JP3962736B2 - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、原版を介して基板を露光する露光装置に関するものである。

近年ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路や液晶パネルの微細化、高集積化に伴い、半導体露光装置等の露光装置も高精度化、高機能化が進んでいる。特に、マスクやレチクル等の原板と、半導体ウエハ等の基板の位置合わせにおいては、原板と基板とを数ナノメータのオーダで重ね合わせる技術が期待されている。このような半導体集積回路等のデバイスの製造に用いる露光装置として、ステッパやステップアンドスキャンと呼ばれる装置を用いることが多い。

これらの装置は、基板（例えば、半導体ウエハ）をステップ移動しながら、原板（例えば、レチクル）上に形成したパターンを基板の複数個所に順次転写していくものである。この転写を一括で行う装置をステッパと呼び、ステージをスキャンしながら転写する装置を、ステップアンドスキャンと呼んでいる。

次に、露光装置における原板と基板のアライメントについて説明する。

露光装置における原板と基板の位置合わせには、各露光毎に露光位置の計測を行って位置合わせ（アライメント）を行うダイバイダイアライメント方式と、予め適切な数の測定点で位置計測を行い、その計測結果から露光位置の補正式を作成して位置合わせを行うグローバルアライメント方式がある。

グローバルアライメント方式は、高スループット、高精度が得られる優れた方式であり、基板全域に対して同一の補正式に従った位置合わせを行うため、基板内の数点を検定すれば、位置合わせの状態が判断できる等、使い勝手の上でも利点を持っている。アライメントを行うために、アライメント対象物そのものあるいはその近傍に配置されるアライメントマークの検出方式としては、
１．投影光学系を介してアライメントマークの位置を測定するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式
２．投影光学系を介することなく直接アライメントマークの位置を計測するＯＡ（オフ・アクシス）方式
等がある。

ここで、ＯＡ方式のアライメント検出系を使用して基板上パターンの位置ずれ量を検出し、原板と基板とのアライメントを行う場合、予めアライメント検出系の計測中心と原板パターンの投影像中心（露光中心）との間隔であるベースライン量が既知である必要がある。

つまり、アライメント検出系を用いて計測した基板の位置ずれ量をベースライン量で補正した距離だけ基板を移動することによって、当該ショット領域の中心を露光中心に正確に位置合わせする必要がある。ところが、露光装置を使用する過程で次第にベースライン量が変動することがある。このようなベースライン量の変動が生じると、アライメント精度（重ね合わせ精度）が低下する。

このため、従来は、例えば、定期的にアライメント検出系の計測中心と露光中心との間隔（ベースライン量）を正確に計測するためのベースライン計測を行っていた。

以上が、従来の露光装置と、露光装置での位置合わせの概要である。

次に、露光装置及び露光装置での位置合わせの一例として、図２を用いて、半導体露光装置でのウエハとレチクルの位置合わせの従来例（第一の従来例）について説明する。

図２において、１は照明光学系、２は原板であるレチクル、３は投影光学系、４は基板であるウエハであり、照明光学系１で照明されたレチクル２の像を投影光学系３を介してウエハへ投影する。５はウエハステージ、６はウエハチャック、７はウエハステージ制御部であり、ウエハ４はウエハ搬送装置（不図示）によりウエハステージ５上のウエハチャック６に載置される。ウエハステージ５は、ウエハステージ制御部７で位置決めされる。８ａと８ｂはＴＴＬアライメント検出系、９はＯＡアライメント検出系、１０は高さ検出部、１１は露光装置を制御する制御部である。

図７はウエハステージ５を投影光学系３方向から見た図であり、ウエハステージ５上には、ウエハ４の表面に形成されるアライメントマークと同等の基準マーク１２、あるいはその基準マークを有する基準部材１２が、図示のようにウエハ４と干渉しない位置に付設してある。

レチクル２には、図８に略示するように、中心Ｃを挟んで対称な位置にマークＲＭａとＲＭｂが設けられている。レチクル２は、レチクルステージ（不図示）上に保持され、このレチクルステージはレチクル２を中心Ｃが投影光学系３の光軸ＡＸと合致する位置に移動する。

ウエハステージ５上の基準マークが投影光学系３の投影視野内の所定位置にくるようにウエハステージ５を位置決めすると、レチクル２の上方に設けられたＴＴＬアライメント検出系８ａによって、レチクルのマークＲＭａと基準マークを同時に検出できる。また、ウエハステージ５を別の位置に移動すると、ＴＴＬアライメント検出系８ｂによってレチクル４のマークＲＭｂと基準マークを同時に検出することができる。投影光学系３の外側（投影視野外）には、ＯＡアライメント検出系９が固設されており、ＯＡアライメント検出系９の光軸ＯＸは、投影光学系の光軸ＡＸと平行である。

次に、第一の従来例の露光装置での露光方法について、図９を用いて説明する。

図９において、ステップＳ３０１は、ベースライン計測工程である。ＴＴＬアライメント検出系８ａ及び８ｂを用いて、レチクル２のマークＲＭａと基準部材１２上の基準マークとをアライメントしたときのウエハステージ５の位置を、レーザ干渉計（不図示）等の干渉計で計測する。

同様に、ＴＴＬアライメント検出系８ａ及び８ｂを用いて、レチクル２のマークＲＭｂと基準部材１２上の基準マークとをアライメントしたときのウエハステージ５の位置を、上述のレーザ干渉計等の干渉計でそれぞれ計測する。

マークＲＭａ及びＲＭｂに対するウエハステージ５の位置の中心位置（平均値）に、ウエハステージ５がある時の基準部材１２上の基準マークは、投影光学系３の光軸ＡＸ上にあり、レチクル１２の中心Ｃと共役な位置にある。

また、同様に、ＯＡアライメント検出系９に対し、基準部材１２上の基準マークをアライメントしたときのウエハステージ５の位置を、上述のレーザ干渉計等の干渉計で計測する。ベースライン量ＢＬは、同じ基準部材１２上の基準マークを、ＴＴＬアライメント検出系８ａ及び８ｂでアライメントした時のウエハステージ５の位置（光軸ＡＸの位置）と、ＯＡアライメント検出系９でアライメントした時のウエハステージ５の位置（光軸ＯＸの位置）の差を計算することで求める。

ステップＳ３０２は、ウエハパターン位置計測工程である。ウエハパターン位置計測工程は、露光中心位置からベースライン計測工程で計測したベースライン量ＢＬだけウエハステージ５を移動した位置を原点として、ウエハ４上のパターン（ウエハパターン）の位置ずれ量を計測する。

具体的には、ウエハ４上の複数のアライメントマーク位置をＯＡアライメント検出系９で計測することにより、グローバルアライメント時の補正式を作成する。つまり、ウエハパターンのシフト、倍率オフセット、回転等を計測する。ウエハパターン位置計測工程の従来例としては、例えば、特許文献１に提案されたものがある。

特許文献１は、グローバルアライメント方式の一例であり、特に、高次の誤差要因も補正することにより、位置合わせ精度の向上を図っている。補正式の簡単な例としては、下記式（１）、（２）がある。

ｄ_wx＝Ｍ_wx＊ｘ＋θ_wx＊ｙ＋Ｓ_wx （１）
ｄ_wy＝θ_wy＊ｘ＋Ｍ_wy＊ｙ＋Ｓ_wy （２）
この式で、ｄ_wx、ｄ_wyは、ウエハ４上の座標位置（ｘ，ｙ）での位置ずれ量であり、各係数であるウエハ４上のパターンのＸ方向倍率オフセットＭ_wx、Ｙ方向倍率オフセットＭ_wy、Ｘ方向ローテーションθ_wx、Ｙ方向ローテーションθ_wy、Ｘ方向シフトＳ_wx、Ｙ方向シフトＳ_wyを、最小二乗法により計算することで補正式を算出できる。

ステップＳ３０３は、露光工程である。これは、ウエハパターン位置計測工程で計測したウエハ４上のパターンの位置ずれ量とベースライン量を補正した露光位置でウエハステージ５を駆動し、ウエハ４にレチクル２のパターンを転写する。

以上が、第一の従来例の露光装置、及びウエハとレチクルの位置合わせの説明である。

次に、露光装置及びウエハとレチクルの位置合わせの別の従来例（第二の従来例）について説明する。

上述のように、ＩＣ、ＬＳＩの微細化が加速度的に進んでおり、半導体製造装置においても年々より高い装置性能が求められている。また、近年、ＤＲＡＭに代表される半導体の需要拡大に伴う生産性向上への要望も大きく、半導体製造装置に対しては精度向上だけでなくスループット向上も合わせて求められている。

このため、特許文献２のように、ウエハ上のパターン位置を計測するための機能（以下、計測ステーションと呼ぶ）と、ウエハへの露光を行うための機能（以下、露光ステーションと呼ぶ）を個別に持ち、計測処理と露光処理を並列に行う露光装置も提案されている。その一例として、図５を用いて、第二の従来例について説明する。

第二の従来例の露光装置は、ウエハチャックとウエハ上のパターンの相対位置関係を計測する計測ステーション１３、レチクルとウエハ支持部の相対位置関係を計測後、レチクルのパターンをウエハに投影露光する露光ステーション１４、計測ステーション１３と露光ステーション１４間でウエハ及びウエハチャックを受け渡すウエハ供給部１５、及びこれらの計測ステーション１３、露光ステーション１４及びウエハ供給部１５を制御する制御部１１から構成される。

計測ステーション１３において、９はＯＡアライメント検出系、４ａは被露光体基板であるウエハ、６ａはウエハ４ａを搭載し保持する基板支持部であるウエハチャック、５ａはウエハチャック６ａを搭載し、ステージ制御部７ａにより位置計測されウエハ４ａの位置決めを行うウエハステージ、１０は高さ検出部である。

次に、露光ステーション１４において、３はレチクル２の像をウエハ４ｂへ投影する投影光学系、８ａと８ｂはＴＴＬアライメント検出系、１は照明光学系、５ｂはウエハステージであり、このウエハステージ５ｂは、ウエハ４ｂを搭載したウエハチャック６ｂの位置決めを行うステージ制御部７ｂにより位置計測される。

図１０はウエハチャック６ｂを投影光学系方３向から見た図であり、ウエハチャック６ａ及び６ｂ上には、対応するウエハ４ａ及び４ｂの表面に形成されるアライメントマークと同等の基準マークを有する基準部材１２ａと１２ｂが、図示のように、ウエハ４ｂと干渉しない位置に固設してある。

本従来例では、以下の手順でレチクルのパターンをウエハに露光する。

最初に、計測ステーション１３において、ＯＡアライメント検出系９を用いてウエハチャック６ａ上とウエハ４ａ上のアライメントマーク位置を計測することにより、ウエハチャック６ａとウエハ４ａ上のパターンの相対位置関係を計測する。この時、露光ステーション１４では、後述する手順で並列にウエハ４ｂの露光処理を行う。

次に、ウエハ供給部１５を用いて、露光処理が終わったウエハ４ｂ及びウエハチャック６ｂを露光ステーション１４から外部に搬出すると供に、計測ステーション１３のウエハ４ａ及びウエハチャック６ａを露光ステーション１４へ供給する。

露光ステーション１４では、ＴＴＬアライメント検出系８ａ及び８ｂにより、レチクル２を介してウエハチャック６ｂ上のアライメントマーク位置を計測することにより、レチクル２上のパターンとウエハチャック６ｂの相対位置関係を計測すると供に、計測ステーション１３で計測したウエハチャック６ａとウエハ４ａ上のパターンの相対位置関係を用いて、レチクル２上のパターンとウエハ４ｂ上のパターンの相対位置関係を算出する。最後に、算出したレチクル２上のパターンとウエハ４ｂ上のパターンの相対位置関係に基づき、レチクル２のパターンをウエハ４ｂ上に露光する。

本従来例では、計測ステーション１３と露光ステーション１４の処理を並列で行うことができ、精密な位置合わせとウエハ露光処理を合わせた合計処理時間の短縮化を図れる利点を持っている。

尚、ここでは、計測ステーション１３と露光ステーション１４間を移動する時にウエハを支持する基板支持部としてウエハチャックを用いる例について述べたが、ウエハステージ５ａとウエハステージ５ｂをウエハ移動時の基板支持部として用いても構わない。この時は、ウエハチャック上のアライメントマークを検出する代わりに、ウエハステージ上のアライメントマークを同様に検出する。

次に、第二の従来例の露光装置での露光方法について、図１１を用いて説明する。

図１１において、ステップＳ４０１は、計測位置チャックマーク位置計測工程である。これは、ＯＡアライメント検出系９を用いてウエハチャック６ａ上の基準部材１２ａ及び１２ｂ上の基準マーク位置を計測する。図示のように、ウエハチャック６ａには、アライメントマークとして少なくとも２つの基準部材１２ａ及び１２ｂ上に基準マークを有しており、これらの基準マークをＯＡアライメント検出系９で計測する。これにより、ＯＡアライメント検出系９に対するウエハチャック６ａの位置と回転量を計測する。

ステップＳ４０２は、ウエハパターン位置計測工程である。これは、計測ステーション１３において、ＯＡアライメント検出系９を用いてウエハ６ａ上のアライメントマーク位置を計測することにより、ウエハ６ａ上のパターン（ウエハパターン）の位置を計測する。ウエハパターン位置計測工程は、前述した第一の従来例と同様なので、詳細な説明は省略する。そして、計測位置チャックマーク位置計測工程とウエハパターン位置計測工程により、ウエハチャック６ａとウエハ４ａ上のパターンの相対位置関係を計測する。

ステップＳ４０３は、露光位置チャックマーク位置計測工程である。これは、露光ステーション１４において、ＴＴＬアライメント検出系８ａ及び８ｂにより、レチクル２を介してウエハチャック６ｂの基準部材１２ａ及び１２ｂ上の基準マーク位置を計測することにより、レチクル２上のパターンとウエハチャック６ｂの相対位置関係（位置と回転量）を計測する。

ステップＳ４０４は、露光工程である。これは、計測位置チャックマーク位置計測工程とウエハパターン位置計測工程で計測したウエハチャック６ａとウエハ４ａ上のパターンの相対位置関係と、露光位置チャックマーク位置計測工程で計測したレチクル４上のパターンとウエハチャック６ｂの相対位置関係を用いて、レチクル４上のパターンとウエハ４ｂ上のパターンの相対位置関係を算出することにより決定した露光位置に、ウエハステージ５ｂを駆動し、ウエハ４ｂにレチクル２のパターンを転写する。

以上が、第二の従来例の露光装置、及びウエハとレチクルの位置合わせの説明である。
特開平９−２１８７１４号公報 特開昭６１−２６３１２３号公報

上記従来例は、高スループット、高精度でレチクルとウエハのパターンを位置合わせ可能な優れた方式である。

しかしながら、近年の位置合せ精度の向上に伴い、従来、微小量とされていた誤差成分も無視できないものとなっている。例えば、第一の従来例における計測位置と露光位置でのウエハステージ駆動特性、または第二の従来例における計測ステーションと露光ステーションでのウエハステージ駆動特性に違いがあると、アライメント誤差となる（以下、上記ウエハステージ駆動特性の違いをステージ駆動特性差と呼ぶ）。

従来は、露光装置製造時に上記誤差成分が微少な量となるように計測位置または計測ステーションと露光位置または露光ステーションでのステージ駆動特性を調整している。これに加えて、ステージ駆動特性差を含む誤差成分を予め計測し一定のオフセットとして補正している。

しかしながら、ステージ駆動特性が経時変化する等、ステージ駆動特性差が変化すると、微小ではあるが、これがアライメント誤差となる。このため、上述のように、今後の位置合わせ精度の向上に伴い誤差成分として無視できなくなる可能性がある。

本発明は、原版と基板との位置合せの精度を向上させることを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明による露光装置は以下の構成を備える。即ち、
原版を介して基板を露光し、かつ該基板に配されたマークの位置の計測と該基板の露光とを単一のステーションで行う露光装置であって、
該原版からの光を基板に投影する投影光学系と、
該基板を保持し、かつ移動するステージと、
該ステーションに配され、かつ前記投影光学系を介さずに、前記ステージに保持された該基板に配されたマークの位置を計測する第１計測手段と
該ステーションに配され、かつ前記投影光学系を介して、前記ステージに配された基準マークの位置を計測する第２計測手段とを備え、
前記第１計測手段が前記ステージに配された基準マークの位置を計測し、
前記第１計測手段により計測された、前記ステージに配された複数の基準マークの位置を、該複数の基準マークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第１の係数を算出し、
前記第２計測手段により計測された該複数の基準マークの位置を、該複数の基準マークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第２の係数を算出し、かつ
該算出された第１の係数と、該算出された第２の係数と、前記第１計測手段により計測された、該基板に配された複数のマークの位置とに基づき、該基板に配されたパターンの位置を算出する。

上記の目的を達成するための本発明による露光装置は以下の構成を備える。即ち、
原版を介して基板を露光する露光装置であって、
該原版からの光を基板に投影する投影光学系と、
該基板を保持し、かつ移動するステージと、
前記投影光学系を介さずに、前記ステージに保持された該基板上のマークの位置を計測する第１計測手段と
前記投影光学系を介して、前記ステージに配された基準マークの位置を計測する第２計測手段とを備え、
前記第１計測手段が前記ステージに配された基準マークの位置を計測し、
前記第１計測手段により計測された、前記ステージに配された複数の基準マークの位置を、該複数の基準マークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第１の係数を算出し、
前記第２計測手段により計測された該複数の基準マークの位置を、該複数の基準マークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第２の係数を算出し、
該算出された第１の係数と、該算出された第２の係数と、前記第１計測手段により計測された、該基板に配された複数のマークの位置とに基づき、該基板に配されたパターンの位置を算出し、かつ
前記第１計測手段により計測された該複数の基準マークの数より少ない数の、前記ステージに配された複数の基準マークの位置と、前記第２計測手段により計測された該少ない数の複数の基準マークの位置とに基づき、該第１の係数と該２の係数とを更新するか否かを判断する。

上記の目的を達成するための本発明による露光装置は以下の構成を備える。即ち、
原版を介して基板を露光する露光装置であって、
該原版からの光を基板に投影する投影光学系と、
該基板を保持し、かつ移動するステージと、
前記投影光学系を介さずに、前記ステージに保持された該基板上のマークの位置を計測する第１計測手段と
前記投影光学系を介して、前記ステージに配された基準マークの位置を計測する第２計測手段とを備え、
前記第１計測手段が前記ステージに配された基準マークの位置を計測し、
前記第１計測手段により計測された、前記ステージに配された複数の基準マークの位置を、該複数の基準マークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第１の係数を算出し、
前記第２計測手段により計測された該複数の基準マークの位置を、該複数の基準マークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第２の係数を算出し、
該算出された第１の係数と、該算出された第２の係数と、前記第１計測手段により計測された、該基板に配された複数のマークの位置とに基づき、該基板に配されたパターンの位置を算出し、かつ
該第１の係数と該第２の係数とは、それぞれ回転に関する係数を含む。

上記の目的を達成するための本発明によるデバイス製造方法は以下の構成を備える。即ち、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
該露光された基板を現像する工程と、
を含む。

以上説明したように、本発明によれば、原版と基板との位置合せの精度を向上させることできる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

（実施形態１）
本発明の実施形態１について説明する。

実施形態１は、図２の第一の従来例の露光装置における課題を改良したものである。

実施形態１では、基板（ウエハ）上のパターン位置を計測する基板パターン位置計測における計測位置と、原板（レチクル）のパターンを基板に投影露光する露光工程における露光位置でステージの駆動特性を計測し、その違いをウエハパターン計測時または露光時に補正する。具体的には、ウエハステージ５上に、それぞれが基準マークを有する複数の基準部材を配置し、計測位置と露光位置でそれぞれ１つの検出系を用いて複数の基準部材上それぞれの基準マークを計測することにより、ステージ駆動特性差を計測して補正する。

例えば、露光位置に対する計測位置でのステージ駆動特性（ステージ駆動特性差）がＸ方向倍率Ｍ_sx、Ｙ方向倍率Ｍ_sy、Ｘ方向ローテーションθ_sx、Ｙ方向ローテーションθ_syであるとすると、Ｘ方向にＭ_sx＊ｘ＋θ_sx＊ｙ、Ｙ方向にθ_sx＊ｘ＋Ｍ_sy＊ｙのアライメント誤差が生じる。

ここで、ｘ及びｙは各ショットのウエハ上設計位置である。実施形態１では、このＭ_sx、θ_sx、Ｍ_sy、θ_syを、以下の方法で計測する。

最初に、ＯＡアライメント検出系９を用いて、複数の基準部材上それぞれの基準マーク位置を計測し、計測位置でのステージ駆動特性である駆動倍率オフセット及び駆動ローテーションＭ_s1x、Ｍ_s1y、θ_s1x、θ_s1y、及びシフト量Ｓ_s1x、Ｓ_s1yを計測する。

これらのステージ駆動特性は、グローバルアライメント時の補正式と同様に、複数の基準マーク計測位置から下記式（３）、（４）の各係数を最小二乗法により計算することで算出できる。

ｄ_s1x＝Ｍ_s1x＊ｘ＋θ_s1x＊ｙ＋Ｓ_s1x （３）
ｄ_s1y＝θ_s1y＊ｘ＋Ｍ_s1y＊ｙ＋Ｓ_s1y （４）
ここで、ｄ_s1x、ｄ_s1yは、各基準マーク位置（ｘ，ｙ）での位置ずれ量である。

次に、ＴＴＬアライメント検出系８ａ及び８ｂを用いて複数の基準マーク位置を計測し、露光位置でのステージ駆動特性である駆動倍率オフセット及び駆動ローテーションＭ_s2x、Ｍ_s2y、θ_s2x、θ_s2y、及びシフト量Ｓ_s2x、Ｓ_s2yを計測する。これらの駆動特性もグローバルアライメント時の補正式と同様に、複数の基準マーク計測位置から下記式（５）、（６）の各係数を最小二乗法により計算することで算出できる。

ｄ_s2x＝Ｍ_s2x＊ｘ＋θ_s2x＊ｙ＋Ｓ_s2x （５）
ｄ_s2y＝θ_s2y＊ｘ＋Ｍ_s2y＊ｙ＋Ｓ_s2y （６）
ここで、ｄ_s2x、ｄ_s2yは各基準マーク位置（ｘ，ｙ）での位置ずれ量である。

最後に、上記計測位置及び露光位置での各ステージ駆動特性から、下記式（７）、（８）、（９）、（１０）を用いて両計測位置間のステージ駆動特性差を算出する。

Ｍ_sx＝Ｍ_s1x／Ｍ_s2x （７）
Ｍ_sy＝Ｍ_s1y／Ｍ_s2y （８）
θ_sx＝θ_s1x−θ_s2x （９）
θ_sy＝θ_s1y−θ_s2y （１０）
尚、下記式（１１）、（１２）で算出できるＳ_sx、Ｓ_syは、Ｘ方向とＹ方向のベースラインずれ量（計測時に駆動したベースライン量ＢＬと計測したベースライン量の差分）である。

Ｓ_sx＝Ｓ_s1x−Ｓ_s2x （１１）
Ｓ_sy＝Ｓ_s1y−Ｓ_s2y （１２）
ここで、式（３）、（４）、（５）、（６）の各係数を求めるためには、少なくとも各ステージ位置において３つ以上の基準マーク計測値（ｄ_s1x、ｄ_s1y、ｄ_s2x、ｄ_s2y）が必要である。また、上記ステージ駆動特性を計測するためには、３つ以上の基準マークを計測する必要がある。

但し、Ｘ方向及びＹ方向の駆動倍率オフセット及び駆動ローテーションの差は、一定であり既知であるとする（Ｍ_s1x＝Ｍ_s1y＋Ｃ₁、θ_s1x＝θ_s1y＋Ｃ₂、Ｍ_s2x＝Ｍ_s2y＋Ｃ₃、θ_s2x＝θ_s2y＋Ｃ₄、Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃、Ｃ₄は既知な定数）と、２つ以上の基準マークで計測するだけでステージ駆動特性の算出が可能である。

以下、実施形態１について具体的に説明する。

実施形態１での露光装置の概要は、基準マークを有する基準部材の構成以外は、第一の従来例の図２の露光装置と同じである。

そこで、実施形態１における基準マークを有する基準部材の配置について、図３を用いて説明する。

図３は実施形態１のウエハステージを投影光学系方向から見た時の概略である。

実施形態１では、それぞれが基準マークを有する基準部材１２ａ〜１２ｄをウエハステージ５上に配置する。図３では、一例として、それぞれが基準マークを有する基準部材を４つ配置した例を示している。もちろん、基準マークを有する基準部材は、４つに限るものでは無く２つ以上であれば幾つでも構わない。また、同一基準部材上に複数の基準マークを構成しても構わない。

次に、図１を用いて、実施形態１における露光方法について説明する。

ステップＳ１０１は、計測位置ステージ駆動特性計測工程である。これは、ウエハステージ５を駆動して複数の基準部材１２ａ〜１２ｄ上それぞれの基準マークをＯＡアライメント検出系９で計測し、計測位置でのステージ駆動特性Ｍ_s1x、Ｍ_s1y、θ_s1x、θ_s1y及びシフト量Ｓ_s1x、Ｓ_s1yを計測する。ステージ駆動特性の算出方法については、前述した通りである。

ステップＳ１０２は、露光位置ステージ駆動特性計測工程である。これは、ウエハステージ５を駆動して複数の基準部材１２ａ〜１２ｄ上それぞれの基準マークをＴＴＬアライメント検出系８ａ及び８ｂで計測し、露光位置でのステージ駆動特性Ｍ_s2x、Ｍ_s2y、θ_s2x、θ_s2y、及びシフト量Ｓ_s2x、Ｓ_s2yを計測する。ステージ駆動特性の算出方法については、前述した通りである。

ステップＳ１０３は、ウエハパターン位置計測工程である。これは、従来例と同様に、ＯＡアライメント検出系９でウエハ４上のアライメントマークを計測し、ウエハ４上のパターンの位置ずれ量を計測する。

ステップＳ１０４は、露光工程である。これは、計測位置ステージ駆動特性計測工程で計測した計測位置ステージ駆動特性、及び露光位置ステージ駆動特性計測工程で計測した露光位置で露光位置のステージ駆動特性から算出したステージ駆動特性差で、ウエハパターン位置計測工程で計測したウエハ４上のパターンの位置ずれ量を補正した露光位置にウエハステージ５を駆動し、ウエハ４にレチクル２のパターンを転写する。

ここで、計測位置ステージ駆動特性計測工程、露光位置ステージ駆動特性計測工程は必ずしも露光毎に行う必要は無く、各ステージ駆動特性差を記憶媒体（例えば、制御部１１内のメモリ）に記憶しておき、前回の計測値を使用しても構わない。

例えば、予め定めたウエハ枚数または一定期間または不定期に計測位置ステージ駆動特性計測工程、露光位置ステージ駆動特性計測工程を行って、ステージ駆動特性差を取得して記憶媒体（例えば、制御部１１内のメモリ）に記憶しておき、その後は、記憶した各ステージ駆動特性差を用いても構わない。また、計測位置ステージ駆動特性計測工程、露光位置ステージ駆動特性計測工程を行った後に必ずウエハパターン位置計測工程や露光工程を行う必要も無い。

更に、毎回全ての基準部材上の基準マークを計測する必要も無く、一部の基準マークのみを計測し、ステージ駆動特性差が変化したと予想された場合のみ、全ての基準部材上の基準マークを計測して記憶したステージ駆動特性差を更新しても構わない。

例えば、通常は、従来と同様にベースライン計測工程を行いベースライン量ＢＬだけを更新し、ベースライン量ＢＬの変化が事前に設定した値を越えた時だけステージ駆動特性差を計測及び更新しても構わない。また、２つの基準マークだけを計測すると、ステージ駆動倍率を算出することができるので、駆動倍率の変化量が事前に設定した値を越えた時だけステージ駆動特性差を計測及び更新しても構わない。

このように、露光するプロセス工程や製品に合わせて、ステージ駆動特性差を計測するタイミング及び計測する基準マークの数を変えることにより、スループットの低下を最小に抑えることができる。

尚、実施形態１では、ステージ駆動特性差を露光工程で補正する例について説明したが、事前に計測したステージ駆動特性差を使用する場合は、ステージ駆動特性差をウエハパターン位置計測工程のアライメントマーク計測時のウエハステージ位置で補正しても構わないし、露光工程とウエハパターン位置計測工程の両方で補正しても構わない。

これらに加え、上記従来例では、ステージ間の駆動特性差を１次式で近似した例について説明したが、多次式を含む他の式で近似しても構わない。

例えば、３次式を用いた場合、ステージ駆動特性が曲線形状（弓なり）であっても計測が可能となる。ステージ駆動特性を多次式で近似した場合も、前述した特開平９−２１８７１４号公報と同様に各係数を最小二乗法により計算することで、ステージ駆動特性を算出することができる。

以上説明したように、実施形態１によれば、計測位置と露光位置でのステージ駆動特性差を計測及び補正することにより、ステージ駆動特性差の経時変化等による重ね合わせ誤差を防ぐことが可能である。

（実施形態２）
本発明の実施形態２について説明する。

実施形態２は、図５の第二の従来例の露光装置における課題を改良したものである。

実施形態２では、計測ステーション１３のウエハステージ５ａ（以下、計測ステージと呼ぶ）と露光ステーション１４のウエハステージ（以下、露光ステージと呼ぶ）でステージの駆動特性を計測し、その違いを露光時に補正する。

具体的には、ウエハチャック６ａ及び６ｂ上に、それぞれが基準マークを有する複数の基準部材を配置し、計測ステージと露光ステージで複数の基準マークを計測することにより、ステージ間の駆動特性差を計測して補正する。ステージ駆動特性差を計測する方法の基本的な考え方は、実施形態１と同様だが、以下の点が実施形態１と異なる。

実施形態１では、ウエハステージ上の基準部材が有する基準マークをＯＡアライメント検出系及びＴＴＬアライメント検出系で計測したのに対し、実施形態２では、ウエハ支持部であるウエハチャック上の基準部材が有する基準マークをＯＡアライメント検出系及びＴＴＬアライメント検出系で計測する点が異なる。また、ステージ駆動特性差の算出方法も多少異なるので、以下に説明する。

最初に、ＯＡアライメント検出系９を用いて、複数の基準部材上それぞれの基準マーク位置を計測し、計測ステージでのステージ駆動特性である駆動倍率オフセット及び駆動ローテーションＭ_s1x、Ｍ_s1y、θ_s1x、θ_s1y及びチャック位置ずれ量及び回転量Ｓ_c1x、Ｓ_c1y、θ_c1を計測する。これらの駆動特性は、グローバルアライメント時の補正式と同様に、複数の基準部材上それぞれの基準マーク計測位置から下記式（１３）、（１４）の各係数を最小二乗法により計算することで算出できる。

ｄ_s1x＝Ｍ_s1x＊ｘ＋（θ_s1x＋θ_c1）＊ｙ＋Ｓ_c1x （１３）
ｄ_s1y＝（θ_s1y＋θ_c1）＊ｘ＋Ｍ_s1y＋Ｓ_c1y （１４）
ここで、ｄ_s1x、ｄ_s1yは、各基準マーク位置（ｘ，ｙ）での位置ずれ量である。

次に、ＴＴＬアライメント検出系８ａ及び８ｂを用いて、複数の基準部材上それぞれの基準マーク位置を計測し、露光ステージでのステージ駆動特性である駆動倍率オフセット及び駆動ローテーションＭ_s2x、Ｍ_s2y、θ_s2x、θ_s2y及びチャック位置ずれ量及び回転量Ｓ_c2x、Ｓ_c2y、θ_c2を計測する。これらの駆動特性もグローバルアライメント時の補正式と同様に、複数の基準マーク計測位置から下記式（１５）、（１６）の各係数を最小二乗法により計算することで算出できる。

ｄ_s2x＝Ｍ_s2x＊ｘ＋（θ_s2x＋θ_c2）＊ｙ＋Ｓ_c2x （１５）
ｄ_s2y＝（θ_s2y＋θ_c2）＊ｘ＋Ｍ_s2y＋Ｓ_c2y （１６）
ここで、ｄ_s2x、ｄ_s2yは、各基準マーク位置（ｘ，ｙ）での位置ずれ量である。

最後に、上記計測位置及び露光位置での各ステージ駆動特性から、下記式（１７）、（１８）、（１９）、（２０）を用いて両計測位置間のステージ駆動特性差を算出する。

Ｍ_sx＝Ｍ_s1x／Ｍ_s2x （１７）
Ｍ_sy＝Ｍ_s1y／Ｍ_s2y （１８）
θ_sx＝θ_s1x−θ_s2x （１９）
θ_sy＝θ_s1y−θ_s2y （２０）
尚、チャック位置ずれ量及び回転量Ｓ_c1x、Ｓ_c1y、θ_c1、Ｓ_c2x、Ｓ_c2y、θ_c2は、従来例のチャック位置ずれ量及び回転量と同じである。

ここで、式（１３）、（１４）、（１５）、（１６）の各係数を求めるためには、少なくとも各ステージ位置において４つ以上の基準マーク計測値（ｄ_s1x、ｄ_s1y、ｄ_s2x、ｄ_s2y）が必要である。また、上記ステージ駆動特性を計測するためには、４つ以上の基準マークを計測する必要がある。

但し、Ｘ方向及びＹ方向の駆動倍率オフセット及び駆動ローテーションの差は一定であり既知であるとする（Ｍ_s1x＝Ｍ_s1y＋Ｃ₁、θ_s1x＝θ_s1y＋Ｃ₂、Ｍ_s2x＝Ｍ_s2y＋Ｃ₃、θ_s2x＝θ_s2y＋Ｃ₄、Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃、Ｃ₄は既知な定数）と、３つ以上の基準マークで計測及び補正が可能である。

以下、実施形態２について具体的に説明する。

実施形態２での露光装置の概要は、ウエハ支持部であるウエアチャック６ａ及び６ｂ上の基準マークを有する基準部材の構成以外は、第二の従来例の図４の露光装置と同じである。

そこで、実施形態２におけるウエハ支持部であるウエアチャック６ａ及び６ｂ上の基準マークを有する基準部材の配置について、図６を用いて説明する。

図６は実施形態２のウエハ支持手段チャックを投影光学系方向から見た時の図である。

実施形態２では、それぞれが基準マークを有する複数の基準部材１２ａ〜１２ｄをそれぞれウエハチャック６ａ及び６ｂ上に配置する。図６では、一例として、それぞれが基準マークを有する基準部材を４つ配置した例を示している。もちろん、基準マークを有する基準部材は、４つに限るものでは無く３つ以上であれば幾つでも構わない。また、同一基準部材上に複数の基準マークを構成しても構わない。

これに加えて、実施形態２においても、第二の従来例と同様に、計測ステーションと露光ステーション間を移動する時にウエハを支持する基板支持部としてウエハチャックを用いる例について述べたが、ウエハステージ５ａとウエハステージ５ｂをウエハ移動時の基板支持部として用いても構わない。この時は、ウエハチャック上のアライメントマークを検出する代わりに、ウエハステージ上のアライメントマークを同様に検出する。

次に、図４を用いて、実施形態２における露光方法について説明する。

ステップＳ２０１は、計測ステージ駆動特性計測工程である。これは、ウエハ４ａ及びウエハチャック６ａを乗せた計測ステージ５ａを駆動し、複数の基準部材１２ａ〜１２ｄ上それぞれの基準マークをＯＡアライメント検出系９で計測し、計測位置でのステージ駆動特性を計測する。ステージ駆動特性の算出方法については、前述した通りである。

ステップＳ２０２は、ウエハパターン位置計測工程である。これは、計測ステーション５ａにおいて、ＯＡアライメント検出系９を用いてウエハ４ａ上のアライメントマーク位置を計測することにより、ウエハ４ａ上のパターン（ウエハパターン）の位置を計測する。ウエハパターン位置計測工程は、前述した従来例と同様なので詳細は省略する。

ステップＳ２０３は、露光ステージ駆動特性計測工程である。これは、計測ステージ駆動特性計測工程で用いたウエハ４ｂ及びウエハチャック６ｂを載置した露光ステージ５ｂを駆動し、複数の基準部材１２ａ〜１２上の基準マークをＴＴＬアライメント検出系８ａ及び８ｂで計測し、露光ステージ駆動特性を計測する。ステージ駆動特性の算出方法については、前述した通りである。

ステップＳ２０４は、露光工程である。これは、計測ステージ駆動特性計測工程で計測した計測ステージ駆動特性、及びウエハパターン位置計測工程で計測したウエハ４ａ上のパターンの位置ずれ量、露光ステージ駆動特性計測工程を計測した露光ステージ駆動特性から算出した露光位置に露光ステージ５ｂを駆動し、ウエハ４ｂにレチクル２のパターンを転写する。

ここで、計測位置ステージ駆動特性計測工程、露光位置ステージ駆動特性計測工程は必ずしも露光毎に行う必要は無く、各ステージ駆動特性差を記憶媒体（例えば、制御部１１内のメモリ）に記憶しておき、前回の計測値を使用しても構わない。

例えば、予め定めたウエハ枚数または一定期間または不定期に計測位置ステージ駆動特性計測工程、露光位置ステージ駆動特性計測工程を行って、ステージ駆動特性差を取得して記憶媒体（例えば、制御部１１内のメモリ）に記憶しておき、その後は、記憶した各ステージ駆動特性差を用いても構わない。また、計測位置ステージ駆動特性計測工程、露光位置ステージ駆動特性計測工程を行った後に必ずウエハパターン位置計測工程や露光工程を行う必要も無い。例えば、基板支持部であるウエハチャックのみを用いて、計測位置ステージ駆動特性計測工程、露光位置ステージ駆動特性計測工程を行い、ステージ駆動特性差だけを計測しても構わない。

更に、毎回全ての基準部材上の基準マークを計測する必要も無く、一部の基準マークのみを計測し、ステージ駆動特性差が変化したと予想された場合のみ、全ての基準部材上の基準マークを計測して記憶したステージ駆動特性差を更新しても構わない。

例えば、通常は、３つの基準マークを計測してステージ駆動特性差の１つであるステージ駆動の直行度（駆動ローテーションのＸＹ差）を算出し、この直行度の変化が事前に設定した閾値を越えた時だけ、より多くの基準マークを計測してステージ駆動特性差を算出及び更新しても構わない。

このように、露光するプロセス工程や製品に合わせて、ステージ駆動特性差を計測するタイミング及び計測する基準マークの数を変えることにより、スループットの低下を最小に抑えることができる。

尚、実施形態２では、ステージ駆動特性差を露光工程で補正する例について説明したが、事前に計測したステージ駆動特性差を使用する場合は、ステージ駆動特性差をウエハパターン位置計測工程のアライメントマーク計測時のウエハステージ位置を補正しても構わないし、露光工程とウエハパターン位置計測工程の両方で補正しても構わない。

これらに加え、上記従来例では、ステージ間の駆動特性差を１次式で近似した例について説明したが、多次式を含む他の式で近似しても構わない。

例えば、３次式を用いた場合、ステージ駆動特性が曲線形状（弓なり）であっても計測が可能となる。ステージ駆動特性を多次式で近似した場合も、前述した特開平９−２１８７１４号公報と同様に各係数を最小二乗法により計算することで、ステージ駆動特性を算出することができる。

以上説明したように、実施形態２によれば、計測ステージ（計測位置）と露光ステージ（露光位置）でのステージ駆動特性差を計測及び補正することにより、ステージ駆動特性差の経時変化等による重ね合わせ誤差を防ぐことが可能である。

尚、実施形態１及び２では、基準マークを有する基準部材がウエハステージやウエハチャック上に構成されている例について説明したが、基準マークそのものがウエハステージやウエハチャックに構成されていても良い。

［露光装置の応用例］
次に上記の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１２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。ステップ１（回路設計）では、半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（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を作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）では、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。

次のステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエ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）等の組立て工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５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なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。

図１３は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。

ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。

ステップ１６（露光）では、上記の露光装置によって回路パターンをウエハに転写する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。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なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の実施形態１の露光方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１を適用する露光装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態１の基準部材の構成を示す図である。 本発明の実施形態２の露光方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２を適用する露光装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態２の基準部材の構成を示す図である。 第１の従来例の基準部材の構成を示す図である。 第１の従来例のレチクルマークの構成を示す図である。 第１の従来例の露光方法を示すフローチャートである。 第２の従来例の基準部材の構成を示す図である。 第２の従来例の露光方法を示すフローチャートである。 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。 図１２におけるウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。

符号の説明

１ 照明光学系
２ レチクル
３ 投影光学系
４ ウエハ
５ ウエハステージ
６ ウエハチャック
７ ウエハステージ制御部
８ ＴＴＬアライメント検出系
９ ＯＡアライメント検出系
１０ 高さ検出部
１１ 制御部
１２ 基準部材
１３ 計測ステーション
１４ 露光ステーション
１５ ウエハ供給部

Claims (7)

1. 原版を介して基板を露光し、かつ該基板に配されたマークの位置の計測と該基板の露光とを単一のステーションで行う露光装置であって、
   該原版からの光を基板に投影する投影光学系と、
   該基板を保持し、かつ移動するステージと、
   該ステーションに配され、かつ前記投影光学系を介さずに、前記ステージに保持された該基板に配されたマークの位置を計測する第１計測手段と
   該ステーションに配され、かつ前記投影光学系を介して、前記ステージに配された基準マークの位置を計測する第２計測手段とを備え、
   前記第１計測手段が前記ステージに配された基準マークの位置を計測し、
   前記第１計測手段により計測された、前記ステージに配された複数の基準マークの位置を、該複数の基準マークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第１の係数を算出し、
   前記第２計測手段により計測された該複数の基準マークの位置を、該複数の基準マークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第２の係数を算出し、かつ
   該算出された第１の係数と、該算出された第２の係数と、前記第１計測手段により計測された、該基板に配された複数のマークの位置とに基づき、該基板に配されたパターンの位置を算出する、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 原版を介して基板を露光する露光装置であって、
   該原版からの光を基板に投影する投影光学系と、
   該基板を保持し、かつ移動するステージと、
   前記投影光学系を介さずに、前記ステージに保持された該基板上のマークの位置を計測する第１計測手段と
   前記投影光学系を介して、前記ステージに配された基準マークの位置を計測する第２計測手段とを備え、
   前記第１計測手段が前記ステージに配された基準マークの位置を計測し、
   前記第１計測手段により計測された、前記ステージに配された複数の基準マークの位置を、該複数の基準マークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第１の係数を算出し、
   前記第２計測手段により計測された該複数の基準マークの位置を、該複数の基準マークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第２の係数を算出し、
   該算出された第１の係数と、該算出された第２の係数と、前記第１計測手段により計測された、該基板に配された複数のマークの位置とに基づき、該基板に配されたパターンの位置を算出し、かつ
   前記第１計測手段により計測された該複数の基準マークの数より少ない数の、前記ステージに配された複数の基準マークの位置と、前記第２計測手段により計測された該少ない数の複数の基準マークの位置とに基づき、該第１の係数と該２の係数とを更新するか否かを判断する、
   ことを特徴とする露光装置。
3. 原版を介して基板を露光する露光装置であって、
   該原版からの光を基板に投影する投影光学系と、
   該基板を保持し、かつ移動するステージと、
   前記投影光学系を介さずに、前記ステージに保持された該基板上のマークの位置を計測する第１計測手段と
   前記投影光学系を介して、前記ステージに配された基準マークの位置を計測する第２計測手段とを備え、
   前記第１計測手段が前記ステージに配された基準マークの位置を計測し、
   前記第１計測手段により計測された、前記ステージに配された複数の基準マークの位置を、該複数の基準マークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第１の係数を算出し、
   前記第２計測手段により計測された該複数の基準マークの位置を、該複数の基準マークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第２の係数を算出し、
   該算出された第１の係数と、該算出された第２の係数と、前記第１計測手段により計測された、該基板に配された複数のマークの位置とに基づき、該基板に配されたパターンの位置を算出し、かつ
   該第１の係数と該第２の係数とは、それぞれ回転に関する係数を含む、
   ことを特徴とする露光装置。
4. 前記第１計測手段により計測された、該基板に配された複数のマークの位置を、該複数のマークの設計上の位置を用いて近似的に表すための第３の係数を算出し、
   該算出された第１の係数と、該算出された第２の係数と、該算出された第３の係数とに基づき、該基板に配されたパターンの位置を算出する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 該基板に配されたマークの位置の計測を計測ステーションで行い、該基板の露光を露光ステーションで行い、前記第１計測手段は該計測ステーションに配され、かつ前記第２計測手段は該露光ステーションに配されている、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の露光装置。
6. 前記ステージは、該基板を保持するチャックを有し、
   該複数の基準マークは、前記チャックに配されている、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の露光装置。
7. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   該露光された基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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