JP2004186564A

JP2004186564A - 露光装置

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Publication number: JP2004186564A
Application number: JP2002353890A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shima; 伸一島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: JP4054666B2; US7016012B2; US20040109148A1

Abstract

【課題】ディストーションの発生要因であるレチクルパターン面の面形状の影響あるいは、投影光学系に残存するランダムなディストーションを補正する光学素子を構成可能にするとともに、ＡｒＦ、Ｆ_２といった短波長の光源を使用した場合でも劣化の少ないペリクルを構成することを可能とする。
【解決手段】露光装置は、投影光学系１３の一方の側に配置され、転写パターンを有するレチクルＲを保持するとともに位置合わせ用の基準プレートＳＰを具備したレチクルステージＲＳＴと、他方の側に基準マークＦＭを具備したウエハステージＷＳＴを有する。レチクルＲと投影光学系１３との間に、光学素子Ｇ１とレチクル保護用のペリクルが存在する。基準プレートＳＰと基準マークＦＭとを用いて位置合わせを行なう際には、基準プレートＳＰと投影光学系１３との間に、光学素子Ｇ１とペリクルの厚みの和に等しい厚みを有する補正用光学素子Ｇ２を介在させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原版に形成されたパターンを投影光学系を介して感光性の基板上に露光する露光装置に関する。特に、露光装置の半導体回路素子や液晶表示素子などの回路デバイスを製造するリソグラフィ工程で使用される露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体素子、液晶表示素子または薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー工程で製造する際には、フォトマスクまたはレチクル（以下レチクル）のパターンを感光性の基板ウエハ、ガラスプレート（以下ウエハ）上に転写する投影露光装置が提案されている。近年半導体素子等は益々パターンが微細化している。このような微細化を実現するためには、アライメント精度等の向上が必要である。そして、アライメント精度劣化要因の中では、パターン像の像歪み（ディストーション）の低減が重要となっている。
【０００３】
ディストーションを低減するためには当然投影光学系の諸収差を低減する必要がある。そのため、従来の露光装置に搭載される投影光学系では、投影視野内の全体において諸収差およびディストーションが平均的に小さくなるような条件で光学設計されている。そして、諸収差およびディストーションを設計時の許容範囲内に収めるべく、高精度にレンズ素子や光学部材を加工し、諸収差を実際に測定し、例えば各レンズ間の空気間隔、レンズの傾き及び平行偏心などを調整するといった複雑で手間のかかる組立て、調整、検査を繰り返しながら投影光学系として組み上げていた。
【０００４】
諸収差のうち特にディストーションに関しては、前述の調整方法で光軸に対して対称な成分或いは規則性のある非対称成分の調整が可能である。しかしながらいわゆるランダム成分に関しては前述の調整手段では調整できないという問題があった。そこで、このような高精度な投影光学系の製造上の難しさを少しでも緩和するための、またランダムな成分に関しても設計時の許容範囲内に収められるようにするための手法が、例えば、特許文献１に記載されている。この手法では、組み立てられた投影光学系の像歪み特性を実測し、その実測された像歪み特性が投影視野内の各点で最小になるように、投影視野内の各点を通る主光線を部分的に偏向するように研磨された光学補正板を投影光路内に挿入する。
【０００５】
上記特許文献１は光学補正板を用いたスッテパーに関する補正方法を記載している。これに対して、走査型露光装置で光学補正板を用いた補正方法については、特許文献２に開示されている。特許文献２では、走査型投影露光装置によってマスク上のパターンを感光基板上に走査露光する際に、走査方向については投影領域内の幅に渡ってスタティックな像歪み特性が平均化されてダイナミックな像歪み特性になることに着目している。そして、そのダイナミックな像歪み特性のうちの少なくともランダムな成分についは、透明な平行平板（光学補正板）の表面を局所的に研磨加工した像歪み補正板を投影光路内に配置することで補正するものである。
【０００６】
さて、半導体デバイス製造プロセスでは、レチクルなどに塵埃等の異物が付着し、ウエハ上に転写することを防止するため、レチクルの片面又は両面にペリクルが設けられる場合がある。
【０００７】
このペリクルは、ペリクル膜（光線透過性防塵膜）がアルミニウムなどの保持枠によりレチクル表面から所定の間隔だけ隔離して保持されるように構成されている。このためレチクルのパターン面に形成された配線パターンをウエハ上に転写する際に、レチクルパターン面とペリクル膜表面とでは結像焦点距離が異なり、ペリクル膜上に異物が付着していても、ウエハ上に塵埃等の異物は転写されない。従って、ペリクルでレチクルのパターン面を覆えば、外部からの異物の侵入を防ぐとともに、半導体デバイス製造時の歩留りを向上させることができる。
【０００８】
ペリクルに用いるペリクル膜は、膜強度、耐光性、及び露光光源波長における光透過性等が要求され、例えば、従来のｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）などの光に対するペリクル膜材としては、主にニトロセルロース、プロピオン酸セルロースなどのセルロース系材料が用いられている。
【０００９】
一方、半導体デバイス製造プロセスでは、パターンの微細化による集積度向上のために、露光光源の短波長化が進められている。具体的には、現在、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を露光光源とする製造工程が実現されており、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を実露光光源とする製造工程も徐々に実現されつつあり、さらにより短波長の紫外線の使用が研究されている。このようなより短波長の紫外線として特にＦ_２レーザ（波長１５７ｎｍ）が最有力視されている。
【００１０】
これらの短波長光源に耐久性のあるペリクル膜材として、短波長の紫外域で比較的吸収の少ない含フッ素樹脂が知られており、例として、サイトップ（ＣＹＴＯＰ、旭ガラス社製（商標））やテフロンＡＦ（米国デュポン社製（商標））が挙げられる。
【００１１】
しかし、これらの含フッ素樹脂は、ＫｒＦエキシマレーザ又はＡｒＦエキシマレーザを露光光源とする場合には、良好な光透過性及び耐光性を示すが、Ｆ_２レーザを露光光源とする場合には、光透過性が充分ではなく、またレーザ照射により容易に劣化してしまい、ペリクルとして実使用に耐えないといった問題がある。このため、波長１５７ｎｍでの光透過性が高く、耐光性に優れるとともに膜強度に優れ、露光光源がＦ２レーザであっても利用できるペリクルが、特許文献３に提案されている。特許文献３では、ＯＨ基の含有量が２０ｐｐｍ以下である合成石英ガラスの板をペリクル膜として用いることを特徴とするものである。特許文献３によれば、ＯＨ基の含有量を２０ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下とすることで透過率のばらつき１％以下が達成できる。
【００１２】
また、別の例として特許文献４がある。特許文献４では、耐光性に優れた２００ｎｍ以下の紫外線用ペリクルおよびペリクルケースについて提案されており、ペリクル膜とペリクル保持枠を固定させるための接着層から発生する成分が、紫外線照射により芳香族化合物、ケトンまたは窒素化合物とならないように規定している。具体的な膜材としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのフッ素樹脂、ジメチルポリシロキサンなどのシリコーンポリマー、フロロシリコーンポリマーなどである。さらにＣＹＴＯＰ（商標）あるいはテフロンＡＦ（商標）として市販されているフッ素樹脂を用いることも可能であることが開示されている。
【００１３】
また、走査型露光装置の校正方法として、特許文献５が開示されている。特許文献５では、マスクステージ上にマスク基準プレートを配置し、そのマークとウエハステージ上のウエハ基準プレート上のマークとを顕微鏡で検出、相対位置計測する。この構成によれば、基準マスクがなくても、マスクとウエハの位置合わせを可能とすることができる。
【００１４】
露光装置の投影光学系はレチクル側（物体側）及びウエハ側（像側）の双方がテレセントリックな系であることが望ましい。しかしながら投影光学系の瞳の球面収差を完全に取りきることは困難であるため、ウエハ側マークを観察する際の照明光束の主光線との角度が垂直からずれてしまうという問題がある。投影光学系を介してウエハ面上のアライメントマークを観察する際、投影光学系の光軸上、特定の位置（像高）だけのアライメントマークを観察するのであれば、その像高で照明光の主光線がウエハ面と垂直になるように設定すれば良い。しかしながら、例えばオフアクシスアライメントの為のベースライン計測を行う時、レチクルまたは基準プレート上のマーク配置等の理由で計測像高を移動したり、ＴＴＬオンアクシスアライメントをする為に観察像高を変えなければならない時がある。この場合、投影光学系に瞳の球面収差が残存していると、ウエハと照明光束の主光線との角度が垂直からずれてくる。ウエハへの観察光の入射角が傾いてしまったとき、＋側あるいは−側にデフォーカスすると、入射角度の傾き分に対応してアライメントマーク位置計測値がずれてしまう。
【００１５】
この問題に対して、本出願人は特許文献６に開示した方式を提案している。特許文献６では、観察光の主光線の光路を調整する補正光学系が設けられていることを特徴としている。
【００１６】
【特許文献１】
特開平８−２０３８０５号公報
【特許文献２】
特開平１１−０４５８４２号公報
【特許文献３】
特開２００１−３０５７１９号公報
【特許文献４】
特開平１０−２２８０９９号公報
【特許文献５】
特開平１０−２７７３８号公報
【特許文献６】
特開平８−２６２７４７号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のように、投影光学系の一部のレンズ素子を回転させたり、或いは光軸に対する偏心、傾斜を加えたりして収差特性を調整する場合は、それで必ず良好な収差特性（像歪み特性）が得られる保証がないといった問題がある。さらにそのような調整手法は、安定な精度を確保することも困難であり、調整作業も試行錯誤的な要素が強く、手間がかかるといった問題もある。そしてこの手法の何よりもの問題は、投影光学系の実効投影領域内の全体的な像歪み特性がある傾向になるように一様に調整、修正することはできても、実効投影領域内の局所的な像歪み特性のみを部分的に調整、修正することが困難なことである。
【００１８】
そこで、走査型露光装置に対しては特許文献２に開示されているような方式で光学補正板を作成し、それを投影光路中に挿入すると、実効投影領域内の局所的な像歪み特性を容易に改善できることが予測される。
【００１９】
露光光の短波長化、特に波長が２００ｎｍ以下となるＦ_２レーザ（波長１５７ｎｍ）等においては、従来のペリクル膜材は使用できないことが判明している。そこで、特許文献３に開示されているように、合成石英ガラスの板材を使用することで、露光光源がＦ_２レーザであっても光透過性が高く、耐光性に優れるとともに膜強度に優れたペリクルが使用可能となっている。また、特許文献４では、耐光性に優れた２００ｎｍ以下の紫外線用ペリクル膜材およびペリクルケースについての開示されている。
【００２０】
以上のように、露光光がＡｒＦレーザやＦ_２レーザといった短波長の場合、ペリクル材としては従来の膜材だけではなく、合成石英ガラス材の使用が増すことが予測される。合成石英ガラス材の場合、特許文献３の中でも開示されているように、従来の膜材よりも厚さが厚くなる。このためＡｒＦレーザあるいはＦ_２レーザを光源とした露光装置の場合、従来の膜材をペリクルとして使用したレチクルと、合成石英ガラス材をペリクルとして使用したレチクルの両方に対応することが必要となる。
【００２１】
しかしながら、膜材とガラス板材では厚さ寸法が異なるため、膜材を前提とした露光装置で、ペリクルにガラス材を使用したレチクルにより露光を行うと、ウエハ上に転写されるレチクルのパターン像は、ガラス材の厚さ分（厳密にはガラス材の屈折率による光路長の増加分）フォーカスがずれた状態で転写されてしまうという問題がある。
【００２２】
また、ガラス板材の場合でもその厚さが全面で均一ではなく、部分的に異なるまたはレチクル（ペリクル）間で異なると同様の結果となってしまうという問題がある。
【００２３】
また走査型露光装置では、特許文献５に開示されているように、レチクルステージ上にレチクル（マスク）基準プレートを配置し、そのマークとウエハステージ上のウエハ基準プレート上のマークとを顕微鏡で検出、相対位置計測することで、基準マスクがなくても、マスクとウエハの位置合わせが可能な構成としている。しかしながら、特許文献２の如く補正板を構成する場合、レチクル（マスク）基準プレート観察時に補正板の有無によるピント差が生じてしまい計測精度が低下してしまうという問題がある。さらにペリクル厚さが変更されることによっても同様な問題が発生してしまう。
【００２４】
また、特許文献６に開示した方式により、投影光学系の瞳に球面収差が残存しても、観察光の主光線の光路を調整する補正光学系を用いることで解決可能である。しかしながら、精度の向上に伴い必要な調整精度も高くなり、調整機構が大型となってしまうという問題がある。
【００２５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ディストーションの発生要因であるレチクルパターン面面形状の影響あるいは、投影光学系に残存するランダムなディストーションを補正する光学素子を構成可能にするとともに、ＡｒＦ、Ｆ_２といった短波長の光源を使用した場合でも劣化の少ないペリクルを構成可能にすることを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による露光装置は、
所定の結像特性を有する投影光学系と、
前記投影光学系の一方の側に配置され、マスク基板を保持するとともに基準プレートを具備したマスクステージと、
前記投影光学系の他方の側に配置され、ウエハを保持するとともに、基準マークを具備したウエハステージと、
前記マスク基板上のパターンを前記投影光学系を介して前記ウエハ上に転写する際、前記マスク基板と前記ウエハの結像関係に影響を及ぼす光学変調部材と、
前記マスク基板と前記ウエハの位置合わせを行なうために前記投影光学系を介する光路によって前記基準プレートと前記基準マークの位置を検出する際、該基準プレートと該基準マークの結像関係を、前記光学変調部材により影響を及ぼされた前記マスク基板と前記ウエハの結像関係に略一致させるための手段とを備える。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、貼付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２８】
〔第１実施形態〕
図１は第１実施形態による投影露光装置の概略を示す。図１において、レチクルＲは光源１と、照明光整形光学系２〜リレーレンズ８よりなる照明光学系とにより照明領域２１が均一な照度で照明され、照明領域２１内のレチクルＲの回路パターン像が投影光学系１３を介してウエハＷ上に転写される。光源１としては、Ｆ_２エキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザあるいはＫｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源、金属蒸気レーザ光源、又はＹＡＧレーザの高調波発生装置等のパルス光源、又は水銀ランプと楕円反射鏡とを組み合わせた構成等の連続光源が使用できる。
【００２９】
パルス光源の場合、露光のオン又はオフはパルス光源用の電源装置からの供給電力の制御により切り換えられ、連続光源の場合、露光のオン又はオフは照明光整形光学系２内のシャッタにより切り換えられる。但し、本実施形態では後述のように可動ブラインド（可変視野絞り）７が設けられているため、可動ブラインド７Ａ，７Ｂの開閉によって露光のオン又はオフを切り換えてもよい。
【００３０】
図１において、光源１からの照明光は、照明光整形光学系２により光束径が所定の大きさに設定されてフライアイレンズ３に達する。フライアイレンズ３の射出面には多数の２次光源が形成され、これら２次光源からの照明光は、コンデンサーレンズ４によって集光され、固定の視野絞り５を経て可動ブラインド（可変視野絞り）７に達する。図１では視野絞り５は可動ブラインド７よりもコンデンサーレンズ５側に配置されているが、その逆のリレーレンズ系８側へ配置しても構わない。
【００３１】
視野絞り５には、矩形上の開口部が形成され、この視野絞り５を通過した光束は、リレーレンズ系８に入射する。リレーレンズ系８は可動ブラインド７とレチクルＲのパターン形成面とを共役にするレンズ系であり、可動ブラインド７はＸ方向の幅を規定する２枚の羽根（遮光板）７Ａ，７Ｂ及びＹ方向の幅を規定する２枚の羽根（不図示）より構成されている。Ｘ方向の幅を規定する羽根７Ａ及び７Ｂはそれぞれ駆動部６Ａ及び６Ｂにより独立にＸ方向に移動できるように支持され、不図示のＹ走査方向の幅を規定する２枚の羽もそれぞれ独立に駆動できるように支持されている。本実施形態では、固定の視野絞り５により設定されるレチクルＲ上の照明領域２１内において、更に可動ブラインド７により設定される所望の露光領域内にのみ照明光が照射される。固定視野絞り５は構成せずに、可動ブラインド７のみの構成でもかまわない。
【００３２】
レチクルＲは、パターン面側にペリクルＰを構成し、レチクルステージＲＳＴに保持されている。レチクルステージＲＳＴは干渉計２２で位置を検出しレチクルステージ駆動部１０により駆動される。レチクルステージＲＳＴ上にはレチクル基準プレートＳＰが構成されている。レチクルＲの下部には光学素子Ｇ１が保持されている。レチクル基準プレートＳＰの下部には補正光学素子Ｇ２が構成されている。光学素子Ｇ１の主たる役割はディストーション成分の補正である。レチクルＲの上部には不図示のＴＴＬ検出系ＡＳが構成されている。ＴＴＬ検出系ＡＳにより、レチクルＲ上のマークあるいはレチクル基準プレート上のマークがウエハステージＷＳＴ上のマークとともに、投影光学系１３を介して観察可能な構成となっている。
【００３３】
照明領域２１内で且つ可動ブラインド７により規定されたレチクルＲ上の回路パターンの像は、投影光学系１３を介してウエハＷ上に投影露光される。
【００３４】
レチクルステージ駆動部１０及び可動ブラインド制御部１１の動作を制御するのが、装置全体の動作を制御する主制御系１２である。
【００３５】
一方、ウエハＷは不図示のウエハ搬送装置によりウエハステージＷＳＴに保持され、ウエハステージＷＳＴは、投影光学系１３の光軸に垂直な面内でウエハＷの位置決めを行うと共にウエハＷをＸ、Ｙ方向に可動するＸＹステージ、及びＺ方向にウエハＷの位置決めを行うＺステージ等より構成されている。ウエハステージＷＳＴ上には基準マークＦＭが構成されており、装置の校正時に使用される。ウエハステージＷＳＴの位置は干渉計２３により検出される。ウエハＷ上方には、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ１６が構成されている。アライメントセンサ１６により、ウエハ上のアライメントマークが検出され、制御部１７により処理され、主制御系１２に送られる。主制御系１２は、ウエハステージ駆動部１５を介してウエハステージＷＳＴの位置決め動作及びステップ動作を制御する。これにより、ウエハＷ上のショット領域にレチクルＲの回路パターン像が逐次転写される。また、アライメントセンサ１６により前記基準マークＦＭを検出することにより所謂ベースライン計測が行われ、装置の校正が実施される。
【００３６】
光学素子Ｇ１を用いたディストーションの補正については、ステッパーに関する補正方法が特許文献１（特開平８−２０３８０５号公報）に、走査型露光装置に関する補正方法が特許文献２（特開平１１−０４５８４２号公報）にそれぞれ開示されており、周知であるのでここでは説明を省略する。
【００３７】
図２にレチクルＲ、レチクルＲのパターン面側に構成されたペリクルＰおよび光学素子Ｇ１が構成されている部分を拡大して示す。図２はペリクル材料として合成石英ガラスの板材が使用された場合を示す。レチクルＲには金属等の材質からなる枠に合成石英ガラスの板材から構成されるペリクルＰが接着等により固定されている。ペリクルＰのガラス板材の厚さ寸法をＴｐ、光学素子Ｇ１の厚さ寸法をＴｇ１で示している。
【００３８】
一方、図３にはペリクル材料として有機ポリマー等の膜材が使用された場合を示す。ペリクルＰは膜材であるが、説明のため、図３ではその厚さ寸法をＴｐ’として示している。また、光学素子Ｇ１の厚さ寸法はＴｇ１’で示している。補正光学素子Ｇ２の厚さ寸法はどちらの場合もＴｇ２で同一とする。
【００３９】
レチクルＲから投影光学系１３までの光路中に配置される光学部材の厚さ寸法に着目すると、図２の場合すなわち、ペリクル材料として合成石英ガラスの板材が使用された場合についてみると、光学部材の厚さ寸法の合計をＴ１とすると、
Ｔ１＝Ｔｐ＋Ｔｇ１
となる。
【００４０】
図３の場合すなわち、ペリクル材料として有機ポリマー等の膜材が使用された場合についてみると、光学部材の厚さ寸法の合計をＴ２とすると、
Ｔ２＝Ｔｐ’ ＋Ｔｇ１’
となる。
【００４１】
この時、Ｔ１＝Ｔ２となる様に光学素子Ｇ１の厚さ寸法Ｔｇ１、Ｔｇ１’を決定することにより、ペリクルＰの厚さ寸法が変化しても、レチクルＲのパターン像は、投影光学系１３を介しフォーカスが合焦した状態でウエハＷに転写されることになる。
【００４２】
次に、図４を参照してＴＴＬ検出系ＡＳの配置構成を説明する。図４はレチクルＲの上方にＴＴＬ検出系ＡＳを構成したものである。図４ではレチクル基準プレートＳＰを観察する状態について説明する。図１と同じ構成には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。光源は露光用光源と同一のものを使用する。不図示の照明光学系から分岐された照明光がファイバー６７により検出系ＡＳに導光される。本例ではファイバーにより導光したが、光学系により引きまわされて、導光される構成でもかまわない。導光された照明光は光学系６６、ハーフミラー６３、光学系６２、ミラー６１を介しレチクル基準プレートＳＰ上のマークを照射する。レチクル基準プレートＳＰ上のマークを照射した照明光は、補正光学素子Ｇ２、投影光学系１３を介しウエハステージＷＳＴ上に固定された基準マークＦＭを照射する。基準マークＦＭ上には観察用マークが配置されており、マークからの反射光は再び投影光学系１３、補正光学素子Ｇ２、レチクル基準プレートＳＰを経て、ミラー６１、光学系６２、ハーフミラー６３、エレクタ光学系６４を介しＣＣＤ６５に結像される。
ＴＴＬ検出系ＡＳによりレチクル基準プレートＳＰ上のマークとウエハステージ上の基準マークＦＭを観察する場合には、補正光学素子Ｇ２を介して観察することになる。この場合、Ｔ１＝Ｔｇ２、Ｔ２＝Ｔｇ２となるように補正光学素子Ｇ２の厚さ寸法を構成すれば、フォーカスが合焦した状態でマークを観察することが可能となる。
【００４３】
さらにＴ１＝Ｔ２＝Ｔｇ２となるように構成することで、異なるレチクルＲのパターン像をウエハＷに転写する場合およびレチクル基準プレートＳＰ上のマークと基準マークＦＭ上のマーク、レチクル基準プレートＳＰ上のマークとウエハ上のマークもしくはレチクルまたはレチクル基準プレートを介してウエハまたは基準マーク上のマークをＴＴＬ検出系ＡＳにて観察する場合のいずれにおいてもフォーカスが合焦した状態となるように構成することが可能となる。
【００４４】
本実施形態ではペリクルＰが構成される場合について説明したが、ペリクルＰが構成されない場合であってもペリクルＰの厚さ寸法を０（Ｔｐ＝０、Ｔｐ’＝０）として、光学素子Ｇ１、補正光学素子Ｇ２の厚さ寸法を決定すれば同様の効果が得られるものである。また、厚さ寸法で説明したが、光学材料の屈折率を考慮し、光学的な光路長が同一になるようにしても同様の効果が得られるものである。
【００４５】
以上説明したように、第１実施形態による露光装置は、所定の結像特性を有する投影光学系（１３）と、投影光学系の一方の側に配置され、転写パターンを有するマスク基板（レチクルＲ）を保持するとともに装置の校正用またはウエハの位置合わせ用の基準プレート（レチクル基準プレートＳＰ）を有するマスクステージ（レチクルステージＲＳＴ）と、投影光学系の他方の側に配置され、転写パターンが転写されるウエハ（Ｗ）を保持するとともに、基準マーク（ＦＭ）を有するウエハステージ（ＷＳＴ）とを有し、転写パターンをウエハ上に転写する際には、マスク基板と投影光学系との間に、マスク基板からウエハまでの光路長に影響を及ぼす光学変調部材（光学素子Ｇ１、ペリクルＰ）が存在するように構成されている。すなわち光路変調部材（光学素子Ｇ１、ペリクルＰ）、投影光学系を介してマスク基板とウエハが結像関係、共役関係にある。そして、ＴＴＬ検出系ＡＳにて基準プレートと基準マークとを観察する際において、基準プレートと基準マークとの間の光路長を上記光学変調部材による影響を受けた光路長とを、補正光学素子Ｇ２の厚みを適切に選択することで略一致させている。すなわちＴＴＬ検出系ＡＳにて基準プレートと基準マークを観察する場合に、補正光学素子Ｇ２の厚みを光学変調部材の厚みと等しくすることでフォーカスが合掌した状態で観察することが可能となる。
【００４６】
なお、上記光学変調部材とは、投影光学系の結像特性、特に投影光学系を介してマスク基板とウエハが結像関係、共役関係となることに影響を及ぼす光学変調部材である。このような光学変調部材が構成されることで結像関係、共役関係が成立し、光学変調部材が変更あるいは構成されないと結像関係、共役関係が成立しなくなるのである。また、上記における、光路長を略一致させるための構成は、光学変調部材が構成されることで成立していたマスク基板とウエハの結像関係、共役関係を、当該光学変調部材を介さなくても基準プレートと基準マークの間で投影光学系を介して成立させるためのものである。
【００４７】
例えば、光学変調部材を、マスク基板の保護用のペリクルと、投影光学系の収差を補正するための光学素子と、マスク基板の理想平面からのズレを補正するための光学素子（Ｇ１）の少なくともいずれかで構成した場合に、上記結像関係の一致のために、基準プレートと投影光学系との間に補正用光学素子（Ｇ２）を設け、この補正用光学素子の厚みを、ペリクルと光学素子の厚さの和に等しくする。または光学素子Ｇ１、ペリクル、補正光学素子Ｇ２の屈折率が異なる場合には、屈折率を考慮し、空気間隔に換算して補正光学素子とペリクル、光学素子の厚さの和が等しい寸法になるような補正光学素子の厚みとする。
【００４８】
以上のような第１実施形態の構成によれば、レチクル基準プレートを構成しレチクル基準プレート上のマークもしくはレチクル基準プレートを介してウエハまたは基準マークを観察する場合でもフォーカスが合焦した状態を得ることができる。なお、第１の実施形態ではレチクル基準プレートは１つの構成で説明したが、複数構成されていてもかまわない。
【００４９】
また、上記光学変調部材を、ペリクルと光学素子の厚みの和が一定となるように、ペリクルと光学素子の組み合わせを決定して用いれば、ペリクルの使用材料による厚さの変更にも対応できることになる。すなわち、ペリクルの厚みに関する自由度が高くなるので、ディストーションの発生要因であるレチクルパターン面面形状の影響あるいは、投影光学系に残存するランダムなディストーションを補正する光学素子と、ＡｒＦ、Ｆ_２といった短波長の光源を使用した場合でも劣化の少ないペリクルを用いることが可能となる。この結果、塵埃等による転写誤差の発生を防止できる。
【００５０】
〔第２実施形態〕
次に第２の実施形態について図５及び図６を参照して説明する。
【００５１】
図５は走査方向に直交する方向の断面図を示した図である。図１との違いは、補正光学素子Ｇ２が非球面形状に加工されている点である。図１と同じ部分、説明に使用しない部分は説明および図示を省略する。
【００５２】
また、図６に第２の実施形態の形態で、補正光学素子Ｇ２が非球面加工されていない状態を示す。レチクル基準プレートＳＰ上の３点ＳＰ１〜ＳＰ３をＴＴＬ検出系ＡＳにて観察する場合の主光線を示している。図中１３ａは開口絞りであり、投影光学系１３の瞳位置である。図６に示す如く投影光学系１３の瞳に球面収差が残存していると、ウエハ側で本来投影光学系１３の光軸と平行になるはずの各主光線が像高毎に傾きを持ってしまう。この状態でウエハ側のフォーカス方向の位置がずれると、ウエハ上での観察位置がずれ、位置計測時の誤差になってしまう。
【００５３】
図５に戻ると、ＳＰ１〜ＳＰ３を観察する時の各主光線は補正光学素子Ｇ２に入射すると、その表面形状により角度が変化する。この角度が投影光学系１３の瞳での球面収差の残存量に対応していればウエハ側ではテレセンシティが確保され、ウエハ側のフォーカス方向の位置がずれた場合でも観察位置がずれることは無く、位置計測時の誤差は低減されることになる。各像高においてテレセンシティを確保するためには、補正光学素子Ｇ２の表面形状が各像高毎に球面収差に対応した角度となるように形成されればよい。たとえば非球面形状であってもいいし、部分的に加工が行われていてもかまわない。
【００５４】
第２の実施形態ではレチクル基準プレートは１つの構成で説明したが、複数構成されていてもかまわない。この場合、補正光学素子Ｇ２は各基準プレートに対応して構成されればよい。
【００５５】
また、光学素子Ｇ１はレチクルステージＲＳＴに保持されレチクルＲとともに走査される構成で説明したが、固定部に配置され、レチクルＲとともの走査されない場合は、レチクル基準プレートＳＰ上のマーク観察時、露光時ともに光学素子Ｇ１が光路上に構成される。このため、レチクル基準プレートＳＰの下部にはペリクルの厚さ寸法に対応した補正光学素子Ｇ２が構成されれば同様な効果が得られるものである。
【００５６】
さらに、光学素子Ｇ１、補正光学素子Ｇ２はそれぞれ１枚の構成で説明したが複数枚の構成であってもかまわない。また、投影光学系１３は屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系あるいはレンズと凹面鏡を用いたカタディオプトリック光学系であってもかまわない。
【００５７】
以上のように、第２実施形態によれば、補正光学素子（Ｇ１）は、投影光学系（１３）の瞳位置での収差を補正するように部分的に加工された形状、或いは非球面に形成される。このため、レチクル基準プレートを用いて装置の校正を行う場合、投影光学系の瞳位置に球面収差が残存していても、レチクル基準プレート上の各像高においてテレセンシティーが確保されているため、ウエハ側でのフォーカスずれが発生した場合でも位置計測精度の劣化が防止できる。
【００５８】
〔第３実施形態〕
次に第３の実施形態について図７、図８Ａ〜Ｃを用いて説明する。図１〜６で示した構成と同一のものについては説明を省略する。
【００５９】
第１の実施形態では、ＴＴＬ検出系ＡＳにてレチクル基準プレートＳＰと基準マークＦＭを観察する場合に、レチクル基準プレートＳＰの下部に補正光学素子Ｇ２を構成することでフォーカスを合焦した状態でマークを観察することが可能となった。第３の実施形態では、レチクル基準プレートＳＰの位置をレチクルＲのパターン面よりも投影光学系１３の光軸方向にずらして配置することで、レチクル基準プレートＳＰと基準マークＦＭをフォーカスが合焦した状態で観察することが可能になるようにしたものである。この時のレチクル基準プレートＳＰのずらす量は、光学素子Ｇ１の厚さ寸法に対応した量とする。図７と図４の主たる違いは、補正光学素子Ｇ２の有無と、レチクル基準プレートＳＰの配置位置についてである。
【００６０】
図８Ａは、図７に示したレチクルステージＲＳＴの拡大部を示す。レチクルＲのパターン面と基準プレートＳＰのパターン面の距離をＴｓｐ、光学素子Ｇ１の屈折率をＮｇ１、厚さ寸法をＴｇ１とすると、Ｔｓｐは、
Ｔｓｐ＝Ｔｇ１＊（１ − １／Ｎｇ１）
となる。
【００６１】
これは光学素子Ｇ１が構成された場合の投影光学系１３の物体面と、光学素子Ｇ１が構成されない場合の投影光学系１３の物体面の差に等しい量である。このように、基準プレートＳＰのパターン面をレチクルＲのパターン面からＴｓｐだけ投影光学系１３側にずらして配置することで、ウエハステージＷＳＴＧ上の結像位置が光学素子Ｇ１の有無にかかわらず同一とすることが可能となる。
【００６２】
なお、図２、図３の如くペリクルが構成される場合を図８Ｂ，８Ｃに示す。図８Ｂにおいて、ペリクルＰの厚みをＴｐ、屈折率をＮｐとするとＴｓｐは、
Ｔｓｐ＝Ｔｐ＊（１ − １／Ｎｐ）＋Ｔｇ１＊（１ − １／Ｎｇ１）
となる。同様に、図８Ｃにおいて、ペリクルの厚みをＴｐ’、屈折率をＮｐとすると、Ｔｓｐ’は、
Ｔｓｐ’ ＝Ｔｐ’ ＊（１− １／Ｎｐ）＋Ｔｇ１’ ＊（１ − １／Ｎｇ１）
となる。
【００６３】
また、図８Ｂ、図８Ｃにおいて、ペリクルＰのみ構成される場合あるいは、光学素子Ｇ１がレチクルステージＲＳＴに保持されない場合にはペルクルＰの厚さ寸法のみを考慮すればよいので、
Ｔｓｐ＝Ｔｐ＊（１ − １／Ｎｐ）
Ｔｓｐ’ ＝Ｔｐ’ ＊（１ − １／Ｎｐ）
となる。
【００６４】
以上のように、第３実施形態によれば、光路長を一致させる（結像関係、共役関係を一致させる）ための手段として、投影光学系（１３）に対するマスク基板（レチクルＲ）の面位置と投影光学系に対する基準プレート（ＳＰ）の面位置に、投影光学系の光軸方向に所定の差を設ける。（投影光学系の光軸方向の位置に所定の差を設ける）より具体的には、光学変調部材として、マスク基板の保護用のペリクルと、投影光学系の収差またはマスク基板の理想平面からのズレを補正するための光学素子の少なくともいずれかが用いられ、ペリクルの厚さをＴｐ、屈折率をＮｐとし、光学素子の厚さをＴｇ、屈折率をＮｇとした場合に、上記所定の差Ｔｓｐは、
Ｔｓｐ＝Ｔｐ＊（１−１／Ｎｐ）＋Ｔｇ＊（１−１／Ｎｇ）
で表される（ここで、ペリクルが存在しない場合はＴｐ＝０とし、光学素子が存在しない場合はＴｇ＝０とすればよい）。
【００６５】
第３実施形態の構成によれば、補正用光学素子が不要となり、構成が簡素化される。
【００６６】
〔第４実施形態〕
次に第４の実施形態について図９、図１０を用いて説明する。図１〜８で示した構成と同一のものについては説明を省略する。
【００６７】
第３実施形態では、ＴＴＬ検出系ＡＳにてレチクル基準プレートＳＰと基準マークＦＭを観察する場合に、レチクル基準プレートＳＰの配置位置をずらすことでフォーカスを合焦した状態でマークを観察することが可能となった。第４実施形態では、レチクル基準プレートＳＰの位置はレチクルＲのパターン面と同一もしくはほぼ同一の位置に構成し、ウエハステージＷＳＴＧの投影光学系１３の光軸方向のストロークを従来よりも拡大し、投影光学系１３側に近づけることで、レチクル基準プレートＳＰと基準マークＦＭをフォーカスが合焦した状態で観察することが可能になるようにしたものである。この時のウエハステージＷＳＴＧの位置は、光学素子Ｇ１の厚さ寸法に対応した量とするものである。
【００６８】
図７と図９の主たる違いは、レチクル基準プレートＳＰの配置位置についてである。また、図４と図９との主たる違いは補正光学素子Ｇ２の有無についてである。図１０にウエハステージＷＳＴＧの拡大部を示す。光学素子Ｇ１、投影光学系１３を介した結像位置をＴｗｇ、レチクル基準プレートＳＰ、投影光学系１３を介した結像位置をＴｗｐｓ、投影光学系１３の結像倍率をβとすると、基準マークＦＭの投影光学系の光軸方向の位置の差分量Ｔｗｐｓ − Ｔｗｇは、
Ｔｗｐｓ − Ｔｗｇ＝（Ｔｇ１＊（１ − １／Ｎｇ１））／ β^２
となる。
【００６９】
ウエハステージＷＳＴＧを投影光学系１３の光軸方向に駆動し、基準マークＦＭをＴｗｓｐの位置に移動することで、ＴＴＬ検出系ＡＳにてレチクル基準プレートＳＰと基準マークＦＭを観察する場合に、フォーカスを合焦した状態でマークを観察することが可能となる。
【００７０】
図２、図３の如くペリクルが構成される場合には、ペリクルＰの厚みをそれぞれＴｐ、Ｔｐ’とし、屈折率をＮｐとすると、基準マークＦＭの投影光学系の光軸方向の位置の差分量Ｔｗｐｓ − Ｔｗｇは、
Ｔｗｐｓ − Ｔｗｇ＝（Ｔｐ＊（１ − １／Ｎｐ））／β^２＋（Ｔｇ１＊（１ − １／Ｎｇ１））／β^２
Ｔｗｐｓ − Ｔｗｇ＝（Ｔｐ’ ＊（１ − １／Ｎｐ））／β^２＋（Ｔｇ１’ ＊（１ − １／Ｎｇ１））／β^２
となる。
【００７１】
また、ペリクルＰのみ構成される場合あるいは、光学素子Ｇ１がレチクルステージＲＳＴに保持されない場合すなわち、ＴＴＬ検出系ＡＳにて観察する場合に、レチクル基準プレートＳＰ、光学素子Ｇ１、投影光学系１３を介して基準マークＦＭを観察する場合には、ペルクルＰの厚さ寸法Ｔｐ、Ｔｐ’のみを考慮すればよいので
Ｔｗｐｓ − Ｔｗｇ＝（Ｔｐ＊（１ − １／Ｎｐ））／β^２
Ｔｗｐｓ − Ｔｗｇ＝（Ｔｐ’ ＊（１ − １／Ｎｐ））／β^２
となる。
【００７２】
なお、第１、２の実施形態と同様に第３、４の実施形態においても、レチクル基準プレートは１ケの構成で説したが、複数構成されていてもかまわない。
【００７３】
さらに、光学素子Ｇ１は１枚の構成で説明したが複数枚の構成であってもかまわない。また、投影光学系１３は屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系あるいはレンズと凹面鏡を用いたカタディオプトリック光学系であってもかまわない。
【００７４】
以上のように第４実施形態によれば、上記の光路長を一致させる（結像関係、共役関係を一致させる）ための手段として、投影光学系（１３）に対するウエハの面位置と投影光学系に対する基準マーク（ＦＭ）の面位置（投影光学系の光軸方向の位置）との間に、投影光学系の光軸方向に所定の差を設ける。例えば、そのような所定の差は、ＴＴＬ検出系ＡＳにて基準プレートと基準マークもしくは基準プレートを介して基準マークを観察する際（装置の校正を行なう際）に、ウエハステージ（ＷＳＴ）を光軸方向へ駆動することにより発生させることができる。或いは、基準マーク（ＦＭ）の高さをウエハ面の高さとは異なるように設けてもよい。
【００７５】
また、より具体的には、光学変調部材が、マスク基板の保護用のペリクルと、投影光学系の収差を補正するための光学素子と、マスク基板の理想平面からのズレを補正するための光学素子の少なくともいずれかで構成されている構成において、上記所定の差（Ｔｗｐｓ − Ｔｗｇ）は、ペリクルの厚さをＴｐ、屈折率をＮｐとし、上記光学素子の厚さをＴｇ、屈折率をＮｇ、上記投影光学系の結像倍率をβとした場合に、
Ｔｗｐｓ − Ｔｗｇ＝Ｔｐ＊（１−１／Ｎｐ）／ β^２＋Ｔｇ＊（１−１／Ｎｇ）／ β^２
である（ここで、ペリクルが存在しない場合はＴｐ＝０とし、光学素子が存在しない場合はＴｇ＝０とすればよい）。
【００７６】
以上のような第４実施形態によれば、補正用光学素子が不要となり、構成が簡素化される。
【００７７】
以上説明したように、上述した各実施形態によれば、ディストーションの発生要因であるレチクルパターン面の面形状の影響あるいは、投影光学系に残存するランダムなディストーションを補正する光学素子を構成可能であるとともに、ＡｒＦ、Ｆ_２といった短波長の光源を使用した場合でも劣化の少ないペリクルを構成することが可能となり、塵埃等による転写誤差の発生を防止できる。
【００７８】
また、ペリクルの使用材料による厚さの変更にも対応できるとともに、レチクル基準プレートを構成しレチクル基準プレート上のマークもしくはレチクル基準プレートを介して基準マークまたはウエハを観察する場合でもフォーカスが合掌した状態が構成できる。
【００７９】
また、レチクル基準プレートを用いて装置の校正を行う場合、投影光学系の瞳に球面収差が残存していても、レチクル基準プレート上の各像高においてテレセンシティーが確保されているため、ウエハ側でのフォーカスずれが発生した場合でも位置計測精度の劣化が防止できる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ディストーションの発生要因であるレチクルパターン面の面形状の影響あるいは、投影光学系に残存するランダムなディストーションを補正する光学素子を構成可能であるとともに、ＡｒＦ、Ｆ_２といった短波長の光源を使用した場合でも劣化の少ないペリクルを構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態による露光装置を説明する図である。
【図２】図１のレチクルステージ部分を拡大して示す図である。
【図３】図１のレチクルステージ部分を拡大して示す図である。
【図４】図１の露光装置におけるＴＴＬ検出系を説明する図である。
【図５】第２実施形態の露光装置における補正光学素子の効果を説明する図である。
【図６】第２実施形態による補正光学素子を用いない場合の光線経路を説明する図である。
【図７】第３実施形態による露光装置を説明する図である。
【図８Ａ】図３のレチクルステージ部分を拡大して示す図である。
【図８Ｂ】図３のレチクルステージ部分を拡大して示す図である。
【図８Ｃ】図３のレチクルステージ部分を拡大して示す図である。
【図９】第４実施形態による露光装置を説明する図である。
【図１０】図９の露光装置におけるウエハステージ部分の拡大図である。

Claims

所定の結像特性を有する投影光学系と、
前記投影光学系の一方の側に配置され、マスク基板を保持するとともに基準プレートを具備したマスクステージと、
前記投影光学系の他方の側に配置され、ウエハを保持するとともに、基準マークを具備したウエハステージと、
前記マスク基板上のパターンを前記投影光学系を介して前記ウエハ上に転写する際、前記マスク基板と前記ウエハの結像関係に影響を及ぼす光学変調部材と、
前記マスク基板と前記ウエハの位置合わせを行なうために前記投影光学系を介する光路によって前記基準プレートと前記基準マークの位置を検出する際、該基準プレートと該基準マークの結像関係を、前記光学変調部材により影響を及ぼされた前記マスク基板と前記ウエハの結像関係に略一致させるための手段を備えることを特徴とする露光装置。