JP2003059817A

JP2003059817A - 露光方法及び露光装置並びにマイクロデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2003059817A
Application number: JP2001250008A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Kaneko; 謙一郎金子
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2003-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】基板がデフォーカスして位置決めされた場合
であっても、照明光の基板に対するテレセントリック性
の崩れ等に起因して生ずる誤差を適正に補正する。【解決手段】照明光ＩＬ２の入射方向（Ｚ方向）の複
数の位置に基板Ｗを移動させつつ、照明光ＩＬ２の光路
に設けられた光学系（照明系、投影系ＰＬ）に起因する
誤差をそれぞれ予め測定するしておき、基板Ｗの露光時
にＺ方向における基板Ｗの位置を検出し、当該Ｚ方向の
位置における対応する誤差を低減するように、該光学系
の光学特性（例えば、倍率）又はＺ方向に直交する面内
での該基板Ｗの位置を補正した後に、基板Ｗを露光す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路、
表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバ
イス、又はフォトマスク等をフォトリソグラフィ技術を
用いて製造する際に使用される露光方法及び露光装置、
並びにこれらを用いたデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路、液晶表示素子、薄膜磁
気ヘッド等のマイクロデバイスは、一般的に光リソグラ
フィ技術を用いて製造される。光リソグラフィ技術は、
微細なパターンが形成されたマスク又はレチクル（以
下、これらを総称して「マスク」という）に照明光を照
射し、そのパターンの像を、フォトレジスト等の感光剤
が塗布された半導体ウエハやガラスプレート等の感光基
板上に転写する技術である。この光リソグラフィ技術に
おいては露光装置が用いられる。

【０００３】光リソグラフィ技術に用いられる露光装置
としては、感光基板を２次元的に移動自在なステージ上
に載置し、このステージにより感光基板を歩進（ステッ
ピング）させて、マスクのパターンの像を感光基板上の
各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す、所謂ス
テップ・アンド・リピート方式の露光装置、例えば縮小
投影型のステッパーが多用されている。また、近時にお
いては、露光時にマスクと基板とを同期走査して走査露
光を行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装置も
用いられている。

【０００４】近年、特に半導体集積回路は高速化、高機
能化、低消費電力化、及び小型化等の要求から１５０〜
１８０ｎｍ程度のプロセスルールで製造されることが多
い。かかる微細な回路を高い精度をもって製造するに
は、マスクに形成されたパターンの像を高い精度で忠実
に基板上に転写する必要がある。このため、露光装置が
備える投影光学系は極力残存収差が小さくなるように設
計、製造、及び調整されている必要がある。

【０００５】また、マスクのパターンを転写するときに
は、投影光学系の最良結像位置に対して基板を正確に位
置合わせするとともに、投影光学系を介して基板上に照
射される照明光のテレセントリック性の崩れ量が極力小
さくなるように投影光学系を調整する必要がある。さら
に、照明光学系から射出され、マスクを照射する照明光
については、マスクに対する照明光のテレセントリック
性の崩れ量があると、投影光学系を介して最終的に基板
上に照射される照明光のテレセントリック性に影響を与
えるため、この照明光のテレセントリック性も極力小さ
くする必要がある。以下、照明光のテレセントリック性
の崩れによるものを含め、最終的に基板に投影される投
影光の基板に対するテレセントリック性の崩れ量を「テ
レセン」という。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したテ
レセンを正確に零にすることは現実的には困難であるた
め、僅かではあってもテレセンが残留することになる。
この場合において、基板が投影光学系の最良結像位置か
らデフォーカスした状態となると、デフォーカス量に応
じて投影光学系の光軸に直交する方向に像が変位（シフ
ト）し、投影光学系による像の投影倍率が変化し、ある
いは光学収差としてのディストーション（歪曲収差）が
変化する。ここで、シフト量や投影倍率は、最良結像位
置に対する基板のデフォーカス量に対して線形的に変化
し、ディストーションは非線形的に変化する。

【０００７】上述したデフォーカス量は投影光学系の焦
点深度内に収まる程度であるから、テレセンの残留によ
る結像特性への悪影響は、従来はそれほど問題とされな
かった。

【０００８】しかしながら、近年のパターンの微細化の
要求に伴って、テレセンが零でないことにより生ずるデ
フォーカスに応じた像のシフト、投影倍率の変化、ある
いはディストーションによる影響を無視することはでき
なくなってきている。

【０００９】マイクロデバイスの製造においては、通
常、基板上に設定された複数の区画領域（ショット）毎
に、マスクとショットとの相対的な位置を正確に位置合
わせした状態で、マスクに形成されたパターンの像を基
板に転写する工程が数回〜数十回程度繰り返し行われ
る。基板上に形成するパターンが微細化している現在で
は、投影光学系の光軸方向における基板の位置がショッ
ト毎に検出され、調整される。従って、上述した像のシ
フト、投影倍率の変化、あるいはディストーションはシ
ョット毎に異なるため、ショット毎に重ね合わせ精度を
悪化させるという問題が生じる。

【００１０】また、一台の露光装置で一枚の基板に対す
る全ての露光処理を行うわけではなく、一枚の基板に対
して異なる露光処理（相異なるパターンの転写）を行っ
ているため、露光装置間の特性（例えば、上述した露光
装置毎のテレセンの相違に起因する像のシフト、投影倍
率の変化、又はディストーションの相違等）のばらつき
に起因する重ね合わせ精度（トータル・オーバーレイ）
を悪化させるという問題がある。

【００１１】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、照明光の入射方向に基板がデ
フォーカスした場合であっても、照明光の基板に対する
テレセントリック性の崩れ等に起因して生ずる誤差を適
正に補正することにより、重ね合わせ精度の悪化を防止
し、高密度、高品質、高信頼なデバイス等を製造できる
ようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す例で
は、理解の容易化のため、本発明の各構成要件に実施形
態の図に示す代表的な参照符号を付して説明するが、本
発明の構成又は各構成要件は、これら参照符号によって
拘束されるものに限定されない。

【００１３】１．本発明の第１の観点によると、パター
ンが形成されたマスク（Ｒ）に照明光を照射（ＩＬ１）
し、該マスクを介した照明光（ＩＬ２）で基板（Ｗ）を
露光する露光方法であって、前記照明光（ＩＬ２）の入
射方向の複数の位置に前記基板を移動させつつ、前記照
明光の光路に設けられた光学系（１２、１３、１６、Ｐ
Ｌ）に起因する誤差をそれぞれ予め測定する測定工程
（Ｓ１０〜Ｓ２０）と、前記基板を露光する際に前記照
明光の入射方向における前記基板の位置を検出する位置
検出工程（Ｓ３４）と、前記位置検出工程により検出さ
れた前記基板の位置における前記測定工程により測定さ
れた対応する誤差を低減するように、前記光学系の光学
特性を補正する補正工程（Ｓ３７）と、前記補正工程に
よる補正を実施した後に、前記基板を露光する露光工程
（Ｓ３８）とを備えた露光方法が提供される（請求項
１）。

【００１４】この露光方法において、より具体的には、
前記光学系に起因する誤差としては、該光学系のテレセ
ントリック性の崩れに起因する誤差や該光学系の光学収
差（歪曲収差）に起因する誤差を例示することができる
（請求項２，３）。

【００１５】この露光方法では、照明光の入射方向にお
ける基板の位置に応じて、光学系に起因する誤差を予め
測定しておき、基板の露光時に照明光の入射方向におけ
る該基板の位置に応じて、その位置における誤差が低減
するように該光学系の光学特性を補正するようにしてい
るので、基板の露光時に該基板が僅かにデフォーカスし
て位置決めされた場合であっても、マスクのパターンを
基板上の最適位置に忠実に露光転写することができる。

【００１６】上述した露光方法において、特に限定され
ないが、前記補正工程（Ｓ３６、Ｓ３７）では前記光学
系（１２、１３、１６、ＰＬ）の倍率を補正するように
できる（請求項４）。

【００１７】上述した露光方法において、特に限定され
ないが、前記補正工程（Ｓ３６、Ｓ３７）は、前記位置
検出工程（Ｓ３４）により検出された前記基板（Ｗ）の
位置における前記測定工程（Ｓ１０〜Ｓ２０）により測
定された対応する誤差を低減するように、前記照明光
（ＩＬ２）の入射方向に直交する面内での前記基板の位
置を補正する位置補正工程（Ｓ３６）を含むことができ
る（請求項５）。

【００１８】上述した露光方法において、特に限定され
ないが、前記測定工程（Ｓ１０〜Ｓ２０）は、前記基板
（Ｗ）上における前記マスク（Ｒ）を介した照明光（Ｉ
Ｌ２）の空間像を測定する空間像測定工程（Ｓ１４）を
含むことができる（請求項６）。

【００１９】上述した露光方法において、特に限定され
ないが、前記測定工程（Ｓ１０〜Ｓ２０）は、前記マス
ク（Ｒ）に照射する前記照明光（ＩＬ１）の照明条件を
変更しつつ行うことが望ましい（請求項７）。

【００２０】上述した露光方法において、特に限定され
ないが、前記位置検出工程（Ｓ３４）、前記補正工程
（Ｓ３６）及び前記露光工程（Ｓ３８）は、前記基板
（Ｗ）上に設定された複数の区画領域（ショット領域）
毎に行うようにできる（請求項９）。

【００２１】２．本発明の第２の観点によると、パター
ンが形成されたマスク（Ｒ）に照明光（ＩＬ１）を照射
し、該マスクを介した照明光（ＩＬ２）で基板（Ｗ）を
露光する露光装置であって、前記基板を前記照明光の入
射方向に移動する昇降装置を含む移動装置（１９）と、
前記照明光の入射方向における前記基板の位置を検出す
る位置検出装置（２４ａ、２４ｂ）と、前記照明光の光
路に設けられた光学系（１２、１３、１６、ＰＬ）に起
因する誤差を測定する測定装置（２６）と、前記光学系
の光学特性を補正する補正装置（２９、３０、３２、３
３）と、前記照明光の入射方向の複数の位置に前記基板
を移動しつつ、前記光学系に起因する誤差をそれぞれ測
定するよう前記移動装置及び前記測定装置を制御する第
１制御装置（２５）と、前記基板の露光時に、前記位置
検出装置により検出された前記基板の位置における前記
測定装置により測定された対応する誤差を低減するよう
に、前記補正装置を制御する第２制御装置（２５、２
８）とを備えた露光装置が提供される（請求項９）。

【００２２】この露光装置では、照明光の入射方向にお
ける基板の位置に応じて、光学系に起因する誤差、例え
ば、該光学系のテレセントリック性の崩れに起因する誤
差や該光学系の光学収差に起因する誤差を測定してお
き、基板の露光時に照明光の入射方向における該基板の
位置に応じて、その位置における誤差が低減するように
該光学系の光学特性を補正するようにしているので、基
板の露光時に該基板が僅かにデフォーカスして位置決め
された場合であっても、マスクのパターンを基板上の最
適位置に忠実に露光転写することができる。

【００２３】上述した露光装置において、特に限定され
ないが、前記補正装置は、前記マスク（Ｒ）と前記基板
（Ｗ）の間に配置される投影光学系（ＰＬ）の倍率を補
正する倍率補正装置（２９）を含むことができる（請求
項１０）。

【００２４】上述した露光装置において、特に限定され
ないが、前記補正装置は、前記マスク（Ｒ）と前記基板
（Ｗ）との間に配置される投影光学系（ＰＬ）の光学収
差を補正する収差補正装置（２９）を含むことができる
（請求項１１）。

【００２５】上述した露光装置において、特に限定され
ないが、前記移動装置（１９）は、前記基板（Ｗ）を前
記照明光（ＩＬ２）の入射方向に直交する面内で移動す
るシフト装置（１９）を含み、前記第２制御装置（２
５、２８）は、前記補正装置（２９、３０、３２、３
３）による補正と併せて、前記基板の位置を補正するよ
う前記シフト装置（２９）を制御するようにできる（請
求項１２）。

【００２６】上述した露光装置において、特に限定され
ないが、前記測定装置（２６）は、前記基板（Ｗ）上に
おける前記マスク（Ｒ）を介した照明光（ＩＬ２）の空
間像を測定する空間像測定装置を含むことができる（請
求項１３）。

【００２７】上述した露光装置において、特に限定され
ないが、前記マスク（Ｒ）に照射する照明光（ＩＬ１）
を異なる照明条件に設定する照明条件設定装置（１１）
をさらに備え、前記測定装置（２６）は、前記マスクに
照射する前記照明光の照明条件を変更しつつ、前記測定
を実施するようにできる（請求項１４）。

【００２８】３．本発明の第３の観点によると、上述し
た露光方法又は露光装置を用いて前記マスク（Ｒ）に形
成されたパターンの像を前記基板（Ｗ）に転写する転写
工程（Ｓ５３）を含むデバイス製造方法が提供される
（請求項１５，１６）。マスクのパターンの像を高精度
で基板上に露光転写することができるので、高品質で高
信頼なデバイスを製造することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係
る露光装置の構成を示す図である。本実施形態において
はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を用いた
場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明において
は、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、この
ＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係につい
て説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面
に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して
垂直となる方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系
は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、
Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。Ｘ軸に沿う方向がスキ
ャン（走査）方向である。

【００３０】図１において、露光光源１としては断面が
略長方形状の平行光束である照明光ＩＬを射出するＡｒ
Ｆエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が用いられ
る。この露光光源１としては、これ以外に、例えばｇ線
（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を射出す
る超高圧水銀ランプ、又はＫｒＦエキシマレーザ（波長
２４８ｎｍ）、若しくはＦ_２レーザ（波長１５３ｎｍ）
を用いることができる。

【００３１】露光光源１から射出された照明光ＩＬは露
光装置本体との間で光路を位置的にマッチングさせるた
めの可動ミラー等を含むビームマッチングユニット（Ｂ
ＭＵ）２を通り、光アッテネータとしての可変減光器３
に入射する。なお、露光光源１の発光の開始、停止、及
び出力（発振周波数、パルスエネルギー）の制御、並び
に、可変減光器３における減光率の補正は、後述する主
制御系２５の制御の下で行われ、基板としてのウエハＷ
に照射される照明光ＩＬ２の光量が制御される。

【００３２】可変減光器３を通った照明光ＩＬは、所定
の光軸に沿って配置される第１レンズ系４ａ及び第２レ
ンズ系４ｂからなるビーム整形光学系５を経て、第１段
のオプティカル・インテグレータとしての第１フライア
イレンズ６に入射する。この第１フライアイレンズ６か
ら射出された照明光ＩＬは、第１レンズ系７、光路折り
曲げ用のミラー８、及び第２レンズ系９を介して第２段
のオプティカル・インテグレータとしての第２フライア
イレンズ１０に入射する。なお、オプチカル・インテグ
レータとしては、第１及び第２フライアイレンズ６，１
０に限られず、例えば、内面反射型インテグレータ（ロ
ッドインテグレータなど）又は回折光学素子等を用いて
もよい。フライアイレンズ６，１０は、この実施形態で
は、照度分布均一性を高めるために直列に２段配置した
が、１段であってもよい。

【００３３】第２フライアイレンズ１０の射出面、即ち
マスクとしてのレチクルＲに形成されたパターンＤＰの
パターン形成面（レチクル面）に対する光学的なフーリ
エ変換面（照明光学系の瞳面）には開口絞り板１１が回
転自在に配置されている。ここで、開口絞り板１１の構
成について説明する。図２は開口絞り板１１の正面図で
ある。図２に示すように、開口絞り板１１には、通常照
明用の円形の開口絞り１１ａ、変形照明用の一例として
の輪帯照明用の開口絞り１１ｂ、変形照明の別の例とし
ての変形光源（又はいわゆる傾斜照明）用の複数（図２
に示した例では４個）の偏心した小開口よりなる開口絞
り１１ｃ、及び小さいコヒーレンスファクタ（σ値＝照
明光学系の射出側開口数／投影光学系ＰＬの入射側開口
数）用の小円形の開口絞り１１ｄが切り換え自在に配置
されている。

【００３４】開口絞り板１１は、本発明にいう照明光を
異なる照明条件（通常照明、変形照明、及び小σ照明）
に設定する照明条件設定装置に相当するものであり、後
述する主制御系２５が駆動モータ３１を制御して開口絞
り１１ａ〜１１ｄの位置を制御するすることにより照明
条件が設定される。図１に示した例では、開口絞り１１
ａが光路上に配置され、照明条件が通常照明に設定され
ている場合を図示している。なお、開口絞り板１１の代
わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学
系内に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光
学系の光軸に沿って可動なプリズム（円錐プリズム、多
面体プリズムなど）、及びズーム光学系の少なくとも１
つを含む光学ユニットを、光源１とオプティカルインテ
グレータ（６又は１０）との間に配置し、そのオプティ
カルインテグレータがフライアイレンズであるときはそ
の入射面上での照明光の強度分布、そのオプティカルイ
ンテグレータが内面反射型インテグレータであるときは
その入射面に対する照明光の入射角度範囲を可変とする
ことで、照明光学系の瞳面上での照明光の光量分布（２
次光源の大きさや形状）、即ち照明条件の変更に伴う光
量損失を抑えることが望ましい。

【００３５】第２フライアイレンズ１０から射出され
て、開口絞り１１ａを透過した照明光ＩＬは光軸にＡＸ
に沿って第１レンズ系１２及び第２レンズ系１３を経て
順次、固定ブラインド（固定照明視野絞り）１４ａ及び
可動ブラインド（可動照明視野絞り）１４ｂに入射す
る。後者の可動ブラインド１４ｂは、レチクル面に対す
る共役面に設置され、前者の固定ブラインド１４ａはそ
の共役面から所定量だけデフォーカスした面に配置され
ている。

【００３６】固定ブラインド１４ａは、例えば特開平４
−１９６５１３号に開示されているように、投影光学系
ＰＬの円形視野内の中央で走査露光方向と直交した方向
に直線スリット状又は矩形状（以下、まとめて「スリッ
ト状」という）に伸びるように配置された開口部を有す
る。可動ブラインド１４ｂは、ウエハＷに設定された各
区画領域（ショット領域）への走査露光の開始時及び終
了時に不要な露光を防止するために、照明視野領域の走
査方向の幅を可変とするために使用される。可動ブライ
ンド１４ｂは、さらに走査方向（Ｘ方向）と直交した非
走査方向（Ｙ方向）に関してレチクルＲのパターンＤＰ
が形成された領域のサイズに応じてその幅を可変とする
ためにも使用される。可動ブラインド１４ｂには駆動機
構３４が取り付けられており、後述する主制御系２５か
ら出力される制御信号に基づいて駆動機構３４が可動ブ
ラインド１４ｂのＹＺ平面内における位置を設定する。

【００３７】露光時に固定ブラインド１４ａを通過した
露光光ＩＬは、光折り曲げ用のミラー１５及びレンズ系
１６を介してレチクルＲのパターン面の照明領域（照明
視野領域）を照明する。前記レンズ系１６は、例えば、
結像用のレンズ系、副コンデンサレンズ系、及び主コン
デンサレンズ系からなる。本実施形態では以上説明し
た、ビームマッチングユニット２、可変減光器３、第１
レンズ系４ａ及び第２レンズ系４ｂからなるビーム整形
光学系５、第１フライアイレンズ６、第１レンズ系７、
光路折り曲げ用のミラー８、第２レンズ系９、第２フラ
イアイレンズ１０、開口絞り板１１、第１レンズ系１
２、第２レンズ系１３、固定ブラインド１４ａ、可動ブ
ラインド１４ｂ、光折り曲げ用のミラー１５、及びレン
ズ系１６により照明光学系が構成される。なお、以下の
説明では、便宜のため照明光学系から射出され、レチク
ルＲに照射される照明光ＩＬを「照明光ＩＬ１」とす
る。

【００３８】照明光ＩＬ１がレチクルＲに照射される
と、レチクル面に形成されているパターンＤＰの像が投
影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率α（αは例えば１
／４，１／５等）で投影光学系ＰＬの結像面に配置され
たウエハＷに設定されたショット領域に投影され、パタ
ーンＤＰの像が転写される。ウエハＷは、例えば半導体
（シリコン等）又はＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩ
ｎｓｕｌａｔｏｒ）等の円形状の基板である。なお、以
下では、説明の便宜のため、レチクルＲに形成されたパ
ターンＤＰ等のパターンを含み投影光学系ＰＬを介して
ウエハＷに照射される照明光を「照明光ＩＬ２」とい
う。

【００３９】レチクルＲには、前述したパターンＤＰの
他にレチクルＲの位置を計測するためのマーク及び後述
する照明特性を測定するためのマークを含むレチクルマ
ークＲＭが形成されている。このレチクルＲはレチクル
ステージ１７上に保持され、ウエハＷはその表面にフォ
トレジスト等の感光剤が塗布され、ウエハホルダ１８を
介してウエハステージ１９上に保持されている。

【００４０】投影光学系ＰＬはレンズエレメントＬ１、
Ｌ２等の複数の光学素子を有し、その光学素子の硝材と
しては照明光ＩＬ（ＩＬ２）の波長に応じて石英、蛍石
等の光学材料から選択される。なお、本実施形態の投影
光学系ＰＬは、ジオプトリック系（屈折系）であるが、
カタジオプトリック系（反射屈折系）を使用してもよ
い。

【００４１】ウエハステージ１９は本発明にいう移動装
置の一部をなすものであり、ウエハＷをウエハホルダ１
８上に載置した状態でＸＹ平面内において移動するＸＹ
ステージ（シフト装置）を有している。また、ウエハス
テージ１９は、ウエハホルダ１８が固定されるととも
に、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に移動可
能なウエハテーブル（昇降装置）を有し、このＺステー
ジによりウエハＷの表面のＺ方向の位置を任意に設定す
ることができるようになっている。ウエハステージ１９
は、例えばウエハテーブルを駆動して、ウエハＷをＸＹ
平面内で微小回転する機能、及びＺ軸に対する角度を変
化させてＸＹ平面に対するウエハＷの傾きを調整する機
能をも備えている。

【００４２】ウエハステージ１９の上面の一端には移動
鏡２０が取り付けられ、移動鏡２０の鏡面に対向した位
置にレーザ干渉計２１が配置されている。図１では図示
を簡略化しているが、移動鏡２０はＸ軸に垂直な鏡面を
有する平面鏡及びＹ軸に垂直な鏡面を有する平面鏡から
構成されている。また、レーザ干渉計２１は、Ｘ軸に沿
って移動鏡２０にレーザビームを照射する２個のＸ軸用
のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡２０にレーザビ
ームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｘ
軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の１個のレーザ干
渉計により、ウエハステージ１９のＸ座標及びＹ座標が
計測される。また、Ｘ軸用の２個のレーザ干渉計の計測
値の差により、ウエハステージ１９のＸＹ平面内におけ
る回転角が計測される。

【００４３】レーザ干渉計２１により計測されたＸ座
標、Ｙ座標、及び回転角の情報は位置情報として主制御
系２５へ出力される。主制御系２５は、供給された位置
情報をモニターしつつ駆動モータ２２へ制御信号を出力
し、ウエハステージ１９の位置決め動作を制御する。な
お、図１には示していないが、レチクルステージ１７に
もウエハステージ１９に設けられた移動鏡２０及びレー
ザ干渉計２１と同様のものが設けられており、レチクル
ホルダ１７のＸＹＺ位置等の情報が主制御系２５に入力
され、主制御系２５はこの情報を基にしてレチクルＲの
位置調整を行う。

【００４４】また、照明光ＩＬ１をレチクルＲに照射し
てパターンＤＰの像をウエハＷに転写する際に、主制御
系２５はレチクルＲとウエハＷとの同期走査を制御す
る。具体的には、レチクルＲ上の照明光ＩＬ１が照射さ
れる領域に対してレチクルＲを＋Ｘ方向（又は−Ｘ方
向）に速度Ｖ_ｒで走査するのに同期して、ウエハＷ上の
レチクルＲのパターンＤＰの像を含んだ照明光ＩＬ２が
投影される領域に対してウエハＷが−Ｘ方向（又は＋Ｘ
方向）に速度α・Ｖ_ｒ（αは投影光学系ＰＬの投影倍
率）で走査される。なお、走査の開始時及び終了時に不
要な部分への転写を防止するために、可動ブラインド１
４ｂの開閉動作が制御される。

【００４５】本実施形態に係る露光装置には、投影光学
系ＰＬの側方にオフ・アクシスのアライメントセンサ２
３が設けられている。このアライメントセンサ２３は、
ＦＩＡ（ＦｉｅｌｄＩｍａｇｅＡｌｉｇｎｍｅｎ
ｔ）方式のアライメントセンサであり、ウエハＷ上に設
定されたショット領域に対応して形成されたアライメン
トマーク（不図示）の位置情報を計測するために設けら
れている。

【００４６】このアライメントセンサ２３は、ハロゲン
ランプを光源として備え、ハロゲンランプから射出され
る光を検出光としてウエハＷ上に照射する。光源として
ハロゲンランプを用いるのは、ハロゲンランプの射出光
の波長域は５００〜８００ｎｍであり、ウエハＷ上面に
塗布されたフォトレジストを感光しない波長域であるた
め、及び波長帯域が広く、ウエハＷ表面における反射率
の波長特性の影響を軽減することができるためである。

【００４７】このアライメントセンサ２３は、検出光を
ウエハＷ上に照射して得られる反射光又は回折光をＣＣ
Ｄ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）等
の撮像素子で撮像し、画像解析を行ってアライメントマ
ークの位置情報を計測する。アライメントセンサ２３に
よって計測されたアライメントマークの位置情報は主制
御系２５へ出力される。主制御系２５はアライメントセ
ンサ２３から出力されるアライメントマークの位置情報
及び予め記憶している各ショット領域の位置情報等が含
まれるプロセスデータに基づいて、駆動モータ２２へ制
御信号を出力してウエハＷの位置決めを行う。アライメ
ントセンサ２３は、主としてウエハＷのＸＹ平面内にお
ける位置を計測するものである。

【００４８】また、本実施形態に係る露光装置はウエハ
ＷのＺ方向の位置を検出するために、位置検出装置とし
ての斜入射方式の面位置検出装置を投影光学系ＰＬの側
方に備えている。この面位置検出装置は、図１に示され
ているように、ウエハＷに対して斜め方向から検出光を
投射する投光系２４ａとウエハＷからの反射光を受光す
る受光系２４ｂとから構成されている。ここで、図３を
参照して面位置検出装置について詳細に説明する。図３
は面位置検出装置の構成を示す側面図である。図３に示
すように、光ファイバ４０の一端から射出された検出光
は、コンデンサレンズ４１を介して送光スリット板４２
に照射される。

【００４９】送光スリット板４２は、図４に示されてい
るように、例えば透明ガラス基板にクロム等の遮光用の
金属が蒸着されて構成され、その中央部にスリット４２
ａが形成されている。送光スリット板４２を検出光が透
過することにより検出光は送光スリット板４２に形成さ
れたスリット４２ａの形状に整形される。

【００５０】図３に戻り、送光スリット板４２に形成さ
れたスリット４２ａを透過した検出光は偏向ミラー４３
によって偏向され、対物レンズ４４を介してウエハＷの
表面に対して斜め方向からウエハＷ上に設定された検出
点ＳＰ０に入射する。よって、前述したスリット４２ａ
の像がウエハＷの検出点ＳＰ０に投射される。なお、光
ファイバ４０、コンデンサレンズ４１、送光スリット板
４２、偏向ミラー４３、及び対物レンズ４４により、面
位置検出装置の投光系２４ａ（図１参照）が構成され
る。

【００５１】ウエハＷによって反射、回折、又は散乱さ
れた検出光は、対物レンズ４５、振動ミラー４６、受光
スリット板４７、及び集光レンズ４８を順に介して光電
変換素子４９に至り、光電変換される。受光スリット板
４７に形成されたスリットは、その長手方向が送光スリ
ット板４２に形成されるスリット４２ａの長手方向と同
一の方向に設定される。なお、対物レンズ４５、振動ミ
ラー４６、受光スリット板４７、集光レンズ４８、及び
光電変換素子４９により、面位置検出装置の受光系２４
ｂ（図１参照）が構成される。

【００５２】ここで、上述した面位置検出装置の検出原
理について説明する。検出動作を行っている間、振動ミ
ラー４６は図３中の符号ｄ１が付された方向（スリット
４２ａの長手方向と同方向に設定された軸の周り）に振
動する。振動ミラー４６が振動することによりウエハＷ
の表面で反射されたスリット像は、受光スリット板４７
に形成されたスリットに対して振動する。従って、光電
変換素子４９は、受光スリット板４７及び集光レンズ４
５を通過した光を光電検出し、光電変換素子４９から出
力される信号に基づいて主制御系２５が所謂同期検波の
手法によってウエハＷの表面の位置（検出点ＳＰ０の位
置）を検出する。

【００５３】主制御系２５は、この検出結果に基づいて
ウエハＷのＺ方向の位置を調整し、さらに投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸに対する傾斜角を調整する。なお、図４に
おいては、１つのスリット４２ａのみが形成されている
場合を例示しているが、ウエハＷ上における複数点を同
時に計測するために、送光スリット板４２及び受光スリ
ット板４７に複数のスリットを形成することが好まし
い。

【００５４】本実施形態の露光装置は、照明光ＩＬの光
路中に設けられる光学系（照明光学系、投影光学系ＰＬ
等）に起因する誤差を、投影光学系ＰＬからウエハＷ上
に照射される空間像を検出することにより測定する測定
装置として、空間像測定装置２６をウエハステージ１９
内に備えている。

【００５５】ここで、光学系に起因する誤差とは、ウエ
ハＷに照射される照明光ＩＬ２のテレセントリック性の
崩れ（テレセン）により生ずるデフォーカスに起因する
誤差、即ち、照明光ＩＬ２に含まれる像のシフト（ＸＹ
平面内での位置ずれ）、投影倍率の変化、又は当該光学
系の光学収差としてのディストーション（歪曲収差）に
起因する誤差をいう。像のシフト量及び投影倍率は基板
のＺ方向の位置に応じて線形的に変化し、ディストーシ
ョンは基板のＺ方向の位置に応じて非線形的に変化す
る。なお、上述したテレセントリック性の崩れに起因す
る誤差には、投影光学系ＰＬに係るテレセントリック性
の崩れにより生ずるもののみならず、照明光学系に係る
テレセントリック性の崩れにより生じずるものも含まれ
る。

【００５６】図５は空間像測定装置２６の構成を示す断
面図である。図５に示されているように、空間像測定装
置２６は、ウエハステージ１９の上面に形成された数ミ
リ程度の内径を有する開口部ＡＳ１、第１リレーレンズ
２６ａ、第２リレーレンズ２６ｂ、及びＣＣＤ等の撮像
素子２６ｃを備えて構成される。第１リレーレンズ２６
ａ及び第２リレーレンズ２６ｂは、ウエハＷがウエハス
テージ１９上に載置されたときのウエハＷの上面とほぼ
同一となるように設定された焦点面ＣＰと撮像素子２６
ｃの撮像面とを光学的に共役にする。よって、焦点面Ｃ
Ｐが投影光学系ＰＬの結像面と一致しているときに、投
影光学系ＰＬを介して照射される空間像のコントラスト
が最も鮮明となる。撮像素子２６ｃで撮像された空間像
の画像信号は主制御系２５へ出力されて画像処理が施さ
れる。空間像測定装置２６を用いてウエハＷに照射され
る空間像を測定する際には、レチクルステージ１７を移
動して、レチクルＲに形成されたレチクルマークＲＭを
照明光ＩＬ１の照射位置に配置する。

【００５７】主制御系２５は、画像処理した結果に基づ
いてレチクルマークＲＭの位置情報を求め、求めた位置
情報の（仮想的な）理想格子からのずれ量に基づいて誤
差量を測定する。画像処理して求められる理想格子から
のずれ量は、上述の像のシフト量、投影倍率の変化、及
びディストーションを全て含んだものであるため、主制
御系２５は、得られた理想格子からのずれ量に対して演
算処理を施して像のシフト量、投影倍率の変化、及びデ
ィストーション毎に分離することによりそれぞれの誤差
量を得る。

【００５８】この誤差量はＺ方向の位置に応じて変化す
るため、Ｚ方向の複数の位置に対して測定する必要があ
る。図５を用いて説明したように、焦点面ＣＰはウエハ
Ｗの上面とほぼ同一に設定されているので、空間像測定
装置２６がＺ軸方向のどの位置の空間像を測定している
かは、図１中の投光系２４ａ及び受光系２４ｂからなる
面位置検出装置によりウエハＷのＺ方向の位置を検出す
ることにより得ることができる。よって、主制御系２５
は、面位置検出装置の検出結果（ウエハＷのＺ方向の位
置）と得られた誤差量とを対応づけて誤差データとして
記憶装置２７に記憶する。この記憶装置２７は、例えば
半導体メモリ等の内部記憶装置やハードディスク等の外
部記憶装置によって実現される。

【００５９】さらに、本実施形態の露光装置は、主制御
系２５の制御の下、ウエハＷのＺ軸方向の位置と記憶装
置２７に記憶されている誤差データとに基づいて、投影
光学系ＰＬの光学特性（結像特性）を補正することによ
り、ウエハＷに投影される像の形状が最適な状態となる
ように補正・調整する結像特性制御装置２８を備えてい
る。

【００６０】投影光学系ＰＬには、その一部のレンズエ
レメント（例えば、レチクルＲにより近い位置に配置さ
れたレンズエレメントＬ１，Ｌ２）を光軸ＡＸ軸方向に
駆動するとともに、その光軸ＡＸに垂直な平面に対して
傾斜させるレンズ駆動機構２９が設けられている。な
お、図１においてはレンズ駆動機構２９を簡略化して図
示しているが、レンズ駆動機構２９は、例えば電子式の
マイクロメータ、又はピエゾ素子等の駆動素子を備え、
駆動装置に印加する電圧を変更調整することにより、当
該レンズエレメントＬ１，Ｌ２等の姿勢及び位置を制御
する。レンズ駆動機構２９によって、投影光学系ＰＬの
光学特性を変更調整することにより、投影倍率αやディ
ストーションを補正することができる。なお、結像特性
制御装置２８は本発明にいう第２制御装置に相当し、レ
ンズ駆動機構２９は本発明にいう補正装置に相当する。

【００６１】また、上述した第２フライアイレンズ１
０、第１レンズ系１２、及び第２レンズ系１３にはそれ
ぞれ第１駆動ユニット３０、第２駆動ユニット３２、及
び駆動ユニット群３３が装着されている。第１駆動ユニ
ット３０は第２フライアイレンズ１０の光軸ＡＸ方向
（図１中矢印Ａ１の方向）の位置を調整し、第２駆動ユ
ニット３２は、第１レンズ系１２の光軸ＡＸ方向（図１
中矢印Ａ２の方向）の位置を調整する。また、駆動ユニ
ット群３３は、第２レンズ系１３の光軸ＡＸに垂直な面
（ＹＺ平面）内における位置、及び光軸ＡＸに対する第
２レンズ系１３の傾斜角を制御する。

【００６２】第１駆動ユニット３０、第２駆動ユニット
３２、及び駆動ユニット群３３としては、例えば電子式
のマイクロメータ、又はピエゾ素子等で駆動対象の光学
部材のフランジ部を変位させる駆動装置を使用すること
ができる。この場合、各駆動ユニットにはそれぞれ駆動
可能範囲（駆動ストローク）内での光学部材の変位量を
示すエンコーダ（ロータリエンコーダ等）が組み込まれ
ており、これらのエンコーダの検出値が主制御系２５に
供給され、主制御系２５はこの検出結果に基づいて第１
駆動ユニット３０、第２駆動ユニット３２、及び駆動ユ
ニット群３３各々を駆動して第２フライアイレンズ１
０、第１レンズ系１２、及び第２レンズ系１３の状態を
制御する。

【００６３】ここで、第２フライアイレンズ１０、第１
レンズ系１２、及び第２レンズ系１３の位置等を調整す
るのは、レチクルＲに照射される照明光ＩＬ１につい
て、レチクルＲに対する照明光ＩＬ１のテレセントリッ
ク性の崩れ量が極力小さくなるように設定することで、
ウエハＷに対する照明光ＩＬ２のテレセントリック性の
崩れ量に与える影響を極力小さくするためである。これ
は、別の観点から着目すると、第２フライアイレンズ１
０、第１レンズ系１２、及び第２レンズ系１３の位置等
を調整することにより、ウエハＷに投影される像の位置
ないし形状を補正できることを意味している。従って、
誤差低減のための光学特性の補正は、上述した投影光学
系ＰＬについてのレンズ駆動機構２９によって実施する
ことに加えて、あるいは単独で、これらの第１駆動ユニ
ット３０、第２駆動ユニット３２、及び駆動ユニット群
３３によって実施するようにしてもよい。

【００６４】次に、本発明に係る露光装置が備える空間
像測定装置２６を用いて、ウエハＷに投影される像につ
いての誤差を、露光処理に先立って予め測定する際の動
作について説明する。図６は当該誤差を測定する際の露
光装置の一動作例を示すフローチャートである。

【００６５】誤差を測定するにあたり、まず主制御系２
５はレチクルステージ１７を移動してレチクルＲに形成
されているレチクルマークＲＭを照明光ＩＬ１が照射さ
れる位置に配置するとともに、図示しないウエハローダ
を制御してウエハＷをウエハホルダ１８上に載置する
（ステップＳ１０）。ここで、ウエハＷをウエハホルダ
１８上に載置するのは、図１中の投光系２４ａ及び受光
系２４ｂからなる面位置検出装置を用いてウエハＷのＺ
方向の位置を検出するためである。

【００６６】次に、主制御系２５は、駆動モータ３１を
制御して回転開口絞り板１１を適宜に回転させることに
より、所定の照明条件に設定する（ステップＳ１１）。
ここでは、第２フライアイレンズ１０の射出面に開口絞
り１１ａが配置され、照明条件として通常照明が設定さ
れているものとする。以上の処理が終了すると、主制御
系２５は、駆動モータ２２を制御してウエハステージ１
９をＺ軸方向に移動させてウエハＷをＺ軸方向の初期位
置に設定する（ステップＳ１２）。

【００６７】その後、主制御系２５は面位置検出装置を
用いて初期位置に設定されたウエハＷのＺ軸方向の正確
な位置を検出する（ステップＳ１３）。次に、主制御系
２５は駆動モータ２２を介してＸＹ平面内でウエハステ
ージ１９を移動させるとともに、照明光ＩＬ１をレチク
ルＲに照射し、投影光学系ＰＬを介してレチクルマーク
ＲＭの縮小像を含む照明光ＩＬ２が照射される位置（レ
チクルマークＲＭが投影される位置）に空間像測定装置
２６を配置し、レチクルマークＲＭの空間像を測定する
（ステップＳ１４）。通常、レチクルＲには複数のレチ
クルマークＲＭが形成されているため、照明光ＩＬ２に
は複数のレチクルマークＲＭの像が含まれる。従って、
主制御系２５は、ウエハステージ１９をＸＹ平面内で移
動させて投影されるレチクルマークＲＭの像の位置に順
次空間像測定装置２６を配置して空間像を測定する。こ
れにより、前述のブラインド１４ａ，１４ｂによって規
定されるレチクルＲの照明領域（照明光ＩＬ１の照射領
域）、即ち投影光学系ＰＬに関して照明領域と共役な露
光領域（照明光ＩＬ２の照射領域）内の複数点でそれぞ
れレチクルマークＲＭの投影像が検出されることにな
る。なお、本実施形態では照明領域内の全てのレチクル
マークＲＭを同時に照明光ＩＬ１で照明することとした
が、例えば可動ブラインド１４ｂによって照明領域を部
分的に遮光しながら、複数のレチクルマークＲＭの一部
を選択して照明光ＩＬ１を照明するようにしてもよい。

【００６８】次に、主制御系２５は測定された空間像に
対して画像処理を施し、ウエハＷ上に投影されるレチク
ルマークＲＭの像の位置を求め、この像の位置の理想格
子からのずれ量を求める。図７は、ウエハＷ上に投影さ
れるレチクルマークＲＭの像が理想格子からずれる様子
を示す図である。なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）にお
いては理想格子を破線で示している。図７（ａ）に示し
たレチクルマークＲＭは、長手方向がＸ方向の矩形形状
のマーク要素をＹ方向に配列してなるマークと、長手方
向がＹ方向の矩形形状のマーク要素をＸ方向に配列して
なるマークとをその中心が一致するように重畳させた形
状をしており、各レチクルマークＲＭは理想格子上に配
置されるように形成されている。よって、このレチクル
マークＲＭの像が忠実にウエハＷ上に投影されれば、レ
チクルマークＲＭの中心位置は理想格子上に配置される
筈である。

【００６９】しかしながら、実際には、テレセンやディ
ストーションの影響で、図７（ｂ）に示したように、レ
チクルマークＲＭの像が理想格子の位置からずれてしま
う。図７（ｂ）において、符号Ｐを付した点は計測され
たレチクルマークＲＭの像の中心位置を示しており、各
像の中心位置に付随して付した矢印は、各像のずれ方向
とずれ量とを示している。上述したように、この理想格
子からの像のずれ量は、像のＸＹ面内におけるシフト
量、投影倍率の変化、及びディストーションを全て含ん
だものであるため、主制御系２５は、得られた理想格子
からの像のずれ量に対して演算処理を施して像のシフト
量、投影倍率の変化、及びディストーション毎に分離す
ることにより、それぞれの誤差量を得る（ステップＳ１
５）。以上の処理によって誤差量を求めると、主制御系
２５はステップＳ１３で検出されたウエハＷのＺ方向の
位置とステップＳ１５で得た誤差量とを対応づけて照明
条件とともに記憶装置２７に誤差データとして記憶する
（ステップＳ１６）。

【００７０】次に、主制御系２５は、現在のウエハＷの
Ｚ方向の位置（ステップＳ１３で検出された位置）が予
め設定されたＺ方向における移動範囲外であるか否かを
判断する（ステップＳ１７）。ウエハＷのＺ方向の移動
範囲は、例えば投影光学系ＰＬの設計値から求められる
焦点深度内、又はこの焦点深度を含んである範囲となる
ように予め設定されている。ここで、移動範囲内である
と判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、主
制御系２５は駆動モータ２２を介してウエハステージ１
９を所定量だけＺ方向に移動させ（ステップＳ１８）、
ステップＳ１３に戻り、上述と同様の処理を繰り返す。

【００７１】一方、ステップＳ１７において、ウエハＷ
のＺ方向の位置が移動範囲外であると主制御系２５が判
断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、次に
全照明条件（通常照明、変形照明、及び小σ照明）につ
いての上述した測定処理が終了したか否かを判断する
（ステップＳ１９）。全照明条件をまだ終了していない
と判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、主
制御系２５は駆動モータ３１を制御して開口絞り板１１
を回転させることにより、照明条件を他の照明条件に変
更する（ステップＳ２０）。例えば、第２フライアイレ
ンズ１０の射出面に開口絞り１１ｂを配置することによ
り照明条件を輪帯照明に変更する。照明条件を変更した
後は、ステップＳ１２に戻り、上述したステップと同様
のステップが実施される。

【００７２】一方、ステップＳ１９において全照明条件
が終了したと主制御系２５が判断した場合には、当該誤
差を測定する一連の動作が終了する。このようにして、
ウエハＷのＺ方向の位置と誤差との関係が求められる。
なお、図６に示したステップＳ１０〜Ｓ２０は、本発明
にいう測定工程に相当する。

【００７３】次に、本実施形態の露光装置を用いてウエ
ハＷの露光処理を行う際の動作について説明する。図８
は露光処理を示すフローチャートである。露光処理が開
始すると、まず主制御系２５は駆動モータ３１を制御し
て開口絞り板１１を回転させることにより、照明条件
（通常照明、変形照明、及び小σ照明の何れ）を設定す
る（ステップＳ３０）。次に、主制御系２５は露光処理
で用いるレチクルＲをレチクルステージ１７上に配置し
た後、レチクルステージ１７を移動し、照明光ＩＬ１が
照射される位置にパターンＤＰを配置する（ステップＳ
３１）。次に、図示しないウエハローダを制御してウエ
ハＷをウエハホルダ１８上に載置する（ステップＳ３
２）。

【００７４】ウエハＷの載置が終了すると、次にアライ
メントセンサ２３を用いてウエハＷ上に形成されたアラ
イメントマークの位置を計測することにより、ウエハＷ
の位置を計測する（ステップＳ３３）。次に、投光系２
４ａ及び受光系２４ｂからなる面位置検出装置を用いて
ウエハＷのＺ方向の位置を検出する（ステップＳ３
４）。ウエハＷのＺ方向の位置が検出されると、主制御
系２５はステップＳ３０で設定した照明条件において、
ステップＳ３４で検出されたＺ方向の位置に対応づけら
れている誤差データを記憶装置２７から読み出す（ステ
ップＳ３５）。

【００７５】次に、主制御系２５はステップＳ３５で読
み出した誤差データに基づいて、露光対象のショット領
域のＸＹ平面内における位置を補正する（ステップＳ３
６）。ここでは、ウエハＷのＺ方向の位置のずれ量に応
じて生ずるシフト量が補正されるように、ＸＹ平面にお
いてウエハステージ１９を移動させる。シフト量の補正
とともに、主制御系２５は、ステップＳ３６で読み出し
た誤差データに基づいて結像特性制御装置２８に制御信
号を出力してレンズ駆動機構２９を駆動することによ
り、ウエハＷのＺ方向の位置ずれに応じて投影光学系Ｐ
Ｌの投影倍率や歪曲収差を補正する。ステップＳ３６及
びステップＳ３７において補正処理を行うことにより、
ウエハＷに照射される照明光ＩＬ２のテレセンが零でな
いことや光学系の光学収差に起因して生ずる誤差が、ウ
エハＷのＺ方向の位置に応じて適正に補正されることに
なる。

【００７６】以上の工程が終了すると、照明光ＩＬ１を
レチクルＲに照射し、主制御系２５はレチクルＲとウエ
ハＷとを同期走査しつつ、投影光学系ＰＬを介してレチ
クルＲに形成されたパターンＤＰの縮小像をウエハＷに
転写する。１つのショットに対する転写が終了すると、
次に主制御系２５は露光すべきショットが他に有るか否
かを判断し（ステップＳ３９）、有ると判断した場合に
はウエハステージ１９をＸＹ平面内で移動させて次に露
光するショットを所定の位置に配置する（ステップＳ４
０）。一方、ステップＳ３９にて、露光すべきショット
が他に無いと判断した場合には、ステップＳ４１におい
て露光すべきウエハが他に存在するか否かを判断し、存
在する場合にはステップＳ４２にて図示しないウエハロ
ーダを用いてウエハホルダ１８に載置されていたウエハ
Ｗを搬出するとともに、未処理のウエハＷ搬入すること
によりウエハＷの交換を行って、ステップＳ３２の処理
に戻る。一方、ステップＳ４１において他のウエハＷが
無いと判断した場合には、ウエハホルダ１８上に載置さ
れているウエハＷを搬出することにより一連の露光処理
が終了する。

【００７７】なお、上述した説明ではＺ方向における誤
差データの測定は、精度の観点からはなるべく短いピッ
チで行うことが望ましいが、非常に短いピッチで行った
場合、データの採取に時間を要し、あるいはデータ量が
膨大となるため、スループットやデータ量の観点から比
較的に粗い妥当なピッチに設定し、露光時におけるウエ
ハＷのＺ方向の位置に対応する誤差データがない場合に
は、最も近い誤差データを使用し、あるいは当該露光時
におけるウエハＷのＺ方向の位置が含まれる二点間を線
形補間して対応する誤差データを算出するようにすると
よい。

【００７８】以上説明した実施形態は、本発明の理解を
容易にするために記載されたものであって、本発明を限
定するために記載されたものではない。従って、上記の
実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に
属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

【００７９】例えば、上述した説明では、ステップ・ア
ンド・スキャン方式の縮小投影型露光装置に本発明を
適用した場合について説明しているが、ステップ・アン
ド・リピート方式の縮小投影型露光装置に適用すること
が可能である。また、半導体素子や液晶表示素子の製造
に用いられる露光装置だけでなく、プラズマディスプレ
イ、薄膜磁気ヘッド、及び撮像素子（ＣＣＤなど）の製
造にも用いられる露光装置、及びレチクル又はマスクを
製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに
回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用でき
る。さらに、マイクロマシンやＤＮＡチップを製造する
ための露光装置にも本発明を適用することができる。即
ち、本発明は、露光装置の露光方式や用途等に関係なく
適用可能である。

【００８０】なお、前述の実施形態では空間像測定装置
２６の全てをウエハステージ１９に設ける必要はなくそ
の一部、例えば照明光ＩＬ２が入射する受光面が少なく
ともウエハステージ１９に配置されていればよい。さら
に、空間像測定装置２６は撮像方式に限られるものでは
なく、レチクルマークＲＭの投影像とスリット状の開口
とを相対移動するとともに、その開口を通過する照明光
ＩＬ２の光量を検出する方式などでもよい。また、レチ
クルＲに形成されるレチクルマークＲＭの投影像を検出
する代わりに、例えばレチクルステージ１７に形成され
る基準マークの投影像を空間像測定装置２６で検出して
もよく、前述の実施形態と全く同様の効果を得ることが
できる。さらに、レチクルマークＲＭ又はレチクルステ
ージ１７の基準マークの数は任意でよく、必要に応じて
レチクルステージ１７を移動して、照明領域内の各計測
点にレチクルマークＲＭ又は基準マークを位置決めすれ
ばよい。

【００８１】また、本発明の補正装置はレンズ駆動機構
２９に限られるものではなく、例えば光源１の制御パラ
メータ（印加電圧など）を調整して、光源１から発振さ
れる照明光ＩＬの波長を所定範囲内でシフトさせる方式
を採用してもよいし、この方式とレンズ駆動機構２９と
を併用してもよい。なお、レンズ駆動機構２９によって
微動可能なレンズエレメントの数や位置は上記実施形態
に限られるものではなく任意で構わない。

【００８２】本実施形態の露光装置の照明光ＩＬとして
は、ｇ線やｉ線、又はＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエ
キシマレーザ、Ｆ_２レーザに限られず、Ｘ線や電子線な
どの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線
を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタ
ンヘキサボライト（ＬａＢ_６）、タンタル（Ｔａ）を用
いることができる。

【００８３】また、例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はフ
ァイバーレーザから発振される赤外域又は可視域の単一
波長レーザを、エルビウム（又はエルビウムとイットリ
ビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅
し、さらに非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換し
た高調波を用いてもよい。なお、単一波長発振レーザと
してはイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用
いる。

【００８４】さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみな
らず等倍および拡大系のいずれでもよい。投影光学系と
しては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は
硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を
用い、Ｆ_２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系また
は屈折系の光学系にし（レチクルも反射型タイプのもの
を用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系とし
て電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いれ
ばよい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にす
る。

【００８５】ウエハステージやレチクルホルダにリニア
モータ（ＵＳＰ５、６２３，８５３又はＵＳＰ５、５２
８、１１８参照）を用いる場合は、エアベアリングを用
いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス
力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、
ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいい
し、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。ステ
ージの駆動装置としては、２次元に磁石を配置した磁石
ユニットと、２次元にコイルを配置した電機子ユニット
とを対向させ電磁力によりステージを駆動する平面モ−
タを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユ
ニットとのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニ
ットと電機子ユニットとの他方をステージの移動面側に
設ければよい。

【００８６】ウエハステージの移動により発生する反力
は、特開平８−１６６４７５号公報（ＵＳＰ５、５２
８、１１８）に記載されているように、フレーム部材を
用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。レチクル
ステージの移動により発生する反力は、特開平８−３３
０２２４号公報（ＵＳＳ／Ｎ０８／４１６，５５
８）に記載されているように、フレーム部材を用いて機
械的に床（大地）に逃がしてもよい。

【００８７】上述した本発明の実施形態に係る露光装置
（図１）は、ウエハＷを精度よく高速に位置制御するこ
とができ、スループットを向上しつつ高い露光精度で露
光が可能となるように、照明光学系、レチクルステージ
１７を含むレチクルアライメント系、ウエハステージ１
９を含むウエハアライメント系、投影光学系ＰＬ等の図
１に示された各要素が電気的、機械的、又は光学的に連
結して組み上げられた後、総合調整（電気調整、動作確
認等）をすることにより製造される。なお、露光装置の
製造は、温度及びクリーン度等が管理されたクリーンル
ームで行うことが望ましい。

【００８８】最後に、本発明の実施形態に係る露光装置
を使用したデバイスの製造について説明する。図９は、
本発明の実施形態に係る露光装置を用いてデバイス（Ｉ
ＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄
膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）を生産する際のフロ
ーチャートである。図９に示されているように、まず、
ステップＳ５０（設計ステップ）において、デバイスの
機能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行
い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引
き続き、ステップＳ５１（マスク製作ステップ）におい
て、設計した回路パターンを形成したマスクを製作す
る。一方、ステップＳ５２（ウエハ製造ステップ）にお
いて、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。

【００８９】次に、ステップＳ５３（ウエハプロセスス
テップ）において、ステップＳ５０〜ステップＳ５２で
用意したマスクとウエハを使用して、リソグラフィ技術
によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、
ステップＳ５４（組立ステップ）において、ステップＳ
５３において処理されたウエハを用いてチップ化する。
このステップＳ５４には、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）等の工程が含まれる。最後に、ステップＳ５５（検
査ステップ）において、ステップＳ５４で作製されたデ
バイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行
う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが
出荷される。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
照明光の入射方向における基板の位置に応じて、光学系
に起因する誤差を測定しておき、基板の露光時に照明光
の入射方向における該基板の位置に応じて、その位置に
おける誤差が低減するように該光学系の光学特性を補正
し、あるいは該基板の該照明光の入射方向に直交する面
内での位置を補正するようにしているので、基板の露光
時に該基板が僅かにデフォーカスして位置決めされた場
合であっても、マスクのパターンを基板上の最適位置に
忠実に露光転写することができるという効果がある。

【００９１】その結果として、微細なパターンを高い精
度をもって形成することができ、品質が良好で、信頼性
の高いデバイス等を製造することができるようになると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る露光装置の構成を示
す図である。

【図２】本発明の実施形態における開口絞り板の正面
図である。

【図３】本発明の実施形態における面位置検出装置の
構成を示す側面図である。

【図４】本発明の実施形態における送光スリット板の
構成を示す図である。

【図５】本発明の実施形態における空間像測定装置の
構成を示す断面図である。

【図６】本発明の実施形態における誤差計測処理を示
すフローチャートである。

【図７】本発明の実施形態におけるウエハ上に投影さ
れるレチクルマークの像が理想格子からずれる様子を示
す図である。

【図８】本発明の実施形態における露光処理を示すフ
ローチャートである。

【図９】本発明の実施形態に係る露光装置を用いてマ
イクロデバイスを製造する際の製造工程を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１０…第２フライアイレンズ１１…開口絞り板１２…第１レンズ系１３…第２レンズ系１６…レンズ系１９…ウエハステージ２４ａ…投光系２４ｂ…受光系２６…空間像測定装置２７…記憶装置２８…結像特性制御装置２９…レンズ駆動機構ＩＬ１，ＩＬ２…照明光ＰＬ…投影光学系Ｒ…レチクルＷ…ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA04 AA07 AA35 AA39 BB02 BB27 CC20 FF51 GG03 HH12 HH13 JJ03 JJ26 LL02 LL04 LL13 LL30 PP12 2H052 BA02 BA03 BA06 BA09 BA12 5F046 CC15 DA12 DB05 DB11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターンが形成されたマスクに照明光を
照射し、該マスクを介した照明光で基板を露光する露光
方法であって、前記照明光の入射方向の複数の位置に前記基板を移動さ
せつつ、前記照明光の光路に設けられた光学系に起因す
る誤差をそれぞれ予め測定する測定工程と、前記基板を露光する際に前記照明光の入射方向における
前記基板の位置を検出する位置検出工程と、前記位置検出工程により検出された前記基板の位置にお
ける前記測定工程により測定された対応する誤差を低減
するように、前記光学系の光学特性を補正する補正工程
と、前記補正工程による補正を実施した後に、前記基板を露
光する露光工程とを備えたことを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記光学系に起因する誤差は、該光学系
のテレセントリック性の崩れに起因する誤差であること
を特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】前記光学系に起因する誤差は、該光学系
の光学収差に起因する誤差であることを特徴とする請求
項１に記載の露光方法。
【請求項４】前記補正工程では、前記光学系の倍率を
補正することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に
記載の露光方法。
【請求項５】前記補正工程は、前記位置検出工程によ
り検出された前記基板の位置における前記測定工程によ
り測定された対応する誤差を低減するように、前記照明
光の入射方向に直交する面内での前記基板の位置を補正
する位置補正工程を含むことを特徴とする請求項１〜４
の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項６】前記測定工程は、前記基板上における前
記マスクを介した照明光の空間像を測定する空間像測定
工程を含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項
に記載の露光方法。
【請求項７】前記測定工程は、前記マスクに照射する
前記照明光の照明条件を変更しつつ行われることを特徴
とする請求項１〜６の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項８】前記位置検出工程、前記補正工程及び前
記露光工程は、前記基板上に設定された複数の区画領域
毎に行われることを特徴とする請求項１〜７の何れか一
項に記載の露光方法。
【請求項９】パターンが形成されたマスクに照明光を
照射し、該マスクを介した照明光で基板を露光する露光
装置であって、前記基板を前記照明光の入射方向に移動する昇降装置を
含む移動装置と、前記照明光の入射方向における前記基板の位置を検出す
る位置検出装置と、前記照明光の光路に設けられた光学系に起因する誤差を
測定する測定装置と、前記光学系の光学特性を補正する補正装置と、前記照明光の入射方向の複数の位置に前記基板を移動し
つつ、前記光学系に起因する誤差をそれぞれ測定するよ
う前記昇降装置及び前記測定装置を制御する第１制御装
置と、前記基板の露光時に、前記位置検出装置により検出され
た前記基板の位置における前記測定装置により測定され
た対応する誤差を低減するように、前記補正装置を制御
する第２制御装置とを備えたことを特徴とする露光装
置。
【請求項１０】前記補正装置は、前記マスクと前記基
板の間に配置される投影光学系の倍率を補正する倍率補
正装置を含むことを特徴とする請求項９に記載の露光装
置。
【請求項１１】前記補正装置は、前記マスクと前記基
板との間に配置される投影光学系の光学収差を補正する
収差補正装置を含むことを特徴とする請求項９に記載の
露光装置。
【請求項１２】前記移動装置は、前記基板を前記照明
光の入射方向に直交する面内で移動するシフト装置を含
み、前記第２制御装置は、前記補正装置による前記光学特性
の補正と併せて、前記基板の位置を補正するよう前記シ
フト装置を制御することを特徴とする請求項９〜１１の
何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１３】前記測定装置は、前記基板上における
前記マスクを介した照明光の空間像を測定する空間像測
定装置を含むことを特徴とする請求項９〜１２の何れか
一項に記載の露光装置。
【請求項１４】前記マスクに照射する照明光を異なる
照明条件に設定する照明条件設定装置をさらに備え、前記測定装置は、前記マスクに照射する前記照明光の照
明条件を変更しつつ、前記測定を実施することを特徴と
する請求項９〜１３の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１５】請求項１〜８の何れか一項に記載の露
光方法を用いて前記マスクに形成されたパターンの像を
前記基板に転写する転写工程を含むことを特徴とするデ
バイス製造方法。
【請求項１６】請求項９〜１４の何れか一項に記載の
露光装置を用いて前記マスクに形成されたパターンの像
を前記基板に転写する転写工程を含むことを特徴とする
デバイス製造方法。