(57)【要約】【課題】センサのベースラインの計測精度の向上を図る。【解決手段】基準マーク板ＦＭには、アライメント系ＡＬＧのベースライン計測用の４つの基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４の平均位置が、レチクルアライメントマークＲＭを検出する計測用パターンＳＴの位置と一致するような配置で形成されている。したがって、基準マーク板ＦＭの伸縮などにより、各基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４の相互間の距離や、各基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４と計測用パターンＳＴとの距離が変化したとしても、基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４の平均位置と計測用パターンＳＴの位置は常に一致した状態が維持される。したがって、基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４及び計測パターンＳＴを用いたベースライン計測では計測誤差の発生が抑制される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサ間の位置関係を計測するために用いられるマーク部材であって、
第１センサを用いた計測に用いられる少なくとも１つの第１センサ用のマークと、第２センサを用いた計測に用いられる少なくとも３つの第２センサ用のマークとが、前記第１センサ用のマークの平均位置と前記第２センサ用のマークの平均位置とが一致する配置で形成されたパターン板を含むマーク部材。
【請求項２】
前記パターン板上には、前記第１センサ用のマークは、１つだけ設けられ、その周囲には、それぞれのマークに関する計測位置を平均して得られた平均位置が前記第１センサ用のマークの位置に一致する配置で前記第２センサ用のマークが４つ配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマーク部材。
【請求項３】
前記第１センサ用のマークは、空間像計測に用いられる計測用パターンであることを特徴とする請求項１又は２に記載のマーク部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のマーク部材の前記少なくとも１つの第１センサ用のマークを介してパターン像を前記第１センサにより検出することで、前記パターン像の位置情報を計測する第１工程と；
前記マーク部材の前記各第２センサ用のマークを、前記パターン像が生成される物体上のアライメントマークを検出する第２センサを用いてそれぞれ検出することで、前記各第２センサ用のマーク検出時における前記第２センサの検出中心の位置情報を計測する第２工程と；
前記パターン像の位置情報と前記各第２センサ用のマーク検出時における前記第２センサの検出中心の位置情報とに基づいて前記第２センサのベースラインを算出する第３工程と；を含む計測方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のマーク部材と；
前記マーク部材の前記少なくとも１つの第１センサ用のマークを介して物体上のパターン像を第１センサにより検出することで、前記パターン像の生成位置情報を計測する第１計測系と；
前記マーク部材の各第２センサ用のマークを、前記物体上のアライメントマークの検出に用いられる第２センサを用いてそれぞれ検出することで、前記各第２センサ用のマーク検出時における前記第２センサの検出中心の位置情報を計測する第２計測系と；
前記パターン像の生成位置情報と前記各第２センサ用のマーク検出時における前記第２センサの検出中心の位置情報とに基づいて前記第２センサのベースラインを算出する算出系と；を備える計測装置。
【請求項６】
パターン像で物体を露光する露光装置であって、
請求項５に記載の計測装置と；
前記物体が載置され、２次元面内で移動可能な移動体と；
前記第２センサを用いて前記移動体に載置された前記物体上のアライメントマークの位置情報を検出し、その検出結果と前記ベースラインとに基づいて、前記パターン像で前記物体を露光する際の前記移動体の移動を制御する制御装置と；を備える露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マーク部材、計測方法、計測装置及び露光装置に係り、更に詳しくは、センサ間の位置関係を計測するために用いられるマーク部材、該マーク部材を用いてセンサのベースラインを計測する計測方法、前記マーク部材を用いてセンサのベースラインを計測する計測装置及び該計測装置を備える露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイスを製造するリソグラフィ工程では、マスク（又はレチクル）のパターンの像を投影光学系を介して、レジスト（感応材）が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の感応性の物体（以下、「ウエハ」と総称する）上の複数のショット領域の各々に転写するステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが、主として用いられている。
【０００３】
この種の露光装置により半導体素子等を製造する場合には、異なる回路パターンをウエハ上に重ね合わせて形成する必要があるため、２層目以降の回路パターンを形成する際には、レチクルとウエハのショット領域内に形成された回路パターンの位置合わせ（アライメント）を高精度に行なう必要がある。このアライメントのため、近年では、投影光学系を介さないでウエハ上のアライメントマークを検出するオフアクシス方式のアライメントセンサが比較的多く用いられている。
【０００４】
ところで、オフアクシス方式のアライメントセンサを用いて、ウエハ上の各ショット領域を露光位置に位置させるためには、そのアライメントセンサのベースラインを、露光に先立って計測する必要がある。
【０００５】
このベースライン計測に際し、レチクルに形成された回路パターンとの位置関係が既知のレチクルアライメントマークの空間像（投影像）を投影光学系の像面側で計測することで、レチクルパターンの投影位置を計測することが最近では行われている。そして、アライメントセンサのベースライン計測のためには、空間像計測装置の一部を構成する計測パターン（スリット状開口パターン）とアライメントセンサで検出する基準マークとが同一物体上に形成される必要がある。これは、計測パターンと基準マークとの関係が既知であり、しかも固定であることを前提として、ベースラインの算出が行われるからである。
【０００６】
従って、例えばスリット状開口パターンを基準マークが形成された基準マーク板に形成する場合、その基準マーク板は温度変化などによる変形（熱膨張など）が生じにくい材料で構成することが望ましい。しかし、空間像計測用のスリットを形成する場合には、露光光を透過する材質を選択せざるを得ないため、低熱膨張素材を使用することが困難である。
【０００７】
また、基準マーク板の熱膨張に起因するベースラインの計測誤差はスリット状開口パターンと基準マークとの距離に比例すると考えられるので、両者をなるべく近接して配置することにより、計測誤差の低減を図ることも考えられる。しかし、基準マーク板上のスリット状開口パターンに近接した位置に基準マーク（金属膜の一部をマーク形状に抜くことで形成される）を配置すると、マーク部分（遮光用金属膜が無い部分）を透過した光が、空間像計測装置の受光系に入射し、空間像計測の誤差となるおそれがある。このため、スリット状開口パターンの近傍、例えば１０ｍｍ程度の範囲内には、他のパターンを形成することができない。
【０００８】
このような理由により、スリット状開口パターンを基準マークが形成された基準マーク板に形成する場合、その基準マーク板の伸縮や、回転誤差などによってベースラインの計測誤差が発生するおそれがあった。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
なお、ここでは、便宜上、各構成要素に対応する実施形態に係る構成の符合を付して説明するが、本発明が実施形態に限定されるものではないことは勿論である。
【００１０】
本発明は、第１の観点からすると、複数のセンサ間の位置関係を計測するために用いられるマーク部材であって、第１センサを用いた計測に用いられる少なくとも１つの第１センサ用のマーク（ＳＴ）と、第２センサを用いた計測に用いられる少なくとも３つの第２センサ用のマーク（ＷＭ１〜ＷＭ４）とが、前記第１センサ用のマークの平均位置と前記第２センサ用のマークの平均位置とが一致する配置で形成されたパターン板を含むマーク部材（ＦＭ）である。
【００１１】
これによれば、パターン板には、お互いの平均位置が相互に一致するような配置で、少なくとも１つの第１センサ用のマークと少なくとも３つの第２センサ用のマークが形成されている。このため、パターン板の等方的な変形（膨張や収縮）や回転誤差は、平均位置同士の関係には影響を及ぼさず、その関係は維持される。従って、そのマーク部材を用いた所定の計測に際して、パターン板の熱変形や回転誤差などに起因する計測誤差の発生を抑制することが可能となる。
【００１２】
本発明は、第２の観点からすると、本発明のマーク部材（ＦＭ）の前記少なくとも１つの第１センサ用のマーク（ＳＴ）を介してパターン像を前記第１センサにより検出することで、前記パターン像の位置情報を計測する第１工程と；前記マーク部材の前記各第２センサ用のマーク（ＷＭ１〜ＷＭ４）を、前記パターン像が生成される物体上のアライメントマークを検出する第２センサを用いてそれぞれ検出することで、前記各第２センサ用のマーク検出時における前記第２センサの検出中心の位置情報を計測する第２工程と；前記パターン像の位置情報と前記各第２センサ用のマーク検出時における前記第２センサの検出中心の位置情報とに基づいて前記第２センサのベースラインを算出する第３工程と；を含む計測方法である。
【００１３】
これによれば、第１センサ用のマークを介して第１センサによってパターン像を検出することで計測されたそのパターン像の位置情報と、第２センサ用のマークを第２センサを用いて検出することで計測された各第２センサ用のマーク検出時における前記第２センサの検出中心の位置情報とに基づいて、第２センサの第１センサに対するベースラインが算出される。この場合、パターン板が膨張や収縮等しても、第１センサ用のマークの平均位置と第２センサ用のマークの平均位置とはほぼ一致したままである（平均位置同士の関係は不変である）。従って、パターン像の位置情報と各第２センサ用のマーク検出時における第２センサの検出中心の位置情報の平均とに基づいてべースラインを算出することで、精度良くベースラインを計測することが可能となる。
【００１４】
本発明は、第３の観点からすると、本発明のマーク部材（ＦＭ）と；前記マーク部材の前記少なくとも１つの第１センサ用のマーク（ＳＴ）を介して物体上のパターン像を第１センサにより検出することで、前記パターン像の生成位置情報を計測する第１計測系と；前記マーク部材の各第２センサ用のマーク（ＷＭ１〜ＷＭ４）を、前記物体上のアライメントマークの検出に用いられる第２センサ（ＡＬＧ）を用いてそれぞれ検出することで、前記各第２センサ用のマーク検出時の前記第２センサの検出中心の位置情報を計測する第２計測系と；前記パターン像の生成位置情報と前記各第２センサ用のマーク検出時における前記第２センサの検出中心の位置情報とに基づいて前記第２センサのベースラインを算出する算出系（５０）と；を備える計測装置である。
【００１５】
これによれば、第１検出系により、第１センサ用のマークを介して計測されたパターン像の位置情報と、第２検出系により、第２センサ用のマークを第２センサを用いて検出することで計測された各第２センサ用のマーク検出時における前記第２センサの検出中心の位置情報とに基づいて、算出系により第２センサの第１センサに対するベースラインが算出される。この場合、パターン板が膨張や収縮等しても、第１センサ用のマークの平均位置と第２センサ用のマークの平均位置とはほぼ一致したままである（平均位置同士の関係は不変である）。従って、パターン像の位置情報と各第２センサ用のマーク検出時における第２センサの検出中心の位置情報の平均とに基づいてベースラインを算出することで、精度良くベースラインを計測することが可能となる。
【００１６】
本発明は、第４の観点からすると、パターン像で物体を露光する露光装置であって、本発明の計測装置と；前記物体が載置され、２次元面内で移動可能な移動体（ＷＳＴ）と；前記第２センサ（ＡＬＧ）を用いて前記移動体に載置された前記物体（Ｗ）上のアライメントマークの位置情報を検出し、その検出結果と前記ベースラインとに基づいて、前記パターン像で前記物体を露光する際の前記移動体の移動を制御する制御装置（５０）と；を備える露光装置である。
【００１７】
これによれば、制御装置はパターン像で物体を露光する際に、第２センサにより検出されたアライメントマークの位置情報と本発明の計測装置により計測されたベースラインとに基づいて、移動体の移動を制御する。従って、パターン像と物体との位置関係を所望の関係に精度良く設定して、高精度な露光を実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図５（Ｂ）に基づいて説明する。
【００１９】
図１には、一実施形態に係る露光装置１００の構成が概略的に示されている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置、すなわちいわゆるスキャナである。
【００２０】
露光装置１００は、照明系ＩＬＳ、該照明系ＩＬＳからの露光用照明光（以下、照明光と記述する）ＩＬにより照明されるレチクルＲを保持して所定の走査方向（ここでは、図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に移動するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴ及び露光のための計測に用いられる計測ステージＭＳＴを含むステージ装置１５０、及びこれらの制御系等を備えている。
【００２１】
照明系ＩＬＳに搭載された光源としては、一例として波長２００ｎｍ〜１７０ｎｍの真空紫外域の光を発するパルス光源であるＡｒＦエキシマレーザ光源（出力波長１９３ｎｍ）が用いられている。
【００２２】
また、照明系ＩＬＳは、所定の位置関係で配置された、ビーム整形光学系、エネルギ粗調器、オプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ、又はホモジナイザ）、照明系開口絞り板、ビームスプリッタ、リレーレンズ、レチクルブラインド、光路折り曲げ用のミラー及びコンデンサレンズ（いずれも不図示）等を含んで構成されている。なお、照明系ＩＬＳの構成や各光学部材の機能などについては、例えば国際公開第２００２／１０３７６６号パンフレットに開示されており、ここでは詳細説明は省略する。
【００２３】
前記レチクルステージＲＳＴ上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系５５によって、ＸＹ平面内で所定の方向に移動可能となっている。
【００２４】
レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置（Ｚ軸回りの回転を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）５３によって、移動鏡６５（実際には、Ｙ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡とＸ軸方向に直交する反射面を有するＸ移動鏡とが設けられている）を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。このレチクル干渉計５３の計測値は、主制御装置５０に送られ、主制御装置５０では、このレチクル干渉計５３の計測値に基づいてレチクルステージ駆動系５５を介してレチクルステージＲＳＴのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）の位置を制御する。
【００２５】
前記投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒１４０と、該鏡筒１４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子から成る投影光学系ＰＬとを含んで構成されている。投影光学系ＰＬとしては、例えばＺ軸方向の共通の光軸ＡＸを有する複数のレンズ（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。この投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍又は１／８倍）を有する。このため、照明系ＩＬＳからの照明光ＩＬによってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が表面にレジスト（感応材）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域ＩＡＲに共役な領域（以下、「露光領域」とも呼ぶ）ＩＡに形成される。
【００２６】
本実施形態の露光装置１００では、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子であるレンズ（以下、「先端レンズ」ともいう）１９１の近傍には、液浸装置１３２を構成する液体供給ノズル１３１Ａと、液体回収ノズル１３１Ｂとが設けられている。ノズル１３１Ａ及びノズル１３１Ｂの一端はそれぞれ、液体供給装置１３８及び液体回収装置１３９（図１では不図示、図４参照）に接続されている。そして、主制御装置５０により、液体供給装置１３８及び液体回収装置１３９がそれぞれ運転されることにより、液体供給ノズル１３１Ａを介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体Ｌｑを供給されるとともに、液体回収ノズル１３１Ｂを介して先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体Ｌｑが回収され、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に、一定量の液体Ｌｑが保持されるようになっている。また、投影ユニットＰＵの下方に計測ステージＭＳＴが位置する場合にも、上記と同様に後述する計測テーブルＭＴＢと先端レンズ１９１との間に一定量の液体Ｌｑが保持されるようになっている。
【００２７】
なお、本実施形態では、一例として液浸用の液体Ｌｑとして、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍの光）が透過する純水が用いられているものとする。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できると共に、ウエハ上のレジストや光学レンズ等に対する悪影響が少ない利点がある。
【００２８】
前記投影ユニットＰＵの＋Ｙ側には、ウエハＷ上のアライメントマークなどの検出対象マークを光学的に検出するオフアクシス・アライメント系（以下、「アライメント系」と略述する）ＡＬＧが設けられている。なお、アライメント系ＡＬＧとしては、各種方式のセンサを用いることができるが、本実施形態においては、画像処理方式のセンサが用いられている。そして、アライメント系ＡＬＧからの撮像信号は、主制御装置５０に供給されるようになっている。なお、画像処理方式のセンサは、例えば特開平４−６５６０３号公報に開示されているため、ここでの詳細な説明は省略する
【００２９】
前記ステージ装置１５０は、ベース盤１１２と、該ベース盤１１２の上方に不図示のエアベアリングを介して非接触で支持されたウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴと、これらのステージＷＳＴ、ＭＳＴの位置を計測する干渉計１１６,１１７と、リニアモータ等を使ってステージＷＳＴ、ＭＳＴを駆動するステージ駆動系１２４と、を備えている。
【００３０】
ウエハステージＷＳＴは、図１に示されるように、上記エアベアリングがその底面に設けられたウエハステージ本体９１と、該ウエハステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢとを備えている。計測ステージＷＳＴは、図１に示されるように、上記エアベアリングがその底面に設けられた計測ステージ本体９２と、該計測ステージ本体９２上に搭載された計測テーブルＭＴＢとを備えている。
【００３１】
ステージＷＳＴ、ＭＳＴのそれぞれは、ステージ駆動系１２４によって、ＸＹ面内で互いに独立して駆動（θｚ回転を含む）される。ウエハステージＷＳＴ、及び計測ステージＭＳＴのステージ移動面（ＸＹ平面）内の位置、及び各座標軸回りの回転位置は、干渉計１１６,１１７によりそれぞれ検出される。各干渉計１１６,１１７の計測値は、主制御装置５０に送られ、主制御装置５０は、干渉計１１６,１１７それぞれの計測値に基づいてステージ駆動系１２４を介してウエハステージＷＳＴ、及び計測ステージＭＳＴの位置（及び速度）を制御する（図４参照）。
【００３２】
ウエハテーブルＷＴＢ上には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。このウエハホルダは、板状の本体部と、該本体部の上面に固定されその中央にウエハＷの直径より０．１〜２ｍｍ程度直径が大きな円形開口が形成されたプレート９３とを備えている。プレート９３の大きな円形開口内部の本体部の領域には、多数のピンが配置されており、その多数のピンによってウエハＷが支持された状態で真空吸着されている。この場合、ウエハＷが真空吸着された状態では、そのウエハＷ表面とプレート９３の表面との高さがほぼ同一の高さとなるようになっている。プレート９３全面の表面にフッ素系樹脂材料やアクリル系樹脂材料等の撥液性材料（撥水材料）がコーティングされ、撥液膜が形成されている。また、ウエハＷの表面には、レジスト（感応材）が塗布され、その塗布されたレジストによりレジスト膜が形成されている。この場合、レジスト膜は液浸用の液体Ｌｑに対して撥液性のものを用いることが望ましい。
【００３３】
前記計測ステージＭＳＴの計測テーブルＷＴＢ上にはプレート部材１０１が保持されている。プレート部材１０１には、計測ステージＭＳＴの平面図である図２に示されるように、正方形の開口１０１ａ、Ｘ軸方向を長手方向とする長方形の開口１０１ｂと、２つの円形開口１０１ｄ，１０１ｆとが形成されている。
【００３４】
開口１０１ａには、正方形板状の基準マーク板ＦＭが、その上面がプレート部材１０１表面とほぼ同じ高さ（面一）に設定された状態で配置されている。この基準マーク板ＦＭは、正方形板状の石英ガラスと、該石英ガラスの表面に形成されたクロムなどの遮光膜とを有している。そして、該遮光膜の中央部にはＹ軸方向を長手方向とするスリットパターン（以下、適宜「スリット」と略述する）ＳＴｘ及びＸ軸方向を長手方向とするスリットパターン（以下、適宜「スリット」と略述する）ＳＴｙを含む計測用パターンＳＴと、該計測用パターンＳＴを取り囲む所定形状の２次元マークから成る４つの基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４とが光透過部として形成されている。
【００３５】
図３は、図２における基準マーク板ＦＭの拡大図である。この図３に示されるように、スリットＳＴｘは、基準マーク板ＦＭ表面の中心点Ｐの＋Ｙ側で、かつ中心点Ｐを通りＹ軸に平行な直線Ｌ１上に形成され、スリットＳＴｙは、基準マーク板ＦＭ表面の中心点Ｐの−Ｘ側で、かつ中心点Ｐを通りＸ軸に平行な直線Ｌ２上に形成されている。これらのスリットＳＴｘ，ＳＴｙは、幅が例えば１００ｎｍで長さが例えば１０μｍである。また、スリットＳＴｘ、ＳｙＴの中心は、例えば中心点Ｐからそれぞれ＋Ｙ方向、−Ｘ方向に２０μｍ離れている。また、４つの基準マークＷＭ１〜ＷＭ４は一例として十字形状を有し、点Ｐからの距離が相互に等しくなるように、基準マーク板ＦＭ上に形成されている。基準マークＷＭ１，ＷＭ３それぞれは直線Ｌ１上で点Ｐの−Ｙ側及び＋Ｙ側に形成され、基準マークＷＭ２，ＷＭ４それぞれは直線Ｌ２上で点Ｐの＋Ｘ側及び−Ｘ側に形成されている。基準マークＷＭ１〜ＷＭ４は、線幅が例えば数μｍ〜１０μｍ程度で全体的には例えば１００μｍ角程度のマークであり、点Ｐから例えば１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度離れた位置に形成されている。
【００３６】
本実施形態では、この基準マーク板ＦＭの計測用スリットＳＴの下方には、投影光学系ＰＬ及び液体Ｌｑを介してプレート部材１０１に照射される照明光ＩＬを、スリットＳＴｘ又はＳＴｙを介して受光するフォト・マルチプライア・チューブなどの受光素子を含む受光系１１０ｂ（図４参照）が設けられている。基準マーク板ＦＭ及び受光系１１０ｂは、例えば特開２００２−１４００５号公報（対応する米国特許出願公開第２００２／００４１３７７号明細書）などに開示される空間像計測器１２５（図４参照）の少なくとも一部を構成している。
【００３７】
図２に戻り、プレート部材１０１の開口１０１ｂ下方には、照度モニタ（照射量モニタ）１２２が配置されている。この照度モニタ１２２は、例えば特開平６−２９１０１６号公報（対応する米国特許第５，７２１，６０８号）などに開示される照度モニタ（照射量モニタ）と同様の構成を有しており、投影光学系ＰＬの像面上で照明光ＩＬの照度を計測する。
【００３８】
プレート部材１０１の開口１０１ｄの内部には、平面視円形のパターン板１０３を有する照度むら計測器１０４が配置されている。照度むら計測器１０４は、パターン板１０３の下方に配置された不図示の受光素子（シリコン・フォト・ダイオードあるいはフォト・マルチプライア・チューブなど）などから成るセンサを有している。パターン板１０３は、石英ガラスなどから成り、その表面にクロムなどの遮光膜が成膜され、該遮光膜の中央に光透過部としてピンホール１０３ａが形成されている。照度むら計測器１０４は、特開昭５７−１１７２３８号公報（対応する米国特許第４，４６５，３６８号）などに開示される照度むら計測器と同様の構成を有しており、投影光学系ＰＬの像面上で液体Ｌｑを介して照明光ＩＬの照度むらを計測する。
【００３９】
プレート部材１０１の開口１０１ｆの内部には、平面視円形の波面収差計測用パターン板１０７が、その表面がプレート部材１０１表面とほぼ同一面（面一）となる状態で配置されている。この波面収差計測用パターン板１０７は、前述のパターン板１０３と同様に、石英ガラスと、該石英ガラスの表面に形成されたクロムなどの遮光膜とを有し、該遮光膜の中央に円形の開口が形成されている。この波面収差計測用パターン板１０７の下方には、投影光学系ＰＬ及び液体Ｌｑを介して照明光ＩＬを受光する例えばマイクロレンズアレイを含む受光系が設けられている。パターン板１０７及び受光系は、例えば国際公開第９９／６０３６１号パンフレット（対応する欧州特許第１，０７９，２２３号明細書）などに開示される波面収差計測器１２７の少なくとも一部を構成する。
【００４０】
上述した空間像計測器１２５、照度モニタ１２２、照度むら計測器１０４及び波面収差計測器１２７の出力（計測値）は、主制御装置５０に供給されている。
【００４１】
なお、熱の影響を抑制する観点から、上記の空間像計測器１２５や波面収差計測器１２７などでは、例えば光学系などの一部だけが計測ステージＭＳＴに搭載されていても良い。
【００４２】
図４には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）からなる主制御装置５０を含んでいる。
【００４３】
次に、本実施形態の露光装置１００における露光に際しての一連の動作について説明する。
【００４４】
まず、主制御装置５０は、ウエハの露光に先立って、アライメント系ＡＬＧのベースライン計測を次のようにして実行する。
【００４５】
まず、レチクルＲ上のパターン領域の外部、例えばパターン領域の中心（レチクルセンタ）を通るＸ軸（又はＹ軸）に平行な直線（中心線）上でパターン領域の一側と他側にそれぞれ配置された一対のレチクルアライメントマークの投影像（空間像）の位置を計測することで、それらのレチクルアライメントマークとの位置関係が既知のパターン領域の投影中心を求める。
【００４６】
具体的には、主制御装置５０は、レチクルＲの中心が、投影光学系ＰＬの光軸のほぼ真上に位置するように、レチクルステージＲＳＴを駆動する。そして、主制御装置５０は、照明系ＩＬＳのレチクルブラインド（不図示）を駆動して、照明光ＩＬが上述した一方のレチクルアライメントマーク及びその周囲の領域にのみ照射されるように照明領域を制限する。このとき、計測ステージＭＳＴ上の基準マーク板ＦＭが、投影光学系ＰＬの下方にあるものとすると、例えば図５（Ａ）に示されるように、投影光学系ＰＬの下方にある基準マーク板ＦＭ上にそのレチクルアライメントマークの空間像ＲＭ’が、投影光学系ＰＬ及び液体Ｌｑを介して形成される。
【００４７】
次に、主制御装置５０は、干渉計１１７の計測値に基づいて、計測ステージＭＳＴを＋Ｙ方向に駆動することにより、基準マーク板ＦＭ上のスリットＳＴｙを空間像ＲＭ’に対し走査する。これにより、スリットＳＴｙを透過した照明光ＩＬが受光系１１０ｂに受光され、受光系１１０ｂからは光電変換信号が主制御装置５０に供給される。
【００４８】
図５（Ｂ）には、上述のスリットＳＴｙの走査により、主制御装置５０に供給された光電変換信号の一例が示されている。主制御装置５０は、この光電変換信号に基づいて、例えば、光電変換信号のピーク値に対応するＹ座標ＹＭＡＸをレチクルアライメントマークのステージ座標系におけるＹ座標として検出する。図５（Ｂ）において、横軸は、干渉計１１７によって計測される計測ステージＭＳＴのＹ位置である。ここで、ステージ座標系とは、ウエハステージＷＳＴ及び計測ステージＭＳＴの移動を規定する座標系であり、干渉計１１７，１１６を含む干渉計システムの測長軸によって規定される座標系であり、以下では、このステージ座標系を基準座標系と呼ぶ。
【００４９】
同様に主制御装置５０は、干渉計１１７の計測値に基づいて、計測ステージＭＳＴをＸ軸に沿って駆動することにより、基準マーク板ＦＭ上のスリットＳＴｘを空間像ＲＭ’に対し走査する。これにより、上記と同様にして、主制御装置５０は、受光系１１０ｂからの光電変換信号に基づいて、例えば、光電変換信号のピーク値に対応するＸ座標をレチクルアライメントマークの基準座標系におけるＸ座標として検出する。
【００５０】
次に、主制御装置５０は、上記と同様の手順で、その他方のレチクルアライメントマークの基準座標系におけるＹ座標、Ｘ座標を求める。
【００５１】
そして、主制御装置５０は、上記２つのレチクルアライメントマークの基準座標系における位置座標に基づいて、レチクルＲのパターン領域の投影中心の基準座標系における位置座標を求める。
【００５２】
次に、主制御装置５０は、既知のベースラインの設計値に基づいて、基準マーク板ＦＭがアライメント系ＡＬＧの直下へ位置するように、干渉計１１７の計測値に基づいて計測ステージＭＳＴを駆動する。そして、主制御装置５０は、基準マーク板ＦＭに形成された４つの基準マークＷＭ１〜ＷＭ４を順次アライメント系ＡＬＧの検出領域に順次位置決めして、アライメント系ＡＬＧで基準マークＷＭ１〜ＷＭ４を順次検出する。この検出は、液体Ｌｑを介することなく行われる。このとき、液体Ｌｑは回収されている。そして、主制御装置５０は、アライメント系ＡＬＧで検出される検出中心に対する基準マークＷＭ１〜ＷＭ４の位置、及びそれぞれのマークの検出時における干渉計１１７の計測値に基づいて、基準マークＷＭ１〜ＷＭ４それぞれの検出時の基準座標系におけるアライメント系ＡＬＧの検出中心の位置座標（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ３，Ｙ３），（Ｘ４，Ｙ４）をそれぞれ算出する。
【００５３】
次に、主制御装置５０は、上記４つの位置座標（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ３，Ｙ３），（Ｘ４，Ｙ４）の平均位置の座標（ＸＡＶＥ，ＹＡＶＥ）＝（（Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４）／４，（Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３＋Ｙ４）／４）、すなわち基準マークＷＭ１〜ＷＭ４の平均位置すなわち基準マーク板ＦＭ表面の中心点Ｐ（スリットＳＴｙの中心軸とスリットＳＴｘの中心軸との交点である計測用パターンＳＴの中心点Ｐ）に存在する仮想的なマークの検出時におけるアライメント系ＡＬＧの検出中心の位置座標を算出する。ここで、上記平均位置の座標（ＸＡＶＥ，ＹＡＶＥ）を求めることで、基準マーク板ＦＭに変形（等方的な伸縮）や回転誤差などに起因する各位置座標の計測値に含まれる計測誤差が相殺される。従って、上記平均位置の座標（ＸＡＶＥ，ＹＡＶＥ）は、アライメント系ＡＬＧの検出中心の位置ずれ成分のみが含まれる真のアライメント系ＡＬＧの検出中心の基準座標系における位置座標である。厳密には、スリットＳＴｘあるいはＳＴｙの中心と、基準マークＷＭ１〜ＷＭ４の平均位置は完全には一致しない（例えば、本実施形態では２０μｍ離れている）が、この不一致は現実的には無視できる。例えばＦＭが１ｐｐｍ伸縮した場合、平均位置の誤差は０．０２ｎｍであり、ベースライン計測に必要な精度（例えば１ｎｍ）に比べて十分小さい。
【００５４】
次に、主制御装置５０は、先に求めたレチクルＲのパターン領域の投影中心の基準座標系における位置座標と、上記位置座標（ＸＡＶＥ，ＹＡＶＥ）とに基づいて、レチクルＲのパターン像の投影位置とアライメント系ＡＬＧの検出中心との位置関係、すなわちアライメント系ＡＬＧのベースラインを求める。
【００５５】
上述のベースライン計測が終了すると、主制御装置５０は、例えば特開昭６１−４４４２９号公報などに詳細に開示されるＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）等のウエハアライメントを行い、ウエハＷ上の全てのショット領域の配列座標を求める。なお、このウエハアライメントの際には、ウエハＷ上の複数のショット領域のうちの予め定められた所定のサンプルショットのウエハアライメントマークが、アライメント系ＡＬＧにより計測される。
【００５６】
次いで、主制御装置５０は、上で求めたウエハＷ上の各ショット領域の配列座標（位置情報）及び先に計測したベースラインに基づいて、レチクル干渉計５３、及び干渉計１１６からの位置情報をモニタしつつ、ウエハステージＷＳＴ及びレチクルステージＲＳＴを駆動して、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行い、ウエハＷ上の複数のショット領域にそれぞれレチクルＲの回路パターンをそれぞれ転写する。この場合の走査露光は、投影光学系ＰＬと液体Ｌｑとを介して行われ、少なくともステップ・アンド・スキャン方式の露光中は、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に、一定量の液体Ｌｑが保持される。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態に係る露光装置１００によると、基準マーク板ＦＭには、アライメント系ＡＬＧのベースライン計測用の４つの基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４の平均位置が、レチクルＲ上のアライメントマークを検出する空間像計測器１２５の計測用パターンＳＴの位置と一致するように形成されている。このため、基準マーク板ＦＭが温度変化などにより膨張及び収縮することにより、各基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４の相互間の距離や、各基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４と計測用パターンＳＴとの距離が変化したとしても、基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４の平均位置と計測用パターンＳＴの位置は常に一致した状態が維持される。したがって、基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４及び計測パターンＳＴを用いたベースライン計測では計測誤差の発生が抑制され計測精度の向上が期待される。
【００５８】
また、本実施形態では、基準マーク板ＦＭの材質にかかわらず、その基準マーク板ＦＭを用いて常に高精度のベースライン計測が可能となるため、基準マーク板を任意の素材で製作することが可能である。
【００５９】
また、主制御装置５０は、ベースライン計測が終了すると、アライメント検出系ＡＬＧを介して、ウエハＷ上の複数のショット領域のうちの予め定められた所定のサンプルショットのウエハアライメントマークを計測し、該計測結果と先に計測したベースラインとに基づいて、ウエハステージＷＳＴを移動させつつ、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を液浸露光により行う。従って、露光精度の向上を図ることが可能となる。
【００６０】
なお、本実施形態に係る露光装置１００では、基準マーク板ＦＭに１つの計測用パターンＳＴが形成されている場合について説明したがこれに限らず、計測用パターンＳＴは２つ以上であっても良い。要は、複数の計測用パターンの平均位置と、複数の基準パターンの平均位置とが一致していれば良い。
【００６１】
また、本実施形態に係る露光装置１００では、基準マーク板ＦＭに４つの基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４が形成されている場合について説明したがこれに限らず、例えば基準マーク板に３つの基準マークが正三角形の頂点を構成するように形成されていても良く、また５つ以上の基準マークが形成されていても良い。要は、複数の基準マークの平均位置が計測用パターンＳＴの位置と一致していれば良い。
【００６２】
また、本実施形態に係る露光装置１００では、計測用パターンＳＴをＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動することで、スリットＳＴｘ，ＳＴｙを空間像ＲＭ’に対し走査したが、これに限らず例えばＸ軸及びＹ軸に対して４５度の角度をなす方向に計測用パターンＳＴを移動させることで、スリットＳＴｘ，ＳＴｙが同時に空間像ＲＭ’を走査し、スリットＳＴｘ，ＳＴｙをそれぞれ透過した照明光ＩＬを、個別の受光素子で受光することとしても良い。かかる場合には、Ｘ軸方向とＹ軸方向とについて、空間像ＲＭ’の位置情報の計測を同時に行うことが可能となる。
【００６３】
また、基準マークの数が増加することで計測時間も長くなるが、例えば計測ステージＭＳＴを静止させることなく基準マークの位置を計測することでスループットの低下を回避することができる。この場合には、アライメント系ＡＬＧで基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４計測する際に、基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４をそれぞれフラッシュ照明することで、計測ぶれを低減させることができる。
【００６４】
また、スリットＳＴｘ,ＳＴｙの位置と基準マークＷＭ１〜ＷＭ４の平均位置が完全に一致するようにマークを配置できない場合には基準マークＷＭ１〜ＷＭ４の計測結果から基準マーク板ＦＭの伸縮及び回転を計算し、これらの変形量と平均位置との差からベースライン計測結果を補正するようにしてもよい。
【００６５】
また、空間像計測器１２５を用いた空間像の計測動作と基準マークの検出動作に際しての計測ステージＭＳＴの移動経路を工夫することで、計測時間を短縮することとしても良い。
【００６６】
また、上記実施形態では、４つの基準マークＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４を全て検出するものとしたが、例えば２つの基準マーク、例えば基準マークＷＭ１，ＷＭ3のみを検出し、その検出結果からベースラインが変動していないと判断できる場合には、残りの２つの基準マークＷＭ２，ＷＭ４を検出することなく、２つの基準マーク検出時のアライメント系ＡＬＧの検出中心の位置情報の平均に基づいてベースラインを算出することとしても良い。もちろん、２つの基準マークの検出結果からベースラインが変動していると判断できる場合には、残り２つの基準マークも検出し、上記実施形態同様にしてベースラインを算出することとすれば良い。
【００６７】
また、上記実施形態では、露光装置１００がウエハステージＷＳＴとは別に計測ステージＭＳＴを備えている場合について説明したがこれに限らず、計測ステージＭＳＴは必ずしも設ける必要はなく、ウエハステージＷＳＴだけを設けて、ウエハステージＷＳＴに基準マーク板ＦＭや受光系１１０ｂ、照度モニタ１２２、照明むら計測器１０４、空間像計測器１２５、及び波面収差計測器１２７等を設けることとしても良い。
【００６８】
また、上記実施形態では、本発明がステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、本発明はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置、ステップ・アンド・スティッチ方式等の露光装置にも好適に適用できる。
【００６９】
また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報などに開示されているようなウエハステージを複数備えたマルチステージ型の露光措置にも好適に適用できる。
【００７０】
また、上記実施形態では露光装置１００が液浸方式の露光装置である場合について説明したが、本発明がこれに限られないのは勿論である。
【００７１】
また、上記実施形態においては、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に局所的に液体を満たす露光装置を採用しているが、本発明は、特開平６−１２４８７３号公報、特開平１０−３０３１１４号公報、米国特許第５，８２５，０４３号などに開示されているような露光対象のウエハなどの表面全体が液体中に浸かっている状態で露光を行う液浸露光装置にも適用可能である。
【００７２】
また、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスクを用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスクを用いても良い。
【００７３】
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【００７４】
また、上記各実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ2レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ2レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源や、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、投影光学系は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良い。
【００７５】
なお、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、上記実施形態の露光装置で、レチクルに形成されたパターンを前述の液浸露光によりウエハ等の物体上に転写するリソグラフィステップ、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）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の液浸露光方法が実行され、物体上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを歩留り良く製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明のマーク部材、計測方法、及び計測装置は、センサ間のベースラインを計測するのに適している。また、本発明の露光装置は、物体を露光するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】一実施形態に係る露光装置を示す概略図である。
【図２】計測テーブルを示す平面図である。
【図３】図２における基準マーク板近傍を示す図である。
【図４】図１の露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、空間像計測を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７８】
５０…主制御装置、１００…露光装置、１１０ｂ…受光系、ＡＬＧ…アライメント系、ＳＴ…計測用パターン、ＳＴｘ，ＳＴｙ…スリット、ＷＭ１，ＷＭ２，ＷＭ３，ＷＭ４…基準マーク、ＦＭ…基準マーク板、Ｗ…ウエハ、Ｒ…レチクル、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＭＳＴ…計測ステージ。
【図１】
2007287898.tif 000003
【図２】
2007287898.tif 000004
【図３】
2007287898.tif 000005
【図４】
2007287898.tif 000006
【図５】
2007287898.tif 000007