(57)【要約】【課題】レチクルを短時間で精度よくアライメントできるＥＵＶ露光方法及びＥＵＶ露光装置を提供する。【解決手段】レチクル２にはアライメントマークＡＭが形成されている。アライメントマークＡＭは、プリアライメントマークＡＭ１と、ファインアライメントマークＡＭ２を有する。プリアライメントマークＡＭ１は、プリアライメントセンサＰＡから発せられる、波長が２４８ｎｍの紫外線で検出され、ファインアライメントマークＡＭ２は、ウェハステージ上の空間像センサで検出される。ファインアライメントの前に露光光の波長と異なる波長の光を用いてプリアライメントを行って、ファインアライメントマークＡＭ２がファインアライメント時に検出しやすい位置となるように、レチクルステージをＸＹθの３自由度に対して位置決めする。これにより、レチクルファインアライメントを高精度で行うことができる。【選択図】      図２
2005032889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長５〜２０ｎｍのＥＵＶ光を光源とする露光方法であって、
感応基板に転写すべきパターンの形成されたマスク（レチクル含む）をマスクステージに搭載した後、露光光の波長と異なる波長のプリアライメント光を用いてプリアライメントマークを検出してマスクをプリアライメントする工程と、
その後に、露光光を用いてマスク上のファインアライメントマークを検出してマスクをファインアライメントする工程と、
を含むことを特徴とするＥＵＶ露光方法。
【請求項２】
前記プリアライメント光の波長が、マスクパターン欠陥検出機で使用される波長とほぼ同一であることを特徴とする請求項１記載のＥＵＶ露光方法。
【請求項３】
波長５〜２０ｎｍのＥＵＶ光を用いてマスク（レチクル含む）に形成されたパターンを感応基板に転写する露光装置であって、
前記マスクには、プリアライメントマークとファインアライメントマークとが形成されており、
前記ＥＵＶ光の波長と異なる波長のプリアライメント光を用いて前記プリアライメントマークを検出する手段と、
前記ＥＵＶ光を用いて前記ファインアライメントマークを検出する手段と、
を備えることを特徴とするＥＵＶ露光装置。
【請求項４】
前記ファインアライメントマーク検出手段が、
前記感応基板が搭載される感応基板ステージに載置される、ＥＵＶ光を透過させる開口（スリット）が設けられたパターン板と、
前記開口を透過したＥＵＶ光を受光する受光素子と、を有し、
前記開口が、前記ファインアライメントマークが前記感応基板に転写された像と同じ周期構造を持つことを特徴とする請求項３記載のＥＵＶ露光装置。
【請求項５】
前記露光装置は、前記感応基板（ウェハ）の位置を検出するためのウェハアライメント手段をさらに有し、
前記パターン板に、該ウェハアライメント手段で検出されるアライメントマークが設けられていることを特徴とする請求項４記載のＥＵＶ露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＵＶ光（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ  光、極端紫外光）を用いる露光方法及び露光装置に関する。特には、マスク（レチクル）を短時間で精度よくアライメントできるＥＵＶ露光方法及びＥＵＶ露光装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
ＥＵＶ光や、紫外光レーザ、荷電粒子線等のエネルギ線を用いた露光装置においては、高精度でアライメントを行うために、レチクルに形成されたパターンが感応基板（ウェハ）上に投影される位置と、ウェハアライメントセンサの位置との関係を正確に把握しておくことが必要である。このため、紫外光を用いた露光装置では、マーク検出光がレチクル上のレチクルアライメントマークで反射した像と、投影光学系を介して入射したマーク検出光がウェハステージ上の基準マーク（フィデューシャルマーク、ＦＭ）で反射し、投影光学系を経てレチクルの位置に戻った像とを、光学的に拡大してＣＣＤ撮像素子等で撮像し、画像処理することにより両者の相対位置関係を求めている。
【０００３】
しかし、ＥＵＶ光を用いる露光装置では、ＥＵＶ光の波長領域の光を透過させる物質が存在しないため、光学素子には多層膜反射鏡が使用される。そのような多層膜反射鏡の反射率は最大でも７０％程度である。このため、上記のように、ウェハステージのＦＭで反射した光が投影光学系を経てレチクルに戻るまでに、光量が著しく低下する。さらに、その像を画像処理するための撮像素子に導くには、最低でも２枚の反射ミラーを追加する必要があり、光量はさらに低下する。したがって、このようにして位置合わせを行うことはスループットが大幅に減少するため、現実的ではない。
【０００４】
そこで、ＥＵＶ露光装置では、ウェハステージに空間像センサを用意し、同センサでレチクルアライメントマークを検出する方法が使用される（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。空間像センサは、例えば、ウェハステージの基準マークＦＭに形成されたスリット（光透過部）と、同スリットの下方に配置されたフォトディテクタとから構成される。
【０００５】
ところで、レチクルに形成されたレチクルアライメントマークは、レチクルの外形に対して、例えば±０．５ｍｍ程度の描画位置誤差をもつ。また、レチクルを露光装置にセットする際には、レチクルをレチクル搬送ケースから取り出し、レチクル搬送系によってレチクルステージのチャック上まで搬送して、チャック上に静電吸着させる。このような搬送系の位置誤差や、チャック上のレチクル位置を検出する検出系の精度も考慮すると、レチクルステージ上におけるレチクルアライメントマークは±０．５ｍｍ以上の位置誤差をもつと予想される。この位置誤差には、ＸＹ方向（光軸に垂直な面上）の位置誤差と、Ｚ軸（光軸）周りの回転誤差も含まれる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−７８３１３号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１９９００号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような位置誤差をもつレチクルアライメントマークが投影された像をウェハステージの空間像センサで検出するためには、レチクルステージとウェハステージとを低速度で相対走査して、空間像センサの検出感度を上げる必要があり、長時間を要する。
【０００８】
また、検出時には、レチクルアライメントマークがウェハステージ上に投影される位置と、ウェハアライメントセンサの位置との相対距離を数ｎｍ以下の精度で計測する必要がある。このためには、レチクルアライメントマークと、空間像センサのスリットを、十分に細いピッチの周期線とすることが好ましい。しかし、像の回転誤差が大きい場合は、周期構造を検出できないという不具合が発生する。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、レチクルを短時間で精度よくアライメントできるＥＵＶ露光方法及びＥＵＶ露光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するため、本発明のＥＵＶ露光方法は、  波長５〜２０ｎｍのＥＵＶ光を光源とする露光方法であって、  感応基板に転写すべきパターンの形成されたマスク（レチクル含む）をマスクステージに搭載した後、露光光の波長と異なる波長のプリアライメント光を用いてプリアライメントマークを検出してマスクをプリアライメントする工程と、  その後に、露光光を用いてマスク上のファインアライメントマークを検出してマスクをファインアライメントする工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
ファインアライメントの前に露光光の波長と異なる波長の光を用いてプリアライメントを行って、ファインアライメントマークを、空間像センサを用いたファインアライメント時に検出しやすい位置となるように、レチクルステージをＸＹθの３自由度に対して位置決めする。これにより、レチクルファインアライメントを高精度で行うことができる。
【００１２】
本発明においては、  前記プリアライメント光の波長を、マスクパターン欠陥検出機で使用される波長とほぼ同一とすると、プリアライメントマークを高いコントラストで検出できる。
【００１３】
本発明のＥＵＶ露光装置は、  波長５〜２０ｎｍのＥＵＶ光を用いてマスク（レチクル含む）に形成されたパターンを感応基板に転写する露光装置であって、
前記マスクにプリアライメントマークとファインアライメントマークとが形成されており、  前記ＥＵＶ光の波長と異なる波長のプリアライメント光を用いて前記プリアライメントマークを検出する手段と、  前記ＥＵＶ光を用いて前記ファインアライメントマークを検出する手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、  前記ファインアライメントマーク検出手段が、  前記感応基板が搭載される感応基板ステージに載置される、ＥＵＶ光を透過させる開口（スリット）が設けられたパターン板と、  前記開口を透過したＥＵＶ光を受光する受光素子と、を有し、  前記開口が、前記ファインアライメントマークが前記感応基板に転写された像と同じ周期構造を持つこととできる。
前述のように光量が大きく低下するような手段を用いないため、感応基板ステージ上で高い解像度のパターンを検出することができる。
【００１５】
本発明においては、  前記露光装置は、前記感応基板（ウェハ）の位置を検出するためのウェハアライメント手段をさらに有し、  前記パターン板に、該ウェハアライメント手段で検出されるアライメントマークを設ければ、レチクル座標とウェハ座標との関連付けを行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する
まず、ＥＵＶ露光装置の一例について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るＥＵＶ露光装置（４枚投影系）の構成を概略的に示す図である。
ＥＵＶ露光装置は、光源を含む照明系ＩＬを備えている。照明系ＩＬから放射されたＥＵＶ光（一般に５〜２０ｎｍの波長の光が用いられ、具体的には、１３．５ｎｍの波長の光が使用される）は、折り返しミラー１で反射してレチクル２に照射される。
【００１７】
反射型レチクル２は、パターン面を重力方向下側に向けた状態で、レチクルステージ３に吸着保持されている。このレチクルステージ３は、走査方向（Ｙ方向）に１００ｍｍ以上のストロークをもち、この走査方向と直交する方向（Ｘ方向）に微小ストロークをもち、光軸方向（Ｚ方向）にも微小ストロークをもっている。ＸＹ方向の位置は、図示せぬレーザ干渉計によって高精度にモニタされ、Ｚ方向位置はレチクルフォーカス送光系４とレチクルフォーカス受光系５からなるレチクルフォーカスセンサでモニタされている。
【００１８】
レチクルステージ３の下方には、レチクルプリアライメントセンサＰＡが配置されている。同センサは露光装置に固定されており、露光装置に対する位置は数十ｎｍ程度の精度で保証されている。図１では、レチクルプリアライメントセンサＰＡは１個しか描かれていないが、実際は、手前側と奥側に１個ずつ配置されている。同センサＰＡの光源からは、波長が２４８ｎｍの紫外線が発せられる。
なお、一般的なレチクルパターンの欠陥検査に使用される光線の波長も２４８ｎｍである。この波長は、レチクルの多層膜を形成する物質と吸収層を形成する物質が紫外線に対して十分な光学的コントラストを持つように選ばれた波長であるといえる。
【００１９】
レチクル２で反射したＥＵＶ光は、図中下側の投影光学鏡筒１４内に入射する。このＥＵＶ光は、レチクル２に描かれた回路パターンの情報を含んでいる。レチクル２には、ＥＵＶ光を反射する多層膜（例えば、Ｍｏ／ＳｉやＭｏ／Ｂｅ）が成膜されており、この多層膜上に吸着層（例えばＮｉやＡｌ）の有無でパターニングされている。
【００２０】
光学鏡筒１４内に入射したＥＵＶ光は、第１ミラー６で反射した後、第２ミラー７、第３ミラー８、第４ミラー９で順次反射し、最終的にはウェハ１０に対して垂直に入射する。これらのミラー等からなる投影光学系の縮小倍率は、例えば１／４や１／５である。この図では、ミラーは４枚であるが、Ｎ．Ａ．をより大きくするためには、ミラーを６枚あるいは８枚にすると効果的である。鏡筒１４の近傍には、アライメント用のオフアクシス顕微鏡１５が配置されている。
【００２１】
ウェハ１０は、ウェハステージ１１上に載置されている。ウェハステージ１１は、光軸と直交する面内（ＸＹ平面）を移動することができ、移動ストロークは例えば４００〜５００ｍｍである。ウェハステージ１１は、光軸方向にも微小のストロークで上下移動でき、光軸方向位置（Ｚ方向位置）はウェハオートフォーカス送光系１２とウェハオートフォーカス受光系１３からなるウェハオートフォーカスセンサでモニタされている。ウェハステージ１１のＸＹ方向位置は、図示せぬレーザ干渉計によって高精度でモニタされている。露光動作において、レチクルステージ３とウェハステージ１１は、投影光学系の縮小倍率と同じ速度比、すなわち、４：１あるいは５：１で同期走査する。
【００２２】
ウェハステージ１１上には、基準マーク（パターン板）ＦＭが形成されている。同基準マークＦＭには空間像センサが配置されている。空間像センサについては後述する。
【００２３】
次に、レチクルの構成について説明する。
図２は、レチクルの構成を説明する図であり、図２（Ａ）は全体の平面図、図２（Ｂ）は一部を拡大して示す平面図である。
この例のレチクル２は方形で、中央には方形のパターン領域（斜めハッチングの部分）ＣＰが形成されている。パターン領域ＣＰの左右側には、レチクルアライメントマークＡＭが形成されている。レチクルアライメントマークＡＭは、パターン領域ＣＰを挟んだ左右で一対をなし、この例では５対形成されている。
【００２４】
レチクルアライメントマークＡＭは、図２（Ｂ）に示すように、大き目の十文字マークＡＭ１と、小さ目の周期線マークＡＭ２から構成される。周期線マークＡＭ２は、ラインが縦方向にならんだ周期線マークと、横方向に並んだ周期線マークからなる。両マークＡＭ１、ＡＭ２のマーク部分（白地の部分）は、吸収層が除去されて反射多層膜が露出した部分であり、その周囲の部分（黒地の部分）は吸収層で覆われた部分である。
【００２５】
十文字マークＡＭ１は、プリアライメントセンサＰＡで検出されるマーク（レチクルプリアライメントマーク）である。同マークは、線幅が数百ｎｍ〜数十μｍであり、プリアライメントセンサＰＡから発せられる、波長が２４８ｎｍの紫外線で検出可能である。
一方、周期線マークＡＭ２は、後述する空間像センサで検出されるマーク（レチクルファインアライメントマーク）である。同マークの周期は、投影光学系の解像度に近く、線幅は、例えば数十〜数百ｎｍである。このマークはウェハステージ上に投影されたときに、空間像センサのスリットの周期線パターンと同じ周期構造をもつ。
【００２６】
次に、基準マークＦＭに形成された空間像センサについて説明する。
図３は、基準マークＦＭの構成を説明する図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は空間像センサのフォトディテクタの出力波形を示す。図３（Ｂ）において、縦軸は光強度、横軸は走査位置を示す。
空間像センサは、基準マークＦＭに形成された開口（スリット、光透過部）Ｓ１と、同スリットの下方に配置されたフォトディテクタ（図示されず）とから構成される。スリットＳ１は、縦方向に延びる５本の周期線パターンと横方向に延びる５本の周期線パターンとからなる。これらのパターンの周期と、上述のレチクルアライメントマークＡＭのファインアライメントマークＡＭ１の周期は、ウェハ上では同一であり、線幅が数十ｎｍ〜数百ｎｍである。
【００２７】
空間像センサのスリットＳ１を通過した光は、同スリットの下流に配置されたフォトディテクタで検出される。レチクルステージ３とウェハステージ１１を相対走査し、走査に同期してフォトディテクタからの信号を検出することによりレチクルステージ３とウェハステージ１１との相対位置関係を知ることができる。図３（Ｂ）に示す信号波形においてピークとなる位置を最適位置とする。
【００２８】
なお、基準マークＦＭには、図３（Ａ）に示すように、太目のラインが交差したクロスマークＳ２も設けられている。このクロスマークＳ２は、ウェハアライメントセンサキャリブレーション用マークである。
【００２９】
次に、レチクルのアライメント方法について説明する。
まず、レチクル２をレチクル搬送系でレチクルケースから取り出し、レチクルステージ３まで搬送し、レチクルホルダに静電吸着で固定する。次に、レチクルプリアライメントセンサＰＡで、レチクル２に形成されたレチクルプリアライメントマークＡＭ１（図２参照）を検出する。そして、検出結果を基にして、レチクルステージ３をＸＹ方向へ移動、及び、Ｚ軸周りに回転させてマークＡＭ１を位置決めする。つまり、レチクルファインアライメントの前に、レチクルファインアライメントマークＡＭ２が空間像センサで検出可能な位置となるように、かつ、空間像センサとレチクルファインアライメントマークＡＭ２の像との回転誤差が小さくなるように、レチクル２のプリアライメントを行う。この際、プリアライメントセンサＰＡの位置は、上述のように、露光装置に対して高い精度で保証されており、同センサで検出されるレチクルプリアライメントマークＡＭ１を露光装置に対して高精度で位置決めできる。
【００３０】
プリアライメント終了後、レチクルステージ３を移動して、ＥＵＶ光をレチクル２に形成されたレチクルファインアライメントマークＡＭ２（図２参照）に照射する。そして、同マークＡＭ２で反射した光がウェハステージ１１上に投影された像を、基準マークＦＭの空間像センサで検出する。この際、レチクルのプリアライメントが終了しているため、マークＡＭ２の像の位置は、空間像センサで検出可能な位置であり、空間像センサのスリットＳ１（図３参照）を通過したマークＡＭ２の像の周期構造を識別することができる。そして、レチクルステージ３とウェハステージ１１とを同期走査させて、フォトディテクタからの信号を検出し、信号強度がピークとなった位置に位置決めする。
【００３１】
ファインアライメント終了後、基準マークＦＭに設けられたウェハアライメントセンサキャリブレーションマークＳ２（図３参照）を、ウェハアライメントセンサ１５で計測する。そして、レチクル座標系とウェハ座標系の関連付けを行う。
これによりレチクルのアライメントを終了し、露光工程に移る。
【００３２】
この方法によれば、レチクルプリアライメントセンサＰＡの光として、波長が２４８ｎｍの紫外線を用いている。紫外線は可視光よりも波長が短い分だけ分解能が高いため、高精度のアライメントを行うことができる。また、上述のように一般的なレチクルパターン欠陥検査に使用される光も、波長が２４８ｎｍの紫外線（ＤＵＶ光）であることから、アライメント用のマークを光学的に十分なコントラストをもって検出できる。なお、精度やコントラストは劣るが、プリアライメントセンサＰＡの光源に可視光を用いることもできる。
【００３３】
また、ウェハアライメントセンサキャリブレーションマークとして、交差するラインパターンを用いたが、より高精度で行うためには周期線パターンとすることもできる。例えば、空間像センサＳ１と兼用してもよい。ただし、レチクルファインアライメントマークの周期が、可視光で検出できる分解能を持つことが必要となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、露光光の波長と異なる波長のプリアライメント光を用いてプリアライメントを行った後、露光光を用いてファインアライメントを行うため、短時間で精度よくアライメントを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るＥＵＶ露光装置（４枚投影系）の構成を概略的に示す図である。
【図２】レチクルの構成を説明する図であり、図２（Ａ）は全体の平面図、図２（Ｂ）は一部を拡大して示す平面図である。
【図３】基準マークＦＭの構成を説明する図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は空間像センサのフォトディテクタの出力波形を示す。
【符号の説明】
１  折り返しミラー                ２  レチクル
３  レチクルステージ              ４  レチクルフォーカス送光系
５  レチクルフォーカス受光系      ６  第１ミラー
７  第２ミラー                    ８  第３ミラー
９  第４ミラー                  １０  ウェハ
１１  ウェハステージ              １２  ウェハオートフォーカス送光系
１３  ウェハオートフォーカス受光系
１４  投影光学鏡筒                １５  オフアクシス顕微鏡
【図１】
2005032889.tif 000003
【図２】
2005032889.tif 000004
【図３】
2005032889.tif 000005