(57)【要約】【課題】  基板の厚さの変動によるオーバレイ精度の変動を低減すること。【解決手段】  基準マークは、光軸の方向と第１方向とに直交する第２方向において且つ光軸の方向において異なる位置に配置された複数の基準マークを含み、制御手段は、第１干渉計の計測値に従って回転角を一定に保ちながらステージを光軸の方向および第２方向に移動させて、複数の基準マークそれぞれの位置を第１計測手段に計測させ、第２干渉計の計測値に従って回転角を一定に保つようにしながらステージを光軸の方向および第２方向に移動させて、複数の基準マークそれぞれの位置を第２計測手段に計測させ、第１計測手段により計測された複数の基準マークそれぞれの位置と第２計測手段により計測された複数の基準マークそれぞれの位置とに基づいて、光軸の方向におけるステージの位置に従って面内におけるステージの位置を補正する量を算出する。【選択図】図１
2010034331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持するステージと、投影光学系を含む露光ステーションと、前記ステージに保持された基板に形成されたマークの位置を計測する計測ステーションと有し、前記投影光学系を介して前記ステージに保持された基板を露光する露光装置であって、
前記計測ステーションに配置された前記ステージに含まれる第１のミラーを介して前記投影光学系の光軸に実質的に直交する第１方向の周りの前記ステージの回転角を計測する第１干渉計と、
前記露光ステーションに配置された前記ステージに含まれる第２のミラーを介して前記第１方向の周りの前記ステージの回転角を計測する第２干渉計と、
前記計測ステーションに配置された前記ステージ上の基準マークの位置を前記光軸に実質的に直交する面内において計測する第１計測手段と、
前記露光ステーションに配置された前記ステージ上の基準マークの位置を前記面内において計測する第２計測手段と、
制御手段と、
を有し、
前記基準マークは、前記光軸の方向と前記第１方向とに直交する第２方向において且つ前記光軸の方向において異なる位置に配置された複数の基準マークを含み、
前記制御手段は、
前記第１干渉計の計測値に従って前記回転角を一定に保つようにしながら前記ステージを前記光軸の方向および前記第２方向に移動させることにより、前記複数の基準マークそれぞれの位置を前記第１計測手段に計測させ、
前記第２干渉計の計測値に従って前記回転角を一定に保つようにしながら前記ステージを前記光軸の方向および前記第２方向に移動させることにより、前記複数の基準マークそれぞれの位置を前記第２計測手段に計測させ、
前記第１計測手段により計測された前記複数の基準マークそれぞれの位置と前記第２計測手段により計測された前記複数の基準マークそれぞれの位置とに基づいて、前記光軸の方向における前記ステージの位置に従って前記面内における前記ステージの位置を補正する量を算出する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記計測ステーションおよび前記露光ステーションそれぞれにおいて前記面内における同一の目標位置で前記光軸の方向における同一の目標位置に前記ステージを位置決めした場合の前記面内における前記ステージの位置の差が前記面内における目標位置によらず一定になるように前記量を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記差が零になるように前記量を算出する、ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１方向および前記第２方向のそれぞれに関して前記量を算出する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を保持するステージと、投影光学系を含む露光ステーションと、前記ステージに保持された基板に形成されたマークの位置を計測する計測ステーションと有し、前記投影光学系を介して前記ステージに保持された基板を露光する露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路や液晶パネルの微細化、高集積化に伴い、半導体露光装置等の露光装置も高精度化、高機能化が進んでいる。特に、マスクやレチクル等の原板と、半導体ウェハ等の基板の位置合わせにおいては、原板と基板とを数ナノメータのオーダで重ね合わせる技術が要請される。このような半導体集積回路等のデバイスの製造に用いる露光装置として、ステッパあるいはスキャナと呼ばれる露光装置を用いることが多い。これらの露光装置は、基板（例えば、半導体ウェハ）をステップ移動しながら、原板（例えば、レチクル）上に形成したパターンを基板の複数個所に順次転写していく。この転写を一括で行う露光装置をステッパと呼び、基板ステージをスキャンしながら転写する露光装置を、スキャナと呼んでいる。
【０００３】
次に、露光装置における原板と基板のアライメントについて説明する。
露光装置における原板と基板の位置合わせには、露光毎に露光位置の計測を行って位置合わせ（アライメント）を行うダイバイダイアライメント方式がある。
さらには、予め適切な数の測定点で位置計測を行い、その計測結果から露光位置の補正式を作成して位置合わせを行うグローバルアライメント方式がある。
グローバルアライメント方式は、高スループット、高精度が得られる方式であり、基板全域に対して同一の補正式に従った位置合わせを行うため、基板内の数点を検定すれば、位置合わせの状態が判断できる等、使い勝手の上でも利点を有する。アライメントを行うために、アライメント対象物そのもの、あるいは、その近傍に配置されるアライメントマークの検出方式としては、投影光学系を介してアライメントマークの位置を測定するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式投影光学系がある。
さらに、投影光学系を介することなく、直接、アライメントマークの位置を計測するＯＡ（オフ・アクシス）方式がある。
上述のように、ＩＣ、ＬＳＩの微細化が加速度的に進んでおり、半導体製造装置においても年々より高い装置性能が求められている。また、近年、ＤＲＡＭに代表される半導体の需要拡大に伴う生産性向上への要望も大きく、半導体製造装置に対しては精度向上だけでなくスループット向上も合わせて求められている。このため、ウェハ上のパターン位置を計測する計測ステーションと、ウェハへの露光を行う露光ステーションを個別に持ち、計測処理と露光処理を並列に行ういわゆるツーステージ構成の露光装置が、例えば、特許文献２にて提案されている。
【０００４】
図１０を参照して、この従来例のツーステージ構成の露光装置を説明する。
この従来例は、計測ステーション２、露光ステーション３および装置制御部１とから成る。計測ステーション２は、基板ステージであるステージ６ａと被露光体基板であるウェハ４ａ上のパターンの相対位置関係を計測するステーションである。露光ステーション３は、原版であるレチクル１２と基板ステージであるステージ６ｂの相対位置関係を計測後、レチクル１２のパターンをウェハ６ｂに投影露光するステーションである。
装置制御部１は、計測ステーション２及び露光ステーション３を制御する制御部である。計測ステーション２は、ウェハ４ａと、ＯＡアライメント検出系５とを有する。ステージ６ａはウェハ４ａを搭載し、干渉計７ａにより位置計測され、ウェハ４ａの位置決めを行い、高さ検出計８ａ、基準マーク９ａはステージ６ａ上に設置される。干渉計バーミラー１０ａ−１は、干渉計７ａが発する光を反射するミラーである。干渉計バーミラー１０ａ−２は、ステージ６ａが露光ステーション３側に移動した際に干渉計７ｂが発する光を反射するミラーである。
【０００５】
次に、露光ステーション３は、レチクル１２の像をウェハ４ｂへ投影する投影光学系１１、ＴＴＬアライメント検出系１３ａ、１３ｂおよび照明光学系１４を有する。ステージ６ｂは、ウェハ４ｂを搭載し、干渉計７ｂにより位置計測され、ウェハ４ｂの位置決めを行い、基準マーク９ｂは、ステージ６ｂ上に設置される。干渉計バーミラー１０ｂ−２は干渉計７ｂが発する光を反射するミラーである。干渉計バーミラー１０ｂ−１は、ステージ６ｂが計測ステーション２側に移動した際に干渉計７ａが発する光を反射するミラーである。
ここでは説明の簡略化のためにＹ方向の干渉計とＺ方向の移動軸を制御する干渉計７ａおよび７ｂのみを図示したが、実際は不図示の複数の干渉計によりステージは６軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ωＸ，ωＹ，ωＺ）制御されている。
【０００６】
この従来例では、以下の手順でレチクルとウェハの位置合わせを行う。
通常、ツーステージ機構の露光装置では、ステージスワップを行うとステージの位置を計測していた干渉計が切り替わるため、計測ステーション２から露光ステーション３にステージが移動した時に、露光中心とステージとの位置関係が失われる。
また、同様に露光ステーション３から計測ステーション２へ移動する際にも装置に対するステージの位置関係が失われる。レチクル１２のパターンを正確にウェハ４ａ上に露光するには、露光中心とウェハ４ａ上のアライメントマークとの相対位置関係を求める必要がある。
ここで、露光ステーション３においてＴＴＬアライメント検出系１３ａ、１３ｂにより、ステージ６ａ上の基準マーク９ａと、ウェハ４ａ上のアライメントマークとを計測し、露光中心とウェハ４ａ上のアライメントマークの相対位置関係を求めることはできない。その理由は、ＴＴＬアライメント検出系１３ａ、１３ｂを用いた計測に露光光を使うためで、ウェハ４ａが感光してしまうからである。
また、非露光光を使う場合にもウェハの直接アライメントはウェハ表面のプロセス処理によるアライメントマークの像質の劣化が避けられず、精度を維持するためには必然的に多点計測が必要となり、スループットが劣化し成り立たない。
【０００７】
そこで、従来例では、次のようにして露光中心とウェハ４ａ上のアライメントマークとの相対位置関係を求めている。まず、計測ステーション２でＯＡアライメント検出系５を用いてステージ６ａ上の基準マーク９ａを計測し、計測中心と基準マーク９ａとの位置合わせを行う。次に、その位置を基準(原点)としてＯＡアライメント検出系５を用いてウェハ４ａ上のアライメントマークを計測することで、基準マーク９ａとウェハ４ａ上のアライメントマークの相対位置関係を算出する。
次に、ステージスワップした後、露光ステーション３でＴＴＬアライメント検出系１３ａ、１３ｂを用いて、レチクル１２を介してステージ６ａ上の基準マーク９ａを計測し、露光中心と基準マーク９ａとの位置合わせを行う。
さらに、その位置を基準(原点)として計測ステーション２で求めた基準マーク９ａとウェハ４ａ上のアライメントマークとの相対位置関係から、露光中心とウェハ４ａ上のアライメントマークの相対位置関係を算出する。
この従来例は、計測ステーション２と露光ステーション３の処理を並列で行うことができ、精密な位置合わせとウェハ露光処理を合わせた合計処理時間の短縮化を図れる。
【特許文献１】特開平９−２１８７１４号公報
【特許文献２】特開平１０−１６３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体集積回路の製造過程においては、ウェハ自体の製造誤差による厚さのばらつきにとどまらず、各種プロセス（エッチング、スパッタリング、ＣＭＰ等）によりウェハの厚さがが変動する。その場合、ウェハライメント時のウェハ上のアライメントマークを観察する時のステージの高さと、基準マークを観察する時のステージの高さがウェハ毎に異なる。
一方、計測ステーション２および露光ステーション３でのＺ駆動制御は、図１０に示される干渉計７ａ、７ｂのように、Ｚ方向に離れた２本のレーザービームをそれぞれ利用する干渉計７ａ、７ｂにより、ミラー１０ａ−１、１０ｂ−２の傾きをそれぞれ一定にするように制御することで達成される。
そのため、ステージ６ａ，６ｂのＸＹ駆動平面に対するＺ駆動直交度であるＺ走り、すなわち、Ｚ軸にステージ６ａ，６ｂを駆動した際のＸＹ方向への移動偏差は、定盤に対する干渉計バーミラー１０ａ−１、１０ｂ−２のＸＹ平面に対する直交度により規定される。
このため、計測ステーション２と露光ステーション３でＺ走りを制御するバーミラー１０ａ−１とバーミラー１０ｂ−２とが異なる場合は、バーミラー製造、組み付け誤差等により、計測ステーション２と露光ステーション３でのＺ走りの差が無視できない量となる。
【０００９】
このＺ走りの差は、ウェハの厚さ（表面高さ）とステージスワップ時にステージの原点を補正（検出）する基準マークの高さがほぼ同一の場合は、ウェハ上のアライメントマークの計測時と基準マークの計測時でステージの高さは、ほぼ同一となる。つまり、Ｚ駆動位置が、ほぼ一致するため、計測ステーション２と露光ステーション３間でのＺ走りの差は無視できることになる。
また、高さが異なったとしても、ウェハ４ａ，４ｂの厚さが常に一定であれば一定のアライメントオフセットとして現れることになり、例えば、先行ウェハ等の露光によるアライメント誤差のフィードバックにより補正することは容易である。
しかしながら、上述のように実際のＩＣを製造する工程においてはウェハ４ａ，４ｂの厚さが一定とはなりえず、ウェハ４ａ，４ｂ毎または工程毎に変動することは避けられない。その結果、計測ステーション２と露光ステーション３でのＺ走りの差がウェハ厚の変動を起因として、ウェハ毎のアライメントシフトエラーとして顕在化し、オーバレイ精度を低下させる。
そこで、本発明は、例えば、基板の厚さの変動によるオーバレイ精度の変動を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の露光装置は、基板を保持するステージと、投影光学系を含む露光ステーションと、前記ステージに保持された基板に形成されたマークの位置を計測する計測ステーションと有し、前記投影光学系を介して前記ステージに保持された基板を露光する露光装置であって、前記計測ステーションに配置された前記ステージに含まれる第１のミラーを介して前記投影光学系の光軸に実質的に直交する第１方向の周りの前記ステージの回転角を計測する第１干渉計と、前記露光ステーションに配置された前記ステージに含まれる第２のミラーを介して前記第１方向の周りの前記ステージの回転角を計測する第２干渉計と、前記計測ステーションに配置された前記ステージ上の基準マークの位置を前記光軸に実質的に直交する面内において計測する第１計測手段と、前記露光ステーションに配置された前記ステージ上の基準マークの位置を前記面内において計測する第２計測手段と、制御手段と、を有し、前記基準マークは、前記光軸の方向と前記第１方向とに直交する第２方向において且つ前記光軸の方向において異なる位置に配置された複数の基準マークを含み、前記制御手段は、前記第１干渉計の計測値に従って前記回転角を一定に保つようにしながら前記ステージを前記光軸の方向および前記第２方向に移動させることにより、前記複数の基準マークそれぞれの位置を前記第１計測手段に計測させ、前記第２干渉計の計測値に従って前記回転角を一定に保つようにしながら前記ステージを前記光軸の方向および前記第２方向に移動させることにより、前記複数の基準マークそれぞれの位置を前記第２計測手段に計測させ、
前記第１計測手段により計測された前記複数の基準マークそれぞれの位置と前記第２計測手段により計測された前記複数の基準マークそれぞれの位置とに基づいて、前記光軸の方向における前記ステージの位置に従って前記面内における前記ステージの位置を補正する量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例えば、基板の厚さの変動によるオーバレイ精度の変動を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
図１は、本実施例の露光装置の構成図である。
本実施例の露光装置は、基板であるウェハ４ｂを保持する基板ステージであるステージ６ｂと、投影光学系１１を含む露光ステーション３と、基板ステージであるステージ６ａに保持されたウェハ４ａに形成されたマークの位置を計測する計測ステーション２と有し、投影光学系１１を介してステージ６ｂに保持されたウェハ４ｂを露光する装置である。すなわち、投影光学系１１によって原板であるレチクル１２のパターンを基板ステージであるステージ６ｂに戴置された基板であるウェハ４ｂに投影露光する装置である。
ステージ６ａ、６ｂは、計測ステーション２及び露光ステーション３を交互に移動、すなわち、ステージスワップする。
第１計測手段であるＯＡアライメント検出系５は、投影光学系１１を介さずに、基板上であるウェハ４ａ上のパターン位置および基板ステージであるステージ６ａの位置を検出する。すなわち、第１計測手段であるＯＡアライメント検出系５は、計測ステーション２に配置されたステージ６ａ上の基準マーク９ａ−１、９ａ−２、９ａ−３の位置を投影光学系１１の光軸に実質的に直交する面内において計測する。
第２計測手段であるＴＴＬアライメント検出系１３ａ、１３ｂは、投影光学系１１を介して、ステージ６ｂの位置を検出する。すなわち、第２計測手段であるＴＴＬアライメント検出系１３ａ、１３ｂは、露光ステーション３に配置されたステージ６ｂ上の基準マーク９ｂ−１、９ｂ−２、９ｂ−３の位置を投影光学系１１の光軸に実質的に直交する面内において計測する。
複数の基準マーク９ａ−１、９ａ−２、９ａ−３及び９ｂ−１、９ｂ−２、９ｂ−３は、ステージ６ａ，６ｂの面の法線方向に、それぞれ高さの異なるようにステージ６ａ，６ｂに設けられる。
すなわち、基準マークは、投影光学系１１の光軸の方向と第１方向であるＸ方向とに直交する第２方向であるＹ方向において且つ投影光学系１１の光軸の方向において異なる位置に配置された複数の基準マーク９ａ−１、９ａ−２、９ａ−３及び９ｂ−１、９ｂ−２、９ｂ−３である。
【００１３】
計測ステーション２は、ステージ６ａとウェハ４ａ上のパターンの相対位置関係を計測するポジションである。計測ステーション２は、ステージ６ａ上の基準マーク９ａおよびステージ６ａ上のウェハ４ａのアライメントマークを計測するＯＡアライメント検出系５を有する。
計測ステーション２は、さらに、ステージ６ａ上の基準マーク９ａおよびウェハ４ａ上のアライメントマークの高さを計測する高さ検出計８ａ、８ｂ、および、ステージ６ａの位置を計測する第１干渉計である干渉計７ａを有する。
第１干渉計である干渉計７ａは、計測ステーション２に配置されたステージ６ａに含まれる第１のミラーである干渉計バーミラー１０ａ−１、１０ａ−２を介して投影光学系１１の光軸に実質的に直交する第１方向であるＸ方向の周りのステージ６ａの回転角を計測する。
露光ステーション３は、レチクル１２とステージの相対位置関係を計測後、レチクル１２のパターンをウェハ４ｂに投影露光するポジションである。露光ステーション３は、レチクル１２の像をウェハ４ｂへ投影する投影光学系１１、レチクル１２のパターンとステージ６ｂ上の基準マークの位置合わせを行うＴＴＬアライメント検出系１３ａ、１３ｂを有する。
露光ステーション３は、さらに、露光光を発振する照明光学系１４、および、ステージ６ｂの位置を計測する第２干渉計である干渉計７ｂを有する。
第２干渉計である干渉計７ｂは、露光ステーション３に配置されたステージ６ｂに含まれる第２のミラーである干渉計バーミラー１０ｂ−１、１０ｂ−２を介して第１方向であるＸ方向の周りのステージ６ｂの回転角を計測する。
【００１４】
制御手段である装置制御部１は、計測ステーション２及び露光ステーション３を制御する制御部である。
装置制御部１は、まず、干渉計７ａの計測値に従って投影光学系１１の光軸に実質的に直交する第１方向であるＸ方向の周りのステージ６ａの回転角を一定に保つようにしながらステージ６ａを投影光学系１１の光軸の方向および投影光学系１１の光軸の方向と第１方向であるＸ方向とに直交する第２方向であるＹ方向に移動させることにより、複数の基準マーク９ａ−１、９ａ−２、９ａ−３それぞれの位置を干渉計７ａに計測させる。
次に、装置制御部１は、干渉計７ｂの計測値に従って投影光学系１１の光軸に実質的に直交する第１方向であるＸ方向の周りのステージ６ｂの回転角を一定に保つようにしながら、ステージ６ｂを投影光学系１１の光軸の方向および第２方向であるＹ方向に移動させることにより、複数の基準マーク９ｂ−１、９ｂ−２、９ｂ−３それぞれの位置を干渉計７ｂに計測させる。
さらに、装置制御部１は、干渉計７ａにより計測された複数の基準マーク９ａ−１、９ａ−２、９ａ−３それぞれの位置と干渉計７ｂにより計測された複数の基準マーク９ｂ−１、９ｂ−２、９ｂ−３それぞれの位置とに基づいて、前記光軸の方向におけるステージ６ａ，６ｂの位置に従って前記光軸に実質的に直交する面内におけるステージ６ａ，６ｂの位置を補正する量を算出する。
また、従来例と同様に、ここでは説明の簡略化のためにＹ方向の干渉計とＺ方向の移動軸を制御する干渉計７ａ、７ｂのみを図示した。しかし、本実施例においては不図示の複数の干渉計によりステージは計測ステーション２と露光ステーション３とで、それぞれ６軸（Ｘ,Ｙ,Ｚ,ωＸ,ωＹ,ωＺ）制御されている。
なお、本実施例は基準マークが２点以上あれば適用でき、基準マーク以外に基準マーク相当の機能を果たすマークなどを選ぶことでも適用することができる。
また、基準マーク間の距離、高さの間隔は必ずしも一定でなくて良い。ただし、基準マークの距離と高さは装置製造時および組み付け時に決まる。
【００１５】
次に、図２、図３、図４を参照して、計測ステーション２及び露光ステーション３において、ステージのＺ走りが異なることにより、ウェハの厚さの変化に応じてウェハ上のアライメントマーク位置と基準マーク位置の相対量に誤差が生じる場合を説明する。
光学顕微鏡によるアライメントマーク計測ではフォーカス深度が浅い。このため、不図示のオートフォーカス機構によりアライメントマークのコントラスト値の変化などを参考にステージ６ａをＺ駆動させ、ベストフォーカス位置に基準マーク９ａが来るように位置合わせを行う必要がある。
ここで、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示されるようにウェハ４ａの厚さがステージ６ａ上の基準マーク９ａと同じ高さの場合、基準マーク９ａを計測する時のＺ位置とウェハ上のアライメントマークを計測する時のＺ位置が一致する。このため、フォーカス合わせのためにステージ６ａをＺ駆動する必要がない。
このため、たとえＺ走りが異なっていたとしても、ウェハ６ａ上のアライメントマーク位置と基準マーク９ａの位置の計測値の相対量に誤差が生じることはない。従って、計測ステーション２で算出したウェハ４ａ上のアライメントマーク位置と基準マーク９ａ位置の関係を比較してウェハ４ａの露光を行えば良い。
【００１６】
また、図４に示されるように、計測ステーション２及び露光ステーション３においてＺ走りが一致する場合は、計測ステーション２及び露光ステーション３でのウェハ４ｂ上のアライメントマーク位置と基準マーク９ａの位置の相対量２０及び２１は同じになる。
そのため、ウェハ４ｂの厚さが基準マーク９ａの高さと異なる場合でも、計測ステーション２で算出したウェハ４ｂ上のアライメントマーク位置と基準マーク９ａ位置の関係を比較してウェハ４ｂの露光を行う。結果として計測時と同じだけずれた位置に露光を行うことになり、シフト誤差を考慮する必要が無くなる。
一方、図３に示されるように、計測ステーション２及び露光ステーション３においてＺ走りが互いに異なり、且つ、ウェハ４ｂの厚さがステージ６ａ上の基準マーク９ａの高さと異なる場合を説明する。
計測ステーション２および露光ステーション３毎に、ウェハ４ｂ上のアライメントマーク位置と基準マーク９ａの位置の相対量２０及び２１に誤差が生じ、その相対量２０及び２１の差がウェハ４ｂの露光時のシフト誤差となるため補正を行う必要がある。
【００１７】
次に、図５、図６を参照して、計測ステーション及び露光ステーションにおけるステージのＺ駆動量に対するＸ方向およびＹ方向のずれ量との差分を求めるフローについて説明する。
なお、図５の実施例は、一つのステージ（この実施例ではステージ６ａ）に注目し、ステージ６ａが計測ステーション２側にある時の状態と露光ステーション３側にある時の状態を便宜上、同一図面上で表現している。
図６に示されるように第１の検出系でありＯＡアライメント検出系５による第１の計測工程により、複数の基準マーク９ａ−１、９ａ−２を、それぞれ計測し、第１の複数の計測値Ｘｍ１、Ｙｍ１、Ｚｍ１、Ｘｍ２、Ｙｍ２、Ｚｍ２を計測する。
さらに、第２の検出系であるＴＴＬアライメント検出系１３ａ、１３ｂによる第２の計測工程により、複数の基準マーク９ａ−１、９ａ−２を、それぞれ計測し、第２の複数の計測値Ｘｅ１、Ｙｅ１、Ｚｅ１、Ｘｅ２、Ｙｅ２、Ｚｅ２を計測する。
さらに、第１の複数の計測値Ｘｍ１、Ｙｍ１、Ｚｍ１、Ｘｍ２、Ｙｍ２、Ｚｍ２と第２の複数の計測値Ｘｅ１、Ｙｅ１、Ｚｅ１、Ｘｅ２、Ｙｅ２、Ｚｅ２とを比較する。
この比較により算出される装置製造時または組付け時に決まる位置からの複数の基準マーク９ａ−１、９ａ−２のＸ方向およびＹ方向のずれ量△Ｘｍ及び△Ｙｍと、複数の基準マーク９ａ−１、９ａ−２の高さ（Ｚ）との関係が、前記第１の計測工程と前記第２の計測工程において同一になるようにステージ６ａを制御する。
【００１８】
図６（ａ）に示されるように装置制御部１は、計測ステーション２側で第１計測手段であるＯＡアライメント検出系５を用いてステージ６ａが有する基準マーク９ａ−１を計測する。さらに、このときの計測結果であるＸｍ１、Ｙｍ１、およびベストフォーカス位置でのステージ高さＺｍ１の値を記憶する。(ステップ１０１)
次に、同じように計測ステーション２側でＯＡアライメント検出系５を用いてステージ６ａが有する基準マーク９ａ−２を計測する。さらに、このときの計測結果であるＸｍ２、Ｙｍ２、およびベストフォーカス位置でのステージ高さＺｍ２の値を記憶する
。(ステップ１０２)
基準マーク９ａ−１及び９ａ−２は、装置製造時または組付け時に決まる位置としてＸ、Ｙ、Ｚの成分を、それぞれ、Ｘ１org、Ｙ１org、Ｚ１org、及びＸ２org、Ｙ２org、Ｚ２org とする。
装置制御部１は、この値とステップ１０１、１０２で求めた値を比較することにより、計測ステーション２におけるステージ６ａのＺ方向の駆動量△Ｚｍに対するＸ及びＹ方向のずれ量△Ｘｍ及び△Ｙｍを算出する。(ステップ１０３)
具体的には、△Ｚｍに対する△Ｘｍ、及び△Ｙｍ方向のずれ量は以下の計算式で求められる。もちろん、基準マーク９ａ−１、９ａ−２のどちらか一方の計測結果を原点とし、もう一方の計測結果を原点からの距離としても次の計算式を成り立たせることができる。
なお、Ｚｍ１及びＺｍ２は製造時の基準マーク９ａの高さ方向の製造誤差を含んだ値となっており、それぞれＺ１org、及びＺ２orgと、概ね同じ値となる。
以下の補正式ではフォーカス計測精度が十分高精度であれば装置製造時または組付け時に決まる位置Ｚ１org,Ｚ２orgの代わりにＺｍ１,Ｚｍ２を使った方が好適な場合がある。
【００１９】
【数１−２】
2010034331.tif 000003
本実施例においてウェハ上のアライメントマークを計測する時は、まず、任意の基準マークを選び、その高さとウェハの厚さとの差から、（１）と（２）の式を利用して補正値を求める。
次に、装置制御部１は、ステージ６ａをスワップさせ、露光ステーション３でも同様に、露光ステーション３におけるステージ６ｂのＺ方向の駆動量△Ｚｅに対するＸ及びＹ方向のずれ量△Ｘｅ及び△Ｙｅを算出する。
なお、図６（ｂ）に示されるように露光ステーション３側の△Ｘｅ、及び△Ｙｅの算出方法は、計測ステーション２の△Ｘｍ、及び△Ｙｍと同様なのでここでは省略する。(ステップ１０４、１０５、１０６)。
但し、装置制御部１は、ＯＡアライメント検出系５ではなく、露光ステーション３側でＴＴＬアライメント検出系１３ａ、１３ｂを用いてステージ６ａが有する基準マーク９ａ−１、９ａ−２を計測する。
【００２０】
図８は、ステップ１０１〜１０６のフローで求めたＺ駆動量に対する計測ステーション２側でのＸ方向へのずれ量△Ｘｍと、露光ステーション３側のＸ方向へのずれ量△Ｘｅをグラフ化したものである。
また、図９は同じくステップ１０１〜１０６のフローで求めたＺ駆動量に対する計測ステーション側でのＹ方向へのずれ量△Ｙｍと露光ステーション３側のＹ方向へのずれ量△Ｙｅをグラフ化したものである。
図８、図９では基準マーク９ａ−１を原点としており、ウェハの厚みが基準マーク９ａ−１の高さと一致しない場合は、その高低差とグラフから得られる補正係数からウェハ上のアライメントマークとステージ上の基準マークとの距離の補正値を導き出すことができる。
そして、それを制御に反映することで計測ステーション２および露光ステーション３におけるウェハ上のアライメントマークの位置を正確に算出することができる。
【００２１】
ところで、計測ステーション２および露光ステーション３のＺ走りを合わせる(ずれを同じにする)ことでウェハの露光時のシフト誤差が発生しないことを上述した。
また、計測ステーション２および露光ステーション３で複数の基準マークの測定を行うことでステージのＺ駆動量に対するＸ及びＹ方向の補正係数を求めることができることも上述した。
図８、図９の実施例において、複数の基準マークの第１の計測工程により得られたＸ方向、Ｙ方向のずれ量と、複数の基準マークの第２の計測工程により得られたＸ方向、Ｙ方向のずれ量との差分が、Ｘ方向とＹ方向で、それぞれ常に一定になるように制御する。
すなわち、装置制御部１は、計測ステーション２および露光ステーション３それぞれにおいて投影光学系１１の光軸に実質的に直交する面内における同一の目標位置で前記光軸の方向における同一の目標位置にステージ６ａ，６ｂを位置決めした場合の前記面内におけるステージ６ａ，６ｂの位置の差が前記面内における目標位置によらず一定になるように補正する量を算出する。
すなわち、図８及び図９の実施例において、計測ステーション２側におけるステージのＺ駆動量に対するずれ量の傾きに対して、露光ステーション３におけるＺ駆動量に対するずれ量の傾きを合わせる。
つまり、Ｘ方向及びＹ方向の補正係数を合わせるように露光ステーション３側のステージ駆動を制御することで、Ｚ走りを合わせることができる。すなわち、装置制御部１は、第１方向であるＸ方向および第２方向であるＹ方向のそれぞれに関して補正する量を算出する。
この場合は、計測ステーション２および露光ステーション３の間でステージのＺ走りが異なり、且つ、ウェハの厚さが任意のステージ上の基準マークより厚かったり薄かったりする場合である。
この場合、計測ステーション２および露光ステーション３におけるＸ方向及びＹ方向の補正係数である補正する量を求め、それが一致するようにステージ駆動を制御することで、ウェハ露光時のシフト誤差の発生を抑制することができる。これにより、露光中心とウェハ上のアライメントマークとの高精度の位置合わせが可能となる。
【００２２】
また、第１直線の傾きと、第２直線の傾きとがＸ方向およびＹ方向で、それぞれ同一になるように制御する場合もある。第１直線の傾きとは、複数の基準マークの高さ（Ｚ）と第１の計測工程から得られたＸ方向およびＹ方向のずれ量との関係を直線回帰モデルとしたときの傾きである。第２直線の傾きとは、複数の基準マークの高さ（Ｚ）と第２の計測工程から得られたＸ方向およびＹ方向のずれ量との関係を直線回帰モデルとしたときの傾きである。
すなわち、計測ステーション２側のステージのＸ及びＹ方向の補正係数を露光ステーション３側のＸ及びＹ方向の補正係数に合わせるように計測ステーション２側のステージの駆動を制御してもよい。
また、各々の傾きが、それぞれ０すなわち零になるように基板ステージのＺ駆動に伴うＸＹ駆動の補正係数を算出し、基板ステージを制御する場合もある。傾きとは、複数の基準マークの高さ（Ｚ）と第１の計測工程から得られたＸ方向のずれ量と第２の計測工程から得られたＸ方向のずれ量との差分との関係を直線回帰モデルとしたときの傾きである。
さらに、傾きとは、複数の基準マークの高さ（Ｚ）と第１の計測工程から得られたＹ方向のずれ量と第２の計測工程から得られたＹ方向のずれ量との差分との関係を直線回帰モデルとしたときの傾きである。
すなわち、ステージのＸ及びＹ方向の補正係数である補正する量を０すなわち零にするように計測ステーション２および露光ステーション３においてステージの駆動を制御してもよい。このように、装置制御部１は、ステージの位置の差が零になるように補正する量を算出する場合もある。
【００２３】
なお、３点以上の基準マークの計測を行うことで計測値の平均化効果により補正精度を高めることが可能となる。３点以上の計測値の処理については最小自乗近似や重み付き最小自乗近似等を用いた統計処理が望ましい。
補正のタイミングは装置調整時や定期メンテナンス時でもよいし、より精度を高めるためにロットの最初または最後、ロットとロットの間のアイドル期間、２つのステージの同期待ちが発生した場合などに実施してもよい。
また、一般に経時変化は緩やかなトレンドとなることおよび計測点数を増やすほど平均か効果による精度向上が望めることから、定期的な補正の場合は直近または直近のいくつかの計測値を組み合わせた移動平均処理を行って精度向上をねらうことも可能となっている。
本実施例では、１つのステージについてのみＺ走り補正の方法を説明したが、言うまでもなく、もう一方のステージも固有のバーミラー製造誤差を持っているため、同様にして補正する必要がある。この場合、両方のステージの基準マークをそれぞれ計測ステーションと露光ステーションにて同時に計測することにより補正時間の短縮が可能となっている。
【００２４】
次に、図７を参照して、本実施例において一度プロセス処理されたウェハを重ね焼きする際のフローの実施例を説明する。
まず、計測ステーション２側でステージのＺ駆動量に対するＸ及びＹ方向の補正係数をステップ１０１〜１０３に示した手順で求める。（ステップ１１１）
次に、ステージをスワップさせて（ステップ１１２）、露光ステーション３側でステージのＺ駆動量に対するＸ及びＹ方向の補正係数をステップ１０４〜１０６に示した手順で求める。このとき、反対側の計測ステーション２に存在するステージのＺ駆動量に対するＸ及びＹの補正係数も求めておく。（ステップ１１３）
次に、計測ステーション２及び露光ステーション３でのステージのＺ駆動量に対するＸ及びＹ方向の補正係数が等価となるように、露光ステーション３側ステージ駆動補正パラメータを変更する。また、上述したように、もう一方の計測ステーション２も個別に補正パラメータを求めステージ毎のパラメータとして露光ステーション３側の駆動補正パラメータを変更する。（ステップ１１４）
ここで、上記実施例では露光ステーション３側のステージ駆動補正パラメータを変更すると説明したが、計測ステーション２側のステージ駆動補正パラメータの方を変更しても同等の効果が得られる。
また、計測ステーション２、露光ステーション３でのＸ及びＹ方向の補正係数である補正する量を０すなわち零となるように、計測ステーション２および露光ステーション３におけるステージ駆動補正パラメータをそれぞれ変更しても同等の効果が得られる。
【００２５】
次に、ウェハを計測ステーション２側のステージにロードし（ステップ１１５）、計測ステーションでのステージ原点だし(計測中心と基準マークとの位置合わせ)を行う。（ステップ１１６）
続いて、グローバルアライメント(原点とウェハ上のアライメントマークとの相対位置計測)を行い任意の基準マークとウェハ上のアライメントマーク間の相対位置関係を求める。（ステップ１１７）
その後、ステージスワップを行い（ステップ１１８）、露光ステーション３でのステージ原点だし(露光中心と基準マークとの位置合わせ)を行う。（ステップ１１９）
最後に、計測ステーション２側で求めた任意の(計測ステーション２側で選んだ)基準マークとウェハ上のアライメントマークとの相対位置関係を比較してウェハを露光する。（ステップ１２０）
以上のように、予めステージのＺ駆動量に対するＸ及びＹ方向の補正係数を両ステーションで合わせておき、ウェハ露光時にシフト誤差が発生しないようにしておくことで、露光中心とウェハ上のアライメントマークを高精度に位置合わせすることが可能となる。
【００２６】
（デバイス製造方法の実施例）
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して、感光剤を塗布した基板（ウェハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例の露光装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例の露光装置において、ウェハの厚さとステージ上の基準マークの高さが同じで、計測ステーションと露光ステーションに互いに異なるＺ駆動直行度(Ｚ走り)のずれがあり、ウェハ上のアライメントマークとステージ上の基準マークとの距離に計測誤差が発生しない場合の説明図である。
【図３】本発明の実施例の露光装置において、ウェハの厚さとステージ上の基準マークの高さが異なり、且つ計測ステーションと露光ステーションに互いに異なるＺ駆動直行度(Ｚ走り)のずれがあり、ウェハ上のアライメントマークとステージ上の基準マークとの距離に計測誤差が発生する場合の説明図である。
【図４】本発明の実施例の露光装置において、ウェハの厚さとステージ上の基準マークの高さが異なり、Ｚ駆動直行度(Ｚ走り)のずれが計測ステーションと露光ステーションで等価で、ウェハ上のアライメントマークとステージ上の基準マークとの距離に計測誤差が発生しない状態の説明図である。
【図５】本発明の実施例の露光装置の各ステーションにおいて、ステージのＺ駆動直行度のずれによって、ウェハ上のアライメントマークとステージ上の基準マークとの距離に計測誤差が生じる場合の説明図である。
【図６】本発明の実施例の露光装置の計測ステーション及び露光ステーションにおいて、ステージのＺ駆動量に対するＸ及びＹの計測誤差を求めるフロー図である。
【図７】本発明の実施例の露光装置の計測ステーション及び露光ステーションでのステージのＺ走りを合わせてから一度プロセス処理したウェハを重ね焼きする時のフロー図である。
【図８】本発明の実施例の露光装置において、基準マーク毎のＸ方向へのずれ量を示す説明図である。
【図９】本発明の実施例の露光装置において、基準マーク毎のＹ方向へのずれ量を示す説明図である。
【図１０】従来例の露光装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    装置制御部                  ２    計測ステーション
３    露光ステーション            ４    ウェハ
５    ＯＡアライメント検出系      ６    ステージ
７    干渉計                      ８    高さ検出計
９    基準マーク                  １０  干渉計バーミラー
１１  投影光学系                  １２  レチクル
１３  ＴＴＬアライメント検出系    １４  照明光学系
【図１】
2010034331.tif 000004
【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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