とに基づいて前記フォーカス計測手段による前記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。
【請求項６】
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前記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前記最適フォーカス位置が前記投影露光を行なう際の前記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。
【請求項７】
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前記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５または６に記載の露光装置。
【請求項８】
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前記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７に記載の露光装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前回の前記最適フォーカス位置の計測により得た前記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８に記載の露光装置。
【請求項１０】
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前記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８に記載の露光装置。
【請求項１１】
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前記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４〜１０のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１２】
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に際しての最適フォーカス位置を、前記可動ステージと前記投影光学系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、この前記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、該最適フォーカス位置において前記フォーカス計測手段により得られた評価情報と、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前記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、その前記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。
【請求項１３】
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、最後の前記最適フォーカス位置の計測により得た前記最適フォーカス位置の前後数点の位置で前記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１２に記載のデバイス製造方法。
【請求項１４】
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、最後の前記最適フォーカス位置の計測により得た前記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１３に記載のデバイス製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれかに記載の露光装置によってマスクの回路パターンを複数ショット領域に並べて焼付露光したウエハにその他の処理を施して前期回路パターンを形成することを特徴とするデバイスの製造方法。
【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  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）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ＴＴＬ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１３ａ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１２ａ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）、ＳＥＭ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１３ａ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Ｓ１３）、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１０７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、ＸＹ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１００を高さ方向に変位させながら、顕微鏡９４およびＣＣＤ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Ｚｂｅｓｔ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、ＸＹ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、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、前記フォーカス計測手段により前記最適フォーカス位置を計測したときのフォーカス値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記最適フォーカス位置において前記フォーカス計測手段を用いて前記フォーカス値の計測を行わせ、該フォーカス値と前記記憶手段に記憶された前記フォーカス値との差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前記最適フォーカス位置の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前記投影光学系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、前記フォーカス計測手段により前記最適フォーカス位置を計測したときのフォーカス値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記最適フォーカス位置において前記フォーカス計測手段を用いて前記フォーカス値の計測を行わせ、該フォーカス値と前記記憶手段に記憶された前記フォーカス値との差が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前記最適フォーカス位置の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。
【００２８】
また、第３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前記投影光学系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、この前記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、該最適フォーカス位置において前記フォーカス計測手段により得られた評価情報と、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前記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、その前記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１３ａ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Ｓ６４、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ＴＴＬフォーカス計測を実施する（ステップＳ７２、Ｓ７３）。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Ｓ７９）。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１００、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、ＦＲＡ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１０７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≦Ｚｍａｘ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９８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１００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Ｓ２０３〜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Ｓ２０４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Ｓ２０５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Ｓ２０６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１００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Ｓ３０６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Ｓ２０６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Ｚｂｅｓｔ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Ｃｂｅｓｔ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、１１：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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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