JP2002184677A

JP2002184677A - 位置計測方法、位置計測装置および露光方法並びに露光装置

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Publication number: JP2002184677A
Application number: JP2000383548A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Yasuda; 雅彦安田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2002-06-28

Abstract

(57)【要約】【課題】照明用光源からの発熱を抑えてアライメント
系の温度変動を抑制する。【解決手段】第１光源からの照明ビームで物体Ｗ上に
形成された被計測マークＡＭを照明し、第１光源とは異
なる第２光源３３からの照明ビームで物体Ｗとは異なる
部材４３に形成された指標マークを照明し、照明された
被計測マークＡＭの像を指標マークの像を基準として、
被計測マークＡＭの位置情報を計測する。被計測マーク
ＡＭの計測毎に第２光源３３の点灯・消灯を切り換え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子等の製造工程において、マスクのパターン像を
ウエハ等の感光基板上に投影露光する露光装置および露
光方法、そして露光されたパターン位置等を計測する際
に用いて好適な位置計測方法並びに位置計測装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスや液晶表示デバイスの製
造にあたっては、露光装置を用いてフォトマスクやレチ
クル（以下、レチクルという）に形成された微細なパタ
ーンの像をフォトレジスト等の感光剤を塗布した半導体
ウエハやガラスプレート等の感光基板（以下、ウエハと
いう）上に投影露光することが行われている。レチクル
のパターンは、例えば、ステップ・アンド・リピート方
式の露光装置を用い、レチクルとウエハとを高精度に位
置合わせ（アライメント）して、ウエハ上に既に形成さ
れているパターンに重ね合わせて投影露光される。

【０００３】この種の露光装置、特にオフ・アクシス方
式の基板アライメント系を備える露光装置では、フォト
レジスト等の感光剤を塗布したウエハを保持して二次元
移動するウエハステージ上に、基準となるマークを有す
る基準部材を固設している。そして、この基準部材を用
いることにより、オフアクシスアライメント系と投影光
学系との間の距離、更に言うと、アライメント系の観測
基準点（例えば観測中心）と投影光学系による投影領域
内の基準点（例えば投影中心）との間の距離、いわゆる
ベースライン量を管理している。

【０００４】このベースライン量は、ウエハ上のアライ
メントマークをオフアクシスアライメント系でアライメ
ントして投影光学系の直下に送り込むときの基準量とな
るものである。すなわち、上記ベースライン量をＬ、ウ
エハ上の１ショット（被露光領域）の中心とウエハ上の
アライメントマークとの間隔をＸＰ、ウエハ上のアライ
メントマークがオフアクシスアライメント系の指標マー
クと合致したときのウエハステージの位置をＸとする
と、ショット中心とレチクル中心とを合致させるために
はウエハステージを次式の位置に移動させればよい。
（Ｘ−Ｌ−ＸＰ）または（Ｘ−Ｌ＋ＸＰ）

【０００５】上記のように、オフ・アクシス方式のアラ
イメント系を用いてウエハ上のアライメントマーク位置
を計測した後、ベースライン量に関する一定量だけウエ
ハステージＷＳを送り込むだけで、直ちにレチクルのパ
ターンをウエハ上のショット領域に正確に重ね合わせて
露光することができる。このように、ベースライン量
は、フォトリソグラフィ工程において極めて重要な操作
量であるため、厳密に正確な計測値が要求されている。

【０００６】この種のアライメント系としては、ウエハ
上に形成された格子状のアライメントマークに対してレ
ーザ光束を照射し、その反射光強度の変化によりアライ
メントマーク位置を計測するＬＳＡ（レーザ・ステップ
・アライメント）方式がある。また、格子状のアライメ
ントマークの２つの対称な次数方向（例えば、＋１次回
折光の方向と−１次回折光の方向）からコヒーレントな
光束を入射し、格子マークから同一方向に発生する２つ
の回折光成分を干渉させて格子マークのピッチ方向の位
置や位置ずれを計測するＬＩＡ（レーザ干渉アライメン
ト）方式などがある。さらに、ウエハステージを静止さ
せてウエハのアライメントマーク上にハロゲンランプか
らの白色光等の照明光を照射して、得られたアライメン
トマークの画像を撮像素子で検出し、画像処理によって
アライメントマーク位置を計測するＦＩＡ（フィールド
・イメージ・アライメント）方式がある。

【０００７】このＦＩＡ方式のアライメント系では、内
部に配置された基準となる指標マークをＬＥＤ等の光源
からの照明ビームで照明し、照明された指標マークの像
と上記白色光等で照明されたアライメントマークの像と
を撮像素子で撮像し、指標マークの像を基準としてアラ
イメントマークの像位置を計測している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、ＦＩＡアライメント系を用いた従来の位置計
測方法、位置計測装置および露光方法並びに露光装置に
は、以下のような問題が存在する。

【０００９】通常、指標マークを照明するための光源に
対しては、ＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことで寿命が短くな
ることを回避するために、ロット処理終了後に消灯する
以外は基本的に常時点灯させているが、光源を点灯する
と熱が発生してアライメント系の温度上昇を招くことに
なる。そのため、アライメント系に熱膨張や熱変形が発
生し、例えばアライメント系を構成するミラーの位置や
角度が変化することでハロゲンランプやＬＥＤから照射
されたビームの光軸がずれてマークの結像位置が変動し
てしまい、精確なマーク位置計測に支障を来す虞があっ
た。

【００１０】また、アライメント系の温度が平衡に達し
て安定していても、露光装置全体として捉えると温度ム
ラがあり、ベースラインドリフト（変動）の原因とな
る。さらに、何らかの都合で光源の電源をＯＮ／ＯＦＦ
した場合には、アライメント系の温度が変動し、熱膨張
・熱変形に起因してベースライン変動を引き起こす可能
性がある。

【００１１】このように、ベースラインが変動すると、
露光装置においてはレチクルに形成されたパターンをウ
エハ等の基板に露光する際に、レチクルと基板とを精度
よく位置合わせすることが困難になり、パターンの重ね
合わせ精度が低下するという問題が発生する。

【００１２】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、指標マークを照明するための光源からの発
熱を抑えてアライメント系の温度変動を抑制できる位置
計測方法、位置計測装置、およびパターンの重ね合わせ
精度低下を防止できる露光方法並びに露光装置を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、実施の形態を示す図１ないし図３に対応
付けした以下の構成を採用している。本発明の位置計測
方法は、第１光源からの照明ビームで物体（Ｗ）上に形
成された被計測マーク（ＡＭ）を照明し、第１光源とは
異なる第２光源（３３）からの照明ビームで物体（Ｗ）
とは異なる部材（４３）に形成された指標マーク（４
４）を照明し、照明された被計測マーク（ＡＭ）の像を
指標マーク（４４）の像を基準として、被計測マーク
（ＡＭ）の位置情報を計測する位置計測方法であって、
被計測マーク（ＡＭ）の計測毎に第２光源（３３）の点
灯・消灯を切り換えることを特徴とするものである。

【００１４】また、本発明の位置計測装置は、物体
（Ｗ）上に形成された被計測マーク（ＡＭ）を照明する
照明ビームを発光する第１光源と、物体（Ｗ）とは異な
る部材（４３）に形成された指標マーク（４４）を照明
する照明ビームを発光し、第１光源とは異なる第２光源
（３３）とを有し、照明された被計測マーク（ＡＭ）の
像を指標マーク（４４）の像を基準として、被計測マー
ク（ＡＭ）の位置情報を計測する位置計測装置（１７）
であって、被計測マーク（ＡＭ）の計測毎に第２光源
（３３）の点灯・消灯を切り換える光源制御部（１９）
を備えることを特徴とするものである。

【００１５】従って、本発明の位置計測方法および位置
計測装置では、被計測マーク（ＡＭ）の一つを計測する
ときに第２光源（３３）を点灯して指標マーク（４４）
の像を基準とする被計測マーク（ＡＭ）の位置情報を計
測し、この計測が終了したところで第２光源（３３）を
消灯する。そして、他の被計測マークを計測する際には
再度第２光源（３３）を点灯し、計測終了後に消灯す
る。このように、必要時のみ第２光源（３３）を点灯す
ることで、第２光源（３３）の点灯に伴う発熱を最小限
に抑えることができる。

【００１６】そして、本発明の露光方法は、マスク
（Ｒ）上のマスクマークと基板（Ｗ）上の基板マーク
（ＡＭ）と用いてマスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを位置合
わせした後に、マスク（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）に
露光する露光方法において、マスクマークと基板マーク
（ＡＭ）との少なくとも一方の位置を、請求項１から請
求項３のいずれか一項に記載された位置計測方法により
計測することを特徴とするものである。

【００１７】また、本発明の露光装置は、マスク（Ｒ）
上のマスクマークと基板（Ｗ）上の基板マーク（ＡＭ）
と用いてマスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを位置合わせし、
マスク（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）に露光する露光装
置（１）において、マスクマークと基板マーク（ＡＭ）
との少なくとも一方の位置を計測する装置として、請求
項５から請求項１０のいずれか一項に記載された位置計
測装置（１）が用いられることを特徴とするものであ
る。

【００１８】従って、本発明の露光方法および露光装置
では、位置計測に伴う発熱を最小限に抑えた状態でマス
クマークまたは基板マーク（ＡＭ）を計測することがで
き、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを高精度に位置合わせ
することができる。そのため、基板（Ｗ）上に形成され
たパターンとマスク（Ｒ）のパターンとを精度よく重ね
合わせることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の位置計測方法、位
置計測装置および露光方法並びに露光装置の実施の形態
を、図１ないし図４を参照して説明する。ここでは、例
えば、ステップ・アンド・リピート型の露光装置を用
い、半導体デバイス製造用のウエハ上にレチクル上の回
路パターンを露光する場合の例を用いて説明する。ま
た、本発明の位置計測装置を、レチクルとウエハとを位
置合わせする際にウエハ上に形成されたアライメントマ
ークの位置計測に用いるものとして説明する。

【００２０】図１は、露光装置１の概略構成図である。
超高圧水銀ランプやエキシマレーザ等の光源２から射出
された照明光は、反射鏡３で反射されて露光に必要な波
長の光のみを透過させる波長選択フィルタ４に入射す
る。波長選択フィルタ４を透過した照明光は、オプティ
カルインテグレータ（フライアイレンズ、又はロッド）
５によって均一な強度分布の光束に調整されて、レチク
ルブラインド（視野絞り）６に到達する。レチクルブラ
インド６は、駆動系６ａによって開口Ｓを規定する複数
のブレードがそれぞれ駆動し、開口Ｓの大きさを変化さ
せて照明光によるレチクル（マスク）Ｒ上の照明領域を
設定するものである。

【００２１】レチクルブラインド６の開口Ｓを通過した
照明光は、反射鏡７で反射されてレンズ系８に入射す
る。このレンズ系８によってレチクルブラインド６の開
口Ｓの像がレチクルステージ２０上に保持されたレチク
ルＲ上に結像され、レチクルＲの所望領域が照明され
る。なお、図１では、これら波長選択フィルタ４、オプ
ティカルインテグレータ５、レチクルブラインド６、レ
ンズ系８により照明光学系が構成される。また、レチク
ルステージ２０は、投影光学系９の光軸と垂直な面内で
２次元移動可能であるとともに、レチクルステージ２０
（レチクルＲ）の位置及び回転量は不図示のレーザ干渉
計によって検出され、このレーザ干渉計の計測値（位置
情報）は、後述するステージ制御系１４、主制御系１
５、及びアライメント制御系１９にそれぞれ出力され
る。

【００２２】レチクルＲの照明領域に存在する回路パタ
ーン及び／又はアライメントマークの像は、レジストが
塗布されたウエハ（基板、物体）Ｗ上に投影光学系９に
よって結像される。これにより、ウエハステージ１０上
に載置されるウエハＷ上の特定領域（ショット領域）に
レチクルＲのパターン像及び／又はアライメントマーク
像が露光される。

【００２３】ウエハステージ１０は、ウエハＷを真空吸
着するウエハホルダ（不図示）を有するとともに、リニ
アモータ等の駆動装置１１によって、投影光学系９の光
軸と垂直で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動され
る。これにより、投影光学系９に対してその像面側でウ
エハＷが２次元移動され、例えばステップ・アンド・リ
ピート方式（又はステップ・アンド・スキャン方式）
で、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパター
ン像が転写されることになる。

【００２４】また、ステージ移動座標系（直交座標系）
ＸＹ上でのウエハステージ１０（ウエハＷ）のＸ、Ｙ方
向の位置、及び回転量（ヨーイング量、ピッチング量、
ローリング量）は、ウエハステージ１０の端部に設けら
れた移動鏡（反射鏡）１２にレーザ光を照射するレーザ
干渉計１３によって検出される。レーザ干渉計１３の測
定値（位置情報）は、ステージ制御系１４、主制御系１
５、及びアライメント制御系１９にそれぞれ出力され
る。ステージ制御系１４は、主制御系１５及びレーザ干
渉計１３などからの位置情報に基づいて、駆動装置１１
などを介してレチクルステージ２０及びウエハステージ
１０の移動をそれぞれ制御する。主制御系１５は、駆動
系６ａを介してレチクルブラインド６の開口Ｓの大きさ
や形状を制御するとともに、アライメント制御系１９か
ら出力されるウエハＷ上のアライメントマークの位置情
報に基づいてＥＧＡ計算を行う他、装置全体を統括制御
する。

【００２５】この露光装置１には、レチクルＲとウエハ
Ｗとの位置合わせを行うために、例えばＴＴＲ（スルー
・ザ・レチクル）方式のレチクル・アライメントセンサ
１６およびオフアクシス方式のウエハ・アライメントセ
ンサ（位置計測装置）１７が備えられている。

【００２６】レチクル・アライメントセンサ１６は、例
えば露光用照明光を用いてレチクルＲに形成された不図
示のアライメントマーク（マスクマーク）と投影光学系
９とを介して基準マーク部材１８上の基準マークを検出
する。露光光アライメント方式では、撮像素子（ＣＣ
Ｄ）を用いてレチクルＲのアライメントマークと基準マ
ークとをモニタに表示することで、その位置関係を直接
的に観察できる。基準マーク部材１８は、ウエハステー
ジ１０上に固定され、ウエハＷの表面と同じ高さに基準
マークが形成されている。

【００２７】レチクル・アライメントセンサ１６は、レ
チクルＲのアライメントマーク及び基準マークの撮像信
号をアライメント制御系１９に出力する。アライメント
制御系１９は、その撮像信号に基づいて両マークの位置
ずれ量を検出するとともに、レチクルステージ２０及び
ウエハステージ１０の位置をそれぞれ検出するレーザ干
渉計１３などの測定値も入力し、両マークの位置ずれ量
が所定値、例えば零となるときのレチクルステージ２０
及びウエハステージ１０の各位置を求める。これによ
り、ウエハステージ移動座標系ＸＹ上でのレチクルＲの
位置が検出される、換言すればレチクルステージ移動座
標系とウエハステージ移動座標系ＸＹとの対応付け（即
ち、相対位置関係の検出）が行われ、アライメント制御
系１９はその結果（位置情報）を主制御系１５に出力す
る。

【００２８】なお、アライメントセンサ１６には、アラ
イメント用照明光として単一波長のレーザビーム（Ｈｅ
−Ｎｅレーザなど）、多波長光、広帯域光、及び露光光
などのいずれを用いてもよいし（但し、露光光以外をア
ライメント照明光として用いる場合には、投影レンズで
発生する色収差を補正する公知の補正光学素子を、レチ
クルＲと投影光学系９との間、または投影光学系９の瞳
面近傍に配置する必要がある）、受光素子として撮像素
子やＳＰＤなどを用いてもよい。

【００２９】オフアクシス方式のウエハ・アライメント
センサ１７のアライメント方式としては、ＦＩＡ方式、
ＬＳＡ方式、ＬＩＡ方式または露光光を使用する露光光
アライメント方式を適用できる。ウエハ・アライメント
センサ１７には、ＬＳＡ方式、ＬＩＡ方式ではＳＰＤ等
の光電変換素子を使用し、ＦＩＡ方式ではＣＣＤカメラ
等の撮像素子を使用する。これらの方式のうち、本実施
の形態ではＦＩＡ方式を採用している。

【００３０】即ち、ウエハ・アライメントセンサ１７は
投影光学系９とは別設される対物光学系を介して、ウエ
ハＷ上のレジストを感光させない波長域の照明光、例え
ば波長が５５０〜７５０ｎｍ程度の広帯域光（ブロード
バンド光）をウエハＷ上のアライメントマークに照射す
るとともに、その対物光学系を通して撮像素子（ＣＣ
Ｄ）の受光面上に指標マークの像とともにそのアライメ
ントマークの像を形成し、両マーク像の撮像信号（画像
信号）をアライメント制御系１９に出力する。

【００３１】これを詳述すると、図２に示すように、ウ
エハ・アライメントセンサ１７は、投影光学系９の近傍
に配置された筺体３１と、この筺体３１内に配設された
ライトガイド３２、ＬＥＤ等の発光素子（第２光源）３
３、撮像素子としてのディテクタ３４や、コンデンサレ
ンズ３５、３６、対物レンズ３７、３８、ビームスプリ
ッタ３９、４０、反射ミラー４１、４２等からなる対物
光学系、さらには指標板４３等から構成されている。

【００３２】ライトガイド３２は、ウエハ・アライメン
トセンサ１７に対して離間して配置されたハロゲンラン
プ等の光源（第１光源）から射出された照明ビームを筺
体３１内に導くものである。この光源、例えばハロゲン
ランプは、点灯してから安定するまで時間がかかること
から常時点灯されている。筺体３１内に導かれた照明ビ
ームは、コンデンサレンズ３５、ビームスプリッタ３
９、４０、反射ミラー４１、対物レンズ３７、反射ミラ
ー４２を介して、図１に示すウエハＷ上に形成されたア
ライメントマーク（被計測マーク、基板マーク）ＡＭを
照明する。アライメントマークＡＭからの反射光はウエ
ハ・アライメントセンサ１７に入射する。アライメント
センサ１７に入射したビームは、反射ミラー４２、対物
レンズ３７、反射ミラー４１、ビームスプリッタ４０、
３９、対物レンズ３８を介してディテクタ３４に入射す
る。

【００３３】なお、このアライメントマークＡＭは、ウ
エハＷ上に通常複数形成されているが、ここでは便宜上
図示の位置で代表的に示されている。また、アライメン
トマークとしては、一次元マークや二次元マークがある
が、ここでは図３に示すように、ライン状の一次元マー
クを用いるものとして説明する。

【００３４】一方、発光素子３３は、連続発光する照明
ビームを射出するとともに、後述するように、光源制御
部としてのアライメント制御系１９によって点灯・消灯
が切り換えられる構成になっている。発光素子３３から
射出された照明ビームは、コンデンサレンズ３６、ビー
ムスプリッタ４０、反射ミラー４１、対物レンズ３７、
反射ミラー４２を介して指標板４３を照明する。ガラス
基板等で構成される指標板４３には、図３に示すよう
に、間隔をあけて平行配置された二本の指標マーク４
４、４４がクロム等で形成されている。指標マーク４
４、４４からの反射光は、反射ミラー４２、対物レンズ
３７、反射ミラー４１、ビームスプリッタ４０、３９、
対物レンズ３８を介してディテクタ３４に入射する。

【００３５】このディテクタ３４は、例えば二次元ＣＣ
Ｄで構成され、アライメントマークＡＭの像と指標マー
ク４４、４４の像とを同時に画像として取り込み、アラ
イメント制御系１９に出力する。また、ウエハ・アライ
メントセンサ１７はＡＦ（オートフォーカス）機能、即
ち上記対物光学系の光軸に沿った方向に関するウエハＷ
の位置情報を検出する機能を備えており、その位置情報
に基づいてウエハステージ１０を駆動することで、ウエ
ハＷ上のアライメントマークＡＭを前述の対物光学系の
焦点面に配置することが可能となっている。

【００３６】なお、図２中にアライメント系１７（筺体
３１の内部またはその近傍）に設けられた環境センサ
（検出手段）５０は、アライメント系１７における環境
（温度など）の変化をモニタするものである。環境セン
サ５０の出力は、補正手段としてのアライメント制御系
１９に出力される。アライメント制御系１９では、予め
シミュレーションで求められた「ベースライン変動量−
温度変化」と環境センサ５０の出力とに基づいて、ベー
スラインを補正する。

【００３７】続いて、上記の構成の露光装置１を用いて
露光処理を行うにあたって、ウエハＷ上に形成されたア
ライメントマークＡＭの位置をウエハ・アライメントセ
ンサ１７により計測する手順を図４に示すフローチャー
トを用いて説明する。なお、レチクルＲに対するアライ
メントは既に完了しているものとし、当所、発光素子３
３は消灯されているものとする。

【００３８】ウエハステージ１０上に露光処理対象とな
るウエハＷがロードされると、マーク位置計測を開始す
る（ステップＳ０）。まず、ステージ制御系１４、駆動
装置１１を介してウエハステージ１０（ウエハＷ）を移
動して、ウエハ・アライメントセンサ１７の計測領域に
複数のアライメントマークの中、第１のアライメントマ
ークＡＭ（ここでは、ＡＭ１と称する）を位置させる
（ステップＳ１）。

【００３９】ウエハＷの移動が完了すると、アライメン
ト制御系１９はアライメントマークＡＭ１に対する計測
開始前に、発光素子３３を点灯させる（ステップＳ
２）。これにより、図３に示すように、ハロゲンランプ
等からの照明ビームで照明されたアライメントマークＡ
Ｍ１の像と、発光素子３３からの照明ビームで照明され
た指標マーク４４、４４の像とがディテクタ３４に同時
に撮像され（ステップＳ３）、アライメント制御系１９
に出力される。なお、アライメントマーク照明用のハロ
ゲンランプ等は常時点灯しているため、ここでは点灯動
作を行う必要がない。なお、ハロゲンランプ（アライメ
ントマーク照明光源）は、筺体３１の外部に設けられて
おり、このハロゲンランプからの発熱がアライメント系
に与える熱的影響は少ないと考えられるため、ハロゲン
ランプを常時（少なくとも全てのマーク計測が終わるま
で）点灯としている。

【００４０】そして、アライメント制御系１９は、ウエ
ハ・アライメントセンサ１７から画像信号が入力すると
発光素子３３を消灯する（ステップＳ４）とともに、マ
ーク間の位置ずれ量を計測する（ステップＳ５）。具体
的には、図３に示すように、指標マーク４４、４４の像
の間にアライメントマークＡＭ（ここでは、Ｘ方向のア
ライメントマークとする）の像が位置するようにウエハ
Ｗを位置決めしたときに、指標マーク４４、４４の中心
位置Ｘｃを基準としてアライメントマークＡＭの中心位
置ＭｃがΔＸだけずれていた場合、このΔＸをマーク間
の位置ずれ量として求める。なお、中心位置Ｘｃは、マ
ーク４４、４４の中心Ｘ１、Ｘ２の中点として求められ
る。

【００４１】そして、アライメント制御系１９は、レー
ザ干渉計１３の測定値も入力してその位置ずれ量ΔＸが
所定値、例えば零となるときのウエハステージ１０の位
置をウエハステージ移動座標系ＸＹ上でのアライメント
マークＡＭ１の座標値（位置情報）として求め、その位
置情報を主制御系１５に出力する。

【００４２】この後、全てのマーク計測が終了したかど
うかを判断し（ステップＳ６）、終了していないとき、
例えば第２のアライメントマークＡＭ（ＡＭ２と称す
る）を計測するときには、アライメントマークＡＭ１の
計測終了後からアライメントマークＡＭ２の計測開始前
まで消灯させていた発光素子３３を再度点灯させ、上記
と同様に、アライメントマークＡＭ２の座標値を求め、
その位置情報を主制御系１５に出力する。そして、全て
のマーク計測が終了するまでステップＳ１〜Ｓ５を繰り
返す。

【００４３】一方、マーク計測が全て終了した場合、主
制御系１５は、アライメント制御系１９から出力される
アライメントマークの位置情報（座標値）に基づいてＥ
ＧＡ計算等の演算処理を行い（ステップＳ７）、ウエハ
Ｗ上の各ショット領域（基準点、例えばショットセン
タ）の位置情報（座標値）を算出してマーク位置計測が
終了する（ステップＳ８）。

【００４４】そして、主制御系１５は、ウエハ・アライ
メントセンサ１７のベースライン量に基づいてその算出
した座標値を補正し、この補正した座標値をステージ制
御系１４に出力する。ステージ制御系１４は、主制御系
１５からの位置情報に基づいて、駆動装置１１を介して
ウエハステージ１０の移動を制御する。これにより、例
えばステップ・アンド・リピート方式（又はステップ・
アンド・スキャン方式）で、ウエハＷ上の各ショット領
域にレチクルＲのパターン像が精確に転写されることに
なる。

【００４５】本実施の形態の位置計測方法、位置計測装
置および露光方法並びに露光装置では、第１のアライメ
ントマークＡＭ１の計測終了後から第２のアライメント
マークＡＭ２の計測開始前まで発光素子３３を消灯す
る、というようにアライメントマークＡＭの計測毎に発
光素子３３の点灯・消灯を切り換えているので、発光素
子３３の点灯に伴う発熱を最小限に抑えることができ
る。特に、本実施の形態では、温度変動が小さい範囲で
アライメントセンサ１７を平衡状態にできるので、露光
装置全体として捉えても、温度ムラを小さくすることが
できる。そのため、本実施の形態では、ウエハ・アライ
メントセンサ１７の筺体３１内の温度変動が抑制され、
筺体３１の熱膨張・熱変形を低減できるので、指標マー
クに対する照明ビームの光軸がずれることなくマーク位
置計測の精度を向上させることができる。

【００４６】ところで、既述したように、本実施例で
は、アライメント制御系１９が環境センサ５０の出力に
基づいてベースライン補正を行うようになっている。こ
のため、発光素子３３の点灯に伴う発熱を最小限に抑え
るとともに、わずかに残った発熱の影響によりベースラ
イン変動が生じたとしても、上述したベースライン補正
により補正することができるので、マーク位置計測の精
度を更に向上させることができる。

【００４７】また、露光装置１においては、発熱に起因
するベースライン変動を抑えることでアライメントマー
クＡＭの位置を高精度に計測することができるので、レ
チクルＲとウエハＷとを精度よく位置合わせすることが
可能になり、パターンの重ね合わせ精度を向上させるこ
とができる。

【００４８】なお、上記実施の形態において、アライメ
ントマークＡＭの計測毎に発光素子３３の点灯・消灯を
切り換える構成としたが、これに限定されるものではな
く、アライメントマークＡＭを照明するための光源もマ
ーク計測毎に点灯・消灯を切り換えてもよい。また、照
明用光源としては、ＬＥＤに限られず、ＬＤ、各種ラン
プ（キセノンランプ等）など種類を問わず、瞬間的なス
イッチングで安定した発光が得られるものであれば各種
適用可能である。

【００４９】また、上記実施例では、発光素子３３を筺
体３１の内部に配置する構成としたが、筺体３１の外部
に配置して光ファイバーなどを使って筺体３１の内部に
導くようにしてもよい（図６参照）。この場合、熱源が
外部にあるため、発光素子３３の点灯・消灯切り換えに
よる筺体３１の熱的安定性向上のメリットは小さくな
る。

【００５０】また、上記実施の形態では、本発明の位置
計測装置をウエハ・アライメントセンサ１７に適用する
構成としたが、これに限定されず、レチクルＲに形成さ
れたアライメントマークの位置情報を計測するレチクル
・アライメントセンサ１６にも適用可能である。さら
に、アライメントセンサに限定されるものではなく、例
えばウェハＷ上に層毎に形成された複数のパターンやマ
ークを計測対象として、複数層の被計測部の重ね合わせ
誤差を計測する重ね合わせ計測装置にも適用可能であ
る。この場合、重ね合わせ誤差を高精度に計測できると
いう効果が得られる。

【００５１】なお、本実施の形態の基板としては、半導
体デバイス用の半導体ウエハＷのみならず、液晶ディス
プレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用の
セラミックウェハ、あるいは露光装置で用いられるマス
クまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウェハ）
等が適用される。

【００５２】露光装置１としては、レチクルＲとウエハ
Ｗとを静止した状態でレチクルＲのパターンを露光し、
ウエハＷを順次ステップ移動させるステップ・アンド・
リピート方式の投影露光装置（ステッパー）の他に、レ
チクルＲとウェハＷとを同期移動してレチクルＲのパタ
ーンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の
走査型露光装置（スキャニング・ステッパー；USP5,47
3,410）にも適用することができる。

【００５３】露光装置１の種類としては、ウエハＷに半
導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装
置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製
造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣ
Ｄ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための
露光装置などにも広く適用できる。

【００５４】また、光源２として、超高圧水銀ランプか
ら発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．
ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ
（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎ
ｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）、Ａｒ₂レーザ（１２６
ｎｍ）のみならず、電子線やイオンビームなどの荷電粒
子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場
合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボ
ライト（ＬａＢ₆）、タンタル（Ｔａ）を用いることが
できる。また、ＹＡＧレーザや半導体レーザ等の高調波
などを用いてもよい。例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又は
ファイバーレーザから発振される赤外域又は可視域の単
一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムと
イットリビウムの両方）がドープされたファイバーアン
プで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長
変換した高調波を露光光として用いてもよい。なお、単
一波長レーザの発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍ
の範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍
高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長とな
る紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍ
の範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０
倍高調波、即ちＦ２レーザとほぼ同一波長となる紫外光
が得られる。

【００５５】また、レーザプラズマ光源、又はＳＯＲか
ら発生する波長５〜５０ｎｍ程度の軟Ｘ線領域、例えば
波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ(Extreme
Ultra Violet)光を露光光として用いてもよく、ＥＵＶ
露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学
系が複数枚（例えば３〜６枚程度）の反射光学素子（ミ
ラー）のみからなる縮小系となっている。さらに、硬Ｘ
線（例えば波長が１ｎｍ程度以下）を露光光として用い
てもよく、この露光装置ではプロキシミティ方式が採用
される。

【００５６】投影光学系９は、縮小系のみならず等倍系
および拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系９は
屈折系、反射系、及び反射屈折系のいずれであってもよ
い。なお、露光光の波長が２００ｎｍ程度以下であると
きは、露光光が通過する光路を、露光光の吸収が少ない
気体（窒素、ヘリウムなどの不活性ガス）でパージする
ことが望ましい。また電子線を用いる場合には光学系と
して電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用い
ればよい。なお、電子線が通過する光路は、真空状態に
することはいうまでもない。また、投影光学系９を用い
ることなく、レチクルＲとウエハＷとを近接させてレチ
クルＲのパターンを露光するプロキシミティ露光装置に
も適用可能である。

【００５７】ウエハステージ１０やレチクルステージ２
０にリニアモータ（USP5,623,853またはUSP5,528,118参
照）を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上
型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁
気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージ１
０、２０は、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、
ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。

【００５８】各ステージ１０、２０の駆動機構として
は、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元に
コイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力に
より各ステージ１０、２０を駆動する平面モータを用い
てもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットと
のいずれか一方をステージ１０、２０に接続し、磁石ユ
ニットと電機子ユニットとの他方をステージ１０、２０
の移動面側に設ければよい。

【００５９】ウエハステージ１０の移動により発生する
反力は、投影光学系９に伝わらないように、特開平８−
１６６４７５号公報（USP5,528,118）に記載されている
ように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃
がしてもよい。レチクルステージ２０の移動により発生
する反力は、投影光学系９に伝わらないように、特開平
８−３３０２２４号公報（USP 6,020,710）に記載され
ているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大
地）に逃がしてもよい。

【００６０】以上のように、本願実施形態の露光装置１
は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む
各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、
光学的精度を保つように、組み立てることで製造され
る。これら各種精度を確保するために、この組み立ての
前後には、各種光学系については光学的精度を達成する
ための調整、各種機械系については機械的精度を達成す
るための調整、各種電気系については電気的精度を達成
するための調整が行われる。各種サブシステムから露光
装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機
械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等
が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組
み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程
があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光
装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行わ
れ、露光装置全体としての各種精度が確保される。な
お、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理さ
れたクリーンルームで行うことが望ましい。

【００６１】半導体デバイスは、図５に示すように、デ
バイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設
計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するス
テップ２０２、シリコン材料からウエハを製造するステ
ップ２０３、前述した実施形態の露光装置１によりレチ
クルのパターンをウエハに露光するウエハ処理ステップ
２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、
ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検
査ステップ２０６等を経て製造される。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る位
置計測方法は、被計測マークの計測毎に第２光源の点灯
・消灯を切り換える手順となっている。これにより、こ
の位置計測方法では、第２光源の点灯に伴う発熱を最小
限に抑えることができるので、照明ビームの光軸がずれ
ることなくマーク位置計測の精度を向上させることがで
きるという効果が得られる。

【００６３】請求項２に係る位置計測方法は、第１の被
計測マークの計測開始前に第２光源を点灯し、第１の被
計測マークの計測終了後から第２の被計測マークの計測
開始前まで第２光源を消灯する手順となっている。これ
により、この位置計測方法では、第１の被計測マークの
計測終了後から第２の被計測マークの計測開始前までの
発熱を抑えることができるという効果が得られる。

【００６４】請求項３に係る位置計測方法は、第２光源
が連続発光する構成となっている。これにより、この位
置計測方法では、連続発光する第２光源の点灯に伴う発
熱を最小限に抑えることができるという効果が得られ
る。

【００６５】請求項４に係る露光方法は、マスクマーク
と基板マークとの少なくとも一方の位置を、請求項１か
ら請求項３のいずれか一項に記載された位置計測方法で
計測する手順となっている。これにより、この露光方法
では、発熱に起因するベースライン変動を抑えることで
マスクマークまたは基板マークの位置を高精度に計測す
ることができるので、マスクと基板とを精度よく位置合
わせすることが可能になり、パターンの重ね合わせ精度
が向上するという効果が得られる。

【００６６】請求項５に係る位置計測装置は、光源制御
部が被計測マークの計測毎に第２光源の点灯・消灯を切
り換える構成となっている。これにより、この位置計測
装置では、第２光源の点灯に伴う発熱を最小限に抑える
ことができるので、照明ビームの光軸がずれることなく
マーク位置計測の精度を向上させることができるという
効果が得られる。

【００６７】請求項６に係る位置計測装置は、光源制御
部が第１の被計測マークの計測開始前に第２光源を点灯
し、第１の被計測マークの計測終了後から第２の被計測
マークの計測開始前まで第２光源を消灯する構成となっ
ている。これにより、この位置計測装置では、第１の被
計測マークの計測終了後から第２の被計測マークの計測
開始前までの発熱を抑えることができるという効果が得
られる。

【００６８】請求項７に係る位置計測装置は、第２光源
が連続発光する構成となっている。これにより、この位
置計測装置では、連続発光する第２光源の点灯に伴う発
熱を最小限に抑えることができるという効果が得られ
る。

【００６９】請求項８に係る位置計測装置は、指標マー
クが形成された部材と第２光源とが同一の筺体内に配設
される構成となっている。これにより、この位置計測装
置では、筺体の熱膨張・熱変形を低減できるので、指標
マークに対する照明ビームの光軸がずれることなくマー
ク位置計測の精度が向上するという効果が得られる。

【００７０】請求項９に係る位置計測装置は、検出手段
が筺体内またはその近傍の環境状態を検出し、補正手段
が検出手段の検出結果に基づいてベースラインの補正を
行う構成となっている。これにより、この位置計測装置
では、わずかに残った発熱の影響によりベースライン変
動が生じたとしても、マーク位置計測の精度を更に向上
させることができるという効果が得られる。

【００７１】請求項１０に係る位置計測装置は、第２光
源は、指標マークが形成された部材が設けられている筺
体の外部に配置されている構成となっている。これによ
り、この位置計測装置では、第２光源が筺体の外部に配
置された際にも、熱膨張・熱変形を低減できるので、指
標マークに対する照明ビームの光軸がずれることなくマ
ーク位置計測の精度が向上するという効果が得られる。

【００７２】請求項１１に係る露光装置は、マスクマー
クと基板マークとの少なくとも一方の位置を計測する装
置として、請求項５から請求項１０のいずれか一項に記
載された位置計測装置が用いられる構成となっている。
これにより、この露光装置では、発熱に起因するベース
ライン変動を抑えることでマスクマークまたは基板マー
クの位置を高精度に計測することができるので、マスク
と基板とを精度よく位置合わせすることが可能になり、
パターンの重ね合わせ精度が向上するという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す露光装置の概略
構成図である。

【図２】投影光学系近傍に配設されたウエハ・アラ
イメントセンサの概略構成図である。

【図３】アライメントマークと指標マークとの位置
ずれ量計測を説明する説明図である。

【図４】本発明の実施の形態を示す図であって、マ
ーク位置計測の手順を示すフローチャート図である。

【図５】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフ
ローチャート図である。

【図６】ウエハ・アライメントセンサの別の実施形
態を示す概略構成図である。

【符号の説明】

ＡＭ、ＡＭ１アライメントマーク（被計測マーク、基
板マーク）Ｒレチクル（マスク）Ｗウエハ（基板、物体）１露光装置１７ウエハ・アライメントセンサ（位置計測装置）１９アライメント制御系（光源制御部、補正手段）３１筺体３３発光素子（第２光源）４３指標板（部材）４４指標マーク５０環境センサ（検出手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１光源からの照明ビームで物体上に
形成された被計測マークを照明し、前記第１光源とは異
なる第２光源からの照明ビームで前記物体とは異なる部
材に形成された指標マークを照明し、照明された前記被
計測マークの像を前記指標マークの像を基準として、前
記被計測マークの位置情報を計測する位置計測方法であ
って、前記被計測マークの計測毎に前記第２光源の点灯・消灯
を切り換えることを特徴とする位置計測方法。
【請求項２】請求項１記載の位置計測方法におい
て、複数の前記被計測マークを計測する際に、第１の被計測
マークの計測開始前に前記第２光源を点灯し、前記第１の被計測マークの計測終了後から第２の被計測
マークの計測開始前まで前記第２光源を消灯することを
特徴とする位置計測方法。
【請求項３】請求項１または２記載の位置計測方法
において、前記第２光源は、連続発光することを特徴とする位置計
測方法。
【請求項４】マスク上のマスクマークと基板上の基
板マークと用いて前記マスクと前記基板とを位置合わせ
した後に、前記マスクのパターンを前記基板に露光する
露光方法において、前記マスクマークと前記基板マークとの少なくとも一方
の位置を、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載
された位置計測方法により計測することを特徴とする露
光方法。
【請求項５】物体上に形成された被計測マークを照
明する照明ビームを発光する第１光源と、前記物体とは
異なる部材に形成された指標マークを照明する照明ビー
ムを発光し、前記第１光源とは異なる第２光源とを有
し、照明された前記被計測マークの像を前記指標マーク
の像を基準として、前記被計測マークの位置情報を計測
する位置計測装置であって、前記被計測マークの計測毎に前記第２光源の点灯・消灯
を切り換える光源制御部を備えることを特徴とする位置
計測装置。
【請求項６】請求項５記載の位置計測装置におい
て、前記光源制御部は、複数の前記被計測マークを計測する
際に、第１の被計測マークの計測開始前に前記第２光源
を点灯し、前記第１の被計測マークの計測終了後から第
２の被計測マークの計測開始前まで前記第２光源を消灯
することを特徴とする位置計測装置。
【請求項７】請求項５または６記載の位置計測装置
において、前記第２光源は、連続発光することを特徴とする位置計
測装置。
【請求項８】請求項５から７のいずれかに記載の位
置計測装置において、前記第２光源は、前記指標マークが形成された部材が設
けられている筺体と同一の筺体内に配設されることを特
徴とする位置計測装置。
【請求項９】請求項８記載の位置計測装置におい
て、前記筺体内またはその近傍に設けられ、該筺体内または
その近傍の環境状態を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいてベースラインの補正を
行う補正手段とを有することを特徴とする位置計測装
置。
【請求項１０】請求項５から７のいずれかに記載の
位置計測装置において、前記第２光源は、前記指標マークが形成された部材が設
けられている筺体の外部に配置されていることを特徴と
する位置計測装置。
【請求項１１】マスク上のマスクマークと基板上の
基板マークと用いて前記マスクと前記基板とを位置合わ
せし、前記マスクのパターンを前記基板に露光する露光
装置において、前記マスクマークと前記基板マークとの少なくとも一方
の位置を計測する装置として、請求項５から請求項１０
のいずれか一項に記載された位置計測装置が用いられる
ことを特徴とする露光装置。