(57)【要約】  【課題】高精度な位置計測を行なう位置計測方法を提供する。  【解決手段】レチクルアライメントの際に、まず、予備計測としてアライメントセンサの視野基準でのレチクルマーク及びウエハフィデュシャルマークの位置を計測し、そのずれ量を計測する。次に、各マークが視野中心となるようにレチクル及びウエハステージの位置を駆動し、この状態で本計測としてのレチクルマーク及びウエハフィデュシャルマークのずれ量を計測する。マークを、必ずアライメントセンサの視野中心において観察していることとなり、アライメントセンサの光学系のディストーション、あるいは、撮像素子の固定パターンノイズ等については、毎回同じ成分が重畳されることとなるので、これらに起因する計測再現性の悪化を防ぐことができ、安定したレチクルアライメントを行なうことができる。そしてその結果、レチクルアライメントマークＲＭとウエハフィデュシャルマークとを高精度に位置合わせすることができる。  【選択図】  図５
2006234647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上に形成されたマークに光ビームを照射し、該マークからの反射ビームを観察系により受光し、前記受光して得たマーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測方法であって、
前記観察系の観察視野内における前記マーク信号の、当該観察視野内の所定位置からのずれ量を検出する第１工程と、
前記第１工程で検出されたずれ量に基づいて、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるように、前記マークからの反射ビームの位置を補正する第２工程と、
前記第２工程において位置が補正されて前記観察系の前記観察視野内において観察される前記マーク信号の位置を計測する第３工程と、
前記第２工程における前記補正に係る補正量、及び、前記第３工程において計測された前記マーク信号の位置に基づいて、前記マークの位置を検出する第４工程と、
を有することを特徴とする位置計測方法。
【請求項２】
前記第２工程においては、前記マークの形成された前記物体の位置を前記第１工程で検出されたずれ量に基づいて移動させることにより、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の位置計測方法。
【請求項３】
前記物体上に形成されたマークに投影光学系を介して前記光ビームを照射し、該マークからの反射ビームを前記投影光学系を介して前記観察系により受光し、前記受光して得たマーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測方法であって、
前記第２工程においては、前記投影光学系の光学特性を前記第１工程で検出されたずれ量に基づいて修正することにより、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の位置計測方法。
【請求項４】
前記観察系は、前記反射ビームの位置を当該反射ビームの光軸に対して垂直な面内で移動させるための位置調整用光学系を有し、
前記第２工程においては、前記位置調整用光学系の作用により、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の位置計測方法。
【請求項５】
前記光ビームを前記マーク上に導き、且つ前記反射ビームを前記観察系に導くために、前記光ビーム及び前記反射ビームの光路上に挿脱可能な可動光学系を更に有し、
前記可動光学系が可動された後で前記第１工程乃至前記第４工程を行なうことにより、当該マークの位置の計測を行なうことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の位置計測方法。
【請求項６】
物体上に形成されたマークに光ビームを照射し、該マークからの反射ビームを観察系により受光し、前記受光して得たマーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測装置であって、
前記観察系の観察視野内における前記マーク信号の、当該観察視野内の所定位置からのずれ量を検出するずれ検出手段と、
前記検出されたずれ量に基づいて、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるように、前記マークからの反射ビームの位置を補正する補正手段と、
前記位置が補正されて前記観察系の前記観察視野内において観察される前記マーク信号の位置を計測する位置計測手段と、
前記補正に係る補正量、及び、前記検出された前記マーク信号の位置に基づいて、前記マークの位置を検出する位置検出手段と、
を有することを特徴とする位置計測装置。
【請求項７】
前記補正手段は、前記マークの形成された前記物体の位置を前記ずれ検出手段で検出されたずれ量に基づいて移動させることにより、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるようにすることを特徴とする請求項６に記載の位置計測装置。
【請求項８】
前記物体上に形成されたマークに投影光学系を介して前記光ビームを照射し、該マークからの反射ビームを前記投影光学系を介して前記観察系により受光し、前記受光して得たマーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測装置であって、
前記補正手段は、前記投影光学系の光学特性を前記第１工程で検出されたずれ量に基づいて修正することにより、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるようにすることを特徴とする請求項６に記載の位置計測装置。
【請求項９】
前記観察系は、前記反射ビームの位置を当該反射ビームの光軸に対して垂直な面内で移動させ、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるようにする位置調整用光学系を有することを特徴とする請求項６に記載の位置計測装置。
【請求項１０】
マスク上に形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であって、
請求項１〜５の何れか一項に記載の位置計測方法により、前記物体としての基板又は前記基板を載置するステージ上に形成された第１のマークと、前記マスク上に形成された第２のマークとの相対的な位置を計測し、
前記第１のマーク及び前記第２のマークの相対的な位置計測結果に基づいて、前記基板と前記マスクとの位置合わせを行ない、
当該位置合わせされた前記基板の所望の位置に前記マスク上に形成されたパターンと投影露光する
ことを特徴とする露光方法。
【請求項１１】
マスク上に形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置であって、
前記物体としての前記基板又は前記基板を載置するステージ上に形成された第１のマークと、前記マスク上に形成された第２のマークとの相対的な位置を計測する請求項６〜９の何れか一項に記載の位置計測装置と、
前記第１のマーク及び前記第２のマークの相対的な位置計測結果に基づいて、前記基板と前記マスクとの位置合わせを行なう位置合わせ手段と、
当該位置合わせされた前記基板の所望の位置に前記マスク上に形成されたパターンと投影露光する露光手段と、
を有す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、半導体素子等の電子デバイスを製造する際のリソグラフィー工程で用いる露光装置に適用して好適なマスク等の物体に形成されたマークの位置を計測する位置計測方法及び位置計測装置、及び、これらを適用したその露光方法及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイス（以下、電子デバイスと総称する）の製造にあたっては、露光装置を用いて、フォトマスクやレチクル（以下、レチクルと総称する）に形成された微細なパターンの像を、フォトレジスト等の感光剤を塗布した半導体ウエハやガラスプレート等の基板（以下、ウエハと称する）上に投影露光する。その際、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）し、レチクルのパターンをウエハ上のパターンに精度良く重ね合わせる必要がある。近年、電子デバイスにおけるパターンの微細化や高集積度化が急速に進んでおり、露光装置においては以前にも増して高精度なアライメントが要望されている。
【０００３】
ウエハの位置計測は、ウエハ上に形成されたアライメントマークを検出しその位置を計測することにより行なわれる。アライメントマークの位置を計測するアライメント系として、波長帯域幅の広い光でマークを照射し、反射光をＣＣＤカメラなどで撮像し、得られたアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＦＩＡ（Field Image Alignment）系のオフアクシス・アライメントセンサなどが知られている。このＦＩＡ系のアライメントセンサによると、レジスト層による薄膜干渉の影響を受けにくくなり、アルミマークや非対称マーク等についても高精度な位置計測が可能である。
【０００４】
レチクルの位置計測も、ウエハの位置計測と同様に、レチクルに形成されたアライメントマークを検出しその位置を計測することにより行なわれる。レチクルアライメントマークの位置を計測するアライメント系としては、マーク検出光束として露光光や露光光と同一の波長光を用いるものが一般的であり、例えば、露光光をレチクル上に形成されたアライメントマークに照射し、反射光をＣＣＤカメラなどで撮像し、得られたアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するＶＲＡ（Video Reticle Alignment）方式のセンサ（以下、レチクルアライメントセンサと称する場合もある）等が知られている。
【０００５】
この種のレチクルアライメントセンサにおいては、ウエハステージ上に固設された基準板上にパターニングされているウエハフィデュシャルマーク（ウエハ基準マーク）と、レチクル上にパターニングされたレチクルアライメントマークとを、撮像光学系を介して同一視野で撮像し、得られた信号に基づいてウエハフィデュシャルマークとレチクルアライメントマークの相対位置関係、換言すればずれ量を求め、これに基づいてレチクルの位置合わせ（レチクルアライメント）や、ベースライン計測を行なっている。
この際、撮影光学系には通常はディストーション等のそれぞれ固有の結像特性があるため、撮像光学系を通したことによりカメラで撮像した画像に歪が生じ、求めた位置に誤差が生じる可能性がある。そこで、このような状態に対処して高精度にレチクルアライメントマークの位置を検出するため、撮像光学系の結像特性を予め検出してその情報を記憶しておき、この結像特性に関する情報に基づいてウエハフィデュシャルマークやレチクルアライメントマークの位置を補正するアライメント系（位置検出装置）も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、レチクルアライメントマーク（単に、レチクルマークと称する場合もある）をレチクルアライメントセンサで検出する場合、レチクルがレチクルステージに投入された直後は、レチクル描画誤差やレチクルローダの投入再現性誤差等に起因して、アライメントセンサ中心とアライメントマーク中心は大きくずれている。そのため、レチクルの位置合わせを行なう際には、広い視野を計測できる低倍サーチセンサ（サーチカメラ）を用いて、まず、レチクルアライメントマークの位置をラフに計測し、その計測結果に基づいて、高倍ファインセンサ（ファインカメラ）の視野中心にアライメントマークが配置されるようにレチクルステージを駆動する。その上で、高倍ファインセンサを用いてフォーカス計測を行ないピントを合わせて、そのファインセンサで最終的なアライメントマークの検出及びその位置計測を行なうことが行なわれている。
この際、サーチアライメント処理とファインアライメント処理とにおいて各々最適なアライメント用照明光を照射することにより、精度良いマーク位置計測を行なうことができる位置計測方法及び位置計測装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−１６７５７1号公報
【特許文献２】特開２００４−１１１４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したレチクルアライメントセンサには、露光処理時には露光光がレチクルを介して投影光学系に入射され、レチクルアライメント時にはマークを検出するための光ビームがレチクル及び投影光学系を介してウエハフィデュシャルマークに照射されるようにするために、レチクルアライメントセンサからの照明光を投影光学系方向に出射させるための落射ミラーを備えている。この落射ミラーは、露光処理時には所定の退避位置に配置され、レチクルアライメントマーク計測時には機械的に移動されて所定の計測位置に配置される。
【０００８】
ところで、レチクルアライメントは、１つのロット内の先頭ウエハに加えて、ロット内の途中でも計測される場合がある。その場合、レチクルアライメントを行なう度に、前述した落射ミラーが計測位置に挿入されることとなる。
しかしながら、落射ミラーは、機械的に駆動されることもあり、その挿入位置にはある程度のばらつきが生じる。すなわち、その位置投入精度には限界がある。そのため、落射ミラーの挿入精度によって、アライメントセンサの視野におけるマーク位置が計測毎に異なってしまう可能性があるという問題が生じる。
【０００９】
例えば、ロット先頭で行ったレチクルアライメントで得られた信号波形が、アライメントセンサの視野に対して図７（Ａ）に示すような波形であった場合でも、次のレチクルアライメントで得られる信号波形は、図７（Ｂ）に示すように、最初の波形とは全体的にずれた波形となる場合がある。なお、図７（Ａ）及び（Ｂ）は、アライメントセンサで撮像されたマークの画像信号から得られたＸ方向のマークの位置を検出する信号波形であり、中心付近に現れる信号がウエハフィデュシャルマークのＹ方向の線分を示し、両脇の２本ずつの信号がレチクルマークＲＭのＹ方向の線分を示している。
このように、視野内でのマークの位置が異なると、アライメントセンサの光学系のディストーションの影響や、受光素子（撮像用ＣＣＤカメラ）のノイズ（固定パターンノイズ）等が異なってくることとなり、その影響により計測結果が異なり、計測精度が低下するという問題が生じる。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、アライメントセンサの光学系のディストーションや撮像素子の固定パターンノイズ等の影響を抑え、高精度な位置計測を行なうことができる位置計測方法及び位置計測装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような高精度な位置計測を行なうことにより、所望のパターンを高精度に露光転写することのできる露光方法及び露光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明に係る位置計測方法は、物体上に形成されたマークに光ビームを照射し、該マークからの反射ビームを観察系により受光し、前記受光して得たマーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測方法であって、
前記観察系の観察視野内における前記マーク信号の、当該観察視野内の所定位置からのずれ量を検出する第１工程と（ステップＳ１２）、前記第１工程で検出されたずれ量に基づいて、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるように、前記マークからの反射ビームの位置を補正する第２工程と（ステップＳ１３）、前記第２工程において位置が補正されて前記観察系の前記観察視野内において観察される前記マーク信号の位置を計測する第３工程と（ステップＳ１４）、前記第２工程における前記補正に係る補正量、及び、前記第３工程において計測された前記マーク信号の位置に基づいて、前記マークの位置を検出する第４工程（ステップＳ１５）とを有する（図５参照）（請求項１）。
【００１２】
好適には、前記第２工程においては、前記マークの形成された前記物体の位置を前記第１工程で検出されたずれ量に基づいて移動させることにより、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるようにする（請求項２）。
また好適には、前記物体上に形成されたマークに投影光学系を介して前記光ビームを照射し、該マークからの反射ビームを前記投影光学系を介して前記観察系により受光し、前記受光して得たマーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測方法であって、前記第２工程においては、前記投影光学系の光学特性を前記第１工程で検出されたずれ量に基づいて修正することにより、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるようにする（請求項３）
また好適には、前記観察系は、前記反射ビームの位置を当該反射ビームの光軸に対して垂直な面内で移動させるための位置調整用光学系を有し、前記第２工程においては、前記位置調整用光学系の作用により、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるようにする（請求項４）。
また好適には、前記光ビームを前記マーク上に導き、且つ前記反射ビームを前記観察系に導くために、前記光ビーム及び前記反射ビームの光路上に挿脱可能な可動光学系を更に有し、前記可動光学系が可動された後で前記第１工程乃至前記第４工程を行なうことにより、当該マークの位置の計測を行なう（請求項５）。
【００１３】
また、本発明に係る位置計測装置は、物体上に形成されたマークに光ビームを照射し、該マークからの反射ビームを観察系により受光し、前記受光して得たマーク信号に基づいて前記マークの位置を計測する位置計測装置であって、前記観察系の観察視野内における前記マーク信号の、当該観察視野内の所定位置からのずれ量を検出するずれ検出手段と、前記検出されたずれ量に基づいて、前記マーク信号が前記観察視野内の前記所定位置において観察されるように、前記マークからの反射ビームの位置を補正する補正手段と、前記位置が補正されて前記観察系の前記観察視野内において観察される前記マーク信号の位置を計測する位置計測手段と、前記補正に係る補正量、及び、前記検出された前記マーク信号の位置に基づいて、前記マークの位置を検出する位置検出手段と、を有する（請求項６）。
【００１４】
また、本発明に係る露光方法は、マスク上に形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であって、上述の何れかの位置計測方法により、前記物体としての基板又は前記基板を載置するステージ上に形成された第１のマークと、前記マスク上に形成された第２のマークとの相対的な位置を計測し、前記第１のマーク及び前記第２のマークの相対的な位置計測結果に基づいて、前記基板と前記マスクとの位置合わせを行ない、当該位置合わせされた前記基板の所望の位置に前記マスク上に形成されたパターンと投影露光する（請求項１０）。
【００１５】
また、本発明に係る露光装置は、マスク上に形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置であって、前記物体としての前記基板又は前記基板を載置するステージ上に形成された第１のマークと、前記マスク上に形成された第２のマークとの相対的な位置を計測する上述の何れかの位置計測装置と、前記第１のマーク及び前記第２のマークの相対的な位置計測結果に基づいて、前記基板と前記マスクとの位置合わせを行なう位置合わせ手段と、当該位置合わせされた前記基板の所望の位置に前記マスク上に形成されたパターンと投影露光する露光手段と、を有する（請求項１１）。
【００１６】
なお、本欄においては、各構成に対して、添付図面に示されている対応する構成の符号を記載したが、これはあくまでも理解を容易にするためのものであって、何ら本発明に係る手段が添付図面を参照して後述する実施の形態の態様に限定されることを示すものではない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アライメントセンサの光学系のディストーションや撮像素子の固定パターンノイズ等の影響を抑え、高精度な位置計測を行なうことができる位置計測方法及び位置計測装置を提供することができる。
また、そのような高精度な位置計測を行なうことにより、所望のパターンを高精度に露光転写することのできる露光方法及び露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
本実施形態においては、ウエハ上にレチクル上のデバイスパターンを露光する電子デバイス製造用の投影露光装置を例示して本発明を説明する。
図１は、その投影露光装置の全体構成を概略的に示す図である。
図１に示す露光装置１００は、マスクとしてのレチクルＲと基板としてのウエハＷとを一次元方向（図１に示す例においてはＹ方向）に同期移動させつつ、レチクルＲに形成された回路パターンをウエハＷ上に規定されるショット領域に転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニング・ステッパ）である。
【００１９】
まず、露光装置１００の全体構成について説明する。
露光装置１００は、照明系１１０、レチクルステージ部１２０、レチクルアライメント系２００、投影光学系１３０、ウエハステージ部１４０、メインフォーカス系１５０、主制御装置１６０及びウエハアライメントセンサ１７０を有する。
【００２０】
照明系１１０は、例えばエキシマレーザからなる光源１１１、ビーム整形用レンズ及びオプチ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１１２、照明系開口絞り板（レボルバ）１１３、レボルバ駆動系１１４、リレー光学系１１６及び折り曲げミラー１１７を有する。これらの構成部の他にも、照明系１１０は、コンデンサレンズ等の光学部材やレチクルブラインド等の図示しない構成部を更に有する。
このような照明系１１０においては、まず光源１１１から、例えばＫｒＦエキシマレーザ光あるいはＡｒＦエキシマレーザ光等の照明ビームＩＬが射出される。光源１１１におけるレーザパルスの発光は、主制御装置１６０により制御される。なお、光源１１１としては、超高圧水銀ランプを用いても良い。その場合は、ｇ線、ｉ線等の紫外域の輝線が照明ビームＩＬとして用いられる。
【００２１】
光源１１１から射出された照明ビームＩＬは、照度均一化光学系１１２により光束が一様化され、スペックルの低減化等が行なわれる。
【００２２】
照明系開口絞り板１１３の後段には、図示しないレチクルブラインドを介在させてリレー光学系１１６が配置されている。レチクルブラインドの設置面は、レチクルＲと共役関係にあり、このレチクルブラインドによりレチクルＲ上の照明ビームＩＬにより照明される領域が規定される。
リレー光学系１１６の後段には、リレー光学系１１６を通過した照明ビームＩＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラー１１７が配置され、この折り曲げミラー１１７の更に後段（反射された照明ビームＩＬの光路上の後段）に、図示しないコンデンサレンズが配置される。
照明系開口絞り板１１３を通過した照明ビームＩＬは、リレー光学系１１６を通過する際に、図示しない可動レチクルブラインドでレチクルＲの照明領域を規定され、折り曲げミラー１１７により垂直下方に反射され、図示しないコンデンサレンズを介して、レチクルステージ１２１上に載置されたレチクルＲの所定の領域を均一な照度で照明する。
【００２３】
レチクルステージ部１２０は、レチクルステージ１２１、レーザ干渉計１２２、移動鏡１２３及びモータ１２４を有する。
レチクルステージ１２１は、載置されるレチクルＲを、図示しないバキュームチャックや静電チャック等を介して吸着保持する。レチクルステージ１２１は、モータ１２４によって投影光学系１３０の光軸ＡＸの方向に微動可能で、且つその光軸ＡＸに垂直な面（水平面、ＸＹ平面）内で２次元移動及び微小回転可能に設置される。
レチクルステージ１２１上には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を各々反射面方向とする移動鏡（図１においては、Ｘ軸方向の移動鏡１２３のみを示す）が設けられており、各軸方向に設けられたレーザ干渉計（図１においては、Ｘ軸方向レーザ干渉計１２２のみを示す）により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置が、例えば０．０１μｍ程度の分解能で計測される。
【００２４】
レチクルアライメント系２００は、レチクルＲの上方に配置されるアライメントセンサ２０１及び２０２を有し、これらのアライメントセンサによりレチクルＲに形成された例えば図３に示すようなレチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭを検出（撮像）し、その位置情報を主制御装置１６０に出力する。主制御装置１６０においては、入力されるレチクルマークＲＭの位置情報に基づいて、モータ１２４を制御してレチクルステージ１２１を移動させ、レチクルＲの位置決めを行なう。具体的には、レチクルＲのパターン領域ＰＡの中心点が投影光学系１３０の光軸ＡＸと一致するようにレチクルステージ１２１の位置を制御する。
なお、レチクルＲにおいて、レチクルアライメントマークＲＭは、図３に示すように、レチクルＲの周縁近くに形成される。
また、レチクルＲは図示しないレチクル交換装置により適宜交換される。
【００２５】
投影光学系１３０は、光軸ＡＸを有し、両側テレセントリックな光学配置となるように配置された複数枚のレンズエレメントから構成されている。また、投影光学系１３０としては、投影倍率が一例として１／４又は１／５のものが使用されている。照明ビームＩＬによってレチクルＲ上の照明領域が照明されると、そのレチクルＲのパターン面に形成されたパターンが、投影光学系１３０によって、表面にレジストＲが塗布されたウエハＷ上に縮小投影され、ウエハＷ上の１つのショット領域に、レチクルＲのパターンの縮小像が転写される。
【００２６】
ウエハステージ部１４０は、投影光学系１３０を介して照射される露光光により、ウエハＷの所望の領域にレチクルＲのパターンが適切に転写されるように、ウエハＷを所望の位置に所望の状態で保持する。ウエハステージ部１４０において、ウエハステージ１４２は、投影光学系１３０の下方に配置された定盤（ステージ定盤）１４１上に載置される。ウエハステージ１４２は、実際には、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光軸方向（Ｚ方向）に微動可能なＺステージ等から構成されるが、図１においては、これらを単にウエハステージ１４２として示している。ウエハステージ１４２は、駆動系１４７によって定盤１４１の上面に沿ってＸＹ２次元方向に駆動されるとともに、例えば１００μｍ程度の微小範囲内で光軸ＡＸ方向にも駆動されるようになっている。なお、定盤１４１の表面は平坦に加工されており、黒クロム等の低反射率の物質により一様にめっき加工が施されているものとする。
【００２７】
ウエハステージ１４２上には、ウエハホルダー１４３を介してウエハＷが真空吸着又は静電吸着等により保持されている。
また、ウエハステージ１４２上には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を各々反射面方向とする移動鏡（図１においては、Ｘ軸方向の移動鏡１４４のみを示す）が設けられており、各軸方向に設けられたレーザ干渉計（図１においては、Ｘ軸方向レーザ干渉計１４５のみを示す）により、ウエハステージ１４２の位置は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において各々１ｎｍ程度の分解能で計測される。レーザ干渉計１４５によるウエハステージ１４２の位置計測結果は、主制御装置１６０に出力され、主制御装置１６０は、その情報に基づいて駆動系１４７を制御する。このような閉ループ制御系により、例えば、ウエハステージ１４２は、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（スキャン露光）が終了すると、次のショットの露光位置までステッピングされる。また、全てのショット位置に対する露光が終了すると、ウエハＷは図示しないウエハ交換装置により他のウエハＷと交換される。なお、ウエハ交換装置は、ウエハステージ１４２から外れた位置に配置され、ウエハローダ等のウエハ搬送系を介してウエハＷの受け渡しを行なうように構成されている。
【００２８】
ウエハステージ１４２上には、図３に示すように、後述するレチクルアライメント及びベースライン計測のための１つ以上のウエハフィデュシャルマークＷＦＭ（ウエハ基準マーク）が形成された基準板１４６が設けられている。この基準板１４６の表面位置（Ｚ方向の位置／基準マーク形成面）は、ウエハＷの表面位置と同じとなるように設定されている。本実施形態において基準板１４６上には、図３に示すようなウエハフィデュシャルマークＷＦＭが形成されている。
【００２９】
メインフォーカス系１５０は、ウエハＷの表面のＺ方向の位置を測定する。
メインフォーカス系１５０は、ウエハＷ表面又は基準板１４６表面に斜め方向より光を照射する照射光学系１５１と、その光の反射光を受光する受光光学系１５２とを有する斜入射光式の焦点検出系である。受光光学系１５２は、照射光学系１５１により照射された結像光束もしくは平行光束のウエハＷ表面又は基準板１４６表面での反射光束を受光し、得られた検出信号を主制御装置１６０に出力する。この信号に基づいて、主制御装置１６０は、投影光学系１３０の最良結像面に対するウエハＷのＺ方向の位置を駆動系１４７を介して制御する。
【００３０】
主制御装置１６０は、各構成部が協働して露光装置１００全体として所望の露光処理が行なわれるように、露光装置１００の各部を制御する。具体的には、例えば、レチクルＲとウエハＷの位置合わせ（アライメント）、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等の制御や調整等を行なう。なお、主制御装置１６０は、例えばマイクロコンピュータ等により構成される。
【００３１】
ウエハアライメントセンサ１７０は、ウエハステージ１４２に設けられた基準板１４６上に形成されたウエハフィデュシャルマーク（ＷＦＭ）、あるいは、ウエハＷ上のウエハアライメントマークの位置を計測し、計測結果を主制御装置１６０に出力する。本実施形態においては、ウエハアライメントセンサ１７０として、計測基準となる指標を備え、その指標を基準としてマークの位置を計測する例えば特開平４−６５６０３号公報等で開示されている画像処理方式の結像式センサを用いる。ただし、例えば特開平１０−１４１９１５号公報等で公知のレーザスキャン式センサや、レーザ干渉式センサ等の他の方式のものを用いても良い。
【００３２】
レチクルアライメント系２００は、例えばロット先頭毎あるいはロット先頭に加えてロット内で所定枚数のウエハを処理する毎等に、レチクルの位置合わせ（レチクルアライメント）を行なう。レチクルアライメント系２００の２つのアライメントセンサ２０１及び２０２の構成及び機能は同一なので、以下、アライメントセンサ２０１について、その構成、機能及び動作について詳細に説明する。
【００３３】
図２は、アライメントセンサ２０１の構成を示す図である。
アライメントセンサ２０１は、ベース２０５、アライメント光源２１１、ＣＣＤ等の撮像素子２２６Ｘ及び２２６Ｙ、モニタ用撮像素子２２２、ハーフミラー２１５，２１６及び２２５、コンデンサレンズや対物レンズ等の光学素子２１２，２１４，２１８，２２１及び２２４、反射ミラー２２３、照野絞り２１３、絞り２１７、及び内焦系レンズ２１９を有する。
また、図１に示すように、アライメントセンサ２０１とレチクルＲとの間には、投影光学系１３０に入射する露光光がけられない退避位置と、レチクルＲ又はウエハＷの位置合わせ計測を行なう計測位置との間で駆動される落射ミラー２０３（アライメントセンサ２０２に対する２０４も同じ）が設置されている。
【００３４】
アライメント光源２１１は、アライメントのための検出ビームを出射する光源である。本実施形態においてアライメント光源２１１は、光源１１１（図１参照）から出射される露光用照明光を導いて用いる構成となっている。すなわち、照明ビームＩＬの一部の光束が図示せぬミラー等で分岐され、光ファイバーによりアライメントセンサ２０１内に導かれ、アライメント光源２１１たる光ファイバーの端部より検出ビーム（照明ビーム）として出射される。
アライメント光源２１１から出射された検出ビームは、光学素子２１２，２１４，２１８、照野絞り２１３、ハーフミラー２１５，２１６及び絞り２１７を介して、内焦系レンズ２１９に到達する。
内焦系レンズ２１９は、図示せぬ駆動部により検出ビームの光路に沿って移動される焦点調節機構（ＡＦレンズ）である。内焦系レンズ２１９の位置情報は、図示せぬ位置計測部により計測されて主制御装置１６０に出力され、この情報に基づいて、主制御装置１６０が、アライメントセンサ２０１より出射する検出ビームが所望のフォーカス状態となるように、駆動系を介して内焦系レンズ２１９の位置を制御する。
【００３５】
内焦系レンズ２１９でフォーカス調整された検出ビームは、アライメントセンサ２０１から出射され、落射ミラー２０３で反射されて照野絞り２１３で規定された照野でレチクルＲ上の図３に示すようなレチクルアライメントマークＲＭ（２つのレチクルアライメントマークＲＭのうちの一方）を照明するとともに、レチクルＲ及び投影光学系１３０（図１参照）を介して基準板１４６上の同じく図３に示すようなウエハフィデュシャルマークＷＦＭ（２つのウエハフィデュシャルマークＷＦＭのうちの一方）を照明する。
レチクルアライメントマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭからの反射ビームは、落射ミラー２０３で反射され、内焦系レンズ２１９、光学素子２１８及び絞り２１７を介してハーフミラー２１６に到達し、ハーフミラー２１６で分岐されてラフ計測系２２８及びファイン観察系２２９へ各々入射される。
なお、図３には２つのレチクルアライメントマークＲＭ及びウエハフィディシャルマークＷＦＭが示されているが、これは、２つのアライメントセンサ２０１及び２０２において各々検出されるマークを示している。従って、ここで説明をしている一方のアライメントセンサ２０１においては、このうちの一方のレチクルアライメントマークＲＭ及びウエハフィディシャルマークＷＦＭが検出される。
【００３６】
ハーフミラー２１６で分岐されラフ計測系２２８に入射された反射ビームは、光学素子２２１を介してモニタ用撮像素子（ラフ計測用カメラ）２２２に入射される。モニタ用撮像素子２２２は、後述するファイン観察系２２９のＸ方向センサ２２６Ｘ及びＹ方向センサ２２６Ｙと比べて広い計測視野範囲（換言すれば低倍率で）を観察するものであり、このモニタ用撮像素子２２２によりその広い視野範囲を観察して得られた撮像信号は、不図示の観察用モニタに出力されるとともに主制御装置１６０（図１）に出力される。
主制御装置１６０では、入力された撮像信号に基づいてＸ方向及びＹ方向各々のレチクルアライメントマークＲＭとウエハフィデュシャルマークＷＦＭとの位置ずれ量が計測され、その位置ずれ量に基づいてレチクルステージ１２１の位置が制御される。すなわち、レチクルマークがファイン計測系２２９の視野中心に配置されるようにレチクルステージ１２１の位置が制御される。
【００３７】
ハーフミラー２１６で分岐されファイン観察系２２９に入射された反射ビームは、反射ミラー２２３及び光学素子２２４を介してハーフミラー２２５に到達し、ハーフミラー２２５で更に分岐されて、Ｘ方向センサ２２６Ｘ及びＹ方向センサ２２６Ｙに各々入射される。Ｘ方向センサ２２６Ｘは、観察したマークのＸ方向の位置を計測するために、図４（Ａ）に示すような視野範囲内に設定されるＸ方向に延伸した所定の撮像エリアＰｘ内の画像を撮像する撮像素子であり、Ｙ方向センサ２２６Ｙは、観察したマークのＹ方向の位置を計測するために、同じく図４（Ａ）に示すような視野範囲内に設定されるＹ方向に延伸した所定の撮像エリアＰｙ内の画像を計測する撮像素子である。そして、例えばＸ方向センサ２２６Ｘからは、図４（Ｂ）に示すような、Ｘ軸方向のパターン信号の信号強度を示す信号波形が得られる。これらのＸ方向センサ２２６Ｘ及びＹ方向センサ２２６Ｙで得られた撮像信号は、主制御装置１６０に出力される。
【００３８】
ベース２０５は、レチクルアライメント系が搭載されている定盤である。ベース２０５は、非磁性材料で形成された部材、あるいは表面に非磁性材料がコーティングされている部材により構成される。
以上が、露光装置１００の概略構成の説明である。
【００３９】
次に、このような構成の露光装置１００における本発明に係るレチクルアライメント方法、すなわち、レチクルＲの位置計測方法について図５及び図６を参照して説明する。
なお、露光装置１００において、レチクルアライメントは、新たなレチクルが露光装置１００にロードされた時、各ロットの先頭ウエハに対して露光処理を行なう直前、あるいは、ロット内で所定枚数のウエハを処理した時等に行なわれる。
図５は、そのレチクルアライメントの処理の流れを示すフローチャートである。
【００４０】
レチクルアライメントを行なう場合、まず、露光処理のために退避位置に配置されていた落射ミラー２０３及び２０４（図１参照）（以下においては、落射ミラー２０３に係るアライメントセンサ２０１について説明する）を機械的に移動し、計測位置に挿入する（ステップＳ１１）。これにより、例えばアライメント光源２１１（図２参照）からの検出ビームが落射ミラー２０３により反射され、レチクルマークＲＭ及び投影光学系１３０を介してウエハフィディシャルマークＷＦＭを照明する状態とされる。
【００４１】
次に、予備計測としてのアライメント計測を行なう。すなわち、アライメントセンサ２０１の視野範囲内の視野中心（観察視野内の所定位置に相当）に対するレチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭのずれ量の検出を行なう（ステップＳ１２）。
予備計測においては、まず、サーチ観察系２２８を用いたサーチ計測を行なう。サーチ計測においては、まず、レチクルＲのレチクルアライメントマークＲＭがアライメントセンサ２０１のサーチ観察系２２８の視野中心に配置されるように、主制御装置１６０が、設計情報等に基づいてモータ１２４を駆動し、レチクルステージ１２１を移動させる。その状態で、サーチ観察系２２８によりレチクルアライメントマークＲＭを、ファイン観察系２２９に対して相対的に低い倍率で観察し、その像をモニタ用撮像素子２２２で撮像し、モニタ用撮像素子２２２の視野中心Ｏからのずれ量（レチクルアライメントマークＲＭの位置）を計測する。そして、そのずれ量に基づいて、レチクルアライメントマークＲＭが視野中心に来るように、主制御装置１６０がモータ１２４を駆動してレチクルステージ１２１を移動させ、その位置を調整する。
【００４２】
このようなサーチ計測が終了したら、次に、ファイン観察系２２９を用いたファイン計測を行なう。ファイン計測においては、ファイン観察系２２９によりレチクルアライメントマークＲＭを、サーチ観察系２２８に対して相対的に高い倍率で観察し、その波形データをＸ方向センサ２２６Ｘ及びＹ方向センサ２２６Ｙにより検出する。そしてその波形データに基づいて、この予備計測においては、視野範囲の中心Ｏ（視野中心Ｏ）に対するレチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭのずれ量を計測する。
具体的には、今、予備計測としてのアライメント計測により図６（Ａ）に示すような信号波形が検出されたとすると、これに基づいて、レチクルマークＲＭの視野中心Ｏに対するずれ量Δｒ、及び、ウエハフィデュシャルマークＷＦＭの視野中心Ｏに対するずれ量Δｗを計測する。
【００４３】
予備計測が終了したら、計測したずれ量Δｒ及びΔｗが各々０（零）となるように、すなわち、アライメントセンサ２０１（ファイン観察系２２９）の観察視野において、レチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭの観察像がその観察中心Ｏに配置されるように、レチクルＲ（レチクルステージ１２１）及びウエハステージ１２１の位置を調整する（ステップＳ１３）。具体的には、計測したずれ量Δｒ及びΔｗに基づいて、主制御装置１６０がモータ１２４を介してレチクルステージ１２１を駆動し、また、駆動系１４７を介してウエハステージ１４２を駆動し、レチクルＲ（レチクルステージ１２１）及びウエハステージ１２１の位置を調整する。なお、主制御装置１６０は、この時の調整量（補正駆動量、すなわちずれ量Δｒ及びΔｗ）を、本計測の後の計測結果の補正に用いるために記憶しておく。
【００４４】
次に、本計測としてのアライメント計測、すなわち、レチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭのずれ量の検出を行なう（ステップＳ１４）。
本計測においては、まず、ファイン観察系２２９によりレチクルアライメントマークＲＭを相対的に高い倍率で観察し、その波形データをＸ方向センサ２２６Ｘ及びＹ方向センサ２２６Ｙにより検出し、レチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭの位置を計測する。
前述したように、レチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭは、予備計測により、図６（Ｂ）に示すようにアライメントセンサ２０１の視野中心に配置されるように調整されているため、基本的には、そのずれ量は０（零）に非常に近い数値である。しかしながら、予備計測は、図６（Ａ）に示すように、レチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭを、アライメントセンサ２０１の視野範囲中の視野中心とはずれた位置で観察しており（Δｒ及びΔｗが０（零）でない場合）、その調整は、アライメントセンサ２０１のディストーションの相違（予備計測時の観察位置と視野中心との間のディストーションの相違）に起因する誤差を含んだものとなる。この本計測においては、レチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭを、そのようなアライメントセンサ２０１の視野中心Ｏに極近い位置において観察した場合のずれ量であって、従ってそのようなディストーションの相違に起因する誤差をふくまないずれ量を観察する。
【００４５】
レチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭの位置計測が終了したら、次に、この位置計測結果と、主制御装置１６に記憶されている予備計測結果に基づく補正駆動量とに基づいて、すなわち、レチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭの各々について、今回の視野中心Ｏからのずれ量と補正駆動量（予備計測の際の視野中心Ｏからのずれ量）とを加算し、最終的なずれ量（真のずれ量）を検出する（ステップＳ１５）。そして、これらの相対的な位置関係を計測し、ベースラインチェック（ＢＣＨＫ）を含むアライメント計測結果を求める。
また、この結果に基づいて、レチクルＲ（レチクルアライメントマークＲＭ）とウエハフィデュシャルマークＷＦＭとを高精度に位置合わせする。
【００４６】
レチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭの本計測が終了したら、落射ミラー２０３を退避位置に戻し（ステップＳ１６）、一連のレチクルアライメント処理を終了する。
【００４７】
このように、本実施形態の露光装置１００においては、レチクルアライメントの際に、まず、予備計測として、アライメントセンサ２０１の視野基準でのレチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭの位置を計測し、視野中心からの各ずれ量を計測し、この計測結果に基づいて、レチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭがともに視野中心となるようにレチクルＲ及びウエハステージ１４２の位置を駆動し、この状態でレチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭのずれ量を計測している。従って、レチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭを、必ずアライメントセンサ２０１の視野中心において観察していることとなり、アライメントセンサ２０１の光学系のディストーション、あるいは、撮像素子（ＣＣＤカメラ）の固定パターンノイズ（特定画素の欠陥等）等については、毎回同じ成分が重畳されることとなる。その結果、これらのディストーション及び固定パターンノイズ等に起因する計測再現性の悪化を防ぐことができ、安定したレチクルアライメントを行なうことができる。
そしてその結果、レチクルアライメントマークＲＭとウエハフィデュシャルマークとを高精度に位置合わせすることができる。
【００４８】
なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
【００４９】
例えば、本実施形態のレチクルアライメント計測においては、予備計測及び本計測において、アライメントセンサ２０１の視野中心Ｏに対するレチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭのずれ量を計測し、また、これらの位置をその視野中心Ｏに合わせるように調整した。しかし、この基準位置（計測基準及び位置合わせ基準）は、視野中心に限られるものではなく、計測視野内の任意の位置で良い。本発明は、この基準位置を所定の位置に特定してこれに合わせることにより、各計測の際に重畳するディストーション等の成分を同一にすることを目的としている。従って、各計測の際に同じ位置を基準とするものであれば、その位置は視野中心に限られず、任意の位置で良い。
【００５０】
また、本実施形態においては、予備計測の結果に基づいて、レチクルＲ（レチクルステージ１２１）及びウエハステージ１４２の位置を駆動調整して、レチクルマークＲＭ及びウエハフィデュシャルマークＷＦＭがアライメントセンサ２０１の視野中心に配置されるように補正した。しかしながら、この補正は、これらのマークがアライメントセンサ２０１の所定の位置（本実施形態では視野中心）で観察されるようにするものであれば、マーク及びステージの移動に限られず、任意の補正を行なってよい。
例えば、主制御装置１６０が投影光学系１３０の所定のレンズの位置を調整することにより、あるいは、投影光学系の気圧を調整することにより、投影光学系１３０の光学特性（結像特性）を調整し、これにより、ウエハフィデュシャルマークＷＦＭの像がアライメントセンサ２０１の所定の位置に配置するようにしても良い。
【００５１】
また、アライメントセンサ２０１中に、反射ビームの位置を補正するための光学部材を設け、これによりアライメントセンサ２０１を通過する反射ビームの位置が所定の位置となるように調整するようにしても良い。例えば、入射ビームをその面に平行な方向で平行移動させて、入射角度と同じ角度で出射するハービング部材等を用いて、その位置を調整するようにしても良い。
また、上述するような調整手段を併用するような構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の露光装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示した露光装置のアライメントセンサの構成を示す図である。
【図３】図３は、レチクルアライメントマーク及びウエハフィデュシャルマークを示す図である。
【図４】図４は、図３に示したレチクルアライメントマークとウエハフィデュシャルマークを重ね合わせて観察される画像及びその信号波形を示す図である。
【図５】図５は、レチクルアライメントの流れを示すフローチャートである。
【図６】図６は、図５に示したレチクルアライメントの処理を説明するための図である。
【図７】図７は、従来のレチクルアライメントの処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００…露光装置。
１１０…照明系
１１２…照度均一化光学系
１１３…照明系開口絞り板（レボルバ）
１１４…レボルバ駆動系
１１６…リレー光学系
１１７…折り曲げミラー
１２０…レチクルステージ部
１２１…レチクルステージ
１２２…レーザ干渉計
１２３…移動鏡
１２４…モータ
１３０…投影光学系
１４０…ウエハステージ部
１４１…定盤
１４２…ウエハステージ
１４３…ウエハホルダー
１４４…移動鏡
１４５…レーザ干渉計
１４６…基準板
１４７…駆動系
１５０…メインフォーカス系
１５１…照射光学系
１５２…受光光学系
１６０…主制御装置
２００…レチクルアライメント系
２０１，２０２…アライメントセンサ
２０３，２０４…落射ミラー
２０５…ベース
２１１…アライメント光学系
２１２，２１３，２１８，２２１，２２４…光学素子
２１３…照野絞り
２１４、２２３…反射ミラー
２１７…絞り
２１９…内焦系レンズ
２２２…モニタ用撮像素子
２２６…撮像素子
２２８…サーチ観察系
２２９…ファイン観察系
【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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