(57)【要約】【課題】露光装置の構成を複雑化することなく、基板ステージの位置計測精度を維持しつつ計測可能範囲を広げる。【解決手段】レチクルステージＲＳには、原版側ラフ計測マークと原版側ファイン計測マークとを含む原版側計測マークが配置される。基板ステージＷＳには、基板側ラフ計測マークと基板側ファイン計測マークとを含む基板側計測マークが配置される。制御部ＣＮＴは、原版側ラフ計測マークおよび基板側ラフ計測マークを使用してレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとの相対位置がラフ計測され、そのラフ計測の結果に基づいてレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとの相対位置が補正され、次いで、原版側ファイン計測マークおよび基板側ファイン計測マークを使用してレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとの相対位置がファイン計測されるように計測工程を制御する。【選択図】図１
2009099873.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って基板に投影して該基板を露光する露光装置であって、
原版を保持する原版ステージと、
基板を保持する基板ステージと、
前記原版ステージと前記基板ステージとの相対位置を計測する計測工程を制御する制御部とを備え、
前記原版ステージには、原版側ラフ計測マークと原版側ファイン計測マークとを含む原版側計測マークが配置され、
前記基板ステージには、基板側ラフ計測マークと基板側ファイン計測マークとを含む基板側計測マークが配置され、
前記制御部は、前記原版側ラフ計測マークおよび前記基板側ラフ計測マークを使用して前記原版ステージと前記基板ステージとの相対位置がラフ計測され、前記ラフ計測の結果に基づいて前記原版ステージと前記基板ステージとの相対位置が補正され、次いで、前記原版側ファイン計測マークおよび前記基板側ファイン計測マークを使用して前記原版ステージと前記基板ステージとの相対位置がファイン計測されるように、前記計測工程を制御する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記基板ステージに配置された光センサーを更に備え、前記光センサーは、前記原版側計測マークが照明された状態において前記原版側計測マーク、前記投影光学系および前記基板側計測マークを透過した光を検出するように構成され、前記計測工程において、前記基板ステージを移動させながら得られる前記光センサーによって検出された結果に基づいて前記原版ステージと前記基板ステージとの相対位置が計測される、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記原版側ラフ計測マーク、前記投影光学系および前記基板側ラフ計測マークを透過して前記光センサーで検出される光の量の最大値と、
前記原版側ファイン計測マーク、前記投影光学系および前記基板側ファイン計測マークを透過して前記光センサーで検出される光の量の最大値と、
が同じになるように、前記計測工程を制御する、ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記制御部は、それらの最大値が同じになるように、前記原版側計測マークと前記基板側計測マークとの相対位置をそれらのマークの非計測方向にずらす、ことを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
基板のショット領域と原版とを位置合せするために使用される情報を得るための計測を実施する計測ステーションと、前記計測ステーションにおける計測によって得られた情報に基づいて該基板と該原版とを位置合わせて該原版のパターンを前記投影光学系によって該基板に投影して該基板を露光する露光ステーションとを有し、
前記基板ステージは、それが保持している基板が前記計測ステーションにおいて計測された後に前記計測ステーションから前記露光ステーションに移動する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記原版側ファイン計測マークは、前記原版ステージによって保持される原版に形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記原版側ラフ計測マークは、前記原版側ファイン計測マークよりも線幅が広いパターンを有し、
前記基板側ラフ計測マークは、前記基板側ファイン計測マークよりも線幅が広いパターンを有する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項８】
デバイス製造方法であって、
請求項１乃至７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って基板に投影して該基板を露光する露光装置およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶パネル等のデバイスを製造するためのリソグラフィー工程において、レチクル（原版）のパターンが投影光学系を介して感光剤（フォトレジスト）が塗布されたウエハ（基板）に転写される。
【０００３】
デバイスの高集積化がますます進む中で、基板の微細加工技術の進展も著しい。微細加工技術の中心をなす露光装置として、ステッパーやスキャナーと呼ばれる露光装置がある。ステッパーは、レチクルのパターンの像を投影光学系によりウエハ上に形成し、ウエハをステップアンドリピート方式で露光する縮小露光装置である。スキャナーは、レチクルの走査に同期させてウエハを走査しながらウエハを露光する露光装置である。
【０００４】
露光装置では、レチクル（原版）とウエハ（基板）との相対位置合せを行なう方法として、ＴＴＬ計測が提案されている（特許文献１）。ＴＴＬ計測では、レチクルまたはその近傍に設けられた指標板に形成された原版側計測マークと、ウエハまたはその近傍に設けられた指標板に形成された基板側計測マークとの相対的な位置合せのための計測が投影光学系を介して行なれる。このような方式の計測は、ＴＴＬ計測と呼ばれる。ＴＴＬ計測では、計測光として露光光と同一の波長を含む光が用されることが一般的である。
【０００５】
露光装置の限界解像度は、露光波長に比例し、また投影光学系の開口数に反比例する。したがって、露光装置の開発は、限界解像度の向上のために、露光波長の短波長化と投影光学系の大開口化によって進められてきた。しかしながら、投影光学系の焦点深度は露光波長に比例し、投影光学系の開口数の２乗に反比例する。よって、露光装置の高解像度化が進むにつれて焦点深度が急速に減少しており、ＴＴＬ計測に基づいてなされる焦点合せの精度に対する要求も厳しくなってきている。
【０００６】
また、限界解像度が向上するにつれてデバイスの線幅も細くなっていくために、ＴＴＬ計測に基づいてなされる光軸に対する垂直な平面内での位置合せの精度に対する要求も厳しくなってきている。
【０００７】
これらの要求を満たすためには、ＴＴＬ計測において用いられる位置合せ用パターンが投影光学を介することによって投影される像がデバイスの像に近い方が望ましい。
【０００８】
一方、露光装置には、デバイスを短時間に大量生産するために、高いスループットも要求されている。近年では、ウエハを露光するための露光ステーションと、ウエハのショット領域と原版との位置合せのために使用される情報を得るためにウエハを計測する計測ステーションと、２つのウエハステージを備えた露光装置が普及しつつある。このような露光装置は、例えば、ツインステージ露光装置と呼ばれる。ツインステージ露光装置は、１枚のウエハを露光すると同時に、もう１枚のウエハを計測することができるため、高スループットを達成することができる。
【０００９】
ツインステージ露光装置では、計測ステーションで１枚目のウエハの計測が行われ、次にそのウエハを保持しているウエハステージが計測ステーションから露光ステーションへ移動し、その計測に基づいてウエハのアライメントが行われながら露光が行われる。そして、１枚目のウエハが露光されている間に、２枚目のウエハがもう１つのウエハステージ上に配置され、計測ステーションにおいて計測が行われる。１枚目のウエハの露光が終了し、且つ２枚目のウエハの計測が終了した後に、１枚目のウエハを保持したウエハステージが露光ステーションから計測ステーションへ移動する。それと同時に、２枚目のウエハを保持したウエハステージが計測ステーションから露光ステーションへ移動する。２つのウエハステージが露光ステーションと計測ステーションとので入れ替えられる動作は、スワップ動作と呼ばれうる。
【特許文献１】特開２００７−２５０９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、ウエハステージを駆動する際のウエハステージの位置制御には、一般的に光学式の計測器が用いられる。光学式の計測器は、ウエハステージの計測面を連続して計測する必要がある。しかしながら、ツインステージ露光装置の場合には、計測ステーションと露光ステーションとでは、別の計測器が使用される。連続性を保つため、一方のステーション（例えば計測ステーション）で計測されたウエハステージの位置情報は、他方のステーション（例えば露光ステーション）へ移動した時に該他方のステーションにおいてウエハステージを位置制御するためのシステムに渡される。
【００１１】
しかし、一方のステーションから他方のステーションにウエハステージを位置誤差なく移動させることは難しく、スワップ動作時に所謂スワップ誤差が発生する。よって、露光ステーションで行なわれるＴＴＬ計測では、スワップ誤差が存在する場合でも、高い計測精度が要求される。ところが、デバイスの微細化に伴って計測精度要求が厳しくなるので、ＴＴＬ計測のための計測パターンもデバイスの微細化に伴って微細化される。計測パターンの微細化は、計測可能範囲の縮小を伴うため、スワップ誤差があると計測不能や誤計測の原因となってしまう。
【００１２】
このような問題の対策として、ＴＴＬ計測とは別の計測システムを設ける方法もあるが、新たな計測システムを追加することは、装置の複雑化、巨大化、高コスト化を招く。また、ＴＴＬ計測の計測結果と別な計測系の計測結果の差を補正するための制御機構、調整、較正などが必要となってしまい、露光装置の製造やメンテナンスに費やす時間とコストも大きくなってしまう。
【００１３】
また、光学式の計測器の連続性が途切れる状況は、上記に限るものではなく、例えば露光装置や計測器の初期化時やメンテナンス時、起動時などにも起きる。これらの状況においても前述したような理由によりＴＴＬ計測の不具合の原因となる。
【００１４】
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、露光装置の構成を複雑化することなく、基板ステージの位置計測精度を維持しつつ計測可能範囲を広げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の１つの側面は、原版のパターンを投影光学系によって基板に投影して該基板を露光する露光装置に係り、前記露光装置は、原版を保持する原版ステージと、基板を保持する基板ステージと、前記原版ステージと前記基板ステージとの相対位置を計測する計測工程を制御する制御部とを備える。前記原版ステージには、原版側ラフ計測マークと原版側ファイン計測マークとを含む原版側計測マークが配置される。前記基板ステージには、基板側ラフ計測マークと基板側ファイン計測マークとを含む基板側計測マークが配置される。前記制御部は、前記原版側ラフ計測マークおよび前記基板側ラフ計測マークを使用して前記原版ステージと前記基板ステージとの相対位置がラフ計測され、前記ラフ計測の結果に基づいて前記原版ステージと前記基板ステージとの相対位置が補正され、次いで、前記原版側ファイン計測マークおよび前記基板側ファイン計測マークを使用して前記原版ステージと前記基板ステージとの相対位置がファイン計測されるように、前記計測工程を制御する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、例えば、露光装置の構成を複雑化することなく、基板ステージの位置計測精度を維持しつつ計測可能範囲を広げることができる。
【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。なお、明細書および添付図面において同一の要素には同一の符号が与えられている。また、明細書および図面において、投影光学系の光軸に平行な方向がＺ方向、Ｚ軸方向に垂直な面内における互いに直交する２つの方向がそれぞれＸ方向、Ｙ方向として説明される。Ｚ方向は、フォーカス方向とも呼ばれる。
【００１８】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態としての露光装置の概略構成を示す図である。露光装置は、制御部ＣＮＴを備えている。制御部ＣＮＴは、例えば、レチクルステージ（原版ステージ）ＲＳとウエハステージ（基板ステージ）ＷＳとの相対位置を計測する計測工程を制御する。制御部ＣＮＴは、その他、種々の制御を行うように構成されうる。
【００１９】
光源ＬＳ１から出射された光は、照明光学系ＩＬに入射し、Ｘ方向に長い帯状または円弧状の露光領域をレチクルＲＴ上に形成する。レチクル（原版）ＲＴとウエハ（基板）ＷＦは、投影光学系ＰＯを介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系ＰＯの物体面、像面）に配置される。レチクルＲＴは、レチクルステージＲＳによって保持され、ウエハＷは、ウエハステージＷＳによって保持される。投影光学系ＰＯの光軸に対してレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳの双方を投影光学系ＰＯの光学倍率に応じた速度比で移動させることによって、レチクルＲＴのパターンがウエハＷＦに投影される。ウエハＷへのパターンの投影によってウエハＷが露光され、ウエハＷに塗布されている感光剤が感光する。
【００２０】
レチクルＲＴを保持したレチクルステージＲＴは、レーザ干渉計（位置計測器）と駆動機構とを含む位置制御機構によってＹ方向に駆動される。レチクルＲＴの近傍には、原版側指標板ＲＦＰがレチクルステージＲＳの所定の範囲に配置されている。原版側指標板ＲＦＰのパターン面は、レチクルＲＴの反射面と同一面内に位置する。
【００２１】
原版側指標板ＲＦＰの反射面には、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ等の金属面で形成された原版側計測マークが配置されている。具体的には、図２（ａ）に例示するように、原版側指標板ＲＦＰには、原版側計測マークとして、露光領域内の複数像高における計測が可能なように、複数の原版側ファイン計測マークＲｍｆと複数の原版側ラフ計測マークＲｍｒとが形成されている。
【００２２】
原版側ファイン計測マークＲｍｆは、図２（ｂ）に例示されており、例えば、原版側に換算した露光解像線幅の近傍の幅を有する矩形開口をスペースとするラインアンドスペースパターンである。原版側ラフ計測マークＲｍｒは、図２（ｃ）に例示されており、例えば、原版側に換算した露光解像線幅よりも広い幅を有する矩形開口をスペースとするラインアンドスペースパターンである。ここでは、便宜的に、Ｘ方向と直交する方向のラインを有するマークをＲｍｆｘおよびＲｍｒｘ、Ｙ方向と直交するラインを有するマークをＲｍｆｙ、Ｒｍｒｙとする。ただし、ＲｍｆおよびＲｍｒは、このようなマークに限定されるものではなく、例えば、Ｘ方向に対して所定の角度を持ったラインアンドスペースパターンであってもよい。
【００２３】
図１の例では、スキャン方向であるＹ方向に、レチクルＲＴを挟んで、２個の原版側指標板ＲＦＰが配置されている。しかしながら、原版側指標板ＲＦＰは、１個でもよいし、３個以上でもよい。
【００２４】
露光装置は、原版側指標板ＲＦＰとレチクルＲＴとの相対位置を計測する計測器として、レチクルアライメントセンサーＲＡＳとレチクルフォーカスセンサーＲＦＳとを備えている。レチクルアライメントセンサーＲＡＳは、例えば、２次元撮像素子と光学素子とを含んで構成されうる。レチクルアライメントセンサーＲＡＳ又はレチクルステージＲＳを移動させることにより、レチクルアライメントセンサーＲＦＰとレチクルＲＴとのＸ、Ｙ方向の相対位置を計測することができる。図１では、レチクルアライメントセンサーＲＡＳの個数が１個であるが、２個以上のレチクルアライメントセンサーＲＡＳが設けられてもよい。例えば、Ｘ方向に間隔を持たせて２個のレチクルアライメントセンサーＲＡＳを配置することにより、Ｘ方向の倍率やＺ軸周りの回転などを計測することができる。また、Ｙ方向に間隔を持たせて２個のレチクルアライメントセンサーＲＡＳを配置することにより、Ｙ方向の倍率及びＺ軸周りの回転を計測することができる。
【００２５】
また、レチクルフォーカスセンサーＲＦＳとしては、例えば、斜入射方式のセンサーが使用されうる。レチクルフォーカスセンサーＲＦＳ又はレチクルステージＲＳを移動させることにより、原版側指標板ＲＦＰとレチクルステージＲＴとのＺ方向の相対位置を計測することができる。図１では、レチクルフォーカスセンサーＲＦＳの個数が１個であるが、２個以上のレチクルフォーカスセンサーＲＦＳが設けられてもよい。例えば、Ｘ方向に複数個のレチクルフォーカスセンサーＲＦＳを並べて配置し、レチクルステージＲＳをＹ方向へ移動させることで、原版側指標板ＲＦＰとレチクルステージＲＴとのＺ方向の相対位置をＸＹ平面上の凹凸として計測することができる。
【００２６】
一方、ウエハＷＦの近傍には、基板側パターンとして、基板側指標板ＷＦＰがウエハステージＷＳの所定の範囲に配置されている。基板側指標板ＷＦＰの表面は、ウエハＷＦの上面と同一平面内に位置する。
【００２７】
基板側指標板ＷＦＰの表面には、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ等の金属面で形成された基板側位置計測マークが配置されている。基板側位置計測マークは、複数の基板側ファイン計測マークＷｍｆと複数の基板側ラフ計測マークＷｍｒとを含む。
【００２８】
基板側ファイン計測マークＷｍｆは、図２（ｂ）に例示されており、例えば、露光解像線幅の近傍の幅を有する矩形開口をスペースとするラインアンドスペースパターンである。基板側ラフ計測マークＷｍｒは、図２（ｃ）に例示されており、例えば、露光解像線幅よりも太い幅を有する矩形開口をスペースとするラインアンドスペースパターンである。ここでは、便宜的に、Ｘ方向と直交するラインを有するマークをＷｍｆｘおよびＷｍｒｘ、Ｙ方向と直交するラインを有するマークをＷｍｆｙおよびＷｍｒｙとする。ただし、ＷｍｆおよびＷｍｒは、このようなマークに限定されるものではなく、例えば、Ｘ方向に対して所定の角度を持ったラインアンドスペースパターンであってもよい。
【００２９】
ウエハステージＷＳにおいて、ＷｍｆおよびＷｍｒの下方には、それらを透過した光量を検出するための光センサーＩＳが配置されている。ＷＦＰ、ＩＳからなる組は、図１では、ウエハステージＷＳに１つのみ示してあるが、これに限るものではなく、２組以上設けられてもよい。
【００３０】
また、ウエハステージＷＳは、投影光学系ＰＯの光軸方向（Ｚ方向）及び光軸方向と直交する平面（ＸＹ平面）内の２方向、光軸周りの回転（θ方向）、像面に対する傾き（チルト）の６軸について制御される。
【００３１】
ウエハステージＷＳには、レーザ干渉計（位置計測器）からのビームを反射する移動鏡が固定されており、該レーザ干渉計によってウエハステージＷＳの位置が計測される。
【００３２】
図１に示す本発明の好適な実施形態としての露光装置は、ツインステージ露光装置として構成されていて、２つのウエハステージＷＳを有する。一方のウエハステージＷＳが露光を行なうための露光ステーションＥＳＴに位置しているとき、他方のウエハステージＷＳはアライメント用の計測を行なうための計測ステーションＭＳＴに位置している。ここで、計測ステーションＭＳＴで実施されるアライメント用の計測は、ウエハＷＦのショット領域とレチクルＲＴとを位置合せするために使用される情報を得るための計測を含む。
【００３３】
計測ステーションＭＳＴには、フォーカスセンサーＦＳとアライメントセンサーＡＳが配置されている。露光ステーションＥＳＴに位置するウエハステージＥＳは、露光ステーションＥＳＴ用のレーザ干渉計によって位置が計測される。計測ステーションＭＳＴに位置するウエハステージＷＳは、計測ステーションＭＳＴ用のレーザ干渉計によって位置が計測される。
【００３４】
一方のウエハステージＷＳによって保持されたウエハの露光と他方のウエハステージＷＳによって保持されたウエハの計測が終了すると、２つのウエハステージＷＳが入れ替え、即ちスワップ動作が行なわれる。このスワップ動作において、各レーザ干渉計によるウエハステージＷＳの計測が途切れる。即ち、１つのウエハステージＷＳに注目すると、当該ウエハステージＷＳの位置を計測するためのレーザ干渉計が切り替えられる。レーザ干渉計を切り替える際に、１つのレーザ干渉計による計測結果が他のレーザ干渉計に渡され、この際にスワップ誤差すなわち位置誤差が発生する。
【００３５】
なお、この実施形態の露光装置は、ツインステージ構成を有するが、ウエハステージの個数およびステーションの個数は３個以上でもよい。その場合、ウエハステージの個数とステーションの個数は同じであってもよいし同じでなくてもよい。
【００３６】
この実施の形態では、原版側指標板ＲＦＰと基板側指標板ＷＦＰを用いたＴＴＬ計測は、ラフ計測工程とそれに続くファイン計測工程とを含み、制御部ＣＮＴによって制御される。ここでは、説明の便宜上、まず、ファイン計測工程について説明する。
【００３７】
ファイン計測工程では、原版側計測マークとしては、原版側指標板ＲＦＰに形成された原版側ファイン計測マークＲｍｆと原版側ラフ計測マークＲｍｒのうち原版側ファイン計測マークＲｍｆが使用される。また、ファイン計測工程では、基板側計測マークとしては、基板側指標板ＷＦＰに形成された基板側ファイン計測マークＷｍｆと基板側ラフ計測マークＷｍｒのうち基板側ファイン計測マークＷｍｆが使用される。具体的には、照明光学系ＩＬによって原版側ファイン計測マークＲｍｆを照明し、原版側ファイン計測マークＲｍｆからの透過光を投影光学系ＰＯを介して基板側指標板ＷＦＰの基板側ファイン計測マークＷｍｆに入射させる。そして、基板側ファイン計測マークＷｍｆからの透過光の量を光センサーＩＳによって検出する。
【００３８】
図３は、ファイン計測マークを使用して得られるＺＸ平面における像強度分布を例示する図である。図３は、収差の無い理想的な投影光学系ＰＯを用いた場合における強度分布を計算によって求めたものである。実測においては、このような強度分布は、基板側ファイン計測マークＷｍｆを移動させながら光センサーＩＳの出力をモニタすることによって得られる。なお、図３において、横軸は、Ｘ方向またはＹ方向における位置、縦軸は、Ｚ方向における位置を示す。
【００３９】
以下、フォーカス計測（Ｚ方向位置の計測）の例を説明する。まず、露光領域内の所定の像高にＲｍｆが配置されるようにレチクルステージＲＳが駆動される。次に、ＷｍｆがＲｍｆの結像位置の近傍に配置されるようにウエハステージＷＳが駆動される。次に、ウエハステージＷＳを投影光学系ＰＯの光軸方向に駆動しながらＷｍｆを透過する光の量が光センサーＩＳによって検出される。
【００４０】
例えば、図３中のｆ１のようにＺ方向（フォーカス方向）におけるウエハステージＷＳの位置を変更しながら計測（光センサーＩＳの出力のモニタ）を行なうと、図４のｆ１のような計測波形（図３のｆ１における断面図）を得ることができる。この場合、光量が最大になる位置を探すことで、その像高における投影光学系ＰＯの最良結像位置が求められる。ｆ１は、ＸおよびＹ方向の位置を最適位置としてフォーカス計測を実施する場合を示している。ＸおよびＹ方向の位置が最適位置ではない場合には、例えば、図４におけるｆ２のように、計測波形が影響を受ける。図４におけるｆ２のような計測波形は、コントラストが低いため、計測精度の低下や誤計測の原因となる。
【００４１】
次に、光軸に直交する方向（典型的には水平方向）、すなわちＸ，Ｙ方向の位置計測の例を説明する。フォーカス計測と同様に、露光領域内の所定の像高にＲｍｆが配置されるようにレチクルステージＲＳが駆動される。次に、ＷｍｆがＲｍｆの結像位置の近傍に配置されるようにウエハステージＷＳが駆動される。ウエハステージＷＳを投影光学系ＰＯの光軸と垂直な方向に駆動しながらＷｍｆを透過する光の量が光センサーＩＳによって検出される。
【００４２】
例えば、図３中のｐ１のようにＸまたはＹ方向におけるウエハステージＷＳの位置を変更しながら計測（光センサーＩＳの出力のモニタ）を行なうと、図５のｐ１のような計測波形を得ることができる。この場合、光量が最大になる位置を探すことで、その像高における投影光学系ＰＯの最良結像位置が求められる。ｐ１は、Ｚ方向（フォーカス方向）の位置を最適位置として光軸に直交する方向の位置計測を実施する場合を示している。Ｚ方向の位置が最適位置ではない場合には、図４におけるｐ２のように、計測波形が影響を受ける。図４におけるｐ２のような計測波形は、コントラストが低いため、計測精度の低下や誤計測の原因となる。
【００４３】
光軸に直交する方向の位置計測においては、Ｘ方向にウエハステージＷＳを駆動する場合には、Ｗｍｆｘを使ってＸ方向の位置（レチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとの相対位置）が計測される。また、Ｙ方向にウエハステージＷＳを駆動する場合には、Ｗｍｆｙを使ってＹ方向の位置（レチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとの相対位置）が求められる。少なくとも２方向について計測を行なうことによって、投影光学系ＰＯの光軸と垂直な平面内における位置合せ（レチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとの位置合せ）を行なうことが可能である。なお、基板側パターンのラインの方向とウエハステージＷＳの駆動の方向は上記に限るものではない。例えば、ラインパターンを使用する場合には、任意の２つ以上の基板側パターン（ラインパターン）を使用するともに、ウエハステージＷＳを任意の２方向以上の方向に駆動することによって計測値を得ればよい。そして、計測値に基づいて投影光学系ＰＯの光軸と垂直な平面内の位置合せを行なうことが可能である。
【００４４】
前述したように、露光解像線幅の近傍の幅を有するパターンであるＲｍｆとＷｍｆを用いてファイン計測工程を実施する場合、像強度分布の中心付近をスキャン計測することが望ましい。つまり、フォーカス計測を行なう場合は、光軸に直交する方向における位置が最適位置またはその近傍になるようにしてフォーカス方向にウエハステージＷＳを駆動することが望ましい。また、光軸に直交する方向における位置計測を行なう場合は、フォーカス方向における位置が最適位置またはその近傍になるようにして光軸に直交する方向にウエハステージＷＳを駆動することが望ましい。
【００４５】
しかしながら、例えば、ツインステージ露光装置では、ウエハステージＷＳがスワップ動作を行なうことによってスワップ誤差が発生する。このスワップ誤差は、ＴＴＬ計測に悪影響を与える。つまり、スワップ誤差が存在すると、フォーカス計測を行なう際に、ウエハステージＷＳを光軸に直交する方向における最適位置またはその近傍に配置することができない。同様に、光軸に直交する方向における位置計測を行なう際に、ウエハステージＷＳを最適フォーカス位置またはその近傍に配置することができない。そのため、ＴＴＬ計測精度の低下や誤計測を招く。
【００４６】
この実施形態では、スワップ誤差が発生による上記のような問題点を解決するために、上記のファイン計測工程に先立ってラフ計測工程が実施される。ラフ計測工程では、原版側計測マークとしては、原版側指標板ＲＦＰに形成された原版側ファイン計測マークＲｍｆと原版側ラフ計測マークＲｍｒのうち原版側ラフ計測マークＲｍｒが使用される。また、ラフ計測工程では、基板側計測マークとしては、基板側指標板ＷＦＰに形成された基板側ファイン計測マークＷｍｆと基板側ラフ計測マークＷｍｒのうち基板側ラフ計測マークＷｍｒが使用される。
【００４７】
Ｒｍｒは、原版側に換算した露光解像線幅よりも太いパターンで構成されている。Ｗｍｒは、露光解像線幅よりも太いパターンで構成されている。図６は、ラフ計測工程において得られる像強度分布を例示している。ラフ計測工程において得られる像強度分布は、ファイン計測工程において得られる像強度分布に比べて、フォーカス方向及び光軸に直交する方向の両方に広がりをもっている。そのため、フォーカス計測時の光軸方向に直交する方向における位置ずれ、及び光軸方向に直交する方向における位置計測時のフォーカス位置ずれによる計測精度の劣化や誤計測を少なくすることができる。
【００４８】
例えば、ラフ計測工程でフォーカス計測を行なう場合、光軸に直交する方向における位置が最適位置であれば（図６のｆ１）、得られる波形は、図７においてｆ１として例示される波形となる。これに対して、光軸に直交する方向における位置が最適位置ではない場合には、得られる波形は、図７においてｆ２として例示される波形となる。図７においてｆ１とｆ２を比較すると、ｆ２は波形のコントラストは落ちているものの、波形形状は崩れておらず、十分な計測精度を得ることができることが分かる。
【００４９】
一方、ラフ計測工程で光軸に直交する方向における位置計測を行なう場合、フォーカス方向の位置が最適位置であれば、得られる波形は、図８においてｐ１として例示する波形となる。これに対して、フォーカス方向における位置が最適位置ではない場合には、得られる波形は、図８においてｐ２として例示する波形となる。図８のｐ１とｐ２を比較すると、ｐ２は波形のコントラストは落ちているものの、波形形状は崩れておらず、十分な計測精度を得ることができることが分かる。
【００５０】
そこで、この実施形態の露光装置は、Ｒｍｒ、Ｗｍｒを用いてラフ計測工程を実施し、その計測結果に基づいてスワップ誤差を補正し、その後にＲｍｆ、Ｗｍｆを用いてファイン計測工程を実施する。これにより、スワップ誤差が発生した場合においても、レチクルステージとウエハステージとを正確に位置合わせすることができる。図９は、この実施形態の露光装置において、制御部ＣＮＴによって制御される計測工程の２種類の手順（シーケンスＡ、Ｂ）を例示する図である。ここで、"ポジション"は、光軸に直交する方向における計測または補正を意味し、"フォーカス"は、フォーカス方向における計測または補正を意味する。
【００５１】
以上の計測工程は、計測ステーションから移動してきたウエハステージに対して露光ステーションＥＳＴにおいて実施されることに特に適しているが、計測ステーションにおいて実施されてもよい。
【００５２】
ウエハステージの位置決めを行なうためには、光軸に直交する方向とフォーカス方向の双方について計測を行なう必要がある。しかしながら、計測時間の短縮を考慮した場合、ラフ計測の場合は、ファイン計測の光軸に直交する方向またはフォーカス方向のどちらかの検出可能範囲内にウエハステージの位置が補正されてば十分である。例えば、図１０に示すシーケンスＣのように、ラフ計測工程では光軸に直交する方向についてのみ実施し、その結果に基づいて光軸に直交する方向のウエハステージの位置を補正し、その後にファイン計測工程へ移行することができる。ファイン計測工程では、光軸に直交する方向の位置補正が既に行なわれているため、フォーカス計測を実施することができる。ファイン計測工程におけるフォーカス計測の結果に基づいて、ウエハステージのフォーカス方向の位置を補正し、光軸に直交する方向のファイン位置計測を実施することができる。
【００５３】
或いは、図１０に示すシーケンスＤのように、ラフ計測工程ではフォーカス計測のみ実施し、その結果に基づいてフォーカス方向のウエハステージの位置を補正し、その後にファイン計測工程に移行することができる。ファイン計測工程では、まず、光軸に直交する方における位置計測と、その結果に基づく位置補正がなされ、次いで、フォーカス計測と、その結果に基づいて位置補正がなされる。
【００５４】
このように、ラフ計測工程は、必ずしも光軸方向に直交する方向における位置計測とフォーカス計測の両方を行なう必要がなく、どちらかの計測のみで、ファイン計測工程へ移行することができる。これによって、計測時間を短縮することができる。
【００５５】
次に、ラフ計測工程で使用するパターンの線幅であるが、想定されるスワップ誤差を検出可能な大きさを有する空中像を形成するパターンとする必要がある。一方、大きすぎる空中像は、ＴＴＬ計測の信号を緩やかで鈍感な波形としてしまうため、ＴＴＬ計測精度の悪化を招いてしまう。よって、ラフ計測工程で使用するパターンの線幅は、想定される位置ずれ誤差に対して十分な検出可能範囲を有し、且つファイン計測工程における検出可能範囲内に対して十分な位置補正が可能となる計測精度を得ることができる線幅を決定する必要がある。
【００５６】
線幅選択の１つの決定として、光学シミュレーターなどを用いてＴＴＬ計測の空中像を計算する方法を挙げることができる。空中像の計算では、パターン形状、波長、投影光学系ＰＯの仕様・収差等の情報、センサーＩＬの仕様・照明形状等の情報が考慮されうる。また、光センサーＩＳで得られる信号は、光センサーＩＳ及びそれに付随する電気的要素による誤差や、ウエハステージＷＳの制御関連の誤差、露光装置内の環境等の影響を受けているため、それらの誤差を考慮して線幅を決定するべきである。
【００５７】
複数種類の計測用マーク（パターン）を用いてＴＴＬ計測を行なう場合には、光センサーＩＳに入射する光の量の最大値が略同じであることが望ましい。光センサーＩＳに入射する光の量の最大値に大きな差異がある場合には、光センサーＩＳの光量検出範囲を越えてしまい適切な計測ができない。また、光センサーＩＳの光量検出範囲を越えない程度であっても、光量の大きさ差は、誤差量の大きさに影響を与えうる。
【００５８】
光センサーＩＳに入射する光の量を調整する方法としては、例えば、光源ＬＳ１から出射される光量の調整や照明光学系ＩＬに光量調整機構を設けて調整する方法がある。これは、Ｒｍｆ及びＲｍｒに照射される光の量の調整を行ない、光センサーＩＳへ入射する光の量を調整する方法である。複数種類ある計測用パターンの夫々について、光センサーＩＳへの入射光量に基づいて調整を行なうことによって、任意の計測用パターンを用いた場合であっても最適な光量状態で計測を行なうことが可能である。
【００５９】
また、別の方法として、ＲｍｒとＲｍｆの線幅と長さ、線本数の関係を、ＷｍｒとＷｍｆをそれぞれ透過した光量が等しくなるように選択する方法もある。これにより、別の光量調整機構を用いることなく、光センサーＩＳに最適な光量を入射させることが可能となる。
【００６０】
また、更に別の方法として、レチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとの相対位置をずらして、非計測方向（Ｘ方向計測の場合はＹ方向、Ｙ方向計測の場合はＸ方向）に意図的に原版側計測マークと基板側計測マークとの相対位置をずらす方法もある。非計測方向は、計測方向の計測精度に影響を与えないため、あえて位置をずらすことで光量を調整することが可能である。この方法は、計測用パターンの設計の際に自由度を増やす事ができる。また、光源ＬＳ１や照明光学系ＩＬなどに設けられた光量調整機構を用いることなく、光センサーＩＳに最適な光量を入射させることが可能である。また、レチクルステージＲＳまたはウエハステージＷＳの駆動だけで光量を調整することができるため、迅速に且つ微量を調整する事が可能であり、さらに計測時間の増加も抑えられる。
【００６１】
また、上記の計測により得られるＲＦＰとＷＦＰとの相対位置関係に基づいて、レチクルＲＴとウエハＷＦとの相対位置関係が得られる。ＲＦＰとＲＴとの関係は、レチクルアライメントセンサーＲＡＳ及びレチクルフォーカスセンサーＲＦＳによって、ＷＦＰとＷＦの関係は、アライメントセンサーＡＳとフォーカスセンサーＦＳによって求めることができるからである。
【００６２】
ＷＦＰをアライメントセンサーＡＳで計測する際に、そのための専用のパターンを用いることが一般的であるが、これに限るものではない。例えば、ＷｍｆやＷｍｒを計測してもよい。この場合、アライメントセンサーＡＳによる計測のための専用パターンと、Ｗｍｆ及びＷｍｒとの相対位置関係の誤差を除去できるため、より高い精度でレチクルＲＴとウエハＷＦとの相対位置関係を求めることができる。しかしながら、Ｗｍｆは、露光解像線幅の近傍の微細パターンであるため、アライメントセンサーＡＳの解像限界を超えていることが通常であり、高い精度で計測をすることができない可能性がある。一方、ＷｍｒはＷｍｆより太い線幅であるため、アライメントセンサーＡＳの解像限界内の線幅となるように設計する事で、Ｗｍｒを用いて高い精度で計測することができる。
【００６３】
この実施形態では、レチクルアライメントセンサーＲＡＳとレチクルフォーカスセンサーＲＦＳを別の計測系として説明を行ったが、これに限るものではなく、同一の計測系を用いてＲＦＰとＲＴの相対位置関係を求めてもよい。同様に、この実施形態では、アライメントセンサーＡＳとフォーカスセンサーＦＳを別の計測系として説明を行ったが、これに限るものではなく、同一の計測系を用いてＷＦＰとＷＦの相対位置関係を求めても良い。
【００６４】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を説明する。図１１は、本発明の第２実施形態としての露光装置の概略構成を示す図である。原版側ファイン計測マークＲｍｆがレチクルステージＲＴに配置される。原版側ラフ計測マークＲｍｒは、ツインステージ露光装置においてウエハステージＷＳがスワップ動作した際に生じる位置誤差を補正する目的をもつパターンである。よって、Ｒｍｆは、露光装置の重要な要素である。そこで、ＲｍｆをレチクルステージＲＳに設けられている原版側指標板ＲＦＰに形成することで、高い精度でＲＦＰとＷＦＰとの位置合せを行なうことができる。しかしながら、最終的に位置合せをすべきものはレチクルＲＴとウエハＷＦである。ＲＦＰとレチクルＲＴとの相対位置関係をレチクルアライメントセンサーＲＡＳやレチクルフォーカスセンサーＲＦＳを用いて計測して補正する方法もあるが、定性的に構成要素が多くなるほど誤差が増大する。よって、この実施形態では、ＲｍｆをレチクルＲＴに配置し、構成要素を削減することで誤差を低減する。これにより、ＲＦＰとレチクルＲＴとの相対位置関係を計測した際に発生する誤差を除去できる。また、複数のＲｍｆをレチクルＲＴに配置することで、様々な計測を行なうことが可能となる。例えば、Ｘ方向に所定の距離をおいて複数のＲｍｆを配置し、ＴＴＬ計測を行なうことによって、Ｘ方向の倍率、歪曲、像面、傾き、回転などの成分を計測することが可能である。同様に、Ｙ方向に所定の距離を置いて複数のＲｍｆを配置し、ＴＴＬ計測を行なうことによって、Ｙ方向の倍率、歪曲、像面、傾き、回転などの成分を計測することが可能である。
【００６５】
レチクルＲＴがレチクルステージＲＳに載置されたときの状態により、ＲＦＰとレチクルＲＴとの相対位置関係が変化するためである。その相対位置関係の変化により、レチクルＲＴに形成されたＲｍｆを計測する際に、誤った位置で計測を行なってしまい、誤計測の原因となる可能性がある。そこで、ＲＦＰに形成されたＲｍｒとレチクルＲＴに形成されたＲｍｆとの相対位置関係を予め計測することが望ましい。
【００６６】
この相対位置関係を求める方法の一例としては、レチクルアライメントセンサーＲＡＳを用いて、レチクルＲＴの不図示の計測用マークとＲＦＰの不図示の計測用マークを計測し、ＸＹ方向の相対位置関係を求める方法がある。この場合、レチクルＲＴのマークとＲＦＰのマークは、ＸＹ方向の位置をＲｍｆの検出範囲内に追い込むことができる計測精度内で計測できるマークであれば何でもよい。例えば、レチクルＲＴのマークとＲＦＰのマークは同じマークであっても、別のマークであってもよく、ＲｍｆやＲｍｒを計測してもよい。また、Ｚ方向の相対位置に関しては、レチクルフォーカスセンサーＲＦＳを用いてレチクルＲＴのＲｍｆ、ＲＦＰのＲｍｒを計測して求めることができる。このとき、ＲｍｆやＲｍｒを直接計測してもよいが、ＲｍｆやＲｍｒの近傍を計測してもよい。また、レチクルＲＴの所定の位置やＲＦＰの所定の位置を計測し、Ｒｍｆ及びＲｍｒの位置に換算して計測を行なってもよい。
【００６７】
前記相対位置関係を求める別の方法として、始めにＲＦＰのＲｍｒを用いてＷＦＰ上のＲｍｒとの相対位置関係をＴＴＬ計測し、次に、レチクルＲＴのＲｍｆとＷＦＰのＲｍｆを用いてＴＴＬ計測を行なう方法がある。これにより、ＲＦＰのＲｍｒとレチクルＲＴのＲｍｆの相対位置関係を計測することができる。
【００６８】
前記相対位置関係を求める更に別の方法では、まず、ＲＦＰ上のＲｍｒを用いてＷＦＰ上のＷｍｒとの相対位置関係をＴＴＬ計測し、続いてＲＦＰのＲｍｆを用いてＷＦＰ上のＷｍｆとの相対位置関係をＴＴＬ計測する。次に、レチクルＲＴのＲｍｆとＷＦＰのＷｍｆを用いてＴＴＬ計測を行なう。これにより、ＲＦＰ上のＲｍｒとＲｍｆ及びＲＴ上のＲｍｆの相対位置関係を計測することができる。
【００６９】
前記相対位置関係は、レチクルＲＴがレチクルステージＲＳに載置された後であってデバイスパターンの露光を開始する前に行なうことが望ましい。
【００７０】
また、この実施形態では、レチクルＲＴとＷＦＰとの相対位置関係を求めているが、ＷＦＰとＷＦの関係は、アライメントセンサーＡＳとフォーカスセンサーＦＳによって求めることができるため、レチクルＲＴをウエハＷＦとの関係を求めることができる。
【００７１】
この実施形態では、レチクルアライメントセンサーＲＡＳとレチクルフォーカスセンサーＲＦＳを別の計測系として説明を行ったが、これに限るものではなく、同一の計測系を用いてＲＦＰとレチクルＲＴとの相対位置関係を求めてもよい。同様に、アライメントセンサーＡＳとフォーカスセンサーＦＳを別の計測系として説明を行ったが、これに限るものではなく、同一の計測系を用いてＷＦＰとウエハＷＦとの相対位置関係を求めてもよい。
【００７２】
この実施形態では、レチクルＲＴにＲｍｒを形成していないが、これに限るものではなく、レチクルＲＴにＲｍｒを形成してもよい。これによりウエハステージＷＳのスワップ動作後であっても、ＲＦＰを介することなく、レチクルＲＴとＷＦＰとを直接ＴＴＬ計測することが可能となる。
【００７３】
しかしながら、レチクルＲＴには、デバイスパターンや他の計測用パターンなどが構成されている。それらのパターン領域との干渉やそれに伴うパターン領域の減少などが発生する場合においては、Ｒｍｒは、ＲＦＰ上に構成することが望ましい。
【００７４】
［補足］
図２（ｂ）において、ＲｍｆとＷｍｆの双方が説明され、図２（ｃ）において、ＲｍｒとＷｍｒの双方が説明されているが、実際には、両者の間には投影光学系ＰＯの光学倍率分の倍率差がある。なお、ＲｍｒとＷｍｒとは、必ずしも相似形でなくてもよい。例えば、Ｗｍｒの線幅をより細い線幅としても、Ｒｍｒによって投影光学系ＰＯの像面近傍に得られる空中像を計測する観点からすれば、十分な効果が得られることは明らかである。この場合、Ｗｍｆを用いてラフ計測を行なっても良い。
【００７５】
第１、第２実施形態では、スキャナーとして構成された露光装置について例示的に説明したが、本発明の露光装置は、ステッパーにも適用することができる。
【００７６】
第１、第２実施形態では、スワップ誤差の補正に関して説明したが、本発明は、例えば、測定器による測定の連続性が途切れる状況において有用である。例えば、本発明は、露光装置や測定器の初期化時、メンテナンス時、起動時などにも有用である。また、本発明において、ウエハステージの個数に制限はなく、本発明は、ウエハステージが１つの場合にも有用である。
【００７７】
[デバイス製造方法]
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１２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。
【００７８】
図１３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。
【００７９】
ここで、製造対象のデバイスとしては、例えば、ＩＣ、ＬＳＩ、ＣＣＤ等の半導体デバイス、液晶表示デバイス、磁気ヘッドデバイス等を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１実施形態としての露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】原版側基準プレートＲＦＰにおけるマーク配列（ａ）、ファイン計測マーク（ｂ）、ラフ計測マークの構成の例示する図である。
【図３】ファイン計測マークを使用して得られるＺＸ平面における像強度分布を例示する図である。
【図４】ファイン計測マークを使用して得られる信号波形を例示する図である。
【図５】ファイン計測マークを使用して得られる信号波形を例示する図である。
【図６】ラフ計測マークを使用して得られるＺＸ平面における像強度分布を例示する図である。
【図７】ラフ計測マークを使用して得られる信号波形を例示する図である。
【図８】ラフ計測マークを使用して得られる信号波形を例示する図である。
【図９】計測工程を例示するフローチャートである。
【図１０】計測工程を例示するフローチャートである。
【図１１】本発明の第１実施形態としての露光装置の概略構成を示す図である。
【図１２】デバイス製造方法を例示する図である。
【図１３】デバイス製造方法を例示する図である。
【符号の説明】
【００８１】
ＲＴ：レチクル
ＷＦ：ウエハ
ＰＯ：投影光学系
ＩＬ：照明光学系
ＲＳ：レチクルステージ
ＷＳ：ウエハステージ
ＲＦＰ：原版側基準プレート
Ｒｍｆ：原版側ファイン計測マーク
Ｒｍｒ：原版側ラフ計測マーク
ＷＦＰ：基板側基準プレート
Ｗｍｆ：基板側ファイン計測マーク
Ｗｍｒ：基板側ラフ計測マーク
ＩＳ：光センサー
ＦＳ：フォーカスセンサー
ＡＳ：アライメントセンサー
ＲＦＳ：レチクルフォーカスセンサー
ＲＡＳ：レチクルアライメントセンサー
ＣＮＴ：制御部
【図１】
2009099873.tif 000003
【図２】
2009099873.tif 000004
【図４】
2009099873.tif 000005
【図５】
2009099873.tif 000006
【図７】
2009099873.tif 000007
【図８】
2009099873.tif 000008
【図９】
2009099873.tif 000009
【図１０】
2009099873.tif 000010
【図１１】
2009099873.tif 000011
【図１２】
2009099873.tif 000012
【図１３】
2009099873.tif 000013
【図３】
2009099873.tif 000014
【図６】
2009099873.tif 000015