(57)【要約】【課題】高真空なチャンバー内に配されたアライメントマークの計測をチャンバー外に配置されたセンサによって高精度に検出可能とする。【解決手段】真空に引かれたチャンバー１１内に配された指標マーク照明ユニット７によりチャンバー１１内に配された指標マーク８を照明し、チャンバー１１の外に配された撮像ユニット１０〜位置計測装置１８によって指標マークの位置を計測する。また、チャンバー１１内に配された位置合せ用照明ユニット１によりチャンバー１１内に配されたウエハＷ上のウエハマークＷＭを照明し撮像ユニット１０〜位置計測装置１８によってその位置を計測する。そして、計測された指標マーク８及びウエハマークＷＭの位置に基づいて、指標マーク８に対するウエハマークＷＭの位置を決定する。【選択図】図１
2005057205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内圧可変のチャンバーの内に配された第１マークの位置を、該チャンバー外に配された検出手段によって計測する第１計測工程と、
前記チャンバー内に配された物体の上の第２マークの位置を、前記検出手段によって計測する第２計測工程とを備え、
前記第１及び第２計測工程で計測された前記第１及び第２マークの位置に基づいて該第１マークに対する該第２マークの位置を決定することを特徴とするマーク位置計測方法。
【請求項２】
所定の内圧とされた前記チャンバー内の前記第１マークの位置を前記検出手段によって計測する第３計測工程を更に備え、
前記第３計測工程で計測された前記第１マークの位置、並びに前記第１及び第２計測工程で計測された前記第１及び第２マークの位置に基づいて、該第１マークに対する該第２マークの位置を決定することを特徴とする請求項１に記載のマーク位置計測方法。
【請求項３】
前記第３計測工程で計測された位置と前記第１計測工程で計測された位置とに基づいて、前記第２計測工程で計測された前記第２マークの位置を補正する補正工程を更に備えることを特徴とする請求項２に記載のマーク位置計測方法。
【請求項４】
前記第１計測工程及び前記第２計測工程が互いに異なるタイミングで実行されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマーク位置計測方法。
【請求項５】
前記第１計測工程及び前記第２計測工程が実質的に同時に実行されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマーク位置計測方法。
【請求項６】
前記第１マークは前記チャンバー内の所定位置に固定された指標マークであり、前記第２マークは前記物体上に配されたマーク及び前記物体上に投影されたマークの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のマーク位置計測方法。
【請求項７】
前記第２計測工程は、前記第２マークとしての複数種類のマークの位置を順次に計測することを特徴とする請求項１に記載のマーク位置計測方法。
【請求項８】
前記複数種類のマークの間の相対位置を前記第２計測工程の計測結果に基づいて決定することを特徴とする請求項７に記載のマーク位置計測方法。
【請求項９】
内圧可変のチャンバーの外に配された第１マークを前記チャンバー内から照明し、前記チャンバー外に配された検出手段によって前記第１マークの位置を計測する第１計測工程と、
前記チャンバー内に配された物体の上の第２マークの位置を、前記検出手段によって計測する第２計測工程と、
前記チャンバーの内圧を所定の内圧とし、前記第１マークを前記チャンバー内から照明し、前記検出手段によって前記第１マークの位置を計測する第３計測工程とを備え、
前記第３計測工程で計測された前記第１マークの位置、並びに前記第１及び第２計測工程で計測された前記第１及び第２マークの位置に基づいて、該第１マークに対する該第２マークの位置を決定することを特徴とするマーク位置計測方法。
【請求項１０】
検出基準位置を示すための基準マークを用いて、内圧可変チャンバー内に配された物体の上のマークの位置を検出するマーク位置計測方法であって、
前記基準マークを前記チャンバー内に設けたことを特徴とするマーク位置計測方法。
【請求項１１】
内圧可変のチャンバーと、
前記チャンバー外に配され、前記チャンバー内のマークを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の出力に基づいて、前記チャンバー内に配された第１マークの位置を計測する第１計測手段と、
前記撮像手段の出力に基づいて、前記チャンバー内に配された物体の上の第２マークの位置を計測する第２計測手段と、
前記第１及び第２計測手段により計測された前記第１及び第２マークの位置に基づいて、該第１マークに対する該第２マークの位置を算出する算出手段とを備えることを特徴とするマーク位置計測装置。
【請求項１２】
内圧可変のチャンバーと、
前記チャンバー内に配された照明手段と、
前記チャンバー外に配された撮像手段と、
前記チャンバー外に配され且つ前記照明手段により照明された第１マークの位置を前記撮像手段の出力に基づいて計測する第１計測手段と、
前記チャンバー内に配された物体の上の第２マークの位置を前記撮像手段の出力に基づいて計測する第２計測手段と、
前記チャンバーの内圧を所定の内圧とし、前記第１マークの位置を前記撮像手段の出力に基づいて計測する第３計測手段と、
前記第３計測手段により計測された前記第１マークの位置、並びに前記第１及び第２計測手段により計測された前記第１及び第２マークの位置に基づいて、該第１マークに対する該第２マークの位置を算出する算出手段とを備えることを特徴とするマーク位置計測装置。
【請求項１３】
検出基準位置を示すための基準マークを用いて、内圧可変チャンバー内に配された物体の上のマークの位置を検出するマーク位置計測装置であって、
前記基準マークを前記チャンバー内に設けたことを特徴とするマーク位置計測装置。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれかに記載のマーク位置計測装置を備えた露光装置であって、
前記チャンバー内に配された前記物体は、原版、被露光基板、及び前記露光装置の可動部の少なくとも1つであることを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マーク位置計測技術に関し、特に、マイクロデバイス製造用の露光装置等において対象物の位置を計測するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等のデバイス製造工程において、マスクやレチクルの回路パターンをウエハ上に転写するための露光装置としては、可視光や紫外光を用いるのが現在の主流である。しかし、半導体回路のパターンの微細化が進むにつれ、最小パターン寸法が上記波長の光を用いた露光の解像限界に近づいてきた。このため、より波長の短い真空紫外線やＸ線、あるいは電子線を用いる露光方式が注目されている。
【特許文献１】特開平０５―１９８４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
真空紫外線やＸ線、あるいは電子線は大気中での透過率が低く、これらを用いる露光方式は高真空内で露光が行われる必要がある。そのため、アライメントを行うにも厳しい制約条件が課せられることになる。例えば、被計測対象物であるウエハは真空チャンバー内に置かれるが、アライメントマークを撮像するセンサは脱ガス対策のため観測窓を隔てて真空チャンバーの外に置かれなければならない。したがってチャンバー内外の気圧差によるチャンバー本体や観測窓の変形の影響によってアライメント光学系の光軸が歪められ、アライメントの計測誤差が発生する可能性がある。
【０００４】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、内圧可変のチャンバー内に配されたマークの位置をチャンバー外に配置されたセンサによって高精度に検出可能とすることを目的とする。
特に、チャンバー内外の気圧差によってチャンバーの観察窓等が歪められても、正確にマーク位置を検出可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための本発明の一態様によるマーク位置計測方法は、
内圧可変のチャンバーの内に配された第１マークの位置を、該チャンバー外に配された検出手段によって計測する第１計測工程と、
前記チャンバー内に配された物体の上の第２マークの位置を、前記検出手段によって計測する第２計測工程とを備え、
前記第１及び第２計測工程で計測された前記第１及び第２マークの位置に基づいて該第１マークに対する該第２マークの位置を決定する。
また、本発明によれば、上記アライメント計測方法を実現するアライメント計測装置が提供される。
更に、本発明によれば、上記マーク位置計測方法によってアライメント計測あるいはキャリブレーション計測を実行する露光装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、内圧可変のチャンバー内に配されたマークの位置をチャンバー外に配置されたセンサによって高精度に検出することが可能となる。例えば、チャンバー内外の気圧差によってチャンバーの観察窓等が歪められても、正確にマーク位置を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００８】
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態による半導体露光装置の構成の概略を示す図である。図１において、Ｒはレチクル、ＳＴは３次元方向に移動可能なウエハステージ、ＷはウエハステージＳＴ上に置かれたウエハである。露光光源１６より出射された露光光は、ミラー１５、１４によりレチクルＲへ導かれる。描画されたパターンに応じてレチクルＲより反射された露光光はミラー１３、１２によりウエハＷ上へと導かれ、ウエハＷ上にレチクルＲ上のパターンが転写されることになる。
【０００９】
１は位置合せ用照明ユニット、２，３，４は結像光学系、５，６はハーフミラー、７は指標マーク照明ユニット、８は指標マークであり、これらはチャンバー１１内に配置される。なお、指標マーク８はチャンバー１１内の所定位置に固定されている。また、９は観察窓、１０は撮像ユニット、１７はＡ／Ｄ変換装置、１８は位置計測装置であり、撮像ユニット１０、Ａ／Ｄ変換装置１７、位置計測装置１８はチャンバー１１の外部に配置される。なお、位置計測装置１８は、例えば不図示のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含み、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、Ａ／Ｄ変換装置１７より入力される指標マーク８やウエハマークＷＭの画像（２次元デジタル信号列）からマーク位置を算出する。また、位置計測装置１８は、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより照明ユニット１、７のオンオフ等を制御し、図１１のフローチャートを参照して後述するような手順を実現する。
【００１０】
以下、アライメント計測手順について図１１のフローチャートを参照して説明する。
まず、真空チャンバー１１を露光条件に適するように真空ポンプ（不図示）で高真空状態にする（ステップＳ１０１）。気圧が安定した後、指標マーク照明ユニット７を点灯し、指標マーク８を照明し、指標マーク８の位置を検出する（ステップＳ１０２）。図３は指標マーク８の形状を示したものであり、矩形状の孔ＳＭを複数配置したものである。指標マーク８を透過した光束はハーフミラー６で反射され、結像光学系４及び観測窓９を介して撮像ユニット１０に到達し、その撮像面に図２（ａ）に示すように結像する。こうして、撮像面上に指標マークＳＭ１〜ＳＭｎの像が形成される。このように結像した光束は撮像ユニット１０で光電変換され、その後、Ａ／Ｄ変換装置１７において、２次元のデジタル信号列に変換される。そして位置計測装置１８にて指標マークＳＭの各矩形パターンの位置が計測される。なお、各矩形の位置は、図２（ａ）のＷＰの範囲内のイメージをＸ軸上に積算投影し、その重心を求めることで得ることができる。
【００１１】
続いてウエハマークの位置を計測する（ステップＳ１０３）。ウエハマーク計測時には、指標マーク照明ユニット７を消灯し、位置合せ用照明ユニット１を点灯する。位置合せ用照明ユニット１から照射された光束により、結像光学系２、ハーフミラー５を介してウエハＷ上のウエハマークＷＭを照明する。ウエハマークＷＭの形状は、指標マークＳＭと同様に複数の矩形マークを配置したものである。ウエハマークＷＭから反射された光束は、ハーフミラー５，６と通過し、結像光学系４及び観測窓９を介して撮像ユニット１０に到達し、その撮像面に図２（ｃ）に示すように結像する。こうして、撮像面上にウエハマークＷＭの像が形成される。結像した光束は撮像ユニット１０で光電変換され、その後、Ａ／Ｄ変換装置１７において、２次元のデジタル信号列に変換される。そして位置計測装置１８にてウエハマークＷＭの各矩形パターンの位置が計測される。なお、各矩形の位置は、ＷＰの範囲内のイメージをＸ軸上に積算投影し、その重心を求めることで得る。
【００１２】
以上のようにして計測されたウエハマークＷＭと指標マークＳＭの位置より、それらの相対位置を求め、指標マークを基準にウエハの位置合わせを行う（ステップＳ１０４）。例えば、図２（ａ）の指標マークＳＭ１〜ＳＭｎの位置の平均値と、図２（ｃ）のウエハマークＷＭ１〜ＷＭｐの位置の平均値を求め、両者の差に従ってウエハマークの位置を決定することができる。なお、図２（ｂ）は第２実施形態の説明のための図であるので、ここでは説明しない。
【００１３】
なお、上記アライメント計測において、チャンバー内外の気圧差によりチャンバー本体や観測窓が変形し、アライメント光学系の光軸が歪められたとしても、指標マークをチャンバー内に配し、かつ指標マーク及びウエハマークの各検出光軸を実質的に同軸となるように構成しているため、指標マークとウエハマークとの相対位置の検出誤差、すなわちウエハマーク位置の検出誤差を抑制することができる。別のウエハマーク位置を計測する場合には、上記ステップＳ１０３以降の処理を実行し、計測対象のすべてのウエハマーク位置を計測し終えた場合には、処理を終了する（ステップＳ１０５）。
【００１４】
以上のように、第１実施形態によれば、基準にすることにより、チャンバー内外の気圧差によってチャンバー本体や観測窓が変形し、アライメント光学系の光軸が歪められても、常に正確なアライメントマーク位置を検出することができる。
【００１５】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、チャンバー内外の気圧差（チャンバー内の気圧）に起因してアライメント光学系に非線形な収差等が発生した場合について考慮されていない。第２実施形態では、このような収差が発生した場合でも高精度なアライメントマークの計測を可能とする。なお、第２実施形態の半導体露光装置の構成は第１実施形態（図１）と同じである。
【００１６】
以下、図１２のフローチャートを参照しながら第２実施形態のアライメント計測処理を説明する。なお、第１実施形態（図１１）と同じ処理には同じステップ番号を付してある。位置計測装置１８は、まず、チャンバー１１が大気圧状態にあるときに、指標マーク照明ユニット７を点灯し、撮影ユニット１０によって指標マークを撮影し、得られた撮影画像に基づいて指標マークの位置を計測する。そして、この指標マーク位置を位置計測装置１８内のメモリ（不図示）に保持しておく（ステップＳ２０１）。その後チャンバーを真空引きし（ステップＳ１０１）、真空状態が安定した後に指標マーク照明ユニット７を点灯しし指標マーク位置を計測する（ステップＳ１０２）。そして、ステップＳ２０１で保持した指標マーク位置とステップＳ１０２で得られた指標マーク位置に基づいてオフセットを算出する。
【００１７】
すなわち、チャンバー１１が大気圧時と真空引きを行った後とで指標マーク８の各矩形位置を計測し、図２（ｂ）に示すように、大気圧時と真空時の気圧差によって生じるオフセット（offset(SM1)、offset(SM2)、…、offset(SMn)）を算出する。図２（ｂ）では、横軸に各マーク計測位置Ｘｉ、縦軸に大気圧時と真空引き後の計測値の差（オフセットoffset(SMi)）を取ったグラフである。このグラフから補正曲線Ｆ（Ｘ）を多項式近似や補間処理等の手段により求める。この曲線Ｆ（Ｘ）が実際にウエハ上のマークを計測するときの補正曲線となる。
【００１８】
その後、位置合せ用照明ユニット１と撮像ユニット１０を用いてウエハマーク位置を計測する（ステップＳ１０３）。そして、ステップＳ２０２で求めたオフセット補正曲線によりこのウエハマークの計測値を補正し、補正後の計測値を用いて指標マークに対するウエハマークの相対位置を決定する（ステップＳ２０３）。ここで、ウエハマークの各矩形ＷＭ１〜ＷＭｐに対する補正値は補正曲線Ｆ（Ｘ）から求めることができる。
【００１９】
Ｓ１０３、Ｓ２０３の動作についてより詳細に説明すると、ウエハマーク計測時には、指標マーク照明ユニット７を消灯し、位置合せ用照明ユニット１を点灯する。位置合せ用照明ユニット１から照射された光束により、結像光学系２、ハーフミラー５を介してウエハＷ上のウエハマークＷＭが照明される。第１実施形態で説明したように、撮像ユニット１０の撮像面上にウエハマークの像を形成する（図２（ｃ））。結像した光束は撮像ユニット１０で光電変換され、Ａ／Ｄ変換装置１７において２次元のデジタル信号列に変換される。位置計測装置１８は、この２次元のデジタル信号列からウエハマークＷＭの各矩形パターンの位置を決定する。そして、予め求めてある補正曲線Ｆ（Ｘ）を使用して、ＷＭ１〜ＷＭｐの各矩形パターンの計測位置において、気圧差によって生じる位置オフセット（offset(WM1)、offset(WM2)、…、offset(WMn)）を求め、各矩形パターンの計測位置を補正する。そして、大気圧時に計測した指標マークの位置と、補正されたウエハマークの計測位置とに基づいてウエハマークの位置を決定する。
【００２０】
なお、第２実施形態では、チャンバー１１内外の気圧差が変化すると、チャンバー本体や観測窓の変形状態、上述の収差等も変化するため、気圧差が変化した場合は改めて指標マーク位置を計測しなおすようにしている。すなわち、チャンバー内外の気圧差の変動が所定値を越えない間は、別のウエハマーク位置を計測するに際して上記ステップＳ１０３以降の処理を実行すればよい（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。一方、チャンバー内外の気圧差の変動が所定値を越えた場合は、次のウエハマークの位置計測に際してステップＳ１０２へ戻りそれ以降の処理を実行する。但し、気圧差に変化が生じない場合でも、所定の時間間隔で指標マークの位置計測を実行して、オフセット補正曲線Ｆ（Ｘ）を算出し直すようにしてもよい。また、図１２では次のウエハマーク位置を検出するタイミングでチャンバー内外の気圧差の変動を確認する手順となっているがこれに限られるものではない。気圧差の変動を所定のインターバルで検出し、閾値を越える変動が検出された時点で指標マーク位置の計測を行い、補正曲線Ｆ（Ｘ）を算出しておくようにしてもよい。
【００２１】
＜第３実施形態＞
第３実施形態では、指標マークとウエハマークを同時に計測することにより、気圧差が変化しても正しいアライメント計測を可能とする。なお、第３実施形態による露光装置の構成の概略は第１実施形態（図１）と同様である。
【００２２】
第３実施形態では、所定精度での位置決めがなされた状態で指標マークとウエハマークの各矩形パターンが互いに重ならないように配置されたものを用いる。例えば、図４のような指標マーク（指標マークの矩形パターンの幅及びピッチがウエハマークの矩形パターンの幅及びピッチに等しい）を使用する。しかし、指標マーク及びウエハマークの各パターンは、互いの相対位置が検出可能なものであればよく、上述のパターンに限定されるものではない。そして、ウエハマーク計測時には、指標マーク照明ユニット７と同時に位置合せ用照明ユニット１も点灯する。この結果、撮像ユニット１０の撮像面上には図５（ｂ）のように指標マークの像とウエハマークの像が同時に結像されることになる。結像した光束は撮像ユニット１０で光電変換され、Ａ／Ｄ変換装置１７において２次元のデジタル信号列に変換される。位置計測装置１８は、このデジタル信号（ウエハマーク及び指標マークの画像）から指標マークＳＭとウエハマークＷＭの各矩形パターンの位置を計測する。こうして、第１実施形態と同様にウエハマークＷＭと指標マークＳＭの相対位置を求め、指標マークを基準にウエハの位置合わせが行われる。
【００２３】
図１３は第３実施形態によるウエハマーク位置計測の手順を説明するフローチャートである。チャンバー１１を真空引きした後（ステップＳ１０１）、ウエハマーク位置計測に際して、上述のように指標マークとウエハマークの位置を同時に計測する（ステップＳ３０１）。そして、同時に計測した指標マーク及びウエハマークの位置に基づいてそれらの相対位置を検出する（ステップＳ３０２）。次のウエハマーク検出時には、ステップＳ３０１以降を繰り返すことになる（ステップＳ３０３）。
【００２４】
以上のように、第３実施形態によれば、チャンバー内外の気圧差によってチャンバー本体や観測窓が変形し、アライメント光学系の光軸が歪められても、第１実施形態と同様に常に正確なアライメントマーク位置を検出することができる。
更に、第３実施形態によれば、ウエハマークを構成する各パターンと指標マークを構成する各パターンとが重複しないようにして、チャンバー内の指標マーク及びウエハマークを同時に撮像して指標マークを基準にウエハマーク位置を検出するので、真空チャンバー１１内外の気圧差が変化しても、常に精確なウエハマークと指標マークとの相対位置が計測可能である。
更に、図７（ａ）或いは図７（ｂ）のような指標マーク、アライメントマークを使用することにより、ウエハ上の直交する２軸についての位置計測を１回の撮像で行うことが可能となる。図７（ａ）、（ｂ）において、指標マークＳＭとウエハマークＷＭは重複しない位置に設けられている。
【００２５】
＜第４実施形態＞
第４実施形態では、第３実施形態のアライメント計測手法を採用しつつ第２実施形態と同様に非線形な収差の影響を排除する。この場合、第２実施形態と同様に、指標マークについてはチャンバーが大気圧にある状態で位置計測を行なっておく。そして、真空引き後は、上記第３実施形態と同様の手順でウエハマークＷＭと指標マークＳＭの位置を同時に検出する。
【００２６】
図５（ａ）に示すように、指標マークＳＭの計測値を用いて気圧差によって生じるオフセットを補正する補正曲線Ｆ（Ｘ）を作成する。この補正曲線Ｆ（Ｘ）を用いてウエハマーク計測値の補正を行う。第４実施形態では、ウエハマークの計測時に指標マークも計測されるので、ウエハマークを計測する都度オフセットを算出し、これを用いてウエハマークの計測値を補正する。なお、第４実施形態の手順は、図１２及び図１３のフローチャートを組み合わせたものとなる。図示は省略するが、図１３のステップＳ１０１の前にステップＳ２０１が実行されてチャンバー１１が大気圧状態における指標マーク８の位置が計測される。また、ステップＳ３０１の後にステップＳ２０２が実行され、ステップＳ３０１で計測された指標マークからオフセットが算出される。そして、ステップＳ３０２に代えてステップＳ２０３を実行することにより、ステップＳ３０１で計測したウエハマーク位置にオフセットが反映され、指標マークに対する相対位置が検出される。
【００２７】
以上のように、第４実施形態では、ウエハマーク計測時に同時に指標マークも計測可能なので、真空チャンバー１１内外の気圧差が変化してもリアルタイムにウエハマークＷＭの計測値を補正することができる。このため、チャンバー内外の気圧差が変動しても、収差変動の影響を抑制した正確なアライメント計測を実行できる。なお、図７（ａ）、（ｂ）のような指標マーク、アライメントマークを使用することにより、ウエハ上の直交する２軸についての位置計測を１回の撮像で行うことが可能となることは第３実施形態と同様である。
【００２８】
＜第５実施形態＞
第５実施形態では、本発明のマーク位置計測を斜入射ＡＦ方式の計測に適用した例を説明する。
【００２９】
図６は第５実施形態による露光装置のアライメント計測系の概略構成を示した図である。図６において、１９は斜入射ＡＦ計測用照明ユニット、２０は斜入射ＡＦ計測用マーク、２１，２２，２３は結像光学系、２７はハーフミラー、２４は指標マーク照明ユニット、２８は指標マーク、２５は観察窓、２６は撮像ユニットである。Ａ／Ｄ変換装置１７及び撮像装置１８は第１〜第４実施形態と同じである。なお、図６では、露光に必要な投影光学系及びレチクルは省略してある。
【００３０】
このような斜入射ＡＦ計測においても第１及び第３実施形態に記述された方法と同様に、斜入射ＡＦ計測用マーク２０と指標マーク２８の相対位置を求めることにより、チャンバー内外の気圧差によってチャンバー本体や観測窓が変形し、アライメント光学系の光軸が歪められても、常に正確なＡＦ計測（ウエハ面の、投影光学系光軸方向における位置及び／又は同光軸に対する傾きの計測）を行うことができる。また、第２及び第４実施形態に記述された方法と同様の方法を用いれば、気圧差によって非線形な収差が発生しても、収差により生じるオフセットを補正することが可能である。なお、図６では被計測対象がウエハであるが、レチクルを計測する場合も同様である。
【００３１】
＜第６実施形態＞
第６実施形態では、本発明のマーク計測をレチクルとウエハのキャリブレーション計測に適用する例を説明する。ここでは、指標マークとレチクルマークとの相対位置、指標マークとウエハステージ基準マークとの相対位置をそれぞれ計測することにより、レチクルマークとステージ基準マークとの相対位置をキャリブレーションする例を説明する。
【００３２】
図８において３６はキャリブレーション計測用照明ユニット、２９は指標マーク照明ユニット、３０，３３，３７は結像光学系、３１は指標マーク、３２，３８はハーフミラー、ＲＳＴはレチクルステージ、Ｒはレチクル、ＲＭはレチクルマーク、ＳＴはステージ、ＷＳＭはステージ上の基準マーク、３４は観察窓、３５は撮像ユニットである。
【００３３】
図８において、指標マーク３１とステージ基準マークＷＳＭの相対位置計測をするときは光路上にミラー５１がくるようにレチクルステージＲＳＴを移動させる。これにより、ウエハマークＷＳＭより反射した光束を撮像ユニット３５の撮像面上に結像させることができる。一方、指標マーク３１とレチクルマークＲＭの相対位置を計測するときは光路上にレチクルマークＲＭがくるようにレチクルステージＲＳＴを移動させるとともにミラー５２が光路上にくるようにステージＳＴを移動させる。これにより、ミラー５２で反射したアライメント光はミラー１２、１３を経てレチクルマークＲＭに到達し、レチクルマークＲＭより反射した光束を撮像ユニット３５の撮像面上に結像させることができる。
【００３４】
以上のようにして、ステージ基準マークＷＳＭ及びレチクルマークＲＭのそれぞれの位置を指標マークを基準として求めることができ、上述のキャリブレーション計測が実現される。また、ステージ基準マークＷＳＭ及びレチクルマークＲＭの夫々の計測において、第１実施形態の構成を適用すれば、チャンバー内外の気圧差によってチャンバー本体や観測窓が変形し、アライメント光学系の光軸が歪められても、常に正確なアライメントマーク位置を検出することができる。また、第２実施形態のマーク計測手順を適用すれば、気圧差によって非線形な収差が発生しても、収差により生じるオフセットを補正することが可能である。更に第３、第４実施形態の構成を適用すれば、チャンバー内外の気圧差の変動に対して常に安定したキャリブレーション計測が可能となる。
【００３５】
なお、図８はアライメント光をレチクル側から照明しているが、図９のようにウエハ側からアライメント光を照明するようにしてもよい。図９において、指標マーク３１とステージ基準マークＷＳＭの相対位置を計測するときは、光路上にミラー５１がくるようにレチクルステージＲＳＴを移動させる。一方、指標マーク３１とレチクルマークＲＭの相対位置を計測するときは光路上にレチクルマークＲＭがくるようにレチクルステージＲＳＴを移動させ、ウエハ側は透過ガラス部分５３が光路上にくるようにステージＳＴを移動させて計測を行う。
【００３６】
＜第７実施形態＞
第７実施形態は、本発明のマーク計測をレチクルアライメント計測に適用した例を示す。図１０において、４６はレチクルアライメント用照明ユニット、４２は指標マーク照明ユニット、３９，４３，４７は結像光学系、４４は指標マーク、４５，４８はハーフミラー、ＲＳＴはレチクルステージ、ＲＳＭはレチクルステージ上の基準マーク、Ｒはレチクル、ＲＭはレチクルマーク、４０は観察窓、４１は撮像ユニットである。図１０では、露光に必要な光学系、ウエハステージ等は省略してある。
【００３７】
図１０に示されるようなレチクル基準マークＲＳＭ、あるいはレチクルマークＲＭのレチクルアライメント計測においても第１、第３実施形態に記述された方法と同様に指標マーク４４とレチクル基準マークＲＳＭと、あるいは指標マーク４４とレチクルマークＲＭとの相対位置を求めることにより、チャンバー内外の気圧差によってチャンバー本体や観測窓が変形し、アライメント光学系の光軸が歪められても、常に正確なアライメントマーク位置を検出することができる。また、第２、第４実施形態に記述された方法と同様の方法を用いれば、気圧差によって非線形な収差が発生しても、収差により生じるオフセットを補正することが可能である。
【００３８】
なお、上記各実施形態では指標マークと被計測対象マーク（ウエハマーク、レチクルマーク、ウエハステージマーク、レチクルステージマーク、ＡＦ計測用マーク等）はそれぞれ別の照明ユニットにより照明されたが、１つの照明ユニットからの照明光をミラー等によってそれぞれのマークへ導くように構成してもよい。また、共通の照明ユニットを用い、共通の光路上に指標マークと被計測対象マークとが配されるように構成してもよい。
また、マーク位置の検出においては、撮像ユニットを用いて得られた２次元的なマーク画像を解析したが、これに限られるものではない。例えば、ラインセンサによって得られた１次元的な信号（１次元的画像信号）に基づいてマーク位置を検出するように構成することも可能である。
更に、上記各実施形態では指標マークをチャンバー内に設けたが、指標マークをチャンバー外に設けた場合であっても、第２又は第４実施形態に記述した方法を適用すれば、チャンバー内外の気圧差によってチャンバー本体や観測窓が変形し、マーク検出光学系の光軸が歪められても、マーク位置検出誤差を補正することができる。
【００３９】
以上のように各実施形態によれば、チャンバー内外の気圧差が変化しても、観察窓の変形、検出光学系の収差変動等によって生じるマーク位置検出誤差（アライメント計測誤差、斜入射ＡＦ計測誤差等）を抑制又は補正することが可能になる。
【００４０】
次に、上述した露光装置を利用して、マイクロデバイス等のデバイスの一例としての半導体デバイスを製造するプロセスを説明する。図１７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図である。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（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。
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、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用し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５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）等の組み立て工程を含む。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、ステップ７でこれを出荷する。
【００４１】
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１及び第２実施形態による計測方法を説明する図である。
【図３】第１及び第２実施形態による指標マークの例を示す図である。
【図４】第３及び第４実施形態による指標マークの例を示す図である。
【図５】第３及び第４実施形態による計測方法を説明する図である。
【図６】第５実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。
【図７】同時に２軸の位置計測が可能なマークの例を示す図である。
【図８】第６実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。
【図９】第６実施形態による露光装置の他の概略構成例を示す図である。
【図１０】第７実施形態による露光装置の他の概略構成例を示す図である。
【図１１】第１実施形態によるウエハマーク位置計測の手順を説明するフローチャートである。
【図１２】第２実施形態によるウエハマーク位置計測の手順を説明するフローチャートである。
【図１３】第３実施形態によるウエハマーク位置計測の手順を説明するフローチャートである。
【図１４】デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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