(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系の結像面近傍に設けた物体面に該投影光学系の光軸に対して斜方向から投光光学系によりパターンを投影し、前記物体面上に形成した前記パターンの像を受光光学系により撮像手段上に形成し、前記像を前記撮像手段により撮像し、前記撮像手段からの信号を利用して処理回路により前記物体面の前記光軸方向の面位置情報を計測する面位置計測部と、
前記投光光学系からの参照光を前記物体面で反射させずに前記受光光学系へと導くことにより、前記物体面近傍の外的要因を計測する参照計測部、とを有し、
前記面位置計測部の計測値の前記外的要因に対する変化率に応じて前記参照計測部の計測条件を変化可能な構成とし、前記面位置計測部の計測値と前記参照計測部の計測値とを用いて前記面位置情報を求める面位置検出装置であって、
前記参照計測部は前記物体面上空に入射する前記参照光の光路を可変とする光路可変部材を有し、該光路可変部材は前記面位置計測部での計測値の外的要因に対する変化率と前記参照計測部での計測値の外的要因に対する変化率との差に応じて前記光路を調整していることを特徴とする面位置検出装置。
【請求項２】
投影光学系の結像面近傍に設けた物体面に該投影光学系の光軸に対して斜方向から投光光学系によりパターンを投影し、前記物体面上に形成した前記パターンの像を受光光学系により撮像手段上に形成し、前記像を前記撮像手段により撮像し、前記撮像手段からの信号を利用して処理回路により前記物体面の前記光軸方向の面位置情報を計測する面位置計測部と、
前記投光光学系からの参照光を前記物体面で反射させずに前記受光光学系へと導くことにより、前記物体面近傍の外的要因を計測する参照計測部、とを有し、
前記面位置計測部の計測値の前記外的要因に対する変化率に応じて前記参照計測部の計測条件を変化可能な構成とし、前記面位置計測部の計測値と前記参照計測部の計測値とを用いて前記面位置情報を求める面位置検出装置であって、
前記参照計測部の計測値の外的要因に対する変化率を補正する為の電気的な補正係数を設け、前記面位置計測部の計測値の外的要因に対する変化率と前記参照計測部の計測値の外的要因に対する変化率との差を電気的に補正しており、前記参照計測部は前記物体面上空に入射する前記参照光の光路を可変とする光路可変部材を有し、該光路可変部材は前記面位置計測部での計測値の外的要因に対する変化率と前記参照計測部での計測値の外的要因に対する変化率との差に応じて前記光路を調整していることを特徴とする面位置検出装置。
【請求項３】
前記参照計測部は、前記投光光学系からの前記参照光を前記投影光学系の最終面で反射させて前記受光光学系へと導くことにより、前記物体面近傍の外的要因を計測することを特徴とする請求項１又は２の面位置検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の面位置検出装置を用いて第１物体と第２物体との相対的な位置合わせを行った後に第１物体上のパターンを第２物体上に転写することを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項４の露光装置を用いてマスク面上のパターンをウエハー面上に転写し、次いで該ウエハーを現像処理工程を介してデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法に関し、特にレチクル（マスク）面上に形成されているＩＣ，ＬＳＩ等の微細な電子回路パターン，ＣＣＤ等の撮像デバイス、液晶パネル等の表示デバイス、そして磁気ヘッド等のデバイスに関するパターンを投影レンズ（投影光学系）によりウエハー面上に投影又は走査機構を利用し、該レチクルとウエハーとを同期して走査しながら投影し、露光するときに該ウエハー面の該投影レンズの光軸方向の面位置及び傾き等の面位置情報を検出し、該ウエハーを投影光学系の最良結像面に位置させることにより高集積度のデバイスを製造する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の半導体素子の製造技術の進展はめざましく、それに伴う微細加工技術の進展も著しい。特に光加工技術は、サブミクロンの解像力を有する縮小投影露光装置、通称ステッパーが主流であり、解像力向上の為に開口数（ＮＡ）の拡大や、露光波長の短波長化が計られている。
【０００３】
さらに露光領域を拡大する為に、レンズ系、或いはレンズ系とミラー系で構成された縮小走査型の投影露光装置（走査型露光装置）が考案されており、今後は投影露光装置の主流になるものと注目されている。
【０００４】
この走査型の縮小投影露光装置では、回路パターンを有するレチクルが載置されたステージと、パターン転写を行うウエハーが載置されたステージの双方を投影光学系の縮小倍率に応じた速度比で相対走査しながら露光を行っている。
【０００５】
これらの投影露光装置では解像力の向上に伴い、投影光学系の許容深度（焦点深度）が減少し、ウエハー面を投影光学系の合焦位置に設定する際の精度に対して厳しい精度が要求されている。
【０００６】
従来より半導体素子製造用の縮小投影型の露光装置では、第１物体としてのレチクルの回路パターンを投影レンズ系により第２物体としてのウエハー上に投影露光するのに先立って、面位置検出装置（オートフォーカス装置、ＡＦ装置）を用いてウエハー面の光軸方向の位置を検出して、該ウエハー面を投影レンズの最良結像面に位置するようにしている。
【０００７】
投影露光装置に用いられるウエハー面の面位置検出機構の１つとしてウエハー面に対して光束を斜めに入射させて構成されるオフアクシス（Off Axis） の検出機構がある。
【０００８】
この検出機構では被検査面であるウエハー面上に複数の光束を照射し、ウエハー面から反射された複数の光束をそれぞれ光電変換素子にて受光し、光電変換素子上での光束の入射位置情報から、ウエハー面のＺ方向の位置情報（フォーカス）を検出したり、さらに複数の計測点のフォーカス情報から、ウエハー面の傾き情報（チルト）を検出するといった総合的なウエハー面の面位置情報を計測している。
【０００９】
被走査面上の複数点に光を照射する方法の面位置検出装置を、本出願人は先に特開平３−２４６４１１号公報や、特開平４−３５４３２０号公報等で提案している。
【００１０】
特開平３−２４６４１１号公報では、複数の光束を被走査面に斜め方向から照射する場合の、計測用投影像が被検査面上の、どの計測点においても同形状となる方法等について開示している。また特開平４−３５４３２０号公報では、複数の光束を被検査面に斜め方向から照射する場合の、照射角度や平面上における照射方向等について開示している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
通常の投影露光装置は、レチクルやウエハー面上にゴミや塵等が付着するとデバイスが不良となるので、クリーンチャンバーに納められている。クリーンチャンバーは、投影露光装置に付属された光源や電気基板等の発熱源からの発熱による影響を防ぐために、内部の温度を一定に保つ空調機構を設けている。この空調機構は、一定の温度の空気を層流や乱流にして投影露光装置の上部から下部に向かって流したり、ウエハーを載置するステージの近傍を水平方向に流したりすることでチャンバー内を循環させており、これにより投影露光装置の機械的変形を押さえ、投影露光の光学性能を良好に維持している。
【００１２】
ウエハーの面位置情報を検出する面位置検出機構付近は、多くの場合、投影光学系の下部にあり、ここも空調機構により層流又は乱流が形成されている。
【００１３】
一般に、チャンバー内部の循環空気の温度を完全に一定にさせることは難しく、微妙な温度差を有する空気の固まりが屈折率差を有する層状又は塊状になって、流れている。この空気の流れにより、空気の屈折率が空間的に乱れを起こす。そのために、ウエハー面の面位置検出用光束は屈折率の異なる層あるいは塊によって光路に変動を起こし、検出器上への光束の入射位置が異なってしまうという現象が生じる。そのために、ウエハー表面位置の検出精度が劣化してしまうという問題点があった。
【００１４】
これらの、問題点を改善するにあたって、本出願人は、特開平９−１６７７３７号公報にて投影露光装置の投影光軸方向のウエハー表面の位置を検出する位置検出部とウエハー表面近傍の空気揺らぎを検出する揺らぎ検出部とを利用してウエハー表面の位置検出を行う方法を開示している。
【００１５】
本発明は本出願人が先に提案した面位置検出装置を更に改良し、上記空気揺らぎや機械の振動等の外乱要因をトータル的に補正し、システムの高精度化を簡便且つ効率よい構成で実現した面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の面位置検出装置は、投影光学系の結像面近傍に設けた物体面に該投影光学系の光軸に対して斜方向から投光光学系によりパターンを投影し、前記物体面上に形成した前記パターンの像を受光光学系により撮像手段上に形成し、前記像を前記撮像手段により撮像し、前記撮像手段からの信号を利用して処理回路により前記物体面の前記光軸方向の面位置情報を計測する面位置計測部と、
前記投光光学系からの参照光を前記物体面で反射させずに前記受光光学系へと導くことにより、前記物体面近傍の外的要因を計測する参照計測部、とを有し、
前記面位置計測部の計測値の前記外的要因に対する変化率に応じて前記参照計測部の計測条件を変化可能な構成とし、前記面位置計測部の計測値と前記参照計測部の計測値とを
用いて前記面位置情報を求める面位置検出装置であって、
前記参照計測部は前記物体面上空に入射する前記参照光の光路を可変とする光路可変部材を有し、該光路可変部材は前記面位置計測部での計測値の外的要因に対する変化率と前記参照計測部での計測値の外的要因に対する変化率との差に応じて前記光路を調整していることを特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明の面位置検出装置は、投影光学系の結像面近傍に設けた物体面に該投影光学系の光軸に対して斜方向から投光光学系によりパターンを投影し、前記物体面上に形成した前記パターンの像を受光光学系により撮像手段上に形成し、前記像を前記撮像手段により撮像し、前記撮像手段からの信号を利用して処理回路により前記物体面の前記光軸方向の面位置情報を計測する面位置計測部と、
前記投光光学系からの参照光を前記物体面で反射させずに前記受光光学系へと導くことにより、前記物体面近傍の外的要因を計測する参照計測部、とを有し、
前記面位置計測部の計測値の前記外的要因に対する変化率に応じて前記参照計測部の計測条件を変化可能な構成とし、前記面位置計測部の計測値と前記参照計測部の計測値とを用いて前記面位置情報を求める面位置検出装置であって、
前記参照計測部の計測値の外的要因に対する変化率を補正する為の電気的な補正係数を設け、前記面位置計測部の計測値の外的要因に対する変化率と前記参照計測部の計測値の外的要因に対する変化率との差を電気的に補正しており、前記参照計測部は前記物体面上空に入射する前記参照光の光路を可変とする光路可変部材を有し、該光路可変部材は前記面位置計測部での計測値の外的要因に対する変化率と前記参照計測部での計測値の外的要因に対する変化率との差に応じて前記光路を調整していることを特徴としている。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記参照計測部は、前記投光光学系からの前記参照光を前記投影光学系の最終面で反射させて前記受光光学系へと導くことにより、前記物体面近傍の外的要因を計測することを特徴としている。
【００１９】
請求項４の発明の露光装置は、請求項１〜３のいずれか１項記載の面位置検出装置を用いて第１物体と第２物体との相対的な位置合わせを行った後に第１物体上のパターンを第２物体上に転写することを特徴としている。
【００２０】
請求項５の発明のデバイスの製造方法は、請求項４の露光装置を用いてマスク面上のパターンをウエハー面上に転写し、次いで該ウエハーを現像処理工程を介してデバイスを製造することを特徴としている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の面位置検出装置の面位置検出の基本的な原理は、被検面であるウエハー表面に光束を斜め方向から照射し、被検面で反射した光束を位置検出素子で検出し、位置検出素子面上での光束の位置ズレ量から被検面のＺ方向（光軸方向）の位置情報（フォーカス情報）を検出する、所謂斜入射方法を利用したものである。
【００３０】
また被検査面内の任意の位置に複数の面計測用の光束を投影し、各々の計測点でのフォーカス情報から被検面のチルト量を算出するようにしている。
【００３１】
特に以下に述べる実施形態では、面位置計測用光束を被検査面に対して斜め方向から投光する投光光学系と、被検査面からの正反射光を受光する受光光学系を有する面位置検出装置において、面位置計測用の検出器上に形成される空気揺らぎ等の外乱要因を計測する参照計測部を有し、参照計測部の計測条件を変化させることで、外乱要因に対する計測光の変化率に近くなるようにしている。
【００３２】
具体的に
・空気揺らぎ等計測値に電気的な補正係数を掛けることで面計測光の空気揺らぎに対する変化率と参照光の同変化率の差を補正するようにしたこと。
【００３３】
・被検査面を静止させた状態にて、同時に複数回計測させ、その実績値から参照計測値に掛ける一定の係数値を決定する機能を有すること。
【００３４】
・参照光路の被計測面上空の光路可変部材を有し、空気揺らぎ等に対する計測値変化率と参照計測変化率の差に応じて前記被計測面上空の光路を選択するようにしたこと。
等を特徴としている。
【００３５】
図１は本発明における面位置検出装置をステップ＆リピート方式やステップ＆スキャン方式の縮小投影露光装置へ搭載した要部概略図である。図１において３は露光光であり、ＤＶＵのｉ線やＫｒＦ，ＡｒＦのエキシマレーザ等からの光束より成り、レクチル１を照明している。レチクル１にはデバイスパターンが形成されている。前記レチクル１はレチクルステージ５に載置される。
【００３６】
感光基板であるウエハー４はウエハーチャック６に吸着保持されている。ウエハーチャック６はウエハーステージ７に載置されており、レーザー干渉計９００と駆動制御手段１０００によってＸＹ方向に駆動制御されている。
【００３７】
さらに、ウエハーステージ７は、投影露光系（投影光学系）２の光軸方向（Ｚ方向）の位置、及び傾きが制御可能となっている。このレチクル１とウエハー４は投影露光系２を介して光学的に共役な位置に置かれており、不図示の照明光学系からの照明光束３が露光光束としてレチクル１上に照明している。このレチクル上の露光光束３は、投影露光系２の投影倍率に比した大きさの露光光束をウエハー４上に形成するものである。一括露光の縮小投影露光の場合には、□２２mm程度の矩形の露光領域をワンショット露光する。
【００３８】
走査型の縮小投影露光の場合には、露光光束はスリット状に形成され、スリット状の露光光束に対してレチクルステージ５とウエハーステージ７の双方を投影光学系２の光学倍率に応じた速度比で一方向に動かし、固定されたスリット状の露光光束に対して、レチクル１上のパターン転写領域とウエハー４上のパターン転写領域を走査することによって行われる。
【００３９】
本実施形態の投影露光装置は、ウエハー側の焦点深度が約１μｍ以下と微小であり、最適な解像力を得るために、露光されるウエハー表面の位置を投影光学系２の最適露光位置に設定している。ウエハーステージ７上に載置されたウエハー４のＺ方向の面位置状態（フォーカス，チルト）を検知すべく、斜入射方法を用いた面位置検出装置を設定している。
【００４０】
図２は投影露光装置として走査型露光装置を用いた場合のウエハー４上における露光領域と面位置計測点の関係の例を示したものである。走査露光の場合、リアルタイムのフォーカス、チルト計測及び補正を行う必要があり、かつ往復走査に対応しなければならない。
【００４１】
走査露光の方向（Ｂ方向又はＦ方向）に応じて計測点を使い分けるためにスリット状の露光領域ＥＦを挟んで、距離Ｌだけ離れかつ対称な位置に、面位置計測点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１と面位置計測点Ａ３，Ｂ３，Ｃ３を設定している。
【００４２】
露光スリット領域ＥＦ内には、フォーカス駆動さらにチルト駆動の確認用として、同様に３点の面位置計測点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２が設定されている。
【００４３】
本実施形態では、計９点の各計測点に面位置計測用の光束を斜め方向から照射している。計測は、例えば、Ｆ方向の走査露光の場合には、露光位置にさしかかる以前に前もって３点の計測点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１において面位置計測を行い、さらには、それら３点のフォーカス値と予め既知の計測点スパン量からＹ軸回りのチルト量を算出している。
【００４４】
同様に、Ｂ方向の走査露光の場合には、３点の計測点においてＡ３，Ｂ３，Ｃ３において前もって面位置計測を行い、さらには、それら３点のフォーカスと予め既知の計測点スパン量からＹ軸回りのチルト量を算出している。
【００４５】
ステージ側の駆動機構指令を送り、露光位置にさしかかる前に所望のフォーカス，チルト量の駆動を行っている。
【００４６】
一方、ワンショット一括露光のステップ＆リピート方式の投影露光装置を用いた場合には、最低５点の計測点を採用してショット領域のフォーカス情報、及びチルト情報を検出している。
【００４７】
図１に記載のウエハー面４の面位置情報を検出する面位置検出装置は、説明の簡略化の為に１計測点の検出手段についてのみ記している。また、ここでは説明し易くするために面計測用光束及び参照光束の各主光線のみを記している。
【００４８】
次に、本実施形態の面位置検出装置について詳しく説明する。図１においてＬＳは面位置検出用の発光光源である。発光光源ＬＳから発せられる光の強度を信号処理系１００によって任意にコントロールしている。発光光源ＬＳから発せられた光は、スリット板５０を照明する。スリット板５０上には図３に示すように、面位置計測用の複数のスリット５０ａが施されている。
【００４９】
図１にて投光レンズ（レンズ）１１，１２によりスリット板５０を被検面であるウエハー４上に投影している。レンズ１１，１２によりスリット板５０とウエハー４の表面は光学的に略共役関係になっている。
【００５０】
計測用のマーク５０ａが形成されたスリット板５０から発せられた光束は、レンズ（第１フーリエ変換レンズ）１１の光軸１１ａから偏心した開口絞り３１の開口３１ａを通過し、面計測用光束（計測光）として、レンズ（第２フーリエ変換レンズ）１２によってウエハー表面４に結像される。ウエハー表面で正反射した面計測用の光束は受光光学系のひとつである受光レンズ（第３フーリエ変換レンズ）２１により開口絞り３２に導かれる。ウエハー表面上のスリット板５０の像はレンズ１１，１２中の開口絞り３１の開口３１ａと同様にレンズ光軸から偏心した位置の開口３２ａを通り、受光レンズ（第４フーリエ変換レンズ）２２によって位置検出素子（撮像手段）Ｄ上に再結像している。
【００５１】
一方、上記面計測用の光束と共通の面計測用マークが形成されたスリット板５０から発せられた光束は、開口絞り３１にて、上記面計測用光束に対してレンズ１１の光軸１１ａに対称な位置に偏心して設けられた開口３１ｂを通過する。ここで開口３１ｂを通過した参照光光束は（参照光）は光学くさび等の光偏向部材４１によってある角度に偏向される。偏向された光束は参照用光束として第２フーリエ変換レンズ１２を介して、ウエハー面での反射を介することなく、ウエハー面とは略平行に受光レンズ２１の開口に向かって進む。結像点は、ウエハー４上での面計測用光束の結像点のほぼ上空に結像されることになる。
【００５２】
ウエハー４を介さずに直接受光レンズ２１に入光した光束は、レンズ１１，１２と同様に設けられた開口絞りの開口３２ｂを通過し、光学くさび４２によって光束の角度が戻れされる方向に偏向された光束が受光レンズ２２によって面位置計測用と同一の位置検出素子Ｄ上に入射し、その面上にスリット板５０の像を再結像している。各要素１１，１２，３１，４１は投光光学系の一要素を構成し、各要素２１，２２，３２，４２は受光光学系の一要素を構成している。
【００５３】
ここで、参照光路中に設けられた光束偏向部材４１による偏向角度φはウエハー４の上空の参照光軸高さ位置Ｈと第２フーリエ変換レンズ１２の焦点距離ｆ２に関係する。ウエハー４上空の参照光路高さＨはこの偏向角度にて任意であり、以下のような関係となる。
【００５４】
Ｈ＝ｆ２*tanφ
又は
φ＝tan-1(Ｈ／ｆ２）
ウエハー４の上空高さ５mmに参照光束を通したい場合には、第２フーリエ変換レンズ１２の焦点距離ｆ２＝１００mmにすると、光束偏向部材による偏向角度はφ＝2.9 °である。
【００５５】
従って光偏向部材４１としては射出偏角が2.9 °相当の光学くさびを用いれば良い。屈折率をｎ＝１．５、入射角度０°とすればくさびの頂角は約５．７°である。
【００５６】
また一方、このくさびの角度を２倍にすれば投影レンズ２の最終面を基準反射面として用いるような参照光束を選ぶことが出来る。
【００５７】
さらに、参照光を受光する受光光学系内の開口絞り３２に配置された光路偏向部材４２による偏向角度は、投光光学系内の光束偏向部材４１と設定角度を異なる設定にしてある。これは、受光光学系内のくさび角度を投光光学系内のくさび角度と同じにすると、位置検出素子Ｄ上にて面計測光束と参照光束が同位置に形成されてしまい、信号の分離ができなくなってしまうので、これを設定角度を異なるようにして防いでいる。
【００５８】
受光光学系内の光路偏向部材４２のくさびの角度を任意に設定することで、位置検出素子Ｄ上での参照光束位置を任意にコントロールしている。
【００５９】
例として、受光光学系の開口絞り３２の光偏向部材４２のくさびによる偏角を投光光学系の開口絞り３１の光偏向部材４１のくさびによる偏角よりも０．６°小さくしておけば、位置検出素子Ｄ上にて、面検出光束から約１ｍｍ離れた位置に参照光束が結像される（＝ｆ２*tanΔφ＝１００*tan０．６）。
【００６０】
こうすることにより、参照光と計測光の信号を同時に位置検出素子Ｄに取り込み、面位置信号処理系１００にて空気揺らぎや振動等の外乱要因が低減されるよう計算処理している。
【００６１】
そして、算出されたウエハー表面４のフォーカス、及びチルト情報をウエハーステージ７のＣＰＵ１０００にフィードバックしている。
【００６２】
図４は、その信号の出力の例を示すものである。左の信号が面計測信号、右が参照光信号である。
【００６３】
上記のように面計測光信号と参照光信号は位置検出素子上で面検出計測範囲を十分に含むようにある程度の距離だけ離れて並ぶように設定している。
【００６４】
本実施例のように、反射面を介することなく直接受光光学系に通すような光学系を構成した場合には、参照信号と面計測信号は、光路の反射回数が奇数回異なるため、光路中の空気の揺らぎ等の影響に対しては、お互いに逆方向に動く。
【００６５】
面計測信号と参照信号を個別に計測し、演算処理することで、空気揺らぎや振動による外乱成分を除去している。
【００６６】
次に、本発明に於ける外乱要因による参照光の変動量の補正最適化について説明する。
【００６７】
図５（Ａ）は、被計測面を固定した状態において、参照計測と面計測を同時に連続計測した際の計測値の変化を示すグラフである。図５（Ａ）において、Ｚｍが面計測光の計測値の変化であり、被計測面が静止しているにも関わらず、面計測値は微妙に変化していることがわかる。
【００６８】
一方、点線Ｚref は参照光の計測値の変化を示すものであり、参照計測値も変化を示していることがわかる。
【００６９】
これらの計測値の変化は、空気の揺らぎ又は機械等の振動成分による外乱と考えられる。しかしながら、参照光路と面計測光路にはウエハー面近傍での角度や光路長など若干異なる部分があり、ウエハー面近傍での空気揺らぎや振動等の外乱要因に対する影響度も１：１であるとは限らないことを示すものである。
【００７０】
従って、予め、参照計測値と面計測値との変動量のマッチングをとっておくことが必要である。
【００７１】
本実施形態では面計測光の計測値をＺm 、参照光の変動値をＺref としたとき、真の表面計測値Ｚwkを以下の式に定義している。
【００７２】
Ｚwk＝Ｚm ＋ｋ・Ｚref   ‥‥‥（１）
ここでｋは、参照光束の空気揺らぎや振動等の外乱要因に対する変化率の補正係数である。
【００７３】
被計測面を固定した状態において、面計測と参照計測を同時に連続計測し、各々の変動量を計測する。上記補正係数ｋは、複数回における表面計測補正後の値のバラツキ量が最小によるように決定される。
【００７４】
図５（Ｂ）において、細線Ｚw0は面計測値から参照計測値を単純に差し引いた値である。計測バラツキσｗ０は補正前の面計測光の計測値のバラツキσｍ０に比べていくらかの改善が見られる。
【００７５】
一方、太い線Ｚｗｋは参照光の計測値に補正係数を考慮した後の表面計測値の変動を示す。計測バラツキσｗｋはさらに小さくなっていることが分かる。
【００７６】
これらの静止時の参照光補正係数の決定作業は、表面位置検出装置の単体の状態で行っても良いが、露光装置の本体上にて使用環境になるべく近い状態で行うことが最も高精度な補正条件を得ることができる。
【００７７】
図６は本実施形態における補正係数最適化のフローの概略の説明図である。まず、被検査面を固定した状態において、面計測光と参照光を同時に複数回ずつ、計測を行う。計測回数は多い方が補正精度が向上するので好ましいが計測時間との兼ね合いで任意である。２５回以上１００回未満程度が一般的である。
【００７８】
参照光の補正係数をパラメーターとして、面計測値Ｚｍと、参照計測値Ｚｒｅｆに補正係数をｋをかけたものを演算処理し、計測値Ｚｗｋのバラツキ量を求めている。
【００７９】
先の実施形態１では計測された計測値の変動量をソフト的に補正する例について述べてきたが、参照光の変動量と計測光の変動量をモニターし、その変動量に応じて光学的な参照光路位置を選択するようにしても良い。
【００８０】
図７は本発明の実施形態２の要部概略図である。図７において投光光学系の開口絞り３１の位置に配置される参照光束用の偏向部材４１として、偏向角度が異なる複数種類の偏向部材を用意し、回転ターレット等の切り替え手段４５を設けることで、所定の偏向部材を選択し、光束の偏向角度を切り替え可能にし、それによって、ウエハー面４の上空に於ける参照光路の高さを切り替えている。
【００８１】
参照光の空気揺らぎ等に対する変化率が計測光の同変化率に最も近くなるような参照光路を選択するというものである。
【００８２】
図８にこの場合の参照光補正最適化フローを示す。まず最適化動作実行のコマンドが投入されると、まず、被検査面を固定した状態において面計測光と参照光を同時に複数回ずつ計測を行う。計測回数は多い方が補正精度が向上するので好ましいが、計測時間との兼ね合いで任意である。２５回以上１００回未満程度が一般的である。
【００８３】
面計測値から参照計測値を差し引いた値のバラツキ量を計算し、その値が許容値になるように参照光路位置を選択する。または、上記ばらつきの値が最小となるような参照光路位置を選択する。
【００８４】
投光側の、光束偏光部材の偏光角度を変化させると、ウエハー上空の光路高さのみならず、位置検出素子上での光束も変化する。
【００８５】
この場合、位置検出素子Ｄ上での参照信号位置をほぼ一致させるように受光側の開口絞り３２の位置においても投光側とセットで位置検出素子Ｄ上の同じ位置に光束が再結像されるような光束偏向部材４２として、異なる偏向角度の複数の偏向部材を配備した切り換え手段４６を構成している。これによってウエハー面上空での光路位置を変化させも位置検出素子Ｄ上での信号位置を変化させないようにしている。
【００８６】
または、複数の選択可能な偏向部材毎に参照信号の入射位置を電気的に覚えておくようにしても良い。参照光束の偏向角度を連続的に変化させる為には、頂角可変プリズムを用いれば連続的に任意に参照光路の位置を変化させることができる。もちろん受光側にも同様に用いれば位置検出素子上での光束位置を任意にコントロールすることができる。
【００８７】
次に本発明の他の実施形態について説明する。実施形態１，２における補正係数や参照光路位置最適化は、以下のような装置における条件の変化に応じて切り替えられる補正テーブルとして覚えておき、各々の場合において使い分けることで、様々な条件下において最適な外乱要因の補正を行っても良い。
【００８８】
本発明の本実施形態３ではウエハーの位置、つまりショットに応じた補正係数のテーブルを有するようにしている。半導体素子の製造におけるウエハーは益々大型化の傾向にある。それに伴って水平面内でのウエハーステージの可動範囲も大きくなる。
【００８９】
図９はウエハーＷ上での半導体素子製造用の露光装置のショットレイアウトを表す。大きなウエハー面内ではショットの位置（＝ステージの位置）によっては、例えばショットＳ１とＳ２のように中心付近と周辺ではウエハー上空の空気の揺らぎの状態が異なっていることがある。
【００９０】
本実施形態では予め、複数のステージの位置で、補正係数を計測，記憶しておき、ステージの位置に応じて補正係数を使い分けることで、ステージの位置によらない高精度な面計測を行っている。
【００９１】
このときショット毎に、補正係数を切り替えても良いし、ウエハー領域を大まかに４分割等に分けてその領域毎に補正係数を切り替えても良い。
【００９２】
次に本発明の実施形態４について説明する。本実施形態では露光スピード、露光スキャン方向に応じた補正係数を有するようにしている。
【００９３】
走査露光装置の場合には、走査露光しながら同時に面位置計測を行っているために、露光スキャン方向、露光スピードなども揺らぎ補正係数との密接な関係がある。露光スピードつまりステージの速度が変わるとウエハー表面の空気の状態が異なり、面計測光のばらつき方と参照計測のばらつき方が異なってくる。
【００９４】
そこで本実施形態では露光スキャン方向、露光スピードに応じて、上記補正量を実際に計測し、露光エネルギー毎の変化量として記憶している。この場合、面計測と参照計測を同時に計測させながら、あるショットを複数回スキャン計測させ、各計測点でのばらつきの度合いから補正係数を決定している。
【００９５】
本発明の実施形態５では露光光によるウエハー面照度に応じた補正係数を有するようにしている。露光エネルギーの強弱によって、ウエハー面上の面位置検出用の光束が横切る又は反射する近傍の空気温度が異なってくる。
【００９６】
露光によってウエハー表面の温度が短期的に変化すると表面すれすれの空気に温度層が形成される。面計測用の光束はウエハー表面にて反射しているのに対して、参照光束はウエハー表面を介することなく上空を通っているので、ウエハー表面の暖まり方によって各計測値の変化の度合いが異なる。すると、揺らぎ検出光路と面計測光路とでの変動量も異なってくる。
【００９７】
そこで本実施形態ではウエハー面照度に応じて、上記補正量を実際に計測し、露光エネルギー毎の変化量として記憶しておくようにし、これによって高精度な補正を行っている。ウエハー面照度を知るには、ステージ上にある照度センサーにて直接的に照度を計測しても良いし、露光用の照明光学系の露光量とレチクル透過率から算出してもよい。
【００９８】
前もって、いくつかウエハー面照度をかえて面計測及び参照光束を同時に複数回計測し、ばらつき度合いから補正係数を決定すれば良い。
【００９９】
次に上記説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【０１００】
図１０は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。
【０１０１】
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なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【０１０２】
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、前記用意したマスクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。
【０１０３】
次のステップ５（組立）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）等の工程を含む。
【０１０４】
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なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【０１０５】
図１１は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。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形成する。
【０１０６】
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（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【０１０７】
ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングがす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な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。
【０１０８】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように各要素を設定することにより、空気揺らぎや機械の振動等の外乱要因をトータル的に補正し、システムの高精度化を簡便且つ効率よい構成で実現した面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成することができる。
【０１１０】
この他本発明によれば各計測点毎に、又は計測エリア単位での空気揺らぎや装置振動等の外乱要因補正が高精度に行える。又、これらの技術を投影露光装置に適用することにより、今後ますます焦点深度が極小となってゆくなか高精度な焼き付け性能を得ることができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】ウエハー上の計測点と露光エリアの関係を表す図
【図３】本発明の実施形態１の投影マークの概略図
【図４】本発明における計測信号と参照信号を表す図
【図５】本発明における計測値の変化と本発明の効果を表す図
【図６】本発明の実施形態１の補正最適化フロー
【図７】本発明の実施形態２の要部概略図
【図８】本発明の実施形態２の補正最適化フロー
【図９】ウエハー上のショットレイアウトを表す図
【図１０】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図１１】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【符号の説明】
１    レチクル
２    投影露光レンズ
３    露光照明光束
４    ウエハー
５    レチクルステージ
６    ウエハーステージ
７    ウエハーステージ
１１，１２，２１，２２    面位置検出用のレンズ
ＬＳ    光源
３１    投光開口絞り
３２    受光開口絞り
４１    光学くさび
５０    投影マスク
Ｄ      検出素子
９０    面位置検出用マーク板
１００    面位置検出制御手段
９００    ウエハーステージレーザー干渉計
１０００    駆動制御手段
【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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