(57)【要約】【課題】  レジストが塗布されたウエハを露光する露光装置において、焦点位置決定精度の向上を目的とする。また、露光装置の製造コスト及びランニングコストの低減を目的とする。【解決手段】  レジストを感光させる波長の光とレジストを感光させない波長の光とを含む露光光Ａを入射しレジストを感光させる波長の光を遮光し、レジストを感光させない波長の光のみを透過する遮光フィルター１と、前記遮光フィルターが透過したレジストを感光させない波長の光を入射し、入射した前記光をレジストが塗布されたウエハ６に出射して反射させる投影レンズ３と、前記投影レンズ３が前記ウエハ６に出射して反射させた前記光を入射して感知するセンサー４と、前記センサー４が感知した前記光の感知結果を用いて前記ウエハ６の垂直位置を測定する測定部１５とを備えた。【選択図】        図１
2005085918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光剤を感光させる第１の光と感光剤を感光させない第２の光とを含む露光光を発振する露光光源と、
前記露光光源が発振した露光光を入射し第１の光を遮光し第２の光を透過する遮光フィルターと、
前記露光光源が発振した露光光のうち前記遮光フィルターに入射しない露光光を入射して透過させるデバイスパターンを有し、前記遮光フィルターを透過した第２の光を入射して透過させるレチクルと、
前記レチクルを透過した第２の光を入射し、入射した第２の光を出射して感光剤が塗布されたウエハに反射させるとともに、前記レチクルの前記デバイスパターンに入射して透過された前記露光光を入射し前記デバイスパターンを前記感光剤が塗布された前記ウエハに投影する投影光学系と、
前記投影光学系が前記ウエハに出射して反射させた第２の光を入射して感知するセンサーと、
前記センサーが感知した第２の光の感知結果を用いて、前記ウエハの位置を測定する測定部と
を備えたことを特徴とするウエハ位置測定装置。
【請求項２】
感光剤を感光させる第１の光と感光剤を感光させない第２の光とを含む露光光を入射し第１の光を遮光し第２の光を透過する遮光フィルターと、
前記遮光フィルターを透過した第２の光を入射して透過させる所定のパターンを有する透過パターン部と、
前記透過パターン部の有する前記所定のパターンを透過した第２の光を入射し、入射した第２の光を出射して感光剤が塗布されたウエハに反射させる光学系と、
前記光学系が前記ウエハに出射して反射させた第２の光を入射して感知するセンサーと、
前記センサーが感知した第２の光の感知結果を用いて、前記ウエハの位置を測定する測定部と
を備えたことを特徴とするウエハ位置測定装置。
【請求項３】
前記ウエハ位置測定装置は、さらに、
前記遮光フィルターと前記光学系との間に、前記ウエハに転写するデバイスパターンを有するレチクルを備え、
前記透過パターン部は、
前記レチクルに形成されたことを特徴とする請求項２記載のウエハ位置測定装置。
【請求項４】
前記遮光フィルターは、
開いた場合に露光光を通過させる開閉自在なスリットを形成し、
前記光学系は、
前記スリットが開いた場合に前記スリットを通過した露光光により前記レチクルの有する前記デバイスパターンを前記ウエハの前記感光剤に投影する投影光学系であることを特徴とする請求項３記載のウエハ位置測定装置。
【請求項５】
感光剤を感光させる第１の光と感光剤を感光させない第２の光とを含む露光光を入射して透過させる所定のパターンを有する透過パターン部と、
前記透過パターン部の有する前記所定のパターンを透過した露光光を入射し第1の光を遮光し第２の光を透過する遮光フィルターと、
前記遮光フィルターを透過した第２の光を入射し、入射した第２の光を出射して感光剤が塗布されたウエハに反射させる光学系と、
前記光学系が前記ウエハに出射して反射させた第２の光を入射して感知するセンサーと、
前記センサーが感知した第２の光の感知結果を用いて、前記ウエハの位置を測定する測定部と
を備えたことを特徴とするウエハ位置測定装置。
【請求項６】
感光剤を感光させる第１の光と感光剤を感光させない第２の光とを含む露光光を入射して透過させる所定のパターンを有する透過パターン部と、
前記透過パターン部の有する前記所定のパターンを透過した露光光を入射して透過させる光学系と、
前記光学系を透過した露光光を入射して第１の光を遮光し、第２の光を透過させて感光剤が塗布されたウエハに出射する遮光フィルターと、
前記遮光フィルターから出射して前記ウエハで反射した第２の光を入射して感知するセンサーと、
前記センサーが感知した第２の光の感知結果を用いて、前記ウエハの位置を測定する測定部と
を備えたことを特徴とするウエハ位置測定装置。
【請求項７】
感光剤を感光させる第１の光と感光剤を感光させない第２の光とを含む露光光を露光光源から発振させる第１の工程と、
前記第１の工程により発振された露光光を入射し第１の光を遮光し第２の光を透過させる第２の工程と、
前記露光光源により発振された露光光のうち前記第２の工程に入射しない露光光を入射して透過させるデバイスパターンを有するレチクルに、前記第２の工程により透過された第２の光を入射し透過させる第３の工程と、
前記レチクルの前記デバイスパターンに入射して透過された前記露光光を入射し前記デバイスパターンを感光剤が塗布されたウエハに投影する投影光学系に、前記レチクルを透過させた第２の光を入射し、入射した第２の光を出射して前記感光剤が塗布された前記ウエハに反射させる第４の工程と、
前記ウエハに出射して反射させた第２の光を入射して感知する第５の工程と、
感知した第２の光の感知結果を用いて、前記ウエハの位置を測定する第６の工程とを備えたことを特徴とするウエハ位置測定方法。
【請求項８】
所定のデバイスパターンを有し、前記デバイスパターンに露光光を透過させて感光剤が塗布されたウエハに前記デバイスパターンを転写するために使用するレチクルにおいて、
感光剤を感光させる第１の光と感光剤を感光させない第２の光とを含む露光光のうち第２の光を入射して透過する透過パターンを備えたことを特徴とするレチクル。
【請求項９】
所定のデバイスパターンを転写するためにウエハに塗布された感光剤を感光させる第１の光と感光剤を感光させない第２の光とを含む露光光を入射し第１の光を遮光して第２の光を透過することを特徴とする遮光フィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に係り、特に、半導体装置を製造するための露光装置、並びに、露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィ工程において、露光機を用いてレジストが塗布されたウエハ６上にパターンを転写する際、従来は、露光光源以外の光源、例えば、６００〜９００ｎｍの波長幅の広いハロゲンランプ７を用いてウエハ６の垂直位置を測定し、焦点位置を決定していた。図１０は、従来の焦点位置決定方法の一例を示す概略の図である。２は照明光学系、３は投影レンズ、４はセンサー、６はウエハ、７はハロゲンランプ、８は振動子、９０はレチクルを示す。レチクル９０は、ウエハ６上に転写するパターン９２が、透明ガラス基板９３の表面に設けられている。また、Ｅはハロゲンランプ７から出射された光の光路を示す。ハロゲンランプ７から照射された光Ｅは、レジストが塗布されたウエハ６に鋭角に入射し、反射して振動子８に入射し、振動子８を反射した光Ｅはセンサー４に入射する。なお、振動子８は、単なるミラーであってもよい。この際、振動子８は振動している。センサー４の信号出力を測定することによりウエハ６の垂直位置を測定する。
【０００３】
また、この方法をウエハ６面上の３点以上にて実施することにより、ウエハ６の傾斜も測定することができる。また、レジストが塗布されたウエハ６上に、ある範囲を持った光束、例えば、直径５ｍｍの光束を入射させ、この反射光をレンズで集光し、光の入射位置を読み取ることのできるセンサー４に入射させることでも、ウエハ６の傾斜を測定することができる。
【０００４】
以上のように、現行のＫｒＦエキシマレーザや、ＡｒＦエキシマレーザを光源とした露光装置においては、投影レンズを介さない光を用いてウエハの垂直位置を測定し、ウエハの垂直位置を露光における焦点位置に調整する、或いは、ウエハの傾斜を調整するという方法を取っている。この方法では、焦点位置決定精度に限界がある。実際、現在開発が進んでいるＦ2（フッ素）レーザを用いたリソグラフィでは６５ｎｍ以下という微細パターンの形成のために、これまで以上の厳しい焦点位置決定精度が必要になるという課題がある。また、露光光源以外の光源が必要となるため露光装置自体のコストが高くなるとともに、光源の交換が必要となるため露光装置のランニングコストが高価になり、コスト削減という課題もある。
【０００５】
例えば、特開平１０−２０９０１１（特許文献１）では、オフセット取りを迅速に行うための技術が開示されており、光学式垂直位置検出手段（オートフォーカス装置）が使用されている。しかし、従来の斜入射投光方式の光学式垂直位置検出手段を使用しているに止まり、上記課題を解決する技術は開示されてはいない。
【特許文献１】特開平１０−２０９０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、焦点位置決定精度の向上を目的とする。また、露光装置の製造コスト及びランニングコストの低減を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のウエハ位置測定装置は、
感光剤を感光させる第１の光と感光剤を感光させない第２の光とを含む露光光を発振する露光光源と、
前記露光光源が発振した露光光を入射し第１の光を遮光し第２の光を透過する遮光フィルターと、
前記露光光源が発振した露光光のうち前記遮光フィルターに入射しない露光光を入射して透過させるデバイスパターンを有し、前記遮光フィルターを透過した第２の光を入射して透過させるレチクルと、
前記レチクルを透過した第２の光を入射し、入射した第２の光を出射して感光剤が塗布されたウエハに反射させるとともに、前記レチクルの前記デバイスパターンに入射して透過された前記露光光を入射し前記デバイスパターンを前記感光剤が塗布された前記ウエハに投影する投影光学系と、
前記投影光学系が前記ウエハに出射して反射させた第２の光を入射して感知するセンサーと、
前記センサーが感知した第２の光の感知結果を用いて、前記ウエハの位置を測定する測定部と
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明のウエハ位置測定装置は、
感光剤を感光させる第１の光と感光剤を感光させない第２の光とを含む露光光を入射し第１の光を遮光し第２の光を透過する遮光フィルターと、
前記遮光フィルターを透過した第２の光を入射して透過させる所定のパターンを有する透過パターン部と、
前記透過パターン部の有する前記所定のパターンを透過した第２の光を入射し、入射した第２の光を出射して感光剤が塗布されたウエハに反射させる光学系と、
前記光学系が前記ウエハに出射して反射させた第２の光を入射して感知するセンサーと、
前記センサーが感知した第２の光の感知結果を用いて、前記ウエハの位置を測定する測定部と
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記ウエハ位置測定装置は、さらに、
前記遮光フィルターと前記光学系との間に、前記ウエハに転写するデバイスパターンを有するレチクルを備え、
前記透過パターン部は、
前記レチクルに形成されたことを特徴とする。
【００１０】
前記遮光フィルターは、
開いた場合に露光光を通過させる開閉自在なスリットを形成し、
前記光学系は、
前記スリットが開いた場合に前記スリットを通過した露光光により前記レチクルの有する前記デバイスパターンを前記ウエハの前記感光剤に投影する投影光学系であることを特徴とする。
【００１１】
前記ウエハ位置測定装置は、さらに、
前記測定部が測定した前記ウエハの位置に基づいて、前記ウエハの位置を制御する位置制御部を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明のウエハ位置測定方法は、
感光剤を感光させる第１の光と感光剤を感光させない第２の光とを含む露光光を露光光源から発振させる第１の工程と、
前記第１の工程により発振された露光光を入射し第１の光を遮光し第２の光を透過させる第２の工程と、
前記露光光源により発振された露光光のうち前記第２の工程に入射しない露光光を入射して透過させるデバイスパターンを有するレチクルに、前記第２の工程により透過された第２の光を入射し透過させる第３の工程と、
前記レチクルの前記デバイスパターンに入射して透過された前記露光光を入射し前記デバイスパターンを感光剤が塗布されたウエハに投影する投影光学系に、前記レチクルを透過させた第２の光を入射し、入射した第２の光を出射して前記感光剤が塗布された前記ウエハに反射させる第４の工程と、
前記ウエハに出射して反射させた第２の光を入射して感知する第５の工程と、
感知した第２の光の感知結果を用いて、前記ウエハの位置を測定する第６の工程とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
前記ウエハ位置測定方法は、
前記ウエハを露光する際に実行されることを特徴とする。
【００１４】
前記ウエハ位置測定方法は、
前記ウエハを用いた半導体装置を製造するために実行されることを特徴とする。
【００１５】
本発明のレチクルは、
所定のデバイスパターンを有し、前記デバイスパターンに露光光を透過させて感光剤が塗布されたウエハに前記デバイスパターンを転写するために使用するレチクルにおいて、
感光剤を感光させる第１の光と感光剤を感光させない第２の光とを含む露光光のうち第２の光を入射して透過する透過パターンを備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の遮光フィルターは、
所定のデバイスパターンを転写するためにウエハに塗布された感光剤を感光させる第１の光と感光剤を感光させない第２の光とを含む露光光を入射し第１の光を遮光して第２の光を透過することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、投影レンズを介した光によってウエハの垂直位置の測定が可能になり、高い焦点精度を持つ露光装置を提供できる。また、従来のフォーカス測定装置の光源（例えばハロゲンランプ）を露光機から削除することができるので、露光装置自体のコスト及び光源交換のコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
以下、図１〜図３を参照して本発明の実施の形態１について説明する。図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略し、ないし、省略する。これは、実施の形態２についても同様とする。なお、本発明は、下記実施の形態１、実施の形態２に制限されるものではない。
【００１９】
実施の形態１は、露光光に含まれるレジスト（感光剤）を感光させない光を用いて、レジストが塗布されたウエハ６の垂直位置を測定し、投影レンズ３の焦点位置にウエハ６の垂直位置を制御し調整するウエハ位置測定装置を備えたＦ2レーザ露光装置の実施態様である。すなわち、「レジストを感光させる光」と同様の光路を通った光（前記レジストを感光させない光）を用いて、ウエハの垂直位置を測定することを特徴とする。「レジストを感光させる光」と同様の光路を通った光（前記レジストを感光させない光）を用いることにより、レジストを感光させる光の焦点と、測定光である「レジストを感光させない光」とのオフセットを一定にして、測定精度を向上させることが目的である。なお、「垂直位置」の意味については後述する。
【００２０】
図１は、ウエハ位置測定装置を備えたＦ2レーザ露光装置の構成の概略を示す。図１の露光装置は、Ｆ2レーザ２０（露光光源）を有する。また、Ｆ2レーザ２０の発振する露光光のうちレジストが感光する波長光を遮断し、レジストが感光しない波長の光のみ選択的に透過する遮光フィルター１が設置されている。２は照明光学系、３は投影レンズ（投影光学系）、４はセンサー、５は集光レンズ、６はレジストが塗布されたウエハ、９０はレチクルを示す。レチクル９０は、焦点測定用パターン９１（透過パターン部）と、ウエハ６上に転写する転写パターン９２（デバイスパターン）とが、透明ガラス基板９３の表面に設けられている。また、１５はセンサー４が感知した光に基づいてウエハ６の垂直位置を測定する測定部である。１６は、測定部１５が測定したウエハ６の垂直位置に基づいて、ウエハ６の位置を制御し調整する位置制御部である。１７、１８、１９は、位置制御部１６により制御されるロッドである。ロッド１７、１８、１９は直線上に並ばないように配置されており、位置制御部１６により垂直方向に伸縮の制御がされる。これにより、ウエハ６の垂直方向の制御、あるいは、後述する露光光（レジストを感光させる波長の光）に対する傾斜（垂直性）の制御が可能となる。また、図１において、Ａはレジストが感光する波長の光を含む露光光、Ｂはレジストが感光する波長の光が除去された露光光を示す。
【００２１】
図１において、ウエハ位置測定装置は、Ｆ2レーザ２０、遮光フィルター１、焦点測定用パターン９１を有するレチクル９０、投影レンズ３、集光レンズ５、センサー４、測定部１５、及びロッド１７〜ロッド１９を有する位置制御部１６から構成される。
【００２２】
図２は、実施の形態１に係るウエハ位置測定装置によりウエハ６の位置を測定するフローを示す。図２を用いてウエハ６の垂直位置を測定する動作について説明する。
【００２３】
Ｓ１０１において、Ｆ2レーザ２０が発振した光のうち、遮光フィルター１はレジストを感光させる波長１５７．６ｎｍの光（第1の光）を遮光しレジストを感光させない光（第２の光）のみを透過する。すなわち、Ｆ2レーザ２０は、レジストを感光させる波長１５７．６ｎｍの光を約９５％発振していると同時に、波長６２４．０ｎｍ，６３４．７ｎｍ，６４１．４ｎｍの可視光及び７３９．９ｎｍ，７５５．３ｎｍの赤外光を発振している。これらの可視光及び赤外光をレジストに照射してもレジストは感光しない。つまり、Ａの光はレジストを感光させる波長１５７．６ｎｍの光が除去されていないレジストを感光する光（以後、露光光Ａという）であり、Ｂの光はレジストを感光させる波長１５７．６ｎｍの光が除去されたレジストを感光しない光（以後、除去光Ｂという）である。なお、遮光フィルター１の材料は、通常の石英硝子、あるいは酸素、または空気を満たした雰囲気、あるいは水を満たした透明の容器など、波長１５７．６ｎｍの光を完全に遮光し、かつ赤外線、あるいは赤色の可視光を十分に透過し、かつＦ2レーザ２０の発振する露光光Ａに対して十分に耐久性をもつ材料である。
【００２４】
Ｓ１０２において、レチクル９０の焦点測定用パターン９１は、除去光Ｂを入射して透過する。すなわち、遮光フィルター１により１５７．６ｎｍの波長の光が除去された除去光Ｂは、照明光学系２を介してレチクル９０の焦点測定用パターン９１に入射し透過する。
【００２５】
Ｓ１０３において、投影レンズ３は焦点測定用パターン９１が透過した除去光Ｂを入射し、レジストが塗布されたウエハ６に出射して反射させる。なお、図１において除去光Ｂを反射させる位置は、当然にウエハ６の露光範囲内である。また、除去光Ｂの反射の状況は、ウエハ６におけるショット内の様子を示す概略である。
【００２６】
Ｓ１０４において、センサー４は、集光レンズ５を介して、投影レンズ３がウエハ６で反射させた除去光Ｂを入射し感知する。
【００２７】
Ｓ１０５において、測定部１５は、センサー４の感知した感知結果を用いてウエハ６の位置を測定する。すなわち、測定部１５は入射した除去光Ｂの強度、あるいは入射位置の感知結果を用いて、ウエハ６の露光光Ａに対する垂直位置を算出し測定する。ここに「垂直位置」とは、露光光の光軸と垂直なウエハ６の位置をいい、図１のＧ方向の位置である。すなわち、後述のように投影レンズ３は「レジストを感光させる１５７．６ｎｍ波長の光」についてテレセントリックに設計されているので、この光はウエハ６に対して垂直に入射するように設計されている。したがって理想的には、投影レンズ３の光軸とウエハ６のレジストが塗布された面の法線は平行である。
【００２８】
Ｓ１０６において、位置制御部１６は、測定部１５が測定したウエハ６の垂直位置に基づいて、ウエハ６の位置を制御する。具体的には制御の一例として、前述のように位置制御部１６は、ロッド１７、１８、１９の伸縮を制御して、ウエハ６の垂直方向の制御、あるいは、露光光Ａに対するウエハ６の傾斜（光に対する垂直性）を制御する。この制御によりウエハ６を投影レンズ３の焦点位置に調整する。そして、位置制御部１６は、ウエハ６を投影レンズ３の焦点位置に調整した後、もう一度ウエハ６の位置を確認し、ウエハ６の位置が正しければ、露光を開始する。正しくなければ、再調整した後に再測定する。この操作はなくても構わないが、実施したほうが焦点精度が向上する。
【００２９】
ウエハ６を焦点位置に調整後に、遮光フィルター１を除いて、ウエハ６上に露光光Ａを照射し、ウエハ６に塗布されたレジストを感光させてパターンをウエハに形成する。
【００３０】
また、前記のように遮光フィルター１を除いてもよいが、後述する図４に示す開閉自在の遮光フィルター１１でスリット１２を形成する遮光シャッター１０を用いて、ウエハ６の位置を測定中はスリット１２を閉じておき、ウエハ６の測定及び位置調整が終了後にスリット１２を開き、露光光Ａをスリット１２から入射して照明光学系２、転写パターン９２、投影レンズ３等を介してウエハ６を露光してもよい。
【００３１】
ウエハ６の垂直位置の測定原理について説明する。ウエハ６の垂直位置を測定し、ウエハ６の位置を制御する場合、投影レンズ３はレジストを感光する１５７．６ｎｍの波長の光に対して、「テレセントリック」を満足するように設計されている。従って、１５７．６ｎｍのレジストを感光する光は、ウエハ６に対して垂直（ウエハ６面の法線と平行）に入射するように設計されている。図３は、レンズ硝材であるフッ化カルシウムの波長と屈折率の関係を示したグラフである。横軸は波長、縦軸は屈折率である。ここで、図３に示すように、Ｆ2リソグラフィに用いられるレンズ硝材であるフッ化カルシウムの屈折率は、波長１５７．６ｎｍの光に対しては１．５７である。これに対し、Ｆ2レーザ２０が発振する前述の波長６２４．０ｎｍ，６３４．７ｎｍ，６４１．４ｎｍの可視光、及び７３９．９ｎｍ，７５５．３ｎｍの赤外光に対しては、屈折率は約１．４３近傍である。従って、この屈折率の違いにより、Ｆ2レーザ２０が発振する可視光及び赤外光の場合は、投影レンズ３はテレセントリックを満足しない。以上のようにテレセントリックを満足しないことから、レチクル９０の焦点測定用パターン９１の部分を通り、投影レンズ３を透過した除去光Ｂは、ウエハ６に垂直に入射しないため、センサー４の方向に反射させることができる。
【００３２】
なお、ウエハ６で反射させた除去光Ｂが再び投影レンズ３に入射しないように、遮光フィルター１を傾けて、レチクル９０の焦点測定用パターン９１に除去光Ｂを入射させ、投影レンズ３に除去光Ｂを斜めに入射させたり、ミラー（図示していない）を用いて投影レンズ３に除去光Ｂを斜めに入射させたりしてもよい。
【００３３】
また、投影レンズ３の設計において、レジストを感光させる光についてはテレセントリックに設計し、一方、レジストを感光させない波長の除去光Ｂについては、ウエハ６で反射させた後は再び投影レンズ３に入射させないように設計してもよい。また、ウエハ６と集光レンズ５との間、或いは、集光レンズ５とセンサー４の間に、ミラーや振動子を設置してもよい。
【００３４】
本発明の形態によるウエハ位置測定装置を備えた露光装置においては、以上の手段を用いてウエハ６の垂直位置を測定し、その測定結果から、焦点位置にウエハ６の垂直位置を制御、調整し、その後に遮光フィルター１を除いて、ウエハ６上に露光光Ａを照射し、ウエハ６に塗布されたレジストを感光させてパターンをウエハに形成する。
【００３５】
また、レチクル９０上の焦点測定用パターン９１を３箇所以上に設定し、集光レンズ５及びセンサー４を、焦点測定用パターン９１の位置に合わせて三組以上設置することにより、ウエハ６の傾斜を算出し、その傾斜を補正することにより「レジストを感光させる１５７．６ｎｍ波長の光」に対するウエハ６の垂直性（露光光の光軸とウエハ６の面の法線との平行性）を向上することができる。
【００３６】
なお、図１に示した実施の形態１に係るウエハ位置測定装置を備えたＦ2レーザ露光装置では、レチクル９０に焦点測定用パターン９１（透過パターン部)を設けていたが、この焦点測定用パターン９１は、必ずしもレチクル９０に設けなくても構わない。例えば、Ｆ2レーザ露光装置の本体に設置しても構わない。図１では、一例としてレチクル９０に焦点測定用パターン９１を設けた場合を示したものである。また、焦点測定用パターン９１は、Ｆ2レーザ２０（露光光源)と投影レンズ３との間のいずれかの位置に配置されればよい。すなわち、Ｆ2レーザ２０の発振した露光光を入射して投影レンズ３に入射させる位置に配置されればよい。さらに、図１では、遮光フィルター１は、Ｆ2レーザ２０と照明光学系２（あるいはレチクル９０)の間に配置されているが、遮光フィルター１は、あくまでもレジストが塗布されたウエハ６よりもＦ2レーザ２０側のいずれかの位置に配置され、レジストを感光させる１５７．６ｎｍの波長の光を遮光することができればよい。
【００３７】
以上のように、実施の形態１に係るウエハ位置測定装置は、露光光Ａに含まれるレジストを感光させない波長の光であって投影レンズ３を介する光（除去光Ｂ）を用いてウエハ６の垂直位置を測定するので、精度の高い測定をすることができる。すなわち、レジストを感光させる波長１５７．６ｎｍの光の光路を通った除去光Ｂを用いてウエハ６の垂直位置を測定することにより、露光光（波長１５７．６ｎｍの光）の焦点と測定光である除去光Ｂとのオフセットが、常に一定となり測定精度が向上する。また、測定専用の光源（例えば従来のハロゲンランプ）が不要となるので、コストを削減することができる。
【００３８】
以上のように、実施の形態１に係るウエハ位置測定装置は、露光光Ａに含まれるレジストを感光させない波長の光を焦点測定用パターン９１に透過させ、センサー４で感知するので、精度の高いウエハ位置の測定をすることができる。
【００３９】
以上のように、実施の形態１に係るウエハ位置測定装置は、焦点測定用パターン９１が転写パターン９２を有するレチクル９０に形成されているので、転写パターン９２が転写される被転写物であるウエハ６の位置を高い精度で測定することができる。
【００４０】
以上のように、実施の形態１に係るウエハ位置測定装置は、位置制御部１６を備えたので、測定部１５の測定結果に基づいてウエハ６の位置を投影レンズ３の焦点位置に高い精度で制御し調整することができる。
【００４１】
以上のように、実施の形態１に係るウエハ位置測定装置は、露光光Ａのうちレジストを感光させる波長の光を遮光し、レジストを感光させない光を透過する遮光フィルターを備えたので、露光光Ａから容易にレジストを感光させない光を選択し、ウエハ６の位置の測定に用いることができる。
【００４２】
実施の形態２．
図４〜図９を用いて、実施の形態２を説明する。実施の形態２は、露光光のうち、レジストが感光する波長の光を遮断し、レジストが感光しない波長の光のみを選択的に透過する遮光フィルターを有する遮光シャッターをスキャニング式の露光装置に用いた点が特徴である。
【００４３】
図４は、実施の形態２に係るスキャニング式のＦ2レーザ露光装置に用いる遮光シャッター１０を説明するための概略図である。
【００４４】
まず遮光シャッター１０の構成について説明する。図４に示すように、遮光シャッター１０は、露光光のうち、レジストが感光する波長の光を遮断し、レジストが感光しない波長の光のみを選択的に透過する遮光フィルター１１と、スリット１２（開口部）を持つ遮光板１３から構成されている。すなわち、図４において遮光フィルター１１は開閉自在に構成されており、スリット１２は遮光フィルター１１を閉じた状態から開くことにより形成される。スリット１２の幅Ｗは、遮光フィルター１１の開閉具合により自由に調整が可能である。遮光フィルター１１が閉じたときは当然にスリット１２の幅Ｗはゼロである。
【００４５】
なお、遮光板１３は、金属やセラミックのような、どの波長の光も通さない材料で形成されているものでもよい。或いは、遮光フィルター１１と同様に、露光光のうちレジストが感光する波長の光を遮断し、レジストが感光しない波長の光のみ選択的に透過する材料を用いて構成してもよい。図５は、遮光シャッター１０の遮光フィルター１１が開いている状態を示すａ−ａ断面図である。図６は遮光フィルター１１が閉じた状態を示すａ−ａ断面図である。
【００４６】
図７は、実施の形態２に係る、ウエハ位置測定装置を備えたスキャニング式のＦ2レーザ露光装置の構成を説明するための概略図である。実施の形態２に係るスキャニング式のＦ2レーザ露光装置は、実施の形態１で説明した露光装置とほぼ同様であるが、実施の形態１の露光装置に対して、遮光フィルター１の代わりに遮光シャッター１０を備えるとともに、ウエハ６がＣの方向へ移動し、また、レチクル９０がＤの方向へ同期して移動し、この間にレチクル９０のパターンをウエハ６へ転写する点が異なる。その他の構成は、図１に示した実施の形態１に係る露光装置と同様である。
【００４７】
以下に、実施の形態２に係る、ウエハ位置測定装置を備えたスキャニング式のＦ2レーザ露光装置の動作を説明する。この装置においては、スリット１２は開いたまま、ウエハ６の位置測定、位置の調整、及びウエハ６の露光を同時に実施することが特徴である。ウエハ６の位置測定、位置の調整を図８のフローを用いて説明する。このフローは実施の形態１と同様であるが、ウエハ６の位置測定、位置の調整が、露光と同時に行われる点が異なるのは前記のとおりである。
【００４８】
Ｓ２０１において、Ｆ2レーザ２０は「レジストを感光させる波長の光」と「レジストを感光させない波長の光」とを含む露光光Ａを発振する。
【００４９】
Ｓ２０２において、遮光シャッター１０の遮光フィルター１１は、入射した露光光Ａのうちレジストを感光する波長の光を遮光し、レジストを感光しない光を透過する。遮光フィルター１１を透過した光はレジストを感光しない除去光Ｂとなる。
【００５０】
Ｓ２０３において、レチクル９０の焦点測定用パターン９１は、レジストを感光しない除去光Ｂを入射して透過する。
【００５１】
Ｓ２０４において、投影レンズ３は、焦点測定用パターン９１を透過した除去光Ｂを入射し、レジストが塗布されたウエハ６に出射して反射させる。なお、図７において、除去光Ｂを反射させる位置は当然にウエハ６の露光範囲内である。また、除去光Ｂの反射の状況は、ウエハ６におけるショット内の様子を示す概略である。
【００５２】
Ｓ２０５において、センサー４は、集光レンズ５を介して、投影レンズ３がウエハ６で反射させた除去光Ｂを入射し感知する。
【００５３】
Ｓ２０６において、測定部１５は、センサー４の感知した感知結果を用いてウエハ６の位置を測定する。すなわち、測定部１５は、入射した除去光Ｂの強度、あるいは入射位置の感知結果を用いて、ウエハ６の「レジストを感光させる波長の光」に対する垂直な位置を決定する。
【００５４】
Ｓ２０７において、位置制御部１６は、測定部１５が測定したウエハ６の垂直位置に基づいて、ウエハ６の垂直位置を投影レンズ３の焦点位置に制御する。
【００５５】
以上のＳ２０１〜Ｓ２０７におけるウエハ６の位置の測定、調整は露光と同時に行われる。
【００５６】
次に、ウエハ６の位置の測定及び調整と、露光との関係について説明する。露光光Ａを照射中、前記のように、レチクル９０、ウエハ６は同期して反対方向に移動する。そのため、図７において、遮光フィルター１１、照明光学系２、レチクル９０の焦点測定用パターン９１、及び投影レンズ３を通った除去光Ｂが、ウエハ６面の露光範囲内に入射し反射した際は、スリット１２が開いたままでも露光光Ａはウエハ６に入射せず、ウエハ６のレジストは感光しない。この間にウエハ６を水平方向に移動しながら、ウエハ６の垂直位置の測定及び調整、制御を実施する。すなわち、前記センサー４は、集光レンズ５を介して、ウエハ６面の露光範囲内に入射して反射した除去光Ｂを感知し、測定部１５は、この感知結果を用いてウエハ６の位置を測定する。位置制御部１６は、測定部１５が測定したウエハ６の垂直位置に基いてウエハ６の垂直位置を投影レンズ３の焦点位置に調整する。このように測定、調整を行いながら同時にパターンの転写を行う点がスキャニング式のＦ2レーザ露光装置の特徴である。
【００５７】
この際、露光光Ａには、レジストを感光しない前記可視光及び赤外光も含まれているため、スリット１２を通った露光光Ａのうち、前記可視光及び赤外光はウエハに垂直に入射しない。従って、スリット１２を通った前記可視光及び赤外光によって、ウエハ６の垂直位置を測定することができる。このことを利用して、焦点測定用パターン９１とセンサー４と集光レンズ５を更に一組設置し、露光光Ａによりレジストを感光した時点でのウエハ６の垂直位置も確認できる。すなわち、除去光Ｂを用いてウエハ６の露光範囲内の垂直位置を測定、調整できるとともに、露光光Ａに含まれる前記可視光及び赤外光を用いることにより、レジストを感光した時点でのウエハ６の垂直位置も確認できる。
【００５８】
図９は、焦点測定用パターン９１ａ，９１ｂ等をレチクル９０のスキャン方向に平行な辺に沿って連続して配置した状態を示している。図９は、図７において、レチクル９０のＦ方向矢視である。図９では、転写パターン９２は省略してある。このように、焦点測定用パターン９１ａ，９１ｂ等をスキャン方向に平行な辺に沿って連続して配置しておけば、スキャンしながらもウエハ６の垂直位置を常に正確に制御できる。
【００５９】
また、レチクル９０の焦点測定用パターン９１ａ，９１ｂを、レチクル９０のスキャン方向に平行な二辺に沿って対として配置し、センサー４と集光レンズ５を測定位置に合わせて設置しておけば、ウエハ６の傾斜の測定及び制御が可能となる。すなわち、スリット１２の部分は細いため、最低２個の焦点測定用パターン９１ａ，９１ｂがスリット１２の長手方向に配置されていれば、線としての傾斜測定が可能である。２つの焦点測定用パターン９１ａ，９１ｂは、水平位置を離すことで測定精度を向上させることができる。焦点測定用パターン９１ａ，９１ｂは例示であり、スリット１２の長手方向に配置された２つ焦点測定用パターンであればよい。また、数を増やすことでも測定精度を向上することができる。なお、一直線上にない最低３個の焦点測定用パターンを設けることで、面の傾斜測定が可能となる。
【００６０】
なお、あるショットの露光が完了し、次のショットへ移る際は、遮光シャッター１０のスリット１２は、遮光フィルター１１により閉じられており、レジストを感光する波長の光は除去される。
【００６１】
なお、以上のウエハ位置測定装置、もしくは、ウエハ位置測定方法を従来のハロゲンランプ等を用いたウエハ垂直位置測定装置の較正装置、或いは、手段として用いてもよい。
【００６２】
前記において図８に示した過程からは、ウエハ６の位置測定方法を把握することが可能である。すなわち、「レジストを感光させる波長の光」と「レジストを感光させない波長の光」とを含む露光光ＡをＦ2レーザ２０から発振させる第１の工程（Ｓ２０１）と、前記露光光Ａを入射し「レジストを感光させる波長の光」を遮光し「レジストを感光させない波長の光」を除去光Ｂとして透過させる第２の工程（Ｓ２０２）と、レチクル９０に前記第２の工程により透過された除去光Ｂを入射し透過させる第３の工程（Ｓ２０３）と、前記レチクルを透過させた除去光Ｂを投影レンズ３に入射し、入射した除去光Ｂを出射してレジストが塗布されたウエハ６に反射させる第４の工程（Ｓ２０４）と、前記ウエハ６に出射して反射させた除去光Ｂを入射して感知する第５の工程（Ｓ２０５）と、感知した除去光Ｂの感知結果を用いて、前記ウエハ６の位置を測定する第６の工程（Ｓ２０６）とを備えたウエハ６の位置測定方法として把握できる。さらに、この位置測定方法に、前記第６の工程により測定されたウエハ６の位置に基づいて、ウエハ６の位置を制御する第７の工程（Ｓ２０７）を加えても構わない。
【００６３】
以上のように、実施の形態２に係るウエハ位置測定装置は、遮光フィルター１１により形成される開閉自在のスリット１２を有するので、露光光Ａと露光光Ｂをスリットの開閉により容易に選択することができる。
【００６４】
以上のように、実施の形態２に係るレチクルは、転写パターン９２（デバイスパターン）に加えて、焦点測定用パターン９１（透過パターン部）を備えたので、転写パターン９２を投影するウエハ６の位置を高精度に測定することができる。
【００６５】
以上のように、本実施の形態２は、露光光に含まれるレジストが感光しない波長の光を用い、かつ、上記レジストが感光しない波長の光が、照明光学系２、レチクル９０、投影レンズ３を介してウエハ６に反射し、その光強度、或いは、光の入射位置を測定して、ウエハ６の垂直位置を測定することを特徴とするウエハ位置測定装置を提供する。
【００６６】
以上のように、本実施の形態２は、デバイスパターンを作製するために使用するレチクル９０において、デバイスに影響を与えない場所に、ウエハ６の垂直位置を測定するためのパターンを設けたことを特徴とするレチクル９０を提供する。
【００６７】
以上のように、本実施の形態２は、レジストが感光する波長の光を遮断し、レジストが感光しない波長の光のみ選択的に透過することを特徴とする遮光フィルター１１を提供する。
【００６８】
以上のように実施の形態２は、遮光フィルター１１を備えた遮光シャッター１０を提供する。
【００６９】
以上のように実施の形態２は、遮光シャッター１０によって、露光光に含まれるレジストが感光しない波長の光のみを抽出し、抽出された光を用いて、ウエハ６の垂直位置を測定するためのパターンを設けたレチクル９０によりウエハ６の垂直位置を測定し、その測定結果から、レジストが感光する波長の光の焦点位置にウエハ６の垂直位置を調整することを特徴とする露光装置を提供する。
【００７０】
以上のように、実施の形態２は、遮光フィルター１１を備えた遮光シャッター１０によって、露光光に含まれるレジストが感光しない波長の光のみを抽出し、抽出された光を用いて、ウエハ６の垂直位置を測定するためのパターンを設けたレチクル９０によりウエハ６の垂直位置を測定し、その測定結果から、レジストが感光する波長の光の焦点位置にウエハ６の垂直位置を調整する方法を提供する。
【００７１】
以上のように、実施の形態２に係るウエハの位置測定方法は、ウエハ６を用いた半導体装置を製造するために実行される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施の形態１に係るウエハ位置測定装置を備えたＦ2レーザ露光装置の構成の概略を示す図である。
【図２】実施の形態１に係るウエハ位置測定装置によりウエハ６の位置を測定するフローを示す。
【図３】光の波長とフッ化カルシウムの屈折率を示す図である。
【図４】実施の形態２に係るスキャニング式のＦ2レーザ露光装置に用いる遮光シャッター１０を説明するための概略図である。
【図５】遮光シャッター１０の遮光フィルター１１が開いている状態を示すａ−ａ断面図である。
【図６】遮光フィルター１１が閉じた状態を示すａ−ａ断面図である。
【図７】実施の形態２に係る、ウエハ位置測定装置を備えたスキャニング式のＦ2レーザ露光装置を説明するための概略図である。
【図８】実施の形態２に係るウエハ位置測定装置を備えたスキャニング式のＦ2レーザ露光装置のウエハ位置の測定のフローである。
【図９】焦点測定用パターン９１ａ，９１ｂ等をレチクル９０のスキャン方向に平行な辺に沿って連続して配置した状態を示す図である。
【図１０】従来の焦点位置決定方法の一例を示す概略の図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  遮光フィルター、２  照明光学系、３  投影レンズ、４  センサー、５  集光レンズ、６  ウエハ、７  ハロゲンランプ、８  振動子、１０  遮光シャッター、１１  遮光フィルター、１２  スリット、１３  遮光板、１５  測定部、１６  位置制御部、１７，１８，１９  ロッド、２０  Ｆ2レーザ、９０  レチクル、９１，９１ａ，９１ｂ  焦点測定用パターン、９２  転写パターン、９３  透明ガラス基板、Ａ  レジストが感光する波長の光を含む露光光、Ｂ  レジストが感光する波長の光が除去された露光光、Ｃ  露光中のウエハの移動方向、Ｄ  露光中のレチクルの移動方向、Ｅ  ハロゲンランプから出射された光の光路、Ｆ  レチクル９０の矢視方向、Ｇ  ウエハの垂直方向。
【図１】
2005085918.tif 000003
【図２】
2005085918.tif 000004
【図３】
2005085918.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005085918.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005085918.tif 000009
【図８】
2005085918.tif 000010
【図９】
2005085918.tif 000011
【図１０】
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