JP5346985B2 - 計測装置、露光装置、デバイスの製造方法及び計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、計測装置、露光装置、デバイスの製造方法及び計測方法に関する。

近年、半導体デバイスの製造技術である微細加工技術が著しく進展してきている。光加工技術（光リソグラフィ）では、サブミクロンオーダーの解像力を有する露光装置が主流となり、解像力の更なる向上を実現するために、投影光学系の開口数（ＮＡ）の拡大や露光光の短波長化が図られている。例えば、露光装置に用いられる光源は、露光光の短波長化に伴い、ｇ線やｉ線の高圧水銀ランプからＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに移行している。但し、露光光が短波長化すると、使用可能な硝材が限定されるため、アライメント光の波長に対する投影光学系の色収差の補正が困難になる。従って、近年の露光装置では、投影光学系の色収差の影響を受けないオフアクシスアライメント光学系（ＯＡ光学系）が多く採用されている。

投影光学系やＯＡ光学系においては、温度変化が結像性能やアライメント性能に影響を与える（即ち、結像性能やアライメント性能を低下させる）ことが知られている。そこで、ＯＡ光学系のセンサ周辺の温度変化によるアライメント性能の低下を低減するために、センサを所定の気密性を有する包囲部材で包囲し、その内部の温度を制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の技術は、露光中において、投影光学系、基板、レチクル（マスク）などから伝播される熱を包囲部材で遮断するとともに、包囲部材の内部の温度を制御することで、センサ周辺の温度を一定に維持することができる。

また、ＯＡ光学系は、一般的に、ハロゲンランプなど（広波長帯域光源）をアライメント光源として用いており、計測条件などに応じて、複数の波長帯域から計測に使用する波長帯域を選択している。ハロゲンランプには、点灯電圧と寿命との関係に正の相関関係があり、点灯電圧が高い場合には、点灯電圧が低い場合と比較して、寿命が短くなることが知られている。従って、ＯＡ光学系では、寿命対策と省エネ対策とを兼ねて、計測期間は必要な照度を確保することができる点灯電圧でハロゲンランプを点灯させ、非計測期間は低い点灯電圧でハロゲンランプを点灯させている（即ち、非計測期間の光量を低くしている）。また、ＯＡ光学系において、アライメント光源からのアライメント光は、ファイバを介して、ＯＡ光学系の光学系（センサ）に導光される。これは、上述したように、熱源であるアライメント光源とＯＡ光学系の光学系とを分離し、温度変化によるＯＡ光学系の光学系の伸縮を防いでアライメント性能の低下を低減させるためである。

特開平１０−１３５１１７号公報

しかしながら、ファイバで導光されたアライメント光にもエネルギーが含まれているため、アライメント光が照射されることでＯＡ光学系の光学系が伸縮し、ＯＡ光学系に近年要求されているような高いアライメント性能を実現する上で問題となっている。特に、ＯＡ光学系では、ハロゲンランプの点灯電圧を計測期間（計測時）と非計測期間（非計測時）とで変更しているため、ＯＡ光学系に入射するアライメント光の光量（熱量）が計測期間と非計測期間とで異なることになる。その結果、計測期間におけるＯＡ光学系の温度変化が大きくなり、ＯＡ光学系のアライメント性能に影響を与えてしまう。

なお、特許文献１の技術を適用し、ＯＡ光学系の光学系を包囲して内部の温度を制御することも考えられるが、温度制御機構などが必要となるため、ＯＡ光学系の構成の大型化やコストアップを招いてしまう。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、計測期間における計測部（の光学系）の温度変化の低減に有利な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、マークの位置を計測する計測装置であって、光源から射出される光で前記マークを照明し、前記マークからの光により前記マークの像を形成する光学系と、前記マークの像を検出する検出系と、前記光学系の所定面における光量を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記マークの位置を計測しない非計測期間に前記光源から射出される光の光量を、前記マークの位置を計測する計測期間に前記光源から射出される光の光量よりも低くし、前記非計測期間の前記光源と前記所定面との間の光路における透過率を、前記計測期間の前記光源と前記所定面との間の光路における透過率よりも高くすることを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、計測期間における計測部（の光学系）の温度変化の低減に有利な技術を提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 ＯＡ光学系のベースラインを計測する計測処理を説明するための図である。 ＯＡ光学系の構成を示す概略図である。 アライメント光源の近傍の構成を示す概略図である。 波長フィルタターレット及び波長フィルタの構成を示す図である。 減光フィルタターレット及び減光フィルタの構成を示す図である。 アライメント光源の近傍の構成を示す概略図である。 露光装置における露光処理とＯＡ光学系を用いた計測処理とのタイミングを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、レチクル１７のパターンを、投影光学系２２を介して、基板としてのウエハＷの上に転写する（即ち、ウエハＷを露光する）。

光源３４は、所定の波長域の光（露光光）を射出する。光源３４は、例えば、ＡｒＦエキシマレーザやＫｒエキシマレーザなどのエキシマレーザ光源、金属蒸気レーザ光源、ＹＡＧレーザの高周波発生装置などのパルス光源、水銀ランプと楕円反射ミラーとを組み合わせた構成を有する連続光源などを使用する。

照明光学系は、本実施形態では、整形光学系３５と、フライアイレンズ３６と、コンデンサレンズ３７と、固定視野絞り３８と、可変視野絞り３９と、リレーレンズ４０とを含み、レチクル１７を照明する。

光源３４からの光は、整形光学系３５によって所定の大きさの径（光束径）を有する光に整形され、フライアイレンズ３６に到達する。フライアイレンズ３６の射出面には、多数の２次光源が形成され、かかる２次光源からの光は、コンデンサレンズ３７によって集光され、固定視野絞り３８を介して、可変絞り３９に到達する。本実施形態では、固定視野絞り３８は、可変視野絞り３９よりもコンデンサレンズ３７側に配置されているが、リレーレンズ４０側に配置されていてもよい。

固定視野絞り３８は、本実施形態では、長方形のスリット状の開口部を有する。従って、固定視野絞り３８を通過した光は、長方形のスリット状の断面を有する光となり、リレーレンズ４０に入射する。リレーレンズ４０は、可変視野絞り３９とレチクル１７（のパターン面）とを共役にするための光学系である。

投影光学系２２は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を含み、照明光学系によって形成されるスリット状の照明領域内におけるレチクル１７のパターン（の像）をウエハＷの上に投影する。レチクル１７は、レチクルステージ１に保持及び駆動される。

ウエハＷは、レチクル１７のパターンが投影される基板である。ウエハＷは、ウエハ搬送系（不図示）によって搬送され、ウエハステージ２０に保持及び駆動される。ウエハステージ２０は、投影光学系２２の光軸に垂直な面内でウエハＷの位置決めを行うと共にウエハＷを±Ｙ方向に走査するためのＸＹステージ及びＺ方向にウエハＷの位置決めを行うためのＺステージで構成される。

オフアクシスアライメント光学系（ＯＡ光学系）２４は、ウエハＷの上のマークの位置やウエハステージ２０の上のマークの位置を計測する計測部である。ＯＡ光学系２４は、後述するように、アライメント光源から射出される光でウエハＷの上のマークを照明し、かかるマークで反射した光によりマークの像を形成する光学系と、かかるマークの像を検出する検出系とを含む。

制御部９０は、ＣＰＵやメモリなどで構成された記憶部９１を含み、露光装置１００の全体（動作）を制御する。例えば、制御部９０は、露光のオン・オフを制御する（切り換える）。具体的には、光源３４がパルス光源である場合には、制御部９０は、パルス光源用の電源からの供給電力を制御することで露光のオン・オフを制御する。また、光源３４が連続光源である場合には、制御部９０は、照明光学系の光路に配置されたシャッタ（不図示）を開閉することで露光のオン・オフを制御する。但し、本実施形態では、照明光学系が可動ブラインドである可変視野絞り３９を有しているため、可変視野絞り３９を開閉することで露光のオン・オフを制御することも可能である。また、制御部９０は、ＯＡ光学系２４のベースラインを計測する計測処理やＯＡ光学系２４を用いた計測処理なども制御する。

図２を参照して、ＯＡ光学系２４のベースラインを計測する計測処理について説明する。レチクル１７には、レチクル１７とレチクルステージ１との位置決めのための基準マークとなるレチクル基準マーク３３が形成されており、レチクルステージ１には、ベースライン計測用マークが形成された基準プレート１９が配置されている。また、レチクルステージ１に対するレチクル１７の位置決めは、レチクルアライメント光学系（不図示）でレチクル基準マーク３３を検出することで予め行われているものとする。

まず、図２に示すように、基準プレート１９に形成されたベースライン計測用マークとウエハステージ２０に配置されたステージ基準マーク２１との相対位置を、投影光学系２２を介して、アライメント光学系２３で検出する。

次いで、ウエハステージ２０を駆動して、ステージ基準マーク２１をＯＡ光学系２４の計測領域に位置させる。そして、ステージ基準マーク２１とＯＡ光学系２４の基準マークＳＭとの相対位置を、ＯＡ光学系２４で検出する。

次に、ベースライン計測用マークとステージ基準マーク２１との相対位置の検出結果、及び、ステージ基準マーク２１と基準マークＳＭとの相対位置の検出結果からベースライン（ベースライン量）を算出する。これにより、投影光学系２２の光軸（露光中心）に対するＯＡ光学系２４の計測位置が求まる。

以下、ＯＡ光学系２４について詳細に説明する。図３は、ＯＡ光学系２４の構成を示す概略図である。アライメント光源６３は、本実施形態では、ハロゲンランプを使用する。アライメント光源６３は、熱源（ハロゲンランプの発熱体）を含んでいるため、温度安定性が求められるＯＡ光学系２４を構成する光学系から分離して配置されている。

ファイバ４３の射出端からの光（ウエハマーク照明光）ＷＭＩＬは、照明リレーレンズ２を介して、ターレット４の上に配置された複数の照明開口絞りのうち、ＯＡ光学系２４の光路に配置された照明開口絞りを通過する。ＯＡ光学系２４の光路に配置する照明開口絞りは、モータ４４によってターレット４を駆動（回転）することで選択することができる。具体的には、アライメント光源６３からの光の波長及び光量と照明開口絞り４５との組み合わせによる条件（計測条件）が設定されると、制御部９０は、モータ４４の回転の原点からの駆動量（ターレット４の回転量）を求める。そして、制御部９０は、かかる駆動量に応じてモータ４４を駆動して、ターレット４の上に配置された複数の照明開口絞りのうち所定の照明開口絞りをＯＡ光学系２４の光路に配置する。なお、モータ４４の回転の原点は、例えば、ターレット４に形成されたスリットがフォトスイッチの検出部を通過した位置であり、モータ４４によってターレット４を１回転させることで予め求めておく必要がある。

照明開口絞りを通過した光ＷＭＩＬは、照明リレーレンズ３を介して、照明視野絞り４５を照明する。照明視野絞り４５を通過した光ＷＭＩＬは、照明光学系５を通過して偏光ビームスプリッタ６に入射する。偏光ビームスプリッタ６では、光ＷＭＩＬのうち、偏光ビームスプリッタ６に対してＰ偏光成分（紙面に平行な成分）が反射される。なお、偏光ビームスプリッタ６は、検出部１１において光を高効率で検出するために用いられているため、光量に問題がなければ、ハーフミラーに置換してもよい。

偏光ビームスプリッタ６で反射された光ＷＭＩＬは、反射プリズム４６で反射され、反射プリズム４６とウエハＷとの間の光路に配置されたλ／４板８に入射する。λ／４板８を通過した光ＷＭＩＬは、円偏光に変換され、結像開口絞りＡＳ及び対物レンズ９を介して、ウエハＷの上のウエハマークＷＭを照明する。

ウエハマークＷＭで反射された光（結像光）ＭＬは、対物レンズ９、結像開口絞りＡＳ及びλ／４板８を通過する。λ／４板８を通過した光ＭＬは、円偏光から紙面垂直方向の直線偏光（Ｓ偏光）に変換され、反射プリズム４６を介して、偏光ビームスプリッタ６を透過する。偏光ビームスプリッタ６を透過した光は、リレーレンズ７に導光される。リレーレンズ７は、ウエハマークＷＭの像を一度結像する。リレーレンズ７によって形成されたウエハマークＷＭの像は、検出光学系１０を介して、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどで構成される検出部１１の検出面において再度結像する（即ち、光ＭＬによりウエハマークＷＭの像を形成する）。そして、検出部１１で検出されたウエハマークＷＭの像に対応するウエハマーク信号は、制御部９０に入力される。

一方、ＯＡ光学系２４の基準マークＳＭを照明するための光（基準マーク照明光）ＳＭＩＬは、基準マーク光源６４から、ファイバ４２を介して、導光される。ファイバ４２の射出端からの光ＳＭＩＬは、基準板照明光学系１３を介して、基準板１４をケーラー照明する（即ち、基準板１４を一様な光量分布で照明する）。基準板１４には、基準マークＳＭが形成されている。基準マークＳＭを通過した光は、ハーフミラー１５で反射され、検出部１１に導光される。そして、検出部１１で検出された基準マークＳＭの像に対応する基準マーク信号は、制御部９０に入力される。

制御部９０は、ウエハマーク信号及び基準マーク信号からウエハＷの位置（即ち、ウエハステージ２０の位置）を算出し、かかる算出結果に基づいて、ウエハステージ２０を駆動してウエハＷの位置決めを行う。このように、制御部９０は、ウエハステージ２０と協同して、ウエハＷの位置決めを行う位置決め機構として機能する。

図４を参照して、アライメント光源６３の近傍の構成について説明する。図４は、アライメント光源６３の近傍の構成を示す概略図である。ＯＡ光学系２４は、上述したように、アライメント光源６３としてハロゲンランプ５０を使用する。ハロゲンランプ５０には、点灯電圧と寿命との関係に正の相関関係があり、点灯電圧が高い場合には、点灯電圧が低い場合と比較して、寿命が短くなる。また、アライメント光源６３の近傍には、ミラー５１やハロゲンランプ５０からの光をファイバ４２の入射端に集光する光学系５２が配置されている。更に、アライメント光源６３の近傍には、モータ５３によって駆動（回転）される波長フィルタターレット５４やモータ５５によって駆動（回転）される減光フィルタターレット５６が配置されている。

波長フィルタターレット５４には、ハロゲンランプ５０から射出される光の波長を選択するためのフィルタとして、互いに異なる波長の光を透過する複数の波長フィルタが配置されている。ＯＡ光学系２４の光路に配置する波長フィルタは、モータ５３によって波長フィルタターレット５４を駆動（回転）することで選択することができる。また、減光フィルタターレット５６には、光の光量を低減するためのフィルタとして、互いに異なる透過率を有する減光フィルタ（ＮＤフィルタ）が配置されている。ＯＡ光学系２４の光路に配置するＮＤフィルタは、モータ５５によって減光フィルタターレット５６を駆動（回転）することで選択することができる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、波長フィルタターレット５４及び波長フィルタ５４１ａ〜５４１ｆの構成を示す図であって、図５（ａ）は正面図を示し、図５（ｂ）は断面図を示している。図５（ａ）に示すように、波長フィルタターレット５４には、本実施形態では、互いに異なる波長の光を透過する６つの波長フィルタ５４１ａ〜５４１ｆが配置されている。波長フィルタ５４１ａは、本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、高波長カットフィルタ５４１ａ１と低波長カットフィルタ５４１ａ２とを組み合わせて構成されている。高波長カットフィルタ５４１ａ１は、ある波長よりも高波長側の波長の光をカットする機能を有し、低波長カットフィルタ５４１ａ２は、ある波長よりも低波長側の波長の光をカットする機能を有する。従って、高波長カットフィルタ５４１ａ１と低波長カットフィルタ５４１ａ２との組み合わせによって、波長フィルタ５４１ａが透過（選択）する光の波長を設定することができる。また、モータ５３の回転の原点は、例えば、波長フィルタターレット５４に形成されたスリット５４ａがフォトスイッチＰＳの検出部を通過した位置であり、モータ５３によって波長フィルタターレット５４を１回転させることで求めることができる。なお、波長フィルタ５４１ｂ〜５４１ｆについては、波長フィルタ５４１ａと同様な構成であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

図６は、減光フィルタターレット５６及びＮＤフィルタ５６１ａ〜５６１ｆの構成を示す図である。図６に示すように、減光フィルタターレット５６には、本実施形態では、互いに異なる透過率を有する６つのＮＤフィルタ５６１ａ〜５６１ｆが配置されている。また、モータ５５の回転の原点は、例えば、ＮＤフィルタターレット５６に形成されたスリット５６ａがフォトスイッチＰＳの検出部を通過した位置であり、モータ５５によってＮＤフィルタターレット５６を１回転させることで求めることができる。

本実施形態では、制御部９０は、ハロゲンランプ５０の寿命対策と省エネ対策とを兼ねて、ハロゲンランプ５０から射出される光の光量を制御する。換言すれば、制御部９０は、ＯＡ光学系２４が計測処理を行う（例えば、ウエハマークＷＭの位置を計測する）計測期間は必要な照度を確保できる点灯電圧でハロゲンランプ５０を点灯させる。一方、制御部９０は、ＯＡ光学系２４が計測処理を行わない（例えば、ウエハマークＷＭの位置を計測しない）非計測期間は低い点灯電圧でハロゲンランプ５０を点灯させる。換言すれば、制御部９０は、非計測期間にハロゲンランプ５０から射出される光の光量が計測期間にハロゲンランプ５０から射出される光の光量よりも低くなるように、ハロゲンランプ５０の点灯電圧を制御する。但し、ハロゲンランプ５０の点灯電圧を計測期間（計測時）と非計測期間（非計測時）とで変更すると、ＯＡ光学系２４を構成する後段の光学系の所定面ＰＰ（図３参照）に入射する光の光量が計測期間と非計測期間とで異なることになる。そこで、制御部９０は、計測期間の所定面ＰＰにおける温度変化が許容範囲に収まるように、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量との差を低減する。制御部９０は、本実施形態では、非計測期間のハロゲンランプ５０と所定面ＰＰとの間の光路における透過率を計測期間のハロゲンランプ５０と所定面ＰＰとの間の光路における透過率よりも高くする。これは、波長フィルタターレット５４及び波長フィルタ５４１ａ〜５４１ｆ、或いは、減光フィルタターレット５６及びＮＤフィルタ５６１ａ〜５６１ｆを用いることで実現することができる。

具体的な数値を用いて、制御部９０による所定面ＰＰにおける光量の制御を説明する。例えば、波長フィルタ５４１ａ、５４１ｂ、５４１ｃ、５４１ｄ及び５４１ｅのそれぞれの透過率を４０％、５０％、６０％、７０％及び８０％とする。計測期間のハロゲンランプ５０の点灯電圧をＶｍ［Ｖ］、計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置される波長フィルタを波長フィルタ５４１ｂ、非計測期間のハロゲンランプ５０の点灯電圧を０．６２５Ｖｍ［Ｖ］とする。なお、計測期間と非計測期間とで、ＯＡ光学系２４の光路に配置するＮＤフィルタは変更しない（即ち、ＮＤフィルタの透過率は一定である）ものとする。

ここで、非計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置すべき波長フィルタの透過率をＮ［％］とする。ハロゲンランプ５０から射出される光の光量は点灯電圧にほぼ比例するため、計測期間にハロゲンランプ５０から射出される光の光量Ｗｍは、以下の式１で表される。また、非計測期間にハロゲンランプ５０から射出される光の光量Ｗｎｍは、以下の式２で表される。

Ｗｍ＝５０［％］／１００［％］×Ｖｍ［Ｖ］ ・・・（式１）
Ｗｎｍ＝Ｎ［％］／１００［％］×０．６２５Ｖｍ［Ｖ］ ・・・（式２）
式１及び式２から、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にするためには、非計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置すべき波長フィルタの透過率Ｎ［％］は８０［％］となる。従って、波長フィルタターレット５４に配置された波長フィルタ５４１ａ〜５４１ｆから、非計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置すべき波長フィルタとして、８０［％］の透過率を有する波長フィルタ５４１ｅを選択すればよい。換言すれば、計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置する波長フィルタ５４１ｂの透過率よりも高い透過率を有する波長フィルタ５４１ｅをＯＡ光学系２４の光路に配置する。これにより、非計測期間におけるハロゲンランプ５０の点灯電圧を低くしても、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にすることができる。その結果、計測期間におけるＯＡ光学系２４の温度変化が低減され（即ち、ＯＡ光学系２４の温度変化が許容範囲に収まり）、ＯＡ光学系２４の高いアライメント性能を維持することが可能となる。

なお、８０［％］の透過率を有する波長フィルタが波長フィルタターレット５４に配置されていない場合には、８０［％］の透過率に最も近い透過率を有する波長フィルタ、本実施形態では、７０［％］の透過率を有する波長フィルタ５４１ｄを選択する。換言すれば、複数の波長フィルタから、非計測期間の所定面ＰＰにおける光量を計測期間の所定面ＰＰにおける光量に近づける波長フィルタを選択し、かかる波長フィルタをＯＡ光学系２４の光路に配置すればよい。

上述した例では、ＮＤフィルタは変更せずに（ＮＤフィルタの透過率を一定として）、波長フィルタを変更することで、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にしている。但し、波長フィルタは変更せずに、ＮＤフィルタを変更することで、即ち、ＮＤフィルタ５６１ａ〜５６１ｆを用いても同様に、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にすることができる。

例えば、ＯＡ光学系２４の光路に配置する波長フィルタを波長フィルタ５４１ａで固定し、計測期間と非計測期間とでは波長フィルタは変更しないものとする。計測期間のハロゲンランプ５０の点灯電圧をＶｍ［Ｖ］、計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置されるＮＤフィルタの透過率を５０［％］、非計測期間のハロゲンランプ５０の点灯電圧を０．６２５Ｖｍ［Ｖ］とする。

ここで、非計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置すべきＮＤフィルタの透過率をＭ［％］とする。ハロゲンランプ５０から射出される光の光量は点灯電圧にほぼ比例するため、計測期間にハロゲンランプ５０から射出される光の光量Ｗｍは、以下の式３で表される。また、非計測期間にハロゲンランプ５０から射出される光の光量Ｗｎｍは、以下の式４で表される。

Ｗｍ＝４０［％］／１００［％］×５０［％］／１００［％］×Ｖｍ［Ｖ］ ・・・（式３）
Ｗｎｍ＝４０［％］／１００［％］×Ｍ［％］／１００［％］×０．６２５Ｖｍ［Ｖ］ ・・・（式４）
式３及び式４から、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にするためには、非計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置すべきＮＤフィルタの透過率Ｍ［％］は８０［％］となる。従って、減光フィルタターレット５６に配置されたＮＤフィルタ５６１ａ〜５６１ｆから、非計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置すべき波長フィルタとして、８０［％］の透過率を有するＮＤフィルタを選択すればよい。換言すれば、計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置するＮＤフィルタの透過率よりも高い透過率を有するＮＤフィルタをＯＡ光学系２４の光路に配置する。これにより、非計測期間におけるハロゲンランプ５０の点灯電圧を低くしても、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にすることができる。その結果、計測期間におけるＯＡ光学系２４の温度変化が低減され（即ち、ＯＡ光学系２４の温度変化が許容範囲に収まり）、ＯＡ光学系２４の高いアライメント性能を維持することが可能となる。

なお、８０［％］の透過率を有するＮＤフィルタが減光フィルタターレット５６に配置されていない場合には、８０［％］の透過率に最も近い透過率を有するＮＤフィルタを選択する。換言すれば、複数の波長フィルタから、非計測期間の所定面ＰＰにおける光量を計測期間の所定面ＰＰにおける光量に近づけるＮＤフィルタを選択し、かかるＮＤフィルタをＯＡ光学系２４の光路に配置すればよい。

本実施形態では、計測期間と非計測期間とで、波長フィルタ及びＮＤフィルタのいずれかを変更する場合を説明した。但し、波長フィルタ及びＮＤフィルタの両方を変更して、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にしてもよい。

また、ハロゲンランプ５０の寿命対策及び省エネ対策を考える上では、非計測期間の所定面ＰＰにおける光量（ハロゲンランプ５０と所定面ＰＰとの間の光路における透過率）を最大にしたい場合もある。このような場合には、波長フィルタターレット５４及び減光フィルタターレット５６に開口部（透過率：１００［％］）を形成し、非計測期間にＯＡ光学系２４の光路に開口部を配置すればよい。これにより、ハロゲンランプ５０の点灯電圧を低くした状態で、所定面ＰＰにおいてより高い光量を得ることがきるため、ハロゲンランプ５０の寿命対策及び省エネ対策を効果的に行うことができる。

また、所定面ＰＰの位置は、図３に示す位置に限定されるものではなく、ＯＡ光学系２４の高いアライメント性能を維持することができる範囲内で任意の位置に設定することが可能である。例えば、所定面ＰＰの位置がＯＡ光学系２４を構成するターレット４の後段である場合には、ターレット４に配置された複数の照明開口絞りを用いて、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にすることも可能である。照明開口絞りは、照明開口絞りよりも後段の光学系に入射する光の光量を制限することができる。従って、照明開口絞りよりも後段に設定された所定面ＰＰにおける光量が計測期間と非計測期間とで同等となるように、照明開口絞りを選択すればよい。なお、所定面ＰＰよりも前段に配置された光学系であって、光量を調整できる光学系であれば、照明開口絞りに限定されず、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にするために用いることができる。

なお、ハロゲンランプ５０の点灯電圧（ハロゲンランプ５０から射出される光の光量）は、寿命が許容できるのであれば、計測期間と非計測期間とで一定にしてもよい。

また、非計測期間にハロゲンランプ５０から射出される光によって、ウエハＷに塗布されたレジストが変質又は感光してしまう場合もある。このような場合には、非計測期間の所定面ＰＰにおける累積光量に閾値を設定し、所定面ＰＰにおける累積光量が閾値以上となった場合には、ハロゲンランプ５０から射出される光量を低減する、或いは、ハロゲンランプ５０を消灯するようにするとよい。なお、閾値は、任意の値を設定することができるが、レジストが変質又は感光する光量に対応する値を設定するとよい。

また、図７に示すように、ＯＡ光学系２４における温度、詳細には、所定面ＰＰにおける温度を検出するセンサ７７を配置してもよい。センサ７７は、常時、或いは、定期的に、所定面ＰＰにおける温度を検出し、計測期間の所定面ＰＰにおける温度と非計測期間の所定面ＰＰにおける温度を検出する。

センサ７７で検出された所定面ＰＰにおける温度は、制御部９０に入力される。そして、制御部９０は、センサ７７の検出結果に基づいて、非計測期間の所定面ＰＰにおける光量を制御する。所定面ＰＰにおける温度に応じて、非計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置する波長フィルタ又はＮＤフィルタを選択することで、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にすることができる。このように、実際に検出された所定面ＰＰにおける温度に基づいて非計測期間の所定面ＰＰにおける光量を制御することで、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とをより高精度に同等にすることができる。

なお、所定面ＰＰにおける温度ではなく、所定面ＰＰにおける光量を検出するセンサを配置し、かかるセンサの検出結果に基づいて、非計測期間の所定面ＰＰにおける光量を制御してもよい。この場合も同様に、所定面ＰＰにおける光量に応じて、非計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置する波長フィルタ又はＮＤフィルタを選択することで、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にすることができる。

また、所定面ＰＰにおける温度や光量を実際に検出するのではなく、所定面ＰＰにおける温度や光量の時間変化を予め記憶していてもよい。例えば、所定面ＰＰにおける光量及び温度の少なくとも一方の時間変化を表す情報を制御部９０の記憶部９１に記憶させておき、かかる情報に基づいて、非計測期間の所定面ＰＰにおける光量を調整してもよい。記憶部９１に記憶された情報に応じて、非計測期間にＯＡ光学系２４の光路に配置する波長フィルタ又はＮＤフィルタを選択することで、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にすることができる。

また、上述したように、計測期間と非計測期間とで、ＯＡ光学系２４の光路に配置する波長フィルタ又はＮＤフィルタを変更したとしても、ＯＡ光学系２４の計測結果に変動やオフセットが生じる場合もある。このような場合には、過去の実績に応じて、計測期間の所定面ＰＰにおける光量と非計測期間の所定面ＰＰにおける光量とを同等にするための波長フィルタ又はＮＤフィルタを選択すればよい。

図８は、露光装置１００の動作について説明する。図８は、露光装置１００の動作、特に、露光処理とＯＡ光学系２４を用いた計測処理とのタイミングを示すフローチャートである。図８に示す計測条件Ａ及びＢは、ＯＡ光学系２４に設定される計測条件を示している。ＯＡ光学系２４に設定される計測条件は、ＯＡ光学系２４の光学的条件（例えば、光量など）を含み、ウエハＷのプロセス条件、特に、ウエハマークＷＭの段差やウエハＷに塗布されるレジストによって決定される。ここでは、第１のプロセス条件のウエハＷ及び第２のプロセス条件のウエハを処理する場合について説明する。

図８を参照するに、Ｓ２１では、アライメント光学系２３及びＯＡ光学系２４を用いて、上述したように、ＯＡ光学系２４のベースラインを計測する計測処理（ベースライン計測処理）を行う。この際、ＯＡ光学系２４には、計測条件Ａ（第１の計測条件）が設定されている。Ｓ２２では、ウエハステージ２０に第１のプロセス条件のウエハＷを供給（載置）する。Ｓ２３では、ＯＡ光学系２４を用いて、上述したように、ウエハステージ２０に載置されたウエハＷの上のウエハマークＷＭの位置を計測する計測処理（ウエハマーク計測処理）を行う。この際、ＯＡ光学系２４には、計測条件Ａが設定されている。Ｓ２４では、レチクル１７のパターンをウエハＷに転写する、即ち、ウエハＷを露光する露光処理を行う。なお、露光処理には、Ｓ２３で計測されたウエハマークＷＭの位置に基づいて、ウエハＷ（ウエハステージ２０）の位置決めを行うアライメント処理も含む。Ｓ２５では、ウエハステージ２０からウエハＷ（即ち、露光処理が行われたウエハＷ）を回収する。Ｓ２６では、全て（例えば、２５枚）の第１のプロセス条件のウエハＷに露光処理を行ったかどうかを判定する。全ての第１のプロセス条件のウエハＷに露光処理を行っていない場合には、Ｓ２２に移行して、ウエハステージ２０に次の第１のプロセス条件のウエハＷを供給する。一方、全ての第１のプロセス条件のウエハＷに露光処理を行っている場合には、Ｓ３２に移行する。

Ｓ３２では、ウエハステージ２０に第２のプロセス条件のウエハＷを供給する。Ｓ３３では、ＯＡ光学系２４を用いて、上述したように、ウエハステージ２０に載置されたウエハＷの上のウエハマークＷＭの位置を計測する計測処理（ウエハマーク計測処理）を行う。この際、ＯＡ光学系２４には、計測条件Ｂ（第１の計測条件とは異なる第２の計測条件）が設定されている。Ｓ３４では、ウエハＷを露光する露光処理を行う。なお、露光処理には、Ｓ３３で計測されたウエハマークＷＭの位置に基づいて、ウエハＷ（ウエハステージ２０）の位置決めを行うアライメント処理も含む。Ｓ３５では、ウエハステージ２０からウエハＷを回収する。Ｓ３６では、全て（例えば、２５枚）の第２のプロセス条件のウエハＷに露光処理を行ったかどうかを判定する。全ての第２のプロセス条件のウエハＷに露光処理を行っていない場合には、Ｓ３２に移行して、ウエハステージ２０に次の第２のプロセス条件のウエハＷを供給する。一方、全ての第２のプロセス条件のウエハＷに露光処理を行っている場合には、動作を終了する。

図８において、計測期間とは、ＯＡ光学系２４を用いて計測処理を行うベースライン計測処理（Ｓ２１）及びウエハマーク計測処理（Ｓ２３、Ｓ３３）のそれぞれを行っている期間である。また、非計測期間とは、計測処理以外の処理（Ｓ２２、Ｓ２４〜Ｓ２６、Ｓ３２、Ｓ３４〜Ｓ３６）を行っている期間である。また、非計測期間は、以下の３つの期間を含む。
期間１：ウエハマークの位置を計測条件Ａ（第１の計測条件）で計測するウエハマーク計測処理を繰り返して行う場合（Ｓ２２〜Ｓ２６）におけるウエハマーク計測処理間（前回のＳ２３と今回のＳ２３の間）の期間
（ウエハマークの位置を計測条件Ｂ（第１の計測条件）で計測するウエハマーク計測処理を繰り返して行う場合（Ｓ３２〜Ｓ３６）におけるウエハマーク計測処理間（前回のＳ３３と今回のＳ３３の間）の期間も同様）
期間２：ＯＡ光学系２４のベースラインを計測するベースライン計測処理（第１の処理）とウエハマークを計測するウエハマーク計測処理（第２の処理）とを行う場合におけるベースライン計測処理（Ｓ２１）とウエハマーク計測処理（Ｓ２３）との間の期間
期間３：ウエハマークを計測条件Ａで計測するウエハマーク計測処理（第１の処理）とウエハマークを計測条件Ｂで計測するウエハマーク計測処理（第２の処理）を行う場合におけるウエハマーク計測処理（Ｓ２３）とウエハマーク計測処理（Ｓ３３）との間の期間
本実施形態の露光装置１００によれば、上述したように、計測期間におけるＯＡ光学系２４の温度変化が低減され（即ち、ＯＡ光学系２４の温度変化が許容範囲に収まり）、ＯＡ光学系２４の高いアライメント性能を維持することができる。従って、露光装置１００は、ＯＡ光学系２４の計測結果に基づいて、ウエハＷ（ウエハステージ２０）の位置決めを高精度に行い、高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。かかるデバイスは、露光装置１００を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では、アライメント光源について説明したが、基準マーク光源にも本発明を適用することができる。また、アライメント光源は、本実施形態では、ハロゲンランプを使用しているが、レーザダイオードやＨｅ−Ｎｅレーザを使用してもよい。また、本発明は、ＯＡ光学系に限定されるものではなく、露光装置に備えられる位置計測装置に適用することができる。

Claims (20)

1. マークの位置を計測する計測装置であって、
   光源から射出される光で前記マークを照明し、前記マークからの光により前記マークの像を形成する光学系と、
   前記マークの像を検出する検出系と、
   前記光学系の所定面における光量を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記マークの位置を計測しない非計測期間に前記光源から射出される光の光量を、前記マークの位置を計測する計測期間に前記光源から射出される光の光量よりも低くし、
   前記非計測期間の前記光源と前記所定面との間の光路における透過率を、前記計測期間の前記光源と前記所定面との間の光路における透過率よりも高くすることを特徴とする計測装置。
2. 前記光学系は、透過率が互いに異なる複数のフィルタを含み、
   前記制御部は、前記計測期間の前記所定面における光量と前記非計測期間の前記所定面における光量との差を低減するように、前記複数のフィルタから前記光源と前記所定面との間の光路に配置されるフィルタを選択することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記フィルタは、波長フィルタ及びＮＤフィルタの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
4. 前記光学系は、前記光源から射出され前記フィルタを通過した光が入射するファイバを更に含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の計測装置。
5. 前記光学系は、開口の大きさが互いに異なる複数の照明開口絞りを含み、
   前記制御部は、前記計測期間の前記所定面における光量と前記非計測期間の前記所定面における光量との差を低減するように、前記複数の照明開口絞りから前記光源と前記所定面との間の光路に配置される照明開口絞りを選択することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
6. 前記所定面における光量を検出するセンサ及び前記所定面における温度を検出するセンサの少なくとも一方を更に有し、
   前記制御部は、前記少なくとも一方の検出結果に基づいて、前記計測期間の前記所定面における光量と前記非計測期間の前記所定面における光量の差を低減することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の計測装置。
7. 前記所定面における光量及び温度の少なくとも一方の時間変化を表す情報を記憶する記憶部を更に有し、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記情報に基づいて、前記計測期間の前記所定面における光量と前記非計測期間の前記所定面における光量の差を低減することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の計測装置。
8. 前記光源は、ハロゲンランプを含み、
   前記制御部は、前記非計測期間の前記ハロゲンランプの点灯電圧を前記計測期間の前記ハロゲンランプの点灯電圧よりも低くして、前記非計測期間に前記ハロゲンランプから射出される光の光量を前記計測期間に前記ハロゲンランプから射出される光の光量よりも低くすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の計測装置。
9. 前記光源は、レーザダイオード又はＨｅ−Ｎｅレーザを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の計測装置。
10. 前記光学系は、対物レンズを含み、
    前記所定面の位置は、前記光源と前記対物レンズとの間に設定されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の計測装置。
11. 前記対物レンズには、前記マークを照明する光が通過し、前記マークで反射された光が通過することを特徴とする請求項１０に記載の計測装置。
12. マークが形成された基板を露光する露光装置であって、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の計測装置と、
    前記計測装置で計測された前記マークの位置に基づいて、前記基板の位置決めを行う位置決め機構と、を備えることを特徴とする露光装置。
13. 第１のマークの位置を計測し、第２のマークの位置を計測する計測装置であって、
    光源から射出される光で前記第１のマークを照明し、前記第１のマークからの光により前記第１のマークの像を形成し、前記光源から射出される光で前記第２のマークを照明し、前記第２のマークからの光により前記第２のマークの像を形成する光学系と、
    前記第１のマークの像を検出し、前記第２のマークの像を検出する検出系と、
    前記光学系の所定面における光量を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記第１のマークの位置を計測した後から前記第２のマークの位置を計測する前までの期間に前記光源から射出される光の光量を、前記第１のマークの位置を計測している期間に前記光源から射出される光の光量よりも低くし、
    前記第１のマークの位置を計測した後から前記第２のマークの位置を計測する前までの期間の前記光源と前記所定面との間の光路における透過率を、前記第１のマークの位置を計測している期間の前記光源と前記所定面との間の光路における透過率よりも高くすることを特徴とする計測装置。
14. マークが形成された基板を露光する露光装置であって、
    光源から射出される光で前記マークを照明し、前記マークからの光により前記マークの像を形成する光学系と、前記マークの像を検出する検出系と、前記光学系の所定面における光量を制御する制御部と、を有し、前記マークの位置を計測する計測装置と、
    前記計測装置で計測された前記マークの位置に基づいて、前記基板の位置決めを行う位置決め機構と、
    前記基板の上にパターンを投影する投影光学系と、を備え、
    前記制御部は、前記光学系と前記投影光学系のベースラインを計測した後から前記マークの位置を計測する前までの期間に前記光源から射出される光の光量を、前記ベースラインを計測している期間に前記光源から射出される光の光量よりも低くし、
    前記ベースラインを計測した後から前記マークの位置を計測する前までの期間の前記光源と前記所定面との間の光路における透過率を、前記ベースラインを計測している期間の前記光源と前記所定面との間の光路における透過率よりも高くすることを特徴とする露光装置。
15. 基板に感光剤を塗布するステップと、
    請求項１２又は１４に記載の露光装置を用いて、前記感光剤が塗布された前記基板を露光するステップと、を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
16. マークの位置を計測する計測方法であって、
    光学系によって、光源から射出される光で前記マークを照明し、前記マークからの光により前記マークの像を形成するステップと、
    前記マークの像を検出するステップと、
    前記マークの位置を計測しない非計測期間に前記光源から射出される光の光量を、前記マークの位置を計測する計測期間に前記光源から射出される光の光量よりも低くするステップと、
    前記非計測期間の前記光源と前記光学系の所定面との間の光路における透過率を、前記計測期間の前記光源と前記光学系の所定面との間の光路における透過率よりも高くするステップと、を有することを特徴とする計測方法。
17. マークの位置を計測する計測装置であって、
    光源から射出される光で前記マークを照明し、前記マークからの光により前記マークの像を形成する光学系と、
    前記マークの像を検出する検出系と、
    前記光源の点灯電圧を制御し、前記光源と前記光学系の所定面との間の光路における透過率を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記マークの位置を計測しない非計測期間の前記光源の点灯電圧を、前記マークの位置を計測する計測期間の前記光源の点灯電圧よりも低くし、
    前記非計測期間の前記光源と前記所定面との間の光路における透過率を、前記計測期間の前記光源と前記所定面との間の光路における透過率よりも高くすることを特徴とする計測装置。
18. 前記光源は、ハロゲンランプ、レーザダイオード又はＨｅ−Ｎｅレーザを含むことを特徴とする請求項１７に記載の計測装置。
19. マークの位置を計測する計測装置であって、
    光源から射出される光で前記マークを照明し、前記マークからの光により前記マークの像を形成する光学系と、
    前記マークの像を検出する検出系と、
    前記光源の点灯電圧を制御し、前記光源と前記光学系の所定面との間の光路における透過率を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記光源の点灯電圧を低くする際、前記光源と前記所定面との間の光路における透過率を高くすることを特徴とする計測装置。
20. マークの位置を計測する計測装置であって、
    光源から射出される光で前記マークを照明し、前記マークからの光により前記マークの像を形成する光学系と、
    前記マークの像を検出する検出系と、
    前記光源の点灯電圧を制御し、前記光源と前記光学系の所定面との間の光路における透過率を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記光源の点灯電圧を低くする際、前記光源と前記所定面との間の光路における透過率を高くし、
    前記光源の点灯電圧を高くする際、前記光源と前記所定面との間の光路における透過率を低くすることを特徴とする計測装置。

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