(57)【要約】【課題】  本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィーで用いられる露光装置およびレチクルと感応基板ステージとの位置合わせ方法に関し、レチクルステージまたはレチクルのマークの位置測定を感応基板ステージで行うことを目的とする。【解決手段】  レチクルステージに配置されるレチクルからの反射光により、感応基板ステージに配置される感応基板の露光を行う露光装置において、前記感応基板ステージに、前記レチクルステージまたは前記レチクルに形成される位置測定用マークを検出する位置測定用空間像センサと、前記レチクルステージまたは前記レチクルに形成されるフォーカス検出用マークを検出するフォーカス用空間像センサと、を各々設けてなることを特徴とする。【選択図】      図２
2006261644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクルステージに配置されるレチクルからの反射光により、感応基板ステージに配置される感応基板の露光を行う露光装置において、
前記感応基板ステージに、前記レチクルステージまたは前記レチクルに形成される位置測定用マークを検出する位置測定用空間像センサと、前記レチクルステージまたは前記レチクルに形成されるフォーカス検出用マークを検出するフォーカス用空間像センサと、を各々設けてなることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
請求項１記載の露光装置において、
前記位置測定用空間像センサおよびフォーカス用空間像センサは、スリット部と、該スリット部を通過した前記反射光を感知する受光素子とを備え、
前記位置測定用空間像センサのスリット部のスリット幅を、前記フォーカス用空間像センサのスリット部のスリット幅より大きくしてなることを特徴とする露光装置。
【請求項３】
請求項２記載の露光装置において、
前記位置測定用空間像センサの前記スリット幅は、光学式画像処理アライメント装置によりスリット位置を検出可能な幅とされていることを特徴とする露光装置。
【請求項４】
請求項３記載の露光装置において、
前記位置測定用空間像センサの前記スリット幅は２００ｎｍ以上であり、前記フォーカス用空間像センサの前記スリット幅は１００ｎｍ以下であることを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の露光装置において、
前記位置測定用空間像センサのスリット部は複数のスリットを有し、前記複数のスリットのピッチは３μｍ以上であることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の露光装置において、
前記位置測定用空間像センサまたはフォーカス用空間像センサは、前記マークを検出するためのスリット部が形成されるスリットパターンを複数有していることを特徴とする露光装置。
【請求項７】
レチクルのパターン領域の走査方向の前後に位置測定用マークを形成し、前記一方の位置測定用マークを露光光の照明領域に位置した状態で、前記一方の位置測定用マークの投影像を感応基板ステージに配置される位置測定用空間像センサにより検出して前記一方の位置測定用マークと前記感応基板ステージとの対応位置を測定し、前記他方の位置測定用マークを露光光の照明領域に位置した状態で、前記他方の位置測定用マークの投影像を前記位置測定用空間像センサにより検出して前記他方の位置測定用マークと前記感応基板ステージとの対応位置を測定し、前記レチクルと前記感応基板ステージとの位置合わせを行うことを特徴とするレチクルと感応基板ステージとの位置合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィーで用いられる露光装置およびレチクルと感応基板ステージとの位置合わせ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レチクルとウエハステージとの位置関係は、レチクルアライメント顕微鏡からのアライメント光を、レチクル上に形成された透過型マークを透過させ、投影光学系を介してウエハステージのウエハ面の高さに設置された反射型の基準マークに重ね合わせ、レチクルアライメント顕微鏡のＣＣＤセンサにより画像処理を行うことにより求めている。
【特許文献１】特開平７−１７６４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、波長１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度の極端紫外線(ＥＵＶ光)の領域では、透過硝材が存在しないため、上述のような透過型マークを用いた位置測定は行うことができない。従って、レチクルの基準マークで反射し投影光学系を通過した照明光によりレチクルの基準マークの位置測定をウエハステージ上で行うことができる新たな技術が要望されている。
【０００４】
本発明は、かかる要望に対処してなされたもので、レチクルステージまたはレチクルのマークの位置測定を感応基板ステージで行うことができる露光装置およびレチクルと感応基板ステージとの位置合わせ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】
【０００５】
第１の発明の露光装置は、レチクルステージに配置されるレチクルからの反射光により、感応基板ステージに配置される感応基板の露光を行う露光装置において、前記感応基板ステージに、前記レチクルステージまたは前記レチクルに形成される位置測定用マークを検出する位置測定用空間像センサと、前記レチクルステージまたは前記レチクルに形成されるフォーカス検出用マークを検出するフォーカス用空間像センサと、を各々設けてなることを特徴とする。
【０００６】
第２の発明の露光装置は、第１の発明の露光装置において、前記位置測定用空間像センサおよびフォーカス用空間像センサは、スリット部と、該スリット部を通過した前記反射光を感知する受光素子とを備え、前記位置測定用空間像センサのスリット部のスリット幅を、前記フォーカス用空間像センサのスリット部のスリット幅より大きくしてなることを特徴とする。
【０００７】
第３の発明の露光装置は、第２の発明の露光装置において、前記位置測定用空間像センサの前記スリット幅は、光学式画像処理アライメント装置によりスリット位置を検出可能な幅とされていることを特徴とする。
第４の発明の露光装置は、第３の発明の露光装置において、前記位置測定用空間像センサの前記スリット幅は２００ｎｍ以上であり、前記フォーカス用空間像センサの前記スリット幅は１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
第５の発明の露光装置は、第２ないし第４のいずれか１の発明の露光装置において、前記位置測定用空間像センサのスリット部は複数のスリットを有し、前記複数のスリットのピッチは３μｍ以上であることを特徴とする。
第６の発明の露光装置は、第１ないし第５のいずれか１の発明の露光装置において、前記位置測定用空間像センサまたはフォーカス用空間像センサは、前記マークを検出するためのスリット部が形成されるスリットパターンを複数有していることを特徴とする。
【０００９】
第７の発明のレチクルと感応基板ステージとの位置合わせ方法は、レチクルのパターン領域の走査方向の前後に位置測定用マークを形成し、前記一方の位置測定用マークを露光光の照明領域に位置した状態で、前記一方の位置測定用マークの投影像を感応基板ステージに配置される位置測定用空間像センサにより検出して前記一方の位置測定用マークと前記感応基板ステージとの対応位置を測定し、前記他方の位置測定用マークを露光光の照明領域に位置した状態で、前記他方の位置測定用マークの投影像を前記位置測定用空間像センサにより検出して前記他方の位置測定用マークと前記感応基板ステージとの対応位置を測定し、前記レチクルと前記感応基板ステージとの位置合わせを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の露光装置では、レチクルステージまたはレチクルに形成されるマークを感応基板ステージの位置測定用空間像センサおよびフォーカス用空間像センサにより検出するようにしたので、レチクルステージまたはレチクルのマークの位置測定およびフォーカス測定を感応基板ステージで独立に行うことができる。
本発明のレチクルと感応基板ステージとの位置合わせ方法では、レチクルのパターン領域の走査方向の前後に位置測定用マークを形成したので、レチクルを走査方向と直角な方向に大きく移動することなく、位置測定用マークを位置測定用空間像センサにより検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１は、本発明の露光装置の第１の実施形態の要部の詳細を示している。なお、この実施形態の露光装置の全体構成については後述する。
図１では、レチクルステージ１１、投影光学系１３およびウエハステージ１５が示されている。
【００１２】
レチクルステージ１１は、水平方向(Ｘ，Ｙ方向)および垂直方向(Ｚ方向)に移動可能とされている。このレチクルステージ１１のＸ方向およびＹ方向の位置はレーザ干渉計(不図示)により常時検出されている。レチクルステージ１１の下側には静電チャック１７が固定され、静電チャック１７の下面にレチクル１９が吸着保持されている。そして、レチクル１９の下面に後述する照明光学系からのＥＵＶ光２１が照射される。
【００１３】
投影光学系１３は、レチクル１９により反射されたＥＵＶ光２１を後述する複数のミラーにより順次反射し、レチクルパターンの縮小された像をウエハ２３上に形成する。
ウエハステージ１５は、水平方向(Ｘ，Ｙ方向)および垂直方向(Ｚ方向)に移動可能とされている。このウエハステージ１５のＸ方向およびＹ方向の位置はレーザ干渉計(不図示)により常時検出されている。ウエハステージ１５の上側には静電チャック２５が固定され、静電チャック２５の上面にウエハ２３が吸着保持されている。ウエハ２３上のダイを露光する時には、ＥＵＶ光２１がレチクル１９の所定の領域に照射され、レチクル１９とウエハ２３は投影光学系１３に対して投影光学系１３の縮小率に従った所定の速度で動く。このようにして、レチクルパターンはウエハ２３上の所定の露光範囲（ダイに対して）に露光される。
【００１４】
この実施形態では、ウエハステージ１５上には、図２に示すように、位置測定用空間像センサ２７およびフォーカス用空間像センサ２９が配置されている。ここで空間像センサとはスリットとこのスリットを通過した光の強度を検出する受光素子とを少なくとも有するセンサである。
また、図１に示すように、ウエハ２３のアライメントマークＷＭの位置を検出するオフアクシス方式のウエハ用基準顕微鏡３１、および、レチクル１９のアライメントマークＲＡＭの位置を検出するオフアクシス方式のレチクル用基準顕微鏡３３が配置されている。ウエハ用基準顕微鏡３１およびレチクル用基準顕微鏡３３は、ＣＣＤおよびレンズを備えた公知の光学式画像処理アライメント装置からなる。例えば、米国特許４９６２３１８等に記載されているＦＩＡ(Field Image Alignment)装置等を用いることが可能である。
【００１５】
図３は位置測定用空間像センサ２７の詳細を示している。
この位置測定用空間像センサ２７は、本体部３５内にＳＰＤ(シリコンフォトダイオード)からなるセンサ部３７を有している。本体部３５の上面には、シリコン層３９が例えば５００μｍの肉厚で形成されている。このシリコン層３９には開口部３９ａが形成されている。シリコン層３９の上面には、シリコン薄膜層４１が例えば１００ｎｍから５００ｎｍの肉厚で形成されている。シリコン薄膜層４１の上面に、タンタル、窒化タンタルまたはタングステンからなるコート層４３が例えば１００ｎｍから２００ｎｍの肉厚で形成されている。そして、シリコン薄膜層４１およびコート層４３には、スリットパターン４５が形成されている。このスリットパターン４５は、シリコン薄膜層４１およびコート層４３に複数の貫通穴４６をスリット状に形成してなる。
【００１６】
図４は、図３の位置測定用空間像センサ２７に形成されるスリットパターン４５の詳細を示している。このスリットパターン４５は、光学式画像処理方式のウエハ用基準顕微鏡３１の検出範囲等を考慮して、Ｘ軸方向の長さＬ１が５０μｍ、Ｙ軸方向の長さＬ２が５０μｍ程度の大きさの平面領域内に形成されている。Ｘ軸方向にはＹ軸の両側にそれぞれ４つのスリット部４５ａが形成されている。このスリット部４５ａはＹ軸方向に平行に形成されている。Ｙ軸方向にはＸ軸の両側にそれぞれ４つのスリット部４５ｂが形成されている。このスリット部４５ｂはＸ軸方向に平行に形成されている。各スリット部４５ａ，４５ｂは、図３に示したようにシリコン薄膜層４１およびコート層４３に貫通穴４６をスリット状に形成してなる。
【００１７】
図５は、フォーカス用空間像センサ２９に形成されるスリットパターン４７の詳細を示している。このスリットパターン４７は、Ｘ軸方向の長さＬ３が例えば５０μｍ、Ｙ軸方向の長さＬ４が例えば５０μｍ程度の大きさとされている。Ｘ軸方向にはＹ軸の片側に１つのスリット部４７ａが形成されている。このスリット部４７ａはＹ軸方向に平行に形成されている。Ｙ軸方向にはＸ軸の片側に１つのスリット部４７ｂが形成されている。このスリット部４７ｂはＸ軸方向に平行に形成されている。スリット部４７ａ，４７ｂは、図３に示したようにシリコン薄膜層４１およびコート層４３に貫通穴４６をスリット状に形成してなる。なお、フォーカス用空間像センサ２９の構造は図３に示した位置測定用空間像センサ２７と略同様に構成されているため同一の構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。上述したスリットパターン４５，４７の長さＬ１〜Ｌ４は５０μｍとした。この長さは長い方が検出できる光量が増えるので好ましいが、薄膜で作るような場合は、長すぎると膜応力等により製造が難しくなる。従って２０〜１００μｍ程度の長さとすることが好ましい。
【００１８】
一方、この実施形態では、図１に示すようにレチクルステージ１１には、レチクル基準マークＲＭおよびフォーカスマークＦＭが形成されている。
レチクル基準マークＲＭは、図６に示すように、Ｙ軸方向に平行なマーク部ＲＭ１とＸ軸方向に平行なマーク部ＲＭ２を有している。この実施形態では、マーク部ＲＭ１およびマーク部ＲＭ２の幅は６μｍとされている。また、後述するように投影光学系１３の歪みを測定するために、レチクル基準マークＲＭは間隔を置いて４箇所(４箇所以上でも構わない)に形成されている。この４箇所のレチクル基準マークＲＭの相対的な位置は他の測定装置で測定され補償されている。
【００１９】
フォーカスマークＦＭは、図７に示すように、Ｙ軸方向に平行な３本のマーク部ＦＭ１とＸ軸方向に平行な３本のマーク部ＦＭ２を有している。このフォーカスマークＦＭの３本のマーク部ＦＭ１，ＦＭ２の相対的な位置は補償されている。マーク部ＦＭ１，ＦＭ２の幅Ｗは、後述するように２００ｎｍとされている。
この実施形態では、図４に示した位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５のスリット部４５ａ，４５ｂのスリット幅Ｗ１が、図５に示したフォーカス用空間像センサ２９のスリットパターン４７のスリット部４７ａ，４７ｂのスリット幅Ｗ２より大きくされている。そして、位置測定用空間像センサ２７のスリット部４５ａ，４５ｂのスリット幅Ｗ１は、光学式画像処理方式のウエハ用基準顕微鏡３１によりスリット部４５ａ，４５ｂの位置を検出可能な幅とされている。また、フォーカス用空間像センサ２９のスリット部４７ａ，４７ｂのスリット幅Ｗ２は、投影光学系１３の投影倍率をｂ／ａとすると、図７に示したレチクル１９のフォーカスマークＦＭのマーク部ＦＭ１，ＦＭ２の幅Ｗのｂ／ａ倍とされている。
【００２０】
ここで位置測定用空間像センサ２７のスリット部４５ａ，４５ｂのスリット幅Ｗ１は、光学式のウエハ用基準顕微鏡３１により検出可能とするために、少なくとも２００ｎｍ以上であることが望ましく、１５００ｎｍ以上であることが好ましい。また、スリット同士のピッチＷ３は３μｍ以上とすることが好ましい。但し、スリットピッチＷ３を大きくし過ぎるとウエハ用基準顕微鏡３１の視野に入るスリット数が減り、平均可能な母集団数が減るので精度が落ちる。従って、ピッチ幅Ｗ３は０．３〜１２μｍ程度とすることが好ましい。このようなスリット幅Ｗ１およびスリットピッチＷ３にすることにより光学式画像処理方式のウエハ用基準顕微鏡３１によりスリット部４５ａ，４５ｂの位置を比較的容易に検出することができる。この実施形態では、位置測定用空間像センサ２７のスリット幅Ｗ１は１５００ｎｍとした。また、ピッチＷ３は３５００ｎｍとした。
【００２１】
また、フォーカス用空間像センサ２９のスリット部４７ａ，４７ｂのスリット幅Ｗ２は１００ｎｍ以下であることが望ましい。この実施形態では、フォーカス用空間像センサ２９のスリット幅Ｗ２は５０ｎｍとされている。すなわち、後述するように焦点位置の検出では、スリット部４７ａ，４７ｂを透過するＥＵＶ光の強度変化から透過光強度が最大となる位置が焦点位置とされる。従って、この測定感度を考えると、露光線幅に近いスリット幅Ｗ２であることが望ましい。そこで、この実施形態では、ターゲットである４５ｎｍの露光線幅に近い５０ｎｍにスリット幅Ｗ２が設定されている。なお、スリット幅Ｗ２は、製造されるデバイスに要求される最小線幅が小さくなるほど小さくするのが望ましい。この実施形態では、スリット部４７ａ，４７ｂはＸ方向とＹ方向のみに伸びているが、非点収差や高次収差の測定のために、実際には、４５度，１３５度方向および３０度，６０度方向にもスリット部(不図示)が形成されている。そして、これ等は収差測定用に用いられ精度が要求されるので、スリット部の線幅は同様に５０ｎｍとした。これらのスリット幅Ｗ２は小さい程、検出分解能が向上するが、検出光量も落ちてしまう。検出分解能を保ちながら検出光量も増加させるためには、線幅を１００ｎｍまで大きくしても十分に測定可能である。
【００２２】
そして、図７に示したフォーカスマークのマーク部ＦＭ１，ＦＭ２の幅Ｗは、フォーカス用空間像センサ２９のスリット幅Ｗ２を５０ｎｍとしたため、２００ｎｍ(投影倍率が１／４の時)とされている。
この露光装置では、投影光学系１３の焦点位置の検出が以下に述べるようにして行われる。
【００２３】
先ず、図８に示すように、レチクルステージ１１を設計値だけＸ，Ｙ方向に移動し、レチクルステージ１１のフォーカスマークＦＭを照明光学系からのＥＵＶ光２１の入射位置に位置させる。また、ウエハステージ１５を設計値だけＸ，Ｙ方向に移動し、フォーカス用空間像センサ２９を投影光学系１３の射出位置の下方に位置させる。なお、この作業は後述する歪み量の測定においても同様であるため同じ図を使う。そして、ウエハステージ１５の高さ方向位置を変えながら、ウエハステージ１５(或いはレチクルステージ１１またはウエハステージ１５とレチクルステージ１１の両方)を走査してフォーカス用空間像センサ２９のスリットパターン４７を透過してきたＥＵＶ光の強度を測定する。この測定は、図７に示したＸ方向用のマーク部ＦＭ１とＹ方向用のマーク部ＦＭ２とを各々独立に照明して行われ、各々独立して測定される。そして、焦点位置がずれるとスリットパターン４７のスリット部４７ａ，４７ｂ上に形成されるフォーカスマークＦＭのマーク部ＦＭ１，ＦＭ２の像がボケるため、スリット部４７ａ，４７ｂを透過する透過強度のピークが落ちることになる。
【００２４】
図９は、この関係を示すもので、横軸はウエハステージ１５のＸ方向の位置を、縦軸はフォーカス用空間像センサ２９から出力される出力信号の強度を示している。曲線Ｓ１は、スリット部４７ａ，４７ｂを透過する透過強度のピークが落ちた時の状態を、曲線Ｓ２は、透過強度のピークが最大になった時の状態である。このように、出力信号の強度が最大となるウエハステージ１５の位置が投影光学系１３の焦点位置となる。なお、出力信号の最大値を求める方法および信号処理方法(平均化，ノイズ処理等)は公知の種々の方法を適宜用いれば良い。
【００２５】
このようにして求められた焦点位置を用いて、例えば、ウエハ２３のＺ方向位置を測定する斜入射型のフォーカスセンサ(不図示)の校正が行われる。
この露光装置では、投影光学系１３の歪み量の測定が、以下に述べるようにして行われる。
先ず、前述と同様にして図８に示すように、レチクルステージ１１を設計値だけＸ，Ｙ方向に移動し、レチクル基準マークＲＭを照明光学系からのＥＵＶ光２１の入射位置に位置させる。また、ウエハステージ１５を設計値だけＸ，Ｙ方向に移動し、位置測定用空間像センサ２７を投影光学系１３の射出位置の下方に位置させる。そして、レチクルステージ１１を固定した状態でウエハステージ１５を走査して位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５を透過してきたＥＵＶ光の強度を測定する。
【００２６】
図１０は、位置測定用空間像センサ２７で検出される出力信号とウエハステージ１５の位置との関係を示している。横軸はウエハステージ１５のＸ方向の位置を、縦軸は位置測定用空間像センサ２７から出力される出力信号の強度を示している。曲線Ｓ３は、ウエハステージ１５をＸ方向に走査した時に、図４に示した位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５のＹ軸の左側のスリット部４５ａで検出された出力信号を、曲線Ｓ４は、図４に示した位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５のＹ軸の右側のスリット部４５ａで検出された出力信号を示している。そして、出力信号Ｓ３とＳ４の中心位置Ｍがレチクル基準マークＲＭのマーク部ＲＭ１のＸ方向の位置となる。同様にして、マーク部ＲＭ２とスリット部４５ｂを用いてマーク部ＲＭ２のＹ方向の位置を測定する。このようにして全てのレチクル基準マークＲＭのマーク部ＲＭ１，ＲＭ２を測定することにより、転写された４箇所のレチクル基準マークＲＭのＸ方向およびＹ方向の位置を測定することができる。そして、上述したように転写前のレチクル基準マークＲＭの各位置は既知であるため、投影光学系１３によって転写されたレチクル基準マークＲＭの位置から投影光学系１３の歪み量を測定することができる。
【００２７】
この露光装置では、ベースライン量を求めるベースライン計測が以下に述べるようにして行われる。ベースライン計測とは、投影光学系１３の光軸とウエハ用基準顕微鏡３１の光軸との距離を測定することである。
このベースライン計測は、まず、上述した投影光学系１３の歪み量の測定と略同様にして、図８に示すように、レチクルステージ１１のレチクル基準マークＲＭの投影像が投影光学系１３の光軸上に配置された状態で、レチクル基準マークＲＭの位置測定が行われる。この測定により図１０のＭの位置(つまり光軸上)に位置測定用空間像センサ２７が配置された場合のＸ，Ｙ方向位置が測定される。この測定された値に基づいて位置測定用空間像センサ２７を投影光学系１３の光軸上に配置する。
【００２８】
そして、この状態から図１１に示すように、ウエハステージ１５をベースライン量の設計値に等しい距離Ｄだけ移動することにより行われる。
これにより、位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５がウエハ用基準顕微鏡３１の視野内に入る。そして、ウエハ用基準顕微鏡３１によりスリットパターン４５の中心位置(０，０)を測定し、この中心位置とウエハ用基準顕微鏡３１の光軸との位置ずれ量を求めることによりベースライン量が求められる。この位置ずれ量は、ウエハ用基準顕微鏡のＣＣＤ(不図示)で撮像された画像を画像処理することにより求められる。
【００２９】
この実施形態の露光装置では、レチクルステージ１１に形成されるレチクル基準マークＲＭをウエハステージ１５の位置測定用空間像センサ２７により検出するようにしたので、レチクルステージ１１のレチクル基準マークＲＭで反射し投影光学系１３を通過したＥＵＶ光２１によりレチクル基準マークＲＭの位置測定をウエハステージ１５で行うことが可能になる。
【００３０】
そして、この実施形態では、位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５のスリット部４５ａ，４５ｂのスリット幅Ｗ１を、フォーカス用空間像センサ２９のスリットパターン４７のスリット部４７ａ，４７ｂのスリット幅Ｗ２より大きくしたので、測定精度を高めることができる。
すなわち、波長１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度のＥＵＶ光２１の光源は出力が比較的弱く、また照明光学系および投影光学系１３での反射率ロスによる光量低下が生じる。従って、位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５のスリット幅Ｗ１を、フォーカス用空間像センサ２９のスリットパターン４７のスリット幅Ｗ２のように小さくすると、スリット部４５ａ，４５ｂを通過する光量がより少なくなり、充分な精度を得るための光量を確保するのが困難になる。しかしながら、この実施形態では、位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５のスリット幅Ｗ１をフォーカス用空間像センサ２９のスリットパターン４７のスリット幅Ｗ２より大きくしたので、充分な精度を得るための光量を確保することが可能になる。
【００３１】
また、位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５のスリット幅Ｗ１を大きくしたので、光学式画像処理方式のウエハ用基準顕微鏡３１によりスリット部４５ａ，４５ｂの位置を確実に検出することが可能になり、ウエハ用基準顕微鏡３１によるアライメントの精度を高めることができる。また、フォーカス用空間像センサ２９のスリットパターン４７のスリット幅Ｗ２は相対的に小さいため焦点位置測定の感度を高くすることが可能である。
(露光装置の全体構成)
図１２は、図１に要部を示した露光装置の全体構成を示している。この実施形態では、露光の照明光としてＥＵＶ光２１が用いられる。ＥＵＶ光２１は０．１〜４００ｎｍの間の波長を持つもので、この実施形態では特に１〜５０ｎｍ程度の波長が好ましい。投影光学系１３は、ウエハ２３上にレチクル１９によるパターンの縮小像を形成するものである。
【００３２】
ウエハ２３上に照射されるパターンは、レチクルステージ１１の下側に静電チャック１７を介して配置されている反射型のレチクル１９により決められる。また、ウエハ２３はウエハステージ１５の上に載せられている。典型的には、露光はステップ・スキャンによりなされる。
露光時の照明光として使用するＥＵＶ光２１は大気に対する透過性が低いので、ＥＵＶ光２１が通過する光経路は、適当な真空ポンプ１０７を用いて真空に保たれた真空チャンバ１０６に囲まれている。またＥＵＶ光２１はレーザプラズマＸ線源によって生成される。レーザプラズマＸ線源はレーザ源１０８（励起光源として作用）とキセノンガス供給装置１０９からなっている。レーザプラズマＸ線源は真空チャンバ１１０によって取り囲まれている。レーザプラズマＸ線源によって生成されたＥＵＶ光２１は真空チャンバ１１０の窓１１１を通過する。
【００３３】
放物面ミラー１１３は、キセノンガス放出部の近傍に配置されている。放物面ミラー１１３はプラズマによって生成されたＥＵＶ光２１を集光する。放物面ミラー１１３は集光光学系を構成し、ノズル１１２からのキセノンガスが放出される位置の近傍に焦点位置がくるように配置されている。ＥＵＶ光２１は放物面ミラー１１３の多層膜で反射し、真空チャンバ１１０の窓１１１を通じて集光ミラー１１４へと達する。集光ミラー１１４は反射型のレチクル１９へとＥＵＶ光２１を集光、反射させる。ＥＵＶ光２１は集光ミラー１１４で反射され、レチクル１９の所定の部分を照明する。すなわち、放物面ミラー１１３と集光ミラー１１４はこの装置の照明光学系１０１を構成する。
【００３４】
レチクル１９は、ＥＵＶ光２１を反射する多層膜とパターンを形成するための吸収体パターン層を持っている。レチクル１９でＥＵＶ光２１が反射されることによりＥＵＶ光２１は「パターン化」される。パターン化されたＥＵＶ光２１は投影光学系１３を通じてウエハ２３に達する。
この実施形態の投影光学系１３は、凹面第１ミラー１１５ａ、凸面第２ミラー１１５ｂ、凸面第３ミラー１１５ｃ、凹面第４ミラー１１５ｄの４つの反射ミラーからなっている。各ミラー１１５ａ〜１１５ｄにはＥＵＶ光２１を反射する多層膜が備えられている。
【００３５】
レチクル１９により反射されたＥＵＶ光２１は第１ミラー１１５ａから第４ミラー１１５ｄまで順次反射されて、レチクル１９パターンの縮小（例えば、１／４、１／５、１／６）された像を形成する。投影光学系１３は、像の側（ウエハ２３の側）でテレセントリックになるように構成されている。
レチクル１９は可動のレチクルステージ１１によって少なくともＸ−Ｙ平面内で支持されている。ウエハ２３は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に可動なウエハステージ１５によって支持されている。ウエハ２３上のダイを露光するときには、ＥＵＶ光２１が照明光学系１０１によりレチクル１９の所定の領域に照射され、レチクル１９とウエハ２３は投影光学系１３に対して投影光学系１３の縮小率に従った所定の速度で動く。このようにして、レチクルパターンはウエハ２３上の所定の露光範囲（ダイに対して）に露光される。
【００３６】
露光の際には、ウエハ２３上のレジストから生じるガスが投影光学系１３のミラー１１５ａ〜１１５ｄに影響を与えないように、ウエハ２３はパーティション１１６の後ろに配置されることが望ましい。パーティション１１６は開口１１６ａを持っており、それを通じてＥＵＶ光２１がミラー１１５ｄからウエハ２３へと照射される。パーティション１１６内の空間は真空ポンプ１１７により真空排気されている。このように、レジストに照射することにより生じるガス状のゴミがミラー１１５ａ〜１１５ｄあるいはレチクル１９に付着するのを防ぐ。それゆえ、これらの光学性能の悪化を防いでいる。
(第２の実施形態)
図１３は本発明の露光装置の第２の実施形態の要部を概略的に示している。
【００３７】
なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この実施形態では、位置測定用空間像センサ２７には、図４に示したスリットパターン４５が４箇所に形成されている。また、スリットパターンの間隔が２５０μｍ以上の間隔を置いて形成されている。
【００３８】
すなわち、真空環境において、ＥＵＶ光２１で図４に示した微細なスリット部４５ａ，４５ｂを照射すると、スリット部４５ａ，４５ｂ内にコンタミネーションが生じ、スリット部４５ａ，４５ｂが詰まる現象により計測が出来なくなる可能性がある。この実施形態では、使用しているスリットパターン４５のスリット部４５ａ，４５ｂが詰まった場合に、別のスリットパターン４５を用いて計測を行う。また、レチクル基準マークＲＭのマーク部ＲＭ１，ＲＭ２の間隔によっては隣に配置されているマーク部ＲＭ１，ＲＭ２に当たったＥＵＶ光２１が使用しないスリットパターン４５に入り測定上悪影響を生じさせる可能性がある。これを回避するためには、スリットパターン４５同士の間隔を２５０μｍ程度あければ良い。位置測定用空間像センサ２７のセンサ部３７用の受光素子として市販されているシリコンフォトダイオード（ＳＰＤ）を用いることを考えると受光素子として５〜２０ｍｍの一辺を持つ素子が販売されている。このような受光素子を用いれば、例えば、５ｍｍ幅のものを用いたとしても約４００個のスリットパターン４５を配置することが可能である。スリットパターン４５の交換に真空を破ると装置のダウンタイムが長くなり問題となるが、多くのスリットパターン４５を配置しておくことにより位置測定用空間像センサ２７の交換までの期問を大幅に長くすることが可能である。
【００３９】
なお、スリットパターン４５等を交換することも可能である。交換の場合、スリットパターン４５の形成されたスリット基板のみの交換、あるいは受光素子ごと一体的に交換の２方式が考えられる。この場合は、交換時に装置の真空を破らないように交換することが好ましい。スリット基板のみを交換する場合、真空を破らないために真空中で搬送アーム等により受光素子の電気系配線の切断、接続をしなくて済み、また、スリット基板のみの交換なので低コストで交換できるというメリットがある。受光素子ごと交換する場合も真空を破らずに交換することが好ましい。
【００４０】
なお、この実施形態では、位置測定用空間像センサ２７に複数のスリットパターン４５を形成した例について述べたが、フォーカス用空間像センサ２９に、複数のスリットパターン４７を形成する場合にも同様の効果を得ることができる。
(第３の実施形態)
以下、第３の実施形態を述べる。
【００４１】
なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図１４は、この実施形態のレチクル１９を示している。以下このレチクル１９の詳細をＸＹ座標系を用いて説明する。ここでＸ軸はレチクル１９の中心を通りレチクル１９の走査方向と直角に延存している。また、Ｙ軸はレチクル１９の中心を通りレチクル１９の走査方向に延存している。
【００４２】
レチクル１９の中央には、ウエハ２３に転写するためのパターンが形成されるパターン領域１９ａが設けられている。このパターン領域１９ａには、照明光学系からのＥＵＶ光２１が照射される。ＥＵＶ光２１はパターン領域１９ａに円弧状に照射される。以下、このＥＵＶ光２１が照射される領域を照明領域ＳＥという。照明領域ＳＥは、Ｙ軸に対して左右対称形状とされる。そして、パターン領域１９ａを走査方向に移動しながら、ウエハ２３を投影光学系１３の縮小率に従った所定の速度で移動することによりパターン領域１９ａのパターンがウエハ２３に転写露光される。
【００４３】
レチクル１９のパターン領域１９ａの走査方向の前後には前側位置測定用マークＭ１，Ｍ２および後側位置測定用マークＭ３，Ｍ４が形成されている。前側位置測定用マークＭ１，Ｍ２はＹ軸の両側に対称にＹ軸から距離ｘａを置いて形成されている。この一対の前側位置測定用マークＭ１，Ｍ２は、レチクル１９を走査方向に移動し照明領域ＳＥの内側の円弧がＹＦ１の位置に位置した時に照明領域ＳＥに位置する。そして、この時のＹＦ１からの距離がｙａとなる。また、後側位置測定用マークＭ３，Ｍ４はＹ軸の両側に対称にＹ軸から距離ｘａを置いて形成されている。この一対の前側位置測定用マークＭ１，Ｍ２は、レチクル１９を走査方向に移動し照明領域ＳＥの内側の円弧がＹＦ２の位置に位置した時に照明領域ＳＥに位置する。そして、この時のＹＦ２からの距離がｙａとなる。
【００４４】
すなわち、上述したＸＹ座標系において、前側位置測定用マークＭ１の位置を(Ｘ１，Ｙ１)、前側位置測定用マークＭ２の位置を(Ｘ２，Ｙ２)、後側位置測定用マークＭ３の位置を(Ｘ３，Ｙ３)、後側位置測定用マークＭ４の位置を(Ｘ４，Ｙ４)とすると以下の関係が成立する。
(Ｘ１，Ｙ１)＝(ＸＦ１−ｘａ，ＹＦ１＋ｙａ)      ・・・(１)
(Ｘ２，Ｙ２)＝(ＸＦ１＋ｘａ，ＹＦ１＋ｙａ)      ・・・(２)
(Ｘ３，Ｙ３)＝(ＸＦ２−ｘａ，ＹＦ２＋ｙａ)      ・・・(３)
(Ｘ４，Ｙ４)＝(ＸＦ２＋ｘａ，ＹＦ２＋ｙａ)      ・・・(４)
ここで、ＸＦｎおよびＹＦｎは、レーザ干渉計(不図示)により計測されたレチクルステージ１１のＸ方向およびＹ方向の位置である。そして、ＸＦ１は前側位置測定用マークＭ１，Ｍ２のＸ方向の中点位置、ＸＦ２は後側位置測定用マークＭ３，Ｍ４のＸ方向の中点位置である。
【００４５】
図１５は、上述した前側位置測定用マークＭ１の詳細を示している。この前側位置測定用マークＭ１は、マーク部ＭＸとマーク部ＭＹとを有している。マーク部ＭＸは、Ｙ軸の両側に対称にそれぞれ４つのマークｍを有している。これ等のマークｍはＹ軸方向に平行に形成されている。そして、Ｙ軸の位置が前側位置測定用マークＭ１のＸ座標Ｘ１とされる。このマーク部ＭＸのマークｍは、８つのマークを図４に示した位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５に投影光学系１３を介して投影した時に、投影像が８つのスリットパターン４５ａに略完全に重なるような寸法および形状とされている。この８箇所のマークｍの相対的な位置は他の測定装置で測定され補償されている。
【００４６】
マーク部ＭＹは、Ｘ軸の両側に対称にそれぞれ４つのマークｎを有している。これ等のマークｎはＸ軸方向に平行に形成されている。そして、Ｘ軸の位置が前側位置測定用マークＭ１のＹ座標Ｙ１とされる。このマーク部ＭＹのマークｎは、８つのマークｎを図４に示した位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５に投影光学系１３を介して投影した時に、投影像が８つのスリットパターン４５ｂに略完全に重なるような寸法および形状とされている。この８箇所のマークｎの相対的な位置は他の測定装置で測定され補償されている。
【００４７】
なお、他の位置測定用マークＭ２，Ｍ３，Ｍ４も位置測定用マークＭ１と同様に構成されているため詳細な説明を省略する。
この実施形態では、レチクル１９とウエハステージ１５との位置合わせが以下述べるようにして行われる。
先ず、レチクルステージ１１を設計値だけＸ，Ｙ方向に移動し、レチクル１９の前側位置測定用マークＭ１，Ｍ２を照明領域ＳＥに位置させる。また、ウエハステージ１５を設計値だけｘ，ｙ方向に移動し、位置測定用空間像センサ２７を投影光学系１３の光軸上に位置させる。そして、レチクルステージ１１を固定した状態でウエハステージ１５を走査して位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５を透過してきたＥＵＶ光２１の強度を測定する。
【００４８】
図１６は、位置測定用空間像センサ２７で検出される出力信号とウエハステージ１５の位置との関係を示している。横軸はウエハステージ１５のｘ方向の位置を、縦軸は位置測定用空間像センサ２７から出力される出力信号の強度を示している。
直線ａは図１７の(ａ)に示すように、位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５ａに前側位置測定用マークＭ１のマーク部ＭＸの投影像Ｔが重ならない時の出力信号の強度を示している。この出力信号の強度は、ウエハステージ１５の移動によりスリットパターン４５ａに重なる投影像Ｔの数が増大するに従って図１６のｂ，ｃ，ｄに示すように段階的に大きくなる。そして、図１７の(ｂ)に示すように、スリットパターン４５ａにマーク部ＭＸの投影像Ｔが完全に重なると図１６のｅに示すように出力信号の強度が最大になる。この出力信号の強度が最大になった時のウエハステージ１５のｘ方向の位置がレチクル１９の前側位置測定用マークＭ１のＸ１位置に対応するウエハステージ１５の位置となる。
【００４９】
同様にしてスリットパターン４５ｂにマーク部ＭＹの投影像が完全に重なると出力信号の強度が最大になる。この出力信号の強度が最大になった時のウエハステージ１５のｙ方向位置がレチクル１９の前側位置測定用マークＭ１のＹ１位置に対応するウエハステージ１５の位置となる。このようにしてレチクル１９の前側位置測定用マークＭ１の位置に対応するウエハステージ１５の位置が求められる。同様にして前側位置測定用マークＭ２の位置に対応するウエハステージ１５の位置が求められる。
【００５０】
次に、レチクルステージ１１を設計値だけＹ方向に移動し、レチクル１９の後側位置測定用マークＭ３，Ｍ４を照明領域ＳＥに位置させる。そして、レチクルステージ１１を固定した状態で、上述したと同様にウエハステージ１５を走査して位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５を透過してきたＥＵＶ光２１の強度を測定する。このようにしてレチクル１９の後側位置測定用マークＭ３，Ｍ４の位置に対応するウエハステージ１５の位置が求められる。
【００５１】
このようにして求められたレチクル１９の前側位置測定用マークＭ１に対応するウエハステージ１５の位置を(ｘ１，ｙ１)、前側位置測定用マークＭ２に対応するウエハステージ１５の位置を(ｘ２，ｙ２)、後側位置測定用マークＭ３に対応するウエハステージ１５の位置を(ｘ３，ｙ３)、後側位置測定用マークＭ４の位置に対応するウエハステージ１５の位置を(ｘ４，ｙ４)とすると以下の関係が成立する。
【００５２】
(ｘ１，ｙ１)＝(ｘＦ１，ｙＦ１)      ・・・(５)
(ｘ２，ｙ２)＝(ｘＦ２，ｙＦ２)      ・・・(６)
(ｘ３，ｙ３)＝(ｘＦ３，ｙＦ３)      ・・・(７)
(ｘ４，ｙ４)＝(ｘＦ４，ｙＦ４)      ・・・(８)
ここで、ｘＦｎおよびｙＦｎは、レーザ干渉計(不図示)により計測されたウエハステージ１５のｘ方向およびｙ方向の位置である。
【００５３】
上述したレチクル１９の位置測定用マークＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４とウエハステージ１５との位置関係は、以下のように表すことができ、ＡおよびＯを最小二乗法により求めることができる。
【００５４】
【数１】
2006261644.tif 000003
なお、Ａには倍率誤差、回転誤差、直交度が含まれている。また、ＯはＸ方向およびＹ方向へのオフセット値である。従って、ＡおよびＯの値に基づいてウエハステージ１５を制御することにより投影像の倍率誤差、回転誤差、直交度、オフセット量を補正することができる。
【００５５】
そして、ベースライン量を求めるベースライン計測が以下述べるようにして行われる。
このベースライン計測では、まず、レチクル１９の位置測定用マークＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４の投影像を投影光学系１３の光軸上に位置させた状態で、位置測定用マークＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４の位置測定が行われる。この測定により図１６のｅの位置(つまり光軸上)に位置測定用空間像センサ２７が配置された場合のｘ，ｙ方向位置が測定される。この測定された値に基づいて位置測定用空間像センサ２７を投影光学系１３の光軸上に配置する。
【００５６】
そして、この状態から図１１に示すように、ウエハステージ１５をベースライン量の設計値に等しい距離Ｄだけ移動する。
これにより、位置測定用空間像センサ２７のスリットパターン４５がウエハ用基準顕微鏡３１の視野内に入る。そして、ウエハ用基準顕微鏡３１によりスリットパターン４５の中心位置(０，０)を測定し、この中心位置とウエハ用基準顕微鏡３１の光軸との位置ずれ量を求めることによりベースライン量が求められる。この位置ずれ量は、ウエハ用基準顕微鏡３１のＣＣＤ(不図示)で撮像された画像を画像処理することにより求められる。
【００５７】
この実施形態においても第１の実施形態と略同様の効果を得ることができる。そして、この実施形態では、レチクル１９のパターン領域１９ａの走査方向の前後に前側位置測定用マークＭ１，Ｍ２および後側位置測定用マークＭ３，Ｍ４を形成したので、レチクル１９を走査方向と直角な方向に大きく移動することなく、位置測定用マークＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４を位置測定用空間像センサ２７により検出することができる。
(実施形態の補足事項)
上述した実施形態では、ＥＵＶ光２１を用いた露光装置に本発明を適用した例について説明したが、本発明は照明光をレチクル１９で反射して露光する露光装置に広く適用することができる。また、マーク部ＲＭ１，ＲＭ２，ＦＭ１，ＦＭ２，ＭＸ，ＭＹ、スリット部４５ａ，４５ｂ，４７ａ，４７ｂ等の本数や形状は本実施形態に限らない。また、マーク幅やスリット幅は全てが同一である必要はなく、目的に応じて少しづつ幅に変化をもたせたものを配置して用いることも可能である。また、１つのスリットをより幅の狭いスリット群で構成しても良い。例えばスリット部４５ａの１本のスリット(１．５μｍ幅)を２〜３本のスリット(例えば０．４μｍ幅)で構成する。このようにするとウエハ用基準顕微鏡３１における測定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の露光装置の第１の実施形態の要部を示す説明図である。
【図２】図１のウエハステージを示す上面図である。
【図３】図１の位置測定用空間像センサを示す説明図である。
【図４】図３の位置測定用空間像センサのスリットパターンを示す説明図である。
【図５】図１のフォーカス用空間像センサのスリットパターンを示す説明図である。
【図６】レチクルステージに形成されるレチクル基準マークを示す説明図である。
【図７】レチクルステージに形成されるフォーカスマークを示す説明図である。
【図８】図１の投影光学系の下方にフォーカス用空間像センサを移動した状態を示す説明図である。
【図９】センサ部の出力信号の強度とウエハステージの位置との関係を示す説明図である。
【図１０】センサ部の出力信号の強度とウエハステージの位置との関係を示す説明図である。
【図１１】ウエハ用基準顕微鏡の下方に位置測定用空間像センサを移動した状態を示す説明図である。
【図１２】本発明の露光装置の一実施形態の全体構成を示す説明図である。
【図１３】本発明の露光装置の第２の実施形態の要部を示す説明図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態のレチクルを示す説明図である。
【図１５】図１４の位置測定用マークの詳細を示す説明図である。
【図１６】センサ部の出力信号の強度とウエハステージの位置との関係を示す説明図である。
【図１７】位置測定用空間像センサのスリットパターンと位置測定用マークの投影像との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１１：レチクルステージ、１３：投影光学系、１５：ウエハステージ、１９：レチクル、２１：ＥＵＶ光、２３：ウエハ、２７：位置測定用空間像センサ、２９：フォーカス用空間像センサ、３１：ウエハ用基準顕微鏡、３７：センサ部、４５，４７：スリットパターン、ＲＭ：レチクル基準マーク、ＦＭ：フォーカスマーク、Ｍ１，Ｍ２：前側位置測定用マーク、Ｍ３，Ｍ４：後側位置測定用マーク。
【図１】
2006261644.tif 000004
【図２】
2006261644.tif 000005
【図３】
2006261644.tif 000006
【図４】
2006261644.tif 000007
【図５】
2006261644.tif 000008
【図６】
2006261644.tif 000009
【図７】
2006261644.tif 000010
【図８】
2006261644.tif 000011
【図９】
2006261644.tif 000012
【図１０】
2006261644.tif 000013
【図１１】
2006261644.tif 000014
【図１２】
2006261644.tif 000015
【図１３】
2006261644.tif 000016
【図１４】
2006261644.tif 000017
【図１５】
2006261644.tif 000018
【図１６】
2006261644.tif 000019
【図１７】
2006261644.tif 000020