(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層膜ミラー光学系を介して露光光としての極端紫外光で基板上に投影されるパターンを有し且つ反射部が多層膜で構成されている反射型原版と前記基板との位置合わせを行う位置合わせ方法において、
前記原版を保持して移動可能な原版保持部に設けられた原版保持部マークと、前記基板を保持して移動可能な基板保持部に設けられた基板保持部マークとの相対位置を、第１光学系を用いて、前記露光光とは波長の異なる非露光光で検出する第１位置検出工程と、
第２光学系を用いて、前記原版に設けられた原版アライメントマークと前記原版保持部マークとの相対位置を前記露光光とは波長の異なる非露光光で検出する第２位置検出工程と、
第３光学系を用いて、前記基板に設けられた基板アライメントマークと前記基板保持部マークとの相対位置を前記露光光とは波長の異なる非露光光で検出する第３位置検出工程と、を有し、
前記第１位置検出工程では、前記原版保持部マークと前記多層膜ミラー光学系と前記基板保持部マークとで反射した非露光光を前記第１光学系で検出することにより、前記原版保持部マークと前記基板保持部マークとの相対位置を検出し、
前記第２位置検出工程では、前記原版アライメントマークで反射した非露光光と前記原版保持部マークで反射した非露光光とを、前記第２光学系と前記原版保持部との間の相対移動を介して、前記第２光学系で順次検出することにより、前記原版アライメントマークと前記原版保持部マークとの相対位置を検出し、
前記第３位置検出工程では、前記基板アライメントマークで反射した非露光光と前記基板保持部マークで反射した非露光光とを、前記基板保持部の移動を介して、前記第３光学系で順次検出することにより、前記基板アライメントマークと前記基板保持部マークとの相対位置を検出し、
前記多層膜ミラー光学系を介さずに行う前記第２光学系での検出のための前記原版アライメントマークおよび前記原版保持部マークの順次の移動を伴う前記第２位置検出工程は、前記多層膜ミラー光学系を介して行う前記第１光学系での検出のための前記原版保持部マークの移動を伴う前記第１位置検出工程に対して予め行われ、
前記多層膜ミラー光学系を介さずに行う前記第３光学系での検出のための前記基板アライメントマークおよび前記基板保持部マークの順次の移動を伴う前記第３位置検出工程は、前記多層膜ミラー光学系を介して行う前記第１光学系での検出のための前記基板保持部マークの移動を伴う前記第１位置検出工程に対して予め行われ、
前記原版と前記基板との位置合わせは、前記第１位置検出工程で検出された前記原版保持部マークと前記基板保持部マークとの相対位置と、前記第２位置検出工程で検出された前記原版保持部マークと前記原版アライメントマークとの相対位置と、前記第３位置検出工程で検出された前記基板保持部マークと前記基板アライメントマークとの相対位置とに基づいて行う、ことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項２】
前記原版保持部マークおよび前記基板保持部マークは、それぞれ、対応する非露光光に対して９５％以上の反射率を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。
【請求項３】
前記基板保持部は前記基板を保持する基板チャックを備え、前記基板チャックに前記基板保持部マークが設けられている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置合わせ方法。
【請求項４】
多層膜ミラー光学系を有し、前記多層膜ミラー光学系を介して、反射部が多層膜で構成されている反射型原版上のパターンを基板上に露光光としての極端紫外光で露光転写する露光装置において、
原版保持部マークを有し、前記原版を保持して移動可能な原版保持部と、
基板保持部マークを有し、前記基板を保持して移動可能な基板保持部と、
第１光学系を有し、前記原版保持部マークと前記基板保持部マークとの相対位置を、前記第１光学系を用いて、前記露光光とは波長の異なる非露光光で検出する第１位置検出ユニットと、
第２光学系を有し、前記原版に設けられた原版アライメントマークと前記原版保持部マークとの相対位置を、前記第２光学系を用いて、前記露光光とは波長の異なる非露光光で検出する第２位置検出ユニットと、
第３光学系を有し、前記基板に設けられた基板アライメントマークと前記基板保持部マークとの相対位置を、前記第３光学系を用いて、前記露光光とは波長の異なる非露光光で検出する第３位置検出ユニットと、を備え、
前記第１位置検出ユニットは、前記原版保持部マークと前記多層膜ミラー光学系と前記基板保持部マークとで反射した非露光光を前記第１光学系で検出することにより、前記原版保持部マークと前記基板保持部マークとの相対位置を検出し、
前記第２位置検出ユニットは、前記原版アライメントマークで反射した非露光光と前記原版保持部マークで反射した非露光光とを、前記第２光学系と前記原版保持部との間の相対移動を介して、前記第２光学系で順次検出することにより、前記原版アライメントマークと前記原版保持部マークとの相対位置を検出し、
前記第３位置検出ユニットは、前記基板アライメントマークで反射した非露光光と前記基板保持部マークで反射した非露光光とを、前記基板保持部の移動を介して、前記第３光学系で順次検出することにより、前記基板アライメントマークと前記基板保持部マークとの相対位置を検出し、
前記第１位置検出ユニットで検出された前記原版保持部マークと前記基板保持部マークとの相対位置と、前記第２位置検出ユニットで検出された前記原版保持部マークと前記原版アライメントマークとの相対位置と、前記第３位置検出ユニットで検出された前記基板保持部マークと前記基板アライメントマークとの相対位置とに基づいて、前記原版と前記基板との位置合わせを行う、ことを特徴とする露光装置。
【請求項５】
前記原版保持部マークおよび前記基板保持部マークは、それぞれ、対応する非露光光に対して９５％以上の反射率を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記基板保持部は前記基板を保持する基板チャックを備え、前記基板チャックに前記基板保持部マークが設けられている、ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の露光装置によって反射型原版上のパターンを基板上に露光転写する工程と、前記工程で前記パターンを露光転写された基板を現像する工程と、を有することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置合わせ方法、露光装置、および半導体デバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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ための焼き付け（リソグラフィ）方法として、紫外線を使用した縮小投影露光が行われてきた。
【０００３】
縮小投影露光で転写できる最小の寸法は転写に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数に反比例する。このため微細な回路パターンを転写するためには用いる光の短波長化が進められ、水銀ランプｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）と、用いられる紫外光の波長は短くなってきた。
【０００４】
しかし半導体素子は急速に微細化しており、紫外光を用いたリソグラフィでは限界がある。そこで０．１μｍを下回るような非常に微細な回路パターンを効率よく焼き付けるために、紫外線よりも更に波長が短い波長１０〜１５ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を用いた縮小投影露光装置が開発されている。
【０００５】
ＥＵＶ光領域では物質による吸収が非常に大きくなるので、可視光や紫外光で用いられるような光の屈折を利用したレンズ光学系は実用的ではなく、ＥＵＶ光を用いた露光装置では反射光学系が用いられる。この場合、原版としてのレチクルもミラーの上に吸収体によって転写すべきパターンを形成した反射型レチクルが用いられる。
【０００６】
ＥＵＶ光を用いた露光装置を構成する反射型光学素子としては、多層膜ミラーと斜入射全反射ミラーとがある。ＥＵＶ領域では、屈折率の実部は１より僅かに小さいので、面にすれすれにＥＵＶ光を入射する斜入射で用いれば全反射が起きる。通常、面から測って数度以内の斜入射では、数十％以上の高い反射率が得られる。しかし光学設計上の自由度が小さく、全反射ミラーを投影光学系に用いることは難しい。
【０００７】
直入射に近い入射角で用いるＥＵＶ光用のミラーとしては、光学定数の異なる２種類の物質を交互に積層した多層膜ミラーが用いられる。例えば、精密な面形状に研磨されたガラス基板の表面にモリブデンとシリコンを交互に積層する。その層の厚さは、例えばモリブデン層の厚さは０．２ｎｍ、シリコン層の厚さは０．５ｎｍ程度、積層数は２０層対程度である。２種類の物質の層の厚さを加えたものを膜周期と呼ぶ。上記例では膜周期は０．２ｎｍ＋０．５ｎｍ＝０．７ｎｍである。
【０００８】
このような多層膜ミラーにＥＵＶ光を入射すると、特定の波長のＥＵＶ光が反射される。入射角をθ、ＥＵＶ光の波長をλ、膜周期をｄとすると、近似的にはブラッグの式
２×ｄ×ｓｉｎθ＝λ
の関係を満足するようなλを中心とした狭いバンド幅のＥＵＶ光だけが効率よく反射される。このときのバンド幅は０．６〜１ｎｍ程度である。
【０００９】
反射されるＥＵＶ光の反射率は最大でも０．７程度であり、反射されなかったＥＵＶ光は多層膜中あるいは基板中で吸収され、そのエネルギの大部分が熱になる。
【００１０】
多層膜ミラーは可視光のミラーに比べて光の損失が大きいので、ミラーの枚数は最小限に抑えることが必要である。少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いて、レチクルとウエハを同時に走査して広い面積を転写する方法（スキャン露光）が行われる。
【００１１】
図６に従来例としてＥＵＶ光を用いた縮小投影露光装置の概略図を示す。この露光装置は、ＥＵＶ光源５０、照明光学系６０、反射型レチクル８１、投影光学系７０、レチクルステージ８０、ウエハステージ８５、オフアクシス（Offaxis ）アライメント光学系（検出機構）９０、及び真空系などで構成される。
【００１２】
ＥＵＶ光源５０は、例えば、レーザプラズマ光源が用いられる。これは、ターゲット供給装置５１から供給され真空容器５２中に置かれたターゲット材に、高強度のパルスレーザ５３からの光を集光レンズ５４で集光して照射し、高温のプラズマ５５を発生させ、これから放射される例えば波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材としては、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等の手段で真空容器５２内に供給される。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザ５３の繰り返し周波数は、高い方が良く、通常、数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。
【００１３】
照明光学系６０は、複数の多層膜または斜入射の第１〜第３ミラー６１〜６３とオプティカルインテグレータ６４、等から構成される。初段の第１集光ミラー６１はレーザプラズマ５３からほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集める役割を果たす。オプティカルインテグレータ６４はマスクを均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。また、レチクル８１と共役な照明光学系６０の位置にはレチクル面で照明される領域を円弧状に限定するためのアパーチャ６５が設けられる。
【００１４】
投影光学系７０は、複数のミラー７１〜７４を用いている。ミラー枚数は少ない方がＥＵＶ光の利用効率が高いが、収差補正が難しくなる。収差補正に必要なミラー枚数は４枚から６枚程度である。ミラーの反射面の形状は凸面または凹面の球面または非球面である。開口数ＮＡは０．１〜０．３程度である。
【００１５】
ミラーは、低膨張率ガラスやシリコンカーバイド等の剛性及び硬度が高く、熱膨張率が小さい材料からなる基板を、研削・研磨して所定の反射面形状を創生した後、反射面にモリブデン／シリコンなどの多層膜を成膜したものである。ミラー面内の場所によって入射角が一定でない場合、前述のブラッグの式から明らかなように、膜周期一定の多層膜では場所によって反射率が高くなるＥＵＶ光の波長がずれてしまう。そこでミラー面内で同一の波長のＥＵＶ光が効率よく反射されるように膜周期分布を持たせることが必要である。
【００１６】
レチクルステージ８０とウエハステージ８５は縮小倍率に比例した速度比で同期して走査する機構をもつ。ここでレチクル８１又はウエハ８６の面内で走査方向をＸ、それに垂直な方向をＹ、レチクル８１又はウエハ８６の面に垂直な方向をＺとする。
【００１７】
レチクル８１は、レチクルステージ８０上のレチクルチャック８２に保持される。レチクルステージ８０はＸ方向に高速移動する機構をもつ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及び各軸の回りの回転方向に微動機構をもち、レチクル８１の位置決めができるようになっている。レチクルステージ８０の位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基いて、位置と姿勢が制御される。
【００１８】
ウエハ８６はウエハチャック８８によってウエハステージ８５に保持される。ウエハステージ８５はレチクルステージ８０と同様にＸ方向に高速移動する機構をもつ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及び各軸の回りの回転方向に微動機構をもち、ウエハ位置決めができるようになっている。ウエハステージ８５の位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基いて、位置と姿勢が制御される。
【００１９】
アライメント検出機構９０は、例えばＡｒＦ露光装置と同様に、オフアクシス方式の明視野照明の画像処理検出系によって行われ、所定のベースライン量を持ちながらウエハアライメントを行うものが考えられる。
【００２０】
また、フォーカス位置検出機構９１によってウエハ面でＺ方向のフォーカス位置が計測され、ウエハステージ８５の位置及び角度を制御することによって、露光中は常時ウエハ面を投影光学系７０による結像位置に保つ。
【００２１】
ウエハ８６上で１回のスキャン露光が終わると、ウエハステージ８５はＸ、Ｙ方向にステップ移動して次の走査露光開始位置に移動し、再びレチクルステージ８０及びウエハステージ８５が投影光学系７０の縮小倍率に比例した速度比でＸ方向に同期走査する。
【００２２】
このようにして、レチクル８１の縮小投影像がウエハ８６上に結像した状態でそれらを同期走査するという動作が繰り返される（ステップ・アンド・スキャン）。こうして、ウエハ８６全面にレチクル８１の転写パターンが転写される。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
アライメント検出機構として、ＡｒＦ露光装置と同様にオフアクシス方式の明視野照明の画像処理検出系を挙げたが、より微細化の要求に従って、より高精度なアライメントが必要となる。その為ベースラインの安定性もＡｒＦ露光装置以上に必要となる。
【００２４】
しかしながら、このベースラインを自動計測できる計測システム、特にレチクルとウエハ又はそれに相当するものを計測できる手段が、ＥＵＶ露光装置においてはまだ具体的な提案が行われていないのが現状である。
【００２５】
提案が行われていないのは、レチクルとウエハの投影光学系を介した相対位置合わせ（以下、ＴＴＬ（Through The Lens）アライメントと呼ぶ）に以下のような問題点があったからである。
【００２６】
ＥＵＶ露光装置においてＴＴＬアライメントを行うとすると、そのアライメント信号光（例えば使用波長はＥＵＶでないので非露光光である）は、反射型レチクルを反射し、多層膜ミラー光学系を通り、ウエハ上のウエハアライメントマークを照射し、更にウエハアライメントマークからの反射光が再び多層膜ミラー光学系、反射型レチクルを通り、結像光学系と撮像素子からなるアライメント検出光学系でアライメント信号を検出する構成となる。
【００２７】
このように、非露光光による反射型レチクルと多層膜ミラーを介して行うＴＴＬアライメントを考えた場合、反射型レチクル、及び多層膜ミラーは、ＥＵＶ光で高反射率となるように最適化されているので、非露光光であるアライメント光に対しては充分な反射率が得られず、高精度なアライメントができない可能性が考えられる。
【００２８】
また、オフアクシス（Off axis）方式の為、ベースライン安定性が必要となり、それを達成する為に、機械的な剛性の高い材質や熱的に鈍感な材質の使用と、熱分布の超安定化等が必要となり装置コストを上げる要因となり、問題となっている。
【００２９】
本発明は、反射型原版と基板との高精度な位置合わせを可能にすることを目的としている。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の位置合わせ方法は、多層膜ミラー光学系を介して露光光としての極端紫外光で基板上に投影されるパターンを有し且つ反射部が多層膜で構成されている反射型原版と前記基板との位置合わせを行う位置合わせ方法において、
前記原版を保持して移動可能な原版保持部に設けられた原版保持部マークと、前記基板を保持して移動可能な基板保持部に設けられた基板保持部マークとの相対位置を、第１光学系を用いて、前記露光光とは波長の異なる非露光光で検出する第１位置検出工程と、
第２光学系を用いて、前記原版に設けられた原版アライメントマークと前記原版保持部マークとの相対位置を前記露光光とは波長の異なる非露光光で検出する第２位置検出工程と、
第３光学系を用いて、前記基板に設けられた基板アライメントマークと前記基板保持部マークとの相対位置を前記露光光とは波長の異なる非露光光で検出する第３位置検出工程と、を有し、
前記第１位置検出工程では、前記原版保持部マークと前記多層膜ミラー光学系と前記基板保持部マークとで反射した非露光光を前記第１光学系で検出することにより、前記原版保持部マークと前記基板保持部マークとの相対位置を検出し、
前記第２位置検出工程では、前記原版アライメントマークで反射した非露光光と前記原版保持部マークで反射した非露光光とを、前記第２光学系と前記原版保持部との間の相対移動を介して、前記第２光学系で順次検出することにより、前記原版アライメントマークと前記原版保持部マークとの相対位置を検出し、
前記第３位置検出工程では、前記基板アライメントマークで反射した非露光光と前記基板保持部マークで反射した非露光光とを、前記基板保持部の移動を介して、前記第３光学系で順次検出することにより、前記基板アライメントマークと前記基板保持部マークとの相対位置を検出し、
前記多層膜ミラー光学系を介さずに行う前記第２光学系での検出のための前記原版アライメントマークおよび前記原版保持部マークの順次の移動を伴う前記第２位置検出工程は、前記多層膜ミラー光学系を介して行う前記第１光学系での検出のための前記原版保持部マークの移動を伴う前記第１位置検出工程に対して予め行われ、
前記多層膜ミラー光学系を介さずに行う前記第３光学系での検出のための前記基板アライメントマークおよび前記基板保持部マークの順次の移動を伴う前記第３位置検出工程は、前記多層膜ミラー光学系を介して行う前記第１光学系での検出のための前記基板保持部マークの移動を伴う前記第１位置検出工程に対して予め行われ、
前記原版と前記基板との位置合わせは、前記第１位置検出工程で検出された前記原版保持部マークと前記基板保持部マークとの相対位置と、前記第２位置検出工程で検出された前記原版保持部マークと前記原版アライメントマークとの相対位置と、前記第３位置検出工程で検出された前記基板保持部マークと前記基板アライメントマークとの相対位置とに基づいて行う、ことを特徴とする位置合わせ方法である。
【００３１】
また、本発明の露光装置は、多層膜ミラー光学系を有し、前記多層膜ミラー光学系を介して、反射部が多層膜で構成されている反射型原版上のパターンを基板上に露光光としての極端紫外光で露光転写する露光装置において、
原版保持部マークを有し、前記原版を保持して移動可能な原版保持部と、
基板保持部マークを有し、前記基板を保持して移動可能な基板保持部と、
第１光学系を有し、前記原版保持部マークと前記基板保持部マークとの相対位置を、前記第１光学系を用いて、前記露光光とは波長の異なる非露光光で検出する第１位置検出ユニットと、
第２光学系を有し、前記原版に設けられた原版アライメントマークと前記原版保持部マークとの相対位置を、前記第２光学系を用いて、前記露光光とは波長の異なる非露光光で検出する第２位置検出ユニットと、
第３光学系を有し、前記基板に設けられた基板アライメントマークと前記基板保持部マークとの相対位置を、前記第３光学系を用いて、前記露光光とは波長の異なる非露光光で検出する第３位置検出ユニットと、を備え、
前記第１位置検出ユニットは、前記原版保持部マークと前記多層膜ミラー光学系と前記基板保持部マークとで反射した非露光光を前記第１光学系で検出することにより、前記原版保持部マークと前記基板保持部マークとの相対位置を検出し、
前記第２位置検出ユニットは、前記原版アライメントマークで反射した非露光光と前記原版保持部マークで反射した非露光光とを、前記第２光学系と前記原版保持部との間の相対移動を介して、前記第２光学系で順次検出することにより、前記原版アライメントマークと前記原版保持部マークとの相対位置を検出し、
前記第３位置検出ユニットは、前記基板アライメントマークで反射した非露光光と前記基板保持部マークで反射した非露光光とを、前記基板保持部の移動を介して、前記第３光学系で順次検出することにより、前記基板アライメントマークと前記基板保持部マークとの相対位置を検出し、
前記第１位置検出ユニットで検出された前記原版保持部マークと前記基板保持部マークとの相対位置と、前記第２位置検出ユニットで検出された前記原版保持部マークと前記原版アライメントマークとの相対位置と、前記第３位置検出ユニットで検出された前記基板保持部マークと前記基板アライメントマークとの相対位置とに基づいて、前記原版と前記基板との位置合わせを行う、ことを特徴とする露光装置である。
【００３２】
例えば、原版保持部マーク（レチクルステージ基準マーク）は、レチクルステージ上に構成し、アライメント光に対して反射率が９５％以上と十分高反射率なものとし、レチクルステージ基準マークとレチクルとの相対位置関係はレチクルステージの駆動精度により保証する。
【００３３】
例えば、基板保持部マーク（チャックマーク）は、ウエハステージ上にウエハを保持するチャック上に構成し、アライメント光に対して反射率が９５％以上と十分高反射率なものとし、チャックマークとウエハとの相対位置関係はウエハ露光の為の、または別のウエハステージの駆動精度により保証する。
【００３４】
例えば、基板保持部マーク（チャックマーク）をＴＴＬアライメント系で計測するので、ベースラインが存在しない高精度なアライメントが可能となる。
【００３５】
尚、ここで通常の投影露光装置においては、投影レンズを介してレチクルとウエハとのアライメントを行う方式をＴＴＬアライメントと呼んでいるが、ＥＵＶ露光装置では、投影光学系がレンズではなく多層膜ミラー光学系により構成されているので、ＴＴＬとは言い難い。しかし本明細書においては、説明の容易さの関係から、多層膜ミラー光学系を介してのアライメント方式のこともＴＴＬアライメントと定義している。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１〜図５は、本発明の実施形態に係る位置合わせ装置を含む半導体露光装置と、マークを計測している状態とを示す概略図である。
【００４４】
図１において、この露光装置は、第１の位置検出手段（第1の位置検出ユニット）を構成するアライメント検出光学系１及び照明光学系２を有し、原版としてのレチクル５を保持する原版保持部であるレチクルステージ４、多層膜ミラー光学系７、ウエハステージ１２、並びに第２の位置検出手段（第２の位置検出ユニット）を構成する撮像素子１６と結像光学系１７を含む検出光学系３０等を備えている。照明光学系２は、非露光光を発する光源２ａと集光レンズ２ｂから構成されている。照明光学系２からの照明光は、ハーフミラー１３とミラー１４を反射して、レチクルステージ４の上に配置されている原版保持部マークである反射型のアライメントマーク（以下、レチクルステージ基準マーク３と呼ぶ）を照明する。更にレチクルステージ基準マーク３を反射した照明光は、多層膜ミラー光学系７を通過し、基板としてのウエハ１０を保持するウエハチャック１１上の基板保持部マークであるチャックマーク８を照射する。
【００４５】
第1位置検出工程であるレチクルステージ基準マーク３とチャックマーク８の相対位置決め（相対位置関係の検出）は、照明光学系２によって照明されたレチクルステージ基準マーク３、チャックマーク８の画像を、結像レンズ１ａと撮像素子１ｂから構成されるアライメント検出光学系１（第１位置検出ユニット）によって検出し、各種画像処理検出方法により行う。即ち、第1位置検出は、レチクルステージ基準マーク３（原版）及びチャックマーク８（基板）に非露光光を照明し、当該原版及び基板からの反射光を第1位置検出ユニットが受光することによって行う。より具体的には、原版保持部マーク３，基板保持部マーク８，及び原版のパターンを基板上に投影する多層膜ミラー光学系７，で反射した非露光光を第1位置検出ユニットが検出することにより、原版保持部マーク３と基板保持部マーク８との相対位置を検出して行う。ここに、レチクルステージ基準マーク３は原版保持部マークであって、原版５を保持しつつ移動可能な原版保持部４に設けられ、非露光光に対して所定の反射特性を有している。またチャックマーク８は基板保持部マークであって、基板１０を保持しつつ移動可能な基板保持部１１に設けられ、非露光光に対して所定の反射特性を有している。
【００４６】
レチクルステージ基準マーク３とレチクルアライメントマーク６との相対位置関係は、図２及び図３において説明する方法（第２位置検出工程）によって相対位置関係を予め検出しておく。
【００４７】
チャックマーク８とウエハアライメントマーク９との相対位置関係は、図４及び図５において説明する方法（第３位置検出工程）によって相対位置関係を予め検出しておく。
このことで、レチクルステージ基準マーク３とチャックマーク８の相対位置決めを行えば、レチクル５とウエハ１０の相対位置合わせが行えることとなる。
【００４８】
まず、図２及び図３を使用してレチクルステージ基準マーク３とレチクルアライメントマーク６との相対位置関係を予め検出する方法について述べる。
図２は、レチクルステージ４上に配置されたレチクルステージ基準マーク３と、レチクル５上に配置されたレチクルアライメントマーク６の相対位置計測を行う方法（第２位置検出工程）を示す図であって、レチクル５上のレチクルアライメントマーク６を検出している状態を示すものである。これは、図１に比較してレチクルステージ４の駆動により、レチクル５及びレチクルステージ基準マーク３が移動して、検出系の撮像素子１６にレチクルアライメントマーク６の画像が受光されているところである。
【００４９】
図３も図２と同様に、レチクルステージ４上に配置されたレチクルステージ基準マーク３と、レチクル５上に配置されたレチクルアライメントマーク６の相対位置計測を行う方法（第２位置検出工程）を示す図であって、レチクルステージ４上のレチクルステージ基準マーク３を検出している状態を示すものである。図１及び図２に比較してレチクルステージ４の駆動が更に矢印方向に行われ、レチクル５及びレチクルステージ基準マーク３が更に移動して検出光学系３０の撮像素子１６にレチクルステージ基準マーク３の画像が受光されているところである。以上のように第２位置検出は、原版（レチクル５、レチクルステージ基準マーク３）に非露光光を照明し、当該原版からの反射光を第２位置検出ユニット３０が受光することによって行う。
【００５０】
この検出シーケンスの一例を説明すると、先ず、図２の状態となるように、レチクルステージ４が検出光学系３０の検出位置に移動する。そして、レチクルステージ４を移動させ、検出光学系３０により、レチクル５上のレチクルアライメントマーク６の位置を画像処理検出し、その時のレチクルステージ４の位置をレチクルステージ位置記憶装置２７により記憶する。次に、図３の状態となるようにレチクルステージ４が移動し、レチクルステージ基準マーク３の位置を、検出光学系３０により検出し、その時のレチクルステージ４の位置をレチクルステージ位置記憶装置２７により記憶する。検出光学系３０による各マークの検出時のレチクルステージ４の座標から、レチクルステージ基準マーク３とレチクルアライメントマーク６の相対位置を検出する。
【００５１】
検出光学系３０、光源１８、照明光学系１９、ハーフミラー２０は移動機構を備えていても良い。
また、レチクルステージ基準マーク３とレチクルアライメントマーク６の間の相対位置関係を検出する際、得られる画像のデフォーカス特性を検出する方法等により、二つのマーク間の高さ検出を行っても良い。
【００５２】
次に、基板保持部マークであるチャックマーク８とウエハアライメントマーク９との相対位置関係を検出する方法（第３位置検出工程）について、図４及び図５を使用して説明を行う。本方法は、本出願人により、特開昭６１−２６３１２７号として提案されている。
原版アライメントマーク６の位置は原版５に対して固定され、基板アライメントマーク９の位置は基板１０に対して固定されているので、原版（レチクル５）と基板（ウエハ１０）との相対位置は、前記第１位置検出工程で検出された原版保持部マーク３と基板保持部マーク８との相対位置，前記第２位置検出工程で検出された原版保持部マーク３と原版アライメントマーク６の相対位置及び前記第３位置検出工程で検出された基板保持部マーク８と基板アライメントマーク９の相対位置，から検出されることは明らかである。
【００５３】
この提案は、チャックマーク８とウエハアライメントマーク９との相対位置関係を、露光装置の露光の為のウエハステージ１２上にウエハ１０を載せる前に検出し、次に、チャックマーク８が載っているチャック１１でウエハ１０を保持したまま、チャック１１とウエハ１０を搬送し露光装置の露光の為のウエハステージ１２上に載せ、レチクル５上のレチクルアライメントマーク６とチャックマーク８との相対位置関係を検出し、前に検出しているチャックマーク８とウエハアライメントマーク９との相対位置関係の情報を基にウエハステージ１２を駆動して露光を行うものである。
【００５４】
この方法により、アライメント計測と露光が平行に行われ、アライメント検出系の構成上の束縛条件、多くの場合投影光学系がなくなり、色々なアライメント検出系を構成することが可能となり、多彩なウエハプロセスに対して安定した検出率と高精度が高スループットで実現可能となる。
【００５５】
また、露光装置でのレチクル５上のレチクルアライメントマーク６とチャックマーク８の関係を計測する検出系がオンアクシス（On axis ）ＴＴＬアライメント光学系なので、ベースラインと言うものも存在しなくなり計測精度悪化要因をなくすことが可能となる。
【００５６】
図４及び図５は、図１で示した本発明の実施形態に示すアライメント検出光学系１を含む半導体露光装置における、ウエハステージ１２上に配置されているチャック１１の上に構成しているチャックマーク８（基板保持部マーク８）とウエハ１０上に配置されているウエハアライメントマーク９の相対位置関係を検出する光学系（第３位置検出ユニット３１）で各マークを計測している状態を示す図である。
【００５７】
ここでは、第３の位置検出手段（第３位置検出ユニット）として、撮像素子２４と結像光学系２５で構成される検出光学系３１により、画像処理検出を行い、チャックマーク８とウエハアライメントマーク９の相対位置関係を検出する。即ち、第３位置検出は、基板（ウエハ１０、チャックマーク８）に非露光光を照明し、当該基板からの反射光を第３位置検出ユニット３１が受光することによって行う。
【００５８】
検出方法は、先ず、図４の状態に示すように、移動ステージ２６の上に設置された複数（不図示であって、一つのみ図示）のチャックマーク８の位置を、検出光学系３１により検出し、その時の移動ステージ２６の位置を移動ステージ位置記憶装置２９により記憶する。
【００５９】
次に、図５の状態に示すように、移動ステージ２６を移動させ、検出光学系３１により、ウエハ１０上の複数のショットの複数（不図示であって、一つのみ図示）のウエハアライメントマーク９の位置を画像処理検出し、その時の移動ステージ２６の位置を移動ステージ位置記憶装置２９により記憶する。
【００６０】
検出光学系３１による各マークの検出時の移動ステージ２６の位置座標から、チャックマーク８とウエハアライメントマーク９の相対位置を検出する。
【００６１】
これにより、レチクル５とウエハ１０の相対位置検出を行う際のウエハ１０側のアライメントマーク９は、チャックマーク８を用いて行えばよい。チャックマーク８はチャック１１上の任意の位置に配置が可能であること、及びチャックマーク８はアライメント光に対して高反射率が得られる基板を選択できる等の利点があり、設計の自由度が向上する。
【００６２】
また、チャックマーク８とウエハアライメントマーク９の相対位置関係を検出する際、得られる画像のデフォーカス特性を検出すること等により、二つのマーク間の高さ検出も行うことができる。
【００６３】
（半導体生産システムの実施形態）
次に、本発明に係る装置を用いた半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の生産システムの例を説明する。これは半導体製造工場に設置された製造装置のトラブル対応や定期メンテナンス、あるいはソフトウェア提供などの保守サービスを、製造工場外のコンピュータネットワークを利用して行うものである。
【００６４】
図７は全体システムをある角度から切り出して表現したものである。図中、１０１は半導体デバイスの製造装置を提供するベンダ（装置供給メーカ）の事業所である。製造装置の実例としては、半導体製造工場で使用する各種プロセス用の半導体製造装置、例えば、前工程用機器（露光装置、レジスト処理装置、エッチング装置等のリソグラフィ装置、熱処理装置、成膜装置、平坦化装置等）や後工程用機器（組立て装置、検査装置等）を想定している。事業所１０１内には、製造装置の保守データベースを提供するホスト管理システム１０８、複数の操作端末コンピュータ１１０、これらを結んでイントラネット等を構築するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１０９を備える。ホスト管理システム１０８は、ＬＡＮ１０９を事業所の外部ネットワークであるインターネット１０５に接続するためのゲートウェイと、外部からのアクセスを制限するセキュリティ機能を備える。
【００６５】
一方、１０２〜１０４は、製造装置のユーザとしての半導体製造メーカの製造工場である。製造工場１０２〜１０４は、互いに異なるメーカに属する工場であっても良いし、同一のメーカに属する工場（例えば、前工程用の工場、後工程用の工場等）であっても良い。各工場１０２〜１０４内には、夫々、複数の製造装置１０６と、それらを結んでイントラネット等を構築するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１１１と、各製造装置１０６の稼動状況を監視する監視装置としてホスト管理システム１０７とが設けられている。各工場１０２〜１０４に設けられたホスト管理システム１０７は、各工場内のＬＡＮ１１１を工場の外部ネットワークであるインターネット１０５に接続するためのゲートウェイを備える。これにより各工場のＬＡＮ１１１からインターネット１０５を介してベンダ１０１側のホスト管理システム１０８にアクセスが可能となり、ホスト管理システム１０８のセキュリティ機能によって限られたユーザだけにアクセスが許可となっている。具体的には、インターネット１０５を介して、各製造装置１０６の稼動状況を示すステータス情報（例えば、トラブルが発生した製造装置の症状）を工場側からベンダ側に通知する他、その通知に対応する応答情報（例えば、トラブルに対する対処方法を指示する情報、対処用のソフトウェアやデータ）や、最新のソフトウェア、ヘルプ情報などの保守情報をベンダ側から受け取ることができる。各工場１０２〜１０４とベンダ１０１との間のデータ通信および各工場内のＬＡＮ１１１でのデータ通信には、インターネットで一般的に使用されている通信プロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）が使用される。なお、工場外の外部ネットワークとしてインターネットを利用する代わりに、第三者からのアクセスができずにセキュリティの高い専用線ネットワーク（ＩＳＤＮなど）を利用することもできる。また、ホスト管理システムはベンダが提供するものに限らずユーザがデータベースを構築して外部ネットワーク上に置き、ユーザの複数の工場から該データベースへのアクセスを許可するようにしてもよい。
【００６６】
さて、図８は本実施形態の全体システムを図７とは別の角度から切り出して表現した概念図である。先の例ではそれぞれが製造装置を備えた複数のユーザ工場と、該製造装置のベンダの管理システムとを外部ネットワークで接続して、該外部ネットワークを介して各工場の生産管理や少なくとも１台の製造装置の情報をデータ通信するものであった。これに対し本例は、複数のベンダの製造装置を備えた工場と、該複数の製造装置のそれぞれのベンダの管理システムとを工場外の外部ネットワークで接続して、各製造装置の保守情報をデータ通信するものである。図中、２０１は製造装置ユーザ（半導体デバイス製造メーカ）の製造工場であり、工場の製造ラインには各種プロセスを行う製造装置、ここでは例として露光装置２０２、レジスト処理装置２０３、成膜処理装置２０４が導入されている。なお図８では製造工場２０１は１つだけ描いているが、実際は複数の工場が同様にネットワーク化されている。工場内の各装置はＬＡＮ２０６で接続されてイントラネットを構成し、ホスト管理システム２０５で製造ラインの稼動管理がされている。
【００６７】
一方、露光装置メーカ２１０、レジスト処理装置メーカ２２０、成膜装置メーカ２３０などベンダ（装置供給メーカ）の各事業所には、それぞれ供給した機器の遠隔保守を行うためのホスト管理システム２１１，２２１，２３１を備え、これらは上述したように保守データベースと外部ネットワークのゲートウェイを備える。ユーザの製造工場内の各装置を管理するホスト管理システム２０５と、各装置のベンダの管理システム２１１，２２１，２３１とは、外部ネットワーク２００であるインターネットもしくは専用線ネットワークによって接続されている。このシステムにおいて、製造ラインの一連の製造機器の中のどれかにトラブルが起きると、製造ラインの稼動が休止してしまうが、トラブルが起きた機器のベンダからインターネット２００を介した遠隔保守を受けることで迅速な対応が可能であり、製造ラインの休止を最小限に抑えることができる。
【００６８】
半導体製造工場に設置された各製造装置はそれぞれ、ディスプレイと、ネットワークインタフェースと、記憶装置にストアされたネットワークアクセス用ソフトウェアならびに装置動作用のソフトウェアを実行するコンピュータを備える。記憶装置としては内蔵メモリやハードディスク、あるいはネットワークファイルサーバーなどである。上記ネットワークアクセス用ソフトウェアは、専用又は汎用のウェブブラウザを含み、例えば図９に一例を示す様な画面のユーザインタフェースをディスプレイ上に提供する。各工場で製造装置を管理するオペレータは、画面を参照しながら、製造装置の機種４０１、シリアルナンバー４０２、トラブルの件名４０３、発生日４０４、緊急度４０５、症状４０６、対処法４０７、経過４０８等の情報を画面上の入力項目に入力する。入力された情報はインターネットを介して保守データベースに送信され、その結果の適切な保守情報が保守データベースから返信されディスプレイ上に提示される。またウェブブラウザが提供するユーザインタフェースはさらに図示のごとくハイパーリンク機能４１０〜４１２を実現し、オペレータは各項目の更に詳細な情報にアクセスしたり、ベンダが提供するソフトウェアライブラリから製造装置に使用する最新バージョンのソフトウェアを引出したり、工場のオペレータの参考に供する操作ガイド（ヘルプ情報）を引出したりすることができる。ここで、保守データベースが提供する保守情報には、上記説明した本発明に関する情報も含まれ、また前記ソフトウェアライブラリは本発明を実現するための最新のソフトウェアも提供する。
【００６９】
次に上記説明した生産システムを利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１０は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体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。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエ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）等の組立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。前工程と後工程はそれぞれ専用の別の工場で行い、これらの工場毎に上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされる。また前工程工場と後工程工場との間でも、インターネットまたは専用線ネットワークを介して生産管理や装置保守のための情報がデータ通信される。
【００７０】
図１１は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。各工程で使用する製造機器は上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされているので、トラブルを未然に防ぐと共に、もしトラブルが発生しても迅速な復旧が可能であり、従来に比べて半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、反射型原版と基板との高精度な位置合わせが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る位置検出装置を示す構成図である。
【図２】  本発明の実施形態で、レチクル上のレチクルアライメントマークを計測している状態を示す図である。
【図３】  本発明の実施形態で、レチクルステージ上のレチクルステージ基準マークを計測している状態を示す図である。
【図４】  本発明の実施形態で、ウエハステージ上にあるウエハチャック上のチャックマークを計測している状態を示す図である。
【図５】  本発明の実施形態で、ウエハ上にあるウエハアライメントマークを計測している状態を示す図である。
【図６】  従来例を示す図である。
【図７】  本発明に係る装置を用いた半導体デバイスの生産システムをある角度から見た概念図である。
【図８】  本発明に係る装置を用いた半導体デバイスの生産システムを別の角度から見た概念図である。
【図９】  ユーザインタフェースの具体例である。
【図１０】  デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。
【図１１】  ウエハプロセスを説明する図である。
【符号の説明】
１：アライメント検出光学系、２：照明光学系、３：レチクルステージ基準マーク、４：レチクルステージ、５：レチクル（原版）、６：レチクルアライメントマーク、７：多層膜ミラー光学系、８：チャックマーク、９：ウエハアライメントマーク、１０：ウエハ（基板）、１１：ウエハチャック、１２：ウエハステージ、１３，２０，２３：ハーフミラー、１４：ミラー、１６，２４：撮像素子、１７，２５：結像光学系、１８，２１：光源、１９，２２：照明光学系、２６：移動ステージ、２７：レチクルステージ位置記憶装置、２８：ウエハステージ位置記憶装置、２９：移動ステージ位置記憶装置、３０，３１：検出光学系、１０１：ベンダの事業所、１０２，１０３，１０４：製造工場、１０５：インターネット、１０６：製造装置、１０７：工場のホスト管理システム、１０８：ベンダ側のホスト管理システム、１０９：ベンダ側のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、１１０：操作端末コンピュータ、１１１：工場のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、２００：外部ネットワーク、２０１：製造装置ユーザの製造工場、２０２：露光装置、２０３：レジスト処理装置、２０４：成膜処理装置、２０５：工場のホスト管理システム、２０６：工場のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、２１０：露光装置メーカ、２１１：露光装置メーカの事業所のホスト管理システム、２２０：レジスト処理装置メーカ、２２１：レジスト処理装置メーカの事業所のホスト管理システム、２３０：成膜装置メーカ、２３１：成膜装置メーカの事業所のホスト管理システム、４０１：製造装置の機種、４０２：シリアルナンバー、４０３：トラブルの件名、４０４：発生日、４０５：緊急度、４０６：症状、４０７：対処法、４０８：経過、４１０，４１１，４１２：ハイパーリンク機能。
【図１】
0004803901.tif 000002
【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】
0004803901.tif 000008
【図８】
0004803901.tif 000009
【図９】
0004803901.tif 000010
【図１０】
0004803901.tif 000011
【図１１】
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