JP2016149405A - 計測装置、露光装置、デバイス製造方法、及び計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】格子マークの位置計測速度が向上した計測装置を提供する。
【解決手段】 ウエハＷ上に設けられた格子マークＧＭａ、ＧＭｂの位置計測を行う計測装置５０は、Ｙ軸方向に移動するウエハＷ上に計測光Ｌ１、Ｌ２を照射してウエハＷ上にＹ軸方向に関する長さが格子マークＧＭａ、ＧＭｂよりも長い照明領域を生成する照明系７０と、格子マークＧＭ１、ＧＭ２からの反射回折光を含む計測光Ｌ１、Ｌ２のウエハＷからの反射光に基づく像が形成される回折格子６６と、照明領域内を格子マークＧＭａ、ＧＭｂがＹ軸方向に移動する際に、回折格子６６の像と反射回折光に基づく像とが重なった部分を抽出する検出光学系８６、及び検出光学系８６で抽出された像を検出する検出器８４を有する検出系８０と、検出系８０の出力に基づいて格子マークＧＭａ、ＧＭｂの位置情報を求める演算系と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、計測装置、露光装置、デバイス製造方法、及び計測方法に係り、更に詳しくは、物体上に設けられた格子マークの位置計測を行う計測装置及び方法、並びに前記計測装置を備えた露光装置、該露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。

従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが用いられている。

この種の露光装置では、例えばウエハ又はガラスプレート（以下、「ウエハ」と総称する）上に複数層のパターンが重ね合せて形成されることから、ウエハ上に既に形成されたパターンと、マスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）が有するパターンとを最適な相対位置関係にするための操作（いわゆるアライメント）が行われている。また、この種のアライメントで用いられるアライメント系（センサ）としては、ウエハに設けられた格子マークに対して計測光を走査することにより該格子マークの検出を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、レチクルとウエハとの位置合わせ精度を向上させるためには、上記アライメントにおいて、より多くの格子マークの検出（位置計測）を行うことが好ましいが、格子マークの検出対象数が増えるほどスループットが低下する問題がある。

米国特許第８，５９３，６４６号明細書

本発明は、上述の事情の下でなされたもので、第１の観点からすると、物体に設けられたマークの位置計測を行う計測装置であって、所定方向に移動する前記物体上に、前記所定方向に関する長さが前記マークの長さよりも長い照明領域を有する照明光を照射する照明系と、前記マークを介した前記照明光に基づいて、前記マークの像を所定面に形成する光学系と、前記所定面に配置され、参照パターンが形成された光学部材と、前記照明領域内を前記マークが前記所定方向に移動する時、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光を検出器に導く検出系と、前記検出系の出力に基づいて前記マークの位置情報を求める演算系と、を備える計測装置である。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の計測装置と、前記計測装置の出力に基づいて前記物体の位置を制御する位置制御装置と、前記物体にエネルギビームを用いて所定のパターンを形成するパターン形成装置と、を備える露光装置である。

本発明は、第３の観点からすると、本発明の露光装置を用いて前記物体を露光することと、露光された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法である。

本発明は、第４の観点からすると、物体に設けられたマークの位置計測を行う計測方法であって、所定方向に移動する前記物体上に、前記所定方向に関する長さが前記マークの長さよりも長い照明領域を有する照明光を照射することと、前記マークを介した前記照明光に基づいて、参照パターンを有する光学部材が配置された所定面に前記マークの像を形成することと、前記照明領域内を前記マークが前記所定方向に移動する時、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光を検出器に導くことと、前記検出器の出力に基づいて前記マークの位置情報を求めることと、を含む計測方法である。

第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図２（ａ）は、ウエハ上に形成された格子マークの一例を示す図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の格子マークに照射される計測光の一例を示す図である。 図１の露光装置が有するアライメント系の構成を示す図である。 図４（ａ）は、図３のアライメント系が有する検出用格子板の平面図、図４（ｂ）は、図３のアライメント系が有する開口板の平面図である。 図５（ａ）は、計測光に対する格子マークの相対位置変化を示す図であり、図５（ｂ）は、検出用格子板上に形成される像と開口板との相対位置変化を示す図である。 図６（ａ）は、検出用格子板と格子マークとの相対位置変化を示す図であり、図６（ｂ）は、図３のアライメント系が有する受光系から得られる信号の一例を示す図である。 露光装置の制御系を示すブロック図である。 第２の実施形態に係るアライメント系の構成を示す図である。 第２の実施形態に係るアライメント系が有する開口板の変形例を示す図である。 アライメント系の受光系の変形例を示す図である。

《第１の実施形態》
以下、第１の実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。

図１には、第１の実施形態に係る露光装置１０の構成が概略的に示されている。露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように本実施形態では、投影光学系１６ｂが設けられており、以下においては、この投影光学系１６ｂの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する面内でレチクルＲとウエハＷとが相対走査される方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

露光装置１０は、照明系１２、レチクルステージ１４、投影ユニット１６、ウエハステージ２２を含むウエハステージ装置２０、多点焦点位置検出系４０、アライメント系５０、及びこれらの制御系等を備えている。図１において、ウエハステージ２２上には、ウエハＷが載置されている。

照明系１２は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータを有する照度均一化光学系、及びレチクルブラインド（いずれも不図示）を有する照明光学系とを含む。照明系１２は、レチクルブラインド（マスキングシステム）で規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光（露光光）ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。照明光ＩＬとしては、例えばＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。

レチクルステージ１４上には、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージ１４は、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系３２（図１では不図示、図７参照）によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定の走査速度で駆動可能となっている。レチクルステージ１４のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転量情報を含む）は、例えばエンコーダシステム（あるいは干渉計システム）を含むレチクルステージ位置計測系３４によって、主制御装置３０（図１では不図示、図７参照）により常時求められる。また、図１では不図示であるが、露光装置１０は、レチクルＲ上に形成されたレチクルアライメントマークの検出を行うためのレチクルアライメント系１８（図７参照）を備えている。

投影ユニット１６は、レチクルステージ１４の図１における下方に配置されている。投影ユニット１６は、鏡筒１６ａと、鏡筒１６ａ内に格納された投影光学系１６ｂと、を含む。投影光学系１６ｂとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数の光学素子（レンズエレメント）から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系１６ｂは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４、１／５又は１／８など）を有する。このため、照明系１２によってレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、投影光学系１６ｂの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系１６ｂ（投影ユニット１６）を介してその照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、投影光学系１６ｂの第２面（像面）側に形成される。投影光学系１６ｂの第２面には、表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷが配置されており、このウエハＷ上に照明領域ＩＡＲと共役な領域（以下、露光領域とも呼ぶ）ＩＡが形成される。そして、レチクルステージ１４とウエハステージ２２との同期駆動によって、照明領域ＩＡＲ（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系１２、レチクルＲ及び投影光学系１６ｂによってウエハＷ上にパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。

ウエハステージ装置２０は、ベース盤２８の上方に配置されたウエハステージ２２を備えている。ウエハステージ２２は、ステージ本体２４と、該ステージ本体２４上に搭載されたウエハテーブル２６とを含む。ステージ本体２４は、その底面に固定された不図示の非接触軸受、例えばエアベアリングにより、数μｍ程度のクリアランス（隙間、ギャップ）を介して、ベース盤２８上に支持されている。ステージ本体２４は、例えばリニアモータ（あるいは平面モータ）を含むウエハステージ駆動系３６（図１では不図示、図７参照）によって、ベース盤２８に対して水平面内３自由度（Ｘ、Ｙ、θｚ）方向に駆動可能に構成されている。ウエハステージ駆動系３６は、ウエハテーブル２６をステージ本体２４に対して６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）に微小駆動する微小駆動系を含む。ウエハテーブル２６の６自由度方向の位置情報は、例えばエンコーダシステム（あるいは干渉計システム）を含むウエハステージ位置計測系３８によって主制御装置３０（図１では不図示、図７参照）により常時求められる。ウエハステージ位置計測系３８は、ステージ本体２４のＸＹ平面内の位置情報を求める計測系も含む。

多点焦点位置検出系４０（図１では不図示。図７参照）は、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の位置計測装置である。多点焦点位置検出系４０の出力は、後述するオートフォーカス制御に用いられることから、以下、多点焦点位置検出系４０をＡＦ系４０と称して説明する。ＡＦ系４０は、投影ユニット１６の−Ｙ側に配置されている。

ＡＦ系４０は、複数の検出ビームをウエハＷ表面に対して照射する照射系と、該複数の検出ビームのウエハＷ表面からの反射光を受光する受光系（それぞれ不図示）を備えている。受光系の出力は、主制御装置３０（図７参照）に供給される。主制御装置３０は、受光系の出力に基づいて上記複数の検出ビームにより形成される検出領域の位置情報（面位置情報）を求める。本実施形態において、ＡＦ系４０による面位置情報の検出領域は、Ｘ軸方向に延びる帯状に設定されている。

主制御装置３０は、露光動作に先だって、ＡＦ系４０の検出領域に対してウエハＷをＹ軸及び／又はＸ軸方向に適宜移動させ、そのときのＡＦ系４０の出力に基づいてウエハＷの面位置情報を求める。主制御装置３０は、上記面位置情報の取得をウエハＷ上に設定された全てのショット領域に対して行い、その結果をウエハテーブル２６のＸＹ平面内の位置情報と関連付けて、フォーカスマッピング情報として記憶する。

次に、ウエハＷに形成されたアライメントマーク、及び該アライメントマークの検出に用いられるオフ・アクシス型のアライメント系５０について説明する。

ウエハＷ上の各ショット領域には、アライメントマークとして、例えば、図２（ａ）に示されるような格子マークＧＭが少なくとも１つ形成されている。なお、格子マークＧＭは、実際には、各ショット領域のスクライブライン内に形成されている。また、アライメントマークとして、十字形状のマーク、ボックス状のマーク等を用いてもよい。

格子マークＧＭは、第１格子マークＧＭａと第２格子マークＧＭｂとを含む。第１格子マークＧＭａは、ＸＹ平面内でＸ軸に対して４５°の角度を成す方向（以下、本実施形態における座標系において、α方向と称する）に延びる格子線が、ＸＹ平面内でα方向に直交する方向（同様に、β方向と称する）に所定間隔（例えばピッチＰ１（Ｐ１は任意の数値））で形成された、β方向を周期方向とする反射型の回折格子である。第２格子マークＧＭｂは、β方向に延びる格子線がα方向に所定間隔（例えばピッチＰ２（Ｐ２は任意の数値））で形成された、α方向を周期方向とする反射型の回折格子である。第１格子マークＧＭａと第２格子マークＧＭｂとは、Ｙ軸方向の位置が同じとなるように、Ｘ軸方向に連続して（隣接して）配置されている。なお、図２（ａ）では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。その他の図における回折格子も同様である。なお、ピッチＰ１とピッチＰ２とは同じ値であってもよいし、互いに異なる値であってもよい。

アライメント系５０は、図１に示されるように、投影ユニット１６の−Ｙ側であって、上述したＡＦ系４０よりも投影ユニット１６側に配置されている。アライメント系５０は、図３に示されるように、対物光学系６０、参照パターンとして回折格子が形成された光学部材（格子板）６６、照明系７０、及び検出系８０を備えている。

照明系７０は、計測光Ｌ１、Ｌ２を出射する光源７２、及び計測光Ｌ１、Ｌ２の光路上に配置された反射ミラー７６を備えている。

光源７２は、ウエハＷ（図１参照）に塗布されたレジストを感光させないブロードバンドな波長の一対の計測光Ｌ１、Ｌ２を出射する。なお、図３において、計測光Ｌ２の光路は、計測光Ｌ１の光路に対して紙面奥側に重なっている。本実施形態において、計測光Ｌ１、Ｌ２としては、例えば白色光が用いられている。

一対の計測光Ｌ１、Ｌ２は、反射ミラー７６により光路が−Ｚ方向に折り曲げられた後、対物レンズ６２を介してウエハＷ上に形成された格子マークＧＭ（ＧＭａ、ＧＭｂ）にほぼ垂直に入射する。

ここで、本実施形態において、光源７２から出射される計測光Ｌ１、Ｌ２それぞれは、ウエハＷ上に形成される照射領域が、図２（ｂ）に示されるように、Ｙ軸方向に延びる細長い帯状（ライン状）となるように整形されている。なお、図２（ｂ）では、便宜上、ウエハ上に形成される計測光Ｌ１、Ｌ２の照明領域に、計測光Ｌ１、Ｌ２と同じ符号を付している。また、光源７２から出射された計測光Ｌ１、Ｌ２のうち、計測光Ｌ１は、第１格子マークＧＭａ上に照射され、計測光Ｌ２は、第２格子マークＧＭｂ上に照射されるように、計測光Ｌ１、Ｌ２の間隔が設定されている。

なお、計測光Ｌ１は、ＸＹ平面内において、第１格子マークＧＭａの格子線の周期方向（β方向）に対して４５°傾いた方向（Ｙ方向）に延びており、計測光Ｌ２は、ＸＹ平面内において、第２格子マークＧＭｂの格子線の周期方向（α方向）に対して４５°傾いた方向（Ｙ方向）に延びている。また、計測光Ｌ１、Ｌ２によりウエハ上に形成される照明領域のＹ軸方向に関する長さは、少なくとも格子マークＧＭ（ＧＭａ、ＧＭｂ）のＹ軸方向の長さより長く設定され、具体的には、格子マークＧＭのＹ軸方向の長さの数倍〜数十倍であることが好ましい。

図３に戻り、対物光学系６０は、対物レンズ６２、及び検出器側レンズ６４を備えている。アライメント系５０では、対物光学系６０の直下に格子マークＧＭが位置した状態で、第１格子マークＧＭａに計測光Ｌ１が照射されると、第１格子マークＧＭａから発生した計測光Ｌ１に基づく（白色光に含まれる複数波長の光に応じた複数の）±１次回折光±Ｌ３が対物レンズ６２に入射する。同様に、第２格子マークＧＭｂに計測光Ｌ２が照射されると、第２格子マークＧＭｂから発生した計測光Ｌ２に基づく±１次回折光±Ｌ４が対物レンズ６２に入射する。±１次回折光±Ｌ３、±Ｌ４は、それぞれ対物レンズ６２を介して、対物レンズ６２の上方に配置された検出器側レンズ６４に入射する。検出器側レンズ６４は、±１次回折光±Ｌ３、±Ｌ４それぞれを、該検出器側レンズ６４の上方、すなわち対物光学系の物体面に配置された格子板６６上に集光させる。言い換えれば、第１格子マークＧＭａに計測光Ｌ１が照射されると、第１格子マークＧＭａの像が格子板６６に結像され、第２格子マークＧＭｂに計測光Ｌ２が照射されると、第２格子マークＧＭｂの像が格子板６６に結像される。

格子板６６には、図４（ａ）に示されるように、Ｙ軸方向に延びる読み出し用（結像用）回折格子Ｇａ、Ｇｂが形成されている。読み出し用回折格子Ｇａは、格子マークＧＭａ（図２（ａ）参照）に対応する、β方向を周期方向とする透過型の回折格子である。読み出し用回折格子Ｇｂは、格子マークＧＭｂ（図２（ａ）参照）に対応する、α方向を周期方向とする透過型の回折格子である。読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂの格子ピッチは、第１及び第２格子マークＧＭａ、ＧＭｂの格子ピッチと実質的に同じに設定されている。

図３に戻り、検出系８０は、検出器８４、格子板６６上に結像された像を検出器８４に導く検出光学系８６などを備えている。

検出光学系８６は、格子板６６が配置される面に対して、後述する開口板８８が配置される面とを光学的に共役にする光学素子８６ｃ、８６ｄと、光学素子８６ｃ、８６ｄとの間、すなわち、検出光学系８６の瞳面に配置される反射面を備えた可動ミラー８６ａとを有している。可動ミラー８６ａとしては、本実施形態では、例えば公知のガルバノミラーが用いられている。可動ミラー８６ａは、格子板６６（読み出し用回折格子Ｇａ、Ｇｂ）上に結像された像、すなわち、第１格子マークＧＭａで発生した±１次回折光±Ｌ３の像（干渉縞）が格子板６６に形成されることによって生じる検出光（例えば、±１次回折光）、及び第２格子マークＧＭｂで発生した±１次回折光±Ｌ４の像（干渉縞）が格子板６６に形成されることによって生じる検出光（例えば、±１次回折光）を検出器８４に向けて反射する。検出光学系８６は、格子板６６上に結像された像によって生じる検出光を開口板８８に集光する。可動ミラー８６ａは、反射面がＸ軸に平行な軸線回りに回動（回転）可能となっている。可動ミラー８６ａの回動角度は、可動ミラー８６ａに取付けられた調整機構７４（図３では不図示、図７参照）を主制御装置３０が制御することによって調整される。可動ミラー８６ａの角度制御については、後に詳しく説明する。なお、格子板６６上の像の反射角を制御できれば、ガルバノミラー以外の光学部材（例えばプリズムなど）を用いても良い。

また、検出光学系８６は、可動ミラー８６ａの反射面と検出器８４との間であって、格子板６６と光学的に共役な位置に配置される開口板（遮光部材）８８を有している。開口板８８には、図４（ｂ）に示されるように、一対の開口部（アパーチャ）ＡＰａ、ＡＰｂが形成されている。開口板８８は、上述した格子マークＧＭａで発生した回折光に基づく像が格子板６６に形成された際に生じる検出光を通過させる開口部ＡＰａと、格子マークＧＭｂで発生した回折光に基づく像が格子板６６に形成された際に生じる検出光を通過させる開口部ＡＰｂとを有する。すなわち、開口板８８は、検出光以外の光、例えば、±1次回折光以外の光を遮蔽する。

なお、図４（ｂ）では、理解を容易にするために、開口部ＡＰａ、ＡＰｂが実際よりも大きく図示されており、実際の開口部ＡＰａ、ＡＰｂの内径寸法は、格子マークの１辺の長さと同程度に設定されている。

上述したように、本実施形態のアライメント系５０では、計測光Ｌ１、Ｌ２として白色光が用いられることから、検出光学系８６は、分光プリズム８６ｂを有している。格子板６６で生じる検出光は、分光プリズム８６ｂを介して、例えば青、緑、及び赤の各色に分光される。検出器８４は、上記各色に対応して独立に設けられたＰＤ１〜ＰＤ３を有している。検出器８４が有する各ＰＤ１〜ＰＤ３の出力は、主制御装置３０（図３では不図示。図７参照）に供給される。

ここで、主制御装置３０（図７参照）は、アライメント系５０を用いて格子マークＧＭの位置計測を行う際、ウエハＷ（すなわち格子マークＧＭ）をアライメント系５０に対してＹ軸方向に駆動しつつ、ウエハＷの移動に追従するように、可動ミラー８６ａの反射角を制御する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて具体的に説明すると、図５（ａ）に示されるように、主制御装置３０（図７参照）は、第１格子マークＧＭａ（すなわちウエハＷ（図３参照））を、計測光Ｌ１（図３参照）により形成される帯状の照明領域Ｌ１（便宜上、計測光Ｌ１と同じ符号を付して説明する）に沿って移動させる。本実施形態では、ＸＹ平面内において照明領域Ｌ１の位置は固定であり、格子マークＧＭａの一部が照明領域Ｌ１内を−Ｙ側から＋Ｙ側に向けて（またはその逆に）移動する（図３参照）。また、主制御装置３０は、格子マークＧＭａが照明領域Ｌ１内を通過すると、格子マークＧＭａとは別の（次の計測対象の）格子マークＧＭａ’が照明領域Ｌ１内に進入するように、ウエハＷの位置制御を行う。

主制御装置３０（図７参照）は、これに対応して図５（ｂ）に示されるように、第１格子マークＧＭａを帯状の照明領域Ｌ１に沿って移動させる間、第１格子マークＧＭａの位置に応じて（第１格子マークＧＭａの移動に同期して）可動ミラー８６ａの反射角を制御する。なお、図５（ｂ）では、図５（ａ）に示される格子マークＧＭａとの同期を明確にするために計測光Ｌ１に対して開口板８８（開口部ＡＰａ）が移動するように図示されているが、実際には、開口板８８の位置は固定であり、開口部ＰＡａに対して可動ミラー８６ａ（図３参照）の反射面の角度を変化させ、格子マークＧＭａで発生した回折光に基づく像が格子板６６に形成された際に生じる検出光を開口部ＡＰａに導いている。

そして、格子マークＧＭａが照明領域Ｌ１内を通過して、次の格子マークＧＭａ’が照明領域Ｌ１内に進入する前に可動ミラー８６ａを初期位置に戻し、格子マークＧＭａ’の位置検出を同様に行う。また、図示は省略されているが、格子マークＧＭｂ（図２（ａ）参照）の位置計測も格子マークＧＭａの計測と同様である。これにより、計測光Ｌ１、Ｌ２内における第１及び第２格子マークＧＭａ、ＧＭｂの位置が変化しても、常に、格子マークＧＭａで発生した回折光に基づく像（干渉縞）が格子板６６に形成された際に生じる検出光及び格子マークＧＭｂで発生した回折光に基づく像（干渉縞）が格子板６６に形成された際に生じる検出光を開口板８８の各開口部を介して検出器８４で検出することができる。

図６（ａ）には、一例として、第１格子マークＧＭａの位置計測時に格子板６６上に形成される、読み出し用回折格子Ｇａと第１格子マークＧＭａに基づく像（便宜上第１格子マークＧＭａと同じ符号を付す）との相対位置関係が示されている。図６（ａ）に示されるように、第１格子マークＧＭａの移動に応じて、読み出し用回折格子Ｇａと第１格子マークＧＭａとの重なる位置が変化する。そして、第１格子マークＧＭａの位置に応じて、ＰＤ１〜ＰＤ３の出力からは、一例として、図６（ｂ）に示されるような波形（干渉信号）が得られる。主制御装置３０（図７参照）は、上記波形の位相から、格子マークＧＭａ、ＧＭｂそれぞれの位置を演算により求める。すなわち、本実施形態の露光装置１０（図１参照）では、アライメント系５０と主制御装置３０（それぞれ図７参照）とにより、ウエハＷに形成された格子マークＧＭの位置情報を求めるためのアライメント装置が構成されている。

図７には、露光装置１０における、制御系の主要な構成がブロック図にて示されている。この図７の制御系は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含み、装置全体を統括して制御する主制御装置３０を中心として構成されている。

上記のように構成された露光装置１０（図１参照）では、まず、レチクルＲ及びウエハＷが、それぞれレチクルステージ１４及びウエハステージ２２上にロードされ、レチクルアライメント系１８（図７参照）を用いたレチクルアライメント、及びアライメント系５０を用いたウエハアライメント（例えばＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）等）などの所定の準備作業が行われる。上記レチクルアライメント、及びウエハアライメントなどは、従来から行われているものと同様であるので、その詳細な説明は省略するものとする。

ここで、本実施形態において、主制御装置３０は、アライメント系５０を用いた格子マークＧＭの位置計測動作に先だって、ＡＦ系４０を用いてウエハＷの面位置情報を求める。そして、主制御装置３０は、上記面位置情報と、予めレイヤ毎に求められたオフセット値とに基づいてウエハテーブル２６の姿勢を制御することにより、アライメント系５０の対物光学系６０を格子マークＧＭ上に合焦させる。なお、本実施形態において、オフセット値とは、アライメント系５０の信号強度（干渉縞のコントラスト）が最大となる対物光学系６０の状態を意味する。このように、本実施形態では、アライメント系５０による格子マークＧＭの検出の直前に得られたウエハＷの面位置情報を用いて、ほぼリアルタイムでウエハテーブル２６の姿勢制御が行われる。

その後、主制御装置３０の管理の下、ウエハＷの第１番目のショット領域に対する露光のための加速開始位置にウエハステージ２２が駆動されるとともに、レチクルＲの位置が加速開始位置となるように、レチクルステージ１４が駆動される。そして、レチクルステージ１４と、ウエハステージ２２とがＹ軸方向に沿って同期駆動されることで、ウエハＷ上の第１番目のショット領域に対する露光が行われる。以後、ウエハＷ上のすべてのショット領域に対する露光が行われることで、ウエハＷの露光が完了する。

以上説明した、本第１の実施形態に係る露光装置１０が備えるアライメント系５０によれば、ウエハＷ（ウエハステージ２２）をＹ軸方向に移動させつつ、格子マークＧＭの位置計測動作を行うので、複数の格子マークＧＭの位置情報を連続して求めることができ、仮にウエハステージ２２を停止させて計測する場合に比べ、迅速に格子マークＧＭの位置情報を求めることができる。これにより、アライメント計測時間を短縮し、全体的なスループットを向上することができる。また、例えばウエハステージ２２上にウエハＷをロードした後に行われる、ウエハステージ２２の露光開始位置への移動動作とアライメント計測動作とを並行して行うことができる。この場合、ウエハステージ２２をの移動経路上に予めアライメント系５０を配置しておくと良い。

また、上記格子マークＧＭの位置計測時において、アライメント系５０は、格子マークＧＭが有する第１格子マークＧＭａに計測光Ｌ１を照射するとともに、格子マークＧＭｂに計測光Ｌ１とは異なる計測光Ｌ２を照射する。すなわち、本実施形態において、アライメント系５０は、周期方向が互いに異なる一対の格子マークＧＭａ、ＧＭｂそれぞれに対応して、一対の計測光Ｌ１、Ｌ２を独立に照射する。これにより、格子マークＧＭａ、ＧＭｂそれぞれの位置情報を同時に求めることができる。従って、仮に格子マークＧＭａ、ＧＭｂの位置情報を順番に求める場合に比べてスループットの低下を抑制することができる。

また、本実施形態に係るアライメント系５０は、スキャン方向に延びる照明領域Ｌ１、Ｌ２内で格子マークＧＭを移動させるので、長時間の計測が可能となる。このため、いわゆる出力の移動平均を取ることが可能なので、装置の振動の影響を低減できる。

また、本実施形態に係るアライメント系５０は、検出器８４として、白色光である計測光Ｌ１，Ｌ２に対応して、例えば３つのＰＤ１〜３（それぞれ青色光、緑、赤用）を有している。このため、例えばウエハアライメントに先立ってウエハＷ上に形成されたマーク（不図示）を白色光を用いて検出し、干渉縞のコントラストが最も高くなる光の色を予め求めておくことにより、上記例えば３つのＰＤ１〜３のうちの何れの出力をウエハアライメントに用いるかを決定することができる。

《第２の実施形態》
次に第２の実施形態に係る露光装置について説明する。本第２の実施形態の露光装置は、上記第１の実施形態に比べ、アライメント系の一部の構成が異なるのみなので、以下相違点に付いてのみ説明し、上記第１の実施形態と同じ構成、及び機能を有する要素については、上記第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１の実施形態では、可動ミラー８６ａを駆動させたのに対し、本第２の実施形態では、開口部ＡＰａ、ＡＰｂが形成された開口板１８８が格子マークＧＭａ、ＧＭｂの移動に同期して駆動される点が異なる。開口板１８８の構成は、１軸方向（図８ではＺ軸方向）に移動可能に構成されている点を除き、上記第１の実施形態の開口板８８（図４（ｂ）参照）と同じである。

図８に示されるように、第２の実施形態に係るアライメント系１５０では、格子板６６の上方に配置された反射ミラー１８６ａは、反射面の角度が固定されている。格子板６６からの出射光束は、反射ミラー１８６ａにより開口板１８８を介して検出器８４に向けて反射される。

本第２の実施形態において、主制御装置３０は、開口部ＡＰａ、ＡＰｂが形成された開口板１８８が格子マークＧＭａ、ＧＭｂの移動に同期して駆動しているので、本第２の実施形態でも上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、以上説明した第１及び第２の実施形態の構成については、適宜変更が可能である。例えば、上記第２の実施形態において、開口部ＡＰａ、ＡＰｂが形成された開口板１８８を格子マークＧＭに同期して１軸方向に駆動する構成であったが、これに限られず、例えば図９に示されるように、複数（図９では、例えば４つ）の開口部ＡＰが周方向に沿って形成された円盤状の開口板１８８Ａを回転駆動しても良い。

また、例えば上記各実施形態では、第１格子マークＧＭａに計測光Ｌ１を照射するとともに、第２格子マークＧＭｂに計測光Ｌ２を（１対の格子マークに独立した計測光を）照射したが、照明光のＹ軸方向の長さが格子マークのＹ軸方向の寸法よりも長ければこれに限られず、例えば格子マークＧＭａ、ＧＭｂの両方を同時に照射する単一の（幅広の）計測光を用いても良い。

また、上記第１の実施形態のアライメント系５０の検出系８０は、分光プリズム８６ｂにより、白色光を分光したが、これに限られず、図１０に示される検出系３８０のように、複数の分光フィルタ３８６を用いて白色光を、各色（例えば、青、緑、黄、赤、赤外光）に対応して配置されたＰＤ１〜ＰＤ５に向けて分光しても良い。

また、第１の実施形態では、格子マークで発生した±１次回折光の像が格子板６６に形成されることによって生じる検出光として、例えば、±１次回折光を例に説明したが、０次光、±２次回折光を含んでいてもよい。この場合、開口板８８は、±３次回折光より高次の回折光を遮光することになる。

また、第１の実施形態において、格子マークで発生した±１次回折光の像が格子板６６に形成されることによって生じる検出光として、±１次回折光以外の回折光が含まれていても、検出器８４が有する各ＰＤ１〜ＰＤ３の出力から、格子マークＧＭａ、ＧＭｂの位置を演算することが可能であれば、開口板８８を省略することも可能である。

また、第１格子マークＧＭａの格子線と第２格子マークＧＭｂの格子線とが互いに直交する構成であってもよい。この場合、計測光Ｌ１の延びる方向と、計測光Ｌ２の延びる方向も互いに直交する。そのため、第１の実施形態のように、第１格子マークＧＭａと第２格子マークＧＭｂとを同時に計測することが困難なので、第１格子マークＧＭａを計測した後、第２格子マークＧＭｂを計測すればよい。

第１の実施形態及び第２の実施形態によれば、照明系により生成される照明領域に対して物体を移動させつつ、該物体に設けられた格子マークの位置情報を求めることができるので、例えば物体を停止させて格子マークの位置計測を行う場合に比べ、迅速に格子マークの位置情報を求めることができる。

また、ウエハＷの位置決め時間を短縮できるので、パターン形成のスループットを向上することができる。

また、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光や、Ｆ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、照明光ＩＬの波長は、１００ｎｍ以上の光に限られず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良く、例えば、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いるＥＵＶ露光装置にも上記実施形態を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、上記各実施形態は適用できる。

また、上記各実施形態の露光装置における投影光学系は、縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系１６ｂは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。

また、上記各実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。

また、露光装置としては、例えば米国特許第８，００４，６５０号明細書に開示されるような、投影光学系と露光対象物体（例えばウエハ）との間に液体（例えば純水）を満たした状態で露光動作を行う、いわゆる液浸露光装置にも上記各実施形態は適用することができる。

また、例えば米国特許出願公開第２０１０／００６６９９２号明細書に開示されるような、ウエハステージを２つ備えた露光装置にも、上記各実施形態は適用することができる。

また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号に開示されているように、干渉縞をウエハＷ上に形成することによって、ウエハＷ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも上記実施形態を適用することができる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも上記各実施形態は適用することができる。

また、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記各実施形態を適用することができる。

また、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。

また、露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又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上記各実施形態を適用できる。

半導体素子などの電子デバイスは、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たレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態に係る露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去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除去ステップ、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。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

以上説明したように、本発明の計測装置及び計測方法は、格子マークを検出するのに適している。また、本発明の露光装置は、物体を露光するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。

１０…露光装置、１４…レチクルステージ、２０…ウエハステージ装置、３０…主制御装置、５０…アライメント系、ＧＭ…格子マーク、Ｗ…ウエハ。

Claims (14)

1. 物体に設けられたマークの位置計測を行う計測装置であって、
   所定方向に移動する前記物体上に、前記所定方向に関する長さが前記マークの長さよりも長い照明領域を有する照明光を照射する照明系と、
   前記マークを介した前記照明光に基づいて、前記マークの像を所定面に形成する光学系と、
   前記所定面に配置され、参照パターンが形成された光学部材と、
   前記照明領域内を前記マークが前記所定方向に移動する時、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光を検出器に導く検出系と、
   前記検出系の出力に基づいて前記マークの位置情報を求める演算系と、を備える計測装置。
2. 前記照明領域は、前記所定方向に延びる帯状に生成される請求項１に記載の計測装置。
3. 前記検出系は、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光を前記検出器に向けて反射する反射面を有する反射部材と、前記所定方向に移動する前記物体と同期して前記反射面の角度を調整する調整機構とを備える請求項１又は２に記載の計測装置。
4. 前記検出系は、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光を集光面に集光する集光光学系と、前記集光面に配置され、開口部を有する遮光部材とを備え、
   前記調整機構は、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光を前記遮光部材の前記開口部を介して前記検出器に導くと共に、前記検出光以外の光を前記遮光部材によって遮光するように、前記反射部材の反射面の角度を調整する請求項３に記載の計測装置。
5. 前記検出系は、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光を前記検出器に向けて反射する反射面を有する反射部材と、前記検出光を集光面に集光する集光光学系と、前記集光面に配置され、開口部を有する遮光部材と、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光を前記遮光部材の前記開口部を介して前記検出器に導くと共に、前記検出光以外の光を前記遮光部材によって遮光するように、前記所定方向に移動する前記物体と同期して前記遮光部材を駆動する駆動機構とを備える請求項１又は２に記載の計測装置。
6. 前記物体に設けられた前記マークは、格子マークを有し、
   前記光学部材に形成された前記参照パターンは、回折格子を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の計測装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の計測装置と、
   前記計測装置の出力に基づいて前記物体の位置を制御する位置制御装置と、
   前記物体にエネルギビームを用いて所定のパターンを形成するパターン形成装置と、を備える露光装置。
8. 前記物体は、前記所定のパターンの形成時に所定の２次元平面内の走査方向に駆動され、
   前記所定方向は前記走査方向に平行である請求項７に記載の露光装置。
9. 請求項７又は８に記載の露光装置を用いて前記物体を露光することと、
   露光された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法。
10. 物体に設けられたマークの位置計測を行う計測方法であって、
    所定方向に移動する前記物体上に、前記所定方向に関する長さが前記マークの長さよりも長い照明領域を有する照明光を照射することと、
    前記マークを介した前記照明光に基づいて、参照パターンを有する光学部材が配置された所定面に前記マークの像を形成することと、
    前記照明領域内を前記マークが前記所定方向に移動する時、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光を検出器に導くことと、
    前記検出器の出力に基づいて前記マークの位置情報を求めることと、を含む計測方法。
11. 前記照明領域は、前記所定方向に延びる帯状に生成される請求項１０に記載の計測方法。
12. 前記導くことでは、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光を前記検出器に向けて反射する反射面の角度を、前記所定方向に移動する前記物体と同期して変化させる請求項１０又は１１に記載の計測方法。
13. 前記導くことでは、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光が集光される集光面に配置された開口部を有する遮光部材を用いて、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光を前記遮光部材の前記開口部を介して前記検出器に導くと共に、前記検出光以外の光を前記遮光部材によって遮光するように、前記反射部材の反射面の角度を調整する請求項１２に記載の計測方法。
14. 前記導くことでは、前記光学部材上を移動する前記マークの像によって生じる検出光を反射部材の反射面を介して前記検出器に向けて反射し、
    前記検出光が集光される集光面に配置された開口部を有する遮光部材を駆動して、前記検出光を前記遮光部材の前記開口部を介して前記検出器に導くと共に、前記検出光以外の光を前記遮光部材によって遮光する請求項１０又は１１に記載の計測方法。

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