JP2005093697A - 面位置検出装置及び方法、露光装置並びに収差補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ペリクルによる露光処理への悪影響を排除し、基板上に回路パターンを正確に投影可能とすることにある。
【解決手段】ペリクルＰを隔てて存在するレチクルＲのパターン面に光束を斜入射して、その反射光を検出することで該パターン面の露光光の光軸方向の位置が計測される（３Ａ、３Ｂ）。このペリクルに対して所定角度で斜入射する検出光を出力し、検出光がペリクル内へ侵入する際に生じる第１反射光と、該ペリクル内へ侵入した該検出光が該ペリクルから外部へ出る際に生じる第２反射光とのずれ量を検出し（３Ｃ）、検出したずれ量に基づいて上記光軸方向位置の計測値を補正する。
【選択図】 図２

Description

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おける、原版の面形状測定技術に関するものであり、特に、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好適なものである。

半導体素子等を製造する際に用いられる露光装置としては、ステッパーのような一括露光型の投影露光装置や、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型の投影露光装置（走査型露光装置）がある。これらの投影露光装置においては、原版（マスク）に描画されたパターンを感光基板（ウエハ）上に転写するにあたり、限界に近い解像力が求められている。

一般に、投影露光装置においては、解像力を高めるために投影光学系の開口数が大きく設定されており、その結果、光学系の焦点深度がかなり浅くなっている。このため、斜入射方式の焦点位置検出系によりウエハの表面の各位置を検出し、ウエハの表面の各部と投影光学系の像面位置を合わせ込むフォーカス機構が設けられる。このフォーカス機構は、ウエハ表面の凹凸のフォーカス位置（投影光学系の光軸方向の位置）を計測し、この計測結果に基づいてウエハの表面を投影光学系の像面に合わせ込む。

しかし、近年になって、マスクとしてのレチクルの変形による投影光学系の結像誤差も次第に無視できなくなってきている。例えば、レチクルのパターン面がほぼ一様に投影光学系側にたわむと、像面の平均的な位置も低下するため、これに合わせてウエハのフォーカス位置を調整しないとデフォーカスが発生してしまう。また、レチクルのパターン面の変形に伴って、投影光学系の光軸に垂直な方向（パターン面方向）へパターン位置も変化してしまうことがあり、このようなパターンの横ずれはディストーション誤差の要因にもなる。

以上のようなレチクルの変形を要因別に分類すると、（ａ）自重変形、（ｂ）レチクルパターン面の平坦度、（ｃ）レチクルをレチクルホルダに吸着保持する際の接触面の平面度により発生する変形（塵の挟み込みを含む）、（ｄ）レチクルの照明光吸収による熱変形等が考えられる。例えば、これらによって生じる投影光学系光軸方向への変形量がレチクル上で０．５μｍ程度であった場合、ウエハ上でのフォーカス位置の変化は３０ｎｍとなり無視できなくなる。このため、レチクルの変形量は０．１μｍ程度の精度で計測する必要がある。また、このようなレチクルの変形の状態は、レチクル毎に、更には露光装置のレチクルホルダ毎に異なってくるため、レチクルの変形量を正確に測定するためには、レチクルを実際に投影露光装置のレチクルホルダに吸着保持した状態で測定する必要がある。

従って、投影露光装置においてより高い結像性能を得るためには、ウエハのみならず、レチクル側でもパターン面の形状を計測することが望ましい。そこでレチクルの面形状を計測するために、ウエハのフォーカス位置を検出するための斜入射方式のＡＦセンサと同様の構成の位置センサをレチクルステージ側にも配置することが考えられる。

レチクルの自重あるいは熱的な膨張等によるレチクルのたわみを斜入射方式のレチクルたわみ検出系で検出し補正を行う投影露光装置は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された走査型露光方式の機構を簡単に説明する。走査型露光方式での露光用光束は、走査方向には幅が狭く、走査方向に直交する方向には幅が広い。このような露光用光束の照射範囲に着目し、走査方向のたわみについてはフォーカスもしくはレベリングの制御を行うことで対応し、走査方向と直交する方向のたわみのみを補正することで、実用上良好なパターン投影を行うことを可能とする。レチクルのたわみの補正は、レチクル両端部に配置されている圧電素子を駆動し、たわみを矯正する様にレチクル変形させることにより行う。圧電素子は、レチクルが走査移動する方向に沿って複数配置されている。

また、たわみ検出方法としては、レチクルの一点における面位置を計測して、基準とする面位置からの変化をレチクルのたわみとして検出する方法や、複数の点でレチクルの面位置を検出して平均や最小二乗法によりより正確にたわみを検出する方法が示され、たわみ検出結果に従ってたわみ補正量が演算される。複数の点でたわみを検出する手法としては、レチクルたわみ検出系を複数設ける、または、一つの光源から出力された光から、回折格子を利用して複数のビームを得る構成が挙げられる。さらには、レチクルたわみの検出点を、レチクルの走査方向に関して露光光の照射領域の両側に設定し、レチクルの走査方向に対して露光光の照射領域の手前でレチクルのたわみ量を検出するようにし、照明領域内のレチクルのたわみ量に応じた、レチクルパターン投影像の補正をリアルタイムに行うことも提案されている。

また、投影露光装置において解像力を高めるためには、露光光の波長を短波長化することも有力な手段である。現在、露光用光源として、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が使用されているし、近い将来には、露光用光源としてＦ₂エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）が使用されると考えられ、真空紫外域の露光用光源の使用が提案されている。

露光波長の短波長化の問題点は、波長が短くなると光学材料（硝材、膜材料）の光吸収が増えることにより光学系の透過率が極端に低下する点にある。レチクルには、塵（埃、ゴミ等の異物）による回路パターンの汚染を防止するための防塵用の膜厚１μｍ以下のペリクル膜（以下、「膜ペリクル」と記載する）が設けられる。しかしながら、例えばＦ₂エキシマレーザを使用した場合、この膜ペリクルが波長１５７ｎｍの露光光をかなり吸収してしまう。このため、膜ペリクル自身が劣化して透過率が低下する上に、その際発生するガスのために投影光学系のレンズが汚染される可能性がある。

この問題を解決する1つの手段として、従来使用されていた上記の光学薄膜に代わりに、厚さ３００〜８００μｍ程度のフッ化物結晶や、フッ素ドープ等により得られる、波長１５７ｎｍの露光光に対して高透過率を持つ特殊な合成石英からなるペリクル（以下、「ハードペリクル」と記載する）を使用する方法がある。
特開平１０−２１４７８０号公報 特開平１０−２２８０９９号公報

しかし、ハードペリクルの製造コストは、材料費・加工費共、従来の膜ペリクルと比較して高価となる。このため、製造コストを低減すべく、Ｆ₂レーザや真空紫外域の露光光の透過率を向上させた薄膜材料を用いた、低コストな膜ペリクルの開発も進められている。

例えば、特許文献２では、耐光性に優れた１４０ｎｍ〜２００ｎｍの紫外線用ペリクルが提案されている。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（商品名）あるいはテフロン（登録商標）ＡＦ（商品名）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。

このような膜ペリクルの耐久性や透過率が実用に耐えるものであれば、コスト削減のためにハードペリクルは膜ペリクルに置き換わっていくことが予想される。その結果、ハードペリクルと膜ペリクルの置き換わりの時期には、生産ラインの中で両タイプのペリクルが混在して用いられる可能性がある。よって、露光装置には、両タイプのペリクルに対応することが求められている。

さて、膜ペリクルとハードペリクルといったようなタイプの異なるペリクルが混在した場合には、次のような問題が生じる。すなわち、膜ペリクルとハードペリクルとでは、ペリクルで生じる投影光学系の球面収差や歪曲収差等が異なるため、例えば、膜ペリクル付きレチクルに対して投影光学系の収差を調整した投影露光装置にて、ハードペリクル付きレチクルを使用すると、回路パターン像がボケたり歪んだりしてしまう問題がある。

また、背景技術の説明で述べたレチクルのパターン面形状を計測するための斜入射方式のレチクルたわみ検出系は、レチクルのパターン面に検出光を照射し、その反射光を光検出部で検出するため、防塵用のペリクルを設けたレチクルを計測する際には、ペリクルを介して検出光の照射と反射光の受光を行うことになる。膜ペリクルは、厚さが１μｍ以下であるために、膜ペリクルを通過する際のレチクルたわみ検出系の光軸の変化は、光学的に無視できる量である。しかしながら、ハードペリクルは、厚さが３００〜８００μｍ程度あるため、ハードペリクルを通過する際には無視できないほどの光軸ずれが発生する。よって、例えば、膜ペリクルであることを前提として設計されているレチクルたわみ検出系で、ハードペルクル付きのレチクルの計測を行ってしまうと、光軸ずれによってレチクル面位置が上下方向にずれたように計測されてしまうという問題が生じる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ペリクルに起因した露光処理等への悪影響を排除することにある。
また、本発明の他の目的は、ペリクルによるパターン面計測に対する悪影響を排除し、基板上に回路パターンを正確に投影可能とすることにある。
また、本発明の他の目的は、ペリクルによる収差補正への悪影響を排除可能とすることにある。

上記の目的を達成するための本発明による面位置検出装置は以下の構成を備える。すなわち、
ペリクルを隔てて存在するパターン面に光束を斜入射して、その反射光を検出することで該パターン面の垂直方向の位置を計測する計測手段と、
ペリクルに対して所定角度で斜入射する検出光を出力する投光手段と、
前記検出光が前記ペリクル内へ侵入する際に生じる第１反射光と、該ペリクル内へ侵入した該検出光が該ペリクルから外部へ出る際に生じる第２反射光とのずれ量を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出したずれ量に基づいて前記計測手段による計測値を補正する補正手段とを備える。

また、上記の目的を達成するための本発明の他の態様による露光装置は、
パターン面側にペリクルが設けられたレチクルに露光光を照射し、該露光光を投影光学系を介して基板上に照射することでパターンを形成する露光装置であって、
前記ペリクルに対して所定角度で斜入射する検出光を出力する投光手段と、
前記検出光が前記ペリクル内へ侵入する際に生じる第１反射光と、該ペリクル内へ侵入した該検出光が該ペリクルから外部へ出る際に生じる第２反射光とのずれ量を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出したずれ量に基づいて前記投影光学系による収差補正を制御する補正制御手段とを備える。

本発明によれば、ペリクルの厚みによって生じるレチクルのパターン面位置の計測誤差を除去することができる。このため、例えば膜ペリクル付きレチクルとハードペリクル付きレチクルが混在して用いられた場合においても、レチクルたわみ量を精度よく求めることが可能になる。その結果、レチクルパターン面の面形状によるディストーション等が補正可能となり、パターン像の湾曲等が抑制され、基板上に回路パターン像を正確に投影できる露光装置を実現できる。
また、本発明によれば、レチクルたわみ検出系により求めたペリクルの厚みに基づいてペリクルにより生じる投影光学系の収差が補正される。このため、基板上に回路パターン像を正確に投影できる露光装置が実現する。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態で使用される投影露光装置の概略を示す図である。図１において、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、長方形のスリット状を有し、全体に均一な照度の照明領域２１がレチクルＲ上に形成される。そして、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。なお、光源１としては、Ｆ₂エキシマレーザー、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を有する連続光源が使用できる。

パルス光源の場合、露光のオン／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る。また、連続光源の場合、露光のオン／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）７Ａ，７Ｂが設けられているため、可動ブラインド７の開閉によって露光のオン／オフを切り換えてもよい。

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４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。

視野絞り５には、長方形のスリット状の開口部が形成されている。視野絞り５を通過した光束は、長方形のスリット状の断面を有する光束となり、リレーレンズ系８に入射する。図１において、スリットの長手方向は紙面に対して垂直な方向であるとする。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る。可動ブラインド７は後述の走査方向（Ｘ方向）の幅を規定する２枚の羽根（遮光板）７Ａ，７Ｂ及び走査方向に垂直な非走査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。走査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により独立に走査方向に移動できるように支持される。また、不図示の非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上のスリット状の照明領域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。リレーレンズ系８は両側テレセントリックな光学系であり、レチクルＲ上のスリット状の照明領域２１ではテレセントリック性が維持されている。

レチクルＲは、そのパターン面側にペリクルＰが設けられ、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により位置が検出され、レチクルステージ駆動部１０により駆動される。スリット状の照明領域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。

図１において、投影光学系１３の光軸に垂直な２次元平面内で、スリット状の照明領域２１に対するレチクルＲの走査方向を＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）として、投影光学系１３の光軸に平行な方向をＺ方向とする。レチクルステージＲＳＴはレチクルステージ駆動部１０によって駆動され、レチクルＲは走査方向（＋Ｘ方向又は−Ｘ方向）に走査され、可動ブラインド７の駆動部６Ａ，６Ｂ、及び非走査方向の可動ブラインドの駆動部は可動ブラインド制御部１１により制御される。そして、主制御系１２は装置全体の動作を制御するものであり、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は主制御系１２により制御される。

レチクルステージＲＳＴの下方には、レチクルたわみ検出系ＲＯがレチクルステージＲＳＴの走査方向に、投影光学系１３への露光光束をけらないように配置されている。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に保持される。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方向に走査する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の位置は干渉計２３により検出される。

また、走査露光時にオートフォーカス方式でウエハＷの表面を投影光学系１３の像面に合わせ込むために、投光光学系４１、受光光学系４２より構成された、斜入射方式の焦点位置検出系ＷＯが設けられている。投影光学系１３の側面下方の投光光学系４１からウエハＷの表面の複数の計測点にスリット像が斜めに投影されている。そして、投光光学系４１に対称に配置された受光光学系４２は、ウエハＷの表面からの反射光を受光してそれらのスリット像を再結像し、それらの横ずれ量に基づいてフォーカス信号を生成する。ウエハＷのフォーカス位置が変化すると、それらのスリット像の横ずれ量も変化するため、それらのフォーカス信号から対応する計測点でのフォーカス位置が検出できるのである。生成されたフォーカス信号は主制御部１２、ウエハステージ制御部１５に供給される。

ウエハＷの上方には、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。制御部１７の制御下で、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、検出結果が主制御系１２に送られる。主制御系１２は、フォーカス信号やアライメント検出結果を用いて、ウエハステージ駆動部１５によるウエハステージＷＳＴの位置決め動作及び走査動作を制御する。

レチクルＲ上のパターン像をスキャン露光方式で投影光学系１３を介してウエハＷ上の各ショット領域に露光する際には、視野絞り５により設定されるスリット状の照明領域２１に対して−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に、レチクルＲを速度ＶＲで走査する。また、投影光学系１３の投影倍率をβとした場合、レチクルＲの上記走査と同期して、＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に、ウエハＷを速度ＶＷ（＝β・ＶＲ）で走査する。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。

次に、図２を用いて、本実施形態によるレチクルたわみ検出系ＲＯの構成について詳細に説明する。レチクルたわみ検出系ＲＯは、投光部３Ａとレチクル受光部３Ｂとペリクル受光部３Ｃによって構成されている。投光部３Ａは、発光ダイオード等の光源３０とスリット状の投影パターン３１と投光レンズ３２を主要構成としている。レチクル受光部３Ｂは受光レンズ３３とＣＣＤセンサ等のディテクタ３４を主要構成としている。また、ペリクル受光部３Ｃは、レチクル受光部３Ｂと同様であり、受光レンズ３５とディテクタ３６を主要構成としている。

レチクルたわみ検出系ＲＯによるレチクルのたわみ量の検出は基本的には次のように行なわれる。すなわち、投光部３ＡによりチクルＲのパターン面に検出光を斜め方向から照射し、レチクルＲのパターン面で反射した反射光をレチクル受光部３Ｂで受光する。受光部３Ｂにおいて、ディテクタ３４の検出面上への反射光の入射位置が位置検出素子で検出される。そして、その入射位置情報からレチクルＲのパターン面のＺ方向（投影光学系１３の光軸方向）の位置情報が検出される。

なお、レチクルたわみ検出系ＲＯは、図２では１系統についてのみ示しているが、レチクルＲのパターン面の走査方向とほぼ直行する方向（スリット状の照明領域２１の長手方向）に、複数の計測点が配置されるように複数の検出系ＲＯを持つことが好ましい。これにより、走査方向とほぼ直交する方向に沿って複数の計測点でのＺ方向の位置情報が得られる。また、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴにより走査されることにより、走査方向にも複数の計測点でＺ方向の位置情報を検出できる。これら２次元的に存在する複数の計測点で求められたＺ方向の位置情報によりレチクルＲのパターン面のたわみ面形状が算出可能となる。

レチクルたわみ検出系ＲＯによるレチクルＲパターン面の計測は、ペリクルＰを介して行われる。このため、レチクルたわみ検出系ＲＯによるレチクルＲパターン面のＺ方向（投影光学系１３の光軸方向）の位置計測情報に対して、ペリクルＰの厚み変化の影響を補正する必要がある。以下、図３Ａ及び図３Ｂを参照してレチクルたわみ検出系ＲＯのペリクルＰによる影響の補正方法について説明する。

図３Ａにおいて、投光部３Ａからの検出光ＭＬ１のレチクルＲ及びペリクルＰへの斜入射角度θは、設計により定まる規定値である。検出光ＭＬ１は、空気とペリクルＰの下面の境界でその一部が反射され、表面反射光ＰＲＬ１となる。表面反射光ＰＲＬ１は、ペリクル受光部３Ｃのディテクタ３６により検出される。また、ペリクルＰの下面を通過した検出光ＭＬ１は、次のペリクルＰの上面と空気の境界でその一部が反射され、裏面反射光ＰＲＬ２となる。その裏面反射光ＰＲＬ２は、ペリクルＰの下面と空気の境界で屈折された後に、ペリクル受光部３Ｃのディテクタ３６により検出される。ディテクタ３６で検出された表面反射光ＰＲＬ１と裏面反射光ＰＲＬ２の間隔Ｓｐと、ペリクルＰへの検出光ＭＬ１の斜入射角度θと、ペリクルＰの材質により定まるペリクルＰの検出光波長での相対屈折率ｎとにより、ペリクルＰの厚さＰｔは、以下の式で表される。

更に、ペリクルＰを通過した検出光ＭＬ１は、レチクルＲのパターン面で反射される。その反射光ＲＲＬ１は、再びペリクルＰを通過して、レチクル受光部のディテクタ３４により検出される。今、この状態からレチクルＲのパターン面の位置が２点鎖線で示すようにΔＺｒ変化したとする。この場合、図３Ａ中に２点鎖線でしめされているレチクルＲのパターン面からの反射光ＲＲＬ２は、レチクル受光部３Ｂのディテクタ３４上で、ΔＤｚずれた位置で検出される。このディテクタ３４での位置ずれ量ΔＤｚにより、レチクルＲパターン面の面位置変化量ΔＺｒは、以下の式で表される。

レチクルステージＲＳＴを走査方向に駆動しながら、レチクルＲパターン面の面位置変化をレチクル受光部３Ｂのディテクタ３４で検出することによりレチクルたわみ検出系ＲＯは、レチクルＲパターン面のたわみ形状・たわみ量を検出する。

次に、図３Ｂにおいて、レチクルＲのパターン面位置は変化せずに、ペリクルＰの厚さがＰｔからＰｔ+ΔＰｔへ変化した場合のレチクルたわみ検出系ＲＯの検出光および反射光を図３Ｂ中の２点鎖線で示す。この場合、ペリクル受光部３Ｃのディテクタ３６で検出された表面反射光ＰＲＬ１と裏面反射光ＰＲＬ２’の間隔は、Ｓｐ+ΔＳｐとなり、式（１）より、ペリクルＰの厚さＰｔ＋ΔＰｔは以下の式で表される。

このとき、レチクル受光部３Ｂのディテクタ３４上でのレチクルＲパターン面での反射光の受光位置は、レチクルＲパターン面が変化していないにもかかわらず、ΔＤｐずれる。レチクルＲのパターン面の面位置変化を正確に計測するためには、このペリクルＰの厚さ変化ΔＰｔによるレチクル受光部３Ｂのディテクタ３４上での検出位置変化ΔＤｐを求め、レチクル受光部３Ｂのディテクタ３４の検出位置を補正する必要がある。ペリクルＰの厚さ変化ΔＰｔによる検出位置変化ΔＤｐは、以下の式で表される。

上記式（４）により、ペリクルＰの厚さ変化によるレチクルたわみ検出系ＲＯの補正量が求まる。例えば、膜ペリクルを有するレチクルからハードペリクルを有するレチクルに切り替えられた場合は、両ペリクルの厚みの差ΔＰｔと上記式（４）により、レチクル受光部３Ｂの検出位置をΔＤｐだけ補正すればよい。

なお、上記式（４）では、ペリクルＰの厚み変化ΔＰｔはペリクルＰ内で一様である場合（即ち、検出光ＭＬ１が通過する位置のペリクルの厚みとその反射光が通過する位置のペリクルの厚みが等しい場合）の、レチクルたわみ検出系ＲＯのたわみ計測値の補正量が算出される。しかしながら、本実施形態のレチクルたわみ検出系ＲＯでは、以下に説明する処理により、ペリクルＰ内で厚みむらがある場合においてもレチクルＲのパターン面のＺ方向の位置情報（レチクルたわみ量）の計測を精度よく行えるようにする。

まず、レチクルＲのパターン面の計測に先がけて、レチクルたわみ検出系ＲＯの光束が通過する部分のペリクルＰの厚み変化（ΔＰｔ）を、ペリクルＰ全面に渡って計測する。これは、投光部３Ａからの検出光ＭＬ１がレチクルＲのパターン面に入射する方向をレチクルステージＲＳＴの走査方向と平行とし、レチクルステージＲＳＴを走査しながらペリクル受光部３ＣによりΔＳｐを計測し、式（３）により求めることができる。

以上のペリクルＰにおける厚み変化の計測結果から、レチクルＲのパターン面の計測を行うそれぞれの計測位置ごとの投光部３Ａからの検出光ＭＬ１が通過する位置のペリクルＰの厚み変化ΔＰｔ１と、レチクルＲのパターン面での反射光が通過する位置のペリクルＰの厚み変化ΔＰｔ２が前もって算出される。よって、ペリクルＰの影響によるレチクル受光部のディテクタ３４での検出位置変化ΔＤｐは、以下の式で表される。

この検出位置変化ΔＤｐをレチクルＲパターン面の計測を行うそれぞれの計測位置ごとに算出して、ディテクタ３４の検出位置を補正することにより、ペリクルＰ内で厚みむらがある場合においても、レチクルたわみ検出系ＲＯは、レチクルＲパターン面のＺ方向の位置情報（レチクルたわみ量）の計測を精度よく行うことができる。そして、この計測結果を用いて、例えば上述の特許文献１に開示されているような方法によるレチクルのたわみ補正を高精度に実施できるようになる。

なお、上記実施形態においては、レチクルたわみ検出系ＲＯのペリクル受光部３Ｃはペリクル厚みＰｔの計測のみを行っている。しかしながら、上述したレチクルたわみ検出系ＲＯの構成によりペリクルＰのたわみ量を検出することも可能である。即ち、レチクルＲのたわみ計測と同様に、投光部３Ａからの斜入射検出光の空気とペリクルＰの下面の境界での表面反射光（ＰＲＬ１）をペリクル受光部のディテクタ３６により検出し、レチクルステージＲＳＴを走査方向に駆動した際の、その表面反射光のディテクタ３６での位置ずれ量ΔＤｐｚを検出することができる。このΔＤｐｚによりペリクル面位置の変化量ΔＺｐは、以下の式で表される。

上記説明では、１系統のレチクルたわみ検出系ＲＯのペリクル検出部についてのみ説明しているが、レチクルたわみ検出系ＲＯは、レチクルＲのパターン面の走査方向とほぼ直行する方向（スリット状の照明領域２１の長手方向）に沿って複数設けられる。よって、走査方向に直交する方向に複数のＺ方向の計測点が配置され、さらにレチクルステージＲＳＴにより走査されることにより、２次元的に存在する複数の計測点におけるＺ方向の位置情報を検出できる。従って、これらの位置情報によりペリクルＰのたわみ面形状が算出可能となる。

更に、上記式（１）、（６）により、レチクルたわみ検出系ＲＯは、ペリクルＰの面形状、厚み及び厚みむらを算出することができ、これらの算出結果より、ペリクルＰで生じる投影光学系１３の球面収差や歪曲収差等を求めることが可能である。よって、これら算出結果に基づいて投影光学系１３の収差調整機構により補正を行うことが可能になる。投影光学系１３の収差調整機構としては、図１に示すような交換可能な複数の収差補正用の調整プレート５１（透明な平行平面板や非球面板）を投影光学系１３の光路中に挿入する機構や、投影光学系１３を構成する複数のレンズ群（各レンズ群は一枚又は複数枚の屈折レンズや回折レンズより成る）のうち特定のレンズ群を投影光学系１３の光軸方向に移動させるレンズ駆動部５２等から構成される。例えば、複数の収差補正用の調整プレートのうちの一つを、上記ペリクルの厚みの算出結果に基づいて選択するように構成できる。

また、ペリクルＰで生じる収差の補正手段には、投影露光装置に適用できる公知の様々な装置が使える。この装置としては、たとえば、投影光学系１３の特定のレンズとレンズの間の空間の気圧（窒素やヘリウムなどの不活性ガスの圧力）を変える装置や、投影光学系１３のレンズに応力を掛けてレンズの屈折面を変形させる装置や、光源１の発振波長つまり露光光束の波長を変える装置や、投影光学系１３の光軸と直交する方向に互いに逆向きに変位する一対の非球面板を駆動する装置、及び、これらとレンズ駆動部５２の任意の組合せも用いることができる。そして、これら補正手段を上記ペリクルＰの面形状、厚み及び厚みむらの算出結果に基づいて駆動する。なお、上記実施形態において、レチクル受光部３Ｂとペリクル受光部３Ｃは投光部３Ａからの検出光を共用するが、各受光部に個別に投光部を設けるようにしてもよい。

以上のように、上記実施形態によれば、膜ペリクル付きレチクルとハードペリクル付きレチクルが混在して用いられた場合においても、レチクルたわみ検出系ＲＯに備えられた受光部３Ｃにより、レチクル毎のペリクルの厚みを計測することが可能となる。そして、この計測したペリクル厚みに基づいて、ペリクルを介して計測を行うレチクルたわみ検出系によるレチクルのたわみ量（面形状）計測結果を補正することで、レチクルたわみ量を精度よく求めることが可能になる。その結果、レチクルパターン面の面形状によるディストーション等が補正可能となり、パターン像の湾曲等が抑制され、ウエハ上に回路パターン像を正確に投影できる露光装置が実現できる。また、レチクルたわみ検出系により求めたペリクルの面形状や厚みにより、ペリクルにより生じる投影光学系の収差を収差補正機構により補正されるので、ウエハ上に回路パターン像を正確に投影できる露光装置が実現できる。

次に、上述した露光装置を利用して、マイクロデバイス等のデバイスの一例としての半導体デバイスを製造するプロセスを説明する。図４は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。

一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、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）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体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。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の実施形態による露光装置の構成を説明する図である。 レチクルたわみ検出系の構成を説明する図である。 ペリクル厚みとレチクルのＺ位置ずれ量の算出方法を説明するための図である。 ペリクル厚みの変化によるレチクルのＺ位置ずれ量の補正量算出方法を説明する図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。

Claims (11)

1. ペリクルを隔てて存在するパターン面に光束を斜入射して、その反射光を検出することで該パターン面の垂直方向の位置を計測する計測手段と、
   ペリクルに対して所定角度で斜入射する検出光を出力する投光手段と、
   前記検出光が前記ペリクル内へ侵入する際に生じる第１反射光と、該ペリクル内へ侵入した該検出光が該ペリクルから外部へ出る際に生じる第２反射光とのずれ量を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出したずれ量に基づいて前記計測手段による計測値を補正する補正手段とを備えることを特徴とする面位置検出装置。
2. 前記計測手段は、前記投光手段よりの前記検出光を前記光束として用いることを特徴とする請求項１に記載の面位置検出装置。
3. 前記補正手段は、前記検出手段で検出したずれ量に基づいて、前記光束が前記ペリクルを通過する際の光軸のシフト量を算出し、該シフト量により前記計測手段による計測値を補正することを特徴とする請求項１に記載の面位置検出装置。
4. 前記検出手段により検出されたずれ量に基づいて前記ペリクルの各位置における厚みを示す厚み情報を保持する保持手段を更に備え、
   前記補正手段は、前記計測手段の入射光束と反射光束のそれぞれの前記ペリクルの通過位置におけるペリクルの厚みを前記厚み情報より取得して前記計測値を補正することを特徴とする請求項１に記載の面位置検出装置。
5. パターン面側にペリクルが設けられたレチクルに露光光を照射し、該露光光を投影光学系を介して基板上に照射することでパターンを形成する露光装置であって、
   前記ペリクルに対して所定角度で斜入射する検出光を出力する投光手段と、
   前記検出光が前記ペリクル内へ侵入する際に生じる第１反射光と、該ペリクル内へ侵入した該検出光が該ペリクルから外部へ出る際に生じる第２反射光とのずれ量を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出したずれ量に基づいて前記投影光学系による収差補正を制御する補正制御手段とを備えることを特徴とする露光装置。
6. 前記補正手段は、前記検出手段で検出したずれ量に基づいて前記ペリクルの厚みを算出し、該厚みに基づいて前記投影光学系による収差補正を制御することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記第１反射光に基づいて前記ペリクルの面形状を計測する面形状計測手段を更に備え、
   前記補正制御手段は、更に前記面形状計測手段により計測されたペリクルの面形状に基づいて前記投影光学系による収差補正を制御することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
8. パターン面側にペリクルが設けられたレチクルに露光光を照射し、該露光光を投影光学系を介して基板上に照射することでパターンを形成する露光装置であって、
   前記ペリクルを隔てて存在するパターン面に光束を斜入射して、その反射光を検出することで該パターン面の垂直方向の位置を計測する計測手段と、
   ペリクルに対して所定角度で斜入射する検出光を出力する投光手段と、
   前記検出光が前記ペリクル内へ侵入する際に生じる第１反射光と、該ペリクル内へ侵入した該検出光が該ペリクルから外部へ出る際に生じる第２反射光とのずれ量を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出したずれ量に基づいて前記計測手段による計測値を補正し、補正された前記パターン面の位置に基づいて露光処理における補正駆動をする補正制御手段とを備えることを特徴とする露光装置。
9. 前記補正制御手段は、更に、前記検出手段で検出したずれ量に基づいて前記ペリクルの厚みを算出し、該厚みに基づいて前記投影光学系による収差補正を制御することを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. ペリクルを隔てて存在するパターン面に光束を斜入射して、その反射光を検出することで該パターン面の垂直方向の位置を計測する計測工程と、
    ペリクルに対して所定角度で斜入射する検出光を出力する投光工程と、
    前記検出光が前記ペリクル内へ侵入する際に生じる第１反射光と、該ペリクル内へ侵入した該検出光が該ペリクルから外部へ出る際に生じる第２反射光とのずれ量を検出する検出工程と、
    前記検出工程で検出したずれ量に基づいて前記計測工程による計測値を補正する補正工程とを備えることを特徴とする面位置検出方法。
11. パターン面側にペリクルが設けられたレチクルに露光光を照射し、該露光光を投影光学系を介して基板上に照射することでパターンを形成する露光装置における収差補正方法であって、
    前記ペリクルに対して所定角度で斜入射する検出光を出力する投光工程と、
    前記検出光が前記ペリクル内へ侵入する際に生じる第１反射光と、該ペリクル内へ侵入した該検出光が該ペリクルから外部へ出る際に生じる第２反射光とのずれ量を検出する検出工程と、
    前記検出工程で検出したずれ量に基づいて前記投影光学系による収差補正を制御する補正制御工程とを備えることを特徴とする収差補正方法。

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