JP3604801B2 - 露光装置および露光方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩの製造工程において、微細回路パターンの作製に用いられる縮小投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１はステップアンドリピート方式の縮小投影露光装置の構成図である。同図において、ランプ１は露光照明系を構成しており、このランプ１からの照明光は、照明光学系およびシャッタ（どちらも図示省略）を経てマスク３を照明する。
【０００３】
図１の装置においては、まず初めに、マスク基準プレート４に対しマスク３の位置合わせを行う。マスク３とマスク基準プレート４上のマークは照明ユニット６より、光ファイバー７にて導かれた光でマスク基準プレート４の下より照明される。ここでは照明ユニット６を用いた例を挙げているが、マスク基準プレート４上のマークを照明する光はランプ１よりファイバーにて導いても良い。照明されたマークの像は、２Ｃの位置へ駆動したＴＴＬオンアクシス（ｏｎ Ａｘｉｓ）スコープ２の対物ミラー２Ｃを介して、カメラ２Ｄで画像データとして取り込まれる。
【０００４】
取り込まれた画像データは画像処理され、求まったずれ量よりマスクステージ（図示省略）をＸ、Ｙ、θ方向へ駆動することで、マスク３がマスク基準プレート４に対し位置合わせされる。
【０００５】
図１では片側しか図示していないが、投影レンズ８の光軸を中心に反対側にも同様のマスク基準プレート４とＴＴＬオンアクシススコープ２が構成されている。
【０００６】
マスク基準プレート４に対し位置合わせされたマスク３のパターンは投影レンズ８で所定の倍率（例えば、１／５）に縮小され、ウエハ１１に投影される。
【０００７】
ウエハ１１はウエハチャック（図示省略）にバキューム吸着し固定する。ウエハチャックは、縮小投影レンズ８の光軸方向にウエハチャックを駆動するＺステージ（Ｚ／Ｓ）１２と、光軸に対し垂直な平面上を回転し、また、光軸方向に対し、ウエハを傾けるθアンドチルトステージ（θ＆Ｔｉｌｔ／Ｓ）１３と、光軸と垂直な平面上を駆動するＸＹステージ（ＸＹ／Ｓ）１４の上に載せてある。ウエハ１１の投影レンズ８の光軸方向に対する位置は、光オートフォーカスユニット９で計測する。具体的には、光オートフォーカスユニット９は出射光ユニット９Ａと、その出射光のウエハ１１の表面からの反射光を受光する受光ユニット９Ｂとからなり、受光ユニット９Ｂでの受光位置でウエハ１１のＺ位置が計測できる。ウエハ１１は、光オートフォーカスユニット９とＺステージ１２によりＺ方向に制御され、常に投影レンズ８のベストピント位置に合わせ込まれる。
【０００８】
ステップアンドリピートの際のステップ量と方向は、θアンドチルトステージ１３上のバーミラー１６とレーザ干渉計１７によりＸ、Ｙ、θの方向について計測し（Ｙ方向およびθ方向制御のためのバーミラーおよびレーザ干渉計は図示省略）、モータ１８により常時駆動および制御している。
【０００９】
ウエハ１１上のマークに対するアライメントはＴＴＬオフアクシス（ｏｆｆ
Ａｘｉｓ）スコープユニット５にて、非露光光によるグローバルアライメントで行う。グローバルアライメントの計測シーケンスに関する詳細は、ここでは、省略する。ＴＴＬオフアクシススコープユニット５の構成については簡単な説明を行っておく。
ＴＴＬオフアクシススコープユニット５は、２つの偏光ビームスプリッタ５Ａ、５Ｂと、非露光光源およびカメラユニット５Ｃと、ＴＴＬオフアクシススコープユニットスコープ基準マーク５Ｄとから構成されている。
非露光光源およびカメラユニット５Ｃから出射された非露光光は偏光ビームスプリッタ５Ｂを通過して５Ａにより、投影レンズ８に入射される。ここで、非露光光はＨｅＮｅレーザ等、露光光とは波長の異なる光を用いる。
【００１０】
投影レンズ８に入射された光は、ウエハ１１もしくはキャリブレーションプレート１５上の計測マークを照明する。計測マークを照明した光は反射され、再度投影レンズ８を経てＴＴＬオフアクシススコープユニット５に戻ってくる。戻って来た光は偏光ビームスプリッタ５Ａ、５Ｂを経て非露光光源およびカメラユニット５Ｃに入る、非露光光源およびカメラユニット５Ｃの中で補正光学系を経て、カメラに画像として届く。一方、ＴＴＬオフアクシススコープ基準マーク５Ｄは、照明ユニット６から光ファイバにて導かれた光にて照明される。照明された像は、偏光ビームスプリッタ５Ｂを経て、非露光光源およびカメラユニット５Ｃに入り、カメラに画像として届く。このようにして、各々の画像を計測してＴＴＬオフアクシススコープ基準マーク５Ｄに対する、ウエハ１１もしくはキャリブレーションプレート１５上の計測マークのずれ量を求める。
以上のような一連の動作によりウエハ１１上にマスク３のパターンを逐次露光していく。
【００１１】
このような、ステップアンドリピート方式の縮小投影露光装置において、何工程にも及び露光を行っていく場合、１回１回のアライメント誤差を少なくしていくことが大切である。
特にＴＴＬオフアクシスのグローバルアライメントの場合、ベースライン変化により発生するシフト誤差ばかりでなく、マスク３とＸＹステージ１４の回転に起因するアライメント誤差や、投影レンズ８の倍率に起因するアライメント誤差に関しても厳しい管理が要求されている。
【００１２】
このような、回転／倍率のアライメント誤差の低減のために、ステップアンドリピート方式の縮小投影露光装置においては、以下のような手順で装置の基準合わせを行って対応している。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の説明でも明らかなように、アライメント誤差の低減のためには、回転／倍率を装置の基準に合わせることが不可欠である。しかし、現状では装置の基準合わせを行う場合には、焼き付けを行うウエハが必要であり、これは、ある期間をおいて定期的に確認および補正を行う上では大きな負荷となる。さらに、焼き付け後に、現像と計測が必要であることは言うまでもないことであり、トータルでかなり長時間の間、装置を止めてしまうことになる。
【００１５】
また、マスク基準プレート４に対して、あるトレランスで位置合わせを行ったマスク３で隣接重ね焼きを行っているため、焼き付けて得られるマスク３とＸＹステージ１３の回転、投影レンズ８の倍率のずれ量にはマスク３のアライメント残差が含まれてしまう。
【００１６】
より精度良く装置の基準合わせを行うためには、マスク３のアライメント残差を予め保存しておいて、マスク３とＸＹステージ１４の回転の計算、投影レンズ８の倍率計算時に反映する等の操作を行う必要がある。
【００１７】
本発明で解決しようとしている課題は、上述のような回転および倍率の誤差を求める負荷および時間を少なくすることである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る第１の露光装置は、
投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光装置であって、
第１マークを有し、前記基板を移動させる基板ステージと、
前記マスクを位置合せするための基準マークとしての複数の第３マークを有する、前記投影光学系に関して前記マスクの側に設けられた基準部材と、
前記投影光学系を介して、前記第１マークと、前記マスクに形成された複数の第２マークのそれぞれとの間の位置ずれ、および前記複数の第３マークと前記マスクに形成された複数の第４マークとの間の対応するものどうしそれぞれの位置ずれを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記複数の第２マークに関する複数の位置ずれおよび前記複数の第３マークと前記複数の第４マークとの間の複数の位置ずれに基づいて、前記投影光学系の光軸まわりの回転方向に関する前記基準部材と前記基板ステージとの間の位置誤差および前記投影光学系の倍率誤差の少なくとも一方を求める演算手段と
を有することを特徴とする。
この第１の露光装置に係る好ましい実施例において、前記検出手段は、前記パターンを投影するための光源からの光により照明された前記第１マークおよび前記第２マークの像を撮像する撮像手段を含むことを特徴とする。また、前記検出手段により検出されるべき前記第１マークを、前記基板ステージにより、前記複数の第２マークそれぞれに対応した位置に移動させることを特徴とする。また、前記検出手段は、前記パターンを投影するための光源とは異なる光源からの光により照明された前記第３マークおよび前記第４マークの像を撮像することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る第２の露光装置は、
投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光装置であって、
第１マークを有し、前記基板を移動させる基板ステージと、
複数の第５マークを有し、前記投影光学系に関して前記マスクの配されるべき位置の側であって当該位置とは異なる位置に設けられた基準部材と、
前記投影光学系を介して、前記第１マークと、前記複数の第５マークのそれぞれとの間の位置ずれを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記複数の第５マークに関する複数の位置ずれに基づいて、前記投影光学系の光軸まわりの回転方向に関する前記基準部材と前記基板ステージとの間の位置誤差および前記投影光学系の倍率誤差の少なくとも一方を求める演算手段と
を有することを特徴とする。
この第２の露光装置に係る好ましい実施例において、前記検出手段は、前記パターンを投影するための光源からの光により照明された前記第１マークおよび前記第５マークの像を撮像する撮像手段を含むことを特徴とする。また、前記検出手段により検出されるべき前記第１マークを、前記基板ステージにより、前記複数の第５マークそれぞれに対応した位置に移動させることを特徴とする。また、前記基準部材は、複数の部分に分離して設けられていることを特徴とする。また、前記基準部材は、前記マスクを位置合せするための基準マークとしての第３マークを有することを特徴とする。ここで、前記第５マークと前記第３マークとは異なるマークであることを特徴とする。さらに、前記検出手段は、前記パターンを投影するための光源とは異なる光源からの光により照明された前記第３マークおよび前記第４マークの像を撮像することを特徴とする。
本発明に係る第１の露光方法は、
投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光方法であって、
前記投影光学系を介して、前記基板を移動させる基板ステージに形成された第１マークと、前記マスクに形成された複数の第２マークのそれぞれとの間の位置ずれ、および前記投影光学系に関して前記マスクの側に設けられた基準部材に配された、前記マスクを位置合せするための基準マークとしての複数の第３マークと、前記マスクに形成された複数の第４マークとの間の対応するものどうしそれぞれの位置ずれを検出する検出工程と、
前記検出工程において検出された前記複数の第２マークに関する複数の位置ずれおよび前記複数の第３マークと前記複数の第４マークとの間の複数の位置ずれに基づいて、前記投影光学系の光軸まわりの回転方向に関する前記基準部材と前記基板ステージとの間の位置誤差および前記投影光学系の倍率誤差の少なくとも一方を求める演算工程と
を有することを特徴とする。
本発明に係る第２の露光方法は、
投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光方法であって、
前記投影光学系を介して、前記基板を移動させる基板ステージに形成された第１マークと、前記投影光学系に関して前記マスクの配されるべき位置の側であって当該位置とは異なる位置に設けられた基準部材に形成された複数の第５マークのそれぞれとの間の位置ずれを検出する検出工程と、
前記検出工程において検出された前記複数の第５マークに関する複数の位置ずれに基づいて、前記投影光学系の光軸まわりの回転方向に関する前記基準部材と前記基板ステージとの間の位置誤差および前記投影光学系の倍率誤差の少なくとも一方を求める演算工程と
を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態によれば、マスクを感光基板（ウエハ）に転写するための照明手段と投影レンズと、その照明光の光量を制御するシャッタと、その照明光の範囲を制御するブレードと、感光基板と装置のキャリブレーションに使用するキャリブレーションプレートを搭載して投影レンズの光軸に対し平行方向および垂直方向へ駆動するＸ、Ｙ、θおよびＺステージと、それらのステージの平行および垂直方向の駆動位置を計測する手段と、マスクと感光基板上のパターンおよびマスクとキャリブレーションプレート上のパターンを投影レンズを介して重ね合わせて同時に計測できる手段と、マスクを位置合わせするためのマスク基準プレートを投影レンズの鏡筒上に持ちそのマスク基準プレートとマスク上のマークを重ね合わせて同時に計測できる手段と、その計測により求まったずれ量を元に所定の量だけマスクをＸ、Ｙ、θ方向へ駆動する手段とを有する露光装置において、マスク基準プレートの座標とＸ、Ｙ、θステージの座標のずれ、および投影レンズ倍率のずれをマスクを介在させて計測し、合わせ込みを自動で行うことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の実施の他の形態によれば、上記の露光装置において、マスクを介在させることなく、マスク基準プレートの座標とＸ、Ｙおよびθステージの座標のずれ、および投影レンズ倍率のずれを計測し、合わせ込みを自動で行うことを特徴とする。
【００２２】
【作用】
図２に示すように従来マスクとウエハをＴＴＬオンアクシスでアライメントしたり、マスク３をマスク基準マーク４にアライメントする時に使用していた、ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’を利用する。このＴＴＬオンアクシススコープ２、２’の対物ミラーを２Ａ、２Ａ’の位置に移動し、その位置で光ファイバ２０で導いたランプ１からの露光照明光でマスク３のマーク３Ａ、３Ｂと投影レンズ８を通してＸＹステージ１４上のキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａを照明する。その反射光を同じＴＴＬオンアクシススコープ２、２’のカメラ２Ｄ、２Ｄ’（図示省略）で画像データとして取り込み、ずれ量を計測する。
【００２３】
マーク１５Ａは、図１に示す従来の露光装置においては、グローバルアライメント用のＴＴＬオフアクシススコープユニット５を位置合わせするために１個が設けられている。そこで、ＸＹステージ１４を移動してマーク１５Ａをマーク３Ａと３Ｂの投影位置に順次し、各ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’で、その時の画像を取り込み、ずれ量を求める。マーク３Ａと３Ｂの距離はマスク３の設計値で予め分かっているので、例えば、以下のようにしてマスク３とＸＹステージ１４の回転、および投影レンズ８の倍率が求まる。
【００２４】
【表２】
【００２５】
したがって、例えば、回転ずれはθアンドチルトステージ１３を駆動して、投影レンズ倍率は図示しないマスクステージまたは倍率補正用レンズを駆動して補正する。
【００２６】
【実施例１】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
マスクを介在させて計測を行う場合の実施例について述べる。
本発明の一実施例に係るシステム構成を示した図２と、図２の装置における計測フローチャートである図３に従って具体的な計測方法の説明を行う。
【００２７】
まず初めに、図２を使って本実施例のシステムの構成について説明する。
マスク３のマークとＸＹステージ１４上のキャリブレーションプレート１５上のマークを、投影レンズ８を通して重ね合わせて計測できるＴＴＬオンアクシススコープ２、２’を図２のようにマスク３と露光照明ランプ１の間に設ける。
このＴＴＬオンアクシススコープ２、２’はマスク３上を任意の位置に独立に駆動可能である。
【００２８】
ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’が各々、２Ｃ、２Ｃ’の位置へ駆動した時には、マスク３とマスク基準プレート４、４’の各マークが同時に観察でき、２Ａ、２Ａ’の位置へ駆動した時はマスク３と投影レンズ８を介してＸＹステージ１４上のマークを同時に観察することが可能である。
【００２９】
マスク基準プレート４、４’上のマークを観察する場合は照明ユニット６から光ファイバ７、７’で導かれた光でマークを照明する。このとき、ランプ１からの光（露光光）をＴＴＬオンアクシススコープ２、２’に導くためのシャッタ１９は閉じられている。また、ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’のフォーカス合わせに関しては、マスク基準プレート４、４’は製造時にＴＴＬオンアクシススコープ２、２’に対し合わせ込みが行われており、マスク３に関しては、マスク３のガラス厚のバラツキは存在するがＴＴＬオンアクシススコープ２、２’のフォーカス深度が充分にあるため、無視できる。
【００３０】
一方、ＸＹステージ１４上のキャリブレーションプレート１５上のマークを観察する場合は、露光光をＴＴＬオンアクシススコープ２、２’に導くためのシャッタ１９が開かれ、偏光ビームスプリッタ２１、２１’（図示省略）で分光された光で、マスク３のマークとＸＹステージ１４上のマークが照明される。
【００３１】
ＸＹステージ１４上のマークに関しては投影レンズ８を介して観察しているため、フォーカス合わせが必要となる。フォーカス合わせの方法は、光オートフォーカスユニット９でキャリブレーションプレート１５のＺ方向の位置を確認しながら、θアンドチルトステージ１３をＺ方向へ駆動してマークを上下動させ、マークの画像のコントラストとフォーカス位置の関係を表すデータを採る。一般に、コントラストとその時のフォーカス位置のデータはグラフにすると、上または下に凸の形になる。よって、このグラフからピーク位置または、ディップ位置を求めることで、画像のベストフォーカス位置とする。また、気圧、温度および露光状態により、投影レンズ８のベストフォーカス位置は時々刻々と変化している。これにより、当然、ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’の画像フォーカスのベストピント位置も変化することになる。この変化に対しては、気圧、温度および露光状態を常時モニタしながらフォーカス変化量を計算し、光オートフォーカスユニット９でＺ方向の位置を計測しながらθアンドチルトステージ１３を駆動してリアルタイムで補正を行っている。
【００３２】
ＸＹステージ１４の上には、ＸＹ平面上でθ方向およびＺ方向と任意の傾き方向へ駆動できるθアンドチルトステージ１３が配置され、その上にさらにバーミラー１６とウエハチャック１２とキャリブレーションプレート１５が配置されている。
【００３３】
ＸＹステージ１４の位置はバーミラー１６とレーザ干渉計１７により、常にモニタされている。さらに、ＸＹステージ１４の位置計測系および駆動系は、図２では１軸しか図示していないが、実際には３軸以上あり、ＸＹ方向は元より、ＸＹ平面でのθ方向に関する制御も行っている。Ｚ方向および傾きに関しては、光オートフォーカスユニット９により、その位置が計測されθアンドチルトステージ１３を駆動することで制御されている。
【００３４】
図２では、マスク３上のマークは、投影レンズ８の光軸を中心に対称な３Ａ、３Ｂの２つのマークしか図示していないが、マスク３上の任意の位置に複数個、置くことが可能である。
【００３５】
次に、図３を使って図２の装置における具体的な計測方法について説明を行う。
（ステップ１０１）
初めに、マスク３とマスク基準プレート４、４’のアライメントを行う。
方法は、図２の照明ユニット６から光ファイバ７にて導かれた光でマスク基準プレート４の下から、マスク基準プレート４上のマークとマスク３のマーク（どちらも図示省略）を照明する。照明された各マークをＴＴＬオンアクシススコープ２、２’のミラーを、２Ｃ、２Ｃ’の位置へ駆動することにより、カメラ２Ｄ、２Ｄ’（図示省略）へ画像として取り込む。取り込んだ画像データをデジタル処理してマスク基準プレート４、４’とマスク３のずれ量を求める。ずれ量は、Ｘ、Ｙシフトとθの３つである。
【００３６】
（ステップ１０２）
次に、求まったずれ量がトレランス内に収まっているか／否かを判定する。
トレランス判定は、Ｘ、Ｙシフトとθの各々について行い、どれかひとつでも、トレランスをオーバーしていれば、「否」の判定となる。
【００３７】
（ステップ１０３）
トレランス外であれば、ステップ１０１で求めたずれ量を元に、マスクステージ（図示省略）を駆動して追い込みを行う。
ここで駆動を行う場合、スループットを重視するのであれば、トレランスをオーバーしたずれに対してだけ行えば良いし、駆動により発生するかも知れない他成分を懸念するのであれば、トレランス判定の結果に関わりなく、Ｘ、Ｙ、θ全てを駆動すれば良い。
追い込みを行った後、再度、ステップ１０１へ戻り、計測を行い、ステップ１０２にてトレランス判定を行う。
【００３８】
（ステップ１０２）
トレランス判定を行っている以上、トレランスが０でない限りトレランス以下の追い込み残差が、存在してしまうことは明らかである。この残差は保存しておいて、最終的にマスク基準プレート４、４’とＸＹステージ１４との回転、および投影レンズ８の倍率の経時変化の計算をする時に考慮する。
【００３９】
トレランス内に追い込まれていれば、次の計測動作へ移る。
【００４０】
（ステップ１０４Ａ）
次に、マスク基準プレート４、４’とＸＹステージ１４との回転、および投影レンズ８の倍率の計測準備のための、ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’のミラーを２Ａ、２Ａ’の位置へ駆動する。この位置はマスク３上のマーク３Ａ、３Ｂが観察できる位置である。
ＸＹステージ１４で、キャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａをマスク３上のマーク３Ａの投影位置へ駆動する。観察用の露光光シャッタ１９を開いて露光光を光ファイバ２０でＴＴＬオンアクシススコープ２へ導く。図示していないが、ＴＴＬオンアクシススコープ２’にも同様に光ファイバで露光光を導いている。導かれた露光光は偏光ビームスプリッタ２１でマスク３上のマーク３Ａとキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａを照明する。このようにして照明された光は、キャリブレーションプレート１５上で反射され再度、ＴＴＬオンアクシススコープ２に戻ってくる。再度、偏光ビームスプリッタ２１を通った光は、今度はカメラ２Ｄへと進む。カメラ２Ｄでは、このようにして入って来た光を画像として取り込み計測を行う。
【００４１】
（ステップ１０５Ａ）
続いて、画像のコントラストが最良となるＺ方向の位置を求める。
すなわち、光オートフォーカスユニットでキャリブレーションプレート１５のＺ方向位置を計測、同時に画像を取り込む。取り込んだ画像をデジタル処理して、キャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａのコントラストを計算する。一定量、θアンドチルトステージ１３をＺ方向へ駆動し、その位置を光オートフォーカスユニット９で計測し、再度、コントラストを計算する。このような操作を一定回数繰り返し行う。
このようにして採ったＺ位置とキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａのコントラストの関係データからコントラストが良くなるＺ位置を決定する。
【００４２】
θアンドチルトステージ１３と光オートフォーカスユニット９を使って、上記の方法で決定したＺ位置へキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａを追い込む。
【００４３】
（ステップ１０６Ａ）
マークのコントラストが最良となる位置で画像データを取り込み、デジタル処理してマスク３上のマーク３Ａとキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａとの相対的ずれ量を求める。
３Ａおよび３Ｂと１５Ａの各マークは種々のものが考えられるが、その内のいくつかを図４（Ａ）（Ｂ）に示す。基本的には、ＸとＹの直交する各方向が独立して計測できるようなマークである。
【００４４】
（ステップ１０４Ｂ）
今度は、ＸＹステージ１４で、キャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａをマスク３上のマーク３Ｂの投影位置へ駆動する。
観察用の露光光シャッタ１９を開いて露光光を光ファイバ（図示省略）でＴＴＬオンアクシススコープ２’へ導く。導かれた露光光は偏光ビームスプリッタ（図示省略）でマスク３上のマーク３Ｂとキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａを照明する。
以後は、ステップ１０４Ａと同様にカメラ（図示省略）で画像を取り込んで計測を行う。
【００４５】
（ステップ１０５Ｂ）
ステップ１０５Ａの時と同様に画像のコントラストが良くなるＺ方向の位置を求める。
方法は、ステップ１０５Ａと同様であるので、説明は省略する。
ここで、ステップ１０５Ａで求めたＺ位置をそのまま使用しないのは、以下の２つの理由からである。
▲１▼ＸＹステージ１４が駆動されることにより発生する、Ｚ方向の変化が存在する。この量は微小であるが、装置の基準である、マスク基準プレートとＸ、Ｙ、θステージの合わせ込みの精度を確保するためには、無視できない。
▲２▼光オートフォーカスユニット９のビームの当たる位置が異なるため、キャリブレーションプレート１５の凹凸の影響および、取り付け誤差による傾きの影響を受けてしまう。つまり、ステップ１０５Ａで求めたＺ位置へ光オートフォーカスユニット９で計測しながら追い込んでも、マーク１５Ａのコントラストが最良になるとは限らない。
【００４６】
（ステップ１０６Ｂ）
マークのコントラストが最良となる位置で画像データを取り込み、デジタル処理してマスク３上のマーク３Ｂとキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａとの相対的ずれ量を求める。
【００４７】
（ステップ１０７）
ステップ１０６Ａおよびステップ１０６Ｂで求めたＸ、Ｙの各ずれ量と、マスク３のマスク基準プレート４、４’に対する合わせ込み残差量と、投影レンズ８の光軸を原点とした時の、マーク３Ａ、３Ｂのマーク座標から、マスク基準プレート４、４’とＸＹステージ１４の回転と投影レンズ８の倍率を計算により求める。
前回の、同計測値との比較から、経時変化量を求める。
【００４８】
（ステップ１０８）
ステップ１０７で求めた回転、倍率の経時変化の量を元に、装置に補正をかける。補正をかけるための幾通りかの方法を述べておく。
まず、回転に関しては、
▲１▼θアンドチルトステージ１３のθ機構を利用して求まった回転量だけθアンドチルトステージ１３を回転することにより合わせ込む方法、および
▲２▼ＸＹステージ１４の走りを求まった回転量に合わせて階段補正する方法等
がある。
【００４９】
マスク３をマスク基準プレート４とＸＹステージ１４の回転量だけ回転する方法もあるが、この方法は相対位置合わせであり、基準合わせとはならない。
【００５０】
一方、レンズ倍率に関しては、
▲１▼投影レンズ８がウエハ側がテレセントリックでマスク側が非テレセントリックな場合は、マスク３の位置を光軸方向（Ｚ方向）に動かすことで、投影像の大きさを求まった倍率の経時変化分だけ変えることができる。
▲２▼投影レンズ内に倍率補正用の駆動レンズ等がある場合には、そのレンズ等を求まった倍率の経時変化分だけ駆動することで合わせ込みを行う。
【００５１】
【実施例２】
次に、マスクを介在させずに計測を行う場合の実施例について説明する。
本発明の第２の実施例に係るシステム構成を図５に示し、実施例１との違いを主に、説明を行う。
【００５２】
まず、実施例との大きな違いはマスク基準プレート４、４’上にマーク４Ａ、４Ｂを配置したことである。これにより、マスクがなくても計測が可能であり、もし、マスクがあってもマスクの４Ａ、４Ｂに相当する位置にパターンがなく、しかも、透過領域であれば計測が可能となる。
【００５３】
続いて具体的な説明を行っていく。ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’を各々２Ａ、２Ａ’の位置へ駆動することで、マスク基準マーク４、４’上のマーク４Ａ、４Ｂが照明／観察できる。このとき、ＸＹステージ１４上のキャリブレーションプレート上のマーク１５Ａを、マーク４Ａ、４Ｂの投影位置へ駆動して各々のずれ量を計測すれば、マスク基準プレート４、４’の座標と、ＸＹステージ１４の座標の回転と投影レンズ８の倍率が求まる。
【００５４】
ここで、ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’のフォーカスはマスク３が存在する状態でマスク３上のマークに合うように調整されているため、マスク３が存在しないと、マスク基準プレート４、４’上のマーク４Ａ、４Ｂはデフォーカスして観察されてしまう。そこで、ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’内にフォーカス位置調整用のレンズ２２を設け、このレンズを光軸方向に駆動することで、フォーカス合わせを行う。
【００５５】
また、キャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａのコントラストが最良となる位置もＺ方向にずれるため、コントラストが最良となる位置の検出が短時間で済むように、あらかじめ、ずらした位置（計算値）から計測を開始する。このようにして、フォーカス合わせを行ったあと計測は、実施例１と同様となる。
【００５６】
また、実施例１で述べたと同様に、マスク基準プレート４、４’も図示以外に、任意の位置に複数個、配置することが可能である。
【００５７】
以上のように、本発明によれば、上述のような回転および倍率の誤差を求める負荷および時間を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の装置のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係るシステム構成を示す図である。
【図３】図２のシステムにおける計測フローチャートを示す図である。
【図４】図２のシステムで使用するマークを例示する図である。
【図５】本発明の別の実施例に係るシステム構成を示す図である。
【符号の説明】
１：ランプ、２：ＴＴＬオンアクシススコープ、２’：ＴＴＬオンアクシススコープ、２Ａ、２Ａ’、２Ｃ、２Ｃ’：対物ミラー、２Ｄ、２Ｄ’：カメラ、３：マスク、３Ａ、３Ｂ：マーク、４、４’：マスク基準プレート、４Ａ、４Ｂ：マーク、５：ＴＴＬオフアクシススコープユニット、５Ａ、５Ｂ：ビームスプリッタ、５Ｃ：カメラユニット、５Ｄ：ＴＴＬオフアクシススコープユニットスコープ基準マーク、６：照明ユニット、７、７’：光ファイバ、８：投影レンズ、９：光オートフォーカスユニット、９Ａ：出射光ユニット、９Ｂ：受光ユニット、１１：ウエハ、１２：Ｚステージ、１３：θアンドチルトステージ、１４：ＸＹステージ、１５：キャリブレーションプレート、１５Ａ：マーク、１６：バーミラー、１７：レーザ干渉計、１８：モータ、１９：カメラ、２０：光ファイバ、２１、２１’：偏光ビームスプリッタ、２２：レンズ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩの製造工程において、微細回路パターンの作製に用いられる縮小投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１はステップアンドリピート方式の縮小投影露光装置の構成図である。同図において、ランプ１は露光照明系を構成しており、このランプ１からの照明光は、照明光学系およびシャッタ（どちらも図示省略）を経てマスク３を照明する。
【０００３】
図１の装置においては、まず初めに、マスク基準プレート４に対しマスク３の位置合わせを行う。マスク３とマスク基準プレート４上のマークは照明ユニット６より、光ファイバー７にて導かれた光でマスク基準プレート４の下より照明される。ここでは照明ユニット６を用いた例を挙げているが、マスク基準プレート４上のマークを照明する光はランプ１よりファイバーにて導いても良い。照明されたマークの像は、２Ｃの位置へ駆動したＴＴＬオンアクシス（ｏｎ Ａｘｉｓ）スコープ２の対物ミラー２Ｃを介して、カメラ２Ｄで画像データとして取り込まれる。
【０００４】
取り込まれた画像データは画像処理され、求まったずれ量よりマスクステージ（図示省略）をＸ、Ｙ、θ方向へ駆動することで、マスク３がマスク基準プレート４に対し位置合わせされる。
【０００５】
図１では片側しか図示していないが、投影レンズ８の光軸を中心に反対側にも同様のマスク基準プレート４とＴＴＬオンアクシススコープ２が構成されている。
【０００６】
マスク基準プレート４に対し位置合わせされたマスク３のパターンは投影レンズ８で所定の倍率（例えば、１／５）に縮小され、ウエハ１１に投影される。
【０００７】
ウエハ１１はウエハチャック（図示省略）にバキューム吸着し固定する。ウエハチャックは、縮小投影レンズ８の光軸方向にウエハチャックを駆動するＺステージ（Ｚ／Ｓ）１２と、光軸に対し垂直な平面上を回転し、また、光軸方向に対し、ウエハを傾けるθアンドチルトステージ（θ＆Ｔｉｌｔ／Ｓ）１３と、光軸と垂直な平面上を駆動するＸＹステージ（ＸＹ／Ｓ）１４の上に載せてある。ウエハ１１の投影レンズ８の光軸方向に対する位置は、光オートフォーカスユニット９で計測する。具体的には、光オートフォーカスユニット９は出射光ユニット９Ａと、その出射光のウエハ１１の表面からの反射光を受光する受光ユニット９Ｂとからなり、受光ユニット９Ｂでの受光位置でウエハ１１のＺ位置が計測できる。ウエハ１１は、光オートフォーカスユニット９とＺステージ１２によりＺ方向に制御され、常に投影レンズ８のベストピント位置に合わせ込まれる。
【０００８】
ステップアンドリピートの際のステップ量と方向は、θアンドチルトステージ１３上のバーミラー１６とレーザ干渉計１７によりＸ、Ｙ、θの方向について計測し（Ｙ方向およびθ方向制御のためのバーミラーおよびレーザ干渉計は図示省略）、モータ１８により常時駆動および制御している。
【０００９】
ウエハ１１上のマークに対するアライメントはＴＴＬオフアクシス（ｏｆｆ
Ａｘｉｓ）スコープユニット５にて、非露光光によるグローバルアライメントで行う。グローバルアライメントの計測シーケンスに関する詳細は、ここでは、省略する。ＴＴＬオフアクシススコープユニット５の構成については簡単な説明を行っておく。
ＴＴＬオフアクシススコープユニット５は、２つの偏光ビームスプリッタ５Ａ、５Ｂと、非露光光源およびカメラユニット５Ｃと、ＴＴＬオフアクシススコープユニットスコープ基準マーク５Ｄとから構成されている。
非露光光源およびカメラユニット５Ｃから出射された非露光光は偏光ビームスプリッタ５Ｂを通過して５Ａにより、投影レンズ８に入射される。ここで、非露光光はＨｅＮｅレーザ等、露光光とは波長の異なる光を用いる。
【００１０】
投影レンズ８に入射された光は、ウエハ１１もしくはキャリブレーションプレート１５上の計測マークを照明する。計測マークを照明した光は反射され、再度投影レンズ８を経てＴＴＬオフアクシススコープユニット５に戻ってくる。戻って来た光は偏光ビームスプリッタ５Ａ、５Ｂを経て非露光光源およびカメラユニット５Ｃに入る、非露光光源およびカメラユニット５Ｃの中で補正光学系を経て、カメラに画像として届く。一方、ＴＴＬオフアクシススコープ基準マーク５Ｄは、照明ユニット６から光ファイバにて導かれた光にて照明される。照明された像は、偏光ビームスプリッタ５Ｂを経て、非露光光源およびカメラユニット５Ｃに入り、カメラに画像として届く。このようにして、各々の画像を計測してＴＴＬオフアクシススコープ基準マーク５Ｄに対する、ウエハ１１もしくはキャリブレーションプレート１５上の計測マークのずれ量を求める。
以上のような一連の動作によりウエハ１１上にマスク３のパターンを逐次露光していく。
【００１１】
このような、ステップアンドリピート方式の縮小投影露光装置において、何工程にも及び露光を行っていく場合、１回１回のアライメント誤差を少なくしていくことが大切である。
特にＴＴＬオフアクシスのグローバルアライメントの場合、ベースライン変化により発生するシフト誤差ばかりでなく、マスク３とＸＹステージ１４の回転に起因するアライメント誤差や、投影レンズ８の倍率に起因するアライメント誤差に関しても厳しい管理が要求されている。
【００１２】
このような、回転／倍率のアライメント誤差の低減のために、ステップアンドリピート方式の縮小投影露光装置においては、以下のような手順で装置の基準合わせを行って対応している。
【００１３】
【表１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の説明でも明らかなように、アライメント誤差の低減のためには、回転／倍率を装置の基準に合わせることが不可欠である。しかし、現状では装置の基準合わせを行う場合には、焼き付けを行うウエハが必要であり、これは、ある期間をおいて定期的に確認および補正を行う上では大きな負荷となる。さらに、焼き付け後に、現像と計測が必要であることは言うまでもないことであり、トータルでかなり長時間の間、装置を止めてしまうことになる。
【００１５】
また、マスク基準プレート４に対して、あるトレランスで位置合わせを行ったマスク３で隣接重ね焼きを行っているため、焼き付けて得られるマスク３とＸＹステージ１３の回転、投影レンズ８の倍率のずれ量にはマスク３のアライメント残差が含まれてしまう。
【００１６】
より精度良く装置の基準合わせを行うためには、マスク３のアライメント残差を予め保存しておいて、マスク３とＸＹステージ１４の回転の計算、投影レンズ８の倍率計算時に反映する等の操作を行う必要がある。
【００１７】
本発明で解決しようとしている課題は、上述のような回転および倍率の誤差を求める負荷および時間を少なくすることである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る第１の露光装置は、
投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光装置であって、
第１マークを有し、前記基板を移動させる基板ステージと、
前記マスクを位置合せするための基準マークとしての複数の第３マークを有する、前記投影光学系に関して前記マスクの側に設けられた基準部材と、
前記投影光学系を介して、前記第１マークと、前記マスクに形成された複数の第２マークのそれぞれとの間の位置ずれ、および前記複数の第３マークと前記マスクに形成された複数の第４マークとの間の対応するものどうしそれぞれの位置ずれを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記複数の第２マークに関する複数の位置ずれおよび前記複数の第３マークと前記複数の第４マークとの間の複数の位置ずれに基づいて、前記投影光学系の光軸まわりの回転方向に関する前記基準部材と前記基板ステージとの間の位置誤差および前記投影光学系の倍率誤差の少なくとも一方を求める演算手段と
を有することを特徴とする。
この第１の露光装置に係る好ましい実施例において、前記検出手段は、前記パターンを投影するための光源からの光により照明された前記第１マークおよび前記第２マークの像を撮像する撮像手段を含むことを特徴とする。また、前記検出手段により検出されるべき前記第１マークを、前記基板ステージにより、前記複数の第２マークそれぞれに対応した位置に移動させることを特徴とする。また、前記検出手段は、前記パターンを投影するための光源とは異なる光源からの光により照明された前記第３マークおよび前記第４マークの像を撮像することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る第２の露光装置は、
投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光装置であって、
第１マークを有し、前記基板を移動させる基板ステージと、
複数の第５マークを有し、前記投影光学系に関して前記マスクの配されるべき位置の側であって当該位置とは異なる位置に設けられた基準部材と、
前記投影光学系を介して、前記第１マークと、前記複数の第５マークのそれぞれとの間の位置ずれを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記複数の第５マークに関する複数の位置ずれに基づいて、前記投影光学系の光軸まわりの回転方向に関する前記基準部材と前記基板ステージとの間の位置誤差および前記投影光学系の倍率誤差の少なくとも一方を求める演算手段と
を有することを特徴とする。
この第２の露光装置に係る好ましい実施例において、前記検出手段は、前記パターンを投影するための光源からの光により照明された前記第１マークおよび前記第５マークの像を撮像する撮像手段を含むことを特徴とする。また、前記検出手段により検出されるべき前記第１マークを、前記基板ステージにより、前記複数の第５マークそれぞれに対応した位置に移動させることを特徴とする。また、前記基準部材は、複数の部分に分離して設けられていることを特徴とする。また、前記基準部材は、前記マスクを位置合せするための基準マークとしての第３マークを有することを特徴とする。ここで、前記第５マークと前記第３マークとは異なるマークであることを特徴とする。さらに、前記検出手段は、前記パターンを投影するための光源とは異なる光源からの光により照明された前記第３マークおよび前記第４マークの像を撮像することを特徴とする。
本発明に係る第１の露光方法は、
投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光方法であって、
前記投影光学系を介して、前記基板を移動させる基板ステージに形成された第１マークと、前記マスクに形成された複数の第２マークのそれぞれとの間の位置ずれ、および前記投影光学系に関して前記マスクの側に設けられた基準部材に配された、前記マスクを位置合せするための基準マークとしての複数の第３マークと、前記マスクに形成された複数の第４マークとの間の対応するものどうしそれぞれの位置ずれを検出する検出工程と、
前記検出工程において検出された前記複数の第２マークに関する複数の位置ずれおよび前記複数の第３マークと前記複数の第４マークとの間の複数の位置ずれに基づいて、前記投影光学系の光軸まわりの回転方向に関する前記基準部材と前記基板ステージとの間の位置誤差および前記投影光学系の倍率誤差の少なくとも一方を求める演算工程と
を有することを特徴とする。
本発明に係る第２の露光方法は、
投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光方法であって、
前記投影光学系を介して、前記基板を移動させる基板ステージに形成された第１マークと、前記投影光学系に関して前記マスクの配されるべき位置の側であって当該位置とは異なる位置に設けられた基準部材に形成された複数の第５マークのそれぞれとの間の位置ずれを検出する検出工程と、
前記検出工程において検出された前記複数の第５マークに関する複数の位置ずれに基づいて、前記投影光学系の光軸まわりの回転方向に関する前記基準部材と前記基板ステージとの間の位置誤差および前記投影光学系の倍率誤差の少なくとも一方を求める演算工程と
を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態によれば、マスクを感光基板（ウエハ）に転写するための照明手段と投影レンズと、その照明光の光量を制御するシャッタと、その照明光の範囲を制御するブレードと、感光基板と装置のキャリブレーションに使用するキャリブレーションプレートを搭載して投影レンズの光軸に対し平行方向および垂直方向へ駆動するＸ、Ｙ、θおよびＺステージと、それらのステージの平行および垂直方向の駆動位置を計測する手段と、マスクと感光基板上のパターンおよびマスクとキャリブレーションプレート上のパターンを投影レンズを介して重ね合わせて同時に計測できる手段と、マスクを位置合わせするためのマスク基準プレートを投影レンズの鏡筒上に持ちそのマスク基準プレートとマスク上のマークを重ね合わせて同時に計測できる手段と、その計測により求まったずれ量を元に所定の量だけマスクをＸ、Ｙ、θ方向へ駆動する手段とを有する露光装置において、マスク基準プレートの座標とＸ、Ｙ、θステージの座標のずれ、および投影レンズ倍率のずれをマスクを介在させて計測し、合わせ込みを自動で行うことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の実施の他の形態によれば、上記の露光装置において、マスクを介在させることなく、マスク基準プレートの座標とＸ、Ｙおよびθステージの座標のずれ、および投影レンズ倍率のずれを計測し、合わせ込みを自動で行うことを特徴とする。
【００２２】
【作用】
図２に示すように従来マスクとウエハをＴＴＬオンアクシスでアライメントしたり、マスク３をマスク基準マーク４にアライメントする時に使用していた、ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’を利用する。このＴＴＬオンアクシススコープ２、２’の対物ミラーを２Ａ、２Ａ’の位置に移動し、その位置で光ファイバ２０で導いたランプ１からの露光照明光でマスク３のマーク３Ａ、３Ｂと投影レンズ８を通してＸＹステージ１４上のキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａを照明する。その反射光を同じＴＴＬオンアクシススコープ２、２’のカメラ２Ｄ、２Ｄ’（図示省略）で画像データとして取り込み、ずれ量を計測する。
【００２３】
マーク１５Ａは、図１に示す従来の露光装置においては、グローバルアライメント用のＴＴＬオフアクシススコープユニット５を位置合わせするために１個が設けられている。そこで、ＸＹステージ１４を移動してマーク１５Ａをマーク３Ａと３Ｂの投影位置に順次し、各ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’で、その時の画像を取り込み、ずれ量を求める。マーク３Ａと３Ｂの距離はマスク３の設計値で予め分かっているので、例えば、以下のようにしてマスク３とＸＹステージ１４の回転、および投影レンズ８の倍率が求まる。
【００２４】
【表２】
したがって、例えば、回転ずれはθアンドチルトステージ１３を駆動して、投影レンズ倍率は図示しないマスクステージまたは倍率補正用レンズを駆動して補正する。
【００２６】
【実施例１】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
マスクを介在させて計測を行う場合の実施例について述べる。
本発明の一実施例に係るシステム構成を示した図２と、図２の装置における計測フローチャートである図３に従って具体的な計測方法の説明を行う。
【００２７】
まず初めに、図２を使って本実施例のシステムの構成について説明する。
マスク３のマークとＸＹステージ１４上のキャリブレーションプレート１５上のマークを、投影レンズ８を通して重ね合わせて計測できるＴＴＬオンアクシススコープ２、２’を図２のようにマスク３と露光照明ランプ１の間に設ける。
このＴＴＬオンアクシススコープ２、２’はマスク３上を任意の位置に独立に駆動可能である。
【００２８】
ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’が各々、２Ｃ、２Ｃ’の位置へ駆動した時には、マスク３とマスク基準プレート４、４’の各マークが同時に観察でき、２Ａ、２Ａ’の位置へ駆動した時はマスク３と投影レンズ８を介してＸＹステージ１４上のマークを同時に観察することが可能である。
【００２９】
マスク基準プレート４、４’上のマークを観察する場合は照明ユニット６から光ファイバ７、７’で導かれた光でマークを照明する。このとき、ランプ１からの光（露光光）をＴＴＬオンアクシススコープ２、２’に導くためのシャッタ１９は閉じられている。また、ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’のフォーカス合わせに関しては、マスク基準プレート４、４’は製造時にＴＴＬオンアクシススコープ２、２’に対し合わせ込みが行われており、マスク３に関しては、マスク３のガラス厚のバラツキは存在するがＴＴＬオンアクシススコープ２、２’のフォーカス深度が充分にあるため、無視できる。
【００３０】
一方、ＸＹステージ１４上のキャリブレーションプレート１５上のマークを観察する場合は、露光光をＴＴＬオンアクシススコープ２、２’に導くためのシャッタ１９が開かれ、偏光ビームスプリッタ２１、２１’（図示省略）で分光された光で、マスク３のマークとＸＹステージ１４上のマークが照明される。
【００３１】
ＸＹステージ１４上のマークに関しては投影レンズ８を介して観察しているため、フォーカス合わせが必要となる。フォーカス合わせの方法は、光オートフォーカスユニット９でキャリブレーションプレート１５のＺ方向の位置を確認しながら、θアンドチルトステージ１３をＺ方向へ駆動してマークを上下動させ、マークの画像のコントラストとフォーカス位置の関係を表すデータを採る。一般に、コントラストとその時のフォーカス位置のデータはグラフにすると、上または下に凸の形になる。よって、このグラフからピーク位置または、ディップ位置を求めることで、画像のベストフォーカス位置とする。また、気圧、温度および露光状態により、投影レンズ８のベストフォーカス位置は時々刻々と変化している。これにより、当然、ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’の画像フォーカスのベストピント位置も変化することになる。この変化に対しては、気圧、温度および露光状態を常時モニタしながらフォーカス変化量を計算し、光オートフォーカスユニット９でＺ方向の位置を計測しながらθアンドチルトステージ１３を駆動してリアルタイムで補正を行っている。
【００３２】
ＸＹステージ１４の上には、ＸＹ平面上でθ方向およびＺ方向と任意の傾き方向へ駆動できるθアンドチルトステージ１３が配置され、その上にさらにバーミラー１６とウエハチャック１２とキャリブレーションプレート１５が配置されている。
【００３３】
ＸＹステージ１４の位置はバーミラー１６とレーザ干渉計１７により、常にモニタされている。さらに、ＸＹステージ１４の位置計測系および駆動系は、図２では１軸しか図示していないが、実際には３軸以上あり、ＸＹ方向は元より、ＸＹ平面でのθ方向に関する制御も行っている。Ｚ方向および傾きに関しては、光オートフォーカスユニット９により、その位置が計測されθアンドチルトステージ１３を駆動することで制御されている。
【００３４】
図２では、マスク３上のマークは、投影レンズ８の光軸を中心に対称な３Ａ、３Ｂの２つのマークしか図示していないが、マスク３上の任意の位置に複数個、置くことが可能である。
【００３５】
次に、図３を使って図２の装置における具体的な計測方法について説明を行う。
（ステップ１０１）
初めに、マスク３とマスク基準プレート４、４’のアライメントを行う。
方法は、図２の照明ユニット６から光ファイバ７にて導かれた光でマスク基準プレート４の下から、マスク基準プレート４上のマークとマスク３のマーク（どちらも図示省略）を照明する。照明された各マークをＴＴＬオンアクシススコープ２、２’のミラーを、２Ｃ、２Ｃ’の位置へ駆動することにより、カメラ２Ｄ、２Ｄ’（図示省略）へ画像として取り込む。取り込んだ画像データをデジタル処理してマスク基準プレート４、４’とマスク３のずれ量を求める。ずれ量は、Ｘ、Ｙシフトとθの３つである。
【００３６】
（ステップ１０２）
次に、求まったずれ量がトレランス内に収まっているか／否かを判定する。
トレランス判定は、Ｘ、Ｙシフトとθの各々について行い、どれかひとつでも、トレランスをオーバーしていれば、「否」の判定となる。
【００３７】
（ステップ１０３）
トレランス外であれば、ステップ１０１で求めたずれ量を元に、マスクステージ（図示省略）を駆動して追い込みを行う。
ここで駆動を行う場合、スループットを重視するのであれば、トレランスをオーバーしたずれに対してだけ行えば良いし、駆動により発生するかも知れない他成分を懸念するのであれば、トレランス判定の結果に関わりなく、Ｘ、Ｙ、θ全てを駆動すれば良い。
追い込みを行った後、再度、ステップ１０１へ戻り、計測を行い、ステップ１０２にてトレランス判定を行う。
【００３８】
（ステップ１０２）
トレランス判定を行っている以上、トレランスが０でない限りトレランス以下の追い込み残差が、存在してしまうことは明らかである。この残差は保存しておいて、最終的にマスク基準プレート４、４’とＸＹステージ１４との回転、および投影レンズ８の倍率の経時変化の計算をする時に考慮する。
【００３９】
トレランス内に追い込まれていれば、次の計測動作へ移る。
【００４０】
（ステップ１０４Ａ）
次に、マスク基準プレート４、４’とＸＹステージ１４との回転、および投影レンズ８の倍率の計測準備のための、ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’のミラーを２Ａ、２Ａ’の位置へ駆動する。この位置はマスク３上のマーク３Ａ、３Ｂが観察できる位置である。
ＸＹステージ１４で、キャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａをマスク３上のマーク３Ａの投影位置へ駆動する。観察用の露光光シャッタ１９を開いて露光光を光ファイバ２０でＴＴＬオンアクシススコープ２へ導く。図示していないが、ＴＴＬオンアクシススコープ２’にも同様に光ファイバで露光光を導いている。導かれた露光光は偏光ビームスプリッタ２１でマスク３上のマーク３Ａとキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａを照明する。このようにして照明された光は、キャリブレーションプレート１５上で反射され再度、ＴＴＬオンアクシススコープ２に戻ってくる。再度、偏光ビームスプリッタ２１を通った光は、今度はカメラ２Ｄへと進む。カメラ２Ｄでは、このようにして入って来た光を画像として取り込み計測を行う。
【００４１】
（ステップ１０５Ａ）
続いて、画像のコントラストが最良となるＺ方向の位置を求める。
すなわち、光オートフォーカスユニットでキャリブレーションプレート１５のＺ方向位置を計測、同時に画像を取り込む。取り込んだ画像をデジタル処理して、キャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａのコントラストを計算する。一定量、θアンドチルトステージ１３をＺ方向へ駆動し、その位置を光オートフォーカスユニット９で計測し、再度、コントラストを計算する。このような操作を一定回数繰り返し行う。
このようにして採ったＺ位置とキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａのコントラストの関係データからコントラストが良くなるＺ位置を決定する。
【００４２】
θアンドチルトステージ１３と光オートフォーカスユニット９を使って、上記の方法で決定したＺ位置へキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａを追い込む。
【００４３】
（ステップ１０６Ａ）
マークのコントラストが最良となる位置で画像データを取り込み、デジタル処理してマスク３上のマーク３Ａとキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａとの相対的ずれ量を求める。
３Ａおよび３Ｂと１５Ａの各マークは種々のものが考えられるが、その内のいくつかを図４（Ａ）（Ｂ）に示す。基本的には、ＸとＹの直交する各方向が独立して計測できるようなマークである。
【００４４】
（ステップ１０４Ｂ）
今度は、ＸＹステージ１４で、キャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａをマスク３上のマーク３Ｂの投影位置へ駆動する。
観察用の露光光シャッタ１９を開いて露光光を光ファイバ（図示省略）でＴＴＬオンアクシススコープ２’へ導く。導かれた露光光は偏光ビームスプリッタ（図示省略）でマスク３上のマーク３Ｂとキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａを照明する。
以後は、ステップ１０４Ａと同様にカメラ（図示省略）で画像を取り込んで計測を行う。
【００４５】
（ステップ１０５Ｂ）
ステップ１０５Ａの時と同様に画像のコントラストが良くなるＺ方向の位置を求める。
方法は、ステップ１０５Ａと同様であるので、説明は省略する。
ここで、ステップ１０５Ａで求めたＺ位置をそのまま使用しないのは、以下の２つの理由からである。
▲１▼ＸＹステージ１４が駆動されることにより発生する、Ｚ方向の変化が存在する。この量は微小であるが、装置の基準である、マスク基準プレートとＸ、Ｙ、θステージの合わせ込みの精度を確保するためには、無視できない。
▲２▼光オートフォーカスユニット９のビームの当たる位置が異なるため、キャリブレーションプレート１５の凹凸の影響および、取り付け誤差による傾きの影響を受けてしまう。つまり、ステップ１０５Ａで求めたＺ位置へ光オートフォーカスユニット９で計測しながら追い込んでも、マーク１５Ａのコントラストが最良になるとは限らない。
【００４６】
（ステップ１０６Ｂ）
マークのコントラストが最良となる位置で画像データを取り込み、デジタル処理してマスク３上のマーク３Ｂとキャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａとの相対的ずれ量を求める。
【００４７】
（ステップ１０７）
ステップ１０６Ａおよびステップ１０６Ｂで求めたＸ、Ｙの各ずれ量と、マスク３のマスク基準プレート４、４’に対する合わせ込み残差量と、投影レンズ８の光軸を原点とした時の、マーク３Ａ、３Ｂのマーク座標から、マスク基準プレート４、４’とＸＹステージ１４の回転と投影レンズ８の倍率を計算により求める。
前回の、同計測値との比較から、経時変化量を求める。
【００４８】
（ステップ１０８）
ステップ１０７で求めた回転、倍率の経時変化の量を元に、装置に補正をかける。補正をかけるための幾通りかの方法を述べておく。
まず、回転に関しては、
▲１▼θアンドチルトステージ１３のθ機構を利用して求まった回転量だけθアンドチルトステージ１３を回転することにより合わせ込む方法、および
▲２▼ＸＹステージ１４の走りを求まった回転量に合わせて階段補正する方法等
がある。
【００４９】
マスク３をマスク基準プレート４とＸＹステージ１４の回転量だけ回転する方法もあるが、この方法は相対位置合わせであり、基準合わせとはならない。
【００５０】
一方、レンズ倍率に関しては、
▲１▼投影レンズ８がウエハ側がテレセントリックでマスク側が非テレセントリックな場合は、マスク３の位置を光軸方向（Ｚ方向）に動かすことで、投影像の大きさを求まった倍率の経時変化分だけ変えることができる。
▲２▼投影レンズ内に倍率補正用の駆動レンズ等がある場合には、そのレンズ等を求まった倍率の経時変化分だけ駆動することで合わせ込みを行う。
【００５１】
【実施例２】
次に、マスクを介在させずに計測を行う場合の実施例について説明する。
本発明の第２の実施例に係るシステム構成を図５に示し、実施例１との違いを主に、説明を行う。
【００５２】
まず、実施例との大きな違いはマスク基準プレート４、４’上にマーク４Ａ、４Ｂを配置したことである。これにより、マスクがなくても計測が可能であり、もし、マスクがあってもマスクの４Ａ、４Ｂに相当する位置にパターンがなく、しかも、透過領域であれば計測が可能となる。
【００５３】
続いて具体的な説明を行っていく。ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’を各々２Ａ、２Ａ’の位置へ駆動することで、マスク基準マーク４、４’上のマーク４Ａ、４Ｂが照明／観察できる。このとき、ＸＹステージ１４上のキャリブレーションプレート上のマーク１５Ａを、マーク４Ａ、４Ｂの投影位置へ駆動して各々のずれ量を計測すれば、マスク基準プレート４、４’の座標と、ＸＹステージ１４の座標の回転と投影レンズ８の倍率が求まる。
【００５４】
ここで、ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’のフォーカスはマスク３が存在する状態でマスク３上のマークに合うように調整されているため、マスク３が存在しないと、マスク基準プレート４、４’上のマーク４Ａ、４Ｂはデフォーカスして観察されてしまう。そこで、ＴＴＬオンアクシススコープ２、２’内にフォーカス位置調整用のレンズ２２を設け、このレンズを光軸方向に駆動することで、フォーカス合わせを行う。
【００５５】
また、キャリブレーションプレート１５上のマーク１５Ａのコントラストが最良となる位置もＺ方向にずれるため、コントラストが最良となる位置の検出が短時間で済むように、あらかじめ、ずらした位置（計算値）から計測を開始する。このようにして、フォーカス合わせを行ったあと計測は、実施例１と同様となる。
【００５６】
また、実施例１で述べたと同様に、マスク基準プレート４、４’も図示以外に、任意の位置に複数個、配置することが可能である。
【００５７】
以上のように、本発明によれば、上述のような回転および倍率の誤差を求める負荷および時間を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の装置のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係るシステム構成を示す図である。
【図３】図２のシステムにおける計測フローチャートを示す図である。
【図４】図２のシステムで使用するマークを例示する図である。
【図５】本発明の別の実施例に係るシステム構成を示す図である。
【符号の説明】
１：ランプ、２：ＴＴＬオンアクシススコープ、２’：ＴＴＬオンアクシススコープ、２Ａ、２Ａ’、２Ｃ、２Ｃ’：対物ミラー、２Ｄ、２Ｄ’：カメラ、３：マスク、３Ａ、３Ｂ：マーク、４、４’：マスク基準プレート、４Ａ、４Ｂ：マーク、５：ＴＴＬオフアクシススコープユニット、５Ａ、５Ｂ：ビームスプリッタ、５Ｃ：カメラユニット、５Ｄ：ＴＴＬオフアクシススコープユニットスコープ基準マーク、６：照明ユニット、７、７’：光ファイバ、８：投影レンズ、９：光オートフォーカスユニット、９Ａ：出射光ユニット、９Ｂ：受光ユニット、１１：ウエハ、１２：Ｚステージ、１３：θアンドチルトステージ、１４：ＸＹステージ、１５：キャリブレーションプレート、１５Ａ：マーク、１６：バーミラー、１７：レーザ干渉計、１８：モータ、１９：カメラ、２０：光ファイバ、２１、２１’：偏光ビームスプリッタ、２２：レンズ。
Claims (13)
- 投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光装置であって、
第１マークを有し、前記基板を移動させる基板ステージと、
前記マスクを位置合せするための基準マークとしての複数の第３マークを有する、前記投影光学系に関して前記マスクの側に設けられた基準部材と、
前記投影光学系を介して、前記第１マークと、前記マスクに形成された複数の第２マークのそれぞれとの間の位置ずれ、および前記複数の第３マークと前記マスクに形成された複数の第４マークとの間の対応するものどうしそれぞれの位置ずれを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記複数の第２マークに関する複数の位置ずれおよび前記複数の第３マークと前記複数の第４マークとの間の複数の位置ずれに基づいて、前記投影光学系の光軸まわりの回転方向に関する前記基準部材と前記基板ステージとの間の位置誤差および前記投影光学系の倍率誤差の少なくとも一方を求める演算手段と
を有することを特徴とする露光装置。 - 前記検出手段は、前記パターンを投影するための光源からの光により照明された前記第１マークおよび前記第２マークの像を撮像する撮像手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
- 前記検出手段により検出されるべき前記第１マークを、前記基板ステージにより、前記複数の第２マークそれぞれに対応した位置に移動させることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
- 前記検出手段は、前記パターンを投影するための光源とは異なる光源からの光により照明された前記第３マークおよび前記第４マークの像を撮像することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
- 投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光装置であって、
第１マークを有し、前記基板を移動させる基板ステージと、
複数の第５マークを有し、前記投影光学系に関して前記マスクの配されるべき位置の側であって当該位置とは異なる位置に設けられた基準部材と、
前記投影光学系を介して、前記第１マークと、前記複数の第５マークのそれぞれとの間の位置ずれを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記複数の第５マークに関する複数の位置ずれに基づいて、前記投影光学系の光軸まわりの回転方向に関する前記基準部材と前記基板ステージとの間の位置誤差および前記投影光学系の倍率誤差の少なくとも一方を求める演算手段と
を有することを特徴とする露光装置。 - 前記検出手段は、前記パターンを投影するための光源からの光により照明された前記第１マークおよび前記第５マークの像を撮像する撮像手段を含むことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
- 前記検出手段により検出されるべき前記第１マークを、前記基板ステージにより、前記複数の第５マークそれぞれに対応した位置に移動させることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
- 前記基準部材は、複数の部分に分離して設けられていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
- 前記基準部材は、前記マスクを位置合せするための基準マークとしての第３マークを有することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
- 前記第５マークと前記第３マークとは異なるマークであることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
- 前記検出手段は、前記パターンを投影するための光源とは異なる光源からの光により照明された前記第３マークおよび前記マスクに形成された第４マークの像を撮像することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
- 投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光方法であって、
前記投影光学系を介して、前記基板を移動させる基板ステージに形成された第１マークと、前記マスクに形成された複数の第２マークのそれぞれとの間の位置ずれ、および前記投影光学系に関して前記マスクの側に設けられた基準部材に配された、前記マスクを位置合せするための基準マークとしての複数の第３マークと、前記マスクに形成された複数の第４マークとの間の対応するものどうしそれぞれの位置ずれを検出する検出工程と、
前記検出工程において検出された前記複数の第２マークに関する複数の位置ずれおよび前記複数の第３マークと前記複数の第４マークとの間の複数の位置ずれに基づいて、前記投影光学系の光軸まわりの回転方向に関する前記基準部材と前記基板ステージとの間の位置誤差および前記投影光学系の倍率誤差の少なくとも一方を求める演算工程と
を有することを特徴とする露光方法。 - 投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光方法であって、
前記投影光学系を介して、前記基板を移動させる基板ステージに形成された第１マークと、前記投影光学系に関して前記マスクの配されるべき位置の側であって当該位置とは異なる位置に設けられた基準部材に形成された複数の第５マークのそれぞれとの間の位置ずれを検出する検出工程と、
前記検出工程において検出された前記複数の第５マークに関する複数の位置ずれに基づいて、前記投影光学系の光軸まわりの回転方向に関する前記基準部材と前記基板ステージとの間の位置誤差および前記投影光学系の倍率誤差の少なくとも一方を求める演算工程と
を有することを特徴とする露光方法。
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| JP09469296A JP3604801B2 (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 露光装置および露光方法 |
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