JP2008130621A - 露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 グローバルアライメント、フォーカスマッピングの高精度の同時計測を行える露光装置、これを用いるデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】 上記露光装置は、感光剤が塗布されたウェハ５の位置を計測するためのアライメント検出系１７と、アライメント検出系１７とは分離されて構成され、露光に先立ってウェハ５の高さ形状を予め測定するフォーカス検出系１６とを有する。フォーカス検出系１６がウェハ５の高さ形状の測定を行っている際に、アライメント検出系１７が同時にウェハ５の位置合わせ計測を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置、及びデバイス製造方法に関する。

フォトリソグラフィー技術を用いてデバイスを製造する際に、レチクルに描画されたパターンを投影光学系によってウェハ等に投影して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。
デバイスには、例えば、半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等がある。レチクル以外にもフォトマスクを用いる場合があるが、ここでは以下、レチクルを例示する。
投影露光装置においては、集積回路の微細化及び高密度化に伴い、より高い解像力でレチクルのパターンをウェハに投影露光することが要求されている。
投影露光装置で転写できる最少の線幅（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど解像度はよくなる。

このため、近年の光源には、超高圧水銀ランプｇ線（波長約４３６ｎｍ）、ｉ線（波長約３６５ｎｍ）から波長の短いＫｒＦエキシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長約１９３ｎｍ）が用いられている。
しかし、さらにＦ２レーザ（波長約１５７ｎｍ）の実用化も進んでおり、将来的には波長が数ｎｍ〜百ｎｍの極端紫外光（Extreme Ultra Violet：ＥＵＶ光）の採用も見込まれている。
このように露光光の短波長化が進むにつれて、ウェハの位置合わせ精度（以下、アライメント精度）もまた高精度化が求められている。

通常、ウェハのアライメント測定には、数点のアライメントマークを測定し、統計的に処理することでウェハのショット配列を把握するグローバルアライメントと呼ばれる方式が用いられている。
このグローバルアライメント方式のアライメントではウェハアライメントマークの測定点数を増やすことによりアライメント精度の向上が見込めるが、それでは計測時間の増大によるスループットの低下を引き起こしてしまう。
そこで近年、アライメント精度とスループットの向上という２つの要求を満たすため、ウェハを保持するステージを２つ搭載したツインステージ型露光装置が登場してきている。

このツインステージ型露光装置とは、まず実際にウェハ上に露光を行う露光ステーションと、ウェハの露光領域の位置を計測する計測ステーションを有する。
このため、露光ステーションにおける第一ウェハの露光処理中に、計測ステーションにおいて第二ウェハの計測処理を行うことができる。
従って、ウェハ処理のスループットが高まり、装置はより効率的になる。
露光装置のスループットを向上させる技術として、フォーカシング時間を短縮してスループットを向上させ、ウェハ周辺の欠けショットのフォーカシング精度を向上させるステッパ式露光方法が提案されている（特許文献１）。
特開２００１−９３８１３号公報

従来のツインステージ型露光装置においては、計測ステーションでウェハ表面の凹凸情報を検出するための所謂フォーカスマッピング計測を行った後に、グローバルアライメントをできるだけ多くのウェハアライメントマークに対して行う。
このことでアライメント精度がシングルステージ時と比べて向上するといった計測のシーケンスが一般的であった。
しかしこれではシングルステージでのグローバルアライメントと比べるとウェハアライメントマークの測定点数は確かに増えはするが、ウェハのフォーカスマッピングに計測ステーションでの計測時間の多くを掛けてしまっている。
このため、シングルステージ時と比べて大幅なアライメント精度の向上には繋がらなかった。

今後、ツインステージ型露光装置での更なるスループット向上のために露光ステーションでの露光時間自体が短くなり、それに伴い計測ステーションでの計測時間がより短くなることが予想し得る。
また、ウェハのサイズが現状の２００ｍｍ・３００ｍｍよりもさらに大きくなるといったウェハの大型化等も予想し得る。
このため、計測ステーションでの限られた計測時間の中でウェハアライメントマークの測定点数をできるだけ増やす必要が生じることが予測される。
一方、アライメント計測における１点あたりの計測精度自体の向上もグローバルアライメントの高精度化には必要なことである。
アライメント計測における1点あたりの計測精度の劣化の一要因としては、ウェハアライメントマークを検出する際のフォーカス計測精度がある。

即ちグローバルアライメント時にウェハアライメントマークのフォーカス計測を精度良く行うと、検出波形のコントラストが上がることでアライメント計測における計測再現性が向上するといったメリットがある。
このため、グローバルアライメントにおけるウェハアライメントマークのフォーカス計測の精度向上が求められている。
また、従来のツインステージ型露光装置ではアライメント検出系専用に構成しているフォーカス検出系を用いてグローバルアライメントの際のウェハアライメントマークのフォーカス計測を行っている。
その為、グローバルアライメントの際に行うフォーカス計測とウェハショットのフォーカスマッピング用のフォーカス計測との２回のフォーカス計測を行っていたため、スループットの観点でも問題となっていた。
今後のツインステージ型露光装置では、グローバルアライメントのウェハアライメントマークの測定点数をできるだけ増やし、しかもウェハアライメントマークのフォーカス計測の精度を向上させるような計測手法が求められている。

そこで、本発明は、グローバルアライメント用の計測とウェハショットのフォーカスマッピング用の計測との同時処理を可能にし、ウェハのアライメント精度及びスループットを高める露光装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての露光装置は、マスク上のパターンを感光剤が塗布された基板上に投影露光する露光装置であって、前記感光剤が塗布された前記基板の位置を計測するためのアライメント検出系と、前記アライメント検出系とは分離されて構成され、露光に先立って前記基板の高さ形状を予め測定するフォーカス検出系と、を有し、前記フォーカス検出系が前記基板の前記高さ形状の測定を行っている際に、前記アライメント検出系が同時に前記基板の位置合わせ計測を行うことを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされる。

ウェハのアライメント精度及びスループットを高める露光装置を提供することことができる。

本発明は高スループット・高アライメント精度を達成するための露光装置を提供することを目的としており、本発明の露光装置はフォーカスマッピングとグローバルアライメントを同時に行うことのできる計測手法を特徴とする。
またフォーカスマッピングとグローバルアライメントを同時に行うことができるため、グローバルアライメントの際のウェハアライメントマークのフォーカス計測にフォーカス検出系のフォーカス読み値を使うことができる。
これは後述の実施例において図１１及び図１２を参照して説明するように、アライメント検出系とは分離されて構成され、露光に先立って基板の高さ形状を予め測定するフォーカス検出系がウェハのフォーカス計測を行う。

このことは、アライメント検出系内部の簡易フォーカス検出系がフォーカス計測を行う場合と比べて、より深い角度でウェハに計測光を斜入射できるため精度の良いフォーカス検出にも繋がる。
そのためアライメント検出系内部の簡易フォーカス検出系がフォーカス計測を行った後にアライメントを行う場合と比べて、高いアライメント精度を達成することができるといったメリットもある。
本発明はツインステージ型露光装置の計測ステーションへの適用に限らず、シングルステージ型液浸露光装置等、露光前にフォーカスマッピングとグローバルアライメントを行う必要がある全ての露光装置に適用できる。
ツインステージ型露光装置に本発明を適用した例を実施例１で説明し、シングルステージ型液浸露光装置に本発明を適用した例を実施例２で説明する。

以下、本発明のツインステージ型露光装置への適用例について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施例１のツインステージ型露光装置の構成を示す概略構成図である。
ツインステージ型露光装置とは、図１に示すように、例えば１つの基盤に２つのステーション、即ち計測ステーション１と露光ステーション２とを有する露光装置である。
計測ステーション１では主にウェハ５のショット配列及び表面の凹凸等の計測処理が行われ、露光ステーション２では主にウェハ５の露光処理が行われる。
なお、ウェハ５は、感光剤が塗布された基板の一例である。
図１に示すように、露光ステーション２は、レチクル３を支持するレチクルステージ４と、ウェハ５を支持し、２つのステーション間で移動可能な２つのウェハステージ６、７とを有する。
なお、露光ステーション２は不図示のウェハを支持するウェハステージを用いても良い。

また、ツインステージ型露光装置は、レチクルステージ４に支持されたレチクル３を露光光で照明する照明光学系８を備えている。
さらに、露光光で照明されたレチクル３のレチクルパターン像をウェハステージ６、７に支持されたウェハ５に投影露光する投影光学系９と、本露光装置全体の動作を統括制御する制御装置４１とを備えている。
なお、図１では２つのウェハステージ６、７が示されているが、３つ以上のウェハステージを有する露光装置であっても良い。
ここでは、ツインステージ型露光装置としてレチクル３とウェハ５とを走査方向に互いに同期移動しつつレチクル３に形成されたレチクルパターン像をウェハ５に露光する走査型露光装置を例示する。

以下、投影光学系９の光軸と一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でレチクル３とウェハ５との同期移動方向（走査方向）をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。
また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわり方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
レチクル３上の所定の照明領域は照明光学系８により均一な照度分布の露光光で照明される。
照明光学系８から射出される露光光としては、これまで主流であった水銀ランプに代わって、ＫｒＦエキシマレーザが用いられるようになり、さらに短波長のＡｒＦエキシマレーザやＦ２レーザの実用化が進められている。
また今後は、より微細な半導体素子等を製造するために、露光光として波長が数ｎｍ〜百ｎｍの極端紫外光（Extreme Ultra Violet：ＥＵＶ光）を使用した露光装置の開発も行われつつある。
実施例１のツインステージ型露光装置は、そのような露光装置にも対応することが可能である。

レチクルステージ４は、レチクル３を支持するものであって、投影光学系９の光軸に垂直な平面内、即ちＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。
レチクルステージ４は、最低１軸駆動でも良いが、６軸駆動であっても構わない。
レチクルステージ４は、リニアモータ等の不図示のレチクルステージ駆動装置により駆動され、レチクルステージ駆動装置の駆動は制御装置４１により制御される。
レチクルステージ４上にはミラー１０ａが設けられており、ミラー１０ａに対向する位置にはレーザ干渉計１１ａが設けられている。

レチクルステージ４上のレチクル３の２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計１１ａによりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置４１に出力される。
制御装置４１は、レーザ干渉計１１ａの計測結果に基づいてレチクルステージ駆動装置を駆動することでレチクルステージ４に支持されたレチクル３の位置決めの制御を行う。
投影光学系９は、レチクル３のレチクルパターンを所定の投影倍率βでウェハ５に投影露光するものであって、複数の光学素子で構成されており、これら光学素子は金属部材としての鏡筒で支持されている。
なお、実施例１において、投影光学系９は、投影倍率βが例えば１／４あるいは１／５の縮小投影系である。

ウェハステージ６、７はウェハ５を支持するものであって、ウェハ５をウェハチャックを通して保持するＺステージと、Ｚステージを支持するＸＹステージと、ＸＹステージを支持するベースとを備えている。
以下、これを総称する場合、ＸＹＺステージと記す。
ウェハステージ６、７はリニアモータ等の不図示のウェハステージ駆動装置により駆動される。各ウェハステージ駆動装置の駆動は制御装置４１により制御される。
また、ウェハステージ６、７上にはウェハステージ６、７とともに移動するミラー１０ｂ、１０ｃが設けられており、ミラー１０ｂ、１０ｃに対向する位置にはレーザ干渉計１１ｂ、１１ｃ、１２ａ、１２ｂが設けられている。
ウェハステージ６、７のＸＹ方向の位置、及びθＺの位置はレーザ干渉計１１ｂ、１１ｃによりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置４１に出力される。
また、ウェハステージ６、７のＺ方向の位置、及びθＸ、θＹの位置についてはレーザ干渉計１２ａ、１２ｂによりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置４１に出力される。

レーザ干渉計１１ｂ、１１ｃ、１２ａ、１２ｂの計測結果からウェハステージ駆動装置を通してＸＹＺステージを駆動すると、ウェハ５のＸＹＺ方向の位置を調整してウェハステージ６、７上のウェハ５の位置決めを行える。
レチクルステージ４の近傍には、レチクルステージ４上のレチクル基準マーク１３と投影光学系９とを通してウェハステージ６、７上のステージ基準プレート１４を検出するレチクルアライメント検出系１５Ａが設けられている。
レチクルアライメント検出系１５Ａは、実際にウェハ５を露光する光源と同一の光源が用いられ、投影光学系９を通してレチクル基準マーク１３と図２に示されるレチクルアライメント検出系用基準マーク１９を照明する。
なお、レチクル基準マーク１３、及びレチクルアライメント検出系用基準マーク１９は、基板としてのウェハ５の位置合わせ用マークともなる。
レチクルアライメント検出系１５Ａは、照明後のその反射光を検出する例えばＣＣＤカメラである光電子変換素子を搭載しており、その光電変換の信号を制御装置４１に渡しレチクル３とウェハ５の位置を合わせる。

レチクルアライメント検出系１５Ａは、レチクル３とウェハ５の位置合わせの際、レチクル基準マーク１３とレチクルアライメント検出系用基準マーク１９の位置及びフォーカスを合わせる。
その結果、レチクル３と投影光学系９の光軸とウェハステージ６、７の位置合わせを行うことができる。
また、レチクルアライメント検出系１５Ａにより検出する上記基準マーク１９は反射型のマークでも良く、あるいは透過型レチクルアライメント検出系１５Ｂを用いて透過型の上記基準マーク１９を検出することも可能である。
透過型レチクルアライメント検出系１５Ｂは、実際にウェハ５を露光する光源と同一の光源及び照明光学系８を用い、投影光学系９を通してレチクル基準マーク１３とレチクルアライメント検出系用基準マーク１９を照明する。

また、透過型レチクルアライメント検出系１５Ｂは、レチクル基準マーク１３と透過型のレチクルアライメント検出系用基準マーク１９の透過光量を検出するための光量センサー等を搭載している。
透過型レチクルアライメント検出系１５Ｂは、透過光量を検出する際、制御装置４１が制御するウェハステージ駆動装置で例えばウェハステージ７をＸ方向又はＹ方向及びＺ方向に駆動しその透過光量が最大になる点を探索する。
透過型レチクルアライメント検出系１５Ｂが最大の透過光量を見つけて制御装置４１に渡すことで、レチクル基準マーク１３とレチクルアライメント検出系用基準マーク１９の位置及びフォーカスを合わせることができる。
その結果、透過型レチクルアライメント検出系１５Ｂでもレチクル３と投影光学系９の光軸とウェハステージ６、７の位置合わせを行うことができる。

このようにレチクルアライメント検出系１５Ａ、又は、透過型レチクルアライメント検出系１５Ｂのどちらを用いても、レチクル３と投影光学系９の光軸とウェハステージ６、７の位置合わせを行える。
一方、図２は、ウェハステージ６、７のコーナーにあるステージ基準プレート１４の構成を説明する説明図である。
ウェハステージ６、７の１つのコーナーにあるステージ基準プレート１４は、ウェハ５表面とほぼ同じ高さ位置にあり、ウェハアライメント検出系用基準マーク１８、及びレクチルアライメント検出系用基準マーク１９を有する。
ウェハアライメント検出系用基準マーク１８は、アライメント検出系１７により検出される。
なお、ウェハアライメント検出系用基準マーク１８も、基板としてのウェハ５の位置合わせ用マークの１つである。
一方、レクチルアライメント検出系用基準マーク１９は、上述したようにレチクルアライメント検出系１５Ａ、又は、透過型レチクルアライメント検出系１５Ｂにより検出されるマークである。

また、ステージ基準プレート１４は、ウェハステージ６、７の任意の複数のコーナーに配置されていても良く、１つのステージ基準プレート１４が任意の複数の上記基準マーク１８及び上記基準マーク１９を含んでいても良い。
なお、ウェハアライメント検出系用基準マーク１８とレクチルアライメント検出系用基準マーク１９の位置関係（ＸＹ方向）は予め定めた既知の関係にあり、双方１８，１９は共通のマークでも良くその形状等は任意である。
一方、フォーカス検出系１６は、検出光をウェハ５表面に投射する投射系とそのウェハ５からの反射光を受光する受光系（受光素子）とを備えており、フォーカス検出系１６の検出結果は制御装置４１に出力される。
フォーカス検出系１６は、アライメント検出系１５Ａ、１５Ｂとは分離されて構成され、露光に先立って基板としてのウェハ５の高さ形状を予め測定する。フォーカス検出系１６の検出結果とは、つまり予めの測定結果でもある。

制御装置４１は、フォーカス検出系１６の検出結果に基づいてＺステージを駆動し、Ｚステージに保持されているウェハ５のＺ軸方向における位置及び傾斜角を調整することが可能である。
また、アライメント検出系１７は、基板としてのウェハ５の位置を計測するための検出系であり、図２に示すウェハアライメント検出系用基準マーク１８、ウェハアライメントマーク２０を検出することでウェハ５の位置を計測する。
なお、ウェハアライメント検出系用基準マーク１８、及びウェハアライメントマーク２０は、基板としてのウェハ５の位置合わせ用マークである。
アライメント検出系１７も、計測結果を制御装置４１に渡すことで、ウェハステージ駆動装置の駆動を介してウェハ５の位置を正規の位置に調整することが可能である。

一方、ツインステージ型露光装置のフォーカス計測の手順は、まず計測ステーション１でフォーカス検出系１６が基準となるステージ基準プレート１４にフォーカスを合わせ、ウェハ５のフォーカスマッピングを行う。
また、フォーカス検出系１６によりウェハ５のフォーカスマッピングを行うと、制御装置４１は、ウェハ５表面の凹凸を、上述のように計測したステージ基準プレート１４からの差分として検出し逐次記憶部４２に記憶する。
なお、制御装置４１及び記憶部４２は、エンベデッドシステムで構成しても良く、若しくは本例のツインステージ型露光装置に接続するコンピュータで代用しても良い。
一方、フォーカスマッピングの間、Ｚ方向用レーザ干渉計１２ｂはミラー１０ｃを常に測定し続け、その距離が常に一定になるようにウェハステージ６の位置を制御する。

次に計測ステーション１で計測したウェハ５を露光するためにウェハステージ６を露光ステーション２に移動させる。
露光ステーション２ではまず、レチクルアライメント検出系用基準マーク１９をレチクルアライメント検出系１５Ａを用いて検出することで、投影光学系９の焦点面をステージ基準プレート１４に合わせる。
そして、計測ステーション１側で記憶したステージ基準プレート１４とウェハ５表面の凹凸のフォーカスの差分に基づいて、ウェハステージ６を移動させることで、投影光学系９の焦点面とウェハ５表面のフォーカスを合わせる。
投影光学系９の焦点面とウェハ５表面のフォーカスを合わせた後は、レクチル３のパターン像をウェハ５に転写する露光処理を行う。
なお、露光ステーション２で投影光学系９の焦点面に対するステージ基準プレート１４の位置合わせのためレチクルアライメント検出系用基準マーク１９を検出する際は透過型レチクルアライメント検出系１５Ｂを用いても良い。

このようなツインステージ型露光装置では、例えば露光ステーション２でのウェハステージ７上の第一のウェハ５の露光処理中に、計測ステーション１でウェハステージ６上の第二のウェハ５の交換及び計測処理が行われる。
そして、それぞれの作業が終了すると、ウェハステージ７が計測ステーション１に移動し、それと並行してウェハステージ６が露光ステーション２に移動し、次はウェハステージ７で上記計測処理及びウェハ交換処理が行われる。
その結果、次はウェハステージ６上の第二のウェハ５に対して露光処理が行われることになる。

一方、ツインステージ型露光装置のアライメント計測の手順は、まず計測ステーション１へウェハ５が搬入された後にウェハアライメント検出系用基準マーク１８をアライメント検出系１７で検出する。
また、フォーカス検出系１６は、アライメント検出系１７とは分離されて構成され、露光に先立って基板としてのウェハ５の高さ形状を予め測定する。
次に、計測ステーション１のグローバルアライメント処理として、アライメント検出系１７によりショット領域周辺にあるウェハ５の位置合わせ用マークとしての図２に示されるウェハアライメントマーク２０を複数個測定する。
さらに、制御装置４１によりその測定結果に基づいてウェハアライメント検出系用基準マーク１８からウェハアライメントマーク２０までの距離を求め、図２に示す各ショット領域３０の座標を統計的に予測する。

この時ウェハアライメントマーク２０の測定点数が多ければ多いほど、ショット座標の予測精度が上がることになり、また１点あたりの測定精度が高ければ高いほど同じく各ショット領域３０の座標の予測精度が上がることになる。
また、ショット領域座標の予測精度、また１点あたりの測定精度が高くなるほど、ウェハ５の露光処理の際のレクチル３の位置とウェハ５の位置との重ね合わせの精度は向上することになる。
一方、計測ステーション１での計測が終了すると計測ステーション１にあるウェハステージ６は露光ステーション２側に移動し、露光ステーション２側にあるウェハステージ７は計測ステーション１側に移動する。

露光ステーション２側に移動したウェハステージ６はまず計測ステーション１においてアライメント検出系１７で検出したウェハアライメント検出系用基準マーク１８が露光光で検出される。
即ち、今度はレチクルアライメント検出系１５Ａ、又は、透過型レチクルアライメント検出系１５Ｂを用いてレチクルアライメント検出系用基準マーク１９が露光光で検出される。
そしてこの時の検出位置を基準としてグローバルアライメントで統計的に求めたショット領域３０の座標までウェハステージ６を移動し、図２に示すショット領域３０の露光を開始するというシーケンスが行われる。

本発明の実施例１ではショットのフォーカス検出とグローバルアライメントを同時に行うことができるため、計測ステーション１でのウェハアライメントマーク２０の測定点数を増やすことができる。
その結果、レクチル３とウェハ５の精度の高い重ね合わせ露光を行うことが可能となり、露光精度の信頼性をさらに高めることができる。

しかも、本発明の実施例１ではフォーカスマッピングとグローバルアライメントを同時に行うことができるため、計測時間の短縮が可能となり、装置のスループットが大幅に向上する。
また、ウェハアライメントマーク２０をグローバルアライメントで測定する際のフォーカス計測にフォーカス検出系１６の読み値を記憶部４２から利用できるため、ウェハアライメントマーク1点あたりの計測精度を高めることができる。
なお、実施例１ではレクチル３を用いるツインステージ型露光装置を例示しているが、レクチル３の代りにマスクを用いても良いことは勿論である。

ここで、ショット領域３０のフォーカス検出とグローバルアライメント処理を同時に行う様子を図３及び図４に示す。
まず図３に示すように、ウェハ５の各ショット領域３０の上下方向の位置にはウェハアライメントマーク２０がある。
また、ウェハ５の一部ショット領域３０に関係してアライメント検出系１７による第１計測領域２１があり、これを中心とするようにフォーカス検出系１６による第２計測領域２２が存在する。
即ちアライメント検出系１７によるウェハアライメントマーク２０を計測するための第１計測領域２１と、第１計測領域２１の一部が少なくとも重なる第２計測領域２２が存在する。
また、第２計測領域２２の長手方向の中心と、第1計測領域２１の中心とは一致する。

また、図３、図４中の矢印はアライメント検出系１７が計測するウェハアライメントマーク２０の計測順序を示す。その計測の際、第１計測領域２１、第２計測領域２２を通過する。
一方、図４では、各ショット領域３０の左右方向の位置にウェハアライメントマーク２０がある場合の例を示す。
図４中の矢印は、図３と同じくアライメント検出系１７が計測するウェハアライメントマーク２０の計測順序を示す。その計測の際も、第１計測領域２１、第２計測領域２２を通過する。
ただし、ウェハアライメントマーク２０の計測順序は、図３、図４に示す順序に限定されるものではなく、その他、任意の計測順序を定めても良い。

図５は、図３に示すように、各ショット領域３０の上下方向の位置にウェハアライメントマーク２０があるときの１つのショット領域３０を拡大して示す拡大図である。
図５に示すように、ショット領域３０の上側にあるウェハアライメントマーク２０をアライメント検出系１７が測定し、次にショット領域３０の下側にあるウェハアライメントマーク２０をアライメント検出系１７が測定する。
このためにウェハステージ６、７が移動する時、ウェハステージ６、７の移動と同時にこのショット領域３０をカバーするフォーカス検出系１６の第３計測領域２３の範囲（図５に×で示す範囲）の受光素子の出力を選択する。
即ち、ウェハ５のショット領域３０に対するウェハアライメントマーク２０の座標によって、フォーカス検出系１６が計測する第２計測領域２２からショット領域３０を含む第３計測領域２３のセンサー範囲を抽出する。
このように、ウェハステージ６、７の移動と同時にショット領域３０のフォーカス計測を行う。これにより、フォーカス検出系１６は、ウェハ５の高さ形状の測定を行うことができる。

図６は、図５に示す状態のウェハステージ６，７が移動してショット領域のフォーカス計測が完了した状態を拡大して示す拡大図である。
アライメント検出系１７は、図５に示すショット領域３０の上側にあるウェハアライメントマーク２０を測定した後は、続いてショット領域３０の下側にある図６に示されるウェハアライメントマーク２０を測定する。
このような計測手法を用いれば、図３に示すようなショット領域３０の上下方向にウェハアライメントマーク２０があるウェハ５のグローバルアライメント処理と同時にショット領域のフォーカス計測を行うことができる。

図７は、図４に示すようにショット領域３０の左右方向の位置にウェハアライメントマーク２０がある場合のウェハアライメントマーク２０付近を拡大して示す拡大図である。
図７に示す例は、ショット領域３０，３０の間にあるウェハアライメントマーク２０をアライメント検出系１７が測定するためにウェハステージ６、７が移動する。
この時、ウェハステージ６、７の移動と同時にショット領域３０，３０をカバーするフォーカス検出系１６の第３計測領域の範囲（×で示す範囲）２４、２５の受光素子の出力を選択する。
これにより、ウェハステージ６、７の移動と同時に図７に示す２つのショット領域３０、３０のフォーカス計測を同時に行う。

図８は、ウェハステージ６、７が移動して図７に示す２つのショット領域３０、３０のフォーカス計測が完了した状態を拡大して示す拡大図である。
図８に示す例は、フォーカス検出系１６が図７に示すショット領域３０、３０を上から下へ計測する計測方法を採用している。
フォーカス検出系１６は、ショット領域３０、３０をカバーする領域の受光素子の出力を選択することで、２つの隣同士のショット領域３０、３０のフォーカス計測を同時に行う。
即ちフォーカス検出系１６は、その計測領域から複数のショット領域３０を含むセンサー範囲を抽出し、複数のショット領域３０に対して同時に、ウェハ５の高さ形状の測定を行うことができる。
このような計測手法を用いれば、図４に示す各ショット領域３０の左右方向にウェハアライメントマーク２０があるウェハ５のグローバルアライメント処理と各ショット領域３０のフォーカス計測を同時に行うことが可能となる。

このように本発明の実施例１では、ウェハアライメントマーク２０が各ショット領域３０の上下左右のどの座標にあっても、計測ステーション１でグローバルアライメント処理と各ショット領域３０のフォーカス計測を同時に行える。
また図３〜図８ではアライメント検出系１７による第１計測領域２１はフォーカス検出系１６による第２計測領域２２の中心にあるとしてグローバルアライメントとフォーカス計測を行っている。
しかし、勿論、図９、図１０に示すようにアライメント検出系１７による第１計測領域２１がフォーカス検出系１６による第２計測領域２２からずれた位置にあってもグローバルアライメント処理とフォーカス計測を同時に行える。
また、アライメント検出系１７による第１計測領域２１とフォーカス検出系１６による第２計測領域２２とは必ずしも重なっていなくても良い。

本発明の実施例１の計測手法では、アライメント検出系１７がウェハアライメントマーク２０を測定するときのフォーカス計測は、フォーカス検出系１６が記憶部４２から過去の計測結果を先読みして行う。
しかし、従来のシングルステージ型露光装置等のグローバルアライメントでは、アライメント検出系１７がウェハアライメントマーク２０を測定するときのフォーカス計測に図１１に示される手法を用いていた。
即ち従来のグローバルアライメントの際のウェハアライメントマーク２０のフォーカス計測では、図１１に示すように、ウェハアライメント検出系内部の簡易フォーカス検出系２６を用いて行っていた。
これに対して、本発明を利用したツインステージ型露光装置では、グローバルアライメントとフォーカス検出系１６によるショット領域のフォーカス計測を同時に行う。
これにより、フォーカス検出系１６によるウェハアライメントマークのフォーカス計測値を記憶部４２に記憶する。
このため、グローバルアライメントの際のウェハアライメントマーク２０のフォーカス計測にフォーカス検出系１６の過去の測定値を任意に用いることができる。

したがって、グローバルアライメントの際のウェハアライメントマーク２０のフォーカス計測には、図１１に示すようなウェハアライメント検出系内部の簡易フォーカス検出系２６を用いるよりも、当然に次の手法の方が好ましい。
即ち図１２に示すようにアライメント検出系１７とは独立に存在するフォーカス検出系１６を用いてウェハアライメントマーク２０のフォーカス計測を行うという手法の方が好ましい。
その場合、フォーカス検出光の照射角度を大きくすることができるために精度の良いフォーカス計測が可能となる。
フォーカス検出光の照射角度が大きければ大きいほどフォーカス計測の精度も向上し、グローバルアライメントの際のフォーカス計測が精度良く行えればグローバルアライメントの計測精度自体も向上する。

このようなウェハアライメントマークのフォーカス計測をアライメント検出系１７と独立に存在するフォーカス検出系１６で行う手法を、ツインステージ型露光装置の計測ステーション１でのグローバルアライメント時に適用しても良い。
また、シングルステージ型露光装置でのグローバルアライメント時に適用しても良い。
なお、図１５は、本発明による計測ステーションでの計測時間に占めるアライメント時間及びフォーカス時間と従来例でのアライメント時間及びフォーカス時間との関係を順序を含めて比較した場合を説明する説明図である。
図１５にも示すように、本発明を含むツインステージ型露光装置は、アライメント計測、及びフォーカス計測を同時に行うことが可能である。

次に、本発明の実施例２を説明する。
実施例１では本発明のツインステージ型露光装置への適用例について述べてきたが、実施例２では本発明のシングルステージ型液浸露光装置への適用例につて説明する。
液浸型露光装置とは投影光学系９とウェハ５との間の少なくとも一部を屈折率が１よりも大きい液体で浸して開口数ＮＡの増大を図ることにより、解像力の向上を図る露光装置である。
この液浸露光方法においては、ウェハ５と投影光学系９のウェハ側先端面を構成する光学素子との間の空間に、フォトレジスト層の屈折率に近い屈折率を有する液体が充填されている。
これにより、ウェハ側から見た投影光学系の有効開口数が増加し、解像力を向上させることができる。この液浸露光方法は、使用する液体を選択することによって、良好な焼き付け性能を獲得できると期待されている。

以下、本発明のシングルステージ型液浸露光装置への適用例について図面を用いて説明する。本発明の実施例２の説明では図１３に示すようなシングルステージ型液浸露光装置を用いる。
図１３は、本発明の実施例２のシングルステージ型液浸露光装置の構成を示す概略構成図である。なお、図１３では制御装置４１、記憶部４２の図示を省略する。
実施例２では、フォーカス検出系１６を例えば液浸領域の光軸が当たるウェハ５上へフォーカス点が向くように液体３１を満たす液浸領域の外側に設置する。また、アライメント検出系１７は、投影光学系９の付近に適宜設置する。
なお、ウェハ５と投影光学系９の間を浸す液体３１は、液体供給装置２７によって露光前に供給され、露光後に液体回収装置２８によって回収される。
通常のシングルステージ型露光装置ではグローバルアライメントを行った後に露光と同時に先読みのフォーカス検出系がフォーカス位置の追い込みを行う。

しかし、液浸露光装置では露光する前にウェハ５と投影光学系９の間をフォトレジスト層の屈折率に近い屈折率を有する液体３１で浸すために、露光と同時にフォーカス検出系がフォトレジスト層の凹凸情報を計測することができなくなる。
つまり、シングルステージ型液浸露光装置では露光と同時にショット領域のフォーカス計測を行うことができないので、露光前に予めフォーカスマッピングを行っておく必要がある。
そこで、実施例２のシングルステージ型液浸露光装置では露光の前にフォーカスマッピングとグローバルアライメントを行った後に液体供給装置２７がウェハ５と投影光学系９の間に液体３１を供給しショット領域の露光を行う。
そして、露光後に液体回収装置２８が液体３１を回収するといったシーケンスの計測方法を採用する。

従来のシングルステージ型液浸露光装置では露光前にウェハ５のグローバルアライメントを行った後にショット領域のフォーカスマッピングを行っていた。
しかし、これではグローバルアライメントを行った後に露光とフォーカスマッピングを同時に行っていたシングルステージ型露光装置と比べスループットの低下が生じてしまう。
ところが、実施例２ではフォーカスマッピングとグローバルアライメントを同時に行う構成と計測手法を用いるため、シングルステージ型液浸露光装置での露光前にグローバルアライメントとフォーカスマッピングを同時に行える。
このため、図１４に示すように、従来のシングルステージ型露光装置が行うアライメントの計測時間と同じ計測時間内にアライメント及びフォーカスマッピングを行い、露光前の計測を完了することが可能となる。

このように本発明の実施例２のフォーカスマッピングとグローバルアライメントを同時に行う構成と計測手法を用いれば、シングルステージ型液浸露光装置でのスループットを従来よりも大幅に向上させることが可能となる。

（デバイス製造方法の実施例）
次に、図１６及び図１７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１６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、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方法を例に説明する。
ステップＳ１（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Ｓ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ただしここではレクチルを製作しても良い。
ステップＳ３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
ステップＳ４（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、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程である。
半導体チップ化する工程ではアッセンブリ工程（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Ｓ６（検査）では、ステップＳ５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、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１７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Ｓ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。
ステップＳ１２（ＣＶＤ）ではウェハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップＳ１３（電極形成）では、ウェハに電極を形成する。
ステップＳ１４（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Ｓ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。
ステップＳ１６（露光）では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Ｓ１７（現像）では露光したウェハを現像する。
ステップＳ１８（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Ｓ１９（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。
本発明の実施例のデバイス製造方法では、ウェハのアライメント精度及びスループットを高める上記の露光装置を用いるため、デバイスの生産性を向上させることができる。

本発明の実施例１のツインステージ型露光装置の構成を示す概略構成図である。 実施例１のウェハステージのコーナーにあるステージ基準プレートの構成を説明する説明図である。 実施例１のショット領域のフォーカス検出とグローバルアライメント処理を同時に行う様子の一例を説明する説明図である。 実施例１のショット領域のフォーカス検出とグローバルアライメント処理を同時に行う様子の他の一例を説明する説明図である。 実施例１の各ショット領域の上下方向の位置にウェハアライメントマークがあるときの１つのショット領域を拡大して示す拡大図である。 実施例１のウェハステージが移動してショット領域のフォーカス計測が完了した状態を拡大して示す拡大図である。 実施例１のショット領域の左右方向の位置にウェハアライメントマークがある場合のウェハアライメントマーク付近を拡大して示す拡大図である。 実施例１のウェハステージが移動して図７に示す２つのショット領域のフォーカス計測が完了した状態を拡大して示す拡大図である。 アライメント検出系の計測領域がフォーカス検出系の計測領域の中心からずれた位置にある状態の一例を示す拡大図である。 アライメント検出系の計測領域がフォーカス検出系の計測領域の中心からずれた位置にある状態の他の一例を示す拡大図である。 通常におけるアライメント検出系内部のフォーカス検出系を使ってアライメントのためのウェハのフォーカス計測を行う場合の計測ステーションを拡大して示す拡大図である。 実施例１のアライメント検出系とは独立に存在するフォーカス検出系がアライメントのためのウェハアライメントマークのフォーカス計測を行う場合の計測ステーションを拡大して示す拡大図である。 本発明の実施例２のシングルステージ型液浸露光装置の構成を概略的に示す概略構成図である。 実施例２のシングルステージ型液浸露光装置での計測時間を従来のシングルステージ型液浸露光装置での計測時間と比較した場合を説明する説明図である。 本発明による実施例１の計測ステーションでの計測時間に占めるアライメント時間及びフォーカス時間と従来例でのアライメント時間及びフォーカス時間との順序を含めて比較した場合を説明する説明図である。 本発明の露光装置を使用したデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１６に示すフローチャートのステップ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

１ 計測ステーション
２ 露光ステーション
３ レチクル
４ レチクルステージ
５ ウェハ
６ ウェハステージ
７ ウェハステージ
８ 照明光学系
９ 投影光学系
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ ミラー
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ レーザ干渉計
１３ レチクル基準マーク
１４ ステージ基準プレート
１５Ａ レチクルアライメント検出系
１５Ｂ 透過型レチクルアライメント検出系
１６ フォーカス検出系
１７ アライメント検出系
１８ ウェハアライメント検出系用基準マーク
１９ レチクルアライメント検出系用基準マーク
２０ ウェハアライメントマーク
２１ 第１計測領域
２２ 第２計測領域
２３ 第３計測領域
２４ 第３計測領域の範囲
２５ 第３計測領域の範囲
２６ フォーカス検出系
２７ 液体供給装置
２８ 液体回収装置
３１ 液体
４１ 制御装置
４２ 記憶部

Claims (7)

1. マスク上のパターンを感光剤が塗布された基板上に投影露光する露光装置であって、
   前記感光剤が塗布された前記基板の位置を計測するためのアライメント検出系と、
   前記アライメント検出系とは分離されて構成され、露光に先立って前記基板の高さ形状を予め測定するフォーカス検出系と、を有し、
   前記フォーカス検出系が前記基板の前記高さ形状の測定を行っている際に、前記アライメント検出系が同時に前記基板の位置合わせ計測を行うことを特徴とする露光装置。
2. マスク上のパターンを感光剤が塗布された基板上に投影露光する露光装置であって、
   前記感光剤が塗布された前記基板の位置を計測するためのアライメント検出系と、
   露光に先立って前記基板の高さ形状を予め測定するフォーカス検出系と、を有し、
   前記アライメント検出系が前記基板の位置合わせ用マークを測定する際に、前記位置合わせ用マークのフォーカス計測に前記フォーカス検出系の読み値を用いることを特徴とする露光装置。
3. 前記アライメント検出系が前記基板の前記位置合わせ用マークを計測する第１計測領域と、
   前記第１計測領域の一部が少なくとも重なり、前記フォーカス検出系が計測する第２計測領域と、を有することを特徴とする請求項１または２記載の露光装置。
4. 前記第２計測領域の長手方向の中心と、前記第１計測領域の中心とが一致することを特徴とする請求項３記載の露光装置。
5. マスク上のパターンを感光剤が塗布された基板上に投影露光する露光装置であって、
   前記感光剤が塗布された基板の位置を計測するためのアライメント検出系と、露光に先立って前記基板の高さ形状を予め測定するフォーカス検出系と、を有し、
   前記基板のショット領域に対する前記位置合わせ用マークの座標によって、前記フォーカス検出系が計測する第２計測領域から前記ショット領域を含む第３計測領域のセンサー範囲を抽出して、前記基板の高さ形状の測定を行うことを特徴とする露光装置。
6. 前記フォーカス検出系の計測領域から複数の前記ショット領域を含むセンサー範囲を抽出し、複数の前記ショット領域に対して同時に、前記基板の高さ形状の測定を行うことを特徴とする請求項５記載の露光装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の露光装置を用いてウェハを露光する工程と、
   前記ウェハを現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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