JP2006313866A - 露光装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＴＴＲキャリブレーション精度を高める露光装置及び方法を提供する。
【解決手段】 レチクルのパターンの像を被露光体に投影する投影光学系と、前記投影光学系と前記被露光体との合焦を行うために前記投影光学系を介して所定のマークを検出する検出系と、前記検出系の検出動作時に前記投影光学系よりも前記レチクル側に配置された部材を駆動制御する制御部と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

本発明は、一般には、レチクル（マスク）に描画されたパターンをウェハやガラスプレートなどの被露光体に露光する露光方法及び装置に係り、特に、投影露光装置の位置合わせ（アライメント）及び合焦（フォーカシング）などのためのキャリブレーションに関する。本発明は、例えば、投影光学系の最終面と被露光体の表面とを液体に浸漬し、投影光学系及び液体を介して被露光体に露光するいわゆる液浸露光装置に使用されるアライメントに好適である。

レチクルパターンを投影光学系によってウェハに露光する投影露光装置は従来から使用され、近年ではステップアンドスキャン方式の投影露光装置が主流になっている。露光装置は、レチクルを駆動するレチクルステージと、ウェハを駆動するウェハステージと、アライメント及びフォーカシングのためのキャリブレーション系を有する。近年の解像度と重ね合わせ精度の向上のために高精度なキャリブレーションが益々要求されている。

キャリブレーション光学系の中には投影光学系を利用するＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｒｅｔｉｃｌｅ）又はＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）光学系が存在する。かかるＴＴＲキャリブレーション系は計測方法によって２種類に分類できるが、従来はいずれの種類も測定時にウェハステージをＸＹＺ方向に駆動する点で共通する。

第１のＴＴＲキャリブレーション系は、レチクル又はレチクルステージに設けたレチクル側基準板上のアライメントマーク（以下、「Ｒマーク」と称する。）とウェハ又はウェハステージに設けたウェハ側基準板１４２上のアライメントマーク（以下、「Ｗマーク」と称する。）とを透過した光の光量を検出する光量検出型であり、Ｒマークに対するＷマークの位置を投影光学系を介して検出する。第２のＴＴＲキャリブレーション系は画像検出型であり、レチクル上部に設けられた（ＣＣＤを備えた）アライメントスコープによって、レチクル及び投影光学系を介してＷマークの画像を観察する。

従来技術としては、例えば、特許文献１及び２がある。
特開平０８−２９８２３８号公報 特開２００４−１９３１６０号公報

従来のＴＴＲキャリブレーション系は、いずれも測定時にウェハステージを駆動していたが、かかる方式では近年のキャリブレーションに求められる精度を満足できなくなってきた。即ち、ステップアンドスキャン方式では露光中にウェハステージは駆動するが、スループットの低下を防止するためにキャリブレーションではそれよりもはるかに早い速度でウェハステージが駆動される。かかる高速駆動によって投影光学系の最終面とウェハとの間にある空気が揺らいで測定精度を低下させる。特に、投影光学系の最終面とウェハとの間を液体で満たす液浸投影露光装置では液体の撹乱によって測定精度は大幅に低下する。また、たとえ投影光学系の最終面とウェハとの間の気体や液体が揺らがなくてもＴＴＲキャリブレーション系のキャリブレーション精度を高める需要が存在する。

そこで、本発明は、ＴＴＲキャリブレーション精度を高める露光装置及び方法を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての露光装置は、レチクルのパターンの像を被露光体に投影する投影光学系と、前記投影光学系と前記被露光体との合焦を行うために前記投影光学系を介して所定のマークを検出する検出系と、前記検出系の検出動作時に前記投影光学系よりも前記レチクル側に配置された部材を駆動制御する制御部とを有することを特徴とする。

本発明の一側面としての露光方法は、レチクルステージに支持及び駆動されるレチクルのパターンを投影光学系を介して被露光体に投影する露光装置において、前記投影光学系と前記被露光体との合焦を行う際に、前記投影光学系よりも前記レチクル側に配置された部材を駆動しながら所定のマークを前記投影光学系を介して検出するステップと、前記検出結果に基づいて前記被露光体を移動するステップと、前記被露光体を露光するステップとを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、前記露光された被露光体を現像するステップとを有することを特徴とする。デバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、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。

本発明によれば、ＴＴＲキャリブレーション精度を高める露光装置及び方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

まず、図１を参照して本発明の第１の実施例の露光装置１００について説明する。ここで、図１は、露光装置１００の構成を示す概略ブロック図である。

露光装置１００は、図１に示すように、照明装置１１０と、レチクルステージ１２０と、投影光学系１３０と、ウェハステージ１４０と、液体Ｆと、制御系と、オフアクシス光学系１６０と、受光素子１７０と、フォーカス計測系１７２とを有する。露光装置１００は、投影光学系１３０のウェハＷ側にある最終面が部分的に又は全体的に液体Ｆに浸漬し、液体Ｆを介してレチクルＲＣに形成されたパターンをウェハＷに露光する液浸露光装置である。本実施形態の露光装置１００は、ステップアンドスキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャナー）であるが、本発明はステップアンドリピート方式の露光装置（いわゆるステッパー）その他の方式の露光装置に適用することができる。

また、露光装置１００は、ウェハステージ１４０にウェハ側基準板１４２を設け、表面にレチクルＲＣとウェハＷとの位置合わせの基準となる基準マーク（レチクル側パターン）１２４を形成し、ウェハ側基準板１４２と投影光学系１３０との間も液体Ｆで浸漬している。このような構成により、レチクルＲＣ又はレチクル側基準板１２２上のＲマーク１２４とＷマーク１４４とを、投影光学系１３０により結像関係としている。従って、露光光を利用して、投影光学系１３０を介してＲマーク１２４とＷマーク１４４との位置関係を検出することができ、ベースライン計測などのキャリブレーションを実施することができる。

照明装置１１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクルＲＣを照明し、光源部と、照明光学系とを有する。

光源部は、例えば、光源としてレーザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーなどのパルスレーザーからの光を使用することができる。レーザーの種類、個数は限定されず、光源部の種類も限定されない。

照明光学系は、光源部からの光をレチクルＲＣに導光する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。ライトインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。照明光学系は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。

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１２０に支持及び駆動される。レチクルＲＣから発せられた回折光は、投影光学系１３０を介して、ウェハＷ上に投影される。レチクルＲＣとウェハＷとは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置１００はスキャナーであるため、レチクルＲＣとウェハＷを走査することにより、レチクルＲＣのパターンをウェハＷ上に転写する。なお、ステッパーであれば、レチクルＲＣとウェハＷとを静止させた状態で露光を行う。

レチクルステージ１２０は、レチクルＲＣを支持して図示しない駆動機構に接続され、レチクルＲＣを駆動制御する。レチクルステージ１２０及び投影光学系１３０は、例えば、床等に載置されたベースフレームにダンパ等を介して支持される鏡筒定盤上に設けられる。図示しない駆動機構は、リニアモータなどで構成され、ＸＹ方向にレチクルステージ１２０を駆動することでレチクルＲＣを移動することができる。

レチクルステージ１２０上のレチクルＲＣ近傍の所定の範囲には、レチクル側基準板１２２が、レチクル側基準板１２２のパターン面とレチクルＲＣのパターン面との高さを略一致されるように固設される。レチクル側基準板１２２のパターン面には、複数の位置合わせ用のＲマーク１２４が形成されている。なお、Ｒマーク１２４は、図２に示すＷマーク１４４と投影光学系１３０の倍率分だけ大きさの異なるが同様の構造を有するため、説明は省略する。投影光学系１３０、露光波長、照明σなどの露光条件により、図２に示すパターンの線幅、遮光幅、パターン本数などを最適化することが可能である。

投影光学系１３０は、レチクルＲＣに形成されたパターンを経た回折光をウェハＷ上に結像する機能を有する。投影光学系１３０は、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。

ウェハＷは、被処理体であり、フォトレジストが基板上に塗布されている。ウェハＷは、別の実施形態では、液晶基板やその他の被処理体に置換される。ウェハＷは、ウェハステージ１４０に支持される。

ウェハステージ１４０は、ウェハＷを支持して、ウェハＷを駆動制御する。ウェハステージ１４０は、リニアモータを利用してＸＹＺ方向にウェハＷを移動する。レチクルＲＣとウェハＷは、例えば、同期して走査され、レチクルステージ１２０とウェハステージ１４０の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステージ１４０は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。

ウェハステージ１４０上のウェハＷ近傍の所定の範囲には、ウェハ側基準板１４２が、ウェハ側基準板１４２のパターン面とウェハＷの上面（即ち、投影光学系１３０の結像面）との高さを略一致させるように固設される。

ウェハ側基準板１４２のパターン面には、複数の位置合わせ用のＷマーク１４４が形成されている。Ｗマーク１４４は、図２に示すように、遮光部１４４ａと透過部１４４ｂの繰り返しパターンで構成され、本実施形態では、遮光部１４４ａ及び透過部１４４ｂの線幅、ピッチなどを投影光学系１３０の倍率分だけ異なるように構成している。ここで、図２は、ウェハ側基準板１４２に形成するＷマーク１４４の一例を示す平面図である。

液体Ｆには、投影光学系１３０の最終面が浸漬され、露光波長の透過率がよく、投影光学系１３０に汚れを付着させず、レジストプロセスとのマッチングが良い物質が選択される。液体Ｆは、投影光学系１３０のＮＡを大きくするために、屈折率が１よりも大きいものが選択される。なお、液体Ｆと投影光学系１３０の最終面を有する屈折部材（レンズ）間の屈折率の違いは、コーティングでカバーすることが好ましい。

また、液体Ｆは、上述したように、投影光学系１３０の最終面とウェハ側基準板１４２上のＷマーク１４４との間も満たしており、Ｒマーク１２４とＷマーク１４４とを投影光学系１３０を介して結像関係にする機能を有する。

露光装置１００は、レチクルＲＣ上のパターンをウェハＷ上に投影露光する際に、レチクルＲＣとウェハＷとを位置合わせ（アライメント）する必要がり、アライメント機構が設けられている。アライメント機構は、ウェハＷ又はウェハ側基準板１４２上のＷマーク１４４を検出するオフアクシスアライメント光学系１６０と、レチクルＲＣ又はレチクル側基準板１２２上のＲマーク１２４に対するウェハＷ又はウェハ側基準板１４２上のＷマーク１４４の位置を、投影光学系１３０を介して検出する光量検出型のキャリブレーション系から構成される。

オフアクシスアライメント光学系１６０は、ウェハＷの位置を検出する機能を有し、図示しないアライメント光源と、ファイバ１６１と、照明部１６２と、対物レンズ１６３と、リレーレンズ１６４と、撮像素子１６５とを有する。

オフアクシスアライメント光学系１６０は、アライメント光源が射出する非露光光をファイバ１６１を用いて照明部１６２に導光し、Ｗマークを照明する。照明されたＷマークを対物レンズ１６３及びリレーレンズ１６４により拡大して、ＣＣＤなどの撮像素子１６５に結像させる。オフアクシスアライメント光学系１６０は、Ｗマークの位置の変化に伴い撮像素子１６５上の像の位置も変化することを利用して、ウェハＷの位置を検出する。但し、オフアクシスアライメント光学系１６０では、露光位置と異なる位置でウェハＷのアライメントを行うため、露光位置とアライメント位置の関係（ベースライン）が環境変化等により変化すると、正確にアライメントを行うことができない。

キャリブレーション系は、ベースラインの安定性よりも高い精度で位置合わせを行うためにベースラインを測定する。まず、レチクルＲＣとの相対位置が保証されたレチクル側基準板１２２又はレチクルＲＣ上のＲマーク１２４を照明装置１１０により露光光で照明し、投影光学系１３０を介してウェハステージ１４０に設けたＷマーク１４４に投影する。

ウェハ側基準板１４２のＷマーク１４４が形成されている面の裏面１４２ｂ側には、Ｗマーク１４４を透過した光を受光する受光素子１７０が配置されている。受光素子１７０は、本実施形態では、Ｗマーク１４４を透過した光の光量を検出するフォトダイオードなどの光量センサーである。受光素子１７０は、投影光学系１３０によりＲマーク１２４がＷマーク１４４に投影される際に、ウェハ側基準板１４２を通過した光量を検出する。

制御系は、主制御系１５０と、レチクルステージ駆動制御系１５２と、フォーカス制御系１５４と、ウェハステージ駆動制御系１５８とを有する。主制御系１５０は各制御系と交信してこれらを制御する。例えば、主制御系５４は、レチクルパターンをウェハＷに露光する際にフォーカス計測系５２の出力に基づいて、露光面位置制御まで含めた走査露光時のレチクルステージ１２０とウェハステージ１４０の同期走査制御を行う。次に、主制御部１５０は、Ｒマーク１２４を照明光学系１１０により露光光で照明し、投影光学系１３０を介してＷマーク上に投影する。また、主制御系１５０はキャリブレーション値を計算する。レチクルステージ駆動制御系１５２は、レチクルステージ１２０の駆動を制御する。フォーカス制御系１５４は、フォーカス計測系１５５を制御する。フォーカス計測系１５５は、被検出面に光束を斜入射し、非検出面からの反射光を用いて被検出面の高さと傾きを算出する。ウェハステージ駆動制御系１５８はウェハステージ１４０の駆動を制御する。

Ｒマーク１２４を、投影光学系１３０を介して、Ｗマーク１４４に投影し、レチクルステージ１２０をＸ方向に移動させながＷマーク１４４を透過した光を受光素子１７０で検出する。ウェハステージ１４０の代わりにレチクルステージ１２０を駆動している点で従来の露光装置と相違する。これにより、計測時に液体Ｆを攪拌せず、光量検出方式の高精度なキャリブレーションを実施する。

図３は、受光素子１７０が検出したＷマーク１４４を透過した光の光量変化を示すグラフである。同図は、縦軸に光量を、横軸にウェハステージ１４０の位置を採用している。図３を参照するに、Ｒマーク１２４の像とＷマーク１４４の位置が一致したところで光量が最大となることが分かる。これにより、Ｒマーク１２４の投影光学系１３０による露光位置を正確に測定することができる。同様に、ＲマークとＷマークの両方をＸＹ平面上にて９０度回転させ、レチクルステージ１２０をＹ方向に移動させた場合には、Ｒマークの投影光学系１３０による露光位置をＹ方向に正確に測定することができる。

次に、ウェハステージ１４０を駆動し、オフアクシスアライメント光学系１６０を用いて、Ｗマーク１４４の位置を検出することで、Ｒマーク１２４とオフアクシスアライメント光学系１６０の位置（ベースライン）を算出し、レチクルＲＣとウェハＷとの位置合わせをすることができる。なお、オフアクシスアライメント光学系１６０は、Ｗマーク１４４の代わりに、Ｗマーク１４４との位置が保証された別のパターンを検出してもよい。

なお、オフアクシスアライメント光学系１６０を用いてＷマーク１４４を検出する際には、オフアクシスアライメント光学系１６０とＷマーク１４４との間を液体Ｆによって液浸するかどうかは選択的である。但し、液浸する場合には、オフアクシスアライメント光学系１６０とウェハＷとの間も液浸することが望ましく、液浸しない場合には、オフアクシスアライメント光学系１６０とウェハＷとの間も液浸しないことが望ましい。換言すれば、オフアクシスアライメント光学系１６０を用いて、ウェハＷの位置を検出する状態と同じ状態でウェハ側基準板１４２の位置を検出することが望ましい。

キャリブレーション系でＲマーク１２４の像とＷマーク１４４とをＸＹ方向に合わせた状態で、投影光学系１３０の光軸方向（Ｚ方向）にウェハステージ１４０を駆動した場合にも、受光素子１７０によって、Ｗマーク１４４を透過した光の光量変化を得ることができる。かかる光量変化は、Ｒマーク１２４がＷマーク１４４上にピントを結ぶベストフォーカス位置で光量が最大となるため、投影光学系１３０の焦点位置を検出することができる。

更に、ウェハステージ１４０を駆動させたときの光量変化を詳細に測定することで、投影光学系１３０の収差（結像性能）を算出することも可能である。例えば、投影光学系１３０に球面収差が存在すると、Ｚ方向にウェハステージ１４０を移動させたとき、図４に示すように、光量変化が非対称を示す。かかる非対称性の程度を評価することで、投影光学系１３０の球面収差を算出することができる。また、Ｙ又はＺ方向にウェハステージ１４０を移動させたときの光量変化の非対称性を評価することで、コマ収差を算出することも可能である。

ウェハステージ１４０にウェハ側基準板１４２を設け、投影光学系１３０とＷマーク１４４（ウェハ側基準板１４２）との間を液体Ｆで液浸することにより、Ｒマーク１２４の像をＷマーク１４４に良好に結像させることが可能となり、従来と同様に（従来と同じ方法で）高精度なキャリブレーションを行うことが可能となる。ウェハ側基準板１４２と投影光学系１３０との間を、ウェハＷと投影光学系１３０との間と同様な状態で液体Ｆによる液浸を可能とするために、ウェハステージ１４０上に液浸保持板ＬＰを設けてもよい。液浸保持板ＬＰは、ウェハＷとウェハ側基準板１４２との間の間隙を埋める機能を有し、ウェハ側基準板１４２のパターン面とウェハＷの上面との高さとを同じにする部材で構成される。ウェハＷとウェハ側基準板１４２との間の間隙が存在しなくなるように、ウェハ側基準板１４２をウェハＷに近接して配置してもよい。

露光装置１００は、ウェハステージ１４０上にウェハ側基準板１４２を設け、投影光学系１３０とウェハ側基準板１４２との間を液体Ｆで液浸することでＲマーク１２４とＷマーク１４４とが結像関係となり、高精度なキャリブレーションを行うことが可能となる。

しかし、露光装置１００では、ウェハ側基準板１４２と受光素子１７０との間に空気や真空などの屈折率が１の領域が存在する。このため、ＮＡが１を超える光でレチクル側基準板１２２上のＲマーク１２４をウェハ側基準板１４２上のＷマーク１４４に結像させた場合、ウェハ側基準板１４２の裏面１４２ｂでＮＡが１を超える光が全反射してしまい、受光素子１７０に入射することができない。このため、計測値にオフセットが生じたり、計測再現性が悪化したりするなどして、正しい計測値を得ることができない。特に、ウェハ側基準板１４２を投影光学系１３０の光軸方向（Ｚ方向）に移動させることによって投影光学系１３０の合焦位置を検出する場合に、フォーカス変化に最も敏感なＮＡの大きな光が受光素子１７０に入射しないことになるため、計測精度が低下することになる。そこで、ウェハ側基準板１４２の裏面１４２ｂと受光素子１７０との間も液体を満たすことが好ましい。かかる液体は、液体Ｆと同一のものを用いてもよいし、裏面１４２ｂで露光光が全反射しない範囲で異なるものを用いることも可能である。

露光装置１００は、図５に示す露光装置１００Ａに置換可能である。露光装置１００Ａでは、不図示の露光光源からの光をファイバ１７１でウェハステージ１４０に設けた光照射部１７２に導光し、Ｗマーク１４４を照明する。Ｗマーク１４４の透過光の光量は、投影光学系１３０、Ｒマーク１２４を通過し、受光素子１７０にて検出される。この場合、受光素子１７０は、投影光学系１３０によりＷマーク１４４がＲマーク１２４に投影される際に、レチクル側基準板１２２を通過した光量を検出する。

以上のように、ウェハステージ１４０を駆動する代わりにレチクルステージ１２０を駆動して光量検出方式のキャリブレーションを実施することにより、液体Ｆを攪拌することなくＲマークとＷマークを良好に検出して液浸型露光装置１００及び１００Ａを高精度なキャリブレーションすることができる。

次に、図６を参照して、本発明の第２の実施例の露光装置１００Ｂを説明する。 ここで、図６は、露光装置１００Ｂの概略ブロック図である。なお、図６において、図１及び図５と同一の部材には同様の参照符号を付して説明は省略する。

露光装置１００Ｂは、対物レンズ１８２やリレーレンズ１８３、などのアライメントスコープ１８０を用いて、Ｒマーク１２２やＷマーク１４４を撮像素子１８４上に結像させ、レチクルステージ１２０を駆動することにより、Ｒマーク１２４とＷマーク１４４との位置関係を画像検出方式で検出している点で露光装置１００及び１００Ａと異なる。これにより、液体Ｆをキャリブレーション系による測定中に攪拌せず、画像検出方式の高精度なキャリブレーションを実施することが可能となる。

アライメントスコープ１８０の光源としては、露光波長と同じ波長が望ましく、通常、露光光源がそのまま用いられる。不図示の露光光源からの光をファイバ１７１光照射部１７２に導光し、Ｗマーク１４５を照明する。照明されたＷマーク１４５を投影光学系１３０、ミラー１８１、対物レンズ１８２、リレーレンズ１８３により拡大して、ＣＣＤなどの撮像素子１８４に結像させる。

Ｗマーク１４５の一例を図７に示す。Ｕ１は撮像素子１８４の観察領域である。１４５ａは非透過部で１４５ｂは透過部である。投影光学系１３０、露光波長、照明σなどの露光条件により、遮光部形状、透過部形状、遮光部本数などを最適化することが可能である。更に、対物レンズ１８２やリレーレンズ１８４に加え、別の光学系を付加して拡大倍率を向上させる場合もある。また、ウェハ側基準板１４２のマーク部以外を透過し投影光学系１３０を通った光で、Ｒマーク１２５を照明する。

Ｒマーク１２５の一例を図８に示す。Ｕ２は撮像素子１８４の観察領域である。１２５ａは非透過部で１２５ｂは透過部である。投影光学系１３０、露光波長、照明σなどの露光条件により、遮光部形状、透過部形状、遮光部本数などを最適化することが可能である。照明されたＲマーク１２５を対物レンズ１８２、リレーレンズ１８３を用いて、撮像素子１８４に拡大して結像させる。露光光を用いているので、Ｒマーク１２５とＷマーク１４５は露光時と同様の結像関係である。また、図７及び図８のように、Ｒマーク１２５とＷマーク１４５とを、撮像素子１８４の視野内で別の位置に結像するように配置しておくことで、同一の光学系で同時に検出することができる。この結果、光学系の誤差等の影響を気にせず高精度でＲマーク１２５の露光位置を正確に測定することができる。

また、画像観察方式のキャリブレーション系においては、Ｒマーク１２５の像とＷマーク１４５の像のそれぞれを撮像素子に対して合焦させた状態で計測を実施するのが計測精度上望ましい。これには、リレーレンズ１８３の位置を変化させることにより、Ｒマーク１２５の像及びＷマーク１４５の像の焦点位置を撮像素子上で観察可能である。このレチクル側、ウェハ側それぞれの焦点位置の相対関係を求めることにより、液体Ｆを攪拌することなくＲマーク１２５の像をウェハ側基準板１４２上に良好に結像させて高精度なキャリブレーションが可能となる。

また、レチクルステージ１２０をＺ方向に駆動されることにより、Ｒマーク１２５を撮像素子１８４上に合焦させることも可能である。更に、リレーレンズ１８３駆動とレチクルステージ１２０のＺ方向駆動を組み合わせて、Ｒマーク１２５とＷマーク１４５のそれぞれを撮像素子１８４上に合焦させることもできる。

Ｒマーク１２５、Ｗマーク１４５を撮像素子１８４上に合焦させた後の画像検出方式のキャリブレーション系においては、基本的にウェハステージ１４０及びレチクルステージ１２０の駆動を行うことなしに、Ｗマーク１４５、Ｒマーク１２５の位置合わせ計測を実施することができる。しかし、Ｒマーク１２５、Ｗマーク１４５が撮像素子の検出範囲外に存在する場合、もしくは、高精度に計測したい場合などには、撮像素子の精密検出領域にＷマーク１４５、Ｒマーク１２５を駆動した後、位置合わせ計測を実施する。その際、ウェハステージ１４０を駆動する代わりにレチクルステージ１２０、撮像素子１８４又はアライメントスコープ１８０自体をＺ方向とは垂直方向に駆動させる。これにより、Ｗマーク１４５、Ｒマーク１２５を撮像素子の精密検出範囲内にて観察し、かつ、液体Ｆを攪拌することなく高精度なキャリブレーション系を実施することができる。

キャリブレーション後に、実施例１と同様に、ウェハステージ１４０を駆動し、オフアクシスアライメント検出系１６０でＷマーク１４４の位置を検出する。これにより、ベースラインを保証し、レチクルＲＣとウェハＷとを位置合わせすることができる。

更に、撮像素子１８４上のＲマーク１２５、Ｗマーク１４５の投影像を詳細に計測することで、投影光学系１３０の結像性能を評価することができる。即ち、Ｒマーク１２５の検出像によってＴＴＲアライメント系１８０の結像性能が観察でき、Ｗマーク１４５の検出像によりＴＴＲアライメント系１８０を介した投影光学系１３０の結像性能が観察できる。Ｒマーク１２５とＷマーク１４５の検出像からそれぞれの光学性能を算出することにより、投影光学系１３０のみの光学性能を算出することができる。例えば、投影光学系１３０、ＴＴＲアライメント系１８０に球面収差が存在すると、Ｒマーク１２５、Ｗマーク１４５の透過部１本の撮像素子１８４上での強度分布における最低出力値が増大する。この撮像素子１８４の最低出力値の変化を評価することで、投影光学系１３０の球面収差を計測することができる。また、Ｒマーク１２５、Ｗマーク１４５の透過部１本の撮像素子１８４上での強度分布の非対称性を評価することで、コマ収差を計測することも可能である。

以下、図９を参照して、本発明の第３の実施例の露光装置１００Ｃを説明する。ここで、図９は、露光装置１００Ｃの概略ブロック図である。なお、図９において、図６と同一の部材には同様の参照符号を付して説明は省略する。露光装置１００Ｃは、アライメントスコープ１８０の照明光の配置をウェハステージ１４０側からアライメントスコープ１８０内に変更した点で露光装置１００Ｂと異なる。

不図示の露光光源からの光をファイバ１７１でＴＴＲアライメント光学系内部に設けた光照射部１７２に導光し、ハーフミラー１８５を透過させ、Ｒマーク１２５を照明する。照明されたＲマーク１２５からの反射光は、ハーフミラー１８５、対物レンズ１８２、リレーレンズ１８３により拡大して撮像素子１８４に結像させる。対物レンズ１８２やリレーレンズ１８３に加え、別の光学系を付加して拡大倍率を向上させる場合もある。ハーフミラー１８５の代わりに偏光ビームスプリッターなどを用いてもよい。

ここで、本実施例においては、図７の１４５−ａを反射部、１４５−ｂを透過部とし、図８の１２５−ａを反射部、１２５−ｂを非反射部とした検出マーク、１４５、１２５を用いる。非反射部１２５ｂを透過し、投影光学系１３０を通った光はＷマーク１４５を照明する。照明されたＷマーク１４５の反射光は、投影光学系１３０、アライメントスコープ１８０の対物レンズ１８２、リレーレンズ１８４により、撮像素子１８４上に拡大して結像される。露光光を用いているのでＲマーク１２５とＷマーク１４５は露光時と同様の結像関係である。Ｒマーク１２５とＷマーク１４５とを撮像素子１８４の視野内で別の位置に結像するように配置しておくことで同一の光学系で同時に検出することができる。この結果、光学系の誤差等の影響を気にせず高精度でＲマーク１２５の露光位置を正確に測定することができる。露光装置１００Ｂと同様に、Ｒマーク１２５とＷマーク１４５を撮像素子１８４に結像し、ウェハステージ１４０を駆動せずに高精度なキャリブレーションを実施することができる。

上記実施例は液浸露光装置の例について述べたが、本発明は液体Ｆを使用しない通常の露光装置にも有効である。通常の露光装置のキャリブレーション時には、ウェハステージの駆動及び制御のために、斜入射方式の光検出ウェハステージ面位置測定系や干渉計型のウェハステージ制御系が用いられる。ウェハステージ面位置計測系及び制御系は光路中の空気揺らぎの影響を受けやすい。このため、ウェハステージを駆動時にウェハステージ周辺の空気を攪拌すると、結果としてキャリブレーション精度を悪化する。本実施例のキャリブレーション系は、ウェハステージの代わりにレチクルステージを駆動するため、ウェハステージ周辺の空気を攪乱することなく高精度なキャリブレーションが可能となる。また、ウェハステージとレチクルステージの駆動誤差及び制御誤差が同等である場合、投影レンズ倍率分だけレチクルステージの駆動誤差及び制御誤差の方がキャリブレーション精度への影響度が小さくなる。更に、レチクルステージにウェハステージと同等の駆動系を使用して駆動系のみに着目すれば、投影光学系の縮小倍率の逆数分（例えば、４倍）だけ高精度なキャリブレーションが実現できる。よって、通常の露光装置においてもレチクルステージを駆動する方式でのキャリブレーション系を実施することにより高精度なキャリブレーションが可能となる。なお、ステップアンドスキャン方式ではウェハステージを駆動する際の液体や気体の揺らぎの影響を抑えるように予定されている。本実施例では、露光時よりも高速にステージを駆動する必要があるキャリブレーション時においてウェハステージをその速度で駆動することを防止することによってキャリブレーション精度を維持しようとするものである。

上述のキャリブレーション系が最適なウェハＷの位置が検出すると、主制御部１５０は、レチクルＲＣやリレーレンズ１８３（又はアライメントスコープ１８０）を露光位置に戻し、代わりに検出量の投影光学系の縮小倍率分だけウェハステージ１４０を駆動する。レチクルステージやリレーレンズ１８４（又はアライメントスコープ１８０）の駆動をウェハステージ１４０の駆動と同時に行うことによってスループットの低下を防止することができる。

次に、主制御部１５０は露光を行う。露光において、照明装置１１０から発せられた露光光は、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１３０によりウェハＷに結像される。露光装置１００等は、高精度なキャリブレーションを実現しているので精度よくレチクルＲＣとウェハＷの位置合わせとウェハＷと投影光学系１３０の合焦、投影光学系の収差補正が行われているため、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。

次に、図１０及び図１１を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１０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。

図１１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、上述の露光装置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、上述した露光装置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。

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。

本発明の第１の実施例の露光装置の概略ブロック図である。 図１に示すウェハ側のアライメントマークの一例を示す平面図である。 図１に示す受光素子が検出したウェハ側のアライメントマークを透過した光の光量変化を示すグラフである。 図１に示す受光素子が検出したウェハ側パターンを透過した光の非対称性を示すグラフである。 図１に示す露光装置の変形例の概略ブロック図である。 本発明の第２の実施例の露光装置の概略ブロック図である。 図６に示すウェハ側のアライメントマークの一例を示す平面図である。 図６に示すレチクル側のアライメントマークの一例を示す平面図である。 本発明の第３の実施例の露光装置の概略ブロック図である。 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１０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。

符号の説明

１００−１００Ｃ 露光装置
１３０ 投影光学系
１５０ 主制御部

Claims (11)

1. レチクルのパターンの像を被露光体に投影する投影光学系と、
   前記投影光学系と前記被露光体との合焦を行うために前記投影光学系を介して所定のマークを検出する検出系と、
   前記検出系の検出動作時に前記投影光学系よりも前記レチクル側に配置された部材を駆動制御する制御部とを有することを特徴とする露光装置。
2. 前記露光装置は、前記レチクルを支持及び駆動するレチクルステージを更に有し、前記部材は前記レチクルステージであることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記検出系は、
   前記レチクルを支持及び駆動するレチクルステージ上に配置され、パターンを有するレチクル側基準板と、
   前記被露光体を支持及び駆動する被露光体ステージ上に配置され、パターンを有する被露光体側基準板と、
   前記被露光体側基準板を通過した光量を検出する光量検出器と、を有し、
   前記光量検出器は、前記投影光学系により前記レチクル側基準板のパターンが前記被露光体側基準板のパターン上に投影される際に、前記被露光体側基準板を通過した光量を検出することを特徴とする請求項２記載の露光装置。
4. 前記検出系は、
   前記レチクルを支持及び駆動するレチクルステージ上に配置され、パターンを有するレチクル側基準板と、
   前記被露光体を支持及び駆動する被露光体ステージ上に配置され、パターンを有する被露光体側基準板と、
   前記レチクル側基準板を通過した光量を検出する光量検出器と、を有し、
   前記光量検出器は、前記投影光学系により前記被露光体側基準板のパターンが前記レチクル側基準板のパターン上に投影される際に、前記レチクル側基準板を通過した光量を検出することを特徴とする請求項２記載の露光装置。
5. 前記検出系は、前記レチクルと前記被露光体との位置合わせに使用されるアライメントスコープを有し、
   当該アライメントスコープは、前記所定のマークを撮像する撮像素子と前記所定のマークの光学像を前記撮像素子にリレーするリレーレンズを含み、
   前記部材は、前記アライメントスコープ又は前記リレーレンズであることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
6. 前記検出系は、前記投影投影光学系の結像性能を検出することを特徴とする請求項３乃至５のうちいずれか一項記載の露光装置。
7. 前記投影光学系の最終面と前記被露光体との間に液体が存在し、前記投影光学系と前記液体を介して前記被露光体を露光することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
8. レチクルステージに支持及び駆動されるレチクルのパターンを投影光学系を介して被露光体に投影する露光装置において、前記投影光学系と前記被露光体との合焦を行う際に、前記投影光学系よりも前記レチクル側に配置された部材を駆動しながら所定のマークを前記投影光学系を介して検出するステップと、
   前記検出結果に基づいて前記被露光体を移動するステップと、
   前記被露光体を露光するステップとを有することを特徴とする露光方法。
9. 前記レチクルを露光位置に移動するステップを更に有することを特徴とする請求項８記載の露光方法。
10. 前記被露光体を移動するステップと同時に前記レチクルを露光位置に移動するステップを更に有することを特徴とする請求項８記載の露光方法。
11. 請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、
    前記露光された被露光体を現像する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。