JP2009065061A - 露光装置及び露光方法、デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光光として複数波長を用いた場合でも、発生した色収差がＴＴＬ計測において計測誤差要因とならず、レチクルとウエハの相対位置合わせを好適に行える露光技術の実現。
【解決手段】露光光源からの露光光で原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンを基板上に投影する投影光学系と、前記露光光を計測光として用いて前記投影光学系を介して前記原版と前記基板の相対位置を計測する計測手段と、を有し、前記計測手段による計測結果に基づき前記原版と前記基板の位置合わせを行い、複数の波長又は広帯域の波長の前記露光光を用いて前記基板を露光する露光装置において、前記計測手段は、前記原版と前記基板の相対位置を計測する際に、前記計測光としての前記露光光の波長を特定の波長又は狭帯域の波長に切り換える。
【選択図】図１

Description

本発明は、異なる波長の光を用いて露光を行う技術に関する。

従来より、ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造するために露光装置が用いられている。この露光装置は、マスクやレチクルといった原版のパターン像をウエハやガラスプレートといった基板上に投影光学系を介して投影露光又は走査露光を行う。

このように高集積度のデバイスをリソグラフィー技術を用いて製造する際には、レチクルの回路パターンを投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウエハ上に露光転写している。

近年ＩＣ，ＬＳＩ等のデバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細加工技術の中心をなす投影露光装置として、ウエハをステップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置(ステッパー)やレチクルとウエハとを同期走査しながら露光する縮小投影露光装置（スキャナー）等がある。

上記露光装置では、ＴＴＬ(Through-The-Lens)計測を用いてレチクルとウエハの相対位置合わせを行っている。ＴＴＬ計測では、投影光学系を介してレチクル上又はその近傍の指標板上の位置合わせ用パターン(以下、レチクル側パターン）と、ウエハ上又はその近傍の指標板上の位置合わせ用パターン（以下、ウエハ側パターン）とを計測し、相対位置合わせを行う。このように、ＴＴＬ計測では、投影光学系を介するため、計測光は露光光を用いるのが一般的である。

上述した露光装置の限界解像度は露光波長に比例し、また投影光学系の開口数に反比例する。従って、露光装置の開発は限界解像度の向上のために、露光波長の短波長化と投影光学系の大開口化によって進められてきた。しかしながら、投影光学系の焦点深度は露光波長に比例し、投影光学系の開口数の２乗に反比例する。よって露光装置の高解像度化が進むのに伴って焦点深度が急速に減少している。

一方、投影露光装置には、投影光学系の像面湾曲やレチクル湾曲、レチクルの傾斜、ウエハの傾斜等があるため、投影光学系の像面と、基板表面を一致させることは難しい。また、半導体デバイスの高集積化に伴いデバイスパターンが微細化するのに伴い、従来は平面的に配置されていた素子機能が立体的に配置されるようになってきた。このため、限界解像度を向上しても、投影光学系の焦点深度内に基板を保持することが難しくなっている。

上記問題を解決する手段として、多重結像露光法を用いた露光方法がある（例えば、特許文献１参照）。多重結像露光法では、露光光として複数の波長又は広帯域の波長（以下、複数波長）を用いてレチクルを基板上へ投影露光する。これにより、色収差を利用して波長ごとに光軸方向の異なる位置にレチクルパターンを結像させ、焦点深度の拡大を図っている。
特許第２６５４４１８号明細書

上述したように、露光光として複数波長を用いることで、色収差を発生させて焦点深度の拡大が可能である一方、ＴＴＬ計測は露光光と同じ波長を用いるので、露光光が複数波長を用いた場合、ＴＴＬ計測の計測光も複数波長となり、色収差が発生する。ＴＴＬ計測において色収差が発生すると、光軸方向及び光軸と垂直な方向の計測誤差の原因となる。例えば、軸上色収差が発生している場合、レチクル側パターンを投影光学系を介してウエハ上に結像させると、光軸方向の異なる位置に結像面が複数できるため、どの結像面が最適な位置であるか判断できなくなる。よって、光軸方向の最適な位置つまり投影光学系の焦点位置を定めるのが難しく、レチクルパターンを好適に結像させるのが困難となる。

また、倍率色収差が発生している場合、レチクル側パターンを投影光学系を介してウエハ上に結像させると、パターン像が光軸とは垂直な方向に複数の像が結像されるため、光軸と垂直な方向の最適位置を定めることが難しい。光軸と垂直な方向の最適位置が定まらない場合、重ね合わせ精度に悪影響を与えてしまう。

以上のように、露光光として複数の波長を用いて色収差を発生させた場合、ＴＴＬ計測にも色収差が発生してしまうため、誤計測の要因となってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、露光光として複数波長を用いた場合でも、発生した色収差がＴＴＬ計測において計測誤差要因とならず、レチクルとウエハの相対位置合わせを好適に行える露光技術を実現することである。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の露光装置は、露光光源からの露光光で原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンを基板上に投影する投影光学系と、前記露光光を計測光として用いて前記投影光学系を介して前記原版と前記基板の相対位置を計測する計測手段と、を有し、前記計測手段による計測結果に基づき前記原版と前記基板の位置合わせを行い、複数の波長又は広帯域の波長の前記露光光を用いて前記基板を露光する露光装置において、前記計測手段は、前記原版と前記基板の相対位置を計測する際に、前記計測光としての前記露光光の波長を特定の波長又は狭帯域の波長に切り換える。

また、本発明の露光方法は、露光光源からの露光光で原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンを基板上に投影する投影光学系と、前記露光光を計測光として用いて前記投影光学系を介して前記原版と前記基板の相対位置を計測する計測手段と、を有する露光装置において、前記計測手段による計測結果に基づき前記原版と前記基板の位置合わせを行い、複数の波長又は広帯域の波長の前記露光光を用いて前記基板を露光する露光方法であって、前記原版と前記基板の相対位置を計測する際に、前記計測光としての前記露光光の波長を特定の波長又は狭帯域の波長に切り換える。

本発明によれば、露光装置の焦点深度拡大のために露光光として複数波長を用いた場合でも、発生した色収差がＴＴＬ計測において計測誤差要因とならず、レチクルとウエハの相対位置合わせを高精度に行い、焦点深度拡大効果を有効活用することができる。

以下に、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

また、本発明は、後述する実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を露光装置に供給し、そのコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても達成される。

［第１の実施形態］
先ず、図１を参照して、本発明に係る第１の実施形態について説明する。

図１は、第１の実施形態の露光装置の概略構成図である。

図１において、露光光源ＬＳ１から出射した露光光は露光用照明光学系ＩＬに入射し、Ｘ方向に長いスリット状或いは円弧状の露光領域をレチクルＲＴ上に形成する。レチクルＲＴ（原版）とウエハＷＦ（基板）は、投影光学系ＰＯを介して光学的に略共役な位置に置かれている。そして、露光光軸に対してレチクルステージＲＳとウエハステージＷＳの双方を投影光学系ＰＯの光学倍率に応じた速度比で駆動することで、レチクルＲＴの転写用パターンがウエハステージＷＳに保持されたウエハＷＦ上（基板上）に結像され露光される。

露光光源ＬＳ１は単一波長を出射することができ且つ複数波長（複数の波長又は広帯域の波長）も出射することができ、又は単一波長を出射するにあたり高速に波長を変化させることができるものとする。

以下に、走査露光装置の構成について説明する。

レチクルＲＴは、不図示のレチクルステージ用のレ−ザ干渉計と駆動制御手段によって、図中Ｙ方向に駆動制御されるレチクルステージＲＳに保持されている。

レチクルＲＴ近傍にはレチクル側パターンとして、Ｒ（レチクル）側基準プレートＲＦＰがレチクルステージＲＳの所定の範囲に固設されており、更にＲ側基準プレートＲＦＰのパターン面はレチクルＲＴの反射面と略高さが一致している。

また、Ｒ側基準プレートＲＦＰの反射面には、ＣｒやＡｌ、Ｔａ等の金属面で形成された複数の位置計測用マークが構成されている。

具体的には、図２（ａ）に示すように基準プレートＲＦＰ上には露光領域内の複数像高の測定が可能なように複数のレチクル側マークＲｍが構成されている。レチクル側マークＲｍは、例えば、図２（ｂ）に示すような露光解像線幅近傍のレチクル側での寸法のライン状の開口を有するラインアンドスペースのパターンである。ここでは便宜的に、Ｘ軸と直交する方向のラインパターンをＲｍｘ、Ｙ軸と直交する方向のラインパターンをＲｍｙとする。但し、ＲｍはＸ軸又はＹ軸に直交するパターンだけに限定するものではなく、Ｘ軸に対して所定の角度を持ったラインパターンであっても構わない。

図１ではスキャン方向であるＹ方向にレチクルＲＴを挟んで２個のレチクル基準プレートＲＦＰが配置されている。

レチクルステージＲＳは図中Ｚ方向の位置を投影光学系ＰＯに対して一定に保った状態で駆動される。レチクルステージＲＳには、不図示のレーザ干渉計からのビームを反射する移動鏡が固定されており、上記レーザ干渉計によりレチクルステージＲＳの位置、移動量が逐次計測されている。

一方、ウエハＷＦの近傍にはウエハ側パターンとして、ウエハ側基準プレートＷＦＰがウエハステージＷＳの所定の範囲に固設されている。ウエハ側基準プレートＷＦＰの表面は、ウエハＷＦの上面と略高さが一致しており、更にＣｒやＡｌ、Ｔａ等の金属面で形成された複数の位置計測用ウエハ側マークＷｍが構成されている。

上記ウエハ側マークＷｍは、例えば、図２（ｂ）に示すような露光解像線幅近傍のウエハ側での寸法のライン状の開口を有するラインアンドスペースのパターンである。ここでは便宜的に、Ｘ軸と直交する方向のラインパターンをＷｍｘ、Ｙ軸と直交する方向のラインパターンをＷｍｙとする。但し、ＷｍはＸ軸又はＹ軸に直交するパターンだけに限定するものではなく、Ｘ軸に対して所定の角度を持ったラインパターンであっても構わない。Ｗｍの下方には、パターンの透過光量を検出するための光量センサＩＳが設けられている。

また、ウエハステージＷＳは、投影光学系ＰＯの光軸方向（Ｚ方向）及び光軸方向と直交する平面（Ｘ−Ｙ平面）内の移動、光軸周りに回転（θ方向）、像面に対して傾き調整（チルト）の６軸方向の駆動を可能とする駆動制御手段が設けられている。

更に、ウエハステージＷＳにも、不図示のウエハステージ用のレーザ干渉計からのビームを反射する移動鏡が固定されており、このレーザ干渉計によりウエハステージＷＳの位置、移動量が逐次計測されている。

本実施形態においてＴＴＬ計測を行う場合には、レチクル側マークＲｍを露光用照明光学系ＩＬにて照明し、当該マークＲｍの透過光を投影光学系ＰＯを介してウエハ側マークＷｍ上に結像し、当該マークＷｍからの透過光量を光量センサＩＳによって検出する。

以下に、単一波長を用いてＴＴＬ計測を行う場合について説明する。

図３は、Ｚ−Ｘ断面の像強度分布を示し、収差のない理想的な投影光学系ＰＯを用いたときの強度分布を計算によって求めたものである。

先ず、フォーカスセンサＦＳを用いたフォーカス計測について説明する。

最初に、露光領域内の所定の像高にレチクル側基準マークＲＦＰが設定されるようにレチクルステージを駆動する。

次に、ウエハ側基準マークＷＦＰがレチクル側基準マークＲＦＰの結像位置近傍に設定されるようにウエハステージＷＳを駆動する。ウエハステージＷＳを投影レンズの光軸方向に駆動しながらウエハ基準マークＷＦＰを透過する光量を検出する。例えば、図３中の矢印ｆ１のように計測を行うと、図４のｆ１のような計測波形（図３のｆ１における断面図）を得ることができる。この場合、光量が最大になる位置を探すことでその像高での投影レンズの最良結像位置が求められる。矢印ｆ１は最適なポジション位置におけるフォーカス計測の場合であるが、ポジション方向に多少ずれた位置でフォーカス計測を行ったとしても、矢印ｆ２（図４では波形ｆ２）のように計測値に影響を与えにくい。

次に、ポジション計測（図１中のＸ−Ｙ方向）の例について説明する。

フォーカス計測と同様に、露光領域内の所定の像高にレチクル側基準マークＲＦＰが設定されるようにレチクルステージＲＳを駆動する。

次にウエハ側基準マークＷＦＰがレチクル側マークＲＦＰの結像位置近傍に設定されるようにウエハステージＷＳを駆動する。ウエハステージＷＳを投影レンズの光軸と垂直な方向に駆動しながらウエハ基準マークＷＦＰを透過する光量を検出する。例えば、図３中の矢印ｐ１のように計測を行うと、図４のｐ１のような計測波形を得ることができる。この場合、光量が最大になる位置を探すことでその像高での投影レンズの最良結像位置が求められる。矢印ｐ１は最適なフォーカス位置におけるポジション計測の場合であるが、フォーカス方向に多少ずれた位置でポジション計測を行ったとしても、矢印ｐ２（図４では波形ｐ２）のように計測値に影響を与えにくい。

ポジション計測においては、例えば図１中において、Ｘ方向にウエハステージＷＳを駆動した場合はＷｍｘによってＸ方向の位置が、Ｙ方向にウエハステージを駆動した場合はＷｍｙによってＹ方向の位置が求められる。最低２方向の計測を行うことによって、投影レンズの光軸と垂直な平面内の位置合わせを行うことが可能である。但し、ウエハ側パターンのライン方向とウエハステージＷＳの駆動方向は上記に限るものではない。任意の２つ以上のウエハ側パターンと任意の２方向以上のウエハステージの駆動により得られる計測値によって投影レンズの光軸と垂直な平面内の位置合わせを行うことが可能である。

次に、本発明の特徴である複数波長の場合におけるＴＴＬ計測について説明する。

図６は２波長の露光光を同時に照射した際のＺ−Ｘ断面の強度分布を示している。

この強度分布は収差のない理想的なレンズにおける強度分布を計算によって求めたものである。２波長露光の場合、色収差のためにそれぞれの波長によって結像する位置、即ち最も強度の強い位置が異なる。よって、２つの波長によって生じる強度分布はフォーカス方向及びポジション方向の異なる位置に２つの強度ピークを持つため、光軸に対して色収差量に応じた角度を持って強度分布が形成される。

以下に、図６に示すような強度分布の場合のフォーカス計測及びポジション計測について説明する。

フォーカス計測を行う場合、図６の強度分布内のポジション方向における略中心をフォーカス方向にウエハステージＷＳを駆動することで得られる透過光量が最大となる位置を求める。しかしながら、ポジション方向の中心位置は予め正確に求めることは困難である。また、フォーカス計測中にウエハステージやレチクルステージを全くの誤差無く制御することも困難である。このため、ポジション方向の正確な中心位置でフォーカス計測することはほとんど不可能であり、フォーカス計測ごとにポジション方向に誤差を持つことを回避できない。

ここで、図６に示すような光軸に対して角度を持った強度分布が形成されている場合、ポジション方向に誤差を持つことは、即ちフォーカス計測時に最大光量が得られる位置が最適な位置からずれることを意味する。例えば、最適なポジション位置においてフォーカス計測をした場合、即ち図６の矢印ｆ１’に沿って計測を行った場合は、図７のｆ１’のような計測波形が得られる。一方、ポジション位置がややずれた状態でフォーカス計測を行った場合、即ち図６の矢印ｆ２’に沿って計測を行った場合に得られる計測波形は、図７のｆ２’となる。これらから明らかなように、波形ｆ１’と波形ｆ２’とでは強度が最も高くなる位置が異なるため、異なるフォーカス値を計測することになり、計測誤差が発生する。

また、ポジション計測を行う場合、図６の強度分布内のフォーカス方向における略中心をポジション方向にウエハステージＷＳを駆動することで得られる透過光量が最大となる位置を求める。しかしながら、フォーカス方向の中心位置は予め正確に求めることは困難である。また、ポジション計測中にウエハステージやレチクルステージを全くの誤差なく制御することも困難である。このため、ポジション方向の正確な中心位置でフォーカス計測することはほとんど不可能であり、ポジション計測するごとにフォーカス方向に誤差を持つことを回避できない。

ここで、図６に示すような光軸に対して角度を持った強度分布が形成されている場合、フォーカス方向に誤差を持つことは、即ちポジション計測時に最大光量が得られる位置が最適な位置からずれることを意味する。このずれ量がポジション誤差となってしまう。これは、図６におけるｐ１’とｐ２’の関係とその断面を示す図８中のｐ１’とｐ２’の関係を見れば明らかである。

上述したフォーカス計測とポジション計測において、便宜的にｆ１’、ｆ２’、ｐ１’、ｐ２’を用いたが、ｆ１’とｆ２’の間隔及びｐ１’とｐ２’の間隔はこれに限定されるものではない。即ち、多少なりとも間隔を有する場合にはそれに応じた計測誤差が発生することは明らかである。

前述したように２波長露光時におけるフォーカス計測及びポジション計測は、色収差のため計測誤差が発生する。これは２波長露光のみならず、複数の波長を用いた露光の場合でも同様であり計測誤差が生じる。そこで、本例では、上述した計測誤差を抑制するために、複数波長での露光時においても、ＴＴＬ計測時は単一波長に切り換えて行う。

複数波長での露光は転写用パターンを焼き付ける際の焦点深度拡大を目的としていることは前述した通りである。拡大した焦点深度を有効に活用するためには、ＴＴＬ計測によって中心位置を計測することが望ましい。焦点深度は、最も短い露光波長と最も長い露光波長によって決まる。よって、中心位置を計測するためには、最短波長と最長波長との間の中心波長（中間波長）を用いて計測することが望ましい。中心波長のみの単一波長を計測波長として用いることにより、図６に示したような複数波長露光時の強度分布の影響を受けることなく、高精度にＴＴＬ計測を行うことが可能となり、且つ複数波長露光時の中心位置を計測することが可能となる。また、この時のＴＴＬ計測結果と最適な結像位置との関係を予め求めておき、計測結果を補正することにより、更に精度の向上を図ることが可能である。

本実施形態では、複数波長の露光光を同時に出射できる露光装置を前提として説明したが、これに限るものではない。例えば、出射波長を高速に可変させて焦点深度を拡大する露光装置に対しても、出射している露光光の波長の最短波長と最長波長との中心波長を用いてＴＴＬ計測を行うことで有効となることは明らかである。

また、本実施形態では、最短波長と最長波長の中心波長でＴＴＬ計測を行うことを述べたが、これに限るものではない。例えば、任意の単一波長でＴＴＬ計測を行った結果と、複数波長での露光結果との相関関係を予め求めておけば、ＴＴＬ計測の結果から最適な結像位置を算出することができるのは明らかである。

また、本実施形態では、１つの単一波長によるＴＴＬ計測について述べてきたが、これに限るものではない。例えば、露光に用いる複数波長の最短波長と最長波長の２つの単一波長を順次ＴＴＬ計測し、計測値を算出しても良い。この場合も、複数波長での露光結果との相関関係を予め求めておくことで、ＴＴＬ計測の結果から最適な結像位置を算出できることは明らかである。また、最短波長や最長波長の２波長に限らず、任意の複数の単一波長について順次ＴＴＬ計測を行っても有効である。

また、露光光源ＬＳ１は必ずしも１つの装置と限るものではない。複数の照射装置を用いて複数の単一波長の露光光を出射し、合成して１つの光束を作り出す場合も含めて露光光源ＬＳ１とする。

上述したように、露光装置の焦点深度を拡大するために、露光光として複数の波長又は広帯域の波長を用いて色収差を発生させる場合、ＴＴＬ計測では発生した色収差が計測誤差要因となってしまう。そこで、本実施形態では、露光時に発生する色収差をＴＴＬ計測時に抑制するために、露光時は複数波長を用いて露光を行い、ＴＴＬ計測時は単一波長にする。これにより、ＴＴＬ計測時は単一波長のため色収差は発生せず、好適なＴＴＬ計測を行うことが可能となる。

尚、上記単一波長とは便宜的に用いた表現であって、例えばレーザのような光源を用いたとしてもそのスペクトル幅は有限の大きさを持つことは自明である。よって、本明細書では、単一波長という用語はＴＴＬ計測において計測誤差を与えない程度の狭帯域の波長幅を持つものとする。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態として、２波長露光の場合について説明する。

尚、以下では、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図９は、第２の実施形態の露光装置の概略構成図である。

図９において、光源ＬＳ２は任意の大きさの光束を照射する装置である。その光束の断面において略半分の領域が短波長側の露光波長であり、残りの領域が長波長側の露光波長である。２つの領域に分けられた光束は照明光学系ＩＬを経ることにより２つの波長が均一に混ざり合い、Ｘ方向に長いスリット状或いは円弧状の露光領域をレチクルＲＴ上に形成する。

更に本実施形態では、光源ＬＳ２から照射された光束の任意の領域を遮光するシャッターＳＴを設けている。シャッターＳＴは、例えば遮光板を光路外の退避位置から光路上の所定の位置へ移動する構造を持つ。しかしこれに限るものでなく、反射鏡を駆動する構造など、光源ＬＳ２から出射した光束の一部が照明光学系ＩＬに入射しないような構造を持っていれば良い。

本実施形態において２波長露光からＴＴＬ計測へ移行する場合、光源ＬＳ２自体の波長を変更する必要はなく、計測光の波長以外の光を出射する領域をシャッターＳＴによって遮光することで、単一波長と同じようにＴＴＬ計測を行うことが可能となる。よって光源ＬＳ２の波長変更に要する時間が発生せず、シャッターＳＴの駆動時間のみ考慮すれば良いため、短時間でＴＴＬ計測に移行することが可能である。またＴＴＬ計測から２波長露光へ移行する場合はシャッターＳＴを退避位置へ駆動すれば良く、やはり短時間で移行することが可能である。

ＴＴＬ計測は短波長側の露光光若しくは長波長側の露光光のどちらかを用いて行い、その結果と２波長露光時の最適な結像位置の関係を予め求めておくことで、２波長露光時においても単一波長のＴＴＬ計測を行うだけで良い。しかしこれに限るものではなく、１つの波長（例えば、短波長側の露光光）によってＴＴＬ計測を行った後に、シャッターＳＴを駆動して、もう一方の波長（例えば長波長側の露光光）のみ照射される状態にしてＴＴＬ計測を行っても良い。この場合、短波長での計測結果と長波長での計測結果から２波長露光時の最適な結像位置を求めることができる。また、それぞれの波長の計測結果と２波長露光時の最適な結像位置を予め求めておき、計測結果を補正することにより精度を向上できることは言うまでもない。

本実施形態では２波長露光の場合について説明したが、３波長以上の複数波長を用いた露光の場合でも有効であることは明らかである。複数波長の場合、光源ＬＳ２から複数の領域に分かれて各波長の露光光が出射され、ＴＴＬ計測時にはシャッターＳＴにて任意の露光波長のみ透過するような光学素子を用いて構成すればよい。この場合、任意の複数の単一波長を順次ＴＴＬ計測を行っても有効である。

本実施形態においてシャッターＳＴは光源ＬＳ２及び照明光学系ＩＬとは独立して設けられている構成としたが、これに限るものではなく、光源ＬＳ２または照明光学系ＩＬの内部に組み込まれていても良い。

また、光源ＬＳ２は必ずしも１つの装置と限るものではない。複数の照射装置を用いて複数の波長の露光光を出射し、合成して１つの光束を作り出す場合も含めて光源ＬＳ２とする。

［第３の実施形態］
次に、図１０を参照して、第３の実施形態について説明する。

尚、以下では、第１、第２の各実施形態及び図１，９と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

第３の実施形態は、ＴＴＬ計測系を図１０に示すようにＴＴＬスコープＴＳで構成した点が特徴である。ＴＴＬスコープＴＳはレチクルＲＴを観察するための顕微鏡であり、物点はレチクル側基準プレートＲＦＰ上（レチクルＲＴ上でも良い）に、像点はＴＳ内の撮像素子上となるように構成されている。撮像素子は例えばＣＣＤである。また、投影光学系ＰＯを介することでウエハ側基準プレートＷＦＰ上（ウエハＷＦ上でも良い）にも物点がある。レチクルステージＲＳ及びウエハステージＷＳを駆動することで、各ステージ上の任意の位置を観察することが可能である。照明系は露光用レーザＩＬから引き回された光が、ＴＴＬスコープＴＳ内から対物レンズを通して照明される構造となっている。

ＴＴＬ計測を行う際には露光光と同じ計測光を用いてレチクル側基準プレートＲＦＰを照明し、投影光学系ＰＯを介してウエハ側基準プレートＷＦＰを照明する。そして、それぞれの基準プレート上の基準マークＲｍ、Ｗｍからの反射光をＴＴＬスコープＴＳ内の撮像系によって観察する。フォーカス方向の計測を行う場合には、先ずＴＴＬスコープＴＳの焦点位置をレチクル側基準プレートＲＦＰ上の基準マークＲｍに合わせる。

次に、ＴＴＬスコープＴＳの焦点位置及びレチクル基準プレートＲＦＰのフォーカス方向の位置を固定したまま、ウエハ側基準プレートＷＦＰをフォーカス方向に駆動し、最もコントラストが高くなる位置に合わせる。これにより、レチクル側基準プレートＲＦＰとウエハ側基準プレートＷＦＰの相対位置合わせ、即ちフォーカス位置決めを行うことができる。

また、ポジション計測を行う際には、レチクル側基準プレートＲＦＰとウエハ側基準プレートＷＦＰのフォーカス方向の位置合わせを行った後に、それぞれの基準プレート上の基準マークＲｍ、Ｗｍのポジション方向の相対位置を計測する。

ＴＴＬ計測光が単一波長の場合は上記計測により、フォーカス計測及びポジション計測を好適に行うことが可能である。しかしながら２波長露光時においては、ＴＴＬ計測光も２波長となる。これにより、軸上色収差、倍率色収差が発生し、観察したレチクル側基準プレートＲＦＰ上の基準マークＲｍ及びウエハ側基準プレート上の基準マークＷｍのコントラストが低下する。コントラスト低下が発生するとフォーカス計測においては最適な位置の計測を行うことができなくなり、誤差要因となる。またポジション計測においても観察したレチクル側基準プレートＲＦＰ上の基準マークＲｍ及びウエハ側基準プレートＷＦＰ上の基準マークＷｍの位置を特定することが難しくなり、誤差要因となる。

本実施形態では、上記問題を解決するためにＴＴＬ計測光を単一波長とすることが特徴である。

複数波長露光は転写用パターンを焼き付ける際の焦点深度拡大を目的としていることは前述した通りである。拡大した焦点深度を有効に活用するためには、ＴＴＬ計測によって中心位置を計測することが望ましい。焦点深度は、最も短い露光波長と最も長い露光波長によって決まる。よって、中心位置を計測するためには、短波長と長波長との中間の波長（中心波長）を用いて計測することが望ましい。中心波長のみの単一波長を計測波長として用いることにより、通常の単一波長と何ら変わることなく高精度にＴＴＬ計測を行うことが可能となり且つ、複数波長での露光時の中心位置を計測することが可能である。また、このＴＴＬ計測結果と最適な結像位置との関係を予め求めておき、計測結果を補正することにより、更に精度向上を図ることが可能である。

本実施形態は、複数波長の露光光を同時に出射できる装置について説明したが、これに限るものではない。例えば、出射波長を高速に可変させて焦点深度を拡大する露光装置に対しても、出射している露光光の波長の最短波長と最長波長との中心波長を用いてＴＴＬ計測を行うことで有効となることは明らかである。

また、本実施形態では、最短波長と最長波長の中心波長でＴＴＬ計測を行うことを述べたが、これに限るものではない。例えば、任意の単一波長でＴＴＬ計測を行った結果と、複数波長でデバイスを露光した結果との相関関係を予め求めておけば、ＴＴＬ計測の結果から最適な結像位置を算出することができるのは明らかである。

また本実施形態では、１つの単一波長によるＴＴＬ計測について述べたが、これに限るものではない。例えば、露光に用いる複数波長の最短波長と最長波長の２つの単一波長を順次ＴＴＬ計測し、計測値を算出しても良い。この場合も、複数波長での露光結果との相関関係を予め求めておけば、ＴＴＬ計測の結果から最適な結像位置を算出することができるのは明らかである。また、最短波長や最長波長の２波長に限らず、任意の複数の単一波長について順次ＴＴＬ計測を行っても有効である。

また、露光光源ＬＳ１は必ずしも１つの装置と限るものではない。複数の照射装置を用いて複数の単一波長の露光光を出射し、合成して１つの光束を作り出す場合も含めて露光光源ＬＳ１とする。

［第４の実施形態］
次に、図１１を参照して、第４の実施形態について説明する。

尚、以下では、第１〜第３の各実施形態及び図１〜３，９，１０と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の特徴は、ＴＴＬ計測系としてＴＴＬスコープＴＳと光源ＬＳ２及びシャッターＳＴを構成している点である。

本実施形態において２波長露光からＴＴＬ計測へ移行する場合、光源ＬＳ２自体の波長を変更する必要はなく、一方の波長を出射する領域のみシャッターＳＴによって遮光することで、単一波長と同じようにＴＴＬ計測を行うことが可能となる。よって光源ＬＳ２の波長変更に要する時間が発生せず、シャッターＳＴの駆動時間の考慮すれば良いため、短時間でＴＴＬ計測に移行することが可能である。またＴＴＬ計測から２波長露光へ移行する場合はシャッターＳＴを退避位置へ駆動すれば良く、やはり短時間で移行することが可能である。

ＴＴＬ計測は短波長側の露光光もしくは長波長側の露光光のいずれかを用いて行い、その結果と２波長露光時の最適な結像位置の関係を予め求めておくことにより、２波長露光時においても単一波長のＴＴＬ計測を行うだけで良い。しかしこれに限るものではなく、１つの波長によってＴＴＬ計測を行った後に、シャッターＳＴを駆動して、他方の波長のみ照射される状態にしてＴＴＬ計測を行っても良い。この場合、短波長での計測結果と長波長での計測結果から２波長露光時の最適な結像位置を求めることができる。また、それぞれの波長の計測結果と２波長露光時の最適な結像位置を予め求めておき、計測結果を補正することにより精度を向上できることは言うまでもない。

本実施形態では２波長露光の場合について説明を行ってきたが、３波長以上の複数波長を用いた露光の場合でも有効であることは明らかである。複数波長の場合、光源ＬＳ２から複数の領域に分かれて各波長の露光光が出射され、ＴＴＬ計測時にはシャッターＳＴにて任意の露光波長のみ透過するように構成すればよい。この場合、任意の複数の単一波長を順次ＴＴＬ計測を行っても有効である。

本実施形態においてシャッターＳＴは光源ＬＳ２及び照明光学系ＩＬとは独立して設けられている構成としたが、これに限るものではなく、光源ＬＳ２又は照明光学系ＩＬの内部、ＴＴＬスコープＴＳの内部等に組み込まれていても良い。

また、光源ＬＳ２は必ずしも１つの装置と限るものではない。複数の照射装置を用いて複数の波長の露光光を出射し、合成して１つの光束を作り出す場合も含めて光源ＬＳ２とする。

第１〜第３の各実施形態において、複数波長から単一波長に切り換えてＴＴＬ計測を行うと述べたが、これに限るものではない。例えば、レーザ光源内部や光路、照明光学系内部などに波長フィルターを着脱可能な手段を設けることで、複数波長と単一波長の切り換えを行う方法も有効である。

［デバイス製造方法］
次に、本実施形態の露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスについて説明する。

図１２は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップＳ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では設計した回路パターンに基づいてレチクルを製作する。一方、ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上述の露光装置によりリソグラフィー技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップＳ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）ではステップＳ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップＳ７でこれを出荷する。

上記ステップＳ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。即ち、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップを有する。また、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によってレジスト処理ステップ後のウエハに潜像パターンを形成する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップを有する。更に、現像ステップで現像した潜像パターン以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。これらのステップ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を形成する。

第１の実施形態の露光装置の概略構成図である。 （ａ）はレチクル側基準プレートＲＦＰ上のマーク構成図、（ｂ）は基準マークの構成図である。 単一波長でのＺ−Ｘ断面強度分布図である。 単一波長でのフォーカス波形信号を例示する図である。 単一波長でのポジション波形信号を例示する図である。 複数波長でのＺ-Ｘ断面強度分布図である。 複数波長でのフォーカス波形信号を例示する図である。 複数波長でのポジション波形信号を例示する図である。 第２の実施形態の露光装置の概略構成図である。 第３の実施形態の露光装置の概略構成図である。 第４の実施形態の露光装置の概略構成図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。

符号の説明

ＲＴ レチクル
ＷＦ ウエハ
ＰＯ 投影光学系
ＩＬ 照明光学系
ＲＳ レチクルステージ
ＷＳ ウエハステージ
ＲＦＰ レチクル側基準プレート
Ｒｍ レチクル側マーク
ＷＦＰ ウエハ側基準プレート
Ｗｍ ウエハ側マーク
ＩＳ 光量センサ
ＦＳ フォーカスセンサ
ＴＳ ＴＴＬスコープ

Claims (9)

1. 露光光源からの露光光で原版を照明する照明光学系と、
   前記原版のパターンを基板上に投影する投影光学系と、
   前記露光光を計測光として用いて前記投影光学系を介して前記原版と前記基板の相対位置を計測する計測手段と、を有し、
   前記計測手段による計測結果に基づき前記原版と前記基板の位置合わせを行い、複数の波長又は広帯域の波長の前記露光光を用いて前記基板を露光する露光装置において、
   前記計測手段は、前記原版と前記基板の相対位置を計測する際に、前記計測光としての前記露光光の波長を特定の波長又は狭帯域の波長に切り換えることを特徴とする露光装置。
2. 前記計測手段は、前記計測光を用いて前記投影光学系によって投影される前記パターンの像と、前記露光光を用いて前記投影光学系によって投影される前記パターンの像との相関関係に基づいて、前記原版と前記基板の相対位置を計測することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記計測手段は、前記計測光として、前記露光光に用いられる波長のうち最短波長と最長波長の間の中間波長の光に切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記計測手段は、前記計測光として、前記露光光に用いられる波長のうち最短波長または最長波長の光に切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
5. 前記計測手段は、前記計測光の波長を切り換えながら、それぞれの波長の計測光を用いて前記原版と前記基板の相対位置を計測することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
6. 前記計測手段は、前記露光光に用いられる波長の光のみを透過する光学素子を有し、当該素子を用いて前記露光光から前記計測光への波長の切り換えを行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記計測手段は、前記計測光の波長以外の光を遮光する素子を有し、当該素子を用いて前記露光光から前記計測光への波長の切り換えを行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 露光光源からの露光光で原版を照明する照明光学系と、
   前記原版のパターンを基板上に投影する投影光学系と、
   前記露光光を計測光として用いて前記投影光学系を介して前記原版と前記基板の相対位置を計測する計測手段と、を有する露光装置において、前記計測手段による計測結果に基づき前記原版と前記基板の位置合わせを行い、複数の波長又は広帯域の波長の前記露光光を用いて前記基板を露光する露光方法であって、
   前記原版と前記基板の相対位置を計測する際に、前記計測光としての前記露光光の波長を特定の波長又は狭帯域の波長に切り換えることを特徴とする露光方法。
9. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   露光された前記基板を現像するステップと、を有することを特徴とするデバイス製造方法。