JP2010192744A - 露光装置、露光方法、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原版の位置及び形状を高速かつ高精度に補正可能な露光装置を提供する。
【解決手段】本発明の露光装置は、原版３のパターンを基板５に露光する露光装置であって、露光領域外で原版３の面内方向に移動し、原版３の複数のアライメントマークの位置を計測する原版アライメント検出系１３と、原版アライメント検出系１３の位置を計測する干渉計２３と、複数のアライメントマークの位置から原版３の位置及び形状を算出する算出手段と、露光の際に原版３の位置及び形状に応じた補正を行う補正手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原版と基板とを精度よく位置合わせして原版のパターンを基板に露光する露光装置に関する。

近年、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路や液晶パネルの微細化及び高集積化に伴い、半導体露光装置等の露光装置も高精度化及び高機能化が進んでいる。特に、マスク（レチクル）等の原版と半導体基板やガラス基板等の基板とを位置合わせする際には、原版と基板をナノオーダーで重ね合わせる技術が要求される。

ところが、原版が露光光を吸収して熱膨張することにより、原版と基板の重ね合わせ精度が劣化してしまう。露光装置のスループットを向上させるに従い、一定時間当りに照明に用いられる露光の光量は増えるため、重ね合わせ精度の劣化（誤差量）は大きくなる。このため、原版の変形を計測し、この変形を露光時に補正する技術が提案されている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、原版上に位置計測マークを設けるとともに、露光装置の部材に基準マークを設け、位置計測マークと基準マークの位置ずれ量を計測することにより、原版の変形を計測する露光装置が開示されている。

特開平１０−１３５１１９号公報 特開２００１−２７４０８０号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示された計測方法では、原版アライメントマークを観察するための検出系の位置は固定されており、計測可能な原版アライメントマークの位置が制限される。また、検出系の数を増やしても、原版アライメントマークを計測する際には別の基準マークが必要となり、原版上の多くの位置を計測するには複数の位置に基準マークを設ける必要がある。

また、基準マークとして、駆動可能な基板ステージ上のマークを用いることもできるが、計測時に基板ステージが所定の位置にあることが必要とされる。このため、計測時には基板ステージを用いる他の処理を実行することができず、スループットが悪化する。また、上述のマークは露光領域内で観察されるため、マーク観察時と露光時との間で観察系を退避する等の処理が必要となり、この点からもスループットが悪化する。

そこで本発明は、原版の位置及び形状を高速かつ高精度に補正可能な露光装置を提供する。

本発明の一側面としての露光装置は、原版のパターンを基板に露光する露光装置であって、前記原版の面内方向に移動しながら、露光領域外で該原版の複数のアライメントパターンの位置を計測する原版アライメント検出手段と、前記原版アライメント検出手段の位置を計測する計測手段と、前記複数のアライメントパターンの位置から前記原版の位置及び形状を算出する算出手段と、露光の際に、前記原版の位置及び形状に応じた補正を行う補正手段とを有する。

本発明の他の側面としての露光方法は、原版のパターンを基板に露光する露光方法であって、露光領域外において原版アライメント検出手段を前記原版の面内方向に移動させ、前記原版に設けられた複数のアライメントマークの位置を計測する工程と、前記原版アライメント検出手段の位置を計測する工程と、前記複数のアライメントマークの位置から前記原版の位置及び形状を算出する工程と、露光の際に、前記原版の位置及び形状に応じた補正を行う工程とを有する。

本発明の他の側面としてのデバイス製造方法は、前記露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光された前記基板を現像する工程とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、原版の位置及び形状を高速かつ高精度に補正可能な露光装置を提供することができる。

実施例１における原版アライメント検出系及びその周囲の模式図（側面図）である。 実施例１における露光装置の模式図である。 実施例１における露光ステーションの模式図である。 実施例１における計測ステーションの模式図である。 実施例１における原版アライメント検出系及びその周囲の模式図（平面図）である。 実施例１における原版アライメントスコープの一例を示す模式図である。 実施例１における原版アライメントスコープの他の一例を示す模式図である。 実施例１における別形態の原版アライメント検出系及びその周囲の模式図（側面図）である。 実施例１における原版の形状及び位置の計測、及び、それらの補正方法のフローチャートである。 実施例１におけるアライメントマークが設けられた原版の模式図である。 実施例１における原版アライメント計測工程のフローチャートである。 実施例１における原版アライメントマークの撮像順序の一例である。 実施例１における原版及び原版基準プレート上にアライメントマークを配置した一例である。 実施例２における原版アライメント検出系及びその周囲の模式図（側面図）である。 実施例２における原版アライメント検出系及びその周囲の模式図（平面図）である。 実施例２における第二の原版基準プレート上に設けられたパターンの模式図である。 実施例２における原版アライメントマークと第二の原版アライメントマークとを同時に観察している場合の模式図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施例１における露光装置について説明する。本実施例の露光装置１００は、原版の回路パターンを基板に露光する露光装置である。露光装置１００は、原版の位置及び形状を高精度かつ高速に計測するため、露光時の光路以外（露光領域外）の場所で原版の面内方向に移動しながら原版のアライメントパターンの位置を計測する原版アライメント検出系を備える。本実施例では、最初に露光装置及び露光方法の概略について述べた後、原版のアライメント（位置合わせ）について詳述する。

図２は、本実施例における露光装置１００の模式図である。露光装置１００は、露光ステーション１、計測ステーション２、及び、天板７を備えている。露光ステーション１は、原版のパターンを基板上に露光するための露光部である。一方、計測ステーション２は、基板のフォーカス位置及びアライメント位置を計測するための計測部である。

図３は、本実施例における露光ステーション１の模式図である。また、図４は、本実施例における計測ステーション２の模式図である。基板ステージ６（６ａ、６ｂ）は、基板５（５ａ、５ｂ）を支持し、露光ステーション１及び計測ステーション２の間を移動可能に構成されている。天板７は、２つの基板ステージ６ａ、６ｂを支持している。図３に示される露光ステーション１は、基板ステージ６ａに加えて、原版３を支持する原版ステージ４を備えている。また、露光ステーション１は、不図示の光源からの光（露光光）で原版ステージ４に支持されている原版３を照明する照明光学系８、及び、露光光で照明された原版３のパターンを基板ステージ６ａ上の基板５ａに投影露光する投影光学系９を備える。さらに、露光ステーション１は、露光装置１００全体の動作を統括制御する不図示の制御装置（制御手段）が設けられる。なお、本実施例の露光装置１００においては、２つの基板ステージ６ａ、６ｂが設けられているが、１つ又は３つ以上の基板ステージを備えた露光装置でもよい。

本実施例の露光装置１００は、原版３と基板５ａとを走査方向に互いに同期移動しつつ原版３に形成されたパターンを基板５ａに露光するスキャナである。ただし、本実施例の露光装置はこれに限定されるものではなく、ステッパを用いてもよい。以下の説明において、投影光学系９の光軸と一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内で原版３と基板５との同期移動方向（走査方向）をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸回りの方向を、それぞれ、θＸ、θＹ、及び、θＺ方向とする。

原版３上の所定の照明領域は、照明光学系８により均一な照度分布の露光光で照明される。照明光学系８から射出される露光光としては、一般的に、水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ２レーザ、又は、極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ光）等が用いられる。ただし、本実施例の露光光はこれらに限定されるものではない。

原版ステージ４は、原版３を支持し、投影光学系９の光軸に垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内での２次元移動、及び、θＺ方向における微小回転が可能である。原版ステージ４は、リニアモータ等の原版ステージ駆動装置（不図示）により駆動される。原版ステージ駆動装置は、制御装置（不図示）により制御される。原版ステージ４上にはミラーが設けられている。また、ミラーに対向する位置には、不図示のレーザ干渉計が設けられている。原版ステージ４上の原版３のＸＹ平面内での２次元方向の位置、及び、回転角θＺは、レーザ干渉計によりリアルタイムで計測され、その計測結果は制御装置に出力される。制御装置は、レーザ干渉計の計測結果に基づいて原版ステージ駆動装置を駆動することで、原版ステージ４に支持されている原版３の位置決め制御を行う。

投影光学系９は、原版３のパターンを所定の投影倍率で基板５ａ、５ｂに投影露光する。投影光学系９は、複数の光学素子を備えて構成されており、これらの光学素子は、金属部材である鏡筒により支持されている。本実施例において、投影光学系９は、その投影倍率が例えば１／４又は１／５の縮小投影系である。

基板ステージ６ａは、基板５ａを支持する。また、基板ステージ６ａは、基板５ａを基板チャックを介して保持するＺステージ、Ｚステージを支持するＸＹステージ、及び、ＸＹステージを支持するベースを備えている。基板ステージ６ａは、リニアモータ等の基板ステージ駆動装置（不図示）により駆動される。基板ステージ駆動装置は、制御装置により制御される。

基板ステージ６ａ上には、基板ステージ６ａとともに移動するミラーが設けられている。また、ミラーに対向する位置には、不図示のレーザ干渉計が設けられている。基板ステージ６ａのＸＹ方向の位置、及び、回転角θＺは、レーザ干渉計によりリアルタイムで計測され、その計測結果は制御装置に出力される。また、基板ステージ６ａのＺ方向の位置、及び、回転角θＸ、θＹは、レーザ干渉計によりリアルタイムで計測され、その計測結果も制御装置に出力される。レーザ干渉計の計測結果に基づいて基板ステージ駆動装置を通してＸＹＺステージを駆動することにより、基板５ａのＸＹＺ方向における位置を調整し、基板ステージ６ａに支持されている基板５ａの位置決め制御を行う。

原版ステージ４の上方には、原版ステージ４に配置される原版基準プレート１０上のマークと、基板ステージ６ａに配置される基板基準プレート１１（１１ａ）のマークとを検出するＴＴＲアライメント検出系１２が設けられている。ＴＴＲアライメント検出系１２は、基板基準プレート１１ａ上のマークを、投影光学系９を介して検出する。ＴＴＲアライメント検出系１２を用いて、原版基準プレート１０に対して基板基準プレート１１ａのアライメント（位置合わせ）を行う。また、投影光学系９に隣接した位置に、原版アライメント検出系１３（原版アライメント検出手段）が配置されている。原版アライメント検出系１３は、原版３又は原版基準プレート１０上のアライメントパターンの位置を計測する。原版アライメント検出系１３の詳細については後述する。

一方、図４に示される計測ステーション２は、基板ステージ６ｂ上に支持された基板５ｂ表面の位置情報（Ｚ軸方向における位置情報及び傾斜情報）を検出するフォーカス検出系１４を備える。また、計測ステーション２は、基板５ｂと基板基準プレート１１（１１ｂ）の位置を検出する基板アライメント検出系１５を備えている。フォーカス検出系１４は、検出光を基板５ｂの表面に投射する投射系、及び、その基板５ｂからの反射光を受光する受光系を備えている。フォーカス検出系１４の検出結果（計測値）は、制御装置に出力される。制御装置は、フォーカス検出系１４の検出結果に基づいてＺステージを駆動し、Ｚステージに保持されている基板５のＺ軸方向における位置（フォーカス位置）および傾斜角を調整する。また、基板アライメント検出系１５による基板５ｂと基板基準プレート１１ｂの位置検出の結果（計測値）は、レーザ干渉計により規定される座標内で、アライメント位置情報として、制御装置に出力される。

基板基準プレート１１ａ、１１ｂは、それぞれ、基板５ａ、５ｂの表面と略同一の高さに設置されており、ＴＴＲアライメント検出系１２又は基板アライメント検出系１５により基板５ａ、５ｂの位置を検出するために用いられる。また、基板基準プレート１１ａ、１１ｂは、その表面が略平坦な部分を備え、フォーカス検出系１４の基準面としての役割も有する。基板基準プレート１１ａ、１１ｂは、基板ステージ６ａ、６ｂの複数のコーナーに配置されていてもよい。

また、基板５ａ、５ｂは、基板アライメント検出系１５により検出される基板アライメントマークを備えている。基板アライメントマークは、基板５ａ、５ｂ上の各ショット領域周辺に複数個設けられており、基板アライメントマークとショット領域との位置関係（ＸＹ方向）は既知であるとする。

次に、本実施例による露光方法について説明する。上述のように、２つの基板ステージ６ａ、６ｂを搭載した露光装置１００では、例えば露光ステーション１における基板ステージ６ａ上の基板５ａの露光処理中に、計測ステーション２における基板ステージ６ｂ上の基板５ｂの交換及び計測処理が行われる。それぞれの作業が終了すると、露光ステーション１中の基板ステージ６ａが計測ステーション２に移動し、それと並行して、計測ステーション２の基板ステージ６ｂが露光ステーション１に移動し、基板５ｂに対して露光処理が行われる。以下、本実施例における露光処理の概要を順番に述べる。

計測ステーション２へ基板５ｂを搬入した後、基板基準プレート１１ｂを基板アライメント検出系１５で検出する。このため、制御装置は、基板アライメント検出系１５の光軸が基板基準プレート１１ｂ上に位置するように、レーザ干渉計の出力をモニタしつつＸＹステージを移動させる。これにより、レーザ干渉計によって規定される座標系内で、基板アライメント検出系１５で基板基準プレート１１ｂの位置情報が計測される。同様に、計測ステーション２において、フォーカス検出系１４により基板基準プレート１１ｂの表面の位置情報を検出する。

次に、基板５ｂのショット領域の位置検出が行われる。制御手段は、基板アライメント検出系１５の光軸が基板５ｂの各ショット領域周辺に位置する基板アライメントマーク上を進むように、レーザ干渉計の出力をモニタしつつ基板ステージ６ｂを移動させる。そして、基板アライメント検出系１５は、基板５ｂのショット領域周辺に形成されている基板アライメントマークを検出する。これにより、レーザ干渉計により規定される座標系内での各基板アライメントマークの位置が検出される。

基板アライメント検出系１５による基板基準プレート１１ｂ及び各基板アライメントマークの検出結果より、基板基準プレート１１ｂと各基板アライメントマークとの位置関係が求められる。各基板アライメントマークと各ショット領域との位置関係はそれぞれ既知であるため、ＸＹ平面内での基板基準プレート１１ｂと基板５ｂ上の各ショット領域との位置関係もそれぞれ決定される。

次に、フォーカス検出系１４により、基板５ｂ上の全てのショット領域毎に、基板５ｂの表面の位置情報が検出される。この検出結果は、レーザ干渉計により規定される座標系内でＸＹ方向の位置を対応させ、制御装置に記憶される。フォーカス検出系１４による基板基準プレート１１ｂ表面の位置情報及び基板５ｂ上の全てのショット領域表面の位置情報の検出結果より、基板基準プレート１１ｂ表面と基板５ｂ上の各ショット領域表面との位置関係が決定される。

次に、計測ステーション２にて計測した基板５ｂを露光ステーション１に移動させ、露光ステーション１において露光を行う。露光ステーション１では、予め、原版３が原版ステージ４上に置かれ、原版３のパターンの位置及び形状が計測されている。原版３のパターンの位置及び形状の計測、及び、その補正方法については後述する。

制御装置は、ＴＴＲアライメント検出系１２を用いて基板基準プレート１１ａを検出できるように、ＸＹステージ（基板ステージ６ａ）を移動させる。次に、ＴＴＲアライメント検出系１２により、原版３及び投影光学系９を介して、基板基準プレート１１ａを検出する。すなわち、原版３と基板基準プレート１１ａとのＸＹ方向の関係、及びＺ方向の関係を、投影光学系９を介して検出する。これにより、投影光学系９を介して、投影光学系９が基板５ａ上に投影する原版３のパターン像の位置が、基板基準プレート１１ａを用いて検出される。

制御装置は、投影光学系９が形成する原版３のパターン像の位置検出が終了すると、基板５ａ上の各ショット領域を露光するために、ＸＹステージを移動して投影光学系９下に基板５ａ上のショット領域を移動させる。そして、計測ステーション２にて得られた各計測結果を用いて、基板５ａ上の各ショット領域を走査露光する。走査露光中、計測ステーション２で得られた基板基準プレート１１ｂと各ショット領域との位置関係及び露光ステーション１で得られた基板基準プレート１１ａと原版３との投影位置関係に基づき、基板５と原版３とのアライメント（位置合わせ）を行う。

また、走査露光中、基板５ａ表面と投影光学系９によって投影される原版３のパターン像面との位置関係が調整される。この調整は、計測ステーション２で得られた基板基準プレート１１ｂ表面と基板５ｂ表面との位置関係、及び、露光ステーション１で得られた基板基準プレート１１ａ表面と投影光学系９が形成する原版３のパターン像面との位置関係に基づいて行われる。

次に、本実施例における原版３のパターンの計測及びその補正について説明する。図１及び図５は、原版アライメント検出系１３及びその周囲の模式図である。図１は原版アライメント検出系をＹ方向から見た側面図であり、図５は原版アライメント検出系を装置上側（Ｚ方向）から見た平面図である。

前述のとおり、図１及び図５において、３は原版、４は原版ステージ、９は投影光学系、１３は原版アライメント検出系（原版アライメント検出手段）である。２０は、原版３又は原版基準プレート１０を照明し、その反射光を受光することにより原版３又は原版基準プレート１０上のアライメントマークの像を撮像する原版アライメントスコープである。原版アライメントスコープ２０は、可動部２０ａ及び固定部２０ｂを備えて構成されている。２２は、原版アライメントスコープ２０（可動部２０ａ及び固定部２０ｂ）をガイドにより保持するとともに、原版アライメントスコープ２０の可動部２０ａをＸ方向に駆動する原版アライメント駆動系である。２３は、原版アライメントスコープ２０（可動部２０ａ）の位置を計測する干渉計である。干渉計２３は、原版アライメント検出系１３の位置を計測する計測手段である。２４は、原版ステージ４のＸ方向の位置を計測する干渉計である。２５は、干渉計２３、２４を支持する支柱である。同様に、２６は、原版ステージ４のＹ方向の位置及び回転角を計測する干渉計である。２７は、干渉計２６を支持する支柱である。

図５に示されるように、露光装置１００に設けられた原版アライメント検出系１３は、露光時の光路以外（露光領域外）の場所（図５中における投影光学系９の縁の外側）に位置している。原版アライメント検出系１３は、露光領域外において原版３の面内方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動し、原版３の複数のアライメントパターンの位置を計測する。このため、原版アライメントスコープ２０の露光領域内からの退避処理が不要である。また、原版アライメント検出系１３は、露光の際の原版３（原版ステージ４）の移動方向（Ｙ方向）に垂直な方向（Ｘ方向）に移動させる機構（原版アライメント駆動系２２）を有している。このため、原版ステージをＹ方向に駆動する駆動機構との組み合わせにより、原版３における任意の位置のパターンを高速に計測することが可能となる。なお、図１及び図５では、１つの原版アライメントスコープ２０を有する構成を示しているが、本実施例はこれに限定されず、複数の原版アライメントスコープを備えてもよい。複数の原版アライメントスコープを用いることにより、原版のアライメントパターンの位置の計測時間を短縮することができ、露光装置のスループットを向上させることができる。

次に、原版アライメントスコープ２０及び原版アライメント駆動系２２について、具体的に説明する。図６は、本実施例における原版アライメントスコープ２０の一例を示す模式図である。光源３８からの照明光は、集光レンズ３７を介してビームスプリッタ３４で反射し、リレーレンズ３３に入射する。リレーレンズ３３からの照明光は、平行光（アフォーカル）となり、絞り３２を通過し、対物レンズ３１に入射する。なお、対物レンズ３１は、物体（原版上のアライメントマーク）を無限遠に結像し、その像は無収差になるよう補正されている。一方、リレーレンズ３３は、無限遠物体に対して、無収差で結像するよう補正がされている。従って、原版上のアライメントマーク像は、リレーレンズ３３を介して、ビームスプリッタ３４側に中間像として結像される。このとき、上記構成のため、対物レンズ３１とリレーレンズ３３との間隔が変化した場合でも、結像される中間像の像質の劣化は許容範囲となる。

対物レンズ３１からの照明光は、ミラー３０で反射して、原版３の下面にパターニングされているアライメントマーク４０を照明する。原版３を反射した観察光であるアライメントマーク４０の像は、再びミラー３０、対物レンズ３１、絞り３２、リレーレンズ３３、ビームスプリッタ３４、及び、結像光学系３５を通過して、撮像素子３６で撮像される。撮像素子３６で撮像したアライメントマーク４０の像の位置は、不図示の算出手段で各種の画像処理検出を行うことにより算出される。また算出手段は、複数のアライメントマークの位置から原版３の位置及び形状を算出する。不図示の補正手段は、露光の際に、原版３の位置及び形状を補正する。すなわち補正手段は、算出手段で算出された原版３の位置及び形状に応じた補正を行う。

絞り３２、対物レンズ３１、及び、ミラー３０は、原版アライメントスコープ２０の可動部２０ａ内に配置されている。これらの構成要素は、原版アライメント駆動系２２で保持され、原版アライメント駆動系２２のガイドに沿ってＸ方向に移動可能に構成されている。このような構成により、観察像高を変えることが可能である。

原版アライメントスコープ２０の可動部２０ａには、干渉計用の参照ミラー３９が設けられており、干渉計２３によりＸ方向の位置の精密な計測が可能である。原版アライメントスコープ２０の可動部２０ａの位置は、干渉計２３の計測値に基づき、原版アライメント駆動系２２により制御される。原版アライメントスコープ２０の可動部２０ａが移動することにより、対物レンズ３１とリレーレンズ３３との間隔は変化するが、この光路はアフォーカルとして結像状態に影響しないように構成されている。

原版３上のアライメントマーク４０を観察する場合、投影光学系９を介さないため、原版３のパターンを基板５ａ、５ｂに露光する際に用いられる露光光以外の照明光（非露光光）が用いられる。例えば、公知のＬＥＤを用いて実現することができる。なお、非露光光による光源をスペースの都合等で配置することができない場合には、露光光を用いてもよい。この場合、照明光学系８からミラー等で分岐した露光光を、ファイバ等で原版アライメント検出系１３に入力することにより実現可能である。

上述のとおり、図６に示される原版アライメントスコープ２０は、原版３からの反射光を受光する構成である。しかし、本実施例はこれに限定されるものではなく、原版３を透過させた照明光を用いてアライメントマーク４０の像を受光する構成を採用することもできる。図７は、本実施例における原版アライメントスコープ２０の他の一例を示す模式図である。

図７に示される原版アライメントスコープ２００は、固定部２１が照明部２１ａと受光部２１ｂに分かれて構成されている。照明部２１ａ、は原版３の上側に配置されており、原版アライメントスコープ２００の可動部２０ａとともに移動する。また、図６中のビームスプリッタ３４は、図７の原版アライメントスコープ２００では不要である。図７の構成では、光源３８からの照明光は、集光レンズ３７及び原版３を介して原版３の下面にパターニングされているアライメントマーク４０を照明する。原版３を透過した照明光であるアライメントマーク４０の像は、ミラー３０、対物レンズ３１、絞り３２、リレーレンズ３３、及び、結像光学系３５を通過して、撮像素子３６で撮像される。図７においても、図６と同様に、リレーレンズ３３からの照明光は平行光（アフォーカル）であり、対物レンズ３１は物体を無限遠に収差補正された状態で結像する。

図７中の原版３の下側に配置される可動部２０ａ及び照明部２１ａと、原版３の上側に配置される受光部２１ｂとは、その配置を入れ替えても構わない。また、露光光源としてＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ、水銀ランプ等を用いる露光装置の場合、ガラスを材料として原版３を作成するため、図６及び図７に示される両構成を採用することができる。一方、露光光源としてＥＵＶ光を用いる露光装置の場合、反射型の原版３を用いるため、図６の構成が採用される。

ここで、原版アライメント駆動系２２について補足する。原版アライメント駆動系２２は、原版アライメントスコープ２０の可動部２０ａをＸ方向に駆動する駆動手段である。可動部２０ａの位置はそのまま計測値に影響を与えるため、可動部２０ａの高精度な位置計測が必要となる。可動部２０ａのＸ方向の位置は、干渉計２３により高精度に計測される。可動部２０ａのＹ方向の位置は、原版アライメント駆動系２２内のガイドに沿った位置となる。ガイドは、可動部２０ａがＹ方向に対して常に同じ位置になるように、高精度に製造及び調整される。この製造及び調整の過程で発生した誤差については、例えば、原版ステージ４に備えられている原版基準プレート１０上のマークを原版アライメント検出系１３で計測することにより、予め補正値を算出し、原版３上のマークを計測するときに補正する。

図８は、本実施例における別形態の原版アライメント検出系及びその周囲の模式図であり、Ｘ軸方向から見た側面図である。図８に示される様に、可動部２０ａのＹ方向の位置をより正確に把握するため、原版アライメント駆動系２２のガイドにミラーを配置し、２軸の干渉計２８を設けてもよい。このような構成により、振動等によるガイドの移動量や回転角を計測でき、可動部２０ａのＹ方向の位置変化を計測することができる。例えば、可動部２０ａのＹ方向の位置変化を用いて計測値を補正してもよく、また、計測中の原版ステージ４の位置を補正してもよい。本実施例では、干渉計２８を用いて可動部２０ａの位置を計測しているが、これに限定されるものではなく、例えば公知のエンコーダ等の干渉計以外の計測器を用いてもよい。また、本実施例は、可動部２０ａをＸ方向に駆動する構成であるが、駆動手段をＸＹ両方向に設けて可動部２０ａをＸＹ方向の両方に駆動するように構成してもよい。

次に、本実施例における原版３の形状及び位置の計測、及び、それらの補正方法について説明する。図９は、それらの計測及び補正方法のフローチャートである。まず、原版アライメント計測工程Ｓ１０１で、原版３又は原版基準プレート１０に設けられた複数のアライメントマークの位置を計測する。次に、原版位置／形状算出工程Ｓ１０２において、アライメントマークの位置の計測値から、原版３の形状及び位置を算出する。続いて、ＴＴＲアライメント計測工程Ｓ１０３で、投影光学系９を介した基板ステージ６ａ、６ｂに対する原版３の位置（基板ステージ６と原版３との位置ずれ）を計測する。最後に、露光工程Ｓ１０４では、計測値から不図示の算出手段により算出された原版３の形状及び位置に基づいて、上述の露光処理を行う。すなわち、不図示の補正手段は、露光の際に、算出手段により算出された原版３の位置及び形状に応じた補正を行う。

続いて、原版上に設けられたアライメントマークについて説明する。図１０は、アライメントマークが設けられた原版の模式図（平面図）である。図１０において、１０００は原版３内の回路パターン領域を示している。原版３の回路パターン領域外には、２種類のアライメントマークがパターニングされている。１００１は原版アライメント用のアライメントマーク（以下、「原版アライメントマーク」という。）であり、１００２はＴＴＲアライメント用のアライメントマーク（以下、「ＴＴＲアライメントマーク」という。）である。ＴＴＲアライメント検出系１２は、基板上のＴＴＲアライメント用のアライメントマークと、基板基準プレート１１上のアライメントマークとを同時に観察する。これらの相対的な位置ずれから、原版３と基板ステージ６との間のＸ方向及びＹ方向における相対的な位置ずれが検出される。

次に、図９中の原版アライメント計測工程Ｓ１０１について詳述する。図１１は、原版アライメント計測工程Ｓ１０１のフローチャートである。原版アライメント計測工程Ｓ１０１では、予め選択された原版３上の原版アライメントマーク１００１の位置を計測する。まず、原版アライメントマーク観察位置駆動工程Ｓ２０１において、原版アライメントマーク１００１を原版アライメント検出系１３の視野内に移動させる。原版アライメントマーク１００１は、原版アライメントスコープ２０の可動部２０ａでＸ方向に駆動され、原版ステージ４でＹ方向に駆動される。

続いて、原版アライメントマーク撮像工程Ｓ２０２において、原版アライメントマーク１００１の像を撮像し、原版アライメントマーク１００１の位置を算出する。工程Ｓ２０３では、予め選択した全ての原版アライメントマーク１００１を撮像して位置算出したと判定されるまで、工程Ｓ２０１、Ｓ２０２を繰り返す。原版アライメントマーク１００１の位置算出は、全ての原版アライメントマーク１００１の像を撮像した後に、まとめて行ってもよい。

図１２は、原版アライメントマーク１００１の撮像順序の一例である。図１２中の矢印で示される撮像順序は、原版ステージ４によるＹ方向の駆動を優先して決定されている。これは、通常、原版ステージ４の駆動速度は、原版アライメントスコープ２０よりも速いためである。原版アライメントスコープ２０と原版ステージ４の駆動速度に応じて、原版アライメントマーク１００１の計測順序を適宜設定することができる。また、複数の原版アライメント検出系１３を設ければ、より高速な計測が可能となる。更に、図１２では、原版３の回路パターン領域外にある原版アライメントマーク１００１を計測しているが、本実施例はこれに限定されるものではない。例えば、回路パターン領域内にある原版アライメントマーク又は回路パターンの位置を計測してもよい。

次に、図９中の原版位置／形状算出工程Ｓ１０２について説明する。原版位置／形状算出工程Ｓ１０２では、原版アライメント計測工程Ｓ１０１での計測値から原版３の位置及び形状を算出する。以下に、原版３の位置及び形状の算出方法の一例について説明する。本実施例では、原版３の設計位置（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ）と、それに対応する原版ステージ４上での原版３の実位置（ｘ_ｒｓ、ｙ_ｒｓ）の関係を表す以下の２つの式（１）、（２）を用いて、原版３の位置及び形状を算出する。

式（１）、（２）は、原版３上の設計位置を変数とする任意の次数の多項式である。原版位置／形状算出工程Ｓ１０２において、式（１）、（２）中の所定の係数ａ_ｘ１〜ｊ_ｘ１…、ａ_ｙ１〜ｊ_ｙ１…を計測値から求める。具体的には、各アライメントマークの原版上の設計位置｛（ｘ_ｒ１、ｙ_ｒ１）、（ｘ_ｒ２、ｙ_ｒ２）、…（ｘ_ｒＮ、ｙ_ｒＮ）｝とそのアライメントマーク計測値｛（ｘ_ｒｓ１、ｙ_ｒｓ１）、（ｘ_ｒｓ２、ｙ_ｒｓ２）、…（ｘ_ｒｓＮ、ｙ_ｒｓＮ）｝を用いる。そしてこれらの値を用い、最小自乗近似法により正規方程式を解くことで求められる。ここで、Ｎは計測した原版アライメントマークの数を示している。正規方程式の解法としては、公知のＬＵ分解を用いた方法等が一般的である。

本実施例では、式（１）、（２）を任意の次数の多項式であるとして説明したが、実施時には、予め式（１）、（２）を構成する項を決定する必要がある。この項は、例えば、後述する露光装置が補正可能な誤差に基づいて決定される。すなわち、式（１）、（２）の一部の項から構成される式を決定する。一般的に、露光装置は、原版を基板に露光する際の投影光学系倍率を制御できる。この投影光学系倍率の制御で補正可能な倍率成分である式（１）のｂ_ｘ１ｘ_ｒ及び式（２）のｃ_ｙ１ｙ_ｒの項を用いる。また、一般的に、原版の原版ステージに対する回転成分も基板ステージ又は原版ステージの駆動方向を制御することで補正可能である。このため、式（１）のｃ_ｘ１ｙ_ｒ及び式（２）のｂ_ｙ１ｘ_ｒの項を用いる。このように、露光装置が補正可能な誤差に応じて、式（１）、（２）の項を予め決定する。

次に、図９中のＴＴＲアライメント計測工程Ｓ１０３について詳述する。ＴＴＲアライメント計測工程Ｓ１０３では、投影光学系９を介した基板ステージ６に対する原版３の位置を計測する。具体的には、原版３上のＴＴＲアライメントマーク１００２と基板基準プレート１１上のアライメントマークとを同時に観察して、両マーク間の相対的な位置ずれから、原版３と基板ステージ６の投影光学系９を介した相対的な位置ずれを検出する。

次に、図９中の露光工程Ｓ１０４について説明する。原版位置／形状算出工程Ｓ１０２、ＴＴＲアライメント計測工程Ｓ１０３、及び、予め計測ステーション２で計測した基板形状に基づき、原版３と基板５との重ね合わせを行いながら原版３のパターンを補正する。原版３と基板５の重ね合わせは、例えば以下の補正手段を用いて露光時に補正される。

露光装置がステッパである場合には、次の方法で補正できる。（１）基板を保持するステージを駆動することにより、各露光領域のＸＹ方向位置ずれ（シフト）を補正する。（２）投影レンズ内の浮上レンズを上下方向に駆動する投影倍率補正手段により、各露光領域での倍率誤差を補正する。（３）基板を保持するステージと原版を保持する原版ステージとを相対的に回転する相対回転補正手段により、各露光領域の回転誤差を補正する。（４）投影レンズ内の互いに同一形状の非球面を有する一対の光学素子の相対位置を変えてディストーションを補正する手段により、各露光領域のディストーションを補正する。

また、露光装置がスキャナである場合には、次の方法で補正できる。（１）基板を保持するステージを駆動することにより、各露光領域のＸＹ方向位置ずれ（シフト）を補正する。（２）投影レンズ内の浮上レンズを上下方向に駆動する投影倍率補正手段により、各露光領域での非走査方向倍率誤差を補正する。（３）投影レンズ内の互いに同一形状の非球面を有する一対の光学素子の相対位置を変えてディストーションを補正する手段により、各露光領域のディストーションを補正する。（４）原版を保持する原版ステージと基板を保持するステージの走査方向を相対的に調整する事により、各露光領域の回転誤差を補正する。（５）基板を保持するステージのスキャン速度を調整する事により、各露光領域の走査方向倍率を補正する。

以上のとおり、本実施例では、原版アライメント検出系１３を用いて原版３のパターンを計測し、ＴＴＲアライメント検出系１２を用いて原版３のパターンと基板基準プレート１１のパターンの位置を計測する例について説明した。ただし、本実施例はこれに限定されるものではない。図１３は、原版３及び原版基準プレート１０上にアライメントマークを配置した一例である。図１３に示されるように、例えば、原版基準プレート１０に原版アライメントマーク１００１及びＴＴＲアライメントマーク１００２を配置し、以下の手順で原版３と基板ステージ６との関係を計測してもよい。

この場合、図９中の原版アライメント計測工程Ｓ１０１では、原版アライメント検出系１３を用いて、原版３上の原版アライメントマーク１００１及び原版基準プレート１０上の原版アライメントマークを計測する。また、原版位置／形状算出工程Ｓ１０２では、原版基準プレート１０に対する原版３の位置及び形状を算出する。ＴＴＲアライメント計測工程Ｓ１０３では、ＴＴＲアライメント検出系１２を用いて、原版基準プレート１０上のＴＴＲアライメントマーク１００２と基板基準プレート１１上のＴＴＲアライメントマーク（不図示）の位置を計測する。このように、原版基準プレート１０を介して、原版３と基板ステージ６との関係を計測する。この方法では、原版基準プレート１０上のアライメントマークを計測する必要があるが、原版３にＴＴＲアライメントマーク１００２を配置する必要は無くなる。

以上、本実施例によれば、投影光学系軸外で原版の位置及び形状を計測するため、基板ステージ動作中にも原版の計測が可能であり、露光装置のスループットを向上させることができる。また、原版のアライメントマークを計測する原版アライメント検出系に駆動手段が設けられているため、任意の位置のアライメントマークが計測可能であり、原版と基板との重ね合わせを高精度に行うことができる。

次に、本発明の実施例２における露光装置について説明する。実施例２の露光装置は、干渉計を用いることなく上述のような計測が可能であるという点で、実施例１とは異なる。なお本実施例において、他の構成については実施例１と同様であるため、その説明を省略する。

図１４及び図１５は、本実施例における原版アライメント検出系及びその周囲の模式図である。図１４はＹ方向から見た場合の側面図であり、図１５は露光装置の上側（Ｚ方向）から見た場合の平面図である。図１４及び図１５中において、図１及び図５と同じ参照符号はこれらの図と同じ構成を表しているため、それらの説明を省略する。

本実施例の露光装置には、実施例１の露光装置と比較して、第二の原版基準プレート２９が付加されており、一方、干渉計２３が除去されている。第二の原版基準プレート２９は、パターンが形成されたガラス等であり、支柱２５により支持されている。本実施例では、原版アライメントスコープ２０は、第二の原版基準プレート２９を介して原版３を観察する。このように、第二の原版基準プレート２９は、原版アライメント検出系１３の位置を計測する計測手段として用いられる。

図１６は、第二の原版基準プレート２９上に設けられたパターンの模式図である。図１６に示されるように、第二の原版基準プレート２９上には、複数の第二の原版アライメントマーク１００４がＸ方向に並んでいる。図１７は、原版アライメントマーク１００１と第二の原版アライメントマーク１００４とを同時に観察している場合の模式図である。図１７に示されるように、原版アライメントスコープ２０は、原版３上の原版アライメントマーク１００１と第二の原版基準プレート２９上の第二の原版アライメントマーク１００４とを同時に観察することにより、両マークのずれを計測する。

本実施例では、第二の原版基準プレート２９を基準として、原版３上の原版アライメントマーク１００１の位置を測定することができるため、Ｘ方向に移動する原版アライメントスコープ２０の位置を、干渉計等を用いて計測する必要はない。ただし、第二の原版基準プレート２９の変動量をできるだけ抑制するように構成されることが好ましい。原版と第二の原版基準プレートは、互いに接触せず、且つ、原版アライメントスコープによって原版アライメントマークと第二の原版アライメントマークとを同時に観察可能な程度に、隣接して配置されていることが好ましい。なお、本実施例においても、実施例１で説明された種々の形態を採用することができる。本実施例では、実施例１における干渉計の代わりに、干渉計よりも安価な原版基準プレートを設けているため、より安価でスループットを向上させた露光装置を提供することができる。

デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

上記各実施例によれば、原版の位置及び形状を高速かつ高精度に補正可能な露光装置を提供することができる。また、そのような露光装置を用いて生産性を向上させたデバイス製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

３ 原版
５ 基板
１３ 原版アライメント検出系
２３ 干渉計
４０ アライメントマーク
１００ 露光装置

Claims (5)

1. 原版のパターンを基板に露光する露光装置であって、
   露光領域外で前記原版の面内方向に移動し、該原版の複数のアライメントマークの位置を計測する原版アライメント検出手段と、
   前記原版アライメント検出手段の位置を計測する計測手段と、
   前記複数のアライメントマークの位置から前記原版の位置及び形状を算出する算出手段と、
   露光の際に、前記原版の位置及び形状に応じた補正を行う補正手段と、を有することを特徴とする露光装置。
2. 原版アライメント検出手段は、露光の際の前記原版の移動方向とは垂直な方向に移動することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 原版のパターンを基板に露光する露光方法であって、
   露光領域外において原版アライメント検出手段を前記原版の面内方向に移動させ、前記原版に設けられた複数のアライメントマークの位置を計測する工程と、
   前記原版アライメント検出手段の位置を計測する工程と、
   前記複数のアライメントマークの位置から前記原版の位置及び形状を算出する工程と、
   露光の際に、前記原版の位置及び形状に応じた補正を行う工程と、を有することを特徴とする露光方法。
4. 前記原版の位置及び形状は、該原版の設計位置を（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ）、該原版の実位置を（ｘ_ｒｓ、ｙ_ｒｓ）、及び、所定の係数をａ_ｘ１〜ｊ_ｘ１、ａ_ｙ１〜ｊ_ｙ１としたとき、以下の多項式又はその一部を用いて算出されることを特徴とする請求項３記載の露光方法。
   
   
   
   
5. 請求項１又は２記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   露光された前記基板を現像する工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。