JP5773735B2 - 露光装置、および、デバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置、および、それを用いたデバイス製造方法に関する。

露光装置は、半導体デバイスや液晶表示装置などの製造工程であるリソグラフィー工程において、原版（レチクルやマスク）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレートなど）に転写する装置である。例えば、半導体デバイスの製造に用いられる投影露光装置では、投影パターンの解像力の向上に伴い、レチクルとウエハとをそれぞれのステージ上に載置した状態で、相対的に位置合わせをする場合でも高精度化が要求される。具体的には、半導体デバイスのパターンの微細化、高集積化の要求により高い解像力を有する投影光学系が必要とされるが、この投影光学系の高ＮＡ化により、焦点深度が浅くなりつつある。したがって、投影露光装置では、ウエハ面を投影光学系の最良結像面（ベストフォーカス面）に対して、高精度に合致させることが求められる。

しかしながら、ベストフォーカス面は、投影光学系の周囲の温度変化、大気圧変化、投影光学系に入射する照射光による温度上昇、または投影光学系を含む装置全体の発熱による温度上昇などに起因して変動する場合がある。そこで、高い解像力を維持するために適宜合焦位置を補正する必要がある。この補正手段として、例えば、投影光学系を介した光束を利用するＴＴＬオートフォーカスがある。特許文献１は、ＴＴＬオートフォーカス機能を有する投影露光装置を開示している。このＴＴＬオートフォーカスでは、制御系は、レチクルを保持するレチクルステージ（原版保持部）上に設けられたスリット状のマークの像を、投影光学系を介してウエハを保持するウエハステージ（基板保持部）上に設けられたスリット状のマークに結像させる。次に、ウエハステージに設置された検出部は、ウエハステージ側のマークを介してレチクルステージ側のマークの像を受光する。そして、制御系は、検出部からの出力に基づいてベストフォーカス面を検出し、その検出結果をステージ制御系にフィードバックしてウエハステージ（ウエハ面）を所定の位置に設定することで、最適な合焦状態を得る。

特開平５−１８２８９５号公報

しかしながら、特許文献１に示すようなＴＴＬオートフォーカスによる合焦位置の検出方法では、工程数が多い。例えば、合焦位置計測の準備工程として、レチクルステージとウエハステージとのＸ軸およびＹ軸の各方向に対する位置合わせ計測工程があるが、従来の露光装置では、まずＸ軸方向の位置合わせ計測工程を実施し、次にＹ軸方向の位置合わせ計測工程を実施する。したがって、位置合わせ計測に要する時間が多く、結果的に露光装置の生産性を低下させる。

本発明は、原版保持部と基板保持部との位置合わせに要する時間の短さの点で有利な露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、投影光学系を介して原版のパターンを基板に投影して露光する露光装置であって、原版を保持し、投影光学系の光軸に直交する第１方向、および、光軸および第１方向に直交する第２方向に可動で、第１マークおよび第２マークを有する原版保持部と、基板を保持し、第１方向および第２方向に可動な基板保持部と、基板保持部に設けられ、遮光部、遮光部に形成された第１開口および第１開口を通過した第１マークの投影像を受光する第１受光部、および、遮光部に形成された第２開口および第２開口を通過した第２マークの投影像を受光する第２受光部を有する検出部と、原版保持部を第２方向に移動させながら基板保持部を第１方向に移動させることにより第１方向における原版保持部と基板保持部との位置合わせ計測および第２方向における原版保持部と基板保持部との位置合わせ計測を同時に実行し、検出部の出力に基づいて、原版保持部と基板保持部と位置合わせを実行する制御部と、を備え、第１マークの第２方向の長さをＬ１Ｙとし、第２マークの第１方向の長さをＬ１Ｘとし、第１開口の第２方向の長さをＬ２Ｙとし、第２開口の第１方向の長さをＬ２Ｘとし、第１方向における位置合わせに要求される原版保持部の移動量をＤＸとし、第２方向における位置合わせに要求される原版保持部の移動量をＤＹとすると、Ｌ１Ｙ≧Ｌ２Ｙ＋２×ＤＹ、および、Ｌ１Ｘ≧Ｌ２Ｘ＋２×ＤＸが成立するように構成されている、または、Ｌ２Ｙ≧Ｌ１Ｙ＋２×ＤＹ、および、Ｌ２Ｘ≧Ｌ１Ｘ＋２×ＤＸが成立するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、原版保持部と基板保持部との位置合わせに要する時間の短さの点で有利な露光装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。 合焦用マークが形成された原版ステージを示す平面図である。 従来の原版側および基板側合焦用マークを示す平面図である。 本実施形態に係る原版側および基板側合焦用マークを示す平面図である。 従来の基板側合焦用マークと光検出部とを示す断面図である。 本実施形態に係る基板側合焦用マークと光検出部とを示す断面図である。 従来のマーク像の検出を説明する図である。 本実施形態に係るマーク像の検出を説明する図である。 本実施形態に係る合焦位置検出の手順を示すフローチャートである。 合焦位置計測時の光検出部による出力波形を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。

まず、本発明の一実施形態に係る露光装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置１の構成を示す概略図である。この露光装置１は、半導体デバイスや液晶表示装置などの製造工程のうちのリソグラフィー工程にて使用され、基板（被処理基板）であるウエハやガラスプレートに対して露光処理を施すものである。特に、本実施形態の露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式、またはステップ・アンド・スキャン方式を採用する走査型投影露光装置とする。なお、図１以下の各図において、基板に向かう光軸方向にＺ軸を取り、該Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時の走査方向（第２方向）にＹ軸を取り、該Ｙ軸に直交する非走査方向（第１方向）にＸ軸を取って説明する。露光装置１は、照明系２と、原版３を保持する原版ステージ４と、投影光学系５と、基板６を保持する基板ステージ７と、上記の各構成要素の動作などを制御する制御系８とを備える。

照明系２は、不図示の光源を含み、原版３を照明する。光源としては、例えば、パルスレーザ光源や、一または複数の連続光源（水銀ランプやキセノンランプ）などが使用可能である。ここで、露光のオン／オフは、パルス光源を使用する場合には、パルスレーザ光源への供給電力の制御により切り換え、一方、連続光源を使用する場合には、照明系２内に備えるシャッターにより切り換えられ得る。または、照明系２内に備える可変視野絞りの開閉によって露光のオン／オフを切り換える場合もある。

原版３は、例えば石英ガラス製であり、その表面には基板に転写されるべきパターンが形成されている。また、原版ステージ（原版保持部）４は、原版３を載置および保持しつつ、Ｘ軸およびＹ軸の各方向に可動とするステージ装置である。ここで、原版ステージ４は、ステップ・アンド・スキャン方式による走査露光を行う際には、Ｙ軸方向にスキャン移動する。また、原版ステージ４は、その外周部に不図示の移動鏡を設置しており、原版ステージ４の位置は、移動鏡に向けてレーザビームを投射し、その反射光を受光するレーザ干渉計の出力に基づいて計測される。図２は、Ｚ軸方向上面から見た原版ステージ４を示す平面図である。原版ステージ４は、その表面に、原版３の載置領域４ａと、該載置領域４ａの一外周領域に形成される複数の原版側合焦用マーク１０とを有する。原版側合焦用マーク１０は、図２に示すように、例えば３つの原版側合焦用マーク１０ａ〜１０ｃから構成されている。これらの各原版側合焦用マーク１０ａ〜１０ｃは、それぞれＸＹ平面において、Ｙ軸方向を長手方向とする複数の開口部（スリット）で構成された垂直方向のマークと、Ｘ軸方向を長手方向とする複数の開口部で構成された水平方向のマークとを有する。以下、上記の垂直方向のマークを「Ｖ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）マークＭ１_Ｖ」と表記し、一方、上記の水平方向のマークを「Ｈ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）マークＭ１_Ｈ」と表記する。なお、各ＶマークＭ１_ＶおよびＨマークＭ１_Ｈについては、以下で詳説する。

投影光学系５は、照明系２から原版３に照射された照射光により、原版３に形成されたパターンを等倍または所定倍率（例えば１／４または１／５）で基板６の表面上に投影する。基板６は、その表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハまたはガラスプレートなどの被処理基板である。基板ステージ（基板保持部）７は、基板６を載置および保持しつつ、少なくともＸＹＺの３軸方向に可動とするステージ装置である。ここで、走査露光を行う際には、基板ステージ７は、Ｙ軸方向にスキャン移動する。また、基板ステージ７は、原版ステージ４と同様に、その外周部に不図示の移動鏡を設置しており、基板ステージ７の位置は、移動鏡に向けてレーザビームを投射し、その反射光を受光するレーザ干渉計の出力に基づいて計測される。この基板ステージ７も、原版側合焦用マーク１０によるマーク像の照射位置に対応した表面に、原版側合焦用マーク１０と同種で、基板６の載置領域に対して、その外周領域に形成される複数の基板側合焦用マーク１１を有する。具体的には、基板側合焦用マーク１１は、不図示であるが、３つの原版側合焦用マーク１０ａ〜１０ｃにそれぞれ対応した３つの基板側合焦用マークからなり、その高さは、基板ステージ７に基板６を載置した際の基板６の上面の高さと略同一とする。さらに、基板ステージ７は、各基板側合焦用マーク１１の直下に、基板側合焦用マーク１１の開口部を通過した光を検出する光検出部（検出部）１２を備える。この光検出部１２としては、例えば光電変換素子や各種センサなどが採用可能である。なお、光検出部１２については、以下で詳説する。

制御系８は、例えばコンピュータなどで構成され、露光装置１の各構成要素に回線を介して接続され、プログラムなどにしたがって各構成要素の制御を実行し得る。本実施形態の制御系８は、少なくとも原版ステージ４および基板ステージ７の動作を制御するステージ制御系１３と、光検出部１２による出力に基づいて自動で最良結像面（ベストフォーカス面）を検出する自動合焦制御系１４とを含む。なお、制御系８は、露光装置１の他の部分と一体で構成してもよいし、露光装置１の他の部分とは別の場所に設置してもよい。

次に、本実施形態の一特徴である原版側合焦用マーク１０および基板側合焦用マーク１１の形状について説明する。まず、比較例として、従来の原版側合焦用マークおよび基板側合焦用マークの形状について説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれＺ軸方向上面から見た、従来の原版側合焦用マーク２０および基板側合焦用マーク２１を示す平面図である。投影光学系５の物面にある原版側合焦用マーク２０では、図３（ａ）に示すように、それぞれ複数の開口部からなるＶマークＭ１_Ｖ´とＨマークＭ１_Ｈ´とが互いに隣接し、かつ、各マークＭ１_Ｖ´、Ｍ１_Ｈ´の長さは、それぞれ開口部を並べた横幅と略同一である。一方、投影光学系５の像面にある基板側合焦用マーク２１も、図３（ｂ）に示すように、原版側合焦用マーク２０の各マークＭ１_Ｖ´、Ｍ１_Ｈ´と略同一形状（マーク像と同一形状）のＶマークＭ２_Ｖ´とＨマークＭ２_Ｈ´とを有する。

これに対して、図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれＺ軸方向上面から見た、本実施形態の原版側合焦用マーク１０および基板側合焦用マーク１１を示す平面図である。本実施形態では、原版側合焦用マーク１０におけるＶマークＭ１_Ｖ（第１マーク）の開口部の長手方向の長さと、基板側合焦用マーク１１におけるＶマークＭ２_Ｖ（第３マーク）の開口部の長手方向の長さとは、それぞれ異なる。これは、他方の原版側合焦用マーク１０におけるＨマークＭ１_Ｈ（第２マーク）および基板側合焦用マーク１１におけるＨマークＭ２_Ｈ（第４マーク）についても同様である。例えば、図４（ａ）に示すように、原版側合焦用マーク１０におけるＶマークＭ１_Ｖの開口部の長手方向の長さをＬ１_Ｙとし、ＨマークＭ１_Ｈの開口部の長手方向の長さをＬ１_Ｘとする。一方、図４（ｂ）に示すように、基板側合焦用マーク１１におけるＶマークＭ２_Ｖの開口部の長手方向の長さをＬ２_Ｙとし、ＨマークＭ２_Ｈの開口部の長手方向の長さをＬ２_Ｘとする。また、後述する位置合わせ計測において要求されるＸ軸方向への原版ステージ駆動量をＤ_Ｘとし、一方、Ｙ軸方向への原版ステージ駆動量をＤ_Ｙとする。このとき、本実施形態では、上記長さＬ１_ＹおよびＬ１_Ｘには、以下に示す式（１）および式（２）が成立する。
Ｌ１_Ｙ≧Ｌ２_Ｙ＋２×Ｄ_Ｙ （１）
Ｌ１_Ｘ≧Ｌ２_Ｘ＋２×Ｄ_Ｘ （２）

次に、原版側合焦用マーク１０におけるＶマークＭ１_ＶおよびＨマークＭ１_Ｈの開口スリットの長さＬ１_Ｙ、Ｌ１_Ｘを、上記のように式（１）、（２）の値以上に設定した場合の光検出部１２の構成について説明する。まず、比較例として、従来の光検出部の構成について説明する。図５は、基板側合焦用マーク２１の直下に位置する従来の光検出部２３を示す断面図である。例えば、光検出部２３として光電変換素子を採用すると仮定すると、光電変換素子は、基板側合焦用マーク２１のＶマークＭ２_Ｖ´およびＨマークＭ２_Ｈ´を通過した光を１つの受光部２３ａで受光し、その出力から光量を測定することが可能である。これに対して、図６は、基板側合焦用マーク１１の直下に位置する本実施形態の光検出部１２を示す断面図である。この場合も光検出部１２として光電変換素子を採用すると仮定すると、本実施形態の光検出部１２は、基板側合焦用マーク１１のＶマークＭ２_ＶおよびＨマークＭ２_Ｈを通過した光を、それぞれ個別に受光する複数（ここでは２つ）の受光部１２ａ、１２ｂを有する。この場合、２つの受光部１２ａ、１２ｂによる各出力から、ＶマークＭ２_ＶおよびＨマークＭ２_Ｈを通過した光の光量を個別に測定することが可能である。

次に、上記のような原版側合焦用マーク１０および基板側合焦用マーク１１、ならびに光検出部１２を用いたＴＴＬオートフォーカスによる合焦位置の補正について説明する。通常、投影露光装置では、基板の表面と投影光学系のベストフォーカス面とを高精度に合致させることが求められる。そこで、露光装置は、原版に形成されたパターンの像を基板上の所定の位置（ショット）に露光するにあたり、原版ステージと基板ステージとのＸ軸およびＹ軸の各方向に対する位置合わせを行い、ここで取得した最適位置を参照して合焦位置の検出を実施する。

従来、各合焦用マーク２０、２１のＸ軸方向に対する位置合わせは、原版側合焦用マーク２０のＶマークＭ１_Ｖ´によるマーク像（光）のうち、基板ステージをＸ軸方向に駆動したときのＶマークＭ２_Ｖ´を通過したものの光量の変化に基づいて最適位置を求める。同様に、各合焦用マーク２０、２１のＹ軸方向に対する位置合わせは、原版側合焦用マーク２０のＨマークＭ１_Ｈ´によるマーク像のうち、基板ステージをＹ軸方向に駆動したときのＨマークＭ２_Ｈ´を通過したものの光量の変化に基づいて最適位置を求める。すなわち、位置合わせ計測に必要な基板ステージの駆動方向は、互いに直交している。ここで、従来の光検出部２３は、図５に示すように、１つの受光部２３ａにてＶマークＭ２_Ｖ´およびＨマークＭ２_Ｈ´を通過した光の両方を受光する構成であるため、制御部は、それぞれの通過光の光量の変化を個別にモニタリングすることが不可能である。そこで、本実施形態の光検出部１２は、図６に示すように、ＶマークＭ２_ＶおよびＨマークＭ２_Ｈを通過した光をそれぞれ個別に受光する２つの受光部１２ａ、１２ｂを有する。この場合、制御系８は、基板ステージ７をＸ軸方向に、かつ原版ステージ４をＹ軸方向にそれぞれ相対移動させつつ、受光部１２ａ、１２ｂからの各出力により、それぞれの光量の変化を同時にモニタリングすることで、同時に個別の位置合わせ計測が可能となる。

ここで、図３（ａ）、（ｂ）に示す従来例のように、原版側合焦用マーク２０と基板側合焦用マーク２１とを構成する各マークＭ１_Ｖ´、Ｍ２_Ｖ´（または、Ｍ１_Ｈ´、Ｍ２_Ｈ´）の開口部の長手方向の長さがそれぞれ等しい場合には、高精度な位置計測が難しい。この理由として、以下、一例であるが、従来のＶマークＭ１_Ｖ´、Ｍ２_Ｖ´を用いた場合の原版ステージのＹ軸方向駆動によるＸ軸方向の計測側から見た光量の変化への影響について、図７を用いて説明する。

図７は、従来のマーク像の検出を説明するためのＸ軸方向から見た原版ステージ、投影光学系、および基板ステージの位置関係と、受光部２３ａに入射する光の状態とを示す断面図である。特に、図７（ａ）は、位置計測の開始時、図７（ｂ）は、位置計測の中間地点、また、図７（ｃ）は、位置計測の終了直前の場合を示し、順に時系列となっている。なお、図７において、原版ステージ、投影光学系、および基板ステージには、便宜上、図１に示す本実施形態の露光装置１の構成と同一の符号を付す。ここで、原版側合焦用マーク２０と基板側合焦用マーク２１とは、開口部の長手方向の断面を表している。また、図７では、Ｘ軸方向の位置計測において同時に必要となる基板ステージ７のＸ軸方向の駆動については、図面の奥から手前への方向となるため図示されない。さらに、この例では、ＨマークＭ１_Ｈ´、Ｍ２_Ｈ´を用いてＹ軸方向の位置計測も同時に実施されるが、この場合には、原版ステージ４は、時系列でＹ軸方向に駆動し、原版側合焦用マーク２０もＹ軸方向に移動することとなる。

まず、図７（ａ）において、同時に実施されるＹ軸方向の位置計測のための原版ステージ４のＹ軸方向の駆動も同様に開始時であるため、原版側合焦用マーク２０および基板側合焦用マーク２１のＹ軸方向に対する位置ずれは、ほとんどない。したがって、ＶマークＭ１_Ｖ´を通過した光のほぼ全てが、ＶマークＭ２_Ｖ´を通過して、受光部２３ａに入射する。次に、図７（ｂ）において、同時に実施される原版ステージ４のＹ軸方向の駆動も開始するため、ＶマークＭ１_Ｖ´とＶマークＭ２_Ｖ´とには、Ｙ軸方向に対する位置ずれが発生する。したがって、ＶマークＭ１_Ｖ´を通過した光の一部は、ＶマークＭ２_Ｖ´の周辺の遮光部２４により遮光され、受光部２３ａに入射する光の光量が減少する。そして、図７（ｃ）において、同時に実施される原版ステージ４のＹ軸方向の駆動も、図７（ｂ）の状態からさらに進行するため、ＶマークＭ１_Ｖ´とＶマークＭ２_Ｖ´とのＹ軸方向に対する位置ずれもさらに大きくなる。したがって、遮光部２４により遮光される遮光量が増大し、受光部２３ａに入射する光の光量もさらに減少する。このように、従来の各合焦用マーク２０、２１の構成でＸ軸方向とＹ軸方向との位置計測を同時に実施すると、光検出部２３の出力には、原版ステージ４のＸ軸方向の駆動による所望の光量変化成分に加え、Ｙ軸方向の駆動による光量変化成分も加算されてしまう。すなわち、光検出部２３による光量の出力変化に基づいて最適位置を求める位置合わせ計測では、高精度な位置計測が困難である。

これに対して、本実施形態の原版側合焦用マーク１０では、上記のように、ＶマークＭ１_ＶとＨマークＭ１_Ｈとの開口部の長手方向のそれぞれの長さＬ１_Ｙ、Ｌ１_Ｘを、式（１）、（２）の値よりも大きく設定する。さらに、光検出部１２も、上記のように、ＶマークＭ２_ＶおよびＨマークＭ２_Ｈを通過した光をそれぞれ個別に受光する受光部１２ａ、１２ｂを有する。以下、本実施形態のＶマークＭ１_Ｖ、Ｍ２_Ｖ、および光検出部１２（受光部１２ａ）用いた場合の原版ステージ４のＹ軸方向駆動によるＸ軸方向の計測側から見た光量の変化への影響について、図８を用いて説明する。

図８は、本実施形態におけるマーク像の検出を説明するためのＸ軸方向から見た原版ステージ４、投影光学系５、および基板ステージ７の位置関係と、受光部１２ａに入射する光の状態とを示す断面図である。特に、図８（ａ）は、位置計測の開始時、また、図８（ｂ）は、位置計測の終了直前の場合を示し、図７（ａ）および図７（ｃ）にそれぞれ対応している。

まず、図８（ａ）において、原版側合焦用マーク１０を構成するＶマークＭ１_Ｖの開口部の長手方向の長さは、上記のように、ＶマークＭ２_Ｖの開口部の長手方向の長さに位置合わせ計測に、必要な原版ステージ４の駆動量の２倍を加えた値以上である。すなわち、投影光学系５を介して基板ステージ７の表面上のベストフォーカス位置に投影されるマーク像は、基板側合焦用マーク１１のＶマークＭ２_Ｖの開口部の長さに対して長くなる。そして、図８（ｂ）において、同時に実施される原版ステージ４のＹ軸方向の駆動がほとんど終了する場合でも、Ｙ軸方向に対する位置ずれはあるものの、投影されるマーク像は、遮光部１６により遮光されず、ＶマークＭ２_Ｖの長手方向範囲から外れない。すなわち、受光部１２ａに入射する光の光量（光量変化）は、原版ステージ４のＹ軸方向への駆動の影響を受けず、受光部１２ａは、結果的に所望の基板ステージ７のＸ軸方向への駆動による光量のみを計測することが可能となる。なお、上記の例では、ＶマークＭ１_Ｖ、Ｍ２_Ｖを用いた場合の原版ステージ４のＹ軸方向駆動によるＸ軸方向の計測側から見た光量の変化への影響について説明したが、ＨマークＭ１_Ｈ、Ｍ２_Ｈを用いてＸ軸方向駆動によるＹ軸方向の計測側から見た場合も同様である。したがって、光検出部１２は、Ｘ軸およびＹ軸の各方向の位置計測に要求される正確な光量を出力できるため、制御系８は、この出力に基づいて高精度な位置計測が可能となる。

次に、露光装置１による合焦位置の補正の手順について説明する。図９は、本実施形態の合焦位置の補正の流れを示すフローチャート図である。まず、制御系８は、合焦位置の補正を開始すると、Ｘ／Ｙ軸方向の位置合わせ計測を実行する（ステップＳ１０１）。このステップＳ１０１では、まず、制御系８は、図１に示すように、ステージ制御系１３により、原版側合焦用マーク１０ａに対して照明系２からの光１５が照射される所定の位置に原版ステージ４を移動させる。次に、制御系８は、ステージ制御系１３により、原版側合焦用マーク１０ａのＶマークＭ１_ＶおよびＨマークＭ１_Ｈによるマーク像の結像位置が、基板側合焦用マーク１１ａのＶマークＭ２_ＶおよびＨマークＭ２_Ｈにほぼ合致する位置に、基板ステージ７を移動させる。次に、制御系８は、光１５を照射させた状態で、光検出部１２の２つの受光部１２ａ、１２ｂの出力に基づく光量の変化を自動合焦制御系１４によりモニタリングしながら、基板ステージ７をＸ軸方向に、原版ステージ４をＹ軸方向に同時に相対移動させる。このとき、受光部１２ａの出力は、原版側合焦用マーク１０ａのＶマークＭ１_Ｖによるマーク像の結像位置に対し、基板側合焦用マーク１１ａのＶマークＭ２_Ｖの位置が一致する状態で最大強度となる。したがって、制御系８は、この最大強度となるときの基板ステージ７のＸ軸方向の位置情報をステージ制御系１３から取得することで、Ｘ軸方向の最適位置を求めることができる。同様に、受光部１２ｂの出力は、原版側合焦用マーク１０ａのＨマークＭ１_Ｈによるマーク像の結像位置に対し、基板側合焦用マーク１１ａのＨマークＭ２_Ｈの位置が一致する状態で最大強度となる。したがって、制御系８は、この最大強度となるときの基板ステージ７のＹ軸方向の位置情報をステージ制御系１３から取得することで、Ｙ軸方向の最適位置を求めることができる。

次に、制御系８は、ステップＳ１０１にて得られた最適位置に基板ステージ７を移動させるマーク位置合わせ駆動を実行する（ステップＳ１０２）。ここで、Ｙ軸方向の最適位置への移動については、基板ステージ７または原版ステージ４のどちらでもよい。以上、Ｘ／Ｙ軸方向の位置合わせ計測（ステップＳ１０１）およびマーク位置合わせ駆動（ステップＳ１０２）は、以降の合焦位置計測（ステップＳ１０３）を精度良く実施するための準備工程である。

次に、制御系８は、原版側合焦用マーク１０ａと基板側合焦用マーク１１ａとがＸＹ平面内で位置合わせされた状態で、ＶマークＭ１_Ｖ、Ｍ２_Ｖ、およびＨマークＭ１_Ｈ、Ｍ２_Ｈを用いた合焦位置計測（Ｈ／Ｖマーク合焦位置計測）を実施する（ステップＳ１０３）。この場合、制御系８は、光１５を照射させた状態で、光検出部１２の２つの受光部１２ａ、１２ｂの出力に基づく光量の変化を自動合焦制御系１４により同時にモニタリングしながら、基板ステージ７をＺ軸方向に駆動させる。このとき、制御系８は、基板ステージ７のＺ軸方向の位置情報と光検出部１２からの出力との関係を取得する。

次に、制御系８は、ステップＳ１０３にて取得した基板ステージ７のＺ軸方向の位置情報と光検出部１２からの出力との関係から、合焦位置を算出する（ステップＳ１０４）。図１０は、基板ステージ７のＺ軸方向の位置情報（Ｚ位置）に対する光検出部１２の出力の変化（出力波形）を示すグラフである。このステップＳ１０４では、制御系８は、図１０に示す出力変化を参照して、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の方法を適用することで、合焦位置Ｚ０を算出することができる。
（Ａ）光１５の強度が最大となる基板ステージ７のＺ位置を合焦位置Ｚ０とする。
（Ｂ）光１５の最大強度に対して、予めある割合のスライスレベルを設定し、このスライスレベルの出力に対応する基板ステージ７のＺ１、Ｚ２の各位置から、Ｚ０＝（Ｚ１＋Ｚ２）／２として、合焦位置Ｚ０を算出する。
（Ｃ）光１５の強度および基板ステージ７のＺ位置に対して重心計算を行い、重心位置を合焦位置Ｚ０とする。
（Ｄ）光１５の強度および基板ステージ７のＺ位置に対して２次関数（ｙ＝ａ×ｘ^２＋ｂ×ｘ＋ｃ）の近似を実行し、Ｚ０＝−ｂ／２ａとして合焦位置Ｚ０を算出する。この場合、予めある割合のスライスレベルを設定し、このスライスレベル以上の光１５の強度を示す基板ステージ７のＺ位置から２次関数の近似を実行することが望ましい。
以上の工程により、制御系８は、原版側合焦用マーク１０ａに対応する像高における合焦位置の算出を完了するが、他の原版側合焦用マーク１０ｂ、１０ｃに対応するものについても、同様の手順にて合焦位置の算出を実行する。

そして、制御系８は、ステップＳ１０４にて取得した合焦位置に向けて、基板ステージ７をＺ軸方向に駆動し（ステップＳ１０５）、合焦位置の補正を終了する。

従来、合焦位置計測の準備工程であるＸ軸およびＹ軸方向の各位置合わせ計測では、Ｘ軸方向に原版ステージ４を駆動して計測する工程と、その後、Ｙ軸方向に原版ステージ４を駆動して計測する工程との２つの工程を要していた。これに対して、本実施形態では、ステップＳ１０１に示すように、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに対して原版ステージ４を同時駆動させ、並行して位置合わせ計測を実施する。したがって、位置合わせ計測に要する時間を短縮させることが可能となる。さらに、従来、ＶマークＭ１_Ｖ´、Ｍ２_Ｖ´、および、ＨマークＭ１_Ｈ´、Ｍ２_Ｈ´を用いた合焦位置計測では、ＨマークＭ１_Ｈ´、Ｍ２_Ｈ´による合焦位置計測工程と、その後、ＶマークＭ１_Ｖ´、Ｍ２_Ｖ´による合焦位置計測工程との２つの工程を要していた。これに対して、本実施形態では、ステップＳ１０３に示すように、ＶマークＭ１_Ｖ´、Ｍ２_Ｖ´、および、ＨマークＭ１_Ｈ´、Ｍ２_Ｈ´による合焦位置計測を同時に実施する。したがって、合焦状態における原版ステージ４と基板ステージ７との相対位置の計測である合焦位置計測に要する時間をも短縮させることが可能となる。なお、この合焦位置計測を同時に実施することで、各計測結果から算出された合焦位置の差から、投影光学系５の非点収差を得ることができるという利点もある。加えて、各合焦位置の平均位置を目標として基板ステージ７の位置を補正することで、原版３上の全方向に延びるパターンに関し、最適に露光を実施することができるという利点もある。

以上のように、本実施形態によれば、位置合わせ計測に要する時間を短縮させ、さらには合焦位置計測に要する時間をも短縮させることができる。すなわち、合焦位置の補正全体に要する時間を短縮させることができるので、生産性の点で有利となる露光装置を提供することができる。

なお、上記説明では、原版側合焦用マーク１０におけるＶマークＭ１_Ｖの開口部の長手方向の長さが、基板側合焦用マーク１１におけるＶマークＭ２_Ｖの開口部の長手方向の長さよりも長く設定するものとしたが、本発明は、これに限定するものではない。例えば、これとは逆に、基板側合焦用マーク１１におけるＶマークＭ２_Ｖの開口部の長手方向の長さを、原版側合焦用マーク１０におけるＶマークＭ１_Ｖの開口部の長手方向の長さよりも長くしても同様の効果を奏する。この場合、上記の式（１）および式（２）にそれぞれ対応する式（３）および式（４）が成立することになる。
Ｌ２_Ｙ≧Ｌ１_Ｙ＋２×Ｄ_Ｙ （３）
Ｌ２_Ｘ≧Ｌ１_Ｘ＋２×Ｄ_Ｘ （４）

（デバイスの製造方法）
次に、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。

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ず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ 露光装置
２ 照明系
３ 原版
４ 原版ステージ
５ 投影光学系
６ 基板
７ 基板ステージ
８ 制御部
１０ 原版側合焦用マーク
１１ 基板側合焦用マーク
１２ 光検出部
１２ａ 受光部
１２ｂ 受光部
Ｍ１_Ｖ 原版ステージ側のＶマーク
Ｍ１_Ｈ 原版ステージ側のＨマーク
Ｍ２_Ｖ 基板ステージ側のＶマーク
Ｍ２_Ｈ 基板ステージ側のＨマーク

Claims (4)

1. 投影光学系を介して原版のパターンを基板に投影して露光する露光装置であって、
   前記原版を保持し、前記投影光学系の光軸に直交する第１方向、および、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向に可動で、第１マークおよび第２マークを有する原版保持部と、
   前記基板を保持し、前記第１方向および前記第２方向に可動な基板保持部と、
   前記基板保持部に設けられ、遮光部、前記遮光部に形成された第１開口および前記第１開口を通過した前記第１マークの投影像を受光する第１受光部、および、前記遮光部に形成された第２開口および前記第２開口を通過した前記第２マークの投影像を受光する第２受光部を有する検出部と、
   前記原版保持部を前記第２方向に移動させながら前記基板保持部を前記第１方向に移動させることにより前記第１方向における前記原版保持部と前記基板保持部との位置合わせ計測および前記第２方向における前記原版保持部と前記基板保持部との位置合わせ計測を同時に実行し、前記検出部の出力に基づいて前記原版保持部と前記基板保持部との位置合わせを実行する制御部と、を備え、
   前記第１マークの前記第２方向の長さをＬ１Ｙとし、
   前記第２マークの前記第１方向の長さをＬ１Ｘとし、
   前記第１開口の前記第２方向の長さをＬ２Ｙとし、
   前記第２開口の前記第１方向の長さをＬ２Ｘとし、
   前記第１方向における位置合わせに要求される前記原版保持部の移動量をＤＸとし、
   前記第２方向における位置合わせに要求される前記原版保持部の移動量をＤＹとすると、
   Ｌ１Ｙ≧Ｌ２Ｙ＋２×ＤＹ、および、Ｌ１Ｘ≧Ｌ２Ｘ＋２×ＤＸが成立するように構成されている、
   または、Ｌ２Ｙ≧Ｌ１Ｙ＋２×ＤＹ、および、Ｌ２Ｘ≧Ｌ１Ｘ＋２×ＤＸが成立するように構成されていることを特徴とする露光装置。
2. 前記制御部は、前記第１方向における位置合わせを行わせるとともに前記第２方向における位置合わせを行わせた後に、前記原版保持部または前記基板保持部を前記投影光学系の前記光軸に平行な方向に移動させたときの前記検出部の出力に基づいて、合焦位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記検出部は、光電変換素子を含む、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 請求項１ないし請求項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、
   前記工程で露光された前記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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