(57)【要約】【課題】光学系の透過率の低下に伴って計測精度が低下せず、所望の重ね合わせ精度を確保することが可能な、露光装置等を提供すること。【解決手段】ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂの撮像信号である、計測信号を位置演算部３３に直接送らず、信号強度測定部３２で計測信号の強度を測定し、制御部３１でこの測定結果に基づいて位置演算部３３で演算するのに適した信号強度を有しているか否か（閾値を越えているか否か）を判断し、閾値を越えた計測信号のみを位置演算部３３に送るようにして、計測精度（重ね合わせ精度）を維持し、また計測エラーによる露光装置１０の停止を防止する。閾値を越えていない場合には、計測信号を電気的に増幅したり、計測用の露光ビームの光量を増加させたり、あるいはＶＲＡ光学系２２に露光ビームの一部を導く光学系の透過率を向上させたりする等の最適化処理を施してから計測信号を位置演算部３３に送る。【選択図】      図２
2006066844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光ビームによりマスクを照明して該マスク上のパターンをステージ上に搭載された被露光基板に露光転写する装置であって、該露光転写を実行する前に、位置計測手段により前記露光ビームの一部を利用して前記マスクの位置計測を行う露光装置において、
前記マスクの位置計測用のマークに前記露光ビームの一部を照射して得られる、前記位置計測手段の計測信号強度を測定する信号強度測定手段と、
前記計測信号強度を最適化するために、前記位置計測手段又は前記露光装置を制御する制御手段と、を備えてなることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の露光装置において、
前記制御手段は、前記計測信号強度が予め設定した所定の閾値に満たないとき、該計測信号強度を最適化するために、前記位置計測手段又は前記露光装置に制御信号を出力することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の露光装置において、
前記制御信号は、前記位置計測手段による、前記マスクの位置計測にエラーが生じるおそれがあるとの警告表示又は前記計測信号の強度向上を促すための警告表示を、前記露光装置に実行せしめるための信号であることを特徴とする露光装置。
【請求項４】
請求項２に記載の露光装置において、
前記制御信号は、前記露光ビームの一部が通る光学系の透過率を調整して、前記計測信号強度を最適化するために、前記位置計測手段又は前記露光装置に出力される信号であることを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項２に記載の露光装置において、
前記制御信号は、前記計測信号を電気的に増幅して前記計測信号強度を最適化するために、前記位置計測手段を制御せしめる信号であることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項２に記載の露光装置において、
前記制御信号は、前記マスクの位置計測に使用される部分の前記露光ビームの光量を増加させて、前記計測信号強度を最適化するために、前記位置計測手段又は前記露光装置を制御せしめる信号であることを特徴とする露光装置。
【請求項７】
請求項２に記載の露光装置において、
前記制御信号は、前記計測信号を増幅させると共に、前記マスクの位置計測に使用される部分の前記露光ビームの光量を増加させて、前記計測信号強度を最適化するために、前記位置計測手段と前記露光装置とにそれぞれ出力される信号であることを特徴とする露光装置。
【請求項８】
露光ビームでマスクを照明して該マスク上のパターンをステージ上に搭載された被露光基板に露光転写する露光方法であって、該露光転写を実行する前に、位置計測手段により前記露光ビームの一部を利用して前記マスクの位置計測を行う露光方法において、
前記マスクの位置計測用のマークに前記露光ビームの一部を照射して得られる、前記位置計測手段の計測信号強度が予め設定した所定の閾値を越えているか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程において前記閾値に満たなかったときに警告を発する警告工程と、
前記判定工程において前記計測信号が閾値を越えたときに前記位置計測手段により前記マスクの位置計測を実行する位置計測工程と、を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項９】
露光ビームでマスクを照明して該マスク上のパターンをステージ上に搭載された被露光基板に露光転写する露光方法であって、該露光転写を実行する前に、位置計測手段により前記露光ビームの一部を利用して前記マスクの位置計測を行う露光方法において、
前記マスクの位置計測用のマークに前記露光ビームの一部を照射して得られる、前記位置計測手段の計測信号強度が予め設定した所定の閾値を越えているか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程において前記計測信号強度が前記閾値に満たなかったとき、前記計測信号強度が前記閾値を越えるように、前記計測信号強度及び／又は前記露光ビームが通る光学系の透過率を最適化する最適化工程と、
前記判定工程において前記計測信号強度が前記閾値を越えたとき、前記計測手段により前記マスクの位置計測を実行する位置計測工程と、を含むことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系の曇りによる透過率の低下が原因となって、マスクパターンの重ね合わせ精度が低下するのを防止することが出来る、露光装置及び該露光装置によって実施される露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶表示デバイスを、リソグラフィ技術を用いて製造する方法の一つとして、例えば、パターンを形成したマスクとしてのレチクルに露光用照明光（露光光：露光ビーム）を照射し、このパターンの像を、投影光学系を介してステージ上に搭載される、感光性樹脂が塗布された半導体ウエハやガラステンプレート等の感光性基板上に投影露光する際、投影光学系に対し、マスク（レチクル）及び感光性基板を相対的に同期させて走査する、ステップ・アンド・スキャン方式の露光方法が知られている。
【０００３】
この露光方法では、レチクル上に描かれた複数の異なった回路パターンを感光性基板上に順次重ねて露光（重ね合わせ露光）をするため、露光に先立ち、レチクルの基板ステージ座標系に対する位置関係を精度良く求めて、レチクル上の回路パターンと基板の各ショット領域に既に形成された回路パターンとのアライメント（位置合わせ）を正確に行う必要がある。
【０００４】
このため、レチクルの上方に設置された第１のマーク検出光学系（レチクルアライメントセンサ）で該レチクル上に形成された位置合わせ用マーク（位置計測用パターン）を位置計測することにより、レチクルの位置を求める一方、基板の上方に設置された第２のマーク検出光学系（ウエハアライメントセンサ）で該基板上に形成された位置合わせ用マーク位置計測することにより、基板上の回路パターンの位置を求め、両者の正確な位置情報に基づいて、両者の相対位置関係を調整してから重ね合わせ露光を行うようにしている。
【０００５】
上述したレチクルの位置合わせ（レチクルアライメント）では、位置計測用パターンと、投影光学系を介して基板が載置されるウエハステージ上の基準マーク（フィデュシャルマーク）とを露光ビームの一部を利用して照明し、これらの位置計測用パターンと基準マークからの反射光像を第１のマーク検出光学系に装備されたカメラの計測視野上に同時に結像させて、位置計測用パターンと基準マークとを同時に観察し、画像処理技術等を用いて両者の位置関係を求めることにより、レチクルのパターンの投影像と基準マークとの位置関係を調整している。
【０００６】
例えば、２５枚の基板を１ロットとして露光処理する場合にあっては、その最初の１枚目の基板を露光処理する直前（以下ロット先頭と記す）、あるいはレチクルを交換した直後などにおいて、第１のマーク検出光学系の計測視野内において、レチクル上の位置計測用パターンとウエハステージ上の基準マークとを同時に結像させて、レチクルの位置を算出する位置計測（ロット先頭ベースラインチェック）を行う。この位置計測では、レチクルの位置を算出し、ベースライン量（レチクルの中心とウエハアライメント系である第２のマーク検出系の計測中心との間の距離）を算出する。また、レチクルステージとウエハステージの走査方向におけるずれ量も算出する。このアライメント結果に基づいて、レチクルステージやウエハステージの位置補正（調整）を行った後、レチクル上のパターンの像を感光性基板上に露光転写する、露光処理を行う。
【０００７】
上述したベースライン量は、温度、気圧、湿度等の装置の環境変動によって変化することがあるので、装置精度維持のため、一定枚数のウエハを露光処理する毎にベースライン量のチェック（インターバル・ベースラインチェック）を行う必要がある。
【０００８】
しかし、長期間繰り返して露光動作を行っていると、投影光学系などの光学系においては、レンズの曇りによる透過率の低下が避けられず、露光ビームの一部を使用している第１のマーク検出光学系では、この透過率の低下により、位置計測用パターンや基準マークを照明する計測用の露光ビームの光量減少が生じ、この露光ビームの光量減少が生じる結果、位置計測用パターンと基準マークの像を結像し、この光学像を電気信号に変化する、第１の検出光学系のＣＣＤカメラから出力される計測信号の強度が低下してしまい、ロット先頭やインターバルでのベースラインチェックにおいて十分な計測精度が得られないおそれがある。
【０００９】
特に、近年の半導体デバイス等の高集積化要求に伴って、ＡｒＦエキシマレーザを光源とする露光装置が使用され、より厳しい重ね合わせ精度が求められているのにもかかわらず、このＡｒＦエキシマレーザを光源とする露光装置では、長期間繰り返し露光動作を行っていると、レンズの曇りによる透過率の低下が顕著に現れてしまい、ロット先頭やインターバルでのベースラインチェックにおいて十分な計測精度が得られず、その結果、より厳しい重ね合わせ精度要求に応えられないとの指摘があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光学系の透過率の低下に伴って計測精度が低下せず、所望の重ね合わせ精度を確保することが可能な、露光装置及びこの露光装置により実施される露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する、本発明の請求項１に記載の露光装置は、露光ビーム（露光光）によりマスク（レチクルＲ）を照明して該マスク上のパターンをステージ（ウエハステージＷＳＴ）上に搭載された被露光基板（ウエハＷ）に露光転写する装置であって、該露光転写を実行する前に、位置計測手段（ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂ）により前記露光ビームの一部を利用して前記マスクの位置計測を行う露光装置において、前記マスクの位置計測用のマーク（レチクルＲ上に形成された位置計測用パターンＲＭ、ウエハステージステージＷＳＴ上の基準板２４に配置された基準マークＦＭ）に前記露光ビームの一部を照射して得られる、前記位置計測手段の計測信号の強度を測定する信号強度測定手段（信号強度測定部３２）と、前記計測信号強度を最適化するために、前記位置計測手段又は前記露光装置を制御する制御手段（制御部３１）と、を備えてなることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の露光装置において、前記制御手段は、前記計測信号強度が予め設定した所定の閾値に満たないとき、該計測信号強度を最適化するために、前記位置計測手段又は前記露光装置に制御信号を出力するようにしてもよい（請求項２）。
【００１３】
請求項２に記載の露光装置において、前記制御信号は、例えば、
前記位置計測手段による、前記マスクの位置計測にエラーが生じるおそれがあるとの警告表示又は前記計測信号の強度向上を促すための警告表示を、前記露光装置に実行せしめるための信号（請求項３）、
前記露光ビームの一部が通る光学系の透過率を調整して、前記計測信号強度を最適化するために、前記位置計測手段又は前記露光装置に出力される信号（請求項４）、
前記計測信号を電気的に増幅して前記計測信号強度を最適化するために、前記位置計測手段を制御せしめる信号（請求項５）、
前記マスクの位置計測に使用される部分の前記露光ビームの光量を増加させて、前記計測信号強度を最適化するために、前記位置計測手段又は前記露光装置を制御せしめる信号（請求項６）、あるいは
前記計測信号を電気的に増幅させると共に、前記マスクの位置計測に使用される部分の前記露光ビームの光量を増加させて、前記計測信号強度を最適化するために、前記位置計測手段と前記露光装置とにそれぞれ出力される信号（請求項７）である。
【００１４】
また、上記目的を達成する、本発明の請求項８に記載の露光方法は、露光ビーム（露光光）でマスク（レチクルＲ）を照明して該マスク上のパターンをステージ（ウエハステージＷＳＴ）上に搭載された被露光基板（ウエハＷ）に露光転写する露光方法であって、該露光転写を実行する前に、位置計測手段（ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂ）により前記露光ビームの一部を利用して前記マスクの位置計測を行う露光方法において、前記マスクの位置計測用のマーク（レチクルＲ上に形成された位置計測用パターンＲＭ、ウエハステージステージＷＳＴ上の基準板２４に配置された基準マークＦＭ）に前記露光ビームの一部を照射して得られる、前記位置計測手段の計測信号の強度が予め設定した所定の閾値（しきい値）を越えているか否かを判定する判定工程（図２のステップＳ１０４参照）と、前記判定工程において前記閾値に満たなかったときに警告を発する警告工程（図４のステップＳ１２０参照）と、前記判定工程において前記計測信号が閾値を越えたときに前記位置計測手段により前記マスクの位置計測を実行する位置計測工程（図２のステップＳ１０２，Ｓ１０６、Ｓ１０７及び図３のステップＳ１１２，Ｓ１１８，Ｓ１１９参照）と、を備えてなることを特徴とする。
【００１５】
また、上記目的を達成する、本発明の請求項９に記載の露光方法は、露光ビーム（露光光）でマスク（レチクルＲ）を照明して該マスク上のパターンをステージ（ウエハステージＷＳＴ）上に搭載された被露光基板（ウエハＷ）に露光転写する露光方法であって、該露光転写を実行する前に、位置計測手段（ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂ）により前記露光ビームの一部を利用して前記マスクの位置計測を行う露光方法において、前記マスクの位置計測用のマーク（レチクルＲ上に形成された位置計測用パターンＲＭ、ウエハステージステージＷＳＴ上の基準板２４に配置された基準マークＦＭ）に前記露光ビームの一部を照射して得られる、前記位置計測手段の計測信号の強度が予め設定した所定の閾値を越えているか否かを判定する判定工程（図２のステップＳ１０４参照）と、該判定工程において前記計測信号強度が前記閾値に満たなかったとき、前記計測信号強度が前記閾値を越えるように、前記計測信号強度及び／又は前記露光ビームが通る光学系の透過率を最適化する最適化工程（図２のステップＳ１０５又は図３のステップＳ１１７参照）と、前記判定工程において前記計測信号強度が前記閾値を越えたとき、前記位置計測手段により前記マスクの位置計測を実行する位置計測工程（図２のステップＳ１０２，Ｓ１０６、Ｓ１０７及び図３のステップＳ１１２，Ｓ１１８，Ｓ１１９参照）と、を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１に記載の露光装置によれば、マスクの位置計測用のマークに露光ビームの一部を照射して得られる、位置計測手段の計測信号強度を測定する信号強度測定手段と、計測信号強度を最適化するために、位置計測手段又は露光装置を制御する制御手段とを備えてなるので、露光装置の光学系の透過率低下によりマスクの位置計測用のマークに照射される光量が減少するような事態になっても、該光量を増加させたり、あるいは計測信号を電気的に増幅させたりする等の、計測信号強度の最適化を図ることができ、計測精度を維持して、所望の重ね合わせ精度を確保することが可能となる。また、計測信号強度が極端に低下することによって生じる、計測エラーで露光装置が停止するような事態を回避することができ、露光装置の稼働率を上げることが可能となる。
【００１７】
また、本発明の請求項２に記載の露光装置によれば、計測信号強度が予め設定した所定の閾値に満たないとき、該計測信号強度を最適化するために、制御手段から位置計測手段又は露光装置に制御信号を出力するようにしてあるので、露光装置の光学系の透過率低下によりマスクの位置計測用のマークに照射される光量が減少するような事態になっても、これに直ぐに対処することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の請求項３に記載の露光装置によれば、露光装置の光学系の透過率低下によりマスクの位置計測用のマークに照射される光量が減少するような事態になったとき、位置計測手段によるマスクの位置計測にエラーが生じるおそれがあるとの警告表示又は計測信号の強度向上を促すための警告表示を、露光装置に実行せしめるようにしてあるので、露光装置のオペレータは、これら警告表示から直ちにマスクの位置計測用のマークに照射される光量が減少するような事態に至ったことを知ることが出来る。
【００１９】
また、本発明の請求項４，５，６或いは７に記載の露光装置によれば、計測信号強度を最適化するために、露光ビームの一部が通る光学系の透過率を調整したり、計測信号を電気的に増幅したり、マスクの位置計測に使用される部分の露光ビームの光量を増加させたり、あるいは計測信号を電気的に増幅させると共に、マスクの位置計測に使用される部分の露光ビームの光量を増加さたりするように構成してあるので、特別な手段を施すことなく、比較的容易に計測信号強度を最適化することが出来る。
【００２０】
また、本発明の請求項８に記載の露光方法によれば、マスクの位置計測用のマークに露光ビームの一部を照射して得られる、位置計測手段の計測信号強度が予め設定した所定の閾値を越えているか否かを判定する判定工程と、この判定工程において閾値に満たなかったときに警告を発する警告工程と、判定工程において計測信号が閾値を越えたときに位置計測手段によりマスクの位置計測を実行する位置計測工程とを備えてなるので、計測精度を維持して、所望の重ね合わせ精度を確保することが可能となり、また警告により計測信号強度が極端に低下することによって生じる、計測エラーで露光動作が停止するような事態を予め回避することができ、露光処理のスループット性を向上させることが可能となる。
【００２１】
また、本発明の請求項９に記載の露光方法によれば、マスクの位置計測用のマークに露光ビームの一部を照射して得られる、位置計測手段の計測信号強度が予め設定した所定の閾値を越えているか否かを判定する判定工程と、該判定工程において計測信号強度が閾値に満たなかったとき、計測信号強度が閾値を越えるように、計測信号強度及び／又は露光ビームが通る光学系の透過率を最適化する最適化工程と、判定工程において計測信号強度が閾値を越えたとき、計測手段によりマスクの位置計測を実行する位置計測工程とを備えてなるので、マスクの位置計測用のマークに照射される光量が減少するような事態になっても、該光量を増加させたり、あるいは計測信号を電気的に増加させたりする等の、計測信号強度の最適化を図ることができ、計測精度を維持して、所望の重ね合わせ精度を確保することが可能となり、また計測信号強度が極端に低下することによって生じる、計測エラーで露光動作が停止するような事態を予め回避することができ、露光処理のスループット性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明の露光装置及び該露光装置によって実施される露光方法の実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明の露光装置の一実施形態を示す全体構成図、図２乃至図４はそれぞれ図１の露光装置によって実施される本発明の露光方法の一実施態様を示すフローチャート、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は計測信号強度と該計測信号強度の目標値、閾値との関係を説明する説明図、図６（Ａ）はレチクルＲ上に形成される位置計測用のマークＲＭの一例を示す拡大平面図、図６（Ｂ）は基準板２４上に形成される基準マークＦＭの一例を示す拡大平面図である。
【００２４】
先ず、本実施形態の露光装置１０の全体構成について、図１を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態においては、露光装置１０は、マスクとしてのレチクルＲ上に形成された回路パターン等のパターンを、ステップ・アンド・スキャン方式により投影光学系ＰＬを介して被露光基板としてのウエハＷの各ショット領域上に露光転写する、縮小投影型の露光装置である。図１中、Ｘ軸及びＺ軸は紙面に並行に設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。
【００２６】
露光装置１０は、不図示の光源を備えた照明光学系１１と、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳと、レチクルＲに形成されたパターンの像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを保持する可動ステージとしてのウエハステージＷＳＴと、レチクルアライメントの際に使用される、結像光学系としてのレチクルアライメントセンサ（Visual Reticle Alignment Sensor:ＶＲＡセンサ）２０Ａ、２０Ｂと、ウエハアライメントセンサ２５と、フォーカス検出系（図示せず）及び主制御系３０等を備えている。
【００２７】
主制御系３０は、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂから出力された撮像信号（計測信号）の強度を測定する信号強度測定部３２と、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂとウエハアライメントセンサ２５からの計測信号に基づいてレチクルＲやウエハＷの位置を演算する位置演算部３３と、露光装置１０全体を統括制御する制御部３１等を備える。制御部３１は、露光装置１０全体を統括制御する外に、図２乃至４に示すフォローチャートの内容にしたがって信号強度測定部３１で計測した計測信号強度が予め設定した閾値（しきい値）を越えるか否かを判定し、越えない場合には、計測信号強度がしきい値を越えるように最適化制御信号を照明光学系１１、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂ等に出力するか、又は計測信号強度がしきい値よりも低い等の警告表示の制御信号を露光装置１０の表示パネル３４に出力するように構成される。また、制御部３１は、位置演算部３３での演算結果や干渉計１５からの信号等に基づいてレチクルステージ駆動系１２やウエハステージ駆動系１６等に制御信号を出力するように構成される。
【００２８】
照明光学系１１は、図示していないが、例えばＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ２レーザ等からなる光源と、ビーム整形用レンズ及びオプティカルインテグレータ（フライアイレンズ）等を含む照度均一化光学系と、照明系開口絞りと、リレー光学系と、レチクルブラインド、ミラー及びコンデンサレンズ系等を有しており、該レチクルブラインドによって形成された照明領域内にあるレチクルＲのパターンが形成された領域を均一な照度で照明する。
【００２９】
レチクルＲは、照明光学系１１の下方に配置されたレチクルステージＲＳ上に載置されて、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持される。レチクルステージＲＳは、水平面（ＸＹ平面）内で２次元移動可能に構成されており、レチクルＲが載置された後、レチクルＲの回路パターンが形成された領域の中心点が光軸ＡＸ（図１参照）と一致するように位置決めが行われる。このレチクルＲの位置決めのために、前述したＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂを使用してレチクルアライメントが行われる。
【００３０】
レチクルＲの回路パターンが形成された領域の外側には、位置計測用パターンＲＭが形成されている。この位置計測用パターンＲＭは、例えば、図６（Ａ）に示すように、十字状のパターンと正方形状のパターンをそれらの中心が互いに一致するように重ね合わせ且つ正方形状のパターンの外側に適宜間隔をあけて各辺にそれぞれ平行に１本の直線状のパターン（合計４本の直線状のパターン）を配置して形成される。
【００３１】
レチクルステージＲＳには、不図示のレチクル干渉計からのレーザビームを反射する不図示の移動鏡が固定され、レチクルステージＲＳの移動面内での位置が、所定の分解能で常時検出される。レチクル干渉計からの、レチクルステージＲＳの位置情報は、主制御装系３０の制御部３１に送られる。制御部３１は、この位置情報に基づいてレチクルステージ駆動系１２を介してレチクルステージＲＳを駆動する。
【００３２】
投影光学系ＰＬは、複数のレンズエレメントから構成され、これらレンズエレメントが両側テレセントリックな光学配置になるように共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する。投影光学系ＰＬとしては、投影倍率が例えば１／４、１／５又は１／６のものが使用されており、照明光によりレチクルＲのパターンが形成された領域ＰＡが照明されると、レチクルＲのパターンの像が投影光学系ＰＬによって縮小された状態で感光剤としてのレジストが塗布されたウエハＷ上に縮小投影され、ウエハＷ上のあるショット領域にレチクルＲの回路パターンの縮小像が転写される。
【００３３】
ウエハＷは、ウエハステージＷＳＴ上に、ウエハホルダ１３を介して真空吸着等により固定されている。ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方に配置され、水平面（ＸＹ面）内を２次元移動可能なＸＹステージと、このＸＹステージ上に搭載された光軸方向（Ｚ軸方向）に微動可能なＺステージ等から構成される。図１ではＸＹステージ、Ｚステージを具体的に図示せず、これらをまとめた形でウエハステージＷＳＴとして表現している。ウエハステージＷＳＴは、不図示の駆動系によりＸＹ２次元方向に駆動されるとともに例えば１００μｍの微小範囲内で光軸ＡＸ方向にも駆動されるように構成されている。
【００３４】
ウエハステージＷＳＴの２次元的な位置は、ウエハステージＷＳＴ上に固定された移動鏡１４を介して干渉計１５により所定の分解能（例えば１ｎｍ程度）で常時検出される。干渉計１５の出力は主制御系３０に送られ、該主制御系３０の制御部３１からウエハステージ駆動系１６を介してウエハステージＷＳＴが制御され、例えばウエハＷ上の１つのショット領域に対するレチクルＲのパターンの転写露光が終了すると、次のショット位置までウエハＷをステッピングさせるようにウエハステージＷＳＴが制御される。
【００３５】
ウエハＷの面のＺ軸方向の位置は、前述したフォーカス検出系（図示せず）により測定される。このフォーカス検出系は、例えば投影光学系ＰＬの結像面に向けて結像光束若しくは平行光束を光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射光学系と、この結像光束若しくは平行光束のウエハＷの表面での反射光束を受光する受光光学系とを有する。受光光学系からの信号は、主制御系３０に供給され、主制御系３０は、この信号に基づき、投影光学系ＰＬの最良結像面にウエハＷの面が位置するように、ウエハＷのＺ軸方向の位置を制御する。
【００３６】
ウエハステージＷＳＴ上には、レチクルアライメント及びベースライン計測のための基準マークＦＭ（図６（Ｂ）参照）が形成された基準板２４が固定される。基準マークＦＭは、例えば図６（Ｂ）に示すように、３本の直線状パターンをＸ軸方向に所定の間隔をあけて２組配列すると共に、３本の直線状パターンをＹ軸方向に所定の間隔をあけて２組配列して形成される。なお、基準板２４は、その表面に基準マークＦＭを形成せず、ＶＲＡ計測時に表面が無地の領域を下地として使用されるようにしてもよい。
【００３７】
前述したウエハアライメントセンサ２５は、ＦＩＡ(Field Image Alignment )センサにより構成され、検出基準となる指標を備え、この指標を基準としてウエハＷ上のアライメントマーク又は基準板２４上の基準マークＦＭの位置を検出する画像処理方式の結像センサが用いられる。このＦＩＡセンサ２５の検出値は、主制御系３０の位置演算部３３に供給される。
【００３８】
前述したＶＲＡセンサ２０Ａは、図１において露光装置１０の右側に配置され、またＶＲＡセンサ２０Ｂは、投影光学系ＰＬの光軸を挟んだＸ方向反対側の対称位置である露光装置１０の左側に配置される。
【００３９】
ＶＲＡセンサ２０ＡとＶＲＡセンサ２０Ｂは同じ構成なので、ＶＲＡセンサ２０Ａについての説明を行い、ＶＲＡセンサ２０Ｂについては、ＶＲＡセンサ２０Ａと同一構成部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
ＶＲＡセンサ２０Ａは、露光ビームの一部を利用しており、照明光学系１１から分岐して光ファイバ等の不図示の送光光学系を介して、計測用照明光の光束がＶＲＡ光学系２２に導かれる。この計測用照明光の光束は、ＶＲＡ光学系２２から出射し、ミラー２１で反射された後、レチクルＲに導かれ、レチクルＲ上の位置計測用パターンＲＭを照明する。位置計測用パターンＲＭで反射した反射光は、ミラー２１からＶＲＡ光学系２２内に導かれ、該ＶＲＡ光学系２２内の不図示の結像光学系を介して撮像手段としてのＣＣＤカメラ２３の撮像面に結像する。
【００４１】
一方、レチクルＲを透過した計測用照明光の光束は、投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳＴ上に固定された基準板２４の基準マークＦＭを照明する。基準マークＦＭを反射した反射光は、投影光学系ＰＬ、レチクルＲを透過した後、位置計測用パターンＲＭで反射した反射光の場合と同様の光路を通ってＣＣＤカメラ２３の結像面に結像する。
【００４２】
ＶＲＡセンサ２０Ａでは、ＣＣＤカメラ２３により投影光学系ＰＬを介して入射した基準マークＦＭの像とレチクルＲ上の位置計測用パターンＲＭの像との組合せを同時に撮像し、この撮像信号を計測信号としてＣＣＤカメラ２３から位置演算部３３に出力する。
【００４３】
ＶＲＡセンサ２０Ｂでも同様に、ＣＣＤカメラ２３により投影光学系ＰＬを介して入射した基準マークＦＭの像とレチクルＲ上の位置計測用パターンＲＭの像との組合せを同時に撮像し、この撮像信号を計測信号としてＣＣＤカメラ２３から位置演算部３３に出力する。
【００４４】
以上のように構成される露光装置１０では、その光学系の透過率（露光ビームの光学系に対する透過率）が不図示のＮＤフィルタにより例えば３６段階で調整出来るようにされていて、組み立て時においては、ＮＤフィルタにより露光ビームの透過率を予め低めに設定する一方、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂの出力を、電気ゲインを調整（電気的に増幅）して、計測信号の強度を目標値（図５（Ａ）参照）に設定している。したがって、露光動作を繰り返すことにより透過率が目標値よりも低下した場合であっても、ＮＤフィルタを交換し、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂの出力を電気的に増幅すること等により、計測信号の強度を目標値に戻すことが出来る。
【００４５】
次に、本発明の特徴部分について説明する。本発明では、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂの撮像信号である、計測信号を、位置演算部３３に直接送らず、まず信号強度測定部３２で計測信号の強度を測定し、そして制御部３１においてこの測定結果に基づいて位置演算部３３で演算するのに適した信号強度を有しているか否かを判断し、演算に適した強度を有する計測信号のみを位置演算部３３に送るようにして、計測精度（重ね合わせ精度）を維持し、また計測エラーによる露光装置１０の停止を防止している。位置演算部３３で演算するのに適した信号強度を有していない場合には、最適化処理を施して信号強度を位置演算部３３で演算するのに適するようにしてから位置演算部３３に送るようにしている。
【００４６】
具体的には、信号強度測定部３２において入力された計測信号の強度を測定し、制御部３１において信号強度測定部３２の測定結果から計測信号の強度が、目標値にある（図５（Ａ）参照）と判断した場合、あるいは少なくとも予め設定した閾値（しきい値）を越えている（図５（Ｂ）参照）と判断した場合には、計測信号を、信号強度測定部３２を介して位置演算部３３に送る。位置演算部３３では、ＶＲＡセンサ２０Ａ，２０Ｂから入力した撮像信号（計測信号）に基づいて、位置計測用パターンＲＭと基準マークＦＭからレチクルＲの位置を算出してベースライン量を算出する。また、位置計測用パターンＲＭと基準マークＦＭとの位置ずれ量を検出するとともに、レチクルステージＲＳ及びウエハステージＷＳＴの位置を検出する不図示のレチクル干渉計と干渉計１５等の測定値を入力してこの位置ずれ量を補正し、位置計測用パターンＲＭと基準マークＦＭとの位置ずれ量が所定値、例えば零となるときのレチクルステージＲＳ及びウエハステージＷＳＴの各位置を求める。これによりウエハステージ移動座標系ＸＹ上でのレチクルＲの位置が検出される。換言すれば、レチクルステージ座標系とウエハステージ座標系ＸＹとの対応付け（すなわち、相対位置関係の検出）が行われる。
【００４７】
一方、制御部３１において信号強度測定部３２により測定された計測信号の強度が閾値（しきい値）よりも低い（図５（C）参照）と判断された場合には、制御部３１は、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂから出力された計測信号を電気的に増幅したり、あるいはＮＤフィルタを最適化することにより、照明光学系１１からＶＲＡ光学系２２に導かれる露光ビーム（露光光）の光量を増加させたり、あるいは照明光学系１１からＶＲＡ光学系２２に露光ビームの一部を導く光学系の透過率を向上させたりする等の最適化処理を行うように最適化制御信号を照明光学系１１、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂ等に出力する。これにより、計測信号強度が閾値（しきい値）を越えた場合には、上述の如く計測信号を位置演算部３３に送り、ベースライン量を算出し、また位置計測用パターンＲＭと基準マークＦＭとの位置ずれ量を検出する。
【００４８】
最適化制御信号を出力する代わりに、制御部３１は、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂによる計測に誤差が生じるおそれありとの警告表示や、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂの計測信号強度の向上を促す警告表示の制御信号を露光装置１０の表示パネル３４や不図示の警告ブザー等に出力するようにすることも出来る。この警告表示の制御信号を出力した後に最適化制御信号を照明光学系１１、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂ等に出力するようにしてもよい。
【００４９】
次に、上述した露光装置１０により実施される本発明の露光方法の一実施態様を図２乃至図４のフローチャートを参照して説明する。
【００５０】
図２に示すように、ステップＳ１０１で露光装置１０を起動し露光動作が開始され、レチクルステージＲＳ上にレチクルＲが搭載され、またウエハステージＷＳＴ上にロット先頭のウエハＷ（例えば２５枚のウエハＷを１ロットとして露光処理する場合にあっては最初の１枚目のウエハＷ）が搭載される。あるいは、これまで使用していたレチクルＲがレチクルステージＲＳからアン・ロードされる一方、新たなレチクルＲがレチクルステージＲＳ上に搭載（ロード）される。
【００５１】
次いで、ステップＳ１０２でベースラインチェック動作が開始されが、これには先ずステップＳ１０３で信号強度測定部３２によりＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂの計測信号の強度が測定され、ステップＳ１０４で信号強度測定部３２の測定結果に基づいて制御部３１により信号強度が閾値よりも高いか否かが判断される。
【００５２】
ステップＳ１０４で測定信号強度が閾値よりも低いと判断された場合にはステップＳ１０５に移行し、制御部３１から照明光学系１１、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂ等に最適化制御信号が出力され、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂから出力された計測信号を電気的に増幅したり、あるいは照明光学系１１からＶＲＡ光学系２２に導かれる露光ビーム（露光光）の光量を増加させたり、あるいは照明光学系１１からＶＲＡ光学系２２に露光ビームの一部を導く光学系の透過率を向上させたりする等の最適化処理が実行される。そして再びステップＳ１０４で信号強度が閾値よりも高いか否かが判断される。閾値よりも低いと再度判断された場合にはステップＳ１０５に戻り、再度最適化処理が実行される。
【００５３】
ステップＳ１０４で閾値よりも高いと判断された場合には、ステップＳ１０６に移行してベースラインチェック計測が実行され、ベースライン量を算出し、また位置計測用パターンＲＭと基準マークＦＭとの位置ずれ量を検出する。そして、ステップＳ１０７でベースラインチェック動作を終了する。そして、ステップＳ１０８でステップＳ１０６において求めたベースライン量や位置ずれ量に基づいてレチクルステージＲＳ及びウエハステージＷＳＴの各位置を求め、レチクルステージＲＳ及びウエハステージＷＳＴの位置補正（調整）をする。このようにしてレチクルアライメントが終了したらステップＳ１０９で露光処理を行う。次いでステップＳ１１０で露光処理を継続するか否かが判断され、継続しない場合には露光処理が終了する。
【００５４】
露光処理を継続する場合にあっては、図３に示すステップＳ１１１に移行し、所定枚数のウエハＷ、例えば５枚のウエハＷを処理したか否かが判断され、５枚のウエハＷを処理した場合には、ステップＳ１１２に移行してベースラインチェック（インターバル・ベースラインチェック）を行う。まだ所定枚数（例えば５枚）のウエハＷを露光処理していない場合には、ステップＳ１０９に戻り、露光処理を繰り返す。
【００５５】
ステップＳ１１２でベースラインチェックを行うのは、ステップＳ１０６、１０７でベースライン量を計測しても、温度、湿度、気圧等の露光装置１０を取り巻く環境に変動が生じた場合、ベースライン量も変化することがあるので、これをチェックするためである。このベースラインチェックでも、まずステップＳ１１３で信号強度測定部３２によりＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂの計測信号強度が測定され、ステップＳ１１４で信号強度測定部３２の測定結果に基づいて制御部３１により信号強度が閾値よりも高いか否かが判断される。測定信号強度が閾値よりも低い場合にはステップＳ１１５に移行し、制御部３１から照明光学系１１、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂ等に最適化制御信号が出力され、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂから出力された計測信号を電気的に増幅したり、またはＮＤフィルタを最適化して、照明光学系１１からＶＲＡ光学系２２に導かれる露光ビームの光量を増加させたり、あるいは照明光学系１１からＶＲＡ光学系２２に露光ビームの一部を導く光学系の透過率を向上させたりする等の最適化処理が実行される。そして再びステップＳ１１４で信号強度が閾値よりも高いか否かが判断される。閾値よりも低い場合にはステップＳ１１５に戻り、再度最適化処理が実行される。ステップＳ１１４で閾値よりも高いと判断された場合には、ステップＳ１１６に移行してベースラインチェックが実行され、ステップＳ１１７でベースラインチェック動作を終了する。ベースライン量が所定値以内の場合には、ステップＳ１０９に移行して露光処理が行われる。ベースライン量が所定値を越えた場合には、ベースライン量が所定値以内に収まるようにステップＳ１０８で位置調整を行う。
【００５６】
図４では、ステップＳ１０４で信号強度測定部３２の測定結果に基づいて制御部３１により信号強度が閾値よりも低いと判断された場合に、直ちにステップＳ１０５に移行するのではなく、先ずステップＳ１２０でＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂによる計測に誤差が生じるおそれありとの警告表示や、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂの計測信号強度の向上を促す警告表示の制御信号を露光装置１０の表示パネル３４や不図示の警告ブザー等に出力する場合を示している。このように警告表示でオペレータに注意喚起を促してからステップＳ１０５に移行して、上述の如く、計測信号の強度が閾値を越えるように最適化処理を施すようにしているので、ステップＳ１０５において計測信号強度を電気的に増幅したり、透過率を向上させたりする、種々の最適化処理から最も望ましい最適化処理を選択することが可能となる。なお、図４中、図２に示す部分と同じステップには同一符号を付してその説明を省略する。
【００５７】
上述したように本実施態様では、ＶＲＡ２０Ａ、２０Ｂの計測信号を直ちに位置演算部３３で演算処理するのではなく、予め計測信号強度を測定し、演算処理を施すのに適当か否かを判断し、演算処理するのに適した計測信号強度にしてから演算処理するようにしてあるので、所望計測精度（重ね合わせ精度）を得ることができ、また計測エラーで露光装置１０が停止するような事態を回避することが出来る。
【００５８】
なお、本実施態様では、信号強度が閾値を下回ると、受光部側であるＣＣＤカメラ２３の電気系ゲイン（出力信号調整ゲイン）を調整し、或いはＮＤフィルタを最適化することで計測用の照射光量（アライメント計測ビームの光量）を調整するようにしている。要するに、上述の実施形態では、エキシマレーザービームを照射することにより光学系に生じている曇りの影響（信号強度の劣化）を、あたかもその劣化がなかったように修復させる（計測信号強度を上げる）作業を行っている。
【００５９】
しかし、上述のような計測信号強度の向上作業を行う（直接的に計測信号強度を向上させる処理）ことばかりではなく、光学系内の曇りの発生頻度を低下せしめて（曇りの進行を遅延させて）、信号強度の劣化を緩やかにするような対策（計測信号強度の最適化の一種である処理）を行うようにしても良い。例えば、測定した信号強度がある基準値（この基準値は上述してきたような基準値（閾値）よりも厳しい（高い）基準値としておく）を下回った場合には、ベースラインチェック計測を行う頻度を緩やかにする（インターバル・ベースラインチェックのインターバル（間隔）を長くする）ように、ベースラインチェックのタイミングに制限を設けるようにしてもよい。或いは、ＶＲＡセンサ２０Ａ、２０Ｂに導く計測用の露光ビームの光量を、計測信号強度が閾値を越えるのに必要最小限の光量にとどめて、光学系内の曇りの進行を可及的に遅らせるようにしてもよい。
【００６０】
また、計測信号強度を直接的に向上させる代わりに、光学系内の曇りを除去するように露光ビームを使用して定期的に光学系を光洗浄して透過率を修復し、これにより計測信号強度の最適化を図るようにしてもよい。
【００６１】
本発明は上述したステップ・アンド・スキャン方式の露光装置１０以外に、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置にも適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の露光装置の一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】図１の露光装置によって実施される本発明の露光方法の一実施態様を示すフローチャートである。
【図３】図１の露光装置によって実施される本発明の露光方法の一実施態様を示すフローチャートである。
【図４】図１の露光装置によって実施される本発明の露光方法の一実施態様を示すフローチャートである。
【図５】図５（Ａ）は計測信号強度と該計測信号強度の目標値、閾値との関係を説明する説明図である。
【００６３】
図５（Ｂ）は計測信号強度と該計測信号強度の目標値、閾値との関係を説明する説明図である。
【００６４】
図５（Ｃ）は計測信号強度と該計測信号強度の目標値、閾値との関係を説明する説明図である。
【図６】図６（Ａ）はレチクルＲ上に形成される位置計測用のマークＲＭの一例を示す拡大平面図である。
【００６５】
図６（Ｂ）は基準板２４上に形成される基準マークＦＭの一例を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０      露光装置
２０Ａ、２０Ｂ      ＶＲＡセンサ
３０      主制御装置
３１      位置演算部
３２      制御部
３３      信号強度測定手段
２３      撮像手段（ＣＣＤカメラ）
３４      表示パネル
Ｒ        レチクル（マスク）
ＲＳ      レチクルステージ
Ｗ        ウエハ（被露光基板）
ＷＳＴ    ウエハステージ（可動ステージ）
ＲＭ      位置計測用パターン
ＦＭ      基準マーク
【図１】
2006066844.tif 000003
【図２】
2006066844.tif 000004
【図３】
2006066844.tif 000005
【図４】
2006066844.tif 000006
【図５】
2006066844.tif 000007
【図６】
2006066844.tif 000008