(57)【要約】【課題】  高い位置合わせ精度で露光出来る露光装置を提供すること。【解決手段】  所定の露光光で原版を照明する露光用照明光学系と、原版上パターンを基板上に投影する投影光学系と、投影光学系を介し露光光と実質同一波長の光で位置検出を行う位置検出手段を有し、位置検出手段の検出範囲を投影光学系の収差により精度が保証される範囲とした露光装置とする。【選択図】  図１
2005322728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の露光光で原版を照明する露光用照明光学系と、前記原版上パターンを基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系を介し露光光と実質同一波長の光で位置検出を行う位置検出手段を有する露光装置において、
前記位置検出手段の検出範囲は、位置計測手段精度が保証される投影光学系収差保証範囲において略最大範囲をとることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
所定の露光光で原版を照明する露光用照明光学系と、前記原版上パターンを基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系を介し露光光と実質同一波長の光で位置検出を行う位置検出手段を有する露光装置において、
前記位置検出手段の検出範囲は、露光精度が保証される投影光学系収差保証範囲において略最大範囲をとることを特徴とする露光装置。
【請求項３】
所定の露光光で原版を照明する露光用照明光学系と、前記原版上パターンを基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系を介し露光光と実質同一波長の光で位置検出を行う位置検出手段を有する露光装置において、
前記位置検出手段の検出範囲は、投影光学系の露光領域において略最大範囲をとることを特徴とする露光装置。
【請求項４】
所定の露光光で原版を照明する露光用照明光学系と、前記原版上パターンを基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系を介し露光光と実質同一波長の光で位置検出を行う位置検出手段を有する露光装置において、
露光領域は所定の半径の円弧と前記円弧から原版走査方向に平行移動された所定の半径の円弧と走査方向に平行な直線で囲まれた領域であり、
前記位置検出手段は3つ以上の検出系が構成され、
前記検出系の第3検出範囲は、露光光軸を含む原版走査方向軸上にあり、
第1検出範囲と第2検出範囲は露光光軸を含む原版走査軸を境界線とした第3検出範囲の両側であり、
前記第3検出範囲は、第1、第2検出範囲に対し前記円弧の凸側、かつ第1、第2検出範囲を結ぶ原版走査方向に垂直な直線上に位置することを特徴とする露光装置。
【請求項５】
所定の露光光で原版を照明する露光用照明光学系と、前記原版上パターンを基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系を介し露光光と実質同一波長の光で位置検出を行う位置検出手段を有する露光装置において、
露光領域は所定の半径の円弧と前記円弧から原版走査方向に平行移動された所定の半径の円弧と走査方向に平行な直線で囲まれた領域であり、
前記位置検出手段は3つ以上の検出系が構成され、
前記検出系の第3検出範囲は、露光光軸を含む原版走査方向上にあり、
第1検出範囲と第2検出範囲を結ぶ直線は原版走査方向に垂直であり、
第1検出範囲と第2検出範囲は互いに露光光軸を含む原版走査方向の直線に対し対称であり、
第1〜第3検出範囲を頂角とする三角形の面積が最大であることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
投影光学系が反射屈折型であることを特徴とする請求項4〜5記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ICやLSI等の半導体デバイスやCCD等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスを製造する工程のうちリソグラフィ工程において使用される露光装置及び露光光を光源とする位置検出手段に関するものであり、位置情報を精度よく検出することにより高集積度のデバイスを製造する際に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを製造する為のリソグラフィ工程では、原版（レチクル又はフォトマスク）のパターンを投影光学系を介して、基板（ウェハ）上に結像投影させる露光装置が使用される。
【０００３】
露光装置には原版と基板の位置合わせ、ベースライン計測、焦点位置検出手段のキャリブレーション計測、原版ステージの原点位置検出、原版ステージと基板ステージの走りの差異検出等を行う位置検出手段としてTTR顕微鏡またはTTL顕微鏡（以下の記載においてTTL顕微鏡の表現にはTTR顕微鏡を含むものとする）が搭載されている。慣例的に、投影レンズを介してレチクルとウェハの位置検出計測を行う顕微鏡を通常TTL顕微鏡と呼んでいるが、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場合等はTTLと言い難い。しかし本明細書においては、説明の簡便さから、多層膜ミラー光学系を介しての位置検出手段に使用する顕微鏡のこともTTL顕微鏡とする。
【０００４】
前記位置検出手段のTTL顕微鏡の光源は、露光用照明光学系より露光光と実質同一の光を切り出しファイバ−あるいはレンズ光学系を介し導光している。
【０００５】
上記のような露光装置において、半導体デバイスの集積度及び微細度の向上に対応する為、リソグラフィ光源の露光波長の短波長化が進展している。現在、露光照明光として紫外域のi線（波長365nm）、KrFエキシマレーザ光（波長248nm），ArFエキシマレーザ光（波長193nm）が実用化されている。さらに波長の短いＦ２レーザ光（波長157nm）、EUV、軟X線などの光源の使用が予定されている。上述に伴い露光光を光源とする位置検出手段の照明光も短波長化され続けられている。
【０００６】
このような半導体製造に用いられる半導体製造装置として、走査型(ステップアンドスキャン方式)投影露光装置が知られている。走査型投影露光装置（以下の記載において投影露光装置の表記には走査型投影露光装置を含むものとする。）は、原版（レチクル又はマスク）のパターンを投影光学系を介して、基板（ウェハ）上に結像投影させるものであり、 原版と基板とを投影光学系に対して同時に走査する投影露光装置である。投影露光装置の解像力の向上に伴い、投影光学系の許容深度が減少し、基板面を投影光学系の合焦位置に高精度に設定することが要求される。
【０００７】
図2は従来の第１の露光装置の概略を示す概略鳥瞰図、図3は概略平面図、図4は第2位置検出手段14の検出範囲を示すものである。
【０００８】
原版1（レチクル）はレ−ザ干渉計3と不図示の駆動制御手段によって、図中Y方向に駆動制御される原版ステージ2に保持されている。
【０００９】
原版1近傍には1つあるいは複数の基準原版4が原版ステージ2の所定の範囲に固設されている。基準原版4の反射面は原版1の反射面とほぼ高さが一致している。基準原版4の反射面は、CrやAl等の金属面で形成された複数の原版基準マークが構成されている。
【００１０】
原版ステージ2は図中Z方向の位置を投影光学系5に対して一定に保った状態で駆動される。原版ステージ2には、レーザ干渉計3からのビームを反射する移動鏡6が固定されている。前記レーザ干渉計3により、原版ステージ2の位置、移動量は逐次計測されている。
【００１１】
原版1上のパターンは、露光用照明光学系7により投影光学系5を介して、基板ステージ9に保持された基板8（ウェハ）上に結像露光される。
【００１２】
基板8の近傍には１つあるいは複数の基準基板10が基板ステージ9の所定の範囲に固設されている。基準基板10の反射面は基板8の上面とほぼ高さが一致している。基準基板10の反射面は、CrやAl等の金属面で形成された複数の基準マークが構成されている。基準基板10の下には不図示の光電変換素子が構成されている。
【００１３】
前記基板ステージ9には、基板8を投影光学系の像面に合致させるために、上下方向駆動、像面方ぼけ補正駆動、前記基板8あるいは基準基板10のアライメント、ヨーイング制御時に基板8あるいは基準基板10の回転駆動させるための不図示の駆動制御手段が設けられている。さらに基板ステージ9には、レーザ干渉計11からのビームを反射する移動鏡12が固定されている。前記レーザ干渉計11により、基板ステージ9の位置、移動量は逐次計測されている。
【００１４】
前記構成により、基板ステージ9は、投影光学系5の光軸方向（Z方向）及び光軸方向と直交する平面（X-Y平面）内を移動することが出来、さらに光軸周りに回転（θ方向）することも出来る。
【００１５】
原版1と基板8は複数の位置検出手段により投影光学系5を介して光学的にほぼ共役な位置におかれ、露光用照明光学系7によりX方向に長いスリット状あるいは円弧状の露光領域を原版１上に形成している。原版１上の露光領域は、投影光学系5の投影倍率にほぼ比した大きさのスリット状の露光領域を基板8上に形成している。
【００１６】
走査型露光装置では、露光光軸に対して原版ステージ2と基板ステージ9の双方を投影光学系の光学倍率に応じた速度比で駆動させており、原版上の露光領域と基板上の露光領域を走査することによって走査露光を行っている。
【００１７】
焦点面位置検出手段として、斜入射方式の第１位置検出手段13が構成されている。第1位置検出手段13は投影光学系5によって原版1のパターンが転写される基板8面（あるいは基準基板10面）に対して斜め方向から非露光光を照射し、基板8表面(あるいは基準基板10表面)から斜めに反射する反射光を検出する。第1位置検出手段13の検出部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、各位置検出受光素子の受光面と基板8の各光束の反射点がほぼ共役になるように配置されている。そのため投影光学系5の光軸方向による基板8（あるいは基準基板10）の位置ずれは、検出部内の位置検出用受光素子の位置ずれとして計測される。
【００１８】
しかし投影光学系5が露光熱を吸収したり、周囲の環境が変動したりすると、投影光学系5の焦点位置が変動し、斜入射方式の第１位置検出手段13の計測原点と焦点面に誤差が発生する。そのためこの誤差をキャリブレーションする為に第2位置検出手段14が搭載されている。
【００１９】
第2位置検出手段14には、図2に指示するように、2つの検出系、第１検出系14a及び第２検出系14bが構成されている。前記２つの検出系14a,14bは、露光用照明光学系7より露光光と実質同一の光を切り出しファイバ−あるいはレンズ光学系を介し導光している。導光した光は、基準原版上の合焦マークの近傍を照明する。第2位置検出手段14内部にある少なくても1つ以上の光学系を検出光軸方向に駆動させ、第2位置検出手段14の検出焦点面を基準原版4の合焦マークに合わせる。次に前記斜入射方式の第１位置検出手段14であらかじめ設定している零近傍で基板ステージ9を光軸方向(Z方向)に上下駆動する。なお駆動の際、基準基板10は投影光学系5のほぼ真下に位置している。基準原版4の合焦マークを透過した光は投影光学系5を透過して基準基板10を照射する。基準基板10で反射した光は再度投影光学系5を透過し基準原版4を介して第2位置検出手段14の受光部に入射する。受光部に入射する光量を計測することにより基準原版4に対し基準基板10を合焦することができる。
【００２０】
第2位置検出手段14は、実際の露光像面をX軸上の左右2点の計測値から推定する為、2つの検出系14a,14bは図2に示すように露光光軸を含むX軸直線上に各々の検出範囲があり、第１検出系14a、第２検出系14bの検出範囲は、露光光軸に対しほぼ対称に構成されている。第1検出系14a、第2検出系14bは露光の際、露光光を遮光しないように待避駆動が行われ露光領域から離れた位置で待機している。
【００２１】
また本発明者が先に提案した露光装置の構成では、第2位置検出手段14には３つの検出系、第１検出系14a、第2検出系14b、第3検出系14cが構成されている。（特願2002-355685、特願2003-064107）
図5は従来の第2の露光装置の概略を示す概略鳥瞰図、図6は概略平面図、図7は第2位置検出手段の検出範囲を示すものである。
【００２２】
各検出系14a、14b、14cは、任意の検出範囲で検出する為の駆動系を個々に構成されている。第1検出系14a、第2検出系14bは、原版ステージ2の走査方向とほぼ直交する方向（図中X方向）に検出範囲14a1、14b1を任意に移動させることが可能であり、前記第3検出系14cは、前記原版ステージの走査方向とほぼ平行な方向(図中Y方向)に検出範囲14c1を移動させることが可能である。前記検出系を使用した検出を行う際、任意の検出系を1つ、あるいは複数あるいはすべてを選択することが可能である。また選択した検出結果によって位置を算出する際においても1つ、あるいは複数の検出結果を任意に選択することが可能である。第1検出系14a、第2検出系14bの検出範囲14a1、14b1は露光光軸に対しほぼ対称に配置されている。第3検出系14cは、露光光軸上を検出可能である。各検出系14a、14b、14cは原版のパターンを基板に露光する際は、露光光を遮光しない位置に待避する。あるいは露光光を遮光しない位置に静止している。
【００２３】
前記検出系には、互いの検出系と干渉しないように複数の位置センサが構成されており、不図示の駆動制御手段によって制御されている。
【００２４】
第2位置検出手段14は、露光用照明光学系7より露光光と実質同一の光を3光束切り出し各検出系14a、14b、14cに個々に導光している。3光束の分岐方法は、露光用照明光学系7内で3光束に分岐し各検出系に導光する方法や、あるいは露光用照明光学系7内で2光束に分岐し、前記2系統のうち1光束を第2位置検出手段14内部でさらに分岐し、3光束を各検出系に導光する方法、または露光用照明光学系7から1光束で導入し、第2位置検出手段14内部で3光束に分岐し、各検出系に導光する方法等がある。
【００２５】
露光用照明光学系7から第2位置検出手段14に導光する照明光学系は、ファイバー等のフレキシブルな光学系で導光、あるいはレンズ、ミラー等の光学系で導光しても良い。特に露光光としてKrFエキシマレーザ（λ=248ｎｍ）、ArFレーザ（λ＝193ｎｍ）、F２レーザ（λ＝158ｎｍ）等の短波長レーザを使用する走査型露光装置では、露光光の減衰が高い為、不活性ガスでほぼ密閉された空間内を導光している。
【００２６】
各検出系14a、14b、14cには個別に不図示の減衰率を選択可能な減衰ガラスが構成されており、各検出系間の光量差を補正あるいは調整できるようにしてある。
【００２７】
第2位置検出手段14は、基準原版4と基準基板10の相互位置検出を行う位置検出手段も兼ねている。前記検出結果は、オフアクシス顕微鏡15、オフアクシス顕微鏡16のベースラインを算出する要素となっている。ここで、ベースラインとは基板を位置合わせするときのショット中心と露光するときのショット中心（投影光学系の光軸）間距離のことである。オフアクシス顕微鏡15は非露光光を使用した非TTL(Through The Lens)顕微鏡であり、オフアクシス顕微鏡16は非露光光を使用したTTL顕微鏡である。
【００２８】
前記オフアクシス顕微鏡15、オフアクシス顕微鏡16は、基板8上のアライメントマークの位置を検出する顕微鏡である。
【００２９】
以下に従来の第2の露光装置におけるオフアクシス顕微鏡15のベースライン計測の実施例を示す。
【００３０】
本計測を行うに際し、第２位置検出手段14の各検出系14a,14b,14cの少なくても１つ以上の検出系を各検出系の検出範囲に駆動する。基準原版2にデザインされている原版基準マーク17を原版ステージ2の駆動によりの検出範囲に移動する。基準基板10にデザインされている基板基準マーク18を基板ステージ9の駆動により検出範囲に移動する。
【００３１】
原版基準マーク17と基板基準マーク18の相対ずれ量を第２位置検出手段14の少なくても１つ以上の検出系によって検出する。(第1工程)第１工程完了後、基準基板マーク19をオフアクシス顕微鏡15の検出範囲に移動する。基準基板マーク19とオフアクシス顕微鏡15に固設されている顕微鏡基準マーク20の相対ずれ量を検出する。（第2工程）第1工程と第2工程の検出結果によりオフアクシス顕微鏡15のベースラインを算出し、オフアクシス顕微鏡15のベースライン補正を行う。
【００３２】
また、反射屈折型の投影光学系を構成した露光装置が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３４３５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
上記の従来の技術では、昨今の高集積化、微細化の技術に対し限界を生じ始めている。半導体集積回路等のパターンはますます高集積及び微細化に伴い、投影光学系5のNAが大きくなるにつれ投影光学系5の焦点深度が浅くなり、高度な位置合わせ精度が求められている。
【００３４】
本発明者によれば、第2位置検出手段14に3つ以上の検出系を構成することにより、従来計測できなかった原版走査方向の像面傾き成分を計測可能とした。さらに検出系を増加させたことにより、平均化効果により従来よりも高精度な位置検出が可能とした。
【００３５】
しかし将来にわたって更なる高精度な位置合わせ精度が要求されており、以下のような問題を解決することが望まれている。
【００３６】
従来の投影露光装置においては、第2位置検出手段14を用いて、投影光学系5を介して基板の表面位置を直接測定していること、及び基板表面の露光領域と投影光学系5の結像面との差を最も小さくするという合焦機構の目的から、第2位置検出手段14の検出範囲は露光領域内に構成することが通常である。また第2位置検出手段は、露光光を光源としているため、投影光学系における透過範囲は露光用照明光に対する収差保証範囲に設定されることが通常である。
【００３７】
しかしながら第2位置検出手段14は、合焦検出だけでなくアライメント機構も兼ね備えている。アライメント機構においては、通常複数のマークを観察し各マークの位置情報から位置を算出している。そのため各検出されるマーク間の距離が長いほど、高精度な位置検出が可能になる。しかし上述のような第2位置検出手段の検出範囲には制約があるため、十分なマーク間距離を取れない問題があった。
【００３８】
露光装置の解像力を向上させるためには、投影光学系5の高ＮＡ化と露光光の短波長化が必要である。露光光の短波長の進展につれ、要求される投影光学系の性能は高くなり、諸収差を追い込むため多数のレンズ枚数が必要になる。また露光光の短波長の進展つれ、光の吸収が大きくなり構成できる硝材は限定されることでもある。即ちレンズ枚数を多くしないと、光学性能を達成できないが、レンズ枚数を多くすると透過率の低下や製造コストの増大を招くことでもあり開発が困難な問題があった。
【００３９】
このため、例えば特開2001-27727や特開2001-343589に提案されているような反射屈折型の投影光学系を構成した露光装置が考えられている。これによれば、反射光学系と屈折光学系を組み合わせた反射屈折型の露光装置ではレンズ毎数の増加を招くことなく、色収差をはじめ各諸収差をほぼ無収差まで良好に補正することができるとしている。その際、諸収差を良好に補正するため、例えば特開平6-235863に提案されているような円弧状の照明領域を有する露光装置が考えられている。
【００４０】
しかし上述のように反射屈折型の投影光学系を構成した露光装置では従来矩形型の露光領域から円弧型の露光領域が予定されているが、円弧型の露光領域における第2位置検出手段14の適切な検出範囲は提案されていない問題があった。
【００４１】
本発明は、上記のような従来の問題点を踏まえ為されたもので、高い位置合わせ精度で露光出来る露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
請求項1記載の発明によれば、所定の露光光で原版を照明する露光用照明光学系と、前記原版上パターンを基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系を介し露光光と実質同一波長の光で位置検出を行う位置検出手段を有する露光装置において、前記位置検出手段の検出範囲は、位置計測手段精度が保証される投影光学系収差保証範囲において略最大範囲をとることを特徴としている。
【００４３】
投影光学系における露光工程に必要な収差精度と計測時に必要な収差精度は厳密には一致していない。また投影光学系の収差保証範囲は矩形あるいは円弧状の露光領域だけでなく、露光領域を全て含む円形で収差を保証されている。
【００４４】
本発明によれば、計測時に必要な投影光学系の収差精度範囲で位置検出手段の検出範囲を最大に設定することで、各検出されるマーク間距離を長くすることが出来、アライメント精度を向上させることが可能になる。
【００４５】
請求項2記載の発明によれば、所定の露光光で原版を照明する露光用照明光学系と、前記原版上パターンを基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系を介し露光光と実質同一波長の光で位置検出を行う位置検出手段を有する露光装置において、前記位置検出手段の検出範囲は、露光精度が保証される投影光学系収差保証範囲において略最大範囲をとることを特徴としている。
【００４６】
本発明によれば、位置検出手段の検出範囲を露光精度が保証される投影光学系収差保証範囲に広げることにより、広範囲な検出範囲を設定できる。検出範囲は露光精度が保証された投影光学系収差保証範囲である為、露光光と同等の収差保証で投影レンズ5を透過あるいは反射させることができる。
【００４７】
請求項3記載の発明によれば、所定の露光光で原版を照明する露光用照明光学系と、前記原版上パターンを基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系を介し露光光と実質同一波長の光で位置検出を行う位置検出手段を有する露光装置において、前記位置検出手段の検出範囲は、投影光学系の露光領域において略最大範囲をとることを特徴としている。
【００４８】
本発明によれば、位置検出手段の検出範囲を露光領域の最大範囲に設定することで、基板表面の露光全領域において投影光学系の結像面との差を小さくすることができる。
【００４９】
さらに露光用照明系の開口絞り等によって露光領域が可変される場合には、可変される露光領域に応じて位置検出範囲を可変させることにより、常に露光全領域において投影光学系の結像面との差を最も小さくすることができる。
【００５０】
請求項4記載の発明によれば、所定の露光光で原版を照明する露光用照明光学系と、前記原版上パターンを基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系を介し露光光と実質同一波長の光で位置検出を行う位置検出手段を有する露光装置において、露光領域は所定の半径の円弧と前記円弧から原版走査方向に平行移動された所定の半径の円弧と走査方向に平行な直線で囲まれた領域であり、前記位置検出手段は3つ以上の検出系が構成され、前記検出系の第1検出範囲は、露光光軸を含む原版走査方向軸上にある。第2検出範囲と第3検出範囲は露光光軸を含む原版走査軸を境界線とした第1検出範囲の両側であり、かつ第1検出範囲は、第2、第3検出範囲に対し前記円弧の凸側、あるいは第2、第3検出範囲を結ぶ原版走査方向に垂直な直線上に位置することを特徴としている。
【００５１】
本発明によれば、露光領域が円弧の露光装置において位置検出手段に3つ以上の検出系を構成し、1つの検出系を円弧の凸側に配置し、2つの検出系を両翼に配置することで、円弧の露光領域の形状を活用して最大検出範囲を設定することができる。
【００５２】
請求項5記載の露光装置によれば、所定の露光光で原版を照明する露光用照明光学系と、前記原版上パターンを基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系を介し露光光と実質同一波長の光で位置検出を行う位置検出手段を有する露光装置において、露光領域は所定の半径の円弧と前記円弧から原版走査方向に平行移動された所定の半径の円弧と走査方向に平行な直線で囲まれた領域であり、前記位置検出手段は3つ以上の検出系が構成され、前記検出系の第1検出範囲は、露光光軸を含む原版走査方向上にある。第2検出範囲と第3検出範囲を結ぶ直線は原版走査方向に垂直であり、第2検出範囲と第3検出範囲は互いに露光光軸を含む原版走査方向の直線に対し対称であり、第1〜第3検出範囲を頂角とする三角形の面積が最大であることを特徴としている。
【００５３】
本発明によれば、露光領域が円弧の露光装置において位置検出手段に3つ以上の検出系を構成し、3つの検出系の検出範囲を角とする三角形の面積が最大になるように配置することができる。
【発明の効果】
【００５４】
第2位置検出手段14の検出系の検出位置が露光領域内だけでなく露光領域外にもある為、ベースライン計測等において検出系を露光時に待機位置へ待避駆動させることが不要である為、高速な位置検出を行うことが可能である。同時に駆動誤差が削除あるいは低減できる為高精度な位置検出が可能である。
【００５５】
第2位置検出手段14の検出系の検出位置が露光領域内だけでなく露光領域外にもある為、ベースライン計測等において原版ステージ2を駆動せずあるいは駆動量を短縮でき、装置全体のスループットを向上させることが出来る。同時に駆動誤差が削除あるいは低減できる為、高精度な位置検出が可能である。
【００５６】
第2位置検出手段14の検出系の検出位置が露光領域内だけでなく露光領域外にもある為、ベースライン計測等において基板ステージ9を駆動せずあるいは駆動量を短縮でき、装置全体のスループットを向上させることが出来る。同時に駆動誤差が削除あるいは低減できる為、高精度な位置検出が可能である。
【００５７】
第2位置検出手段14の第3検出系14cの検出範囲は、露光光軸とオフアクシス顕微鏡15の検出配範囲を含む間にある為、ベースライン計測において原版ステージ2あるいは基板ステージ9またはその両方を駆動させる際の駆動要素を短縮あるいは削除できる為、高速かつ高精度の位置検出を行うこと出来、装置全体のスループットを向上及び高精度な重ね合わせ露光を行うことが出来る。
【００５８】
原版ステージ2あるいは基板ステージ9またはその両方及び第3検出系の検出範囲を露光終了位置から移動させずに、オフアクシス顕微鏡15あるいはオフアクシス顕微鏡16のベースライン計測が可能である。したがって、高速かつ高精度の位置検出を行うこと出来、装置全体のスループットを向上及び高精度な重ね合わせ露光を行うことが出来る。
【００５９】
第2位置検出手段14の第3検出系14cを使用し露光中にベースライン計測等を行うことが可能である為、装置全体のスループットにおける位置合わせ計測時間が短縮される。
【００６０】
第2位置検出手段14の第3検出系14cを使用し露光熱等の要因によるレチクルの変形量を検出できる為、高精度な重ね合わせ露光が可能である。
【００６１】
第2位置検出手段14の検出範囲は露光光照明領域に限定されず、露光光収差保証領域、計測光収差保証領域まで広く設定可能であるため、第2位置検出手段14を使用した位置検出計測において使用位置検出用マーク間隔が長く取れ、高精度な位置検出が可能である。
【００６２】
第2位置検出手段14の検出範囲は露光光照明領域に応じて最大範囲に設定できるので、基板8表面の露光全領域において投影光学系の結像面との差を小さくすることが可能である。
【００６３】
露光領域が円弧状である露光装置に構成される第2位置検出手段14において円弧状の露光領域の形状を利用して検出範囲を大きく構成できるため、位置検出精度を向上させることが可能になる。
【００６４】
露光領域が円弧状である露光装置に構成される第2位置検出手段14において円弧状の露光領域の形状に応じた駆動範囲を構成している為、各検出系の駆動範囲を広く確保でき、検出範囲を大きくすることが出来る。または投影光学系収差が少ない部分を検出範囲に設定することで、位置検出精度を工場させることが可能である。
【００６５】
本発明の露光装置では、検出範囲が広くなるため、基準基板、あるいはレチクル、ウェハ上の第２位置検出手段14用のマーク構成可能部分が広くなり、各種計測用のマークが予備マークを含め多くデザインでき、さらにレチクルデザイン等の制約も緩くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
本発明の第１の露光装置に構成される第2位置検出手段14の検出範囲（以下の記載において検出範囲の表現は、第2位置検出手段14の検出範囲を示すものとする。）を図8、図9に示す。従来露光装置は図4に示すように通常、露光光収差保証領域18内に設定された露光光照明領域（露光スリット）17内に検出範囲を設定していたが、本発明の検出範囲は第2位置検出手段14の計測精度（以下の記載において計測精度の表現は第2位置検出手段14の計測精度を示すものとする。）を保証できる計測光収差保証範囲19を含んでいる。
【００６７】
計測光収差保証範囲19に検出範囲を設定することにより、本発明者が特願2002-355685、特願2003-064107に示した第2位置検出手段14を使用したベースライン計測、レチクルステージ位置計測、ウェハステージ位置計測時に測定するマーク間隔長を長く構成できるため、より高度の位置合わせ精度を達成することができる。特に図9に示すように露光領域の短軸方向に駆動軸を構成した14cの検出系において、露光スリット外を検出できることは、本発明の効果を大きく享受することが可能である。
【００６８】
装置構成の問題により計測光収差保証範囲19に検出範囲を設定できない場合においても図10、図11に記載するように露光光収差保証領域18内に設定することで、従来の露光装置に対し本発明の効果を享受することが可能である。さらに検出範囲が露光光収差保証領域18内である為、位置合わせ計測を露光光と同等の収差保証範囲で行える利点もある。
【００６９】
露光光照明光学系内に構成されている不図示のマスキングブレードにより露光光照明領域が限定されている場合でも、第2位置検出手段14の検出経路は影響を受けない構成であるため、露光光収差保証領域18内あるいは計測光収差保証範囲19を計測することが可能である。
【００７０】
本発明の第１の露光装置における第2位置検出手段14の検出方法の１つにオフアクシス顕微鏡15のベースライン計測において露光光軸と基準基板の相互位置のずれ量を検出する検出方法がある。以下に本計測の実施例を示す。
【００７１】
ベースライン計測の第1の実施例を図12に示す。
【００７２】
本発明の第1の露光装置によれば、第2位置検出手段14の各検出系の検出範囲は露光照明領域外を含んでいる。ベースライン計測を行う際、各検出系の検出位置を露光時の待機位置と検出範囲がほぼ一致するように配置することで、露光の際の待避位置で検出を行うことが可能であり、ベースライン計測を行う際に各検出系を検出位置に駆動をする必要が無くなる。したがってベースライン計測において検出系の駆動成分が削除できる為、高速かつ高精度なベースライン計測を行うことが出来る。
【００７３】
また例えば配置的な制約等の理由により、各検出系の露光時の待機位置と検出範囲がほぼ一致していなく近傍にある状態でも、検出系の駆動成分が減少する為、計測時間及び計測精度に効果が期待できる。
【００７４】
さらに本実施例によれば、原版ステージ2あるいは基板ステージ9またはその両方を移動させずに、第２検出手段14の少なくても１つ以上の検出系により原版基準マーク17、基板基準マーク18の相対ずれ量を検出し、さらにオフアクシス顕微鏡15により基板基準マーク19とオフアクシス顕微鏡の顕微鏡基準マーク20の相対ずれ量を検出する。
【００７５】
原版ステージ2あるいは基板ステージ9またはその両方の駆動を介しないベースライン計測が可能であり、駆動時間あるいは駆動精度を削除あるいは低減したベースライン計測を高速かつ高精度に行う。前記計測結果によりオフアクシス顕微鏡15のベースライン補正を行う。
【００７６】
また例えば投影光学系5周辺の配置的な制約等の理由により、基板ステージ9を移動させずに前記検出が実施出来なくても、第3検出系14cの検出範囲を露光光軸と前記オフアクシス顕微鏡15の間にすることにより、ベースライン計測を行う際に第3検出系14cを使用する時の基板ステージ位置とオフアクシス顕微鏡15を使用する時の基板ステージ位置を近づける効果がある為、基板ステ−ジ9の駆動量を減少させることが出来、計測時間及び計測精度に効果が期待できる。原版ステージ2の場合もベースライン計測を行う際に第3検出系14cを使用する時の原版ステージ位置とオフアクシス顕微鏡15を使用する時の原版ステージ位置を近づける効果がある為、同様の効果を期待できる。
【００７７】
ベースライン計測の第2の実施例を図13に示す。
【００７８】
図13に示すように第3検出系検出範囲14c1はベースライン計測の第1の実施例ごとく、露光時の待機位置と前記検出範囲14c1がほぼ一致している。露光終了の位置で、原版ステージ2、基板ステージ9、第3検出系14cの駆動を介せずオフアクシス顕微鏡のベースライン計測を実施することが可能である。
【００７９】
本実施例における構成の詳細を以下に記載する。
【００８０】
第3検出系14cは図13に示すように露光スリット17内だけでなく露光スリット17外にも検出範囲が構成されており、露光時の待機位置においても第3検出系14cは検出可能である。
【００８１】
基準原版4の原版基準マーク20は走査露光による原版ステージ2の走査駆動によって図13のように第3検出系14cの検出範囲14c1に移動され、走査露光終了時に検出可能な範囲に配置されている。
【００８２】
基準基板10の第2位置検出手段用基板基準マーク21は走査露光による基板ステージ9の走査駆動により図12に示すように走査露光終了時に第3検出系14cにより検出可能な範囲に配置されている。
【００８３】
さらに走査露光終了時に、オフアクシス顕微鏡15によりオフアクシス顕微鏡用の基板基準マーク22を検出することが可能であるように基準基板10上に基板基準マーク21と基板基準マーク22が配置されている。
【００８４】
前記構成により、走査露光終了位置において、原版ステージ2、基板ステージ9、第3検出系14cの駆動を介さず、第3検出系14cにより原版基準マーク20、基板基準マーク21の相対ずれ量を検出し、基準基板マーク22とオフアクシス顕微鏡15に固設されている顕微鏡基準マーク23の相対ずれ量を検出する。前記検出結果によりオフアクシス顕微鏡15のベースラインを算出する。
【００８５】
本実施例を行うことにより、原版ステージ2、基板ステージ9、第3検出系14cの駆動を介さず、露光終了位置でベースライン計測が実施できるため、装置全体のスループットを向上させることが可能である。
【００８６】
さらに計測精度においても前記駆動成分が含まれない為、高精度な検出及び算出を行える。
【００８７】
ベースライン計測の第3の実施例を図14に示す。
【００８８】
図14に示すように第3検出系検出位置14c1はベースライン計測の第2の実施例ごとく、露光時の待機位置と前記検出範囲14c1がほぼ一致している。露光途中の所定の位置で、基準原版4と基準基板10の相対位置を第3検出系14cにより検出可能であり、さらにオフアクシス顕微鏡15によって基準基板10が検出可能である。
【００８９】
本実施例における構成の詳細を以下に記載する。
【００９０】
第3検出系14cは図14に示すように露光スリット17内だけでなく露光スリット17外にも検出範囲が構成されており、露光時の待機位置で第3検出系14cは検出可能である。
【００９１】
基準原版4の原版基準マーク20は走査露光による原版ステージ2の走査駆動によって図14のように第3検出系14cの検出位置14c1に移動され、走査露光途中の所定の範囲で検出可能な範囲に配置されている。
【００９２】
基準基板10の第2位置検出手段14用の基板基準マーク21は走査露光による基板ステージ9の走査駆動により図14に示すように走査露光途中の所定の範囲で第3検出系14cにより検出可能な範囲に配置されている。
【００９３】
さらに前記基板ステージ位置において、オフアクシス顕微鏡15によりオフアクシス顕微鏡用の基板基準マーク22を検出することが可能である。
【００９４】
前記構成により、走査露光途中の所定の範囲において第3検出系14cにより原版基準マーク20、基板基準マーク21の相対ずれ量を検出し、基準基板マーク22とオフアクシス顕微鏡15に固設されている顕微鏡基準マーク23の相対ずれ量を検出する。前記検出結果によりオフアクシス顕微鏡15のベースラインを算出する。前記実施例によって露光中のベースラインの算出結果を不図示の演算処理装置に送り、露光中のベースライン変動を補正する補正処理あるいは補正駆動を行うことが可能である。
【００９５】
従来ベースライン計測を行う際は露光終了してから実施していたが、本実施例によれば露光終了前にベースライン計測を行うことあるいは開始することが出来る為、装置全体のスループットを向上させることが可能である。
【００９６】
またオフアクシス顕微鏡16においても第2位置検出手段14の計測精度が向上する為、高精度なオフアクシス顕微鏡16のベースライン計測を実施できる。
【００９７】
本発明の走査型露光装置における第2位置検出手段14の検出方法の１つに露光中のレチクルの熱変形を検出する方法がある。以下に本計測の実施例を示す。
【００９８】
本実施例の露光装置では、第3検出系14cは露光時の待機位置においても基準基板10が観察できる。原版1上には本計測に使用するマークが1つあるいは複数デザインされている。同様に基準基板10上にも本計測に使用するマークが1つあるいは複数デザインされている。露光ショット列が最も基準基板10に近づくショット列の何れかショットの露光中あるいは基板ステージのショット間の移動中において第3検出系14cにより1つあるいは複数の前記原版上のマークと基準基板上のマークを重ね合わせ検出が可能である。
【００９９】
前記検出により、複数のマーク間距離、あるいは基準基板10上のマークを基準にした原版1上のマーク位置あるいは形状変動により露光時のレチクル熱変形量を算出する。前記算出結果によりレチクル熱変形を補正する処理を行う。
【０１００】
なお本効果は、上述の計測に限定されたものでなく、第2位置検出手段14を使用する各種検出方法において有効である。
【０１０１】
第1検出系範囲14a、第2検出系範囲14bは投影光学系光軸を含んだ直線上に構成しているが、露光領域17あるいは露光光収差保証範囲18、計測光収差保証範囲19において、アライメント精度向上、投影光学系収差影響補正等の理由によりさらに広範囲の検出範囲を所持したい場合は図15に示すように露光光軸から離れた位置に構成することも可能である。
【０１０２】
また各検出系は、露光用照明光学系に構成されている不図示のマスキングブレードにより露光領域が可変される。その際に各検出系は露光領域の計測が重視される焦点計測において露光領域に応じて最大検出範囲を持つように検出系は駆動する。
【０１０３】
本発明の第2の露光装置は露光領域が従来の矩形型でなく円弧状の露光領域である。
【０１０４】
本発明の第2の露光装置として、例えばF2レーザを光源とする反射屈折型投影光学系の露光装置がある。
【０１０５】
本発明の第2の露光装置に構成される第2位置検出手段14は、図1に示すような検出範囲を構成している。
【０１０６】
下記に図1に示した検出範囲の具体的な形状について記載する。
【０１０７】
第2の露光装置の露光領域は所定の半径の円弧と前記円弧から原版走査方向に平行移動された所定の半径の円弧と走査方向に平行な直線で囲まれた領域である。本発明の反射屈折型露光装置の第2位置検出手段14は3つ以上の検出系が構成され、前記検出系の第1検出範囲14a1は、露光光軸を含む原版走査方向軸上にあり、第2検出範囲14b1と第3検出範囲14c1は露光光軸を含む原版走査軸を境界線とした第1検出範囲14a1の両側であり、前記第1検出範囲14a1は、第2、第3検出範囲に対し前記円弧の凸側、かつ第2、第3検出範囲を結ぶ原版走査方向に垂直な直線上に位置している。
【０１０８】
また第2検出範囲14b1と第3検出範囲14c1を結ぶ直線は原版走査方向に垂直であり、第2検出範囲14b1と第3検出範囲14c1は互いに露光光軸を含む原版走査方向の直線に対し対称であり、第1〜第3検出範囲を頂角とする三角形の面積が最大になるように配置されている。
【０１０９】
本発明の第2の露光装置によれば、露光領域が円弧の露光装置において第2位置検出手段14に3つ以上の検出系を構成し、1つの検出系を円弧の凸側に配置し、2つの検出系を両翼に配置することで、円弧の露光領域の形状を活用して最大検出範囲を設定している。
【０１１０】
第2位置検出手段14の検出範囲は図1のように反射屈折投影光学系の露光精度が保証される収差保証範囲に限定されるだけでなく、第2位置検出手段14に求められる精度、目的等により図16に示すような露光領域に限定した範囲、あるいは位置計測手段精度が保証出来る投影光学系収差保証範囲に置きかえることも可能である。
【０１１１】
第2の露光装置に構成される第2位置検出手段14の各検出系14a,14b,14cが検出範囲を個別に選択可能にした場合の検出範囲について記載する。
【０１１２】
露光領域が円弧状である第2の露光装置に構成される第2位置検出手段14の検出範囲の第１実施例を図17に示す。
【０１１３】
図17に示すように露光範囲14a1、14b1は走査方向に垂直な検出範囲かつ投影光学系の露光領域において走査方向に対し垂直な方向に最大の範囲を確保できる直線検出範囲を構成している。第１実施例では検出系の駆動方向が走査方向に対して垂直であるため、第2位置検出手段内の光学系配置14が容易であり、露光領域が矩形の露光装置との駆動シーケンスの共用が条件によっては可能である。
【０１１４】
なお検出系が3個である場合は、図18に示すように第3検出系14ｃの検出範囲14c1は、走査方向に平行であり露光領域中央を検出できるように構成されている。
【０１１５】
露光領域が円弧状である第2の露光装置に構成される第2位置検出手段14の検出範囲の第2実施例を図19に示す。
【０１１６】
第2実施例によれば図19に示すように、円弧状に応じた検出範囲をもつようにＲガイド等を使用した駆動系を構成し、第1実施例より露光領域内の検出範囲を拡大している。第2実施例の駆動系は第1〜第3検出系を１組のＲガイド上に個別に構成し、各検出系が個別に駆動できる駆動軸を所持している。装置配置制約等により各検出系個別に駆動軸を構成できず、一体型の駆動軸であっても円弧にそって検出範囲を構成できることにより本発明の効果を十分に享受することができる。
【０１１７】
またＲガイド等に限定せず、ＸＹステージを搭載し検出系がＸＹ駆動可能な駆動機構を構成することも可能である。通常投影光学系の収差は露光収差保証範囲中央が最も少なくなるように設計されている為、検出範囲を露光領域中央に構成すれば投影光学系の収差影響がもっとも少なくなる。あるいは投影光学系の収差が少ない部分に沿って検出範囲を設定することも可能である。
【０１１８】
露光領域が円弧状である第2の露光装置に構成される第2位置検出手段14の駆動範囲の第3実施例を図20に示す。
【０１１９】
第3実施例によれば図20に示すように駆動範囲14a,14bを走査方向に対し傾きをとり、投影光学系の露光精度が保証される露光光収差保証範囲18において直線で最大範囲を構成するように設定している。
【０１２０】
または図21のように概略露光領域中央に構成することにより、投影光学系の収差影響を軽減した検出範囲を構成することも有益である。
【０１２１】
なお本発明の露光装置の第2位置検出手段14検出範囲は、露光光収差保証範囲18において最大の範囲に限定されず、第2位置検出手段に要求される精度、目的等に応じて、第2位置計測手段14の計測精度が保証される計測光収差保証範囲19、あるいは露光光照明領域17に置きかえることが可能である。
【０１２２】
例えば、図17の駆動範囲14a,14bは露光領域内で観察範囲が最大に成るように設定している為、投影レンズ中央から離れた位置に駆動範囲を構成しているが、計測精度が保証される範囲まで許容する場合、図22に示すように互いに投影レンズ中央を挟んだ駆動範囲を選択することも出来る。
【０１２３】
本発明の第2位置検出手段14の検出範囲は、投影光学系収差、検出系駆動範囲、位置検出を行う成分を考慮し、適宜第2位置検出手段14の検出範囲を設定することができる。その際、上述した１つの要素に限定せずに、複数の要素を含んだ範囲を設定できることは勿論のこと、１つの要素に主をもち他要素を補完要素として完全に合致しないまでも可能な範囲で含ませることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の第2の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図２】従来の第1の露光装置概略鳥瞰図。
【図３】従来の第１の露光装置概略平面図。
【図４】従来の第１の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図５】従来の第2の露光装置概略鳥瞰図。
【図６】従来の第2の露光装置概略平面図。
【図７】従来の第2の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図８】本発明の第1の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図９】本発明の第1の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図１０】本発明の第1の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図１１】本発明の第1の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図１２】本発明の第１の露光装置における第１のベースライン計測の実施例図。
【図１３】本発明の第１の露光装置における第2のベースライン計測の実施例図。
【図１４】本発明の第１の露光装置における第3のベースライン計測の実施例図。
【図１５】本発明の第１の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図１６】本発明の第2の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図１７】本発明の第2の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図１８】本発明の第2の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図１９】本発明の第2の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図２０】本発明の第2の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図２１】本発明の第2の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【図２２】本発明の第2の露光装置に構成される第2位置検出手段検出範囲図。
【符号の説明】
【０１２５】
1  原版
2  原版ステージ
3  レーザ干渉計
4  基準原版
5  投影光学系
6  移動鏡
7  露光用照明光学系
8  基板（ウェハ）
9  基板ステージ
10  基準基板
11  レーザ干渉計
12  移動鏡
13  第1位置検出手段
14  第2位置検出手段
14a  第１検出系
14a1  第1検出範囲
14b  第2検出系
14b1  第2検出範囲
14c  第3検出系
14c1  第3検出範囲
14d1  検出範囲
15  オフアクシス顕微鏡
16  オフアクシス顕微鏡
17  露光光照明領域（露光スリット）
18  露光光収差保証領域
19  計測光収差保証領域
20  原版基準マーク
21  基板基準マーク
22  基板基準マーク
23  顕微鏡基準マーク
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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