(57)【要約】【課題】  スループットの向上を図ることができる露光方法及び装置、並びに当該露光方法又は装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法を提供する。【解決手段】  レチクルＲに形成されたパターンＤＰを投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上に転写する露光処理を開始する前に、ウェハステージＷＳＴに設けられた空間像計測装置２０を用いて露光領域内に設定された所定数の検出点で投影光学系ＰＬの像面を検出し、ウェハＷの表面を合わせ込む基準となるＡＦ面を較正する。露光処理の途中では、露光領域内に設定された上記複数の検出点に含まれ、且つ所定数よりも少ない検出点で投影光学系ＰＬの像面を検出し、上記のＡＦ面を較正する。【選択図】  図１
2007115890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンを投影光学系を介して基板上に露光転写する露光方法において、
前記投影光学系の像面を第１の数の複数検出点で検出し、前記投影光学系の光軸方向における前記像面の位置と前記像面の傾斜とを計測する第１計測ステップと、
前記基板の表面を面調整装置で合わせ込む際の基準となる所定の基準面を、前記第１計測ステップの計測結果に基づいて較正する第１較正ステップと、
前記第１較正ステップの後に行われ、前記投影光学系の像面を前記複数検出点に含まれ、且つ前記複数検出点の前記第１の数より少ない検出点で検出し、少なくとも前記光軸方向における前記像面の位置を計測する第２計測ステップと、
前記第２計測ステップの計測結果に基づいて、前記面調整装置の前記基準面を較正する第２較正ステップと
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記第１計測ステップは、前記光軸方向における前記像面の位置と、前記光軸方向に交差して互いに直交する第１，第２方向における前記像面の傾斜とを計測するステップであり、
前記第１較正ステップは、前記第１計測ステップの計測結果に基づいて、前記光軸方向における前記基準面の位置と、前記第１，第２方向における前記基準面の傾斜とを較正するステップであることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記第２較正ステップは、前記第２計測ステップの計測結果に基づいて、少なくとも前記光軸方向における前記基準面の位置を較正するステップであることを特徴とする請求項２記載の露光方法。
【請求項４】
前記第２計測ステップは、前記光軸方向における前記像面の位置と、前記第１方向における前記像面の傾斜とを計測するステップであることを特徴とする請求項２記載の露光方法。
【請求項５】
前記第２較正ステップは、前記第２計測ステップの計測結果に基づいて、前記光軸方向における前記基準面の位置と、前記第１方向における前記基準面の傾斜とを較正するステップであることを特徴とする請求項４記載の露光方法。
【請求項６】
前記パターンを前記基板上に露光転写するために用いられる露光光は、前記第２方向に延びるスリット状であり、
前記露光光に対して前記パターンと前記基板とを前記第１方向に同期移動させつつ前記パターンを前記基板上に露光転写することを特徴とする請求項２から請求項５の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
前記第２計測ステップ及び前記第２較正ステップは、所定枚数の前記基板を単位としたロット毎に行われ、
前記第１計測ステップ及び前記第１較正ステップは、所定数の前記ロットを単位としたロット群毎に行われる
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項８】
所定のパターンが形成されたマスクを載置するマスクステージと、基板を載置する基板ステージと、前記マスクに形成された前記パターンの像を前記基板上に投影する投影光学系と、前記基板の表面を所定の基準面に合わせ込む面調整装置とを備える露光装置において、
前記投影光学系の光軸方向における前記投影光学系の像面の位置を検出する検出装置と、
前記基板の露光処理を開始する場合に、前記検出装置を制御して前記投影光学系の像面を第１の数の複数検出点で検出し、当該検出結果から前記光軸方向における前記像面の位置と前記像面の傾斜とを求め、これらに基づいて前記面調整装置の基準面を較正し、前記基板の露光処理の途中で、前記検出装置を制御して前記投影光学系の像面を前記複数検出点に含まれ、且つ前記複数検出点の前記第１の数より少ない検出点で検出し、当該検出結果から少なくとも前記投影光学系の光軸方向における前記像面の位置を求め、これに基づいて前記面調整装置の基準面を較正する制御を行う制御装置と
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記基板の露光処理を開始する場合は、前記光軸方向における前記像面の位置と、前記光軸方向に交差して互いに直交する第１，第２方向における前記像面の傾斜とを求め、これらに基づいて前記面調整装置の基準面を較正する制御を行うことを特徴とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記基板の露光処理の途中では、少なくとも前記光軸方向における前記面調整装置の基準面の位置を較正する制御を行うことを特徴とする請求項９記載の露光装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記基板の露光処理の途中では、前記光軸方向における前記像面の位置と前記第１方向における前記像面の傾斜とを求め、これらに基づいて前記面調整装置の基準面を較正する制御を行うことを特徴とする請求項９記載の露光装置。
【請求項１２】
前記レチクルに形成された前記パターンを前記基板上に露光転写するために用いられる露光光は、前記第２方向に延びるスリット状であり、
前記制御装置は、前記露光光に対して前記マスクステージと前記基板ステージとを前記第１方向に同期移動させつつ前記パターンを前記基板上に露光転写する制御を行う
ことを特徴とする請求項９から請求項１１の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の露光方法、又は、請求項８から請求項１２の何れか一項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、所定のパターンを投影光学系を介して基板上に露光転写する露光方法及び装置、並びに当該露光方法又は装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子、撮像装置（ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）等）、薄膜磁気ヘッド等のデバイスの製造工程の一つであるリソグラフィ工程においては、マスクとしてのレチクルのパターンを、投影光学系を介して基板としてのフォトレジストが塗布されたウェハ（又はガラスプレート等）上に転写露光するために、露光装置が使用されている。
【０００３】
この露光装置としては、マスクを保持するマスクステージと基板を保持する基板ステージとを所定の位置関係に位置決めした状態で露光を行うステッパー等の一括露光型の投影露光装置（静止型露光装置）、又はマスクステージと基板ステージとを相対的に同期移動（走査）させながら露光を行うスキャニングステッパー等の走査露光型の投影露光装置（走査型露光装置）等が使用されている。近年においては、露光領域の拡大に伴って走査露光型の投影露光装置が多く用いられてきている。
【０００４】
基板の露光を行う場合は、上記の静止型露光装置及び走査型露光装置の何れの露光装置においても、投影光学系の像面に基板表面を合わせ込んだ状態で行う必要がある。このため、露光装置は基板表面の位置（投影光学系の光軸方向の位置）及び姿勢（傾斜）を計測し、その計測結果に基づいて基板表面の位置及び姿勢を調整するオートフォーカスセンサ（以下、ＡＦセンサという）を備える。ＡＦセンサは、基板表面を合わせ込む基準となる基準面（以下、ＡＦ面という）に基板表面が一致するよう基板表面の位置及び姿勢を調整する。
【０００５】
投影光学系の像面とＡＦセンサに設定されたＡＦ面とが一致していれば基板表面を投影光学系の像面に合わせ込むことができるが、これらが一致していていないと基板表面を投影光学系の像面に合わせ込むことができない。以下の特許文献１には、基板ステージ上に設けられたセンサ等を用いて投影光学系の像面を計測し、計測された像面にＡＦ面が一致するようＡＦセンサを較正する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平５−１９０４２３号公報
【特許文献２】特開平７−２８３１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、デバイスの製造においては、スループット（単位時間に露光処理することができる基板の枚数）の向上が望まれている。このため、露光装置で行われる一連の露光処理の内、露光光を照射して実際に基板を露光する処理以外の処理（例えば、上記のＡＦセンサの較正処理）に要する時間を極力短縮する必要がある。ＡＦセンサの較正処理は、ＡＦ面の位置（投影光学系の光軸方向の位置）を較正する処理と、ＡＦ面の傾斜を較正する処理とに大別される。前者の処理は露光領域内における少なくとも１つの計測点での計測が必要になり、後者の処理は少なくとも異なる２つの計測点（ＡＦ面内の直交する２方向の傾斜を較正する場合には少なくとも異なる４点）での計測が必要になる。このため、ＡＦ面を較正する処理の内、計測点数がより多いＡＦ面の傾斜を較正する処理に時間を要していると考えられる。
【０００７】
露光処理は複数枚（例えば２５枚）の基板を単位としたロット単位で行われ、上記のＡＦセンサの較正処理もロット先頭で行われる。投影光学系の像面の変動は気圧の変動等によって生ずるが、同一のパターンを複数ロットに亘って転写するような状況下においては、急激に像面の傾きが大幅に変動することは希である。従って、較正処理を工夫すれば更なるスループットの向上が図れると考えられる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、スループットの向上を図ることができる露光方法及び装置、並びに当該露光方法又は装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法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】
【０００９】
本発明は、実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。
上記課題を解決するために、本発明の露光方法は、所定のパターン（ＤＰ）を投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に露光転写する露光方法において、前記投影光学系の像面を第１の数の複数検出点（Ｄ１〜Ｄ６）で検出し、前記投影光学系の光軸（ＡＸ）方向における前記像面の位置と前記像面の傾斜とを計測する第１計測ステップ（Ｓ１１、Ｓ１２）と、前記基板の表面を面調整装置（１９、２３、ＭＣ）で合わせ込む際の基準となる所定の基準面を、前記第１計測ステップの計測結果に基づいて較正する第１較正ステップ（Ｓ１３）と、前記第１較正ステップの後に行われ、前記投影光学系の像面を前記複数検出点に含まれ、且つ前記複数検出点の前記第１の数より少ない検出点（Ｄ５、Ｄ６）で検出し、少なくとも前記光軸方向における前記像面の位置を計測する第２計測ステップ（Ｓ１６、Ｓ１７）と、前記第２計測ステップの計測結果に基づいて、前記面調整装置の前記基準面を較正する第２較正ステップ（Ｓ１８）とを含むことを特徴としている。
この発明によると、最初に投影光学系の像面が第１の数の複数検出点で検出されて投影光学系の光軸方向における投影光学系の像面の位置及び傾斜が計測され、この計測結果に基づいて面調整装置が基板の表面を合わせ込む際の基準となる基準面が較正される。その後は、投影光学系の像面が上記の複数検出点に含まれ且つ上記第１の数より少ない検出点で検出されて投影光学系の像面の少なくとも光軸方向における位置が計測され、この計測結果に基づいて面調整装置が基板の表面を合わせ込む際の基準となる基準面が較正される。
上記課題を解決するために、本発明の露光装置は、所定のパターン（ＤＰ）が形成されたマスク（Ｒ）を載置するマスクステージ（ＲＳＴ）と、基板（Ｗ）を載置する基板ステージ（ＷＳＴ）と、前記マスクに形成された前記パターンの像を前記基板上に投影する投影光学系（ＰＬ）と、前記基板の表面を所定の基準面に合わせ込む面調整装置（１９、２３、ＭＣ、ＷＳＴ）とを備える露光装置（ＥＸ）において、前記投影光学系の光軸（ＡＸ）方向における前記投影光学系の像面の位置を検出する検出装置（２０）と、前記基板の露光処理を開始する場合に、前記検出装置を制御して前記投影光学系の像面を第１の数の複数検出点（Ｄ１〜Ｄ６）で検出し、当該検出結果から前記光軸方向における前記像面の位置と前記像面の傾斜とを求め、これらに基づいて前記面調整装置の基準面を較正し、前記基板の露光処理の途中で、前記検出装置を制御して前記投影光学系の像面を前記複数検出点に含まれ、且つ前記複数検出点の前記第１の数より少ない検出点（Ｄ５、Ｄ６）で検出し、当該検出結果から少なくとも前記投影光学系の光軸方向における前記像面の位置を求め、これに基づいて前記面調整装置の基準面を較正する制御を行う制御装置（ＭＣ）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、露光処理を開始するときには、投影光学系の像面が第１の数の複数検出点で検出されて投影光学系の光軸方向における投影光学系の像面の位置及び傾斜が計測され、この計測結果に基づいて面調整装置が基板の表面を合わせ込む際の基準となる基準面が較正される。露光処理の途中では、投影光学系の像面が上記の複数検出点に含まれ且つ上記第１の数より少ない検出点で検出されて投影光学系の像面の少なくとも光軸方向における位置が計測され、この計測結果に基づいて面調整装置が基板の表面を合わせ込む際の基準となる基準面が較正される。
本発明のデバイス製造方法は、上記の露光方法、又は、上記の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、最初に投影光学系の像面を第１の数の複数検出点で検出して投影光学系の光軸方向における投影光学系の像面の位置及び傾斜を計測し、この計測結果に基づいて面調整装置で用いる基準面を較正しているが、その後は第１の数よりも少ない検出点で投影光学系の像面を検出して投影光学系の像面の少なくとも光軸方向における位置を計測し、この計測結果に基づいて面調整装置で用いる基準面を較正している。これにより、投影光学系の像面を検出するのに要する時間を短縮することができるため、スループットの向上を図ることができるという効果がある。この結果として、デバイスを効率よく製造することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による露光方法及び装置並びにデバイス製造方法について詳細に説明する。
【００１２】
〔露光装置〕
図１は、本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す側面図である。図１に示す露光装置ＥＸは、半導体素子を製造するための露光装置であり、マスクとしてのレチクルＲと基板としてのウェハＷとを同期移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンＤＰを逐次ウェハＷ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型の露光装置である。尚、以下の説明においては、必要であれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。このＸＹＺ直交座標系は、ＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、露光時におけるレチクルＲ及びウェハＷの同期移動方向（走査方向）はＹ方向に設定されているものとする。
【００１３】
図１に示す露光装置ＥＸは、レチクルＲ上のＸ方向（第２方向）に延びるスリット状（矩形状又は円弧状）の照明領域を均一な照度を有する露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬＳと、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンＤＰの像をフォトレジストが塗布されたウェハＷ上に投影する投影光学系ＰＬと、ウェハＷを保持するウェハステージＷＳＴと、これらを制御する主制御系ＭＣとを含んで構成されている。
【００１４】
照明光学系ＩＬＳは、光源ユニット、オプティカル・インテグレータを含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、集光レンズ系、レチクルブラインド、及び結像レンズ系等（何れも不図示）を含んで構成されている。この照明光学系の構成等については、例えば特開平９−３２０９５６に開示されている。ここで、上記の光源ユニットとしては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、若しくはＦ２レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ２レーザ光源（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ２レーザ光源（波長１２６ｎｍ）等の紫外レーザ光源、銅蒸気レーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザ等）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）等を使用することができる。
【００１５】
レチクルステージＲＳＴは、真空吸着又は静電吸着等によりレチクルＲを保持するものであり、照明光学系の下方（−Ｚ方向）に水平に配置されたレチクル支持台（定盤）１１の上面上で走査方向（Ｙ方向）に所定ストロークで移動可能に構成されている。また、このレチクルステージＲＳＴは、レチクル支持台１１に対してＸ方向（第１方向）、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向（θＺ方向）にそれぞれ微小駆動可能に構成されている。このレチクルステージＲＳＴ上には、レチクルステージＲＳＴとウェハステージＷＳＴとの相対的な位置関係の計測（以下、相対位置計測という）及び投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置及び傾斜の計測（以下、像面計測という）を行う際に用いられるレチクルマークＲＭが形成されたレチクル基準板１２が設けられている。
【００１６】
図２は、レチクル基準板１２の一例を示す上面図である。図２（ａ）に示す通り、レチクル基準板１２は、露光光ＥＬに対して透明な矩形形状の基板１２ａを有しており、その長手方向がＸ方向に沿うようにレチクルステージＲＳＴ上に配置されている。基板１２ａの底面であって、±Ｘ方向の端部付近にはレチクルマークＲＭが形成されている。このレチクルマークＲＭは、クロム（Ｃｒ）等からなる金属膜を所定形状にパターニングしたものである。
【００１７】
図２（ｂ）に例示するレチクルマークＲＭは、基板１２ａの底面に成膜されたクロム（Ｃｒ）等からなる金属膜を、Ｙ方向の異なる３箇所においてＸ方向に延びる矩形形状に除去して開口ＡＰ１〜ＡＰ３を形成し、更に、開口ＡＰ１〜ＡＰ３の周囲の金属膜を残しつつ全体として矩形形状にパターニングしたものである。図２（ｂ）に示したレチクルマークＲＭは、Ｙ方向に沿うライン・アンド・スペースパターンであって、Ｙ方向の位置を計測するために用いられる。尚、レチクル基準板１２に形成されるレチクルマークＲＭは、図２（ｂ）に示すものに限られない。例えば、図２（ｂ）に示すＹ方向に沿うライン・アンド・スペースパターンとともにＸ方向に沿うライン・アンド・スペースパターンが形成されたマーク、又はＸＹ方向の位置を共に計測するマーク（例えば、十字形状のマーク等）等を用いることができる。
【００１８】
図１に戻り、レチクルステージＲＳＴ上の一端には移動鏡１３が設けられており、レチクル支持台２１上にはレーザ干渉計（以下、レチクル干渉計という）１４が配置されている。レチクル干渉計１４は、移動鏡１３の鏡面にレーザ光を照射してその反射光を受光することにより、レチクルステージＲＳＴのＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸回りの回転方向（θＺ方向）の位置を検出する。レチクル干渉計１４により検出されたレチクルステージＲＳＴの位置情報は、装置全体の動作を統轄制御する主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣは、レチクルステージＲＳＴを駆動するレチクル駆動装置１５を介してレチクルステージＲＳＴの動作を制御する。
【００１９】
上述した投影光学系ＰＬは、複数の屈折光学素子（レンズ素子）を含んで構成され、物体面（レチクルＲ）側と像面（ウェハＷ）側との両方がテレセントリックで所定の縮小倍率β（βは例えば１／４，１／５等）を有する屈折光学系が使用されている。この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向は、ＸＹ平面に直交するＺ方向に設定されている。尚、投影光学系ＰＬが備える複数のレンズ素子の硝材は、露光光ＥＬの波長に応じて、例えば石英又は蛍石が用いられる。また、本実施形態では、レチクルＲに形成されたパターンＤＰの倒立像をウェハＷ上に投影する投影光学系ＰＬを例に挙げて説明するが、勿論パターンＤＰの正立像を投影するものであっても良い。
【００２０】
ウェハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方（−Ｚ方向）に配置されており、真空吸着又は静電吸着等によりウェハＷを保持する。このウェハステージＷＳＴは、ウェハ支持台（定盤）１６の上面上で走査方向（Ｙ方向）に所定ストロークで移動可能に構成されているとともに、Ｘ方向及びＹ方向にステップ移動可能に構成されており、更にＺ方向へ微動（Ｘ軸回りの回転及びＹ軸回りの回転を含む）可能に構成されている。このウェハステージＷＳＴによって、ウェハＷをＸ方向及びＹ方向へ移動させることができ、またウェハＷのＺ方向の位置及び姿勢（Ｘ軸周りの回転及びＹ軸周りの回転）を調整することができる。
【００２１】
ウェハステージＷＳＴ上の一端には移動鏡１７が設けられており、ウェハステージＷＳＴの外部にはレーザ光を移動鏡１７の鏡面（反射面）に照射するレーザ干渉計（以下、ウェハ干渉計という）１８が設けられている。このウェハ干渉計１８は、移動鏡１７の鏡面にレーザ光を照射してその反射光を受光することによりウェハステージＷＳＴのＸ方向及びＹ方向の位置、並びに姿勢（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りの回転θＸ，θＹ，θＺ）を検出する。ウェハ干渉計１８の検出結果は主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣは、ウェハ干渉計１８の検出結果に基づいてウェハ駆動装置１９を介してウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御する。
【００２２】
また、ウェハステージＷＳＴの一端には、投影光学系ＰＬからウェハステージＷＳＴ上に投影されるレチクルマークＲＭ等の光学像（空間像）を計測する空間像計測装置２０が設けられている。この空間像計測装置２０は、Ｘ方向に伸びる開口部（スリット）２１ａが形成されたスリット板２１と、スリット板２１に形成された開口部２１ａを通過した光を受光する受光素子２２とを備えている。尚、スリット板２１の高さ位置（Ｚ方向の位置）はウェハＷの高さ位置とほぼ同一に設定されている。スリット板２１の開口部２１ａを通過した光は受光素子２２で受光されて光電変換され、その光の光量に応じた強度を有する信号が受光素子２２から主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣは、空間像計測装置２０から得られる信号に基づいて相対位置計測及び像面計測を行う。
【００２３】
更に、本実施形態の露光装置ＥＸは、送光系２３ａ及び受光系２３ｂから構成され、投影光学系ＰＬに関してレチクルＲ上の照明領域と共役なウェハＷ上の露光スリット領域の内部及びその近傍に設定された複数の検出点でそれぞれウェハＷの表面のＺ方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出する多点ＡＦセンサ２３を投影光学系ＰＬの側方に備える。多点ＡＦセンサ２３は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向におけるウェハＷの表面位置及び姿勢（Ｘ軸，Ｙ軸周りの回転θＸ，θＹ：レベリング）を検出するものである。
【００２４】
この多点ＡＦセンサ２３の検出結果は主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣは、多点ＡＦセンサ２３の検出結果に基づいてウェハ駆動装置１９を介してウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御する。具体的には、主制御系ＭＣには予めウェハＷの表面を合わせ込む基準となる基準面（以下、ＡＦ面という）が設定されており、主制御系ＭＣは多点ＡＦセンサ２３の検出結果に基づいてウェハＷの表面がＡＦ面に一致するようウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御する。尚、詳細は後述するが、このＡＦ面は空間像計測装置２０の計測結果を用いて投影光学系ＰＬの像面に一致するように較正される。
【００２５】
〔空間像計測装置２０を用いた空間像の計測方法〕
次に、空間像計測装置２０を用いた空間像の計測方法について説明する。前述した通り、空間像計測装置２０は、投影光学系ＰＬによってウェハステージＷＳＴ上に投影される空間像を計測するためのものであるが、レチクルステージＲＳＴとウェハステージＷＳＴとの相対的な位置関係を計測する相対位置計測、及び投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置及び傾斜を計測する像面計測にも用いられる。以下、これらの計測方法について順に説明する。
【００２６】
〈相対位置計測〉
図３は、空間像計測装置２０を用いたレチクルステージＲＳＴとウェハステージＷＳＴとの相対的位置関係を計測する相対位置計測方法を説明する図である。計測が開始されると、まず主制御系ＭＣは、レチクル駆動装置１５を介してレチクルステージＲＳＴをＹ方向に移動させてレチクル基準板１２を露光光ＥＬが照明される照明領域内に配置する。次に、主制御系ＭＣはウェハ駆動装置１９を介してウェハステージＷＳＴをＸＹ面内で移動させ、空間像計測装置２０のスリット板２１に形成された開口部２１ａをレチクルマークＲＭの像が投影される位置の近傍に配置する。尚、図２（ａ）に示す通り、レチクル基準板１２に複数のレチクルマークＲＭが形成されている場合には、何れか１つのレチクルマークＲＭの像が投影される位置の近傍に開口部２１ａを配置する。
【００２７】
以上の配置が完了すると、主制御系ＭＣは照明光学系ＩＬＳに設けられた光源ユニット（不図示）に制御信号を出力して露光光ＥＬの照射を開始させる。露光光ＥＬがレチクルマークＲＭに照射されると、投影光学系ＰＬを介してその像がウェハステージＷＳＴ上に投影される。ここで、図２（ｂ）に示すレチクルマークＲＭに露光光ＥＬが照射された場合には、図３（ａ）に示す像Ｉｍが投影される。図３（ａ）に示すレチクルマークＲＭの像Ｉｍには、レチクルマークＲＭに形成された開口ＡＰ１〜ＡＰ３の各々に対応する矩形形状の３つの部分像Ｉｍ１〜Ｉｍ３が含まれる。尚、図３（ａ）において、斜線を付した部分は露光光ＥＬがレチクルマークＲＭによって遮光されて周囲よりも暗くなっている部分であることを表している。
【００２８】
次に、主制御系ＭＣはウェハ駆動装置１９を介してウェハステージＷＳＴをＹ方向に一定速度で移動させ、ウェハステージＷＳＴ上に投影されている像Ｉｍに対して空間像計測装置２０のスリット板２１に形成された開口部２１ａを走査する。このとき、主制御系ＭＣは、ウェハ干渉計１８から得られるウェハステージＷＳＴのＹ方向の位置と空間像計測装置２０の受光素子２２から出力される信号とを対応付けつつ走査を行う。これにより、図３（ｂ）に示す通り、Ｙ方向の位置に応じて強度が変化する信号が得られる。主制御系ＭＣがこの信号に対して所定のマーク位置計測処理を行うことにより、ウェハステージＷＳＴ上におけるレチクルマークＲＭの像ＩｍのＹ方向における投影位置が求められる。レチクルマークＲＭのＸＹ面内における位置はレチクル干渉計１４の検出結果から計測されて主制御系ＭＣに入力されているため、主制御系ＭＣはこれらの計測結果に基づいてレチクルステージＲＳＴとウェハステージＷＳＴとの相対的な位置関係を計測することができる。
【００２９】
〈像面計測〉
図４は、空間像計測装置２０を用いた投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置及び傾斜を計測する像面計測方法を説明する図である。計測が開始されると、上述した相対位置計測と同様に、主制御系ＭＣは、レチクル駆動装置１５を介してレチクルステージＲＳＴをＹ方向に移動させてレチクル基準板１２を露光光ＥＬが照射される照明領域内に配置する。次に、主制御系ＭＣはウェハ駆動装置１９を介してウェハステージＷＳＴをＸＹ面内で移動させ、空間像計測装置２０のスリット板２１に形成された開口部２１ａをレチクルマークＲＭの像Ｉｍが投影される位置に配置する。尚、図２（ａ）に示す通り、レチクル基準板１２に複数のレチクルマークＲＭが形成されている場合には、何れか１つのレチクルマークＲＭの像Ｉｍが投影される位置に開口部２１ａを配置する。図４（ａ）に示す例では、１つのレチクルマークＲＭの像Ｉｍの部分像Ｉｍ３が投影される位置に開口部２１ａが配置されている。
【００３０】
以上の配置が完了すると、主制御系ＭＣは照明光学系ＩＬＳに設けられた光源ユニット（不図示）に制御信号を出力して露光光ＥＬの照射を開始させる。露光光ＥＬがレチクルマークＲＭに照射されると、図４（ａ）に示す通り、投影光学系ＰＬを介してその像ＩｍがウェハステージＷＳＴ上に投影される。次に、主制御系ＭＣはウェハ駆動装置１９を介してウェハステージＷＳＴをＺ方向に移動させる。尚、ウェハステージＷＳＴがＺ方向に移動している最中は、像Ｉｍ（図４（ａ）に示す例では部分像Ｉｍ３）が開口部２５ａに常時投影されている状態である。
【００３１】
このとき、主制御系ＭＣは、不図示のＺ位置検出装置で検出されるスリット板２１のＺ方向の位置と空間像計測装置２０の受光素子２２から出力される信号とを対応付けつつウェハステージＷＳＴをＺ方向に移動させる。これにより、図４（ｂ）に示す通り、Ｚ方向の位置に応じて強度が変化する信号が得られる。空間像計測装置２０から出力される信号の強度は、スリット板２１に形成された開口部２１ａが投影光学系ＰＬの像面（ベストフォーカス位置）に配置されたときに最も高くなる。このため、主制御系ＭＣは得られた信号の信号強度が最も高くなるＺ方向の位置（図４（ｂ）に示す例ではＺ１）を求めることにより、像Ｉｍが投影されている位置（像高）における投影光学系ＰＬの像面の位置を検出することができる。以上と同様の検出を、他のレチクルマークＲＭの像Ｉｍに対して行うことで、その像Ｉｍが投影される位置（像高）における投影光学系ＰＬの像面の位置を検出することができる。
【００３２】
主制御系ＭＣは、異なる位置（像高）における検出結果が得られた場合には、それらに対して所定の演算を行って投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置及び傾斜を求める。例えば、図２（ａ）に示す通り、レチクル基準板１２の±Ｘ方向の端部付近に形成された２つのレチクルマークＲＭの像Ｉｍに対して以上の検出を行って２つの検出結果が得られた場合には、それらを平均して露光スリット領域の中心（像高０）での像面の光軸ＡＸ方向の位置を求める。また、これらの検出結果から像面のＸ方向の傾斜（Ｙ軸周りの回転量）を求めることができる。
【００３３】
また、例えば、レチクルステージＲＳＴをＹ方向に移動させてレチクル基準板１２に形成されたレチクルマークＲＭの何れか一方の像ＩｍをＹ方向の異なる位置で計測し、各々の位置での検出結果が得られた場合には、これらから像面のＹ方向の傾斜（Ｘ軸周りの回転量）を求めることができる。また更に、レチクルマークＲＭの像が投影される３つ以上の異なる位置で以上の計測を行って、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向における位置を検出した場合には、例えば最小自乗法により投影光学系ＰＬの像面に近似する面（以下、近似面という）を算出し、この近似面から投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置及び傾斜を求める。
【００３４】
図５は、光軸ＡＸ方向における投影光学系ＰＬの像面の位置を検出するために露光スリット領域内に設定された像面検出点の一例を示す図である。露光スリット領域ＥＲは、レチクルＲ上に設定された露光光ＥＬが照射される照明領域と相似形状であり、Ｘ方向に延びるスリット状である。この露光スリット領域ＥＲの四隅に像面検出点Ｄ１〜Ｄ４が設定されており、また像面検出点Ｄ１，Ｄ２間に像面検出点Ｄ５が設定され、像面検出点Ｄ３，Ｄ４間に像面検出点Ｄ６が設定されている。
【００３５】
主制御系ＭＣは、各像面検出点Ｄ１〜Ｄ６において空間像計測装置２０を用いて投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向における像面の位置を検出した検出結果から最小自乗法等によって投影光学系ＰＬの像面に近似する近似面を求め、投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置及び傾斜を計測する。そして、この計測結果に基づいて、前述したＡＦ面が近似面に一致するよう較正する。
【００３６】
〔露光方法〕
次に、本発明の一実施形態による露光方法について説明する。図６は本発明の一実施形態による露光方法を示すフローチャートであり、図７は本実施形態で露光処理されるロット群を示す図である。一般的に、ウェハＷの露光処理は、複数枚（例えば２５枚）のウェハを単位としたロット単位で行われる。図７に示す例では、ロットＬ１〜Ｌ６の露光処理が各々を単位として個別に行われる。ここでは、ロットＬ１〜Ｌ６に含まれるウェハの全てに同一のパターンを転写する場合を考え、ロットＬ１〜Ｌ６からなるロット群ＬＧを単位として露光処理を行うものとする。
【００３７】
ロット群ＬＧの露光処理が開始されると、ロット群ＬＧをなす最初のロットＬ１に含まれるウェハＷの露光が行われる前に、図７に示すＡＦ面の較正処理Ｊ１が行われる。この較正処理Ｊ１において、まず主制御系ＭＣは、レチクルステージＲＳＴをＹ方向に移動させてレチクル基準板１２を露光光ＥＬが照射される照明領域内に配置するとともに、ウェハステージＷＳＴをＸＹ面内で移動させて空間像計測装置２０のスリット板２１に形成された開口部２１ａを露光スリット領域ＥＲ内に配置する。そして、図５に示す露光スリット領域ＥＲ内に設定された全ての像面検出点Ｄ１〜Ｄ６の各々で前述した像面計測を行って像面検出点Ｄ１〜Ｄ６の各々における投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置を検出する（ステップＳ１１）。
【００３８】
次に、主制御系ＭＣは、ステップＳ１１で得られた検出結果から最小自乗法等によって投影光学系ＰＬの像面に近似する近似面を求め、投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置、並びに、Ｘ方向の傾斜（Ｙ軸周りの回転量）及びＹ方向の傾斜（Ｘ軸周りの回転量）を計測する（ステップＳ１２）。尚、投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置は、例えば露光スリット領域ＥＲの中心（像高０）を通る光軸ＡＸと上記の近似面との交点のＺ座標から求めることができる。或いは、上記の検出結果の平均値を求め、この平均値を露光スリット領域ＥＲの中心（像高０）での像面の光軸ＡＸ方向の位置とみなしてもよい。
【００３９】
以上の計測を終えると、主制御系ＭＣは、上記の計測結果に基づいてＡＦ面を較正する（ステップＳ１３）。具体的には、上記の計測で得られた投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置とＡＦ面のＺ方向の位置とが一致するよう較正する。また、上記の計測で得られた近似面のＸ方向の傾斜及びＹ方向の傾斜とＡＦ面のＸ方向の傾斜及びＹ方向の傾斜の各々が一致するよう較正する。尚、ステップＳ１２の処理において、曲面の近似面が求められた場合には、例えばその近似面とＡＦ面との重なりが最大となるようＡＦ面を較正する。以上のＡＦ面の較正を行うと、ウェハＷの表面とＡＦ面とが一致していれば、多点ＡＦセンサ２３の全ての検出点での検出結果の値が「０」になる。
【００４０】
以上の処理を終えると、ロット群ＬＧをなす最初のロットＬ１に含まれるウェハＷの露光が開始される（ステップＳ１４）。ウェハＷの露光を行っている最中には、主制御系ＭＣは、多点ＡＦセンサ２３の検出結果に基づいてウェハＷの表面がＡＦ面に一致するようウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御する。具体的には、多点ＡＦセンサ２３の全ての検出点の検出結果が「０」となるようウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御する。かかる制御を行うことにより、レチクルＲに形成されたパターンＤＰが高い解像度で忠実にウェハＷ上に転写される。
【００４１】
主制御系ＭＣは、ロットＬ１に含まれるウェハＷの露光が終了する度に、ロットが終了したか否か、つまりロットＬ１に含まれる全てのウェハＷの露光が終了したか否かを判断する（ステップＳ１５）。この判断結果が「ＮＯ」である場合には、主制御系ＭＣはロットＬ１に含まれるウェハＷの露光を継続する。他方、ステップＳ１５の判断結果が「ＹＥＳ」である場合には、次のロット（ロットＬ２）に含まれるウェハＷの露光処理が開始される。
【００４２】
ロット群ＬＧをなす２番目のロットＬ２に含まれるウェハＷの露光が行われる前に、図７に示すＡＦ面の較正処理Ｊ２が行われる。この較正処理Ｊ２において、まず主制御系ＭＣは、レチクルステージＲＳＴをＹ方向に移動させてレチクル基準板１２を露光光ＥＬが照射される照明領域内に配置するとともに、ウェハステージＷＳＴをＸＹ面内で移動させて空間像計測装置２０のスリット板２１に形成された開口部２１ａを露光スリット領域ＥＲ内に配置する。そして、図５に示す露光スリット領域ＥＲ内に設定された像面検出点Ｄ１〜Ｄ６のうちの像面検出点Ｄ５，Ｄ６のみで前述した像面計測を行って像面検出点Ｄ５，Ｄ６における投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置を検出する（ステップＳ１６）。
【００４３】
次に、主制御系ＭＣは、ステップＳ１６で得られた検出結果から最小自乗法等によって投影光学系ＰＬの像面に近似する近似面を求め、投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置、並びに、Ｘ方向の傾斜（Ｙ軸周りの回転量）を計測する（ステップＳ１７）。以上の計測を終えると、主制御系ＭＣは、上記の計測結果に基づいてＡＦ面を較正する（ステップＳ１８）。具体的には、上記の計測で得られた投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置とＡＦ面のＺ方向の位置とが一致するよう較正し、上記の計測で得られた近似面のＸ方向の傾斜とＡＦ面のＸ方向の傾斜が一致するよう較正する。
【００４４】
ここで、図５に示す通り、露光スリット領域ＥＲはＸ方向に延びるスリット状であり、ウェハＷはこの露光スリット領域ＥＲに対してＹ方向に移動しつつ露光される。このため、ウェハＷの表面を合わせ込む基準であるＡＦ面がＹ方向に傾斜していても、ウェハＷのＹ方向への移動による平均化効果によって解像度が極端に低下することはない。これに対し、ＡＦ面がＸ方向に傾斜している場合や、ＡＦ面のＺ方向の位置が像面の光軸ＡＸ方向の位置からずれている場合には、デフォーカスした状態のまま露光される部分が生ずるため解像度の低下を招いてしまう。
【００４５】
解像度の低下を招かず露光を行うためには、ロットＬ２の露光処理を開始する前に行われる較正処理Ｊ２においても較正処理Ｊ１と同様に、ＡＦ面のＺ方向の位置、Ｘ方向の傾斜、及びＹ方向の傾斜を較正すればよい。しかしながら、これらの全てを較正するためには、検出すべき像面検出点の数が増加してしまいスループットの低下を招く。このため、本実施形態では、スループットの低下を極力抑え、且つ解像度の低下を極力防止するために、ＡＦ面のＺ方向の位置とＸ方向の傾斜のみを較正している。
【００４６】
以上の処理を終えると、ロット群ＬＧをなす２番目のロットＬ２に含まれるウェハＷの露光が開始される（ステップＳ１９）。ウェハＷの露光を行っている最中には、主制御系ＭＣは、多点ＡＦセンサ２３の検出結果に基づいてウェハＷの表面がＡＦ面に一致するようウェハステージＷＳＴの位置及び姿勢を制御する。主制御系ＭＣは、ロットＬ２に含まれるウェハＷの露光が終了する度に、ロットＬ２の露光処理が終了したか否かを判断する（ステップＳ２０）。
【００４７】
この判断結果が「ＮＯ」である場合には、主制御系ＭＣはロットＬ２に含まれるウェハＷの露光を継続する。他方、ステップＳ２０の判断結果が「ＹＥＳ」である場合には、ロット群ＬＧに含まれるロットＬ１〜Ｌ６の全ての露光処理が終了したか否かを判断する（ステップＳ２１）。この判断結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１６に戻って、ロットＬ３の露光処理を開始する。一方、ステップＳ２１の判断結果が「ＹＥＳ」である場合には、ロットＬ１〜Ｌ６からなるロット群ＬＧに対する一連の露光処理が終了する。
【００４８】
以上説明した通り、本実施形態においては、ロット群ＬＧの先頭では露光スリット領域ＥＲ内に設定された像面検出点Ｄ１〜Ｄ６の全てで像面の検出が行われ、この検出結果に基づいてＡＦ面のＺ方向の位置、Ｘ方向の傾斜、及びＹ方向の傾斜が較正されている。一方、ロット群ＬＧの途中（ロットＬ２〜Ｌ６の先頭）では露光スリット領域ＥＲ内に設定された像面検出点Ｄ１〜Ｄ６の内の像面検出点Ｄ５，Ｄ６のみで像面の検出が行われ、この検出結果に基づいてＡＦ面のＺ方向の位置及びＸ方向の傾斜のみ較正されている。このため、ロット群ＬＧの途中での像面検出に要する時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。また、ロット群ＬＧの途中でＡＦ面のＺ方向の位置及びＸ方向の傾斜を較正することで、解像度の大幅な低下を招くこともない。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、ロット群ＬＧをなすロットＬ２〜Ｌ６の各々の先頭で必ず較正処理Ｊ２〜Ｊ６を行う例について説明したが、ロット先頭の較正処理を省略したロットがあっても良い。また、上記実施形態は、ロット群ＬＧの途中で行われる較正処理Ｊ２〜Ｊ６において、ＡＦ面のＺ方向の位置及びＸ方向の傾斜を較正していたが、投影光学系ＰＬのＸ方向の傾斜の時間的な変動が小さい場合には、ＡＦ面のＸ方向における傾斜の較正は省略してＺ方向の位置のみを較正しても良い。
【００５０】
また、上記実施形態では、本発明をステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型の露光装置ＥＸに適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型の露光装置に適用することもできる。また、本発明は、ウェハステージが複数設けられるツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平１０−１６３０９９号公報及び特開平１０−２１４７８３号公報（対応米国特許６，３４１，００７号、６，４００，４４１号、６，５４９，２６９号及び６，５９０，６３４号）、特表２０００−５０５９５８号（対応米国特許５，９６９，４４１号）或いは米国特許６，２０８，４０７号に開示されている。更に、本発明を本願出願人が先に出願した特願２００４−１６８４８１号のウェハステージに適用してもよい。
【００５１】
また、国際公開第９９／４９５０４号公報に開示されているような液浸法を用いる露光装置にも本発明を適用することができる。ここで、本発明は、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間を局所的に液体で満たす液浸露光装置、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置の何れの露光装置にも適用可能である。
【００５２】
〔デバイス製造方法〕
図８は、マイクロデバイス（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）の製造工程の一例を示すフローチャートである。半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図８に示す通り、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップＳ３１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップＳ３２、デバイスの基材である基板（ウェハ）を製造するステップＳ３３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に転写する露光処理ステップＳ３４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）Ｓ３５、検査ステップＳ３６等を経て製造される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】レチクル基準板１２の一例を示す上面図である。
【図３】空間像計測装置２０を用いたレチクルステージＲＳＴとウェハステージＷＳＴとの相対的位置関係を計測する相対位置計測方法を説明する図である。
【図４】空間像計測装置２０を用いた投影光学系ＰＬの像面の光軸ＡＸ方向における位置及び傾斜を計測する像面計測方法を説明する図である。
【図５】光軸ＡＸ方向における投影光学系ＰＬの像面の位置を検出するために露光スリット領域内に設定された像面検出点の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による露光方法を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態で露光処理されるロット群を示す図である。
【図８】マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１９          ウェハ駆動装置
２０          空間像計測装置
２３          多点ＡＦセンサ
ＡＸ          光軸
Ｄ１〜Ｄ６    像面検出点
ＤＰ          パターン
ＥＸ          露光装置
ＭＣ          主制御系
ＰＬ          投影光学系
Ｒ            レチクル
ＲＳＴ        レチクルステージ
Ｗ            ウェハ
ＷＳＴ        ウェハステージ
【図１】
2007115890.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007115890.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007115890.tif 000007
【図６】
2007115890.tif 000008
【図７】
2007115890.tif 000009
【図８】
2007115890.tif 000010