JPWO2004003469A1 - PATTERN DETECTION APPARATUS AND METHOD FOR USING THE SAME, MEASURING METHOD AND APPARATUS, POSITION MEASURING METHOD, EXPOSURE METHOD AND APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD - Google Patents
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Abstract
主制御装置(20)は、ウエハWとアライメントセンサ(14)との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、ウエハ上のアライメントマーク近傍の照射領域に第1結像光束を照射し、該結像光束のウエハ表面からの反射光に基づいてウエハのZ位置を調整した後、マークのXY位置情報を検出する。次いで、第1の状態からウエハを180°回転した第2の状態で、前記照射領域に第2結像光束を照射し、該結像光束のウエハ表面からの反射光に基づいてウエハのZ位置を調整した後、マークのXY位置情報を検出する。この場合、各結像光束は同一の照射領域に照射されるので、ウエハ回転後に回転前のフォーカス状態を正確に再現できる。このようにして得られた位置情報を用いることで、検出系に起因する検出ずれ及びマークの形成状態に起因する検出ずれを精度良く算出することができる。The main controller (20) irradiates the irradiation region near the alignment mark on the wafer with the first imaging light beam in the first state where the positional relationship between the wafer W and the alignment sensor (14) is in a predetermined state. Then, after adjusting the Z position of the wafer based on the reflected light of the imaging light beam from the wafer surface, the XY position information of the mark is detected. Next, in the second state where the wafer is rotated 180 ° from the first state, the irradiation region is irradiated with the second imaging light beam, and the Z position of the wafer is based on the reflected light from the wafer surface of the imaging light beam. After adjusting the XY position information of the mark is detected. In this case, since each imaging light beam is irradiated to the same irradiation region, the focus state before the rotation after the wafer rotation can be accurately reproduced. By using the position information obtained in this way, it is possible to accurately calculate the detection deviation caused by the detection system and the detection deviation caused by the mark formation state.
Description
本発明は、パターン検出装置及びその使用方法、計測方法及び装置、位置計測方法、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、物体上に形成されたパターンを光学的に検出するパターン検出装置及びその使用方法、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を計測する計測方法及び装置、前記計測方法を含む位置計測方法、該位置計測方法を用いる露光方法及び前記パターン検出装置を備える露光装置、並びに前記露光方法又は前記露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。 The present invention relates to a pattern detection apparatus and a method of using the same, a measurement method and apparatus, a position measurement method, an exposure method and apparatus, and a device manufacturing method. More specifically, the present invention optically detects a pattern formed on an object. Pattern detection apparatus and method of use thereof, measurement method and apparatus for measuring at least one of detection deviation caused by detection system and detection deviation caused by formation state of measurement target pattern, position measurement method including the measurement method, and position measurement The present invention relates to an exposure method using a method, an exposure apparatus including the pattern detection apparatus, and a device manufacturing method using the exposure method or the exposure apparatus.
従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル(以下、「レチクル」と総称する)に形成されたパターンを投影光学系を介してレジスト等の感光剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板(以下、適宜「ウエハ」という)上に転写する露光装置が用いられている。かかる露光装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の投影露光装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる)等の走査露光型の投影露光装置が主として用いられている。かかる露光装置においては、露光に先立ってレチクルとウエハとの位置合わせ(アライメント)を高精度に行う必要がある。このアライメント精度に対する要求は、パターンの微細化とともに厳しくなってきており、アライメントにはさまざまな工夫がなされている。
上記のアライメントを高精度に行うためには、レチクルの位置検出及びウエハの位置検出を高精度に行うことが必要である。例えばレチクルの位置検出には、露光光を用いるものが一般的であり、露光光をレチクル上に形成されたレチクルアライメントマークに照射し、CCDカメラなどで撮像したレチクルアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するVRA(Visual Reticle Alignment)方式のレチクルアライメント顕微鏡等が用いられる。一方、ウエハの位置検出には、ハロゲンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照明し、CCDカメラなどで撮像したアライメントマークの画像データを画像処理してマーク位置を計測するFIA(Field Image Alignment)系のアライメントセンサ等が用いられる。
これらの光学式アライメントセンサを用いたレチクルとウエハとの位置合わせでは、まずレチクル上のアライメントマークを検出、処理し、位置座標を計測する。次に、ウエハ上のアライメントマークを検出、処理し、位置座標を計測することで、重ね合わされるショットの位置を求める。それらの結果をもとに、ショット位置にレチクルのパターン像が重なるように、ウエハをウエハステージにより移動させてレチクルのパターン像を投影光学系を介してウエハ上に転写する。
しかるに、上述の位置計測装置を構成する光学系の状態(波面収差や絞り位置のずれなど)により、位置計測結果が真のマーク位置からずれてしまうことがある。また、観察されるアライメントマークそのものが設計通りに形成されていなければ、やはり位置計測結果はずれてしまう。
ウエハ上のマークの変形で、位置ずれに寄与するのは、計測軸方向に非対称な成分である。従って、ウエハがある方向を向いた状態(以下、便宜上「0°の状態」と呼ぶ)と、この状態からウエハを180°回転した状態(以下、便宜上「180°の状態」と呼ぶ)との両状態で、同じマークを計測すれば、ウエハの変形(ウエハ上のマーク変形)に起因する位置ずれ量(WIS:Wafer Induced Shift)は符号が反転する。
一方、位置計測装置起因の位置ずれ成分(TIS:Tool Induced Shift)は、ウエハの方向によらず一定であるため、ウエハ反転時の位置ずれ量への寄与が、上述のWISの場合と異なる。
従って、ウエハ上の同一マークを0°の状態及び180°の状態で計測し、その位置計測結果を組み合わせることにより、装置起因の位置ずれ量(TIS)を知ることができる。
しかるに、TIS及びWISは、一般に被検マークのフォーカス状態、すなわちマーク(の位置)を計測する際の位置計測装置の光学系の結像面に対するマークの光軸方向の位置ずれ量に依存する。従って、TIS(あるいはWIS)の計測に際しては、ウエハを180°反転する場合に、0°の状態と同じフォーカス状態を再現することが重要となる。
ところで、前述のFIA系などでは、フォーカス計測を行うために、ウエハ上に投影したスリット像の光束のウエハ面からの反射光束を瞳面で2分割し、それぞれの分割光束を撮像面上にスリット像として再結像させて、それらのスリット像同士の撮像面上における距離(間隔)の変化(位置ずれ)を検出し、この検出結果に基づいてフォーカス状態を検出する、すなわちフォーカス状態(デフォーカス量)をスリット像同士の距離の変化として検出するフォーカス計測系が組み込まれているのが一般的である。
しかるに、従来のTIS計測では、0°の状態における計測の終了後に、ウエハを180°回転し、その状態で上述のフォーカス計測系を用いてフォーカス計測を行った後、その計測結果に基づいてフォーカス状態を調整してマークの位置計測を行っていた。このため、その反転後に、スリット像がウエハ上に投影される位置が変わり、その光束がウエハ上に存在するパターンやマークなどの影響を受けて、0°の状態におけるフォーカス計測の際とスリット像の光束が受ける影響が異なることがしばしばあった。このような場合、スリット像の光束が受ける影響の相違に起因してフォーカス計測値にオフセットが含まれ、フォーカス計測値に基づいてフォーカス状態を調整しても、そのオフセット分のフォーカス調整誤差が必然的に生じていた。その結果、TIS計測結果に誤差が含まれ、ひいてはそのTISの計測結果を考慮して行われる、マークの位置計測に誤差が生じていた。
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第1の目的は、検出対象のパターンが形成された物体の反転後に反転前のフォーカス状態を正確に再現することができるパターン検出装置を提供することにある。
本発明の第2の目的は、検出対象のパターンが形成された物体の反転後に反転前のフォーカス状態を正確に再現してパターンの位置情報を正確に得ることができるパターン検出装置の使用方法を提供することにある。
本発明の第3の目的は、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を精度良く計測することができる計測方法を提供することにある。
本発明の第4の目的は、物体の位置情報を精度良く求めることができる位置計測方法を提供することにある。
本発明の第5の目的は、物体上にパターンを精度良く形成することができる露光方法及び露光装置を提供することにある。
本発明の第6の目的は、デバイスの生産性を向上させることができるデバイス製造方法を提供することにある。Conventionally, in a lithography process for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, etc., a photosensitive agent such as a resist is applied to a pattern formed on a mask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle”) through a projection optical system. 2. Description of the Related Art Exposure apparatuses that transfer onto a coated wafer or a substrate such as a glass plate (hereinafter referred to as “wafer” as appropriate) are used. As such an exposure apparatus, a static exposure type projection exposure apparatus such as a so-called stepper and a scanning exposure type projection exposure apparatus such as a so-called scanning stepper (also called a scanner) are mainly used. In such an exposure apparatus, it is necessary to perform alignment (alignment) between the reticle and the wafer with high accuracy prior to exposure. The demand for this alignment accuracy has become stricter with the miniaturization of patterns, and various devices have been made for alignment.
In order to perform the above alignment with high accuracy, it is necessary to detect the position of the reticle and the position of the wafer with high accuracy. For example, the position of the reticle is generally detected using exposure light. The reticle alignment mark formed on the reticle is irradiated with the exposure light, and image processing is performed on the reticle alignment mark image data captured by a CCD camera or the like. Then, a VRA (Visual Reticle Alignment) type reticle alignment microscope that measures the mark position is used. On the other hand, for detecting the position of the wafer, an FIA (Field that measures the mark position by illuminating with light having a wide wavelength bandwidth using a halogen lamp or the like and processing image data of an alignment mark imaged by a CCD camera or the like. An Image Alignment) type alignment sensor or the like is used.
In aligning a reticle and a wafer using these optical alignment sensors, first, alignment marks on the reticle are detected and processed, and position coordinates are measured. Next, the alignment mark on the wafer is detected and processed, and the position coordinates are measured to obtain the position of the shot to be overlaid. Based on those results, the wafer is moved by the wafer stage so that the reticle pattern image overlaps the shot position, and the reticle pattern image is transferred onto the wafer via the projection optical system.
However, the position measurement result may deviate from the true mark position depending on the state of the optical system constituting the above-described position measurement apparatus (wavefront aberration, displacement of the aperture position, etc.). Further, if the observed alignment mark itself is not formed as designed, the position measurement result will be lost.
It is an asymmetric component in the measurement axis direction that contributes to the positional deviation due to the deformation of the mark on the wafer. Therefore, a state in which the wafer faces a certain direction (hereinafter referred to as “0 ° state” for convenience) and a state in which the wafer is rotated 180 ° from this state (hereinafter referred to as “180 ° state” for convenience). If the same mark is measured in both states, the sign of the amount of misalignment (WIS: Wafer Induced Shift) resulting from wafer deformation (mark deformation on the wafer) is inverted.
On the other hand, the position displacement component (TIS: Tool Induced Shift) caused by the position measurement apparatus is constant regardless of the wafer direction, and therefore the contribution to the position displacement amount at the time of wafer reversal is different from that in the above WIS.
Therefore, by measuring the same mark on the wafer at 0 ° and 180 °, and combining the position measurement results, the positional deviation amount (TIS) caused by the apparatus can be known.
However, TIS and WIS generally depend on the focus state of the mark to be detected, that is, the amount of positional deviation in the optical axis direction of the mark with respect to the imaging plane of the optical system of the position measuring device when measuring the mark (position). Therefore, when measuring the TIS (or WIS), it is important to reproduce the same focus state as the 0 ° state when the wafer is turned 180 °.
By the way, in the above-described FIA system or the like, in order to perform focus measurement, the reflected light beam from the wafer surface of the slit image projected on the wafer is divided into two on the pupil plane, and each divided light beam is slit on the imaging surface. The image is re-imaged, the change (positional deviation) in the distance (interval) between the slit images on the imaging surface is detected, and the focus state is detected based on the detection result, that is, the focus state (defocused) In general, a focus measurement system that detects (amount) as a change in the distance between slit images is incorporated.
However, in the conventional TIS measurement, after the measurement in the 0 ° state is completed, the wafer is rotated by 180 °, and the focus measurement is performed using the focus measurement system in the state, and then the focus is determined based on the measurement result. The position of the mark was measured by adjusting the state. For this reason, after the reversal, the position at which the slit image is projected onto the wafer changes, and the light beam is affected by the pattern or mark existing on the wafer, so that the focus measurement in the state of 0 ° and the slit image are performed. Often, the effects of the luminous flux of the light were different. In such a case, an offset is included in the focus measurement value due to a difference in the influence of the light flux of the slit image, and even if the focus state is adjusted based on the focus measurement value, a focus adjustment error corresponding to the offset inevitably occurs. It happened. As a result, an error is included in the TIS measurement result, and as a result, an error occurs in the mark position measurement performed in consideration of the measurement result of the TIS.
The present invention has been made under such circumstances, and a first object of the present invention is to provide a pattern detection apparatus that can accurately reproduce the focus state before inversion after inversion of an object on which a pattern to be detected is formed. It is to provide.
The second object of the present invention is to provide a method of using a pattern detection apparatus capable of accurately reproducing the focus state before inversion after the object on which the pattern to be detected is formed and accurately obtaining the position information of the pattern. It is to provide.
A third object of the present invention is to provide a measurement method capable of accurately measuring at least one of a detection deviation caused by a detection system and a detection deviation caused by a formation state of a measurement target pattern.
A fourth object of the present invention is to provide a position measurement method capable of accurately obtaining position information of an object.
A fifth object of the present invention is to provide an exposure method and an exposure apparatus that can form a pattern on an object with high accuracy.
A sixth object of the present invention is to provide a device manufacturing method capable of improving device productivity.
本発明は、第1の観点からすると、物体上に形成されたパターンを光学的に検出するパターン検出装置であって、前記物体上の所定点に検出領域を設定し、該検出領域のパターンを検出光学系を介して光学的に検出する検出系と;前記物体上の検出領域に対して相互に回転対称で且つ前記検出領域から離れる方向にそれぞれ延在する少なくとも一組の照射領域にそれぞれ結像光束を照射可能な照射系と、いずれかの前記結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出し前記結像光束が照射された前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置に応じた光電変換信号を出力する受光系とを有する焦点位置検出装置と;を備えるパターン検出装置である。
これによれば、焦点位置検出装置が、物体上の検出領域に対して相互に回転対称で且つ検出領域から離れる方向にそれぞれ延在する少なくとも一組の照射領域にそれぞれ結像光束を照射可能な照射系を有している。このため、照射系から物体上のある領域(便宜上「第1の照射領域」と呼ぶ)に結像光束を照射し、この結像光束の物体表面からの反射光の受光系による光電変換信号に基づいて物体表面の光軸方向位置を検出し、この検出結果に基づいて物体の光軸方向位置を調整し、しかる後、物体を検出領域を中心として検出光学系に対して180°回転(反転)する。この物体の反転後の状態では、物体上の前述の第1の照射領域は、反転前に第1の照射領域と組をなす照射領域(便宜上「第2の照射領域」と呼ぶ)と一致している。従って、物体の反転後、反転前の物体上の第2の照射領域(すなわち反転後の物体上の第1の照射領域)に結像光束を照射し、この結像光束の物体表面からの反射光の受光系による光電変換信号に基づいて物体表面の光軸方向位置を検出し、この検出結果に基づいて物体の光軸方向位置を調整することにより、反転前と同じフォーカス状態が正確に再現される。従って、本発明のパターン検出装置によれば、検出対象のパターンが形成された物体の反転後に反転前のフォーカス状態を正確に再現することが可能となる。
この場合において、前記照射系は、直交二軸方向について前記所定点に関して相互に回転対称な2組の照射領域に結像光束をそれぞれ照射可能であることとすることができる。
本発明は、第2の観点からすると、本発明のパターン検出装置の使用方法であって、計測対象パターンが形成された物体と前記検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、前記物体上の計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する前記照射系から第1結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と;前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第1面内位置情報を得る工程と;前記物体を前記第1の状態から前記検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記照射領域に前記照射系から前記第1の結像光束とは異なる第2の結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と;前記物体表面の光軸方向位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を得る工程と;を含む使用方法である。
これによれば、物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、物体上の計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に焦点位置検出装置を構成する照射系から第1の結像光束を照射し、その結像光束の物体表面からの反射光を光電検出した受光系からの光電変換信号に基づいて検出光学系の光軸方向に関する物体表面の位置を調整する。この調整がなされた状態(光軸に直交する面内に関する物体と検出光学系との位置関係は、第1の状態と同様である)で、検出系を用いて計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの光軸に直交する面内の第1面内位置情報を得る。次いで、物体を第1の状態(より正確には、前述の調整後の状態)から検出光学系に対して相対的に180°回転した状態で、第1の結像光束が照射された前記照射領域に照射系から第1の結像光束とは異なる第2の結像光束を照射し、その結像光束の物体表面からの反射光を光電検出した受光系からの光電変換信号に基づいて検出光学系の光軸方向に関する物体表面の位置を調整し、この調整がなされた状態(光軸に直交する面内に関する物体と検出光学系との位置関係は、第2の状態と同様である)で、検出系を用いて計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの光軸に直交する面内の第2面内位置情報を得る。従って、検出対象のパターンが形成された物体の反転後に反転前のフォーカス状態を正確に再現してパターンの位置情報を正確に得ることができる。
この場合において、前記第1及び第2面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程;を更に含むこととすることができる。
本発明は、第3の観点からすると、本発明のパターン検出装置を用いて物体の位置を計測する位置計測方法であって、計測対象パターンが形成された物体と前記検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、前記物体上の計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する前記照射系から第1結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に開する前記物体表面の位置を調整する工程と;前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第1面内位置情報を得る工程と;
前記物体を前記第1の状態から前記検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記照射領域に前記照射系から前記第1の結像光束とは異なる第2の結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と;前記物体表面の光軸方向位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を得る工程と;前記第1及び第2面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程と;前記第1面内位置情報及び前記第2面内位置情報の一方と、前記算出された検出ずれとに基づいて前記物体の位置を算出する工程と;を含む第1の位置計測方法である。
すなわち、本発明の第1の位置計測方法は、前述した本発明の使用方法の各工程と、その使用方法の実行中に得られた第1及び第2面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ(TIS)及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれ(WIS)の少なくとも一方を算出する工程と、第1面内位置情報及び前記第2面内位置情報の一方と、算出された検出ずれとに基づいて物体の位置を算出する工程と;を含む。従って、本発明の第1の位置計測方法によれば、物体の反転の影響を受けることなく、第1面内位置情報、第2面内位置情報、及び検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を、精度良く求めることができ、これら精度良く求められた第1面内位置情報及び第2面内位置情報の一方と、算出された検出ずれとに基づいて物体の位置を算出することにより、検出ずれの影響を受けることなく、物体の位置情報を精度良く求めることが可能となる。
本発明は、第4の観点からすると、エネルギビームにより感光性の物体を露光して前記物体に所定のパターンを形成する露光方法であって、本発明の第1の位置計測方法により前記物体の位置を計測する工程と;前記計測された位置情報に基づいて前記物体の位置を制御しつつ前記エネルギビームにより前記物体を露光する工程と;を含む第1の露光方法である。
これによれば、上記本発明の第1の位置計測方法により、精度良く求められた物体の位置情報に基づいて、物体の位置を制御しつつエネルギビームにより物体が露光される。すなわち、物体の位置を高精度に制御しつつ露光が行われる。従って、物体上にパターンを精度良く形成することが可能となる。
本発明は第5の観点からすると、計測対象パターンが形成された物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、前記物体上の前記計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を前記検出光学系を介して光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第1位置情報を得る工程と;前記第1位置情報に基づいて前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整した状態で、前記検出光学系を含む検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第1面内位置情報を得る第1検出工程と;前記物体を前記第1の状態から前記検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第2位置情報を得る工程と;前記第2位置情報に基づいて前記物体表面の光軸方向位置を調整した状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を得る第2検出工程と;前記第1及び第2面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程と;を含む第1の計測方法である。
これによれば、上記第1の状態において、計測対象パターンの近傍の照射領域に結像光束を照射することにより得られた物体表面の光軸方向に関する第1位置情報に基づいて、物体のフォーカス状態を調整した状態で、計測対象パターンを検出し、計測対象パターンの光軸に直交する面内の第1面内位置情報を得る。この場合、デフォーカスがない状態で第1面内位置情報が得られるので、精度良く第1面内位置情報を得ることができる。また、物体を第1の状態から検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態においても、第1の状態で結像光束が照射された領域と同一の照射領域に結像光束を照射し、この照射により得られた物体の光軸方向に関する第2位置情報に基づいて物体のフォーカス状態が調整される。この場合、第1の状態と第2の状態とで同一の領域に結像光束が照射されているので、物体を第1の状態から検出光学系に対して相対的に180°回転した後のフォーカス状態の調整に際して、回転前のフォーカス状態が正確に再現される。そして、このフォーカス状態が正確に再現された状態で、計測対象パターンを検出することで、計測対象パターンの光軸に直交する面内の第2面内位置情報を得る。この場合も、デフォーカスがない状態で第2面内位置情報が得られるので、精度良く第2面内位置情報を得ることができる。
そして、このようにして得られた第1及び第2面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する。従って、本発明によれば、検出光学系に対する物体の反転の影響を受けることなく、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を精度良く計測することができる。
この場合、前記第1の状態において、前記結像光束が照射される前記物体上の前記所定の照射領域とほぼ同一の領域に、前記結像光束が前記第2の状態においても照射されるように、前記第1検出工程後で且つ前記第2検出工程前の期間において、前記物体を前記光軸に直交する面内で移動する工程をさらに含むこととすることができる。
本発明の第1の計測方法では、前記物体上に複数の結像光束を照射可能である場合には、前記第1の状態において前記結像光束が照射される前記物体上の前記所定の照射領域とほぼ同一の領域に、前記結像光束が前記第2の状態においても照射されるように、前記第1検出工程と前記第2検出工程とで、前記物体上に照射する結像光束を切り換えて使用することとすることができる。
本発明は、第6の観点からすると、物体の位置を計測する位置計測方法であって、計測対象パターンが形成された物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、前記物体上の前記計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を前記検出光学系を介して光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第1位置情報を得る工程と;前記第1位置情報に基づいて前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整した状態で、前記検出光学系を含む検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第1面内位置情報を得る第1検出工程と;前記物体を前記第1の状態から前記検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第2位置情報を得る工程と;前記第2位置情報に基づいて前記物体表面の光軸方向位置を調整した状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を得る第2検出工程と;前記第1及び第2面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程と;前記第1面内位置情報及び前記第2面内位置情報の一方と、前記算出された検出ずれとに基づいて前記物体の位置を算出する工程と;を含む第2の位置計測方法である。すなわち、この第2の位置計測方法は、上記第1の計測方法の各工程と、前記第1面内位置情報及び前記第2面内位置情報の一方と、前記算出された検出ずれとに基づいて前記物体の位置を算出する工程と;を含む。
従って、本発明の第2の位置計測方法によれば、本発明の第1の位置計測方法により、物体の反転の影響を受けることなく、第1面内位置情報、第2面内位置情報、及び検出系に起因する検出ずれ(TIS)及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれ(WIS)の少なくとも一方を、精度良く求めることができる。そして、これら精度良く求められた第1面内位置情報及び第2面内位置情報の一方と、算出された検出ずれとに基づいて物体の位置を算出することにより、検出ずれの影響を受けることなく、物体の位置情報を精度良く求めることが可能となる。
本発明は、第7の観点からすると、エネルギビームにより感光性の物体を露光して前記物体に所定のパターンを形成する露光方法であって、上記本発明の第2の位置計測方法により前記物体の位置を計測する工程と;前記計測された位置情報に基づいて前記物体の位置を制御しつつ前記エネルギビームにより前記物体を露光する工程と;を含む第2の露光方法である。
これによれば、本発明の第2の位置計測方法により、精度良く求められた物体の位置情報に基づいて、物体の位置を制御しつつエネルギビームにより物体が露光される。すなわち、物体の位置を高精度に制御しつつ露光が行われる。従って、物体上にパターンを精度良く形成することが可能となる。
本発明は、第8の観点からすると、物体上の所定点に検出領域を設定し、該検出領域のパターンを検出光学系を介して光学的に検出する検出系と;
前記物体上の検出領域に対して相互に回転対称で且つ前記検出領域から離れる方向にそれぞれ延在する少なくとも一組の照射領域にそれぞれ結像光束を照射可能な照射系と、前記結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出し前記結像光束が照射された前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置に応じた光電変換信号を出力する受光系とを有する焦点位置検出装置と;前記物体を少なくとも前記光軸方向に駆動する第1駆動機構と;前記物体と前記検出光学系とを相対的に少なくとも180°前記光軸方向の軸回りに回転駆動可能な第2駆動機構と;前記物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、前記物体上の計測対象パターンの近傍の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する前記照射系から第1結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を受光した前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記第1駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第1面内位置情報を検出する第1検出制御系と;
前記第2駆動機構を介して前記物体を前記第1の状態から前記検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記照射領域に前記照射系から前記第1の結像光束とは異なる第2の結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を受光した前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記第1駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を検出する第2検出制御系と;前記第1及び第2面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する算出装置と;を備える第1の計測装置である。
これによれば、第1検出制御系が、物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、物体上の計測対象パターンの近傍の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する照射系から第1結像光束を照射し、該結像光束の物体表面からの反射光を受光した受光系から出力される光電変換信号に基づいて第1駆動機構を介して物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、検出系を用いて計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの光軸に直交する面内の第1面内位置情報を検出する。このため、デフォーカスがない状態で第1面内位置情報が得られるので、精度良く第1面内位置情報を得ることができる。
また、第2検出制御系では、第2駆動機構を介して物体を第1の状態から検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記照射領域に照射系から第1の結像光束とは異なる第2の結像光束を照射し、該結像光束の物体表面からの反射光を受光した受光系から出力される光電変換信号に基づいて第1駆動機構を介して物体表面の光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、検出系を用いて計測対象パターンの光軸に直交する面内の第2面内位置情報を検出する。この場合、第1の状態と第2の状態とで同一の領域に第1の結像光束、第2の結像光束が照射されているので、物体を第1の状態から検出光学系に対して相対的に180°回転した後のフォーカス状態の調整に際して、回転前のフォーカス状態が正確に再現される。そして、このフォーカス状態が正確に再現された状態で、かつデフォーカスがない状態で計測対象パターンの光軸に直交する面内の第2面内位置情報が得られるので、精度良く第2面内位置情報を得ることができる。
そして、算出装置では、このようにして得られた第1及び第2面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する。従って、本発明によれば、検出光学系に対する物体の反転の影響を受けることなく、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を精度良く計測することができる。
本発明は、第9の観点からすると、エネルギビームにより感光性の物体を露光して前記物体に所定のパターンを形成する露光装置であって、前記物体上に形成されたマークの位置を検出するマーク位置検出系と;前記マーク位置検出系の検出結果に基づいて前物体の位置を制御する制御装置と;を備え、前記マーク位置検出系が、本発明の第1の計測装置を有することを特徴とする第1の露光装置である。
これによれば、マーク位置検出系が上記本発明の第1の計測装置を有しているので、検出系に起因する検出ずれ(TIS)及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれ(WIS)の少なくとも一方を精度良く計測することができ、物体上に形成されたマークの位置を検出する際に、その精度良く計測された検出ずれを考慮した高精度なマーク位置の検出が可能となる。そして、制御装置により、露光の際に、そのマーク位置検出系の検出結果に基づいて物体の位置が制御される。すなわち、物体の位置を高精度に制御しつつ露光が行われる。従って、物体上にパターンを精度良く形成することが可能となる。
本発明は、第10の観点からすると、第1物体に形成された回路パターンを第2物体に転写する露光装置であって、前記第1物体に形成されたマークの位置を検出する第1マーク位置検出系と;前記第2物体に形成されたマークの位置を検出する第2マーク位置検出系と;前記第1及び第2マーク位置検出系の検出結果に基づいて、前記第1物体及び第2物体の位置を制御する制御系と;を備え、前記第1及び第2マーク位置検出系の少なくとも一方が、本発明の第1の計測装置を有することを特徴とする第2の露光装置である。
これによれば、第1及び第2マーク位置検出系の少なくとも一方の特定のマーク位置検出系が、上記本発明の第1の計測装置を有しているので、その特定のマーク位置検出系では、検出系に起因する検出ずれ(TIS)及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれ(WIS)の少なくとも一方を精度良く計測することができるとともに、検出対象の物体(第1物体及び第2物体の少なくとも一方)上に形成されたマークの位置を検出する際に、その精度良く計測された検出ずれを考慮した高精度なマーク位置の検出が可能となる。そして、制御系により、露光の際に、第1及び第2マーク位置検出系の検出結果に基づいて、第1物体及び第2物体の位置が制御される。この結果、第1物体と第2物体との重ね合わせ精度が向上し、第1物体のパターンを第2物体上に精度良く重ね合わせて形成することが可能となる。
本発明は、第11の観点からすると、物体上の所定点に検出領域を設定し、該検出領域のパターンを検出光学系を介して光学的に検出する検出系と;前記物体上の所定領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出し前記所定領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置に応じた光電変換信号を出力する焦点位置検出装置と;前記物体を少なくとも前記光軸方向に駆動する第1駆動機構と;前記物体と前記検出光学系とを相対的に少なくとも180°前記光軸方向の軸回りに回転駆動可能な第2駆動機構と;前記物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、前記焦点位置検出装置を用いて前記物体上の計測対象パターンの近傍の照射領域に前記結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光の前記光電変換信号に基づいて前記第1駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第1面内位置情報を検出する第1検出制御系と;
前記第2駆動機構を介して前記物体を前記第1の状態から前記検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記焦点位置検出装置を用いて前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光の光電変換信号に基づいて前記第1駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を検出する第2検出制御系と;前記第1及び第2面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する算出装置と;を備える第2の計測装置である。
これによれば、第1検出制御系が、上記第1の状態で、焦点位置検出装置を用いて物体上の計測対象パターンの近傍の照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の物体表面からの反射光の光電変換信号に基づいて第1駆動機構を介して物体表面の光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、検出系を用いて計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの光軸に直交する面内の第1面内位置情報を検出する。このため、デフォーカスがない状態で第1面内位置情報が得られるので、精度良く第1面内位置情報を得ることができる。
また、第2検出制御系では、第2駆動機構を介して物体を前記第1の状態から検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、焦点位置検出装置を用いて前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光の光電変換信号に基づいて第1駆動機構を介して物体表面の光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、検出系を用いて計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を検出する。この場合、第1の状態と第2の状態とで同一の領域に結像光束が照射されているので、物体を第1の状態から検出光学系に対して相対的に180°回転した後のフォーカス状態の調整に際して、回転前のフォーカス状態が正確に再現される。そして、このフォーカス状態が正確に再現された状態で、かつデフォーカスがない状態で計測対象パターンの光軸に直交する面内の第2面内位置情報が得られるので、精度良く第2面内位置情報を得ることができる。
そして、算出装置では、このようにして得られた第1及び第2面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する。従って、本発明によれば、検出光学系に対する物体の反転の影響を受けることなく、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を精度良く計測することができる。
本発明は、第12の観点からすると、エネルギビームにより感光性の物体を露光して前記物体に所定のパターンを形成する露光装置であって、前記物体上に形成されたマークの位置を検出するマーク位置検出系と;前記マーク位置検出系の検出結果に基づいて前物体の位置を制御する制御装置と;を備え、前記マーク位置検出系が、請求項15に記載の計測装置を有することを特徴とする第3の露光装置である。
これによれば、マーク位置検出系が本発明の第2の計測装置を有しているので、検出系に起因する検出ずれ(TIS)及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれ(WIS)の少なくとも一方を精度良く計測することができ、物体上に形成されたマークの位置を検出する際に、その精度良く計測された検出ずれを考慮した高精度なマーク位置の検出が可能となる。そして、制御装置により、露光の際に、そのマーク位置検出系の検出結果に基づいて物体の位置が制御される。すなわち、物体の位置を高精度に制御しつつ露光が行われる。従って、物体上にパターンを精度良く形成することが可能となる。
本発明は、第13の観点からすると、第1物体に形成された回路パターンを第2物体に転写する露光装置であって、前記第1物体に形成されたマークの位置を検出する第1マーク位置検出系と;前記第2物体に形成されたマークの位置を検出する第2マーク位置検出系と;前記第1及び第2マーク位置検出系の検出結果に基づいて、前記第1物体及び第2物体の位置を制御する制御系と;を備え、前記第1及び第2マーク位置検出系の少なくとも一方が、本発明の第2の計測装置を有することを特徴とする第4の露光装置である。
これによれば、第1及び第2マーク位置検出系の少なくとも一方の特定のマーク位置検出系が、上記本発明の第2の計測装置を有しているので、その特定のマーク位置検出系では、検出系に起因する検出ずれ(TIS)及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれ(WIS)の少なくとも一方を精度良く計測することができるとともに、検出対象の物体(第1物体及び第2物体の少なくとも一方)上に形成されたマークの位置を検出する際に、その精度良く計測された検出ずれを考慮した高精度なマーク位置の検出が可能となる。そして、制御系により、露光の際に、第1及び第2マーク位置検出系の検出結果に基づいて、第1物体及び第2物体の位置が制御される。この結果、第1物体と第2物体との重ね合わせ精度が向上し、第1物体のパターンを第2物体上に精度良く重ね合わせて形成することが可能となる。
また、リソグラフィ工程において、本発明の第1〜第4の露光装置のいずれかを用いて露光を行うことにより、物体上にパターンを精度良く形成することができ、これにより、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができる。同様に、リソグラフィ工程において、本発明の第1、第2の露光方法を用いることにより、物体上にパターンを精度良く形成することができ、これにより、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができる。従って、本発明は、更に別の観点からすると、本発明の第1〜第4の露光装置のいずれか、又は本発明の第1、第2の露光方法のいずれかを用いるデバイス製造方法であるとも言える。From a first viewpoint, the present invention is a pattern detection apparatus for optically detecting a pattern formed on an object, wherein a detection area is set at a predetermined point on the object, and the pattern of the detection area is set. A detection system that optically detects via a detection optical system; and is coupled to at least one set of irradiation regions that are rotationally symmetric with respect to the detection region on the object and extend in a direction away from the detection region, respectively. An irradiation system capable of irradiating an image light beam, and an optical axis direction of the detection optical system in the irradiation area where the reflected light from the object surface of any one of the imaged light beams is photoelectrically detected and irradiated with the image light beam A focus position detection device having a light receiving system that outputs a photoelectric conversion signal according to the position of the object surface.
According to this, the focus position detecting device can irradiate the imaging light flux respectively on at least one set of irradiation areas that are rotationally symmetric with respect to the detection area on the object and extend in a direction away from the detection area. Has an irradiation system. For this reason, an image forming light beam is irradiated from the irradiation system onto a certain area on the object (referred to as “first irradiation area” for convenience), and the reflected light from the object surface of the image forming light beam is converted into a photoelectric conversion signal by the light receiving system. Based on the detection result, the position in the optical axis direction of the object surface is detected, and the position in the optical axis direction of the object is adjusted based on the detection result. ) In the state after the inversion of the object, the first irradiation area on the object coincides with the irradiation area (referred to as a “second irradiation area” for convenience) that forms a pair with the first irradiation area before the inversion. ing. Therefore, after the object is inverted, the second irradiation area on the object before the inversion (that is, the first irradiation area on the object after the inversion) is irradiated with the imaging light beam, and the imaging light beam is reflected from the object surface. By detecting the optical axis position of the object surface based on the photoelectric conversion signal from the light receiving system and adjusting the optical axis position of the object based on the detection result, the same focus state as before the inversion can be accurately reproduced. Is done. Therefore, according to the pattern detection apparatus of the present invention, it is possible to accurately reproduce the focus state before inversion after the inversion of the object on which the detection target pattern is formed.
In this case, the irradiation system may be capable of irradiating the image forming light beams to two sets of irradiation regions that are rotationally symmetric with respect to the predetermined point with respect to the two orthogonal axes.
From a second aspect, the present invention is a method of using the pattern detection apparatus of the present invention, wherein the positional relationship between the object on which the measurement target pattern is formed and the detection optical system is in a predetermined state. In a state, a first imaging light beam is irradiated from the irradiation system constituting the focal position detection device to a predetermined irradiation region in the vicinity of the measurement target pattern on the object, and the photoelectric conversion signal output from the light receiving system Adjusting the position of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system based on the position of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system adjusted using the detection system. Optically detecting a measurement target pattern and obtaining first in-plane position information in a plane perpendicular to the optical axis of the measurement target pattern; and detecting the object from the first state to the detection optical system; Relatively 180 ° times In the second state, the irradiation region is irradiated with a second imaging light beam different from the first imaging light beam from the irradiation system, and the detection is performed based on a photoelectric conversion signal output from the light receiving system. Adjusting the position of the object surface with respect to the optical axis direction of the optical system; optically detecting the measurement target pattern using the detection system with the optical axis direction position of the object surface adjusted; Obtaining a second in-plane position information in a plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern.
According to this, in the first state where the positional relationship between the object and the detection optical system is in a predetermined state, from the irradiation system constituting the focal position detection device in the predetermined irradiation region near the measurement target pattern on the object The position of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system is adjusted based on the photoelectric conversion signal from the light receiving system that irradiates the first imaging light beam and photoelectrically detects the reflected light from the object surface of the imaging light beam. . With this adjustment made (the positional relationship between the object and the detection optical system in the plane perpendicular to the optical axis is the same as in the first state), the measurement target pattern is optically detected using the detection system. Then, first in-plane position information in a plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern is obtained. Next, the irradiation in which the first imaging light beam is irradiated in a state where the object is rotated by 180 ° relative to the detection optical system from the first state (more precisely, the above-described adjusted state). A region is irradiated with a second imaging light beam different from the first imaging light beam from the irradiation system, and reflected light from the object surface of the imaging light beam is detected based on a photoelectric conversion signal from a light receiving system. The position of the object surface with respect to the optical axis direction of the optical system is adjusted, and this adjustment is made (the positional relationship between the object and the detection optical system in the plane perpendicular to the optical axis is the same as in the second state) Thus, the measurement target pattern is optically detected using the detection system, and second in-plane position information in the plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern is obtained. Accordingly, it is possible to accurately obtain the position information of the pattern by accurately reproducing the focus state before the inversion after the object on which the pattern to be detected is formed.
In this case, the method further includes a step of calculating at least one of a detection deviation caused by a detection system and a detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern using the first and second in-plane position information. It can be.
From a third aspect, the present invention is a position measurement method for measuring the position of an object using the pattern detection apparatus of the present invention, and the positional relationship between the object on which the measurement target pattern is formed and the detection optical system In a first state where the first imaging light beam is irradiated from the irradiation system constituting the focal position detection device to a predetermined irradiation region in the vicinity of the measurement target pattern on the object, Adjusting the position of the object surface opened in the optical axis direction of the detection optical system based on a photoelectric conversion signal output from the system; and adjusting the position of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system In a state where the measurement target pattern is optically detected using the detection system to obtain first in-plane position information in a plane perpendicular to the optical axis of the measurement target pattern;
In a second state in which the object is rotated from the first state by 180 ° relative to the detection optical system, a second different from the first imaging light flux from the irradiation system to the irradiation region. Irradiating an imaging light beam and adjusting the position of the object surface relative to the optical axis direction of the detection optical system based on a photoelectric conversion signal output from the light receiving system; and adjusting the position of the object surface in the optical axis direction In a state where the measurement target pattern is optically detected using the detection system to obtain second in-plane position information in a plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern; Calculating at least one of a detection deviation caused by a detection system and a detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern using the second in-plane position information; and the first in-plane position information and the second One of the in-plane position information and the calculation Calculating a position of the object based on the detected shift that; a first position measuring method comprising.
That is, the first position measurement method of the present invention uses each step of the above-described use method of the present invention and the first and second in-plane position information obtained during the execution of the use method. Calculating at least one of a detection deviation (TIS) due to the detection deviation and a detection deviation (WIS) due to the formation state of the measurement target pattern, one of the first in-plane position information and the second in-plane position information, Calculating the position of the object based on the calculated detection deviation. Therefore, according to the first position measurement method of the present invention, the first in-plane position information, the second in-plane position information, the detection deviation caused by the detection system, and the measurement are not affected by the inversion of the object. At least one of the detection deviations caused by the formation state of the target pattern can be obtained with high accuracy, and one of the first in-plane position information and the second in-plane position information obtained with high accuracy and the calculated detection deviation. By calculating the position of the object based on the above, it is possible to obtain the position information of the object with high accuracy without being affected by the detection deviation.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exposure method for exposing a photosensitive object with an energy beam to form a predetermined pattern on the object, wherein the object is measured by the first position measuring method of the present invention. A first exposure method comprising: a step of measuring a position; and a step of exposing the object with the energy beam while controlling the position of the object based on the measured position information.
According to this, the object is exposed by the energy beam while controlling the position of the object based on the position information of the object accurately obtained by the first position measuring method of the present invention. That is, exposure is performed while controlling the position of the object with high accuracy. Therefore, the pattern can be formed on the object with high accuracy.
According to a fifth aspect of the present invention, in the first state where the positional relationship between the object on which the measurement target pattern is formed and the detection optical system is in a predetermined state, the predetermined vicinity of the measurement target pattern on the object is determined. The object relating to the optical axis direction of the detection optical system in the irradiation region is obtained by irradiating the irradiation region with an imaging light beam and photoelectrically detecting the reflected light from the object surface of the imaging light beam through the detection optical system. Obtaining the first position information of the surface; and adjusting the position of the object surface in the optical axis direction based on the first position information, and using the detection system including the detection optical system, the measurement target pattern A first detection step of obtaining first in-plane position information in a plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern; and detecting the object from the first state to the detection optical system Relatively 180 degrees rotated In this state, the imaging region is irradiated with an imaging light beam, and reflected light from the object surface of the imaging light beam is photoelectrically detected, and the object surface relative to the optical axis direction of the detection optical system in the irradiation region is detected. 2) obtaining the position information; optically detecting the measurement target pattern using the detection system in a state in which the position of the object surface in the optical axis direction is adjusted based on the second position information; A second detection step of obtaining second in-plane position information in a plane perpendicular to the optical axis of the first detection position; and a detection deviation caused by the detection system and the measurement object using the first and second in-plane position information. Calculating at least one of detection deviations caused by a pattern formation state.
According to this, in the first state, the focus of the object is based on the first position information regarding the optical axis direction of the object surface obtained by irradiating the image forming light beam to the irradiation area near the measurement target pattern. With the state adjusted, a measurement target pattern is detected, and first in-plane position information in a plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern is obtained. In this case, since the first in-plane position information can be obtained without defocusing, the first in-plane position information can be obtained with high accuracy. Even in the second state in which the object is rotated by 180 ° relative to the detection optical system from the first state, an image is formed on the same irradiation region as the region irradiated with the imaging light beam in the first state. The light beam is irradiated, and the focus state of the object is adjusted based on the second position information regarding the optical axis direction of the object obtained by the irradiation. In this case, since the same region is irradiated with the imaging light beam in the first state and the second state, the object is rotated 180 ° relative to the detection optical system from the first state. When adjusting the focus state, the focus state before rotation is accurately reproduced. Then, by detecting the measurement target pattern in a state in which this focus state is accurately reproduced, second in-plane position information in the plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern is obtained. Also in this case, since the second in-plane position information can be obtained without defocusing, the second in-plane position information can be obtained with high accuracy.
Then, using the first and second in-plane position information obtained in this manner, at least one of a detection deviation caused by the detection system and a detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern is calculated. Therefore, according to the present invention, it is possible to accurately measure at least one of the detection deviation caused by the detection system and the detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern without being affected by the inversion of the object with respect to the detection optical system. Can do.
In this case, in the first state, the imaging light beam is irradiated in the second state almost in the same region as the predetermined irradiation region on the object irradiated with the imaging light beam. In addition, the method may further include a step of moving the object in a plane orthogonal to the optical axis after the first detection step and before the second detection step.
In the first measurement method of the present invention, when a plurality of imaging light beams can be irradiated on the object, the predetermined irradiation on the object irradiated with the imaging light beam in the first state. In the first detection step and the second detection step, the image forming light beam irradiated on the object is irradiated so that the image forming light beam is irradiated onto the substantially same region as that in the second state. It can be used by switching.
From a sixth viewpoint, the present invention is a position measurement method for measuring the position of an object, and is a first state in which the positional relationship between the object on which the measurement target pattern is formed and the detection optical system is in a predetermined state. And irradiating a predetermined irradiation area on the object in the vicinity of the measurement target pattern with an imaging light beam, photoelectrically detecting reflected light from the object surface of the imaging light beam through the detection optical system, and Obtaining the first position information of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system in the irradiation region; and adjusting the position of the object surface with respect to the optical axis direction based on the first position information; A first detection step of optically detecting the measurement target pattern using a detection system including a detection optical system to obtain first in-plane position information in a plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern; From the first state to the The irradiation region is irradiated with an imaging light beam in a second state rotated by 180 ° relative to the exit optical system, and reflected light from the object surface of the imaging light beam is photoelectrically detected to detect the irradiation region. Obtaining the second position information of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system in the above; using the detection system in a state where the position of the object surface in the optical axis direction is adjusted based on the second position information A second detection step of optically detecting the measurement target pattern and obtaining second in-plane position information in a plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern; and the first and second in-plane position information. And calculating at least one of detection deviation caused by the detection system and detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern; one of the first in-plane position information and the second in-plane position information And the calculated detection deviation Calculating a position of the object based on the second position measuring method. That is, the second position measurement method is based on each step of the first measurement method, one of the first in-plane position information and the second in-plane position information, and the calculated detection deviation. And calculating the position of the object.
Therefore, according to the second position measuring method of the present invention, the first position measuring method of the present invention is not affected by the inversion of the object, and the first in-plane position information, the second in-plane position information, In addition, at least one of detection deviation (TIS) caused by the detection system and detection deviation (WIS) caused by the formation state of the measurement target pattern can be obtained with high accuracy. Then, by calculating the position of the object based on one of the first in-plane position information and the second in-plane position information obtained with high accuracy and the calculated detection deviation, it is affected by the detection deviation. Therefore, the position information of the object can be obtained with high accuracy.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an exposure method for exposing a photosensitive object with an energy beam to form a predetermined pattern on the object, wherein the object is obtained by the second position measurement method of the present invention. A step of measuring the position of the object, and a step of exposing the object with the energy beam while controlling the position of the object based on the measured position information.
According to this, the object is exposed by the energy beam while controlling the position of the object based on the position information of the object accurately obtained by the second position measurement method of the present invention. That is, exposure is performed while controlling the position of the object with high accuracy. Therefore, the pattern can be formed on the object with high accuracy.
According to an eighth aspect of the present invention, a detection system that sets a detection region at a predetermined point on an object and optically detects a pattern of the detection region via a detection optical system;
An irradiation system capable of irradiating at least one set of irradiation regions, each of which is rotationally symmetric with respect to the detection region on the object and extending in a direction away from the detection region; A light receiving system for photoelectrically detecting reflected light from the object surface and outputting a photoelectric conversion signal corresponding to the position of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system in the irradiation region irradiated with the imaging light beam; A focus position detection device having: a first drive mechanism for driving the object in at least the optical axis direction; and relatively rotating the object and the detection optical system around an axis in the optical axis direction by at least 180 ° The focal position detection device is configured in an irradiation region in the vicinity of the measurement target pattern on the object in a first state in which the positional relationship between the object and the detection optical system is in a predetermined state. The first imaging light beam is irradiated from the irradiation system and the reflected light from the object surface of the imaging light beam is received through the first drive mechanism based on the photoelectric conversion signal output from the light receiving system. The position of the object surface in the optical axis direction is adjusted, and in the state after the adjustment, the measurement target pattern is optically detected using the detection system, and is orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern. A first detection control system for detecting first in-plane position information in the plane;
In the second state in which the object is rotated by 180 ° relative to the detection optical system from the first state via the second driving mechanism, the first connection is made from the irradiation system to the irradiation region. A second imaging light beam different from the image light beam is irradiated, and a reflected light from the object surface of the imaging light beam is received, and a photoelectric conversion signal output from the light receiving system is received via the first drive mechanism. Adjusting the position of the object surface with respect to the optical axis direction and, in the state after the adjustment, using the detection system, second in-plane position information in a plane perpendicular to the optical axis of the measurement target pattern is obtained. Calculating at least one of a detection deviation caused by the detection system and a detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern, using the second detection control system to be detected; and the first and second in-plane position information. A first meter comprising: a calculation device; It is a device.
According to this, in the first state where the positional relationship between the object and the detection optical system is in a predetermined state, the focus position detection device is applied to the irradiation region in the vicinity of the measurement target pattern on the object. The object surface is irradiated via the first drive mechanism on the basis of the photoelectric conversion signal output from the light receiving system that receives the reflected light from the object surface of the imaged light beam. In the first surface in the plane perpendicular to the optical axis of the measurement target pattern, the position of the measurement target pattern is adjusted and the measurement target pattern is optically detected using the detection system in the adjusted state. Detect location information. For this reason, since the first in-plane position information can be obtained without defocusing, the first in-plane position information can be obtained with high accuracy.
Further, in the second detection control system, the object is moved from the irradiation system to the irradiation area in the second state in which the object is rotated by 180 ° relative to the detection optical system from the first state via the second drive mechanism. A second imaging light beam different from the first imaging light beam is irradiated, and a reflected light from the object surface of the imaging light beam is received through a first drive mechanism based on a photoelectric conversion signal output from a light receiving system. Then, the position of the object surface in the optical axis direction is adjusted, and in the state after the adjustment, second in-plane position information in the plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern is detected using the detection system. In this case, since the first imaging light beam and the second imaging light beam are irradiated on the same region in the first state and the second state, the object is moved from the first state to the detection optical system. When the focus state is adjusted after a relative rotation of 180 °, the focus state before the rotation is accurately reproduced. Then, the position information in the second plane in the plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern can be obtained in a state where this focus state is accurately reproduced and in the absence of defocus. Location information can be obtained.
Then, the calculation device calculates at least one of the detection deviation caused by the detection system and the detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern using the first and second in-plane position information obtained in this way. To do. Therefore, according to the present invention, it is possible to accurately measure at least one of the detection deviation caused by the detection system and the detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern without being affected by the inversion of the object with respect to the detection optical system. Can do.
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus that exposes a photosensitive object with an energy beam to form a predetermined pattern on the object, and detects a position of a mark formed on the object. A mark position detection system; and a control device that controls the position of the previous object based on a detection result of the mark position detection system, wherein the mark position detection system includes the first measurement device of the present invention. It is the 1st exposure apparatus characterized.
According to this, since the mark position detection system includes the first measurement apparatus of the present invention, the detection deviation (TIS) caused by the detection system and the detection deviation (WIS) caused by the formation state of the measurement target pattern. ) Can be measured with high accuracy, and when detecting the position of the mark formed on the object, it is possible to detect the mark position with high accuracy in consideration of the detection deviation measured with high accuracy. . Then, at the time of exposure, the position of the object is controlled by the control device based on the detection result of the mark position detection system. That is, exposure is performed while controlling the position of the object with high accuracy. Therefore, the pattern can be formed on the object with high accuracy.
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for transferring a circuit pattern formed on a first object to a second object, wherein the first mark detects a position of the mark formed on the first object. A position detection system; a second mark position detection system for detecting a position of a mark formed on the second object; and the first object and the first mark based on detection results of the first and second mark position detection systems. A second exposure apparatus, wherein at least one of the first and second mark position detection systems includes the first measurement device of the present invention. is there.
According to this, since at least one specific mark position detection system of the first and second mark position detection systems has the first measuring device of the present invention, the specific mark position detection system In addition, it is possible to accurately measure at least one of a detection deviation (TIS) caused by the detection system and a detection deviation (WIS) caused by the formation state of the measurement target pattern, and the object to be detected (first object and second object). When detecting the position of the mark formed on at least one of the objects, it is possible to detect the mark position with high accuracy in consideration of the detection deviation measured with high accuracy. Then, the positions of the first object and the second object are controlled by the control system based on the detection results of the first and second mark position detection systems at the time of exposure. As a result, the overlay accuracy of the first object and the second object is improved, and the pattern of the first object can be accurately superimposed on the second object.
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a detection system that sets a detection area at a predetermined point on the object and optically detects a pattern of the detection area via a detection optical system; Is irradiated with an imaging light beam, the reflected light from the object surface of the imaging light beam is photoelectrically detected, and a photoelectric conversion signal corresponding to the position of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system in the predetermined region is output. A first focus mechanism for driving the object in at least the optical axis direction; and relatively rotating the object and the detection optical system at least about 180 degrees around the axis in the optical axis direction. In the first state where the positional relationship between the object and the detection optical system is in a predetermined state, the focal position detection device is used to irradiate an irradiation region in the vicinity of the measurement target pattern on the object. Irradiating the imaging light beam; Based on the photoelectric conversion signal of the reflected light from the object surface of the imaging light beam, the position of the object surface in the optical axis direction is adjusted via the first drive mechanism, and in the state after the adjustment, A first detection control system for optically detecting the measurement target pattern using a detection system and detecting first in-plane position information in a plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern;
In the second state in which the object is rotated by 180 ° relative to the detection optical system from the first state via the second driving mechanism, the object is connected to the irradiation region using the focal position detection device. Adjusting the position of the object surface with respect to the optical axis direction via the first drive mechanism based on the photoelectric conversion signal of the reflected light from the object surface of the imaged light beam, and adjusting the position A second detection control system for detecting second in-plane position information in a plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern using the detection system in a later state; and the first and second in-plane positions; And a calculation device that calculates at least one of detection deviation caused by the detection system and detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern using information.
According to this, the first detection control system irradiates the irradiation region near the measurement target pattern on the object with the focal position detection device in the first state, and The position of the object surface in the optical axis direction is adjusted via the first drive mechanism based on the photoelectric conversion signal of the reflected light from the object surface, and the measurement target pattern is optically detected using the detection system in the state after the adjustment. The first in-plane position information in the plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern is detected. For this reason, since the first in-plane position information can be obtained without defocusing, the first in-plane position information can be obtained with high accuracy.
In the second detection control system, the focus position detection device is used in the second state in which the object is rotated by 180 ° relative to the detection optical system from the first state via the second drive mechanism. Irradiating the irradiation region with an imaging light beam, adjusting the position of the object surface with respect to the optical axis direction via the first drive mechanism based on the photoelectric conversion signal of the reflected light from the object surface of the imaging light beam; In the state after the adjustment, second in-plane position information in a plane perpendicular to the optical axis of the measurement target pattern is detected using a detection system. In this case, since the same region is irradiated with the imaging light beam in the first state and the second state, the object is rotated 180 ° relative to the detection optical system from the first state. When adjusting the focus state, the focus state before rotation is accurately reproduced. Then, the position information in the second plane in the plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern can be obtained in a state where this focus state is accurately reproduced and in the absence of defocus. Location information can be obtained.
Then, the calculation device calculates at least one of the detection deviation caused by the detection system and the detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern using the first and second in-plane position information obtained in this way. To do. Therefore, according to the present invention, it is possible to accurately measure at least one of the detection deviation caused by the detection system and the detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern without being affected by the inversion of the object with respect to the detection optical system. Can do.
From a twelfth aspect, the present invention is an exposure apparatus that exposes a photosensitive object with an energy beam to form a predetermined pattern on the object, and detects the position of a mark formed on the object. A mark position detection system; and a control device that controls a position of a previous object based on a detection result of the mark position detection system, wherein the mark position detection system includes the measurement device according to
According to this, since the mark position detection system has the second measuring apparatus of the present invention, detection deviation (TIS) caused by the detection system and detection deviation (WIS) caused by the formation state of the measurement target pattern. Can be measured with high accuracy, and when detecting the position of the mark formed on the object, it is possible to detect the mark position with high accuracy in consideration of the detection deviation measured with high accuracy. Then, at the time of exposure, the position of the object is controlled by the control device based on the detection result of the mark position detection system. That is, exposure is performed while controlling the position of the object with high accuracy. Therefore, the pattern can be formed on the object with high accuracy.
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for transferring a circuit pattern formed on a first object to a second object, wherein the first mark detects a position of the mark formed on the first object. A position detection system; a second mark position detection system for detecting a position of a mark formed on the second object; and the first object and the first mark based on detection results of the first and second mark position detection systems. And a control system that controls the position of two objects, wherein at least one of the first and second mark position detection systems includes the second measuring device of the present invention. is there.
According to this, since the specific mark position detection system of at least one of the first and second mark position detection systems has the second measuring device of the present invention, the specific mark position detection system In addition, it is possible to accurately measure at least one of a detection deviation (TIS) caused by the detection system and a detection deviation (WIS) caused by the formation state of the measurement target pattern, and the object to be detected (first object and second object). When detecting the position of the mark formed on at least one of the objects, it is possible to detect the mark position with high accuracy in consideration of the detection deviation measured with high accuracy. Then, the positions of the first object and the second object are controlled by the control system based on the detection results of the first and second mark position detection systems at the time of exposure. As a result, the overlay accuracy of the first object and the second object is improved, and the pattern of the first object can be accurately superimposed on the second object.
Further, in the lithography process, by performing exposure using any one of the first to fourth exposure apparatuses of the present invention, a pattern can be formed on the object with high accuracy, thereby achieving higher integration. Microdevices can be manufactured with high yield. Similarly, in the lithography process, by using the first and second exposure methods of the present invention, a pattern can be formed on an object with high accuracy, thereby producing a highly integrated microdevice with high yield. can do. Therefore, from another viewpoint, the present invention is a device manufacturing method using any one of the first to fourth exposure apparatuses of the present invention or any of the first and second exposure methods of the present invention. It can also be said.
図1は、本発明の一実施形態に係る露光装置を概略的に示す図である。
図2は、図1のウエハホルダをZ・チルトステージとともに一部破砕して示す図である。
図3は、図1のアライメントセンサの内部構成を示す図である。
図4Aは、視野絞り板を示す図であり、図4Bは、遮光板を示す図である。また図4C〜図4Gは視野絞り板の別形態を示す図である。
図5A、図5Bは、第1、第2検出系を構成する反射板の配置を説明するための図である。
図6Aは、ウエハ表面が最良焦点面よりも低い位置にあるときのラインセンサ上における結像状態を示す図、図6Bは、ウエハ表面が最良焦点面にあるときのラインセンサ上における結像状態を示す図、図6Cは、ウエハ表面が最良焦点面よりも高い位置にあるときのラインセンサ上における結像状態を示す図である。
図7は、ウエハ上のアライメントマークの配置を示す図である。
図8Aは、アライメントマークAM1を0°の状態で計測している状態を示す図、図8Bは、アライメントマークAM1を180°の状態で計測している状態を示す図である。
図9Aは、アライメントマークAM2を0°の状態で計測している状態を示す図、図9Bは、アライメントマークAM2を180°の状態で計測している状態を示す図である。
図10Aは、ウエハ及びアライメントマークを示す断面図、図10Bは、コマ収差及びエッジ傾きそれぞれのフォーカス状態に応じた計測結果を示すグラフである。
図11Aは、フォーカスオフセットがない状態での位置ずれ量を表すグラフ、図11Bは、図11Aの計測結果により求められるTIS、WISの算出結果を示すグラフである。
図12Aは、0°の状態、180°の状態の相互間でフォーカスオフセットがある状態での位置ずれ量を表すグラフ、図12Bは、図12Aの計測結果により求められるTIS、WISの算出結果を表すグラフである。
図13は、本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。
図14は、図13のステップ204の詳細を示すフローチャートである。FIG. 1 schematically shows an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the wafer holder of FIG. 1 partially broken together with the Z / tilt stage.
FIG. 3 is a diagram showing an internal configuration of the alignment sensor of FIG.
4A is a diagram showing a field stop plate, and FIG. 4B is a diagram showing a light shielding plate. 4C to 4G are diagrams showing other forms of the field stop plate.
5A and 5B are diagrams for explaining the arrangement of the reflectors constituting the first and second detection systems.
FIG. 6A is a diagram showing an imaging state on the line sensor when the wafer surface is at a position lower than the best focal plane, and FIG. 6B is an imaging state on the line sensor when the wafer surface is at the best focal plane. FIG. 6C is a diagram showing an imaging state on the line sensor when the wafer surface is at a position higher than the best focal plane.
FIG. 7 is a diagram showing the arrangement of alignment marks on the wafer.
FIG. 8A is a diagram illustrating a state in which the alignment mark AM1 is measured in a state of 0 °, and FIG. 8B is a diagram illustrating a state in which the alignment mark AM1 is measured in a state of 180 °.
FIG. 9A is a diagram illustrating a state in which the alignment mark AM2 is being measured at 0 °, and FIG. 9B is a diagram illustrating a state in which the alignment mark AM2 is being measured at 180 °.
FIG. 10A is a cross-sectional view showing a wafer and an alignment mark, and FIG. 10B is a graph showing measurement results according to the focus states of coma aberration and edge inclination.
FIG. 11A is a graph showing the amount of misalignment in the absence of focus offset, and FIG. 11B is a graph showing TIS and WIS calculation results obtained from the measurement results of FIG. 11A.
FIG. 12A is a graph showing the amount of positional deviation when there is a focus offset between the 0 ° state and the 180 ° state, and FIG. 12B shows the TIS and WIS calculation results obtained from the measurement results of FIG. 12A. It is a graph to represent.
FIG. 13 is a flowchart for explaining an embodiment of a device manufacturing method according to the present invention.
FIG. 14 is a flowchart showing details of
以下、本発明の一実施形態を図1〜図12Bに基づいて説明する。
図1には、本発明の一実施形態に係る露光装置100の概略構成が示されている。この露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光装置100は、照明系10、第1物体としてのレチクルRを保持するレチクルステージRST、投影光学系PL、第2物体としてのウエハWが搭載されるウエハステージWST、レチクルステージRST及びウエハステージWSTを制御するステージ制御装置19、並びに装置全体を統括制御する主制御装置20等を備えている。
前記照明系10は、例えば特開平6−349701号公報及びこれに対応する米国特許第5,534,970号などに開示されるように、光源、オプティカルインテグレータを含む照度均一化光学系、リレーレンズ、可変NDフィルタ、可変視野絞り(レチクルブラインド又はマスキングブレードとも呼ばれる)、及びダイクロイックミラー等(いずれも不図示)を含んで構成されている。ここで、オプティカルインテグレータとしてはフライアイレンズ、内面反射型インテグレータ(ロッドインテグレータ等)、あるいは回折光学素子等が用いられる。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
この照明系10は、前述のレチクルブラインドで規定されX軸方向(図1における紙面内左右方向)に細長く延びるレチクルR上のスリット状の照明領域部分を、露光用照明光(以下「露光光」という)ELによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、露光光ELとしては、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)などの遠紫外光、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)あるいはF2レーザ光(波長157nm)などの真空紫外光などが用いられる。露光光ELとして、超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線(g線、i線等)を用いることも可能である。
前記レチクルステージRST上には、そのパターン面(図1における下面)に回路パターンPAが形成されたレチクルRが、例えば真空吸着等により固定されている。レチクルステージRSTは、例えばリニアモータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータを含むレチクルステージ駆動部12によって、照明系10の光軸(後述する投影光学系PLの光軸AXに一致)に垂直なXY平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査方向(ここでは図1における紙面直交方向であるY軸方向とする)に指定された走査速度で駆動可能となっている。
レチクルステージRSTのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)16によって、移動鏡15を介して、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計16からのレチクルステージRSTの位置情報はステージ制御装置19及びこれを介して主制御装置20に供給される。ステージ制御装置19では、主制御装置20からの指示に応じ、レチクルステージRSTの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動部12を介してレチクルステージRSTを駆動制御する。
前記投影光学系PLは、レチクルステージRSTの図1における下方に配置され、その光軸AXの方向がZ軸方向とされている。投影光学系PLとしては、例えば両側テレセントリックで所定の縮小倍率(例えば1/5、又は1/4)を有する屈折光学系が使用されている。このため、照明系10からの露光光ELによってレチクルRの照明領域が照明されると、このレチクルRを通過した露光光ELにより、投影光学系PLを介してその照明領域内のレチクルRの回路パターンPAの縮小像(部分倒立像)が表面にレジスト(感光剤)が塗布されたウエハW上に形成される。
前記ウエハステージWSTは、投影光学系PLの図1における下方で、不図示のベース上に配置され、ウエハステージ駆動部24を構成する不図示のリニアモータ等によってXY方向へ駆動されるXYステージ31と、該XYステージ31上に載置され、不図示のZ・チルト駆動機構によって、Z軸方向及びXY面に対する傾斜方向へ微小駆動されるZ・チルトステージ30とを備えている。前記Z・チルトステージ30上には、ウエハホルダ25が設けられ、このウエハホルダ25によりウエハWが吸着保持されるようになっている。
ウエハホルダ25は、概略円板状の形状を有しており、その上面には、ウエハホルダ25をZ・チルトステージ30とともに一部破砕して示す図2から分かるように、同一高さを有する多数のピン64が設けられている。ウエハホルダ25上面の、多数のピン64とは機械的に干渉しない位置には不図示の吸引孔が多数設けられており、これらの吸引孔を介して不図示のバキュームポンプの真空吸引力によりウエハWがウエハホルダ25上に吸着保持されるようになっている。
また、Z・チルトステージ30には、図2に示されるように、ウエハホルダ25の下半部が嵌合可能な丸穴72が形成されている。ウエハホルダ25は、この丸穴72にその下半部が嵌合した状態で、不図示の真空吸引機構による真空吸引力により、Z・チルトステージ30に固定されるようになっている。
前記Z・チルトステージ30の底部には、前記丸穴72の内部の底面の中心部に相当する位置に、上下動・回転機構74が埋め込まれている。この上下動・回転機構74は、不図示のモータ等を含み、一端がウエハホルダの底面に固定された駆動軸75を上下動及びほぼ180°回転させることが可能な機構である。この上下動・回転機構74は、図1のウエハステージ駆動部24の一部を構成するもので、図1のステージ制御装置19によって制御される。
また、丸穴72の内部の底面上には、ウエハステージ駆動部24を構成する駆動機構により駆動される3本の上下動ピン(センターアップ)78が設けられている。これらの上下動ピン78は、ウエハホルダ25がZ・チルトステージ30上に吸着固定された状態では、それぞれの先端部が、当該各上下動ピン78に対向するウエハホルダ25の所定位置にそれぞれ形成された不図示の丸孔をそれぞれ介してウエハホルダ25の上面側に出没可能になっている。従って、ウエハ交換時には、3本の上下動ピン78によってウエハWを3点で支持し、あるいは上下動させたりすることができるようになっている。
また、Z・チルトステージ30上のウエハWの近傍には、基準マーク板40が固定されている。この基準マーク板40の表面は、ウエハWの表面と同じ高さに設定され、この表面には後述する複数の計測用マーク、いわゆるベースライン計測用の基準マーク、及びレチクルアライメント用の基準マークその他のマークが形成されている。
図1に戻り、XYステージ31は、走査方向(Y軸方向)の移動のみならず、ウエハW上の複数のショット領域を前記照明領域と共役な露光領域に位置させることができるように、走査方向に直交する非走査方向(X軸方向)にも移動可能に構成されており、ウエハW上の各ショット領域を走査(スキャン)露光する動作と、次ショットの露光のための走査開始位置(加速開始位置)まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作を行う。
ウエハステージWSTのXY平面内での位置(Z軸回りの回転(θz回転)を含む)は、Z・チルトステージ30の上面に設けられた移動鏡17を介して、ウエハレーザ干渉計システム18によって、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出されている。ここで、実際には、Z・チルトステージ30上には、図2に示されるように、走査方向(Y軸方向)に直交する反射面を有するY移動鏡17Yと非走査方向(X軸方向)に直交する反射面を有するX移動鏡17Xとが設けられ、これに対応してウエハレーザ干渉計システム18もY移動鏡17Yに垂直に干渉計ビームを照射するY干渉計と、X移動鏡17Xに垂直に干渉計ビームを照射するX干渉計とが設けられているが、図1ではこれらが代表的に移動鏡17、ウエハレーザ干渉計システム18として示されている。すなわち、本実施形態では、ウエハステージWSTの移動位置を規定する静止座標系(直交座標系)が、ウエハレーザ干渉計システム18のY干渉計及びX干渉計の測長軸によって規定されている。以下においては、この静止座標系を「ステージ座標系」とも呼ぶ。なお、ウエハレーザ干渉計システム18のY干渉計及びX干渉計の少なくとも一方は、測長軸を複数有する多軸干渉計であり、この干渉計によって、ウエハステージWST(より正確には、Z・チルトステージ30)のθz回転(ヨーイング)も計測されている。
ウエハステージWSTのステージ座標系上における位置情報(又は速度情報)はステージ制御装置19、及びこれを介して主制御装置20に供給される。ステージ制御装置19では、主制御装置20の指示に応じ、ウエハステージWSTの上記位置情報(又は速度情報)に基づき、ウエハステージ駆動部24を介してウエハステージWSTを制御する。
更に、図1に示されるように、本実施形態の露光装置100では、レチクルRの上方に、投影光学系PLを介してレチクルR上のレチクルマークと基準マーク板40のマークとを同時に観察するための露光波長の光を用いたTTR(Through The Reticle)アライメント光学系から成る一対のレチクルアライメント顕微鏡(以下、便宜上「RA顕微鏡」と呼ぶ)RA1、RA2が設けられている。これらのRA顕微鏡RA1、RA2の検出信号は、アライメント信号処理系21を介して、主制御装置20に供給されるようになっている。この場合、レチクルRからの検出光をそれぞれRA顕微鏡RA1及びRA2に導くためのプリズムから成る偏向ミラー50A及び50Bが移動自在に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御装置20からの指令のもとで、不図示のミラー駆動装置によりそれぞれ偏向ミラー50A及び50Bが待避される。なお、RA顕微鏡RA1、RA2と同等の構成は、例えば特開平7−176468号公報及びこれに対応する米国特許第5,646,413号などに詳細に開示されている。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
更に、この露光装置100は、マーク検出系としてのオフアクシス方式のアライメントセンサ14を備えている。このアライメントセンサ14は、所定の波長幅を有する照明光を基準マーク板40上のマーク、あるいはウエハW上のアライメントマークに照射し、それらのマークの像と、基準マーク板40及びウエハWと共役な面内に配置された指標板上の指標マークの像とを、対物レンズ等によって撮像素子(CCD等)の受光面上に結像する。そして、その結果として得られる撮像信号をアライメント信号処理系21に出力し、アライメント信号処理系21にて所定の処理を施して、前記指標マークの中心に対する検出対象のマークの位置情報を算出し、その位置情報を主制御装置20へ向けて出力する。
アライメントセンサ14は、図3に示されるように筐体130、該筐体130外部に設けられた光源103、該光源103から射出されるアライメント光ALを筐体130内に導くライトガイド104、前記筐体130内においてライトガイド104からの光の出射方向に順次配置されたコンデンサレンズ105、シャッタ106B、視野絞り板106A、レンズ系107、第1ビームスプリッタ108、該第1ビームスプリッタ108で反射された光の進行方向(−X側)に配置された対物レンズ109、第1ビームスプリッタ108の+X側に順次配置されたレンズ系111、第2ビームスプリッタ112、該第2ビームスプリッタ112の+Z側に配置されたセンサ内マーク検出系124、第2ビームスプリッタ112の+X側に配置された遮光板113、該遮光板113の後方(+X側)に配置された第1検出系1231及び第2検出系1232等を備えている。
前記光源103としては、ここではハロゲンランプを用いることとしている。このように光源103としてハロゲンランプを用いるのは、ハロゲンランプの出射光の波長域は500〜800nmであり、ウエハW上面に塗布されたフォトレジストを感光しない波長域であるため、及び波長帯域が広く、ウエハW表面における反射率の波長特性の影響を軽減することができるためである。
前記視野絞り板106Aは、図4Aに示されるように、中心部に形成されたほぼ正方形の形状を有する計測用開口OPと、該計測用開口OPの四辺それぞれの近傍に形成された各辺に垂直な方向を長手方向とする4つのスリット開口SOX1,SOX2,SOY1,SOY2とを備えている。従って、ウエハWに照射される照明光の像の形状は、計測用開口OP及びスリット開口SOX1〜SOY2と同一の形状、及び同一の配置となる(図8A参照)。また、視野絞り板106Aの光路前方に設けられたシャッタ106Bは、アライメント光ALの光路を制限する機能を有し、後述する計測対象のアライメントマークのウエハ上の位置に応じて、アライメント光ALのスリット開口SOX1〜SOY2への入射が選択的に制限されるようになっている。なお、スリット開口の形態としては、図4Aに示されるものに限らず、図4C〜図4Gに示されるような種々の形態を取り得るが、本実施形態では図4Aの視野絞り板106Aを使用するものとして説明する。
図3に戻り、前記第2ビームスプリッタ112にて反射した光の光路上に配置される前記センサ内マーク検出系124は、指標板120、レンズ系121、撮像素子122を含んで構成されている。
前記指標板120は、合点状態では、対物レンズ109とレンズ系111との合成系に関してウエハWの露光面と共役に配置されるとともに、レンズ系121に関して撮像素子122の受光面と共役に配置されている。この指標板120は、透明板の表面にクロム層等で指標マークが形成され、中央部以外の部分は透明な状態になっている。なお、この指標マークは、ウエハW上のX軸方向又はY軸方向と共役な方向の位置基準となっている。
前記撮像素子122は、例えば二次元CCD等からなり、その受光面に結像されたアライメントマークの反射像及び上記指標マークの投影像を撮像して光電変換する。また、光電変換により得られた画像信号をアライメント信号処理系21へ向けて出力する。
一方、前記第2ビームスプリッタ112を通過した光の光路上に配置される前記遮光板113は、図4Bに示されるように、透明板の中央部に遮光のための矩形領域113aが設けられており、その部分に入射する光(すなわち、計測用開口OPから射出され、ウエハ表面にて反射された光)をその光路後方に透過しないようになっている。その一方で、この遮光板113を透過した光は、第1、第2検出系1231,1232に入射する。
前記第1検出系1231は、反射板114A,114B、該反射板114A,114Bにてそれぞれ反射された光の光路後方(+Z側)に配置された反射板115A,115B、該反射板115A,115Bにおける反射光の光路後方に順次配置されたレンズ系116A、瞳分割ミラー117A、レンズ系118A、及びラインセンサ119Aを含んで構成されている。
また、前記第2検出系1232は、反射板114C,114D、該反射板114C,114Dにてそれぞれ反射された光の光路後方(+Z側)に配置された反射板115C,115D、該反射板115C,115Dにおける反射光の光路後方に順次配置されたレンズ系116B、瞳分割ミラー117B、レンズ系118B、及びラインセンサ119Bを含んで構成されている。
この場合、反射板114A〜114Dそれぞれの配置は、図5A、図5Bに示されるようになっている。すなわち、反射板114A〜114Dは、図5Bに示されるように、それぞれが+Z方向から見て重なり合わないように配置され、−X方向から見た状態では、視野絞り板106Aのスリット開口SOX1〜SOY2から射出される照明光(ILX1〜ILY2)に対応して配置されている。
図3に戻り、前記瞳分割ミラー117A,117Bは、2面が180度に近い鈍角で山型に形成されたプリズムから成り、その2面が反射面に仕上げられている。本実施の形態においては、反射面とされた2面の交線(山の稜線)が入射光の光軸と交差し、その光軸をほぼ90度横に振るように傾けて配置されている。前記ラインセンサ119A,119Bは、1次元CCD等から構成されている。
なお、アライメントセンサ14の筐体130の外側の対物レンズ109の−X側近傍には、光路を90°折り曲げ、ウエハW表面に照明光を導くためのプリズムミラー110が設けられている。
このように構成されるアライメントセンサ14の作用を説明すると、光源103からのアライメント光ALは、ライトガイド104を介して筐体130内の所定位置まで導かれる。ライトガイド104の射出端から射出されたアライメント光ALは、コンデンサレンズ105を介して視野絞り板106Aに入射し、ウエハWに照射される照明光の像の形状が規定される。
視野絞り板106Aを通過した照明光は、レンズ系107を介して第1ビームスプリッタ108に入射し、この第1ビームスプリッタ108で反射した照明光は、対物レンズ109を透過した後、筐体130から出射される。照明光が筐体130から出射されると、プリズムミラー110によって反射され、ウエハWに形成されているアライメントマーク近傍を照明する。この場合、ウエハWは、アライメントマークが形成された領域がレンズ系107と対物レンズ109との合成系に関して視野絞り板106Aとほぼ共役(結像関係)となるように配置されている。このとき、照明光ILは視野絞り板106Aにて整形されているため、シャッタ106Bが照明光を遮光しない場合には、ウエハW上には、ほぼ正方形の形状を有する照明光MLと、4つのスリット状の照明光ILX1,ILX2,ILY1,ILY2とが照射されることになる(図8A等参照)。
ウエハWに照明光が照射され、ウエハW表面で反射された反射光は、先ほど進行してきた光路を逆に進行し、プリズムミラー110、対物レンズ109を介して第1ビームスプリッタ108に再度入射する。この第1ビームスプリッタ108を透過した光は、レンズ系111を介して第2ビームスプリッタ112に入射する。
この第2ビームスプリッタ112で反射された光は、指標板120及びレンズ系121を介して、撮像素子122の受光面にて受光される。これにより、撮像素子122の受光面には、アライメントマークの反射像及び上記指標マークの投影像が結像される。そして、それらの像に対応する光が撮像素子によって光電変換され、この光電変換により得られた撮像信号は、アライメント信号処理系21へ出力される。そして、アライメント信号処理系21では、撮像信号に基づき、ウエハWに関するX軸方向及びY軸方向における位置情報が、前述したステージ座標系上におけるアライメントマークのX座標又はY座標として求められる。
一方、第2ビームスプリッタ112を透過した光は、遮光板113に入射する。この遮光板113は、ウエハWからの照明光MLの反射光を遮光する。
そして、遮光板113を透過したウエハWからの4つの照明光ILX1〜ILY2の反射光のうちの2つの光は、その光路上に配置された、第1検出系1231を構成する反射板114A,114Bにより反射され、残りの2つの光は、その光路上に配置された、第2検出系1232を構成する反射板114C,114Dにより反射される。この場合、反射板114Aには、照明光ILY1の反射光が入射し、反射板114Bには、照明光ILX1の反射光が入射し、反射板114Cには、照明光ILY2の反射光が入射し、反射板114Dには、照明光ILX2の反射光が入射する(図5A参照)。
反射板114A、114Bにて反射された照明光ILY1,ILX1は、反射板115A,115Bにてそれぞれ再度反射され、レンズ系116Aを介して瞳分割ミラー117Aに入射する。ここで、瞳分割ミラー117Aにおいては、入射された2つの光(照明光ILY1,ILX1)がそれぞれ2つの光束に分割されるようになっており、分割された計4つの光束は、ラインセンサ119A上に結像される。これにより、ラインセンサ119A上に、照明光ILY1による像(瞳分割ミラー117Aで分割された2つの像)と、照明光ILX1による像(瞳分割ミラー117Aで分割された2つの像)の合計4つの像が結像されることになる。図6A〜図6Cには、照明光ILX1の2つの像がラインセンサ上に結像された状態が代表的に示されている。
ここで、ウエハWの表面がアライメントセンサ14の最良焦点面と一致している場合には、ラインセンサ119A上に結像される照明光ILX1の2つの像の間隔が、図6Bに示されるように距離d0となるものとする。このとき、ウエハWの表面がアライメントセンサ14の最良焦点面よりも低い位置にある場合には、図6Aに示されるようにラインセンサ119Aよりも光路前方の位置に焦点を有することとなるため、2つの像の距離(像の中心同士の距離)としては、図6Bの距離d0よりも短い距離dLがラインセンサ119Aによって計測されることが分かる。一方、ウエハWの表面がアライメントセンサ14の最良焦点面よりも高い位置にある場合には、図6Cに示されるようにラインセンサ119Aの後方の位置に焦点を有するため、2つの像の距離(中心間距離)としては、図6Bの距離d0よりも長い距離dUがラインセンサ119Aによって計測されることが分かる。
このように、ウエハWの位置によりラインセンサ119Aにおける計測結果が異なることから、基準となる最良焦点面にウエハWがある場合の2つの像の距離d0の値をアライメント信号処理系21内のメモリに記憶しておき、その値と計測された値とに基づいて、ウエハW表面の位置を計測することができる。
従って、Z・チルトステージ30上に設けられた基準マーク板40のマークと投影光学系PLの結像面とが一致した状態において、ラインセンサ119A上に再結像される照明光ILX1による反射光の像の位置を基準位置としてアライメント信号処理系21に記憶しておく。なお、基準マーク板40の代わりにウエハ上のアライメントマークを用いてアライメントマークと投影光学系PLの結像面とが一致した状態においてラインセンサ119A上に再結像される像の位置を基準位置として予めアライメント信号処理系21に格納しておくようにしても良い。
他方の照明光ILY1を用いたウエハW表面の位置も上記と同様にして計測することができる。
その後、ラインセンサ119Aは、その受光面に結像された像を撮像して光電変換し、光電変換された電気信号はアライメント信号処理系21に向けて出力される。
一方、反射板114C、114Dにて反射された照明光ILX2,ILY2は、反射板115C,115Dにてそれぞれ再度反射され、レンズ系116Bを介して瞳分割ミラー117Bに入射する。そして瞳分割ミラー117Bにてそれぞれ2分割された光束は、レンズ系118Bを介してラインセンサ119Bに入射する。これにより、ラインセンサ119B上に、照明光ILX2の像(瞳分割ミラー117Bで分割された2つの像)と、照明光ILY2の像(瞳分割ミラー117Bで分割された2つの像)の合計4つの像が結像されることになる。なお、照明光ILX2の像と照明光ILY2の像は、ラインセンサ119B上の異なる位置にそれぞれ形成される。ラインセンサ119Bは、その受光面に結像された像を撮像して光電変換する。光電変換された電気信号はアライメント信号処理系21へ向けて出力される。
そして、アライメント信号処理系21において、照明光ILX1,ILY1(又はILX2,ILY2)の反射光によりラインセンサ119A(又は119B)上に形成された像のラインセンサ119A(又は119B)上での位置の、前記格納された基準位置(ラインセンサ119A(又は119B)上の合焦時の照明光ILX1,ILY1(又はILX2,ILY2)の像の位置)に対する横ずれ量及び横ずれの発生方向から計測しようとするアライメントマークのZ軸方向の位置ずれ(位置ずれ方向と位置ずれ量)が検出されることになる。
このようにして検出された位置ずれ量に基づいて、主制御装置20の制御の下、ステージ制御装置19がウエハステージ駆動部24を介して、Z・チルトステージ30を駆動することで、アライメント時のウエハW表面を最良焦点面に位置合わせすることが可能となっている。
露光装置100には、さらに、投影光学系PLの最良結像面に向けて複数のスリット像を形成するための結像光束を光軸AX方向に対して斜め方向より供給する不図示の照射光学系と、その結像光束のウエハWの表面での各反射光束をそれぞれスリットを介して受光する不図示の受光光学系とから成る斜入射方式の多点フォーカス検出系が、投影光学系PLを支える支持部(図示省略)に固定されている。この多点フォーカス検出系としては、例えば特開平6−283403号公報及びこれに対応する米国特許第5,448,332号等に開示されるものと同様の構成のものが用いられ、ステージ制御装置19はこの多点フォーカス検出系からのウエハ位置情報に基づいてZ・チルトステージ30をZ軸方向及び傾斜方向に駆動する。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
主制御装置20は、マイクロコンピュータ又はワークステーションを含んで構成され、装置の構成各部を統括して制御する。
次に、上述のようにして構成された本実施形態の露光装置100によりウエハWに対して第2層目(セカンドレイヤ)以降の層の露光処理が行われる際の一連の動作について、説明する。
まず、不図示のレチクルローダによって、レチクルステージRST上にレチクルRがロードされる。このレチクルRのロード後、主制御装置20では、レチクルアライメント及びアライメントセンサ14のベースライン計測を行う。
具体的には、主制御装置20は、レチクル干渉計16及びウエハ干渉計システム18の計測結果に基づいてステージ制御装置19に指示を与え、レチクルアライメント顕微鏡RA1,RA2を用いて、ウエハステージWST上の基準マーク板40に形成された例えば4対のレチクルアライメント用基準マーク(以下、「第1基準マーク」と呼ぶ)のうちの所定の一対の第1基準マークと、これに対応するレチクルR上のレチクルマークの像とを同時に観察可能な位置に、レチクルステージRST、ウエハステージWSTを移動する。
次に、主制御装置20では、レチクルアライメント顕微鏡RA1,RA2を用いて、前記所定の一対の第1基準マークに対応する一対のレチクルマークの像の位置ずれ量を計測する。
次いで、主制御装置20では、ステージ制御装置19に指示を与え、基準マーク板40とレチクルRとを投影倍率比でY軸方向に同期して移動することによって、順次他の3対の基準マークに対するレチクルマーク像の位置ずれ量を計測する。
そして、主制御装置20では、これら4対のレチクルマークの位置ずれ量から、基準マーク板40ひいてはウエハステージWSTに対するレチクルRの投影像の位置ずれ量のオフセット、回転角、ディストーション、及び走査方向の角度ずれ等を算出し、この算出結果をRAM内の一時記憶領域に記憶する。なお、このレチクルアライメント動作は、前述の特開平7−176468号公報及びこれに対応する米国特許第5,646,413号などに詳細に開示されている。
上記のレチクルアライメント終了後、主制御装置20では、アライメントセンサ14の真下に基準マーク板40が配置されるようにウエハステージWSTを移動して、基準マーク板40上の第1基準マークとは異なる第2基準マークのアライメントセンサ14の検出中心に対する位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量の検出結果と、このときのウエハ干渉計システム18の計測値と、設計上のベースラインとに基づいてアライメントセンサ14のいわゆるベースラインを算出する。
このような一連の準備作業が終了すると、1ロットの先頭のウエハ(ロット先頭ウエハ)に対する露光動作を行う前に、次のようにして、アライメントセンサ14の検出ずれ(後述するTIS)及び上記ロット先頭ウエハのアライメント動作が行われる。本実施形態では、アライメントセンサ14の検出ずれを算出するために2つのアライメントマーク(ここでは、図7に示されるウエハW外縁部近傍に形成されたY軸方向計測用のアライメントマークAM1,およびX軸方向計測用のアライメントマークAM2)を計測するものとして、以下説明する。なお、アライメントマークとしては各方向計測用のマークを複数計測し、その平均値を取るような方法を採用することとしても良い。なお、以下の説明においては、説明の便宜上、ウエハステージWST上にロードされたウエハWの状態を「0°の状態」と呼ぶものとする。
a.まず、主制御装置20は、ステージ制御装置19に対してXYステージ31を移動するよう指示を出し、この指示に応じて、ステージ制御装置19は、ウエハステージ駆動部24を介して、ウエハW上の計測対象のアライメントマークAM1(図7参照)がアライメントセンサ14の検出領域(照明光MLの照射領域)内に位置するようにXYステージ31を駆動する。また、主制御装置20は、シャッタ106Bを駆動し、視野絞り板106Aの開口SOX2,SOY2を遮蔽状態に設定しておく。
このような状態で、主制御装置20は、光源103に対して制御信号を出力してアライメント光ALを出射させる。このアライメント光ALが出射されるとライトガイド104を介してアライメントセンサ14内に導入され、コンデンサレンズ105を通過し、視野絞り板106Aによって整形され、照明光ILX1と照明光ILY1が射出される。そして照明光ILX1,ILY1は、レンズ系107を透過し、ビームスプリッタ108によって反射され、対物レンズ109を通過した後プリズムミラー110によって反射され、ウエハW上に照射される。このときの状態が図8Aに示されている。
照明光ILX1と照明光ILY1による反射光はプリズムミラー110を介して筐体130内に戻り、対物レンズ109,ビームスプリッタ108、及びレンズ系111を順に透過し、照明光ILX1による反射光は反射板114B,115Bによって順に反射されてレンズ系116Aに入射し、照明光ILY1による反射光は反射板115A,115Bによって順に反射されてレンズ系116Aに入射する。レンズ系116Aに入射したときの像は、長手方向が互いに平行となっている。そして、瞳分割ミラー117Aにて2つの光束に分割された状態で、ラインセンサ119Aにて受光される。ラインセンサ119Aの受光面上には、これらの像がアライメントマークAM1のZ軸方向の位置に応じて横ずれした状態(瞳分割ミラーで分割された2光束の距離が基準位置からずれた状態)で結像される。そして、ラインセンサ119Aによって光電変換された電気信号はアライメント信号処理系21に入力され信号処理が施される。
ここで、図8Aに示されるように、ストリートラインSL以外の部分に照射された照明光ILX1による反射光の検出結果はアライメントマークAM1の高い精度の位置検出には不適である。これは、ウエハW上のパターンやマークなどの影響、より具体的にはそれらの存在による凹凸の影響を受けて、フォーカス計測値に誤差が生じてしまうおそれがあるからである。
この場合、ウエハ干渉計システム18から出力される信号によって、すなわち、ウエハステージWSTの位置に基づいて照明光ILX1による反射光が不要であることが判別できるので、アライメント信号処理系21は不要な処理を省くために位置計測以外の方向の照明光ILX1の反射光による検出結果に対しては処理を行わないよう設定されている。
なお、ストリートラインSL以外の部分を照射する照明光ILX1の反射光は、ショット領域SAに形成された回路等による回折によってその強度がストリートラインSL上を照射する照明光ILY1による反射光の強度よりも弱くなると考えられる。従って、アライメント信号処理系21は照明光ILX1による反射光の検出結果の信号強度と照明光ILY1による反射光の検出結果の信号強度とを比較し、強度が強い方の検出結果のみを処理するようにしても良い。
また、ウエハステージWSTの位置に応じて、4つのスリット開口のうちの1つのみを用いるように、シャッタにて3つのスリット開口を遮蔽することとしても良い。
このように、アライメント信号処理系21はアライメントマークAM1の位置に応じて、図8Aに示されるストリートラインSL以外の部分を照射する照明光ILX1による反射光に対しては処理を行わないこととし、アライメント信号処理系21に予め格納されている基準位置に対する検出信号の横ずれ量からウエハW表面のアライメントセンサ14の焦点面からのずれ(デフォーカス)を検出する。主制御装置20は、ウエハステージ駆動部24を介してウエハW上面のデフォーカス量が0となるように(ウエハW上面が最良焦点面と一致するように)Z・チルトステージ30を駆動する。このようにして、アライメントセンサ14の最良焦点面へのウエハW表面の位置合わせが行われる。
b.上記のように、最良焦点面へのウエハの位置合わせが行われると、主制御装置20では、アライメントマークAM1を撮像する。この場合、光源103からは、続けてアライメント光ALが出射されているので、第2ビームスプリッタ112で反射した反射光(照明光MLの反射光)を指標板120、レンズ系121を介して撮像素子122にて受光する。この撮像素子122による撮像結果は、アライメント信号処理系21に送られ、アライメントマークAM1のY座標が算出される。ここでの(0°の状態での)アライメントマークAM1のY座標の設計値からのずれ量をdy0(f)とするものとする。
一方、アライメントマークAM2に対しても、アライメントマークAM1の場合と同様の処理を行う。すなわち、主制御装置20は、アライメントマークAM2をアライメントセンサ14の検出領域内に対応する位置に移動するようにXYステージ31を駆動し、その状態(図9Aの状態)で、ストリートラインSL上に照射される照明光ILX1の反射光をラインセンサ119Aにて検出し、該検出結果に基づいて最良焦点面へのウエハW表面の位置合わせを行う。そして、最良焦点面への位置合わせが行われた状態でアライメントマークAM2の撮像が行われる。
このようにしてアライメントマークAM2のX座標が算出される。なお、ここでの(0°の状態での)アライメントマークAM2のX座標の設計値からのずれ量を、以下においてはdx0(f)と表すものとする。
c.次いで、主制御装置20は、ステージ制御装置19にウエハWをXY面内で180°回転するように指示を出す。ステージ制御装置19は、この指示に応じて、ウエハステージ駆動部24に指示を出し、図2に示される上下動・回転機構74を介して、ウエハホルダ25を上昇駆動するとともに、XY面内で180°回転し、この状態でウエハホルダ25を下降駆動する。以下においては、ウエハWのこの状態を「180°の状態」と呼ぶものとする。
d.主制御装置20では、上記180°の状態で、ステージ制御装置19に対してアライメントマークAM1がアライメントセンサ14の検出領域内に位置するようにウエハWを移動するように指示を出す。ステージ制御装置19は、この指示に応じて、ウエハステージ駆動部24を介してXYステージ31を駆動する。このような動作により、実質的に、ウエハWのアライメントマークAM1を中心としてウエハWがアライメントセンサ14の光軸に対して180°回転(反転)されるようになっている。
次いで、主制御装置20は、アライメントセンサ14内のシャッタ106Bを駆動し、スリット開口SOX1,SOY1を遮蔽する。すなわち、ウエハW表面には視野絞り板106Aからは、図8Bに示されるように、照明光ILX2,ILY2が射出される状態となり、照明光の一部がストリートラインSLから外れた状態の照明光ILY1は焦点検出に使用しないこととしている。
次いで、主制御装置20は、光源103に対して制御信号を出力してアライメント光ALを出射させ、視野絞り板106Aのスリット開口SOX2,SOY2を通過した照明光ILX2,ILY2は、ウエハWを照明し、ウエハW表面にて反射され、第1ビームスプリッタ108、第2ビームスプリッタ112を透過する。このうちの一方の照明光ILX2は、反射板114C、115Cで反射され、レンズ系116Bに入射し、他方の照明光ILY2は、反射板114C,115Dで反射され、レンズ系116Bに入射する。レンズ系116Bに入射したときの像は、長手方向が互いに平行となっている。そして、瞳分割ミラー117Bにて2光束に分割されて、ラインセンサ119Bにて受光される。ラインセンサの受光面上には、これらの像がアライメントマークAM1のZ軸方向の位置に応じて間隔が基準状態からずれた状態で結像される。そして、ラインセンサ119Bによって光電変換された電気信号はアライメント信号処理系21に入力され信号処理が施される。この場合においても、上記と同様にして図8Bに示されるストリートラインSL以外の部分に照射されている照明光ILX2が信号処理から除かれるようになっている。
そして、アライメント信号処理系21に予め格納されている基準位置に対する検出信号の横ずれ量からアライメントセンサ14の焦点ずれ(デフォーカス)が検出される。主制御装置20は、ウエハステージ駆動部24を介してウエハWのデフォーカス量が0となるように(ウエハW上面がアライメントセンサ14の最良焦点面と一致するように)Z・チルトステージ30を駆動させる。このようにしてウエハW表面の最良焦点面への位置合わせが行われる。
e.そして、この180°の状態においても、上記0°の状態と同様に、主制御装置20は、アライメントマークAM1を撮像素子122により撮像し、アライメント信号処理系21により、撮像素子122による撮像結果からアライメントマークAM1のY座標を算出する。なお、以下においては、ここで算出されたアライメントマークAM1のY座標の設計値からのずれ量をdy180(f)と表すものとする。
次いで、主制御装置20は、この180°の状態における、アライメントマークAM2の位置計測を行う。この場合には、図9Bに示されるように、ウエハW上には、図8Bと同様に照明光ILX2,ILY2が照明されることになる。
主制御装置20は、アライメントマークAM2をアライメントセンサ14の検出領域内に対応する位置に移動するようにXYステージ31を駆動する。次いで、照明光ILX1の反射光をラインセンサ119Aにて検出し、該検出結果に基づいて最良焦点面へのウエハWの位置合わせを行う。そして、位置合わせが行われた状態でアライメントマークAM2の撮像が行われ、これによりアライメントマークAM2のX座標が算出される。なお、以下においては、ここで算出されたアライメントマークAM2のX座標の設計値からのずれ量をdx180(f)と表すものとする。
f.以上の計測が終了すると、主制御装置20では、上記b.とe.の計測結果に基づいて、ウエハWの変形(ウエハ上のマーク変形)に起因する位置ずれ量(WIS:Wafer Induced Shift)(X成分をWISx(f),Y成分をWISy(f)とする)及び計測装置起因の位置ずれ成分(TIS:Tool Induced Shift)(X成分をTISx(f),Y成分をTISy(f)とする)を次式(1)〜(4)に従って、算出する。
TISx(f)={dx0(f)+dx180(f)}/2 …(1)
WISx(f)={dx0(f)−dx180(f)}/2 …(2)
TISy(f)={dy0(f)+dy180(f)}/2 …(3)
WISy(f)={dy0(f)−dy180(f)}/2 …(4)
ここで、上記計測の作用について具体的に説明する。
図10Bには、図10Aに示されるような断面形状を有するアライメントマーク(ここではXマークとし、X方向のライン幅6μm、傾斜部分の幅0.2μm)における、コマ収差、エッジ傾きそれぞれ単独での位置ずれ量の計測結果(アライメントセンサ14内の検出光学系の開口数0.3、ハロゲンランプ光源使用)が示されている。
ここで、実際の位置ずれ量の計測にあっては、図11Aに示されるように、各状態におけるコマ収差、エッジ傾きの両方が含まれたものが計測されることになる。
そして、この図11Aに示される結果に基づいて、上式(1)、(2)を用いてTISx(f),WISx(f)を求めると、図11Bに示されるような結果となる。この図11Bと図10Bを比較すると分かるように、実測値から算出されるTISx(f)及びWISx(f)は、コマ収差及びエッジ傾きとほぼ一致する。
一方、0°の状態と180°の状態との間でフォーカスオフセットが生じた場合、すなわちアライメントマークを計測する際のフォーカス状態が変動した場合には、0°の状態におけるフォーカス状態をf、この状態でのXマークの設計値からのずれ量をdx0(f)、180°の状態におけるフォーカス状態をf’、この状態でのXマークの設計値からのずれ量をdx180(f’)とすると、アライメントセンサ14起因の位置ずれ成分TIS、ウエハWの変形に起因する位置ずれ成分WISは、次式(5),(6)にて表すことができる。
TIS={d0(f)+d180(f’)}/2
={T(f)+T(f’)}/2+{W(f)−W(f’)}/2 …(5)
WIS={d0(f)−d180(f’)}/2
={W(f)+W(f’)}/2+{T(f)−T(f’)}/2 …(6)
このように、フォーカスオフセットがある場合に、0°の状態及び180°の状態で計測される実際のマーク位置からの計測ずれ量は図12Aに示されるようになり、図12Aの結果及び上式(5)、(6)から算出されるTIS、WISは図12Bに示されるようになる。この図12Bと図11Bとを比較すると分かるように、0°の状態と180°の状態でフォーカスオフセットが生じていると、正確なTIS,WISを算出できないことがわかる。
以上のように、正確なTIS、WISを算出するためには、0°の状態及び180°の状態においてフォーカス状態を一致させることが重要であり、本実施形態のように高精度にフォーカス状態を一致させた状態でのアライメントマークの計測が実現されている場合には、TIS、WISの正確な値を算出することが可能となっている。
g.次いで、主制御装置20では、複数の計測対象ショット領域(サンプルショット領域)に付随してウエハ上に形成されているアライメントマーク(アライメントマークAM1、AM2を含め、X,Yそれぞれ少なくとも3つのマーク)を計測し、それぞれの計測結果から上記TIS、WISを差し引くことにより計測結果を補正し、該補正後の値に基づいて、例えば特開昭61−44429号公報及びこれに対応する米国特許第4,780,617号等に詳細に開示される最小二乗法を用いた統計演算により、ウエハW上のショット領域の配列座標を算出するエンハンスト・グローバル・アライメント(EGA)方式によるファインアライメントを行う。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応する上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
次いで、主制御装置20では、ウエハW上の各ショット領域をステップ・アンド・スキャン方式で露光する。この露光動作は、次のようにして行われる。
すなわち、ステージ制御装置19では、主制御装置20から前述のアライメント結果に基づいて与えられる指令に応じ、X軸、Y軸干渉計の計測値をモニタしつつ、ウエハステージ駆動部24を制御してウエハWの第1ショットの露光のための走査開始位置(加速開始位置)にウエハステージWSTを移動する。このとき、アライメント結果として、上述したようにアライメントセンサ14のTIS及びWISを補正したアライメントマークAMnの位置情報が用いられ、これに応じて求められたショット配列座標に基づいて走査開始位置が算出されているので、上記の主制御装置20からの指令に応じてウエハステージWSTを移動すれば、結果的にアライメントセンサ14のTIS,WISを補正するように、ウエハステージWSTの位置制御が行われることとなる。
次に、ステージ制御装置19では、主制御装置20の指示に応じてレチクルRとウエハW、すなわちレチクルステージRSTとウエハステージWSTとのY軸方向の相対走査を開始する。両ステージRST、WSTがそれぞれの目標走査速度に達し、等速同期状態に達すると、照明系10からの紫外パルス光によってレチクルRのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される。上記の相対走査は、ステージ制御装置19が、前述したウエハレーザ干渉計システム18及びレチクル干渉計16の計測値をモニタしつつ、不図示のレチクル駆動部及びウエハステージ駆動部24を制御することにより行われる。
ステージ制御装置19は、特に上記の走査露光時には、レチクルステージRSTのY軸方向の移動速度VrとウエハステージWSTのY軸方向の移動速度Vwとが、投影光学系PLの投影倍率(1/4倍あるいは1/5倍)に応じた速度比に維持されるように同期制御を行う。
そして、レチクルRのパターン領域の異なる領域が紫外パルス光で逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、ウエハW上の第1ショットの走査露光が終了する。これにより、レチクルRのパターンが投影光学系PLを介して第1ショットに縮小転写される。
上述のようにして、第1ショットの走査露光が終了すると、主制御装置20からの指示に基づき、ステージ制御装置19により、ウエハステージ駆動部24を介してウエハステージWSTがX、Y軸方向にステップ移動され、第2ショットの露光のための走査開始位置に移動される。
そして、主制御装置20の指示に応じて、ステージ制御装置19、及び不図示のレーザ制御装置により、上述と同様に各部の動作が制御され、ウエハW上の第2ショットに対して上記と同様の走査露光が行われる。
このようにして、ウエハW上のショットの走査露光と次ショット露光のためのステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハW上の露光対象ショットの全てにレチクルRのパターンが順次転写される。
その後は、上記1ロットの先頭のウエハを用いて計測されたTIS、WISを用いて、1ロットの残りのウエハについて、アライメントマークの計測結果を補正しつつ、上記と同様にしてアライメント動作、露光動作が繰り返し行われる。
これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、光源103、ライトガイド104、コンデンサレンズ105、視野絞り板106A、レンズ系107、第1ビームスプリッタ108、対物レンズ109、プリズムミラー110、レンズ系111、第2ビームスプリッタ112、センサ内マーク検出系124により検出系が構成されている。この場合、対物レンズ109、レンズ系111、及びセンサ内マーク検出系124を構成するレンズ系121によって検出光学系が構成されている。また、光源103、ライトガイド104、コンデンサレンズ105、視野絞り板106A、シャッタ106B、レンズ系107、第1ビームスプリッタ108、対物レンズ109、プリズムミラー110により照射系が構成され、プリズムミラー110、対物レンズ109、第1ビームスプリッタ108、レンズ系111、第2ビームスプリッタ112、遮光板113、第1位置検出系1231,第2位置検出系1232により受光系が構成されている。この場合照射系と受光系とを含んで、焦点位置検出装置が構成され、該焦点位置検出系、上記検出系等を含むアライメントセンサ14によって、パターン検出装置が構成されている。
また、上下動ピン78、ウエハステージ駆動部24により第1駆動機構が構成され、上下動・回転機構74、ウエハステージ駆動部24により第2駆動機構が構成されている。また、主制御装置20により算出装置が構成され、主制御装置20及びステージ制御装置19により、第1検出制御系、第2検出制御系が構成され、さらに、これらと上記第1駆動機構、第2駆動機構及びアライメントセンサ14とを含んで計測装置が構成されている。
以上詳細に説明したように、本実施形態のパターン検出装置(アライメントセンサ14)及びパターン検出方法によると、アライメントセンサ14を構成する上記焦点位置検出装置が、ウエハW上のアライメントマークの検出領域に対して相互に回転対称で且つ検出領域から離れる方向にそれぞれ延在する少なくとも一組、ここでは二組の照射領域にそれぞれ照明光ILX1,ILX2、ILY1,ILY2を照射可能な上述の照射系を有している。このため、照射系からウエハW上のある照射領域(第1の照射領域)に照明光を照射し、この照明光のウエハW表面からの反射光のラインセンサ119A(又は119B)による光電変換信号に基づいてウエハW表面の光軸方向位置を検出し、この検出結果に基づいてウエハWの光軸方向位置を調整し、しかる後、ウエハWを検出領域を中心としてアライメントセンサ14の検出光学系に対して180°回転(反転)する。このウエハWの反転後の状態では、第1の照射領域は、反転前に第1の照射領域と組をなす照射領域(第2の照射領域)と一致している。従って、ウエハWの反転後、反転前のウエハW上の第2の照射領域(すなわち反転後の物体上の第1の照射領域)に照明光(結像光束)を照射し、この照明光のウエハW表面からの反射光の光電変換信号に基づいてウエハW表面の光軸方向位置を検出し、この検出結果に基づいてウエハWの光軸方向位置を調整することにより、反転前と同じフォーカス状態が正確に再現される。従って、検出対象のアライメントマークが形成されたウエハWの反転後に反転前のフォーカス状態を正確に再現することが可能となる。
また、本実施形態の計測装置及び計測方法によると、主制御装置20は、ウエハWとアライメントセンサ14の検出光学系との位置関係が0°の状態にある状態で、ウエハW上のアライメントマークの近傍の照射領域に照明光を照射し、該照明光のウエハW表面からの反射光を受光したラインセンサ119A(又は119B)から出力される光電変換信号に基づいてステージ制御装置19等を介してウエハW表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、アライメントセンサ14を用いてアライメントマークを光学的に検出し、アライメントマークのXY面内の位置情報を検出する。このため、デフォーカスがない状態でXY面内の位置情報が得られるので、精度良くXY面内の位置情報を得ることができる。
また、主制御装置20は、ステージ制御装置19等を介してウエハWを0°の状態からアライメントセンサ14の検出光学系に対して相対的に180°回転した180°の状態で、0°の状態とは異なる照明光を照射し、該照明光のウエハW表面からの反射光を受光したラインセンサから出力される光電変換信号に基づいてステージ制御装置19等を介してウエハW表面の光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、アライメントマークのXY面内の位置情報を検出する。この場合、0°の状態と180°の状態とで同一の領域に照明光を照明することができるので、ウエハWを0°の状態からアライメントセンサ14に対して相対的に180°回転した後のフォーカス状態の調整に際して、回転前のフォーカス状態が正確に再現される。そして、このフォーカス状態が正確に再現された状態で、かつデフォーカスがない状態でアライメントマークのXY面内位置情報が得られるので、精度良くXY面内の位置情報を得ることができる。
そして、主制御装置20では、このようにして得られた2つの位置情報を用いて、アライメントセンサ14に起因する検出ずれ(TIS)及びアライメントマークの形成状態に起因する検出ずれ(WIS)の少なくとも一方を算出する。従って、アライメントセンサ14に対するウエハWの反転の影響を受けることなく、TIS及びWISの少なくとも一方を精度良く計測することができる。
また、これら精度良く求められた2つの位置情報のうちの一方と、算出された検出ずれ(TIS及びWISの少なくとも一方)とに基づいてウエハWの位置を算出することにより、検出ずれの影響を受けることなく、ウエハWの位置情報を精度良く求めることが可能となる。
また、本発明の露光装置及び露光方法によると、上記計測装置により、アライメントセンサ14に起因する検出ずれ(TIS)及びアライメントマークの形成状態に起因する検出ずれ(WIS)の少なくとも一方が精度良く計測されるので、ウエハW上に形成されたアライメントマークの位置を検出する際に、その精度良く計測された検出ずれを考慮した高精度なマーク位置の検出が可能となる。そして、主制御装置20により、露光の際に、そのアライメントセンサ14の検出結果に基づいてウエハWの位置が制御される。すなわち、ウエハWの位置を高精度に制御しつつ露光が行われる。従って、ウエハW上にパターンを精度良く形成することが可能となる。
なお、上記実施形態では、焦点位置検出に用いる照明光としてウエハW表面のストリートラインSLを照射する照明光を用いることとし、その方法として、主制御装置20がアライメントセンサ14内のシャッタ106Bを駆動して使用する照明光を切り換えるような方法を採用したが、本発明がこれに限られるものではなく、使用する照明光としては同一の照明光を用い、180°の状態においては、0°の状態において照明光が照明されたのと同一の領域に照明光が照明されるように、ウエハステージWSTを移動して、計測を行うこととしても良い。このようにしても、上記実施形態と同様の効果が得られるほか、シャッタの駆動等が不要となる。
なお、上記実施形態では、アライメントマークAM2の計測前に行われる焦点位置検出において、図9Bに示されるように、0°の状態と180°の状態とでウエハ上の同一領域に照明光を照明するため、0°の状態では照明光ILX1を、180°の状態では照明光ILX2を設定することとしたが、これに限らず、図9BのアライメントマークAM2のように0°の状態においても180°の状態においても照明光ILX1がストリートラインSL上に位置する場合には、いずれの場合にも照明光ILX1を用いた焦点位置検出を行うこととしても良い。
図9Bのような状態(照明光ILX1及びILX2がともにストリートラインSL上にある状態)であるとの判断は、マークとストリートラインSLの設計値に基づいて判断することができる。あるいは、照明光ILX1、ILX2の反射光の信号強度を比較してみて、両信号強度がほぼ等しい場合には図9Bのような状態にあると判断することもできる。なお、図9Bのような状態にある場合には、0°と180°とで計測に使用する照明光として同じ照明光(図9Bの場合には照明光ILX1)を使用した方が、計測上の誤差が小さくなる(共通の検出系を使用するため)という効果が得られる。
また、上記実施形態では、照明光の切り替えをシャッタ106Bを用いて行うこととしたが、それぞれのスリット開口から射出される照明光の光源を別々に設け、各光源の点灯及び消灯を制御することにより、使用される照明光の切り替えを行うこととしても良い。
なお、上記実施形態では、ウエハWの表面の焦点位置合わせを行うに際し、アライメントマークの±X方向及び±Y方向の4方向に延びる状態で照明光が照明されるように構成するものとしたが、本発明がこれに限られるものではなく、図4C〜図4Gに示されるような視野絞り板を用いて±X方向、±Y方向又は斜め方向(例えば45°方向)のいずれかの方向に延びる状態又はそれらの組み合わせ方向に延びる状態で照明光が照明されるような構成を採用することとしても良い。これらの種々の形態の視野絞りをターレット上に構成し、そのうちのいずれかを検出光路上に切り換え配置するような構成としても良い。その場合、マークの配置やパターン状態やプロセス条件等に応じて、適切な視野絞りを切り換え配置するようにしても良い。
なお、上記実施形態では、本発明のマーク検出系を、ウエハ上のマークの計測を行う装置に採用した場合について説明したが、これに代えて、又はこれと併せて、レチクル上のマークの計測を行うアライメント顕微鏡RA1,RA2に本発明のマーク検出系を採用することとしても良い。
なお、上記実施形態では、ウエハWを0°の状態から180°の状態に回転する際に、ウエハWを保持した状態のウエハホルダ25を上下動・回転機構74を介して回転駆動することとしたが、ウエハWを回転する手段はこれに限定されるものではなく、ウエハWを不図示のウエハローダを介して一旦回収し、回転後、再度ウエハホルダ25上にウエハWを載置することとしても良いし、あるいは、アライメントセンサ14を回転する機構を設け、この機構を介してアライメントセンサ14を回転する水平面内で回転することとしても良い。
なお、上記実施形態では、複数のマーク(AM1、AM2)をそれぞれ0°、180°で計測するに当たって、まず0°で全マーク(AM1、AM2)を計測し、次にホルダを180°回転させて全マーク(AM1、AM2)を計測するシーケンスとしているが、本発明はこれに限らず、各マーク毎に0°と180°の計測を順に行う(すなわち、マークAM1を0°と180°で計測した後に、マークAM2を0°と180°で計測する)ようにしても構わない。しかしながら、ホルダの回転回数を最小にし、且つ計測時間を最小にするためには、本実施形態のようなシーケンスを採用することが望ましい。
なお、上記実施形態では、本発明がスキャニング・ステッパに適用された場合について説明したが、これに限らず、ステップ・アンド・リピート方式のステッパ等の静止型の露光装置にも適用できる。かかる場合には、静止露光を行う際に、ウエハを露光位置(レチクルパターンの投影位置)に精度良く位置決めすることができ、レチクルのパターンをウエハ上の所望の区画領域に精度良く重ね合せて転写することができる。
なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系、並びにアライメントセンサ14を露光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより、上記実施形態の露光装置を製造することができる。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。
なお、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子(CCDなど)、マイクロマシン及びDNAチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、DUV(遠紫外)光やVUV(真空紫外)光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、ホタル石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のX線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク(ステンシルマスク、メンブレンマスク)が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。
さらに、本発明に係る計測方法及び計測装置は、露光装置に限らず、結像式のマーク検出系を備えた装置であれば、適用が可能である。
さらに、本発明が適用されるマーク検出系としては、上述したような結像式のマーク検出系に限られるものではなく、例えば国際公開WO98/39689号公報に開示されているような二重回折方式のマーク検出系や、WO99/27567号公報に開示されているような位相差検出方式のマーク検出系、又は特開平10−141915号公報に開示されているようなマークエッジからの散乱光の強度を検出する方式のマーク検出系に対しても適用可能である。
ところで、アライメントマークAMの検出時に検出エラーを生じた場合(例えば地震等の予期せぬ大きな振動等の影響、或いはステージ駆動系や制御系の不具合などで、マーク検出系(アライメントセンサ)14の検出範囲がウエハ上の検出対象領域(マークAM領域)からずれてしまって、マーク検出不能となるような場合等)には、露光装置はマーク検出動作を一旦ストップ(中断)し、ウエハステージ(XYステージ31、Z・チルトステージ30)を初期位置(リセット位置、例えばX、Y、Z位置を共にウエハステージ座標系において0,0,0とする位置)に戻すこと(以下では便宜上「ウエハステージリセット」と称する)がある。
そこで、上記実施形態の露光装置において、0°計測、180°計測それぞれの過程において、以下のように場合分けした再計測シーケンスを実行することとしても良い。
(i)0°計測中にウエハステージリセットを行った場合:
この場合には、設計値上のマーク位置に基づいて、XYステージ31を、0°計測対象のマーク位置に自動的に復帰設定(移動)する。また、この場合、Z・チルトステージ30については、状況に応じ、次のようなシーケンスが採用される。すなわち、仮にウエハステージリセット前に既にAF計測(アライメントセンサ14を構成する前述の焦点位置検出装置によるウエハWのZ軸方向の位置計測)が完了し0°計測におけるデフォーカス量が既に算出されていた(すなわち最適なZ位置が分かっていた)場合には、その算出されていたZ位置に自動的に復帰設定(移動)する。この一方、仮にウエハステージリセット前にAF計測が完了していなければ、Z・チルトステージ30を基準Z位置(例えばアライメント光学系の設計値上で一義に定められるガウス像面位置)に自動的に復帰設定(移動)し、その基準Z位置からAF計測動作を再開して最適なZ位置を求めた上でZ・チルトステージ30の位置合わせを行う。
(ii)180°計測中にウエハステージリセットを行った場合:
この場合には、設計値上のマーク位置に基づいてXYステージ31を、180°計測対象のマーク位置に自動的に復帰設定(移動)する。また、この場合、Z・チルトステージ30については、状況に応じ、次のようなシーケンスが採用される。すなわち、仮にウエハステージリセット前に既にAF計測が完了し、180°計測におけるデフォーカス量が算出されていた(すなわち最適なZ位置が分かっていた)場合には、その算出されていたZ位置に自動的に復帰設定(移動)する。この一方、仮にウエハステージリセット前にAF計測が完了していなければZ・チルトステージ30を上記基準Z位置、又は既に計測完了している0°計測時におけるZ位置(0°Z位置)に設定(移動)し、その基準Z位置又は0°Z位置からAF計測動作を再開して最適なZ位置を求めた上でZ・チルトステージ30の位置合わせを行う。
なお、上記の計測再開シーケンスは、0°、180°計測のみならず、通常のEGA計測(実施形態の説明において既述したサンプルショット計測)の場面にも適用されるものである。
すなわち、例えばサンプルショット領域(計測対象ショット領域)に付随したアライメントマークAM3を計測中に上述したウエハステージリセットが実行された場合には、XYステージ31をマークAM3の設計値に基づいてマークAM3を検出可能な位置に復帰移動させる。この場合にも、Z・チルトステージ30については、状況に応じ、次のようなシーケンスが採用されることとなる。すなわち、仮にウエハステージリセット前に既にAF計測が完了しデフォーカス量が算出されていた(すなわち最適なZ位置が分かっていた)場合には、その算出されていたZ位置に自動的に復帰設定(移動)し、一方仮にウエハステージリセット前にAF計測が完了していなければ、Z・チルトステージ30を上記基準Z位置、又は既に計測完了している計測対象マーク(例えばAM1)があった場合にはそのマークAM1の計測時におけるZ位置(AM1計測時Z位置)に自動的に復帰設定(移動)し、その基準Z位置又はAM1計測時Z位置からAF計測動作を再開して最適なZ位置を求めた上でZ・チルトステージ30の位置合わせを行う。
なお、上述したウエハステージリセットは、計測対象マークが設計上の位置から大きくずれてウエハ上に形成されていた場合(そのためマーク設計値に基づいてXYステージ31を位置決めしてもマーク検出系(アライメントセンサ)14の検出領域にマークが入らない場合)にも実行されることがある。このような場合には、たとえXYステージ31を上述のように復帰移動せしめても、やはりマーク検出系(アライメントセンサ)14の検出領域内で計測対象マークが観察できないといった事態を生じる恐れがある。このようなときには、マーク検出系からの信号を観察用モニタに映し、装置の使用者がそのモニタを見ながら、自動復帰した位置から手動操作でXYステージ31を移動させてマーク検出系の検出領域内にマークが入るように操作すれば良い。
また、上述したウエハステージリセットはウエハに施される種々のプロセスの影響でマーク自体に変形を生じて計測不能となった場合にも実行されることがある。このような場合には、自動復帰した位置(X、Y、Z位置)でのマーク観察像を使用者が上述した観察用モニタで観察し、その観察結果から使用者が計測不能マークであると判断した場合には、そのマークはエラーマークとして計測を行わずに次に計測すべきマークの計測を再開するように装置(マークの検出制御系)に指示を出すようにすれば良い。
《デバイス製造方法》
次に上述した露光装置100をリソグラフィ工程で使用したデバイス製造方法の実施形態について説明する。
図13には、デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造例のフローチャートが示されている。図13に示されるように、まず、ステップ201(設計ステップ)において、デバイスの機能・性能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ202(マスク製作ステップ)において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ203(ウエハ製造ステップ)において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
次に、ステップ204(ウエハ処理ステップ)において、ステップ201〜ステップ203で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ205(デバイス組立てステップ)において、ステップ204で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ205には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程(チップ封入)等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップ206(検査ステップ)において、ステップ205で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
図14には、半導体デバイスにおける、上記ステップ204の詳細なフロー例が示されている。図14において、ステップ211(酸化ステップ)においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ212(CVDステップ)においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ213(電極形成ステップ)においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ214(イオン打ち込みステップ)においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ211〜ステップ214それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ215(レジスト形成ステップ)において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ216(露光ステップ)において、上で説明した露光装置汲び露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次にステップ217(現像ステップ)においては露光されたウエハを現像し、ステップ218(エッチングステップ)において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ219(レジスト除去ステップ)において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程(ステップ216)において上記実施形態の露光装置が用いられるので、レチクルパターンとウエハW上の各ショット領域との重ね合わせ精度を向上して精度良くウエハ上にレチクルパターンを転写することができる。従って、最終製品であるマイクロデバイスの歩留まりが向上し、その生産性を向上させることができる。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic configuration of an
The
The
On reticle stage RST, reticle R having a circuit pattern PA formed on its pattern surface (lower surface in FIG. 1) is fixed, for example, by vacuum suction or the like. Reticle stage RST is in the XY plane perpendicular to the optical axis of illumination system 10 (coincided with optical axis AX of projection optical system PL, which will be described later) by reticle
The position of the reticle stage RST in the stage moving surface is always detected by a reticle laser interferometer (hereinafter referred to as “reticle interferometer”) 16 via the moving
The projection optical system PL is disposed below the reticle stage RST in FIG. 1, and the direction of the optical axis AX is the Z-axis direction. As the projection optical system PL, for example, a birefringent optical system having a predetermined reduction magnification (for example, 1/5 or 1/4) is used. For this reason, when the illumination area of the reticle R is illuminated by the exposure light EL from the
Wafer stage WST is disposed on a base (not shown) below projection optical system PL in FIG. 1, and is driven in the XY directions by a linear motor (not shown) constituting wafer
The
Further, as shown in FIG. 2, the Z /
A vertical movement /
Further, on the bottom surface inside the
A
Returning to FIG. 1, the
The position of wafer stage WST in the XY plane (including rotation about the Z axis (θz rotation)) is transferred by wafer
Position information (or velocity information) of wafer stage WST on the stage coordinate system is supplied to stage
Further, as shown in FIG. 1, in the
The
As shown in FIG. 3, the
Here, a halogen lamp is used as the
As shown in FIG. 4A, the
Returning to FIG. 3, the in-sensor
The
The
On the other hand, as shown in FIG. 4B, the
The
The
In this case, the arrangement of the
Returning to FIG. 3, the pupil splitting mirrors 117A and 117B are composed of prisms formed in a mountain shape with an obtuse angle close to 180 degrees, and the two surfaces are finished as reflecting surfaces. In the present embodiment, the intersecting line (the ridgeline of the mountain) of the two surfaces as the reflecting surface intersects with the optical axis of the incident light, and the optical axis is tilted so as to swing approximately 90 degrees laterally. . The
A
The operation of the
The illumination light that has passed through the
The reflected light reflected from the surface of the wafer W when the wafer W is irradiated with illumination light travels in the reverse direction of the optical path that has traveled previously, and is incident again on the
The light reflected by the
On the other hand, the light transmitted through the
Then, the four illumination lights IL from the wafer W that have passed through the
Illumination light IL reflected by the
Here, when the surface of the wafer W coincides with the best focal plane of the
Thus, since the measurement result in the
Accordingly, the illumination light IL re-imaged on the
The other illumination light IL Y1 The position of the surface of the wafer W using can be measured in the same manner as described above.
Thereafter, the line sensor 119 </ b> A captures an image formed on the light receiving surface and performs photoelectric conversion, and the photoelectrically converted electric signal is output toward the alignment
On the other hand, the illumination light IL reflected by the
In the alignment
Based on the amount of misalignment detected in this way, the
The
The
Next, a series of operations when the exposure processing of the second layer (second layer) and subsequent layers is performed on the wafer W by the
First, reticle R is loaded onto reticle stage RST by a reticle loader (not shown). After loading of reticle R,
Specifically,
Next,
Next, the
Then,
After the above reticle alignment,
When such a series of preparatory work is completed, before performing the exposure operation on the first wafer of one lot (lot first wafer), the detection deviation (TIS described later) of the
a. First, the
In such a state,
Illumination light IL X1 And illumination light IL Y1 The reflected light from the light returns to the inside of the
Here, as shown in FIG. 8A, the illumination light IL irradiated to the portion other than the street line SL. X1 The detection result of the reflected light by is not suitable for highly accurate position detection of the alignment mark AM1. This is because an error may occur in the focus measurement value due to the influence of the pattern or mark on the wafer W, more specifically, the influence of the unevenness due to the presence thereof.
In this case, illumination light IL is output by a signal output from
Illumination light IL for illuminating a portion other than the street line SL X1 The illumination light IL whose intensity is irradiated on the street line SL by diffraction by a circuit or the like formed in the shot area SA. Y1 This is considered to be weaker than the intensity of the reflected light. Therefore, the alignment
Further, the three slit openings may be shielded by a shutter so that only one of the four slit openings is used according to the position of wafer stage WST.
As described above, the alignment
b. As described above, when the wafer is aligned with the best focal plane, the
On the other hand, the same processing as that for the alignment mark AM1 is performed on the alignment mark AM2. That is,
In this way, the X coordinate of the alignment mark AM2 is calculated. The amount of deviation from the design value of the X coordinate of the alignment mark AM2 (in the state of 0 °) here is dx in the following. 0 It shall be expressed as (f).
c. Next,
d. The
Next,
Next,
Then, the defocus of the
e. Even in the 180 ° state, as in the 0 ° state, the
Next,
f. When the above measurement is completed,
TISx (f) = {dx 0 (F) + dx 180 (F)} / 2 (1)
WISx (f) = {dx 0 (F) -dx 180 (F)} / 2 (2)
TISy (f) = {dy 0 (F) + dy 180 (F)} / 2 (3)
WIsy (f) = {dy 0 (F) -dy 180 (F)} / 2 (4)
Here, the effect | action of the said measurement is demonstrated concretely.
FIG. 10B shows the coma aberration and the edge inclination independently for an alignment mark having a cross-sectional shape as shown in FIG. 10A (here, X mark, line width in the X direction is 6 μm, and the width of the inclined portion is 0.2 μm). The measurement result of the amount of misalignment is shown (the numerical aperture of the detection optical system in the
Here, in the actual measurement of the amount of misalignment, as shown in FIG. 11A, a measurement including both coma aberration and edge inclination in each state is measured.
Then, when TISx (f) and WISx (f) are obtained using the above formulas (1) and (2) based on the result shown in FIG. 11A, the result shown in FIG. 11B is obtained. As can be seen by comparing FIG. 11B and FIG. 10B, TISx (f) and WISx (f) calculated from the actual measurement values substantially coincide with the coma aberration and the edge inclination.
On the other hand, when a focus offset occurs between the 0 ° state and the 180 ° state, that is, when the focus state at the time of measuring the alignment mark fluctuates, the focus state in the 0 ° state is set to f, The amount of deviation from the design value of the X mark in the state is dx 0 (F) The focus state in the 180 ° state is f ′, and the deviation amount from the design value of the X mark in this state is dx. 180 Assuming (f ′), the misalignment component TIS caused by the
TIS = {d 0 (F) + d 180 (F ')} / 2
= {T (f) + T (f ')} / 2+ {W (f) -W (f')} / 2 (5)
WIS = {d 0 (F) -d 180 (F ')} / 2
= {W (f) + W (f ')} / 2+ {T (f) -T (f')} / 2 (6)
In this way, when there is a focus offset, the measurement deviation amount from the actual mark position measured in the 0 ° state and the 180 ° state is as shown in FIG. 12A, and the result of FIG. TIS and WIS calculated from (5) and (6) are as shown in FIG. 12B. As can be seen from a comparison between FIG. 12B and FIG. 11B, it can be seen that accurate TIS and WIS cannot be calculated if a focus offset occurs in the 0 ° state and the 180 ° state.
As described above, in order to calculate accurate TIS and WIS, it is important to match the focus state in the 0 ° state and the 180 ° state, and the focus state can be accurately determined as in this embodiment. When measurement of the alignment mark in the matched state is realized, it is possible to calculate accurate values of TIS and WIS.
g. Next, in
Next,
That is, the
Next,
In the
Then, different areas of the pattern area of the reticle R are sequentially illuminated with ultraviolet pulse light, and the illumination of the entire pattern area is completed, whereby the scanning exposure of the first shot on the wafer W is completed. Thereby, the pattern of the reticle R is reduced and transferred to the first shot via the projection optical system PL.
As described above, when the scanning exposure of the first shot is completed, based on an instruction from the
Then, in accordance with an instruction from the
In this way, the scanning exposure of the shot on the wafer W and the stepping operation for the next shot exposure are repeated, and the pattern of the reticle R is sequentially transferred to all the exposure target shots on the wafer W.
Thereafter, using the TIS and WIS measured using the first wafer of the one lot, the alignment mark measurement results for the remaining wafers of one lot are corrected, and the alignment operation and exposure are performed in the same manner as described above. The operation is repeated.
As apparent from the above description, in the present embodiment, the
Further, the first drive mechanism is constituted by the vertical movement pins 78 and the wafer
As described above in detail, according to the pattern detection device (alignment sensor 14) and the pattern detection method of the present embodiment, the focal position detection device constituting the
Further, according to the measurement apparatus and the measurement method of the present embodiment, the
The
Then,
In addition, by calculating the position of the wafer W based on one of the two pieces of positional information obtained with high accuracy and the calculated detection deviation (at least one of TIS and WIS), the influence of the detection deviation can be reduced. The position information of the wafer W can be accurately obtained without receiving it.
Further, according to the exposure apparatus and exposure method of the present invention, at least one of the detection deviation (TIS) caused by the
In the above embodiment, illumination light that irradiates the street line SL on the surface of the wafer W is used as illumination light used for focus position detection. As a method, the
In the above embodiment, in the focus position detection performed before the measurement of the alignment mark AM2, as shown in FIG. 9B, illumination light is illuminated on the same region on the wafer in the 0 ° state and the 180 ° state. Therefore, in the state of 0 °, the illumination light IL X1 In the state of 180 °, the illumination light IL X2 However, the present invention is not limited to this, and the illumination light IL is set in both the 0 ° state and the 180 ° state as in the alignment mark AM2 in FIG. 9B. X1 Is located on the street line SL, in any case, the illumination light IL X1 It is also possible to perform focus position detection using.
A state as shown in FIG. 9B (illumination light IL X1 And IL X2 Can be determined based on the mark and the design value of the street line SL. Or illumination light IL X1 , IL X2 By comparing the signal intensities of the reflected light, it can be determined that the signal is in the state as shown in FIG. 9B, the same illumination light (illumination light IL in the case of FIG. 9B) is used as the illumination light used for measurement at 0 ° and 180 °. X1 ) Can be used to reduce the measurement error (because a common detection system is used).
In the above-described embodiment, the illumination light is switched using the shutter 106B. However, the illumination light sources emitted from the respective slit openings are separately provided to control the turning on and off of each light source. Thus, the illumination light to be used may be switched.
In the above-described embodiment, when the focal position of the surface of the wafer W is adjusted, the illumination light is illuminated with the alignment mark extending in the four directions of the ± X direction and the ± Y direction. However, the present invention is not limited to this, and the field stop plate as shown in FIGS. 4C to 4G is used to move in any of ± X direction, ± Y direction, or oblique direction (for example, 45 ° direction). It is good also as employ | adopting the structure that illumination light is illuminated in the state extended in the extended state or those combination directions. These various types of field stops may be configured on the turret, and any one of them may be switched and arranged on the detection optical path. In that case, an appropriate field stop may be switched and arranged in accordance with the arrangement of the mark, the pattern state, the process conditions, and the like.
In the above embodiment, the case where the mark detection system of the present invention is employed in an apparatus for measuring a mark on a wafer has been described. However, instead of or in combination with this, measurement of a mark on a reticle is performed. The mark detection system of the present invention may be employed in the alignment microscopes RA1 and RA2 that perform the above.
In the above embodiment, when the wafer W is rotated from the 0 ° state to the 180 ° state, the
In the above embodiment, when measuring a plurality of marks (AM1, AM2) at 0 ° and 180 °, respectively, all marks (AM1, AM2) are first measured at 0 °, and then the holder is rotated 180 °. However, the present invention is not limited to this, and the measurement of 0 ° and 180 ° is sequentially performed for each mark (that is, the mark AM1 is measured at 0 ° and 180 °). After the measurement, the mark AM2 may be measured at 0 ° and 180 °). However, in order to minimize the number of rotations of the holder and minimize the measurement time, it is desirable to employ a sequence like this embodiment.
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a scanning stepper has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a stationary exposure apparatus such as a step-and-repeat stepper. In such a case, when performing static exposure, the wafer can be accurately positioned at the exposure position (reticle pattern projection position), and the reticle pattern is accurately superimposed and transferred onto a desired partition area on the wafer. can do.
An illumination optical system composed of a plurality of lenses, a projection optical system, and an
The present invention is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, but is used for manufacturing a display including a liquid crystal display element. An exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate and a device used for manufacturing a thin film magnetic head. The present invention can also be applied to an exposure apparatus for transferring a pattern onto a ceramic wafer, an exposure apparatus used for manufacturing an imaging device (CCD or the like), a micromachine, a DNA chip, and the like. Further, in order to manufacture reticles or masks used in not only microdevices such as semiconductor elements but also light exposure apparatuses, EUV exposure apparatuses, X-ray exposure apparatuses, electron beam exposure apparatuses, etc., glass substrates or silicon wafers, etc. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern. Here, in an exposure apparatus using DUV (far ultraviolet) light, VUV (vacuum ultraviolet) light, or the like, a transmission type reticle is generally used. As a reticle substrate, quartz glass, fluorine-doped quartz glass, fluorite, Magnesium fluoride or quartz is used. Further, in a proximity type X-ray exposure apparatus or an electron beam exposure apparatus, a transmission mask (stencil mask, membrane mask) is used, and a silicon wafer or the like is used as a mask substrate.
Furthermore, the measurement method and the measurement apparatus according to the present invention are not limited to the exposure apparatus, but can be applied to any apparatus provided with an imaging type mark detection system.
Furthermore, the mark detection system to which the present invention is applied is not limited to the image formation type mark detection system as described above, and is, for example, a double detection as disclosed in International Publication WO98 / 39689. Folded mark detection system, phase difference detection mark detection system as disclosed in WO99 / 27567, or scattered light from mark edges as disclosed in JP-A-10-141915 The present invention is also applicable to a mark detection system that detects the intensity of light.
By the way, when a detection error occurs during the detection of the alignment mark AM (for example, the detection of the mark detection system (alignment sensor) 14 due to the influence of an unexpected large vibration such as an earthquake or the like, or a malfunction of the stage drive system or the control system). In the case where the range deviates from the detection target area (mark AM area) on the wafer and the mark cannot be detected, the exposure apparatus temporarily stops (interrupts) the mark detection operation, and the wafer stage (XY) The
Therefore, in the exposure apparatus of the above-described embodiment, the remeasurement sequence divided into the following cases may be executed in each process of 0 ° measurement and 180 ° measurement.
(I) When the wafer stage is reset during 0 ° measurement:
In this case, the
(Ii) When the wafer stage is reset during 180 ° measurement:
In this case, the
The above-described measurement restart sequence is applied not only to 0 ° and 180 ° measurement but also to a scene of normal EGA measurement (sample shot measurement already described in the description of the embodiment).
That is, for example, when the above-described wafer stage reset is performed during measurement of the alignment mark AM3 associated with the sample shot area (measurement target shot area), the
Note that the above-described wafer stage reset is performed when the measurement target mark is formed on the wafer with a large deviation from the design position (so that even if the
The wafer stage reset described above may also be executed when the mark itself is deformed due to the influence of various processes applied to the wafer and measurement is impossible. In such a case, the user observes the mark observation image at the automatically restored position (X, Y, Z position) on the observation monitor described above, and the user is determined to be an unmeasurable mark from the observation result. When the determination is made, the mark (mark detection control system) may be instructed to restart the measurement of the mark to be measured next without measuring the mark as an error mark.
<Device manufacturing method>
Next, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described
FIG. 13 shows a flowchart of a manufacturing example of a device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micromachine, etc.). As shown in FIG. 13, first, in step 201 (design step), device function / performance design (for example, circuit design of a semiconductor device) is performed, and pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step 202 (mask manufacturing step), a mask on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step 203 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.
Next, in step 204 (wafer processing step), using the mask and wafer prepared in
Finally, in step 206 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and durability test of the device created in
FIG. 14 shows a detailed flow example of
At each stage of the wafer process, when the above pre-process is completed, the post-process is executed as follows. In this post-processing process, first, in step 215 (resist formation step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step 216 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred to the wafer by the exposure apparatus and exposure method described above. Next, in step 217 (development step), the exposed wafer is developed, and in step 218 (etching step), the exposed members other than the portion where the resist remains are removed by etching. In step 219 (resist removal step), the resist that has become unnecessary after the etching is removed.
By repeatedly performing these pre-processing steps and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
If the device manufacturing method of this embodiment described above is used, the exposure apparatus of the above embodiment is used in the exposure step (step 216), so that the overlay accuracy between the reticle pattern and each shot area on the wafer W is improved. The reticle pattern can be transferred onto the wafer with high accuracy. Therefore, the yield of the micro device that is the final product is improved, and the productivity can be improved.
以上説明したように、本発明のパターン検出装置は、物体に形成されたパターンの検出に適している。また、本発明のパターン検出装置の使用方法は、物体に形成されたパターンの位置情報を得るのに適している。また、本発明の計測方法は、検出系に起因する検出ずれ及び計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を計測するのに適している。また、本発明の位置計測方法は、物体の位置情報を求めるのに適している。また、本発明の露光方法及び露光装置は、物体上にパターンを精度良く形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの量産に適している。 As described above, the pattern detection apparatus of the present invention is suitable for detecting a pattern formed on an object. Further, the method of using the pattern detection apparatus of the present invention is suitable for obtaining position information of a pattern formed on an object. The measurement method of the present invention is suitable for measuring at least one of a detection deviation caused by the detection system and a detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern. The position measurement method of the present invention is suitable for obtaining position information of an object. The exposure method and exposure apparatus of the present invention are suitable for forming a pattern on an object with high accuracy. The device manufacturing method of the present invention is suitable for mass production of microdevices.
Claims (19)
前記物体上の所定点に検出領域を設定し、該検出領域のパターンを検出光学系を介して光学的に検出する検出系と;
前記物体上の検出領域に対して相互に回転対称で且つ前記検出領域から離れる方向にそれぞれ延在する少なくとも一組の照射領域にそれぞれ結像光束を照射可能な照射系と、いずれかの前記結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出し前記結像光束が照射された前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置に応じた光電変換信号を出力する受光系とを有する焦点位置検出装置と;を備えるパターン検出装置。A pattern detection device for optically detecting a pattern formed on an object,
A detection system that sets a detection area at a predetermined point on the object and optically detects a pattern of the detection area via a detection optical system;
An irradiation system capable of irradiating an imaging light beam to at least one set of irradiation areas that are rotationally symmetric with respect to the detection area on the object and extend in a direction away from the detection area, respectively, Light reception that photoelectrically detects reflected light from the object surface of the image light beam and outputs a photoelectric conversion signal corresponding to the position of the object surface in the optical axis direction of the detection optical system in the irradiation region irradiated with the imaging light beam And a focus position detecting device having a system.
前記照射系は、直交二軸方向について前記所定点に関して相互に回転対称な2組の照射領域に結像光束をそれぞれ照射可能であることを特徴とするパターン検出装置。The pattern detection apparatus according to claim 1,
The pattern detection apparatus according to claim 1, wherein the irradiation system is capable of irradiating two sets of irradiation regions that are rotationally symmetric with respect to the predetermined point in the two orthogonal directions.
計測対象パターンが形成された物体と前記検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、前記物体上の計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する前記照射系から第1結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と;
前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第1面内位置情報を得る工程と;
前記物体を前記第1の状態から前記検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記照射領域に前記照射系から前記第1の結像光束とは異なる第2の結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と;
前記物体表面の光軸方向位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を得る工程と;を含む使用方法。It is a usage method of the pattern detection apparatus of Claim 1, Comprising:
In the first state in which the positional relationship between the object on which the measurement target pattern is formed and the detection optical system is in a predetermined state, the focus position detection device is placed in a predetermined irradiation region near the measurement target pattern on the object. Irradiating the first imaging light beam from the irradiation system to constitute, and adjusting the position of the object surface in the optical axis direction of the detection optical system based on a photoelectric conversion signal output from the light receiving system;
An in-plane perpendicular to the optical axis of the measurement target pattern is detected optically using the detection system in a state where the position of the object surface in the optical axis direction of the detection optical system is adjusted. Obtaining the first in-plane position information of;
In a second state in which the object is rotated from the first state by 180 ° relative to the detection optical system, a second different from the first imaging light beam from the irradiation system to the irradiation region. Irradiating an imaging light beam and adjusting the position of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system based on a photoelectric conversion signal output from the light receiving system;
In a state in which the position of the object surface in the optical axis direction is adjusted, the detection target pattern is optically detected using the detection system, and the second in-plane position within the plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern A method of using comprising: obtaining information.
前記第1及び第2面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程;を更に含むことを特徴とする使用方法。The method according to claim 3, wherein
A step of calculating at least one of a detection deviation caused by a detection system and a detection deviation caused by a formation state of the measurement target pattern using the first and second in-plane position information. how to use.
計測対象パターンが形成された物体と前記検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、前記物体上の計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する前記照射系から第1結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と;
前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第1面内位置情報を得る工程と;
前記物体を前記第1の状態から前記検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記照射領域に前記照射系から前記第1の結像光束とは異なる第2の結像光束を照射し、前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置を調整する工程と;
前記物体表面の光軸方向位置が調整された状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を得る工程と;
前記第1及び第2面内位置情報を用いて、検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程と;
前記第1面内位置情報及び前記第2面内位置情報の一方と、前記算出された検出ずれとに基づいて前記物体の位置を算出する工程と;を含む位置計測方法。A position measurement method for measuring the position of an object using the pattern detection device according to claim 1,
In the first state in which the positional relationship between the object on which the measurement target pattern is formed and the detection optical system is in a predetermined state, the focus position detection device is placed in a predetermined irradiation region near the measurement target pattern on the object. Irradiating the first imaging light beam from the irradiation system to constitute, and adjusting the position of the object surface in the optical axis direction of the detection optical system based on a photoelectric conversion signal output from the light receiving system;
An in-plane perpendicular to the optical axis of the measurement target pattern is detected optically using the detection system in a state where the position of the object surface in the optical axis direction of the detection optical system is adjusted. Obtaining the first in-plane position information of;
In a second state in which the object is rotated from the first state by 180 ° relative to the detection optical system, a second different from the first imaging light beam from the irradiation system to the irradiation region. Irradiating an imaging light beam and adjusting the position of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system based on a photoelectric conversion signal output from the light receiving system;
In a state in which the position of the object surface in the optical axis direction is adjusted, the detection target pattern is optically detected using the detection system, and the second in-plane position within the plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern Obtaining information;
Calculating at least one of a detection deviation caused by a detection system and a detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern using the first and second in-plane position information;
Calculating a position of the object based on one of the first in-plane position information and the second in-plane position information and the calculated detection deviation.
請求項5に記載の位置計測方法により前記物体の位置を計測する工程と;
前記計測された位置情報に基づいて前記物体の位置を制御しつつ前記エネルギビームにより前記物体を露光する工程と;を含む露光方法。An exposure method for exposing a photosensitive object with an energy beam to form a predetermined pattern on the object,
Measuring the position of the object by the position measuring method according to claim 5;
Exposing the object with the energy beam while controlling the position of the object based on the measured position information.
前記第1位置情報に基づいて前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整した状態で、前記検出光学系を含む検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第1面内位置情報を得る第1検出工程と;
前記物体を前記第1の状態から前記検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第2位置情報を得る工程と;
前記第2位置情報に基づいて前記物体表面の光軸方向位置を調整した状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を得る第2検出工程と;
前記第1及び第2面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程と;を含む計測方法。In a first state in which the positional relationship between the object on which the measurement target pattern is formed and the detection optical system is in a predetermined state, an imaging light beam is irradiated onto a predetermined irradiation region in the vicinity of the measurement target pattern on the object. A step of photoelectrically detecting the reflected light from the object surface of the imaging light beam through the detection optical system to obtain first position information of the object surface in the irradiation area in the optical axis direction of the detection optical system; ;
In a state where the position of the object surface in the optical axis direction is adjusted based on the first position information, the measurement target pattern is optically detected using a detection system including the detection optical system. A first detection step of obtaining first in-plane position information in a plane perpendicular to the optical axis;
In the second state in which the object is rotated from the first state by 180 ° relative to the detection optical system, the irradiation region is irradiated with an imaging light beam, and the imaging light beam is emitted from the object surface. Photoelectrically detecting reflected light to obtain second position information of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system in the irradiation region;
A surface perpendicular to the optical axis of the measurement target pattern, which optically detects the measurement target pattern using the detection system in a state where the position of the object surface in the optical axis direction is adjusted based on the second position information. A second detection step for obtaining position information on the second surface of the inside;
Calculating at least one of a detection deviation caused by the detection system and a detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern using the first and second in-plane position information.
前記第1の状態において、前記結像光束が照射される前記物体上の前記所定の照射領域とほぼ同一の領域に、前記結像光束が前記第2の状態においても照射されるように、前記第1検出工程後で且つ前記第2検出工程前の期間において、前記物体を前記光軸に直交する面内で移動する工程をさらに含むことを特徴とする計測方法。The measurement method according to claim 7,
In the first state, the imaged light beam is irradiated in the second state substantially in the same region as the predetermined irradiation region on the object irradiated with the imaged light beam. The measurement method further comprising a step of moving the object in a plane orthogonal to the optical axis in a period after the first detection step and before the second detection step.
前記物体上に複数の結像光束を照射可能であり、
前記第1の状態において前記結像光束が照射される前記物体上の前記所定の照射領域とほぼ同一の領域に、前記結像光束が前記第2の状態においても照射されるように、前記第1検出工程と前記第2検出工程とで、前記物体上に照射する結像光束を切り換えて使用することを特徴とする計測方法。The measurement method according to claim 7,
A plurality of imaging light beams can be irradiated on the object;
In order that the imaging light beam is irradiated even in the second state to a region substantially the same as the predetermined irradiation region on the object irradiated with the imaging light beam in the first state. A measuring method, wherein the imaging light beam irradiated onto the object is switched and used in the first detection step and the second detection step.
計測対象パターンが形成された物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、前記物体上の前記計測対象パターンの近傍の所定の照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を前記検出光学系を介して光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第1位置情報を得る工程と;
前記第1位置情報に基づいて前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整した状態で、前記検出光学系を含む検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第1面内位置情報を得る第1検出工程と;
前記物体を前記第1の状態から前記検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出して前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の第2位置情報を得る工程と;
前記第2位置情報に基づいて前記物体表面の光軸方向位置を調整した状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を得る第2検出工程と;
前記第1及び第2面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する工程と;
前記第1面内位置情報及び前記第2面内位置情報の一方と、前記算出された検出ずれとに基づいて前記物体の位置を算出する工程と;を含む位置計測方法。A position measurement method for measuring the position of an object,
In a first state in which the positional relationship between the object on which the measurement target pattern is formed and the detection optical system is in a predetermined state, an imaging light beam is irradiated onto a predetermined irradiation region in the vicinity of the measurement target pattern on the object. A step of photoelectrically detecting the reflected light from the object surface of the imaging light beam through the detection optical system to obtain first position information of the object surface in the irradiation area in the optical axis direction of the detection optical system; ;
In a state where the position of the object surface in the optical axis direction is adjusted based on the first position information, the measurement target pattern is optically detected using a detection system including the detection optical system. A first detection step of obtaining first in-plane position information in a plane perpendicular to the optical axis;
In the second state in which the object is rotated from the first state by 180 ° relative to the detection optical system, the irradiation region is irradiated with an imaging light beam, and the imaging light beam is emitted from the object surface. Photoelectrically detecting reflected light to obtain second position information of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system in the irradiation region;
A surface perpendicular to the optical axis of the measurement target pattern, which optically detects the measurement target pattern using the detection system in a state where the position of the object surface in the optical axis direction is adjusted based on the second position information. A second detection step for obtaining position information on the second surface of the inside;
Calculating at least one of a detection deviation caused by the detection system and a detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern using the first and second in-plane position information;
Calculating a position of the object based on one of the first in-plane position information and the second in-plane position information and the calculated detection deviation.
請求項10に記載の位置計測方法により前記物体の位置を計測する工程と;
前記計測された位置情報に基づいて前記物体の位置を制御しつつ前記エネルギビームにより前記物体を露光する工程と;を含む露光方法。An exposure method for exposing a photosensitive object with an energy beam to form a predetermined pattern on the object,
Measuring the position of the object by the position measuring method according to claim 10;
Exposing the object with the energy beam while controlling the position of the object based on the measured position information.
前記物体上の検出領域に対して相互に回転対称で且つ前記検出領域から離れる方向にそれぞれ延在する少なくとも一組の照射領域にそれぞれ結像光束を照射可能な照射系と、前記結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出し前記結像光束が照射された前記照射領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置に応じた光電変換信号を出力する受光系とを有する焦点位置検出装置と;
前記物体を少なくとも前記光軸方向に駆動する第1駆動機構と;
前記物体と前記検出光学系とを相対的に少なくとも180°前記光軸方向の軸回りに回転駆動可能な第2駆動機構と;
前記物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、前記物体上の計測対象パターンの近傍の照射領域に前記焦点位置検出装置を構成する前記照射系から第1結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を受光した前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記第1駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第1面内位置情報を検出する第1検出制御系と;
前記第2駆動機構を介して前記物体を前記第1の状態から前記検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記照射領域に前記照射系から前記第1の結像光束とは異なる第2の結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を受光した前記受光系から出力される光電変換信号に基づいて前記第1駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を検出する第2検出制御系と;
前記第1及び第2面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する算出装置と;を備える計測装置。A detection system that sets a detection region at a predetermined point on the object and optically detects a pattern of the detection region via a detection optical system;
An irradiation system capable of irradiating at least one set of irradiation regions, each of which is rotationally symmetric with respect to the detection region on the object and extending in a direction away from the detection region; A light receiving system for photoelectrically detecting reflected light from the object surface and outputting a photoelectric conversion signal corresponding to the position of the object surface with respect to the optical axis direction of the detection optical system in the irradiation region irradiated with the imaging light beam; A focal position detection device having;
A first drive mechanism for driving the object at least in the optical axis direction;
A second drive mechanism capable of rotationally driving the object and the detection optical system at least about 180 ° around the axis in the optical axis direction;
In the first state in which the positional relationship between the object and the detection optical system is in a predetermined state, the irradiation system in the vicinity of the measurement target pattern on the object has a first connection from the irradiation system constituting the focal position detection device. The direction of the optical axis of the object surface via the first drive mechanism based on a photoelectric conversion signal output from the light receiving system that irradiates an image light beam and receives reflected light from the object surface of the imaged light beam In the state after the adjustment, the measurement target pattern is optically detected using the detection system, and the first in-plane position in the plane perpendicular to the optical axis of the measurement target pattern is adjusted. A first detection control system for detecting information;
In the second state in which the object is rotated by 180 ° relative to the detection optical system from the first state via the second driving mechanism, the first connection is made from the irradiation system to the irradiation region. A second imaging light beam different from the image light beam is irradiated, and a reflected light from the object surface of the imaging light beam is received, and a photoelectric conversion signal output from the light receiving system is received via the first drive mechanism. Adjusting the position of the object surface with respect to the optical axis direction and, in the state after the adjustment, using the detection system, second in-plane position information in a plane perpendicular to the optical axis of the measurement target pattern is obtained. A second detection control system to detect;
And a calculation device that calculates at least one of a detection deviation caused by the detection system and a detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern using the first and second in-plane position information.
前記物体上に形成されたマークの位置を検出するマーク位置検出系と;
前記マーク位置検出系の検出結果に基づいて前物体の位置を制御する制御装置と;を備え、
前記マーク位置検出系が、請求項12に記載の計測装置を有することを特徴とする露光装置。An exposure apparatus that exposes a photosensitive object with an energy beam to form a predetermined pattern on the object,
A mark position detection system for detecting a position of a mark formed on the object;
A control device for controlling the position of the front object based on the detection result of the mark position detection system;
An exposure apparatus, wherein the mark position detection system includes the measurement apparatus according to claim 12.
前記第1物体に形成されたマークの位置を検出する第1マーク位置検出系と;
前記第2物体に形成されたマークの位置を検出する第2マーク位置検出系と;
前記第1及び第2マーク位置検出系の検出結果に基づいて、前記第1物体及び第2物体の位置を制御する制御系と;を備え、
前記第1及び第2マーク位置検出系の少なくとも一方が、請求項12に記載の計測装置を有することを特徴とする露光装置。An exposure apparatus for transferring a circuit pattern formed on a first object to a second object,
A first mark position detection system for detecting a position of a mark formed on the first object;
A second mark position detection system for detecting a position of a mark formed on the second object;
A control system for controlling the positions of the first object and the second object based on detection results of the first and second mark position detection systems;
An exposure apparatus, wherein at least one of the first and second mark position detection systems includes the measurement apparatus according to claim 12.
前記物体上の所定領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光を光電検出し前記所定領域における前記検出光学系の光軸方向に関する前記物体表面の位置に応じた光電変換信号を出力する焦点位置検出装置と;
前記物体を少なくとも前記光軸方向に駆動する第1駆動機構と;
前記物体と前記検出光学系とを相対的に少なくとも180°前記光軸方向の軸回りに回転駆動可能な第2駆動機構と;
前記物体と検出光学系との位置関係が所定の状態にある第1の状態で、前記焦点位置検出装置を用いて前記物体上の計測対象パターンの近傍の照射領域に前記結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光の前記光電変換信号に基づいて前記第1駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、該調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンを光学的に検出し、前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第1面内位置情報を検出する第1検出制御系と;
前記第2駆動機構を介して前記物体を前記第1の状態から前記検出光学系に対して相対的に180°回転した第2の状態で、前記焦点位置検出装置を用いて前記照射領域に結像光束を照射し、該結像光束の前記物体表面からの反射光の光電変換信号に基づいて前記第1駆動機構を介して前記物体表面の前記光軸方向に関する位置を調整するとともに、その調整後の状態で、前記検出系を用いて前記計測対象パターンの前記光軸に直交する面内の第2面内位置情報を検出する第2検出制御系と;
前記第1及び第2面内位置情報を用いて、前記検出系に起因する検出ずれ及び前記計測対象パターンの形成状態に起因する検出ずれの少なくとも一方を算出する算出装置と;を備える計測装置。A detection system that sets a detection region at a predetermined point on the object and optically detects a pattern of the detection region via a detection optical system;
Irradiating a predetermined region on the object with an imaging light beam, photoelectrically detecting reflected light from the object surface of the imaging light beam, and depending on the position of the object surface in the predetermined region with respect to the optical axis direction of the detection optical system A focus position detection device for outputting a photoelectric conversion signal;
A first drive mechanism for driving the object at least in the optical axis direction;
A second drive mechanism capable of rotationally driving the object and the detection optical system at least about 180 ° around the axis in the optical axis direction;
In the first state in which the positional relationship between the object and the detection optical system is in a predetermined state, the imaging light flux is irradiated onto an irradiation area near the measurement target pattern on the object using the focal position detection device. And adjusting the position of the object surface in the optical axis direction via the first drive mechanism based on the photoelectric conversion signal of the reflected light from the object surface of the imaging light beam, and in the state after the adjustment A first detection control system for optically detecting the measurement target pattern using the detection system and detecting first in-plane position information in a plane orthogonal to the optical axis of the measurement target pattern;
In the second state in which the object is rotated by 180 ° relative to the detection optical system from the first state via the second driving mechanism, the object is connected to the irradiation region using the focal position detection device. Adjusting the position of the object surface with respect to the optical axis direction via the first drive mechanism based on the photoelectric conversion signal of the reflected light from the object surface of the imaged light beam, and adjusting the position A second detection control system for detecting second in-plane position information in a plane perpendicular to the optical axis of the measurement target pattern using the detection system in a later state;
And a calculation device that calculates at least one of a detection deviation caused by the detection system and a detection deviation caused by the formation state of the measurement target pattern using the first and second in-plane position information.
前記物体上に形成されたマークの位置を検出するマーク位置検出系と;
前記マーク位置検出系の検出結果に基づいて前物体の位置を制御する制御装置と;を備え、
前記マーク位置検出系が、請求項15に記載の計測装置を有することを特徴とする露光装置。An exposure apparatus that exposes a photosensitive object with an energy beam to form a predetermined pattern on the object,
A mark position detection system for detecting a position of a mark formed on the object;
A control device for controlling the position of the front object based on the detection result of the mark position detection system;
An exposure apparatus, wherein the mark position detection system includes the measurement apparatus according to claim 15.
前記第1物体に形成されたマークの位置を検出する第1マーク位置検出系と;
前記第2物体に形成されたマークの位置を検出する第2マーク位置検出系と;
前記第1及び第2マーク位置検出系の検出結果に基づいて、前記第1物体及び第2物体の位置を制御する制御系と;を備え、
前記第1及び第2マーク位置検出系の少なくとも一方が、請求項15に記載の計測装置を有することを特徴とする露光装置。An exposure apparatus for transferring a circuit pattern formed on a first object to a second object,
A first mark position detection system for detecting a position of a mark formed on the first object;
A second mark position detection system for detecting a position of a mark formed on the second object;
A control system for controlling the positions of the first object and the second object based on detection results of the first and second mark position detection systems;
An exposure apparatus, wherein at least one of the first and second mark position detection systems includes the measurement apparatus according to claim 15.
前記リソグラフィ工程では、請求項13、14、16、17のいずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。A device manufacturing method including a lithography process,
In the said lithography process, it exposes using the exposure apparatus as described in any one of Claim 13, 14, 16, 17, The device manufacturing method characterized by the above-mentioned.
前記リソグラフィ工程では、請求項6又は11に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。A device manufacturing method including a lithography process,
12. A device manufacturing method using the exposure method according to claim 6 or 11 in the lithography process.
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