JP2006228890A - 位置合わせ方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 気圧が変動してもベースライン量を正確に計測できるようにする。
【解決手段】 気圧の変動が生ずるとベースライン量を測定する際に用いられる基準板６の体積変化が生じ、この体積変化により基準板６に形成された基準マークの間隔（例えば、基準マーク７Ａ，７Ｂと基準マーク８との間隔）が変化してベースライン量の誤差が生ずる。本発明は気圧の変動を測定し、この測定結果から基準板６の体積変化を求め、計測されたベースライン量を補正する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置及びその位置合わせ方法に関する。

半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他のデバイスを製造する際には、レチクル又はマスク（以下、これらを総称する場合にはマスクという）に照明光を照射し、マスクを介した光をフォトレジストが塗布されたウエハやガラスプレート等の基板に露光光として照射してマスクのパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置が用いられる。露光装置としては、ステッパー等の一括露光型（静止露光型）の露光装置、又はスキャニングステッパー等の走査露光型の露光装置等が使用されている。

上記の露光装置を用いて露光処理を行うには、投影光学系を介してマスクのパターンの像が投影される領域（露光領域）に対して基板上に設定された各区画領域（ショット領域）を正確に位置合わせする必要がある。このため、露光装置にはウエハに形成されたマークの位置情報を計測するウエハアライメント系が設けられるが、近年の露光装置においては投影光学系を介さずにマークの位置情報を計測するオフ・アクシス型のウエハアライメント系が設けられることが多い。このオフ・アクシス型のウエハアライメント系を備える露光装置においては、投影光学系の投影中心とウエハアライメント系の計測視野中心（検出中心）との距離であるベースライン量を厳密に管理する必要がある。

ベースライン量の計測は、基板を保持する基板ステージ上に形成された基準マークを上記のウエハアライメント系で検出するとともに、基準マークの投影光学系を介した共役像とマスクに形成された位置合わせ用のマークとをマスクステージ上に設けられたマスクアライメント系で検出して求められる。しかしながら、近年においては、スループット（単位時間に露光処理することができる基板の枚数）の向上が求められているため、以下の特許文献１又は特許文献２に開示されているように、露光領域とウエハアライメント系の計測視野との各々に配置される複数の基準マークが形成された基準板を基板ステージ上に配置し、各々の基準マークを上記のウエハアライメント系とマスクアライメント系とで同時に検出し、ベースライン量の計測に要する時間を短縮している。

ところで、例えば気圧等の環境が変化すると、上記の基準板には、気圧の変動量とヤング率とに応じた体積変化が生ずる。基準板の基準マークは所定の位置関係を満足するように正確に形成されているが、基準板自体の体積が変化してしまうと基準板に形成された基準マークの相対的な位置関係が変動してしまい、その結果としてベースライン量に誤差が生じてしまうという問題があった。

また、環境（気圧や温度）が変化すると、投影光学系のフォーカス位置及びウエハアライメント系のフォーカス位置がそれぞれ独立に（何の関連性も無く）変化してしまう。ベースラインを計測するときには、基準板に形成された各々の基準マークを投影光学系の像面及びウエハアライメント系の焦点位置にそれぞれ配置する必要があるが、投影光学系の像面位置とウエハアライメント系との焦点位置が異なる場合には基準板を傾けた状態で計測する必要がある。しかしながら、基準板を傾けてしまうと、各基準マークから投影光学系及びウエハアライメント系の光軸に交差する平面に対して下ろした垂線の足の位置がその傾きに応じて変化することから分かる通り、見かけ上ベースライン量に誤差が生じてしまうという問題があった。

よって本発明の目的は、気圧や温度等の環境が変動してもベースライン量を正確に計測することができ、その結果として位置合わせ精度を向上させることができる位置合わせ方法及び露光装置を提供することである。
特開平５−０２１３１４号公報 特開平６−０９７０３１号公報

以下、この項に示す説明では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に対応付けて説明するが、本発明の各構成要件は、これら部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものではない。

本発明の第１の観点によると、露光すべきパターンと位置合わせ用のマーク（３Ａ、３Ｂ）とが形成されたマスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（ＲＳＴ）と、複数の基板マークが形成された基板（Ｗ）を保持する基板ステージ（ＷＳＴ）と、前記マスクのパターンの像を前記基板上に投影する投影光学系（ＰＬ）と、前記基板ステージ上に配置され所定の距離だけ離間した第１基準マーク（７Ａ、７Ｂ）及び第２基準マーク（８）が形成された基準板（６）と、前記基準板に形成された前記第１基準マークの前記投影光学系を介した共役像と前記マスクに形成された前記マークとの位置ずれ量を検出する第１マーク検出手段（５Ａ、５Ｂ）と、前記投影光学系を介することなく前記基板に形成された前記基板マーク又は前記基準板に形成された前記第２基準マークを検出する第２マーク検出手段（９）とを備える露光装置の前記基板ステージを位置合わせする位置合わせ方法において、前記基準板の設置されている環境の状態を測定する環境測定ステップ（Ｓ４）と、前記基準板に形成された前記第１基準マーク及び前記第２基準マークを前記第１マーク検出手段及び前記第２マーク検出手段でそれぞれ検出してベースライン量を求める検出ステップ（Ｓ５）と、前記環境測定ステップの測定結果に基づいて前記ベースライン量の補正量を得る補正量取得ステップ（Ｓ６）と、前記検出ステップで求められた前記ベースライン量を前記補正量取得ステップで得られた前記補正量で補正する補正ステップ（Ｓ７）と、前記補正ステップで補正された前記ベースライン量と前記第２マーク検出手段による前記基板マークの検出結果とに基づいて前記基板ステージを移動させ、前記投影光学系を介して前記パターンの像が投影される露光位置に対して前記基板を位置合わせする位置合わせステップとを含む位置合わせ方法が提供される。

本発明の第２の観点によると、露光すべきパターンと位置合わせ用のマーク（３Ａ、３Ｂ）とが形成されたマスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（ＲＳＴ）と、複数の基板マークが形成された基板（Ｗ）を保持する基板ステージ（ＷＳＴ）と、前記マスクのパターンの像を前記基板上に投影する投影光学系（ＰＬ）と、前記基板ステージ上に配置され所定の距離だけ離間した第１基準マーク（７Ａ、７Ｂ）及び第２基準マーク（８）が形成された基準板（６）と、前記基準板に形成された前記第１基準マークの前記投影光学系を介した共役像と前記マスクに形成された前記マークとの位置ずれ量を検出する第１マーク検出手段（５Ａ、５Ｂ）と、前記投影光学系を介することなく前記基板に形成された前記基板マーク又は前記基準板に形成された前記第２基準マークを検出する第２マーク検出手段（９）とを備える露光装置において、前記基準板の設置されている環境の状態を測定する環境センサ（１３）と、前記基準板に形成された前記第１基準マーク及び前記第２基準マークを前記第１マーク検出手段及び前記第２マーク検出手段でそれぞれ検出して得られる検出結果に基づいてベースライン量を求めるベースライン量算出手段（４１）と、前記環境センサの測定結果に基づいて前記ベースライン量の補正量を得る補正量取得手段（４２）と、前記ベースライン量算出手段で求められた前記ベースライン量を、補正量取得手段で得られた前記補正量で補正する補正手段（４３）とを備える露光装置が提供される。

これらの発明では、気圧等の環境の変化に応じてベースライン量を補正するようにしたので、気圧の変化に伴い生じていた誤差が解消され、基板を露光位置に正確に位置決めすることができるようになる。その結果、微細なパターンを高い重ね合わせ精度で基板上に転写することができ、高品質、高性能、高集積なデバイス等を高い歩留まりで高効率的に製造することができるようになる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る露光装置の要部構成を模式的に示す正面図である。この露光装置は、図１中の投影光学系ＰＬに対してマスクとしてのレチクルＲと基板としてのウエハＷとを相対的に移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンをウエハＷに逐次転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の露光装置である。

尚、以下の説明においては、図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図１中に示すＸＹＺ直交座標系は、ＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定されている。また、本実施形態ではレチクルＲ及びウエハＷを同期移動させる方向（走査方向）をＹ方向に設定している。

この露光装置は、不図示のＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）を備えており、この光源から射出された露光光は、不図示の照明光学系に含まれる主コンデンサーレンズ１により集光されてレチクルＲを均一な照度で照明する。尚、光源としてはＡｒＦエキシマレーザ光源以外に、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（波長１５７ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）やｉ線（波長３６５ｎｍ）を射出する超高圧水銀ランプ、ＹＡＧレーザや半導体レーザの高周波発生装置等を用いることができる。

レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上に保持され、レチクルステージＲＳＴはレチクルＲの中心Ｒｃが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと合致した状態でレチクルＲを保持する。また、レチクルＲの下面のパターン領域ＰＡ（図２参照）の外側には一対のアライメント用のレチクルマーク３Ａ，３Ｂが形成されており、レチクルマーク３Ａ，３Ｂの上方にはそれぞれミラー４Ａ，４Ｂを介してＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメント系５Ａ，５Ｂが配置されている。

露光時にはレチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介してウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの各ショット領域に投影露光される。ウエハＷの各ショット領域にはそれぞれアライメント用のウエハマーク（基板マーク）が形成されている。また、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの近傍には、３個の基準マーク７Ａ，７Ｂ，８が形成された基準板６が固定されている。尚、図１においては、理解を容易にするため、基準マーク８は基準マーク７Ａ，７Ｂの＋Ｘ方向に位置しているように表示しているが、基準マーク８は基準マーク７Ａ，７Ｂの垂直２等分線上であって、基準マーク７Ａ，７Ｂの−Ｙ方向に形成されている（図２参照）。

基準板６は、合成石英に比べて熱膨張係数が極めて低く、且つ高いヤング率を有する材質により形成されている。例えば、Ｎａ（ナトリウム）及びＫ（カリウム）を含まないＬi_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系のガラスセラミックスにより形成されている。この基準板６の熱膨張係数は、例えば０〜５０℃の温度範囲で０．５［１０^−７／Ｋ］程度であり、ヤング率は９０［ＧＰａ］程度である。具体的には、株式会社オハラ製のクリアセラム（登録商標）、又はショット日本株式会社製のＺｅｒｏｄｕｒ（登録商標）を用いることができる。基準マーク７Ａ，７Ｂ，８は、上記の材質の母材の表面にＣｒ（クロム）等の蒸着層を形成し、その一部をエッチングすることで形成されている。

基準板６に形成された基準マーク７Ａ，７Ｂが投影光学系ＰＬの投影視野内のレチクルマーク３Ａ，３Ｂのそれぞれとほぼ共役な位置に配置されるようにウエハステージＷＳＴを位置決めすると、レチクルＲ上のアライメント系５Ａによってレチクルマーク３Ａ及び基準マーク７Ａの共役像が検出されると同時に、アライメント系５Ｂによってレチクルマーク３Ｂ及び基準マーク７Ｂの共役像が検出される。

レチクルマーク３Ａ（３Ｂについても同様）とレチクルＲの中心Ｒｃとの間隔Ｌａは設計上予め定められている値であり、投影光学系ＰＬの像面（基準板６の表面）におけるレチクルマーク３Ａの投影点と光軸ＡＸとの間隔はＬａ／αとなる。ここでαはウエハＷ側からレチクルＲ側に対する投影光学系ＰＬの倍率であり、投影光学系ＰＬが１／５縮小光学系の場合にはα＝５である。基準板６に形成される基準マーク７Ａ，７Ｂの間隔は、２Ｌａ／αに設定されている。

また、投影光学系ＰＬの側方にはオフ・アクシス方式のウエハアライメント系９が配置されている。ウエハアライメント系９の光軸は、ウエハステージＷＳＴ上では投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行である。このウエハアライメント系９の内部には指標マークが形成された指標板９ａが固定されており、この指標板９ａの指標マークの形成面は基準板８の表面と共役である。ここで、ウエハアライメント系９のベースライン量ＢＬは、一例としてウエハアライメント系９のウエハステージＷＳＴ上での光軸とレチクルＲの中心Ｒｃの投影光学系ＰＬによる投影点との間隔として定義される。

アライメント系（以下、ウエハアライメント系９と区別するため便宜的に、レチクルアライメント系という）５Ａ，５Ｂ及びウエハアライメント系９の検出結果はベースライン量を求めるために用いられる。また、レチクルアライメント系５Ａ，５Ｂの検出結果は、レチクルＲに対するウエハステージＷＳＴのＺ軸周りの回転、及び投影光学系ＰＬの倍率誤差を求めるために用いられる。尚、図１においては、理解を容易にするため、投影光学系ＰＬの＋Ｘ側にウエハアライメント系９が位置しているように図示しているが、ウエハアライメント系９は投影光学系ＰＬの−Ｙ側に配置されている（図２参照）。

基準板６に形成された基準マーク７Ａ，７Ｂが投影光学系ＰＬの投影視野内のレチクルマーク３Ａ，３Ｂのそれぞれとほぼ共役な位置に配置されるように、ウエハステージＷＳＴを位置決めすると、基準板６に形成された基準マーク８がウエハアライメント系９の計測視野内に配置される。レチクルアライメント系５Ａ，５Ｂによるレチクルマーク３Ａ，３Ｂ及び基準マーク７Ａ，７Ｂの共役像の検出と、ウエハアライメント系９による基準マーク８の検出とを同時に行うことができる。

この露光装置の動作は主制御系１０が統括的に制御する。具体的には、レチクルアライメント系５Ａ，５Ｂ及びウエハアライメント系９の検出結果に基づいて、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを駆動して、レチクルＲとウエハＷとの相対的な位置合わせを行う。また、露光時にはウエハステージＷＳＴを駆動して速度Ｖｗで＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に一定速度で移動させるとともに、レチクルステージＲＳＴを駆動して速度Ｖｒ（＝Ｖｗ×α）で−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に一定速度で移動させて、レチクルＲのパターンを逐次ウエハＷ上の１つのショット領域に転写する。１つのショット領域に対する露光処理が終わると、ウエハステージＷＳＴをステップ移動させて次に露光すべきショット領域の露光を同様に行う。

レチクルステージＲＳＴ上の一端には移動鏡Ｍｒが取り付けられており、この移動鏡Ｍｒに対してレーザビームを照射してレチクルステージＲＳＴのＸ座標、Ｙ座標、及びＺ軸周りの回転を検出するレーザ干渉計１１が設けられている。また、ウエハステージＷＳＴ上の一端には移動鏡Ｍｗが取り付けられており、この移動鏡Ｍｗに対してレーザビームを照射してウエハステージＷＳＴのＸ座標、Ｙ座標、及びＺ軸周りの回転を検出するレーザ干渉計１２が設けられている。主制御系１０はこれらレーザ干渉計１１，１２の検出結果を用いてレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを駆動制御する。また、レーザ干渉計１１，１２の検出結果は上述したベースライン量ＢＬを計測する際にも用いられる。

本実施形態の露光装置は、気圧を測定するための気圧計１３を備えている。気圧が変動すると、基準板６の体積変化に起因して基準マーク７Ａ，７Ｂ，８の相対的な位置ずれが生じる。前述したベースライン量ＢＬは、基準マーク７Ａ，７Ｂ，８の検出結果に基づいて求められるため、基準マーク７Ａ，７Ｂ，８の相対的な位置ずれによりベースライン量ＢＬに誤差が生ずる。

また、気圧が変動すると、投影光学系ＰＬのフォーカス位置及びウエハアライメント系９が備える不図示の光学系のフォーカス位置が互いに無関係に変化してしまう。レチクルアライメント系５Ａ，５Ｂによるレチクルマーク３Ａ，３Ｂ及び基準マーク７Ａ，７Ｂの共役像の検出と、ウエハアライメント系９による基準マーク８の検出は、基準マーク７Ａ，７Ｂが投影光学系ＰＬの像面に含まれ、基準マーク８がウエハアライメント系９の焦点位置に配置された状態で行う必要がある。従って、気圧の変動が生ずると、ウエハステージＷＳＴを傾斜させて基準板６が傾いた状態で基準マーク７Ａ，７Ｂ，８の検出が行われるが、かかる状態で検出を行う場合には、各基準マーク７Ａ，７Ｂ，８から投影光学系ＰＬ及びウエハアライメント系９の光軸に交差する平面に対して下ろした垂線の足の位置がその傾きに応じて変化することから分かる通り、見かけ上ベースライン量ＢＬに誤差が生ずる。

主制御系１０は、レチクルアライメント系５Ａ，５Ｂ及びウエハアライメント系９の検出結果を用いてベースライン量ＢＬを求めるのであるが、気圧変動が生じた場合には気圧計１３の計測結果に基づいてアライメント系５Ａ，５Ｂ及びウエハアライメント系９の検出結果から計測された誤差のあるベースライン量ＢＬを補正する補正量を得る。そして、この補正量を用いてベースライン量ＢＬを補正している。尚、この補正量の求め方の詳細については後述する。

次に、本実施形態の露光装置に設けられるレチクルアライメント系５Ａ，５Ｂ及びウエハアライメント系９の構成について詳細に説明する。図２は本発明の実施形態に係る露光装置の要部構成を示す斜視図である。図２に示す通り、レチクルＲの上方に設けられた一方のＴＴＲ方式のレチクルアライメント系５Ａでは、ミラー４Ａを介して対物レンズ２０Ａによりレチクルマーク３Ａ及び投影光学系ＰＬの投影領域内の基準マーク７Ａの像がＹ方向用の撮像素子２１Ａの撮像面及びＸ方向用の撮像素子２２Ａの撮像面に結像される。また、対物レンズ２０Ａからの光の一部は受光素子２３Ａにも入射する。受光素子２３Ａの受光面は投影光学系ＰＬの瞳面（フーリエ変換面）と共役である。

同様に、他方のＴＴＲ方式のアライメント系５Ｂにおいても、ミラー４Ｂを介して対物レンズ２０Ｂによりレチクルマーク３Ｂ及び投影光学系ＰＬの投影領域内の基準マーク７Ｂの像がＹ方向用の撮像素子２１Ｂの撮像面及びＸ方向用の撮像素子２２Ｂの撮像面に結像される。また、対物レンズ２０Ｂからの光の一部は投影光学系ＰＬの瞳共役の受光素子２３Ｂにも入射する。

オフ・アクシス方式のウエハアライメント系９は、ウエハステージＷＳＴに対向する反射プリズム２４、対物レンズ２５、ミラー２６、本体部２７、Ｘ方向用の撮像素子２８Ｘ及びＹ方向用の撮像素子２８Ｙを含んで構成され、投影光学系ＰＬの−Ｙ方向の側面部に取り付けられている。反射プリズム２４に対向する領域のマークの像がそれぞれ撮像素子２８Ｘ，２８Ｙの撮像面に結像される。前述した通り、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴを駆動して、基準板６の基準マーク７Ａ，７ＢをそれぞれＴＴＲ方式のアライメント系５Ａ，５Ｂで検出できる位置に配置したときに、ウエハアライメント系９の計測視野内に基準マーク８が収まるように、基準マーク８の位置が設定されている。従って、ＴＴＲ方式のアライメント系５Ａ，５Ｂ及びウエハアライメント系９により同時にそれぞれ基準板６上の対応する基準マークを検出することができる。従って、ウエハステージＷＳＴを移動させることなく、オフ・アクシス方式のウエハアライメント系９のベースライン量を計測することができる。

また、図２に示す通り、ウエハステージＷＳＴの端部に設けられる移動鏡Ｍｗは、ウエハステージＷＳＴ上のＸ方向の端部に設けられた移動鏡ＭｗＸと、Ｙ方向の端部に設けられた移動鏡ＭｗＹとから構成される。また、レーザ干渉計１２は、Ｘ方向用のレーザ干渉計１２ａ、ピッチング計測用のレーザ干渉計１２ｂ、及びＹ方向用のレーザ干渉計１２ｃを含んで構成される。Ｘ方向用のレーザ干渉計１２ａ及びピッチング計測用のレーザ干渉計１２ｂからそれぞれＸ方向に平行に射出されるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２（ＬＢ１は図示省略）は移動鏡ＭｗＸに照射され、Ｙ方向用のレーザ干渉計１２ｃからＸ方向に垂直なＹ方向に平行に射出されるレーザビームＬＢ３は移動鏡ＭｗＹに照射される。レーザビームＬＢ１の延長線とレーザビームＬＢ３の延長線とは投影光学系ＰＬの光軸ＡＸで交差するよう設定されている。

ウエハステージＷＳＴ上において、基準板６はウエハＷの近傍で且つ移動鏡ＭｗＸと移動鏡ＭｗＹとが交差している領域の内側に固定されている。基準板６上には、２個の基準マーク７Ａ，７ＢがＸ方向にほぼ平行な直線に沿って形成されており、基準マーク７Ａ，７Ｂの垂直２等分線上に沿って−Ｙ方向に離れた位置に基準マーク８が形成されている。基準板６には基準板６の温度を測定する温度センサ３８が取り付けられている。

上述した通り、本実施形態の露光装置は、気圧変動による基準板６の体積変化に起因するベースライン量ＢＬの誤差、又は気圧変動による投影光学系ＰＬ及びウエハアライメント系９のフォーカス位置の変化に対応するために基準板６を傾けることで生じるベースライン量ＢＬの誤差の補正量を、気圧計１３の測定結果に基づいて求めている。また、基準板６の温度を測定する温度センサ３８を設けることで、温度変化による基準板６の体積変化に起因するベースライン量ＢＬの誤差の補正量を求めるようにしている。

次に、主制御系１０の内部構成を、図３に示すブロック図を参照して説明する。図３においては、図１，図２に示した構成と同一のものには同一の符号を付してある。主制御系１０は、ベースライン量算出部４１、補正量算出部４２、ベースライン量補正部４３、記憶部４４、及びステージ制御部４５を含んで構成される。

ベースライン量算出部４１は、レチクルアライメント系５Ａ，５Ｂの検出結果、ウエハアライメント系９の検出結果、及びステージ制御部４５を介して入力されるレーザ干渉計１１，１２の検出結果に基づいてベースライン量ＢＬを算出する。また、ベースライン量算出部４１は、ベースライン量ＢＬとともにレチクルＲに対するウエハステージＷＳＴのＺ軸周りの回転θｚ、及び投影光学系ＰＬの倍率誤差Ｍを算出する。

補正量算出部４２は、気圧計１３の測定結果に応じてベースライン量ＢＬの補正量を算出する。ここで、ベースライン量ＢＬの補正量の算出方法について説明する。ベースライン量ＢＬの誤差は、気圧変動に伴う基準板６の体積変化による誤差と、気圧変動に伴う投影光学系ＰＬ及びウエハアライメント系９のフォーカス位置ずれにより基準板６を傾けたことによる誤差とがあるため、以下では各々の誤差についての補正量の算出方法について説明する。尚、基準板６がＺ軸周りに回転した状態で配置されることがあるが、本実施形態では簡単のためこの回転がないものとして説明する。

［気圧変動に伴う基準板６の体積変化による誤差の補正量］
図４は、気圧変動に伴う基準板６の体積変化によって生ずるベースライン量ＢＬの誤差を説明するための図である。図４（ａ）に示す通り、例えば気圧が大気圧（１０１３ｈＰａ）であるときの基準板６に形成された基準マーク７Ａ，７Ｂと基準マーク８とのＹ方向の間隔をＬ１とし、基準マーク７Ａと基準マーク７ＢとのＸ方向の間隔をＬ２とする。ここで、気圧が大気圧から変動して、図４（ｂ）に示す通り、基準マーク７Ａ，７Ｂと基準マーク８とのＹ方向の間隔がＬ１１になり、基準マーク７Ａと基準マーク７ＢとのＸ方向の間隔がＬ１２になったとする。

いま、大気圧からの気圧の変動量をΔＰ、基準板６のヤング率をＥとすると、各基準マーク間の間隔の変化量は以下の（１），（２）式で表される。
ΔＬ１＝｜Ｌ１−Ｌ１１｜＝（ΔＰ／Ｅ）×Ｌ１ …（１）
ΔＬ２＝｜Ｌ２−Ｌ１２｜＝（ΔＰ／Ｅ）×Ｌ２ …（２）

ベースライン量ＢＬは基準マーク７Ａ，７Ｂと基準マーク８とのＹ方向の間隔から求められるため、上記（１）式で得られた変化量ΔＬ１を零とする補正を行えば、誤差のないベースライン量ＢＬが求められる。従って、補正量算出部４２は、上記（１）式で得られた変化量ΔＬ１を零とする補正量を求める。また、補正量算出部４２は、上記（２）式で得られた変化量ΔＬ２を零とする補正量を求める。この補正量は投影光学系ＰＬの倍率誤差に対する補正量である。尚、基準板６のヤング率及び各基準マークの間隔Ｌ１，Ｌ２を示す情報は、予め補正量算出部４２に記憶されている。

［気圧変動に伴うフォーカス位置ずれにより基準板６を傾けたことによる誤差］
図５は、基準板６の傾きによって生ずるベースライン量ＢＬの誤差を説明するための図である。気圧が大気圧（１０１３ｈＰａ）である場合に、投影光学系ＰＬのフォーカス位置及びウエハアライメント系９のフォーカス位置が共にＸＹ平面に平行な面に含まれているときには、図５（ａ）に示す通り、基準板５が基準面（例えば、ＸＹ平面）に平行に配置される。尚、基準板６に形成された基準マーク７Ａ，７Ｂと基準マーク８とのＹ方向の間隔をＬ１とする。

ここで、気圧が変動して投影光学系ＰＬのフォーカス位置及びウエハアライメント系９のフォーカス位置の少なくとも一方が変動すると、例えば、図５（ｂ）に示す通り、基準板６をＸ軸の周りに回転させて（Ｙ方向に傾けて）基準マーク７Ａ，７Ｂが投影光学系ＰＬの像面に含まれ、且つ基準マーク８がウエハアライメント系９のフォーカス位置に配置されるようにする必要がある。いま、大気圧からの気圧の変動量をΔＰとし、投影光学系ＰＬの単位気圧当たりのフォーカス変動量をＣｐ、ウエハアライメント系９の単位気圧当たりのフォーカス変動量をＣｆとすると、基準板６のＹ方向の傾きの変動量Δφは、以下の（３）式で表される。
Δφ＝ΔＰ（Ｃｆ−Ｃｐ）／Ｌ …（３）

基準板６をＹ方向にΔφだけ傾けたときに、基準マーク７Ａ，７Ｂと基準マーク８とのＹ方向の間隔がＬ１３になったとする。この間隔の変化量ΔＬ３は以下の（４）式で表される。
ΔＬ３＝｜Ｌ１−Ｌ１３｜＝Ｌ１（１−ｃｏｓΔφ） …（４）

ベースライン量ＢＬは基準マーク７Ａ，７Ｂと基準マーク８とのＹ方向の間隔から求められるため、上記（４）式で得られた変化量ΔＬ３を零とする補正を行えば、誤差のないベースライン量ＢＬが求められる。尚、上記（３）式、（４）式において、傾きの変動量ΔφはＸＹ平面を基準としていたが、初期段階において基準板６がＸＹ平面に対して傾いている場合には、この傾きφ_０を加味して以下の（５）式を用いて変化量ΔＬ３を求める。
ΔＬ３＝Ｌ１（１−ｃｏｓ（φ_０＋Δφ）） …（５）

従って、補正量算出部４２は、ステージ制御部４５から得られるウエハステージＷＳＴの傾きを示す情報を用いて上記（４）式又は上記（５）式から変化量ΔＬ３を求め、これを零とする補正量を求める。尚、ウエハステージＷＳＴの傾きを示す情報は、例えばウエハステージＷＳＴ上の異なる３点のＺ方向の位置を検出するレーザ干渉系の検出結果から求められる。

尚、投影光学系ＰＬの単位気圧当たりのフォーカス変動量Ｃｐと、ウエハアライメント系９の単位気圧当たりのフォーカス変動量Ｃｆが既知であれば、気圧計１３の測定結果のみを用いて基準マーク７Ａ，７Ｂと基準マーク８とのＹ方向の間隔の変化量ΔＬ３が求めることができる。つまり、上記（３）式から基準板６の傾きの変動量Δφを求めることができ、この傾きの変動量Δφが得られると、上記（４）式又は（５）式を用いて基準マーク７Ａ，７Ｂと基準マーク８とのＹ方向の間隔の変化量ΔＬ３が求められる。

尚、補正量算出部４２は、以上説明した算出方法を用いてベースライン量ＢＬの補正量を算出するが、基準板６を傾けない場合には気圧変動に伴う基準板６の体積変化による誤差を補正する補正量のみを算出し、基準板６を傾けた場合に基準板６を傾けたことによる誤差を補正する補正量のみを算出するようにしても良い。また、基準板６を傾けた場合には、気圧変動に伴う基準板６の体積変化による誤差を補正する補正量と基準板６を傾けたことによる誤差を補正する補正量とを共に算出するようにしても良い。

ベースライン量補正部４３は、ベースライン量算出部４１で算出されたベースライン量ＢＬを補正量算出部４２で算出された補正量、又は記憶部４４に予め記憶された補正量で補正し、ステージ制御部４５に出力する。即ち、ベースライン量算出部４１で算出されたベースライン量をＢとし、補正量算出部４２で算出された補正量をΔＬとすると、以下の（６）式を用いて補正したベースライン量Ｂ′を求める。
Ｂ′＝Ｂ＋ΔＬ …（６）

ここで、上記（６）式中の補正量ΔＬは、前述した（１）式で得られた変化量ΔＬ１を補正する補正量、上記（４）式若しくは（５）式で得られた変化量ΔＬ３を補正する補正量、又は記憶部４４に記憶された補正量である。

また、前述した通り、ベースライン量算出部４１では、レチクルＲに対するウエハステージＷＳＴのＺ軸周りの回転θｚ、及び投影光学系ＰＬの倍率誤差が算出される。このため、ベースライン量補正部４３はレチクルＲに対するウエハステージＷＳＴのＺ軸周りの回転θｚを示す情報をステージ制御部４５に出力するとともに、補正量算出部４２で求められる倍率誤差の補正量を用いて投影光学系ＰＬの倍率誤差を補正し、投影光学系ＰＬの光学特性（倍率、フォーカス、収差等）を制御するレンズ制御部（不図示）に出力する。

記憶部４４は、予め実測した気圧の変動量ΔＰとベースライン量ＢＬの変化量との関係を記憶する。つまり、予め露光装置を気圧室に入れて気圧を変動させつつ基準板６に形成された基準マーク７Ａ，７Ｂをレチクルアライメント系５Ａ，５Ｂで検出するとともに、基準マーク８をウエハアライメント系９で検出したときの気圧の変動量ΔＰとベースライン量ＢＬの変化量との関係を記憶する。また、予め露光装置を気圧室に入れて気圧を変動させ、投影光学系ＰＬ及びウエハアライメント系９のフォーカス変動量に合わせて基準板８を傾けつつ基準マーク７Ａ，７Ｂをレチクルアライメント系５Ａ，５Ｂで検出するとともに、基準マーク８をウエハアライメント系９で検出したときの気圧の変動量ΔＰとベースライン量ＢＬの変化量との関係を記憶する。

ステージ制御部４５は、ベースライン量補正部４３から出力される回転θｚを示す情報に基づいてウエハステージＷＳＴ又はレチクルステージＲＳＴを駆動し、レチクルＲに対するウエハステージＷＳＴのＺ軸周りの回転を補正する。また、ウエハアライメント系９の検出結果からウエハＷ上に設定されたショット領域の配列座標を求め、この配列座標にベースライン補正部４３から出力されるベースライン量を加えてウエハステージＷＳＴを制御し、各ショット領域を露光領域に位置合わせする。更に、露光時にはウエハステージＷＳＴ及びレチクルステージＲＳＴを駆動して各々を一定速度で移動させる。

次に、本実施形態に係る露光装置の動作について説明する。ウエハＷに対する露光処理が開始される前に、ベースライン量の計測（ベースラインチェック）が行われる。図６は、ベースライン量の計測手順の一例を示すフローチャートである。このベースラインチェックにおいては、まずレーザ干渉計１２ａ，１２ｂ，１２ｃのリセットを行う（ステップＳ１）。例えばＸ方向で考えると、リセット時にレーザ干渉計１２ａ中の固定鏡への光路長と移動鏡ＭｗＸへの光路長との差（デッドパス）があると、温度が変化するだけで計測値が変化して計測誤差が生じる。そこで、デッドパスが無い位置までの距離を求めて、レーザ干渉計１２ａ，１２ｂ，１２ｃの計測値が温度に対する干渉計値として零になるように補正する。これにより温度変化に起因する計測誤差を最小にすることができる。

次に、レーザ干渉系１２ａ，１２ｂ，１２ｃの検出結果をモニタしつつウエハステージＷＳＴを駆動して、ウエハステージＷＳＴを所定位置に位置決めする。かかる位置決めによって、基準板６に形成された基準マーク７Ａ，７Ｂが投影光学系ＰＬの露光領域内の所定位置に配置されるとともに、基準マーク８がウエハアライメント系９の計測視野内の所定位置に配置される。次に、レチクルＲをロードしてレチクルステージＲＳＴ上に保持し（ステップＳ２）、その後レチクルアライメント系５Ａ，５Ｂを用いて投影光学系ＰＬを介した基準マーク７Ａ，７Ｂの共役像とレチクルマーク３Ａ，３Ｂとをそれぞれ検出する。そして、この検出結果に対してステージ制御部４５が基準板６の基準マーク７Ａ，７Ｂを基準としてレチクルＲのアライメント（位置決め）を行って、そのレチクルＲを固定する（ステップＳ３）。

次いで、気圧計１３を用いた気圧の測定を行う（ステップＳ４）。この測定結果は図３に示す補正量算出部４２に出力される。次に。オフ・アクシス方式のウエハアライメント系９のベースライン量の計測を行う（ステップＳ５）。具体的には、投影光学系ＰＬを介した基準マーク７Ａ，７Ｂの共役像とレチクルマーク３Ａ，３Ｂとをレチクルアライメント系５Ａ，５Ｂを用いてそれぞれ検出すると同時に、基準板６の基準マーク８をウエハアライメント系９を用いて検出する。レチクルアライメント系５Ａ，５Ｂ及びウエハアライメント系９の検出結果はベースライン量算出部４１に出力され、各々の検出結果からベースライン量ＢＬ、レチクルＲの回転θｚ、及び投影光学系ＰＬの倍率誤差Ｍが算出される。これらの算出結果はベースライン補正部４３に出力される。

次に、補正量算出部４２はステップＳ４で得られた気圧計１３の測定結果から、気圧変動によるベースライン量の補正量を算出する（ステップＳ６）。具体的には、前述した（１）式を用いて基準板６の基準マーク７Ａ，７Ｂと基準マーク８とのＹ方向の間隔の変化量ΔＬ１を補正する補正量、前述した（４）式若しくは（５）式で得られた基準マーク７Ａ，７Ｂと基準マーク８とのＹ方向の間隔の変化量ΔＬ３を補正する補正量、又はこれらの両方を考慮した補正量を算出する。算出された補正量は、ベースライン補正部４３に出力される。

ベースライン量補正部４３は、補正量算出部４２で算出された補正量によってベースライン量算出部４１で算出されたベースライン量を補正する（ステップＳ７）。また、ベースライン量補正部４３は、補正量算出部４２で求められる倍率誤差の補正量を用いて投影光学系ＰＬの倍率誤差を補正する。そして、ベースライン量補正部４３は、補正したベースライン量、及びベースライン量算出部４１から出力されるレチクルＲに対するウエハステージＷＳＴのＺ軸周りの回転θｚを示す情報をステージ制御部４５に出力する。また、補正した投影光学系ＰＬの倍率を示す情報を投影光学系ＰＬの光学特性を制御する不図示のレンズ制御部に出力する。

尚、ここでは補正量算出部４２が気圧計１３の測定結果と基準板６の設計値（ヤング率等）とを用いて算出された補正量を用いてベースライン量算出部４１で算出されたベースライン量を補正する場合について説明しているが、記憶部４４に記憶されている気圧の変動量ΔＰとベースライン量ＢＬの変化量との関係を用いて補正しても良い。具体的には、気圧計１３の測定結果から気圧の変動量ΔＰを求め、この気圧の変動量ΔＰに対応しているベースライン量ＢＬの変化量を記憶部４４から読み出し、この変化量が零となるようにベースライン量算出部４１で算出されたベースライン量を補正する。

ベースライン量の計測が終了すると、例えばロット先頭のウエハＷをウエハステージＷＳＴ上に搬送して保持した後に、ウエハＷ上に設定された複数のショット領域に付設されている代表的なウエハマークの位置をウエハアライメント系９を用いて順次計測し、所謂ＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）の手法により、ウエハＷ上の全てのショット配列データを求める。そして、この配列データと先に求めたベースライン量とに基づいて、ウエハＷ上のショット領域を投影光学系ＰＬの露光領域に順次位置合わせしつつ、ウエハステージＷＳＴとレチクルステージＲＳＴとを同期移動（走査）させて、所謂ステップ・アンド・スキャン方式で各ショット領域に対する露光処理を順次行う。

以上の処理を行うことでベースライン量が高い精度で厳密に管理されるため、露光精度（重ね合わせ精度）が向上する。その結果として微細なパターンを高い重ね合わせ精度で忠実に基板上に転写することができ、所望の機能を有するマイクロデバイス等を高い歩留まりで高効率的に製造することができる。

尚、デバイスとしての半導体素子は、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいて、レチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを製造するステップ、上述した実施形態の露光装置等によりレチクルのパターンをウエハに露光転写するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、上記実施形態では、気圧の変動によるベースライン量の誤差を補正する場合を主として説明したが、基準板６に設けた温度センサ３８で基準板６の温度を測定し、温度変化による基準板６の体積変化に起因するベースライン量ＢＬの誤差の補正量を求めるようにしても良い。このように温度変動による基準板６の変化（変形）も考慮するようにしておけば、基準板６の素材として石英を使用することも可能となる。

また、投影光学系ＰＬを介した基準マーク７Ａ，７Ｂの共役像とレチクルマーク３Ａ，３Ｂとをレチクルアライメント系５Ａ，５Ｂを用いてそれぞれ検出すると同時に、基準板６の基準マーク８をウエハアライメント系９を用いて検出してベースライン量ＢＬを計測していたが、レチクルアライメント系５Ａ，５Ｂによる基準マークを検出した後に、ウエハステージＷＳＴを移動させてウエハアライメント系９によって基準マーク８を検出してベースライン量を計測する場合にも本発明を適用することができる。

上記実施形態においては、露光装置としてステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例に挙げて説明したが、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置に適用することも可能である。また、半導体素子や液晶表示素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、及び撮像素子（ＣＣＤ等）の製造にも用いられる露光装置、及びレチクル若しくはマスクを製造するために、ガラス基板若しくはシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。即ち本発明は、露光装置の露光方式や用途等に関係なく適用可能である。

更に、本発明は、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間を液体で満たす液浸式の露光装置にも適用可能である。例えば、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置、更には投影光学系ＰＬとウエハＷとの間を局所的に液体で満たす液浸露光装置にも本発明を適用可能である、また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報等に開示されているように、ウエハ等の被処理基板を別々に載置してＸＹ方向に独立に移動可能な２つのステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

本発明の実施形態に係る露光装置の要部構成を模式的に示す正面図である。 本発明の実施形態に係る露光装置の要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る露光装置の主制御系の要部構成を示すブロック図である。 気圧変動に伴う基準板の体積変化によって生ずるベースライン量の誤差を説明するための図である。 基準板の傾きによって生ずるベースライン量の誤差を説明するための図である。 本発明の実施形態の露光装置におけるベースライン量の計測処理を示すフローチャートである。

符号の説明

３Ａ，３Ｂ…レチクルマーク
５Ａ，５Ｂ…レチクルアライメント系
６…基準板
７Ａ，７Ｂ…基準マーク
８…基準マーク
９…ウエハアライメント系
１３…気圧計
４１…ベースライン量算出部
４２…補正量算出部
４３…ベースライン量補正部
ＰＬ…投影光学系
Ｒ…レチクル
ＲＳＴ…レチクルステージ
Ｗ…ウエハ
ＷＳＴ…ウエハステージ

Claims (9)

1. 露光すべきパターンと位置合わせ用のマークとが形成されたマスクを保持するマスクステージと、
   複数の基板マークが形成された基板を保持する基板ステージと、
   前記マスクのパターンの像を前記基板上に投影する投影光学系と、
   前記基板ステージ上に配置され所定の距離だけ離間した第１基準マーク及び第２基準マークが形成された基準板と、
   前記基準板に形成された前記第１基準マークの前記投影光学系を介した共役像と前記マスクに形成された前記マークとの位置ずれ量を検出する第１マーク検出手段と、
   前記投影光学系を介することなく前記基板に形成された前記基板マーク又は前記基準板に形成された前記第２基準マークを検出する第２マーク検出手段とを備える露光装置の前記基板ステージを位置合わせする位置合わせ方法において、
   前記基準板の設置されている環境の状態を測定する環境測定ステップと、
   前記基準板に形成された前記第１基準マーク及び前記第２基準マークを前記第１マーク検出手段及び前記第２マーク検出手段でそれぞれ検出してベースライン量を求める検出ステップと、
   前記環境測定ステップの測定結果に基づいて前記ベースライン量の補正量を得る補正量取得ステップと、
   前記検出ステップで求められた前記ベースライン量を前記補正量取得ステップで得られた前記補正量で補正する補正ステップと、
   前記補正ステップで補正された前記ベースライン量と前記第２マーク検出手段による前記基板マークの検出結果とに基づいて前記基板ステージを移動させ、前記投影光学系を介して前記パターンの像が投影される露光位置に対して前記基板を位置合わせする位置合わせステップと、
   を含むことを特徴とする位置合わせ方法。
2. 前記検出ステップは、前記第１マーク検出手段及び前記第２マーク検出手段による前記第１基準マーク及び前記第２基準マークの各々の検出を同時に行うステップであることを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ方法。
3. 前記補正量取得ステップは、前記環境測定ステップで測定された環境状態の変動量と前記基準板の設計値とに基づいて前記補正量を算出するステップであることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置合わせ方法。
4. 予め前記環境状態を変化させて該環境状態の変動量と前記ベースライン量の変化量との関係を測定する変動量測定ステップを含み、
   前記補正量取得ステップは、前記変動量測定ステップで得られた前記関係から前記補正量を得るステップであることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置合わせ方法。
5. 前記検出ステップの前に、前記環境測定ステップの測定結果に基づいて前記投影光学系及び前記第２マーク検出手段が備える光学系のフォーカス変動量をそれぞれ算出するフォーカス変動量算出ステップと、
   前記フォーカス変動量算出ステップの算出結果に基づいて前記基板ステージを傾けて前記基準板に形成された前記第１基準マーク及び前記第２基準マークを前記投影光学系の像面及び前記第２マーク検出手段が備える光学系の像面にそれぞれ配置する配置ステップとを含み、
   前記補正量取得ステップは、前記配置ステップにおける前記基準板の傾きと前記基準板の設計値とに基づいて前記補正量を算出するステップであることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置合わせ方法。
6. 予め環境状態を変化させつつ、前記投影光学系の像面に前記基準板の前記第１基準マークを配置するとともに、前記第２マーク検出手段が備える光学系の像面に前記第２基準マークを配置しながら、前記環境状態の変動と前記基準板の傾きとの関係を測定する傾き測定ステップを含み、
   前記補正量取得ステップは、前記傾き補正ステップで測定された前記関係から前記補正量を得るステップであることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置合わせ方法。
7. 前記環境状態は、気圧又は温度の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の位置合わせ方法。
8. 露光すべきパターンと位置合わせ用のマークとが形成されたマスクを保持するマスクステージと、
   複数の基板マークが形成された基板を保持する基板ステージと、
   前記マスクのパターンの像を前記基板上に投影する投影光学系と、
   前記基板ステージ上に配置され所定の距離だけ離間した第１基準マーク及び第２基準マークが形成された基準板と、
   前記基準板に形成された前記第１基準マークの前記投影光学系を介した共役像と前記マスクに形成された前記マークとの位置ずれ量を検出する第１マーク検出手段と、
   前記投影光学系を介することなく前記基板に形成された前記基板マーク又は前記基準板に形成された前記第２基準マークを検出する第２マーク検出手段と、
   前記基準板の設置されている環境の状態を測定する環境センサと、
   前記基準板に形成された前記第１基準マーク及び前記第２基準マークを前記第１マーク検出手段及び前記第２マーク検出手段でそれぞれ検出して得られる検出結果に基づいてベースライン量を求めるベースライン量算出手段と、
   前記環境センサの測定結果に基づいて前記ベースライン量の補正量を得る補正量取得手段と、
   前記ベースライン量算出手段で求められた前記ベースライン量を、補正量取得手段で得られた前記補正量で補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
9. 前記第１マーク検出手段及び前記第２マーク検出手段による前記第１基準マーク及び前記第２基準マークの各々の検出を同時に行うことを特徴とする請求項８に記載の露光装置。

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