(57)【要約】【課題】  アライメントマーク位置の計測を正確に行なうことができる位置検出装置を提供する。【解決手段】  基板Ｗ上に設けられたアライメントマークＷＭを明視野照明または暗視野照明するための照明光学系と、前記アライメントマークＷＭにより反射された光束を集光して結像させるための結像光学系とを有し、前記基板Ｗの位置検出を行うための位置検出装置において、前記アライメントマークＷＭにおけるパターン構造及びパターンピッチの少なくとも一方に基づいて、前記照明光学系による照明を前記明視野照明または前記暗視野照明に切り換える切換手段３５を備える。【選択図】  図１
2007042966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられたアライメントマークを明視野照明または暗視野照明するための照明光学系と、前記アライメントマークにより反射された光束を集光して結像させるための結像光学系とを有し、前記基板の位置検出を行うための位置検出装置において、
前記アライメントマークにおけるパターン構造及びパターンピッチの少なくとも一方に基づいて、前記照明光学系による照明を前記明視野照明または前記暗視野照明に切り換える切換手段を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記結像光学系にて形成される前記アライメントマークの像を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記パターン構造を判別すると共に、前記パターンピッチを判別する判別手段とを備え、
前記切換手段は、前記判別手段からの情報に基づいて、前記照明光学系による照明を前記暗視野照明または前記明視野照明に切り換えることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記基板に形成される前記アライメントマークの前記パターン構造及び前記パターンピッチに関する情報を記憶する記憶手段を更に備え、
前記切換手段は、前記記憶手段からの情報に基づいて、前記照明光学系による照明を前記暗視野照明または前記明視野照明に切り換えることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記パターン構造は、強度パターン、低段差パターン、及び高段差パターンを含み、
前記パターンピッチは、粗ピッチと微細ピッチとを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記結像光学系にて形成される前記アライメントマークの像を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記アライメントマークが、強度パターン、低段差パターン、及び高段差パターンの何れかを判別する段差判別手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記アライメントマークが、粗ピッチまたは微細ピッチの何れかを判別するピッチ判別手段と、
を備え、
前記切換手段による切換えは、前記段差判別手段による判別結果が低段差パターンであり、かつ前記ピッチ判別手段による判別結果が微細ピッチであるとき、前記照明光学系による照明を前記暗視野照明に設定することを特徴とする請求項４記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記基板に形成されるアライメントマークのパターン段差構造及びパターンピッチに関する情報を記憶する記憶手段を更に備え、
前記切替手段による切換えは、前記記憶手段により記憶されている前記アライメントマークのパターン構造が低段差パターンであり、かつパターンピッチが微細ピッチであるとき、前記照明光学系による照明を前記暗視野照明に設定することを特徴とする請求項４記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記低段差パターンの段差は、５０ｎｍ以下であり、
前記高段差パターンの段差は、５０ｎｍより大きいことを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れか一項に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記粗ピッチは、６μｍよりも長く、
前記微細ピッチは、６μｍ以下であることを特徴とする請求項４乃至請求項７の何れか一項に記載の位置検出装置。
【請求項９】
光源から射出される照明光により照明された所定のパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の位置検出装置を備え、
前記位置検出装置は、前記感光性基板に形成されるアライメントマークを検出することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項９記載の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、
を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子や液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程で用いられる位置検出装置、該位置検出装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造のためのリソグラフィ工程においては、レチクルとウエハのアライメント（位置合わせ）を行った後、ウエハ上に各種レチクルのパターンが繰り返し露光され、現像、エッチング処理等を行いながら、複雑な回路が形成される。アライメントに際しては、ウエハ上に形成されたアライメントマークの位置をアライメント光学系によって検出し、その検出結果に基づいてウエハの位置を検出し、レチクルとウエハとのアライメントを行う。
【０００３】
アライメント光学系として、例えばＦＩＡ（Field Image Alignment）方式の位置検出装置が用いられている。ＦＩＡ方式の位置検出装置では、例えばハロゲンランプを光源として、波長帯域幅の広い光でマークを照明する。照明されたアライメントマークにより反射された反射光は、結像光学系を介して、ＣＣＤの撮像面にアライメントマークの像を形成する。また、ＦＩＡ方式の位置検出装置では、ウエハ上とは別に、例えば結像光学系の光路中に、指標マークが設けられている。この指標マークの像も、アライメントマークの像が形成されるＣＣＤの撮像面に形成される。こうして、得られたアライメントマーク像と指標マーク像とに基づいて、アライメントマークの位置、ひいてはウエハの位置が検出される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７７２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の投影露光装置においては、各種レチクルのパターンをウェハ上の各ショットの所望の位置に正確に、かつ高スループットで重ね合わせ露光する。最新の露光線幅は０．１μｍ以下が実現され、位置検出装置により数ｎｍ以下の精度で、かつ高速にウエハの位置を検出する必要がある。しかしながら、従来の位置検出装置においては、明視野照明により照明されたアライメントマーク及び指標マークを検出することにより、ウエハの位置の検出を行っていたため、アライメントマークを形成する物質の均質性やアライメントマークの製造過程において発生する反射率誤差、線幅誤差、段差誤差、ピッチ誤差等のマーク製造誤差の影響によりアライメントマークを正確に計測できない場合があった。また、最適なアライメントマークの反射率、線幅、段差、ピッチ等はプロセス毎に異なるため、明視野照明による照明では、アライメントマークの構造によってはアライメントマークを正確に計測できない場合があった。
【０００６】
また、露光パターンの焼付け線幅の微細化に伴い、フォーカス深度が浅くなるため、ウエハ面を平らにする必要がある。この結果、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等のウェハ面研磨が行われる傾向にあるため、ウエハ面上に形成されるアライメントマークの段差は小さくなる傾向にある。ＣＭＰにより、段差が小さく線幅が太いアライメントマークの断面形状はサイン波のようになり、非対称性が増大し（ディッシング）、アライメントマーク全体が陥没する（エロージョン）傾向にある。このような場合には、段差が小さく線幅が細いアライメントマークを採用することが望ましい。しかしながら、明視野照明による照明では、段差が小さく線幅の細いアライメントマークを正確に計測できないことがある。
【０００７】
また、アライメントマークは通常、ウエハ面のショット間の隙間（ストリートライン）に形成されるが、ウエハ面の実露光領域を大きくするためにはストリートラインの領域は小さいほうが望ましい。実際、ストリートラインの小型化、即ちアライメントマークの小型化が進んでおり、その結果、アライメントマークの線幅が細くなり、かつピッチが小さくなっている。しかしながら、明視野照明による照明では、ピッチが小さく線幅が細いアライメントマークを正確に計測できない。
【０００８】
この発明の課題は、アライメントマーク位置の計測を正確に行なうことができる位置検出装置、該位置検出装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の位置検出装置は、基板上に設けられたアライメントマークを明視野照明または暗視野照明するための照明光学系と、前記アライメントマークにより反射された光束を集光して結像させるための結像光学系とを有し、前記基板の位置検出を行うための位置検出装置において、前記アライメントマークにおけるパターン構造及びパターンピッチの少なくとも一方に基づいて、前記照明光学系による照明を前記明視野照明または前記暗視野照明に切り換える切換手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明の位置検出装置によれば、照明光学系による照明を明視野照明または暗視野照明に切り換える切換手段を備えているため、アライメントマークにおけるパターン構造またはパターンピッチを高精度に検出するのに最適な照明により照明を行なうことができ、基板の位置検出を正確に行なうことができる。
【００１１】
また、この発明の露光装置は、光源から射出される照明光により照明された所定のパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、この発明の位置検出装置を備え、前記位置検出装置は、前記感光性基板に形成されるアライメントマークを検出することを特徴とする。
【００１２】
この発明の露光装置によれば、アライメントマークを高精度に検出するのに最適な照明により照明を行なうことができる位置検出装置を備えているため、感光性基板の位置検出を正確に行なうことができる。従って、感光性基板上への重ね合せ露光を高精度に行なうことができる。
【００１３】
また、この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、感光性基板上への重ね合せ露光を高精度に行なうことができる露光装置を用いて露光を行なうため、良好なマイクロデバイスを得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の位置検出装置によれば、照明光学系による照明を明視野照明または暗視野照明に切り換える切換手段を備えているため、アライメントマークにおけるパターン構造またはパターンピッチを高精度に検出するのに最適な照明により照明を行なうことができ、基板の位置検出を正確に行なうことができる。
【００１６】
また、この発明の露光装置によれば、アライメントマークを高精度に検出するのに最適な照明により照明を行なうことができる位置検出装置を備えているため、感光性基板の位置検出を正確に行なうことができる。従って、感光性基板上への重ね合せ露光を高精度に行なうことができる。
【００１７】
また、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、感光性基板上への重ね合せ露光を高精度に行なうことができる露光装置を用いて露光を行なうため、良好なマイクロデバイスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置について説明する。図１は、この実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。この実施の形態にかかる投影露光装置は、感光性基板の位置を検出するためのＦＩＡ（Field Image Alignment）方式の位置検出装置を備えている。なお、この実施の形態においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ０に対して平行にＺ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定されている。
【００１９】
図１に示すように、この投影露光装置は、露光光でマスクとしてのレチクルＲを照明するための露光用照明光学系ＩＬを備えている。レチクルＲはレチクルステージ３０上においてＸＹ平面と略平行に支持されており、そのパターン領域ＰＡには転写すべき回路パターンが形成されている。レチクルＲを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板としてのウエハＷに到達し、ウエハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。
【００２０】
なお、ウエハＷは、ウエハホルダ３１を介して、Ｚステージ３２上においてＸＹ平面と略平行に支持されている。Ｚステージ３２は、ステージ制御系３４によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ０に沿ってＺ方向に駆動するように構成されている。Ｚステージ３２は更に、ＸＹステージ３３上に支持されている。ＸＹステージ３３は、同じくステージ制御系３４によって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ０に対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動するように構成されている。
【００２１】
通常、ウェハには繰り返し多層に渡ってパターンが露光される（重ね合わせ露光）が、このような重ね合わせ露光の場合、露光に先立って、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡとウエハＷ上の各露光領域とを光学的に位置合わせ（アライメント）する必要がある。ウエハＷ上には、ウエハマーク（アライメントマーク）ＷＭが形成されている。ウエハマークＷＭの位置を検出し、ひいてはウエハＷの位置を検出するために、この実施の形態にかかるウエハマークＷＭを明視野照明または暗視野照明するための照明光学系とウエハマークＷＭにより反射された光束を集光して結像させるための結像光学系とを有する位置検出装置が用いられる。
【００２２】
この実施の形態にかかる位置検出装置は、図１に示すように、波長帯域幅の広い照明光を射出するための光源１を備えている。光源１として、ハロゲンランプのような光源を使用することができる。光源１から射出された照明光は、リレー光学系（図示せず）を介して、ライトガイドファイバ２の入射端に入射し、ライトガイドファイバ２の内部を伝播して、ライトガイドファイバ２の射出端から射出される。図２はライトガイドファイバ２の入射端２ａの端面の図、図３はライトガイドファイバ２の射出端２ｂの端面の図である。
【００２３】
ライトガイドファイバ２は、ライトガイドファイバ２の入射端２ａの図２に示す領域２ａａに入射した照明光がライトガイドファイバ２の内部を伝播した後ライトガイドファイバ２の射出端２ｂの図３（ａ）に示す円形状の領域２ｂａから射出されるように、即ちウエハマークＷＭを明視野照明するように、構成されている。また、ライトガイドファイバ２は、ライトガイドファイバ２の入射端２ａの図２に示す領域２ａｂに入射した照明光がライトガイドファイバ２の内部を伝播した後ライトガイドファイバ２の射出端２ｂの図３（ｂ）に示すリング状の領域２ｂｂから射出されるように、即ちウエハマークＷＭを暗視野照明するように、構成されている。
【００２４】
ライトガイドファイバ２の入射端２ａの領域２ａａまたは２ａｂに入射する照明光は、主制御系３５により制御されている。具体的には、主制御系３５の制御信号に基づいて、ライトガイドファイバ２の入射端２ａの近傍に設置されているブラインド（図示せず）等の切換えを行うことにより、ライトガイド２の入射端２ａの領域２ａａまたは２ａｂのみに照明光が入射するように制御されている。即ち、主制御系３５は、ウエハマークＷＭにおけるパターン構造及びパターンピッチの少なくとも一方に基づいて、照明光学系による照明を明視野照明に切り換える場合には、ブラインド等でライトガイド２の入射端２ａの領域２ａｂをブラインドして、領域２ａａのみに照明光が入射するように設定する。また、照明光学系による照明を暗視野照明に切り換える場合には、ブラインド等でライトガイド２の入射端２ａの領域２ａａをブラインドして、領域２ａｂのみに照明光が入射するように設定する。
【００２５】
ライトガイドファイバ２の射出端２ｂから射出した照明光は、例えば円形状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞り３を介して制限された後、コンデンサレンズ４に入射する。
【００２６】
コンデンサレンズ４を介した照明光は、照明すべき物体であるウエハＷの露光面と光学的に共役に配置された照明視野絞り５を介して、照明リレーレンズ６に入射する。照明リレーレンズ６を介した照明光は、ハーフプリズム７を透過した後、第１対物レンズ８に入射する。第１対物レンズ８を介した照明光は、反射プリズム９の反射面で図中下方に（−Ｚ方向に）反射された後、ウエハＷ上に形成されたウエハマークＷＭを照明する。
【００２７】
なお、光源１、ライトガイド２、照明開口絞り３、コンデンサレンズ４、照明視野絞り５、照明リレーレンズ６、ハーフプリズム７、第１対物レンズ８及び反射プリズム９は、ウエハマークＷＭを照明するための照明光学系を構成している。ウエハマークＷＭにより反射された反射光は、反射プリズム９及び第１対物レンズ８を介して、ハーフプリズム７に入射する。ハーフプリズム７で図中上方に（＋Ｚ方向に）反射された光は、第２対物レンズ１０を介して、指標板１１上にウエハマークＷＭの像を形成する。
【００２８】
指標板１１を介した光は、リレーレンズ系（１２，１３）を介して、ＸＹ分岐ハーフプリズム１４に入射する。そして、ＸＹ分岐ハーフプリズム１４で反射された光は、Ｙ方向用ＣＣＤ１５に、ＸＹ分岐ハーフプリズム１４を透過した光は、Ｘ方向用ＣＣＤ１６に入射する。なお、リレーレンズ系（１２，１３）の平行光路中には、結像開口絞り１７が配置されている。なお、反射プリズム９、第１対物レンズ８、ハーフプリズム７、第２対物レンズ１０、指標板１１、リレーレンズ系（１２，１３）、結像開口絞り１７及びハーフプリズム１４は、ウエハマークＷＭにより反射された反射光に基づいてマーク像を形成するための結像光学系を構成している。
【００２９】
Ｙ方向用ＣＣＤ１５及びＸ方向用ＣＣＤ１６の撮像面には、マーク像が指標板１１の指標パターン像とともに形成される。Ｙ方向用ＣＣＤ１５及びＸ方向用ＣＣＤ１６からの出力信号は、信号処理系１８に対して出力される。更に、信号処理系１８において信号処理（波形処理）により得られたウエハマークＷＭの計測情報は、主制御系（検出手段）３５に対して出力される。
【００３０】
この実施の形態においては、光学系の共役点である第２対物レンズ１０とリレーレンズ１２との間に指標板１１を設置しているが、例えば特開平９−２１９３５４号の図１に示すように、第１対物レンズ８と反射プリズム９との間に赤外光用の指標板（先願図１の３４）を設置すると共に、反射プリズム９の下に赤外域用の反射板（先願図１の３７）を設置する。さらに、撮像素子は撮像素子１５の手前にて光路を分岐し赤外用の撮像素子を追加し（先願図１の４０、４２）、赤外光源とコンデンサレンズからなる光学系（先願図１の２６、２７、２８）をコンデンサレンズ４と照野絞り５の間の照明系に追加することにより、赤外光用の撮像素子にて赤外光用の指標板を観察可能とし、指標を光学系変動モニタとして用いてもよい。また、光学系の設置状態、撮像素子（ＣＣＤ）１５及び信号処理系１８を含め、計測が安定して行える場合には、指標板を用いなくてもよいことは言うまでもない。
【００３１】
ウェハマークＷＭは、ウェハマークＷＭを形成する物資の均質性やウェハマークＷＭの製造過程における製造誤差により反射率誤差、線幅誤差、段差誤差、ピッチ誤差等が発生する。また、ウェハマークＷＭの反射率、段差は、製造工程やウェハ上の物質条件等により異なったものとなる。マークのライン部とスペース部で異なる物質に設定されたマークの場合、反射率差と段差が発生する可能性がある。また、ライン部とスペース部の物質が同じ場合、反射率差は無くほぼ均一で、段差のみあるマークとなる。ピッチと線幅に関しては、一定のマーク領域内に配置可能であれば、計測誤差の少ない最適な形状に設定することは可能である。前記反射率や段差の状況に合わせて、製造工程ごとに異なるピッチとライン幅を設定して、検出を容易化し計測精度を向上させるのは効果的な手法である。主制御系（判別手段）３５は、信号処理系１８からのウエハマークＷＭの計測情報に基づいて、ウエハマークＷＭの反射率の差、ウエハマークＷＭのパターン構造、ウエハマークＷＭのパターンピッチを判別する。主制御系（切換手段）３５は、判別結果に基づいて、ライトガイドファイバ２の入射端２ａに入射する照明光を制御することにより、位置検出装置の照明光学系による照明を暗視野照明または明視野照明に切り換える。ここで、ウェハマークの暗黙の前提条件として、全く段差が無くかつライン部とスペース部の物質が同じ場合や、ライン部及びスペース部の反射率がともに非常に小さい場合は像強度分布そのものが形成困難であるため、計測が困難であることは言うまでもない。
【００３２】
図４は、明視野照明によりウエハマークＷＭを照明した場合におけるウエハマークＷＭの構造の違いによるウエハマークＷＭの計測の向き不向きを示す表である。図５は、暗視野照明によりウエハマークＷＭを照明した場合におけるウエハマークＷＭの構造の違いによるウエハマークＷＭの計測の向き不向きを示す表である。なお、図４及び図５に示す表中のＲは解像度、Ｃはコントラスト、Ａは振幅、ＴはＴＩＳ（Tool Induced Shift）を示している。
【００３３】
ここで、ＴＩＳについて説明する。露光プロセスにおいては、重ね合わせ精度を計測しオフセット値を求めるために重ね合わせ測定機が用いられる。この重ね合わせ測定機を用いることにより、アライメント結果に基づく重ね合わせ精度が良好であるか否かを判断することができる。まず、予め前工程において、アライメントマークと同時に、図６（ａ）の平面図、図６（ｂ）の断面図に示すような重ね合せ測定用の指標マーク１０２を露光ショット内に焼き付けておき、重ね合わせ露光後に指標マークの内側に相対位置検出用のマーク（レジスト残しパターン）１００が形成されるようなレチクルパターンを用いて焼き付けを行なう。例えば、アライメント系としてＦＩＡを用いて重ね合わせ露光を行なったウェハを現像し、重ね合せ測定用の指標マーク１０２の位置と相対位置検出用のマーク１００の位置とを相対的に計測することにより、重ね合わせ精度を検出することができる。計測の結果、重ね合せにずれがある場合には、そのずれ分をオフセットとして露光装置に認識させ、ステップ露光する際にその分をオフセットとして加えることにより、より正確な重ね合せで露光することが可能となる。
【００３４】
このような状況から、重ね合せ測定器の相対位置計測には、ＦＩＡのアライメント精度や重ね合せ精度に比べ、さらに良好な計測精度が要求される。高精度な位置計測のために、波形データは歪みが無く計測誤差が生じないものが望ましい。しかし、波形データを得るために用いている、顕微鏡の結像光学系に収差が残存していると、波形データが歪み結果として位置ずれが発生する。また、ウェハ上のマークが形状誤差を持つと、それに起因し波形でデータが歪み結果として位置ずれが発生する。重ね合せ測定器においては、このような誤差を取り除くために、指標マークと計測マークの相対位置を、ウェハを普通に０度で設置し計測した結果と、１８０度回転させて計測した結果を用いて正しい計測結果を得ている。
【００３５】
図６（ｃ）は図６（ａ）（ｂ）に示すマークを観察した際の、撮像素子にて得られる理想的な波形データを示す。ここで、結像光学系の収差に起因し波形データに歪みが発生した場合は、０度と１８０度で波形データの歪みは変化せず、同じ歪みを持つ波形データとなるが、ウェハ上のマーク形状誤差に起因し波形データに歪みが発生した場合は、０度と１８０度で波形データの歪みの向きが反転するという特徴がある。よって、０度の計測結果をＭ０、１８０度の計測結果をＭ１８０とすると、以下のように誤差要因が求められる。一般的に、装置起因の誤差要因をＴＩＳ（Ｔｏｏｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｈｉｆｔ）、ウェハ起因の誤差要因をＷＩＳ（Ｗａｆｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｈｉｆｔ）と言うため、ここではそれに従い表記する。
ＴＩＳ＝（Ｍ０＋Ｍ１８０）／２
ＷＩＳ＝（Ｍ０−Ｍ１８０）／２
また、重ね合せ測定器での重ね合せ計測結果をＭとすると、ＭはＴＩＳの影響を除いて以下のように表される。
Ｍ＝Ｍ０−ＴＩＳ
前述したように、重ね合せ測定結果を露光装置に反映し、アライメント結果として得られるウェハの位置計測結果からオフセットとして減算する。
【００３６】
重ね合せ測定器同様、ＦＩＡにおいても非常に高精度なアライメント精度が要求されており、重ね合せ測定器におけるＴＩＳ、ＷＩＳに相当する誤差成分を減らすことは非常に重要である。
【００３７】
図４及び図５に示す表の説明に戻る。図４及び図５に示すように、明視野照明では、白丸はウエハマークＷＭの計測に向いていることを示し、黒丸及び黒三角はウエハマークＷＭの計測に不向きであることを示している。ただし、黒三角に関しては、以下に示す特別な条件の場合に不向きである。なお、詳細な説明については、図２０及び図２２の説明にて後述する。
【００３８】
高段差パターンで反射率に差がある場合（特にスペース部の反射率が低い場合）、例えば８５ｎｍ段差マークの場合でライン部の反射率に対してスペース部の反射率が約１／４となると、信号波形のコントラストと振幅が非常に小さくなるといった特別な状況（詳細な説明は後述する）がある。また、低段差パターンでも、同様の状態が発生する条件がある。このような特別な反射率と段差の条件では、像強度分布が消失し、コントラスト・振幅・ＴＩＳが悪化する。特開２００３−２８２４１０号公報でも示したように、明視野照明のベストフォーカスでは、段差パターンのコントラストが厳しい場合がある。
【００３９】
また、暗視野照明では、白丸及び白三角はウエハマークＷＭの計測に向いていることを示し、黒三角はウエハマークＷＭにライン幅の製造誤差があった場合においてウエハマークＷＭの計測に不向きである傾向があることを示している。なお、白三角に関しては、段差が非常に小さい場合、ライン部とスペース部の反射率の差が大きい場合、ライン部またはスペース部の反射率の差が０に近づいた場合に振幅が小さくなるが、照明光の照度を上げれば改善できる。即ち、暗視野照明では、明視野照明で不得意な傾向となる細溝の低段差パターンや、段差パターンでコントラストがなくなる特異点においても、良好な像を得ることができる。
【００４０】
ここで、反射率の差とは、例えばウエハマークＷＭの構造がラインアンドスペースである場合、ライン部分の反射率とスペース部分の反射率との差のことである。この実施の形態においては、反射率の差が１０％以上のときを反射率差大とし、反射率の差が１０％未満のときを反射率差小とする。また、パターン構造は、強度パターン、低段差パターン及び高段差パターンを含み、強度パターンの段差は略ゼロに等しく、低段差パターンの段差は５０ｎｍ以下、高段差パターンの段差は５０ｎｍより大きい。また、パターンピッチは、粗ピッチ及び微細ピッチを含み、粗ピッチは６μｍよりも長く、微細ピッチは６μｍ以下である。また、線幅は、太い線幅及び細い線幅を含み、太い線幅（ラインアンドスペースに近い場合）は１μｍよりも太く、細い線幅は１μｍ以下である。
【００４１】
また、段差パターンの中で、ライン部またはスペース部の反射率がほぼ０となるような特殊な場合に関しては段差があっても強度パターンと同様の性質を持つため、強度パターンに含めることとする。また、図４、図５において、「微細ピッチの線幅が太い」の欄が空白になっているが、微細ピッチにおいては線幅が太いと解像力が低下するため、ウェハマークとして設定対象外であるため空欄としている。また、図５の暗視野照明において、強度パターンの欄が空白となっているが、暗視野照明は原理的に段差がないと計測が出来ない照明方法であるため、機能として設定対象外であるため空欄としている。
【００４２】
ウエハマークＷＭ全体の反射率が低い場合、信号の振幅が減衰する。このような場合、コントラストに関してはウエハマークＷＭの最大反射率で規格化して反射率の差を考え（即ち、最大反射率を１００％相当と考え）、図４，５を適用する。この際、照明光の照度を上げることで、像強度信号を増幅でき、ひいては振幅を大きくすることができる。また、センサの感度を変更して信号振幅を上げてもよい。
【００４３】
主制御系（段差判別手段）３５は、予め入力されたウェハアライメントマーク情報（ピッチ、ライン幅、反射率差の有無、段差の有無、段差の高低等）と、必要に応じて得られた信号処理系１８からのウェハマークＷＭの計測情報（信号振幅等）に基づいて、ウェハマークＷＭが強度パターン、低段差パターンおよび高段差パターンのいずれであるかを判別する。また、ウェハマークＷＭの反射率の差の大小や有無、ライン幅の太さ、ピッチの粗さについても判別する。これにより、図４，５の傾向に対して、適当な照明手法を選択することができる。
【００４４】
図４及び図５に示すように、ウエハマークＷＭが低段差パターンであり、かつ微細ピッチであるとき、明視野照明によるウエハマークＷＭの照明と比較して、暗視野照明によりウエハマークＷＭの照明を行うほうがより良好にウエハマークＷＭの位置を計測することができる。従って、主制御系（切換手段）３５は、ウエハマークＷＭが低段差パターンであり、かつ微細ピッチであるとき、照明光学系による照明が明視野照明に設定されている場合においては暗視野照明に切り換え、照明光学系による照明が暗視野照明に設定されている場合においては照明を切り換えることなく暗視野照明を維持する。
【００４５】
また、ウェハマークＷＭが低段差パターンでかつ粗ピッチで線幅が細いときも、明視野照明によるウェハマークＷＭの照明と比較して、暗視野照明によりウェハマークＷＭの照明を行うほうがより良好にウェハマークＷＭの位置を計測することができる。また、低段差パターンでかつ粗ピッチで線幅が太い場合も、明視野条件で前述した一部反射率の差の条件で検出が難しい場合には、明視野照明によるウェハマークＷＭの照明と比較して、暗視野照明によりウェハマークＷＭの照明を行うほうがより安定し良好にウェハマークＷＭの位置を計測することができる。しかし、線幅が太い場合には、暗視野照明においては、ライン線幅の誤差の影響を受けやすいので、線幅誤差を小さく抑えるか、あらかじめ線幅の細いマークを使用することが望ましい。従って、これらの場合においても、主制御系（切換手段）３５は、照明光学系による照明が明視野照明に設定されている場合においては暗視野照明に切り換え、照明光学系による照明が暗視野照明に設定されている場合においては照明を切り換えることなく暗視野照明を維持する。
【００４６】
また、主制御系３５は、暗視野照明によるウエハマークＷＭの照明と比較して、明視野照明によりウエハマークＷＭの照明を行うほうがより良好にウエハマークＷＭの位置を計測することができる場合には、照明光学系による照明が暗視野照明に設定されている場合においては明視野照明に切り換え、照明光学系による照明が明視野照明に設定されている場合においては照明を切り換えることなく明視野照明を維持する。
【００４７】
主制御系３５は、信号処理系１８からのウエハマークＷＭの位置情報に基づいて、ステージ制御信号をステージ制御系３４に対して出力する。ステージ制御系３４は、ステージ制御信号に基づいてＸＹステージ３３を適宜駆動し、ウエハＷのアライメントを行う。
【００４８】
次に、グラフを参照して、ウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係（ＴＩＳ）について説明する。図７、図８は、低段差パターン、微細ピッチ、２つの異なる細い線幅（細溝）のウエハマークを、明視野照明（破線）及び暗視野照明（実線）した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。また、図７に示すグラフは位置検出装置を構成する光学系にコマ収差がある場合、図８に示すグラフは位置検出装置を構成する光学系に光束ケラレ（光源と開口絞りとの光軸ずれ）がある場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示している。
【００４９】
ここで、光束ケラレについて説明する。光軸ずれ要因には、光束ケラレ及び照明テレセントリシティずれの２つがある。落射照明系の場合、２次光源（ライトガイド端面）５０、照明系、観察面（ウェハ面）５２、結像系、結像開口絞り５４、撮像面５６は図９に示すように構成される。なお、図１０は、２次光源５０の光束断面形状を示す図であり、輪帯発光部５０ａを有している。また、図１１は、結像開口絞り５４の開口を示す図であり、円形開口部５４ａを有している。
【００５０】
２次光源（輪帯）５０の中心は、理想的な光軸上に配置され、図１２に示すように、物体面（ウェハ面）５２に対して垂直に輪帯照明するように調整されることが望ましい。このような状態を照明テレセントリシティ（照明の傾き）が良いという。このように設置されていると、物体面５２が上下した際にも、撮像面５６での像の位置ずれを抑制することができ、計測誤差低減につながる。また、暗視野照明の場合、物体で反射した照明光（０次光：非回折光）は、図１３に示すように、結像光学系の開口絞り５４の中心と合致していることが望ましい。開口絞り５４内には、物体にて回折した光が、開口絞り５４の中心に対して点対称に分布する。このように設置されていると、物体面５２が上下した際にも、撮像面５６での像の位置ずれを抑制することができ、また、像の非対称を抑制し、装置起因の誤差要因（ＴＩＳ）も低減できる。このような状態を、光束ケラレがない状態と呼んでいる。この２つの光軸ずれ要因に対して、たとえば図９に示す平行平板５８，６０をチルトさせることにより誤差を小さくすることができる。照明系内の平行平板５８をチルトさせると、照明テレセントリシティを調整でき、開口絞り５４近傍の平行平板６０をチルトさせると、光束ケラレ（光源と開口絞りの光軸ずれ）を調整することができる。
【００５１】
ウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係についての説明に戻る。なお、図７及び図８のグラフの縦軸は像シフト量、横軸はデフォーカス位置を示しており、横軸の中心はベストフォーカス位置である。また、図７及び図８の破線で示す明視野（１）は、２つの異なる細溝のうち、より細い細溝を有するウエハマークを明視野照明した結果を示している。図７及び図８の破線で示す明視野（２）は、他方の細溝を有するウエハマークを明視野照明した結果を示している。また、図７及び図８の実線で示す暗視野（１）は、２つの異なる細溝のうち、より細い細溝を有するウエハマークを暗視野照明した結果を示している。図７及び図８の実線で示す暗視野（２）は、他方の細溝を有するウエハマークを暗視野照明した結果を示している。
【００５２】
ここで、ベストフォーカス位置での像シフト量は、理想的な収差を受けない点からの位置ずれを示している。即ち、位置ずれが大きい場合は位置検出装置を構成する光学系の収差の影響を受けやすいためウエハマークの計測誤差が生じやすく、位置ずれが小さい場合は位置検出装置を構成する光学系の収差の影響を受けにくいためウエハマークの計測誤差が生じにくい。また、異なるウエハマーク間のベストフォーカス位置での像シフト量の差分は、ウエハマークの製造誤差の影響の受け易さを示している。即ち、像シフト量の差分が大きい場合はウエハマークの製造誤差の影響を受けやすいためウエハマークの計測誤差が生じやすく、像シフト量の差分が小さい場合はウエハマークの製造誤差の影響を受けにくいためウエハマークの計測誤差が生じにくい。
【００５３】
また、デフォーカス量に伴う像シフトの変化量の大きさは、デフォーカスに対するＴＩＳの変化量（以下、ΔＴＩＳという。）の大きさを示している。即ち、ΔＴＩＳが大きい場合はデフォーカス量の影響を受けやすいためウエハマークの計測誤差が生じやすく、ΔＴＩＳが小さい場合はデフォーカス量の影響を受けにくいためウエハマークの計測誤差が生じにくい。また、異なるウエハマーク間のΔＴＩＳの差分は、フォーカス位置の設定誤差の影響の受け易さを示している。即ち、ΔＴＩＳの差分が大きい場合はフォーカス位置の設定誤差の影響を受けやすいためウエハマークの計測誤差が生じやすく、ΔＴＩＳの差分が小さい場合はフォーカス位置の設定誤差の影響を受けにくいためウエハマークの計測誤差が生じにくい。
【００５４】
図７、図８のグラフに示すように、特にベストフォーカス位置近傍で、低段差パターン、微細ピッチ、細溝のウエハマークを計測する場合においては、位置検出装置を構成する光学系のコマ収差及び光束ケラレの影響を受けにくく、ウエハマークの製造誤差の影響を受けにくく、フォーカス位置の設定誤差の影響を受けにくい暗視野照明によるウエハマークの計測が明視野照明によるウエハマークの計測より適している。
【００５５】
図１４、図１５は、低段差パターン、粗ピッチ、太い線幅（太溝）のウエハマークを、明視野照明（破線）及び暗視野照明（実線）した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。また、図１４に示すグラフは位置検出装置を構成する光学系にコマ収差がある場合、図１５に示すグラフは位置検出装置を構成する光学系に光束ケラレがある場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示している。なお、縦軸は像シフト量、横軸はデフォーカス位置を示しており、横軸の中心はベストフォーカス位置である。
【００５６】
また、図１４及び図１５の破線で示す明視野（１）は、２つの異なる太溝のうち、より太い太溝を有するウエハマークを明視野照明した結果を示している。図１４及び図１５の破線で示す明視野（２）は、他方の太溝を有するウエハマークを明視野照明した結果を示している。また、図１４及び図１５の実線で示す暗視野（１）は、２つの異なる太溝のうち、より太い太溝を有するウエハマークを暗視野照明した結果を示している。図１４及び図１５の実線で示す暗視野（２）は、他方の太溝を有するウエハマークを暗視野照明した結果を示している。
【００５７】
図１４のグラフに示すように、特にベストフォーカス位置近傍で、低段差パターン、粗ピッチ、太溝のウエハマークを計測する場合においては、位置検出装置を構成する光学系のコマ収差の影響を受けにくく、ウエハマークの製造誤差の影響を受けにくく、フォーカス位置の設定誤差の影響を受けにくい明視野照明によるウエハマークの計測が暗視野照明によるウエハマークの計測より適している。一方、図１５のグラフに示すように、特にベストフォーカス位置近傍で、低段差パターン、粗ピッチ、太溝のウエハマークを計測する場合においては、位置検出装置を構成する光学系に光束ケラレがあるとき、明視野照明及び暗視野照明いずれの照明でウエハマークの計測を行ってもよい。
【００５８】
明視野条件で前述した一部反射率の差の条件で検出が難しい場合には、明視野照明によるウェハマークＷＭの照明と比較して、暗視野照明によりウェハマークＷＭの照明を行うほうがより安定し良好にウェハマークＷＭの位置を計測することができる。しかし、線幅が太い場合には、暗視野照明においては、図１５に示すようにライン線幅の誤差の影響を受けやすいので、線幅誤差を小さく抑えることが望ましい。また、あらかじめ線幅の細いマークを使用することが望ましい。低段差パターン、粗ピッチの場合でも、細溝のウェハマークを計測する場合においては、ほぼ図８、図９と同様の傾向となり、ライン幅製造誤差の影響も小さいため、暗視野照明よるウェハマークＷＭの計測が、明視野照明による計測よりも安定しており良好に計測が行える。
【００５９】
図１６は、高段差パターン（実線）及び低段差パターン（破線）のウエハマークを、明視野照明した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。また、図１７は、高段差パターン（実線）及び低段差パターン（破線）のウエハマークを、暗視野照明した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。なお、縦軸は像シフト量、横軸はデフォーカス位置を示しており、横軸の中心はベストフォーカス位置である。
【００６０】
図１６グラフからは、コマ収差や光束ケラレが発生している場合、明視野照明によるウェハマークの計測では、高段差パターンと低段差パターンの計測値に差が大きく、段差製造誤差の影響を受けやすいことがわかる。一方、図１７のグラフからは、コマ収差や光束ケラレが発生している場合、暗視野照明によるウェハマークの計測では、高段差パターンと低段差パターンの計測値に差がなく、段差製造誤差の影響を受けないことがわかる。
【００６１】
図１８は、反射率差なし（実線）及び反射率差あり（破線、一点鎖線）のウエハマークを、明視野照明した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。また、図１９は、反射率差なし（実線）及び反射率差あり（破線、一点鎖線）のウエハマークを、暗視野照明した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。なお、縦軸は像シフト量、横軸はデフォーカス位置を示しており、横軸の中心はベストフォーカス位置である。
【００６２】
また、図１８、図１９の破線で示す反射率差（１）は反射率差が２５％であるウエハマークを照明した結果を示しており、一点鎖線で示す反射率差（２）は反射率差が５０％であるウエハマークを照明した結果を示しており、一点鎖線で示す反射率差（３）は反射率差が７５％であるウエハマークを照明した結果を示している。
【００６３】
図１８のグラフからは、光学系にコマ収差や光束ケラレが発生している場合、明視野照明によるウェハマークの計測では、反射率条件の異なるマーク間の計測値に差が大きく、ウェハマークの反射率製造誤差の影響を受けやすいことがわかる。一方、図１９のグラフからは、光学系にコマ収差や光束ケラレが発生している場合でも、暗視野照明によるウェハマークの計測では、反射率条件の異なるマーク間の計測値に差がなく、反射率の製造誤差の影響を受けないことがわかる。即ち、明視野照明で不得意な、低段差、細溝パターンに関しては、暗視野照明を用いることによりＴＩＳが改善される。これにより、マークの小型化にも良い傾向となる。
【００６４】
次に、上述の実施の形態にかかる位置検出装置を用いて、段差が８５ｎｍ、ピッチが１２μｍ、線幅が０．４μｍであるラインアンドスペースのウエハマークの計測を明視野照明により行った場合に計測結果を示す。図２０は、明視野照明による、段差８５ｎｍ、ピッチ１２μｍ、線幅０．４μｍラインのウェハマークの計測波形信号を示している（ライン部を中心に幅１ピッチ分の部分のみを示している）。図２０に示す実線は、ライン部とスペース部の反射率が等しい場合（ライン部もスペース部も１００％の例）を示している。例えば１：１のラインアンドスペース段差パターンの場合、段差のあるエッジ部分が暗くなり、半ピッチの正弦波成分が強くなる（図２１参照）。線幅が細い場合（細溝マーク）、ライン部左右のエッジが近いため、左右エッジ部の暗部が一つとなり、実線のように一つの正弦波形状信号となる。このような、細溝マークの場合に、反射率をライン部：スペース＝１：１から、スペース部分の反射率を小さい場合を想定すると、図２０の破線のように、ライン部の暗さとスペース部の暗さが同じようになる場合が発生する。図２０の破線は、ライン部：スペース部＝４：１（ライン部１００％、スペース部２５％）を示している。このような場合は、図４に示す表の高段差パターンと低段差パターンでの、反射率差「有」の特別ケース（パターン消失）を示しており、この「消失」状態がありえるため、コントラスト、振幅、ＴＩＳの各条件が黒三角となっている。
【００６５】
次に、上述の実施の形態にかかる位置検出装置を用いて、段差が８５ｎｍ、ピッチが１２μｍ、線幅が０．４μｍであるラインアンドスペースのウエハマークの計測を暗視野照明により行った場合の計測結果を示す。この明視野照明における弱点である「消失」状態に対して、暗視野照明ではどうかを示すのが図２２である。図２０の明視野の場合と同様に、実線は細溝マークの反射率がライン部：スペース＝１：１（ライン部もスペース部も１００％の例）、破線はライン部：スペース部＝４：１（ライン部１００％、スペース部２５％）の例を示している。図２２で特筆すべきは、マークの反射率に寄らずほぼ同じ強度分布特性を示している点である。暗視野の場合、明視野に比べて、像のコントラストは反射率に依らず高い。像の振幅は小さいが、先述したように、像の振幅が小さい場合に関しては光量を上げれば大きな振幅を確保できる。このような状況は低段差マークにおいても同様であり、５０ｎｍ以下の段差の場合も、明視野照明においてはスペース部の先述の「消失」条件があり、暗視野においては発生しない。微細ピッチで線幅が細い段差マークの場合には、ＴＩＳ関連の諸性能も良好であるため明視野よりも優れている。
【００６６】
この第１の実施の形態にかかる位置検出装置によれば、位置検出装置が備える照明光学系による照明を明視野照明または暗視野照明に切り換えることができるため、ウエハマークにおけるパターン構造またはパターンピッチを高精度に検出するのに最適な照明により照明を行なうことができ、基板の位置検出を正確に行なうことができる。また、低段差パターンまたは微細ピッチのウエハマークの計測を正確に行うことができる暗視野照明を採用することによりウエハマークを小型化することができるため、ウエハマークを形成する領域を小さくすることができる。
【００６７】
また、この第１の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、ウエハマーク（アライメントマーク）を高精度に検出するのに最適な照明により照明を行なうことができる位置検出装置を備えているため、ウエハの位置検出を正確に行なうことができる。従って、ウエハ上への重ね合せ露光を高精度に行なうことができる。
【００６８】
次に、この発明の第２の実施の形態にかかる投影露光装置について説明する。なお、この第２の実施の形態にかかる投影露光装置の構成は、第１の実施の形態にかかる投影露光装置に記憶部を加え、この記憶部を第１の実施の形態にかかる主制御部３５に接続させたものである。したがって、第２の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態にかかる投影露光装置の構成と同一の構成の詳細な説明は省略する。なお、この第２の実施の形態にかかる投影露光装置の説明においては、第１の実施の形態にかかる投影露光同一の構成には第１の実施の形態で用いたものと同一の符号を用いて説明を行う。
【００６９】
記憶部（記憶手段）には、ウェハマークＷＭのピッチ、ライン幅、反射率差の有無、段差の有無、段差の高低等の情報が予め記憶されている。なお、記憶部に記憶されているウェハマークＷＭのピッチ、ライン幅、反射率差の有無、段差の有無、段差の高低等の情報は、図示しない入力部から入力されるか、必要に応じて得られた信号処理系１８からのウェハマークＷＭの計測情報（信号振幅等）に基づいて設定される。露光に先立って、位置検出装置を用いてレチクルＲ上のパターン領域ＰＡとウエハＷ上の各露光領域とを光学的に位置合わせ（アライメント）を行う場合には、主制御部３５は、記憶部に記憶されているウエハマークＷＭの反射率の差、線幅、パターン構造及びパターンピッチに関する情報に基づいて、暗視野照明または明視野照明を選択し、ライトガイドファイバ２の入射端２ａに入射する照明光を制御することにより、位置検出装置の照明光学系による照明を暗視野照明または明視野照明に切り換える。
【００７０】
即ち、主制御系３５は、記憶部に記憶されているウエハマークＷＭが低段差パターンであり、かつ微細ピッチであるとき、照明光学系による照明が明視野照明に設定されている場合においては暗視野照明に切り換え、照明光学系による照明が暗視野照明に設定されている場合においては照明を切り換えることなく暗視野照明を維持する。
【００７１】
また、記憶部に記憶されているウェハマークＷＭが低段差パターンでかつ粗ピッチでかつ線幅が細いとき、照明光学系による照明が明視野照明に設定されている場合においては暗視野照明に切り換え、照明光学系による照明が暗視野照明に設定されている場合においては照明を切り換えることなく暗視野照明を維持する。
【００７２】
また、主制御系３５は、記憶部に記憶されているウエハマークＷＭの構造に関する情報に基づいて、明視野照明によりウエハマークＷＭの照明を行うほうがより良好にウエハマークＷＭの位置を計測することができる場合には、照明光学系による照明が暗視野照明に設定されている場合においては明視野照明に切り換え、照明光学系による照明が明視野照明に設定されている場合においては照明を切り換えることなく明視野照明を維持する。また、明視野照明で前述した一部反射率差の条件での検出が難しい場合等、必要に応じて明視野照明と暗視野照明を自由に設定して切り換えて計測を行うことも可能であることは言うまでもない。
【００７３】
主制御系３５は、信号処理系１８からのウエハマークＷＭの位置情報に基づいて、ステージ制御信号をステージ制御系３４に対して出力する。ステージ制御系３４は、ステージ制御信号に基づいてＸＹステージ３３を適宜駆動し、ウエハＷのアライメントを行う。
【００７４】
この第２の実施の形態にかかる位置検出装置によれば、位置検出装置が備える照明光学系による照明を明視野照明または暗視野照明に切り換えることができるため、ウエハマークにおけるパターン構造またはパターンピッチを高精度に検出するのに最適な照明により照明を行なうことができ、基板の位置検出を正確に行なうことができる。また、低段差パターンまたは微細ピッチのウエハマークの計測を正確に行うことができる暗視野照明を採用することによりウエハマークを小型化することができるため、ウエハマークを形成する領域を小さくすることができる。
【００７５】
また、この第２の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、ウエハマーク（アライメントマーク）を高精度に検出するのに最適な照明により照明を行なうことができる位置検出装置を備えているため、ウエハの位置検出を正確に行なうことができる。従って、ウエハ上への重ね合せ露光を高精度に行なうことができる。
【００７６】
なお、上述の各実施の形態にかかる位置検出装置においては、ライトガイドファイバ２及びブラインド等を用いて明視野照明または暗視野照明への切り換えを行っているが、ライトガイドファイバ２の射出端２ｂの近傍に設置されている照明開口絞り３を切り換えることにより明視野照明または暗視野照明への切り換えを行うようにしてもよい。この場合には、円形状の明視野照明用開口絞り及びリング状の暗視野照明用開口絞りを備え、適宜開口絞りの切換えを行うことにより、明視野照明または暗視野照明の切換えを行う。また、明視野照明用及び暗視野照明用の照明光学系をそれぞれ備えるようにしてもよい。この場合には、暗視野照明用の照明光学系としては、より高輝度な光源、例えば高輝度ＬＥＤ等を用いてもよい。
【００７７】
上述の実施の形態にかかる投影露光装置では、照明光学装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板（プレート）に転写する（転写工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて感光性基板としてのプレート等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図２３のフローチャートを参照して説明する。
【００７８】
先ず、図２３のステップＳ３０１において、１ロットのプレート上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、そのｌロットのプレート上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのプレート上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップＳ３０４において、その１ロットのプレート上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのプレート上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各プレート上の各ショット領域に形成される。
【００７９】
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて露光を行っているため、高精度に重ね合わせ露光された回路パターンを有する半導体デバイスを得ることができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、プレート上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、プレート上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【００８０】
また、上述の実施の形態にかかる投影露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図２４のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図２４において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２へ移行する。
【００８１】
次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２の後に、セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００８２】
その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて露光を行っているため、高精度に重ね合わせ露光された回路パターンを有するマイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態にかかるライトガイドファイバの入射端の端面の構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態にかかるライトガイドファイバの射出端の端面の構成を示す図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる明視野照明によりウエハマークを照明した場合におけるウエハマークの構造の違いによるウエハマークの計測の向き不向きを示す表である。
【図５】第１の実施の形態にかかる暗視野照明によりウエハマークを照明した場合におけるウエハマークの構造の違いによるウエハマークの計測の向き不向きを示す表である。
【図６】ＴＩＳについて説明するためのマーク及び信号波形を示す図である。
【図７】コマ収差がある状態で、低段差パターン、微細ピッチ、細溝のウエハマークを、明視野照明及び暗視野照明した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。
【図８】ケラレがある状態で、低段差パターン、微細ピッチ、細溝のウエハマークを、明視野照明及び暗視野照明した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。
【図９】光束ケラレについて説明するための光学系の構成を示す図である。
【図１０】光束ケラレについて説明するための２次光源の光束断面を示す図である。
【図１１】光束ケラレについて説明するための結像開口絞りの開口部を示す図である。
【図１２】照明テレセントリシティが良好な場合の物体面に対する照明条件を示す図である。
【図１３】光束ケラレがない状態での結像開口絞りに対する回折光の分布を示す図である。
【図１４】コマ収差がある状態で、低段差パターン、粗ピッチ、太溝のウエハマークを、明視野照明及び暗視野照明した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。
【図１５】ケラレがある状態で、低段差パターン、粗ピッチ、太溝のウエハマークを、明視野照明及び暗視野照明した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。
【図１６】高段差パターン及び低段差パターンのウエハマークを、明視野照明した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。
【図１７】高段差パターン及び低段差パターンのウエハマークを、暗視野照明した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。
【図１８】反射率差なし及び反射率差ありのウエハマークを、明視野照明した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。
【図１９】反射率差なし及び反射率差ありのウエハマークを、暗視野照明した場合におけるウエハマークの像シフト量とフォーカス位置との関係を示すグラフである。
【図２０】明視野照明によるウエハマークの計測結果を示すグラフである。
【図２１】１：１のラインアンドスペース段差パターンの場合における正弦波成分を示す図である。
【図２２】暗視野照明によるウエハマークの計測結果を示すグラフである。
【図２３】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図２４】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
１…光源、２…ライトガイドファイバ、３…照明開口絞り、４…コンデンサレンズ、５…照明視野絞り、６…照明リレーレンズ、７…ハーフプリズム、８…第１対物レンズ、９…反射プリズム、１０…第２対物レンズ、１１…指標板、１２，１３…リレーレンズ系、１４…ＸＹ分岐ハーフプリズム、１５…Ｙ方向用ＣＣＤ、１６…Ｘ方向用ＣＣＤ、１７…結像開口絞り、１８…信号処理系、３０…レチクルステージ、３１…ウエハホルダ、３２…Ｚステージ、３３…ＸＹステージ、３４…ステージ制御系、３５…主制御系、ＩＬ…露光用照明光学系、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＷＭ…ウエハマーク。
【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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【図２３】
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【図２４】
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