露光装置
【課題】 露光装置における投影光学系を介してマスク面とプレート面の位置検出をするにあたり、前記投影光学系における非点隔差の影響をできる限り受けない位置で位置検出マークを検出し、精度良くマスク面とプレート面の位置検出をする方法を提供する。
【解決手段】 露光装置（１００）は、物体面（１１）上に形成されたパターンを像（２１）面上に結像させる投影光学系（３０）と、露光波長と異なる波長を有し物体面と像面の相対的な位置ずれ量を前記投影光学系を介して検出する位置検出装置（５０）を備えている。位置検出を投影光学系（３０）で生ずる非点隔差の影響が少ない位置で実施することで、位置検出の精度を向上させる。
【解決手段】 露光装置（１００）は、物体面（１１）上に形成されたパターンを像（２１）面上に結像させる投影光学系（３０）と、露光波長と異なる波長を有し物体面と像面の相対的な位置ずれ量を前記投影光学系を介して検出する位置検出装置（５０）を備えている。位置検出を投影光学系（３０）で生ずる非点隔差の影響が少ない位置で実施することで、位置検出の精度を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は露光装置の位置計測に関し、例えば液晶パネル等の表示デバイスのデバイスを製造する工程のうち、リソグラフィー工程において使用される投影露光装置や走査型露光装置において、マスク等の第１物体面上のパターンをプレート等の第２物体面上に投影光学系により投影する際、前記第１物体面と前記第２物体面の相対位置合わせを行う場合に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコンやテレビ等に用いられる液晶パネルの大型化が要求されている。このような大型の液晶パネルを露光するための露光装置として、投影光学系を等倍ミラー結像系とし、マスクのパターンを円弧状にプレート面に形成して走査するミラープロジェクション方式が知られている。
【０００３】
従来のミラー結像系は、光軸外の円弧形状領域に露光波長において収差が良好となる良像域が形成されるが、その領域の幅は狭く、数ｍｍ程度であった。そのため、大型パネル基板の焼付けには時間を必要とし、即ち単位時間あたりに処理できるプレート焼付け量が少ないという課題があった。この課題を解決すべく、前記良像域を拡大された露光装置の投影光学系が特許文献１によって開示されている。前記投影光学系はミラー結像系で、マスク面からプレート面に至る光路に第１の凹反射面、凸反射面、第の２凹反射面が順に配置されている。さらに前記投影光学系は、前記凹反射面と前記凸反射面との間にパワーを有する少なくとも１つの屈折光学部材が配置される。加えて、マスク面から前記第１凹反射面に至る光路中及び前記第２凹反射面から前記像面に至る光路中の少なくとも一方にパワーを有する少なくとも１つの屈折光学部材を配置されていることを特徴としている。
【０００４】
また、パネルの高精細化に対する要求に伴い、露光装置における重ね合わせ精度の向上が必要とされている。重ね合わせ精度は、マスクステージおよびプレートステージの駆動精度や位置検出精度などのシステム構成が大きく影響している。マスクおよびプレートの位置検出のシステムに関しては従来様々な提案がなされてきた。位置検出は大きく２つに区分される。一つは、光軸方向（Ｚ方向とする）の面位置検出であり、もう一方は光軸に垂直な平面（Ｘ方向およびＹ方向とする）方向の位置検出である。Ｚ方向の面位置検出として、プレート面に対して斜め方向から入射光を照射し、そのプレート面の表面から斜めに反射する反射光を検出して、その表面位置を検出する斜入射方式の面位置検出技術として特許文献２によって開示されている。
【０００５】
また、Ｘ方向およびＹ方向の位置検出方法として、露光波長以外の波長を有した光（非露光光）を位置検出用マークに照射し反射させ、この反射像を前記位置検出装置に備えられた撮像素子面上に形成し、その観測波形を波形処理して位置合わせを行う技術が従来用いられている。
【０００６】
非露光光を用いて、位置検出用マークを前記投影光学系を介し観測する技術は、特許文献３や特許文献４によって開示されている。
【０００７】
しかし、投影光学系は露光波長を主として設計および調整されるため、非露光光を用いた位置検出手法では、前記投影光学系における色収差の影響が大きく、位置検出精度が低下する等の問題が生じる。この波長差によって前記投影光学系で発生する色収差の問題を解決する技術が、例えば特許文献５によって開示されている。特許文献５では、露光光の波長と非露光光の波長の違いにより投影光学系で生じる非点隔差とコマ収差を補正するように位置検出装置の光学系を構成する実施例が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平５−３３３７１号公報
【特許文献２】特許第３６６７００９号明細書
【特許文献３】特開昭６３−３２３０３号公報
【特許文献４】特開平２−１３０９０８号公報
【特許文献５】特公平２−３５４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では露光波長において収差が良好となる良像領域が拡大されている。しかし、非露光光に対し収差が被露光領域内で抑えられていない。そのため、非露光光を用いて、前記投影光学系を介しマスク面とプレート面の相対的な位置ずれ量を前記良像領域の全域で検出する場合、収差が大きく発生している位置でマーク位置検出する可能性がある。
【００１０】
図３はＸＹ方向測定用の位置検出用マークの一例である。図３（Ａ）と（Ｂ）はそれぞれ、マスク側位置検出用マークとプレート側位置検出用マークを示している。図３（Ａ）と（Ｂ）の両図において、上側半分はＹ方向の位置検出用マークを示しており、下側半分はＸ方向の位置検出用マークを示している。図３中、１２ｃと２２ｃはマーク内の透過部、１２ｄと２２ｄは遮光部（斜線部）である。
【００１１】
図４はプレート面のZ方向位置と、マーク観測波形のコントラストとの関係を示している。図４が示すように、焦点位置はプレート面をZ方向に移動した時に、コントラストが最大となるプレート面位置として一意的に決まる。従って、前記投影光学系で非点隔差が発生している位置でマークを観測した場合、Ｘ方向とＹ方向のプレート面における焦点位置がそれぞれ異なるため、少なくとも一方の方向のマークは焦点を合わせて観測することができない。
【００１２】
図６は非点隔差が発生している状態において前記位置検出用マークを観測した波形を示している。例えば、図６の（A）と（B）はＸ方向の観測波形で、（A）はＸ方向に焦点を合わせた時の観測波形（図３の破線部の断面波形）、（B）はＹ方向に焦点を合わせた時の観測波形である。Ｘ方向のマーク観測波形は、Ｘ方向に焦点を合わせることで、よりコントラストの大きな波形を得ることができる。同様に、図６の（C）と（D）はY方向の観測波形で、（C）はX方向に焦点を合わせた時の観測波形（図３の一点破線部の断面波形）、（D）はＹ方向に焦点を合わせた時の観測波形である。Y方向のマーク観測波形は、Y方向に焦点を合わせることで、よりコントラストの大きな波形を得ることができる。
【００１３】
マーク位置は、位置検出装置に備えられえた撮像素子面上に形成されるマーク観測波形を波形処理することで算出される。この時、マーク観測波形のコントラストが大きい方が精度良く位置検出をすることができる。これは、位置検出装置によって観測されたマーク観測波形をデジタル処理する際、照明光強度のゆらぎや電気的なノイズ、そして露光装置全体の熱揺らぎや振動等による変動成分の影響を受けにくいためである。
【００１４】
また、位置検出装置の照明系から照射される光の主光線が、マークの描写されているマスク面及びプレート面に対して傾き、かつマスク面とプレート面の焦点が合っていない場合、両者の位置ずれ量の検出精度が低下する。これは、主光線の傾き分だけマークがＸ方向もしくはＹ方向にシフトしてしまうためである。さらにこの時、結像の歪による観測波形の非対称性が発生し、波形処理の際、位置検出精度が低下する要因ともなる。非点隔差がある場合、X方向、Y方向のどちらか一方、或いは両方のマークの焦点が合っていない状態で、マークの位置計測が行われる。そのため、上記に示した要因で位置検出精度が低下する。
【００１５】
以上のことから、マーク観測時はＸ方向とＹ方向のそれぞれ方向に対し焦点を合わせて位置検出を実施することが重要といえる。
【００１６】
特許文献５では、この非点隔差の問題を解決するため、位置検出に用いる非露光光において投影光学系で発生する非点隔差を補正する補正光学系を位置検出装置に配置している。しかし、特許文献５においては、補正光学系の設計や製造コストがかかることや、また前記良像領域の全域でマーク検出を行う場合、前記補正光学系を駆動する等のハード構成が複雑になることや、補正駆動に時間を要するなどの問題が生じる。
【００１７】
このような問題を鑑みて、本特許は投影系を介した非露光波長によるマーク位置検出において、安価で且つ位置検出時間も短縮し且つマーク位置検出精度を向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
その目的を達成するため、本発明の露光装置は、物体面上に形成されたパターンを像面上に結像させる投影光学系と、露光波長と異なる波長を有し物体面と像面の相対的な位置ずれ量を前記投影光学系を介して検出する位置検出装置を備えることを特徴とする。また、その位置検出装置の検出波長において、前記投影光学系の非点隔差が特定の条件を満たす位置で位置ずれ量を検出することでマーク位置検出精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、露光装置において、マスク面とプレート面の相対的な位置合わせを行う際に、投影光学系の非点隔差の影響を考慮して位置合わせ測定を実施することで、安価で且つ位置検出時間も短縮し且つマーク位置検出精度が高い露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】露光装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】円弧形状の被露光領域を示す図。
【図３】位置検出用マークの一例を表す図。
【図４】光軸（Ｚ）方向とマーク観測波形のコントラストとの関係を示す図。
【図５】ＸＹ方向のマーク観測波形のコントラストとそれぞれの方向における焦点位置を示す図。
【図６】（Ａ）Ｘ方向の位置検出用マーク観測波形（Ｘ方向に焦点が合っている時）。（Ｂ）Ｘ方向の位置検出用マーク観測波形（Ｙ方向に焦点があっている時）。（Ｃ）Ｙ方向の位置検出用マーク観測波形（Ｘ方向に焦点が合っている時）。（Ｄ）Ｙ方向の位置検出用マーク観測波形（Ｙ方向に焦点が合っている時）。
【図７】（Ａ）マスク側位置検出用マーク。（Ｂ）プレート側位置検出用マーク。（Ｃ）マスク側位置検出用マークとプレート側位置検出用マークとが共に撮像素子に撮像されている撮像画像。
【図８】位置合わせ測定のフローチャート。
【図９】円弧形状の被露光領域における非点隔差ＡＳijkの分布の概略図。
【図１０】第２実施形態におけるマーク測定位置を示した図。
【図１１】実施形態３を説明するための概略的なブロック図。
【図１２】第４実施形態を説明するための概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
〔第１実施形態〕
図１はマスク面とプレート面の相対位置を合わせる機構を備えた投影露光装置の概略的なブロック図である。
【００２３】
１１はマスクであり、図３（Ａ）に示されるようなマスク側位置検出用マーク１２が描写されている。１０はマスクステージを示し、マスク１１を保持し、かつＸＹθ方向に駆動する機能を備えている。２１はプレートであり、図３（Ｂ）に示されるようなプレート側位置検出用マーク２２が描写されている。２０はプレートステージを示し、プレート２１を保持し、かつＸＹＺθ方向に駆動する機能を備えている。４０は照明光学系で、マスク１１を所望の角度分布で均一に露光光で照射する機構を備えている。
【００２４】
３０は投影露光装置の投影光学系を示し、照明光学系４０によって照射されたマスクパターンをプレート２１上に結像するものである。
【００２５】
５０は位置検出装置で、マスク側位置検出用マーク１２とプレート側位置検出用マーク２２を照明し撮像することで、ＸＹ方向の位置ずれ量を測定する機能を備えている。位置検出装置５０は、図１に示すように、対物レンズ５１、リレーレンズ５２、光源５３、照明光学系５４、撮像素子５５、対物レンズ駆動制御系５６、ミラー５７、ハーフミラーもしくは偏光ビームスプリッター５８で構成される。対物レンズ５１とリレーレンズ５２はアフォーカル系をなしており、対物レンズ５１は位置検出マークの位置に対応してマスクステージ１０上を移動する機能が備わっている。また、リレーレンズ５２は位置検出装置５０の光学系における光軸に対して平行に駆動する機能が備わっている。本実施の形態１において光源５３の波長は露光波長と異なる波長を有し、例えば４５０ｎｍ〜１０００ｎｍを使用する。
【００２６】
ここで、Ｘ方向とＹ方向それぞれのマーク検出方法について説明する。
【００２７】
図７はＸＹ方向位置検出マークの一例を示す平面図である。図７（Ａ）はマスク側位置検出用マーク１２を示し、透過部材１２ｃ上に遮光部材（図内斜線部）１２ｄによりマークパターンが描写されている。また、図７（Ｂ）はプレート側位置検出用マーク２２を示し、２２ｄは遮光部材であり、２２ｃは透過部２２ｃである。
【００２８】
位置検出装置５０の光源５３により照射された光は、マスク側位置検出用マーク１２を照明する。照明された前記マスク側位置検出用マーク１２から反射された光を、対物レンズ５１、リレーレンズ５２を介しＣＣＤなどの撮像素子５５上に結像させる。この時、リレーレンズ５２を光軸方向に駆動させ、撮像素子５５とマスク側位置検出用マーク１２とが共役になるようにする。
【００２９】
続いて、前記マスク側位置検出用マーク１２の透過部１２ｃを透過した光は、投影光学系３０を介してプレート側位置検出用マーク２２を照明する。照明された前記プレート側位置検出用マーク２２からの反射光を撮像素子５５で観測できる状態にするため、プレートステージ２０を光軸方向（Ｚ方向）に上下駆動し、マスク側位置検出用マーク１2とプレート側位置検出用マーク２２とが共役の関係となる位置になるよう調整する。なお、プレートステージ２０のＺ方向の位置は、面検出器投光光学系７０ａと面検出器受光光学系７０ｂと面検出器演算部７０ｃで構成される斜入射方式の面位置検出器７０によって測定される。この時、マスク側位置検出用マーク１２とプレート側位置検出用マーク２２は結像関係にあるので、両者は同一の光学系すなわち投影光学系３０と位置検出装置５０を介し、撮像素子５５上に結像させることができる。
【００３０】
図７（Ｃ）はマスク側位置検出用マーク１２とプレート側位置検出用マーク２２とが共に撮像素子５５上に撮像された場合の撮像画像を示している。図７（Ｃ）の画像から、マスク側位置検出用マーク１２の撮像素子５５上における位置と、プレート側位置検出用マーク２２の撮像素子５５上における位置とを算出することにより、マスク１１とプレート２１のＸ方向とＹ方向における相対位置関係を測定することができる。
【００３１】
図２は投影露光装置の被露光領域２００を示しており、その形状は光軸Oを中心（０、０）とした円弧形状である。被露光領域内における任意の座標を（Ｘi、Ｙj）とし、光源５３の波長がλｋ（光源の波長が単色でない場合は、スペクトル重心となる波長）とした場合、前記座標位置において発生する非点隔差ＡＳijkを後述の方法にて測定する。
【００３２】
なお、Ｒijは光軸を原点とし動径方向の絶対値であり、θij=は偏角であり、
Ｒij＝√（Ｘi、Ｙj）^２、θij=ｔａｎ-１(Ｘi／Ｙj)
で与えられる。
【００３３】
図8にマスク１１とプレート２１の相対的な位置ずれ量を測定するフローチャートを示す。
【００３４】
ステップＳ１０２は、被露光領域２００の任意の座標（Ｘi、Ｙj）における前記非点隔差ＡＳijkを測定する過程である。Ｓ１０２では、次に示す工程が実施される。
【００３５】
まず、前記座標（Ｘi、Ｙj）に対物レンズ５１を駆動させ、マスク側Ｘ方向位置検出用マーク１２ａを測定する。この時、マスク側Ｘ方向位置検出用マーク１２ａの観測波形のコントラストが最大になるようにリレーレンズ５２を駆動する。リレーレンズ５２の位置は固定したまま、プレート側Ｘ方向位置検出用マーク２２ａを観測する。プレート側Ｘ方向位置検出用マーク２２ａの観測波形のコントラストが最大になるように、プレートステージ２０をＺ方向に駆動させ、Ｘ方向の焦点位置（ＢＰＸとする）を算出する。この時、プレートステージ２０の面位置は、例えば図１に示されるような斜入射方式の面位置検出装置７０によって検出され、記憶演算装置６０にその情報は記憶される。
【００３６】
前記面位置検出装置は、投光部７０ａ、受光部７０ｂ、面位置演算部７０ｃによって構成され、算出された面位置情報は記憶演算装置６０に記憶される。
【００３７】
続いて、リレーレンズ５２の位置はＸ方向の焦点位置を求めた時の位置に固定したまま、前記座標（Ｘi、Ｙj）においてプレート側Ｙ方向位置検出用マーク２２ｂの観測波形のコントラストが最大になるように、プレートステージ２０をＺ方向に駆動させ、Ｙ方向の焦点位置（ＢＰＹとする）を算出する。この時のプレートステージ面位置もＸ方向と同様に、記憶演算装置６０に情報が記憶される。
【００３８】
前記光源５３の波長がλｋにおける前記非点隔差発生量をＡＳijkは、算出された前記ＢＰＸと前記ＢＰＹの差分により定まる。
【００３９】
同様の手法で被露光領域２００内の各点における非点隔差ＡＳijkを測定する。測定点数が多いほど被露光領域２００内の各点における非点隔差ＡＳijkを正確に把握できるが、測定に時間を要するという問題が発生する。測定点数は測定範囲や測定精度など、その時に必要な条件に応じて適切な点数をとることで、測定に際して余計な時間がかかることを防ぐことができる。
【００４０】
以上の工程により、被露光領域２００の任意の座標（Ｘi、Ｙj）における前記非点隔差ＡＳijkが測定される。
【００４１】
図８のステップＳ１０３は、前記ステップＳ１０２によって測定された被露光領域２００内における非点隔差ＡＳijkの測定値を記憶演算装置６０に記憶する過程である。図９は記憶演算装置６０に記憶される被露光領域２００内における非点隔差ＡＳijkの分布の概略図である。
【００４２】
図８のステップＳ１０４は、前記記憶演算装置６０に記憶された前記非点隔差ＡＳijkの分布情報をもとに、対物レンズ５１を駆動させる過程である。ステップＳ１０４では、以下の工程が実施される。前記記憶演算装置６０に記憶された前記非点隔差ＡＳijkの分布情報を、対物レンズ駆動制御系５６に伝達する。対物レンズ５１は対物レンズ駆動制御系５６からの伝達された情報に基づき、マーク検出位置が条件１を満たす位置において位置検出マークを検出するように、マスク面１１上をＸＹ方向に駆動する。
【００４３】
条件１
【００４４】
【数１】
ここで、λｋは前記位置検出装置に用いる位置検出用マーク検出光の波長、ＮＡは前記位置検出装置の対物レンズ５１の開口数、ＡＳijkは波長λｋにおいて前記座標（Ｘi、Ｙj）で発生する非点隔差である。また、ｔは０≦ｔ≦１の値をとる係数で、前記位置検出装置に求められている検出精度によって決まる。
【００４５】
ｔ＝１の時、ＡＳijkは位置検出装置もつ焦点深度と等しくなり、一般にマークはボケの影響が少なく前記撮像素子５５に結像されるとされている。ｔの値が小さくなればなるほど、Ｘ方向とＹ方向ともにコントラストの高い観測波形を得ることができ、位置検出精度が向上する。
【００４６】
ステップＳ１０５は、ステップＳ１０４により定められた位置で、位置検出マークを位置検出装置５０で観測する過程である。
【００４７】
ステップＳ１０６は、ステップＳ１０５によって観測されたマーク画像より、マスク１１とプレート２１の相対的な位置を算出する過程である。ステップＳ１０６では、非点隔差ＡＳijkが少ない状態で位置検出用マークを観測しているため、非点隔差の影響が軽減されており、その結果位置検出精度が向上している。
【００４８】
以上に述べた内容により、非点隔差の影響を受けずに高精度な相対位置検出が可能となる。
【００４９】
〔第２実施形態〕
第１実施形態において、図２に示す円弧状被露光領域２００の全領域に対し非点隔差ＡＳijkを測定すると、図８におけるＳ１０２に時間を要してしまうという問題が生じる。
【００５０】
一方、測定点数を減らすと前記被露光領域の非点隔差ＡＳijkを正確に取得できないという問題が生じる。そこで本第２実施形態では測定点数を少なくかつ、非点隔差ＡＳijkを前記被露光領域の全面で取得する方法について説明する。
【００５１】
本実施形態は光軸に対して光学特性が対称である投影光学系を備えた露光装置に適応するものである。なお、前記投影光学系を構成する光学部品の製造誤差や組み立て誤差によって生じる非点隔差は、第１実施形態記載の条件１として示された非点隔差の値に対して十分小さいものとする。この時、前記被露光領域において、光軸を原点とし動径方向の絶対値Ｒijが等し位置では、非点隔差ＡＳijkも同等といえる。
【００５２】
この特性により前記被露光領域の全領域において非点隔差ＡＳijkを測定しなくても、動径方向の絶対値が異なる複数位置で非点隔差を測定することで、前記被露光領域内の非点隔差を予想することができる。以下その手順について説明する。
【００５３】
まず、動径方向の絶対値が異なる複数の測定位置に対物レンズ５１を駆動し、それぞれの測定位置に対して第１実施形態で示す手順で非点隔差を測定する。図１０は前記測定点の一例であり、被露光領域内で偏角θijがθij=０位置を等しいピッチで５点（図１０内の（０、Ｙi）から（０、Ｙi+5）で示される５点）を測定する。
【００５４】
測定された５点それぞれの非点隔差の値は、記憶演算装置６０に記憶される。記憶演算装置６０により、非点隔差量が最も小さい測定点が識別され、その動径方向の絶対値の値（Ｒｍｉｎ）とするが算出される。前記記憶演算装置６０からの情報は対物レンズ駆動制御系５６に伝達される。対物レンズ５１は、前記被露光領域において非点隔差が最も小さい点を含む動径方向に沿って駆動し、位置検出マークの測定を行う。従って、前記被露光領域における位置検出位置の軌跡は、図１０の点線２０１が示すように半径Ｒｍｉｎの円弧状となる。
【００５５】
なお、偏角θij＝０の場合、投影光学系３０のメリディオナル、サジタルとX方向、Y方向が一致しているが、偏角θij≠０の場合、投影光学系３０のメリディオナル、サジタルとＸ方向、Ｙ方向が一致しなくなる。その場合は、上記測定値を偏角θijの分回転させ、X方向、Y方向の非点隔差に換算して使用すると、更に誤差を低減できる。
【００５６】
以上の手法によって、非点隔差発生量の測定点数を減らし、かつ被露光領域において非点隔差発生量が小さい位置でマーク位置検出を実施できる。
【００５７】
〔第３実施形態〕
第１実施形態では、プレート側位置検出用マーク２２を位置検出装置で検出しているため、プレート側位置検出マーク２２からの反射光は投影光学系３０を２回通過している。本実施形態では、投影光学系３０を1回通してプレート側位置検出用マークを観測する方法を示す。この方法の利点として、投影光学系３０を１回介するのみでマークを観測でき、投影光学系３０の透過率１回分の透過率低下がないため、光量的に非常に有利となることが挙げられる。
【００５８】
図１１は実施形態３を説明するための概略的なブロック図である。第１実施形態と同じ構成のものに関しては特に言及しない。図１１において、位置検出用マークを照射するマーク照明部８０はマスク１１の上面に配置されている。マーク照明部８０は、対物レンズ８１、光源８２、照明光学系８３、対物レンズ駆動制御系８４、ミラー８５で構成される。対物レンズ駆動制御系８４は、対物レンズ８１を座標（Ｘi、Ｙj）位置に駆動させる機能を備えている。一方、位置検出用マークを受光するマーク受光部９０は、対物レンズ９１、リレーレンズ９２、撮像素子９３、対物レンズ駆動制御系９４によって構成されている。対物レンズ駆動制御系９４は、照明部８０が照射するマーク位置に応じて、対物レンズ９１を駆動させる機能を備えている。照明部８０の光源８２により照射された光は、マスク側位置検出用マーク１２を照射する。マスク側位置検出用マーク１２を透過した光は、投影光学系３０、マーク受光部９０の対物レンズ９１、リレーレンズ９２を介しＣＣＤなどの撮像素子９３上に結像される。この時、リレーレンズ９２を駆動させ、撮像素子９３とマスク側位置検出用マーク１２とが共役になるようにする。
【００５９】
続いて、マスク側位置検出用マーク１２の透過部１２ｃを透過した光は、投影光学系３０を介してプレート側位置検出用マーク２２を照明する。照明された前記プレート側位置検出用マーク２２の透過光を、撮像素子９３で観測できる状態にするため、プレートステージ２０をＺ方向に上下駆動し、マスク側位置検出用マーク１2とプレート側位置検出用マーク２２とが共役の関係となる位置になるよう調整する。この時、マスク側位置検出用マーク１２とプレート側位置検出用マーク２２は結像関係にあるので、撮像素子９３上に結像させることができる。
【００６０】
本実施形態において、非点隔差ＡＳijkを測定する方法を説明する。まず、座標（Ｘi、Ｙj）にマーク照明部８０の対物レンズ８１を駆動させ、マスク側Ｘ方向位置検出用マーク１２ａを測定する。この時、マーク受光部９０の対物レンズ９１は、前記マスク側Ｘ方向位置検出用マーク１２ａの透過光を観測する位置に駆動される。マスク側Ｘ方向位置検出用マーク１２ａの観測波形のコントラストが最大になるようにリレーレンズ９２を駆動する。リレーレンズ９２の位置は固定したまま、プレート側Ｘ方向位置検出用マーク２２ａを観測する。プレート側Ｘ方向位置検出用マーク２２ａの観測波形のコントラストが最大になるように、プレートステージ２０をＺ方向に駆動させ、Ｘ方向の焦点位置（ＢＰＸとする）を算出する。この時、プレートステージ２０の面位置は、例えば図１１に示されるような斜入射方式の面位置検出装置７０によって検出され、記憶演算装置６０にその情報は記憶される。
【００６１】
前記面位置検出装置は、投光部７０ａ、受光部７０ｂ、面位置演算部７０ｃによって構成され、算出された面位置情報は記憶演算装置６０に記憶される。
【００６２】
続いて、リレーレンズ９２の位置はＸ方向の焦点位置を求めた時の位置に固定したまま、前記座標（Ｘi、Ｙj）においてプレート側Ｙ方向位置検出用マーク２２ｂの観測波形のコントラストが最大になるように、プレートステージ２０をＺ方向に駆動させ、Ｙ方向の焦点位置（ＢＰＹとする）を算出する。この時のプレートステージ面位置もＸ方向と同様に、記憶演算装置６０に情報が記憶される。
【００６３】
前記光源８２の波長がλｋにおける前記非点隔差発生量をＡＳijkは、算出された前記ＢＰＸと前記ＢＰＹの差分により定まる。同様の手法で被露光領域２００内の各点における非点隔差ＡＳijkを測定する。
【００６４】
本実施形態では、以上の工程により非点隔差ＡＳijkの測定が行われ、高精度にマスク１１とプレート２１の位置ずれ量を検出することができる。なお、照明部８０をプレート２１の下面に設置し、受光部９０をマスク１１上面に設置して測定を実施してもよい。但し、この時、マスク側位置検出用マーク１２は図３の（Ｂ）、プレート側位置検出用マーク２２は図３の（Ａ）に示されるものとする。
【００６５】
〔第４実施形態〕
第１実施形態では、非点隔差ＡＳijkを測定する際、マスク側位置検出用マーク１２とプレート側位置検出用マーク２２を用いる手法を説明した。本実施形態では、前記手法において、マスク側位置検出用マーク１２およびプレート側位置検出用マーク２２の代わりに、マスク側基準プレート１３およびプレート側基準プレート２３を用いる手法を説明する。この手法においては、マスク１１やプレート２１を使用せず、投影光学系３０で発生する非点隔差ＡＳijkを測定することが可能である。
【００６６】
図１２は第４実施形態を説明するための概略図である。第１実施形態と同じ構成のものに関しては特に言及しない。
【００６７】
マスクステージ１０は、ステージ位置検出系１００によって、その位置や姿勢が随時測定されている。前記ステージ位置検出系１００は、ステージの位置や姿勢を測定するレーザ干渉計１００ａと、レーザ干渉計１００ａによって測定された情報を記憶演算する記憶演算装置１００ｂによって構成される。マスクステージ１０には、マスクステージ１０に対して相対位置が保証されるようにマスク側基準プレート１３が配置されている。マスク側基準プレート１３には、図３（Ａ）で示されるような位置検出用マークが描写されており、その高さは、マスク側位置検出用マーク１２の高さとほぼ一致する。マスク側基準プレート１３の上面には第３実施形態で説明した照明部８０が固定される。マスクステージ１０には、レーザ干渉計１００ａから出射されたビームを反射するミラー１００ｃが固定されていて、レーザ干渉計１００ａによりマスクステージ１０の位置や姿勢は随時測定される。マスクステージ１０は、記憶演算装置１００ｂから伝達された位置や姿勢の情報に基づき、位置や姿勢を制御する。
【００６８】
一方、プレートステージ２０には、プレートステージ２０に対して相対位置が保証されるようにプレート側基準プレート２３が配置されている。プレート側基準プレート２３のパターン面には、図３（Ｂ）に示すような位置検出用マークが描写されており、プレート２１の上面とその高さがほぼ一致する。プレート側基準プレート２３の下面には第３実施形態で説明した受光部９０が固定される。プレートステージ２０には、レーザ干渉計１０１から出射されたビームを反射するミラー１０３が固定されていて、レーザ干渉計１０１によりプレートステージ２０の位置や姿勢は随時測定される。プレートステージ２０は、記憶演算装置１０２から伝達された位置や姿勢の情報に基づき、位置や姿勢が制御される。
【００６９】
非点隔差ＡＳijkを測定する際、マスクステージ１０は座標（Ｘi、Ｙj）位置にマスク側基準プレートが配置されるように駆動する。同様に、プレートステージ２０は、前記座標（Ｘi、Ｙj）に対応する位置にプレート側基準プレート２３が配備されるように駆動する。基準プレートがステージに対して相対位置が定まっていることと、ステージ検出系１００によってステージ位置が測定されていることにより、両基準プレートは座標（Ｘi、Ｙj）位置に精度良く配置される。非点隔差ＡＳijkの測定法と位置ずれ量の算出法は第１実施形態から第３実施形態で述べた通りである。
【符号の説明】
【００７０】
１０ マスクステージ
１１ マスク
１２ マスク側位置検出用マーク
１２ａ マスク側位置検出用マーク（Ｘ方向）
１２ｂ マスク側位置検出用マーク（Ｙ方向）
１２ｃ 透過部
１２ｄ 遮光部（斜線部）
１３ マスク側基準プレート
２０ プレートステージ
２１ プレート
２２ プレート側位置検出用マーク
２２ａ プレート側位置検出用マーク（Ｘ方向）
２２ｂ プレート側位置検出用マーク（Ｙ方向）
２２ｃ 透過部
２２ｄ 遮光部
２３ プレート側基準プレート
３０ 露光装置投影光学系
４０ 露光装置照明光学系
５０ 位置検出装置
５１ 対物レンズ（位置検出装置光学系内）
５２ リレーレンズ（位置検出装置光学系内）
５３ 光源（位置検出装置光学系内）
５４ 照明光学系（位置検出装置光学系内）
５５ 撮像素子（位置検出装置光学系内）
５６ 対物レンズ駆動制御系（位置検出装置光学系内）
５７ ミラー（位置検出装置光学系内）
５８ ハーフミラーもしくは偏光ビームスプリッター（位置検出装置光学系内）
６０ 記憶演算装置
７０ 面位置検出器
７０ａ 面位置検出器投光光学系
７０ｂ 面位置検出器受光光学系
７０ｃ 面位置検出器演算部
８０ マーク照明部
８１ 対物レンズ（マーク照明部光学系内）
８２ 光源（マーク照明部光学系内）
８３ 照明光学系（マーク照明部光学系内）
８４ 対物レンズ駆動制御系（マーク照明部光学系内）
８５ ミラー（マーク照明部光学系内）
９０ マーク受光部
９１ 対物レンズ（マーク受光部光学系内）
９２ リレーレンズ（マーク受光部光学系内）
９３ 撮像素子（マーク受光部光学系内）
９４ 対物レンズ駆動制御系（マーク受光部光学系内）
９５ ミラー（マーク受光部光学系内）
１００ ステージ位置検出系
１００ａ レーザ干渉計
１００ｂ 記憶演算装置
１０３ｃ ミラー
２００ 円弧状の被露光領域
２０１ 第２実施形態において位置検出マーク測定を実施する位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は露光装置の位置計測に関し、例えば液晶パネル等の表示デバイスのデバイスを製造する工程のうち、リソグラフィー工程において使用される投影露光装置や走査型露光装置において、マスク等の第１物体面上のパターンをプレート等の第２物体面上に投影光学系により投影する際、前記第１物体面と前記第２物体面の相対位置合わせを行う場合に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコンやテレビ等に用いられる液晶パネルの大型化が要求されている。このような大型の液晶パネルを露光するための露光装置として、投影光学系を等倍ミラー結像系とし、マスクのパターンを円弧状にプレート面に形成して走査するミラープロジェクション方式が知られている。
【０００３】
従来のミラー結像系は、光軸外の円弧形状領域に露光波長において収差が良好となる良像域が形成されるが、その領域の幅は狭く、数ｍｍ程度であった。そのため、大型パネル基板の焼付けには時間を必要とし、即ち単位時間あたりに処理できるプレート焼付け量が少ないという課題があった。この課題を解決すべく、前記良像域を拡大された露光装置の投影光学系が特許文献１によって開示されている。前記投影光学系はミラー結像系で、マスク面からプレート面に至る光路に第１の凹反射面、凸反射面、第の２凹反射面が順に配置されている。さらに前記投影光学系は、前記凹反射面と前記凸反射面との間にパワーを有する少なくとも１つの屈折光学部材が配置される。加えて、マスク面から前記第１凹反射面に至る光路中及び前記第２凹反射面から前記像面に至る光路中の少なくとも一方にパワーを有する少なくとも１つの屈折光学部材を配置されていることを特徴としている。
【０００４】
また、パネルの高精細化に対する要求に伴い、露光装置における重ね合わせ精度の向上が必要とされている。重ね合わせ精度は、マスクステージおよびプレートステージの駆動精度や位置検出精度などのシステム構成が大きく影響している。マスクおよびプレートの位置検出のシステムに関しては従来様々な提案がなされてきた。位置検出は大きく２つに区分される。一つは、光軸方向（Ｚ方向とする）の面位置検出であり、もう一方は光軸に垂直な平面（Ｘ方向およびＹ方向とする）方向の位置検出である。Ｚ方向の面位置検出として、プレート面に対して斜め方向から入射光を照射し、そのプレート面の表面から斜めに反射する反射光を検出して、その表面位置を検出する斜入射方式の面位置検出技術として特許文献２によって開示されている。
【０００５】
また、Ｘ方向およびＹ方向の位置検出方法として、露光波長以外の波長を有した光（非露光光）を位置検出用マークに照射し反射させ、この反射像を前記位置検出装置に備えられた撮像素子面上に形成し、その観測波形を波形処理して位置合わせを行う技術が従来用いられている。
【０００６】
非露光光を用いて、位置検出用マークを前記投影光学系を介し観測する技術は、特許文献３や特許文献４によって開示されている。
【０００７】
しかし、投影光学系は露光波長を主として設計および調整されるため、非露光光を用いた位置検出手法では、前記投影光学系における色収差の影響が大きく、位置検出精度が低下する等の問題が生じる。この波長差によって前記投影光学系で発生する色収差の問題を解決する技術が、例えば特許文献５によって開示されている。特許文献５では、露光光の波長と非露光光の波長の違いにより投影光学系で生じる非点隔差とコマ収差を補正するように位置検出装置の光学系を構成する実施例が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平５−３３３７１号公報
【特許文献２】特許第３６６７００９号明細書
【特許文献３】特開昭６３−３２３０３号公報
【特許文献４】特開平２−１３０９０８号公報
【特許文献５】特公平２−３５４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では露光波長において収差が良好となる良像領域が拡大されている。しかし、非露光光に対し収差が被露光領域内で抑えられていない。そのため、非露光光を用いて、前記投影光学系を介しマスク面とプレート面の相対的な位置ずれ量を前記良像領域の全域で検出する場合、収差が大きく発生している位置でマーク位置検出する可能性がある。
【００１０】
図３はＸＹ方向測定用の位置検出用マークの一例である。図３（Ａ）と（Ｂ）はそれぞれ、マスク側位置検出用マークとプレート側位置検出用マークを示している。図３（Ａ）と（Ｂ）の両図において、上側半分はＹ方向の位置検出用マークを示しており、下側半分はＸ方向の位置検出用マークを示している。図３中、１２ｃと２２ｃはマーク内の透過部、１２ｄと２２ｄは遮光部（斜線部）である。
【００１１】
図４はプレート面のZ方向位置と、マーク観測波形のコントラストとの関係を示している。図４が示すように、焦点位置はプレート面をZ方向に移動した時に、コントラストが最大となるプレート面位置として一意的に決まる。従って、前記投影光学系で非点隔差が発生している位置でマークを観測した場合、Ｘ方向とＹ方向のプレート面における焦点位置がそれぞれ異なるため、少なくとも一方の方向のマークは焦点を合わせて観測することができない。
【００１２】
図６は非点隔差が発生している状態において前記位置検出用マークを観測した波形を示している。例えば、図６の（A）と（B）はＸ方向の観測波形で、（A）はＸ方向に焦点を合わせた時の観測波形（図３の破線部の断面波形）、（B）はＹ方向に焦点を合わせた時の観測波形である。Ｘ方向のマーク観測波形は、Ｘ方向に焦点を合わせることで、よりコントラストの大きな波形を得ることができる。同様に、図６の（C）と（D）はY方向の観測波形で、（C）はX方向に焦点を合わせた時の観測波形（図３の一点破線部の断面波形）、（D）はＹ方向に焦点を合わせた時の観測波形である。Y方向のマーク観測波形は、Y方向に焦点を合わせることで、よりコントラストの大きな波形を得ることができる。
【００１３】
マーク位置は、位置検出装置に備えられえた撮像素子面上に形成されるマーク観測波形を波形処理することで算出される。この時、マーク観測波形のコントラストが大きい方が精度良く位置検出をすることができる。これは、位置検出装置によって観測されたマーク観測波形をデジタル処理する際、照明光強度のゆらぎや電気的なノイズ、そして露光装置全体の熱揺らぎや振動等による変動成分の影響を受けにくいためである。
【００１４】
また、位置検出装置の照明系から照射される光の主光線が、マークの描写されているマスク面及びプレート面に対して傾き、かつマスク面とプレート面の焦点が合っていない場合、両者の位置ずれ量の検出精度が低下する。これは、主光線の傾き分だけマークがＸ方向もしくはＹ方向にシフトしてしまうためである。さらにこの時、結像の歪による観測波形の非対称性が発生し、波形処理の際、位置検出精度が低下する要因ともなる。非点隔差がある場合、X方向、Y方向のどちらか一方、或いは両方のマークの焦点が合っていない状態で、マークの位置計測が行われる。そのため、上記に示した要因で位置検出精度が低下する。
【００１５】
以上のことから、マーク観測時はＸ方向とＹ方向のそれぞれ方向に対し焦点を合わせて位置検出を実施することが重要といえる。
【００１６】
特許文献５では、この非点隔差の問題を解決するため、位置検出に用いる非露光光において投影光学系で発生する非点隔差を補正する補正光学系を位置検出装置に配置している。しかし、特許文献５においては、補正光学系の設計や製造コストがかかることや、また前記良像領域の全域でマーク検出を行う場合、前記補正光学系を駆動する等のハード構成が複雑になることや、補正駆動に時間を要するなどの問題が生じる。
【００１７】
このような問題を鑑みて、本特許は投影系を介した非露光波長によるマーク位置検出において、安価で且つ位置検出時間も短縮し且つマーク位置検出精度を向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
その目的を達成するため、本発明の露光装置は、物体面上に形成されたパターンを像面上に結像させる投影光学系と、露光波長と異なる波長を有し物体面と像面の相対的な位置ずれ量を前記投影光学系を介して検出する位置検出装置を備えることを特徴とする。また、その位置検出装置の検出波長において、前記投影光学系の非点隔差が特定の条件を満たす位置で位置ずれ量を検出することでマーク位置検出精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、露光装置において、マスク面とプレート面の相対的な位置合わせを行う際に、投影光学系の非点隔差の影響を考慮して位置合わせ測定を実施することで、安価で且つ位置検出時間も短縮し且つマーク位置検出精度が高い露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】露光装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】円弧形状の被露光領域を示す図。
【図３】位置検出用マークの一例を表す図。
【図４】光軸（Ｚ）方向とマーク観測波形のコントラストとの関係を示す図。
【図５】ＸＹ方向のマーク観測波形のコントラストとそれぞれの方向における焦点位置を示す図。
【図６】（Ａ）Ｘ方向の位置検出用マーク観測波形（Ｘ方向に焦点が合っている時）。（Ｂ）Ｘ方向の位置検出用マーク観測波形（Ｙ方向に焦点があっている時）。（Ｃ）Ｙ方向の位置検出用マーク観測波形（Ｘ方向に焦点が合っている時）。（Ｄ）Ｙ方向の位置検出用マーク観測波形（Ｙ方向に焦点が合っている時）。
【図７】（Ａ）マスク側位置検出用マーク。（Ｂ）プレート側位置検出用マーク。（Ｃ）マスク側位置検出用マークとプレート側位置検出用マークとが共に撮像素子に撮像されている撮像画像。
【図８】位置合わせ測定のフローチャート。
【図９】円弧形状の被露光領域における非点隔差ＡＳijkの分布の概略図。
【図１０】第２実施形態におけるマーク測定位置を示した図。
【図１１】実施形態３を説明するための概略的なブロック図。
【図１２】第４実施形態を説明するための概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
〔第１実施形態〕
図１はマスク面とプレート面の相対位置を合わせる機構を備えた投影露光装置の概略的なブロック図である。
【００２３】
１１はマスクであり、図３（Ａ）に示されるようなマスク側位置検出用マーク１２が描写されている。１０はマスクステージを示し、マスク１１を保持し、かつＸＹθ方向に駆動する機能を備えている。２１はプレートであり、図３（Ｂ）に示されるようなプレート側位置検出用マーク２２が描写されている。２０はプレートステージを示し、プレート２１を保持し、かつＸＹＺθ方向に駆動する機能を備えている。４０は照明光学系で、マスク１１を所望の角度分布で均一に露光光で照射する機構を備えている。
【００２４】
３０は投影露光装置の投影光学系を示し、照明光学系４０によって照射されたマスクパターンをプレート２１上に結像するものである。
【００２５】
５０は位置検出装置で、マスク側位置検出用マーク１２とプレート側位置検出用マーク２２を照明し撮像することで、ＸＹ方向の位置ずれ量を測定する機能を備えている。位置検出装置５０は、図１に示すように、対物レンズ５１、リレーレンズ５２、光源５３、照明光学系５４、撮像素子５５、対物レンズ駆動制御系５６、ミラー５７、ハーフミラーもしくは偏光ビームスプリッター５８で構成される。対物レンズ５１とリレーレンズ５２はアフォーカル系をなしており、対物レンズ５１は位置検出マークの位置に対応してマスクステージ１０上を移動する機能が備わっている。また、リレーレンズ５２は位置検出装置５０の光学系における光軸に対して平行に駆動する機能が備わっている。本実施の形態１において光源５３の波長は露光波長と異なる波長を有し、例えば４５０ｎｍ〜１０００ｎｍを使用する。
【００２６】
ここで、Ｘ方向とＹ方向それぞれのマーク検出方法について説明する。
【００２７】
図７はＸＹ方向位置検出マークの一例を示す平面図である。図７（Ａ）はマスク側位置検出用マーク１２を示し、透過部材１２ｃ上に遮光部材（図内斜線部）１２ｄによりマークパターンが描写されている。また、図７（Ｂ）はプレート側位置検出用マーク２２を示し、２２ｄは遮光部材であり、２２ｃは透過部２２ｃである。
【００２８】
位置検出装置５０の光源５３により照射された光は、マスク側位置検出用マーク１２を照明する。照明された前記マスク側位置検出用マーク１２から反射された光を、対物レンズ５１、リレーレンズ５２を介しＣＣＤなどの撮像素子５５上に結像させる。この時、リレーレンズ５２を光軸方向に駆動させ、撮像素子５５とマスク側位置検出用マーク１２とが共役になるようにする。
【００２９】
続いて、前記マスク側位置検出用マーク１２の透過部１２ｃを透過した光は、投影光学系３０を介してプレート側位置検出用マーク２２を照明する。照明された前記プレート側位置検出用マーク２２からの反射光を撮像素子５５で観測できる状態にするため、プレートステージ２０を光軸方向（Ｚ方向）に上下駆動し、マスク側位置検出用マーク１2とプレート側位置検出用マーク２２とが共役の関係となる位置になるよう調整する。なお、プレートステージ２０のＺ方向の位置は、面検出器投光光学系７０ａと面検出器受光光学系７０ｂと面検出器演算部７０ｃで構成される斜入射方式の面位置検出器７０によって測定される。この時、マスク側位置検出用マーク１２とプレート側位置検出用マーク２２は結像関係にあるので、両者は同一の光学系すなわち投影光学系３０と位置検出装置５０を介し、撮像素子５５上に結像させることができる。
【００３０】
図７（Ｃ）はマスク側位置検出用マーク１２とプレート側位置検出用マーク２２とが共に撮像素子５５上に撮像された場合の撮像画像を示している。図７（Ｃ）の画像から、マスク側位置検出用マーク１２の撮像素子５５上における位置と、プレート側位置検出用マーク２２の撮像素子５５上における位置とを算出することにより、マスク１１とプレート２１のＸ方向とＹ方向における相対位置関係を測定することができる。
【００３１】
図２は投影露光装置の被露光領域２００を示しており、その形状は光軸Oを中心（０、０）とした円弧形状である。被露光領域内における任意の座標を（Ｘi、Ｙj）とし、光源５３の波長がλｋ（光源の波長が単色でない場合は、スペクトル重心となる波長）とした場合、前記座標位置において発生する非点隔差ＡＳijkを後述の方法にて測定する。
【００３２】
なお、Ｒijは光軸を原点とし動径方向の絶対値であり、θij=は偏角であり、
Ｒij＝√（Ｘi、Ｙj）^２、θij=ｔａｎ-１(Ｘi／Ｙj)
で与えられる。
【００３３】
図8にマスク１１とプレート２１の相対的な位置ずれ量を測定するフローチャートを示す。
【００３４】
ステップＳ１０２は、被露光領域２００の任意の座標（Ｘi、Ｙj）における前記非点隔差ＡＳijkを測定する過程である。Ｓ１０２では、次に示す工程が実施される。
【００３５】
まず、前記座標（Ｘi、Ｙj）に対物レンズ５１を駆動させ、マスク側Ｘ方向位置検出用マーク１２ａを測定する。この時、マスク側Ｘ方向位置検出用マーク１２ａの観測波形のコントラストが最大になるようにリレーレンズ５２を駆動する。リレーレンズ５２の位置は固定したまま、プレート側Ｘ方向位置検出用マーク２２ａを観測する。プレート側Ｘ方向位置検出用マーク２２ａの観測波形のコントラストが最大になるように、プレートステージ２０をＺ方向に駆動させ、Ｘ方向の焦点位置（ＢＰＸとする）を算出する。この時、プレートステージ２０の面位置は、例えば図１に示されるような斜入射方式の面位置検出装置７０によって検出され、記憶演算装置６０にその情報は記憶される。
【００３６】
前記面位置検出装置は、投光部７０ａ、受光部７０ｂ、面位置演算部７０ｃによって構成され、算出された面位置情報は記憶演算装置６０に記憶される。
【００３７】
続いて、リレーレンズ５２の位置はＸ方向の焦点位置を求めた時の位置に固定したまま、前記座標（Ｘi、Ｙj）においてプレート側Ｙ方向位置検出用マーク２２ｂの観測波形のコントラストが最大になるように、プレートステージ２０をＺ方向に駆動させ、Ｙ方向の焦点位置（ＢＰＹとする）を算出する。この時のプレートステージ面位置もＸ方向と同様に、記憶演算装置６０に情報が記憶される。
【００３８】
前記光源５３の波長がλｋにおける前記非点隔差発生量をＡＳijkは、算出された前記ＢＰＸと前記ＢＰＹの差分により定まる。
【００３９】
同様の手法で被露光領域２００内の各点における非点隔差ＡＳijkを測定する。測定点数が多いほど被露光領域２００内の各点における非点隔差ＡＳijkを正確に把握できるが、測定に時間を要するという問題が発生する。測定点数は測定範囲や測定精度など、その時に必要な条件に応じて適切な点数をとることで、測定に際して余計な時間がかかることを防ぐことができる。
【００４０】
以上の工程により、被露光領域２００の任意の座標（Ｘi、Ｙj）における前記非点隔差ＡＳijkが測定される。
【００４１】
図８のステップＳ１０３は、前記ステップＳ１０２によって測定された被露光領域２００内における非点隔差ＡＳijkの測定値を記憶演算装置６０に記憶する過程である。図９は記憶演算装置６０に記憶される被露光領域２００内における非点隔差ＡＳijkの分布の概略図である。
【００４２】
図８のステップＳ１０４は、前記記憶演算装置６０に記憶された前記非点隔差ＡＳijkの分布情報をもとに、対物レンズ５１を駆動させる過程である。ステップＳ１０４では、以下の工程が実施される。前記記憶演算装置６０に記憶された前記非点隔差ＡＳijkの分布情報を、対物レンズ駆動制御系５６に伝達する。対物レンズ５１は対物レンズ駆動制御系５６からの伝達された情報に基づき、マーク検出位置が条件１を満たす位置において位置検出マークを検出するように、マスク面１１上をＸＹ方向に駆動する。
【００４３】
条件１
【００４４】
【数１】
ここで、λｋは前記位置検出装置に用いる位置検出用マーク検出光の波長、ＮＡは前記位置検出装置の対物レンズ５１の開口数、ＡＳijkは波長λｋにおいて前記座標（Ｘi、Ｙj）で発生する非点隔差である。また、ｔは０≦ｔ≦１の値をとる係数で、前記位置検出装置に求められている検出精度によって決まる。
【００４５】
ｔ＝１の時、ＡＳijkは位置検出装置もつ焦点深度と等しくなり、一般にマークはボケの影響が少なく前記撮像素子５５に結像されるとされている。ｔの値が小さくなればなるほど、Ｘ方向とＹ方向ともにコントラストの高い観測波形を得ることができ、位置検出精度が向上する。
【００４６】
ステップＳ１０５は、ステップＳ１０４により定められた位置で、位置検出マークを位置検出装置５０で観測する過程である。
【００４７】
ステップＳ１０６は、ステップＳ１０５によって観測されたマーク画像より、マスク１１とプレート２１の相対的な位置を算出する過程である。ステップＳ１０６では、非点隔差ＡＳijkが少ない状態で位置検出用マークを観測しているため、非点隔差の影響が軽減されており、その結果位置検出精度が向上している。
【００４８】
以上に述べた内容により、非点隔差の影響を受けずに高精度な相対位置検出が可能となる。
【００４９】
〔第２実施形態〕
第１実施形態において、図２に示す円弧状被露光領域２００の全領域に対し非点隔差ＡＳijkを測定すると、図８におけるＳ１０２に時間を要してしまうという問題が生じる。
【００５０】
一方、測定点数を減らすと前記被露光領域の非点隔差ＡＳijkを正確に取得できないという問題が生じる。そこで本第２実施形態では測定点数を少なくかつ、非点隔差ＡＳijkを前記被露光領域の全面で取得する方法について説明する。
【００５１】
本実施形態は光軸に対して光学特性が対称である投影光学系を備えた露光装置に適応するものである。なお、前記投影光学系を構成する光学部品の製造誤差や組み立て誤差によって生じる非点隔差は、第１実施形態記載の条件１として示された非点隔差の値に対して十分小さいものとする。この時、前記被露光領域において、光軸を原点とし動径方向の絶対値Ｒijが等し位置では、非点隔差ＡＳijkも同等といえる。
【００５２】
この特性により前記被露光領域の全領域において非点隔差ＡＳijkを測定しなくても、動径方向の絶対値が異なる複数位置で非点隔差を測定することで、前記被露光領域内の非点隔差を予想することができる。以下その手順について説明する。
【００５３】
まず、動径方向の絶対値が異なる複数の測定位置に対物レンズ５１を駆動し、それぞれの測定位置に対して第１実施形態で示す手順で非点隔差を測定する。図１０は前記測定点の一例であり、被露光領域内で偏角θijがθij=０位置を等しいピッチで５点（図１０内の（０、Ｙi）から（０、Ｙi+5）で示される５点）を測定する。
【００５４】
測定された５点それぞれの非点隔差の値は、記憶演算装置６０に記憶される。記憶演算装置６０により、非点隔差量が最も小さい測定点が識別され、その動径方向の絶対値の値（Ｒｍｉｎ）とするが算出される。前記記憶演算装置６０からの情報は対物レンズ駆動制御系５６に伝達される。対物レンズ５１は、前記被露光領域において非点隔差が最も小さい点を含む動径方向に沿って駆動し、位置検出マークの測定を行う。従って、前記被露光領域における位置検出位置の軌跡は、図１０の点線２０１が示すように半径Ｒｍｉｎの円弧状となる。
【００５５】
なお、偏角θij＝０の場合、投影光学系３０のメリディオナル、サジタルとX方向、Y方向が一致しているが、偏角θij≠０の場合、投影光学系３０のメリディオナル、サジタルとＸ方向、Ｙ方向が一致しなくなる。その場合は、上記測定値を偏角θijの分回転させ、X方向、Y方向の非点隔差に換算して使用すると、更に誤差を低減できる。
【００５６】
以上の手法によって、非点隔差発生量の測定点数を減らし、かつ被露光領域において非点隔差発生量が小さい位置でマーク位置検出を実施できる。
【００５７】
〔第３実施形態〕
第１実施形態では、プレート側位置検出用マーク２２を位置検出装置で検出しているため、プレート側位置検出マーク２２からの反射光は投影光学系３０を２回通過している。本実施形態では、投影光学系３０を1回通してプレート側位置検出用マークを観測する方法を示す。この方法の利点として、投影光学系３０を１回介するのみでマークを観測でき、投影光学系３０の透過率１回分の透過率低下がないため、光量的に非常に有利となることが挙げられる。
【００５８】
図１１は実施形態３を説明するための概略的なブロック図である。第１実施形態と同じ構成のものに関しては特に言及しない。図１１において、位置検出用マークを照射するマーク照明部８０はマスク１１の上面に配置されている。マーク照明部８０は、対物レンズ８１、光源８２、照明光学系８３、対物レンズ駆動制御系８４、ミラー８５で構成される。対物レンズ駆動制御系８４は、対物レンズ８１を座標（Ｘi、Ｙj）位置に駆動させる機能を備えている。一方、位置検出用マークを受光するマーク受光部９０は、対物レンズ９１、リレーレンズ９２、撮像素子９３、対物レンズ駆動制御系９４によって構成されている。対物レンズ駆動制御系９４は、照明部８０が照射するマーク位置に応じて、対物レンズ９１を駆動させる機能を備えている。照明部８０の光源８２により照射された光は、マスク側位置検出用マーク１２を照射する。マスク側位置検出用マーク１２を透過した光は、投影光学系３０、マーク受光部９０の対物レンズ９１、リレーレンズ９２を介しＣＣＤなどの撮像素子９３上に結像される。この時、リレーレンズ９２を駆動させ、撮像素子９３とマスク側位置検出用マーク１２とが共役になるようにする。
【００５９】
続いて、マスク側位置検出用マーク１２の透過部１２ｃを透過した光は、投影光学系３０を介してプレート側位置検出用マーク２２を照明する。照明された前記プレート側位置検出用マーク２２の透過光を、撮像素子９３で観測できる状態にするため、プレートステージ２０をＺ方向に上下駆動し、マスク側位置検出用マーク１2とプレート側位置検出用マーク２２とが共役の関係となる位置になるよう調整する。この時、マスク側位置検出用マーク１２とプレート側位置検出用マーク２２は結像関係にあるので、撮像素子９３上に結像させることができる。
【００６０】
本実施形態において、非点隔差ＡＳijkを測定する方法を説明する。まず、座標（Ｘi、Ｙj）にマーク照明部８０の対物レンズ８１を駆動させ、マスク側Ｘ方向位置検出用マーク１２ａを測定する。この時、マーク受光部９０の対物レンズ９１は、前記マスク側Ｘ方向位置検出用マーク１２ａの透過光を観測する位置に駆動される。マスク側Ｘ方向位置検出用マーク１２ａの観測波形のコントラストが最大になるようにリレーレンズ９２を駆動する。リレーレンズ９２の位置は固定したまま、プレート側Ｘ方向位置検出用マーク２２ａを観測する。プレート側Ｘ方向位置検出用マーク２２ａの観測波形のコントラストが最大になるように、プレートステージ２０をＺ方向に駆動させ、Ｘ方向の焦点位置（ＢＰＸとする）を算出する。この時、プレートステージ２０の面位置は、例えば図１１に示されるような斜入射方式の面位置検出装置７０によって検出され、記憶演算装置６０にその情報は記憶される。
【００６１】
前記面位置検出装置は、投光部７０ａ、受光部７０ｂ、面位置演算部７０ｃによって構成され、算出された面位置情報は記憶演算装置６０に記憶される。
【００６２】
続いて、リレーレンズ９２の位置はＸ方向の焦点位置を求めた時の位置に固定したまま、前記座標（Ｘi、Ｙj）においてプレート側Ｙ方向位置検出用マーク２２ｂの観測波形のコントラストが最大になるように、プレートステージ２０をＺ方向に駆動させ、Ｙ方向の焦点位置（ＢＰＹとする）を算出する。この時のプレートステージ面位置もＸ方向と同様に、記憶演算装置６０に情報が記憶される。
【００６３】
前記光源８２の波長がλｋにおける前記非点隔差発生量をＡＳijkは、算出された前記ＢＰＸと前記ＢＰＹの差分により定まる。同様の手法で被露光領域２００内の各点における非点隔差ＡＳijkを測定する。
【００６４】
本実施形態では、以上の工程により非点隔差ＡＳijkの測定が行われ、高精度にマスク１１とプレート２１の位置ずれ量を検出することができる。なお、照明部８０をプレート２１の下面に設置し、受光部９０をマスク１１上面に設置して測定を実施してもよい。但し、この時、マスク側位置検出用マーク１２は図３の（Ｂ）、プレート側位置検出用マーク２２は図３の（Ａ）に示されるものとする。
【００６５】
〔第４実施形態〕
第１実施形態では、非点隔差ＡＳijkを測定する際、マスク側位置検出用マーク１２とプレート側位置検出用マーク２２を用いる手法を説明した。本実施形態では、前記手法において、マスク側位置検出用マーク１２およびプレート側位置検出用マーク２２の代わりに、マスク側基準プレート１３およびプレート側基準プレート２３を用いる手法を説明する。この手法においては、マスク１１やプレート２１を使用せず、投影光学系３０で発生する非点隔差ＡＳijkを測定することが可能である。
【００６６】
図１２は第４実施形態を説明するための概略図である。第１実施形態と同じ構成のものに関しては特に言及しない。
【００６７】
マスクステージ１０は、ステージ位置検出系１００によって、その位置や姿勢が随時測定されている。前記ステージ位置検出系１００は、ステージの位置や姿勢を測定するレーザ干渉計１００ａと、レーザ干渉計１００ａによって測定された情報を記憶演算する記憶演算装置１００ｂによって構成される。マスクステージ１０には、マスクステージ１０に対して相対位置が保証されるようにマスク側基準プレート１３が配置されている。マスク側基準プレート１３には、図３（Ａ）で示されるような位置検出用マークが描写されており、その高さは、マスク側位置検出用マーク１２の高さとほぼ一致する。マスク側基準プレート１３の上面には第３実施形態で説明した照明部８０が固定される。マスクステージ１０には、レーザ干渉計１００ａから出射されたビームを反射するミラー１００ｃが固定されていて、レーザ干渉計１００ａによりマスクステージ１０の位置や姿勢は随時測定される。マスクステージ１０は、記憶演算装置１００ｂから伝達された位置や姿勢の情報に基づき、位置や姿勢を制御する。
【００６８】
一方、プレートステージ２０には、プレートステージ２０に対して相対位置が保証されるようにプレート側基準プレート２３が配置されている。プレート側基準プレート２３のパターン面には、図３（Ｂ）に示すような位置検出用マークが描写されており、プレート２１の上面とその高さがほぼ一致する。プレート側基準プレート２３の下面には第３実施形態で説明した受光部９０が固定される。プレートステージ２０には、レーザ干渉計１０１から出射されたビームを反射するミラー１０３が固定されていて、レーザ干渉計１０１によりプレートステージ２０の位置や姿勢は随時測定される。プレートステージ２０は、記憶演算装置１０２から伝達された位置や姿勢の情報に基づき、位置や姿勢が制御される。
【００６９】
非点隔差ＡＳijkを測定する際、マスクステージ１０は座標（Ｘi、Ｙj）位置にマスク側基準プレートが配置されるように駆動する。同様に、プレートステージ２０は、前記座標（Ｘi、Ｙj）に対応する位置にプレート側基準プレート２３が配備されるように駆動する。基準プレートがステージに対して相対位置が定まっていることと、ステージ検出系１００によってステージ位置が測定されていることにより、両基準プレートは座標（Ｘi、Ｙj）位置に精度良く配置される。非点隔差ＡＳijkの測定法と位置ずれ量の算出法は第１実施形態から第３実施形態で述べた通りである。
【符号の説明】
【００７０】
１０ マスクステージ
１１ マスク
１２ マスク側位置検出用マーク
１２ａ マスク側位置検出用マーク（Ｘ方向）
１２ｂ マスク側位置検出用マーク（Ｙ方向）
１２ｃ 透過部
１２ｄ 遮光部（斜線部）
１３ マスク側基準プレート
２０ プレートステージ
２１ プレート
２２ プレート側位置検出用マーク
２２ａ プレート側位置検出用マーク（Ｘ方向）
２２ｂ プレート側位置検出用マーク（Ｙ方向）
２２ｃ 透過部
２２ｄ 遮光部
２３ プレート側基準プレート
３０ 露光装置投影光学系
４０ 露光装置照明光学系
５０ 位置検出装置
５１ 対物レンズ（位置検出装置光学系内）
５２ リレーレンズ（位置検出装置光学系内）
５３ 光源（位置検出装置光学系内）
５４ 照明光学系（位置検出装置光学系内）
５５ 撮像素子（位置検出装置光学系内）
５６ 対物レンズ駆動制御系（位置検出装置光学系内）
５７ ミラー（位置検出装置光学系内）
５８ ハーフミラーもしくは偏光ビームスプリッター（位置検出装置光学系内）
６０ 記憶演算装置
７０ 面位置検出器
７０ａ 面位置検出器投光光学系
７０ｂ 面位置検出器受光光学系
７０ｃ 面位置検出器演算部
８０ マーク照明部
８１ 対物レンズ（マーク照明部光学系内）
８２ 光源（マーク照明部光学系内）
８３ 照明光学系（マーク照明部光学系内）
８４ 対物レンズ駆動制御系（マーク照明部光学系内）
８５ ミラー（マーク照明部光学系内）
９０ マーク受光部
９１ 対物レンズ（マーク受光部光学系内）
９２ リレーレンズ（マーク受光部光学系内）
９３ 撮像素子（マーク受光部光学系内）
９４ 対物レンズ駆動制御系（マーク受光部光学系内）
９５ ミラー（マーク受光部光学系内）
１００ ステージ位置検出系
１００ａ レーザ干渉計
１００ｂ 記憶演算装置
１０３ｃ ミラー
２００ 円弧状の被露光領域
２０１ 第２実施形態において位置検出マーク測定を実施する位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体面上に形成されたパターンを像面上に結像させる投影光学系と、露光波長と異なる波長を有し物体面上の位置検出マークと像面上位置検出マークの相対的な位置ずれ量を前記投影光学系を介して検出する位置検出装置を備え、
前記検出装置が有する露光波長とは異なる波長において前記投影光学系で生ずる非点隔差が特定の条件を満たす位置で前記位置ずれ量を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記投影光学系は、前記物体面から前記像面に至る光路に第１の凹反射面、凸反射面、第の２凹反射面が順に配置された投影光学系であって、
前記投影光学系は、前記第１の凹反射面と前記凸反射面との間に配置されたパワーを有する少なくとも１つの屈折光学部材と、前記物体面から前記第１凹反射面に至る光路中及び前記第２凹反射面から前記像面に至る光路中の少なくとも一方に配置されたパワーを有する少なくとも１つの屈折光学部材とが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記位置検出装置は、物体面上の任意の位置に駆動可能な対物レンズを備え、物体面上の位置検出マークと像面上位置検出マークの相対的な位置ずれ量を測定する機能と、像面上のパターンから前記投影光学系において発生する非点隔差を測定する機能と、前記非点隔差の値を記憶する記憶機構を備えていることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
【請求項４】
請求項1に記載の前記特定の条件が以下の不等式で示されることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
ＡＳ≦ｔ×λ/（２×ＮＡ２）
ここで、λは前記位置検出装置に用いる位置検出用マーク検出光の波長、ＮＡは前記位置検出装置の対物レンズ５１の開口数、ＡＳは波長λにおいて前記投影光学系で発生する非点隔差である。また、ｔは０≦ｔ≦１の値をとる係数で、前記位置検出装置に求められている検出精度によって決まる。
【請求項５】
前記投影光学系は、前記物体面上に形成されたパターンを前記像面上に前記露光波長によって露光する被露光領域を有し、前記被露光領域内にて前記検出波長における非点隔差が請求項４に記載の条件式を満たす像高を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光装置。
【請求項６】
前記位置検出装置は、前記位置検出装置の有する露光波長とは異なる波長において前記投影光学系で生ずる非点隔差を検出する手段と、前記位置ずれ量を検出する手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の露光装置。
【請求項１】
物体面上に形成されたパターンを像面上に結像させる投影光学系と、露光波長と異なる波長を有し物体面上の位置検出マークと像面上位置検出マークの相対的な位置ずれ量を前記投影光学系を介して検出する位置検出装置を備え、
前記検出装置が有する露光波長とは異なる波長において前記投影光学系で生ずる非点隔差が特定の条件を満たす位置で前記位置ずれ量を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記投影光学系は、前記物体面から前記像面に至る光路に第１の凹反射面、凸反射面、第の２凹反射面が順に配置された投影光学系であって、
前記投影光学系は、前記第１の凹反射面と前記凸反射面との間に配置されたパワーを有する少なくとも１つの屈折光学部材と、前記物体面から前記第１凹反射面に至る光路中及び前記第２凹反射面から前記像面に至る光路中の少なくとも一方に配置されたパワーを有する少なくとも１つの屈折光学部材とが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記位置検出装置は、物体面上の任意の位置に駆動可能な対物レンズを備え、物体面上の位置検出マークと像面上位置検出マークの相対的な位置ずれ量を測定する機能と、像面上のパターンから前記投影光学系において発生する非点隔差を測定する機能と、前記非点隔差の値を記憶する記憶機構を備えていることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
【請求項４】
請求項1に記載の前記特定の条件が以下の不等式で示されることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
ＡＳ≦ｔ×λ/（２×ＮＡ２）
ここで、λは前記位置検出装置に用いる位置検出用マーク検出光の波長、ＮＡは前記位置検出装置の対物レンズ５１の開口数、ＡＳは波長λにおいて前記投影光学系で発生する非点隔差である。また、ｔは０≦ｔ≦１の値をとる係数で、前記位置検出装置に求められている検出精度によって決まる。
【請求項５】
前記投影光学系は、前記物体面上に形成されたパターンを前記像面上に前記露光波長によって露光する被露光領域を有し、前記被露光領域内にて前記検出波長における非点隔差が請求項４に記載の条件式を満たす像高を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光装置。
【請求項６】
前記位置検出装置は、前記位置検出装置の有する露光波長とは異なる波長において前記投影光学系で生ずる非点隔差を検出する手段と、前記位置ずれ量を検出する手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の露光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１８９７３４（Ｐ２０１２−１８９７３４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２３０６（Ｐ２０１１−５２３０６）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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