(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１マークを有する原版ステージと、第２マークおよび前記第２マークを通過した光を検出する光電変換素子を有する基板ステージと、前記原版ステージによって保持された原版のパターンを前記基板ステージによって保持された基板に投影する投影光学系とを有する露光装置であって、
前記基板ステージおよび前記原版ステージのうち一方のステージの位置を計測する計測器と、
パルス光源から供給される光を前記第１マーク、前記投影光学系および前記第２マークを介して前記光電変換素子に入射させながら前記一方のステージが移動しているときに前記光電変換素子から出力される信号と前記計測器から出力される計測結果とに基づいて前記第１マークと前記第２マークとの位置関係を検出する制御部とを備え、
前記制御部は、前記一方のステージが移動しているときに前記計測器から出力される計測結果を周期的な複数回の取り込みタイミングで取り込み、前記一方のステージが移動しているときの前記パルス光源の複数回の発光タイミングと前記計測結果の前記複数回の取り込みタイミングとの間のそれぞれの時間間隔に基づいて前記複数回の取り込みタイミングのそれぞれにおける前記計測結果を補正することによって前記パルス光源の前記複数回の発光タイミングのそれぞれにおける前記一方のステージの位置を決定し、該決定した位置に基づいて前記第１マークと前記第２マークとの位置関係を検出する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記パルス光源の発光タイミングに従ってカウントを開始し前記取り込みタイミングに従ってカウントを終了するカウンタを含み、前記カウンタのカウント値に基づいて前記時間間隔を算出し、前記時間間隔と前記一方のステージの速度に基づいて前記計測結果を補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記取り込みタイミングに従ってカウントを開始し前記パルス光源の発光タイミングに従ってカウントを終了するカウンタを含み、前記カウンタのカウント値に基づいて前記時間間隔を算出し、前記時間間隔と前記一方のステージの速度に基づいて前記計測結果を補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記投影光学系の光軸に沿った方向における前記第１マークと前記第２マークとの位置関係を検出する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記投影光学系の光軸に垂直な方向における前記第１マークと前記第２マークとの位置関係を検出する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
原版側マークおよび基板側マークを通過した光を検出する光電変換素子と、原版ステージによって保持された原版のパターンを基板ステージによって保持された基板に投影する投影光学系とを有する露光装置であって、
前記基板ステージおよび前記原版ステージのうち一方のステージの位置を計測する計測器と、
パルス光源から供給される光を前記原版側マーク、前記投影光学系および前記基板側マークを介して前記光電変換素子に入射させながら前記一方のステージが移動しているときに前記光電変換素子から出力される信号と前記計測器から出力される計測結果とに基づいて前記原版側マークと前記基板側マークとの位置関係を検出する制御部とを備え、
前記制御部は、前記一方のステージが移動しているときに前記計測器から出力される計測結果を周期的な複数回の取り込みタイミングで取り込み、前記一方のステージが移動しているときの前記パルス光源の複数回の発光タイミングと前記計測結果の前記複数回の取り込みタイミングとの間のそれぞれの時間間隔に基づいて前記複数回の取り込みタイミングのそれぞれにおける前記計測結果を補正することによって前記パルス光源の前記複数回の発光タイミングのそれぞれにおける前記一方のステージの位置を決定し、該決定した位置に基づいて前記原版側マークと前記基板側マークとの位置関係を検出する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項７】
前記パルス光源からの光と前記投影光学系とを用いて、前記原版のパターンを前記基板に投影露光することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項８】
デバイスを製造するデバイス製造方法であって、
請求項１乃至７のいずれか１項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、
を含む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、露光装置およびそれを用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体デバイスを製造する際に、原版のパターンを投影光学系によって基板に投影して該基板を露光する露光装置が使用される。露光のための光源としては、例えば、ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ２等のパルス発光レーザ（パルス光源）が使用されうる。また、レチクルステージおよびウエハステージは、レーザ干渉計等の位置計測器によって位置が計測され、その計測結果に基づいてステージ駆動機構によって駆動される。
【０００３】
基板を露光する際には、原版と基板とを正確に位置合わせする必要がある。そのためには、原版を保持する原版ステージと基板を保持する基板ステージとの位置関係を検出する必要がある。これに加えて、原版と原版ステージの位置関係および基板と基板ステージの位置関係を検出することにより、原版と基板との位置関係を検出することができ、これに基づいて原版と基板とを位置合わせすることができる。
【０００４】
原版ステージと基板ステージとの位置関係を検出する方式として、次のような方式が知られている。原版ステージに第１マークを配置し、基板ステージに第２マークおよびそれを通過した光を検出する光電変換素子を配置する。光源から供給される光を第１マーク、投影光学系および第２マークを介して光電変換素子に入射させながら基板ステージを移動させる。このときに光電変換素子から出力される信号が最大になる基板ステージの位置が第１マークと第２マークとが最適な位置関係になる基板ステージの位置である。ここで、基板ステージを投影光学系の光軸に垂直な面内で移動させたときに光電変換素子から出力される信号が最大になる位置が最適アライメント位置である。基板ステージを投影光学系の光軸に沿って移動させたときに光電変換素子から出力される信号が最大になる位置が最適フォーカス位置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７５４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基板ステージの位置制御システムをデジタル制御システムで構成した場合には、位置制御システムは、基板ステージの位置情報をサンプリングクロックに従う一定周期で取り込む。光源として使われるパルス光源は、基板ステージの位置制御システムとは非同期でパルス発光をする。通常は、パルス光源の発光周波数と基板ステージの位置制御システムにおけるサンプリングクロックの周波数とは異なる。したがって、パルス発光時における実際の基板ステージの位置（即ち、第２マークを通過した光を光電変換素子が受けた時点における基板ステージの位置）と、位置制御システムが取り込んだ基板ステージの位置とは一致しない。この結果として、アライメント精度またはフォーカス精度が低下しうる。
【０００７】
図４には、ステージ位置の計測結果が更新される周波数が５ＫＨｚであり、レーザ光源の発光周波数が４ＫＨｚである場合の発光タイミングおよび更新タイミングが例示されている。発光タイミングと更新タイミングとの間には、α［μｓ］、（１５０＋α）［μｓ］、（１００＋α）［μｓ］、（５０＋α）［μｓ］、α［μｓ］といったずれが存在する。ここで、０≦α＜５０［μｓ］である。発光タイミングと更新タイミングとは非同期であるので、アライメント計測毎にαの値はランダムにばらつく。
【０００８】
図５は、図４に示す発光タイミングおよび更新タイミングにおいて計測器によって計測されたステージ位置を横軸とし、光電変換素子によって検出された光量を縦軸としてプロットしたグラフである。発光タイミングと更新タイミングとが一致していないので、光量カーブが最大値を示す最適フォーカス位置に誤差が生じることが分かる。
【０００９】
本発明は、本発明者による上記の課題認識に基づいてなされたものであり、原版ステージのマークと基板ステージのマークとの位置関係の検出誤差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】
本発明の１つの側面は、第１マークを有する原版ステージと、第２マークおよび前記第２マークを通過した光を検出する光電変換素子を有する基板ステージと、前記原版ステージによって保持された原版のパターンを前記基板ステージによって保持された基板に投影する投影光学系とを有する露光装置に関する。前記露光装置は、前記基板ステージおよび前記原版ステージのうち一方のステージの位置を計測する計測器と、パルス光源から供給される光を前記第１マーク、前記投影光学系および前記第２マークを介して前記光電変換素子に入射させながら前記一方のステージが移動しているときに前記光電変換素子から出力される信号と前記計測器から出力される計測結果とに基づいて前記第１マークと前記第２マークとの位置関係を検出する制御部とを備え、前記制御部は、前記一方のステージが移動しているときに前記計測器から出力される計測結果を周期的な複数回の取り込みタイミングで取り込み、前記一方のステージが移動しているときの前記パルス光源の複数回の発光タイミングと前記計測結果の前記複数回の取り込みタイミングとの間のそれぞれの時間間隔に基づいて前記複数回の取り込みタイミングのそれぞれにおける前記計測結果を補正することによって前記パルス光源の前記複数回の発光タイミングのそれぞれにおける前記一方のステージの位置を決定し、該決定した位置に基づいて前記第１マークと前記第２マークとの位置関係を検出する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例えば、原版ステージの第１マークと基板ステージの第２マークとの位置関係の検出誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の露光装置におけるレーザ発光タイミング、ステージ位置更新タイミングおよびカウント値を例示する図である。
【図２】第１実施形態および第２実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。
【図３】原版ステージおよび基板ステージに設けられるマークを例示する図である。
【図４】レーザ発光タイミングとステージ位置更新タイミングを例示する図である。
【図５】最適フォーカス位置の検出原理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
図２を参照しながら本発明の第１実施形態の露光装置ＥＸの構成を説明する。露光装置ＥＸは、例えば、原版のパターンをステップ・アンド・スキャン方式で基板に転写する走査露光装置として構成されうる。露光装置ＥＸは、パルス光源１０１と、照明光学系１０２と、原版ステージ１０３と、投影光学系１０４と、基板ステージ１０５と、計測器１２４、１３４と、制御部１０６とを備えうる。
【００１４】
パルス光源１０１は、例えば、パルスレーザ光源を含む。パルスレーザ光源としては、例えば、波長約２４８ｎｍの光を発生するＫｒＦエキシマレーザ、波長約１９３ｎｍの光を発生するＡｒＦエキシマレーザ、波長約１５７ｎｍの光を発生するＦ２レーザを挙げることができる。照明光学系１０２は、パルス光源１０１から供給される光を利用して原版（レチクル）１２１または第１マーク１２３を照明する光学系であり、例えば、レンズ、ミラー、絞りを含む。
【００１５】
原版ステージ（レチクルステージ）１０３は、原版チャックを含み、該原版チャックによって原版１２１を保持する。原版ステージ１０３は、不図示の原版駆動機構によって駆動、走査または位置決めされる。原版駆動機構は、例えば、リニアモータを含む。原版ステージ１０３は、原版側基準プレート１２２を有する。原版側基準プレート１２２は、そのパターン面が原版１２１のパターン面と同一高さになるようにように配置される。原版側基準プレート１２２のパターン面には、ＣｒまたはＡｌ等の金属で形成された複数の第１マーク（原版側マーク）１２３が配置されている。第１マーク１２３は、例えば、図３に例示するように、ライン形状の開口を有するライン・アンド・スペースのパターンを含みうる。原版ステージ１０３は、計測器１２４によってその位置が計測される。計測器１２４は、例えば、レーザ干渉計を含む。
【００１６】
投影光学系１０４は、原版ステージ１０３によって保持された原版１２１のパターンを基板ステージ１０５によって保持された基板１３１に投影する。これにより、基板１３１が露光され、原版１２１のパターンが基板１３１に転写される。
【００１７】
基板ステージ１０５は、基板チャックを含み、該基板チャックによって基板（例えば、ウエハ）１３１を保持する。基板ステージ１０５は、不図示の基板駆動機構によって駆動、走査または位置決めされる。基板駆動機構は、投影光学系１０４のＺ軸方向（光軸方向）、Ｚ軸方向と垂直なＸ軸およびＹ軸方向、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸周りの回転の６軸に関して、基板ステージ１０５を駆動することができる。基板ステージ１０５は、基板側基準プレート１３２を有する。基板側基準プレート１３２は、そのパターン面が基板１３１の上面の同一の高さとなるように配置される。基板側基準プレート１３２のパターン面には、ＣｒまたはＡｌ等の金属で形成された複数の第２マーク（基板側マーク）１３３が配置されている。第２マーク１３３は、例えば、第１マーク１２３を投影光学系１０４の投影倍率で縮尺したパターンを含む。基板ステージ１０５は、計測器１３４によってその位置が計測される。計測器１３４は、例えば、レーザ干渉計を含む。
【００１８】
制御部１０６は、デジタル信号処理装置で構成され、計測器１２４から出力される原版ステージ１０３の位置計測結果および計測器１３４から出力される基板ステージ１０５の位置計測結果を周期的に取り込む。制御部１０６は、パルス光源１０１から供給される光を第１マーク１２３、投影光学系１０４および第２マーク１３３を介して光電変換素子１３５に入射させながら基板ステージ１０５を移動させる。そして、制御部１０６は、このときに光電変換素子１３５から出力される信号（光量を示す信号）と、計測器１３４から出力される位置計測結果とに基づいて第１マーク１２３と第２マーク１３３との位置関係を検出する。なお、基板ステージ１０５を移動させるときは、原版ステージ１０３は、第１マーク１２３が投影光学系１０４の物体面に一致するように原版ステージ１０３が位置決めされる。
【００１９】
基板ステージ１０５をＸＹ面内で移動させたときに光電変換素子１３５から出力される信号の値が最大となる第１マーク１２３と第２マーク１３３との位置関係が最適アライメントにおける位置関係である。一方、基板ステージ１０５をＺ軸方向に沿って移動させたときに光電変換素子１３５から出力される信号が最大になる第１マーク１２３と第２マーク１３３との位置関係が最適フォーカスにおける位置関係である。
【００２０】
制御部１０６は、第１マーク１２３と第２マーク１３３との位置関係のほか、原版１２１と原版ステージ１０３との位置関係および基板１３１と基板ステージ１０５の位置関係を公知の方法によって検出する。制御部１０６は、以上の情報に基づいて原版１２１と基板１３１との位置関係を決定し、この位置関係に基づいて原版１２１と基板１３１とを位置合わせする。
【００２１】
以下、第１マーク１２３と第２マーク１３３との位置関係の検出について詳述する。図１には、基板ステージ１０５の位置計測結果が更新される周波数が５ＫＨｚであり、レーザ光源の発光周波数が４ＫＨｚである場合の発光タイミングおよび更新タイミングが例示されている。ここで、ステージ位置の計測結果が更新される周波数は、計測器１３４による基板ステージ１０５の計測結果が制御部１０６において更新される周波数、即ち、計測器１３４による基板ステージ１０５の計測結果を制御部１０６が取り込む周波数である。レーザ光源の発光周波数は、パルス光源１０１としてのパルスレーザ光源の発光周波数である。
【００２２】
制御部１０６は、カウンタ１２０を含み、カウンタ１２０は、パルス光源１０１の発光タイミングに従ってカウントを開始し、計測器１３４から出力される位置計測結果を制御部１０６が取り込むタイミング（取り込みタイミング）に従ってカウントを終了する。図１には、カウンタ１２０によるカウント値が例示されている。制御部１０６は、カウンタ１２０のカウント値に基づいて、計測器１３４から出力された位置計測結果（基板ステージ１０５の位置）を補正する。以下、制御部１０６による位置計測結果（基板ステージ１０５の位置）の補正を例示的に説明する。
【００２３】
カウンタ１２０は、パルス光源１０１の発光タイミング（例えば、制御部１０６がパルス光源１０１に対して発光指令を送るタイミング）に従ってカウントを開始し、取り込みタイミングに従ってカウントを終了する。カウンタ１２０によるカウント値は、パルス光源１０１の発光タイミングと制御部１０６による位置計測結果の取り込みタイミングとの時間間隔ｄｅｌａｙ［ｉ］に相当する。制御部１０６は、カウント値に係数を乗じることによってパルス光源１０１の発光タイミングと制御部１０６による位置計測結果の取り込みタイミングとの時間間隔ｄｅｌａｙ［ｉ］を計算することができる。
【００２４】
制御部１０６は、（１）式に従って（即ち、時間間隔ｄｅｌａｙ［ｉ］に基づいて）位置計測結果ｐｏｓｉｔｉｏｎ［ｉ］を補正することによってパルス光源１０１の発光タイミングにおける基板ステージ１０５の位置（実際位置）ｐ［ｍ］を決定する。ここで、ｐｏｓｉｔｉｏｎ［ｉ］は、計測器１３４による位置計測結果、即ち、基板ステージ１０５の位置であり、ｖｅｌ［ｉ］は、基板ステージ１０５の速度である。制御部１０６は、更に、基板ステージ１０５の実際の位置に基づいて第１マーク１２３と第２マーク１３３との位置関係を検出する。第１マーク１２３と第２マーク１３３との位置関係は、光電変換素子１３５から出力される信号（光量）が最大値であるときの基板ステージ１０５の実際位置（位置計測結果を補正して得られる位置）に基づいて検出される。（１）式において、ｉは、制御部１０６における演算の番号、ｍはパルス光源１０１が発生するパルス光の番号である。
【００２５】
ｐ［ｍ］＝  ｐｏｓｉｔｉｏｎ［ｉ］−ｖｅｌ［ｉ］×ｄｅｌａｙ［ｉ］  ・・・（１）式
制御部１０６は、基板ステージ１０５をＸＹ面内で移動させたときに光電変換素子１３５から出力される信号と計測器１３４から出力される位置結果とに基づいてＸＹ面内における第１マーク１２３と第２マーク１３３との位置関係を検出する。制御部１０６はまた、基板ステージ１０５をＺ軸方向に沿って移動させたときに光電変換素子１３５から出力される信号と計測器１３４から出力される位置結果とに基づいてＺ軸方向における第１マーク１２３と第２マーク１３３との位置関係を検出する。
【００２６】
以上の説明では、カウンタ１２０は、パルス光源１０１の発光タイミングに従ってカウントを開始し、取り込みタイミングに従ってカウントを終了する。これに代えて、カウンタ１２０は、取り込みタイミングに従ってカウントを開始し、パルス光源１０１の発光タイミングに従ってカウントを終了してもよい。この場合には、（２）式に従って基板ステージ１０５の実際の位置を決定することができる。
【００２７】
ｐ［ｍ］＝  ｐｏｓｉｔｉｏｎ［ｉ］＋ｖｅｌ［ｉ］×ｄｅｌａｙ［ｉ］  ・・・（２）式
以上の説明では、ステージ位置更新周波数が５ＫＨｚであり、レーザ発光周波数が４ＫＨｚである場合を例示したが、他の周波数であっても、本発明の適用が可能であるし、周波数は時間的に変化してもよい。
【００２８】
以上の説明では、第１マーク１２３を投影光学系１０４の物体面に配置した状態で第２マーク１３３（基板ステージ１０５）を移動させる。これに代えて、第２マーク１３３（基板ステージ１０５）を投影光学系１０４の像面に配置した状態で１マーク１２３（原版ステージ１０３）を移動させてもよい。この場合には、計測器１２４から出力され制御部１０６によって取り込まれた計測結果が上記の原理に従って補正されて、原版ステージ１０３の実際位置が検出される。
【００２９】
［第２実施形態］
図２を参照しながら第２実施形態の露光装置ＥＸについて説明する。第２実施形態の露光装置ＥＸでは、制御部１０６は、計測器１３４から出力される位置計測結果（基板ステージ１０５の位置の計測結果）を周期的に取り込み、その取り込みタイミングに同期してパルス光源１０１を発光させるようにパルス光源１０１を制御する。これにより、位置計測結果の取り込みタイミングとパルス光源１０１の発光タイミングとが同期するので、第１実施形態のような位置計測結果の補正が不要になる。
【００３０】
第２実施形態の露光装置ＥＸは、第１マーク１２３を有する原版ステージ１０３と、第２マーク１３３およびそれを通過した光を検出する光電変換素子１３５を有する基板ステージ１０５とを有する。露光装置ＥＸはまた、原版ステージ１０３によって保持された原版１２１のパターンを基板ステージ１０５によって保持された基板１３１に投影する投影光学系１０４と、計測器１２４、１３４と、制御部１０６とを有する。
【００３１】
制御部１０６は、デジタル信号処理装置で構成され、計測器１２４から出力される原版ステージ１０３の位置計測結果および計測器１３４から出力される基板ステージ１０５の位置計測結果を周期的に取り込む。制御部１０６は、パルス光源１０１から供給される光を第１マーク１２３、投影光学系１０４および第２マーク１３３を介して光電変換素子１３５に入射させながら基板ステージ１０５または原版ステージ１０３を移動させる。そして、制御部１０６は、このときに光電変換素子１３５から出力される信号（光量を示す信号）と、計測器１３４および１２４から出力される位置計測結果とに基づいて第１マーク１２３と第２マーク１３３との位置関係を検出する。なお、基板ステージ１０５を移動させるときは、原版ステージ１０３は、第１マーク１２３が投影光学系１０４の物体面に一致するように原版ステージ１０３が位置決めされる。
【００３２】
［第３実施形態］
本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイス等のデバイスの製造に好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、上記の露光装置を用いて露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、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）を含みうる。
【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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