(57)【要約】【課題】走査方向の像面の傾きを計測することで高精度なフォーカスキャリブレーションを実現し、解像度に優れた露光を行うことができる露光方法を提供する。【解決手段】レチクルに形成された所定のパターンを、前記レチクルと被処理体とを同期して走査しつつ投影光学系を介して前記被処理体に露光する露光方法であって、前記投影光学系による像面位置を、前記走査する方向に関して互いに異なる複数の測定位置において測定する測定ステップと、前記測定ステップによる測定結果に基づいて、前記投影光学系による像面の傾きを補正する補整ステップとを有することを特徴とする露光方法を提供する。【選択図】          図１
2004273860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクルに形成された所定のパターンを、前記レチクルと被処理体とを同期して走査しつつ投影光学系を介して前記被処理体に露光する露光方法であって、
前記投影光学系による像面位置を、前記走査する方向に関して互いに異なる複数の測定位置において測定する測定ステップと、
前記測定ステップによる測定結果に基づいて、前記投影光学系による像面の傾きを補正する補整ステップとを有することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光方法に係り、特に、半導体ウェハの単結晶基板などの被処理体を露光するのに使用される露光方法に関する。本発明は、例えば、フォトリソグラフィー工程において、半導体ウェハ用の単結晶基板をステップアンドスキャン方式によって露光する露光方法に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィー（焼き付け）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素子を製造する際に、レチクル又はマスク（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置の中でも、解像度の改善と露光領域の拡大のためにレチクルを一部ずつ露光し、レチクルとウェハを同期して走査（スキャン）することによってレチクルパターン全体をウェハの各被露光領域に露光する走査型露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）が最近の脚光を浴びている。走査型露光装置は、典型的に、投影光学系を挟んでレチクル及びウェハを走査するためのレチクルステージ及びウェハステージを有する。
【０００３】
レチクルはレーザー干渉計と駆動機構によって光軸に対して垂直方向に駆動制御可能なレチクルステージに保持されている。レチクルステージのレチクル近傍の所定の範囲には、レチクル側基準プレート（以下、「Ｒ側基準プレート」とする。）が、Ｒ側基準プレートの反射面（パターン面）とレチクルＲＣの反射面（パターン面）との高さを略一致させるように固設される。また、Ｒ側基準プレートの反射面には、複数の位置計測用のマークが構成されている。
【０００４】
レチクルステージは、光軸方向の位置を投影光学系に対して一定に保った状態で駆動される。レチクルステージには、レーザー干渉計からのビームを反射する移動鏡が固定されており、レーザー干渉計によって、レチクルステージの位置及び移動量は逐次計測されている。
【０００５】
一方、ウェハステージのウェハＷＰ近傍の所定の範囲には、ウェハ側基準プレート（以下、「Ｗ側基準プレート」とする。）が、Ｗ側基準プレートの反射面（パターン面）とウェハの上面との高さを略一致させるように固設される。また、Ｗ側基準プレートの反射面には、複数の基準マークが構成されている。
【０００６】
ウェハステージは、投影光学系の光軸方向及び光軸方向と直交する平面内を移動することができ、更に、光軸周りに回転することができる。ウェハステージにも、レーザー干渉計からのビームを反射する移動鏡が固定されており、レーザー干渉計によって、ウェハステージの位置及び移動量は逐次計測されている。
【０００７】
また、走査型露光装置には、投影光学系の光軸方向におけるウェハの位置ずれ（即ち、投影光学系の焦点面とウェハ面とのずれ）を計測する焦点位置検出手段として、フォーカス検出系が構成されている。
【０００８】
しかし、投影光学系が露光熱を吸収したり、周囲の環境が変動したりすると、フォーカス検出系の計測原点と投影光学系の焦点面とに誤差が発生する。そのため、かかる誤差を計測して補正するために、ＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｒｅｔｉｃｌｅ）アライメント光学系が構成されている。
【０００９】
また、ＴＴＲアライメント光学系は、一般に、２つの光学系から構成されているので、２点同時にフォーカスの計測を行うことが可能である。図１３は、従来のＴＴＲ光学系の駆動範囲を示す概略模式図である。ＴＴＲアライメント光学系の配置としては、図１３に示すように、走査方向をＹ軸方向とすると、走査方向と直交する方向を長辺、走査方向を短辺とするスリット状の露光スリットＥＳ内で、Ｙ軸を対称軸としてＸ軸上の駆動領域ＭＥａ及びＭＥｂを第１の光学系及び第２の光学系が駆動可能となるように構成する。
【００１０】
このように、Ｙ軸対称、且つ、Ｘ軸上に第１の光学系及び第２の光学系を構成している理由は、Ｘ軸方向の像面の傾きを計測するためである。ＴＴＲアライメント光学系により１点のみでフォーカスを計測し、フォーカス検出系との間でフォーカスキャリブレーションを行っても、実際の投影光学系の像面と実際の露光面（焼き付け面）とが傾いていては、露光スリットＥＳ全面で良好な解像性能を得ることができない。特に、走査型露光装置においては、静止時の露光領域はスリット状であるため、走査方向と直交する方向（長辺方向）の投影光学系の像面と実際の露光面、即ち、ウェハ面とが傾いていると解像度が劣化する。
【００１１】
そこで、例えば、図１３に示すように、露光スリットＥＳ内において、複数の計測点ＫＰのそれぞれで投影光学系の合焦状態を計測することで、Ｘ軸方向の像面の傾きを求め、かかる傾きに実際の露光面を一致させることで良好な解像性能を得ることが可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、半導体素子の高集積化に対応して、転写されるパターンの微細化、即ち、高解像度化が要求されている。かかる要求に応えるために、従来は露光波長の短波長化で対応してきたが、半導体素子は急速に高集積化しており、露光波長の短波長化だけでは限界があるため、近年では、短波長化とあわせて、投影光学系の開口数（ＮＡ）を従来の０．６程度から０．８を越えるような高いＮＡとすることで高解像度化への要求に応えようとしている。
【００１３】
このため、焦点深度が従来に比べて極めて小さくなってきており、露光装置においては、焦点位置の検出精度の大幅な向上、中でも、フォーカスキャリブレーションに対して精度の向上が求められている。特に、焦点深度の減少によって、従来は問題とならなかった走査方向の像面の傾きを測定し、例えば、ウェハステージを駆動して実際の露光面を投影光学系の像面にあわせたり、投影光学系内のレンズ等を駆動して像面側を補正して実際の露光面と一致させることが必須となってきている。
【００１４】
従来の走査型露光装置では、図１３に示したように、ＴＴＲアライメント光学系として露光スリットＥＳ内に第１の光学系及び第２の光学系を構成し、Ｙ軸対称な露光スリットＥＳ内の２つの像高においてフォーカス計測を行っている。このため、従来の走査型露光装置では、走査方向と直交する方向の像面の傾きは計測及び補正することが可能であるが、走査方向の像面の傾きは計測することができない。
【００１５】
そこで、本発明は、走査方向の像面の傾きを計測することで高精度なフォーカスキャリブレーションを実現し、解像度に優れた露光を行うことができる露光方法を提供することを例示的目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光方法は、レチクルに形成された所定のパターンを、前記レチクルと被処理体とを同期して走査しつつ投影光学系を介して前記被処理体に露光する露光方法であって、前記投影光学系による像面位置を、前記走査する方向に関して互いに異なる複数の測定位置において測定する測定ステップと、前記測定ステップによる測定結果に基づいて、前記投影光学系による像面の傾きを補正する補整ステップとを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光方法及び装置について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の例示的一形態を示す概略構成図である。なお、図１において、回路パターンが形成されたレチクルＲＣを照明する照明装置は省略されている。
【００１９】
露光装置１００は、図１に示すように、レチクルＲＣを載置するレチクルステージ１１０と、投影光学系１２０と、ウェハＷＰを載置するウェハステージ１３０と、フォーカス検出系１４０と、ＴＴＲアライメント光学系１５０と、制御部１６０とを有し、ステップアンドスキャン方式でレチクルＲＣに形成された回路パターンをウェハＷＰに露光する走査型投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適である。
【００２０】
レチクルＲＣは、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、レチクルステージ１１０に支持及び駆動される。レチクルＲＣとウェハＷＰとは、投影光学系１２０を介して光学的にほぼ共役な位置に配置され、図示しない照明装置によってＸ軸方向に長いスリット状又は円弧状の照明領域がレチクルＲＣ上に形成されている。
【００２１】
レチクルステージ１１０は、レチクルＲＣを保持し、図中Ｙ軸方向にレチクルＲＣを駆動制御する。レチクルステージ１１０上のレチクルＲＣ近傍の所定の範囲には、レチクル側基準プレート（以下、「Ｒ側基準プレート」とする。）１１２が、Ｒ側基準プレート１１２の反射面（パターン面）とレチクルＲＣの反射面（パターン面）との高さを略一致させるように固設される。
【００２２】
Ｒ側基準プレート１１２の反射面には、ＣｒやＡｌ等の金属面で形成された複数のフォーカス計測用マーク１１２ａが形成されている。フォーカス計測用マーク１１２ａは、図２に示すように、複数のＸ及びＹ方向の直線から構成されるものなどがある。ここで、図２は、フォーカス計測用マーク１１２ａの構成の一例を示す概略平面図である。
【００２３】
投影光学系１２０は、レチクルＲＣに形成された回路パターンをウェハＷＰに投影し、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
【００２４】
ウェハＷＰは、被処理体であり、液晶基板やその他を広く含む。ウェハＷＰには、フォトレジストが塗布されている。
【００２５】
ウェハステージ１３０は、ウェハＷＰを支持し、図中Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向にウェハＷＰを駆動制御する。ウェハステージ１３０上のウェハＷＰ近傍の所定の範囲には、ウェハ側基準プレート（以下、「Ｗ側基準プレート」とする。）１３２が、Ｗ側基準プレート１３２の反射面とウェハＷＰの上面（即ち、投影光学系１３０の結像面）との高さを略一致させるように固設される。また、Ｗ側基準プレート１３２の反射面には、ＣｒやＡｌ等の金属面で形成された複数のフォーカス計測用マーク１３２ａが形成されている。なお、フォーカス計測用マーク１３２ａは、上述したフォーカス計測用マーク１１２ａと同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００２６】
レチクルステージ１１０とウェハステージ１３０の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は投影光学系１２０の光学倍率に応じた速度比率で駆動される。
【００２７】
フォーカス検出系１４０は、斜入射方式の焦点位置検出手段である。レチクルＲＣのパターンが転写されるウェハＷＰ（又はＷ側基準プレート１３２）面に対して斜め方向から非露光光を照射する照射部１４２と、ウェハＷＰ（又はＷ側基準プレート１３２）面で斜めに反射した反射光を検出する検出部１４４とを有する。
【００２８】
検出部１４４には、各反射光に対応した複数個の位置検出用の受光素子が構成されており、かかる受光素子の受光面とウェハＷＰからの各反射光の反射点が略共役となるように配置されている。従って、投影光学系１２０の光軸方向におけるウェハＷＰ（又はＷ側基準プレート１３２）の位置ずれは、検出部１４４の受光素子上で位置ずれとして計測される。
【００２９】
ＴＴＲアライメント光学系１５０は、第１の光学系１５２及び第２の光学系１５４の２つの光学系から構成され、フォーカス検出系１４０の計測原点と投影光学系１２０の焦点面との誤差を計測する。
【００３０】
第１の光学系１５２及び第２の光学系１５４は、図３に示すように、ファイバー１５２ａ及び１５４ａと、照明部１５２ｂ及び１５４ｂと、対物レンズ１５２ｃ及び１５４ｃと、リレーレンズ１５２ｄ及び１５４ｄと、センサー１５２ｅ及び１５４ｅとを有する。第１の光学系１５２及び第２の光学系１５４は、レチクルＲＣ上又はＲ側基準プレート１１２上のパターンを拡大して、センサー１５２ｅ及び１５４ｅに結像させることが可能である。また、同様に、第１の光学系１５２及び第２の光学系１５４は、投影光学系１２０を介して、ウェハＷＰ上又はＷ側基準プレート１３２上のパターンをセンサー１５２ｅ及び１５４ｅ上に結像させることも可能である。ここで、図３は、本発明の一側面としての露光装置１００の例示的一形態を示す概略断面図である。
【００３１】
制御部１６０は、レチクルステージ１１０、ウェハステージ１３０、フォーカス検出系１４０、ＴＴＲ光学系１５０と接続し、露光装置１００の動作を制御する。制御部１６０は、ＴＴＲ光学系１５０が検出した計測結果から走査方向に平行な方向及び走査方向に垂直な方向の投影光学系１２０による像面の傾きを求め、かかる像面の傾きに基づいて、ウェハＷＰの位置又は投影光学系１２０の像面の少なくとも一方を制御する。
【００３２】
ここで、ＴＴＲアライメント光学系１５０を用いて、斜入射方式のフォーカス検出系１４０の計測原点と投影光学系１２０の焦点面との誤差を測定する方法について詳細に説明する。まず、露光光と実質同一の光源（露光光の波長と実質的に同じ波長の光を発する光源、露光光の波長とのずれは２ｎｍ以内であるのが好ましい。）からの光をファイバー１５２ａ及び１５４ａや図示しない光学系等を用いて照明部１５２ｂ及び１５４ｂに導光し、対物レンズ１５２ｃ及び１５４ｃを介して、Ｒ側基準プレート１１２上のフォーカス計測用マーク１１２ａを照明する。次に、リレーレンズ１５２ｄ及び１５４ｄ又は対物レンズ１５２ｃ及び１５４ｃなどをＴＴＲアライメント光学系１５０の光軸方向に駆動して、センサー１５２ｅ及び１５４ｅとＲ側基準プレート１１２とが共役の関係になるようにする。
【００３３】
次に、ウェハステージ１３０を駆動し、Ｗ側基準プレート１３２上のフォーカス計測マーク１３２ａを、投影光学系１２０を介してＴＴＲアライメント光学系１５０で照明及び検出することができる状態にする。そして、フォーカス検出系１４０でＷ側基準プレート１３２の投影光学系１２０の光軸方向の位置を計測しながら、ウェハステージ１３０を光軸方向（Ｚ軸方向）に駆動し、センサー１５２ｅ及び１５４ｅとＷ側基準プレート１３２とが共役の関係となる位置を検出する。
【００３４】
このとき、ＴＴＲアライメント光学系１５０のセンサー１５２ｅ及び１５４ｅとＲ側基準プレート１１２とは共役の関係となっているので、Ｗ側基準プレート１３２とＲ側基準プレート１１２も共役の関係、即ち、投影光学系１２０の合焦状態となる。合焦状態のフォーカス検出系１４０の計測値を読み取ることで、フォーカス検出系１４０の計測原点と投影光学系１２０の焦点面との誤差を補正することが可能となる（フォーカスキャリブレーション）。
【００３５】
上述したように、従来の走査型露光装置では、ＴＴＲアライメント光学系として露光スリット内に２つの光学系を構成し、かかる２つの光学系を、図１３に示したように、走査方向と垂直なＸ方向に駆動可能としてＹ軸方向の座標は同じでＸ軸方向の座標のみが異なる複数の位置でフォーカスキャリブレーションを行っていたため、走査方向の像面の傾きを計測することができなかった。
【００３６】
そこで、ＴＴＲアライメント光学系１５０は、図４に示すように、第１の光学系１５２をＸ軸と平行な駆動領域ＭＥａを駆動可能とし、第２の光学系１５４をＸ軸及びＹ軸に非平行、且つ、露光スリットＥＳ外も駆動可能な駆動領域ＭＥｂとするように構成する。かかる構成によって、従来から計測可能であった走査方向と直交する方向（Ｘ軸方向）の像面に加え、走査方向と像面の傾きを計測することが可能となる。ここで、図４は、図１に示すＴＴＲアライメント光学系１５０の駆動範囲を示す概略模式図である。ここで、露光スリットＥＳから走査方向に関して外側の位置に関して、投影光学系による像面位置を測定することにより、走査方向の像面の傾きをより高精度に測定することができる。
【００３７】
まず、Ｘ軸方向の像面の計測であるが、第１の光学系１５２で計測点Ａ、第２の光学系１５４で計測点Ｂにおいて、投影光学系１２０の合焦状態を計測することでＸ軸方向の像面の傾きを計測することが可能である。
【００３８】
次に、第１の光学系１５２で計測点Ｃ（投影光学系１２０の軸上）、第２の光学系１５４で計測点Ｄを計測可能となるように駆動する。そして、計測点Ｃ及び計測点Ｄにおいて投影光学系１２０の合焦状態を計測することで、Ｙ軸方向の像面の傾きを計測することが可能である。また、計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｃの３点での投影光学系１２０の合焦状態の計測結果から露光スリットＥＳ内のＸ軸方向の像面湾曲を算出することも可能である。
【００３９】
ＴＴＲアライメント光学系１５０の２つの光学系のうち、第１の光学系１５２をＸ軸と平行、第２の光学系１５４をＸ軸にもＹ軸にも非平行で駆動可能することによって、従来から計測可能であった走査方向と直交する方向の露光像面に加え、走査方向の像面の傾きを計測することが可能となる。
【００４０】
かかる計測結果に基づき、制御部１６０は、例えば、ウェハステージ１３０を駆動して、走査方向及び走査方向と直交する方向の像面の傾きを補正し、また、投影光学系１２０を構成する光学素子の一部を駆動して像面湾曲を補正することにより、高ＮＡを有する投影光学系を用いた露光装置においても、ベストフォーカスで走査露光することが可能となる。
【００４１】
特に、ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する２つの光学系の一方を、露光スリット外の計測点を計測可能とすることによってＹ軸方向のスパンを長くとることが可能となり、極めて高精度に走査方向の像面の傾きを計測することが可能となる。
【００４２】
次に、図５を参照して、ＴＴＲアライメント光学系１５０の駆動領域を変えた変形例について説明する。図５は、図１に示すＴＴＲアライメント光学系１５０の駆動範囲を示す概略模式図である。
【００４３】
図４に示したＴＴＲアライメント光学系１５０の駆動領域は、走査方向の像面の傾きを計測可能としながらも、図１３に示した従来のＴＴＲアライメント光学系の駆動領域と比較すると以下のような欠点を有する。
【００４４】
従来のＴＴＲアライメント光学系の駆動領域は、図１３に示したように、Ｘ軸に平行（Ｘ軸上）であるため、駆動領域内のＸ軸上の任意の点で投影光学系の合焦状態を計測することが可能である。即ち、Ｘ軸上の複数の位置で投影光学系の合焦状態の計測を行うことで、Ｘ軸方向の像面を詳細に計測することが可能である。
【００４５】
一方、図４に示したＴＴＲアライメント光学系１５０の駆動領域においては、第２の光学系１５４の駆動領域ＭＥｂがＸ軸にもＹ軸にも非平行であるため、Ｘ軸上で計測可能な位置（像高）は１点のみである。従って、Ｘ軸方向の像面は、計測点Ａ、Ｂ及びＣの３点でしか行うことができないためにＸ軸方向の像面の計測精度が劣ってしまう。
【００４６】
そこで、図５に示すように、第２の光学系１５４の駆動領域ＭＥｂを投影光学系１２０の軸上を頂点にＸ軸上とＹ軸上をＬ字型に駆動可能とし、第１の光学系１５２の駆動領域ＭＥａをＸ軸上に駆動可能とするように、ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する。これにより、図４に示したのと同様に、計測点Ｃ及び計測点Ｄでの投影光学系１２０の合焦状態の計測結果からＹ軸方向の像面の傾きを計測することが可能である。更に、Ｘ軸上の計測点を従来と同様に数多く設けることが可能であり、例えば、Ｘ軸上の計測点Ａ、計測点Ｅ、計測点Ｃ、計測点Ｆ及び計測点Ｂの５点で投影光学系１２０の合焦状態の計測をすることで、Ｘ軸方向の像面を従来と同様の精度で計測することが可能となる。
【００４７】
次に、図６を参照して、ＴＴＲアライメント光学系１５０の駆動領域を更に変えた変形例について説明する。図６は、図１に示すＴＴＲアライメント光学系１５０の駆動範囲を示す概略模式図である。
【００４８】
図６を参照するに、第１の光学系１５２の駆動領域ＭＥａをＸ軸及びＹ軸に非平行に駆動可能とし、第２の光学系１５４の駆動領域ＭＥｂを投影光学系１２０の軸上を頂点にＸ軸上とＹ軸上をＬ字型に駆動可能とするように、ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する。また、第１の光学系１５２及び第２の光学系１５４は、両者とも露光スリットＥＳ外を計測可能としている。
【００４９】
これにより、計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｃでの投影光学系１２０の合焦状態の計測からＸ軸方向の像面の傾きを計測し、計測点Ｄ及び計測点Ｅでの投影光学系１２０の合焦状態の計測からＹ軸方向の像面の傾きを計測することが可能となる。特に、Ｙ軸方向の像面の傾きは、計測点Ｄ及び計測点Ｅから計測するため、図４及び図５に示したＴＴＲアライメント光学系１５０の駆動範囲と比較してスパンを長くとることが可能であり、計測精度を向上させることが可能である。
【００５０】
また、投影光学系１２０の軸上の計測点ＣをＹ軸方向の像面の計測に用いることも可能である。例えば、走査方向に応じて、Ｙ軸方向の像面を計測する計測点の組み合わせを計測点Ｃと計測点Ｄ又は計測点Ｃと計測点Ｅなどのように使い分けることも可能である。
【００５１】
露光において、図示しない照明装置から発せられた露光光は、レチクルＲＣをケーラー照明する。レチクルＲＣを通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系１２０によりウェハＷＰに結像される。露光装置１００は、ＴＴＲアライメント光学系１５０により走査方向の像面の傾きを計測することできるため高精度なフォーカスキャリブレーションを実現することが可能であり、高いスループットで経済性よく従来よりも高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００５２】
以下、図７乃至図９を参照して、露光装置１００の変形例である露光装置１００Ａについて説明する。図７は、本発明の一側面としての露光装置１００Ａの例示的一形態を示す概略断面図である。なお、図７において、回路パターンが形成されたレチクルＲＣを照明する照明装置は省略されている。露光装置１００Ａは、図１及び図３に示す露光装置１００と同様であるが、ＴＴＲアライメント光学系１５０Ａの構成が異なる。
【００５３】
ＴＴＲアライメント光学系１５０Ａは、第１の光学系１５２と、第２の光学系１５４と、第３の光学系１５６の３つの光学系から構成され、フォーカス検出系１４０の計測原点と投影光学系１２０の焦点面との誤差を計測する。第３の光学系１５６は、第１の光学系１５２及び第２の光学系１５４と同様に、ファイバー１５６ａと、照明部１５６ｂと、対物レンズ１５６ｃと、リレーレンズ１５６ｄと、センサー１５６ｅとを有する。第３の光学系１５６は、レチクルＲＣ上又はＲ側基準プレート１１２上のパターンを拡大して、センサー１５６ｅに結像させることが可能である。また、第３の光学系１５６は、投影光学系１２０を介して、ウェハＷＰ上又はＷ側基準プレート１３２上のパターンをセンサー１５６ｅ上に結像させることも可能である。
【００５４】
ＴＴＲアライメント光学系１５０Ａは、図８に示すように、第１の光学系１５２及び第２の光学系１５４をＸ軸と平行な駆動領域ＭＥａ及びＭＥｂを駆動可能とし、第３の光学系１５６をＹ軸と平行な駆動領域ＭＥｃを駆動可能とするように構成する。図８は、図７に示すＴＴＲアライメント光学系１５０Ａの駆動範囲を示す概略模式図である。
【００５５】
かかる構成によって、計測点Ａ、計測点Ｂ、計測点Ｃ、計測点Ｅ及び計測点ＦからＸ軸方向の像面の傾きを、計測点Ｃ及び計測点ＤからＹ軸方向の像面の傾きを計測することが可能である。
【００５６】
更に、露光装置１００Ａは、Ｘ軸方向の像面の傾きと、Ｙ軸方向の像面の傾きをＴＴＲアライメント光学系１５０Ａの駆動（第１の光学系１５２、第２の光学系１５４及び第３の光学系１５６の駆動）を行わずに、同時に計測することが可能である。
【００５７】
まず、第１の光学系１５２を計測点Ａに、第２の光学系１５４を計測点Ｂに、第３の光学系１５６を計測点Ｄに配置し、投影光学系１２０の合焦状態の計測をそれぞれの計測点で同時に行う。計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｄの計測結果のうち、計測点Ａ及び計測点Ｂの測定結果から、Ｘ軸方向の像面の傾きが計測可能である。また、計測点Ａ及び計測点Ｂの計測結果の平均値と計測点Ｄの計測結果から、Ｙ軸方向の像面の傾きも計測可能である。
【００５８】
このように、ＴＴＲアライメント光学系１５０Ａを３つの光学系で構成し、そのうちの１つの光学系をＹ軸方向の露光スリットＥＳ外を計測可能とすることでＸ軸方向及びＹ軸方向の両方の像面の傾きを同時に計測可能となる。また、図８では、第３の光学系１５６の駆動領域ＭＥｃとしてＹ軸上を駆動可能としたが、第３の光学系１５６を計測点Ｄのみに固定し、上述したように計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点ＤでＹ軸方向の像面の傾きを計測することも可能である。この場合、第３の光学系１５６を駆動しなくてよいというメリットがある。
【００５９】
次に、図９を参照して、ＴＴＲアライメント光学系１５０Ａの駆動領域を変えた変形例について説明する。図９は、図７に示すＴＴＲアライメント光学系１５０Ａの駆動範囲を示す概略模式図である。
【００６０】
図９を参照するに、第３の光学系１５６の駆動領域ＭＥｃを、投影光学系１２０の軸上を含みＹ軸上のプラス方向とマイナス方向の両方に駆動可能としている。これにより、計測点Ｄ及び計測点Ｇにおいて投影光学系１２０の合焦状態を計測することで、スパンを長くとることができるためＹ軸方向の像面の傾きを高精度に計測することが可能となる。
【００６１】
投影光学系１２０の軸上の計測点ＣをＹ軸方向の像面の傾きの計測に用いることも可能である。例えば、走査方向に応じて、Ｙ軸方向の像面を計測する計測点の組み合わせを計測点Ｃと計測点Ｄ又は計測点Ｃと計測点Ｅなどのように使い分けることも可能である。また、計測点Ｃの代わりに計測点Ａ及び計測点Ｂの平均値を用いることで、第３の光学系１５６を駆動せずにＹ軸方向の像面の傾きを計測することも可能である。
【００６２】
更に、計測点Ｈ及び計測点Ｉを用いてＹ軸方向の像面の傾きを計測することも可能である。この場合、Ｙ軸方向のスパンは短いというデメリットはあるが、計測点Ｈ及び計測点Ｉとも露光スリットＥＳ内の計測点であるため、実際の露光による投影光学系１２０のＹ軸方向の像面の変化を計測するには有効となる。
【００６３】
なお、上述した露光装置１００及び１００Ａにおいては、Ｗ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１３２ａを、ＴＴＲアライメント光学系１５０及び１５０Ａから投影光学系１２０を介して照明していたので、フォーカス計測用マーク１３２ａからの反射光は投影光学系１２０を２回通過している。
【００６４】
そこで、図１０に示すように、Ｗ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１３２ａを、Ｗ側基準プレート１３２の裏側から照明するようにＴＴＲアライメント光学系１５０Ｂを構成する。このように、Ｗ側基準プレート１３２の裏側からフォーカス計測用マーク１３２ａを直接照明することにより、フォーカス計測用マーク１３２ａからの反射光は投影光学系１２０を１回だけ通過することとなる。従って、特に、投影光学系の透過率が低いＦ２レーザーを光源とした露光装置等において、投影光学系を１回介するのみでフォーカス計測が可能となるので、光量的に非常に有利となる。ここで、図１０は、露光装置１００及び１００Ａの変形例である露光装置１００Ｂの例示的一形態を示す概略断面図である。
【００６５】
なお、ＴＴＲアライメント光学系１５０Ｂは、ＴＴＲアライメント光学系１５０と同様に、第１の光学系１５２及び第２の光学系１５４から構成され、対物レンズ１５２ｃ及び１５４ｃ、リレーレンズ１５２ｄ及び１５４ｄ、センサー１５２ｅ及び１５４ｅ等を有するが、さらに別の光学系を追加するなどの構成としてもよい。例えば、ＴＴＲアライメント光学系１５０Ａのように、第３の光学系を構成してもよい。
【００６６】
また、投影光学系１２０の合焦状態の計測においては、ウェハステージ１３０をＺ方向に駆動させる以外に、ＴＴＲアライメント光学系１５０Ｂの一部、例えば、対物レンズ１５２ｃ及び１５４ｃやリレーレンズ１５２ｄ及び１５４ｄ、又はＴＴＲアライメント光学系１５０Ｂを全て光軸方向に駆動させて計測することも可能である。
【００６７】
ＴＴＲアライメント光学系１５０Ｂの駆動範囲は、図４乃至図６に示した範囲に限定されるものではなく、同様の機能を有する任意の駆動範囲を設定することができる。また、Ｒ側基準プレート１１２及びＷ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１１２ａ及び１３２ａも図２に示したものに限定されるわけではなく、同様の機能を有する別のマーク構成であってもよい。
【００６８】
次に、図１１及び図１２を参照して、上述の露光装置１００、１００Ａ又は１００Ｂを利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１１は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００６９】
図１２は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００、１００Ａ又は１００Ｂによってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１００、１００Ａ又は１００Ｂを使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００７０】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００７１】
本出願は、更に以下の事項を開示する。
【００７２】
〔実施態様１〕  レチクルに形成された所定のパターンを、前記レチクルと被処理体とを同期して走査しつつ投影光学系を介して前記被処理体に露光する露光方法であって、
前記投影光学系による像面位置を、前記走査する方向に関して互いに異なる複数の測定位置において測定する測定ステップと、
前記測定ステップによる測定結果に基づいて、前記投影光学系による像面の傾きを補正する補正ステップとを有することを特徴とする露光方法。
【００７３】
〔実施態様２〕  前記測定ステップにおいて、前記投影光学系による像面位置を、前記走査する方向と略垂直な方向に関して互いに異なる複数の測定位置において測定することを特徴とする実施態様１記載の露光方法。
【００７４】
〔実施態様３〕  前記測定ステップにおいて、前記複数の測定位置は３箇所以上であって、該３箇所以上の測定位置は一直線上に並ばないことを特徴とする実施態様１又は２記載の露光方法。
【００７５】
〔実施態様４〕  前記測定ステップにおいて、前記複数の測定位置は３箇所以上であって、該３箇所以上の測定位置のうちの３箇所の測定位置が三角形をなすことを特徴とする実施態様１乃至３のうちいずれか一項記載の露光方法。
【００７６】
〔実施態様５〕  前記補正ステップは、前記測定ステップによる測定結果に基づいて、前記走査方向に平行な方向に関する前記被処理体の位置を調整することを特徴とする実施態様１乃至４のうちいずれか一項記載の露光方法。
【００７７】
〔実施態様６〕  前記補正ステップは、前記測定ステップによる測定結果に基づいて、前記走査方向に平行な方向に関する前記投影光学系による像面の傾きを補正することを特徴とする実施態様１乃至５のうちいずれか一項記載の露光方法。
【００７８】
〔実施態様７〕  前記補正ステップは、前記所定のパターンの前記投影光学系による像面の傾きが低減するように、前記投影光学系を調整することを特徴とする実施態様１乃至６のうちいずれか一項記載の露光方法。
【００７９】
〔実施態様８〕  前記補正ステップは、前記投影光学系が有する光学素子を、前記投影光学系の光軸方向に駆動する及び／又は前記投影光学系の光軸方向に対して偏心させる及び／又は前記投影光学系の光軸方向に対して傾けることを特徴とする実施態様６又は７記載の露光方法。
【００８０】
〔実施態様９〕  前記測定ステップによる測定結果から、前記投影光学系の像面湾曲を算出するステップとを更に有することを特徴とする実施態様１乃至８のうちいずれか一項記載の露光方法。
【００８１】
〔実施態様１０〕  前記複数の測定位置のうちの少なくとも１つが、前記露光を行う際に露光光が照射される領域（露光スリット）外にあることを特徴とする実施態様１乃至９のうちいずれか一項記載の露光方法。
【００８２】
〔実施態様１１〕  前記複数の測定位置のうちの少なくとも１つは、前記露光光が照射される領域の、前記走査方向に関して外側に位置していることを特徴とする実施態様１０記載の露光方法。
【００８３】
〔実施態様１２〕  前記複数の測定位置は、前記被処理体及び／又は前記被処理体を支持するステージ上に設けられていることを特徴とする実施態様１乃至１１のうちいずれか一項記載の露光方法。
【００８４】
〔実施態様１３〕  レチクルに形成された所定のパターンを、前記レチクルと被処理体とを同期して走査しつつ投影光学系を介して前記被処理体に露光する露光方法であって、
前記投影光学系による像面位置を、前記露光を行う際に露光光が照射される領域（露光スリット）外の測定位置を含み互いに異なる複数の測定位置において測定する測定ステップと、
前記測定ステップによる測定結果に基づいて、前記投影光学系による像面の傾きを補正する補正ステップとを有することを特徴とする露光方法。
【００８５】
〔実施態様１４〕  前記複数の測定位置のうちの少なくとも１つは、前記露光光が照射される領域の、前記走査方向に関して外側に位置していることを特徴とする実施態様１３記載の露光方法。
【００８６】
〔実施態様１５〕  実施態様１乃至１４のうちいずれか一項記載の露光方法で前記被処理体を露光することを特徴とする露光装置。
【００８７】
〔実施態様１６〕  レチクルに形成された所定のパターンを、前記レチクルと被処理体とを同期して走査しつつ投影光学系を介して前記被処理体に露光する露光装置であって、
前記投影光学系による像面位置を、前記走査する方向に関して互いに異なる複数の測定位置において測定する測定機構と、
前記測定機構による測定結果に基づいて、前記投影光学系による像面の傾きを補正する補整機構とを有することを特徴とする露光装置。
【００８８】
〔実施態様１７〕  実施態様１乃至１４のうちいずれか一項記載の露光方法で前記被処理体を露光する露光ステップと、
露光された前記被処理体を現像する現像ステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【００８９】
〔実施態様１８〕  レチクルに形成された所定のパターンを、前記レチクルと被処理体とを同期して走査すると共に、投影光学系を介して前記被処理体に露光する露光方法であって、
前記走査方向に平行な方向に関して、位置が異なる少なくとも２箇所の前記被処理体と同じ高さの位置を前記投影光学系を介して検出する第１の検出ステップと、
前記第１の検出ステップで検出された前記被処理体と同じ高さの位置から、前記走査方向に平行な方向に関する前記所定のパターンの前記投影光学系による像面の傾きを計測する第１の計測ステップと、
前記第１の計測ステップで計測された前記所定のパターンの前記投影光学系による像面の傾きを補正する補正ステップとを有することを特徴とする露光方法。
【００９０】
〔実施態様１９〕  前記補正ステップは、前記第１の計測ステップで計測された前記所定のパターンの前記投影光学系による像面の傾きに基づいて、前記走査方向に平行な方向に関する前記被処理体の位置を調整することを特徴とする実施態様１８記載の露光方法。
【００９１】
〔実施態様２０〕  前記補正ステップは、前記第１の計測ステップで計測された前記所定のパターンの前記投影光学系による像面の傾きが低減するように、前記投影光学系を調整することを特徴とする実施態様１８記載の露光方法。
【００９２】
〔実施態様２１〕  前記走査方向に直交する方向に関して、位置が異なる前記被処理体の高さと同じ位置を検出する第２の検出ステップと、
前記第１の検出ステップ及び前記第２の検出ステップで検出された前記被処理体の高さと同じ位置から、前記投影光学系の像面湾曲を算出するステップとを更に有することを特徴とする実施態様１８記載の露光方法。
【００９３】
〔実施態様２２〕  レチクルに形成された所定のパターンを、前記レチクルと被処理体とを同期して走査すると共に、投影光学系を介して前記被処理体に露光する露光装置であって、
前記被処理体を駆動するステージ上に、前記走査方向に平行な方向に少なくとも２つ以上形成された計測点を前記投影光学系を介して検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記計測点から前記走査方向に平行な方向に関する前記所定のパターンの前記投影光学系による像面の傾きを計測すると共に、当該像面の傾きに基づいて、前記被処理体の位置又は前記投影光学系の像面の少なくとも一方を制御する制御手段とを有することを特徴とする露光装置。
【００９４】
〔実施態様２３〕  前記２つ以上の計測点のうち少なくとも１つの計測点は、前記投影光学系の露光領域外に形成されることを特徴とする実施態様２２記載の露光装置。
【００９５】
〔実施態様２４〕  被処理体が載置された第１のステージと、所定のパターンを有するレチクルが載置された第２のステージとを有し、前記所定のパターンを、前記第１のステージと前記第２のステージとを同期して駆動しつつ、投影光学系を介して走査露光する走査型の露光装置において、
前記第１のステージ上に、複数の位置合わせ用マークを有する第１の基準板が設けられており、
前記複数の位置合わせ用マークのうち、前記第１のステージ及び前記第２のステージの走査方向に関して位置が異なる少なくとも２つの位置合わせ用マークの位置を投影光学系を介して、検出することにより、前記所定のパターンの前記投影光学系による像面に対する、前記第１のステージの前記走査方向と平行な方向に関する傾きを、測定することを特徴とする露光装置。
【００９６】
〔実施態様２５〕  被処理体が載置された第１のステージと、所定のパターンを有するレチクルが載置された第２のステージとを有し、前記所定のパターンを、前記第１のステージと前記第２のステージとを同期して駆動しつつ、投影光学系を介して走査露光する走査型の露光装置において、
前記第１のステージ上に、複数の位置合わせ用マークを有する第１の基準板が設けられており、
前記複数の位置合わせ用マークのうち、前記第１のステージ及び前記第２のステージの走査方向と平行な方向に関して位置が異なる少なくとも２つの位置合わせ用マークの位置の検出結果に基づいて、前記第２のステージの前記走査方向と平行な方向に関する傾きを調整する調整手段とを有することを特徴とする露光装置。
【００９７】
〔実施態様２６〕  実施態様２２乃至２５のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によれば、走査方向の像面の傾きを計測することで高精度なフォーカスキャリブレーションを実現し、解像度に優れた露光を行うことができる露光方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図２】フォーカス計測用マークの構成の一例を示す概略平面図である。
【図３】本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図４】図１に示すＴＴＲアライメント光学系の駆動範囲を示す概略模式図である。
【図５】図１に示すＴＴＲアライメント光学系の駆動範囲を示す概略模式図である。
【図６】図１に示すＴＴＲアライメント光学系の駆動範囲を示す概略模式図である。
【図７】本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図８】図７に示すＴＴＲアライメント光学系の駆動範囲を示す概略模式図である。
【図９】図７に示すＴＴＲアライメント光学系の駆動範囲を示す概略模式図である。
【図１０】図１及び図７に示す露光装置の変形例である露光装置の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図１１】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１１に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図１３】従来のＴＴＲアライメント光学系の駆動範囲を示す概略模式図である。
【符号の説明】
１００、１００Ａ、１００Ｂ          露光装置
１１０                              レチクルステージ
１１２                              Ｒ側基準プレート
１１２ａ                            フォーカス計測用マーク
１２０                              投影光学系
１３０                              ウェハステージ
１３２                              Ｗ側基準プレート
１３２ａ                            フォーカス計測用マーク
１４０                              フォーカス検出系
１４２                              照射部
１４４                              検出部
１５０                              ＴＴＲアライメント光学系
１５２                              第１の光学系
１５４                              第２の光学系
１５６                              第３の光学系
１５２ａ、１５４ａ、１５６ａ        ファイバー
１５２ｂ、１５４ｂ、１５６ｂ        照明部
１５２ｃ、１５４ｃ、１５６ｃ        対物レンズ
１５２ｄ、１５４ｄ、１５６ｄ        リレーレンズ
１５２ｅ、１５４ｅ、１５６ｅ        センサー
１６０                              制御部
ＲＣ                                レチクル
ＷＰ                                ウェハ
ＭＥａ、ＭＥｂ、ＭＥｃ              駆動領域
ＥＳ                                露光スリット
【図１】
2004273860.tif 000003
【図２】
2004273860.tif 000004
【図３】
2004273860.tif 000005
【図４】
2004273860.tif 000006
【図５】
2004273860.tif 000007
【図６】
2004273860.tif 000008
【図７】
2004273860.tif 000009
【図８】
2004273860.tif 000010
【図９】
2004273860.tif 000011
【図１０】
2004273860.tif 000012
【図１１】
2004273860.tif 000013
【図１２】
2004273860.tif 000014
【図１３】
2004273860.tif 000015