JPWO2002047133A1 - Substrate, position measurement method, position measurement device, exposure method, exposure device, and device manufacturing method - Google Patents

Substrate, position measurement method, position measurement device, exposure method, exposure device, and device manufacturing method Download PDF

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Abstract

本発明は、投影光学系の結像特性を調整した場合でも高精度なアライメントを実施することを目的とする。本発明では、物体上に形成されたマークを投影光学系を介して撮像し、マークの位置情報を計測する。また、本発明の位置計測方法は、投影光学系の結像特性の調整量と前記位置情報の計測値の変化量との間の関係を、結像特性の調整前に予め求める第１工程と、投影光学系の結像特性を調整する第２工程と、第２工程後に、マークの位置情報を計測する第３工程と、第３工程で得られた計測結果を、第２工程で行った結像特性の調整量と第１工程で求めておいた関係とに基づき補正する第４工程とを有する。An object of the present invention is to perform highly accurate alignment even when the imaging characteristic of the projection optical system is adjusted. In the present invention, a mark formed on an object is imaged through a projection optical system, and position information of the mark is measured. The position measuring method according to the present invention further includes a first step of previously obtaining a relationship between an adjustment amount of the imaging characteristic of the projection optical system and a change amount of the measurement value of the position information before adjusting the imaging characteristic. The second step of adjusting the imaging characteristics of the projection optical system, the third step of measuring the position information of the mark after the second step, and the measurement result obtained in the third step were performed in the second step. And a fourth step of correcting based on the adjustment amount of the imaging characteristic and the relationship determined in the first step.

Description

背景技術
１．発明の技術分野
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等のデバイス製造工程において、マスクのパターン像をウエハ等の感光基板上に投影露光する露光装置および露光方法、そして露光されたマーク位置等を計測する際に用いて好適な位置計測方法並びに位置計測装置、さらに上記マークが形成された基板、および基板にデバイスパターンを転写するデバイス製造方法に関する。
２．従来の技術
半導体デバイスまたは液晶表示デバイス等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレチクル（以下「レチクル」と総称する）のパターン像を投影光学系を介して感光基板上の各ショット領域に投影する投影露光装置が使用されている。近年、この種の投影露光装置としては、感光基板を２次元的に移動自在なステージ上に載置し、このステージにより感光基板をステップ移動させて、レチクルのパターン像をウエハ等の感光基板上の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す、いわゆるステップ・アンド・リピート方式の露光装置、例えば縮小投影型の露光装置（ステッパー）が多用されている。また、近年では、ウエハの露光中に、レチクルとウエハとを同期移動させることにより、ウエハ上の各ショット領域を順次露光していく、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の露光装置も使用されている。
例えば半導体デバイスなどのマイクロデバイスは、感光基板として感光材が塗布されたウエハ上に、多数層の回路パターンを重ねて形成されるので、２層目以降の回路パターンをウエハ上に投影露光する際には、ウエハ上の既に回路パターンが形成された各ショット領域と、これから露光するレチクルのパターン像との位置合わせ、即ちウエハとレチクルとの位置合わせ（アライメント）を正確に行う必要がある。
例えば、回路パターンが露光されるショット領域をマトリックス状に配置した一枚のウエハに対して、重ね合わせ露光を行う際にウエハをアライメントする方式としては、例えば特開昭６１−４４４２９号公報に開示されている、いわゆるエンハンスド・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）が主流となっている。
ＥＧＡ方式では、ウエハ（物体）上に形成された複数のショット領域のうち、少なくとも三つの領域（以下ＥＧＡショットと称する）を指定し、各ショット領域に付随したアライメントマーク（マーク）の座標位置をアライメントセンサにて計測する。その後、計測値と設計値とに基づきウエハ上のショット領域の配列特性（位置情報）に関する誤差パラメータ（オフセット、スケール、回転、直交度）を最小二乗法等により統計演算処理して決定する。そして、この決定されたパラメータの値に基づき、ウエハ上の全てのショット領域に対してその設計上の座標値を補正し、この補正された座標値に従ってウエハステージをステッピングさせてウエハを位置決めする。その結果、レチクルパターンの投影像とウエハ上の複数のショット領域のそれぞれとが、ショット領域内に設定された加工点（座標値が計測、又は算出される基準点であり、例えばショット領域の中心）において正確に重ね合わされて露光される。
従来、ウエハ上のアライメントマークを計測するアライメントセンサとしては、投影光学系近傍に配設されたオフアクシス方式のアライメント系を用いる方法が知られている。この方法では、オフアクシス方式のアライメント系を用いてアライメントマーク位置を計測した後、投影光学系とオフアクシスアライメント系との間の距離であるベースライン量に関する一定量だけウエハステージを送り込むだけで、直ちにレチクルのパターンをウエハ上のショット領域に正確に重ね合わせて露光することができる。このように、ベースライン量は、フォトリソグラフィ工程において極めて重要な操作量であるため、厳密に正確な計測値が要求されている。
ところが、上記のベースライン量は、各種処理に伴って発生する熱でアライメント系等に熱膨張や熱変形が生じることで、露光中に変動（ベースラインドリフト）する可能性がある。その結果、ウエハの位置決めに誤差が生じ、重ね合わせ精度に悪影響を及ぼす可能性がある。
そこで、アライメントセンサとして、レチクルに形成されたレチクルアライメントマークと投影光学系とを介してウエハステージ上に設けられた基準部材に形成された指標マーク、またはウエハ上に形成されたアライメントマークを検出する、いわゆるＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式センサの採用が検討されている。ＴＴＲセンサは、例えばレチクルアライメントマークと投影光学系を介して結像されたウエハアライメントマーク（または指標マーク）とを同一視野で重ねた状態で撮像し、マーク間の位置ずれ量を計測するものである。
この場合、投影光学系の光軸方向に対するウエハ（またはウエハステージ）の位置を調整する、いわゆるフォーカス調整を行って、ウエハ（またはウエハステージ）をアライメントセンサの光学系（および投影光学系）に合焦させた後、レチクル上のマークと指標マークとの位置関係を計測することで、レチクルを基準座標系であるウエハステージの移動座標系に対して位置合わせするとともに、レチクル上のアライメントマークとウエハアライメントマークとの位置関係を計測することでレチクルとウエハとを位置合わせする。この方式では、投影光学系を介してマークを直接計測するため、ベースライン自体が存在せず、熱変動等の影響を受けることなく高精度の位置計測（位置合わせ）を実施することができる。
しかしながら、上述したような従来の位置計測方法、位置計測装置、露光方法および露光装置には、以下のような問題が存在する。
投影光学系の結像特性、例えば投影倍率を調整した場合、投影倍率が等倍（１倍）である場合や、投影光学系のレンズ中心を用いて計測する場合は上記位置計測に支障を来さない。しかし、通常レチクル上のマーク（レチクルマーク）は、レチクル中心よりも外側に形成されており、一方、レチクルはレチクル中心が投影光学系の中心にくるように位置決めされるため、レチクルマークとウエハアライメントマークとのアライメントに用いるアライメント光は、投影光学系の中心を外れた光路を通ることになる。この場合、ウエハアライメントマークから発生した光（マーク光）は、投影光学系の結像特性（投影倍率）の影響を受けてしまう。ウエハアライメントマークが投影倍率の影響を受けて結像した場合は、マーク位置計測に支障を来す。
すなわち、撮像されたレチクルアライメントマークは投影倍率の影響を受けないものの、ウエハアライメントマークは投影倍率の影響を含んだ位置に撮像されるため、マーク間の相対位置関係に投影倍率に応じた誤差が含まれ、正確な位置計測に支障を来すという問題がある。
また、レチクルをウエハステージの移動座標系に位置合わせする際には、ウエハステージ上に設けられた指標マークを基準として位置合わせを行うため、もし指標マークが移動座標系に対して回転している状態でウエハステージ上に形成されていると、レチクル自体もこの回転誤差を有したまま位置決めされてしまう。そのため、レチクルアライメントマークとウエハアライメントマークとに対する位置計測の際に、マーク間の相対位置関係に回転誤差に応じた誤差が含まれ、正確な位置計測に支障を来すという問題がある。
一方、ウエハステージ側のフォーカス調整においては、送光系からウエハに対して検知光（ＡＦ検知光）を照射し、反射した検知光を受光系で受光することで、光軸方向におけるウエハの位置を計測している。ＡＦ検知光はウエハの表面に対して互いに間隔をあけた格子状に複数点照射され、複数の計測点でウエハの位置を計測可能（いわゆる多点ＡＦ）になっている。ところが、ウエハ上のアライメントマークの位置とＡＦ検知光による計測点とが離間している場合、この離間した計測点を基準にウエハの焦点制御（合焦制御）を行うと、アライメントマークが合焦位置にない状態でレチクルアライメントマークとの位置関係を計測してしまう可能性があり、この場合には正確な位置計測に支障を来すおそれがある。
さらに、図１７に示すように、表面にレジストＲＳが塗布されたウエハＷにレチクルのパターンを露光転写する際には、露光光がレジストＲＳを透過してウエハＷ（下地）で反射することにより、線幅のばらつき等、結像系に悪影響を与える。そのため、現状のプロセスではレジストＲＳとウエハＷとの間に反射防止膜ＡＲＣが成膜されることがしばしばある。この反射防止膜ＡＲＣは露光光を殆ど通過せず、また、ウエハアライメントマークＡＭ上に成膜されるため、ＡＲＣによりアライメントマークＡＭに到達する光量がまず低下し、わずかな光量がアライメントマークＡＭに到達したとしても、アライメントマークＡＭで反射したアライメント光の光量がマークＡＭの上部のＡＲＣを通る際に更に低下して、所定のコントラストで撮像できない可能性があり、正確な位置計測に支障を来す可能性がある。
このように、レチクルやウエハに対する位置計測が不十分であると、露光処理においては、レチクルとウエハとの位置合わせが高精度に行われないため、多数層に重ね合わされたパターンに重ね合わせ誤差が生じ、その結果、フォトリソグラフィ工程で製造されたデバイスの品質が低下する。
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、投影光学系の結像特性を調整した場合でも高精度なアライメントを実施できる位置計測方法、位置計測装置、露光方法および露光装置並びにデバイス製造方法を提供することを目的とする。
本発明の別の目的は、指標マークが移動座標系に対して回転している場合でも、高精度なマーク位置計測を実施できる位置計測方法、位置計測装置、露光方法および露光装置並びにデバイス製造方法を提供することである。
また、本発明の別の目的は、投影光学系の光軸方向の位置合わせをした後に、高精度なマーク位置計測を実施できる位置計測方法、位置計測装置、露光方法および露光装置並びにデバイス製造方法を提供することである。
さらに、本発明の別の目的は、反射防止膜が成膜されていても高精度なマーク位置計測を実施できる基板、位置計測方法、位置計測装置、露光方法および露光装置並びにデバイス製造方法を提供することである。
発明の開示
上記の目的を達成するため、本発明では、以下の構成を採用している。
本発明に係る第一の発明は、物体上に形成されたマークを投影光学系を介して撮像し、このマークの位置情報を計測する位置計測方法であって、投影光学系の結像特性の調整量と前記位置情報の計測値の変化量との間の関係を、前記結像特性の調整前に予め求める第１工程と、投影光学系の結像特性を調整する第２工程と、第２工程後に、マークの位置情報を計測する第３工程と、第３工程で得られた計測結果を、第２工程で行った前記結像特性の調整量と第１工程で求めておいた前記関係とに基づき補正する第４工程と、を有することを特徴とする。
この位置計測方法では、結像特性の調整に起因する悪影響を排除して高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
この位置計測方法において、第１工程では、投影光学系の投影倍率と、前記計測値の変化量との関係を求めることが好ましい。
この位置計測方法では、投影倍率の調整に起因する悪影響を排除して高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
また、この位置計測方法において、前記物体が、基板、または基板を載置するステージ上に設けられた基準部材であることが好ましい。
この位置計測方法では、基板または基準部材上に形成されたマークに対して高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
本発明に係る第二の発明は、マスクと基板との相対的な位置関係情報を計測する位置計測方法であって、マスクが、基板を載置するステージ上に設けられた基準部材に対して所定の位置関係となるように、マスクの位置を調整する第１工程と、ステージの移動座標系に対する前記マスクの相対的な回転量、およびマスク上に形成された第１マークと基板上に形成された第２マークとの撮像結果に基づき、マスクと基板との相対的な位置関係情報を計測する第２工程と、を有することを特徴とする。
この位置計測方法では、基準部材の設置誤差に起因する悪影響を排除して高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
この位置計測方法において、第２工程が、第１マークを、マーク検出系の検出領域内に移動せしめるための移動量を前記回転量に基づき算出する第３工程と、第３工程で得られた移動量だけ前記マスクを移動せしめた後に、第１マークと第２マークとを撮像する第４工程と、を有することが好ましい。
この位置計測方法では、移動量を補正することにより、基準部材の設置誤差に起因する悪影響を排除して高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
また、この位置計測方法において、第２工程が、前記回転量に基づきマスクの位置を補正する第３工程と、第３工程後に、第１マークと第２マークとを撮像する第４工程とを含むことが好ましい。
この位置計測方法では、マスクの位置を補正することにより基準部材の設置誤差に起因する悪影響を排除して高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
また、この位置計測方法において、第２工程が、第１マークと第２マークとを撮像する第３工程と、第３工程で撮像した結果により計測されたマスクと基板との相対的な位置関係情報を、前記回転量に基づき補正する第４工程とを含むことが好ましい。
この位置計測方法では、相対的な位置関係情報を補正することにより基準部材の設置誤差に起因する悪影響を排除して高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
また、この位置計測方法において、第１工程にて、マスクを基準部材に対してほぼ平行な位置関係となるようにマスクの位置を調整し、前記回転量が、ステージの移動座標系に対する基準部材の相対的な回転量であることが好ましい。
この位置計測方法では、基準部材のステージの移動座標系に対する相対的な回転量に起因する悪影響を排除して高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
本発明に係る第三の発明は、物体上に形成されたマークの二次元平面内での位置情報を、投影光学系を介して計測する位置計測方法であって、投影光学系の光軸方向における物体の位置を、前記二次元平面内の複数の計測点において計測する第１工程と、複数の計測点のうち、マークの位置に基づき選択された計測点における計測結果に基づき、基板の前記光軸方向の位置合わせを行う第２工程と、第２工程後に、マークの前記二次元平面内での位置情報を計測する第３工程と、を有することを特徴とする。
この位置計測方法では、より高精度にマークを合焦位置に位置決めすることができ、光軸方向の位置決め誤差に起因する悪影響を排除して、マークの二次元平面内での位置情報を高精度に求められるという効果が得られる。
この位置計測方法において、第２工程では、前記複数の計測点のうち、少なくとも計測対象のマークに最も近い位置に設定された計測点を選択することが好ましい。
この位置計測方法では、より高精度にマークを合焦位置に位置決めすることができるとともに、マークを計測点に移動させる場合でもステージの移動距離を最短にすることができ、スループットの低下を防ぐことができるという効果が得られる。
本発明に係る第四の発明は、基板上の所定層に形成されたマークの位置情報を計測する位置計測方法であって、前記所定層よりも上部の層に形成された反射防止膜のうち、少なくともマークの配置されている領域に対応する反射防止膜を除去する第１工程と、第１工程後に、マークに照明ビームを照射して、マークから発生したビームを受光して、その受光結果に基づきマークの位置情報を計測する第２工程と、を有することを特徴とする。
この位置計測方法では、照明ビームの光量が低下する事態を未然に防ぐことができ、結像系に悪影響を与えないために反射防止膜が成膜された基板に対しても高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
また、上記した各位置計測方法において、基板を露光するための露光用ビームとほぼ同一の波長を持つ検出ビームをマークに対して照射して、マークの像を撮像することにより、マークの位置情報を計測することが好ましい。
この位置計測方法では、色収差に対する補正光学素子を設ける必要がなく、装置の小型化、低価格化を実現できるという効果が得られる。
本発明に係る第五の発明は、マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光方法であって、上記した何れかの位置計測方法を用いて計測された位置情報に基づき、前記マスクと前記基板との位置合わせを行うことを特徴とする。
この露光方法では、マスクと基板とを高精度に位置合わせすることで、基板上に複数層に亙ってパターンを重ね合わせるときでも、重ね合わせ精度が向上するという効果が得られる。
本発明に係る第六の発明は、前記露光方法を用いて、マスク上に形成されたデバイスパターンを基板上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法である。
このデバイス製造方法では、重ね合わせ誤差に起因するデバイス品質の低下を大幅に抑制できるという効果が得られる。
本発明に係る第七の発明は、物体上に形成されたマークを投影光学系を介して撮像し、マークの位置情報を計測する位置計測装置であって、投影光学系の結像特性の調整前に予め求められた、投影光学系の結像特性の調整量とマークの位置情報の計測値の変化量との間の関係を記憶する記憶装置と、投影光学系の結像特性を調整する調整装置と、調整装置による前記結像特性の調整後に、マークの位置情報を計測する計測装置と、計測装置により計測された計測結果を、調整装置による前記結像特性の調整量と、記憶装置に記憶された前記関係とに基づき補正する補正装置と、を有することを特徴とする。
この位置計測装置では、結像特性の調整に起因する悪影響を排除して高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
この位置計測装置において、記憶装置が、投影光学系の投影倍率と計測値の変化量との関係を記憶することが好ましい。
この位置計測装置では、投影倍率の調整に起因する悪影響を排除して高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
本発明に係る第八の発明は、マスクと基板との相対的な位置関係情報を計測する位置計測装置であって、マスクが、基板を載置するステージ上に設けられた基準部材に対して所定の位置関係となるように、マスクの位置を調整する第１調整装置と、第１調整装置による調整後に、テージの移動座標系に対するマスクの相対的な回転量に基づきマスクの位置を調整する第２調整装置と、第２調整装置による調整後に、マスク上に形成された第１マークと基板上に形成された第２マークとを撮像して、マスクと基板との相対的な位置関係情報を計測する計測装置と、を有することを特徴とする。
この位置計測装置では、基準部材の設置誤差に起因する悪影響を排除して高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
本発明に係る第九の発明は、マスクと基板との相対的な位置関係情報を計測する位置計測装置であって、マスクが、基板を載置するステージ上に設けられた基準部材に対して所定の位置関係となるように、マスクの位置を調整する調整装置と、マスク上に形成された第１マークと基板上に形成された第２マークとを撮像して、マスクと基板との相対的な位置関係情報を計測する計測装置と、計測装置で計測されたマスクと基板との相対的な位置関係情報を、ステージの移動座標系に対する前記マスクの相対的な回転量に基づき補正する補正装置と、を有することを特徴とする。
この位置計測装置では、相対的な位置関係情報を補正することにより、基準部材の設置誤差に起因する悪影響を排除して高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
本発明に係る第九の発明は、物体上に形成されたマークの二次元平面内での位置情報を、投影光学系を介して計測する位置計測装置であって、投影光学系の光軸方向における物体の位置を、二次元平面内の複数の計測点において計測する第１計測装置と、前記複数の計測点のうち、マークの位置に基づき選択された計測点における計測結果に基づき、基板の前記光軸方向の位置合わせを行う合焦装置と、合焦装置による合焦動作後に、マークの前記二次元平面内での位置情報を計測する第２計測装置と、を有することを特徴とする。
この位置計測装置では、より高精度にマークを合焦位置に位置決めすることができ、光軸方向の位置決め誤差に起因する悪影響を排除して、マークの二次元平面内での位置情報を高精度に求められるという効果が得られる。
本発明に係る第十の発明は、マスク上に形成されたパターンに露光ビームを照射して、基板上に前記パターンの像を転写する露光装置であって、上記した何れかの位置計測装置を用いて、露光ビームとほぼ同一の波長を持つ検出ビームをマークに対して照射して、マークの像を撮像することにより、マークの位置情報を計測し、計測された位置情報に基づき、マスクと基板との位置合わせを行うことを特徴とする。
この露光装置では、マスクと基板とを高精度に位置合わせすることで、基板上に複数層に亙ってパターンを重ね合わせるときでも、重ね合わせ精度が向上するとともに、色収差に対する補正光学素子を設ける必要がなく、装置の小型化、低価格化を実現できるという効果が得られる。
本発明に係る第十一の発明は、所定層に形成されたマークと、前記所定層よりも上部の層に形成された反射防止膜とを有し、反射防止膜のうち、少なくともマークが形成されている領域に対応する反射防止膜が除去されていることを特徴とする基板である。
この基板では、照明ビームの光量が低下する事態を未然に防ぐことができ、結像系に悪影響を与えないために反射防止膜が成膜されていても高精度なアライメントを実現できるという効果が得られる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の基板、位置計測方法、位置計測装置、露光方法および露光装置並びにデバイス製造方法の実施の形態を、図１ないし図１６を参照して説明する。ここでは、例えば、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用い、半導体デバイス製造用のウエハ上にレチクル上の回路パターンを露光する場合の例を用いて説明する。また、本発明の位置計測装置を、レチクルとウエハとを位置合わせする際にウエハ上に形成されたアライメントマークの位置計測に用いるものとして説明する。
図１は、コーティング装置及び現像装置１００（以下、Ｃｏ／Ｄｅｖ１００と称する）と、ウエハ搬送路１２０を介してインライン接続された露光装置１の概略構成図である。Ｃｏ／Ｄｅｖ１００は、露光前のウエハ上にレジストをコーティングしたり、露光済みのウエハを現像処理したりするものである。露光装置１とＣｏ／Ｄｅｖ１００とは、上位ＣＰＵ１１０により統括管理されるようになっている。なお、本実施の形態では、露光装置１とＣｏ／Ｄｅｖ１００とがインライン接続されたものとして説明するが、本発明はこのようにインライン接続されていない露光装置にも適用されることは言うまでもない。なお、インライン接続されていない場合には、ウエハ搬送路１２０の部分（露光装置１とＣｏ／Ｄｅｖ１００との間のウエハの受け渡し）は、作業者が手持ちでウエハを運搬することになる。
超高圧水銀ランプやエキシマレーザ等の光源２から射出された照明光（露光用ビーム）は、反射鏡３で反射されて、露光に必要な波長の光のみを透過させる波長選択フィルタ４に入射する。波長選択フィルタ４を透過した照明光は、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、又はロッド）５によって均一な強度分布の光束に調整され、レチクルブラインド（視野絞り）６に到達する。レチクルブラインド６は、駆動系６ａによって開口Ｓを規定する複数のブレードをそれぞれ駆動し、開口Ｓの大きさを変化させることで、照明光によるレチクル（マスク）Ｒ上の照明領域を設定するものである。
レチクルブラインド６の開口Ｓを通過した照明光は、反射鏡７で反射されてレンズ系８に入射する。このレンズ系８によって、レチクルブラインド６の開口Ｓの像がレチクルステージ２０上に保持されたレチクルＲ上に結像され、レチクルＲの所望領域が照明される。なお、図１では、これら波長選択フィルタ４、オプティカルインテグレータ５、レチクルブラインド６、レンズ系８により照明光学系が構成される。また、レチクルステージ２０は、リニアモータ等の駆動装置１７によって、投影光学系９の光軸方向（Ｚ方向）と垂直で互いに直交するＸ方向及びＹ方向、さらにＺ軸回りの回転方向に移動されるとともに、レチクルステージ２０（ひいてはレチクルＲ）の位置及び回転量が不図示のレーザ干渉計によって検出される。このレーザ干渉計の計測値は、後述するステージ制御系１４、主制御系１５、及びアライメント制御系１９にそれぞれ出力される。なお、スキャン露光時には、レチクルステージ２０は駆動装置により＋Ｙ方向（図１中の紙面奥方向）に駆動されることになる。
レチクルＲの照明領域に存在する回路パターン（デバイスパターン）ＰＴ及び／又はウエハＷに転写されるアライメントマーク（不図示）の像は、レジストが塗布されたウエハ（物体、基板）Ｗ上に投影光学系９によって結像される。これにより、ウエハステージ（基板ステージ）１０上に載置されるウエハＷ上の特定領域（ショット領域）にレチクルＲのパターンＰＴの像及び／又はアライメントマークの像が露光される。なお、レチクルＲに形成されたマークについては後述する。
投影光学系９は、鏡筒内に光軸方向に沿って所定間隔をあけて配置され、群構成を有する複数のレンズエレメントによって、例えば１／４縮小倍率でパターンＰＴの像及び／又はアライメントマークの像をウエハＷ上に投影するものである。そして、このレンズエレメントが、周方向に複数配置された伸縮可能な駆動素子の駆動によって光軸方向に移動することで、投影光学系９の種々の結像特性が調整可能である。例えば、レンズエレメントを光軸方向に移動させた場合には、光軸を中心として倍率を変化させることができる。また、光軸に垂直に交わる軸を中心にレンズエレメントを傾斜させた場合には、ディストーションを変化させることができる。また、レンズエレメントを動かすのではなく、レンズエレメント間に密閉された空間の気圧を制御することによっても、投影光学系の結像特性を調整することができる。この投影光学系９の結像特性は、上記主制御系１５により統括的に制御される結像特性調整装置（調整装置）２２によって調整される。
ウエハステージ１０は、ウエハＷを真空吸着するウエハホルダ（不図示）を有するとともに、リニアモータ等の駆動装置１１によって、投影光学系９の光軸方向（Ｚ方向）と垂直で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動される。これにより、投影光学系９に対し、その像面側でウエハＷが２次元移動され、例えばステップ・アンド・スキャン方式で、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が転写されることになる。なお、ウエハホルダがＺ方向に移動することで、ウエハＷの光軸方向の位置が調整される構成になっている。このウエハホルダのＺ方向の移動も、駆動装置１１により行われる。スキャン露光時には、ウエハステージ１０は、駆動装置１１により、−Ｙ方向（図１中の紙面手前方向）にレチクルステージ２０と同期して（レチクルステージ２０とは反対方向に）駆動されることになる。
また、ステージ移動座標系（直交座標系）ＸＹ上でのウエハステージ１０（ひいてはウエハＷ）のＸ、Ｙ方向の位置、及び回転量（ヨーイング量、ピッチング量、ローリング量）は、ウエハステージ１０の端部に設けられた移動鏡（反射鏡）１２にレーザ光を照射するレーザ干渉計１３によって検出される。レーザ干渉計１３の計測値（位置情報）は、ステージ制御系１４、主制御系１５、及びアライメント制御系１９にそれぞれ出力される。
ウエハステージ１０の上方には、送光系３０ａおよび受光系３０ｂを有し、ウエハＷのＸＹ平面（二次元平面）内の光軸方向の位置を計測する斜入射型のオートフォーカス系（第１計測装置）３０が配置されている。送光系３０ａは、ウエハＷ上の複数の計測点に対して検知光を照射するものである。これらの計測点としては、例えば互いに間隔をあけて７×７の格子状に配列された４９箇所が設定される。受光系３０ｂは、各計測点で反射した検知光を受光するものであって、受光した信号は合焦装置としての主制御系１５に出力される。主制御系１５は、出力された信号に基づきステージ制御系１４および駆動装置１１を介してウエハステージ１０（ウエハホルダ）をＺ方向に移動させることにより、ウエハＷを投影光学系９およびアライメントセンサ（後述）の焦点位置に位置決めする。ステージ制御系１４は、主制御系１５及びレーザ干渉計１３等から出力される位置情報に基づき、駆動装置１１、１７等を介してレチクルステージ２０及びウエハステージ１０の移動をそれぞれ制御する。
ここで、本実施の形態のレチクルＲおよびウエハＷについて説明する。
図２に示すように、レチクルＲには、上記回路パターンＰＴ及び／又はアライメントマークＲＭ（ＰＴ、ＲＭは図２では図示略）が形成されるパターン領域ＰＡの周辺領域上に、レチクルマークＲＭおよびレチクルアライメントマーク（第１マーク）ＲＡＭが形成されている。
レチクルマークＲＭは、ウエハステージ１０の移動座標系に対してレチクルＲを位置合わせする際に用いるもので、レチクルＲの各コーナーに、Ｙ方向に沿って３つずつそれぞれ形成されている。これらレチクルマークＲＭは、後述するレチクルアライメントセンサ１６、２４で計測される。なお、図２では、レチクルマークＲＭとして、十字形状として簡略して図示した２次元マークを用いている。なお、レチクルマークＲＭには、２次元マークに限られず１次元マークを用いてもよい。
レチクルアライメントマークＲＡＭは、レチクルＲとウエハＷとを位置合わせする際に後述するアライメントセンサ１６を用いて計測されるものであって、パターン領域ＰＡの＋Ｘ側に、Ｙ方向に沿って複数形成されている。このアライメントマークＲＡＭは、Ｘ方向に関する計測で用いられる１次元のマークＲＡＭｘとＲＡＭｙとが交互に配置された構成になっている。図３に示すように、各アライメントマークＲＡＭは、矩形の透過領域内にクロム等によるライン・アンド・スペースパターンが計測方向に沿って形成された構成になっており、矩形透過領域の外側は、ウエハＷ上のレジストの感光を防止するため、Ｃｒ等、露光光を透過させない材料で遮光された禁止帯２３になっている。この禁止帯２３の大きさは、ウエハＷ上のアライメントマークＡＭに設定される禁止帯（不図示）の大きさよりも狭く設定され、アライメントマークＡＭがずれた状態で計測されてもウエハＷ上の回路パターンが露光されないようになっている。なお、レチクルアライメントマークＲＡＭには、１次元マークに限られず、２次元マークを用いてもよい。
図４に示すように、ウエハＷ上には、複数のショット領域、つまりレチクルＲに形成された回路パターンＰＴの像が転写される領域Ｄ、Ｄ、…が設定され、各ショット領域Ｄ、Ｄ、…に対応してウエハ上の位置計測のためのウエハアライメントマーク（マーク、第２マーク）ＡＭ、ＡＭ、…が所定層（例えば第１層）に形成されている。アライメントマークＡＭは、ウエハＷのＸ方向の位置を計測するＡＭｘとＹ方向の位置を計測するＡＭｙとからなるライン・アンド・スペースのマークである。なお、ウエハＷ上には、各ショット領域に対応してサーチアライメント用のサーチマークも形成されているが、ここでは図示を省略している。
また、図１７で示したように、ウエハＷ上のアライメントマークＡＭ形成層よりも上部の層には、露光光をウエハＷで反射させてレジストＲＳの感光を防止するために反射防止膜ＡＲＣが、レジストＲＳとアライメントマークＡＭ形成層との間に例えば０．１５μｍの厚さで成膜されている。なお、実際には、反射防止膜ＡＲＣとウエハＷとの間には、ＳｉＯ２等で形成された透明絶縁層が介在しているが、ここでは便宜上図示を省略している。
図１に戻り、露光装置１には、レチクルＲとウエハＷとの位置合わせを行うために、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメントセンサ（マーク検出系、計測装置、第２計測装置）１６と、レチクルＲの位置合わせを行うためのアライメントセンサ１６、２４が備えられている（アライメントセンサ１６はＴＴＲアライメントセンサとレチクルアライメントセンサの両方のセンサとして機能する）。なお、露光装置１には、公知のオフアクシス方式で且つ画像処理方式のＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｉｍａｇｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）アライメント系２００も設けられているが、本発明と直接関係するものではないので説明を省略する。
アライメントセンサ１６、２４は、投影光学系９の光軸を挟んで、Ｘ方向に沿った両側にほぼ対称となるように配置されており、アライメント光源２５、ＣＣＤ等の撮像素子２６、ビームスプリッタ２７、コンデンサレンズや対物レンズ等の光学素子２８、２９からそれぞれ構成されている。アライメント光源２５は、ライトガイドで露光用照明光を導くなど、光源２から照射される露光用照明光とほぼ同一の波長の検出ビームを出射する構成になっている。
アライメント光源２５からビームスプリッタ２７、光学素子２８を介して出射された検出ビーム（照明ビーム）は、反射ミラー３１で反射した後、レチクルＲ上のアライメントマークＲＭ（またはレチクルマーク）を照明し、アライメントマークＲＭ（またはレチクルマーク）で反射した反射光は、反射ミラー３１、光学素子２８、ビームスプリッタ２７、光学素子２９を介して撮像素子２６に入射する。
一方、レチクルＲを透過した検出ビームは、投影光学系９を介してウエハＷ上のアライメントマークＡＭまたはウエハステージ１０上に固定された基準部材（物体）１８（図１参照）を照明する。この基準部材１８には、ウエハＷの表面と同じ高さに公知の指標マーク（不図示）が形成されている。この指標マークとしては、例えばレチクルマークＲＭを挟み込む中抜きマークが採用される。アライメントマークＡＭまたは指標マークで反射した反射光は、投影光学系９、レチクルＲを透過した後、反射ミラー３１、光学素子２８、ビームスプリッタ２７、光学素子２９を介して撮像素子２６に入射する。
なお、アライメントセンサ１６、２４は、ほぼ同様の構成を有しているが、アライメントセンサ１６は、ウエハＷとの位置合わせに用いられるため、光学素子２８、２９の収差をより厳格に管理する等、アライメントセンサ２４に対し、より高精度な位置計測が可能になっている。
アライメントセンサ１６、２４は、投影光学系９を介して入射したマークの像とレチクルＲ上のマークの像とを同時に撮像し、この撮像信号を補正装置であるアライメント制御系１９に出力する。アライメント制御系１９は、入力された撮像信号に基づき両マークの位置ずれ量を検出するとともに、レチクルステージ２０及びウエハステージ１０の位置をそれぞれ検出するレーザ干渉計１３などの測定値、記憶装置２１に記憶された情報も入力してこの位置ずれ量を補正し、補正した両マークの位置ずれ量が所定値、例えば零となるときのレチクルステージ２０及びウエハステージ１０の各位置を求める。これにより、ウエハステージ移動座標系ＸＹ上でのレチクルＲの位置が検出される。換言すれば、レチクルステージ移動座標系とウエハステージ移動座標系ＸＹとの対応付け（即ち、相対位置関係の検出）が行われ、アライメント制御系１９は、その結果（位置情報）を主制御系１５に出力する。
主制御系１５は、駆動系６ａを介してレチクルブラインド６の開口Ｓの大きさや形状を制御するとともに、アライメント制御系１９から出力されるウエハＷ上のアライメントマークＡＭの位置情報（座標値）に基づきＥＧＡ計算を行う他、ＥＧＡ計算により算出された誤差パラメータに基づき、投影光学系９の投影倍率を算出する。また、主制御系１５は、アライメント制御系１９が算出した座標値を補正し、この補正した座標値をステージ制御系１４に出力する。ステージ制御系１４は、主制御系１５からの位置情報に基づき、駆動装置１１、１７を介してウエハステージ１０、レチクルステージ２０の移動を（露光中の両ステージの同期移動も含めて）それぞれ制御する。これにより、例えばステップ・アンド・スキャン方式で、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が転写されることになる。
また、主制御系１５には、ショット領域の配列位置や露光順序等の露光データ（レシピ）を記憶する記憶装置２１が付設されており、主制御系１５はこの露光データに基づき、装置全体を統括制御する。上記アライメントセンサ１６、２４、結像特性調整装置２２、レーザ干渉計１３、オートフォーカス系３０、駆動装置１１、１７、ステージ制御系１４、アライメント制御系１９、主制御系１５等により、本発明の位置計測装置が構成される。
なお、記憶装置２１には、露光データととともに、予め計測された基準部材１８の指標マークのステージ移動座標系に対する回転量θ、および投影光学系９の投影倍率と当該投影倍率に対応するアライメントマークＡＭの計測値の変化量との関係も記憶されている。以下、この関係について説明する。
アライメントセンサ１６でレチクルアライメントマークＲＡＭとウエハアライメントマークＡＭとを撮像した場合、ウエハアライメントマークＡＭの像は投影光学系９を介して結像する。そのため、投影光学系９の投影倍率が等倍（もしくはレンズ中心を用いた計測）でない場合、ウエハアライメントマークＡＭは投影倍率の影響で移動した位置に撮像される。一方、レチクルアライメントマークＲＡＭは、投影倍率に関係なく一定の位置に撮像される。従って、同時に撮像されたマーク間の位置ずれ量は、本来の相対位置ずれと、投影倍率によるアライメントマークＡＭ位置の変化量、いわゆる「だまされ量」とが加わったものになる。このだまされ量は、投影倍率に応じた関数として求められるので、露光処理に先だち、予め投影倍率に応じただまされ量をオフセット値（補正値）として求め、記憶装置２１に記憶しておく。
このオフセット値としては、投影倍率をαとしたときに、オフセット値＝ｆ（α）となる関数ｆ（α）を記憶装置２１に記憶しておいたり、予め投影倍率を所定ピッチで変えながら、そのときに計測されるオフセット値を求め、求められた投影倍率とオフセット値との対応関係を補正テーブルとして記憶装置２１に記憶しておいてもよい。
続いて、例えば１層目に回路パターンおよびアライメントマークＡＭが形成されたウエハＷに対して、上記の構成の投影露光装置１により２ｎｄ露光を行う動作の概略について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。
図６は、露光装置１とコーティング／現像装置（Ｃｏ／Ｄｅｖ）１００とをウエハ搬送路１２０を介して接続した場合における、上位ＣＰＵの制御順序（主制御系１５及び装置１００内の不図示のＣＰＵを介して露光装置１及びＣｏ／Ｄｅｖ１００を制御する制御順序）を示したものである。ただし、ステップＳ１、Ｓ２の計測／記憶動作に関しては、露光装置１が出荷される前の段階（製造段階）に、予め測定／記憶しておくようにすることが望ましい。なお、インライン接続で使用する場合、後述するステップＳ１０の一部（Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１５）とＳ４０〜Ｓ９０における処理動作を、露光装置１が主制御系１５の指示に基づき実行し、ステップＳ２０における処理動作とステップＳ１０内の一部の処理動作（Ｓ１３とＳ１４）、Ｃｏ／Ｄｅｖ１００内のＣＰＵ（不図示）の指示に基づき実行する。Ｓ３０の動作のうち、露光装置１内におけるウエハの搬送（ウエハステージまでの搬送）は、主制御系１５の指示に基づき、露光装置１が実行する。
まず、ステップＳ１（第１工程）では、上述したように、投影光学系９の投影倍率とウエハアライメントマークＡＭ計測値の変化量との関係を予め求め、記憶装置２１に記憶する。また、ウエハステージ１０上の基準部材１８に対して、指標マークのステージ移動座標系に対する回転量を計測し、記憶装置２１に記憶しておく（ステップＳ２）。
そして、図１７に示したように、Ｃｏ／Ｄｅｖ１００にて上記反射防止膜ＡＲＣが成膜されレジストＲＳが塗布されたウエハＷに対しては、ステップＳ１０で、露光装置１及びＣｏ／Ｄｅｖ１００を用い、アライメントマークＡＭの配置されている領域に対応する反射防止膜ＡＲＣを除去する。そして、Ｃｏ／Ｄｅｖ１００は、ＡＲＣの除去がなされたウエハ上に、ステップＳ２０で再度レジストＲＳを塗布する。その後、ウエハＷは、ウエハステージ１０上に搬送される（ステップＳ３０）。また、ステップＳ４０では、露光装置１がレチクルステージ２０上のレチクルＲをステージの移動座標系（投影光学系９）に対して位置合わせ（アライメント）する。なお、ステップＳ４０におけるレチクル・アライメントは、後述するステップＳ１５のプロセス用レチクルへの交換処理後からステップＳ３０のウエハ搬送処理の完了までの間であれば、どこで実施してもよい。
ウエハＷが搬送されると、露光装置１は、ステップＳ５０においてフォーカス調整を行い、ウエハＷの光軸方向の位置決めを実施する。フォーカス調整が完了したら、露光装置１は、ステップＳ６０においてウエハ・アライメントを実施して、レチクルＲとウエハＷとの位置合わせを行う。ウエハ・アライメント後、露光装置１は、ステップＳ８０で、後述するステップＳ６６で算出されたＥＧＡパラメータ（スケーリングパラメータ）に基づき、投影光学系９の投影倍率等、結像特性を調整する。そして、ステップＳ９０において、そのＥＧＡパラメータと各ショットの設計上の座標値とに基づき算出されたウエハ上の各ショットの位置情報（座標値）に応じてウエハを順次露光位置に位置決めして、その位置決めされた各ショット領域上に、マスク上に形成されたパターンを順次転写（露光）するという露光処理を実施する。
次に、図７に示すフローチャートを用いて、上記ステップＳ１０の反射防止膜除去について詳述する。まず、露光装置１がレチクルステージ２０上のレチクルを膜除去専用レチクルに交換する（ステップＳ１１）。この専用レチクルは、アライメントマークＡＭの大きさよりも若干広い露光光透過領域を有するものである。この専用レチクルを用いて、露光装置１がウエハＷに対して露光処理を実施すると（ステップＳ１２）、図８に示すように、レジストＲＳのうち、アライメントマークＡＭよりも広い範囲のレジストＲＳ’が露光される。なお、ここではレジストＲＳを露光する際に、上述した専用レチクルを用いているが、本発明はこれに限られず、例えばレチクルステージ２０上に専用レチクルに設けられている露光光透過領域と同サイズ（同形状）の露光光透過領域を形成しておき、このレチクルステージ２０上の透過領域を用いてレジストＲＳを露光するように構成してもよい。次に、この露光されたウエハを搬送路１２０を介してＣｏ／Ｄｅｖ１００に搬送し、Ｃｏ／Ｄｅｖ１００において、このウエハＷを現像処理する（ステップＳ１３）ことによって、図９に示すように、レジストＲＳ’を除去する。
さらに、Ｃｏ／Ｄｅｖ１００は、このウエハＷに対してエッチング処理を施す（ステップＳ１４）ことにより、反射防止膜ＡＲＣのうち、露出している反射防止膜ＡＲＣ’を除去する。これにより、図１０に示すように、アライメントマークＡＭの上部に位置する反射防止膜のみが除去され、アライメントマークＡＭが露出する。この後、露光装置１は、膜除去専用レチクルをプロセス用レチクルＲに交換する（ステップＳ１５）。なお、ステップＳ１５の処理動作は、ウエハ上のレジストＲＳの露光処理（ステップＳ１２）の後であれば、ステップＳ１４の処理動作完了までのどこで実行してもよい。そして、Ｃｏ／Ｄｅｖ１００は、ステップＳ２０において、アライメントマークＡＭおよび反射防止膜ＡＲＣ上にレジストＲＳを塗布する。
続いて、図１２に示すフローチャートを用いて、上記ステップＳ４０におけるレチクル・アライメント（露光装置１における処理）について詳述する。
まず、ステップＳ４１において、ステージ制御系１４が駆動装置１７を駆動することで、レチクルマークＲＭの１つ（又は複数）をアライメントセンサ１６（及び／または２４）の検出領域（計測位置）に移動させるとともに、駆動装置１１を駆動することで、ウエハステージ１０上の基準部材１８の指標マークを、この検出領域に移動させる。そして、上述したように、アライメントセンサ１６（または２４）は、検出ビームで照明されたレチクルマークＲＭの像と、投影光学系９を介して入射した指標マークの像とを同時に撮像し、アライメント制御系１９に出力する。アライメント制御系１９は、出力された撮像信号に対して１次元圧縮等の処理を行って、両マーク間の位置ずれ量を計測し（ステップＳ４２）、計測結果を主制御系１５に出力する。
そして、駆動装置１７を介してレチクルＲを移動させることで、他のレチクルマークＲＭをアライメントセンサ１６（及び／または２４）の検出領域に位置させるとともに、駆動装置１１を介してウエハステージ１０を移動させることで、指標マークをこの検出領域に位置させて、上記と同様の手順で順次レチクルマークＲＭの位置情報を計測する。この場合、全てのレチクルマークＲＭを計測してもよいし、各コーナー毎に１つずつレチクルマークＲＭを計測してもよい。
レチクルマークＲＭの計測が完了すると、調整装置および第１調整装置並びに第２調整装置としての主制御系１５は、各マークの設計座標値と、計測された位置ずれ量とに基づき所定のアルゴリズム処理を行い、ＸＹシフト、回転等の補正パラメータを算出し（ステップＳ４３）、このパラメータに基づきステージ制御系１４を制御することで、レチクルステージ２０がＸ方向、Ｙ方向、θＺ方向に所定量駆動され（ステップＳ４４）、レチクルＲが位置決めされる。
このとき、レチクルＲは、指標マークに対してほぼ平行となるように位置合わせされるため、指標マーク（基準部材１８）がウエハステージ１０の移動座標系に対して回転量θだけ相対的に回転して設置されていると、レチクルＲも移動座標系に対して回転量θだけ回転した状態で位置合わせされる。なお、このレチクルマークＲＭと指標マークとを用いたアライメントにおいても、投影光学系９の投影倍率の影響を受けるが、この場合、レチクルマークＲＭをＸ方向両側に対称配置されたアライメントセンサ１６、２４（両眼）で計測するので、投影倍率の影響が相殺され、所定のアライメントが実施可能である。
続いて、上記ステップＳ５０におけるフォーカス調整（露光装置１における処理）について詳述する。
露光装置１においてウエハステージ１０上に搬送されたウエハＷに対しては、オートフォーカス系３０の送光系３０ａから４９箇所の計測点に検知光が照射され、各計測点で反射した検知光は受光系３０ｂで受光され、各計測点に対応する受光信号は主制御系１５に出力される。そして、主制御系１５において、各計測点における計測結果からウエハＷのＺ方向の位置が求められるが、主制御系１５は、複数の計測点のうち、計測対象となるウエハアライメントマークＡＭに最も近い計測点を選択し、選択した計測点の計測結果を用いて、この計測点がアライメントセンサ１６および投影光学系９の合焦位置に配置されるように、ステージ制御系１４を介して駆動装置１１を駆動する。これにより、計測対象となるアライメントマークＡＭが合焦位置となるようにウエハＷがＺ方向で位置合わせされる。なお、マーク位置計測処理については、ステップＳ６０のウエハ・アライメント（後述）で説明する。
なお、アライメントマークＡＭの位置が複数の計測点の中間である場合には、これら複数の計測点の平均値を用いてウエハＷをＺ方向に位置決めすればよい。また、アライメントマークＡＭに最も近い計測点であっても、アライメントマークＡＭとの距離が大きい場合は、ウエハステージ１０を駆動して、計測対象のアライメントマークＡＭを直近の計測点に移動させた後に、ウエハＷのＺ方向の位置を計測してもよい。
次に、フォーカス調整が完了したウエハＷに対して露光装置１が実行するアライメント（上記ステップＳ６０）の手順について、図１３および図１４に示すフローチャートを用いて詳述する。ここでは、レチクル・アライメント（ステップＳ４０）において、ウエハステージ１０の移動座標系に対して回転量θだけ回転した状態で位置合わせされたレチクルＲとウエハＷとを位置合わせする方法として、二通りの手順を説明する。
〈第一法〉
まず、図１３に示すように、ステップＳ６１（第２工程）において、投影倍率等、投影光学系９の結像特性を設計値でセットする。次に、ステップＳ６２において、ウエハＷのサーチアライメントを実施する。すなわち、ウエハステージ１０上にロードされるウエハＷは、プリアライメントされた状態で載置されるが、ファインアライメントとしてのＥＧＡ計測を実行できるレベルでの位置決めはされていない。そのため、通常、ＥＧＡ計測を実行する前にＥＧＡ計測に支障を来さない程度にウエハＷを粗調整する、いわゆるサーチアライメントが行われている。このサーチアライメントでは、予め指定されたショット領域（例えば２箇所）においてサーチアライメント用マークを計測し、この計測結果に基づきショット領域の座標値を補正する。
具体的には、ステージ制御系１４が駆動装置１７を介してレチクルステージ２０を駆動することで、アライメントセンサ１６の検出領域にレチクルアライメントマークＲＡＭｘ（またはＲＡＭｙ）を移動させるとともに、駆動装置１１を介してウエハステージ１０を駆動することで、アライメントセンサ１６の検出領域にサーチショットのサーチマークを移動させ、アライメントセンサ１６を用いて両マークの位置ずれ量を計測する。そして、全てのサーチショットにおいて得られたサーチマークの計測結果に基づき、ウエハＷ上に設定されているＥＧＡ計測を実行するショット領域（ＥＧＡショット）のアライメントマークＡＭの位置を補正する。即ち、主制御系１５は、この計測されたサーチマークのウエハステージ移動座標系ＸＹ上での座標値、及び対応する設計上の座標値とに基づき、ＥＧＡショット毎に、ウエハステージ移動座標系ＸＹ上でのアライメントマークＡＭｘ、ＡＭｙの設計上の座標値を補正する。
続いて、ステップＳ６３では、ステージ制御系１４が、上記補正された座標値を目標値とし、レーザ干渉計１３の測定値に基づきウエハステージ１０を移動させ、ＥＧＡショット毎にアライメントマークＡＭｘ（またはＡＭｙ）をそれぞれアライメントセンサ１６の検出領域内に位置決めするとともに、レチクルステージ２０を移動させ、この検出領域にアライメントマークＲＡＭｘ（またはＲＡＭｙ）を位置決めする。なお、ここでは、アライメントマークＲＡＭｘ、ＡＭｘによりＸ方向の位置計測を行う場合について説明する。
このレチクルステージ２０の移動、すなわちレチクルＲの移動に際しては、図１５に示すように、レチクルＲがウエハステージ１０の移動座標系に対して回転量θで回転しているため、アライメントマークＲＡＭｘの設計値に基づきレチクルＲを移動させると、アライメントマークＲＡＭｘは、回転量θに応じてずれた位置に位置決めされる。ライメントマークＲＡＭｘが、Ｘ＝ａ、Ｙ＝ｂの設計座標値である場合、本来、レチクルＲを−Ｙ方向に移動量ｂで移動させれば、アライメントマークＲＡＭｘをアライメントセンサ１６の直下に位置決めすることができるが、実際には、次式で得られる移動量で移動させる必要がある。
ｘ＝ｂ×ｓｉｎθ＋ａ×（１−ｃｏｓθ）≒ｂ×θ　　…（１）
ｙ＝ｂ×ｃｏｓθ＋ａ×ｓｉｎθ≒ｂ＋ａ×θ　　　　…（２）
なお、上式では、θが微小であるものとして、ｓｉｎθ≒θ、ｃｏｓθ＝１とした。
そこで、主制御系１５は、レチクルステージ２０を移動させる前に、記憶装置２１に記憶されている回転量θと、式（１）、（２）とを用いて、レチクルＲの移動量をＸ方向、Ｙ方向毎に算出し、算出した移動量に基づきステージ制御系１４を介してレチクルステージ２０を移動させる。これにより、アライメントマークＲＡＭｘを、指標マークの回転に起因する誤差を排除した状態で位置決めすることができる。
このように、アライメントセンサ１６の検出領域にアライメントマークＲＡＭｘ、ＡＭを位置決めした後、ステップＳ６４において、アライメントセンサ１６により両マークＲＡＭｘ、ＡＭを、図３に示すように、同一の視野に重ねた状態で撮像し、ＸＹ平面内におけるマーク間の位置ずれ量を、アライメント制御系１９により計測する。
ここで、投影光学系９を介して結像されたアライメントマークＡＭの像は、投影倍率の影響を受けた状態で撮像されている。そのため、計測されたマーク（ＲＡＭｘとＡＭ）間の位置ずれ量には、この投影倍率によるだまされ量が含まれている。より正確に言うと、マークＡＭの位置情報の計測値に、このだまされ量が含まれている。そこで、ステップＳ６５において、アライメント制御系１９は、ステップＳ６１でセットした投影光学系９の投影倍率と、記憶装置２１に記憶されている投影倍率とウエハアライメントマークＡＭ計測値の変化量との関係に基づき、計測されたマーク間の位置ずれ量（又は、マークＡＭの計測位置情報）を補正する。
そして、ＥＧＡショット（計測対象ショットとなるサンプルショット）毎にアライメントマークＡＭｘ、ＡＭｙの位置ずれ量を上記と同様の手順で順次計測する。この後、ステップＳ６６において、得られた計測値（ステップＳ６５で補正された計測値）と設計値とに基づき、最小二乗法等の統計演算処理により、ウエハＷ上のショット領域の配列特性に関する位置情報として、Ｘシフト、Ｙシフト、Ｘスケール、Ｙスケール、回転、直交度の６個のショット配列誤差パラメータ（ＥＧＡパラメータ）を算出する。そして、これらのＥＧＡパラメータに基づき、ウエハＷ上の全てのショット領域に対して設計上の座標位置を補正するとともに、特にスケーリングパラメータ（Ｘスケール、Ｙスケール）に基づき、投影光学系９の結像特性を上述のステップＳ８０で調整する。
なお、第一法では、レチクルＲの回転量θに基づき、レチクルステージ２０の移動量を補正する手順としたが、アライメントマークＲＡＭの設計値に基づきレチクルステージ２０を移動させた後、アライメントマークＲＡＭ、ＡＭを撮像してマーク間の位置ずれ量を計測し、計測した相対位置ずれ量を回転量θに基づき補正する手順としてもよい。ただし、この場合、撮像時に、アライメントマークＲＡＭ、ＡＭのラインが重なったり、装置毎の回転量を考慮しなければならないため、上述した第一法の方が好ましい。
〈第二法〉
ここでは、第一法と同一の工程については、同一符号を付しその説明を簡略化する。
まず、図１４に示すように、ステップＳ６１において、投影倍率等、投影光学系９の結像特性を設計値でセットする。次に、ステップＳ６７において、主制御系１５が、レチクルＲの回転量θを補正するように、ステージ制御系１４を介してレチクルステージ２０を回転させる。これにより、ウエハステージ１０の移動座標系とレチクルＲとの座標系が一致することになる。
続いて、ステップＳ６２において、サーチアライメントを実施し、ステップＳ６８においてレチクルステージ２０を移動させることにより、アライメントマークＲＡＭをアライメントセンサ１６の検出領域に位置決めする。ここでは、予めレチクルＲの回転が補正されているため、レチクルＲの移動量は、設計値であるｘ＝ａ、ｙ＝ｂとなる。この後、ステップＳ６４において、アライメントマークＲＡＭ、ＡＭの像を撮像して両マーク間の相対位置ずれ量を計測し、ステップＳ６５において、計測した位置ずれ量を投影倍率の調整量に応じた変化量で補正する。そして、ステップＳ６６において、補正した相対位置ずれ量と設計値とを用いた統計演算処理により、既述したようなショット配列誤差パラメータを算出する。
なお、回路パターンＰＴが形成された上記ウエハＷを用いて半導体デバイス等のデバイスが製造されるが、このデバイスは、図１６に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、シリコン材料からウエハを製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置１によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
以上説明したように、本実施の形態の位置計測方法、位置計測装置および露光方法並びに露光装置では、投影倍率調整後にアライメントマークＡＭの位置情報を計測した場合でも、計測結果を投影倍率と計測値の変化量との関係に基づき補正するので、投影倍率に応じただまされ量等、結像特性の調整に起因する悪影響を排除して高精度なマーク位置計測（高精度なアライメント）を実現することができる。また、本実施の形態では、レチクルＲの移動量補正やレチクルＲの回転補正、相対ずれ量補正等、この回転量に基づきレチクルアライメントマークＲＡＭとウエハアライメントマークＡＭとの相対位置関係を補正しているので、レチクルアライメントの結果、レチクルＲがウエハステージ１０の移動座標系に対して回転して位置決めされた場合でも、基準部材１８の回転に起因する悪影響を排除して高精度なマーク位置計測（高精度なアライメント）を実現することができる。
さらに、本実施の形態では、ウエハＷに対するフォーカス調整において、オートフォーカス系３０による複数の計測点の中、計測対象となるアライメントマークＡＭに最も近い計測点の計測結果に基づきウエハＷをＺ方向に位置決めしているので、より高精度にアライメントマークＡＭを投影光学系９およびアライメントセンサ１６の合焦位置に位置決めすることができ、投影光学系９の光軸方向の位置決め誤差に起因する悪影響を排除して、アライメントマークＡＭの二次元平面内での位置情報を高精度に求めることができる。また、フォーカス調整の精度を一層向上させるために、オートフォーカス系３０の計測点にアライメントマークＡＭを移動させる場合には、直近の計測点にアライメントマークＡＭを位置決めすればよいので、ウエハステージ１０の移動距離を最短にすることができ、スループットの低下を防ぐことができる。
しかも、本実施の形態の位置計測方法および位置計測装置並びに基板では、ウエハＷ上に成膜された反射防止膜ＡＲＣの中、アライメントマークＡＭの上部領域の反射防止膜ＡＲＣ’を予め除去しているので、アライメントマークＡＭで反射してアライメントセンサ１６に入射するアライメント光の光量が低下する事態を未然に防ぐことができる。その結果、結像系に悪影響を与えないために反射防止膜が成膜されたウエハＷに対しても、高精度なマーク位置計測を実施することができる。
さらに、本実施の形態では、ウエハＷ上のアライメントマークＡＭを投影光学系９を介して計測しているので、オフアクシス方式のアライメントセンサを用いた場合のように、露光中（またはマーク位置計測中）にベースラインドリフトが発生してウエハの位置決め誤差になるといった不具合も生じない。ただし、上記ステップＳ５０におけるフォーカス調整で説明した直近の計測点の選択に関しては、オフアクシス系のアライメントセンサを用いた場合にも適用可能である。
また、露光光と異なる波長の検出ビームをアライメント照明光として用いる場合には、投影光学系で発生する色収差を補正する補正光学素子を、レチクルＲと投影光学系９との間、または投影光学系９の瞳面近傍に配置する必要があるが、本実施の形態では、露光光と略同一波長の検出ビームでマーク位置を計測しているので、このような光学素子を設ける必要がなく、装置の小型化、低価格化を実現することができる。
そして、このような位置計測方法および位置計測装置を用いた露光方法および露光装置にあっては、レチクルＲとウエハＷとを高精度に位置合わせすることで、ウエハＷ上に複数層に亙って回路パターンを重ね合わせるときでも、重ね合わせ精度を向上させることができる。従って、この露光処理を経て製造されたデバイスでは、重ね合わせ誤差に起因する品質の低下を大幅に抑制することができる。
なお、上記実施の形態において、アライメント光として露光光と略同一波長の検出ビームを用いる構成としたが、本発明は必ずしもこれに限定されることなく、上述したように、補正光学素子を用いることにより、他の波長を有するビームを用いてもよい。
また、上記実施の形態では、アライメントマークＡＭの上部に位置する反射防止膜をエッチングで除去する構成としたが、この方法以外にも、反射防止膜の蒸着時に、この部分をマスキングすることで除去してもよい。
また、上記実施の形態では、アライメントセンサがレチクルＲを介してウエハＷ上のアライメントマークおよびウエハステージ１０上の指標マークを計測する構成としたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、投影光学系９を介して計測する方式、いわゆるＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式の場合、必ずしもレチクルＲを介して計測を行う必要はない。
なお、各ショット領域におけるＥＧＡ計測用のアライメントマークをＸ方向用、Ｙ方向用とそれぞれ２組以上設けたり、Ｘ方向およびＹ方向の位置情報を計測するための２次元のＸＹマークを２個以上設けてもよい（いわゆるショット内多点計測）。この場合、これらのマークを計測することで各ショット領域の位置情報も得ることができる。具体的には、各ＥＧＡショットで３組以上のＸマーク及びＹマーク（２次元マークの場合は３個以上のＸＹマーク）を検出してその位置情報を得ることで、各ショット領域のＸスケール、Ｙスケール、回転、直交度の４個の誤差パラメータを算出することが可能になり、ショット領域の配列特性に関する（ウエハに関する）６個の誤差パラメータと併せて１０個の誤差パラメータを求めることができ、各ショット領域の重ね合わせを一層高精度に行うことができる。また、ショット領域の４個の誤差パラメータを全て算出しなくてもよく、その誤差パラメータの数は１個〜３個のいずれであってもよい。例えば、各ＥＧＡショットで２組のアライメントマーク（２次元マークの場合は２個のＸＹマーク）を検出してその位置情報を得ることで、ショット領域のＸスケール、Ｙスケール、及び回転の３個の誤差パラメータを算出するようにしてもよい。なお、Ｘスケール及びＹスケールはそれぞれＸ方向及びＹ方向に関するショット領域の倍率誤差である。
なお、本実施の形態の基板としては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハＷのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。
露光装置１としては、レチクルＲとウエハＷとを同期移動してレチクルＲのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニング・ステッパー；米国特許Ｎｏ．５，４７３，４１０）の他に、レチクルＲとウエハＷとを静止した状態でレチクルＲのパターンを露光し、ウエハＷを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパー）にも適用することができる。また、本発明はウエハＷ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
露光装置１の種類としては、ウエハＷに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
また、光源２として、超高圧水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）、Ａｒ２レーザ（１２６ｎｍ）のみならず、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。また、ＹＡＧレーザや半導体レーザ等の高調波を用いてもよい。
例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を露光光として用いでもよい。なお、単一波長レーザの発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
また、レーザプラズマ光源、又はＳＯＲから発生する波長５〜５０ｎｍ程度の軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｕｌｔｒａ　Ｖｉｏｌｅｔ）光を露光光として用いてもよい。ＥＵＶ露光装置では、反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚（例えば３〜６枚程度）の反射光学素子（ミラー）のみからなる縮小系となっている。
投影光学系９は、縮小系のみならず等倍系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系９は屈折系、反射系、及び反射屈折系のいずれであってもよい。なお、露光光の波長が２００ｎｍ程度以下であるときは、露光光が通過する光路を、露光光の吸収が少ない気体（窒素、ヘリウムなどの不活性ガス）でパージすることが望ましい。また電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真空状態にすることはいうまでもない。
ウエハステージ１０やレチクルステージ２０にリニアモータ（米国特許Ｎｏ．５，６２３，８５３または米国特許Ｎｏ．５，５２８，１１８参照）を用いる場合には、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージ１０、２０は、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。
各ステージ１０、２０の駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージ１０、２０を駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージ１０、２０に接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージ１０、２０の移動面側に設ければよい。
ウエハステージ１０の移動により発生する反力は、投影光学系９に伝わらないよう、特開平８−１６６４７５号公報（米国特許Ｎｏ．５，５２８，１１８）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
レチクルステージ２０の移動により発生する反力は、投影光学系９に伝わらないように、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
以上のように、本願実施形態の露光装置１は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するため、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程には、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態を示す、露光装置の概略構成図である。
図２は、本発明の実施形態に用いられるレチクルの平面図である。
図３は、レチクルアライメントマークとウエハアライメントマークが同一視野内に撮像された状態を示す平面図である。
図４は、本発明の実施形態に用いられるウエハの平面図である。
図５は、本発明の露光装置を構成するアライメントセンサの例の概略構成図である。
図６は、本発明の実施形態を説明するフローチャート図である。
図７は、反射防止膜の除去に関するフローチャート図である。
図８は、アライメントマーク上のレジストが感光したウエハの部分断面図である。
図９は、アライメントマーク上のレジストが現像されたウエハの部分断面図である。
図１０は、アライメントマーク上の反射防止膜が除去されたウエハの部分断面図である。
図１１は、図１０に示すウエハにレジストが塗布された部分断面図である。
図１２は、レチクル・アライメントに関するフローチャート図である。
図１３は、ウエハ・アライメントの第一法に関するフローチャート図である。
図１４は、ウエハ・アライメントの第二法に関するフローチャート図である。
図１５は、ウエハステージの移動座標系に対して回転した状態で位置決めされたレチクルの平面図である。
図１６は、半導体デバイスの製造工程の例を説明するフローチャート図である。
図１７は、従来技術によるウエハの部分断面図である。Background art
1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method for projecting and exposing a mask pattern image onto a photosensitive substrate such as a wafer in a device manufacturing process such as a semiconductor element or a liquid crystal display element, and measuring an exposed mark position and the like. The present invention relates to a position measurement method and a position measurement device suitable for use, a substrate on which the mark is formed, and a device manufacturing method for transferring a device pattern to the substrate.
2. Conventional technology
When manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device by a photolithography process, a pattern image of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle”) is projected onto each shot area on a photosensitive substrate via a projection optical system. A projection exposure apparatus is used. In recent years, as this type of projection exposure apparatus, a photosensitive substrate is placed on a stage which can be moved two-dimensionally, and the photosensitive substrate is step-moved by this stage so that a reticle pattern image is transferred onto a photosensitive substrate such as a wafer. An exposure apparatus of a so-called step-and-repeat method, for example, an exposure apparatus (stepper) of a reduction projection type, which repeats an operation of sequentially exposing each shot area, is widely used. In recent years, a so-called step-and-scan exposure apparatus has been used in which a reticle and a wafer are synchronously moved during exposure of a wafer to sequentially expose each shot area on the wafer. .
For example, a microdevice such as a semiconductor device is formed by laminating a large number of circuit patterns on a wafer coated with a photosensitive material as a photosensitive substrate. In order to achieve this, it is necessary to accurately align each shot area on the wafer on which a circuit pattern has already been formed with the pattern image of the reticle to be exposed, that is, the alignment (alignment) between the wafer and the reticle.
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429 discloses a method of aligning wafers when performing overlay exposure on a single wafer in which shot areas where circuit patterns are exposed are arranged in a matrix. The so-called Enhanced Global Alignment (EGA) has become mainstream.
In the EGA method, at least three regions (hereinafter, referred to as EGA shots) are specified among a plurality of shot regions formed on a wafer (object), and the coordinate position of an alignment mark (mark) attached to each shot region is determined. Measure with an alignment sensor. Thereafter, based on the measured values and the design values, error parameters (offset, scale, rotation, orthogonality) relating to the array characteristics (positional information) of the shot areas on the wafer are determined by a statistical calculation process using a least square method or the like. Then, based on the determined parameter values, the design coordinate values of all shot areas on the wafer are corrected, and the wafer stage is stepped in accordance with the corrected coordinate values to position the wafer. As a result, the projected image of the reticle pattern and each of the plurality of shot areas on the wafer are processing points set in the shot area (the reference points at which coordinate values are measured or calculated, for example, the center of the shot area. ) Is accurately superimposed and exposed.
Conventionally, as an alignment sensor for measuring an alignment mark on a wafer, a method using an off-axis type alignment system disposed near a projection optical system is known. In this method, after measuring the alignment mark position using an off-axis alignment system, the wafer stage is simply fed by a fixed amount related to a baseline amount, which is the distance between the projection optical system and the off-axis alignment system. Immediately, the reticle pattern can be accurately superimposed on the shot area on the wafer and exposed. As described above, since the baseline amount is a very important operation amount in the photolithography process, strictly accurate measurement values are required.
However, the above-mentioned baseline amount may fluctuate during exposure (baseline drift) due to thermal expansion or thermal deformation of an alignment system or the like caused by heat generated by various processes. As a result, an error occurs in the positioning of the wafer, which may adversely affect the overlay accuracy.
Therefore, as an alignment sensor, an index mark formed on a reference member provided on a wafer stage or an alignment mark formed on a wafer is detected via a reticle alignment mark formed on a reticle and a projection optical system. The adoption of a so-called TTR (through-the-reticle) type sensor is being studied. The TTR sensor measures an image of a reticle alignment mark and a wafer alignment mark (or an index mark) formed via a projection optical system in a state where the reticle alignment mark and the image are superimposed in the same field of view, and measures a positional shift amount between the marks. is there.
In this case, the position of the wafer (or wafer stage) in the optical axis direction of the projection optical system is adjusted, that is, so-called focus adjustment is performed, so that the wafer (or wafer stage) is aligned with the optical system (and projection optical system) of the alignment sensor. After focusing, the reticle is aligned with the moving coordinate system of the wafer stage, which is the reference coordinate system, by measuring the positional relationship between the mark on the reticle and the index mark, and the alignment mark on the reticle and the wafer are measured. The reticle and the wafer are aligned by measuring the positional relationship with the alignment mark. In this method, since the mark is directly measured via the projection optical system, there is no baseline itself, and high-accuracy position measurement (alignment) can be performed without being affected by heat fluctuation or the like.
However, the conventional position measurement method, position measurement device, exposure method, and exposure device as described above have the following problems.
If the imaging characteristics of the projection optical system, for example, the projection magnification is adjusted, if the projection magnification is the same (1 ×), or if measurement is performed using the lens center of the projection optical system, the above-described position measurement will be hindered. Not. However, the mark on the reticle (reticle mark) is usually formed outside the center of the reticle, while the reticle is positioned so that the center of the reticle is located at the center of the projection optical system. The alignment light used for alignment with the mark passes through an optical path off the center of the projection optical system. In this case, light (mark light) generated from the wafer alignment mark is affected by the imaging characteristics (projection magnification) of the projection optical system. When the wafer alignment mark is imaged under the influence of the projection magnification, the mark position measurement is hindered.
In other words, although the imaged reticle alignment mark is not affected by the projection magnification, the wafer alignment mark is imaged at a position that includes the influence of the projection magnification. And there is a problem that it hinders accurate position measurement.
In addition, when the reticle is aligned with the moving coordinate system of the wafer stage, since the alignment is performed with reference to the index mark provided on the wafer stage, the index mark is rotated with respect to the moving coordinate system. If the reticle is formed on the wafer stage in this state, the reticle itself will be positioned while having this rotation error. Therefore, when measuring the position of the reticle alignment mark and the position of the wafer alignment mark, an error corresponding to the rotation error is included in the relative positional relationship between the marks, which hinders accurate position measurement.
On the other hand, in the focus adjustment on the wafer stage side, detection light (AF detection light) is emitted from the light transmitting system to the wafer, and the reflected detection light is received by the light receiving system, so that the position of the wafer in the optical axis direction is obtained. Is being measured. The AF detection light is applied to the surface of the wafer at a plurality of points in a grid pattern spaced from each other, and the position of the wafer can be measured at a plurality of measurement points (so-called multipoint AF). However, when the position of the alignment mark on the wafer is separated from the measurement point by the AF detection light, if the focus control (focusing control) of the wafer is performed based on the separated measurement point, the alignment mark will be in focus. There is a possibility that the positional relationship with the reticle alignment mark may be measured in a state where it is not at the position. In this case, accurate position measurement may be hindered.
Further, as shown in FIG. 17, when exposing and transferring the pattern of the reticle onto the wafer W coated with the resist RS on the surface, the exposure light is transmitted through the resist RS and reflected by the wafer W (base). Adversely affect the imaging system, such as variations in line width. Therefore, in the current process, an antireflection film ARC is often formed between the resist RS and the wafer W. Since the antireflection film ARC hardly transmits exposure light and is formed on the wafer alignment mark AM, the amount of light reaching the alignment mark AM by the ARC is first reduced, and a slight amount of light reaches the alignment mark AM. Even if it arrives, the light amount of the alignment light reflected by the alignment mark AM may further decrease when passing through the ARC above the mark AM, and it may not be possible to capture an image with a predetermined contrast, which may hinder accurate position measurement. There is a possibility.
As described above, when the position measurement with respect to the reticle and the wafer is insufficient, the alignment between the reticle and the wafer is not performed with high accuracy in the exposure processing, so that an overlay error occurs in a pattern that is overlaid on many layers. As a result, the quality of devices manufactured in the photolithography process is degraded.
The present invention has been made in consideration of the above points, and a position measurement method, a position measurement device, an exposure method, and an exposure device capable of performing high-precision alignment even when the imaging characteristics of a projection optical system are adjusted. Another object of the present invention is to provide a device manufacturing method.
Another object of the present invention is to provide a position measuring method, a position measuring apparatus, an exposure method, an exposure apparatus, and a device manufacturing method capable of performing highly accurate mark position measurement even when an index mark is rotated with respect to a moving coordinate system. It is to provide.
Another object of the present invention is to provide a position measurement method, a position measurement apparatus, an exposure method, an exposure apparatus, and a device manufacturing method capable of performing high-accuracy mark position measurement after alignment in the optical axis direction of a projection optical system. It is to provide.
Further, another object of the present invention is to provide a substrate, a position measuring method, a position measuring device, an exposure method, an exposure device, and a device manufacturing method capable of performing high-accuracy mark position measurement even when an antireflection film is formed. It is to be.
Disclosure of the invention
To achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
A first invention according to the present invention is a position measuring method for imaging a mark formed on an object via a projection optical system and measuring position information of the mark, wherein the imaging characteristic of the projection optical system is A first step of previously obtaining a relationship between an adjustment amount and a change amount of the measurement value of the position information before adjusting the imaging characteristic; a second step of adjusting the imaging characteristic of the projection optical system; After the two steps, the third step of measuring the position information of the mark, and the measurement result obtained in the third step are obtained in the first step with the adjustment amount of the imaging characteristic performed in the second step. And a fourth step of correcting based on the relationship.
According to this position measurement method, there is obtained an effect that high-precision alignment can be realized by eliminating an adverse effect due to the adjustment of the imaging characteristics.
In the position measurement method, it is preferable that, in the first step, a relationship between a projection magnification of the projection optical system and a change amount of the measurement value is obtained.
According to this position measurement method, an effect is obtained that high-precision alignment can be realized by eliminating an adverse effect caused by adjustment of the projection magnification.
In this position measurement method, it is preferable that the object is a substrate or a reference member provided on a stage on which the substrate is mounted.
According to this position measurement method, there is obtained an effect that highly accurate alignment can be realized with respect to a mark formed on a substrate or a reference member.
A second invention according to the present invention is a position measuring method for measuring relative positional relationship information between a mask and a substrate, wherein the mask is provided on a reference member provided on a stage on which the substrate is mounted. A first step of adjusting the position of the mask so as to have a predetermined positional relationship, a relative rotation amount of the mask with respect to a moving coordinate system of the stage, and a first mark formed on the mask and formed on the substrate. A second step of measuring relative positional relationship information between the mask and the substrate on the basis of the obtained imaging result of the second mark.
According to this position measurement method, there is obtained an effect that a high-precision alignment can be realized by eliminating an adverse effect caused by an installation error of the reference member.
In this position measurement method, the second step is obtained by a third step of calculating a movement amount for moving the first mark into the detection area of the mark detection system based on the rotation amount, and the third step is obtained in the third step. It is preferable to include a fourth step of imaging the first mark and the second mark after moving the mask by a moving amount.
In this position measuring method, by correcting the amount of movement, it is possible to eliminate an adverse effect due to an installation error of the reference member, and to achieve an effect of realizing highly accurate alignment.
Further, in this position measurement method, the second step includes a third step of correcting the position of the mask based on the rotation amount, and a fourth step of imaging the first mark and the second mark after the third step. It is preferred to include.
According to this position measurement method, there is obtained an effect that by correcting the position of the mask, an adverse effect caused by an error in setting the reference member can be eliminated and highly accurate alignment can be realized.
Further, in this position measurement method, the second step is a third step of imaging the first mark and the second mark, and a relative positional relationship between the mask and the substrate measured based on the result of the imaging in the third step. A fourth step of correcting information based on the rotation amount.
According to this position measurement method, an effect is obtained in that by correcting the relative positional relationship information, it is possible to eliminate the adverse effect due to the installation error of the reference member and to realize highly accurate alignment.
In this position measuring method, in the first step, the position of the mask is adjusted so that the mask has a substantially parallel positional relationship with respect to the reference member, and the amount of rotation is adjusted with respect to the movement coordinate system of the stage. Is preferably the relative rotation amount of
According to this position measurement method, there is obtained an effect that high-precision alignment can be realized by eliminating an adverse effect caused by a relative rotation amount of the reference member with respect to the moving coordinate system of the stage.
A third invention according to the present invention is a position measuring method for measuring position information in a two-dimensional plane of a mark formed on an object via a projection optical system, and the optical axis direction of the projection optical system A first step of measuring the position of the object at a plurality of measurement points in the two-dimensional plane, and among the plurality of measurement points, based on a measurement result at a measurement point selected based on the position of the mark, A second step of performing alignment in the optical axis direction; and a third step of measuring position information of the mark in the two-dimensional plane after the second step.
In this position measurement method, the mark can be positioned at the in-focus position with higher accuracy, and the adverse effects caused by the positioning error in the optical axis direction are eliminated, and the position information of the mark in the two-dimensional plane can be accurately determined. Is obtained.
In this position measurement method, it is preferable that in the second step, a measurement point set at least at a position closest to a mark to be measured is selected from the plurality of measurement points.
With this position measurement method, the mark can be positioned at the in-focus position with higher accuracy, and the moving distance of the stage can be minimized even when the mark is moved to the measurement point, thereby preventing a decrease in throughput. Is obtained.
A fourth invention according to the present invention is a position measuring method for measuring position information of a mark formed on a predetermined layer on a substrate, wherein the anti-reflection film formed on a layer above the predetermined layer A first step of removing an anti-reflection film corresponding to at least a region where the mark is disposed, and after the first step, irradiating the mark with an illumination beam, receiving a beam generated from the mark, and receiving the light. And a second step of measuring the position information of the mark based on the second step.
With this position measurement method, it is possible to prevent a situation in which the light amount of the illumination beam is reduced, and to perform high-precision alignment even on a substrate on which an antireflection film is formed so as not to adversely affect the imaging system. The effect that it can be realized is obtained.
In each of the above-described position measurement methods, the mark is irradiated with a detection beam having substantially the same wavelength as the exposure beam for exposing the substrate, and an image of the mark is taken. Is preferably measured.
In this position measurement method, there is no need to provide a correction optical element for chromatic aberration, and an effect is obtained that the size and cost of the apparatus can be reduced.
A fifth invention according to the present invention is an exposure method for transferring a pattern formed on a mask onto a substrate, wherein the mask is formed based on position information measured using any of the position measurement methods described above. And the substrate is aligned.
In this exposure method, by aligning the mask and the substrate with high precision, the effect of improving the overlay accuracy can be obtained even when patterns are overlaid on a plurality of layers on the substrate.
A sixth invention according to the present invention is a device manufacturing method including a step of transferring a device pattern formed on a mask onto a substrate by using the exposure method.
According to this device manufacturing method, there is obtained an effect that a decrease in device quality due to an overlay error can be significantly suppressed.
A seventh invention according to the present invention is a position measuring device that images a mark formed on an object via a projection optical system and measures position information of the mark, and adjusts an imaging characteristic of the projection optical system. A storage device for storing the relationship between the adjustment amount of the imaging characteristic of the projection optical system and the change amount of the measurement value of the position information of the mark, which is obtained in advance, and adjusting the imaging characteristic of the projection optical system An adjustment device, a measurement device that measures mark position information after the adjustment of the imaging characteristics by the adjustment device, a measurement result measured by the measurement device, an adjustment amount of the imaging characteristics by the adjustment device, and a storage device. And a correction device for performing correction based on the relationship stored in the storage device.
With this position measurement device, there is obtained an effect that high-precision alignment can be realized by eliminating an adverse effect due to the adjustment of the imaging characteristics.
In this position measuring device, it is preferable that the storage device stores the relationship between the projection magnification of the projection optical system and the amount of change in the measured value.
With this position measurement device, an effect is obtained that high-precision alignment can be realized by eliminating an adverse effect caused by adjustment of the projection magnification.
An eighth invention according to the present invention is a position measuring device for measuring relative positional relationship information between a mask and a substrate, wherein the mask is provided on a reference member provided on a stage on which the substrate is mounted. A first adjusting device that adjusts the position of the mask so as to have a predetermined positional relationship, and after the adjustment by the first adjusting device, adjusts the position of the mask based on a relative rotation amount of the mask with respect to the moving coordinate system of the tage. The second adjustment device, and after the adjustment by the second adjustment device, image the first mark formed on the mask and the second mark formed on the substrate, and obtain relative positional relationship information between the mask and the substrate. And a measuring device for measuring the
In this position measuring device, an effect is obtained that high-precision alignment can be realized by eliminating an adverse effect caused by an installation error of the reference member.
A ninth invention according to the present invention is a position measuring device for measuring relative positional relationship information between a mask and a substrate, wherein the mask is provided on a reference member provided on a stage on which the substrate is mounted. An adjusting device for adjusting the position of the mask so as to have a predetermined positional relationship; and an image of the first mark formed on the mask and the second mark formed on the substrate, and the relative position between the mask and the substrate. Device for measuring relative positional relationship information, and correction for correcting relative positional relationship information between the mask and the substrate measured by the measuring device based on the relative rotation amount of the mask with respect to the moving coordinate system of the stage. And a device.
In this position measuring device, by correcting the relative positional relationship information, it is possible to eliminate the adverse effect caused by the installation error of the reference member, and to achieve an effect of realizing high-precision alignment.
A ninth invention according to the present invention is a position measuring device that measures position information in a two-dimensional plane of a mark formed on an object via a projection optical system, and the optical axis direction of the projection optical system A first measurement device that measures the position of the object at a plurality of measurement points in a two-dimensional plane; and a measurement result of the substrate based on a measurement result at a measurement point selected based on a mark position among the plurality of measurement points. A focus device that performs the alignment in the optical axis direction; and a second measurement device that measures position information of the mark in the two-dimensional plane after the focus operation by the focus device. .
With this position measurement device, the mark can be positioned at the in-focus position with higher accuracy, and the adverse effects caused by the positioning error in the optical axis direction are eliminated, and the position information of the mark within the two-dimensional plane can be obtained with higher accuracy. Is obtained.
A tenth invention according to the present invention is an exposure apparatus that irradiates a pattern formed on a mask with an exposure beam and transfers an image of the pattern onto a substrate, and includes any one of the above-described position measurement devices. By irradiating the mark with a detection beam having substantially the same wavelength as the exposure beam, and by capturing an image of the mark, the position information of the mark is measured. The alignment with the substrate is performed.
In this exposure apparatus, by aligning the mask and the substrate with high accuracy, even when patterns are overlaid on a plurality of layers on the substrate, the overlay accuracy is improved and a correction optical element for chromatic aberration is provided. There is no need to obtain an effect that the size and cost of the device can be reduced.
An eleventh invention according to the present invention has a mark formed in a predetermined layer and an antireflection film formed in a layer above the predetermined layer, and at least the mark is formed in the antireflection film. Wherein the anti-reflection film corresponding to the region is removed.
With this substrate, it is possible to prevent a situation in which the amount of illumination beam is reduced, and to achieve high-precision alignment even if an antireflection film is formed so as not to adversely affect the imaging system. can get.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a substrate, a position measurement method, a position measurement device, an exposure method, an exposure device, and a device manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, an example in which a step and scan type exposure apparatus is used to expose a circuit pattern on a reticle onto a wafer for manufacturing a semiconductor device will be described. Further, the position measuring apparatus of the present invention will be described as being used for position measurement of an alignment mark formed on a wafer when aligning a reticle with a wafer.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus 1 that is connected in-line with a coating apparatus and a developing apparatus 100 (hereinafter, referred to as Co / Dev 100) via a wafer transfer path 120. Co / Dev 100 coats a resist on a wafer before exposure, and develops the exposed wafer. The exposure apparatus 1 and the Co / Dev 100 are collectively managed by the host CPU 110. In the present embodiment, the description will be made assuming that the exposure apparatus 1 and the Co / Dev 100 are connected in-line. However, it goes without saying that the present invention is also applied to an exposure apparatus that is not connected in-line in this way. If the wafer is not connected in-line, the worker carries the wafer by hand in the portion of the wafer transfer path 120 (transfer of the wafer between the exposure apparatus 1 and the Co / Dev 100).
Illumination light (exposure beam) emitted from a light source 2 such as an ultra-high pressure mercury lamp or an excimer laser is reflected by a reflecting mirror 3 and enters a wavelength selection filter 4 that transmits only light having a wavelength necessary for exposure. . The illumination light transmitted through the wavelength selection filter 4 is adjusted to a light flux having a uniform intensity distribution by an optical integrator (fly-eye lens or rod) 5 and reaches a reticle blind (field stop) 6. The reticle blind 6 drives a plurality of blades defining an opening S by a driving system 6a, and changes the size of the opening S, thereby setting an illumination area on a reticle (mask) R by illumination light. is there.
The illumination light having passed through the opening S of the reticle blind 6 is reflected by the reflecting mirror 7 and enters the lens system 8. The lens system 8 forms an image of the opening S of the reticle blind 6 on a reticle R held on a reticle stage 20, and illuminates a desired area of the reticle R. In FIG. 1, an illumination optical system includes the wavelength selection filter 4, the optical integrator 5, the reticle blind 6, and the lens system 8. The reticle stage 20 is moved by a driving device 17 such as a linear motor in X and Y directions perpendicular to the optical axis direction (Z direction) of the projection optical system 9 and orthogonal to each other, and further, in a rotation direction around the Z axis. At the same time, the position and the amount of rotation of the reticle stage 20 (and thus the reticle R) are detected by a laser interferometer (not shown). The measurement values of the laser interferometer are output to a stage control system 14, a main control system 15, and an alignment control system 19, which will be described later. At the time of scan exposure, the reticle stage 20 is driven by the driving device in the + Y direction (the depth direction in the drawing of FIG. 1).
An image of a circuit pattern (device pattern) PT existing in an illumination area of the reticle R and / or an image of an alignment mark (not shown) transferred to the wafer W is projected onto a wafer (object, substrate) W coated with a resist. Imaged by system 9. Thereby, an image of the pattern PT of the reticle R and / or an image of the alignment mark is exposed on a specific area (shot area) on the wafer W mounted on the wafer stage (substrate stage) 10. The marks formed on the reticle R will be described later.
The projection optical system 9 is disposed in the lens barrel at a predetermined interval along the optical axis direction, and is formed by a plurality of lens elements having a group configuration, for example, at a 1/4 reduction magnification, and an image of the pattern PT and / or an alignment mark. Is projected onto the wafer W. Then, various image forming characteristics of the projection optical system 9 can be adjusted by moving the lens element in the optical axis direction by driving a plurality of expandable and contractible driving elements arranged in the circumferential direction. For example, when the lens element is moved in the optical axis direction, the magnification can be changed around the optical axis. When the lens element is tilted about an axis perpendicular to the optical axis, the distortion can be changed. Also, the image forming characteristics of the projection optical system can be adjusted by controlling the air pressure in a space sealed between the lens elements, instead of moving the lens elements. The imaging characteristics of the projection optical system 9 are adjusted by an imaging characteristic adjustment device (adjustment device) 22 that is controlled by the main control system 15 as a whole.
The wafer stage 10 has a wafer holder (not shown) for vacuum-sucking the wafer W, and is driven by a driving device 11 such as a linear motor in an X direction perpendicular to the optical axis direction (Z direction) of the projection optical system 9 and orthogonal to each other. It is moved in the Y direction. Thereby, the wafer W is two-dimensionally moved on the image plane side with respect to the projection optical system 9, and the pattern image of the reticle R is transferred to each shot area on the wafer W by, for example, a step-and-scan method. become. The position of the wafer W in the optical axis direction is adjusted by moving the wafer holder in the Z direction. The movement of the wafer holder in the Z direction is also performed by the driving device 11. At the time of scanning exposure, the wafer stage 10 is driven by the driving device 11 in the −Y direction (a direction in front of the paper surface in FIG. 1) in synchronization with the reticle stage 20 (in a direction opposite to the reticle stage 20). .
The position of the wafer stage 10 (and thus the wafer W) in the X and Y directions and the amount of rotation (the amount of yawing, the amount of pitching, and the amount of rolling) on the stage movement coordinate system (orthogonal coordinate system) XY are the It is detected by a laser interferometer 13 that irradiates a laser beam to a movable mirror (reflecting mirror) 12 provided at the end. The measurement value (position information) of the laser interferometer 13 is output to the stage control system 14, the main control system 15, and the alignment control system 19, respectively.
Above the wafer stage 10, there is a light transmitting system 30a and a light receiving system 30b, and an oblique incidence type autofocus system (first type) that measures the position of the wafer W in the optical axis direction on the XY plane (two-dimensional plane). (Measurement device) 30 is provided. The light transmission system 30a irradiates a plurality of measurement points on the wafer W with detection light. As these measurement points, for example, 49 points arranged in a 7 × 7 lattice pattern at intervals are set. The light receiving system 30b receives the detection light reflected at each measurement point, and the received signal is output to the main control system 15 as a focusing device. The main control system 15 moves the wafer stage 10 (wafer holder) in the Z direction via the stage control system 14 and the driving device 11 based on the output signal, thereby moving the wafer W to the projection optical system 9 and the alignment sensor (described later). ). The stage control system 14 controls the movement of the reticle stage 20 and the wafer stage 10 via the driving devices 11 and 17 based on the position information output from the main control system 15 and the laser interferometer 13 and the like.
Here, reticle R and wafer W of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 2, the reticle R includes a reticle mark RM and a reticle mark RM on a peripheral area of a pattern area PA where the circuit pattern PT and / or the alignment mark RM (PT and RM are not shown in FIG. 2) are formed. A reticle alignment mark (first mark) RAM is formed.
The reticle marks RM are used for aligning the reticle R with respect to the moving coordinate system of the wafer stage 10, and are formed at each corner of the reticle R by three in the Y direction. These reticle marks RM are measured by reticle alignment sensors 16 and 24 described later. In FIG. 2, a two-dimensional mark which is simply illustrated as a cross is used as the reticle mark RM. The reticle mark RM is not limited to a two-dimensional mark, but may be a one-dimensional mark.
The reticle alignment mark RAM is measured using an alignment sensor 16 described later when aligning the reticle R with the wafer W, and is formed in a plurality on the + X side of the pattern area PA along the Y direction. ing. This alignment mark RAM has a configuration in which one-dimensional marks RAMx and RAMy used for measurement in the X direction are alternately arranged. As shown in FIG. 3, each alignment mark RAM has a configuration in which a line and space pattern made of chrome or the like is formed along a measurement direction in a rectangular transmission area. In order to prevent exposure of the resist on the wafer W, the forbidden zone 23 is shielded by a material that does not transmit exposure light, such as Cr. The size of the forbidden band 23 is set to be smaller than the size of a forbidden band (not shown) set for the alignment mark AM on the wafer W. The circuit pattern is not exposed. The reticle alignment mark RAM is not limited to a one-dimensional mark, and may be a two-dimensional mark.
As shown in FIG. 4, a plurality of shot areas, that is, areas D, D,... To which an image of the circuit pattern PT formed on the reticle R is transferred are set on the wafer W, and each shot area D, D Are formed on a predetermined layer (for example, a first layer) for wafer alignment marks (marks, second marks) AM for position measurement on the wafer. The alignment mark AM is a line and space mark composed of AMx for measuring the position in the X direction of the wafer W and AMy for measuring the position in the Y direction. Note that search marks for search alignment are also formed on the wafer W corresponding to each shot region, but are not shown here.
Further, as shown in FIG. 17, an antireflection film ARC is formed on a layer above the alignment mark AM forming layer on the wafer W to prevent exposure of the resist RS by reflecting exposure light on the wafer W. Is formed between the resist RS and the alignment mark AM forming layer, for example, with a thickness of 0.15 μm. Note that, in practice, between the antireflection film ARC and the wafer W, SiO 2 Although a transparent insulating layer formed by, for example, is interposed, the illustration is omitted here for convenience.
Returning to FIG. 1, the exposure apparatus 1 includes a TTR (through-the-reticle) type alignment sensor (a mark detection system, a measuring apparatus, and a second measuring apparatus) for aligning the reticle R with the wafer W. 16 and alignment sensors 16 and 24 for aligning the reticle R (the alignment sensor 16 functions as both a TTR alignment sensor and a reticle alignment sensor). The exposure apparatus 1 is also provided with a known off-axis and image processing FIA (Field Image Alignment) alignment system 200, but the description is omitted because it is not directly related to the present invention.
The alignment sensors 16 and 24 are arranged so as to be substantially symmetrical on both sides along the X direction with the optical axis of the projection optical system 9 interposed therebetween, and include an alignment light source 25, an image sensor 26 such as a CCD, and a beam splitter 27. , And optical elements 28 and 29 such as a condenser lens and an objective lens. The alignment light source 25 is configured to emit a detection beam having substantially the same wavelength as the exposure illumination light emitted from the light source 2, such as guiding the exposure illumination light with a light guide.
The detection beam (illumination beam) emitted from the alignment light source 25 via the beam splitter 27 and the optical element 28 is reflected by the reflection mirror 31, and then illuminates the alignment mark RM (or reticle mark) on the reticle R, thereby performing alignment. The light reflected by the mark RM (or the reticle mark) enters the imaging device 26 via the reflection mirror 31, the optical element 28, the beam splitter 27, and the optical element 29.
On the other hand, the detection beam transmitted through reticle R illuminates alignment mark AM on wafer W or reference member (object) 18 (see FIG. 1) fixed on wafer stage 10 via projection optical system 9. A known index mark (not shown) is formed on the reference member 18 at the same height as the surface of the wafer W. As the index mark, for example, a hollow mark sandwiching the reticle mark RM is employed. The reflected light reflected by the alignment mark AM or the index mark passes through the projection optical system 9 and the reticle R, and then enters the imaging element 26 via the reflection mirror 31, the optical element 28, the beam splitter 27, and the optical element 29.
The alignment sensors 16 and 24 have substantially the same configuration. However, since the alignment sensor 16 is used for alignment with the wafer W, the aberration of the optical elements 28 and 29 is more strictly managed. Thus, the position of the alignment sensor 24 can be measured with higher accuracy.
The alignment sensors 16 and 24 simultaneously capture the image of the mark incident via the projection optical system 9 and the image of the mark on the reticle R, and output the image signal to an alignment control system 19 which is a correction device. The alignment control system 19 detects the amount of displacement between the two marks based on the input imaging signal, and measures the position of the reticle stage 20 and the position of the wafer stage 10, such as the laser interferometer 13, and the like. The stored information is also input to correct this positional deviation amount, and the respective positions of the reticle stage 20 and the wafer stage 10 when the corrected positional deviation amount becomes a predetermined value, for example, zero. Thus, the position of reticle R on wafer stage movement coordinate system XY is detected. In other words, correspondence between the reticle stage movement coordinate system and the wafer stage movement coordinate system XY (that is, detection of the relative positional relationship) is performed, and the alignment control system 19 transmits the result (position information) to the main control system 15. Output to
The main control system 15 controls the size and shape of the opening S of the reticle blind 6 via the drive system 6a, and controls the position information (coordinate value) of the alignment mark AM on the wafer W output from the alignment control system 19. In addition to performing the EGA calculation based on the EGA calculation, the projection magnification of the projection optical system 9 is calculated based on the error parameter calculated by the EGA calculation. The main control system 15 corrects the coordinate values calculated by the alignment control system 19 and outputs the corrected coordinate values to the stage control system 14. The stage control system 14 controls the movement of the wafer stage 10 and the reticle stage 20 via the driving devices 11 and 17 (including the synchronous movement of both stages during exposure) based on the position information from the main control system 15. I do. Thus, the pattern image of the reticle R is transferred to each shot area on the wafer W by, for example, a step-and-scan method.
Further, the main control system 15 is provided with a storage device 21 for storing exposure data (recipe) such as an arrangement position of a shot area and an exposure order. The main control system 15 controls the entire apparatus based on the exposure data. Overall control. The alignment sensors 16 and 24, the imaging characteristic adjustment device 22, the laser interferometer 13, the autofocus system 30, the driving devices 11 and 17, the stage control system 14, the alignment control system 19, the main control system 15, etc. A position measuring device is configured.
The storage device 21 stores, together with the exposure data, the previously measured rotation amount θ of the index mark of the reference member 18 with respect to the stage movement coordinate system, the projection magnification of the projection optical system 9, and the alignment mark corresponding to the projection magnification. The relationship between the measured value of AM and the amount of change is also stored. Hereinafter, this relationship will be described.
When the reticle alignment mark RAM and the wafer alignment mark AM are imaged by the alignment sensor 16, an image of the wafer alignment mark AM is formed via the projection optical system 9. Therefore, when the projection magnification of the projection optical system 9 is not the same magnification (or measurement using the center of the lens), the wafer alignment mark AM is imaged at a position moved by the influence of the projection magnification. On the other hand, the reticle alignment mark RAM is imaged at a fixed position regardless of the projection magnification. Therefore, the amount of positional deviation between the simultaneously imaged marks is the sum of the original relative positional deviation and the amount of change in the position of the alignment mark AM due to the projection magnification, the so-called “fool amount”. Since the deceived amount is obtained as a function corresponding to the projection magnification, the amount deceived according to the projection magnification is obtained as an offset value (correction value) in advance and stored in the storage device 21 prior to the exposure processing.
As the offset value, when the projection magnification is α, a function f (α) that satisfies the offset value = f (α) is stored in the storage device 21 or while the projection magnification is changed at a predetermined pitch in advance, The offset value measured at that time may be obtained, and the correspondence between the obtained projection magnification and the offset value may be stored in the storage device 21 as a correction table.
Subsequently, for example, an outline of an operation of performing the second exposure on the wafer W on which the circuit pattern and the alignment mark AM are formed in the first layer by the projection exposure apparatus 1 having the above configuration will be described with reference to a flowchart shown in FIG. explain.
FIG. 6 shows a control sequence of the host CPU (the main control system 15 and the unillustrated internal components of the apparatus 100) when the exposure apparatus 1 and the coating / developing apparatus (Co / Dev) 100 are connected via the wafer transfer path 120. 2 shows a control sequence for controlling the exposure apparatus 1 and the Co / Dev 100 via the CPU. However, regarding the measurement / storage operations in steps S1 and S2, it is desirable that measurement / storage be performed in advance before the exposure apparatus 1 is shipped (manufacturing stage). When used in an inline connection, the exposure apparatus 1 executes a part of step S10 (S11, S12, S15) and the processing operations in S40 to S90 described below based on an instruction from the main control system 15, and executes step S20. The processing operation and some of the processing operations in step S10 (S13 and S14) are executed based on an instruction from a CPU (not shown) in the Co / Dev 100. In the operation of S30, the transfer of the wafer in the exposure apparatus 1 (the transfer to the wafer stage) is performed by the exposure apparatus 1 based on an instruction from the main control system 15.
First, in step S1 (first step), as described above, the relationship between the projection magnification of the projection optical system 9 and the amount of change in the wafer alignment mark AM measurement value is determined in advance and stored in the storage device 21. Further, the amount of rotation of the index mark with respect to the stage movement coordinate system for the reference member 18 on the wafer stage 10 is measured and stored in the storage device 21 (step S2).
Then, as shown in FIG. 17, for the wafer W on which the antireflection film ARC is formed by Co / Dev100 and the resist RS is applied, in step S10, the exposure apparatus 1 and the Co / Dev100 are used. Then, the antireflection film ARC corresponding to the region where the alignment mark AM is arranged is removed. Then, the Co / Dev 100 applies the resist RS again on the wafer from which the ARC has been removed in step S20. Thereafter, wafer W is transferred onto wafer stage 10 (Step S30). In step S40, the exposure apparatus 1 aligns (aligns) the reticle R on the reticle stage 20 with respect to the moving coordinate system (projection optical system 9) of the stage. Note that the reticle alignment in step S40 may be performed anywhere from after the process of exchanging with the process reticle in step S15 to the completion of the wafer transfer process in step S30 described later.
When the wafer W is transported, the exposure apparatus 1 performs focus adjustment in step S50, and performs positioning of the wafer W in the optical axis direction. When the focus adjustment is completed, the exposure apparatus 1 performs wafer alignment in step S60 to align the reticle R with the wafer W. After the wafer alignment, in step S80, the exposure apparatus 1 adjusts the imaging characteristics such as the projection magnification of the projection optical system 9 based on the EGA parameters (scaling parameters) calculated in step S66 described later. In step S90, the wafer is sequentially positioned at the exposure position in accordance with the position information (coordinate value) of each shot on the wafer calculated based on the EGA parameter and the design coordinate value of each shot. An exposure process of sequentially transferring (exposure) the pattern formed on the mask onto each of the positioned shot areas is performed.
Next, the removal of the antireflection film in step S10 will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG. First, the exposure apparatus 1 replaces the reticle on the reticle stage 20 with a reticle dedicated to film removal (step S11). This dedicated reticle has an exposure light transmitting area slightly larger than the size of the alignment mark AM. When the exposure apparatus 1 performs an exposure process on the wafer W using this dedicated reticle (step S12), as shown in FIG. 8, the resist RS ′ in a wider range than the alignment mark AM among the resists RS is removed. Exposed. Here, when exposing the resist RS, the above-described dedicated reticle is used, but the present invention is not limited to this, and for example, the same size as the exposure light transmitting area provided on the reticle stage 20 for the dedicated reticle. An exposure light transmission region having the same shape may be formed, and the resist RS may be exposed using the transmission region on the reticle stage 20. Next, the exposed wafer is transported to the Co / Dev 100 via the transport path 120, and the wafer W is developed in the Co / Dev 100 (step S13). Remove '.
Further, the Co / Dev 100 performs an etching process on the wafer W (Step S14), thereby removing the exposed anti-reflection film ARC ′ from the anti-reflection film ARC. Thereby, as shown in FIG. 10, only the antireflection film located above the alignment mark AM is removed, and the alignment mark AM is exposed. Thereafter, the exposure apparatus 1 replaces the reticle dedicated to film removal with the reticle R for processing (step S15). Note that the processing operation of step S15 may be performed anywhere after the exposure processing of the resist RS on the wafer (step S12) until the processing operation of step S14 is completed. Then, in step S20, the Co / Dev 100 applies a resist RS on the alignment mark AM and the antireflection film ARC.
Next, the reticle alignment (the processing in the exposure apparatus 1) in step S40 will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG.
First, in step S41, the stage control system 14 drives the driving device 17 to move one (or more) of the reticle marks RM to the detection area (measurement position) of the alignment sensor 16 (and / or 24). At the same time, by driving the driving device 11, the index mark of the reference member 18 on the wafer stage 10 is moved to this detection area. Then, as described above, the alignment sensor 16 (or 24) simultaneously captures the image of the reticle mark RM illuminated with the detection beam and the image of the index mark incident via the projection optical system 9, and performs alignment control. Output to the system 19. The alignment control system 19 performs a process such as one-dimensional compression on the output imaging signal, measures the amount of displacement between the two marks (step S42), and outputs the measurement result to the main control system 15.
By moving the reticle R via the driving device 17, another reticle mark RM is positioned in the detection area of the alignment sensor 16 (and / or 24), and the wafer stage 10 is moved via the driving device 11. By doing so, the index mark is positioned in this detection area, and the position information of the reticle mark RM is sequentially measured in the same procedure as described above. In this case, all the reticle marks RM may be measured, or one reticle mark RM may be measured at each corner.
When the measurement of the reticle mark RM is completed, the main control system 15 as the adjusting device, the first adjusting device, and the second adjusting device performs predetermined algorithm processing based on the design coordinate value of each mark and the measured positional deviation amount. Is performed, and correction parameters such as XY shift and rotation are calculated (step S43), and the reticle stage 20 is driven in the X, Y, and θZ directions by a predetermined amount by controlling the stage control system 14 based on these parameters. (Step S44), the reticle R is positioned.
At this time, since the reticle R is positioned so as to be substantially parallel to the index mark, the index mark (reference member 18) is relatively rotated by the rotation amount θ with respect to the moving coordinate system of the wafer stage 10. When the reticle R is installed in such a manner, the reticle R is also positioned while being rotated by the rotation amount θ with respect to the moving coordinate system. Note that the alignment using the reticle mark RM and the index mark is also affected by the projection magnification of the projection optical system 9. In this case, the alignment sensors 16, 24 in which the reticle mark RM is symmetrically arranged on both sides in the X direction. Since measurement is performed with (both eyes), the influence of the projection magnification is cancelled, and predetermined alignment can be performed.
Subsequently, the focus adjustment (processing in the exposure apparatus 1) in the above step S50 will be described in detail.
The wafer W transferred onto the wafer stage 10 in the exposure apparatus 1 is irradiated with detection light from the light transmission system 30a of the autofocus system 30 at 49 measurement points, and the detection light reflected at each measurement point is Light is received by the light receiving system 30b, and a light receiving signal corresponding to each measurement point is output to the main control system 15. Then, in the main control system 15, the position of the wafer W in the Z direction is obtained from the measurement result at each measurement point, but the main control system 15 determines the position of the wafer alignment mark AM to be measured among the plurality of measurement points. A drive device is selected via the stage control system 14 so that a close measurement point is selected and the measurement point is located at the in-focus position of the alignment sensor 16 and the projection optical system 9 using the measurement result of the selected measurement point. 11 is driven. Thus, the wafer W is aligned in the Z direction such that the alignment mark AM to be measured is at the in-focus position. Note that the mark position measurement processing will be described in wafer alignment (described later) in step S60.
When the position of the alignment mark AM is intermediate between the plurality of measurement points, the wafer W may be positioned in the Z direction using the average value of the plurality of measurement points. Also, even if the measurement point is closest to the alignment mark AM, if the distance from the alignment mark AM is large, the wafer stage 10 is driven to move the alignment mark AM to be measured to the nearest measurement point. Alternatively, the position of the wafer W in the Z direction may be measured.
Next, a procedure of the alignment (step S60) performed by the exposure apparatus 1 on the wafer W on which the focus adjustment has been completed will be described in detail with reference to flowcharts shown in FIGS. Here, in the reticle alignment (step S40), there are two methods for aligning the reticle R and the wafer W, which are aligned while being rotated by the rotation amount θ with respect to the moving coordinate system of the wafer stage 10. The procedure will be described.
<First method>
First, as shown in FIG. 13, in step S61 (second step), the imaging characteristics of the projection optical system 9, such as the projection magnification, are set by design values. Next, in step S62, search alignment of the wafer W is performed. That is, the wafer W loaded on the wafer stage 10 is placed in a pre-aligned state, but is not positioned at a level at which EGA measurement as fine alignment can be performed. For this reason, usually, so-called search alignment, in which the wafer W is roughly adjusted so as not to hinder the EGA measurement before performing the EGA measurement, is performed. In this search alignment, a search alignment mark is measured in a predetermined shot area (for example, two places), and the coordinate value of the shot area is corrected based on the measurement result.
More specifically, the reticle stage 20 is driven by the stage control system 14 via the driving device 17 to move the reticle alignment mark RAMx (or RAMy) to the detection area of the alignment sensor 16 and the driving device 11 By driving the wafer stage 10 to move the search mark of the search shot to the detection area of the alignment sensor 16, the amount of displacement between the two marks is measured using the alignment sensor 16. Then, based on the measurement results of the search marks obtained in all the search shots, the position of the alignment mark AM in the shot area (EGA shot) for performing the EGA measurement set on the wafer W is corrected. That is, the main control system 15 sets the wafer stage movement coordinate system XY for each EGA shot based on the coordinate values of the measured search mark on the wafer stage movement coordinate system XY and the corresponding design coordinate values. The design coordinate values of the above alignment marks AMx and AMy are corrected.
Subsequently, in step S63, the stage control system 14 uses the corrected coordinate values as target values, moves the wafer stage 10 based on the measurement values of the laser interferometer 13, and sets the alignment mark AMx (or AMy) for each EGA shot. ) Are positioned within the detection area of the alignment sensor 16, and the reticle stage 20 is moved to position the alignment mark RAMx (or RAMy) in the detection area. Here, the case where the position measurement in the X direction is performed using the alignment marks RAMx and AMx will be described.
When the reticle stage 20 is moved, that is, when the reticle R is moved, as shown in FIG. 15, the reticle R is rotated by the rotation amount θ with respect to the moving coordinate system of the wafer stage 10, so that the design of the alignment mark RAMx is performed. When the reticle R is moved based on the value, the alignment mark RAMx is positioned at a position shifted according to the rotation amount θ. When the alignment mark RAMx has the design coordinate values of X = a and Y = b, the alignment mark RAMx is positioned immediately below the alignment sensor 16 by moving the reticle R by the movement amount b in the −Y direction. However, in practice, it is necessary to move by the movement amount obtained by the following equation.
x = b × sin θ + a × (1-cos θ) ≒ b × θ (1)
y = b × cos θ + a × sin θ ≒ b + a × θ (2)
In the above equation, sin θ ≒ θ and cos θ = 1 assuming that θ is very small.
Therefore, before moving the reticle stage 20, the main control system 15 determines the amount of movement of the reticle R by using the rotation amount θ stored in the storage device 21 and the equations (1) and (2). The reticle stage 20 is calculated for each direction and Y direction, and the reticle stage 20 is moved via the stage control system 14 based on the calculated movement amount. Thereby, the alignment mark RAMx can be positioned in a state where an error caused by the rotation of the index mark is eliminated.
After positioning the alignment marks RAMx and AM in the detection region of the alignment sensor 16 in this manner, in step S64, the alignment sensor 16 superimposes both marks RAMx and AM on the same field of view as shown in FIG. The alignment control system 19 measures the amount of positional deviation between marks in the XY plane.
Here, the image of the alignment mark AM formed through the projection optical system 9 is captured under the influence of the projection magnification. Therefore, the measured misalignment amount between the marks (RAMx and AM) includes the deceived amount due to the projection magnification. To be more precise, the measured value of the position information of the mark AM includes this deceived amount. Therefore, in step S65, the alignment control system 19 determines the relationship between the projection magnification of the projection optical system 9 set in step S61, the projection magnification stored in the storage device 21, and the amount of change in the wafer alignment mark AM measurement value. Based on this, the measured positional deviation amount between the marks (or the measured position information of the mark AM) is corrected.
Then, the displacement amount of the alignment marks AMx and AMy is sequentially measured for each EGA shot (sample shot to be measured) in the same procedure as described above. Thereafter, in step S66, based on the obtained measured value (measured value corrected in step S65) and the design value, the position related to the array characteristic of the shot area on the wafer W is determined by a statistical calculation process such as the least square method. As information, six shot arrangement error parameters (EGA parameters) of X shift, Y shift, X scale, Y scale, rotation, and orthogonality are calculated. Then, based on these EGA parameters, the design coordinate positions of all shot areas on the wafer W are corrected, and in particular, the image formation of the projection optical system 9 is performed based on the scaling parameters (X scale, Y scale). The characteristics are adjusted in step S80 described above.
In the first method, the procedure for correcting the moving amount of the reticle stage 20 is based on the rotation amount θ of the reticle R. However, after moving the reticle stage 20 based on the design value of the alignment mark RAM, the alignment mark RAM , AM, the amount of displacement between marks is measured, and the measured relative displacement is corrected based on the rotation amount θ. However, in this case, the first method described above is more preferable because the lines of the alignment marks RAM and AM overlap at the time of imaging, and the amount of rotation for each device must be considered.
<Second method>
Here, the same steps as those in the first method are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be simplified.
First, as shown in FIG. 14, in step S61, the imaging characteristics of the projection optical system 9, such as the projection magnification, are set by design values. Next, in step S67, the main control system 15 rotates the reticle stage 20 via the stage control system 14 so as to correct the rotation amount θ of the reticle R. Thereby, the coordinate system of the reticle R coincides with the coordinate system of the movement of the wafer stage 10.
Subsequently, in step S62, search alignment is performed, and in step S68, the reticle stage 20 is moved to position the alignment mark RAM in the detection area of the alignment sensor 16. Here, since the rotation of the reticle R is corrected in advance, the moving amount of the reticle R is x = a, y = b, which are design values. Thereafter, in step S64, images of the alignment marks RAM and AM are taken to measure the relative displacement between the two marks, and in step S65, the measured displacement is changed by a change amount corresponding to the adjustment amount of the projection magnification. Correct with. Then, in step S66, the shot arrangement error parameter as described above is calculated by a statistical calculation process using the corrected relative displacement and the design value.
A device such as a semiconductor device is manufactured using the wafer W on which the circuit pattern PT is formed. As shown in FIG. 16, the device is designed in step 201 for designing the function and performance of the device. Step 202 of manufacturing a mask (reticle) based on the steps, Step 203 of manufacturing a wafer from a silicon material, Wafer processing step 204 of exposing a reticle pattern on the wafer by the exposure apparatus 1 of the above-described embodiment, Device assembly step ( It is manufactured through a dicing process, a bonding process, a package process) 205, an inspection step 206, and the like.
As described above, in the position measurement method, the position measurement device, the exposure method, and the exposure device of the present embodiment, even when the position information of the alignment mark AM is measured after adjusting the projection magnification, the measurement result is represented by the projection magnification and the measured value. Since the correction is performed based on the relationship with the change amount of the image, the adverse effect due to the adjustment of the imaging characteristics such as the amount of the skew depending on the projection magnification is eliminated, and highly accurate mark position measurement (highly accurate alignment) is realized. be able to. Further, in the present embodiment, the relative positional relationship between the reticle alignment mark RAM and the wafer alignment mark AM is corrected based on the rotation amount, such as correction of the movement amount of the reticle R, rotation correction of the reticle R, and correction of the relative displacement amount. Therefore, even if the reticle R is rotated and positioned with respect to the moving coordinate system of the wafer stage 10 as a result of the reticle alignment, an adverse effect due to the rotation of the reference member 18 is eliminated to achieve highly accurate mark position measurement ( High-precision alignment) can be realized.
Further, in the present embodiment, in the focus adjustment on the wafer W, the wafer W is moved in the Z direction based on the measurement result of the measurement point closest to the alignment mark AM to be measured among the plurality of measurement points by the autofocus system 30. Since the positioning is performed, the alignment mark AM can be positioned at the focusing position of the projection optical system 9 and the alignment sensor 16 with higher accuracy, and the adverse effect due to the positioning error of the projection optical system 9 in the optical axis direction is eliminated. Thus, the position information of the alignment mark AM in the two-dimensional plane can be obtained with high accuracy. When the alignment mark AM is moved to the measurement point of the autofocus system 30 in order to further improve the accuracy of the focus adjustment, the alignment mark AM may be positioned at the nearest measurement point. The moving distance can be minimized, and a decrease in throughput can be prevented.
Moreover, in the position measuring method, the position measuring device, and the substrate of the present embodiment, the anti-reflection film ARC ′ in the region above the alignment mark AM is removed in advance from the anti-reflection film ARC formed on the wafer W. Therefore, it is possible to prevent a situation in which the amount of alignment light reflected on the alignment mark AM and incident on the alignment sensor 16 decreases. As a result, highly accurate mark position measurement can be performed on the wafer W on which the antireflection film is formed so as not to adversely affect the imaging system.
Further, in the present embodiment, since the alignment mark AM on the wafer W is measured via the projection optical system 9, the exposure is performed during the exposure (or the mark position measurement is performed) as in the case of using the off-axis type alignment sensor. There is no problem that a baseline drift occurs in (middle) and a positioning error of the wafer occurs. However, the selection of the nearest measurement point described in the focus adjustment in step S50 can be applied to a case where an off-axis alignment sensor is used.
When a detection beam having a wavelength different from the exposure light is used as the alignment illumination light, a correction optical element for correcting chromatic aberration generated in the projection optical system is provided between the reticle R and the projection optical system 9 or the projection optical system. In this embodiment, since the mark position is measured with a detection beam having substantially the same wavelength as the exposure light, there is no need to provide such an optical element. It is possible to realize a reduction in size and cost.
In such an exposure method and an exposure apparatus using the position measurement method and the position measurement apparatus, the reticle R and the wafer W are positioned with high accuracy to cover a plurality of layers on the wafer W. Therefore, even when circuit patterns are superposed, the superposition accuracy can be improved. Therefore, in a device manufactured through this exposure processing, a decrease in quality due to an overlay error can be significantly suppressed.
In the above embodiment, the configuration is such that the detection beam having substantially the same wavelength as the exposure light is used as the alignment light. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the correction optical element may be used as described above. Thus, a beam having another wavelength may be used.
In the above embodiment, the antireflection film located above the alignment mark AM is removed by etching. However, in addition to this method, the antireflection film may be removed by masking during deposition of the antireflection film. May be.
In the above embodiment, the alignment sensor measures the alignment mark on the wafer W and the index mark on the wafer stage 10 via the reticle R, but the present invention is not necessarily limited to this. In the case of a method of performing measurement via the projection optical system 9, that is, a so-called TTL (through-the-lens) method, it is not always necessary to perform measurement via the reticle R.
In addition, two or more sets of alignment marks for EGA measurement in each shot area are provided for the X direction and Y direction, and two or more two-dimensional XY marks for measuring positional information in the X and Y directions are provided. It may be provided (so-called multi-point measurement within a shot). In this case, the position information of each shot area can be obtained by measuring these marks. Specifically, by detecting three or more sets of X marks and Y marks (three or more XY marks in the case of a two-dimensional mark) in each EGA shot and obtaining positional information thereof, the X scale of each shot area is obtained. , Y scale, rotation, and orthogonality, it is possible to calculate 10 error parameters in addition to the 6 error parameters (related to the wafer) relating to the arrangement characteristics of the shot areas. As a result, each shot area can be superimposed with higher accuracy. Further, it is not necessary to calculate all four error parameters of the shot area, and the number of the error parameters may be any one to three. For example, by detecting two sets of alignment marks (two XY marks in the case of a two-dimensional mark) in each EGA shot and obtaining the position information, three sets of X scale, Y scale, and rotation of the shot area are obtained. May be calculated. The X scale and the Y scale are magnification errors of the shot area in the X direction and the Y direction, respectively.
The substrate of the present embodiment is not limited to a semiconductor wafer W for manufacturing a semiconductor device, but also a glass substrate for a display device, a ceramic wafer for a thin-film magnetic head, or an original mask or reticle used in an exposure apparatus. (Synthetic quartz, silicon wafer) and the like are applied.
The exposure apparatus 1 is a step-and-scan type scanning exposure apparatus (scanning stepper; US Pat. No. 5,473,410) that scans and exposes the pattern of the reticle R by synchronously moving the reticle R and the wafer W. In addition, the present invention can be applied to a step-and-repeat type projection exposure apparatus (stepper) that exposes the pattern of the reticle R while the reticle R and the wafer W are stationary and sequentially moves the wafer W stepwise. it can. The present invention is also applicable to a step-and-stitch type exposure apparatus that transfers at least two patterns on the wafer W while partially overlapping each other.
The type of the exposure apparatus 1 is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element for exposing a semiconductor element pattern onto a wafer W, but may be an exposure apparatus for manufacturing a liquid crystal display element or a display, a thin-film magnetic head, an image sensor (CCD). ) Or an exposure apparatus for manufacturing a reticle or a mask.
As the light source 2, bright lines (g-line (436 nm), h-line (404.nm), i-line (365 nm)) generated from an ultra-high pressure mercury lamp, a KrF excimer laser (248 nm), an ArF excimer laser (193 nm), F 2 Laser (157 nm), Ar 2 Not only a laser (126 nm) but also a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam can be used. For example, when an electron beam is used, a thermionic emission type lanthanum hexaborite (LaB) is used as an electron gun. 6 ) And tantalum (Ta) can be used. Further, a harmonic such as a YAG laser or a semiconductor laser may be used.
For example, a single wavelength laser in the infrared or visible region oscillated from a DFB semiconductor laser or a fiber laser is amplified by a fiber amplifier doped with, for example, erbium (or both erbium and ytterbium), and a nonlinear optical crystal is used. Alternatively, a harmonic converted to ultraviolet light may be used as exposure light. When the oscillation wavelength of the single-wavelength laser is in the range of 1.544 to 1.553 μm, an eighth harmonic within the range of 193 to 194 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the ArF excimer laser can be obtained. If the oscillation wavelength is in the range of 1.57 to 1.58 μm, the tenth harmonic in the range of 157 to 158 nm, ie, F 2 Ultraviolet light having substantially the same wavelength as the laser is obtained.
Further, a laser plasma light source or EUV (Extreme Ultra Violet) light having a wavelength of about 5 to 50 nm generated from the SOR and having a wavelength of about 5 to 50 nm, for example, 13.4 nm or 11.5 nm may be used as the exposure light. In the EUV exposure apparatus, a reflection type reticle is used, and the projection optical system is a reduction system including only a plurality of (for example, about 3 to 6) reflection optical elements (mirrors).
The projection optical system 9 may be not only a reduction system but also any of an equal magnification system and an enlargement system. Further, the projection optical system 9 may be any one of a refraction system, a reflection system, and a catadioptric system. When the wavelength of the exposure light is about 200 nm or less, it is desirable to purge the optical path through which the exposure light passes with a gas that absorbs less exposure light (an inert gas such as nitrogen or helium). When an electron beam is used, an electron optical system including an electron lens and a deflector may be used as the optical system. It is needless to say that the optical path through which the electron beam passes is in a vacuum state.
When a linear motor (see U.S. Pat. No. 5,623,853 or U.S. Pat. No. 5,528,118) is used for the wafer stage 10 or the reticle stage 20, an air floating type using an air bearing and a Lorentz force or Either a magnetic levitation type using a reactance force may be used. Further, each of the stages 10 and 20 may be of a type that moves along a guide, or may be a guideless type in which a guide is not provided.
As a drive mechanism of each of the stages 10 and 20, a planar motor that drives each of the stages 10 and 20 by an electromagnetic force by opposing a magnet unit having a two-dimensionally arranged magnet and an armature unit having a two-dimensionally arranged coil is used. May be used. In this case, one of the magnet unit and the armature unit may be connected to the stages 10 and 20, and the other of the magnet unit and the armature unit may be provided on the moving surface side of the stages 10 and 20.
As described in JP-A-8-166475 (U.S. Pat. No. 5,528,118), the reaction force generated by the movement of the wafer stage 10 is not transmitted to the projection optical system 9. It may be used to mechanically escape to the floor (ground).
As described in JP-A-8-330224, a reaction force generated by the movement of the reticle stage 20 is mechanically applied to the floor (ground) using a frame member so as not to be transmitted to the projection optical system 9. You may escape.
As described above, the exposure apparatus 1 according to the embodiment of the present invention controls the various subsystems including the components described in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Manufactured by assembling. Before and after this assembly, adjustments to achieve optical accuracy for various optical systems, adjustments to achieve mechanical accuracy for various mechanical systems, and various electrical Adjustments are made to achieve electrical accuracy. The process of assembling the exposure apparatus from the various subsystems includes mechanical connection, wiring connection of electric circuits, and piping connection of the pneumatic circuit among the various subsystems. It goes without saying that there is an assembling process for each subsystem before the assembling process from the various subsystems to the exposure apparatus. When the process of assembling the various subsystems into the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed, and various precisions of the entire exposure apparatus are secured. It is desirable that the exposure apparatus be manufactured in a clean room in which the temperature, the degree of cleanliness, and the like are controlled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a reticle used in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a state where the reticle alignment mark and the wafer alignment mark are imaged in the same field of view.
FIG. 4 is a plan view of a wafer used in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an example of an alignment sensor included in the exposure apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart for removing the anti-reflection film.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the wafer on which the resist on the alignment mark has been exposed.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the wafer on which the resist on the alignment mark has been developed.
FIG. 10 is a partial cross-sectional view of the wafer from which the antireflection film on the alignment mark has been removed.
FIG. 11 is a partial sectional view in which a resist is applied to the wafer shown in FIG.
FIG. 12 is a flowchart for reticle alignment.
FIG. 13 is a flowchart for the first method of wafer alignment.
FIG. 14 is a flowchart for the second method of wafer alignment.
FIG. 15 is a plan view of the reticle positioned while being rotated with respect to the moving coordinate system of the wafer stage.
FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of a manufacturing process of a semiconductor device.
FIG. 17 is a partial sectional view of a conventional wafer.

Claims (22)

物体上に形成されたマークを投影光学系を介して撮像し、前記マークの位置情報を計測する位置計測方法であって、
前記投影光学系の結像特性の調整量と前記位置情報の計測値の変化量との間の関係を、前記結像特性の調整前に予め求める第１工程と、
前記投影光学系の結像特性を調整する第２工程と、
前記第２工程後に、前記マークの位置情報を計測する第３工程と、
前記第３工程で得られた計測結果を、前記第２工程で行った前記結像特性の調整量と前記第１工程で求めておいた前記関係とに基づき補正する第４工程と、
を有する位置計測方法。A position measurement method for imaging a mark formed on an object via a projection optical system and measuring position information of the mark,
A first step of previously obtaining a relationship between an adjustment amount of the imaging characteristic of the projection optical system and a change amount of the measurement value of the position information before adjusting the imaging characteristic;
A second step of adjusting the imaging characteristics of the projection optical system;
A third step of measuring the position information of the mark after the second step;
A fourth step of correcting the measurement result obtained in the third step based on the adjustment amount of the imaging characteristic performed in the second step and the relationship obtained in the first step;
Position measurement method having: 前記第１工程では、前記投影光学系の投影倍率と、前記計測値の変化量との関係を求める請求項１に記載の位置計測方法。The position measurement method according to claim 1, wherein in the first step, a relationship between a projection magnification of the projection optical system and a change amount of the measurement value is obtained. 前記物体が、基板、または前記基板を載置するステージ上に設けられた基準部材である請求項１に記載の位置計測方法。The position measuring method according to claim 1, wherein the object is a substrate or a reference member provided on a stage on which the substrate is mounted. マスクと基板との相対的な位置関係情報を計測する位置計測方法であって、
前記マスクが、前記基板を載置する基板ステージ上に設けられた基準部材に対して所定の位置関係となるように、前記マスクの位置を調整する第１工程と、
前記ステージの移動座標系に対する前記マスクの相対的な回転量、および前記マスク上に形成された第１マークと前記基板上に形成された第２マークとの撮像結果に基づき、前記マスクと前記基板との相対的な位置関係情報を計測する第２工程と、
を有する位置計測方法。A position measuring method for measuring relative positional relationship information between a mask and a substrate,
A first step of adjusting the position of the mask so that the mask has a predetermined positional relationship with respect to a reference member provided on a substrate stage on which the substrate is placed;
The mask and the substrate based on a relative rotation amount of the mask with respect to a movement coordinate system of the stage, and an imaging result of a first mark formed on the mask and a second mark formed on the substrate. A second step of measuring relative positional relationship information with
Position measurement method having: 前記第２工程が、
前記第１マークを、マーク検出系の検出領域内に移動せしめるための移動量を前記回転量に基づき算出する第３工程と、
前記第３工程で得られた移動量だけ前記マスクを移動せしめた後に、前記第１マークと前記第２マークとを撮像する第４工程と、
を有する請求項４に記載の位置計測方法。The second step includes:
A third step of calculating an amount of movement for moving the first mark into a detection area of a mark detection system based on the amount of rotation;
A fourth step of imaging the first mark and the second mark after moving the mask by the movement amount obtained in the third step;
The position measuring method according to claim 4, comprising: 前記第２工程が、
前記回転量に基づき前記マスクの位置を補正する第３工程と、
前記第３工程後に、前記第１マークと前記第２マークとを撮像する第４工程とを含む請求項４に記載の位置計測方法。The second step includes:
A third step of correcting the position of the mask based on the rotation amount;
The position measurement method according to claim 4, further comprising: after the third step, a fourth step of imaging the first mark and the second mark. 前記第２工程が、
前記第１マークと前記第２マークとを撮像する第３工程と、
前記第３工程で撮像した結果により計測された前記マスクと前記基板との相対的な位置関係情報を、前記回転量に基づき補正する第４工程と、
を含む請求項４に記載の位置計測方法。The second step includes:
A third step of imaging the first mark and the second mark;
A fourth step of correcting relative positional relationship information between the mask and the substrate measured based on a result of imaging in the third step based on the rotation amount;
The position measuring method according to claim 4, comprising: 前記第１工程では、前記マスクを前記基準部材に対してほぼ平行な位置関係となるように、前記マスクの位置を調整し、
前記回転量が、前記ステージの移動座標系に対する前記基準部材の相対的な回転量である請求項４に記載の位置計測方法。In the first step, the position of the mask is adjusted such that the mask has a positional relationship substantially parallel to the reference member,
The position measuring method according to claim 4, wherein the rotation amount is a relative rotation amount of the reference member with respect to a movement coordinate system of the stage. 物体上に形成されたマークの二次元平面内での位置情報を、投影光学系を介して計測する位置計測方法であって、
前記投影光学系の光軸方向における前記物体の位置を、前記二次元平面内の複数の計測点において計測する第１工程と、
前記複数の計測点のうち、前記マークの位置に基づき選択された計測点における計測結果に基づき、前記基板の前記光軸方向の位置合わせを行う第２工程と、
前記第２工程後に、前記マークの前記二次元平面内での位置情報を計測する第３工程と、
を有する位置計測方法。Position information in a two-dimensional plane of the mark formed on the object, a position measuring method for measuring via a projection optical system,
A first step of measuring the position of the object in the optical axis direction of the projection optical system at a plurality of measurement points in the two-dimensional plane;
A second step of performing positioning of the substrate in the optical axis direction based on a measurement result at a measurement point selected based on the position of the mark, among the plurality of measurement points;
A third step of measuring position information of the mark in the two-dimensional plane after the second step;
Position measurement method having: 前記第２工程では、前記複数の計測点のうち、少なくとも計測対象のマークに最も近い位置に設定された計測点を選択する請求項９に記載の位置計測方法。The position measurement method according to claim 9, wherein in the second step, a measurement point set at least at a position closest to a mark to be measured is selected from the plurality of measurement points. 基板上の所定層に形成されたマークの位置情報を計測する位置計測方法であって、
前記所定層よりも上部の層に形成された反射防止膜のうち、少なくとも前記マークの配置されている領域に対応する前記反射防止膜を除去する第１工程と、
前記第１工程後に、前記マークに照明ビームを照射して、前記マークから発生したビームを受光して、その受光結果に基づき前記マークの位置情報を計測する第２工程と、
を有する位置計測方法。A position measuring method for measuring position information of a mark formed on a predetermined layer on a substrate,
A first step of removing the antireflection film corresponding to at least a region where the mark is arranged, of the antireflection film formed on a layer above the predetermined layer;
Irradiating the mark with an illumination beam after the first step, receiving a beam generated from the mark, and measuring position information of the mark based on the light reception result;
Position measurement method having: 基板を露光するための露光用ビームとほぼ同一の波長を持つ検出ビームを前記マークに対して照射して、前記マークの像を撮像することにより、前記マークの位置情報を計測する請求項１に記載の位置計測方法。The mark information is measured by irradiating the mark with a detection beam having substantially the same wavelength as the exposure beam for exposing the substrate, and capturing an image of the mark, thereby measuring the position information of the mark. The position measurement method described. 基板を露光するための露光用ビームとほぼ同一の波長を持つ検出ビームを前記マークに対して照射して、前記マークの像を撮像することにより、前記マークの位置情報を計測する請求項４に記載の位置計測方法。The position information of the mark is measured by irradiating the mark with a detection beam having substantially the same wavelength as the exposure beam for exposing the substrate, and capturing an image of the mark, thereby measuring the position information of the mark. The position measurement method described. マスク上に形成されたパターンを基板上に転写する露光方法であって、
請求項１乃至請求項１３のうちのいずれか一項に記載の位置計測方法を用いて計測された位置情報に基づき、前記マスクと前記基板との位置合わせを行う露光方法。An exposure method for transferring a pattern formed on a mask onto a substrate,
An exposure method for performing alignment between the mask and the substrate based on position information measured using the position measurement method according to any one of claims 1 to 13. 請求項１４に記載の露光方法を用いて、前記マスク上に形成されたデバイスパターンを前記基板上に転写する工程を含むデバイス製造方法。A device manufacturing method including a step of transferring a device pattern formed on the mask onto the substrate by using the exposure method according to claim 14. 物体上に形成されたマークを投影光学系を介して撮像し、前記マークの位置情報を計測する位置計測装置であって、
前記投影光学系の結像特性の調整前に予め求められた、前記投影光学系の結像特性の調整量と前記位置情報の計測値の変化量との間の関係を記憶する記憶装置と、
前記投影光学系の結像特性を調整する調整装置と、
前記調整装置による前記結像特性の調整後に、前記マークの位置情報を計測する計測装置と、
前記計測装置により計測された計測結果を、前記調整装置による前記結像特性の調整量と、前記記憶装置に記憶された前記関係とに基づき補正する補正装置と、
を有する位置計測装置。A position measuring device that images a mark formed on an object via a projection optical system, and measures position information of the mark,
A storage device that stores a relationship between an adjustment amount of the imaging characteristic of the projection optical system and a change amount of the measurement value of the position information, which is obtained in advance before the adjustment of the imaging characteristic of the projection optical system,
An adjusting device for adjusting the imaging characteristics of the projection optical system,
After adjusting the imaging characteristics by the adjusting device, a measuring device that measures the position information of the mark,
A correction device that corrects the measurement result measured by the measurement device based on the adjustment amount of the imaging characteristic by the adjustment device and the relationship stored in the storage device.
A position measuring device having: 前記記憶装置は、前記投影光学系の投影倍率と、前記計測値の変化量との関係を記憶する請求項１６に記載の位置計測装置。17. The position measurement device according to claim 16, wherein the storage device stores a relationship between a projection magnification of the projection optical system and a change amount of the measurement value. マスクと基板との相対的な位置関係情報を計測する位置計測装置であって、
前記マスクが、前記基板を載置する基板ステージ上に設けられた基準部材に対して所定の位置関係となるように、前記マスクの位置を調整する第１調整装置と、
前記第１調整装置による調整後に、前記ステージの移動座標系に対する前記マスクの相対的な回転量に基づき前記マスクの位置を調整する第２調整装置と、
前記第２調整装置による調整後に、前記マスク上に形成された第１マークと前記基板上に形成された第２マークとを撮像して、前記マスクと前記基板との相対的な位置関係情報を計測する計測装置と、
を有する位置計測装置。A position measuring device that measures relative positional relationship information between a mask and a substrate,
A first adjustment device that adjusts the position of the mask such that the mask has a predetermined positional relationship with respect to a reference member provided on a substrate stage on which the substrate is mounted;
A second adjusting device that adjusts the position of the mask based on a relative rotation amount of the mask with respect to a moving coordinate system of the stage after the adjustment by the first adjusting device;
After the adjustment by the second adjustment device, the first mark formed on the mask and the second mark formed on the substrate are imaged, and relative positional relationship information between the mask and the substrate is obtained. A measuring device for measuring,
A position measuring device having: マスクと基板との相対的な位置関係情報を計測する位置計測装置であって、
前記マスクが、前記基板を載置する基板ステージ上に設けられた基準部材に対して所定の位置関係となるように、前記マスクの位置を調整する調整装置と、
前記マスク上に形成された第１マークと前記基板上に形成された第２マークとを撮像して、前記マスクと前記基板との相対的な位置関係情報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スクと前記基板との相対的な位置関係情報を、前記ステージの移動座標系に対する前記マスクの相対的な回転量に基づき補正する補正装置と、
を有する位置計測装置。A position measuring device that measures relative positional relationship information between a mask and a substrate,
An adjusting device that adjusts the position of the mask so that the mask has a predetermined positional relationship with respect to a reference member provided on a substrate stage on which the substrate is mounted;
A measuring device that images a first mark formed on the mask and a second mark formed on the substrate, and measures relative positional relationship information between the mask and the substrate;
A correction device that corrects relative positional relationship information between the mask and the substrate measured by the measurement device based on a relative rotation amount of the mask with respect to a movement coordinate system of the stage,
A position measuring device having: 物体上に形成されたマークの二次元平面内での位置情報を、投影光学系を介して計測する位置計測装置であって、
前記投影光学系の光軸方向における前記物体の位置を、前記二次元平面内の複数の計測点において計測する第１計測装置と、
前記複数の計測点のうち、前記マークの位置に基づき選択された計測点における計測結果に基づき、前記基板の前記光軸方向の位置合わせを行う合焦装置と、
前記合焦装置による合焦動作後に、前記マークの前記二次元平面内での位置情報を計測する第２計測装置と、
を有する位置計測装置。Position information in a two-dimensional plane of a mark formed on the object, a position measuring device that measures via a projection optical system,
A first measurement device that measures the position of the object in the optical axis direction of the projection optical system at a plurality of measurement points in the two-dimensional plane;
A focusing device that performs alignment of the substrate in the optical axis direction based on a measurement result at a measurement point selected based on the position of the mark, among the plurality of measurement points;
After the focusing operation by the focusing device, a second measurement device that measures position information of the mark in the two-dimensional plane,
A position measuring device having: マスク上に形成されたパターンに露光ビームを照射して、基板上に前記パターンの像を転写する露光装置であって、
請求項１５乃至請求項１９のうちいずれか一項に記載の位置計測装置を用い、前記露光ビームとほぼ同一の波長を持つ検出ビームを前記マークに対して照射して、前記マークの像を撮像することにより、前記マークの位置情報を計測し、
前記計測された位置情報に基づき、前記マスクと前記基板との位置合わせを行う露光装置。An exposure apparatus that irradiates an exposure beam onto a pattern formed on a mask and transfers an image of the pattern onto a substrate,
20. An image of the mark is captured by irradiating the mark with a detection beam having substantially the same wavelength as the exposure beam, using the position measuring device according to any one of claims 15 to 19. By measuring the position information of the mark,
An exposure apparatus that performs alignment between the mask and the substrate based on the measured position information. 所定層に形成されたマークと、
前記所定層よりも上部の層に形成された反射防止膜とを有し、
前記反射防止膜のうち、少なくとも前記マークが形成されている領域に対応する前記反射防止膜が除去されている基板。A mark formed on a predetermined layer,
Having an antireflection film formed on a layer above the predetermined layer,
A substrate in which at least the antireflection film corresponding to a region where the mark is formed is removed from the antireflection film.
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