(57)【要約】【課題】計測数を増加させた場合においても計測に要する時間の増加を抑えるために有利な技術を提供する。【解決手段】露光装置では、基板５を保持する基板ステージ６と、投影光学系９の光軸方向に垂直な面内の互いに直交する第１方向および第２方向における基板上のマークの位置を検出するアライメント検出系１３と、基板ステージ６をほぼ第１方向に沿って移動させながらその移動中にアライメント検出系１３に基板上のマークの位置を検出させ、かつ、基板ステージ６をほぼ第２方向に沿って移動させながらその移動中にアライメント検出系１３基板上のマークの位置を検出させ、アライメント検出系１３による検出結果に基づいて基板の位置決めおよび露光を制御する制御器ＣＮＴとを備える。【選択図】図２
2009200122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版のパターンを投影光学系により基板に投影し前記基板を露光する露光装置であって、
前記基板を保持する基板ステージと、
前記投影光学系の光軸方向に垂直な面内の互いに直交する第１方向および第２方向における前記基板上のマークの位置を検出する第１検出器と、
前記基板ステージをほぼ前記第１方向に沿って移動させながらその移動中に前記第１検出器に前記基板上のマークの位置を検出させ、かつ、前記基板ステージをほぼ前記第２方向に沿って移動させながらその移動中に前記第１検出器に前記基板上のマークの位置を検出させ、前記第１検出器による検出結果に基づいて前記基板の位置決めおよび露光を制御する制御器と、
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記制御器は、前記基板ステージの前記第２方向における位置を変更しその変更の度に前記基板ステージをほぼ前記第１方向に沿って移動させながらその移動中に前記第１検出器に位置検出を実行させ、かつ、前記基板ステージの前記第１方向における位置を変更しその変更の度に前記基板ステージをほぼ前記第２方向に沿って移動させながらその移動中に前記第１検出器に位置検出を実行させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記第１検出器による位置検出と並行して前記基板の移動中に前記光軸方向における前記基板の表面の位置を検出する第２検出器を更に備え、
前記制御器は、前記第２検出器による検出結果に基づいて前記光軸方向における前記基板の表面の位置を制御しながら前記第１検出器に位置検出を実行させる、
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】
前記制御器は、前記基板の露光の際に、前記第１検出器による検出結果に基づいて前記第１方向および前記第２方向における前記基板の位置を制御するとともに前記第２検出器による検出結果に基づいて前記光軸方向における前記基板の位置を制御する、
ことを特徴とする請求項３の記載の露光装置。
【請求項５】
前記制御器は、前記基板上のマークの配列方向が前記第１方向および前記第２方向とずれている場合に前記配列方向に基づいて前記基板ステージの移動方向を修正する、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
原版のパターンを投影光学系により基板に投影し前記基板を露光する露光装置であって、
前記基板を保持する基板ステージと、
前記投影光学系の光軸方向に垂直な面内の互いに直交する第１方向および第２方向における前記基板上のマークの位置を検出する第１検出器と、
前記光軸方向における前記基板の表面の位置を検出する第２検出器と、
前記基板を保持した基板ステージを前記光軸に直交する面内で移動させながらその移動中に、前記第２検出器に位置検出を実行させ、かつ、前記第２検出器による検出結果に基づいて前記光軸方向における前記基板の表面の位置を制御しながら前記第１検出器に位置検出を実行させ、前記第１検出器および前記第２検出器による検出結果に基づいて前記基板の位置決めおよび露光を制御する制御器と、
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項７】
デバイス製造方法であって、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
該基板を現像する工程と、
を含む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、原版のパターンを投影光学系により基板に投影し前記基板を露光する露光装置、および、該露光装置を使っ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】
近年、半導体集積回路デバイスや液晶パネルデバイス等におけるパターンの微細化および高集積化に伴って、それらの製造のためのリソグラフィー工程で使用される露光装置の高精度化、高機能化が進んでいる。特に、原版（マスク、レチクルとも呼ばれる）と基板（例えば、ウエハ、ガラスプレート）との位置合わせにおいては、原板と基板とをナノメータのオーダーで位置決めする技術が期待されている。
【０００３】
露光装置は、基板をステップ移動させながら原板のパターンを該基板の複数のショット領域に順次転写する。この転写を原版および基板を静止させて行うタイプの露光装置はステッパと呼ばれ、原版および基板を走査しながら行うタイプの露光装置はスキャナまたはスキャニングステッパと呼ばれる。
【０００４】
近年、重ね合わせ精度およびスループットの向上という２つの要求を満たすために、２つの基板ステージを搭載した露光装置が提供されている。このような露光装置は、基板を露光する露光ステーションと、基板を計測する計測ステーションとを備え、露光ステーションで基板を露光している間に計測ステーションで次に露光すべき基板を計測する。これにより、重ね合わせ精度を向上するための基板の計測時間を確保しつつ、スループットを向上することが可能となる（特許文献１）。
【０００５】
基板の位置決めの方法として、グローバルアライメント方式がある。図１０は、基板５上のショット領域の配列を例示する図である。図１０に例示するように、基板には、前工程で形成された複数のショット領域ＳＴが配列されている。全てのショット領域には、一般的に、同じパターンが形成されている。また、全てのショット領域には、アライメントマークが配置されている。これらのショット領域からアライメントマークの位置を計測するべきショット領域（計測ショット領域）を選び、当該ショット領域のアライメントマークの位置を計測することで基板を位置決めすることができる。
【０００６】
図１１は、計測ショット領域を例示する図である。例えば、図１１において、ハッチングが付されている計測ショットＭＳのアライメントマークの位置が計測される。各アライメントマークの計測値を統計計算することにより、基板上のショット領域の配列情報が得られる。アライメントマークの位置を計測する際には、アライメントマークを検出系の視野に移動させ静止させる。この動作は、例えば、図１１において矢印で示す順序でアライメントマークを選択しながらなされる。図１１の矢印は、検出系の視野が基板に対して相対的に移動する様子を模式的に示している。実際には、検出系の視野は固定されていて、基板つまりアライメントマークが検出系の視野に対して矢印とは逆方向に移動する。
【０００７】
図１２は、基板の位置決め（アライメント）のための計測（アライメント計測）のシーケンスを示すフローチャートである。ステップＳ４０１は、ショット領域の配列を粗い精度で計測する粗アライメント工程である。粗アライメント工程では、以下に述べるアライメントマーク撮像工程およびアライメントマーク位置算出工程よりも少ないショット領域を計測対象とする。また、粗アライメント工程では、アライメントマーク撮像工程で用いる検出系の視野より広い視野を有する検出系でアライメントマークを撮像しその位置を計測する。粗アライメント工程では、例えば２つのショット領域のアライメントマークを検出する。
【０００８】
以下のステップでは、粗アライメント工程で計測したアライメントマークの位置に基づいて基板ステージを駆動する。ステップＳ４０２は、ステップ駆動工程であり、粗アライメント工程による計測結果に基づいて、アライメントマークが検出系の視野に入るように基板ステージを駆動し静止させる。ステップＳ４０３は、アライメントマーク撮像工程であり、検出系でアライメントマーク像を撮像する。ステップ４０４は、アライメントマーク位置算出工程であり、撮像したアライメントマークの像に基づいてアライメントマークの位置を精密に検出する。ステップＳ４０２〜ステップＳ４０４をステップＳ４０５で全計測ショット領域のアライメントマークを計測したと判断されるまで繰り返し、計測処理を終了する。
【０００９】
グローバルアライメント方式は、高スループットおよび高精度を得ることができ、優れた方式である。また、グローバルアライメント方式は、基板全域について同一の補正式に従った位置合わせを行うことができるので、使い勝手の上でも利点を持つ（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−１０８５８２号公報
【特許文献２】特開平０９−２１８７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、位置合わせ精度に対する要求が厳しくなっており、従来は問題視されなかったような微小量の誤差成分も無視でいないものとなってきている。そこで、例えば、計測ショット領域内の複数のアライメントマークを計測することでショット領域の位置に加えて形状を算出して、パターンを転写するショット領域の形状を補正することで位置合わせ精度を向上させる提案がなされている。この場合、ショット領域の形状を算出するためには、ショット領域の周辺に配置された複数のスクライブラインにおいてアライメントマークを計測する方が精度の面で有利となる。
【００１１】
例えば、ショット領域の形状を表すショット倍率を算出する場合を考える。１つのスクライブライン上にあるアライメントマーク（例えば２個）を計測する場合を想定すると、スクライブライン方向に沿ったショット倍率は算出できるが、スクライブラインと直交する方向のショット倍率を算出することはできない。したがって、スクライブラインに沿った方向のショット倍率から推定する等の方法を用いる必要が生じる。逆に、直交する２方向のスクライブラインでアライメントマークを計測した場合は、それぞれ２方向のショット倍率を算出することができる。
【００１２】
しかしながら、計測するアライメントマークを増やすと、アライメントマーク計測に必要となる基板ステージの駆動と静止の動作回数も同様に増え、各基板を処理する時間が増加する。このため、上記のような２つの基板ステージを搭載した露光装置においても、計測処理時間が全体のスループットに影響する懸念が生じている。
【００１３】
本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、計測数を増加させた場合においても計測に要する時間の増加を抑えるために有利な技術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】
【００１４】
本発明の第１の側面は、原版のパターンを投影光学系により基板に投影し前記基板を露光する露光装置に係り、前記露光装置は、前記基板を保持する基板ステージと、前記投影光学系の光軸方向に垂直な面内の互いに直交する第１方向および第２方向における前記基板上のマークの位置を検出する第１検出器と、前記基板ステージをほぼ前記第１方向に沿って移動させながらその移動中に前記第１検出器に前記基板上のマークの位置を検出させ、かつ、前記基板ステージをほぼ前記第２方向に沿って移動させながらその移動中に前記第１検出器に前記基板上のマークの位置を検出させ、前記第１検出器による検出結果に基づいて前記基板の位置決めおよび露光を制御する制御器とを備える。
【００１５】
本発明の第２の側面は、原版のパターンを投影光学系により基板に投影し前記基板を露光する露光装置に係り、前記露光装置は、前記基板を保持する基板ステージと、前記投影光学系の光軸方向に垂直な面内の互いに直交する第１方向および第２方向における前記基板上のマークの位置を検出する第１検出器と、前記光軸方向における前記基板の表面の位置を検出する第２検出器と、前記基板を保持した基板ステージを前記光軸に直交する面内で移動させながらその移動中に、前記第２検出器に位置検出を実行させ、かつ、前記第２検出器による検出結果に基づいて前記光軸方向における前記基板の表面の位置を制御しながら前記第１検出器に位置検出を実行させ、前記第１検出器および前記第２検出器による検出結果に基づいて前記基板の位置決めおよび露光を制御する制御器とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、例えば、計測数を増加させた場合においても計測に要する時間の増加を抑えるために有利な技術が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１８】
［第１実施形態］
図２は、本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。本発明の好適な実施形態の露光装置ＥＸは、計測ステーション１および露光ステーション２を備えている。ただし、ここで説明される露光装置ＥＸは、１つの実施形態に過ぎず、本発明は、計測ステーション１と露光ステーション２とが一体化されたような構成の露光装置にも適用されうる。また、ここでは、露光装置ＥＸが基板を走査しながら露光する走査露光装置として構成されている例を説明するが、本発明の露光装置は、基板を静止させた状態で露光する露光装置（ステッパ）として構成されてもよい。
【００１９】
露光ステーション２は、原版（レチクル）３を保持する原版ステージ（レチクルステージ）４と、原版３を露光光で照明する照明光学系８と、露光光で照明された原版３のパターンを基板（ウエハ）５（５ａ、５ｂ）に投影する投影光学系９とを備える。
【００２０】
露光装置ＥＸは、２つのステーション１、２間で移動可能な２つの基板ステージ（ウエハステージ）６（６ａ、６ｂ）を備えている。基板ステージ６（６ａ、６ｂ）は、ステージ定盤７によって支持されている。一方の基板ステージによって保持された基板（第１基板）が露光ステーション２において露光されている間に、他方の基板ステージによって保持された基板（第２基板）が計測ステーション１において計測される。第１基板の露光および第２基板の計測が終了すると、２つの基板ステージの位置が入れ替えられて、計測が終了した第２基板が露光ステーション２に送られ、露光が終了した第１基板は次工程の装置（典型的には、現像装置）に搬送される。そして、第１基板に代えて基板ステージに提供される新しい基板（第３基板）が計測ステーション１において計測される。露光装置ＥＸでは、以上のようにして、計測と露光とが並行して実行される。なお、基板ステージの個数は、１個でもよいし、３個以上でもよい。
【００２１】
この明細書では、投影光学系９の光軸に平行な方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な平面内における互いに直交する２つの方向をＸ方向、Ｙ方向とする。つまり、この明細書では、ＸＹＺ座標系で方向が定義される。ここで、便宜上、原版３および基板５の（走査方向）をＹ方向とする。更に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸まわりの回転方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、θＺ方向とする。特許請求の範囲に記載された第１方向、第２方向は、それぞれＸ方向、Ｙ方向として考えることができるし、逆に、それぞれＹ方向、Ｘ方向として考えることもできる。
【００２２】
原版３は、照明光学系８により均一な照度分布の露光光で照明される。照明光学系８から射出される露光光としては、例えば、水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ２レーザー、極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ光）が発生する光が使用されうる。ただし、露光光は、これらに限定されるものではない。
【００２３】
原版ステージ４は、投影光学系９の光軸に垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内における２次元移動が可能であるとともにθＺ方向における微小回転が可能である。原版ステージ４は、リニアモータ等の原版ステージ駆動機構（不図示）により駆動される。原版ステージ４上には、不図示のレーザー干渉計によってその位置を計測するためにミラーが設けられている。原版ステージ４（結果として原版３）のＸＹ平面内における位置、および回転角θＺは、レーザー干渉計によりリアルタイムで計測され、その計測結果は制御器ＣＮＴに送られる。制御器ＣＮＴは、レーザー干渉計による計測結果に基づいて原版ステージ駆動機構を制御し、これにより原版３を位置決めする。
【００２４】
投影光学系９は、原版３のパターンを所定の投影倍率βで基板５に投影する。これにより、基板５が露光される。投影光学系９は、複数の光学素子で構成され、これらの光学素子は、典型的には金属製の鏡筒で支持される。投影光学系９の投影倍率βは、例えば、１／４または１／５に設定されうる。
【００２５】
基板ステージ６は、基板５を保持する基板チャックを有するＺステージと、Ｚステージを支持するＸＹステージと、ＸＹステージを支持するベースとを備えうる。基板ステージ６は、リニアモータ等の基板ステージ駆動機構（不図示）により駆動される。基板ステージ駆動機構は、制御器ＣＮＴにより制御される。
【００２６】
基板ステージ６上には、不図示のレーザー干渉計によってその位置を計測するためにミラーが設けられている。基板ステージ６（結果として基板５）のＸＹ方向の位置、およびθＺは、レーザー干渉計によりリアルタイムで計測され、その計測結果は制御器ＣＮＴに送られる。また、基板ステージ６のＺ方向の位置、およびθＸ、θＹについてもレーザー干渉計によりリアルタイムで計測され、その計測結果は制御器ＣＮＴに送られる。制御器ＣＮＴは、レーザー干渉計による計測結果に基づいて基板ステージ駆動機構を制御し、これにより基板５のＸＹＺ方向における位置およびθＸ、θＹ、θＺが調整される。
【００２７】
原版ステージ４の近傍には、原版アライメント検出系が配置されている。原版アライメント検出系は、原版ステージ４に配置された原版ステージ基準マーク１０と投影光学系９とを通して、基板ステージ６上の基板ステージ基準マーク１１（１１ａと１１ｂ）を検出する。原版アライメント検出系を用いて原版ステージ基準マーク１０に対して基板ステージ基準マーク１１を位置合わせすることができる。
【００２８】
計測ステーション１は、基板５および基板ステージ基準マーク１１の位置を検出するアライメント検出系（第１検出器）１３と、基板５の表面の位置情報（Ｚ方向における位置情報および傾斜情報）を検出するフォーカス検出系（第２検出器）１２とを備えている。フォーカス検出系１２は、検出光を基板５の表面に投射する投射系と基板５からの反射光を受光する受光系とを有し、フォーカス検出系１２による検出結果（計測値）は制御器ＣＮＴに送られる。制御器ＣＮＴは、フォーカス検出系１２による検出結果に基づいてＺステージを駆動し、Ｚステージに保持されている基板５のＺ方向における位置（フォーカス位置）および傾斜角を調整する。アライメント検出系１３による基板５および基板ステージ基準マーク１１の位置検出の結果（計測値）は、位置決め用の情報として、制御器ＣＮＴに送られる。
【００２９】
基板ステージ基準マーク１１は、基板５の表面とほぼ同じ高さに配置されていて、前述の原版アライメント検出系およびアライメント検出系１３による位置検出に用いられる。また、基板ステージ基準マーク１１は、表面がほぼ平坦な部分も有し、フォーカス検出系１２の基準面として役割も有する。基板ステージ基準マーク１１は、基板ステージ６の複数のコーナーに配置されてもよい。
【００３０】
図４に例示されるように、基板５は、アライメント検出系１３により位置が検出される複数のアライメントマーク（単にマークとも呼ぶ）ＡＭ１〜ＡＭ８を有する。このようなアライメントマークは、基板５上の各ショット領域の周辺に複数個ずつ配置され、アライメントマークとショット領域とのＸＹ方向についての位置関係は既知である。よって、アライメントマークの位置を検出することによって、ショット領域の位置を検出することができる。
【００３１】
以下、露光装置ＥＸの動作を説明する。計測ステーション１に基板５が搬入された後、基板ステージ基準マーク１１がアライメント検出系１３で検出される。このために、制御器ＣＮＴは、基板ステージ基準マーク１１がアライメント検出系１３の視野に入るようにレーザー干渉計の出力をモニタしつつＸＹステージを移動させる。これにより、レーザー干渉計によって規定される座標系内において、アライメント検出系１３により基板ステージ基準マーク１１の位置情報が検出される。また、計測ステーション１において、フォーカス検出系１２により基板ステージ基準マーク１１の表面の位置情報が検出される。
【００３２】
次に、基板５上に定義された複数のショット領域の位置が検出される。制御器ＣＮＴは、アライメント検出系１３の視野内を基板５上の各ショット領域周辺（スクライブライン）に配置されたアライメントマークが通るようにレーザー干渉計の出力をモニタしつつＸＹステージを移動させる。その移動の途中で、アライメント検出系１３は、基板５のショット領域周辺に形成されている複数のアライメントマークの位置を検出する。この動作をＸ方向およびＹ方向に沿って延びる複数のスクライブラインで繰り返し、選択したアライメントマークを検出する。これにより、レーザー干渉計により規定される座標系内における各アライメントマークの位置が検出される。アライメントマークの計測については詳細を後述する。
【００３３】
アライメント検出系１３による基板ステージ基準マーク１１および各アライメントマークの検出結果より、基板ステージ基準マーク１１と各アライメントマークとの位置関係が求められる。各アライメントマークと各ショット領域との位置関係はそれぞれ既知であるので、ＸＹ平面内での基板ステージ基準マーク１１と基板５上の各ショット領域との位置関係もそれぞれ決定されたことになる。
【００３４】
次に、フォーカス検出系１２により、基板５上の全てのショット領域において基板５の表面の位置情報が検出される。検出結果は、レーザー干渉計により規定される座標系内におけるＸＹ方向の位置を対応させて、制御器ＣＮＴに記憶される。
【００３５】
フォーカス検出系１２による基板ステージ基準マーク１１の表面の位置情報および基板５上の各ショット領域における表面の位置情報の検出結果より、基板ステージ基準プレート１４の表面と各ショット領域の表面との位置関係が決定されたことになる。
【００３６】
次に、計測ステーション１における基板５の計測結果に基づいて、露光ステーション２において基板が露光される。
【００３７】
制御器ＣＮＴは、原版アライメント検出系の視野内に基板ステージ基準マーク１１が入るようにＸＹステージを移動させる。次に、原版アライメント検出系により、原版ステージ基準マーク１０と投影光学系９を通して基板ステージ基準マーク１１が検出される。すなわち、原版ステージ基準マーク１０と基板ステージ基準マーク１１とのＸＹ方向の位置関係、およびＺ方向の位置関係が投影光学系９を通して検出される。これにより、投影光学系９を通して、投影光学系９が基板上に投影する原版パターンの像位置が基板ステージ基準マーク１１を使って検出されたことになる。
【００３８】
投影光学系９が形成する原版パターンの像位置が検出されると、制御器ＣＮＴは、基板５上の各ショット領域を露光するために、ＸＹステージを移動させる。そして、計測ステーション１における計測によって得られた結果を使って、各ショット領域が走査露光される。各ショット領域の露光において、制御器ＣＮＴは、計測ステーション１で求めた情報（該情報は基板ステージ基準マーク１１と各ショット領域との位置関係を示す。）および露光ステーション２において求めた情報（該情報は基板ステージ基準マーク１１と原版パターンの像との位置関係を示す。）に基づいて、基板５上の各ショット領域と原版３との位置合わせを制御する。
【００３９】
また、制御器ＣＮＴは、走査露光中は、基板５の表面が投影光学系９の像面に一致するように基板５の表面の位置を制御する。その制御は、計測ステーション１で求めた基板ステージ基準マーク１１の表面と基板５の表面との位置関係および露光ステーション２で求めた基板ステージ基準マーク１１の表面と投影光学系９が形成する原版パターンの像面との位置関係に基づいてなされる。
【００４０】
次に、この実施形態におけるアライメントマークの計測について詳細に説明する。図３は、アライメントマークの計測方法を模式的に示す図である。図４は、基板ステージ６の移動時における基板５上のショット領域ＳＴ、アライメントマークＡＭ１〜８、アライメント検出系１３の視野ＡＦを模式的に示す図である。前述したように、基板５には複数のショット領域ＳＴが配列されていて、各ショット周辺（スクライブライン）には、アライメントマークが配置されている。
【００４１】
この実施形態では、ショット領域の配列におけるＸ方向およびＹ方向のそれぞれと平行に基板ステージ６を移動させながらその移動中に複数のアライメントマークの位置がアライメント検出系１３によって検出される。ここで、アライメント検出系１３は、イメージセンサを含み、該イメージセンサでアライメントマークを撮像し、得られた画像を処理することによって、アライメント検出系１３の視野におけるアライメントマークの位置を検出する。
【００４２】
アライメントマークは、例えば、Ｘ方向にほぼ沿ったスクライブラインに配置されるマーク群（図４では、ＡＭ５、６、７、８）と、Ｙ方向にほぼ沿ったスクライブラインに配置されるマーク群（図４では、ＡＭ１、２、３、４）とを含む。ここで、「ほぼ」という用語は、ショット領域またはその配列の変形によりスクライブラインの方向がＸ方向またはＹ方向に厳密に平行ではない可能性があるからである。
【００４３】
便宜上、前者を第１マーク群と呼び、後者を第２マーク群と呼び、更に、Ｘ方向を第１方向と呼び、Ｙ方向を第２方向と呼ぶことができる。このような定義において、制御器ＣＮＴは、基板ステージ６をほぼ第１方向に沿って移動させながらその移動中にアライメント検出系（第１検出器）１３に第１マーク群を検出させる。制御器ＣＮＴはまた、基板ステージ６をほぼ第２方向に沿って移動させながらその移動中にアライメント検出系１３に第２マーク群の各位置を検出させる。制御器ＣＮＴは、基板ステージ６の第２方向における位置を変更しその変更の度に基板ステージ６をほぼ第１方向に沿って移動させながらその移動中にアライメント検出系１３に位置検出を実行させる。制御器ＣＮＴはまた、基板ステージ６の第１方向における位置を変更しその変更の度に基板ステージ６をほぼ第２方向に沿って移動させながらその移動中にアライメント検出系１３に位置検出を実行させる。
【００４４】
上記のような計測方法によれば、基板ステージ６を移動させた状態で、スクライブラインに接している複数のショット領域（例えば、スクライブラインに接している全てのショット領域）に対応する複数のアライメントマークの位置を検出することができる。
【００４５】
なお、図３および図４において、矢印は、アライメント検出系１３の視野が基板に対して相対的に移動する様子を模式的に示している。実際には、アライメント検出系１３は固定されていて、基板つまりアライメントマークが矢印と逆方向に移動する。
【００４６】
位置合わせ精度の向上に対する要求に応えるためには、計測ショット領域を増すとともに、計測ショット内の計測アライメントマークを増やすべきである。そこで、１つのスクライブライン上のアライメントマークのみならず、複数のスクライブライン上のアライメントマークを計測することが好ましい。また、同一方向のスクライブライン上にあるアライメントマークを計測するだけでは、各ショット領域の形状を十分には算出できない。例えば、図３におけるＹ方向に沿ったスクライブライン上のアライメントマークだけを計測した場合には、図４におけるアライメントマークＡＭ１〜ＡＭ２（Ｙ方向に沿った２つのスクライブラインを計測した場合はＡＭ１〜ＡＭ４）を計測できるだけである。この場合、ショット領域のＸ方向に沿った形状変化を計測することができない。したがって、Ｘ方向に沿ったスクライブラインに配置されたアライメントマークとＹ方向に沿ったスクライブラインに配置されたアライメントマークを計測することが好ましい。
【００４７】
これにより、多数のアライメントマークを計測することができるだけでなく、各ショット領域の２次元的な形状を計測することができ、ショット領域の位置と形状を補正して露光を実行することが可能となる。
【００４８】
なお、図３では、１列おき、１行おきのスクライブライン上でアライメントマークを計測する例が示されているが、これは一例に過ぎない。要求される位置合わせの精度に応じて計測するスクライブラインを決定することができる。また、基板の周辺部のショット領域など、より高い位置合わせの精度が必要となる部分がある場合は、計測するスクライブラインの密度を場所によって変えてもよい。図４におけるアライメントマークの位置および数も同様にこれに限るものではない。
【００４９】
図１は、アライメントマークの計測のシーケンスを例示するフローチャートである。このシーケンスは、制御器ＣＮＴによって制御される。まず、ステップＳ１０１は、ショット領域の配列が粗い精度で計測する粗アライメント工程である。粗アライメント工程は、図１２のステップＳ４０１について説明したとおりである。
【００５０】
ステップＳ１０２では、制御器ＣＮＴは、アライメント検出系１３の視野内をスクライブライン上のアライメントマークが通過するように決定された目標駆動経路に従って基板ステージ６の駆動を開始させる。具体的には、基板ステージ６は、アライメント検出系１３の視野が図３の各矢印の方向に移動するようにが駆動される（基板ステージは矢印と逆方向に移動する）。
【００５１】
ステップＳ１０３では、制御器ＣＮＴは、アライメント検出系１３がアライメントマークを撮像する瞬間における基板ステージ６の位置を算出する。具体的には、制御器ＣＮＴは、粗アライメント工程で計測したショット配列位置と予め設定されたショット領域に対応するアライメントマークの設計位置に基づいて、アライメントマークがアライメント検出系１３の視野に入る瞬間の基板ステージ６の位置を算出する。
【００５２】
ここで、基板ステージ６がＸＹ平面に沿って移動している際のＺ方向における基板ステージ６（基板５）の位置について説明する。アライメント検出系１３でアライメントマークを撮像する場合には、アライメントマークがアライメント検出系１３の物体面（合焦位置）にある必要がある。アライメントマークが物体面にないと、アライメントマークを撮像した像のコントラストが低下して、これにより計測精度が低下する。そこで、この実施形態では、アライメント検出系１３の物体面にアライメントマークがある時のフォーカス検出系１２による計測値を記憶しておく。そして、基板ステージ６の駆動中にＺ方向における基板５の表面位置をフォーカス検出系１２で計測し、フォーカス検出系１２による計測値が事前に記憶した計測値に一致するように基板ステージ６のＺ方向の位置を常に制御する。これにより、基板ステージ６の駆動中は、アライメント検出系１３の物体面にアライメントマークを一致させることができる。
【００５３】
ステップＳ１０４では、制御器ＣＮＴは、ステップＳ１０３で算出した撮像位置に基板ステージ６が到達するのを待って、アライメントマークをアライメント検出系１３に撮像させる。また、制御器ＣＮＴは、撮像時における基板ステージ６の位置を記憶する。
【００５４】
ステップＳ１０５では、制御器ＣＮＴは、撮像したアライメントマークの像に基づいてアライメント検出系１３の視野におけるアライメントマークの位置を公知の方法で算出する。次に、制御器ＣＮＴは、アライメントマークの撮像時における基板ステージ６の位置と、アライメント検出系１３の視野におけるアライメントマークの位置とに基づいて、アライメントマークの基板５上における位置を算出する。なお、ここでは、一例として、アライメントマークを撮像した直後にアライメント検出系１３の視野におけるアライメントマークの位置を算出する例を説明した。しかしながら、全てのアライメントマークを撮像しそのデータを保存した後にアライメントマークの位置を算出してもよい。
【００５５】
ステップＳ１０３〜ステップＳ１０５の処理は、１つのスクライブラインにおいて計測するべき全てのアライメントマークについて完了したとステップＳ１０６で判断されるまで繰り返えされる。
【００５６】
ステップＳ１０６で、１つのスクライブラインにおいて計測するべき全てのアライメントマークの計測が終了したと判断したら、ステップＳ１０７で、制御器ＣＮＴは、基板ステージ６の走査駆動を終了させる。以上のステップＳ１０２〜らＳ１０７の処理で１つのスクライブライン上に配置されたアライメントマークの計測が終了する。
【００５７】
以降、ステップＳ１０２〜Ｓ１０７の処理は、ステップＳ１０８で全てのスクライブライン上のアライメントマークを計測したと判断されるまで、他のスクライブライン上に配置されたアライメントマークについて実行される。
【００５８】
この実施形態によれば、基板ステージを移動させながらＸ方向に沿ったスクライブライン上のアライメントマークを計測するとともに基板ステージを移動させながらＹ方向に沿ったスクライブライン上のアライメントマークを計測する。これによって、計測処理に要する時間を抑えながら計測精度を向上させることができる。
【００５９】
［第２実施形態］
第２実施形態では、アライメント検出系（第１検出器）１３による位置検出と並行してフォーカス検出系（第２検出器）１２によって投影光学系９の光軸方向（Ｚ方向）における基板５の表面の位置を検出する。この明細書において、１つの動作と他の動作とが並行して実行されると説明される場合、それは、１つの動作がなされる期間の少なくとも一部と他の動作がなされる期間の少なくとも一部とが重複していることを意味する。
【００６０】
第２実施形態における露光装置の構成および動作として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。以下の説明において、基板の表面位置の検出または計測は、フォーカス検出または計測としても表現される。
【００６１】
図５は、アライメントマークの位置および基板の表面位置の計測方法を模式的に示す図である。図５において、太い矢印で示す基板ステージ６の移動では、アライメントマーク計測とフォーカス計測とが並行して実行される。図５において、細い矢印が示す基板ステージ６の移動では、アライメントマーク計測のみが実行される。フォーカス検出系１２は、図５中の太い矢印で示される方向（Ｙ方向）に基板ステージ６が移動する場合にのみフォーカス計測が可能なように構成されうる。ただし、フォーカス検出系１２は、Ｘ方向に基板ステージ６が移動する場合およびＹ方向に基板ステージ６が移動する場合の双方においてフォーカス計測が可能なように構成されてもよい。そのような構成では、Ｘ方向に基板ステージ６が移動する場合およびＹ方向に基板ステージ６が移動する場合の双方においてアライメントマーク計測とフォーカス計測とが並行して実行されてもよい。
【００６２】
アライメントマーク計測とフォーカス計測とを並行して実行することにより、基板５の計測に要する時間を短縮することができる。更に、フォーカス検出系１２による基板の表面位置の検出結果に基づいて基板の表面位置をアライメント検出系１３の物体面に一致させながらアライメント検出系１３による位置検出を実行することもできる。
【００６３】
なお、図５において、矢印は、アライメント検出系１３の視野およびフォーカス検出系１２の視野が基板に対して相対的に移動する様子を模式的に示している。実際には、アライメント検出系１３およびフォーカス検出系１２は固定されていて、基板が矢印と逆方向に移動する。
【００６４】
図６は、アライメント検出系１３とフォーカス検出系１２の視野を模式的に示す図である。図６に模式的に示したように、フォーカス検出系１２の視野中心は、アライメント検出系１３の視野中心とほぼ同じ位置でありうる。図６に模式的に示すようにアライメント検出系１３の視野ＡＦをスクライブラインが通ると、視野ＦＦを有するフォーカス検出系１２により、スクライブラインを挟んで隣接するショット領域ＳＴの表面位置が計測される。図６の矢印は、基板の移動方向を示している。
【００６５】
図７は、アライメントマークの計測のシーケンスを例示するフローチャートである。このシーケンスは、制御器ＣＮＴによって制御される。まず、ステップＳ２０１は、ショット領域の配列が粗い精度で計測する粗アライメント工程である。粗アライメント工程は、図１２のステップＳ４０１について説明したとおりである。
【００６６】
ステップＳ２０２では、制御器ＣＮＴは、アライメント検出系１３の視野内をスクライブライン上のアライメントマークが通過するように決定された目標駆動経路に従って基板ステージ６の駆動を開始させる。具体的には、基板ステージ６は、アライメント検出系１３の視野が図６の各矢印の方向に移動するようにが駆動される（基板ステージは矢印と逆方向に移動する）。
【００６７】
ステップＳ２０３では、制御器ＣＮＴは、現在の基板ステージ６の駆動がアライメント計測のみを行うためのものか、アライメント計測とフォーカス計測を同時に行うためのものなのかを判断する。アライメント計測のみのためのものであれば、制御器ＣＮＴは、ステップＳ２０４〜Ｓ２０７を繰り返して実行する。ステップＳ２０４〜Ｓ２０７は、前述のＳ１０３〜Ｓ１０６と同様である。
【００６８】
一方、現在の基板ステージ６の駆動がアライメント計測とフォーカス計測を同時に行うためのものであれば、制御器ＣＮＴは、ステップＳ２０８、ステップＳ２０４'〜Ｓ２０７'、Ｓ２１１の処理を実行する。ステップＳ２０８では、制御器ＣＮＴは、フォーカス検出系１２にフォーカス計測を開始させる。それに続く、ステップＳ２０４'〜Ｓ２０７'の処理は、ステップＳ２０４〜Ｓ２０７の処理と同様である。ステップＳ２１１では、制御器ＣＮＴは、現在のスクライブラインにおけるフォーカス計測の終了点に相当する位置に基板ステージ６が到達するのを待って、フォーカス計測を終了させる。
【００６９】
ステップＳ２０７で計測が終了したと判断されるか、ステップ２１１が実行された後に、ステップＳ２０９で、制御器ＣＮＴは、基板ステージ６の走査駆動を終了させる。以上のステップＳ２０２に始まりステップＳ２０９で終了する処理で、１つのスクライブライン上に配置されたアライメントマークの計測、および、それとともに実行されるフォーカス計測が終了する。
【００７０】
以降、上記の処理は、ステップＳ２１０で全てのスクライブラインを対象として計測が終了した判断されるまで、対象スクライブラインを他のスクライブラインに変更して繰り返して実行される。
【００７１】
露光ステーション２における露光は、計測ステーション１においてなされた上記のアライメントマーク計測とフォーカス計測の結果に基づいて各ショット領域を位置決めするとともに投影光学系９の像面に該ショット領域の表面位置を一致させながら実行される。
【００７２】
この実施形態によれば、アライメントマーク計測とフォーカス計測とが並行して実行されるので、基板の計測に要する時間が短縮される。
【００７３】
［第３実施形態］
第３実施形態は、第１実施形態または第２実施形態を改良した技術を提供する。ここで言及しない事項は、第１実施形態または第２実施形態に従いうる。
【００７４】
第３実施形態では、基板５上のショット領域の配列が変形しているためにアライメントマークの配列方向がＸ方向およびＹ方向とずれている場合に、制御器ＣＮＴは、該配列方向に基づいて基板ステージ６を移動させる方向を修正する。例えば、制御器ＣＮＴは、２つ以上の直前に計測したアライメントマークの位置に基づいて、基板ステージ６の移動方向（目標駆動経路）とショット領域の配列方向との差を算出し、その差に基づいて基板ステージ６の移動方向（目標駆動経路）を修正する。
【００７５】
図８は、２つのアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２の位置の計測値に基づいて、次のアライメントマークを計測する前に、基板ステージ６の目標駆動経路ＴＰを制御器ＣＮＴが修正することを模式的に示す図である。図８の矢印は、アライメント検出系１３の視野が基板に対して相対的に移動する様子を模式的に示している。実際には、アライメント検出系１３は固定されていて、基板つまりアライメントマークが検出系の視野に対して矢印とは逆方向に移動する。
【００７６】
このような目標駆動経路の修正は、第１実施形態におけるアライメントマーク計測の際に実行されてもよいし、第２実施形態におけるアライメントマーク計測とフォーカス計測の並行処理において実行されてもよい。
【００７７】
図９は、第１実施形態に目標駆動経路の修正機能を付加した処理のシーケンスを例示するフローチャートである。この処理は、図１に示すシーケンスのステップＳ１０５とステップＳ１０６の間にステップＳ３００を追加したものである。
【００７８】
ステップＳ３０６では、制御器ＣＮＴは、直前のステップＳ１０５で算出したアライメントマーク像（例えば、図８のＡＭ１に相当する。）の位置と前回のステップＳ３０５で算出したアライメントマーク像（例えば、図８のＡＭ２に相当する。）の位置に基づいて、基板ステージ６の移動方向（目標駆動経路ＴＰ）とショット領域の配列方向の差を算出する。そして、制御器ＣＮＴは、該移動方向とショット領域の配列方向との間に許容値を超える差がある場合に、基板ステージ６の移動方向（目標駆動経路ＴＰ）を修正する。
【００７９】
［適用例］
次に上記の露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。図１３は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（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２（レチクル作製）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（原版）を作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のレチクルとウエハを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４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り、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６（検査）ではステップ５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、これを出荷（ステップ７）する。
【００８０】
図１４は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（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１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（ＣＭＰ）ではＣＭＰ工程によって絶縁膜を平坦化する。ステップ１６（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１７（露光）では上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。ステップ１８（現像）ではウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１９（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。ステップ２０（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を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】アライメントマークの計測のシーケンスを例示するフローチャートである。
【図２】本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。
【図３】アライメントマークの計測方法を模式的に示す図である。
【図４】アライメントマークの配置例を示す図である。
【図５】アライメントマークの位置および基板の表面位置の計測方法を模式的に示す図である。
【図６】アライメント検出系とフォーカス検出系の視野を模式的に示す図である。
【図７】アライメントマークの計測のシーケンスを例示するフローチャートである。
【図８】基板ステージの目標駆動経路の修正を模式的に示す図である。
【図９】目標駆動経路の修正機能を含む、アライメントマークの計測のシーケンスを例示するフローチャートである。
【図１０】ショット配列の一例を示す模式図である。
【図１１】計測ショットの一例を示す模式図である。
【図１２】アライメント計測のシーケンスを示すフローチャートである。
【図１３】デバイス製造方法を例示する図である。
【図１４】デバイス製造方法を例示する図である。
【符号の説明】
【００８２】
１：計測ステーション
２：露光ステーション
３：原版
４：原版ステージ
５：基板
６：基板ステージ
７：ステージ定盤
８：照明光学系
９：投影光学系
１２：フォーカス検出系
１３：アライメント検出系
ＳＴ：ショット領域
ＡＦ：アライメント検出系の視野
ＦＦ：フォーカス検出系の視野
ＣＮＴ：制御器
【図１】
2009200122.tif 000003
【図２】
2009200122.tif 000004
【図３】
2009200122.tif 000005
【図５】
2009200122.tif 000006
【図７】
2009200122.tif 000007
【図９】
2009200122.tif 000008
【図１０】
2009200122.tif 000009
【図１２】
2009200122.tif 000010
【図１３】
2009200122.tif 000011
【図１４】
2009200122.tif 000012
【図４】
2009200122.tif 000013
【図６】
2009200122.tif 000014
【図８】
2009200122.tif 000015
【図１１】
2009200122.tif 000016