JP7186531B2 - 露光装置、および物品製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置、および物品製造方法に関する。

露光装置においては、照明光学系や投影光学系の像性能がＣＤやオーバーレイに影響する。そこで、空中像計測器を用いて、照明光学系や投影光学系の光学特性を計測し、調整することが行われている。特許文献１には、照明光学系のテレセントリシティ（テレセン度）を計測するために、空中像計測装置の光軸方向にフォーカス位置を変えながら、光軸と垂直な断面方向のシフト計測を行うことが記載されている。また、特許文献２には、空中像計測器のパターン基板にアライメントマークを構成することで、投影光学系による投影像とパターン基板の光軸周りの回転方向の調整を行うことが記載されている。これらの空中像計測器には、開口部がＣｒなどの遮光部材で成膜されたガラスプレートと、センサが構成されている。

特開２００３－０５９８１７号公報 特開２００８－２９４０１９号公報

しかし、従来の空中像計測器には、ガラスプレートの開口部の中心とセンサの感度領域の中心とのずれによって走査信号の検出光量が騙されてしまい計測誤差が発生するという問題がある。

本発明は、例えば、マークの計測における計測誤差を低減するのに有利な露光装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、マスクステージに保持されたマスクのパターンを投影する投影光学系と、基板を保持して移動可能な基板ステージと、前記基板ステージに設けられた計測器であって、基板側マークが形成されたプレートと、前記マスクまたは前記マスクステージに設けられたマスク側マーク、前記投影光学系、前記基板側マークをそれぞれ透過した光を検出するセンサとを含み、前記センサで検出された光の光量を計測する計測器とを備え、前記基板側マークは、前記センサの感度領域の中央に配置された中央マークと、該中央マークの周辺に配置された周辺マークとを含む、複数の計測マークを含み、前記中央マークは、前記基板ステージを前記投影光学系の光軸と平行な第１方向に駆動させることを伴う前記光量の計測に使用されるマークであり、前記周辺マークは、前記第１方向に直交する方向における前記マスク側マークに対する前記周辺マークの位置ずれ量の計測に使用されるマークであることを特徴とする露光装置が提供される。

本発明によれば、例えば、マークの計測における計測誤差を低減するのに有利な露光装置を提供することができる。

実施形態に係る露光装置の構成を示す図。 実施形態における計測マークの例を示す図。 レチクル側の計測マークの詳細例を示す図。 位置検出装置とレチクルの相対位置関係（ベースライン）を示す図。 計測器の構成を示す図。 計測器における複数の計測マークの例を示す図。 計測マークのＸ方向の位置と光電変換部の出力値との関係を例示する図。 計測マークから得られるテレセン度を示す模式図。 テレセン度の計測誤差が発生しない条件を説明する図。 テレセン度の計測誤差が発生しない条件を説明する図。 テレセン度の計測誤差が発生する条件を説明する図。 テレセン度の計測誤差が発生する条件を説明する図。 レンズを含む計測器でテレセン度の計測誤差が発生する様子を説明する図。 レンズを含む計測器でテレセン度の計測誤差が発生する様子を説明する図。 実施形態における計測器の構成を示す図。 実施形態における計測器における複数の計測マークの例を示す図。 実施形態における計測器におけるアライメントマークの例を示す図。 実施形態における計測器の構成を示す図。 実施形態における計測器の構成を示す図。 実施形態における、照明光学系の瞳分布を計測する計測器の構成を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明の実施の具体例を示すにすぎないものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。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。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。本明細書では、水平面をＸＹ平面とするＸＹＺ座標系において方向を示す。一般に、基板６はその表面が水平面（ＸＹ平面）と平行になるように基板ステージ８の上に置かれ、投影光学系の光軸ＡＸは、ＸＹ平面と直交するＺ軸と平行である。露光装置の動作は、制御部１４によって管理されている。照明光学系１から照射された光ＩＬは、不図示のレチクルステージ（マスクステージ）上に構成されたレチクルセットマーク１２，１２’を基準に配置されたレチクル２を照明する。レチクル２は、レチクルセットマーク１２、１２’及びレチクル２上に構成されたレチクルセットマーク（不図示）を同時に観察可能なレチクルアライメントスコープ１１により位置決めされている。

原版（マスク）としてのレチクル２上のパターンを透過した光は、投影光学系３により、その像を基板６上に結像し、基板６上に露光パターンを形成する。基板６は、ＸＹＺ軸方向及び各軸周りの回転方向に移動可能な基板ステージ８上に保持されている。基板ステージ８は、ステージ制御系１０によって制御されている。基板ステージ８上には、後述するベースライン計測用の計測器１５（空中像計測器、空間像計測器ともよばれる）が設けられている。

一方、基板６上にはアライメントマーク（不図示）が構成されており、それらのアライメントマークの位置を専用の位置検出装置４にて計測する。なお、基板ステージ８の位置は、ミラー７を参照した干渉計９で常にその位置を計測しており、干渉計９の計測結果及び位置検出装置４によるアライメントマーク計測結果から、基板６上に形成されたチップの配列情報を算出する。

また、基板６に露光する際、投影光学系３が形成する像のフォーカス位置に対して位置合わせを行う必要があるが、その基板６のフォーカス方向の位置を検出するフォーカス検出装置５が構成されている。フォーカス検出装置５において、光源５０１から出射した光は、照明レンズ５０２、スリット５０３、投光レンズ５０４、ミラー５０５により、スリット５０３で規定されるパターン光を基板６上に斜め方向から投影する。基板６上に投影されたパターン光は基板表面で反射し、対向側に構成されたミラー５０６を介して受光レンズ５０７によって、ＣＣＤ等の光電変換部５０８に到達する。光電変換部５０８によって得られるスリット像の位置から基板６のフォーカス方向の計測が可能となる。

上記のように、位置検出装置４で基板６上に形成されているチップ配列情報を検出するが、それに先立って、図４に示されるような位置検出装置４とレチクル２の相対位置関係（ベースライン（Ｂ．Ｌ．））を求める必要がある。以下、ベースラインの計測方法の概略を説明する。図２は、レチクル２上とレチクル基準プレート２２上に構成されたレチクル側の計測マーク２０，２１（マスク側マーク）を示している。また、図３は、図２の計測マーク２０，２１の詳細例を示している。レチクル２には、遮光帯４０の内側に実素子パターンが形成された露光エリア４１が構成されている。その遮光帯４０の周辺部に計測マーク２０が構成されている。計測マーク２０は、図３に示すように、Ｘ方向を計測するための計測マーク２０ｘおよびＹ方向を計測するための計測マーク２０ｙを含む。計測マーク２０ｘは、Ｙ方向に延びる開口部および遮光部の繰り返しパターンとして構成されている。計測マーク２０ｙは、計測マーク２０ｘの延び方向と直交するＸ方向に延びる開口部および遮光部の繰り返しパターンとして構成されている。なお、計測マーク２０ｘおよび２０ｙの延びる方向はＸ方向またはＹ方向と平行である必要はなく、例えば、Ｘ方向に対して４５°あるいは１３５°傾いた方向に延びるように構成されてもよい。

図２に示すように、露光装置には、レチクル２と同じ高さにレチクル基準プレート２２が構成されている。不図示のレチクルステージを駆動することで、レチクル基準プレート２２を投影光学系３の直上に駆動することが可能である。レチクル基準プレート２２には、レチクル２が露光装置に搭載されていない時でもキャリブレーション計測が実施できるように、計測マーク２０，２１が構成されている。また、レチクル基準プレート２２に計測マーク２０，２１がＸ方向（投影光学系３の非スキャン方向）に複数配置されることで、これらのマークは投影光学系３のディストーションや像面などの収差計測にも使用されうる。図３に示すように、計測マーク２１は、Ｘ方向を粗計測するための計測マーク２１ｘと、Ｙ方向を粗計測するための計測マーク２１ｙと含む。計測マーク２１ｘ、はＹ方向に延びる開口部により構成され、計測マーク２１ｙは、計測マーク２１ｘの延び方向と直交するＸ方向に延びる開口部により構成されている。これらの計測マークに露光光が照明光学系１によって照明されると、計測マークを透過した光は、図４に示されるように、投影光学系３によって、その開口パターン像を基板側のベストフォーカス位置に形成する。

基板ステージ８上に配置された計測器１５の構成を図５Ａに示す。図５Ａは、Ｙ方向からみた計測器１５の断面図である。計測器１５は、ガラスプレート５０と、ガラスプレート５０の下方に配置された光電変換部５１（センサ）とを有する。ガラスプレート５０の表面には、Ｃｒなどの遮光部３５が成膜されている。遮光部３５の中央部には複数の計測マーク３３（基板側マーク）が設けられている。複数の計測マーク３３はそれぞれ、露光光に対して遮光特性を持つ遮光部と開口部とによって形成されるが、図５Ａでは、複数の計測マーク３３は単なる開口で示されている。マスク側マーク、投影光学系３、基板側マークのそれぞれを透過した光は、光電変換部５１に到達する。光電変換部５１は、受けた光の強さに応じた電気信号を出力する。これにより光電変換部５１で検出された光の光量（または強度）を計測することができる。

図５Ｂに、複数の計測マーク３３の例を示す。図５Ｂに示されるように、複数の計測マーク３３は、レチクル側の計測マーク２０ｘ、２０ｙ、２１ｘ、２１ｙに相当する計測マーク３０ｘ、３０ｙ、３１ｘ、３１ｙを含む他、それ以外の計測マークも含みうる。例えば、計測マーク３０ｓ、３０ｔは、斜め方向に開口部と遮光部の繰り返しパターンを持つ計測マークの像を計測する時に用いられうる。また、位置検出装置４で検出可能な位置計測マーク３２も構成されている。位置計測マーク３２が、位置検出装置４の観察領域内に位置させると、位置検出装置４により検出された結果とその時の干渉計の結果より、位置計測マーク３２の位置が求められる。

このような複数の計測マーク３３が、ガラスプレート５０の上に配置されるが、複数の計測マーク３３の配置には制約条件がある。複数の計測マーク３３を照明する光はＮＡを持っており、複数の計測マーク３３を透過する全ての光が光電変換部５１で検出される必要があるため、複数の計測マーク３３を配置可能な領域は限定される。また、複数の計測マーク３３には、精検用の計測マーク３０ｘ、３０ｙ、３０ｓ、３０ｔや粗検用の計測マーク３１ｘ、３１ｙ、およびそれらの予備マークなども構成されうる。これらの複数の計測マークのガラスプレート５０上への配置を検討する際、優先順位の高い計測マークほど、ガラスプレート５０上の中心付近に配置していくことになる。優先順位の高い計測マークとは、一例としては、高精度に計測する時に使用する計測マークである。図５Ｂでは、計測マーク３０ｘ、３０ｙがガラスプレート５０上の中心付近に配置されている。

次に、計測器１５を用いて、投影光学系３に対する位置検出装置４の相対位置（ベースライン）を求める方法について、詳細に説明する。まず、制御部１４は、レチクル２側に構成された計測マーク２０ｘ、２０ｙを投影光学系３の露光光が通過する所定の位置に位置させる。以下では、計測マーク２０ｘを例にして説明する。計測マーク２０ｙに関しても、同様な考え方が適用可能である。所定の位置に駆動された計測マーク２０ｘに対して、露光光が照明光学系１によって、照明される。計測マーク２０ｘを透過した光は、投影光学系３によって、基板空間上の結像位置にそのマークパターン像として結像する。制御部１４は、基板ステージ８を駆動して、計測器１５に構成されている、計測マーク２０ｘと同じ形状の計測マーク３０ｘを、マークパターン像と一致する位置に配置する。

このとき、計測器１５が計測マーク２０ｘの結像面（ベストフォーカス面）に配置されている状態で、計測マーク３０ｘをＸ方向に駆動させながら、光電変換部５１の出力値をモニタする。計測マーク３０ｘのＸ方向の位置と光電変換部５１の出力値をプロットした模式的なグラフを図６に示す。図６において、横軸が計測マーク３０ｘのＸ方向の位置であり、縦軸が光電変換部５１の出力値Ｉである。図６に示されるように、計測マーク２０ｘと計測マーク３０ｘの相対位置を変化させると、得られる出力値も変化する。この変化カーブ６０のうち、計測マーク２０ｘを通過した光が計測マーク３０ｘの開口部と一致する位置（Ｘ０）で出力が最大となる。この位置Ｘ０を求めることにより、計測マーク２０ｘの投影光学系３による基板空間側の投影像の位置を求めることが可能となる。なお、得られた変化カーブ６０に対して、所定の領域で重心計算や関数近似等によってピーク位置を求めることにより、検出位置Ｘ０の、安定した高精度な計測値が得られる。

以上はＸ方向の計測に関して説明したが、計測マーク２０ｙに対応する計測マーク３０ｙを用いて同様に検出することで、計測マーク２０ｘ、２０ｙの投影光学系３による投影像の位置を検出することができる。なお、上述では投影像のベストフォーカス面に計測器１５がある前提で説明したが、実際の露光装置においては、フォーカス方向（Ｚ方向）に関しても不定の場合がある。その場合、計測器１５をＺ方向に駆動しながら、光電変換部５１の出力値をモニタすることで、ベストフォーカス面を求めることが可能である。その場合、図６に示したグラフにおいて、横軸をフォーカス位置、縦軸を出力値Ｉと考えれば、同様な処理によってベストフォーカス面を算出することが可能である。

なお、計測器１５がＸＹ方向にずれ、かつＺ方向にもずれている場合、いずれかの方向から計測を行い、所定の精度で求めた後、別の方向の位置を検出する。これを交互に繰り返すことによって、最終的には最適位置を算出できる。例えば、Ｚ方向にずれている状態でＸ方向に駆動し、Ｘ方向の精度の低い計測を行い、おおよそのＸ方向の位置を算出する。その後、その位置でＺ方向に駆動して、ベストフォーカス面を算出する。次にベストフォーカス面で再度、Ｘ方向に駆動して計測することで、Ｘ方向の最適位置を高精度に求めることが可能である。通常、このように交互の計測を一度行えば、高精度な計測は可能である。なお、以上の例ではＸ方向からの計測を先に開始したが、Ｚ方向の計測から行っても最終的には高精度な計測が可能である。

以上により、計測器１５を用いて、計測マーク２０ｘ、２０ｙの投影像のＸＹ位置が算出された。その後、制御部１４は、計測器１５を位置検出装置４側に駆動して、位置検出装置４で位置計測マーク３２の位置を検出する。基板ステージ８の駆動量及び位置検出装置４の検出結果を用いることにより、投影光学系３と位置検出装置４との相対位置（ベースライン）を算出することができる。

また、計測器１５は、照明光学系１と投影光学系３の主光線の傾きを示すテレセントリシティ（以下、「テレセン度」）を計測するのにも用いられる。基板６の露光時にテレセン度が大きいと像シフトが発生し、オーバーレイ誤差を生じる。そこで、計測器１５を用いてテレセン度を計測し、照明光学系１や投影光学系３のレンズ駆動などにより、テレセン度の調整を行う。以下、計測器１５を用いてテレセン度を計測するシーケンスの例を説明する。制御部１４は、レチクル基準プレート２２上に構成された計測マーク２１ｘ、２１ｙを、投影光学系３の露光光が通過する所定の位置に駆動する。ここでは、計測マーク２１ｘを例にして説明を行う。計測マーク２１ｙに関しても、同様な考え方が適用可能である。制御部１４は、基板ステージ８を駆動して、計測器１５上に構成されている、計測マーク２１ｘと同じ形状の計測マーク３１ｘを、マークパターン像と一致する位置に配置する。まず、Ｚ方向のベストフォーカス位置を求めるために、Ｚ方向の計測を行う。次に、求められたＺ方向のベストフォーカス位置を基準として、Ｚ方向に複数点の位置でＸ方向の計測を行う。図７で示されるように、各Ｚ方向の位置で算出されたＸ方向の値を用いて、Ｚ方向に対するＸ方向の傾き、つまりテレセン度７０を算出することができる。

ここで、計測器１５を用いてテレセン度を計測する際の課題を説明する。図８Ａおよび図８Ｂは、テレセン度の計測誤差が発生しない条件を示しており、図９Ａおよび図９Ｂは、テレセン度の計測誤差が発生する条件を示している。図８Ａは、照明光学系１から照射された光の照明分布を計測器１５を用いて計測したときの走査信号の模式図である。照明光学系１からの照明光線２０１で、ベストフォーカス面とデフォーカス面を照明している。斜線部は、ベストフォーカス面での照明分布２０２と、デフォーカス面での照明分布２０３を示している。ベストフォーカス面における照明分布２０２では、その端の傾斜がきつい。これに対し、デフォーカス面における照明分布２０３では、その端の傾斜が緩く、分布が広がっている。照明分布２０２を計測器１５で走査計測したときの走査信号を走査信号２０４で示す。また、照明分布２０３を計測器１５で走査計測したときの走査信号を走査信号２０５で示す。

図８Ｂは、照明分布２０２の両端Ａ点およびＢ点、照明分布２０３の両端Ｃ点およびＤ点を、計測器１５を用いてＹ方向に走査計測したときの、計測器１５内の光線トレースを示している。図８Ｂでは、複数の計測マーク３３（図５Ｂ）のうちの計測マーク３１ｙに関して説明する。また、図８Ｂでは、光電変換部５１の感度領域５２が図示してある。ここで、計測マーク３１ｙは、光電変換部５１の感度領域５２の中心に配置されている。Ａ点、Ｂ点共に、ガラスプレート５０と光電変換部５１の感度領域５２で１回反射した光を含めて検出されている。これに対して、Ｃ点では、デフォーカスした位置での計測なので、照明光線２０１が片側照明になっていることが分かる。また、Ｄ点では、同様に、反対の片側照明になっている。ただし、計測マーク３１ｙが光電変換部５１の感度領域５２の中心に配置されているため、Ｃ点とＤ点で計測される検出光量は等価になる。よって、走査信号２０４も２０５も重心の変化は発生しない。よって、走査信号２０４と２０５に計測誤差は発生しない。

次に、図９Ａおよび図９Ｂを用いて、テレセン度の計測誤差が発生する原理を説明する。図９Ａおよび図９Ｂにおいては、計測マーク３１ｙの位置が光電変換部５１の感度領域５２の中心からずれている場合を示している。図９Ｂは、図８Ｂと同様に、照明分布２０２の両端Ａ点とＢ点、照明分布２０３の両端Ｃ点とＤ点を、計測器１５を用いてＹ方向に走査計測したときの、計測器１５内の光線トレースを示している。Ａ点、Ｂ点では、照明光線２０１の片側のみ１回反射光を検出可能である。反対の１回反射光は、光電変換部５１の感度領域５２からはみ出してしまうため、検出されない。よって、走査信号２０４は、Ａ点とＢ点で検出光量が減ることになる。しかし、走査信号２０４は左右対称に変化するため、重心位置は変化しない。Ｃ点では、ガラスプレート５０と光電変換部５１の感度領域５２で１回反射した光を含めて検出される。これに対して、Ｄ点では、１回反射した光が光電変換部５１の感度領域５２からこぼれてしまい検出されない。よって、図９Ａの計測器１５の構成において、走査信号２０５の波形は走査波形２０６へと変化して計測されてしまう。走査波形２０６は、Ｄ点側のみ検出光量が減少しているため、重心変化が発生する。よって、デフォーカス位置で計測したＹ方向に計測誤差が発生する。ベストフォーカス面のＡ点、Ｂ点では、Ｙ方向に計測誤差が発生しないため、テレセン度の計測誤差が発生することになる。

ここで、図９Ａのデフォーカスを＋デフォーカスとした場合、－デフォーカスの条件を考える。この場合、図９Ａと同様に考えることが可能であり、－デフォーカスでは、重心シフトの符号が反転することが分かる。よって、±デフォーカスで符号の異なる重心シフトが発生するため、テレセン度の計測誤差が発生する。なお、図８Ｂと図９Ｂでは、計測マーク３１ｙを用いた条件において説明したが、計測マーク３１ｘを用いた場合でも、Ｘ方向の重心計測値に計測誤差が発生することは明らかである。

以上のように、計測器１５の光電変換部５１の感度領域５２の中心と、計測マーク３１ｘ、３１ｙの位置がずれている場合、デフォーカス位置での重心計測に計測誤差が発生し、テレセン度の計測誤差になることが分かる。ここで、投影光学系３と位置検出装置４との相対位置（ベースライン）の算出を行う場合を考える。投影像のベストフォーカス面に計測器１５を配置してＸＹ方向の位置ずれを計測するが、計測再現性などを考慮すると、完全なベストフォーカス位置でＸＹ方向の計測を行うことは不可能である。よって、計測マーク３０ｘ、３０ｙを用いて、ＸＹ位置を計測する場合においても、前述したデフォーカスによるＸＹ位置の計測誤差が発生することは明らかである。

図５Ａに示した計測器１５は、曲率を持つレンズを含まない。しかし、図１０Ａおよび図１０Ｂで示すように、レンズを含む計測器でも同様に計測誤差が発生しうる。図１０Ａは、ガラスプレート５０のパターン面と感度領域５２の面がフーリエ変換光学系の計測器３００と、結像光学系の計測器３０１の模式図である。計測器３００には、フーリエ変換光学系５３が、計測器３０１には、結像光学系５４が構成されている。図１０Ｂは、図９Ｂと同様に、Ｃ点とＤ点での、計測器３００と３０１の光線トレースを示す。図１０Ｂからも明らかなように、Ｃ点での計測において、検出光量が減少することが分かる。よって、走査波形の重心シフトが発生し、ＸＹ位置の計測誤差になる。

以上のように、計測マークと光電変換部の感度領域との中心のずれによって、計測器の構成によらず、デフォーカス面でのＸＹ計測時には、計測誤差が発生していることを示した。図５Ｂに示したように、計測器には複数の計測マーク３３が形成される。例えば、１つの計測マーク３１ｘを光電変換部５１の感度領域の中心に配置した場合、残りの計測マーク３０ｘ、３０ｙ、３１ｙでは計測誤差が発生することになる。

これに対し、図１１Ａおよび図１１Ｂは、計測マークと光電変換部の感度領域との中心のずれによって発生するＸＹ計測誤差を低減した計測器１００の構成を示す。図１１Ａは、計測器１００のＹＺ断面図であり、図１１Ｂは、計測器１００を＋Ｚ方向から見たＸＹ面の平面図である。複数の計測マーク３３は、計測マーク１１１，１１２，１１３，１１４を含む。計測マーク１１１はＸ方向計測マークであり、計測マーク１１２，１１３，１１４はＹ方向計測マークである。図５Ｂの例においては、高精度に計測する必要がある計測マーク３０ｘ，３０ｙ，３０ｓ，３０ｔを、ガラスプレート５０上の中心付近、つまり光電変換部５１の感度領域５２の中心付近に配置していた。これに対し、図１１Ｂの計測器１００では、投影光学系３の像面からデフォーカスして計測する必要がある計測マーク１１１，１１２，１１３，１１４を、光電変換部５１の感度領域５２の中心に近い位置に配置している。ＸＹ方向に高精度に計測する必要がある計測マーク３０ｘ，３０ｙ，３０ｓ，３０ｔについては、計測マーク１１１，１１２，１１３，１１４よりも、感度領域５２の中心から離れた位置に設けられる。

言い換えると、基板側マークである複数の計測マーク３３は、センサの感度領域５２の中央に配置された中央マーク（計測マーク１１１～１１４）と、中央マークの周辺に配置された周辺マーク（計測マーク３０ｘ，３０ｙ，３０ｓ，３０ｔ）とを含む。そして、中央マークは、基板ステージ８を投影光学系３の光軸ＡＸと平行なＺ方向（第１方向）に駆動させることを伴う光量の計測に使用されるマークである。

以下では、図５Ｂの計測マーク３１ｙに相当する計測マーク１１１，１１２，１１３，１１４を用いて説明するが、その他のマークでも同じ考えを適用できることは明らかである。

図１１Ｂにおいて、計測マーク１１１は、感度領域５２の表面と平行かつＸ方向（第２方向）と直交するＹ方向（第３方向）に延びる形状を有する第１中央マークであり、このマークは、Ｘ方向における中央の位置に配置される。そのため、ガラスプレート５０と感度領域５２との間の多重反射光は左右対称となり、Ｘ計測誤差は発生しない。また、計測マーク１１２は、Ｘ方向に延びる形状を有する第２中央マークであり、このマークは、Ｙ方向における中央の位置に配置される。そのため、ガラスプレート５０と感度領域５２との間の多重反射光は左右対称となり、Ｙ計測誤差は発生しない。計測マーク１１１および１１２のこのような構成により、ＸＹ計測誤差を低減することができる。

複数の計測マーク３３の中心近傍、つまり図１１Ｂの感度領域５２のＸＹ方向の中心近傍は、ＸＹ計測誤差を低減することが可能な領域であり、計測マークを配置したい需要が高い領域である。そこで、複数の計測マーク３３のうち計測精度を最も重視する計測マークを、感度領域５２のＸＹ方向の中心近傍に配置した場合でも、計測マークの計測誤差を低減する構成が、一対の第３中央マークである計測マーク１１３および１１４である。計測マーク１１３および１１４は、Ｘ方向またはＹ方向（図１１ＢではＹ方向）と平行な感度領域５２の中心線上で感度領域５２の中心に対して対称な位置に配置される。これにより、感度領域５２の中心から計測マーク１１３の計測方向であるＹ方向の中心までの距離と、感度領域５２の中心から計測マーク１１４の計測方向であるＹ方向の中心までの距離とは一致している。図１１Ａから予測できるように、計測器１００内の多重反射光によるＹ計測誤差は、計測マーク１１３および１１４で異符号に発生する。計測マーク１１３および１１４を使用する場合には、計測マーク１１３および１１４のそれぞれで計測を行い、計測結果を平均することで、発生するＹ計測誤差を打ち消すことが可能である。

図１１Ａおよび図１１Ｂに関して説明した中央マークを用いて、上記したようなテレセン度を計測する処理を実施することが可能である。上述したように、テレセン度を計測する処理は、基板ステージをＺ方向（第１方向）に駆動したときに発生するマスク側マークの像の、中央マークに対するＸまたはＹ方向（第２方向）の位置ずれ量を求める処理を含む。中央マークを用いることにより、図９Ａおよび図９Ｂで説明したようなテレセン度の計測誤差の発生を抑制することができる。

また、中央マークは、基板ステージをＺ方向に駆動させながら光量を計測することによりＺ方向におけるベストフォーカス位置を決定する処理に使用されてもよい。

さらに、中央マークは、ＸまたはＹ方向（第２方向）に駆動させながら光量を計測することにより、投影光学系により投影されたマスク側マークの像の中央マークに対する第２方向の位置ずれ量を決定する処理に使用されてもよい。

ここまでは、設計上での計測マークの配置に関して、ＸＹ計測誤差を低減する計測器１００の構成を説明した。しかし、実際に計測器を製作する場合には、組立誤差無しで設計値と一致する組立は不可能である。そこで、組立誤差によるＸＹ計測誤差を低減する方法を以下に示す。図１１Ａおよび図１１Ｂに示す計測器１００には、ガラスプレート５０と光電変換部５１の感度領域５２との位置合わせを行うためのアライメントマーク１１０が構成されている。アライメントマーク１１０の例を、図１１Ｃに示す。複数の計測マーク３３が形成されたガラスプレート５０の面と光電変換部５１の感度領域５２の面との位置ずれを計測する必要があるため、アライメントマーク１１０には、開口部１１５と目盛部１１６とが形成されている。開口部１１５を通して感度領域５２の面にピントを合わせて端面を計測し、複数の計測マーク３３が形成されたガラスプレート５０の面にピントを合わせて、目盛部１１６を用いて位置ずれを計測することが可能である。

以上のように、計測器１００の組立中に、ガラスプレート５０と感度領域５２の位置ずれを計測し、その計測の結果に基づいて調整を行うことで、ＸＹ計測誤差を低減することが可能である。

次に、計測マークの開口の中心と感度領域５２の中心とのずれ量を用いてＸＹ計測値を補正する方法を考える。計測マークの設計上の中心ずれ量を用いてＸＹ計測値を補正することで、計測マーク１１３および１１４の２回計測の必要が無くなり、１回計測でもＸＹ計測誤差を低減することが可能である。もちろん、アライメントマーク１１０を用いて計測される、製造誤差を含めた計測マークの開口の中心と感度領域５２の中心とのずれ量の結果を用いて、ＸＹ計測値を補正することも可能である。

ＸＹ計測値を補正するための補正量の算出方法としては、幾何シミュレーションを行う方法が考えられる。ガラスプレート５０と遮光部３５面との反射率、ガラスプレート５０の裏面透過率と反射率、光電変換部５１の感度領域５２の面の反射率は既知である。よって、計測器１００内の多重反射光を光線トレースすることで、検出光量の何割が光電変換部５１の感度領域５２から外れてしまうかを算出することが可能である。つまり、走査信号の検出光量低下を予測することが可能であり、走査信号の計測誤差による重心シフト量も予測可能である。

＜第２実施形態＞
次に、図１２を用いて、計測マークと光電変換部の感度領域との中心のずれによって発生するＸＹ計測誤差を低減するための、計測器の構成の制約条件を説明する。図１２は、計測器１２０の構成を示している。ここで、計測器１２０における光線トレースを考える。複数の計測３３を透過した光線は、光電変換部５１の感度領域５２で検出されるが、一部の光は感度領域５２で反射される。感度領域５２で反射した光は、ガラスプレート５０の裏面５６を透過し、ガラスプレート５０と遮光部３５との境界面５５を照明する。遮光部３５はＣｒなどの膜で成膜されている。よって、ガラスプレート５０と遮光部３５との境界面５５は高い反射率を有する。他方、ガラスプレート５０の裏面５６には反射防止膜などを成膜することが可能であり、ガラスプレート５０の裏面５６の反射率は低い。つまり、ガラスプレート５０の裏面５６の反射光がＸＹ計測誤差に与える影響は小さい。また、境界面５５で反射した光は、再度、感度領域５２でも反射される。しかし、境界面５５と感度領域５２との間を２往復した後に感度領域５２で検出される光量は十分低くなると考えられる。よって、感度領域５２で反射し境界面５５で再度反射して感度領域５２に戻ってくる光のみを考慮しても、ＸＹ計測誤差を十分低減することが可能であると考えられる。

ここで、感度領域５２のサイズ（例えばＹ方向の長さ）をＳ、ガラスプレート５０の裏面５６と感度領域５２との間隔をＬ、ガラスプレート５０の厚みをＬ’、ガラスプレート５０の屈折率をｎ、計測する照明モードの開口数をＮＡとする。複数の計測マーク３３（中央マーク）の開口半径をＲとすると、ＸＹ計測誤差を低減するように複数の計測マーク３３を配置可能な領域は、次式で表される。

R ≦ S/2 - 3・(L・tan(asin(NA))+L'・tan(asin(NA/n)))
つまり、中央マークは、感度領域の中心から上式で表される半径Ｒ内の領域に配置されるとよい。上式において、右辺第２項における係数３は、境界面５５と感度領域５２までの距離を、計測時に１回と、多重反射光が２回通過することを意味する。よって、ＸＹ計測誤差をより低減したいために、境界面５５と感度領域５２を２往復する多重反射光も考慮する場合には、計測時に１回と多重反射が４回通過するので、係数を５に変更すればよい。

＜第３実施形態＞
次に、光電変換部５１が複数の光電変換素子を有するセンサを用いる場合の計測器の構成を説明する。露光装置は一般に、複数の計測器を搭載しているが、可能な限り計測器の共有化を行い、計測器の総数を減らすことが望ましい。そこで、複数の光電変換素子を有するセンサを持つ計測器で、基準マークと同様の走査信号を取得する場合について説明する。

図１３は、複数の光電変換素子を有するセンサ１５３を含む計測器１３０の構成を示す図である。計測器１３０は、ガラスプレート５０と複数の計測マーク３３を有する。また、計測器１３０は、センサ１５３とガラスプレート５０との位置ずれを計測するためのアライメントマーク１１０を有する。アライメントマーク１１０は、複数の計測マーク３３と同様、遮光部３５の開口を有し、極小σの照明光でアライメントマークを照明する。アライメントマーク１１０を透過した光をセンサ１５３で検出することで、複数の計測マーク３３とセンサ１５３とのＹ方向の相対位置を計測することが可能である。複数の計測マーク３３における計測する開口を始点として、計測する照明モードの開口数を用いて、センサ１５３への落射範囲１２１および１２２を算出する。走査計測時には、落射範囲１２１および１２２の光電変換素子のみの出力を積算する。落射範囲１２１および１２２が同じ値となるとき、すなわち、複数の計測マーク３３の開口を中心対称とする場合、多重反射によるＸＹ計測誤差を低減することが可能である。もちろん、Ｙ方向と同様に、Ｘ方向の落射範囲も算出可能なことは明らかである。また、落射範囲は、照明モードの開口数によって決まるため、センサ１５３の面では、円状の落射範囲としても計算可能である。

＜第４実施形態＞
次に、照明光学系１の瞳分布を計測する計測器に関して説明する。図１の露光装置には、照明光学系１の瞳分布を計測するための計測器１６が基板ステージ８上に配置されている。計測器１６の構成を図１４に示す。計測器１６は、ガラスプレート５７と、ガラスプレート５７の下方に配置されたセンサ５８とを有する。ガラスプレート５７の表面には、Ｃｒなどの遮光部３５が成膜されている。遮光部３５の中央部には計測マーク３４が設けられている。計測マーク３４は遮光部３５に形成された開口でありうる。センサ５８は、光量検出センサでもよいし、複数の光電変換素子を有するセンサであってもよい。センサ５８が複数の光電変換素子を有する場合、複数の光電変換素子による一括計測または１次元ステップ計測により照明光学系１の瞳分布の計測を行うことが可能である。また、センサ５８が光量センサである場合、光量センサによる２次元ステップ計測により照明光学系１の瞳分布の計測を行うことが可能である。

計測器１６においても、計測マーク３４とセンサ５８との中心のずれによって、センサ５８の検出光量が騙されてしまうことが考えられる。以下、計測器１６を用いて照明光学系１の瞳分布を計測する方法を説明する。制御部１４は、レチクル基準プレート２２の不図示の開口部を、投影光学系３の指定ＸＹ像高に駆動する。その後、照明光学系１が指定の照明モードにてレチクル基準プレート２２の開口部を照明すると、開口部の像が、投影光学系３の結像面位置に形成される。計測器１６を用いて、投影光学系３の結像面位置から指定量５９でデフォーカスした位置で、ＸＹ方向に２次元ステップ計測を行う。このとき、上述したように、計測器１６内の多重反射によって検出光量が騙されてしまう。そこで本実施形態では、計測マーク３４とセンサ５８の中心を一致させる。それにより、検出光量の計測誤差を低減させることができる。

＜物品製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係る物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する露光工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する現像工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

１：照明光学系、２：レチクル、３：投影光学系、４：位置検出装置、５：フォーカス位置検出装置、６：基板、８：基板ステージ、１４：制御部、１５：計測器、１６：計測器

Claims (15)

1. マスクステージに保持されたマスクのパターンを投影する投影光学系と、
   基板を保持して移動可能な基板ステージと、
   前記基板ステージに設けられた計測器であって、基板側マークが形成されたプレートと、前記マスクまたは前記マスクステージに設けられたマスク側マーク、前記投影光学系、前記基板側マークをそれぞれ透過した光を検出するセンサとを含み、前記センサで検出された光の光量を計測する計測器と、
   を備え、
   前記基板側マークは、前記センサの感度領域の中央に配置された中央マークと、該中央マークの周辺に配置された周辺マークとを含む、複数の計測マークを含み、前記中央マークは、前記基板ステージを前記投影光学系の光軸と平行な第１方向に駆動させることを伴う前記光量の計測に使用されるマークであり、前記周辺マークは、前記第１方向に直交する方向における前記マスク側マークに対する前記周辺マークの位置ずれ量の計測に使用されるマークであることを特徴とする露光装置。
2. 前記中央マークは、前記投影光学系の主光線の傾きを示すテレセントリシティを計測する処理に使用されるマークであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記テレセントリシティを計測する処理は、前記基板ステージを前記第１方向に駆動したときに発生する、前記投影光学系により投影された前記マスク側マークの像の前記中央マークに対する前記第１方向と直交する第２方向の位置ずれ量を求める処理を含むことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記中央マークは、前記基板ステージを前記第１方向に駆動させながら前記光量を計測することにより前記第１方向におけるベストフォーカス位置を決定する処理に使用されるマークであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 前記中央マークは、前記第１方向におけるそれぞれの位置に前記第１方向と直交する第２方向に駆動させながら前記光量を計測することにより、前記投影光学系により投影された前記マスク側マークの像の前記中央マークに対する前記第２方向の位置ずれ量を決定する処理に使用されるマークであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
6. 前記中央マークは、前記感度領域の表面と平行かつ前記第２方向と直交する第３方向に延びる形状を有する開口を有する第１中央マークを含み、該第１中央マークは、前記第２方向における前記感度領域の中央の位置に配置されることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記中央マークは、前記第２方向に延びる形状を有する開口を有する第２中央マークを更に含み、該第２中央マークは、前記第３方向における前記感度領域の中央の位置に配置されることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 前記中央マークは、前記第２方向または前記第３方向と平行な前記感度領域の中心線上で前記感度領域の中心に対して対称な位置に配置され、それぞれ開口を有する一対の第３中央マークを更に含むことを特徴とする請求項６または７に記載の露光装置。
9. 前記周辺マークは、前記プレートと前記感度領域との位置合わせを行うためのアライメントマークを更に含む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. 前記アライメントマークは、開口部と目盛部を有し、
    前記開口部を通して前記感度領域が合焦された状態で、前記感度領域の端面が計測され、
    前記プレートの面が合焦された状態で、前記プレートと前記感度領域との間の位置ずれが前記目盛部を用いて計測されることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
11. 前記感度領域のサイズをＳ、前記プレートの裏面と前記感度領域との間隔をＬ、前記プレートの厚みをＬ’、前記プレートの屈折率をｎ、計測する照明モードの開口数をＮＡとすると、前記中央マークは、前記感度領域の中心から、
    S/2 - 3・(L・tan(asin(NA))+L'・tan(asin(NA/n)))
    で表される半径Ｒ内の領域に配置され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。
12. 前記周辺マークは、開口部と遮光部の繰り返しパターンとして形成されたマークを含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の露光装置。
13. 前記周辺マークは、前記中央マークよりも高精度の計測に用いられることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の露光装置。
14. 前記中央マークは、前記周辺マークの位置より前記感度領域の中央に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の露光装置。
15. 請求項１乃至１４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露光工程と、
    前記露光工程で露光した前記基板を現像する現像工程と、
    を含み、前記現像工程で現像した前記基板から物品を製造する物品製造方法。

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