JP2004273861A - 露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度なフォーカスキャリブレーションを実現すると共に、優れた解像度でスループットの向上を達成することができる露光装置を提供する。
【解決手段】露光光を用いて第１のステージに載置されたレチクルのパターンを照明し、当該パターンを投影光学系を介して、第２のステージに載置された被処理体上に露光する露光装置であって、前記投影光学系を介し、前記被処理体及び／又は前記第２のステージ上の異なる位置に３つ以上形成された第２のマークを同時に検出する検出手段を有することを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】露光光を用いて第１のステージに載置されたレチクルのパターンを照明し、当該パターンを投影光学系を介して、第２のステージに載置された被処理体上に露光する露光装置であって、前記投影光学系を介し、前記被処理体及び／又は前記第２のステージ上の異なる位置に３つ以上形成された第２のマークを同時に検出する検出手段を有することを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光装置に係り、特に、半導体ウェハの単結晶基板などの被処理体を露光するのに使用される露光装置に関する。本発明は、例えば、フォトリソグラフィー工程において、半導体ウェハ用の単結晶基板をステップ・アンド・スキャン方式によって露光する露光装置に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクル又はマスク（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
最近では、図９及び図１０に示すように、解像度の改善と露光領域の拡大のためにレチクルＲＣを一部ずつ露光し、レチクルステージ１１００及びプレートステージ１３００を用いてレチクルＲＣ及びプレートＷＰを同期して走査（スキャン）することによって、レチクルパターン全体を投影光学系１２００を介してプレートＷＰの各露光領域に露光する走査型投影露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）１０００が脚光を浴びている。図９は、従来の走査型投影露光装置１０００の例示的一形態を示す概略斜視図である。図１０は、従来の走査型投影露光装置１０００の例示的一形態を示す概略断面図である。なお、図９及び図１０において、回路パターンが形成されたレチクルＲＣを照明する照明装置は省略されている。
【０００４】
レチクルステージ１１００のレチクルＲＣ近傍の所定の範囲には、反射面に複数の位置計測用のマークが構成されたレチクル側基準プレート（以下、「Ｒ側基準プレート」とする。）１１１０が固設されており、プレートステージ１３００のプレートＷＰ近傍の所定の範囲には、反射面に複数の位置計測用のマークが構成されたウェハ側基準プレート（以下、「Ｗ側基準プレート」とする。）１３１０が固設されている。また、走査型投影光学系１０００には、かかる位置計測用のマークを検出し、投影光学系１２００の光軸方向におけるプレートＷＰの位置ずれを計測する焦点位置計測手段としてフォーカス検出系１４００を有する。
【０００５】
しかし、投影光学系１２００が露光熱を吸収したり、周囲の環境が変動したりすると、フォーカス検出系１４００の計測原点と投影光学系１２００の焦点面とに誤差が発生する。そのため、かかる誤差を計測して補正する（フォーカスキャリブレーション）ために、ＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｒｅｔｉｃｌｅ）アライメント光学系１５００が構成されている。
【０００６】
ＴＴＲアライメント光学系１５００は、Ｒ側基準プレート１１１０とＷ側基準プレート１３１０の相互位置の検出を行う位置検出手段の機能も有する。この相互位置の検出は、オフアクシスアライメント光学系１６００のベースラインの算出やレチクルステージ１１００の走査方向とプレートステージ１３００の走査方向のずれの算出等（ＸＹキャリブレーション）に用いられる。ここで、ベースラインとは、プレートを位置合わせするときのショット中心と露光をするときのショット中心（投影光学系の光軸）間距離のことである。ベースラインの値も様々な環境要因等により変化する場合があるため、ベースラインを計測して補正することが露光装置では必要になる。なお、ＴＴＲアライメント光学系１５００は、図１１に示すように、Ｗ側基準プレート１３１０の裏側、即ち、投影光学系１２００の像面側からＲ側基準プレート１１１０とＷ側基準プレート１３１０の相互位置の検出を行うように構成することも可能である。ここで、図１１は、従来の走査型投影露光装置１０００の例示的一形態を示す概略断面図である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
露光装置においては、半導体素子の高集積化に対応して転写されるパターンの微細化、即ち、高解像度化がますます要求されている。かかる要求に応えるためには露光波長の短波長化では限界にきており、近年では、短波長化とあわせて投影光学系の開口数（ＮＡ）を従来の０．６程度から０．８を越えるような高いＮＡとすることで高解像度化への要求に応えようとしている。
【０００８】
このため、焦点深度が従来に比べて極めて小さくなってきており、焦点位置の検出精度の大幅な向上、特に、フォーカスキャリブレーションの精度の向上が求められている。また、高解像度化に伴って重ね合わせ精度も厳しくなっており、ベースライン等のＸＹキャリブレーションの計測にもより一層の精度向上が求められている。
【０００９】
一方、露光装置には、スループット（単位時間当たり処理される枚数）の向上も求められており、フォーカスキャリブレーション及びＸＹキャリブレーションに対する計測精度の向上と共に計測時間を短縮することも大きな課題となっている。
【００１０】
従来の走査型投影露光装置１０００において、ＴＴＲアライメント光学系１５００は、一般に、走査方向をＹ軸方向とすると露光スリット内でＸ軸と平行な軸上をＹ軸に対して対称となるように第１の検出系１５１０及び第２の検出系１５２０を配置し、２つの像高（計測点）での計測結果をフォーカスキャリブレーション及びＸＹキャリブレーションに利用している。特に、ＴＴＲアライメント光学系１５００を用いた焦点面位置の検出の際には、図１２に示すように、第１の検出系１５１０及び第２の検出系１５２０の駆動範囲（検出範囲）ＭＥａ及びＭＥｂをＸ軸上で投影光学系１２００の光軸に対して対称とし、光軸に対する対称性を維持したまま第１の検出系１５１０及び第２の検出系１５２０の位置を変えることによって複数の像高（計測点）ＫＰでフォーカス計測を行い、走査方向と直交する方向（Ｘ軸方向）の露光像面を算出する。ここで、図１２は、従来のＴＴＲアライメント光学系１５００の駆動（検出）範囲を示す概略模式図である。
【００１１】
しかし、従来のＴＴＲアライメント光学系１５００では、Ｘ軸方向の露光像面を求める際に第１の検出系１５１０及び第２の検出系１５２０を駆動しなければならないため、計測時間がかかると共に駆動誤差に起因する計測精度の劣化が生じてしまう。
【００１２】
また、投影光学系のＮＡが０．８を越えるような高いＮＡとなることで焦点深度が大幅に減少するため、従来問題とならなかった走査方向と平行な方向（Ｙ軸方向）の像面の傾きを測定し、かかる像面にあわせて、例えば、投影光学系内のレンズ等を駆動して像面側を修正して実際の露光面と一致させて露光することが求められている。しかし、ＴＴＲアライメント光学系１５００は、図１２に示したように、露光スリットＥＳ内のＹ軸対称の２つの像高（計測点）において計測を行っているために、走査方向と平行な方向の像面の傾きは計測することができない。
【００１３】
更に、ＴＴＲアライメント光学系１５００を構成する第１の検出系１５１０及び第２の検出系１５２０のセンサー１５１２及び１５２２には、一般に、２次元ＣＣＤ素子が用いられ、２次元ＣＣＤ素子上に拡大結像された位置合わせ用のマークの拡大像を撮像することによりマークの計測を行っているが、露光波長の短波長化に伴って２次元ＣＣＤ素子の光電変換効率が低下するためより強い光を２次元ＣＣＤ素子に入射させなければならない。ＴＴＲアライメント光学系１５００や投影光学系１２００など全ての光学系の透過率（効率）は、短波長化によって低下するため、強い光を２次元ＣＣＤ素子に入射させるためには、光源側でより強い光を射出させるかＴＴＲアライメント光学系１５００の拡大倍率を低下させる必要がある。
【００１４】
しかし、光源側で強い光を射出することは技術的に非常に困難であり、また、仮に強い光を射出できたとしても光学系の耐久性という問題が生じる。一方、ＴＴＲアライメント光学系１５００の拡大倍率を低下させる（例えば、拡大倍率を１／２にすれば撮像素子上の照度は４倍となる）ことは計測精度の低下を引き起こしてしまう。
【００１５】
そこで、本発明は、高精度なフォーカスキャリブレーションを実現すると共に、優れた解像度でスループットの向上を達成することができる露光装置を提供することを例示的目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、露光光を用いて第１のステージに載置されたレチクルのパターンを照明し、当該パターンを投影光学系を介して、第２のステージに載置された被処理体上に露光する露光装置であって、前記投影光学系を介し、前記被処理体及び／又は前記第２のステージ上の異なる位置に３つ以上形成された第２のマークを同時に検出する検出手段を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の更なる目的及びその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光装置について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の例示的一形態を示す概略断面図である。なお、図１において、回路パターンが形成されたレチクルＲＣを照明する照明装置は省略されている。
【００１９】
露光装置１００は、図１に示すように、レチクルＲＣを載置するレチクルステージ１１０と、投影光学系１２０と、プレートＷＰを載置するウェハステージ１３０と、フォーカス検出系１４０と、ＴＴＲアライメント光学系１５０と、制御部１６０とを有し、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクルＲＣに形成された回路パターンをプレートＷＰに露光する走査型投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適である。
【００２０】
レチクルＲＣは、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、レチクルステージ１１０に支持及び駆動される。レチクルＲＣとプレートＷＰとは、投影光学系１２０を介して光学的にほぼ共役な位置に配置され、図示しない照明装置によってＸ軸方向に長いスリット形状又は円弧状の照明領域がレチクルＲＣ上に形成されている。
【００２１】
レチクルステージ１１０は、レチクルＲＣを保持し、図中Ｙ軸方向にレチクルＲＣを駆動制御する。レチクルステージ１１０上のレチクルＲＣ近傍の所定の範囲には、レチクル側基準プレート（以下、「Ｒ側基準プレート」とする。）１１２が、Ｒ側基準プレート１１２の反射面とレチクルＲＣの反射面との高さを略一致させるように固設される。
【００２２】
Ｒ側基準プレート１１２の反射面には、ＣｒやＡｌ等の金属面で形成された複数のフォーカス計測用マーク１１２ａが形成されている。フォーカス計測用マーク１１２ａは、図２に示すように、複数のＸ軸及びＹ軸方向の直線から構成されるものなどがある。ここで、図２は、フォーカス計測用マーク１１２ａの構成の一例を示す概略平面図である。
【００２３】
投影光学系１２０は、レチクルＲＣに形成された回路パターンをプレートＷＰに投影し、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
【００２４】
プレートＷＰは、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体ＷＰには、フォトレジストが塗布されている。
【００２５】
ウェハステージ１３０は、ウェハＷＰを支持し、図中Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向にプレートＷＰを駆動制御する。プレートステージ１３０上のプレートＷＰ近傍の所定の範囲には、ウェハ側基準プレート（以下、「Ｗ側基準プレート」とする。）１３２が、Ｗ側基準プレート１３２の反射面とプレートＷＰの上面（即ち、投影光学系１２０の結像面）との高さを略一致させるように固設される。また、Ｗ側基準プレート１３２の反射面には、ＣｒやＡｌ等の金属面で形成された複数のフォーカス計測用マーク１３２ａが形成されている。なお、フォーカス計測用マーク１３２ａは、上述したフォーカス計測用マーク１１２ａと同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００２６】
レチクルステージ１１０とウェハステージ１３０の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は投影光学系１２０の光学倍率に応じた速度比率で駆動される。
【００２７】
フォーカス検出系１４０は、斜入射方式の焦点位置検出手段である。フォーカス検出系１４０は、レチクルＲＣのパターンが転写されるプレートＷＰ（又はＷ側基準プレート１３２）面に対して斜め方向から非露光光を照射する照射部１４２と、プレートＷＰ（又はＷ側基準プレート１３２）面で斜めに反射した反射光を検出する検出部１４４とを有する。
【００２８】
検出部１４４には、各反射光に対応した複数個の位置検出用の受光素子が構成されており、かかる受光素子の受光面とプレートＷＰからの各反射光の反射点が略共役となるように配置されている。従って、投影光学系１２０の光軸方向におけるウェハＷＰ（又はＷ側基準プレート１３２）の位置ずれは、検出部１４４の受光素子上で位置ずれとして計測される。
【００２９】
ＴＴＲアライメント光学系１５０は、第１の検出系１５２と、第２の検出系１５４と、第３の検出系１５６の３つの検出系から構成され、フォーカス検出系１４０の計測原点と投影光学系１２０の焦点面との誤差を計測する。また、ＴＴＲアライメント光学系１５０は、Ｒ側基準プレート１１２とＷ側基準プレート１３２の相対位置の検出を行う位置検出手段の機能も有しており、オフアクシスアライメント光学系のベースラインの算出やウェハステージ１３０の走査方向とレチクルステージ１１０の走査方向のずれの算出等（ＸＹキャリブレーション）に用いられる。
【００３０】
ベースラインの計測は、まず、レチクルステージ１１０とウェハステージ１３０を所定の位置に駆動させ、ＴＴＲアライメント光学系１５０によりＲ側基準プレート１１２とＷ側基準プレート１３２の相対位置を検出する。次に、Ｗ側基準プレート１３２をウェハステージ１３０の駆動によりオフアクシスアライメント光学系の検出範囲に移動させ、オフアクシスアライメント光学系に構成されている基準マークとＷ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１３２ａの相対位置を検出する。以上の検出結果から、後述する制御部１６０は、オフアクシスアライメント光学系のベースラインを算出する。
【００３１】
第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６は、図１に示すように、ファイバー１５２ａ、１５４ａ及び１５６ａと、照明部１５２ｂ、１５４ｂ及び１５６ｂと、対物レンズ１５２ｃ、１５４ｃ及び１５６ｃと、リレーレンズ１５２ｄ、１５４ｄ及び１５６ｄと、撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅとを有する。第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６は、レチクルＲＣ又はＲ側基準プレート１１２上のパターンを拡大して、撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅに結像させることが可能である。また、同様に、第１の検出系１５２、１５４及び１５６は、投影光学系１２０を介して、プレートＷＰ又はＷ側基準プレート１３２上のパターンを撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅに結像させることも可能である。
【００３２】
制御部１６０は、レチクルステージ１１０、ウェハステージ１３０、フォーカス検出系１４０、ＴＴＲアライメント光学系１５０と接続し、露光装置１００の動作を制御する。制御部１６０は、ＴＴＲアライメント光学系１５０が検出したフォーカス計測用マーク１１２ａ及び１３２ａから、レチクルＲＣとプレートＰＷとの相対的な位置ずれを算出すると共に、かかる位置ずれに基づいて、レチクルＲＣの位置又はプレートＷＰの位置の少なくとも一方を制御する。また、制御部１６０は、投影光学系１２０の光軸と直交する方向のプレートＷＰの位置ずれを算出すると共に、かかる位置ずれに基づいて、プレートＷＰの位置を制御する。更に、制御部１６０は、ＴＴＲアライメント光学系１５０の検出結果から投影光学系１２０の像面の傾きを算出し、かかる像面の傾きに基づいて、プレートＷＰの位置又は投影光学系１２０の像面の少なくとも一方を制御する。
【００３３】
ここで、ＴＴＲアライメント光学系１５０を用いて、斜入射方式のフォーカス検出系１４０の計測原点と投影光学系１２０の焦点面との誤差を測定する方法について説明する。まず、露光光と実質同一の光源からの光をファイバー１５２ａ、１５４ａ及び１５６ａや図示しない光学系等を用いて照明部１５２ｂ、１５４ｂ及び１５６ｂに導光し、対物レンズ１５２ｃ、１５４ｃ及び１５６ｃを介して、Ｒ側基準プレート１１２上のフォーカス計測用マーク１１２ａを照明する。次に、リレーレンズ１５２ｄ、１５４ｄ及び１５６ｄ又は対物レンズ１５２ｃ、１５４ｃ及び１５６ｃなどをＴＴＲアライメント光学系１５０の光軸方向に駆動して、撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅとＲ側基準プレート１１２とが共役の関係になるようにする。
【００３４】
次に、ウェハステージ１３０を駆動し、Ｗ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１３２ａを、投影光学系１２０を介してＴＴＲアライメント光学系１５０で照明及び検出することができる状態にする。そして、フォーカス検出系１４０でＷ側基準プレート１３２の投影光学系１２０の光軸方向の位置を計測しながら、ウェハステージ１３０を光軸方向（Ｚ軸方向）に駆動し、撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅとＷ側基準プレート１３２とが共役の関係となる位置を検出する。
【００３５】
このとき、ＴＴＲアライメント光学系１５０の撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅとＲ側基準プレート１１２とは共役の関係となっているので、Ｗ側基準プレート１３２とＲ側基準プレート１１２も共役の関係、即ち、投影光学系１２０の合焦状態となる。合焦状態のフォーカス検出系１４０の計測値を読み取ることで、フォーカス検出系１４０の計測原点と投影光学系１２０の焦点面との誤差を補正することが可能となる（フォーカスキャリブレーション）。
【００３６】
上述したように、従来の走査型投影露光装置は、ＴＴＲアライメント光学系として露光スリット内に２つの検出系を構成し、かかる２つの検出系を、図１２に示したように、走査方向と垂直なＸ軸方向に駆動可能としてＹ軸方向の座量は同じでＸ軸方向の座標のみが異なる複数の位置でフォーカスキャリブレーションを行っていたため、走査方向の像面の傾きを計測することができなかった。
【００３７】
そこで、ＴＴＲアライメント光学系１５０は、図１に示すように、第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６の３つの検出系を構成することで、異なる位置の３点で同時にＸ軸及びＹ軸方向の計測を行うことが可能となる。例えば、図３に示すように、第１の検出系１５２及び第２の検出系１５４をＸ軸と平行な領域ＭＥａ及びＭＥｂを駆動（検出）可能とし、第３の検出系１５６をＹ軸と平行な領域ＭＥｃを駆動（検出）可能となるように構成する。かかる構成により、計測点Ａ、Ｂ及びＣの３点において、Ｗ側基準プレート１３２又はプレートＷＰ上のマークとＲ側基準プレート１１２又はレチクルＲＣ上のマークとの相対的な位置ずれを計測することができる。ここで、図３は、図１に示すＴＲＲアライメント光学系１５０の駆動（検出）範囲の一例を説明するための概略模式図である。
【００３８】
一方、従来の走査型投影露光装置では、ＴＴＲアライメント光学系が２つの検出系で構成されているため、異なる位置の２点でのみ同時にＸＹ方向の計測が可能である。即ち、ＴＴＲアライメント光学系１５０を３つの検出系で構成し、位置の異なる３点で同時に計測を行うことにより、従来の２点同時計測と同じ時間で、Ｒ側基準プレート１１２とＷ側基準プレート１３２のＸＹ方向の位置ずれに関して１．５倍の情報を得ることが可能となる。
【００３９】
この結果、ＸＹ方向の計測精度を向上させることが可能となり、オフアクシスアライメント光学系のベースラインの算出や露光装置１００におけるウェハステージ１３２の走査方向とレチクルステージ１１２の走査方向のずれの算出等のＸＹ方向のキャリブレーション精度をスループットを低下させることなく向上させることができる。
【００４０】
また、上述したように、ＴＴＲアライメント光学系１５０を用いて投影光学系１２０の合焦状態（即ち、Ｒ側基準プレート１１２とＷ側基準プレート１３２とが共役の関係となる状態）とし、このときの各計測点での合焦状態におけるフォーカス検出系１４０の計測値から露光像面を算出することが可能である。
【００４１】
例えば、ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６が検出する計測点を、それぞれ計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｄとすると、計測点Ａ及び計測点Ｂのフォーカス検出系１４０の計測値からＸ方向の像面の傾きを算出することができる。また、計測点Ａ及び計測点Ｂの計測値の平均値と計測点Ｄのフォーカス検出系１４０の計測値からＹ方向の像面の傾きを算出することができる。計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｄでの計測値は、同時に計測可能であることからＸ方向及びＹ方向に関する像面の傾きを同時に算出することが可能となる。
【００４２】
従って、従来のように２つの検出系で構成されたＴＴＲアライメント光学系による投影光学系の合焦状態の測定では、Ｘ方向又はＹ方向のどちらか一方に関する像面の傾きしか算出することができなかったが、本実施形態のように３つの検出系（第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６）により構成されたＴＴＲアライメント光学系１５０を用いて、それぞれの検出系の計測点を、例えば、図２に示す計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｄのように選択し、かかる計測点で同時に投影光学系１２０の合焦状態を測定することで、スループットを低下させることなく、Ｘ方向及びＹ方向に関する像面の傾きを算出することができる。
【００４３】
かかる算出結果に基づき、制御部１６０は、例えば、ウェハステージ１３０を駆動して、走査方向及び走査方向と直交する方向の像面の傾きを補正し、高ＮＡを有する投影光学系１２０を用いた（即ち、焦点深度の浅い）露光装置１００においても、ベストフォーカスで走査露光を行うことができる。
【００４４】
また、ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６が検出する計測点を、それぞれ計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｃとして各計測点での投影光学系１２０の合焦状態を同時に測定してもよい。計測点Ａ及びＢのみでは像面の傾きしか算出することができないが、計測点Ｃを同時に計測することにより、投影光学系１２０の露光スリットＥＳの長手方向の像面湾曲を計測することが可能になる。
【００４５】
従来のように２つの検出系で構成されたＴＴＲアライメント光学系を有する露光装置で投影光学系の露光スリットの長手方向の像面湾曲を計測するには、２つの検出系をＸ軸上に駆動し計測点を変えて投影光学系の合焦状態を測定する必要があったため、ＴＴＲアライメント光学系（２つの検出系）の駆動に時間がかかり、また、駆動誤差による計測誤差の発生などの問題がある。
【００４６】
本実施形態では、第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６で構成されるＴＴＲアライメント光学系１５０を用いて、それぞれの検出系の計測点を、例えば、図２に示す計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｃとして同時に投影光学系１２０の合焦状態を測定することにより、従来よりもスループットを向上させ、ＴＴＲアライメント光学系１５０（第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６）の駆動による計測誤差の要因も排除して、投影光学系１２０の露光スリットＥＳの長手方向の像面湾曲を計測することができる。
【００４７】
かかる計測結果に基づき、制御部１６０は、投影光学系１２０を構成するレンズを駆動するなどして投影光学系１２０の像面を補正することにより、高ＮＡを有する投影光学系１２０を用いた露光装置１００においても、ベストフォーカスで走査露光を行うことができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６のうち、１つの検出系の撮像素子、例えば、第３の検出系１５６の撮像素子１５６ｅとして１次元ＣＣＤ（ラインセンサー）を、残りの２つの検出系の撮像素子、例えば、第１の検出系１５２及び第２の検出系１５４の撮像素子１５２ｅ及び１５４ｅとして２次元ＣＣＤを用いている。
【００４９】
ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する検出系を従来の２つから３つにすることにより、照明光を３つに分割する必要がある。通常、露光装置は、光源から射出した光を用いて照明光学系を介してレチクルを照明し、投影光学系によりレチクルの像をウェハに露光する。また、照明光学系の途中から切り換えミラー等で光を分岐し、ＴＴＲアライメント光学系に導光している。従って、ＴＴＲアライメント光学系に導光できる光量は、光源の出力や照明光学系、また、照明光学系からの分岐方法に依存するが、基本的には、ＴＴＲアライメント光学系を構成する検出系を２つから３つに増やすことにより、１つの検出系に割り振ることができる光量は減少する。
【００５０】
一方、露光光源がＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ２レーザーと短波長化するに従って、光学系の効率（透過率）が減少してしまうため、撮像素子上に従来と同様な光量を入射させるためには、より強い光をＴＴＲアライメント光学系に導光する必要がある。更に、露光波長の短波長化に伴い、撮像素子であるＣＣＤの光電変換効率が低下するため、ＣＣＤ自体により強い光を入射させることも必要となる。
【００５１】
そこで、本実施形態のＴＴＲアライメント光学系１５０では、１つの検出系、例えば、第３の検出系１５６の撮像素子１５６ｅに１次元ＣＣＤ（ラインセンサー）を用いることで、光量が少なくても検出可能であるようにしている。すなわち、検出系の増加による１つの光学系あたりの光量の低下や、露光波長の短波長化による光量不足などが発生しても、検出系による検出精度が低下することを防止している。
【００５２】
ラインセンサーの特徴は、図４に示すように、非計測方向に画素ＰＸの大きさを大きくすることが可能であることである。このため、図５に示すように、２次元ＣＣＤと比較して計測方向の画素ＰＸの大きさが同じである場合、非計測方向の画素ＰＸの長さの比の分だけＣＣＤの開口面積を大きくすることができる。ここで、図４は、１次元ＣＣＤ（ラインセンサー）の画素配列を示す概略平面図であり、図５は、２次元ＣＣＤの画素配列を示す概略平面図である。
【００５３】
この結果、１画素あたりの感度は開口面積に比例することから、非計測方向に画素サイズの大きいラインセンサーを用いることで１画素あたりの光電変換効率を大幅に向上させることが可能となり、短波長化による光学系の効率低下を補うことができる。更に、ラインセンサーという特徴を生かして、計測方向と非計測方向とでＴＴＲアライメント光学系１５０の倍率に差をつけ、非計測方向には光を集光させることによりラインセンサーの画素に入射する光量を増やすことが可能となる。
【００５４】
例えば、プレートＷＰ上の１００μｍ角の大きさのライン＆スペースマークをＴＴＲアライメント光学系１５０を用いて測定する場合を考える。まず、２次元ＣＣＤの１画素の大きさを１０μｍ角、ラインセンサーの１画素の大きさを１０μｍ（計測方向）×１００μｍ（非計測方向）とすると、１画素あたりの感度は、ラインセンサーの方が約１０倍高いことになる。
【００５５】
また、投影光学系１２０のプレートＷＰからレチクルＲＣの倍率を４倍、ＴＴＲアライメント光学系１５０の倍率を２５倍とすると、プレートＷＰから２次元ＣＣＤまでの倍率は１００倍となる。つまり、２次元ＣＣＤを撮像素子として用いた場合、プレートＷＰ上の１００μｍ角のマークは、２次元ＣＣＤ上で１０ｍｍ角に拡大される。
【００５６】
一方、１０μｍ（計測方向）×１００μｍ（非計測方向）のラインセンサーを撮像素子として用いた場合、ＴＴＲアライメント光学系１５０の計測方向の倍率を２５倍、非計測方向の倍率を１／４倍とすると、投影光学系１２０の４倍とあわせて、プレートＷＰから計測方向１００倍、非計測方向等倍となる。つまり、プレートＷＰ上の１００μｍ角のマークは、ラインセンサー上において計測方向には１０ｍｍに拡大され、非計測方向には１００μｍのままとなる。
【００５７】
計測方向の倍率は、２次元ＣＣＤを用いた場合とラインセンサーを用いた場合とで同じ倍率であるので計測分解能は同等である。一方、非計測方向には、１００倍と等倍の違いがあるので、撮像素子上の単位面積あたりの光量は、ラインセンサーの方が１００倍多くなる。上述した１画素あたりの感度１０倍を考慮すると、２次元ＣＣＤを撮像素子に用いた場合とラインセンサーを撮像素子に用いた場合とで、ラインセンサーの方が１／１０００の光量で計測することが可能となる。実際には、ＣＣＤの仕様やアライメントマークの形状等によって２次元ＣＣＤとラインセンサーとで必要な光量比は変化することとなるが、これらの点を考慮してもラインセンサーと２次元ＣＣＤとで少なくとも１／１００程度の光量比とすることができる。
【００５８】
ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する検出系を２つから３つにした場合、そのうちの１つの検出系、例えば、第３の検出系１５６の撮像素子１５６ｅとしてラインセンサーを用いることにより、第３の検出系１５６に振り分けられる光量は、従来の２つの検出系の０．１％乃至１％でよい。これにより、ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する検出系を２つから３つに増やすことによる１つの検出系への光量の低下を防止することができる。また、２次元ＣＣＤに比べてラインセンサーでは１％程度の光量でも検出可能であることから、露光波長の短波長化による光学系の効率が、例えば、１／１０になったとしてもまだ１０倍の光量余裕があることになり、十分に測定することができる。
【００５９】
また、ラインセンサーを用いることで、計測方向もＸ方向又はＹ方向の１次元となってしまうが、ＴＴＲアライメント光学系１５０の途中でＸ方向計測系とＹ方向計測系にハーフミラー等を用いて分離し、２つのラインセンサーを用いることでＸ方向及びＹ方向の計測が可能となる。
【００６０】
ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する３つの検出系（第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６）の全ての撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅをラインセンサーとすることにより、全ての検出系において、従来の０．１％乃至１％の光量で計測可能とすることができるが、計測するマークの２次元画像を得ることができなくなるため、マークの模索や粗検出の用途には不向きとなる。そこで、３つの検出系の撮像素子として、少なくとも１つの検出系の撮像素子に２次元ＣＣＤを、少なくとも１つの検出系の撮像素子としてラインセンサーを用いることで、上述したように、検出系の増加による１つの検出系への光量の低下を防止することができるのに加え、マークの模索や粗検出を２次元ＣＣＤで行い、ラインセンサーで精密な計測を行うことも可能となる。
【００６１】
また、撮像素子上の照度が同じならば、２次元ＣＣＤに比べてラインセンサーでは、光電変換に必要な蓄積時間を１／１００乃至１／１０００にすることができる。つまり、ラインセンサーを計測に用いることで、ＣＣＤの蓄積時間を短縮して計測時間を短縮し、スループットを向上させることも可能である。
【００６２】
なお、上述した露光装置１００においては、Ｗ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１３２ａを、ＴＴＲアライメント光学系１５０から投影光学系１２０を介して照明していたので、フォーカス計測用マーク１３２ａからの反射光は投影光学系１２０を２回通過している。
【００６３】
そこで、図６に示すように、Ｗ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１３２ａを、Ｗ側基準プレート１３２の裏側から照明するようにＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する。このように、Ｗ側基準プレート１３２の裏側からフォーカス計測用マーク１３２ａを直接照明することにより、フォーカス計測用マーク１３２ａからの反射光は投影光学系１２０を１回だけ通過することとなる。従って、特に、投影光学系の透過率が低いＦ２レーザーを光源とした露光装置等において、投影光学系を１回介するのみでフォーカス計測が可能となるので、光量的に非常に有利となる。ここで、図６は、本発明の一側面である露光装置１００の例示的一形態を示す概略断面図である。
【００６４】
なお、ＴＴＲアライメント光学系１５０は、第１の光学系１５２、第２の光学系１５４及び第３の光学系１５６から構成され、対物レンズ１５２ｃ、１５４ｃ及び１５６ｃ、リレーレンズ１５２ｄ、１５４ｄ及び１５６ｄ、撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅ等を有するが、さらに別の光学系を追加するなどの構成としてもよい。
【００６５】
また、投影光学系１２０の合焦状態の計測においては、ウェハステージ１３０をＺ方向に駆動させる以外に、ＴＴＲアライメント光学系１５０の一部、例えば、対物レンズ１５２ｃ、１５４ｃ及び１５４ｄやリレーレンズ１５２ｄ、１５４ｄ及び１５６ｄ、又はＴＴＲアライメント光学系１５０を全て光軸方向に駆動させて計測することも可能である。
【００６６】
ＴＴＲアライメント光学系１５０の駆動範囲は、図３に示した範囲に限定されるものではなく、同様の機能を有する任意の駆動範囲を設定することができる。また、Ｒ側基準プレート１１２及びＷ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１１２ａ及び１３２ａも図２に示したものに限定されるわけではなく、同様の機能を有する別のマーク構成であってもよい。また、ＴＴＲアライメント光学系１５０は、３つ以上の検出系で構成してもよい。
【００６７】
露光において、図示しない照明装置から発せられた光は、レチクルＲＣをケーラー照明する。レチクルＲＣを通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系１２０によりプレートＷＰに結像される。露光装置１００は、ＴＴＲアライメント光学系１５０により高精度なフォーカスキャリブレーションをスループットを低下させることなく実現することが可能であり、経済性よく従来よりも高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００６８】
ここで、レチクル側のフォーカス計測用マークは、レチクル上に設けても良いし、レチクルステージ上に設けられたＲ側基準プレート上に設けても良いし、またその両者に混在させても構わない（例えばレチクル上に１個、Ｒ側基準プレート上に２個など）。勿論、ウェハ側のフォーカス計測用マークも同様に、ウェハ上に設けても良いし、ウェハステージ上に設けられたＷ側基準プレート上に設けても良いし、またその両者に混在させても構わない。
【００６９】
また、本実施例の露光装置で露光を行う際に、レチクルを照射するレチクル照射領域（露光スリット）の外側に少なくとも１つレチクル側のフォーカス計測用マークを設けるようにすると、互いにマーク間の距離を充分に長く取ることが可能になるので、検出精度を上げることができるので好ましい。また、同様に、ウェハの照射領域（露光スリット）の外側に少なくとも１つウェハ側のフォーカス計測用マークを設けるようにしても構わない。
【００７０】
次に、図７及び図８を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図７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を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。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。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェ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。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７１】
図８は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像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ェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００７３】
本出願は、更に以下の事項を開示する。
【００７４】
〔実施態様１〕 露光光を用いて第１のステージに載置されたレチクルのパターンを照明し、当該パターンを投影光学系を介して、第２のステージに載置された被処理体上に露光する露光装置であって、
前記投影光学系を介し、前記被処理体及び／又は前記第２のステージ上の異なる位置に３つ以上形成された第２のマークを同時に検出する検出手段を有することを特徴とする露光装置。
【００７５】
〔実施態様２〕 前記検出手段は、前記第２のマークの１つを検出する検出系を３つ以上有することを特徴とする実施態様１記載の露光装置。
【００７６】
〔実施態様３〕 前記検出手段は、前記第２のマークに対応した像高に形成された前記レチクル又は前記第１のステージ上の第１のマークを検出することを特徴とする実施態様１記載の露光装置。
【００７７】
〔実施態様４〕 前記検出手段が検出した前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークから前記レチクルと前記被処理体との相対的な位置ずれを算出すると共に、当該位置ずれに基づいて、前記レチクルの位置又は前記被処理体の位置の少なくとも一方を制御する制御手段を更に有することを特徴とする実施態様３記載の露光装置。
【００７８】
〔実施態様５〕 前記制御手段は、前記投影光学系の光軸と直交する方向の前記被処理体の位置ずれを算出すると共に、当該位置ずれに基づいて、前記被処理体の位置を制御することを特徴とする実施態様４記載の露光装置。
【００７９】
〔実施態様６〕 前記第２のステージ上の異なる位置に３つ以上形成された第２のマークのうち、少なくとも１つは前記投影光学系の光軸上にあることを特徴とする実施態様１記載の露光装置。
【００８０】
〔実施態様７〕 前記第１のステージ及び前記第２のステージは、前記レチクルと前記被処理体とを同期して走査し、
露光スリットの中心が前記投影光学系の光軸上であり、前記走査方向をＹ方向、前記走査方向と直交する方向をＸ方向としたとき、前記第２のステージ上の異なる位置に３つ以上形成された第２のマークのうちの２つがＹ軸に対して対称、且つ、少なくとも１つが前記光軸外の前記Ｙ軸上にあることを特徴とする実施態様３記載の露光装置。
【００８１】
〔実施態様８〕 前記光軸外の前記Ｙ軸上にある少なくとも１つの第２のマークは、前記Ｙ軸に対して対称な第２のマークの像高と異なるＹ座標を有することを特徴とする実施態様７記載の露光装置。
【００８２】
〔実施態様９〕 前記第１のステージ及び前記第２のステージは、前記レチクルと前記被処理体とを同期して走査し、
前記検出手段が検出した前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークから前記走査方向に平行な方向に関する前記パターンの前記投影光学系の像面の傾きを算出すると共に、当該像面の傾きに基づいて、前記被処理体の位置又は前記投影光学系の像面の少なくとも一方を制御する制御手段とを有することを特徴とする実施態様３記載の露光装置。
【００８３】
〔実施態様１０〕 前記検出系は、
前記投影光学系の任意の点の像高に前記露光光を導光する光学系と、
前記露光光により前記第１のマーク及び前記第２のマークが結像される撮像素子とを有することを特徴とする実施態様２記載の露光装置。
【００８４】
〔実施態様１１〕 前記撮像素子は、直線上に画素を並べた１次元ＣＣＤであることを特徴とする実施態様１０記載の露光装置。
【００８５】
〔実施態様１２〕 前記１次元ＣＣＤは、画素の配列方向と前記配列方向に直交する方向とで倍率が異なることを特徴とする実施態様１１記載の露光装置。
【００８６】
〔実施態様１３〕 前記第２のマークのうちの少なくとも１つが、前記露光光の前記被処理体への照射領域（露光スリット）の外側に設けられていることを特徴とする実施態様１乃至１２のうちいずれか一項記載の露光装置。
【００８７】
〔実施態様１４〕 実施態様１乃至１３のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【００８８】
〔実施態様１５〕 レチクルに形成されたパターンを、前記レチクルと被処理体とを同期した同期して走査すると共に、投影光学系を介して前記被処理体に露光する露光方法であって、
位置が異なる少なくとも３箇所の前記被処理体と同じ高さの位置を同時に検出するステップと、
前記検出ステップで検出された前記被処理体と同じ高さの位置から、前記走査方向及び前記走査方向に直交する方向に関する前記パターンの前記投影光学系による像面の傾きを算出するステップと、
前記算出ステップで算出された前記パターンの前記投影光学系による像面の傾きを補正するステップとを有することを特徴とする露光方法。
【００８９】
〔実施態様１６〕 前記補正ステップは、前記算出ステップで算出された前記パターンの前記投影光学系による像面の傾きに基づいて、前記被処理体の位置を調整することを特徴とする実施態様１５記載の露光方法。
【００９０】
〔実施態様１７〕 前記算出ステップは、前記検出ステップで検出された前記被処理体と同じ高さの位置から、前記投影光学系の像面湾曲を算出することを特徴とする実施態様１６記載の露光方法。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度なフォーカスキャリブレーションを実現すると共に、優れた解像度でスループットの向上を達成することができる露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図２】フォーカス計測用マークの構成の一例を示す概略平面図である。
【図３】図１に示すＴＴＲアライメント光学系の駆動（検出）範囲の一例を説明するための概略模式図である。
【図４】１次元ＣＣＤ（ラインセンサー）の画素配列を示す概略平面図である。
【図５】２次元ＣＣＤの画素配列を示す概略平面図である。
【図６】本発明の一側面である露光装置１００の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図７】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。
【図８】図７に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図９】従来の走査型投影露光装置の例示的一形態を示す概略斜視図である。
【図１０】従来の走査型投影露光装置の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図１１】従来の走査型投影露光装置の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図１２】従来のＴＴＲアライメント光学系の駆動（検出）範囲を示す概略模式図である。
【符号の説明】
１００ 露光装置
１１０ レチクルステージ
１１２ Ｒ側基準プレート
１１２ａ フォーカス計測用マーク
１２０ 投影光学系
１３０ ウェハステージ
１３２ Ｗ側基準プレート
１３２ａ フォーカス計測用マーク
１４０ フォーカス検出系
１４２ 照射部
１４４ 検出部
１５０ ＴＴＲアライメント光学系
１５２ 第１の検出系
１５４ 第２の検出系
１５６ 第３の検出系
１５２ａ、１５４ａ、１５６ａ ファイバー
１５２ｂ、１５４ｂ、１５６ｂ 照明部
１５２ｃ、１５４ｃ、１５６ｃ 対物レンズ
１５２ｄ、１５４ｄ、１５６ｄ リレーレンズ
１５２ｅ、１５４ｅ、１５６ｅ 撮像素子
１６０ 制御部
ＲＣ レチクル
ＷＰ プレート
ＭＥａ、ＭＥｂ、ＭＥｃ 駆動領域
ＥＳ 露光スリット
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光装置に係り、特に、半導体ウェハの単結晶基板などの被処理体を露光するのに使用される露光装置に関する。本発明は、例えば、フォトリソグラフィー工程において、半導体ウェハ用の単結晶基板をステップ・アンド・スキャン方式によって露光する露光装置に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクル又はマスク（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
最近では、図９及び図１０に示すように、解像度の改善と露光領域の拡大のためにレチクルＲＣを一部ずつ露光し、レチクルステージ１１００及びプレートステージ１３００を用いてレチクルＲＣ及びプレートＷＰを同期して走査（スキャン）することによって、レチクルパターン全体を投影光学系１２００を介してプレートＷＰの各露光領域に露光する走査型投影露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）１０００が脚光を浴びている。図９は、従来の走査型投影露光装置１０００の例示的一形態を示す概略斜視図である。図１０は、従来の走査型投影露光装置１０００の例示的一形態を示す概略断面図である。なお、図９及び図１０において、回路パターンが形成されたレチクルＲＣを照明する照明装置は省略されている。
【０００４】
レチクルステージ１１００のレチクルＲＣ近傍の所定の範囲には、反射面に複数の位置計測用のマークが構成されたレチクル側基準プレート（以下、「Ｒ側基準プレート」とする。）１１１０が固設されており、プレートステージ１３００のプレートＷＰ近傍の所定の範囲には、反射面に複数の位置計測用のマークが構成されたウェハ側基準プレート（以下、「Ｗ側基準プレート」とする。）１３１０が固設されている。また、走査型投影光学系１０００には、かかる位置計測用のマークを検出し、投影光学系１２００の光軸方向におけるプレートＷＰの位置ずれを計測する焦点位置計測手段としてフォーカス検出系１４００を有する。
【０００５】
しかし、投影光学系１２００が露光熱を吸収したり、周囲の環境が変動したりすると、フォーカス検出系１４００の計測原点と投影光学系１２００の焦点面とに誤差が発生する。そのため、かかる誤差を計測して補正する（フォーカスキャリブレーション）ために、ＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｒｅｔｉｃｌｅ）アライメント光学系１５００が構成されている。
【０００６】
ＴＴＲアライメント光学系１５００は、Ｒ側基準プレート１１１０とＷ側基準プレート１３１０の相互位置の検出を行う位置検出手段の機能も有する。この相互位置の検出は、オフアクシスアライメント光学系１６００のベースラインの算出やレチクルステージ１１００の走査方向とプレートステージ１３００の走査方向のずれの算出等（ＸＹキャリブレーション）に用いられる。ここで、ベースラインとは、プレートを位置合わせするときのショット中心と露光をするときのショット中心（投影光学系の光軸）間距離のことである。ベースラインの値も様々な環境要因等により変化する場合があるため、ベースラインを計測して補正することが露光装置では必要になる。なお、ＴＴＲアライメント光学系１５００は、図１１に示すように、Ｗ側基準プレート１３１０の裏側、即ち、投影光学系１２００の像面側からＲ側基準プレート１１１０とＷ側基準プレート１３１０の相互位置の検出を行うように構成することも可能である。ここで、図１１は、従来の走査型投影露光装置１０００の例示的一形態を示す概略断面図である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
露光装置においては、半導体素子の高集積化に対応して転写されるパターンの微細化、即ち、高解像度化がますます要求されている。かかる要求に応えるためには露光波長の短波長化では限界にきており、近年では、短波長化とあわせて投影光学系の開口数（ＮＡ）を従来の０．６程度から０．８を越えるような高いＮＡとすることで高解像度化への要求に応えようとしている。
【０００８】
このため、焦点深度が従来に比べて極めて小さくなってきており、焦点位置の検出精度の大幅な向上、特に、フォーカスキャリブレーションの精度の向上が求められている。また、高解像度化に伴って重ね合わせ精度も厳しくなっており、ベースライン等のＸＹキャリブレーションの計測にもより一層の精度向上が求められている。
【０００９】
一方、露光装置には、スループット（単位時間当たり処理される枚数）の向上も求められており、フォーカスキャリブレーション及びＸＹキャリブレーションに対する計測精度の向上と共に計測時間を短縮することも大きな課題となっている。
【００１０】
従来の走査型投影露光装置１０００において、ＴＴＲアライメント光学系１５００は、一般に、走査方向をＹ軸方向とすると露光スリット内でＸ軸と平行な軸上をＹ軸に対して対称となるように第１の検出系１５１０及び第２の検出系１５２０を配置し、２つの像高（計測点）での計測結果をフォーカスキャリブレーション及びＸＹキャリブレーションに利用している。特に、ＴＴＲアライメント光学系１５００を用いた焦点面位置の検出の際には、図１２に示すように、第１の検出系１５１０及び第２の検出系１５２０の駆動範囲（検出範囲）ＭＥａ及びＭＥｂをＸ軸上で投影光学系１２００の光軸に対して対称とし、光軸に対する対称性を維持したまま第１の検出系１５１０及び第２の検出系１５２０の位置を変えることによって複数の像高（計測点）ＫＰでフォーカス計測を行い、走査方向と直交する方向（Ｘ軸方向）の露光像面を算出する。ここで、図１２は、従来のＴＴＲアライメント光学系１５００の駆動（検出）範囲を示す概略模式図である。
【００１１】
しかし、従来のＴＴＲアライメント光学系１５００では、Ｘ軸方向の露光像面を求める際に第１の検出系１５１０及び第２の検出系１５２０を駆動しなければならないため、計測時間がかかると共に駆動誤差に起因する計測精度の劣化が生じてしまう。
【００１２】
また、投影光学系のＮＡが０．８を越えるような高いＮＡとなることで焦点深度が大幅に減少するため、従来問題とならなかった走査方向と平行な方向（Ｙ軸方向）の像面の傾きを測定し、かかる像面にあわせて、例えば、投影光学系内のレンズ等を駆動して像面側を修正して実際の露光面と一致させて露光することが求められている。しかし、ＴＴＲアライメント光学系１５００は、図１２に示したように、露光スリットＥＳ内のＹ軸対称の２つの像高（計測点）において計測を行っているために、走査方向と平行な方向の像面の傾きは計測することができない。
【００１３】
更に、ＴＴＲアライメント光学系１５００を構成する第１の検出系１５１０及び第２の検出系１５２０のセンサー１５１２及び１５２２には、一般に、２次元ＣＣＤ素子が用いられ、２次元ＣＣＤ素子上に拡大結像された位置合わせ用のマークの拡大像を撮像することによりマークの計測を行っているが、露光波長の短波長化に伴って２次元ＣＣＤ素子の光電変換効率が低下するためより強い光を２次元ＣＣＤ素子に入射させなければならない。ＴＴＲアライメント光学系１５００や投影光学系１２００など全ての光学系の透過率（効率）は、短波長化によって低下するため、強い光を２次元ＣＣＤ素子に入射させるためには、光源側でより強い光を射出させるかＴＴＲアライメント光学系１５００の拡大倍率を低下させる必要がある。
【００１４】
しかし、光源側で強い光を射出することは技術的に非常に困難であり、また、仮に強い光を射出できたとしても光学系の耐久性という問題が生じる。一方、ＴＴＲアライメント光学系１５００の拡大倍率を低下させる（例えば、拡大倍率を１／２にすれば撮像素子上の照度は４倍となる）ことは計測精度の低下を引き起こしてしまう。
【００１５】
そこで、本発明は、高精度なフォーカスキャリブレーションを実現すると共に、優れた解像度でスループットの向上を達成することができる露光装置を提供することを例示的目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、露光光を用いて第１のステージに載置されたレチクルのパターンを照明し、当該パターンを投影光学系を介して、第２のステージに載置された被処理体上に露光する露光装置であって、前記投影光学系を介し、前記被処理体及び／又は前記第２のステージ上の異なる位置に３つ以上形成された第２のマークを同時に検出する検出手段を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の更なる目的及びその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光装置について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の例示的一形態を示す概略断面図である。なお、図１において、回路パターンが形成されたレチクルＲＣを照明する照明装置は省略されている。
【００１９】
露光装置１００は、図１に示すように、レチクルＲＣを載置するレチクルステージ１１０と、投影光学系１２０と、プレートＷＰを載置するウェハステージ１３０と、フォーカス検出系１４０と、ＴＴＲアライメント光学系１５０と、制御部１６０とを有し、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクルＲＣに形成された回路パターンをプレートＷＰに露光する走査型投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適である。
【００２０】
レチクルＲＣは、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、レチクルステージ１１０に支持及び駆動される。レチクルＲＣとプレートＷＰとは、投影光学系１２０を介して光学的にほぼ共役な位置に配置され、図示しない照明装置によってＸ軸方向に長いスリット形状又は円弧状の照明領域がレチクルＲＣ上に形成されている。
【００２１】
レチクルステージ１１０は、レチクルＲＣを保持し、図中Ｙ軸方向にレチクルＲＣを駆動制御する。レチクルステージ１１０上のレチクルＲＣ近傍の所定の範囲には、レチクル側基準プレート（以下、「Ｒ側基準プレート」とする。）１１２が、Ｒ側基準プレート１１２の反射面とレチクルＲＣの反射面との高さを略一致させるように固設される。
【００２２】
Ｒ側基準プレート１１２の反射面には、ＣｒやＡｌ等の金属面で形成された複数のフォーカス計測用マーク１１２ａが形成されている。フォーカス計測用マーク１１２ａは、図２に示すように、複数のＸ軸及びＹ軸方向の直線から構成されるものなどがある。ここで、図２は、フォーカス計測用マーク１１２ａの構成の一例を示す概略平面図である。
【００２３】
投影光学系１２０は、レチクルＲＣに形成された回路パターンをプレートＷＰに投影し、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
【００２４】
プレートＷＰは、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体ＷＰには、フォトレジストが塗布されている。
【００２５】
ウェハステージ１３０は、ウェハＷＰを支持し、図中Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向にプレートＷＰを駆動制御する。プレートステージ１３０上のプレートＷＰ近傍の所定の範囲には、ウェハ側基準プレート（以下、「Ｗ側基準プレート」とする。）１３２が、Ｗ側基準プレート１３２の反射面とプレートＷＰの上面（即ち、投影光学系１２０の結像面）との高さを略一致させるように固設される。また、Ｗ側基準プレート１３２の反射面には、ＣｒやＡｌ等の金属面で形成された複数のフォーカス計測用マーク１３２ａが形成されている。なお、フォーカス計測用マーク１３２ａは、上述したフォーカス計測用マーク１１２ａと同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００２６】
レチクルステージ１１０とウェハステージ１３０の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は投影光学系１２０の光学倍率に応じた速度比率で駆動される。
【００２７】
フォーカス検出系１４０は、斜入射方式の焦点位置検出手段である。フォーカス検出系１４０は、レチクルＲＣのパターンが転写されるプレートＷＰ（又はＷ側基準プレート１３２）面に対して斜め方向から非露光光を照射する照射部１４２と、プレートＷＰ（又はＷ側基準プレート１３２）面で斜めに反射した反射光を検出する検出部１４４とを有する。
【００２８】
検出部１４４には、各反射光に対応した複数個の位置検出用の受光素子が構成されており、かかる受光素子の受光面とプレートＷＰからの各反射光の反射点が略共役となるように配置されている。従って、投影光学系１２０の光軸方向におけるウェハＷＰ（又はＷ側基準プレート１３２）の位置ずれは、検出部１４４の受光素子上で位置ずれとして計測される。
【００２９】
ＴＴＲアライメント光学系１５０は、第１の検出系１５２と、第２の検出系１５４と、第３の検出系１５６の３つの検出系から構成され、フォーカス検出系１４０の計測原点と投影光学系１２０の焦点面との誤差を計測する。また、ＴＴＲアライメント光学系１５０は、Ｒ側基準プレート１１２とＷ側基準プレート１３２の相対位置の検出を行う位置検出手段の機能も有しており、オフアクシスアライメント光学系のベースラインの算出やウェハステージ１３０の走査方向とレチクルステージ１１０の走査方向のずれの算出等（ＸＹキャリブレーション）に用いられる。
【００３０】
ベースラインの計測は、まず、レチクルステージ１１０とウェハステージ１３０を所定の位置に駆動させ、ＴＴＲアライメント光学系１５０によりＲ側基準プレート１１２とＷ側基準プレート１３２の相対位置を検出する。次に、Ｗ側基準プレート１３２をウェハステージ１３０の駆動によりオフアクシスアライメント光学系の検出範囲に移動させ、オフアクシスアライメント光学系に構成されている基準マークとＷ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１３２ａの相対位置を検出する。以上の検出結果から、後述する制御部１６０は、オフアクシスアライメント光学系のベースラインを算出する。
【００３１】
第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６は、図１に示すように、ファイバー１５２ａ、１５４ａ及び１５６ａと、照明部１５２ｂ、１５４ｂ及び１５６ｂと、対物レンズ１５２ｃ、１５４ｃ及び１５６ｃと、リレーレンズ１５２ｄ、１５４ｄ及び１５６ｄと、撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅとを有する。第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６は、レチクルＲＣ又はＲ側基準プレート１１２上のパターンを拡大して、撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅに結像させることが可能である。また、同様に、第１の検出系１５２、１５４及び１５６は、投影光学系１２０を介して、プレートＷＰ又はＷ側基準プレート１３２上のパターンを撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅに結像させることも可能である。
【００３２】
制御部１６０は、レチクルステージ１１０、ウェハステージ１３０、フォーカス検出系１４０、ＴＴＲアライメント光学系１５０と接続し、露光装置１００の動作を制御する。制御部１６０は、ＴＴＲアライメント光学系１５０が検出したフォーカス計測用マーク１１２ａ及び１３２ａから、レチクルＲＣとプレートＰＷとの相対的な位置ずれを算出すると共に、かかる位置ずれに基づいて、レチクルＲＣの位置又はプレートＷＰの位置の少なくとも一方を制御する。また、制御部１６０は、投影光学系１２０の光軸と直交する方向のプレートＷＰの位置ずれを算出すると共に、かかる位置ずれに基づいて、プレートＷＰの位置を制御する。更に、制御部１６０は、ＴＴＲアライメント光学系１５０の検出結果から投影光学系１２０の像面の傾きを算出し、かかる像面の傾きに基づいて、プレートＷＰの位置又は投影光学系１２０の像面の少なくとも一方を制御する。
【００３３】
ここで、ＴＴＲアライメント光学系１５０を用いて、斜入射方式のフォーカス検出系１４０の計測原点と投影光学系１２０の焦点面との誤差を測定する方法について説明する。まず、露光光と実質同一の光源からの光をファイバー１５２ａ、１５４ａ及び１５６ａや図示しない光学系等を用いて照明部１５２ｂ、１５４ｂ及び１５６ｂに導光し、対物レンズ１５２ｃ、１５４ｃ及び１５６ｃを介して、Ｒ側基準プレート１１２上のフォーカス計測用マーク１１２ａを照明する。次に、リレーレンズ１５２ｄ、１５４ｄ及び１５６ｄ又は対物レンズ１５２ｃ、１５４ｃ及び１５６ｃなどをＴＴＲアライメント光学系１５０の光軸方向に駆動して、撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅとＲ側基準プレート１１２とが共役の関係になるようにする。
【００３４】
次に、ウェハステージ１３０を駆動し、Ｗ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１３２ａを、投影光学系１２０を介してＴＴＲアライメント光学系１５０で照明及び検出することができる状態にする。そして、フォーカス検出系１４０でＷ側基準プレート１３２の投影光学系１２０の光軸方向の位置を計測しながら、ウェハステージ１３０を光軸方向（Ｚ軸方向）に駆動し、撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅとＷ側基準プレート１３２とが共役の関係となる位置を検出する。
【００３５】
このとき、ＴＴＲアライメント光学系１５０の撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅとＲ側基準プレート１１２とは共役の関係となっているので、Ｗ側基準プレート１３２とＲ側基準プレート１１２も共役の関係、即ち、投影光学系１２０の合焦状態となる。合焦状態のフォーカス検出系１４０の計測値を読み取ることで、フォーカス検出系１４０の計測原点と投影光学系１２０の焦点面との誤差を補正することが可能となる（フォーカスキャリブレーション）。
【００３６】
上述したように、従来の走査型投影露光装置は、ＴＴＲアライメント光学系として露光スリット内に２つの検出系を構成し、かかる２つの検出系を、図１２に示したように、走査方向と垂直なＸ軸方向に駆動可能としてＹ軸方向の座量は同じでＸ軸方向の座標のみが異なる複数の位置でフォーカスキャリブレーションを行っていたため、走査方向の像面の傾きを計測することができなかった。
【００３７】
そこで、ＴＴＲアライメント光学系１５０は、図１に示すように、第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６の３つの検出系を構成することで、異なる位置の３点で同時にＸ軸及びＹ軸方向の計測を行うことが可能となる。例えば、図３に示すように、第１の検出系１５２及び第２の検出系１５４をＸ軸と平行な領域ＭＥａ及びＭＥｂを駆動（検出）可能とし、第３の検出系１５６をＹ軸と平行な領域ＭＥｃを駆動（検出）可能となるように構成する。かかる構成により、計測点Ａ、Ｂ及びＣの３点において、Ｗ側基準プレート１３２又はプレートＷＰ上のマークとＲ側基準プレート１１２又はレチクルＲＣ上のマークとの相対的な位置ずれを計測することができる。ここで、図３は、図１に示すＴＲＲアライメント光学系１５０の駆動（検出）範囲の一例を説明するための概略模式図である。
【００３８】
一方、従来の走査型投影露光装置では、ＴＴＲアライメント光学系が２つの検出系で構成されているため、異なる位置の２点でのみ同時にＸＹ方向の計測が可能である。即ち、ＴＴＲアライメント光学系１５０を３つの検出系で構成し、位置の異なる３点で同時に計測を行うことにより、従来の２点同時計測と同じ時間で、Ｒ側基準プレート１１２とＷ側基準プレート１３２のＸＹ方向の位置ずれに関して１．５倍の情報を得ることが可能となる。
【００３９】
この結果、ＸＹ方向の計測精度を向上させることが可能となり、オフアクシスアライメント光学系のベースラインの算出や露光装置１００におけるウェハステージ１３２の走査方向とレチクルステージ１１２の走査方向のずれの算出等のＸＹ方向のキャリブレーション精度をスループットを低下させることなく向上させることができる。
【００４０】
また、上述したように、ＴＴＲアライメント光学系１５０を用いて投影光学系１２０の合焦状態（即ち、Ｒ側基準プレート１１２とＷ側基準プレート１３２とが共役の関係となる状態）とし、このときの各計測点での合焦状態におけるフォーカス検出系１４０の計測値から露光像面を算出することが可能である。
【００４１】
例えば、ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６が検出する計測点を、それぞれ計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｄとすると、計測点Ａ及び計測点Ｂのフォーカス検出系１４０の計測値からＸ方向の像面の傾きを算出することができる。また、計測点Ａ及び計測点Ｂの計測値の平均値と計測点Ｄのフォーカス検出系１４０の計測値からＹ方向の像面の傾きを算出することができる。計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｄでの計測値は、同時に計測可能であることからＸ方向及びＹ方向に関する像面の傾きを同時に算出することが可能となる。
【００４２】
従って、従来のように２つの検出系で構成されたＴＴＲアライメント光学系による投影光学系の合焦状態の測定では、Ｘ方向又はＹ方向のどちらか一方に関する像面の傾きしか算出することができなかったが、本実施形態のように３つの検出系（第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６）により構成されたＴＴＲアライメント光学系１５０を用いて、それぞれの検出系の計測点を、例えば、図２に示す計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｄのように選択し、かかる計測点で同時に投影光学系１２０の合焦状態を測定することで、スループットを低下させることなく、Ｘ方向及びＹ方向に関する像面の傾きを算出することができる。
【００４３】
かかる算出結果に基づき、制御部１６０は、例えば、ウェハステージ１３０を駆動して、走査方向及び走査方向と直交する方向の像面の傾きを補正し、高ＮＡを有する投影光学系１２０を用いた（即ち、焦点深度の浅い）露光装置１００においても、ベストフォーカスで走査露光を行うことができる。
【００４４】
また、ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６が検出する計測点を、それぞれ計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｃとして各計測点での投影光学系１２０の合焦状態を同時に測定してもよい。計測点Ａ及びＢのみでは像面の傾きしか算出することができないが、計測点Ｃを同時に計測することにより、投影光学系１２０の露光スリットＥＳの長手方向の像面湾曲を計測することが可能になる。
【００４５】
従来のように２つの検出系で構成されたＴＴＲアライメント光学系を有する露光装置で投影光学系の露光スリットの長手方向の像面湾曲を計測するには、２つの検出系をＸ軸上に駆動し計測点を変えて投影光学系の合焦状態を測定する必要があったため、ＴＴＲアライメント光学系（２つの検出系）の駆動に時間がかかり、また、駆動誤差による計測誤差の発生などの問題がある。
【００４６】
本実施形態では、第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６で構成されるＴＴＲアライメント光学系１５０を用いて、それぞれの検出系の計測点を、例えば、図２に示す計測点Ａ、計測点Ｂ及び計測点Ｃとして同時に投影光学系１２０の合焦状態を測定することにより、従来よりもスループットを向上させ、ＴＴＲアライメント光学系１５０（第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６）の駆動による計測誤差の要因も排除して、投影光学系１２０の露光スリットＥＳの長手方向の像面湾曲を計測することができる。
【００４７】
かかる計測結果に基づき、制御部１６０は、投影光学系１２０を構成するレンズを駆動するなどして投影光学系１２０の像面を補正することにより、高ＮＡを有する投影光学系１２０を用いた露光装置１００においても、ベストフォーカスで走査露光を行うことができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６のうち、１つの検出系の撮像素子、例えば、第３の検出系１５６の撮像素子１５６ｅとして１次元ＣＣＤ（ラインセンサー）を、残りの２つの検出系の撮像素子、例えば、第１の検出系１５２及び第２の検出系１５４の撮像素子１５２ｅ及び１５４ｅとして２次元ＣＣＤを用いている。
【００４９】
ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する検出系を従来の２つから３つにすることにより、照明光を３つに分割する必要がある。通常、露光装置は、光源から射出した光を用いて照明光学系を介してレチクルを照明し、投影光学系によりレチクルの像をウェハに露光する。また、照明光学系の途中から切り換えミラー等で光を分岐し、ＴＴＲアライメント光学系に導光している。従って、ＴＴＲアライメント光学系に導光できる光量は、光源の出力や照明光学系、また、照明光学系からの分岐方法に依存するが、基本的には、ＴＴＲアライメント光学系を構成する検出系を２つから３つに増やすことにより、１つの検出系に割り振ることができる光量は減少する。
【００５０】
一方、露光光源がＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー、Ｆ２レーザーと短波長化するに従って、光学系の効率（透過率）が減少してしまうため、撮像素子上に従来と同様な光量を入射させるためには、より強い光をＴＴＲアライメント光学系に導光する必要がある。更に、露光波長の短波長化に伴い、撮像素子であるＣＣＤの光電変換効率が低下するため、ＣＣＤ自体により強い光を入射させることも必要となる。
【００５１】
そこで、本実施形態のＴＴＲアライメント光学系１５０では、１つの検出系、例えば、第３の検出系１５６の撮像素子１５６ｅに１次元ＣＣＤ（ラインセンサー）を用いることで、光量が少なくても検出可能であるようにしている。すなわち、検出系の増加による１つの光学系あたりの光量の低下や、露光波長の短波長化による光量不足などが発生しても、検出系による検出精度が低下することを防止している。
【００５２】
ラインセンサーの特徴は、図４に示すように、非計測方向に画素ＰＸの大きさを大きくすることが可能であることである。このため、図５に示すように、２次元ＣＣＤと比較して計測方向の画素ＰＸの大きさが同じである場合、非計測方向の画素ＰＸの長さの比の分だけＣＣＤの開口面積を大きくすることができる。ここで、図４は、１次元ＣＣＤ（ラインセンサー）の画素配列を示す概略平面図であり、図５は、２次元ＣＣＤの画素配列を示す概略平面図である。
【００５３】
この結果、１画素あたりの感度は開口面積に比例することから、非計測方向に画素サイズの大きいラインセンサーを用いることで１画素あたりの光電変換効率を大幅に向上させることが可能となり、短波長化による光学系の効率低下を補うことができる。更に、ラインセンサーという特徴を生かして、計測方向と非計測方向とでＴＴＲアライメント光学系１５０の倍率に差をつけ、非計測方向には光を集光させることによりラインセンサーの画素に入射する光量を増やすことが可能となる。
【００５４】
例えば、プレートＷＰ上の１００μｍ角の大きさのライン＆スペースマークをＴＴＲアライメント光学系１５０を用いて測定する場合を考える。まず、２次元ＣＣＤの１画素の大きさを１０μｍ角、ラインセンサーの１画素の大きさを１０μｍ（計測方向）×１００μｍ（非計測方向）とすると、１画素あたりの感度は、ラインセンサーの方が約１０倍高いことになる。
【００５５】
また、投影光学系１２０のプレートＷＰからレチクルＲＣの倍率を４倍、ＴＴＲアライメント光学系１５０の倍率を２５倍とすると、プレートＷＰから２次元ＣＣＤまでの倍率は１００倍となる。つまり、２次元ＣＣＤを撮像素子として用いた場合、プレートＷＰ上の１００μｍ角のマークは、２次元ＣＣＤ上で１０ｍｍ角に拡大される。
【００５６】
一方、１０μｍ（計測方向）×１００μｍ（非計測方向）のラインセンサーを撮像素子として用いた場合、ＴＴＲアライメント光学系１５０の計測方向の倍率を２５倍、非計測方向の倍率を１／４倍とすると、投影光学系１２０の４倍とあわせて、プレートＷＰから計測方向１００倍、非計測方向等倍となる。つまり、プレートＷＰ上の１００μｍ角のマークは、ラインセンサー上において計測方向には１０ｍｍに拡大され、非計測方向には１００μｍのままとなる。
【００５７】
計測方向の倍率は、２次元ＣＣＤを用いた場合とラインセンサーを用いた場合とで同じ倍率であるので計測分解能は同等である。一方、非計測方向には、１００倍と等倍の違いがあるので、撮像素子上の単位面積あたりの光量は、ラインセンサーの方が１００倍多くなる。上述した１画素あたりの感度１０倍を考慮すると、２次元ＣＣＤを撮像素子に用いた場合とラインセンサーを撮像素子に用いた場合とで、ラインセンサーの方が１／１０００の光量で計測することが可能となる。実際には、ＣＣＤの仕様やアライメントマークの形状等によって２次元ＣＣＤとラインセンサーとで必要な光量比は変化することとなるが、これらの点を考慮してもラインセンサーと２次元ＣＣＤとで少なくとも１／１００程度の光量比とすることができる。
【００５８】
ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する検出系を２つから３つにした場合、そのうちの１つの検出系、例えば、第３の検出系１５６の撮像素子１５６ｅとしてラインセンサーを用いることにより、第３の検出系１５６に振り分けられる光量は、従来の２つの検出系の０．１％乃至１％でよい。これにより、ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する検出系を２つから３つに増やすことによる１つの検出系への光量の低下を防止することができる。また、２次元ＣＣＤに比べてラインセンサーでは１％程度の光量でも検出可能であることから、露光波長の短波長化による光学系の効率が、例えば、１／１０になったとしてもまだ１０倍の光量余裕があることになり、十分に測定することができる。
【００５９】
また、ラインセンサーを用いることで、計測方向もＸ方向又はＹ方向の１次元となってしまうが、ＴＴＲアライメント光学系１５０の途中でＸ方向計測系とＹ方向計測系にハーフミラー等を用いて分離し、２つのラインセンサーを用いることでＸ方向及びＹ方向の計測が可能となる。
【００６０】
ＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する３つの検出系（第１の検出系１５２、第２の検出系１５４及び第３の検出系１５６）の全ての撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅをラインセンサーとすることにより、全ての検出系において、従来の０．１％乃至１％の光量で計測可能とすることができるが、計測するマークの２次元画像を得ることができなくなるため、マークの模索や粗検出の用途には不向きとなる。そこで、３つの検出系の撮像素子として、少なくとも１つの検出系の撮像素子に２次元ＣＣＤを、少なくとも１つの検出系の撮像素子としてラインセンサーを用いることで、上述したように、検出系の増加による１つの検出系への光量の低下を防止することができるのに加え、マークの模索や粗検出を２次元ＣＣＤで行い、ラインセンサーで精密な計測を行うことも可能となる。
【００６１】
また、撮像素子上の照度が同じならば、２次元ＣＣＤに比べてラインセンサーでは、光電変換に必要な蓄積時間を１／１００乃至１／１０００にすることができる。つまり、ラインセンサーを計測に用いることで、ＣＣＤの蓄積時間を短縮して計測時間を短縮し、スループットを向上させることも可能である。
【００６２】
なお、上述した露光装置１００においては、Ｗ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１３２ａを、ＴＴＲアライメント光学系１５０から投影光学系１２０を介して照明していたので、フォーカス計測用マーク１３２ａからの反射光は投影光学系１２０を２回通過している。
【００６３】
そこで、図６に示すように、Ｗ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１３２ａを、Ｗ側基準プレート１３２の裏側から照明するようにＴＴＲアライメント光学系１５０を構成する。このように、Ｗ側基準プレート１３２の裏側からフォーカス計測用マーク１３２ａを直接照明することにより、フォーカス計測用マーク１３２ａからの反射光は投影光学系１２０を１回だけ通過することとなる。従って、特に、投影光学系の透過率が低いＦ２レーザーを光源とした露光装置等において、投影光学系を１回介するのみでフォーカス計測が可能となるので、光量的に非常に有利となる。ここで、図６は、本発明の一側面である露光装置１００の例示的一形態を示す概略断面図である。
【００６４】
なお、ＴＴＲアライメント光学系１５０は、第１の光学系１５２、第２の光学系１５４及び第３の光学系１５６から構成され、対物レンズ１５２ｃ、１５４ｃ及び１５６ｃ、リレーレンズ１５２ｄ、１５４ｄ及び１５６ｄ、撮像素子１５２ｅ、１５４ｅ及び１５６ｅ等を有するが、さらに別の光学系を追加するなどの構成としてもよい。
【００６５】
また、投影光学系１２０の合焦状態の計測においては、ウェハステージ１３０をＺ方向に駆動させる以外に、ＴＴＲアライメント光学系１５０の一部、例えば、対物レンズ１５２ｃ、１５４ｃ及び１５４ｄやリレーレンズ１５２ｄ、１５４ｄ及び１５６ｄ、又はＴＴＲアライメント光学系１５０を全て光軸方向に駆動させて計測することも可能である。
【００６６】
ＴＴＲアライメント光学系１５０の駆動範囲は、図３に示した範囲に限定されるものではなく、同様の機能を有する任意の駆動範囲を設定することができる。また、Ｒ側基準プレート１１２及びＷ側基準プレート１３２上のフォーカス計測用マーク１１２ａ及び１３２ａも図２に示したものに限定されるわけではなく、同様の機能を有する別のマーク構成であってもよい。また、ＴＴＲアライメント光学系１５０は、３つ以上の検出系で構成してもよい。
【００６７】
露光において、図示しない照明装置から発せられた光は、レチクルＲＣをケーラー照明する。レチクルＲＣを通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系１２０によりプレートＷＰに結像される。露光装置１００は、ＴＴＲアライメント光学系１５０により高精度なフォーカスキャリブレーションをスループットを低下させることなく実現することが可能であり、経済性よく従来よりも高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００６８】
ここで、レチクル側のフォーカス計測用マークは、レチクル上に設けても良いし、レチクルステージ上に設けられたＲ側基準プレート上に設けても良いし、またその両者に混在させても構わない（例えばレチクル上に１個、Ｒ側基準プレート上に２個など）。勿論、ウェハ側のフォーカス計測用マークも同様に、ウェハ上に設けても良いし、ウェハステージ上に設けられたＷ側基準プレート上に設けても良いし、またその両者に混在させても構わない。
【００６９】
また、本実施例の露光装置で露光を行う際に、レチクルを照射するレチクル照射領域（露光スリット）の外側に少なくとも１つレチクル側のフォーカス計測用マークを設けるようにすると、互いにマーク間の距離を充分に長く取ることが可能になるので、検出精度を上げることができるので好ましい。また、同様に、ウェハの照射領域（露光スリット）の外側に少なくとも１つウェハ側のフォーカス計測用マークを設けるようにしても構わない。
【００７０】
次に、図７及び図８を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図７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を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。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。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェ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。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７１】
図８は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像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ェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００７３】
本出願は、更に以下の事項を開示する。
【００７４】
〔実施態様１〕 露光光を用いて第１のステージに載置されたレチクルのパターンを照明し、当該パターンを投影光学系を介して、第２のステージに載置された被処理体上に露光する露光装置であって、
前記投影光学系を介し、前記被処理体及び／又は前記第２のステージ上の異なる位置に３つ以上形成された第２のマークを同時に検出する検出手段を有することを特徴とする露光装置。
【００７５】
〔実施態様２〕 前記検出手段は、前記第２のマークの１つを検出する検出系を３つ以上有することを特徴とする実施態様１記載の露光装置。
【００７６】
〔実施態様３〕 前記検出手段は、前記第２のマークに対応した像高に形成された前記レチクル又は前記第１のステージ上の第１のマークを検出することを特徴とする実施態様１記載の露光装置。
【００７７】
〔実施態様４〕 前記検出手段が検出した前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークから前記レチクルと前記被処理体との相対的な位置ずれを算出すると共に、当該位置ずれに基づいて、前記レチクルの位置又は前記被処理体の位置の少なくとも一方を制御する制御手段を更に有することを特徴とする実施態様３記載の露光装置。
【００７８】
〔実施態様５〕 前記制御手段は、前記投影光学系の光軸と直交する方向の前記被処理体の位置ずれを算出すると共に、当該位置ずれに基づいて、前記被処理体の位置を制御することを特徴とする実施態様４記載の露光装置。
【００７９】
〔実施態様６〕 前記第２のステージ上の異なる位置に３つ以上形成された第２のマークのうち、少なくとも１つは前記投影光学系の光軸上にあることを特徴とする実施態様１記載の露光装置。
【００８０】
〔実施態様７〕 前記第１のステージ及び前記第２のステージは、前記レチクルと前記被処理体とを同期して走査し、
露光スリットの中心が前記投影光学系の光軸上であり、前記走査方向をＹ方向、前記走査方向と直交する方向をＸ方向としたとき、前記第２のステージ上の異なる位置に３つ以上形成された第２のマークのうちの２つがＹ軸に対して対称、且つ、少なくとも１つが前記光軸外の前記Ｙ軸上にあることを特徴とする実施態様３記載の露光装置。
【００８１】
〔実施態様８〕 前記光軸外の前記Ｙ軸上にある少なくとも１つの第２のマークは、前記Ｙ軸に対して対称な第２のマークの像高と異なるＹ座標を有することを特徴とする実施態様７記載の露光装置。
【００８２】
〔実施態様９〕 前記第１のステージ及び前記第２のステージは、前記レチクルと前記被処理体とを同期して走査し、
前記検出手段が検出した前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークから前記走査方向に平行な方向に関する前記パターンの前記投影光学系の像面の傾きを算出すると共に、当該像面の傾きに基づいて、前記被処理体の位置又は前記投影光学系の像面の少なくとも一方を制御する制御手段とを有することを特徴とする実施態様３記載の露光装置。
【００８３】
〔実施態様１０〕 前記検出系は、
前記投影光学系の任意の点の像高に前記露光光を導光する光学系と、
前記露光光により前記第１のマーク及び前記第２のマークが結像される撮像素子とを有することを特徴とする実施態様２記載の露光装置。
【００８４】
〔実施態様１１〕 前記撮像素子は、直線上に画素を並べた１次元ＣＣＤであることを特徴とする実施態様１０記載の露光装置。
【００８５】
〔実施態様１２〕 前記１次元ＣＣＤは、画素の配列方向と前記配列方向に直交する方向とで倍率が異なることを特徴とする実施態様１１記載の露光装置。
【００８６】
〔実施態様１３〕 前記第２のマークのうちの少なくとも１つが、前記露光光の前記被処理体への照射領域（露光スリット）の外側に設けられていることを特徴とする実施態様１乃至１２のうちいずれか一項記載の露光装置。
【００８７】
〔実施態様１４〕 実施態様１乃至１３のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【００８８】
〔実施態様１５〕 レチクルに形成されたパターンを、前記レチクルと被処理体とを同期した同期して走査すると共に、投影光学系を介して前記被処理体に露光する露光方法であって、
位置が異なる少なくとも３箇所の前記被処理体と同じ高さの位置を同時に検出するステップと、
前記検出ステップで検出された前記被処理体と同じ高さの位置から、前記走査方向及び前記走査方向に直交する方向に関する前記パターンの前記投影光学系による像面の傾きを算出するステップと、
前記算出ステップで算出された前記パターンの前記投影光学系による像面の傾きを補正するステップとを有することを特徴とする露光方法。
【００８９】
〔実施態様１６〕 前記補正ステップは、前記算出ステップで算出された前記パターンの前記投影光学系による像面の傾きに基づいて、前記被処理体の位置を調整することを特徴とする実施態様１５記載の露光方法。
【００９０】
〔実施態様１７〕 前記算出ステップは、前記検出ステップで検出された前記被処理体と同じ高さの位置から、前記投影光学系の像面湾曲を算出することを特徴とする実施態様１６記載の露光方法。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度なフォーカスキャリブレーションを実現すると共に、優れた解像度でスループットの向上を達成することができる露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図２】フォーカス計測用マークの構成の一例を示す概略平面図である。
【図３】図１に示すＴＴＲアライメント光学系の駆動（検出）範囲の一例を説明するための概略模式図である。
【図４】１次元ＣＣＤ（ラインセンサー）の画素配列を示す概略平面図である。
【図５】２次元ＣＣＤの画素配列を示す概略平面図である。
【図６】本発明の一側面である露光装置１００の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図７】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。
【図８】図７に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図９】従来の走査型投影露光装置の例示的一形態を示す概略斜視図である。
【図１０】従来の走査型投影露光装置の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図１１】従来の走査型投影露光装置の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図１２】従来のＴＴＲアライメント光学系の駆動（検出）範囲を示す概略模式図である。
【符号の説明】
１００ 露光装置
１１０ レチクルステージ
１１２ Ｒ側基準プレート
１１２ａ フォーカス計測用マーク
１２０ 投影光学系
１３０ ウェハステージ
１３２ Ｗ側基準プレート
１３２ａ フォーカス計測用マーク
１４０ フォーカス検出系
１４２ 照射部
１４４ 検出部
１５０ ＴＴＲアライメント光学系
１５２ 第１の検出系
１５４ 第２の検出系
１５６ 第３の検出系
１５２ａ、１５４ａ、１５６ａ ファイバー
１５２ｂ、１５４ｂ、１５６ｂ 照明部
１５２ｃ、１５４ｃ、１５６ｃ 対物レンズ
１５２ｄ、１５４ｄ、１５６ｄ リレーレンズ
１５２ｅ、１５４ｅ、１５６ｅ 撮像素子
１６０ 制御部
ＲＣ レチクル
ＷＰ プレート
ＭＥａ、ＭＥｂ、ＭＥｃ 駆動領域
ＥＳ 露光スリット
Claims (1)
- 露光光を用いて第１のステージに載置されたレチクルのパターンを照明し、当該パターンを投影光学系を介して、第２のステージに載置された被処理体上に露光する露光装置であって、
前記投影光学系を介し、前記被処理体及び／又は前記第２のステージ上の異なる位置に３つ以上形成された第２のマークを同時に検出する検出手段を有することを特徴とする露光装置。
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