(57)【要約】【課題】  ２波長露光時において高精度な投影光学系の像面位置の計測を可能にする。【解決手段】  ２波長露光において、露光時と同様に２波長発振状態にてＴＴＬキャリブレーション計測を行い、特に、露光領域内の軸外像高のパターンで像面位置検出を行う際には、投影光学系のサジタル方向パターンを用いて投影光学系の像面位置を検出することで倍率色収差による像のにじみの影響を無くする。さらに、単一波長露光時と２波長露光時のそれぞれにおいて最適なキャリブレーション計測パターンを選択する。【選択図】  図１
2007250947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版を照明する露光光を出射する光源と、
前記原版の像を被露光基板上に投影する投影光学系と、
前記原版上または前記投影光学系の光軸方向に関し該原版上と等価な位置に配置される原版側基準パターンと、
前記被露光基板上または前記投影光学系の光軸方向に関し該基板上と等価な位置に配置される基板側基準パターンと、
前記原版側基準パターンを前記光源からの露光光または該露光光と波長成分割合が等価な光により照明し、前記投影光学系により前記基板側基準パターン上に投影した際の該基板側基準パターンからの透過または反射光量に基づき前記投影光学系の像面位置を検出する像面検出手段と
を備える露光装置であって、
前記像面検出手段が前記投影光学系の軸外像高における前記像面位置を検出する際に用いる前記基準パターンは、前記投影光学系のサジタル方向の長さがメリジオナル方向の長さより長い矩形パターンである、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記像面検出手段による前記投影光学系の軸上における像面位置検出を、前記サジタル方向の長さがメリジオナル方向の長さより長い第１基準パターンと前記メリジオナル方向の長さがサジタル方向の長さより長い第２基準パターンとの双方を用いて行わせ、該軸上における像面位置検出結果と前記軸外像高における像面位置検出結果とに基づいて前記サジタル方向の像面湾曲量を測定する像面湾曲測定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記像面検出手段による前記投影光学系の軸上における像面位置検出を、前記サジタル方向の長さがメリジオナル方向の長さより長い第１基準パターンと前記メリジオナル方向の長さがサジタル方向の長さより長い第２基準パターンとの双方を用いて行わせ、該軸上における像面位置検出結果と前記軸外像高における像面位置検出結果とに基づいてメリジオナル方向の像面湾曲量を算出するメリジオナル像面湾曲測定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記被露光基板の被露光面に斜めに計測光を入射し、該被露光面からの反射光の位置に基づいて該被露光面の位置を検出する被露光面位置検出手段と、
前記像面検出手段が計測した像面位置に基づいて該被露光面位置検出手段による検出位置を校正する校正手段と
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の露光装置。
【請求項５】
前記光源は、複数波長の光が混合された露光光を発生し、前記像面検出手段は、前記投影光学系の像面位置を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の露光装置。
【請求項６】
前記光源は、複数波長の混合光と単一波長の光とを切り替えて出射するものであり、前記像面検出手段は、前記投影光学系の軸外像高における前記像面位置を検出する際に用いる前記基準パターンを、前記光源の出射光に応じて切り替える手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の露光装置。
【請求項７】
複数波長の混合した光により原版を照明する光源と、前記原版の像を基板上に投影する投影光学系とを備えた装置における前記投影光学系の像面位置を検出する像面検出方法であって、
前記原版上または前記投影光学系の光軸方向に関し該原版上と等価な位置に原版側基準パターンを配置する段階と、
前記基板上または前記投影光学系の光軸方向に関し該基板上と等価な位置の、前記投影光学系の光軸方向に直交する方向に関し前記原版側基準パターンの像が前記投影光学系により結像される位置に、基板側基準パターンを配置する段階と、
前記原版側基準パターンを前記光源からの混合光または該混合光と波長成分割合が等価な光により照明し、前記投影光学系により前記基板側基準パターン上に投影する段階と、
前記基板側基準パターンを前記光軸方向に移動させた際の該基板側基準パターンからの透過または反射光量の変化に基づき前記投影光学系の像面位置を検出する段階と
を備え、
前記投影光学系の軸外像高における像面を検出する際に用いられる前記原版側および基板側基準パターンは、前記投影光学系のサジタル方向の長さがメリジオナル方向の長さより長い矩形パターンである、
ことを特徴とする像面検出方法。
【請求項８】
前記像面位置を検出する段階では、前記投影光学系の軸上における像面位置検出を、前記サジタル方向の長さがメリジオナル方向の長さより長い第１基準パターンと前記メリジオナル方向の長さがサジタル方向の長さより長い第２基準パターンとの双方を用いて行わせ、該軸上における像面位置検出結果と前記軸外像高における像面位置検出結果とに基づいて前記サジタル方向の像面湾曲量を測定する段階をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の像面検出方法。
【請求項９】
前記像面位置を検出する段階では、前記投影光学系の軸上における像面位置検出を、前記サジタル方向の長さがメリジオナル方向の長さより長い第１基準パターンと前記メリジオナル方向の長さがサジタル方向の長さより長い第２基準パターンとの双方を用いて行わせ、該軸上における像面位置検出結果と前記軸外像高における像面位置検出結果とに基づいてメリジオナル方向の像面湾曲量を算出する段階をさらに備えることを特徴とする請求項７または８に記載の像面検出方法。
【請求項１０】
前記光源は、前記複数波長の混合光と単一波長の光とを切り替えて出射するものであり、前記原版側基準パターンを配置する段階および基板側基準パターンを配置する段階は、前記投影光学系の軸外像高にも前記サジタル方向の長さがメリジオナル方向の長さより長い第１基準パターンと前記メリジオナル方向の長さがサジタル方向の長さより長い第２基準パターンとの双方を配置する段階であり、前記投影光学系の軸外像高における前記像面位置を検出する際に用いる前記基準パターンを、前記光源の出射光に応じて切り替える工程をさらに備えることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の像面検出方法。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光した前記基板を現像する工程とを有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、複数波長の混合光を用いて原版の像を基板上に投影する露光装置、および投影光学系の像面位置を検出する方法に関する。本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィ工程で製造する際に使用される投影露光装置の投影光学系の像面位置等を計測し、補正を行うことで好適に露光を行うために適用される。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等を製造する際には、ステップ・アンド・リピート方式のような一括露光型の露光装置の他に、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型の露光装置も使用されている。
図１は露光装置の概略構成図を示したものである。
露光光源ＬＳには、極端紫外光であるＫｒＦエキシマレーザやさらに波長の短いＡｒＦエキシマレーザなどの単一波長発振レーザ光が用いられており、発せられた光束は照明光学系ＩＬにてパターン原版であるレチクル（マスク）ＲＴの所定の領域を照明する。レチクルＲＴには転写すべき微細回路パターンが形成されており、その像形状は投影レンズＰＯにてウエハＷＦ上に投影結像される。
【０００３】
この種の投影露光装置の投影光学系においては、限界に近い解像力が求められているため、解像力に影響する要因（例えば気圧、温度等）を測定して、測定結果に応じて結像特性を補正する機構が備えられている。また、解像力を高めるべく投影光学系の開口数が大きく設定されることでその結果として焦点深度がかなり浅くなっている。
そのため、図１の露光装置は、これらのフォーカス検出系ＦＳとＴＴＬキャリブレーション計測系ＩＳの双方により、ウエハの表面を投影光学系ＰＯの像面に合わせ込むオートフォーカス機構が備えられている。ここで、フォーカス検出系ＦＳは、ウエハＷＦ表面の投影光学系ＰＯの光軸方向の位置を計測する斜入射方式のフォーカス検出系ＦＳである。また、ＴＴＬキャリブレーション計測系ＩＳは、投影露光光学系ＰＯの像面位置を投影光学系ＰＯを介して検出し、フォーカス検出系ＦＳの原点を補正する。
【０００４】
キャリブレーション検出システムの例として図１では、Ｒ側基準プレートＲＦＰ上に形成されたスリットパターンを、ウエハステージ側基準プレートＷＦＰ上の参照スリット上に投影し、その透過光量をセンサＩＳにて検出する方式を挙げている。レチクル側基準プレートＲＦＰは、レチクルステージＲＳ上のレチクルと等価な高さに配置され、ウエハステージ側基準プレートＷＦＰは、ウエハ側のステージ上に配置されている。
具体的には、図２（ａ）に示すように基準プレートＲＦＰ上には露光領域内の複数像高の測定が可能なように複数のスリット状チャート（スリットパターン）Ｌ１ｘ、Ｌ１ｙ、Ｌ２ｘ、Ｌ２ｙ、Ｃｘ、Ｃｙ、Ｒ２ｘ、Ｒ２ｙ、Ｒ１ｘ、Ｒ１ｙが形成されている。ウエハ側基準プレート上にもスリット状チャート（参照スリット）Ｓｘ、Ｓｙが形成されている。基準プレートＲＦＰ上のスリットパターン像を、図２（ｂ）に示すウエハ側基準プレートＷＦＰ上に投影し、ウエハ側基準プレート上の参照スリットを透過した光を検出する。
図３は像面位置検出信号の例を示している。レチクル側スリット状チャートとウエハ側スリット状チャートの相対関係を光軸方向に変化させながら透過光量を検出し、最大光量のポイントを投影露光光学系ＰＯの像面位置とする方式をとっている。
【０００５】
近年、露光解像度の向上から焦点深度の更なる低下が問題となってきており、焦点深度を拡大する露光方法が各種提案されてきている。
例えば、露光光源として、単一の中心波長が光源を使用するのではなく、複数の中心波長を持つ光源（複数波長の光源）を使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。露光光源として複数波長の光源を使用することにより、投影光学系に軸上色収差が発生し、許容焦点深度が拡大する。
【０００６】
図７（ａ）〜７（ｃ）は像の結像状態を表す模式図である。
図７（ｂ）が単一波長露光時の結像状態であり、像の焦点は単一点に結像される。一方、図７（ａ）は２波長露光時の結像状態を示しており、波長が異なることにより発生する軸上色収差により光軸方向（Ｚ方向）にずれた位置で焦点を形成する。焦点近傍では像の強度分布が光軸方向に平均化されるため、所望の線幅に対する許容焦点深度を増加させる効果がある。
【特許文献１】特登録２６１９４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
露光光源に複数波長の光源を用いると投影レンズには軸上色収差以外に軸外像高においては倍率色収差が発生するために像のにじみが生じる場合がある。露光においては、像面位置近傍にてにじみが最小になるように、照明系や露光条件の調整を行うことで影響を小さくすることが可能である。しかし、ＴＴＬキャリブレーション計測においては、特に像面位置検出においてはフォーカス許容深度外の領域まで計測信号を取り込む必要がある。したがって、信号形状の非対称性の影響が発生し、投影レンズの像面位置を求める際に誤差要因となる不都合がある。
【０００８】
具体的には、キャリブレーション計測系ＩＳでは、ウエハ側基準プレートＷＦＰを光軸方向にスキャンする際の信号の変化をモニタし、強度が最大になる点、または信号の重心位置を求めることで投影レンズの像面位置を検出している。図３は、ウエハ側基準プレートＷＦＰを光軸方向にスキャンした際の信号の変化を示す。
しかし、本発明の前提である２波長露光方法での像面位置検出信号では、そもそも焦点深度を拡大している。そのため、信号のピーク位置を検出することが難しいので、信号の重心位置を像面位置と判断することが望ましい。
【０００９】
しかしながら、露光領域内の軸外像高の計測時において、投影光学系ＰＯのメリジオナル方向（レンズの円周方向）のチャートの像は、図５（ａ）に示すように、非対称な強度分布の像になっている。これは、倍率色収差と軸上色収差の影響によるものである。そのために、前記像面位置検出信号も図６（ａ）に示すように非対称な形状となり、重心位置もずれてしまい、像面位置の計測値に誤差が生じてしまう不具合がある。さらには、ウエハ側参照スリットの走査位置が若干ずれている場合には信号の非対称形状も変化することになり、像面位置の計測値の誤差要因になる不具合がある。
本発明は、上述の従来例における問題点を解消することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための露光装置は、原版を照明する露光光を出射する光源と、前記原版の像を被露光基板上に投影する投影光学系とを備える。また、前記原版上または前記投影光学系の光軸方向に関し該原版上と等価な位置に配置される原版側基準パターンと、前記被露光基板上または前記投影光学系の光軸方向に関し該基板上と等価な位置に配置される基板側基準パターンとを備える。また、前記原版側基準パターンを前記光源からの露光光または該露光光と波長成分割合が等価な光により照明し、前記投影光学系により前記基板側基準パターン上に投影する手段を備える。さらに、前記基板側基準パターンからの透過または反射光量に基づき前記投影光学系の像面位置を検出する像面検出手段を備える。そして、本発明の露光装置は、前記像面検出手段が前記投影光学系の軸外像高における前記像面位置を検出する際に用いる前記基準パターンが、前記投影光学系のサジタル方向の長さがメリジオナル方向の長さより長い矩形パターンであることを特徴とする。なお、前記像面検出手段を前記原版側基準パターンより前記光源側に設けた場合、前記基板側基準パターンからの反射光量は、原版側基準パターンの開口部を透過した分が計測される。
【００１１】
本発明の像面検出方法は、複数波長の混合した光により原版を照明する光源と、前記原版の像を基板上に投影する投影光学系とを備えた装置における前記投影光学系の像面位置を検出するために適用される。この像面検出方法は、前記原版上または前記投影光学系の光軸方向に関し該原版上と等価な位置に原版側基準パターンを配置する段階を備える。また、前記基板上または前記投影光学系の光軸方向に関し該基板上と等価な位置の、前記投影光学系の光軸方向に直交する方向に関し前記原版側基準パターンの像が前記投影光学系により結像される位置に、基板側基準パターンを配置する段階を備える。また、前記原版側基準パターンを前記光源からの混合光または該混合光と波長成分割合が等価な光により照明し、前記投影光学系により前記基板側基準パターン上に投影する段階を備える。さらに、前記基板側基準パターンを前記光軸方向に移動させた際の該基板側基準パターンからの透過または反射光量の変化に基づき前記投影光学系の像面位置を検出する段階を備える。そして、前記投影光学系の軸外像高における像面を検出する際に用いられる前記原版側および基板側基準パターンは、前記投影光学系のサジタル方向の長さがメリジオナル方向の長さより長い矩形パターンであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数波長の混合光で投影する際にも、投影時の実波長の状態で、像面位置を高精度に求めることができる。これにより複数波長の混合光で露光する露光装置においては、拡大された露光焦点深度内での像面位置を精度よく決定できるため、複数波長露光方式による焦点深度拡大効果を有効に活用できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好ましい第１の実施の形態では、２波長の紫外光を用い、投影レンズを介してレチクル上の回路パターンをウエハ上に露光する露光装置において、斜入射方式などオフアクシスフォーカス計測系の像面位置キャリブレーション計測を投影レンズを通して行う。その像面位置キャリブレーション計測を、２波長発振状態で実施する際のキャリブレーション用パターンは投影露光レンズのサジタル方向の第１基準パターン(以下、サジタルパターンともいう)を用いる。サジタルパターンとは、前記投影光学系のサジタル方向の長さがメリジオナル方向の長さより長いスリット状パターンである。
【００１４】
本発明の第２の実施の形態では、２波長の紫外光を用い、投影レンズを介してレチクル上の回路パターンをウエハ上に露光する走査型の露光装置において、斜入射フォーカス計測系の像面位置キャリブレーション計測を投影レンズを通して行う。その像面位置キャリブレーション計測を２波長発振状態で実施する際、軸外像高はサジタルパターン（Ｙパターン）を用いて計測し、軸上はメリジオナルおよびサジタルパターンの両方で計測する。さらに、これらの軸外像高および軸上の計測値を用いて像面湾曲量を測定し、前記斜入射フォーカス計測系の原点を補正する。露光時の走査方向をＹ方向とすると、サジタルパターンは、Ｙ方向に長いスリット状パターンである。この場合、サジタルパターンをＹパターンとも称する。メリジオナルパターンとは、前記投影光学系のメリジオナル方向の長さがサジタル方向の長さより長いスリット状パターンである。上記走査型の露光装置において、メリジオナルパターンは、Ｘ方向に長いスリット状パターンであり、Ｘパターンとも称する。
【００１５】
本発明の第３の実施の形態では、軸外像高および軸上の像面位置を第２の実施の形態と同様にして計測する。そして、これらの軸外像高および軸上の計測値を用いてメリジオナル像面湾曲量を類推し、前記斜入射フォーカス計測系の原点を補正する。
【００１６】
本発明の第４の実施の形態は、２波長露光方法と１波長露光方法とを切り替えて露光が可能な装置に関する。投影レンズを通して像面位置キャリブレーション計測を行う際に用いるパターンを、露光波長に応じて切り替える。例えば、１波長露光時にはメリジオナルパターンとサジタルパターンの両方を用いて測定し、２波長露光時には軸外像高はサジタル方向パターン（Ｙパターン）で計測する。
【００１７】
上記実施の形態は、前記問題点を解決するために、露光領域内の軸外像高のパターンで像面位置検出を行う際には、投影光学系ＰＯのサジタル方向（レンズの半径方向）のパターンを用いて像面位置を検出している。このようにすることで倍率色収差による像のにじみの影響を低減することができる。
具体的には、特に走査型の露光装置のように、スリット状の露光領域を使用する露光装置の場合には、軸外（Ｘ像高）像高の像面位置計測にＹパターンを用いる。すると、図５（ｂ）に示すように、キャリブレーション信号波形の非対称性がキャンセルされる。Ｙパターンはレンズ開口にとってはサジタルパターンとなり、倍率色収差の影響を受けない。このことを利用したものである。この走査型の露光装置は、図２（ａ）に示すような、スリット状露光領域内の左右のパターンＬｙ、Ｒｙのサジタル像面位置計測情報から像面傾き（チルト）を計測するようにしたものである。
【００１８】
また、上記第３の実施の形態は、メリジオナル方向パターンを計測しないかわりに、サジタルパターンの情報から軸外メリジオナルパターンの結像位置を類推するようにしたものである。
特に露光を続けることにより、レンズが露光熱を蓄積することで像面湾曲が発生する。この変化は通常、サジタルパターンの変化に対しメリジオナルパターンでは３倍の変化が光学結像の特性上わかっている。サジタルパターンを測定することで、メリジオナルパターンの像面位置を類推することが可能である。
一方、チルト情報、像面形状を測定する必要が無い場合には、軸上つまりはレンズの光軸上、露光領域では（Ｘ＝０，Ｙ＝０）の像高のＸパターンとＹパターンのみを測定し、投影光学系の像面位置を高精度に計測することができる。
【００１９】
上記実施の形態では、２波長露光方法においても、露光時の実波長の状態で、露光像面位置を高精度に求めることにより拡大された露光焦点深度内での像面位置を精度よく決定できる。そのため、２波長露光方法による焦点深度拡大効果を有効に活用できるようになる。
さらに、第４の実施の形態のように、１波長露光と２波長露光を切り替えても、それに応じてキャリブレーション計測パターンとして、Ｘ、Ｙパターンの両方か、Ｙパターンのみかを自由に選択できる。これにより、半導体露光工程の要求に応じた最適な露光方法の選択性を増やすことができる。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施例に係る走査型の露光装置の概略構成を示す。
図１において、レチクルＲＴとウエハＷＦは、投影レンズ（投影光学系）ＰＯ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ＩＬによりＸ方向に長いスリット状の露光領域が、レチクルＲＴ上に形成されている。そして、露光光軸に対してレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳの双方を投影レンズＰＯの光学倍率に応じた速度比で駆動させることによって、レチクルＲＴ上のパターンは、ウエハステージＷＳに保持されたウエハＷＦ上に結像露光される。
【００２１】
以下に、図１の走査型の露光装置の構成に関し、さらに詳しく説明する。
レチクルＲＴは、レチクルステージ用の不図示のレーザ干渉計と駆動制御手段とによって図中Ｙ方向に駆動制御されるレチクルステージＲＳに保持されている。レチクルＲＴ近傍にはＲ（レチクル）側基準プレートＲＦＰがレチクルステージＲＳの所定の範囲に固設されており、さらにＲ側基準プレートＲＦＰのパターン面はレチクルＲＴの反射面とほぼ高さが一致している。また、Ｒ側基準プレートＲＦＰの反射面には、ＣｒやＡｌ等の金属面で形成された複数の位置計測用チャートが設けられている。
【００２２】
図２（ａ）はレチクルステージＲＳ上に配置されたＲ側基準プレートＲＦＰの上面図である。複数個のＲ（レチクル）側基準チャートがＲ側基準プレートＲＦＰの長手方向（Ｘ方向）にライン状に配置されている。前記Ｒ側基準チャートは、例えば、図２（ｂ）に示すような露光解像線幅近傍のレチクル側での寸法のライン状の開口を有するラインアンドスペースのパターンである。
【００２３】
図１において、レチクルステージＲＳは図中Ｚ方向の位置を投影レンズＰＯに対して一定に保った状態で駆動される。レチクルステージ２には、不図示のレーザ干渉計からのビームを反射する不図示の移動鏡が固定されており、前記レーザ干渉計により、レチクルステージＲＳの位置、移動量は逐次計測されている。
【００２４】
一方、ウエハＷＦの近傍にはＷ（ウエハ）側基準プレートＷＦＰがウエハステージＷＳの所定の範囲に固設されている。Ｗ側基準プレートＷＦＰの反射面は、ウエハＷＦの上面とほぼ高さが一致しており、さらにＣｒやＡｌ等の金属面で形成された複数のＷ側基準チャートを備えている。また、ウエハステージＷＳは、投影レンズＰＯの光軸方向（Ｚ方向）およ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でき、さらに光軸周りに回転（θ方向）、像面に対して傾き調整（チルト）の６軸の駆動をすることができる。
【００２５】
ウエハステージＷＳにも、不図示のウエハステージ用レーザ干渉計からのビームを反射する不図示の移動鏡が固定されており、前記レーザ干渉計により、ウエハステージＷＳの位置、移動量は逐次計測されている。ウエハステージＷＳは、この計測結果に基づき不図示の駆動制御手段により前記６軸の駆動がなされる。Ｗ側基準チャートは、例えば、図２（ｂ）に示すような露光解像線幅近傍のウエハ側での寸法のライン状の開口を有するラインアンドスペースのパターンである。
【００２６】
次に、ウエハＷＦの表面の位置および傾きを検出するウエハ面位置検出手段ＦＳに関して説明する。
図１に示すとおり、ウエハ面位置検出手段として、斜入射方式のフォーカス検出系ＦＳが構成されている。フォーカス検出系ＦＳは投影レンズＰＯによって、レチクルＲＴのパターンが転写されるウエハＷＦ面（またはＷ側基準プレートＷＦＰ面）に対して斜め方向から光を照射する。そして、ウエハＷＳ表面（またはＷ側基準プレートＷＦＰ面）から斜めに反射する反射光を検出する。
【００２７】
フォーカス検出系ＦＳの検出部には反射光に対応した位置検出用の受光素子が、位置検出受光素子の受光面とウエハＷＦの光束の反射点がほぼ共役になるように配置されている。そのためウエハＷＦ（またはＷ側基準プレートＷＦＰ）の投影レンズＰＯの光軸方向の位置ずれは、検出部内の位置検出用受光素子上で位置ずれとして計測される。特に表面の位置のみならず傾き検出として、複数の光束とそれに応じ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ウエハＷＦ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。複数の各計測点の表面位置の計測結果から、ウエハＷＦ（またはＷ側基準プレートＷＦＰ）の表面の傾きを計測するようにしている。
【００２８】
前記フォーカス検出系ＦＳの原点ズレが生じると露光像面に対するウエハＷＦ表面の合わせズレが生じるために定期的に複数計測点の自動校正を実施する。
この誤差を計測するためにＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｌｅｎｓ）計測系が構成されている。ＴＴＬ計測系は、Ｒ側基準プレートＲＦＰ、Ｗ側基準プレートＷＦＰ、センサＩＳを備える。Ｒ側基準プレートＲＦＰは、上述のように、レチクルステージＲＳ上に設けられ、レチクルＲＴとほぼ同じ高さの面に所定の計測用チャートが配置されている。Ｗ側基準プレートＷＦＰは、上述のように、ウエハステージ上に設けられ、ウエハ面とほぼ等価な高さの面に基準チャートが配置されている。センサＩＳは、Ｗ側基準プレートＷＦＰの下に設けられ、基準チャートを透過した光量を検出する。
【００２９】
図２（ａ）に示すとおり、Ｒ側基準プレートＲＦＰには露光領域内の複数の像高位置での像面位置計測が可能なように、複数の基準チャートが構成されている。本実施例ではＲ側基準チャートおよびＷ側基準チャートは図２（ａ）および（ｂ）に示すようにラインが開口となり複数本の開口が並べられた、ラインアンドスペース状で構成されている。図２（ｂ）はＷ側基準プレートＷＦＰとＷ側基準チャートを示している。Ｗ側基準チャートは、ＸパターンＳｘと、ＹパターンＳｙとで構成される。各パターンＳｘ、Ｓｙに対応した個別のセンサＩＳを構成すれば個別の像面位置計測が可能である。なお、前記基準チャートは、投影レンズの光軸に直交する２次元方向（Ｘ、Ｙ方向）の位置を投影光学系を介して検出する際にも用いられる。ＸパターンＳｘはＸ方向位置検出用のパターンであり、ＹパターンＳｙはＹ方向位置検出用のパターンである。
【００３０】
次に像面位置計測の例を説明する。まず、露光領域内の所定の像高にＲ側基準チャートが設定されるようにレチクルステージＲＳを駆動する。次にＷ側基準チャートがＲ側基準チャートの結像位置またはその近傍に設定されるようにウエハステージＷＳを駆動する。ウエハステージＷＳを投影レンズＰＯの光軸方向に駆動しながらＷ側基準チャートを透過する光量を検出し光量が最大になる位置を探すことでその像高での投影レンズの最良結像位置が求められる。
【００３１】
図３はベスト像面位置検出信号の例を示している。スリット状パターンであるＲ側基準チャートとＷ側基準チャートの光軸方向(Ｚ方向)の相対関係を変化させながら透過光量を検出し、最大光量のポイントを投影光学系ＰＯの像面位置とする方式をとっている。
像面湾曲計測など、露光領域内の複数像高での像面位置計測を行う場合には、図４に示すように、ウエハステージＷＳをＸ方向に駆動させ、Ｗ側基準チャートをＲ側基準プレートＲＦＰ上の任意の像高のＲ側基準チャートにあわせて計測すればよい。
【００３２】
さて、本実施例の特徴としては、焦点深度を増大させるための手段として露光光源であるレーザ光源に、波長が若干ずれた２波長の光束を発するレーザを使用している。
また、露光領域内の軸外像高のパターンで像面位置検出を行う際には、投影光学系ＰＯのサジタル方向（レンズの半径方向）のパターンを用いて像面位置を検出することで倍率色収差による像のにじみの影響を無くしている。軸外（Ｘ像高）像高の像面位置計測にはＹ（サジタル方向）パターンを用いることにより、像面位置検出信号波形の非対称性が発生しないようにしている。Ｙパターンはレンズ開口にとってはサジタル方向パターンとなり、倍率色収差の影響はチャートの長手方向となるため、像面位置計測用のコントラスト計測に有効な線幅方向には影響を受けない。このことを利用したものである。
【００３３】
具体的には、図２（ａ）に示す露光領域内のパターン群の中から、サジタル方向パターンであるＬ１ｙ、Ｌ２ｙ、Ｒ１ｙ、Ｒ２ｙを使用する。２次形状である像面湾曲の計測であれば最小３点で良いため、Ｌ１ｙ、Ｃｘ、Ｃｙ、Ｒ１ｙの３像高を選択してもよい。なお、パターンＣｘはメリジオナル方向のパターンである。
また、像面とフォーカス検出系ＦＳの１次傾き、所謂チルト計測を行う場合にはＬ１ｙとＲ１ｙの２像高の像面位置計測結果から算出してもよい。
パターンＣｘ、Ｃｙは投影レンズのほぼ光軸上に相当するため同様にＸ、Ｙ両方向において２波長による色収差の影響は受けない。チルト情報、像面形状を測定する必要が無い場合には、軸上つまりはレンズの光軸（Ｘ＝０，Ｙ＝０）近傍の像高のＸパターンとＹパターンのみを測定し、像面位置を高精度に求めるようにしてもよい。
また、２波長露光における像面湾曲量を計測するためには、軸外像高はサジタル方向パターンＬｙ、Ｒｙで計測し、軸上はメリジオナル、サジタル両方向のパターンＣｘ、Ｃｙで計測する方法も有効である。
【００３４】
また、軸外像高をサジタル方向パターンで計測し、あらかじめわかっているサジタル方向とメリジオナル方向の像面変化量の関係から、メリジオナル像の像面量を類推し補正する方法も有効である。
特に露光を続けることにより、レンズが露光熱を蓄積することで像面湾曲が発生する。この変化は通常、サジタルパターンの変化に対しメリジオナルパターンでは３倍の変化が光学結像の特性上わかっている。サジタルパターンを測定することで、メリジオナルパターンの像面位置を類推することが可能である。
【００３５】
さらには、露光光源であるレーザ光源の発振波長を２波長発振と単一波長発振に切り替えられる場合には、露光工程の必要性に応じて２波長露光方法と１波長露光方法を切り替えて露光することが有効である。そういった場合には、図２（ａ）のように軸上、軸外共にＸ、Ｙ双方を各像高に用意されたチャート群から選択して使用することも有効である。
具体的には、１波長露光時にはメリジオナル方向とサジタル方向の両方のパターンを用いて測定し、２波長露光時には軸外像高はサジタル方向パターンで計測するなどのキャリブレーション計測手段を切り替えるといった選択手段を備えている。
【００３６】
上述したＴＴＬ計測系の他の構成例としては、図８に示すように、レチクル側からＷ側基準プレートＷＦＰ上の基準チャートを検出する方法もある。ＡＳは露光波長と同等な波長の光を用いたＴＴＬ観察顕微鏡と光量検出手段である。顕微鏡の場合には落射照明によりチャートを照明し、反射光のコントラストをＡＳ内に構成されたＣＣＤカメラなどの撮像素子で計測してもよい。観察光源は露光光源から導いても、専用光源を設けてもよい。
図９はさらに別の計測構成例である。前記ＡＳでチャートを照明し、ウエハステージ側のキャリブレーションセンサＩＳで光量変化を検出するようにしてもよい。この場合、像面位置計測に前記ＡＳ内のＴＴＬ観察顕微鏡は用いない。
本発明の原理を有効に利用できる構成例であれば計測系の構成は問わない。
【００３７】
上述の実施例によれば、２波長露光方式等の複数波長による露光時の実波長の状態で、投影光学系の像面位置を高精度に求めることにより拡大された露光焦点深度内での像面位置を精度よく決定できる。そのため、２波長露光方法による焦点深度拡大効果を有効に活用できるようになる。さらに１波長露光と２波長露光を切り替えても、それに応じてメリジオナル方向パターンとサジタル方向パターンの両方か、または一方のみかを自由に選択でき、半導体露光工程の要求に応じた最適な露光方法の選択性が増やすことができる。
【００３８】
［デバイス製造の実施例］
次に、図１０および図１１を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
ステップＳ１（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Ｓ２（レチクル製作）では設計した回路パターンに基づいてレチクルを製作する。ステップＳ３（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Ｓ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いて、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。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４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る。ステップＳ５は、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Ｓ６（検査）では、ステップＳ５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、それが出荷（ステップＳ７）される。
【００３９】
図１１は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。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が形成される。
【００４０】
上述の実施例では、本発明を走査型の露光装置に適用した例を示したが、本発明は、ステッパなどの一括露光型の露光装置にも適用可能である。また、上述においては、本発明を斜入射方式の焦点位置検出系のキャリブレーション計測系として用いているが、実素子露光時の焦点位置検出のために用いてもよい。この場合、ＴＴＬ計測系用の基準パターンは被露光基板の実素子パターンに影響しない場所、例えばスクライブライン位置と、原版の対応する場所に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施例に係る走査型の露光装置の構成を示す図である。
【図２】図１の装置におけるＲ側およびＷ基準チャートの構成例の説明図である。
【図３】図１の装置における２波長露光時の像面位置計測信号の一例を示す波形図である。
【図４】図１の装置を用いる露光領域内の像面計測方法の一例の説明図である。
【図５】図１の装置における２波長露光時の像強度分布の例を示す図である。
【図６】２波長露光時の像面位置計測信号の一例を図５と対応して示す波形図である。
【図７】結像状態の例を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施例に係る走査型の露光装置の構成を示す図である。
【図９】本発明のさらに他の実施例に係る走査型の露光装置の構成を示す図である。
【図１０】露光装置を使用したデバイス製造の実施例を説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１０に示すフローチャートのステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
ＬＳ：露光光源
ＩＬ：露光照明系
ＲＴ：レチクル
ＲＳ：レチクルステージ
ＲＦＰ：レチクル側基準プレート
ＰＯ：投影レンズ
ＷＦ：ウエハ
ＷＳ：ウエハステージ
ＷＦＰ：ウエハ側基準プレート
ＦＳ：フォーカス検出系
ＩＳ：光検出センサ
【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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