(57)【要約】【課題】  ウエハ１ロット（２５枚程度）を露光する間にベースラインが変動しオーバーレイ精度が悪化する。オーバーレイ精度悪化を防ぐためベースライン計測を頻繁に行うとスループットが悪化する。【解決手段】  レチクル顕微鏡，オフアクシス顕微鏡ともにＵＬ鏡筒に配置されたマークを観察し、常時計測器系と投影光学系の相対位置ずれを測定し補正することによりベースライン計測間隔の間のオーバーレイ精度悪化を最小限にする。【選択図】      図３
2006135015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光源からの照明光を原版に照射する照明光学系と、前記原版に形成されたパターンを感光性の基板上に投影するための投影光学系と、前記投影光学系の光軸から離れた位置に検出領域を有し、前記感光性基板上の位置合わせ用マークの位置を測定する基板上マーク位置測定装置を有する露光装置において、投影光学系に設けられたマークを前記基板上マーク位置測定装置で観察することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
露光光源からの照明光を原版に照射する照明光学系と、前記原版に形成されたパターンを感光性の基板上に投影するための投影光学系と、前記投影光学系の光軸から離れた位置に検出領域を有し、原版上の位置決め用マークの位置を測定する原版位置測定装置を有する露光装置において、投影光学系に設けられたマークを前記原版上マーク位置測定装置で観察することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
露光光源からの照明光を原版に照射する照明光学系と、前記原版に形成されたパターンを感光性の基板上に投影するための投影光学系と、前記投影光学系の光軸から離れた位置に検出領域を有し、前記感光性基板上の位置合わせ用マークの位置を測定する基板上マーク位置測定装置を有する露光装置において、投影光学系に設けられたマークを前記基板上マーク位置測定装置で観察し基板上マーク位置測定装置内部に設けられた指標マークとの相対位置ずれ量をモニターすることにより投影光学系、基板上マーク位置測定装置間の相対位置ずれによる基板側ベースライン変動を認識し補正することを特徴とする露光装置。
【請求項４】
露光光源からの照明光を原版に照射する照明光学系と、前記原版に形成されたパターンを感光性の基板上に投影するための投影光学系と、前記投影光学系の光軸から離れた位置に検出領域を有し、原版上の位置決め用マークの位置を測定する原版位置測定装置を有する露光装置において、投影光学系に設けられたマークを前記原版上マーク位置測定装置で観察し、原版上マーク位置測定装置内部に設けられた指標マークとの相対位置ずれ量をモニターすることにより投影光学系、原版上マーク位置測定装置間の相対位置ずれによる原版側ベースライン変動を認識し補正することを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項１記載の露光装置において、前記基板位置測定装置は投影光学系に設けられたマークそのものを基板位置測定時の指標マークとして用いることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項２露光装置において、前記原版位置測定装置は投影光学系に設けられたマークそのものを原版位置測定時の指標マークとして用いることを特徴とする露光装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オフアクシス方式の原版および基板位置測定系を備えた露光装置に関する。本発明は、特に原版と感光性基板とを同期してそれぞれ所定の方向に走査することにより、原版上のパターンを逐次感光性の基板上に露光する走査型の投影露光装置に好適に適用される。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩなどの極微細パターンから形成される半導体素子の製造工程において、マスクに描かれた回路パターンを感光剤が塗布された基板上に縮小投影して焼き付け形成する縮小型投影露光装置が使用されている。半導体素子の実装密度の向上に伴いパターン線幅のより一層の微細化が要求され、レジストプロセスの発展と同時に露光装置の微細化への対応として解像力の向上がなされてきた。
【０００３】
解像力の向上と同時にこれら半導体素子の集積度を上げていくにつれ、マスクパタ−ンと感光基板パタ−ンとの整合状態の許容範囲も年々厳しくなってきている。感光基板、所謂ウエハの位置情報を得る為のウエハ面上のアライメント（位置合わせ）マ−クの観察方式としては、従来以下の３通りの方式が用いられている。
【０００４】
１．投影光学系を介してウエハのアライメントマークの位置を測定するＴＴＬ方式
２．投影光学系を介することなく直接ウエハのアライメントマークの位置を計測するオフアクシス方式
３．投影光学系を介してウエハとレチクルを同時に観察し、両者の相対位置関係を検出するＴＴＲ方式
等がある。
【０００５】
上記のＴＴＬ方式の例として、ＴＴＬ−ＡＡ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｈｅ  Ｌｅｎｓ  Ａｕｔｏ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）と呼ばれる投影光学系を介して、非露光光のアライメント波長の光を用いてウエハ上のアライメントマークを検出する方法がある。このＴＴＬ−ＡＡのメリットとしては次の点が挙げられる。投影光学系の光軸とＴＴＬ−ＡＡの光軸を結ぶライン（所謂、ベースライン）の距離を非常に短く配置出来る為、アライメント計測時と露光時のウエハステージの駆動量が少ない。従って、ウエハステージ回りの環境変化による投影光学系の光軸とＴＴＬ−ＡＡの光軸までの距離の変動で発生する測定誤差を小さく抑える事が出来る。つまり、ベースラインの変動が少ないと言うメリットがある。
【０００６】
ところが、露光光がＡｒＦレーザやＦ２レーザを光源とした短波長光に移行すると、使用硝材が限定される為、投影光学系のアライメント波長に対する色収差の補正が困難になる。従って、投影光学系の色収差の影響を受けないオフアクシス方式のウエハ観察顕微鏡（以下、オフアクシス顕微鏡と呼ぶ。）が有効になる。
【０００７】
また、オフアクシス顕微鏡の場合、投影光学系を介さない為、任意の波長を用いることができ、加えて広い波長域の光源を使用出来ると言うメリットもある。広帯域の波長光を使用するメリットとしては、ウエハ上に塗布された感光材（レジスト）に対して、薄膜干渉の影響を除去できるといった事が上げられる。従って、広帯域の波長光に対して収差補正可能なオフアクシス顕微鏡は重要なアライメント検出系と言える。
【０００８】
観察位置と露光位置の関係を直接測定することができないオフアクシス顕微鏡を使用して、レチクルとウエハとのアライメントを行う場合、予めオフアクシス顕微鏡の計測中心とレチクル上パターンの投影像中心（露光中心）との間隔である、いわゆるベースライン量を求める必要がある。そして、オフアクシス顕微鏡測定によってウエハ上ショット内のアライメントマークの計測中心からのずれ量が検出され、このずれ量とベースライン量を加味した距離だけウエハをオフアクシス顕微鏡観察位置から移動することによって当該ショット領域の中心が露光中心に正確に位置合わせされる。
【０００９】
ところが、露光装置を使用していく過程で、経時変化により次第にベースライン量が変動することがある。このようなベースライン変動が生じると、ウエハ上ショット中心をレチクル上パターンの投影像中心に送り込むことができないためアライメント精度（重ね合わせ精度）が低下することになる。従って、定期的にオフアクシス顕微鏡の計測中心とレチクル上パターンの投影像中心との間隔を正確に計測するためのベースライン計測を行う必要がある。
【００１０】
図１は、投影露光装置のベースライン計測の原理を模式的に示した図である。擬似レチクルＲ２には、投影光学系露光エリア内にマークＭ１が設けられている。図１に示すように、擬似レチクルＲ２はレチクル駆動ステージ１上に保持され、このレチクル駆動ステージ１は擬似レチクルＲ２の中心を投影光学系２の光軸ＡＸに合致させるように移動される。ウエハ駆動ステージ３上には、ウエハＷ１の表面に形成されたアライメントマークと同等のマークＭ２を有する擬似ウエハＷ２がウエハＷ１と干渉しない位置に付設され、このマークＭ２が投影光学系２の投影エリア内の所定位置にくるように不図示のレーザ干渉計によりウエハ駆動ステージ３を位置決めすると、擬似レチクルＲ２の上方に設けられたＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｈｅ  Ｒｅｔｉｃｌｅ）方式の観察顕微鏡４（以下ＴＴＲ顕微鏡と呼ぶ）によって、擬似レチクルＲ２のマークＭ１と擬似ウエハのマークＭ２とが同時に検出され相対位置測定を行う。
【００１１】
投影光学系２の外側（露光エリア外）には、オフアクシス顕微鏡５が配置されている。オフアクシス顕微鏡５の光軸は、投影像側面では投影光学系２の光軸ＡＸと平行である。そしてオフアクシス顕微鏡５の内部には、ウエハＷ１上のマーク、または擬似ウエハ上マークＭ２の位置測定をする際の基準となる指標マークＭ３がガラス板に設けられ、投影像面（ウエハＷ１表面または擬似ウエハＷ２表面）とほぼ共役に配置されている。
【００１２】
図１に示すように、ＴＴＲ顕微鏡４を用いて擬似レチクルＲ２のマークＭ１と擬似ウエハＷ２上のマークＭ２とが位置合わせされた時のウエハ駆動ステージ３の位置を不図示のレーザ干渉計で計測する。この値をＸ１とする。オフアクシス顕微鏡５の指標マークＭ３とマークＭ２とが位置合わせされたときのウエハステージ３の位置をレーザ干渉計で計測する。このときの値をＸ２とするとベースライン量ＢＬは、差（Ｘ１−Ｘ２）を計算することで求められる。このベースライン量ＢＬは、後でウエハＷ１上のアライメントマークをオフアクシス顕微鏡５で計測して投影光学系２の直下に送り込むときの基準量となるものである。
【００１３】
すなわち、ウエハＷ１上の１ショット（被露光領域）の中心とアライメントマークとの間隔をＸＰ、ウエハＷ１上のアライメントマークがオフアクシス顕微鏡の指標マークＭ３と合致したときのウエハ駆動ステージ３の位置をＸ３とすると、ショット中心とレチクル中心Ｃとを合致させるためには、ウエハ駆動ステージ３を次式の位置に移動させればよい（Ｘ３−ＢＬ−ＸＰ）。
【００１４】
このように、オフアクシス顕微鏡を用いてウエハＷ１上のアライメントマーク位置を測定した後、ベースライン量ＢＬに関連する一定量だけウエハ駆動ステージ３を送り込むだけで、直ちにレチクルＲ１のパターンをウエハＷ１上のショット領域に正確に重ね合わせて露光することができる。但しレチクルセットマークＭ４と擬似レチクルＲ２上マークＭ１間寸法は別手段により測定しておきレチクルセットマークＭ４にレチクルＲ１を位置合わせしておく必要がある。なお、ここでは１次元方向についてのみ考えたが、実際には２次元で考える必要がある。さらにここでは単純化のためマーク１個でベースライン測定を行ったが実際には露光領域複数点で計測しレチクル、ウエハ間の角度ずれについても補正を行う。
【００１５】
以上のようにオフアクシス顕微鏡を使用した場合、ベースライン量を常に正確に測定しその値を反映することによりレチクルとウエハの正確な位置合わせが可能となっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１７０７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ベースラインは投影像の中心に対するマーク位置測定装置全体の位置の変動あるいは、ウエハステージの駆動精度等により変動する。投影像の中心からマーク位置測定装置の計測中心までを距離ＢＬとすると、温度が変化することにより、投影光学系およびマーク位置測定装置を支持している構造物の（熱膨張係数）×ＢＬだけ熱変形が発生する。また、ウエハステージの駆動精度、例えばヨーイング成分がθ発生すると、θ×ＢＬだけ計測誤差が発生する。これらがレチクル、ウエハ間の位置合わせ誤差となる。
【００１７】
これらのずれを検知、補正するためには先述のベースライン計測を行う必要がある。しかしベースライン測定を行うためには擬似レチクル、擬似ウエハ上のマークを同時観察するＴＴＲ顕微鏡を用いた測定が入る。このＴＴＲ顕微鏡は通常は対物レンズが露光光を遮るのを防止するため、退避位置に逃げており測定時のみ露光光通過領域まで移動することにより測定している。
【００１８】
したがってＴＴＲ顕微鏡による計測を行うにはこの対物レンズの駆動のための時間が必要となる。また擬似レチクル、擬似ウエハ上マークを測定点に移動させるためのステージ駆動時間や計測自体の時間も必要となる。これらベースライン計測時間は生産性を悪化させる。高精度化とともに生産性が露光装置に求められているため、生産性を悪化させるＴＴＲ方式の測定器を用いた上記ベースライン計測を頻繁に行うことは許されない状況になっている。このため一度先述のベースライン計測を行った後スループットを落とすことなくいかにベースラインずれ量を補正できるかが現状の露光装置が抱えている課題となっている。
【００１９】
本発明は斯かる点に鑑み、ベースライン計測間のベースライン変動による位置合わせ誤差の影響を小さくし、スループットを悪化させることなくレチクル、ウエハの位置合わせを高精度に行うことができる露光装置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】
【００２０】
上記の目的を達成するため本発明では、投影光学系鏡筒または光学部品にマークを配置し、そのマークをオフアクシス顕微鏡にて観察しオフアクシス顕微鏡自身が持っている測定基準と成る指標マークと比較する。両者の相対位置変動量をオフアクシス顕微鏡の測定中心と投影光学系との位置関係のずれと認識し補正する。これによりベースライン変動の一要素である投影光学系とオフアクシス顕微鏡の熱変形などによる相対位置ずれを補正することが可能となる。これにより、常に投影光学系下の正しい位置にウエハを送り込むことができる。
【００２１】
同様にレチクル側においても、投影光学系鏡筒または光学部品にマークを配置しそのマークをオフアクシスレチクル観察顕微鏡（以下レチクル顕微鏡と呼ぶ）にて観察しレチクル顕微鏡自身が持っている測定基準となる指標マークと比較し両者の相対位置変動量をレチクル顕微鏡と投影光学系の相対位置ずれと認識し補正する。これによりウエハ側と同様に変動の一要因である測定器系と投影光学系の位置関係のずれが補正可能となる。一定のウエハ処理枚数毎にレチクル、ウエハ同時観察可能な露光光ＴＴＲ顕微鏡による先述のベースライン計測を行い、その計測と計測の間はこれらのような測定系と投影光学系との位置ずれ補正を行うことによりレチクル、ウエハの位置ずれを最小限に抑えることができ精度よい位置合わせ行うことができる。
【００２２】
すなわち、本発明の技術内容は以下の構成を備えることにより前記課題を解決できた。
【００２３】
（１）露光光源からの照明光を原版に照射する照明光学系と、前記原版に形成されたパターンを感光性の基板上に投影するための投影光学系と、前記投影光学系の光軸から離れた位置に検出領域を有し、前記感光性基板上の位置合わせ用マークの位置を測定する基板上マーク位置測定装置を有する露光装置において、投影光学系に設けられたマークを前記基板上マーク位置測定装置で観察することを特徴とする露光装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ベースライン計測から次のベースライン測定の間のベースライン変動要因のうち原版、基板位置測定系が投影光学系に対して相対的にずれる量を検知、補正できる。これによりベースライン計測から次のベースライン計測の間のずれを少なくすることができる。したがってスループットを低下させることなく高精度なアライメント性能の維持が可能になり、微細な回路パターンが効率よく安定して露光できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【実施例１】
【００２６】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図２は本発明を実施する露光装置の概略図である。各部の名称、機能のうち図１と同様のものに対しては同符号をつけ詳細説明を割愛する。
【００２７】
本実施例の露光装置は、一般にエキシマレーザからなる光源６と、光源６から発せられた照明光であるレーザ光Ｌ１を所定の形状の光束に成形する光学系である光源レンズ系７と、該光源レンズ系７によって所定の形状に形成されたレーザ光Ｌ１をレチクルＲ１を経て、基板であるウエハＷ１に結像させる投影光学系２からなる。
【００２８】
レチクルＲ１およびウエハＷ１はそれぞれレチクル駆動ステージ１、ウエハ駆動ステージ３に搭載されており、投影光学系２の倍率分駆動量比率を変えて２つのステージを同期させて駆動することにより走査露光を可能としている。２つのステージは不図示のレーザ干渉計により位置測定ができる。２つのステージ上にはそれぞれベースライン計測時に用いるために擬似レチクルＲ２上にマークＭ１、擬似ウエハＷ２上にマークＭ２が設置されている。
【００２９】
さらにマークＭ１、Ｍ２を同時に観察し、その位置関係を計測する機能として露光光を用いたＴＴＲ顕微鏡４が備わっている。ＴＴＲ顕微鏡４の光源は光源レンズ系７内に光路切り換えミラー機構８を設けておきＴＴＲ顕微鏡４使用時にはミラーをレーザ光Ｌ１光路中に入れてＴＴＲ顕微鏡４光源用レーザ光Ｌ２を取り出す。レーザ光Ｌ２はレーザ導入光学系９を経てＴＴＲ顕微鏡４に入射される。ＴＴＲ顕微鏡４には露光時に露光光を遮らないよう可動式の対物レンズ１０が設けられている。
【００３０】
レチクル側にはレチクルマーク位置を測定するレチクル顕微鏡１１が設置されている。レチクル顕微鏡１１内部には測定基準となる指標マークＭ５が内蔵されておりこのマークを基準にレチクル上マーク位置測定を行い、レチクル位置合わせ機構１２によりずれ量を追い込むことによりレチクル駆動ステージ１に対してレチクルＲ１を所望の位置にあわせる機能を持っている。ウエハ側にはウエハ上マーク位置を測定するためのオフアクシス顕微鏡１３が設けられている。オフアクシス顕微鏡１３内部にも測定基準となる指標マークＭ３が内蔵されておりこのマークを基準にウエハ上マーク位置測定を行うことができる。投影光学系２の上下にはそれぞれ投影光学系基準マークＭ６、Ｍ７を設置しこのマークをレチクル顕微鏡１１、オフアクシス顕微鏡１３で観察できるように配置されている。以上の構成概略図をもとに機能の説明を以下に示す。
【００３１】
レチクル駆動ステージ１に保持されたレチクルＲ１のパターンを、ウエハに重ね合わせて走査露光をする際には、両ステージを正確に同期させて駆動させる必要があると共に、レチクルＲ１とウエハＷ１の絶対位置を一致させる必要がある。このため従来技術で述べたようにＴＴＲ顕微鏡４を用いてベースライン計測を行う。擬似レチクルＲ２をレチクル駆動ステージ１により投影光学系２露光範囲内に送り込む。擬似レチクルＲ２は投影光学系露光範囲内にベースライン計測用マークＭ１が配置してあると共に、レチクルＲ１と同様に露光範囲外にも位置合わせ用マークが配置されている。
【００３２】
次に擬似ウエハＷ２を投影光学系２下に来るようにウエハ駆動ステージ３を移動する。擬似ウエハＷ２にも擬似レチクルＲ２同様にベースライン計測用マークＭ２が配置されている。レチクル、ウエハ両ベースライン計測用マークを投影光学系中心に配置するように、不図示干渉計で位置測定しながらレチクル駆動ステージ１、ウエハ駆動ステージ３を駆動する。駆動後マークＭ１、Ｍ２を重ねてＴＴＲ顕微鏡４で観察するＴＴＲ顕微鏡４は照明光としてレーザ光Ｌ２を導入し、ウエハおよびレチクル上のマークをＣＣＤカメラにて画像として取り込み２つのマークの位置関係を計測する機能を持っている。通常の露光時にはＴＴＲ顕微鏡４内の対物レンズ１０は露光光を遮らないように露光光通過エリアから退避させている。ＴＴＲ顕微鏡測定時には対物レンズ１０を測定像高まで駆動させる。このＴＴＲ顕微鏡４によりレチクル、ウエハマーク両者のずれ量が最小になるようウエハ駆動ステージ３を駆動すると共に位置合わせ残差量を測定する。このときのレチクル駆動ステージ１、ウエハ駆動ステージ３の位置をそれぞれレーザ干渉計で測定しておく。
【００３３】
次に擬似レチクルＲ２上マークＭ１および擬似ウエハＷ２上マークＭ２をレチクル顕微鏡１１，オフアクシス顕微鏡１３計測中心に移動する。レチクル顕微鏡１１にて指標マークＭ５を基準に擬似レチクルＲ２上マークＭ１位置を測定するとともに、このときのレチクル駆動ステージ１の位置をレーザ干渉計にて測定する。
【００３４】
従来例でウエハ側について先述したものと同様の原理にて上記ＴＴＲ顕微鏡４測定値、レチクル顕微鏡１１測定値、レーザ干渉計測定値を基に投影光学系２中心とレチクル顕微鏡１１計測中心の位置関係、つまりレチクル側ベースラインＲＢＬを測定することができる。ウエハ側も同様にオフアクシス顕微鏡１３により擬似ウエハＷ２上マークＭ２の位置を内臓の指標マークＭ３基準で測定する。ウエハステージ干渉計測定値を基に投影光学系２とオフアクシス顕微鏡１３計測中心つまりウエハ側ベースラインＷＢＬを測定することができる。レチクル、ウエハ側両ベースラインが求められたことによりレチクル顕微鏡１１，オフアクシス顕微鏡１３計測中心にレチクルＲ１、ウエハＷ１上マークの位置合わせを行いベースライン分両ステージを駆動することによりレチクルＲ１、ウエハＷ１の相対位置を合わせることができる。
【００３５】
レチクル側、ウエハ側両方のベースラインを測定後露光動作中はレチクルＲ１上マーク、ウエハＷ１上マークをレチクル顕微鏡１１，オフアクシス顕微鏡１３で位置測定しベースライン分ステージを移動させ走査露光するという動作を繰り返すが、熱変形などにより投影光学系２とレチクル顕微鏡１１，オフアクシス顕微鏡１３の位置関係が変化することによりベースラインは変化する。先述のＴＴＲ顕微鏡４を用いたベースライン計測を頻繁に行うことにより様々な要因によるベースライン変動をキャンセルすることができるが、ＴＴＲ顕微鏡４の対物レンズ１０駆動や測定時間が余分に必要な為スループットを悪化させることになる。そのため本実施例ではベースライン計測後の位置合わせ誤差を減らすため投影光学系２に設けられた基準マークＭ６、Ｍ７をレチクル顕微鏡１１，オフアクシス顕微鏡１３で観察し指標マークＭ５，Ｍ３との相対位置変化量を測定することにより投影光学系２と計測系１１、１３の相対位置ずれを計測する。
【００３６】
図３（ａ）にオフアクシス顕微鏡１３および投影光学系２下部拡大図を示す。オフアクシス顕微鏡１３は自身の基準となる指標マークＭ３を基準としてウエハ上マーク位置を測定し、その測定値と先に測定したベースライン分を加味してウエハ駆動ステージ３を移動させることにより、投影光学系２のレチクル像中心にウエハのショット中心を合わせこむことができる。
【００３７】
ここで投影光学系２を構成する部品の一部であり、またオフアクシス顕微鏡１３からみてウエハと共役な面に投影光学系基準マークＭ７を設けておき、オフアクシス顕微鏡１３にてこれを観察できるように、オフアクシス顕微鏡１３内にハーフミラーなどの投影光学系基準マーク観察用光学系１４を配置する。
【００３８】
投影光学系基準マークＭ７は投影光学系２を構成する部品であれば構造体でも光学部品でもいずれに設置されていてもよい。また、投影光学系近傍であれば投影光学系を構成する部品以外の部品に取り付けてもよい。オフアクシス顕微鏡１３にて投影光学系基準マークＭ７を自身の指標マークＭ３基準で位置測定ができるためオフアクシス顕微鏡１３、投影光学系２間の距離が熱変形等により変化しベースラインがΔＷＢＬだけ変動した場合、オフアクシス顕微鏡は、それを投影光学系基準マークずれΔＷＢＬとして計測することができる。オフアクシス顕微鏡にてウエハマークを指標マークＭ３基準で測定後その測定値とベースラインＷＢＬとΔＷＢＬを加味した量だけ干渉計基準でウエハを移動させることによりオフアクシス顕微鏡１３、投影光学系２間距離変動にかかわらず投影光学系２の一定の位置にウエハ上ショット中心を送り込むことが可能となる。
【００３９】
なお図３（ａ）では投影光学系基準マークＭ７を常時観察する光学構成になっているが、マーク配置の都合上必要であれば投影光学系基準マーク観察用光学系１４の途中に可動機構をもった遮光版や吸収版を設けて投影光学系基準マークＭ７を必要な時だけ観察可能にすることもできる。こうすることにより投影光学系基準マークＭ７をウエハ上マークと同一にすることが可能となり画像処理機能の共通化を図ることができる。レチクル側もウエハ側同様にレチクル顕微鏡と投影光学系の相対位置ずれを補正する。
【００４０】
図３（ｂ）にレチクル顕微鏡、投影光学系上部の拡大図を示す。レチクル顕微鏡１１は自身の基準となる指標マークＭ５に対してレチクルＲ１上マークの相対位置測定を行い両者の位置が合うようにレチクル位置合わせ機構１２を駆動させ位置合わせを行う。合わせ誤差をレチクル顕微鏡にて測定しこの測定値と先に測定したベースラインＲＢＬ分を加味した量だけレチクルステージによりレチクルＲ１を投影光学系２上に送り込むことにより、投影光学系を通したレチクル像中心とウエハ上ショット中心との相対位置を合わせることができる。
【００４１】
ここで投影光学系上部に投影光学系基準マークＭ６を設ける。このマークはウエハ側と同様に投影光学系２を構成する部品であればいずれの部品に取り付けられていてもよい。
【００４２】
また投影光学系２近傍であれば、投影光学系２を構成する部品以外の部品に取り付けても構わない。レチクル顕微鏡１１からみて投影光学系基準マークＭ６がレチクル上マーク面と共役になるよう、投影光学系基準マーク観察光学系１５を配置する。レチクル顕微鏡１１はレチクルＲ１上マークと同様に投影光学系基準マークＭ６を自身の指標マークＭ５基準で位置測定する。
【００４３】
レチクル顕微鏡１１、投影光学系２間の距離が熱変形により変化しベースラインがΔＲＢＬだけ変動した場合、レチクル顕微鏡１１はそれを投影光学系基準マークＭ６のずれΔＲＢＬとして計測することができる。
【００４４】
レチクル顕微鏡１１にてレチクルＲ１上マークを、指標マークＭ５基準で測定した後、その測定値とベースラインＲＢＬとΔＲＢＬを加味した量だけレチクル駆動ステージ１を干渉計基準で移動させることにより、レチクル顕微鏡１１，投影光学系２相対位置変動の影響を受けることなくレチクルＲ１を投影光学系の一定位置に送り込めるため、投影光学系２レチクル像中心にウエハ上ショット中心を合わせ込むことができる。但しベースライン変動の要因は測定系と投影光学系の物理的な距離変動の他にも要因が考えられる。例えば投影系内部の光学部品が熱変形した場合には投影系の外側の部品に対して光軸のみが変化することも考えられる。
【００４５】
本実施例のように投影光学系基準マークを観察するだけではこのような要因によるベースライン変動は補正することができないため一定期間経る度に先述のＴＴＲ顕微鏡を用いたベースライン計測を行う必要がある。
【００４６】
本実施例はベースライン計測を実施してから次のベースライン計測を実施するまでの位置ずれを最小限に抑えるための機能として有効である。
【実施例２】
【００４７】
図４は第２実施例の装置の概略図である。図４は実施例１の図２と同様の露光装置の中で同様の機能をもつレチクル、ウエハ測定系における別の実施形態を示している。各部の名称、機能のうち図２と同様のものに対しては同符号をつけ詳細説明を割愛する。本実施例ではレチクル顕微鏡，オフアクシス顕微鏡内部に基準となる指標マークを持たずレチクル顕微鏡、オフアクシス顕微鏡ともに投影光学系に設置された投影光学系基準マークを測定基準として用いている点が実施例１と異なる。
【００４８】
図４を基に実施例２についての詳細を説明する。実施例２においても実施例１と同様に露光動作前にベースライン計測を行う。ベースライン計測手法の説明は実施例１と同一のため割愛する。本実施例ではレチクル顕微鏡１６，オフアクシス顕微鏡１７内部に基準となる指標マークを持たず投影系基準マークＭ６、Ｍ７を測定基準として用いる。
【００４９】
図５（ａ）に実施例２のオフアクシス顕微鏡１７および投影光学系下部拡大図を示す。各部の名称、機能のうち実施例１の図３（ａ）と同様のものに対しては同符号をつけ詳細説明を割愛する。オフアクシス顕微鏡は自身の測定基準となる投影光学系基準マーク７との相対位置測定により、ウエハＷ１上マーク位置を測定し、その測定値と先に測定したベースラインＷＢＬ分を加味してウエハステージを移動させることにより、投影光学系の一定位置にウエハのショット中心を合わせ込むことができる。
【００５０】
オフアクシス顕微鏡１７、投影光学系２間の距離が熱変形によりΔＷＢＬだけ変動した場合、オフアクシス顕微鏡１７の測定基準となる投影光学系基準マークＭ７も同様に変動するため、この投影光学系基準マークＭ７を基準にウエハＷ１上マークを測定し測定値にベースラインＷＢＬを加味した量だけウエハ駆動ステージ３を干渉計基準で移動させることによりオフアクシス顕微鏡１７、投影光学系２相対位置変動にかかわらず、投影光学系２の一定位置にウエハＷ１上のショット中心を合わせ込むことが可能となる。レチクル側も同様にレチクル顕微鏡と投影光学系の相対位置ずれをキャンセルすることができる。
【００５１】
図５（ｂ）にレチクル顕微鏡、投影光学系上部の拡大図を示す。各部の名称、機能のうち実施例１の図３（ｂ）と同様のものに対しては同符号をつけ詳細説明を割愛する。レチクル顕微鏡１６は自身の測定基準となる投影光学系基準マークＭ６に対して、レチクルＸ上マークの相対位置測定を行い両者の位置が合うようにレチクル位置合わせ機構１２を駆動させる。合わせ誤差を測定しこの測定値と先に測定したベースラインＲＢＬ分を加味した量だけレチクル駆動ステージ１を干渉計基準で移動させることにより、レチクルを投影光学系上の一定の位置に送り込むことができる。
【００５２】
レチクル顕微鏡１６、投影光学系２間の距離が熱変形によりΔＲＢＬだけ変動した場合、レチクル顕微鏡１６の測定基準となる投影光学系基準マークＭ６位置も同様に変動するため、この投影光学系基準マークＭ６を基準にレチクルＲ１上マークを測定し測定値にベースラインＲＢＬを加味した量だけステージ干渉計基準でレチクル駆動ステージ１を移動させることにより、レチクル顕微鏡１６、投影光学系２相対位置変動による影響を受けずに投影光学系に対して常に同じ位置にレチクルＲ１を送り込めるため、投影光学系２のレチクル像中心とウエハ上のショット中心が合わせ込まれた状態での露光が可能となる。
【００５３】
但し実施例１と同様にベースライン変動の要因は測定系と投影光学系の物理的な距離の変動他にも要因が考えられるため、実施例１と同様に本実施例においても一定期間を経る度に先述のＴＴＲ顕微鏡を用いたベースライン計測を行う必要がある。本実施例も実施例１と同様にベースライン計測を実施してから次のベースライン計測を実施するまでのレチクル、ウエハ位置合わせ誤差を最小限に抑える手段として有効である。
【００５４】
本実施例は測定基準となるマークをレチクル顕微鏡，オフアクシス顕微鏡から削除した分光学パーツが減らせるため、コスト、大きさの点で実施例１よりも優位である反面レチクルおよびウエハをレチクル顕微鏡，オフアクシス顕微鏡で計測して初めて測定系と投影系位置ずれによるベースライン変動がキャンセルできるため、例えば１枚のウエハを処理する間にショットごとにリアルタイムにずれ量をキャンセルすることができない点が実施例１に対して不利な点となる。
【実施例３】
【００５５】
図６（ａ）（ｂ）は第３実施例のレチクル顕微鏡，オフアクシス顕微鏡部の拡大図である。この他の構成、機能は実施例２と同一であるため説明を割愛する。本実施例では投影光学系基準マークＭ６、Ｍ７が投影光学系を構成するパーツに直にとりつけられておらず、保持用部品１８、１９を介して投影光学系に取り付けられている点が実施例２と異なる。
【００５６】
図に基づいて実施例３について説明する。実施例３において投影光学系基準マークは投影光学系構成部品に直に取り付けられていないため、マーク位置の配置に自由度ができる。このためため図６（ａ）（ｂ）のようにレチクル顕微鏡１６，オフアクシス顕微鏡１７からみてウエハＷ１およびレチクルＲ１と同一方向に投影光学系基準マークＭ６、Ｍ７を取り付けることが可能となる。この場合投影光学系２と測定系の相対距離が変化する以外にも測定系の対物レンズ近傍が傾いた場合に生じる計測値の変動をキャンセルすることができる。
【００５７】
図６（ａ）（ｂ）において、レチクル顕微鏡１６、オフアクシス顕微鏡１７両測定系のミラーが熱変形などによりθだけ傾いた場合、ミラーから測定面までのスパンをＬとすると、レチクルＲ１およびウエハＷ１がＬ×ｔａｎθ分だけ投影光学系２に近づいたようにレチクル顕微鏡１６，オフアクシス顕微鏡１７計測値が変動する。そのままベースラインＲＢＬ、ＷＢＬ分レチクルＲ１、ウエハＷ１を送り込むとＬ×ｔａｎθ分送り不足ずれが生じる。
【００５８】
ところが本実施例においては測定基準である投影光学系基準マークＭ６、Ｍ７もＬ×ｔａｎθ分ずれて計測される。ずれる方向はウエハ、レチクルと同じ為この投影光学系マークＭ６、Ｍ７を基準にするとＬ×ｔａｎθのずれはキャンセルされる。
【００５９】
以上のように実施例１，２に対して実施例３は測定系対物レンズ近傍の傾きによる位置合わせ変動もキャンセルできる優位性がある。その反面実施例１，２にくらべ投影光学系基準マークを保持する部品１８，１９の熱変形が変動要素として増える点は不利な点と言える。さらにマーク配置として、図７のような配置を行うことも可能となる。
【００６０】
図７はオフアクシス顕微鏡部分拡大図である。各部の名称、機能のうち図６（ａ）と同様のものに対しては同符号をつけ詳細説明を割愛する。図６（ａ）と異なる点は投影光学系２に支持部品２０を取り付けて投影光学系基準マークＭ７をウエハマーク上ガラスパーツ２１下面に配置した図である。このマーク配置によりオフアクシス顕微鏡内の投影光学系基準マーク測定用の光学部品を減らすことができるうえ、ウエハ上マークと基準マークが完全に同一の光学系を通してＣＣＤに結像されるため光路を分けた場合に比べて、光学系の違いによる計測誤差要因を排除することが可能となる。このような配置はレチクル側においても可能である。ウエハ側と同様にレチクルマーク下に投影光学系より支持したガラス部品を配置しその上面に投影光学系基準マークを設けることによりウエハ側と同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来技術のベースライン計測方法を示す概略図である。
【図２】本発明の第一の実施例を表す概略図である。
【図３】（ａ）は本発明の第一の実施例のオフアクシス顕微鏡部の模式図である。（ｂ）は本発明の第一の実施例のレチクル顕微鏡部の模式図である。
【図４】本発明の第二の実施例を表す概略図である。
【図５】（ａ）は本発明の第二の実施例のオフアクシス顕微鏡部の模式図である。（ｂ）は本発明の第二の実施例のレチクル顕微鏡部の模式図である。
【図６】（ａ）は本発明の第三の実施例のオフアクシス顕微鏡部の模式図である。（ｂ）は本発明の第三の実施例のレチクル顕微鏡部の模式図である。
【図７】本発明の第三の実施例の投影光学系基準マーク位置変更タイプのオフアクシス顕微鏡部の模式図である。
【符号の説明】
【００６２】
ＡＸ      投影光学系光軸
ＢＬ      ベースライン
Ｌ１      露光光源レーザ光
Ｌ２      計測用光源レーザ光
Ｒ１      レチクル
Ｒ２      擬似レチクル
Ｗ１      ウエハ
Ｗ２      擬似ウエハ
Ｍ１      擬似レチクル上位置合わせマーク
Ｍ２      擬似ウエハ上位置合わせマーク
Ｍ３      オフアクシス顕微鏡指標マーク
Ｍ４      レチクルセットマーク
Ｍ５      レチクル顕微鏡指標マーク
Ｍ６      投影光学系基準マーク
Ｍ７      投影光学系基準マーク
ＲＢＬ    レチクル側ベースライン
ＷＢＬ    ウエハ側ベースライン
１        レチクル駆動ステージ
２        投影光学系
３        ウエハ駆動ステージ
４        ＴＴＲ顕微鏡
５        オフアクシス顕微鏡
６        光源レーザ
７        光源レンズ系
８        光路切り換えミラー機構
９        ＴＴＲ顕微鏡レーザ導入光学系
１０      可動式対物レンズ
１１      レチクル顕微鏡
１２      レチクル位置合わせ機構
１３      オフアクシス顕微鏡
１４      投影光学系基準マーク観察用光学系
１５      投影光学系基準マーク観察用光学系
１６      レチクル顕微鏡
１７      オフアクシス顕微鏡
１８      レチクル側投影光学系基準マーク保持部品
１９      ウエハ側投影光学系基準マーク保持部品
２０      ウエハ側投影光学系基準マーク保持部品
２１      ウエハ側投影光学系基準マーク保持ガラス部品
【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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