JP2008103432A - 露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の波長を含む露光光により原版のパターンを基板に露光する場合でも、原版のパターンの結像位置を正確に求めることができる露光装置及びデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の第１側面に係る露光装置は、光源から提供される複数の波長を含む露光光で、投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、原版を保持する原版ステージに配置され、パターンが形成された原版側基準プレートと、前記基板を保持する基板ステージに配置され、パターンが形成された基板側基準プレートと、前記原版側基準プレート、投影光学系及び前記基板側基準プレートを通過した前記光源からの光を検出する検出部と、前記光源から提供される光の波長を前記複数の波長のいずれか１つの波長に変更し、前記基板側基準プレートを駆動し、前記検出部に前記光源からの光を検出させ、前記検出部が検出した結果に基づいて、前記原版側基準プレートのパターンの像が結像される位置を演算する制御部とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。

近年、露光解像度向上のための開口数（ＮＡ）の向上により、焦点深度が小さい（厳しい）ことが問題となってきている。

これに対して、露光光源に単一の波長ではなく複数の波長を用いることで、投影レンズの軸上色収差が発生することを利用して焦点深度を拡大する技術が提案されている（特許文献１及び２参照）。
特許２６１９４７３号公報 特開２００５−１９１５０３号公報

露光光源に単一の波長を用いると、図１５に示すように、ウエハに投影される像の焦点ＦＰ１が１つになる。そして、線幅ＣＤに対する焦点深度がＤＯＦ１になる。

それに対して、図１６に示すように、露光光源に複数の波長を用いると、投影光学系のレンズに軸上色収差（光軸ＰＡ方向の色ずれ）ＡＳ１が発生し、ウエハに投影される像の焦点ＦＰ２，ＦＰ３が２つになり、線幅ＣＤに対する焦点深度がＤＯＦ２になる。ここで、焦点深度ＤＯＦ２は、焦点深度ＤＯＦ１より大きくなっている。すなわち、露光光源に複数の波長を用いると、露光光源に単一の波長を用いた場合に比べて、焦点深度が拡大する。

しかし、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）方式のキャリブレーション計測系は、フォーカスキャリブレーションを行うときに、ベストフォーカス位置から大きくずれた位置（焦点深度外の領域）までフォーカス較正計測値を取り込む必要がある。このため、軸上色収差の影響により、得られるフォーカス較正計測値の強度分布が非対称となることがあり、鉛直方向の結像位置を正確に求めることができないことがある。

例えば、投影光学系のレンズにより軸上色収差が発生していない場合（例えば、図１５の場合）を考える。このとき、キャリブレーション計測系は、ウエハの鉛直方向の位置（Ｚ位置）に対してキャリブレーション計測を行い、図１７に示すようなフォーカス較正計測値の強度分布を得る。キャリブレーション計測系は、図１７に示すように、対称なフォーカス較正計測値の強度分布を得るので、強度が最大になる位置又は重心位置を鉛直方向の結像位置ＢＦとして正確に検出することができる。

一方、投影光学系のレンズにより軸上色収差が発生している場合（例えば、図１６の場合）を考える。このとき、キャリブレーション計測系は、ウエハの鉛直方向の位置（Ｚ位置）に対してキャリブレーション計測を行い、図１８に示すようなフォーカス較正計測値の強度分布を得ることがある。キャリブレーション計測系は、図１８に示すように、非対称なフォーカス較正計測値の強度分布を得る。このとき、フォーカス較正計測値の強度分布において強度が最大になる位置又は重心位置から鉛直方向の結像位置がずれているため、キャリブレーション計測系は鉛直方向の結像位置を正確に求めることができない。

一方、図１９に示すように、投影光学系のレンズにより倍率色収差（光軸ＰＡと直交する方向の色ずれ）ＡＳ２が発生して、ウエハに投影される像の焦点ＦＰ４，ＦＰ５が２つになることがある。このとき、ウエハ上に結像される像が水平方向ににじむ場合がある。このため、倍率色収差の影響により、得られるアライメント較正計測値の強度分布が非対称となることがあり、水平方向の結像位置を正確に求めることができないことがある。

例えば、投影光学系のレンズにより倍率色収差が発生していない場合（例えば、図１５の場合）を考える。このとき、キャリブレーション計測系は、ウエハの水平方向の位置（Ｘ位置又はＹ位置）に対してキャリブレーション計測を行い、図２０に示すようなアライメント較正計測値の強度分布を得る。キャリブレーション計測系は、図２０に示すように、対称なアライメント較正計測値の強度分布を得るので、強度が最大になる位置又は重心位置を水平方向の結像位置ＢＡとして正確に検出することができる。

一方、投影光学系のレンズにより倍率色収差が発生している場合（例えば、図１９の場合）を考える。このとき、キャリブレーション計測系は、ウエハの水平方向の位置（Ｘ位置又はＹ位置）に対してキャリブレーション計測を行い、図２１に示すようなアライメント較正計測値の強度分布を得ることがある。キャリブレーション計測系は、図２１に示すように、非対称なフォーカス較正計測値の強度分布を得る。このとき、アライメント較正計測値の強度分布において強度が最大になる位置又は重心位置から水平方向の結像位置がずれているため、キャリブレーション計測系は水平方向の結像位置を正確に求めることができない。

本発明の目的は、複数の波長を含む露光光により原版のパターンを基板に露光する場合でも、原版のパターンの結像位置を正確に求めることができる露光装置及びデバイスの製造方法を提供することにある。

本発明の第１側面に係る露光装置は、光源から提供される複数の波長を含む露光光で、投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、原版を保持する原版ステージに配置され、パターンが形成された原版側基準プレートと、前記基板を保持する基板ステージに配置され、パターンが形成された基板側基準プレートと、前記原版側基準プレート、投影光学系及び前記基板側基準プレートを通過した前記光源からの光を検出する検出部と、前記光源から提供される光の波長を前記複数の波長のいずれか１つの波長に変更し、前記基板側基準プレートを駆動し、前記検出部に前記光源からの光を検出させ、前記検出部が検出した結果に基づいて、前記原版側基準プレートのパターンの像が結像される位置を演算する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明の第２側面に係るデバイスの製造方法は、本発明の第１側面に係る露光装置を用いて基板を露光して、前記基板に潜像パターンを形成する露光工程と、前記潜像パターンを現像する現像工程とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、複数の波長を含む露光光により原版のパターンを基板に露光する場合でも、原版のパターンの結像位置を正確に求めることができる。

本明細書において、「複数の波長」とは、離散的に異なる波長を意味してもよいし、連続的に異なる波長を意味してもよい。

本発明の第１実施形態に係る露光装置の構成及び作用を、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る露光装置の概略構成図である。

露光装置１は、照明光学系ＩＬ、レチクル（原版）ＲＴを保持するレチクルステージ（原版ステージ）ＲＳ、投影光学系ＰＯ、及びウエハ（基板）ＷＦを保持するウエハステージ（基板ステージ）ＷＳを備える。露光装置１は、キャリブレーション計測系ＣＳ、アライメント検出系ＯＡＳ、フォーカス検出系ＦＳ及び制御装置（制御部、図示せず）を備える。

露光光源ＬＳ、照明光学系ＩＬ、レチクルステージＲＳ、投影光学系ＰＯ、ウエハステージＷＳは、光軸ＰＡを中心に配置されている。光軸ＰＡは、露光光源ＬＳからウエハステージＷＳへ露光光の主光線が進む方向を示す軸である。

露光光源ＬＳには、波長を若干ずらした２波長の光を提供するレーザーが用いられている。露光光源ＬＳは、例えば、極端紫外光であるＫｒＦエキシマレーザーと、さらに波長の短いＡｒＦエキシマレーザーとを用いて、レーザー光の発振波長を変更可能に構成されている。すなわち、２波長露光方式が採用されている。制御装置は、露光時に２波長の光を同時に提供するように、露光光源ＬＳを制御する。これにより、ウエハＷＦに所定の線幅ＣＤの像を結像する場合の焦点深度を拡大できる（図１５，図１６参照）。また、制御装置は、キャリブレーション時に２波長のいずれかの波長の光を提供するように、露光光源ＬＳを制御する。これにより、各波長に対して計測を行うことができる。

露光光源ＬＳから発せられた光束は、照明光学系ＩＬを介して、パターン原版であるレチクルＲＴの所定の領域を照明する。

レチクルＲＴには、転写すべき微細回路のパターンが形成されている。レチクルＲＴは、レチクルステージＲＳに保持される。レチクルステージＲＳを駆動する駆動部（図示せず）は、レ−ザ干渉計（図示せず）と制御装置とによって、Ｙ方向に駆動制御される。駆動部は、Ｚ方向の位置を投影光学系ＰＯに対して一定に保った状態でレチクルステージＲＳを駆動する。レチクルステージＲＳには、レーザ干渉計からのビームを反射する移動鏡が固定されている。その移動鏡を介して、レーザ干渉計は、レチクルステージＲＳの位置、移動量を逐次計測する。制御装置は、レチクルステージＲＳの位置、移動量の情報をレーザ干渉計から受け取り、駆動部を介してレチクルステージＲＳを駆動させる。

また、ウエハＷＦは、投影光学系ＰＯを介してレチクルＲＴと光学的にほぼ共役な位置におかれる。ウエハＷＦは、ウエハステージＷＳに保持される。ウエハステージＷＳを駆動する駆動部（図示せず）は、レ−ザ干渉計（図示せず）と制御装置とによって、投影光学系ＰＯの光軸ＰＡ方向（Ｚ方向）及び光軸ＰＡ方向に直交する平面（Ｘ−Ｙ平面）方向に駆動制御される。さらに、駆動部は、ウエハステージＷＳは、光軸ＰＡ周りに回転方向（θ方向）、及び光軸ＰＡに垂直な平面に対して傾く方向（チルト方向）に駆動制御される。すなわち、駆動部は、レ−ザ干渉計と制御装置とによって、６軸で駆動制御される。ウエハステージＷＳにも、レーザ干渉計からのビームを反射する移動鏡が固定されている。その移動鏡を介して、レーザ干渉計は、ウエハステージＷＳの位置、移動量を逐次計測する。制御装置は、ウエハステージＷＳの位置、移動量の情報をレーザ干渉計から受け取り、駆動部を介してウエハステージＷＳを駆動させる。

そして、露光時において、光軸ＰＡに対してレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとの双方を投影光学系ＰＯの光学倍率に応じた速度比で駆動させる。これにより、レチクルＲＴに入射した光は、そのパターンで回折されて、投影光学系ＰＯを介してウエハＷＦの上に露光パターンとして結像される。これにより、ウエハＷＦに潜像パターンが形成される。

ここで、投影光学系ＰＯにおいて、限界に近い解像力が求められている。そのため、解像力に影響する要因（例えば、大気圧、環境温度等）を測定する測定部（図示せず）と、投影光学系ＰＯのレンズの結像特性を補正する機構（オートフォーカス機構、図示せず）とが、投影光学系ＰＯに備えられている。制御装置は、解像力に影響する要因の測定値を測定部から受け取り、その測定値に基づいて、オートフォーカス機構を制御して投影光学系ＰＯのレンズの結像特性を補正する。

次に、フォーカス検出系ＦＳがウエハＷＦのＺ位置及びレベリング（傾き）を検出する際の動作を説明する。

図１に示すように、フォーカス検出系ＦＳは、投光系と受光系とを有し、斜入射方式でウエハＷＦのＺ位置を検出する。フォーカス検出系ＦＳの投光系は、投影光学系ＰＯを介して、レチクルＲＴのパターンが転写されるウエハＷＦの表面（あるいはウエハ側基準プレートＷＦＰの表面）に対して斜め方向から光（スリット像）を照射する。フォーカス検出系ＦＳの受光系は、ウエハＷＳの表面(あるいはウエハ側基準プレートＷＦＰの表面)から斜めに反射する反射光（スリット像）を検出している。

フォーカス検出系ＦＳの受光系には、反射光に対応したＺ位置検出用の受光素子が備えられており、受光素子の受光面とウエハＷＦの表面の反射点とがほぼ共役になるように配置されている。そのため、ウエハＷＦ（あるいはウエハ側基準プレートＷＦＰ）のＺ方向の位置ずれは、受光素子におけるスリット像の結像の位置ずれとして検出される。これにより、フォーカス検出系ＦＳは、フォーカス計測を行い、フォーカス計測値を得る。

また、フォーカス検出系ＦＳの投光系は、レベリング（傾き）を検出するため、複数の光束（スリット像）をウエハＷＦの表面（あるいはウエハ側基準プレートＷＦＰの表面）に照射する。フォーカス検出系ＦＳの受光系には、それに応じた複数個の受光素子が備えられている。各受光素子の受光面とウエハＷＦの表面の各反射点とがほぼ共役になるように配置されている。これにより、複数のスリット像の受光面における位置を検出して、ウエハＷＦ（あるいはウエハ側基準プレートＷＦＰ）の傾きを検出するようにしている。

ここで、フォーカス検出系ＦＳの原点とベストフォーカス位置（鉛直方向の結像位置）とのずれがあると、フォーカス計測値に基づいてウエハＷＦの表面をベストフォーカス位置に合わせることが困難になるおそれがある。そこで、フォーカス検出系ＦＳの原点を較正するためにＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）方式のキャリブレーション計測系ＣＳが設けられている。

次に、キャリブレーション計測系ＣＳの構成及び動作を、図１〜図３を用いて説明する。

キャリブレーション計測系ＣＳは、図１に示すように、レチクル側基準プレート（原版側基準プレート）ＲＦＰ、ウエハ側基準プレート（基板側基準プレート）ＷＦＰ及び光検出センサー（検出部）ＩＳを備える。

レチクル側基準プレートＲＦＰは、レチクルステージＲＳの所定の範囲に固設されている。レチクル側基準プレートＲＦＰは、その上面がレチクルＲＴの上面と略同じ高さになる位置に配置されている。レチクル側基準プレートＲＦＰには、スリット状のパターン（レチクル側基準チャート）が形成されている。具体的には、図２に示すように、レチクル側基準プレートＲＦＰの反射面に、ＣｒやＡｌ等で複数のレチクル側基準チャートＬ１ｘ，Ｌ１ｙ，Ｌ２ｘ，Ｌ２ｙ，Ｃｘ，Ｃｙ，Ｒ１ｘ，Ｒ１ｙ，Ｒ２ｘ，Ｒ２ｙが形成されている。レチクル側基準チャートＬ１ｘ〜Ｒ２ｙは、例えば、解像限界線幅を投影倍率で換算した寸法のライン状の開口がＸ方向又はＹ方向に所定間隔で延びたパターンである。

なお、レチクル側基準チャートＬ１ｘ〜Ｒ２ｙが複数設けられているので、ウエハＷＦの露光領域（ショット領域）内の複数の像高位置でキャリブレーション計測することができるようになっている。

ウエハ側基準プレートＷＦＰは、ウエハステージＷＳにおいてウエハＷＦの近傍の所定の範囲に固設されている。ウエハ側基準プレートＷＦＰは、レチクル側基準プレートＲＦＰと光学的に共役な位置であって、その上面がウエハーＷＦの上面と略同じ高さになる位置に配置されている。ウエハ側基準プレートＷＦＰには、スリット状のパターン（ウエハ側基準チャート）が形成されている。具体的には、図３に示すように、ウエハ側基準プレートＷＦＰの反射面に、ＣｒやＡｌ等でウエハ側基準チャートＳｘ，Ｓｙが形成されている。ウエハ側基準チャートＳｘ，Ｓｙは、例えば、解像限界線幅の寸法のライン状の開口がＸ方向又はＹ方向に所定間隔で延びたパターンである。

光検出センサーＩＳは、ウエハ側基準プレートＷＦＰの下に配置される。光検出センサーＩＳは、光量（光関連値、フォーカス較正計測値）を検出する。ここで、光検出センサーＩＳは、ウエハ側基準チャートＳｘ、Ｓｙに対応して２つ設けられていれば、ウエハ側基準チャートＳｘ、Ｓｙに対して個別にフォーカスキャリブレーションを行うことができる。

ベストフォーカス位置を検出する際に、レチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとを投影光学系ＰＯの光学倍率に応じた速度比で光軸ＰＡに対して駆動させる。このとき、図４に示すように、照明光学系ＩＬからレチクル側基準プレートＲＦＰへ入射した光は、そのレチクル側基準チャートＬ１ｘ〜Ｒ２ｙ（図２参照）で回折されて、投影光学系ＰＯを介してウエハ側基準プレートＷＦＰに入射する。そして、ウエハ側基準プレートＷＦＰに入射した光は、そのウエハ側基準チャートＳｘ，Ｓｙ（図３参照）で回折されて、光検出センサーＩＳへ入射する。これにより、光検出センサーＩＳは、レチクル側基準プレートＲＦＰ、投影光学系ＰＯ及びウエハ側基準プレートＷＦＰを通過した光の光量を検出し、最大光量のＺ位置をピーク位置として検出する。

次に、本発明の第１実施形態に係る露光装置がフォーカスキャリブレーションを行う処理の流れを、図５に示すフローチャートを用いて説明する。図５は、露光装置がフォーカスキャリブレーションを行う処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１では、制御装置が、レチクル側基準プレートＲＦＰのレチクル側基準チャートＬ１ｘ〜Ｒ２ｙを設定して、ウエハＷＦの露光領域（ショット領域）内が所定の像高になるように、レチクルステージＲＳを駆動する。

ステップＳ２では、制御装置が、ウエハ側基準プレートＷＦＰのウエハ側基準チャートＳｘ，Ｓｙがレチクル側基準プレートＲＦＰのレチクル側基準チャートＬ１ｘ〜Ｒ２ｙの結像位置近傍に設定されるように、ウエハステージＷＳを駆動する。また、制御装置は、ウエハステージＷＳの制御に使用したＺ位置の制御値を、Ｚ位置の情報として記憶する。なお、制御装置は、予め設定されている複数のＺ位置から目標となるＺ位置を選択し、Ｚ位置の制御値を生成する。

例えば、制御装置は、図７に示すＺ１，Ｚ２，・・・，Ｚｎのうちから、目標となるＺ位置を選択する。

ステップＳ３では、光検出センサーＩＳが、レチクル側基準プレートＲＦＰのレチクル側基準チャートＬ１ｘ〜Ｒ２ｙと、投影光学系ＰＯと、ウエハ側基準プレートＷＦＰのウエハ側基準チャートＳｘ，Ｓｙとを透過する光量を検出する。すなわち、光検出センサーＩＳは、キャリブレーション計測を行う。光検出センサーＩＳは、フォーカス較正計測値（光量）の情報を制御装置へ供給する。制御装置は、フォーカス較正計測値とＺ位置と波長とに基づいて、第１計測情報を記憶する。第１計測情報は、フォーカス較正計測値の情報と、Ｚ位置の情報と、露光光の波長の情報とが互いに対応付けられた情報である。

ステップＳ４では、制御装置が、複数の露光光の波長のうち全ての波長についてキャリブレーション計測を行ったか否かを判断する。制御装置は、全ての波長についてキャリブレーション計測を行ったと判断した場合、処理をステップＳ６へ進め、全ての波長についてキャリブレーション計測を行っていないと判断した場合、処理をステップＳ５へ進める。

ステップＳ５では、制御装置が、露光光源ＬＳの露光光（レーザ光）の波長を変更する。なお、制御装置は、露光光源ＬＳが発生可能な露光光の種類とその制御情報とを予め記憶している。

ステップＳ６では、制御装置が、複数のＺ位置のうち全てのＺ位置についてキャリブレーション計測を行ったか否かを判断する。制御装置は、全てのＺ位置についてキャリブレーション計測を行ったと判断した場合、処理をステップＳ７へ進め、全ての波長についてキャリブレーション計測を行っていないと判断した場合、処理をステップＳ１へ進める。

ステップＳ７では、制御装置が、後述の演算処理を行う。

ステップＳ８では、制御装置が、ベストフォーカス位置（鉛直方向の結像位置）となるＺ位置へウエハステージＷＳを駆動する。フォーカス検出系ＦＳは、フォーカス計測を行い、ウエハＷＦの表面のＺ位置を検出する。制御装置は、フォーカス計測値をフォーカス検出系ＦＳから受け取り、そのフォーカス計測値に応じて原点にキャリブレーションするための較正信号を生成してフォーカス検出系ＦＳへ供給する。フォーカス検出系ＦＳは、較正信号に基づいて、原点をキャリブレーションする。

次に、演算処理の流れを、図６に示すフローチャートを用いて説明する。図６は、演算処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１１では、制御装置が、複数の露光光の波長のうち１つの波長を選択する。制御装置は、選択した波長と第１計測情報とに基づいて、選択した波長について、フォーカス較正計測値の強度とＺ位置との相関関係を特定する。

例えば、制御装置は、波長λ１について、図７の２点鎖線で示すような相関関係を特定する。あるいは、制御装置は、波長λ２について、図７の１点鎖線で示すような相関関係を特定する。

制御装置は、フォーカス較正計測値の強度が最大になるＺ位置を、選択された波長に対するピーク位置として検出する。

例えば、制御装置は、波長λ１について、図７に示すように、ピーク位置ＺＰ１と、そのフォーカス較正計測値の強度Ｃ１とを検出する。あるいは、制御装置は、波長λ２について、ピーク位置ＺＰ２と、そのフォーカス較正計測値の強度Ｃ２とを検出する。

ステップＳ１２では、制御装置が、複数の露光光の波長のうち全ての波長についてピーク位置を検出したか否かを判断する。制御装置は、全ての波長についてピーク位置を検出したと判断した場合、処理をステップＳ１３へ進め、全ての波長についてピーク位置を検出していないと判断した場合、処理をステップＳ１１へ進める。

ステップＳ１３では、制御装置が、ステップＳ１１で検出したピーク位置を全ての波長について平均して、ベストフォーカス位置（鉛直方向の結像位置）を演算する。

例えば、図７に示す場合、ベストフォーカス位置ＢＦ１は、
ＢＦ１＝（ＺＰ１×Ｃ１＋ＺＰ２×Ｃ２）／２・・・数式１
により、重み付き平均で求めることができる。

また、それぞれの波長の相対強度分布に基づいた重み付き平均で求めることもできる。さらに、着目したい（キャリブレーションしたい）波長に対して重みを付けた重み付き平均で求めることもできる。

このように、フォーカス較正計測値の強度のＺ位置に対する分布が図１８に示すように非対称になっている場合でも、各波長ごとに、フォーカス較正計測値の強度とＺ位置との相関関係を特定することができる。これにより、軸上色収差の影響を受けずに、各波長ごとに、フォーカス較正計測値の強度とＺ位置との相関関係におけるピーク位置を正確に求めることができる。このため、露光光源に複数の波長を用いて、投影光学系のレンズにより軸上色収差が発生している場合でも、（所定の像高における）ベストフォーカス位置を正確に求めることができる。すなわち、複数の波長を含む露光光によりレチクルのパターンをウエハに露光する場合でも、レチクルのパターンの結像位置を正確に求めることができる。

なお、各波長のピーク位置におけるフォーカス較正計測値の強度が同等である場合、ベストフォーカス位置は、各波長のピーク位置が単純平均されて求められても良い。例えば、数式１において、Ｃ１≒Ｃ２である場合、ベストフォーカス位置ＢＦ１ａは、
ＢＦ１ａ≒（ＺＰ１＋ＺＰ２）／２・・・数式２
により、単純平均で求めても良い。

また、図５に示すステップＳ８のキャリブレーションは、定期的に自動で実施してもよい。

また、図５に示すステップＳ７の演算処理では、図８に示すように、フォーカス較正計測値の強度とＺ位置との相関関係を、全ての波長について合成してもよい。すなわち、全ての波長について合成した結果である実線の曲線に重心計算を実施することにより、ベストフォーカス位置を正確に求めることができる。

さらに、波長毎の波形に任意の重みを付けた上で波形を合成し、その合成曲線に対して重心計算を実施することにより、ベストフォーカス位置を求めることも可能である。またさらに、重心計算の代わりに関数近似を行い波形のピークを算出することにより、ベストフォーカス位置を求めることも可能である。

なお、レチクルステージとウエハステージを駆動している間に、波長を変更しても良い。すなわち、Ｓ１とＳ２の処理を行っている間に、波長の変更を並列して行っても良い。これにより、計測のための時間を削減でき、全体の処理のスループットを向上できる。その際、波長は、離散的に変更しても良いし、連続的に変更しても良い。各波長における計測点数が不足する場合には、ウエハステージＷＳのＺ方向の駆動のピッチを小さくし、計測点数を増加させればよい。

次に、投影光学系ＰＯのレンズのＸＹ位置の較正（アライメントキャリブレーション）について詳述する。

通常、露光に先立って、図１に示すアライメント検出系（オフアクシス型ウエハ位置検出装置）ＯＡＳを用いて、ウエハＷＦ面内の複数ショットのＸＹ位置の計測（アライメント計測）を実施する。制御装置は、ウエハアライメント検出系ＯＡＳからアライメント計測値を受け取り、アライメント計測値を基にショットの格子配列を決定し、この配列情報に基づき各ショットの露光を実施する。レチクルＲＴに形成されたパターンをウエハＷＦの希望するＸＹ位置（最適アライメント位置）に露光するためには、アライメント計測値の較正、すなわちアライメントキャリブレーションが必要になる。ここで、最適アライメント位置は、レチクルのパターンとウエハとの位置関係が最適となるようなウエハの位置を意味する。

次に、本発明の第１実施形態に係る露光装置がアライメントキャリブレーションを行う処理の流れを、図９に示すフローチャートを用いて説明する。図９は、露光装置がフォーカスキャリブレーションを行う処理の流れを示すフローチャートである。図５に示す処理と異なる点を中心に説明し、同様の部分については説明を省略する。

ステップＳ４２では、制御装置が、ウエハ側基準プレートＷＦＰのウエハ側基準チャートＳｘ，Ｓｙがレチクル側基準プレートＲＦＰのレチクル側基準チャートＬ１ｘ〜Ｒ２ｙの結像位置近傍に設定されるように、ウエハステージＷＳを駆動する。また、制御装置は、ウエハステージＷＳの制御に使用したＸＹ位置の制御値を、ＸＹ位置の情報として記憶する。なお、制御装置は、予め設定されている複数のＸＹ位置から目標となるＸＹ位置を選択し、ＸＹ位置の制御値を生成する。

例えば、制御装置は、例えば、図１１に示すＸ１，Ｘ２，・・・，Ｘｎのうちから、目標となるＸ位置を選択する。制御装置は、Ｙ位置についても同様に選択する。

ステップＳ４３では、光検出センサーＩＳが、レチクル側基準プレートＲＦＰのレチクル側基準チャートＬ１ｘ〜Ｒ２ｙと、ウエハ側基準プレートＷＦＰのウエハ側基準チャートＳｘ，Ｓｙとを透過する光量を検出する。すなわち、光検出センサーＩＳは、キャリブレーション計測を行う。光検出センサーＩＳは、アライメント較正計測値（光量）の情報を制御装置へ供給する。制御装置は、アライメント較正計測値とＸＹ位置と波長とに基づいて、第２計測情報を記憶する。第２計測情報は、アライメント較正計測値の情報と、ＸＹ位置の情報と、露光光の波長の情報とが互いに対応付けられた情報である。

ステップＳ４６では、制御装置が、複数のＸＹ位置のうち全てのＸＹ位置についてキャリブレーション計測を行ったか否かを判断する。制御装置は、全てのＸＹ位置についてキャリブレーション計測を行ったと判断した場合、処理をステップＳ３７へ進め、全ての波長についてキャリブレーション計測を行っていないと判断した場合、処理をステップＳ１へ進める。

ステップＳ４７では、制御装置が、後述の演算処理を行う。

ステップＳ４８では、制御装置が、最適アライメント位置（水平方向の結像位置）となるＸＹ位置へウエハステージＷＳを駆動する。アライメント検出系ＯＡＳは、アライメント計測を行い、ウエハＷＦの表面のＸＹ位置を検出する。制御装置は、アライメント計測値をアライメント検出系ＯＡＳから受け取り、そのアライメント計測値に応じて原点にキャリブレーションするための較正信号を生成してアライメント検出系ＯＡＳへ供給する。アライメント検出系ＯＡＳは、較正信号に基づいて、原点をキャリブレーションする。

次に、演算処理Ｓ４７の流れを、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。図１０は、演算処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ５１では、制御装置が、複数の露光光の波長のうち１つの波長を選択する。制御装置は、選択した波長と第２計測情報とに基づいて、選択した波長について、アライメント較正計測値の強度とＸＹ位置との相関関係を特定する。

例えば、制御装置は、波長λ１について、Ｘ位置に対して、図１１の２点鎖線で示すような相関関係を特定する。あるいは、制御装置は、波長λ２について、Ｘ位置に対して、図１１の１点鎖線で示すような相関関係を特定する。制御装置は、Ｙ位置に対しても同様に相関関係を特定する。

制御装置は、アライメント較正計測値の強度が最大になるＸＹ位置を、選択された波長に対するピーク位置として検出する。

例えば、制御装置は、波長λ１について、Ｘ位置に対して、図１１に示すように、ピーク位置ＸＰ１と、そのアライメント較正計測値の強度Ｃ１とを検出する。あるいは、制御装置は、波長λ２について、Ｘ位置に対して、ピーク位置ＸＰ２と、そのフォーカス較正計測値の強度Ｃ２とを検出する。制御装置は、Ｙ位置に対しても同様にピーク位置とその強度とを特定する。

ステップＳ５２では、制御装置が、複数の露光光の波長のうち全ての波長についてピーク位置を検出したか否かを判断する。制御装置は、全ての波長についてピーク位置を検出したと判断した場合、処理をステップＳ５３へ進め、全ての波長についてピーク位置を検出していないと判断した場合、処理をステップＳ５１へ進める。

ステップＳ５３では、制御装置が、ステップＳ５１で検出したピーク位置を全ての波長について平均して、最適アライメント位置（水平方向の結像位置）を演算する。

例えば、図１１に示す場合、最適アライメント位置のＸ位置ＢＡｘは、
ＢＡｘ＝（ＸＰ１×Ｃ１＋ＸＰ２×Ｃ２）／２・・・数式３
により、重み付き平均で求めることができる。最適アライメント位置のＹ位置についても数式３と同様に求めることができる。

また、それぞれの波長の相対強度分布に基づいた重み付き平均で求めることもできる。さらに、着目したい（キャリブレーションしたい）波長に対して重みを付けた重み付き平均で求めることもできる。

このように、アライメント較正計測値の強度のＸＹ位置に対する分布が非対称になっている場合でも、各波長ごとに、アライメント較正計測値の強度とＸＹ位置との相関関係を特定することができる。これにより、倍率色収差の影響を受けずに、各波長ごとに、アライメント較正計測値の強度とＸＹ位置との相関関係におけるピーク位置を正確に求めることができる。このため、露光光源に複数の波長を用いて、投影光学系のレンズにより倍率色収差が発生している場合でも、最適アライメント位置を正確に求めることができる。すなわち、複数の波長を含む露光光によりレチクルのパターンをウエハに露光する場合でも、レチクルのパターンの結像位置を正確に求めることができる。

なお、各波長のピーク位置におけるアライメント較正計測値の強度が同等である場合、最適アライメント位置は、各波長のピーク位置が単純平均されて求められても良い。例えば、数式３において、Ｃ１≒Ｃ２である場合、最適アライメント位置のＸ位置ＢＡｘａは、
ＢＡｘａ≒（ＸＰ１＋ＸＰ２）／２・・・数式４
により、単純平均で求めても良い。

また、図９に示すステップＳ４８のキャリブレーションは、定期的に自動で実施してもよい。

また、図９に示すステップＳ４７の演算処理では、図８と同様に、アライメント較正計測値の強度とＸＹ位置との相関関係を、全ての波長について合成してもよい。すなわち、全ての波長について合成した結果の曲線に重心計算を実施することにより、最適アライメント位置を正確に求めることができる。

さらに、波長ごとの波形に任意の重み付き平均を付けた上で波形を合成し、その合成曲線に対して重心計算を実施することにより、ベストフォーカス位置を求めることも可能である。またさらに、重心計算の代わりに関数近似を行い波形のピークを算出することにより、ベストフォーカス位置を求めることも可能である。

なお、レチクルステージとウエハステージとを駆動している間に、波長を変更してもよい。すなわち、Ｓ１とＳ２との処理を行っている間に、波長の変更を並列して行っても良い。これにより、計測のための時間を削減でき、全体の処理のスループットを向上できる。その際、波長は離散的に変更しても良いし、連続的に変更しても良い。各波長における計測点数が不足する場合には、ウエハステージＷＳのＺ方向の駆動のピッチを小さくし、計測点数を増加させればよい。

次に、本発明の第２実施形態に係る露光装置を、図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の第２実施形態に係る露光装置の概略構成図である。

露光装置１ａは、その基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、キャリブレーション計測系ＣＳａを備える点で第１実施形態と異なる。

すなわち、キャリブレーション計測系ＣＳａは、図１２に示すように、レチクル側基準プレートＲＦＰ、ウエハ側基準プレートＷＦＰａ及び光検出センサー（検出部）ＡＳを備える。

光検出センサーＡＳは、レチクルステージＲＳを間にして投影光学系ＰＯと対向する位置に配置される。光検出センサーＡＳは、露光波長と同等な波長の光（観察光源）を用いたＴＴＬ観察顕微鏡と、光電変換素子（例えば、ＣＣＤなどの撮像素子）とを含む。観察光源は、その光を、露光光源から導いてもよいし、専用光源から導いても良い。

ウエハ側基準プレートＷＦＰａには、反射型の（例えば、凹凸の）パターンとしてウエハ側基準チャート（図示せず）が形成されている。

これらにより、光検出センサーＡＳが落射照明によりレチクルＲＴ及び投影光学系ＰＯを介してウエハ側基準チャートを照明し、反射光を光検出センサーＡＳ内の光電変換素子でコントラスト（光関連値）を計測してもよい。この場合でも、最大コントラストのＺ位置やＸＹ位置をピーク位置として波長ごとに計測できる。

次に、本発明の第３実施形態に係る露光装置を、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の第２実施形態に係る露光装置の概略構成図である。

露光装置１ｂは、その基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、キャリブレーション計測系ＣＳｂを備える点で第１実施形態と異なる。

すなわち、キャリブレーション計測系ＣＳｂは、図１３に示すように、観察光源ＡＳｂレチクル側基準プレートＲＦＰ、ウエハ側基準プレートＷＦＰ及び光検出センサーＩＳを備える。

観察光源ＡＳｂは、レチクルステージＲＳを間にして投影光学系ＰＯと対向する位置に配置される。観察光源ＡＳｂは、露光波長と同等な波長の光を用いたＴＴＬ観察顕微鏡を含む。観察光源ＡＳｂは、その光を、露光光源から導いてもよいし、専用光源から導いても良い。

これらにより、光検出センサーＩＳがレチクル側基準プレートＲＦＰ及びウエハ側基準プレートＷＦＰの透過光量を検出する点は、第１実施形態と同様である。したがって、この場合でも、最大光量のＺ位置やＸＹ位置をピーク位置として波長ごとに検出できる。

次に、本発明に係る露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１４は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップＳ９１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ９２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスク（原版又はレチクルともいう）を作製する。一方、ステップＳ９３（基板製造）ではシリコン等の材料を用いて基板を製造する。ステップＳ９４（基板プロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクと基板とを用いて、上述の露光装置によりリソグラフィー技術を利用して基板上に実際の回路を形成する。次のステップＳ９５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ９４によって作製された基板を用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップＳ９６（検査）ではステップＳ９５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップＳ９７でこれを出荷する。

上記ステップＳ９４の基板プロセスは以下のステップを有する。すなわち、基板の表面を酸化させる酸化ステップ、基板表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、基板上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、基板にイオンを打ち込むイオン打ち込みステップを有する。また、基板に感光剤を塗布するレジスト処理ステップを有する。上記の露光装置を用いて、レジスト処理ステップ後の基板を、マスクのパターンを介して露光し、レジストに潜像パターンを形成する露光ステップを有する。露光ステップで露光した基板上のレジストに形成された潜像パターンを現像する現像ステップを有する。さらに、現像ステップで現像した潜像パターン以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。これらのステップを繰り返し行うことによって、基板上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の第１実施形態に係る露光装置の概略構成図。 レチクル側基準プレートの平面図。 ウエハ側基準プレートの平面図。 光路を示す図。 露光装置がフォーカスキャリブレーションを行う処理の流れを示すフローチャート。 演算処理の流れを示すフローチャート。 フォーカス較正計測値の強度とＺ位置との相関関係を示す図。 フォーカス較正計測値の強度とＺ位置との相関関係を示す図。 露光装置がアライメントキャリブレーションを行う処理の流れを示すフローチャート。 演算処理の流れを示すフローチャート。 アライメント較正計測値の強度とＸ位置との相関関係を示す図。 本発明の第２実施形態に係る露光装置の概略構成図。 本発明の第３実施形態に係る露光装置の概略構成図。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図。 本発明の課題を示す図。 本発明の課題を示す図。 本発明の課題を示す図。 本発明の課題を示す図。 本発明の課題を示す図。 本発明の課題を示す図。 本発明の課題を示す図。

符号の説明

ＡＳ 光検出センサー
ＦＳ フォーカス検出系
ＩＬ 照明光学系
ＩＳ 光検出センサー
ＬＳ 露光光源
ＯＡＳ アライメント検出系
ＰＯ 投影光学系
ＲＦＰ レチクル側基準プレート
ＲＳ レチクルステージ
ＲＴ レチクル
ＷＦ ウエハ
ＷＦＰ ウエハ側基準プレート
ＷＳ ウエハステージ

Claims (6)

1. 光源から提供される複数の波長を含む露光光で、投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、
   原版を保持する原版ステージに配置され、パターンが形成された原版側基準プレートと、
   前記基板を保持する基板ステージに配置され、パターンが形成された基板側基準プレートと、
   前記原版側基準プレート、投影光学系及び前記基板側基準プレートを通過した前記光源からの光を検出する検出部と、
   前記光源から提供される光の波長を前記複数の波長のいずれか１つの波長に変更し、前記基板側基準プレートを駆動し、前記検出部に前記光源からの光を検出させ、前記検出部が検出した結果に基づいて、前記原版側基準プレートのパターンの像が結像される位置を演算する制御部と、
   を備えたことを特徴とする露光装置。
2. 前記基板ステージを駆動する駆動部をさらに備え、
   前記制御部は、前記駆動部を制御して、前記基板ステージを駆動させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御部は、前記基板側基準プレートの鉛直方向の位置に対して波長ごとに前記検出部が検出した結果に基づいて、前記原版側基準プレートのパターンの像が結像される鉛直方向の位置を演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記制御部は、前記基板側基準プレートの水平方向の位置に対して波長ごとに前記検出部が検出した結果に基づいて、前記原版側基準プレートのパターンの像が結像される水平方向の位置を演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 前記基板ステージを駆動している間に、前記光源からの光の波長を変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光して、前記基板に潜像パターンを形成する露光工程と、
   前記潜像パターンを現像する現像工程と、
   を備えたことを特徴とするデバイスの製造方法。

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