JP5219534B2 - 露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は露光装置及びデバイス製造方法に関する。

従来、フォトリソグラフィー技術を用いて半導体デバイスや液晶デバイス等のデバイスを製造する際に、投影光学系を介して原版のパターンを感光剤が塗布された感光基板上に露光し転写している。

近年デバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う感光基板の微細加工技術の進展も著しい。この微細加工技術の中心をなす露光装置として、ミラープロジェクションアライナー、ステッパー、スキャナー等がある。ミラープロジェクションアライナーは円弧状の露光領域を持つ等倍のミラー光学系に対して原版と感光基板を走査しながら露光する等倍投影露光装置である。ステッパーは原版のパターン像を屈折光学系により感光基板上に形成し、感光基板をステップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置である。スキャナーは原版を走査するのに同期させて感光基板を走査しながら露光する縮小投影露光装置である。

最近では、投影露光装置に搭載される投影光学系の高解像力化が進み、それに伴い投影光学系の収差補正にも厳しい要求がなされている。そのため露光装置本体に投影光学系を搭載した後に投影光学系の収差を計測し検査することが不可欠となっている。

このような要求を満たすものとして、露光装置本体に投影光学系の収差を計測することができる干渉計を搭載したものがある（特許文献１，２）。

前記干渉計は、光の回折限界以下の直径で構成されたピンホールや、光の回折限界以下の幅で構成されたスリット等の収差計測用パターンを用いて干渉縞を形成し、前記干渉縞を撮像素子などによって計測する。また、フィゾー干渉計やシェアリング干渉計を用いた計測方法もある。
特開２０００−２７７４１１号公報 特開２０００−２７７４１２号公報

微細な収差計測用パターン（ピンホールやスリット等）を用いて干渉計を構成し投影光学系の収差を計測する場合、原版側及び感光基板側の収差計測用パターンを適切な位置に精度よく位置決めする必要がある。原版側の収差計測用パターンは、原版の上又は近傍に構成され、感光基板側の収差計測用パターンは、感光基板の上又近傍に構成される。

照明光学系から原版側収差計測用パターン、投影光学系、感光基板側の収差計測用パターンを経て入射してくる光量を撮像素子等によって計測し、原版側及び感光基板側の収差計測用パターンの相対位置を位置決めする方法がある。該方法は、適切な位置と該位置での光量の相関関係を予め調査しておき、原版側又は感光基板側の収差計測用パターンのどちらか、又は両方を走査し、望ましい光量が計測された場合に、適切な位置と判断するものである。

しかし、各収差計測用パターンは光の回折限界以下の大きさで構成された微細なパターンであるので、原版側と感光基板側との収差計測用パターンの相対位置を求めるのは難しい。そのため、前記光量検出器によって適切な光量を計測するためには、原版側又は感光基板側の収差計測用パターンのどちらか、又は両方の走査を何度も繰り返す必要があった。その結果、収差計測用パターンの位置合わせに時間がかかり、投影光学系の収差を適時に計測できなかった。

本発明は、投影光学系の収差を計測するために使用する収差計測用パターンを短時間で位置合わせしうる露光装置を提供することを目的とする。

本発明は、原版のパターンで基板を露光する露光装置であって、前記原版を支持する原版ステージと、前記基板を支持する基板ステージと、前記原版のパターンを前記基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系の収差を計測する計測系と、を備え、前記計測系は、前記原版ステージに配置された第１の収差計測用パターンと、前記基板ステージに配置された第２の収差計測用パターンと、前記第１の収差計測用パターンと前記第２の収差計測用パターンとを位置合わせさせるための、前記原版ステージに配置された第３のパターンと、前記第１の収差計測用パターンと前記第２の収差計測用パターンとを位置合わせさせるための、前記基板ステージに配置された第４のパターンと、前記第３のパターンと前記第４のパターンとの位置を検出する検出系と、前記検出系による前記第３のパターンと前記第４のパターンとの位置の検出結果、前記第１の収差計測用パターンと前記第３のパターンとの相対位置の情報、及び、前記第２の収差計測用パターンと前記第４のパターンとの相対位置の情報を用いて、前記第１の収差計測用パターンと前記第２の収差計測用パターンとを位置合わせさせるように前記原版ステージ及び前記基板ステージの少なくともいずれかを制御する制御器と、を含み、前記計測系は、位置合わせされた前記第１の収差計測用パターンと前記第２の収差計測用パターンとを用いて前記投影光学系の収差を計測することを特徴とする。

本発明によれば、投影光学系の収差を計測するために使用する収差計測用パターンを短時間で位置合わせしうる露光装置を提供することができる。

［実施例１］
図１は、原版のパターンを基板上に投影する投影光学系の収差を計測する計測系を搭載した露光装置の一例を示す図である。図１において、エキシマレーザ等の露光光源１から出射した光束は、引き回し光学系２により、露光装置本体の第１の照明系３に引き回される。光束の全部又は一部は、図示しない第２の照明系を介してTTRアライメントスコープ４にも引き回される。TTRアライメントスコープ４は、レチクル（原版）６上又はその近傍に配置されたアライメントマークAMRと、ウエハ（感光基板）９上又はその近傍に配置されたアライメントマークAMWとを、投影光学系７を介して精度よく位置合わせする。TTRアライメントスコープ４は、通常の露光を行う場合、投影光学系の光路外に配置されている。アライメントを行う場合、TTRアライメントスコープ４の一部もしくは全部が駆動し、投影光学系７の光路上に配置される。

第１の照明系３に入った光束は、光束形整形、インコヒーレント化、σ調整、視野調整等が行われて、レチクル６に照明される。レチクル６はレチクルステージ（原版ステージ）５上に支持されており、スキャンタイプの露光装置では露光に応じてレチクルステージ５が駆動される。レチクルステージ５及びウエハステージ（基板ステージ）８は制御器Ｃによって制御される。

レチクル６上に配された転写パターンは投影光学系７によりウエハステージ８によって支持されたウエハ９に投影露光される。レチクルステージ５によって支持されたレチクル６の近傍には、投影光学系７の収差を計測するための第１の収差計測用パターンが形成された第１のマスク２０が搭載されている。本実施例ではレチクル６を位置合わせするためのアライメントマークAMRも第１のマスク２０上に形成されている。ウエハステージ８上には、投影光学系７の収差を計測するために、第２のマスク１０、撮像素子１１、通信用ケーブル１２が搭載される。

第２のマスク１０上には、投影光学系７の収差を計測するための第２の収差計測用パターンが形成されている。また本実施例では、ウエハ９を位置合わせするためのアライメントマークAMWも第２のマスク１０に形成されている。第１のマスク２０と第２のマスク１０とに構成された２つの収差計測用パターンの相対的な位置を適切に合わせることにより、撮像素子１１上に干渉縞が形成され、その干渉縞が計測される。計測された干渉縞は、通信用ケーブル１２を経て不図示の収差計測演算装置によって信号処理され、投影光学系７の収差が計測される。

投影光学系７の収差を計測する方法に関して簡単に説明を行う。レチクル側に配置される第１のマスク２０の概略図を図２に示す。第１のマスク２０は９０度の角度で配された２種類のスリット４０，４１を備える。スリット４０，４１は、レチクル側の第１の収差計測用パターンを構成する。スリット４０とスリット４１とは幅と長さが同一で方向だけが異なっている。ここではスリット４０を０度方位スリット、スリット４１を９０度方位スリットと呼ぶ。スリット４０，４１の幅Δｒは投影光学系７のレチクル側、すなわち物体側の開口数をＮＡｏとし、露光波長をλとすると、以下の式１で決定される回折限界以下の幅となっている。]
△ｒ＜０．５λ／ＮＡｏ・・・（１）
スリットの幅Δｒが式１を満足するようにすることで、スリット４０，４１から回折する光は、ＮＡｏの範囲で等位相とみなせる。長さＬｒは長いほど光量の観点からよいが、投影光学系７の収差が同一とみなせる、いわゆるアイソプラナティック領域より小さくする必要がある。

第１の照明系３からの光束はまず０度方位スリット４０のみに照射される。スリット４０は回折限界以下の幅であるため、スリット射出後の光は図中のｘ方向に広がった、ｘ方向に関しては等位相の波面を持った回折光となる。

一方、スリット４０のｙ方向すなわち、長手方向への光の回折は小さいので、少なくとも、図２のｙ方向に関しては、投影光学系７の物体側すなわちレチクル側の開口数と同等かそれ以上の開口数を持つような光束を第１の照明系３でスリット４０に照射する。これにより、投影光学系７の光学瞳全面に光が照射されるようになる。しかも、スリット４０の短手方向に回折した光は等位相となっている。

本実施例の光線分割手段１８を図３に示す。図３では光線分割手段１８は振幅型の回折格子である。ｙ方向に長いスリット４０を使用して計測する場合には、図３の４２で示される、ｘ方向にラインが並んでいる回折格子を使用する。回折格子４２により光束は図のｘ方向に光が分割されることになる。分割された複数の光束は、投影光学系７により第２のマスク１０に結像する。

図４に第２のマスク１０の詳細を示す。第２のマスク１０は、０度方位に配されたスリット４４と窓４５のペアと、９０度方位に配されたスリット４６と窓４７のペアで構成される。スリット４４，４６と窓４５，４７とは、ウエハ側の第２の収差計測用パターンを構成する。スリット４４と窓４５のペアとスリット４６と窓４７のペアは幅や間隔などは同一で方位のみが異なっている。

スリット４４と４６の幅Δwは投影光学系７のウエハ側すなわち像側の開口数をＮＡｉとして、以下の式（２）で決定される回折限界以下の幅となっている。
△ｗ＜０．５λ／ＮＡｉ・・・（２）
スリット４４とスリット４６の幅が式２を満足するようにすることで、スリット４４，４６から回折する光はNＡｉの範囲で等位相とみなせる。

窓の幅Δw’は計測したい投影光学系７の空間周波数により決定する。高周波まで計測したい場合は広く、低周波でよいときは狭くする。投影光学系７の瞳の空間周波数をfとおくとΔw’は、以下の式（３）にようになる。ここで、瞳半径で一周期となる波面収差の周波数ｆを１とする。
△ｗ’＝２×ｆ×λ／ＮＡｉ・・・（３）
スリット４４と窓４５の長さＬｗは光量の観点から長いほどよいが、投影光学系７の収差が同一とみなせる、いわゆるアイソプラナティック領域より小さくする必要がある。

スリット４０を回折し、回折格子４２で回折した光のうち、０次光がスリット４４上、１次光が窓４５上に結像するように、回折格子４２のピッチは決定される。その他の回折光はマスク１０の遮光部で遮光される。１次光の代わりに−１次光を使用してもよい。

窓４５を通過した光束は投影光学系７の波面収差の影響をうけている。一方、スリット４４は回折限界以下の幅であるため、スリット射出後の光は図中のｘ方向に広がり、ｘ方向に関しては投影光学系７の波面収差情報の消えた、等位相の波面を持った回折光となる。図５にスリット４４と窓４５の中心から射出された光の模式図を表す。

スリット４４と窓４５からの２つの光束の干渉縞がCCD等の撮像素子１１で観察される。図６に干渉縞の様子を示す。スリット４４と窓４５の間隔の分だけ中心のずれた投影光学系７の瞳の像が２つ撮像され、これらの共通領域に干渉縞が発生している。図６では４８の像がスリット４４からの光束、４９の像が窓４５からの光束を表している。

光束４９のｘ方向は等位相なので、図６の干渉縞から位相情報を取り出すと、投影光学系７のｘ方向の波面収差を求めることができる。

しかしながら、撮像素子１１上に干渉縞を形成するためには、第１のマスク２０と第２のマスク１０との上の同方位の収差計測用パターンを相対的に適切な位置に合わせる必要がある。例えば、第１のマスク２０上のスリット４０と第２のマスク１０上のスリット４４又は窓４５の位置、または、第１のマスク２０上のスリット４１と第２のマスク１０上のスリット４６又は窓４７の位置といった具合である。ここで、相対的に適切な位置とは、投影光学系７の収差を計測するために最も適した位置のことである。

以下、本実施例における位置合わせ方法に関して説明を行う。

本実施例では、第１のマスク２０上と第２のマスク１０上の同方位マークを相対的に適切な位置に合わせるために、第１のマスク２０上にアライメントマーク１を構成し、第２のマスク１０上にアライメントマーク２を構成する（図７、図８を参照）。以下の説明では、アライメントマーク１をAM１と呼び、アライメントマーク２をAM２と呼ぶこととする。ＡＭ１は、第１のマスク２０上の収差計測用パターン（例えばスリット４０）から予め定められた距離だけ離れた位置に形成されている。また、第２のマスク１０上の収差計測用パターン（例えばスリット４４）から予め定められた距離だけ離れた位置にもＡＭ２が形成されている。ＡＭ１とＡＭ２とは、レチクル側の収差計測用パターンとウエハ側の収差計測用パターンとを位置合わせするための第３のパターンと第４のパターンとをそれぞれ構成している。制御器Ｃは、ＡＭ１とＡＭ２を用いて第１の収差計測用パターンと第２の収差計測用パターンとの相対的な位置合わせを行う。ＡＭ１とＡＭ２の位置合わせを行う検出系として、本実施例では、２つのアライメントマークＡＭ１及びＡＭ２の双方を同時に撮像し、その撮像結果からＡＭ１とＡＭ２との相対位置を決定するＴＴＲアライメントスコープ４を使用する。ＴＴＲアライメントスコープ４を用いて、ＡＭ１を照明し、反射部からの反射光を用いてＡＭ１を観察する。またＡＭ１の透過部を通った照明光は、投影光学系７を介してＡＭ２を照明し、ＡＭ２からの反射光をやはり投影光学系７を介して観察する。ＡＭ１とＡＭ２を同時に観察できるため、ＴＴＲアライメントスコープ４の時間的な変化などに影響されることが無く、相対位置を精度よく計測することが可能である。計測情報を用いてAM１とAM２の相対位置を精度よく適切な位置に合わせることが可能である。ＡＭ１とＡＭ２の位置合わせを行った後に、第１のマスク２０を、前記第１のマスク２０上の収差計測用パターン４０とＡＭ１との距離だけ移動し、第２のマスク１０を、前記第２の収差計測用パターン４４とＡＭ２との距離だけ移動する。そうすると、第１のマスク２０上の収差計測用パターン４０と第２のマスク１０上の収差計測用パターン４４とを位置合わせすることが可能となる。

第１のマスク２０上の収差計測用パターン４０と第３のパターンＡＭ１との位置関係と第２のマスク上の収差計測用パターンと第４のパターンＡＭ２との位置関係とを投影光学系の縮小率を加味した位置関係とすることが好ましい。これにより、第３のパターンＡＭ１と第４のパターンＡＭ２の相対位置をあわせることが、第１のマスク上の収差計測用パターンと第２のマスク上の収差計測用パターンとの相対位置を合わせることになる。すなわち第１のマスク及び第２のマスクを移動させる必要なく、第１のマスク上の収差計測用パターンと第２のマスク上の収差計測用パターンとの相対位置を精度よく、短時間で合わせることが可能となる。

収差計測用パターンを位置合わせする場合に、投影光学系の収差を計測する際に最低限必要な照明領域を避けて各アライメントマークを配置しうる。また、TTRアライメントスコープで各アライメントスコープを観察する際にも、前記照明領域を避けることができる配置にしうる。このようにすると、投影光学系の収差を計測する際にTTRアライメントスコープを光路外に退避させる必要がなくなり、退避させる時間を省略することが可能である。その結果、第１のマスク上の収差計測用パターンと第２のマスク上の収差計測用パターンの相対位置を合わせた後、短時間で収差の計測を開始することができる。

本実施例では、収差計測用パターンとＡＭ１及びＡＭ２を別のマークとして構成しているがこれに限るものではない。

［実施例２］
以下、実施例２について説明するが、ここで、前述した実施例１と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともに、その説明を簡略にし若しくは省略する。

図９は本実施例の概略構成図である。本実施例では、第３のパターンであるＡＭ１と第４のパターンであるＡＭ２との位置合わせにＴＴＲアライメントスコープ４ではなく、ＡＭ１とＡＭ２との双方を通過した光の光量を検出する光量検出器１３を用いる。光量検出器１３は例えばフォトダイオードであり、ウエハステージ上の第２のマスク１０の下方に構成されている。または、第２のマスク１０の下方に引き回し光学系を構成し、ウエハステージ内又はウエハステージ外の任意の場所に光量検出器を配置しても良い。

本実施例において、レチクル側の収差計測用パターンとウエハ側の収差計測用パターンを位置合わせする方法について説明を行う。露光光源１から出射した光は第１の照明系３を通過して第１のマスク２０上のアライメントマークＡＭ１に照射される。ＡＭ１の透過部を透過した光は、投影光学系７と透過し、第２のマスク１０上のアライメントマークＡＭ２に照射される。ＡＭ２の透過部を透過した光は、光量検出器１３に入射する。入射する光量の値は、ＡＭ１とＡＭ２の相対位置関係によって決まる。一般的には、光量検出器１３の出力である、ＡＭ１とＡＭ２を透過した光の光量が最大となる位置が最適な相対位置関係となるように設計されている。しかしこれに限るものではなく、前記光量が最小となる位置が最適な相対位置関係となるよう設計されていても良いし、別の特徴から相対位置を算出しても良い。

本実施例ではＡＭ１とＡＭ２を同時に観察できるため、時間的な変化などに影響されることが無く、相対位置を精度よく計測することが可能である。また、計測に必要な構成要素が少ないため、系統的な誤差を低減することが可能である。ＡＭ１とＡＭ２の相対位置合わせを行った後に、第１のマスクを、前記第１のマスク上の収差計測用パターンとＡＭ１との距離だけ移動し、第２のマスクを、第２のマスク上の収差計測用パターンとＡＭ２との距離だけ移動する。そうすれば、第１のマスク上の収差計測用パターンと第２のマスク上の収差計測用パターンとを位置合わせすることが可能となる。

本実施例では、投影光学系の収差計測手段である撮像素子１１と、光量検出器１３とを別の構成要素として述べたが、これに限るものではなく、同一の要素としても良い。

本実施例では、第１の照明系３を用いてＡＭ１及びＡＭ２を照明して位置合わせしているが、これに限るものではない。別途他の照明系を用意して照明を行い、位置合わせしても良い。

［実施例３］
以下、実施例３について説明する。ここで、前述した実施例１，２と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともに、その説明を簡略にし若しくは省略する。

図１０は本実施例の概略構成図である。レチクル及び第１のマスクのＸＹ方向の位置合わせを行うためのレチクルアライメントスコープ（原版アライメントスコープ）２６、Ｚ方向の位置合わせを行うためのレチクルフォーカスセンサー２７が構成されている。レチクルアライメントスコープ２６は例えばＣＣＤなどの撮像素子と複数の光学素子によって構成されている。撮像素子とレチクル面及び第１のマスク面は共役な関係とすることができ、レチクル面上及び第１のマスク面上を観察することができる。レチクルフォーカスセンサー２７は例えば斜入射光学系とＣＣＤなどの撮像素子によって構成されており、レチクル面及び第１のマスク面のＺ方向の位置を、撮像素子上の位置ずれとして検出する。

ウエハ及び第２のマスクのＸＹ方向の位置合わせを行うためのウエハアライメントスコープ（基板アライメントスコープ）１６、Ｚ方向の位置合わせを行うためのウエハフォーカスセンサー１７が構成されている。ウエハアライメントスコープ１６は例えばＣＣＤなどの撮像素子と複数の光学素子によって構成されている。撮像素子とウエハ面及び第２のマスク面は共役な関係とすることができ、ウエハ面上及び第２のマスク面上を観察することができる。ウエハフォーカスセンサー１７は例えば斜入射光学系とＣＣＤなどの撮像素子によって構成されており、ウエハ面及び第２のマスク面のＺ方向の位置を、撮像素子上の位置ずれとして検出する。

第１のマスク上に構成された収差計測用パターンのＸＹ方向の相対位置合わせを行う際には、レチクルアライメントスコープ２６によって、ＡＭ１の計測を行う。また、Ｚ方向の相対位置合わせ行う際には、レチクルフォーカスセンサー２７によってＡＭ１の計測を行う。ＡＭ１と収差計測用パターンの相対位置は設計値もしくは予め求めておいた値から知ることができる。同様に、第２のマスク上に構成された収差計測用パターンのＸＹ方向の相対位置合わせを行う際には、ウエハアライメントスコープ１６によって、ＡＭ２の計測を行う。また、Ｚ方向の相対位置合わせ行う際には、ウエハフォーカスセンサー１７によってＡＭ２の計測を行う。ＡＭ２と収差計測用パターンの相対位置は設計値もしくは予め求めておいた値から知ることができる。

前述のように計測したＡＭ１とＡＭ２のそれぞれの位置を元に、第１のマスク上の収差計測用パターンと第２のマスク上の収差計測用パターンとの相対位置合わせを行うことが可能である。

また、レチクルフォーカスセンサー２７はＡＭ１を計測し、ウエハフォーカスセンサー１７はＡＭ２を計測しているが、これに限るものではない。どちらのフォーカスセンサーも斜入射光学系を用いた位置ずれ検出方式であるため、第１のマスク上や第２のマスク上の平面を用いた計測でも良い。

本実施例では、レチクルフォーカスセンサー２７とウエハフォーカスセンサー１７とはそれぞれAM1とAM2を計測するがこれに限るものではない。両フォーカスセンサー２７，１７は斜入射方式を用いたフォーカスセンサーであるため、マスク平面上の任意の点を計測することができる。したがって、AM1もしくはAM2の位置に替えて、マスク平面上の任意の点の計測値を使って位置合わせを行うことも可能である。

またマスク平面上の複数の点を計測することにより、マスク面の歪みを計測することができるため、その歪み量分だけ補正し位置合わせを行うことで、より精度良く位置合わせを行うことができる。

［実施例４］
本発明の実施例４を図１を用いて説明する。ここでは、前述した実施例１と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともに、その説明を簡略にし若しくは省略する。

実施例１では、TTRアライメントスコープ４はAM1及びAM2の計測を行っているが、本実施例では収差計測用パターンを直接計測する。

前述のとおり、従来技術では収差計測用パターンの位置合わせには撮像素子11を用いて、例えばスリット40とスリット44もしくは窓45の両方を透過した光量を検出していた。光量検出方式であるため、微細なパターンであるスリット40を透過した光は照射範囲が狭く、検出し難かった。つまり、検出範囲が狭く、検出範囲外の領域は模索しながら計測するため時間が必要であった。しかし本実施例では、光量検出方式ではなく、収差計測用パターンを顕微鏡（TTRアライメントスコープ）によって撮像し、その撮像結果から収差計測用パターンの位置を決定する検出方式を用いている。そのため、収差計測用パターンはTTRアライメントスコープ４の視野内にさえ入っていれば、位置ずれ量を計測することができる。TTRアライメントスコープ４の視野は通常100μm²程度(第2のマスク上での寸法)であり、スリット40と比べて非常に大きい視野を持っているので、検出範囲を拡大することができる。TTRアライメントスコープ４の視野は大きいほど検出範囲を広げることが可能である。しかし、視野の拡大はTTRアライメントスコープ４の巨大化、設計難易度の増加などの不都合もあるため、それらを鑑みて適切な視野を選択すると良い。

TTRアライメントスコープ４を使用する場合、第１のマスク上の収差計測用パターンと第２マスク上の収差計測用パターンを同時に計測できるため、短時間で位置合わせを行うことができる。

しかしながら、同時計測に限るものではない。例えば、第２のマスク上の収差計測用パターンをTTRアライメントスコープにて位置計測し、続いて第1のマスク上の収差計測用パターンの位置を計測することにより、それぞれのパターンの相対位置を求めることができ、位置合わせを行うことができる。ここでは第2のマスク上の収差計測用パターンを先に計測したが、第1のマスク上の収差計測用パターンを先に計測しても同様な効果を得ることができる。

本実施例では、TTRアライメントスコープは収差計測用パターンを直接計測する。そのため、例えばＡＭ１と第1のマスク上の収差計測用パターンの相対位置が製造誤差やマスク面の歪みなどによって設計値と異なるといったことに起因する実施例１〜３で発生しうる位置合わせ誤差を気にしなくて良い。ＡＭ２と第２のマスク上の収差計測用パターンとの相対位置が製造誤差やマスク面の歪みなどに起因する位置合わせ誤差も同様である。よって、精度良く位置合わせを行うことが可能である。

［実施例５］
本発明実施例５を図１０を用いて説明する。ここでは、前述した実施例３と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともに、その説明を簡略にし若しくは省略する。

実施例３では、レチクルアライメントスコープ26及びレチクルフォーカスセンサー27はAM１の計測を行い、ウエハアライメントスコープ16及びウエハフォーカスセンサー17はAM2の計測を行っている。しかし、本実施例では収差計測用パターンを直接計測する。

実施例４と同様に、本実施例では、光量検出方式ではなく、パターン形状を顕微鏡（レチクルアライメントスコープ26、ウエハアライメントスコープ16）によって観察する形状検出方式である。そのため、収差計測用パターンはレチクルアライメントスコープ26及びウエハアライメントスコープ16の視野内にさえ入っていれば、位置ずれ量を計測することができ、計測値に基づいて位置合わせを行うことできる。

また本実施例では、第1のマスク上の収差計測用パターンの位置を検出する検出器(26,27)と第2のマスク上の収差計測用パターンの位置を検出する検出器（16,17）は異なる。そのため、それぞれの収差計測用パターンを同時に並行して位置計測できるため、短時間で位置合わせを行うことができる。

本実施例では、レチクルアライメントスコープ26及びウエハアライメントスコープ16は収差計測用パターンを直接計測している。よって、例えばＡＭ１と第１のマスク上の収差計測用パターンの相対位置が製造誤差などによって設計値と異なるといったことに起因する位置合わせ誤差を気にしなくて良い。ＡＭ２と第２のマスク上の収差計測用パターンの相対位置が製造誤差などに起因する位置合わせ誤差も同様である。よって、精度良く位置合わせを行うことが可能である。

レチクルフォーカスセンサー27及びウエハフォーカスセンサー17も収差計測用パターンを直接計測している。そのため、収差計測用パターンが構成されているマスクの平坦度や歪みなどに起因するフォーカスセンサーが計測した点と収差計測用パターンの高さ差の影響を受けない。その結果、より精度良く計測することが可能である。

［変形実施例］
実施例１〜５を、スキャナー等のようにレチクルステージをスキャンして露光する装置に適用する場合、前記の第１のマスク上の前記パターンとＡＭ１との位置関係をスキャン方向に並べうる。この場合、ＡＭ１とＡＭ２の相対位置合わせを行った後に、それぞれスキャン方向に移動するだけで第1のマスク上の収差計測用パターンと第2のマスク上の収差計測用パターンとを短時間で位置合わせしうる。この場合、投影光学系に対して同一像高に配置できるため、結像位置に影響を与える投影光学系の倍率や歪曲などの影響を同一にすることができる。また、投影光学系の像面湾曲や非点収差などの影響も同一にすることができる。よって、より精度良く位置合わせを行うことが可能である。

実施例１〜５において、アライメントマークＡＭ１とＡＭ２はそれぞれ1個形成されているが、これに限るものではなく、複数形成されていてもよい。例えば、図１１のように第１のマスク上の収差計測用パターンを挟んでAM1とAM1’を配置する。また第２のマスク上のアライメントマークも同様に、第2のマスク上の収差計測用パターンを挟んでAM2とAM2’を配置する（図１２）。この場合、アライメントマークが1個しか配置されていない場合に対して、マスク平面上の回転成分やマスク及び投影光学系の倍率成分の計測をすることができる。それらの成分を加味してステージ駆動や投影光学系の補正を行うことにより、さらに精度良く収差計測用パターンの位置合わせを行うことが可能である。また、2個のアライメントマークによる計測を行うため、計測誤差が平均化され、より精度よく計測を行うことができる。

このとき、第１のマスク上のAM1とAM1’及び収差計測用パターンの相対位置関係と、第２のマスク上のAM2とAM2’及び収差計測用パターンの相対位置関係とを、投影光学系の縮小率を加味して決定するのが望ましい。アライメントマークの位置合わせを行うことが即ち収差計測用パターンの位置合わせを行うことになる。よって、短時間で収差の測定を開始することができる。

またアライメントマーク２個の配置に限らず、それ以上の数を配置した場合においても効果を期待する事ができる。例えば歪曲成分の計測及び補正や平均化効果による高精度化が期待できる。

実施例１〜２及び４において、マスク平面上の位置すなわち投影光学系の光軸に対して垂直な平面上の位置を合わせる事に関して述べてきたが、これに限るものではなく、投影光学系の光軸方向の位置合わせを行っても良い。これにより、アライメントマークを基準として、収差計測用パターンの投影光学系の焦点位置に対する位置合わせを短時間で行うことができる。光軸方向の位置合わせは、1点だけでも効果があるが、複数点ある場合はさらに効果が期待できる。例えば２点の計測を行うことにより、その２点を結ぶ直線の投影光学系の光軸方向に対する傾きを求めることができる。２点を結ぶ直線状に３点目を加えることにより、投影光学系の光軸方向に対する湾曲（像面湾曲）を求めることができ、点数を多くすることにより、詳細に湾曲を求めることが可能となる。また、２点を結ぶ直線上を除く任意の場所に３点目を加える事により、投影光学系の光軸方向に対するマスク平面の傾きを求める事ができる。さらには任意の計測点を加えていく事により、マスク平面の凹凸を求めることも可能である。また、投影光学系のサジタル方向とメリディオナル方向の光線の焦点位置をそれぞれ求めることにより、非点収差も計測することができる。

これらの計測値を用いて、収差計測用パターンのアライメントの際にその量だけ補正を行なうことで、より精度良く位置合わせを行うことができる。

実施例１〜５において、アライメントマークと収差計測用パターンの位置関係が製造誤差などにより設計値に対して若干異なる場合には、そのずれ量を予め計測しておき、収差計測用パターンの位置合わせを行う際に、前記ずれ量を補正することが望ましい。これにより、製造誤差があった場合であっても、精度良く、短時間で収差計測用パターンの位置合わせを行うことができる。

収差計測用パターンの最適な位置は、撮像素子11によって得られる光量を計測することで判断しうる。アライメントマークによって得られた計測値と収差計測用パターンの最適な位置との差を前記ずれ量として予め記憶しておけば良い。

実施例１〜５では、第１のマスク上に収差計測用パターンとアライメントマークを構成したがこれに限るものではない。レチクルステージ上に第１のマスクとは別の第３のマスクを構成し、そこに収差計測用パターン又はアライメントマークを配し、第1のマスクと併用しても良い。例えば第3のマスクを使ってアライメントマークの位置合わせを行い、第１のマスク上の収差計測用パターンを用いて投影光学系の結像性能を測定しても良い。また逆の場合であっても効果が得られるのは明らかである。

これらの場合においても、前述してきたように、アライメントマークの位置と収差計測用パターンの位置関係を予め計測しておくことにより、さらに精度良く位置合わせを行うことが可能となる。

実施例１〜５では、第２のマスク上に収差計測用パターンとアライメントマークを構成したがこれに限るものではない。ウエハステージ上に第２のマスクとは別の第４のマスクを構成し、収差計測用パターンもしくはアライメントマークを配し、第２のマスクと併用しても良い。例えば第４のマスクを使ってアライメントマークの位置合わせを行い、第２のマスク上の収差計測用パターンを用いて投影光学系の結像性能を測定しても良い。また逆の場合であっても効果が得られるのは明らかである。

これらの場合においても、前述してきたように、アライメントマークの位置と収差計測用パターンの位置関係を予め計測しておくことにより、さらに精度良く位置合わせを行うことが可能となる。

また前述では、レチクル側もしくはウエハ側に２つのマスクを設けたが、これに限るものではない。複数のマスクをレチクル側及びウエハ側にそれぞれ設け、使い分けを行ったとしても、本発明の効果を得ることができる。この場合、レチクル側マスクの構成数とウエハ側マスクの構成数は同じである必要はない。

実施例３及び５では、レチクルアライメントスコープ２６とレチクルフォーカスセンサー２７は別の構成要素として説明を行ったがこの限りではなく、同一の構成要素としても良い。同様に、ウエハアライメントスコープ１６とウエハフォーカスセンサー１７は別の構成要素として説明を行ったがこの限りではなく、同一の構成要素としても良い。

実施例１〜５では、投影光学系の収差計測用パターンとして収差計測用のスリットパターンを用いた場合について述べてきたが、これに限るものではない。例えば、ピンホールや回折格子など、レチクル側とウエハ側に精密な収差計測用パターンを用い、相対的な位置を合わせうるものであれば、効果が期待できる。特に、シェアリング干渉計のように位置ずれにより回折光の位相差が現れ、計測に大きな影響を与える計測方法に有効である。

［デバイス製造方法］
次に、図１３及び図１４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１３は、デバイス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、半導体デバイスの製造方法を例に説明する。

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う。ステップ２（レチクル製作）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（フォトマスク）を製作する。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、レチクルとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエ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）等の組み立て工程を含む。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７）される。

図１４は、ステップ４のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエ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（イオン打ち込み）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、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。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うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

本発明に係る露光装置の一例を示す図 第１のマスクの要部概略図 光線分割手段の要部概略図 第２のマスクの要部概略図 スリットと窓射出後の波面の模式図 撮像素子で観察される干渉縞の模式図 第１のマスク上のパターン構成模式図 第２のマスク上のパターン構成模式図 本発明に係る露光装置の別例を示す図 本発明に係る露光装置の別例を示す図 パターン構成模式図 パターン構成模式図 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャート 図１３に示すフローチャートにおけるのステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャート

符号の説明

１：.露光光源２：引き回し光学系３：第１の照明系４：ＴＴＲアライメントスコープ５：レチクルステージ６：レチクル７：投影光学系８：ウエハステージ９：ウエハ１０：第２のマスク１１：撮像素子１２：通信用ケーブル１３：光量検出器１６：ウエハアライメントスコープ１７：ウエハフォーカスセンサー１８：光線分割手段２０：第１のマスク２６：レチクルアライメントスコープ２７：レチクルフォーカスセンサー４０：パターン１の０度方位のスリット４１：パターン１の９０度方位のスリット４２：０度方位用回折格子４３：９０度方位用回折格子４４：パターン２の０度方位のスリット４５：パターン２の０度方位の窓４６：パターン２の９０度方位のスリット４７：パターン２の９０度方位の窓４８：スリット射出後の波面４９：窓射出後の波面５０：パターン１の０度方位のスリット５１：パターン１の０度方位の窓AMR：レチクル側アライメントマークAMW：ウエハ側アライメントマークAM１：レチクル側パターン位置合わせ用のアライメントマークAM２：ウエハ側パターン位置合わせ用のアライメントマークAM１’：レチクル側パターン位置合わせ用のアライメントマークAM２’：ウエハ側パターン位置合わせ用のアライメントマーク

Claims (10)

1. 原版のパターンで基板を露光する露光装置であって、
   前記原版を支持する原版ステージと、
   前記基板を支持する基板ステージと、
   前記原版のパターンを前記基板上に投影する投影光学系と、
   前記投影光学系の収差を計測する計測系と、を備え、
   前記計測系は、
   前記原版ステージに配置された第１の収差計測用パターンと、
   前記基板ステージに配置された第２の収差計測用パターンと、
   前記第１の収差計測用パターンと前記第２の収差計測用パターンとを位置合わせさせるための、前記原版ステージに配置された第３のパターンと、
   前記第１の収差計測用パターンと前記第２の収差計測用パターンとを位置合わせさせるための、前記基板ステージに配置された第４のパターンと、
   前記第３のパターンと前記第４のパターンとの位置を検出する検出系と、
   前記検出系による前記第３のパターンと前記第４のパターンとの位置の検出結果、前記第１の収差計測用パターンと前記第３のパターンとの相対位置の情報、及び、前記第２の収差計測用パターンと前記第４のパターンとの相対位置の情報を用いて、前記第１の収差計測用パターンと前記第２の収差計測用パターンとを位置合わせさせるように前記原版ステージ及び前記基板ステージの少なくともいずれかを制御する制御器と、を含み、
   前記計測系は、位置合わせされた前記第１の収差計測用パターンと前記第２の収差計測用パターンとを用いて前記投影光学系の収差を計測する
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記第１の収差計測用パターン及び前記第３のパターンは、前記原版ステージに配置された第１のマスクに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第２の収差計測用パターン及び前記第４のパターンは、前記基板ステージに配置された第２のマスクに形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記検出系による前記第３のパターンと前記第４のパターンとの位置の検出結果に基づいて、前記第３のパターンと前記第４のパターンとの位置合わせを行った後、前記原版ステージを前記第１の収差計測用パターンと前記第３のパターンとの距離だけ移動し、かつ、前記基板ステージを前記第２の収差計測用パターンと前記第４のパターンとの距離だけ移動することによって、前記第１の収差計測用パターンと前記第２の収差計測用パターンとを位置合わせ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. 前記第３のパターンと前記第４のパターンとの位置は前記投影光学系の光軸方向の位置であって、
   前記光軸方向における前記第１の収差計測用パターンと前記第２の収差計測用パターンとの位置合わせを行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記投影光学系の光軸方向における前記第３のパターンと前記第４のパターンとの相対位置を複数点において検出して、前記投影光学系の像面湾曲を計測し、
   計測された像面湾曲を用いて、前記第１の収差計測用パターンと前記第２の収差計測用パターンとを位置合わせすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記第１の収差計測用パターンと前記第３のパターンとの相対位置、及び、前記第２の収差計測用パターンと前記第４のパターンとの相対位置の少なくとも一方を計測することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 前記検出系は、前記第３のパターンを撮像し、その撮像結果から前記第３のパターンの位置を決定する原版アライメントスコープと、前記第４のパターンを撮像し、その撮像結果から前記第４のパターンの位置を決定する基板アライメントスコープとを含み、
   前記制御器は、前記原版アライメントスコープによって決定された前記第３のパターンの位置と前記基板アライメントスコープによって決定された前記第４のパターンの位置とに基づいて、前記第１の収差計測用パターンと第２の収差計測用パターンとを位置合わせさせるように前記原版ステージ及び前記基板ステージの少なくともいずれかを制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置。
9. 前記第３のパターン及び前記第４のパターンはそれぞれ複数あり、
   前記検出系は、複数の前記第３のパターン及び複数の前記第４のパターンを検出することにより、前記第３のパターンまたは前記第４のパターンが形成されたマスクの回転、倍率、前記投影光学系の倍率及び歪曲の少なくとも１つの計測を行い、
   該計測の結果を用いて前記第１の収差計測用パターンと前記第２の収差計測用パターンとを位置合わせする
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置。
10. 請求項１乃至９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、
    前記工程で露光された基板を現像する工程と、
    を備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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