JP6678251B2 - 投影露光装置および方法 - Google Patents

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Description

本発明は半導体フォトリソグラフィの分野に関し、特に、投影露光装置及び方法に関する。
薄膜電界効果トランジスタまたはＴＦＴとしても知られる薄膜トランジスタは、新しい材料およびプロセスを用いて製造され、大規模半導体集積回路（ＩＣ）の構築に使用することができる。ＴＦＴは、ガラスまたはプラスチック基板などの非単結晶または結晶基板上にスパッタリングまたは化学蒸着によって積層される、意図した大規模半導体ＩＣの様々な構成薄膜を用いて製造される。関連する家電製品の開発に伴い、より多くのＴＦＴユニットを組み込んだ大型のＴＦＴ ＩＣに対する需要が常に存在している。そのようなＩＣの製造におけるリソグラフィは、単一の照明機構では滅多に達成できない。ＩＣ製作およびパッケージングに用いられるステッパーは、通常、８インチ以下の照明視野（ＦＯＶ）を有する。スキャナは走査方向により大きな視野を使用するが、典型的には１０インチ以下である。一方、現在の５世代以上のＴＦＴ ＩＣの製造には、少なくとも１７インチの露光視野が必要である。したがって、単一の露光レンズによって提供される照明ＦＯＶのサイズは、大面積リソグラフィの要件から遥かに遅れている。これは、繋ぎ合わされて一体化した複数の視野を使用する投影スキャナの開発につながり、大面積デバイスの製造におけるデバイスサイズと歩留まりとの間の良好なトレードオフに達することができ、大面積半導体デバイス、フラットパネルディスプレイ、薄膜の製造に広く用いられている。
しかし、複数の対物レンズおよび複数の視野を繋ぎ合わせて一体化させて使用する走査露光は、アライメント機構に対して更に厳しい要求を課す。露光される面積が大きいため、正確なアライメントには複数のアライメントポイントを使用する必要がある。繋ぎ合わされて一体化した視野を利用する露光装置に使用されるアライメント測定機構と焦点面測定機構が開示されている。露光装置は、本質的に、照明光源と、複数の照明機構と、レチクルと、レチクルステージと、複数の投影光学機構と、アライメント測定機構と、焦点面測定機構と、感光基板と、基板ステージを含む。多数の移動鏡及びレーザ干渉計がレチクルの両側に設けられている。レチクル上のサブパターン間にレチクル検査機構が設けられている。基板検査機構および調整機構は、投影光学機構の間に設けられる。露光装置はさらにコントローラを含む。コントローラは、全ての照明機構、全ての投影光学機構、全てのアライメント測定機構、全ての焦点面測定機構、全ての移動鏡、全てのレーザ干渉計、すべてのレチクル検査機構、全ての基板検査機構、全ての調整機構、基板ステージ及びレチクルステージに接続されている。
露光されるレチクルパターンは、複数の露光領域に分割され、各露光領域においてアライメント及び走査露光が行われる。アライメントおよび走査露光のプロセスの間、処理されるサブパターンの両側に配置されたレチクル検査機構、基板検査機構および調整機構は、各露光領域の露光が確実に実行されるように露光パラメータを精確に検出するのに用いられる。さらに、コントローラは、より高い露光精度が達成されるように、各露光領域について露光パラメータを補正する。
しかしながら、従来の露光装置及び方法では、次のような問題を抱えている。即ち、感光基板は、半導体加工時の熱や不均一な力に起因して若干反っており、反りの影響を排除すべく、露光前では基板の表面プロファイルを測定し、露光中では表面プロファイルに基づいて焦点面を調整する必要がある。残念なことに、この従来の技術では、アライメント測定機構の測定焦点面（measuring focal plane of the alignment measuring systems）と焦点面測定機構の測定焦点面（the measuring focal plane of the focal plane measuring systems）は同じではなく、焦点面測定及びアライメントの両方を達成するために異なる焦点面間を切り替える必要があり、エラーの発生が不可避である。従って、測定中のアライメント測定機構及び焦点面測定機構の異なる焦点面に起因する誤差を低減すると共に、操作が簡単で、リソグラフィーの視野を大きくし、構造を簡素にし、占有面積を小さくすることを可能にする、露光装置又は方法を発明する必要があった。
上記課題を解決するために、本発明は、投影露光装置及び投影露光方法を提案する。この装置は、レチクルステージと基板ステージとの間に配置された焦点面測定機構およびアライメント測定機構を含み、アライメント測定機構にはフォーカスコンポーネントが設けられている。焦点面測定機構は、基板の表面プロファイルのバラツキを測定し、フォーカスコンポーネントは、焦点面測定機構の基板プロファイルのバラツキの測定に基づいて、アライメント測定機構のフォーカスを達成する。フォーカスが完了した後、アライメント測定機構における基板上の様々な点の座標は、基板のプロファイルのバラツキを経験した点の座標である。プロファイルのバラツキを受けたレチクルと基板との間の相対的な位置関係は、点の座標の変化から計算的に導出され、補償の基礎となる。このようにして、アライメント測定機構の測定焦点面と焦点面測定機構の測定焦点面との間に差があっても、導入された誤差は計算およびフォーカスによって補償することができる。
この目的を達成するために、本発明は、照明光源と、照明光学機構と、レチクルを支持するレチクルステージと、繋ぎ合わされた露光視野を一緒に提供する複数の構成対物レンズを含む投影対物レンズアセンブリと、基板を支持する基板ステージであって、前記基板は複数の露光領域を有し、前記複数の露光領域の各々は前記繋ぎ合わされた露光視野と一致するサイズを有する、基板ステージと、前記レチクルステージと前記基板ステージの両方に信号接続された制御機構と、を備えた投影露光装置を提供する。露光工程の走査の間、前記照明光源から射出された光線が前記照明光学機構を通って前記レチクルに照射されることにより、前記投影対物レンズアセンブリによって提供される前記繋ぎ合わされた露光視野を介して、前記レチクルのパターンが前記基板の前記複数の露光領域の対応する１つに転写され、何れも前記制御機構に電気的に接続されたアライメント測定機構及び焦点面測定機構を更に備え、前記アライメント測定機構は複数のアライメント測定素子を有し、前記焦点面測定機構は複数の焦点面測定素子を有し、前記複数の焦点面測定素子の各々は前記複数のアライメント測定素子のそれぞれ１つに対応しており、前記アライメント測定機構及び前記焦点面測定機構は何れも前記レチクルステージと前記基板ステージの間に配置されている。前記複数のアライメント測定素子の各々はフォーカス可能に構成され、前記アライメント測定機構によって前記基板の前記複数の露光領域の何れか１つをアライメントする間、前記複数のアライメント測定素子の各々は、前記複数の焦点面測定素子の対応する１つによって測定された前記露光領域に関する焦点面情報に基づいてフォーカスとアライメントを実施する。
好ましくは、前記複数のアライメント測定素子の各々は、フォーカスコンポーネントを含む。
好ましくは、前記アライメント測定機構の前記複数のアライメント測定素子は列を成して配置されており、各々は、第１の照明コンポーネント及び第２の照明コンポーネント、ビームスプリッタープリズム、第１の結像コンポーネント、第２の結像コンポーネント、二次元アレイカメラを有し、前記第１の結像コンポーネントは前記フォーカスコンポーネントを有し、前記複数のアライメント測定素子の各々において、前記照明光源からの照明光は前記第１の照明コンポーネントと前記第２の照明コンポーネントを順に伝播し、前記ビームスプリッタープリズムに入射し反射して前記第１の結像コンポーネントに入射し、前記第１の結像コンポーネントを通過し、前記基板ステージ上の対象物に到達し、前記対象物によって反射して前記第１の結像コンポーネントに戻り、前記第１の結像コンポーネントと前記ビームスプリッタープリズム、前記第２の結像コンポーネントを順に通過し、前記二次元アレイカメラに到達する。
好ましくは、前記焦点面測定機構の前記複数の焦点面測定素子は、列を成して配置されている。
好ましくは、前記焦点面測定機構は、基準となる測定基準ゼロ面に基づいて前記基板の前記露光領域の前記焦点面情報を測定し、前記測定基準ゼロ面は、前記基板ステージ上の基準対象物によって決定される。
好ましくは、前記基板ステージ上の前記基準対象物は、前記基板ステージの上面に載置された基準スケールに設けられており、前記基準スケールは、前記基板の横に配置されて細長い形状を有する。
好ましくは、前記基準対象物は、前記基準スケール上の多数の基準マークとして実現される。
好ましくは、前記投影対物レンズアセンブリの前記複数の構成対物レンズは、共通の焦点面を有する。
好ましくは、多数のアライメントマークが前記基板の表面に列を成して配置されている。
好ましくは、前記アライメントマークの各々は、前記複数の焦点面測定素子の１つのみと対応し、前記複数のアライメント測定素子の１つのみと対応している。
好ましくは、前記アライメントマークのうち行又は列を成して配置されたものは、前記複数のアライメント測定素子のうち前記行又は列に対応するもののピッチと等しいピッチを有する。
好ましくは、前記照明光源は、フォトレジストが感光しない波長帯域の光を生成するハロゲンランプ又はＬＥＤである。
好ましくは、前記基板は、ガラス又はシリコン系材料から成る。
本発明は、照明光源及び照明光学機構により露光用光線をレチクルに照射することにより、前記レチクルのパターンを、投影対物レンズアセンブリによって提供された繋ぎ合わされた露光視野を通って基板に転写する、投影露光装置の露光方法も提供する。露光方法は、以下を含む、
１）複数の焦点面測定素子のための測定基準ゼロ面を決定することと、複数のアライメント測定素子のための基準測定焦点面を決定すること、
２）前記複数の焦点面測定素子によって実行される焦点面測定を通じて前記基板上の焦点面情報を取得すること、
３）ステップ２で前記複数の焦点面測定素子が取得した前記焦点面情報に基づいて前記複数のアライメント測定素子の測定焦点距離を調整すること、
４）調整された前記複数のアライメント測定素子を用いて前記レチクル及び前記基板をアライメントすること、
５）前記アライメントが完了した後に前記基板を露光すること。
好ましくは、ステップ２で取得した前記焦点面情報は、前記基板の表面プロファイルの鉛直バラツキに関するデータを含む。
好ましくは、前記基板の前記表面プロファイルの鉛直バラツキに関する前記データは、前記基板のアライメントマークの、前記複数の焦点面測定素子により測定された前記測定基準ゼロ面からの偏差から導出される。
好ましくは、前記基板は基準スケールの上面に載置されており、前記基準スケールの前記上面が前記投影対物レンズアセンブリの共通の焦点面に位置したとき、前記基準スケールの前記上面は、前記複数の焦点面測定素子の前記測定基準ゼロ面に位置する。
好ましくは、ステップ３において、前記複数のアライメント測定素子の前記測定焦点距離は、前記焦点面情報から導出された前記レチクルと前記基板の間の相対的な位置関係に基づいて調整される。
好ましくは、ステップ１において前記複数のアライメント測定素子のための前記基準測定焦点面を決定することは、前記基準スケール上の基準マークに基づいて前記複数のアライメント測定素子のための前記基準測定焦点面を決定することと、前記基準測定焦点面に関連するフォーカスコンポーネントのパラメータをゼロフォーカス基準点として設定すること、を含む。
好ましくは、ステップ４において前記レチクルと前記基板をアライメントすることは、前記レチクルの点に対して、前記基板ステージ上の前記基板上の点が回転、移動、又は、拡縮するように前記基板ステージを調整することを含む。
好ましくは、前記基板は、繋ぎ合わされて一体化した多数の構成基板から成り、前記レチクルは、前記構成基板の各々と対応し、繋ぎ合わされて一体化した多数の構成レチクルから成り、前記構成基板の各々は、前記構成レチクルの対応するものと一緒になって露光の構成フィールドを構成し、請求項１４に記載の前記露光方法を用いて露光の構成フィールドの各々において露光を実施する。
本発明によれば、基板のプロファイルのバラツキを測定可能な焦点面測定機構と、フォーカス可能なアライメント測定機構と、が何れもレチクルステージと基板ステージとの間に配置されている。動作中、焦点面測定機構がプロファイルのバラツキを測定した後、アライメント測定機構は、焦点面測定機構によって得られた焦点面情報に基づいてフォーカスを行う。このように、フォーカスが完了した後、アライメント測定機構における基板上の様々な点の座標は、基板のプロファイルのバラツキを経験した点の座標である。プロファイルのバラツキを受けたレチクルと基板との相対的な位置関係は、その座標の変化から計算的に導き出すことができ、基板ステージを移動させることによって補償を達成することができる。このようにして、アライメント測定機構の測定焦点面と焦点面測定機構の測定焦点面の間に差がある場合であっても、その誤差を計算およびフォーカスによって補償することができる。
図１は、本発明を適用した露光装置の構成図を示す。 図２は、本発明の実施の形態１に係るアライメント測定素子の模式図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る焦点面測定機構及びアライメント測定機構の配置を模式的に示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る焦点面測定機構の測定基準ゼロ面の特定方法を模式的に示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係るアライメント測定機構の基準測定焦点面の特定方法を模式的に示す図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係る基板の表面プロファイルのバラツキによって点の座標がどのように変化するかを模式的に示す図である。 図７は、本発明の実施の形態１に係るアライメント測定機構のフォーカスを模式的に示す図である。 図８は、本発明の実施の形態１に係る露光方法を視覚的に説明するためのフローチャートである。 図９は、本発明の実施の形態２に係るアライメント測定機構のフォーカスを模式的に示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態２に係る露光方法を視覚的に説明するためのフローチャートである。
これらの図において、１は照明光源、２はレチクル、３はレチクルステージ、４は基板ステージ、５は基板、５０１は第１のアライメントマーク、５０２は第２のアライメントマーク、５０３は第３のアライメントマーク、５０４は第４のアライメントマーク、５１０は第１の露光領域、５１１は第１のアライメントマーク列、５１２は第２のアライメントマーク列、５１３は第１のアライメントマーク列、５１４は第２のアライメントマーク列、５２０は第２の露光領域、５３０は第３の露光領域、５４０は第４の露光領域、６は基準スケール、６０１は基準マーク、７は投影対物レンズアセンブリ、８は焦点面測定機構、８０１は第１の焦点面測定素子、８０２は第２の焦点面測定素子、８０３は第３の焦点面測定素子、８０４は第４の焦点面測定素子、９はアライメント測定機構、９００は第１のアライメント測定素子アレイ、９１は第１の照明コンポーネント、９２は第２の照明コンポーネント、９３はビームスプリッタープリズム、９４は第１の結像コンポーネント、９５はフォーカスコンポーネント、９６は第２の結像コンポーネント、９７は二次元アレイカメラ、９０１は第１のアライメント測定素子、９０２は第２のアライメント測定素子、９０３は第３のアライメント測定素子、９０４は第４のアライメント測定素子、９１０は第２のアライメント測定素子アレイである。
本発明の上記の目的、特徴および利点は、添付の図面と関連して読むべき特定の実施形態の以下の詳細な説明からより明らかで理解し易くなるであろう。
実施形態１
図１に示すように、本発明は、照明光源１、レチクル２、レチクルステージ３、基板５、基板ステージ４、制御機構（不図示）を含む投影露光装置を提供する。基板ステージ４の表面に基準スケール６が載置されている。基準スケール６は、典型的には、基板ステージ４の側縁に沿って配置される。基板５は、正方形である。基準スケール６は、基板５の一辺の長さに等しい長さを有する。図７及び図１０に示すように、基板５が大面積の基板である場合、多数の露光領域に分割される。例えば、基板５は、第１の露光領域５１０、第２の露光領域５２０、第３の露光領域５３０、第４の露光領域５４０の４つの露光領域に分割されていてもよい。これにより、レチクル２も、基板５の分割態様に応じて４つの領域に対応的に分割されてもよい。基板５の露光時には、各露光領域に対してアライメント及び露光のサイクルが行われる。言い換えれば、４つの領域は、連続的にアライメントされて露光される。これは、長くて複雑な予備処理を経て、大面積の基板５に表面不規則性が生じるためである。基板５が単一のサイクルで露光される場合、不規則性のひどいものは必ず重大な誤差を招くだろう。このため、基板を上記の如く領域毎にアライメントして露光することにより、露光領域毎に露光精度を向上させることができる。
好ましくは、基板５は、ガラスまたはシリコン系材料で作られており、水平に載置される。ここで、図７を参照すると、基板５の隣り合う辺に平行に延びる水平方向は、それぞれＸ方向およびＹ方向として定義され、Ｘ方向およびＹ方向によって定義される平面に垂直な方向をＺ方向と定義する。基板５の上面にアライメントマークが設けられており、多数のアライメントマークは２つ以上とされている。各露光領域にアライメントマーク列がある。例えば、２列のアライメントマークが第１の露光領域５１０に設けられ、第１の露光領域５１０の対向する端部においてＸ方向に沿って配置されている。２列のアライメントマークは、第１のアライメントマーク列５１１と第２のアライメントマーク列５１２を含み、それぞれは多数のアライメントマークから構成される。例えば、第１のアライメントマーク列５１１は、４つのアライメントマーク、即ち、第１のアライメントマーク５０１、第２のアライメントマーク５０２、第３のアライメントマーク５０３、第４のアライメントマーク５０４を含む。
再び図１を参照すると、投影露光装置において、レチクルステージ３と基板ステージ４との間には、さらに、投影対物レンズアセンブリ７、焦点面測定機構８とアライメント測定機構９が含まている。
制御機構は、焦点面測定機構８、アライメント測定機構９、レチクルステージ３、基板ステージ４と信号接続している。アライメント時や露光時には、焦点面測定機構８の測定結果に関する情報、アライメント測定機構９、レチクルステージ３および基板ステージ４が電気的に制御機構に通信される。制御機構には、データを分析および処理し、データ分析または処理から、レチクルステージ３および基板ステージ４の移動を制御するためのコマンドを導出するためのシミュレーションソフトウェアが備えられている。レチクルステージ３および基板ステージ４は、制御機構からの指令に従って水平方向や垂直方向に移動する。
好ましくは、投影対物レンズアセンブリ７は、繋ぎ合わされて一体化した視野（ＦＯＶ）を提供する多数の構成対物レンズにより構成されている。この実施形態では、投影対物レンズアセンブリ７は、共通の焦点面を有する６つの構成対物レンズから構成される。基板５の露光中に、６つの構成対物レンズからなる投影対物レンズアセンブリ７は、露光領域を１つずつ露光する。即ち、露光領域の１つを露光したのに続き、投影対物レンズアセンブリ７は、移動して次の露光領域を処理する。
図４を参照すると、本発明によれば、基準スケール６上の全ての基準マーク６０１は投影対物レンズアセンブリ７の共通する焦点面に位置決めされ、焦点面測定機構８は、従って、測定基準ゼロ面に位置するように決定される。
図１を参照すると、アライメント測定機構９は、典型的には、多数の例えば４つのアライメント測定素子を含む。図３および図７に示すように、４つのアライメント測定素子は、Ｘ方向に沿って配置されている。動作中、各アライメント測定素子は、アライメントマークの対応する１つと協働する。４つのアライメント測定素子は、第１のアライメント測定素子９０１、第２のアライメント測定素子９０２、第３のアライメント測定素子９０３および第４のアライメント測定素子９０４を含み、これらはそれぞれ、対応する第１のアライメントマーク５０１、第２のアライメントマーク５０２、第３のアライメントマーク５０３、第４のアライメントマーク５０４と協働する。言い換えれば、４つのアライメントマークのいずれか１つは、アライメント測定素子の１つのみに対応する。
図２に示すように、アライメント測定素子のそれぞれは、二次元アレイカメラ９７、第２の結像コンポーネント９６、ビームスプリッタープリズム９３と第１の結像コンポーネント９４を含む。第１の結像コンポーネント９４は、基準スケール６または基板５上に光を向けるように構成され、基準スケール６または基板５から反射した光を集光する。各アライメント測定素子は、第１の照明コンポーネント９１および第２の照明コンポーネント９２をさらに含む。第２の照明コンポーネント９２は、ビームスプリッタープリズム９３と光学的に結合しており、第１の照明コンポーネント９１は、照明光源１からの光を受け取るように構成されている。特に、第１の結像コンポーネント９４には、フォーカスコンポーネント９５が設けられている。アライメント測定素子の動作中、フォーカスコンポーネント９５は、アライメント測定素子の焦点面を調整するように調整され得る。
図２を参照すると、各アライメント測定素子において光路は以下のように確立される、即ち、照明光源１からの光は第１の照明コンポーネント９１及び第２の照明コンポーネント９２を順次伝播し、ビームスプリッタープリズム９３によって第１の結像コンポーネント９４へと反射される。第１の結像コンポーネント９４を通過した後、光は基板５又は基準スケール６に入射し、反射される。その後、反射光は、第１の結像コンポーネント９４とビームスプリッタープリズム９３、第２の結像コンポーネント９６を順次伝播し、最終的に二次元アレイカメラ９７上で結像する。図５を参照すると、アライメント測定素子が基準スケール６上の対応する基準マーク６０１に位置合わせされた上で、アライメント測定素子によって基準マーク６０１の最も鮮明な画像がキャプチャされるまでフォーカスコンポーネント９５が調整される。このとき、基準マーク６０１が位置する平面をアライメント測定素子の基準測定焦点面と定義し、フォーカスコンポーネント９５が位置する点をゼロフォーカス点と定義する。
典型的には、アライメント測定素子の基準測定焦点面と焦点面測定機構における焦点面測定素子の測定基準ゼロ面との間にはギャップがあり、ギャップの大きさは知られている。焦点面測定素子が基板上のある点の測定基準ゼロ面からのズレを検出すると、制御機構は、前述のギャップ及びズレに基づいて、アライメント測定素子の基準測定焦点面からの点の焦点ぼけ量を自動的に計算する。
図３を参照すると、本実施形態では、２列のアライメント測定素子、即ち、第１のアライメント測定素子列９００と第２のアライメント測定素子列９１０は、Ｘ方向に沿って配置されている。２つのアライメント測定素子列の間には、１列の焦点面測定素子、即ち、焦点面測定素子列が同様にＸ方向に沿って配置されている。言い換えると、アライメント測定素子列は、焦点面測定素子列に対して平行である。
投影対物レンズアセンブリ７の構成投影対物レンズは、焦点面測定素子列とアライメント測定素子列の一方との間においてＸ方向に沿うように配置されている。露光領域のより多くの部分が投影対物レンズアセンブリ７によってカバーされるように、投影対物レンズは、Ｘ方向に沿って千鳥状に配置されている。
図７を参照すると、本実施形態では、Ｘ方向において、隣り合う２つのアライメントマーク間の距離、隣り合う２つのアライメント測定素子間の距離、隣り合う２つの焦点面測定素子間の距離は何れも等しい。
図７を参照すると、−Ｙ方向の露光装置の走査の過程で、焦点面測定素子列はアライメントマークを測定することにより基板５の表面プロファイルの変化を取得し、その後、露光装置が―Ｙ方向に進むことにより、第１のアライメント測定素子列９００の視野にアライメントマークが包含される。続いて、焦点面測定素子のそれぞれにより測定された基板５の表面プロファイルの変化に基づいて、アライメント測定素子は、アライメントマークの鮮明な画像がそれぞれのアライメント測定素子によってキャプチャされるようにフォーカスされる。
このように、焦点面測定素子列とアライメント測定素子列は、―Ｙ方向に進みつつ、第１の露光領域５１０及び第２の露光領域５２０の測定を行う。その後、これらは＋Ｘ方向に第３の露光領域５３０へと移動し、そして、＋Ｙ方向に進んで第３の露光領域５３０の測定を開始する。２つのアライメント測定素子列が設けられているので、焦点面測定素子列が第３の露光領域５３０のアライメントマークの測定を完了した後、第１のアライメント測定素子列９００をーＹ方向に沿って、焦点面測定素子列によって測定されたアライメントマークを飛び越えるように移動させる必要がない。その代わりに、第２のアライメント測定素子列９１０の視野にアライメントマークが包含されるまで第２のアライメント測定素子列９１０を＋Ｙ方向に進めるだけでよく、第２のアライメント測定素子列９１０を用いたこれらのアライメントマークのアライメントが行われる。これにより、焦点面測定素子及びアライメント測定素子の不必要な移動を回避することができる。
好ましくは、照明光源１は、フォトレジストが感光しない、単一の波長帯域で光を生成するハロゲンランプ又はＬＥＤである。
図８を参照すると、本発明はまた、上記に定義した投影露光装置を用いた投影露光方法を提供する。この方法は、アライメントおよび露光の動作を含む。アライメント動作では、照明光源１が駆動される。露光動作では、個々の露光領域は限定されない順序で露光される。この実施形態では、第１の露光領域５１０が最初に露光される。基板５の第１の露光領域５１０には、２列のアライメントマーク、即ち、第１のアライメントマーク列５１１及び第２のアライメントマーク列５１２がＸ方向に沿って配置されている。第１のアライメントマーク列５１１は、４つのアライメントマーク、即ち、第１のアライメントマーク５０１、第２のアライメントマーク５０２、第３のアライメントマーク５０３、第４のアライメントマーク５０４を含んでいる。
具体的には、方法は以下のステップを含む。
工程１において、焦点面測定機構８における焦点面測定素子の測定基準ゼロ面と、アライメント測定機構９におけるアライメント測定素子の個々の基準測定焦点面が決定される。
基準スケール６が焦点面測定機構のＦＯＶ内となるように基板ステージ４を移動させる。基準スケール６上の基準マーク６０１が全て投影対物レンズアセンブリ７の共通焦点面に位置するとき、基準スケール６上の基準マーク６０１が位置する平面は、焦点面測定機構の測定基準ゼロ面と定義される。
アライメント測定素子が基準スケール６の基準マーク６０１と位置合わせされるように、基板ステージ４が移動される。そして、フォーカスコンポーネント９５は、基準マーク６０１が最も鮮明にアライメント測定素子によって撮像されるようになるまで調整される。このとき、基準マーク６０１が位置する面は基準測定焦点面として定義され、フォーカスコンポーネント９５が位置する点はゼロフォーカス点として定義される。
ステップ２：複数の焦点面測定素子は基板を測定して焦点面情報を取得する。
焦点面情報は、基板の表面プロファイルの鉛直バラツキに関するデータを含み、測定基準ゼロ面は、基板プロファイルの鉛直バラツキの基準となる。焦点面測定素子は、基板５上のアライメントマークを測定することで、基板プロファイルの鉛直バラツキに関するデータを取得する。
具体的には、第１の露光領域５１０が水平方向に移動して焦点面測定機構８のＦＯＶに入るように基板ステージ４が移動する。換言すれば、第１の露光領域５１０における各アライメントマークは、焦点面測定素子の対応する１つによって撮像され得る。このとき、各アライメントマークの鉛直座標（Ｚ方向座標）が算出される。露光装置では、水平面がＸ軸とＹ軸で定義され、鉛直方向、即ちＺ方向は水平面と直交する。これを念頭において、基板５上のある点は、水平座標（ｘ、ｙ）、３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）または鉛直座標ｚで表すことができる。その後、測定されたアライメントマークの鉛直座標は、焦点面測定要素によって制御機構に送信される。次いで、制御機構は、バラツキ（即ち、焦点面測定要素の測定基準ゼロ面からのアライメントマークの偏差）が生じていない場合、これらから鉛直座標の差異を計算し、同様に、焦点面測定要素の測定基準ゼロ面とアライメント測定素子の基準測定焦点面との間の差に基づいて、アライメント測定素子の焦点ぼけ量を計算する。
ステップ３では、アライメント測定素子の焦点距離は、ステップ２で算出したアライメント測定素子の焦点ぼけ量に基づいて調整される。
具体的には、図７に示すように、第１のアライメント測定素子列９００は第１のアライメントマーク列５１１の上方に移動され、アライメント測定素子がステップ２で制御機構によって算出されたアライメント測定素子の焦点ぼけ量に基づいてフォーカスされることで、アライメントマークがアライメント測定素子によって鮮明に撮像できるようになる。
ステップ４において、フォーカスされたアライメント測定素子は、それぞれのアライメントマークの水平位置を測定し、基板とレチクルとの間の相対的な位置関係の算出が続く。
まず、フォーカスされたアライメント測定素子は、それぞれのアライメントマークの水平位置、即ち、アライメントマークの水平座標（ｘ，ｙ）を測定する。
続いて、アライメント測定素子によって測定されたアライメントマークの水平座標（ｘ，ｙ）と、ステップ２において焦点面測定素子によって計算されたアライメントマークの鉛直座標ｚとに基づいて、プロファイルのバラツキ（profile variation）に起因する関連点において基板５上に投影されたレチクル２の像の変化を計算する。このようにして、レチクル２のセクションと基板５のそれぞれの対応する露光領域との間の相対的な位置関係を導き出すことができる。これらの相対的な位置関係は、レチクル２上の対応する点に対する基板５上の様々な点の回転、移動または拡縮を反映する。例えば、図６を参照すると、基板５のプロファイルのバラツキが生じていない場合、レチクル２上の点の基板５上での投影の水平座標は（ｘ１、ｙ１）であったであろう。しかし、基板５のプロファイルのバラツキが生じた場合、レチクル２上の点の基板５上での投影の実際の水平座標は（ｘ２、ｙ２）となるであろう。
その後、レチクル２のセクションと基板５の対応する露光領域との間の計算された相対位置関係に基づいて、制御機構は、補償のために基板ステージ４が講じる措置と、関連するパラメータを導出する。この導出は、従来の方法を用いて達成することができる。
ステップ５において、現在の露光領域（ここでは第１の露光領域５１０）が露光される。
ステップ６では、ステップ１から５が第２の露光領域５２０、第３の露光領域５３０、第４の露光領域５４０に続けて繰り返され、基板５全体の露光が完了する。
実施形態２
図９を参照すると、本実施形態は、焦点面測定素子列の配列方向がアライメント測定素子列の配列方向に対して直交する点で、第１実施形態と異なっている。具体的には、２つのアライメント測定素子列はＹ方向に沿って配置されており、２つの焦点面測定素子列はＸ方向に沿って配置され、これにより、４つの角を有する矩形を成しており、各角は焦点面測定素子列の焦点面測定素子の何れか１つによって占められている。
したがって、図１０を参照すると、基板５上のアライメントマークは、同様の方法で配置される。第１の露光領域５１０には、Ｙ方向に沿って２列のアライメントマーク、即ち、第１のアライメントマーク列５１３と第２のアライメントマーク列５１４が配置されている。第１のアライメントマーク列５１３は３つのアライメントマークを含む。第２のアライメントマーク列５１４も同様に３つのアライメントマークを含む。
同様に、焦点面測定素子及びアライメント測定素子はまずーY方向に進み、次いで、焦点面測定素子が矩形の４つの角において、第１のアライメントマーク列５１３及び第２のアライメントマーク列５１４のアライメントマークを測定し、残りの焦点面測定素子が任意にアライメントマークから外れた位置において基板５のプロファイルのバラツキを測定する。
矩形の４つの角における焦点面測定素子による第１のアライメントマーク列５１３及び第２のアライメントマーク列５１４の測定が完了した後、焦点面測定素子及びアライメント測定素子は更にーＹ方向に進み、次いで、２つのアライメント測定素子列による第１のアライメントマーク列５１３及び第２のアライメントマーク列５１４のアライメントマークのアライメントが行われる。具体的には、第１のアライメントマーク列５１３及び第２のアライメントマーク列５１４を２つのアライメント測定素子列の視野内に収め、焦点面測定素子によって得られた焦点面情報に基づいてアライメント測定素子列において焦点距離の調整を行う。このようにして、第１の露光領域５１０におけるアライメント及び露光が達成される。次に、第２の露光領域５２０、第３の露光領域５３０及び第４の露光領域５４０に対して、アライメントと露光のために、上記のプロセスが順番に繰り返し行われる。
本発明は、前述の実施形態を参照して説明してきたが、それは開示されたこれらの実施形態に限定されない。当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な変更および変形を行えることは明らかである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内であれば、すべてのそのような変更および変形を包含することが意図される。

Claims (20)

  1. 照明光源と、
    照明光学機構と、
    レチクルを支持するレチクルステージと、
    繋ぎ合わされた露光視野を一緒に提供する複数の構成対物レンズを含む投影対物レンズアセンブリと、
    基板を支持する基板ステージであって、前記基板は複数の露光領域を有し、前記複数の露光領域の各々は前記繋ぎ合わされた露光視野と一致するサイズを有する、基板ステージと、
    前記レチクルステージと前記基板ステージの両方に信号接続された制御機構と、
    を備え、
    露光工程の走査の間、前記照明光源から射出された光線が前記照明光学機構を通って前記レチクルに照射されることにより、前記投影対物レンズアセンブリによって提供される前記繋ぎ合わされた露光視野を介して、前記レチクルのパターンが前記基板の前記複数の露光領域の対応する１つに転写され、
    何れも前記制御機構に電気的に接続されたアライメント測定機構及び焦点面測定機構を更に備え、前記アライメント測定機構は複数のアライメント測定素子を有し、前記焦点面測定機構は複数の焦点面測定素子を有し、前記複数の焦点面測定素子の各々は前記複数のアライメント測定素子のそれぞれ１つに対応しており、前記アライメント測定機構及び前記焦点面測定機構は何れも前記レチクルステージと前記基板ステージの間に配置されており、
    前記複数のアライメント測定素子の各々はフォーカス可能に構成され、前記アライメント測定機構によって前記基板の前記複数の露光領域の何れか１つをアライメントする間、前記複数のアライメント測定素子の各々は、前記複数の焦点面測定素子の対応する１つによって測定された前記露光領域に関する焦点面情報に基づいてフォーカスとアライメントを実施し、
    前記複数のアライメント測定素子の各々は、フォーカスコンポーネントを含む、
    投影露光装置。
  2. 前記アライメント測定機構の前記複数のアライメント測定素子は列を成して配置されており、各々は、第１の照明コンポーネント及び第２の照明コンポーネント、ビームスプリッタープリズム、第１の結像コンポーネント、第２の結像コンポーネント、二次元アレイカメラを有し、前記第１の結像コンポーネントは前記フォーカスコンポーネントを有し、
    前記複数のアライメント測定素子の各々において、前記照明光源からの照明光は前記第１の照明コンポーネントと前記第２の照明コンポーネントを順に伝播し、前記ビームスプリッタープリズムに入射し反射して前記第１の結像コンポーネントに入射し、前記第１の結像コンポーネントを通過し、前記基板ステージ上の対象物に到達し、前記対象物によって反射して前記第１の結像コンポーネントに戻り、前記第１の結像コンポーネントと前記ビームスプリッタープリズム、前記第２の結像コンポーネントを順に通過し、前記二次元アレイカメラに到達する、
    請求項１に記載の投影露光装置。
  3. 前記焦点面測定機構の前記複数の焦点面測定素子は、列を成して配置されている、
    請求項１に記載の投影露光装置。
  4. 前記焦点面測定機構は、基準となる測定基準ゼロ面に基づいて前記基板の前記露光領域の前記焦点面情報を測定し、
    前記測定基準ゼロ面は、前記基板ステージ上の基準対象物によって決定される、
    請求項１に記載の投影露光装置。
  5. 前記基板ステージ上の前記基準対象物は、前記基板ステージの上面に載置された基準スケールに設けられており、
    前記基準スケールは、前記基板の横に配置されて細長い形状を有する、
    請求項４に記載の投影露光装置。
  6. 前記基準対象物は、前記基準スケール上の多数の基準マークとして実現される、
    請求項５に記載の投影露光装置。
  7. 前記投影対物レンズアセンブリの前記複数の構成対物レンズは、共通の焦点面を有する、
    請求項１に記載の投影露光装置。
  8. 多数のアライメントマークが前記基板の表面に列を成して配置されている、
    請求項１に記載の投影露光装置。
  9. 前記アライメントマークの各々は、前記複数の焦点面測定素子の１つのみと対応し、前記複数のアライメント測定素子の１つのみと対応している、
    請求項８に記載の投影露光装置。
  10. 前記アライメントマークのうち行又は列を成して配置されたものは、前記複数のアライメント測定素子のうち前記行又は列に対応するもののピッチと等しいピッチを有する、
    請求項８に記載の投影露光装置。
  11. 前記照明光源は、フォトレジストが感光しない波長帯域の光を生成するハロゲンランプ又はＬＥＤである、
    請求項１に記載の投影露光装置。
  12. 前記基板は、ガラス又はシリコン系材料から成る、
    請求項１に記載の投影露光装置。
  13. 照明光源及び照明光学機構により露光用光線をレチクルに照射することにより、前記レチクルのパターンを、投影対物レンズアセンブリによって提供された繋ぎ合わされた露光視野を通って基板に転写する、投影露光装置の露光方法であって、以下を含む、
    １）複数の焦点面測定素子のための測定基準ゼロ面を決定することと、複数のアライメント測定素子のための基準測定焦点面を決定すること、
    ２）前記複数の焦点面測定素子によって実行される焦点面測定を通じて前記基板上の焦点面情報を取得すること、
    ３）ステップ２で前記複数の焦点面測定素子が取得した前記焦点面情報に基づいて前記複数のアライメント測定素子の測定焦点距離を調整すること、
    ４）調整された前記複数のアライメント測定素子を用いて前記レチクル及び前記基板をアライメントすること、
    ５）前記アライメントが完了した後に前記基板を露光すること、
    ただし、前記複数のアライメント測定素子の各々は、フォーカスコンポーネントを含む、
    露光方法。
  14. ステップ２で取得した前記焦点面情報は、前記基板の表面プロファイルの鉛直バラツキに関するデータを含む、
    請求項１３に記載の露光方法。
  15. 前記基板の前記表面プロファイルの鉛直バラツキに関する前記データは、前記基板のアライメントマークの、前記複数の焦点面測定素子により測定された前記測定基準ゼロ面からの偏差から導出される、
    請求項１４に記載の露光方法。
  16. 前記基板は基準スケールの上面に載置されており、前記基準スケールの前記上面が前記投影対物レンズアセンブリの共通の焦点面に位置したとき、前記基準スケールの前記上面は、前記複数の焦点面測定素子の前記測定基準ゼロ面に位置する、
    請求項１３に記載の露光方法。
  17. ステップ３において、前記複数のアライメント測定素子の前記測定焦点距離は、前記焦点面情報から導出された前記レチクルと前記基板の間の相対的な位置関係に基づいて調整される、
    請求項１３に記載の露光方法。
  18. ステップ１において前記複数のアライメント測定素子のための前記基準測定焦点面を決定することは、前記基準スケール上の基準マークに基づいて前記複数のアライメント測定素子のための前記基準測定焦点面を決定することと、前記基準測定焦点面に関連するフォーカスコンポーネントのパラメータをゼロフォーカス基準点として設定すること、を含む、
    請求項１６に記載の露光方法。
  19. ステップ４において前記レチクルと前記基板をアライメントすることは、前記レチクルの点に対して、基板ステージ上の前記基板上の点が回転、移動、又は、拡縮するように前記基板ステージを調整することを含む、
    請求項１３に記載の露光方法。
  20. 前記基板は、繋ぎ合わされて一体化した多数の構成基板から成り、
    前記レチクルは、前記構成基板の各々と対応し、繋ぎ合わされて一体化した多数の構成レチクルから成り、
    前記構成基板の各々は、前記構成レチクルの対応するものと一緒になって露光の構成フィールドを構成し、
    請求項１３に記載の前記露光方法を用いて露光の構成フィールドの各々において露光を実施する、
    請求項１３に記載の露光方法。
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