JP2005175034A - 露光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高NAの投影光学系を用いた場合(例えば、液浸型や1<NA)において、装置の大型化を招くことなく、高精度なアライメントを実現し、解像度に優れた露光を行うことができる露光装置を提供する。
【解決手段】 レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して結像する露光装置であって、前記レチクルと前記被処理体との位置合わせの基準となる基準マークと、前記投影光学系の少なくとも一部と前記被処理体との間及び前記投影光学系の少なくとも一部と前記基準マークとの間を満たす1よりも大きい屈折率を有する第1の液体と、前記投影光学系及び前記液体を利用して前記被処理体の位置合わせを行うアライメント機構とを有することを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、一般には、露光装置に係り、特に、IC、LSIなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、CCDなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる微細パターンの製造に用いられる露光装置に関する。本発明は、投影光学系の最終面と被処理体の表面を液体に浸漬して、かかる液体を介して被処理体を露光するいわゆる液浸型の露光装置に好適である。
フォトリソグラフィー(焼き付け)技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子又は液晶表示素子を製造する際に、レチクル又はマスク(本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。)に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する縮小投影露光装置が従来から使用されている。
縮小投影露光装置で転写できる最小の寸法(解像度)は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数(NA)に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、及び、NAを上げれば上げるほど、解像度はよくなる。近年では、半導体素子の微細化への要請に伴い、解像度はより小さい値を要求されている。従って、露光光の短波長化と共に、投影光学系の高NA化により解像度の向上を見込んでいる。現在、投影光学系のNAは加速度的に進み、NA=0.90を超える光学系の開発が視野に入っている。
また、露光装置の光源は、短波長化に伴いKrFエキシマレーザー(波長約248nm)からArFエキシマレーザー(波長約193nm)へと変化してきた。現在は、次の光源としてFレーザー(波長約157nm)や極端紫外線(EUV:Extreme ultraviolet)光の実現に向けて開発が進められている。
このような中で、ArFエキシマレーザーやFレーザーの光源を用いながら、更に解像度を向上させる方法として、液浸露光が注目されている(例えば、特許文献1参照。)。液浸露光とは、投影光学系のウェハ側(像面側)の媒質を液体にすることによって高NA化を更に進めるものである。つまり、投影光学系のNAは、媒質の屈折率をnとすると、NA=n・sinθであるので、投影光学系とウェハとの間の少なくとも一部を空気の屈折率よりも高い屈折率(n>1)の媒質(液体)で満たすことでNAをnまで大きくすることができる。換言すれば、液浸露光は、ウェハ側からみた投影光学系のNAを増加させる(1以上)ことで解像度を向上させている。
一方、露光を行う際には、レチクルとウェハとを位置合わせ(アライメント)する必要があり、露光装置には複数のアライメント光学系が構成されている。アライメント光学系は、大別して、ウェハ上のアライメントマークを検出してウェハアライメントに使用するオフアクシスアライメント光学系と、レチクル上(又はレチクルステージに設けたレチクル側基準板上)のアライメントマーク(以下、レチクル側パターンと称する。)に対するウェハ上(又はウェハステージに設けたウェハ側基準板上)のアライメントマーク(以下、ウェハ側パターンと称する。)の位置を投影光学系を介して検出するTTR(Through The Reticle)アライメント光学系の2種類を有する。なお、TTRアライメント光学系は、TTL(Through The Lens)アライメント光学系と呼ばれる場合もある。
特開平10−303114号公報
しかし、液浸型の露光装置では、投影光学系とウェハとの間を液体で満たすことでNAを1以上としているため、TTRアライメント光学系において、レチクル側パターンとウェハ側パターンとが結像関係にない。この結果、ウェハステージ上に設けた光量センサーを用いて光量の検出を行い、レチクル側パターンとウェハ側パターンの位置関係を検出する光量検出方式では、ウェハ側パターンにレチクル側パターンを結像することができず、レチクル側パターンとウェハ側パターンとを正確に位置合わせすることができない。アライメントマークを撮像素子に結像させる画像検出方式では、ウェハ側パターンを投影光学系を介して撮像素子上に結像させることができないため、レチクル側パターンとウェハ側パターンとを位置合わせすることができない。
また、光量検出方式では、ウェハ側基準板と光量センサーとの間に空気や真空などの屈折率が1の領域が存在するため、NAが1を超える光束でレチクル側パターンをウェハ側パターンに結像させた場合、NAが1を超える光束がウェハ側基準板の裏面(パターン面と反対の面)で全反射し、光量センサーに入射することができない。このため、計測値にオフセットが生じたり、計測再現性が悪化したりするなどして、正しい計測値を得ることができない。特に、ウェハ側基準板を投影光学系の光軸方向に移動させることによって投影光学系の焦点(フォーカス)位置を検出する場合、フォーカス変化に最も敏感なNAの大きな光束が光量センサーに入射しないことになるため、計測精度が低下することになる。更に、NAが1より小さい光束は、ウェハ側基準面の裏面で全反射しないものの入射角が大きいために反射率が高くなってしまう。このため、NAの大きな光束がウェハ側基準面の裏面で反射し、NAの小さな光束と比較して、光量センサーに入射する光量が少なくなってしまう問題もある。また、画像検出方式では、ウェハ側基準板の裏面側から照明光を入射させる場合において、ウェハ側基準板と照明光を射出する射出部との間に屈折率が1程度の領域が存在するため、1より大きなNAで照明光を入射させることができない。
一方、液浸型ではない露光装置においても同様に、投影光学系の高NA化に伴い、ウェハ側基準板の裏面でNAの大きな光束が反射される問題が生じている。また、全てのNAの光束を受光するためには面積の大きなセンサーが必要となるが、ウェハステージ上に面積の大きな光量センサーを設けるとウェハステージが大型化してしまう。
そこで、本発明は、高NAの投影光学系を用いた場合(例えば、液浸型や1<NA)において、装置の大型化を招くことなく、高精度なアライメントを実現し、解像度に優れた露光を行うことができる露光装置を提供することを例示的目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して結像する露光装置であって、前記レチクルと前記被処理体との位置合わせの基準となる基準マークと、前記投影光学系の少なくとも一部と前記被処理体との間及び前記投影光学系の少なくとも一部と前記基準マークとの間を満たす1よりも大きい屈折率を有する第1の液体と、前記投影光学系及び前記液体を利用して前記被処理体の位置合わせを行うアライメント機構とを有することを特徴とする。
本発明の別の側面としての露光装置は、レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して結像する露光装置であって、前記レチクルと前記被処理体との位置合わせの基準となる基準マークと、前記基準マークを透過した光束を受光する受光素子と、前記基準マークと前記受光素子との間を満たす1よりも大きい屈折率を有する液体とを有することを特徴とする。
本発明の更に別の側面としての露光装置は、レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して結像する露光装置であって、前記レチクルと前記被処理体との位置合わせの基準となる基準マークと、前記基準マークを透過して前記投影光学系に入射する光束を照射する照射部と、前記基準マークと前記照射部との間を満たす1よりも大きい屈折率を有する液体とを有することを特徴とする。
本発明の更に別の側面としての露光装置は、レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して結像する露光装置であって、前記レチクルと前記被処理体との位置合わせの基準となる基準マークと、前記基準マークを透過した光束を受光する受光素子と、前記基準マークを透過した光が前記受光素子に受光される前に全反射することを防止する反射防止手段とを有することを特徴とする。
本発明の更に別の側面としての露光装置は、レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して結像する露光装置であって、前記レチクルと前記被処理体との位置合わせの基準となる基準マークと、前記基準マークを透過した光束を受光する受光素子と、前記基準マークと前記受光素子との間に配置され、前記光束のNAを調整する調整手段とを有することを特徴とする。
本発明の更に別の側面としての露光方法は、レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して露光する露光方法であって、NA≧1の光束を利用して前記レチクルと前記被処理体との位置合わせを行うステップを有することを特徴とする。
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、高NAの投影光学系を用いた場合(例えば、液浸型や1<NA)において、装置の大型化を招くことなく、高精度なアライメントを実現し、解像度に優れた露光を行うことができる露光装置を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光装置について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図1は、本発明の一側面としての露光装置100の構成を示す概略ブロック図である。
露光装置100は、図1に示すように、照明装置110と、レチクルステージ120と、投影光学系130と、ウェハステージ140と、液体150と、オフアクシス光学系160と、受光素子170とを有する。露光装置100は、投影光学系130のウェハW側にある最終面が部分的に又は全体的に液体150に浸漬し、液体150を介してレチクルRCに形成されたパターンをウェハWに露光する液浸型の露光装置である。本実施形態の露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置であるが、本発明はステップ・アンド・リピート方式その他の露光方式を適用することができる。
また、露光装置100は、ウェハステージ140にウェハ側基準板142を設け、表面にレチクルRCとウェハWとの位置合わせの基準となる基準マーク(レチクル側パターン)124を形成し、ウェハ側基準板142と投影光学系130との間も液体150で満たされている(液浸)。このような構成により、レチクルRC又はレチクル側基準板122上の基準マーク(レチクル側パターン)124とウェハ側パターン144とを、投影光学系130により結像関係とすることが可能となる。従って、露光光を利用して、投影光学系130を介して、レチクル側パターン124とウェハ側パターン144との位置関係を検出することが可能となり、ベースライン計測などのキャリブレーションを実施することができる。
照明装置110は、転写用の回路パターンが形成されたレチクルRCを照明し、光源部と、照明光学系とを有する。
光源部は、例えば、光源としてレーザーを使用する。レーザーは、波長約193nmのArFエキシマレーザー、波長約248nmのKrFエキシマレーザー、波長約157nmのFレーザーなどのパルスレーザーからの光を使用することができる。レーザーの種類、個数は限定されず、光源部の種類も限定されない。
照明光学系は、光源部からの光をレチクルRCに導光する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。ライトインテグレーターは、ハエの目レンズや2組のシリンドリカルレンズアレイ(又はレンチキュラーレンズ)板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。照明光学系は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。
レチクルRCは、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン(又は像)が形成され、レチクルステージ120に支持及び駆動される。レチクルRCから発せられた回折光は、投影光学系130を介して、ウェハW上に投影される。レチクルRCとウェハWとは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置(即ち、スキャナー)であるため、レチクルRCとウェハWを走査することにより、レチクルRCのパターンをウェハW上に転写する。なお、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置(即ち、ステッパー)であれば、レチクルRCとウェハWとを静止させた状態で露光を行う。
レチクルステージ120は、レチクルRCを支持して図示しない駆動機構に接続され、レチクルRCを駆動制御する。レチクルステージ120及び投影光学系130は、例えば、床等に載置されたベースフレームにダンパ等を介して支持される鏡筒定盤上に設けられる。図示しない駆動機構は、リニアモーターなどで構成され、XY方向にレチクルステージ120を駆動することでレチクルRCを移動することができる。
レチクルステージ120上のレチクルRC近傍の所定の範囲には、レチクル側基準板(以下、「R側基準板」とする。)122が、R側基準板122のパターン面とレチクルRCのパターン面との高さを略一致されるように固設される。R側基準板122のパターン面には、複数の位置合わせ用のレチクル側パターン124が形成されている。なお、レチクル側パターン124は、後述するウェハ側パターン144と同様であるので、詳しい説明は省略する。
投影光学系130は、レチクルRCに形成されたパターンを経た回折光をウェハW上に結像する機能を有する。投影光学系130は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系(カタディオプトリック光学系)、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値(アッベ値)の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
ウェハWは、被処理体であり、フォトレジストが基板上に塗布されている。ウェハWは、別の実施形態では、液晶基板やその他の被処理体に置換される。ウェハWは、ウェハステージ140に支持される。
ウェハステージ140は、ウェハWを支持して、ウェハWを駆動制御する。ウェハステージ140は、リニアモーターを利用してXYZ方向にウェハWを移動する。レチクルRCとウェハWは、例えば、同期して走査され、レチクルステージ120とウェハステージ140の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステージ140は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。
ウェハステージ140上のウェハW近傍の所定の範囲には、ウェハ側基準板(以下、「W側基準板」とする。)142が、W側基準板142のパターン面とウェハWの上面(即ち、投影光学系130の結像面)との高さを略一致させるように固設される。
W側基準板142のパターン面には、複数の位置合わせ用のウェハ側パターン144が形成されている。ウェハ側パターン144は、図2に示すように、遮光部144aと透過部144bの繰り返しパターンで構成され、本実施形態では、遮光部144a及び透過部144bの線幅、ピッチなどを投影光学系130の倍率分だけ異なるように構成している。ここで、図2は、W側基準板142に形成するウェハ側パターン144の一例を示す平面図である。
液体150には、投影光学系130の最終面が浸漬され、露光波長の透過率がよく、投影光学系130に汚れを付着させず、レジストプロセスとのマッチングが良い物質が選択される。液体150は、投影光学系130のNAを大きくするために、屈折率が1よりも大きいものが選択される。なお、液体150と投影光学系130の最終面を有する屈折部材(レンズ)間の屈折率の違いは、コーティングでカバーすることが好ましい。
また、液体150は、上述したように、投影光学系130の最終面とW側基準板142上のウェハ側パターン144との間も満たしており、レチクル側パターン124とウェハ側パターン144とを、投影光学系130を介して、結像関係にする機能を有する。
露光装置100は、レチクルRC上のパターンをウェハW上に投影露光する際に、レチクルRCとウェハWとを位置合わせ(アライメント)する必要がり、アライメント機構が設けられている。アライメント機構は、ウェハW上のアライメントマーク(又はW側基準板122上のウェハ側パターン144)を投影光学系130とは別のオフアクシスアライメント光学系160を用いて検出するウェハアライメント光学系と、レチクルRC(又はレチクルステージ120上のR側基準板122)上のレチクル側パターン124に対するウェハW(又はウェハステージ140上のW側基準板142)上のウェハ側パターン144の位置を、投影光学系130を介して検出するキャリブレーション系から構成される。
オフアクシスアライメント光学系160は、ウェハWの位置を検出する機能を有し、図示しないアライメント光源と、ファイバ161と、照明部162と、対物レンズ163と、リレーレンズ164と、撮像素子165とを有する。
オフアクシスアライメント光学系160は、アライメント光源が射出する非露光波長の光をファイバ161を用いて照明部162に導光し、ウェハW上のアライメントマークを照明する。照明されたアライメントマークを対物レンズ163及びリレーレンズ164により拡大して、CCDなどの撮像素子165に結像させる。オフアクシスアライメント光学系160は、アライメントマークの位置の変化に伴い撮像素子165上の像の位置も変化することを利用して、ウェハWの位置を検出することができる。但し、オフアクシスアライメント光学系160では、露光位置と異なる位置でウェハWのアライメントを行うため、露光位置とアライメント位置の関係(ベースライン)が環境変化等により変化すると、正確にアライメントを行うことができない。
キャリブレーション系は、ベースラインの安定性よりも高い精度で位置合わせを行うために、ベースラインを測定する機能を有する。まず、レチクルステージ120に設けられたレチクルRCとの相対位置関係が保証されているR側基準板122(又はレチクルRC)上のレチクル側パターン124を照明装置110により露光光で照明し、投影光学系130を介して、ウェハステージ140に設けたW側基準板142上のウェハ側パターン144に投影する。本実施形態では、投影光学系130とウェハ側パターン144(W側基準板142)との間も、ウェハWと同様に、液体150により液浸しているので、レチクル側パターン144をウェハ側基準板142上のウェハ側パターン144に良好に結像させることが可能である。
W側基準板142のウェハ側パターン144が形成されている面の裏面142b側には、ウェハ側パターン144を透過した光を受光する受光素子170が配置されている。受光素子170は、本実施形態では、ウェハ側パターン144を透過した光の光量を検出する光量センサー、CCDなどの撮像素子であってもよい。
レチクル側パターン124を、投影光学系130を介して、ウェハ側パターン144(即ち、投影光学系130の倍率分だけ大きさの異なる遮光部144aと透過部144bの繰り返しパターン)に投影し、ウェハステージ140をX方向に移動させながウェハ側パターン144(W側基準板142)を透過した光を受光素子170で検出する。図3は、受光素子170が検出したウェハ側パターン144を透過した光の光量変化を示すグラフである。同図は、縦軸に光量を、横軸にウェハステージ140の位置を採用している。図3を参照するに、レチクル側パターン124の像とウェハ側パターン144の位置が一致したところで光量が最大となることが分かる。これにより、レチクル側パターン124の投影光学系130による露光位置を正確に測定することができる。
次に、ウェハステージ140を駆動し、オフアクシスアライメント光学系160を用いて、W側基準板142上のウェハ側パターン144の位置を検出することで、露光位置(レチクル側パターン124)とオフアクシスアライメント光学系160の位置(ベースライン)を算出することができる。なお、オフアクシスアライメント光学系160で検出するW側基準板142上のパターンは、ウェハ側パターン144でもよいし、ウェハ側パターン144との位置関係の保証されている別のパターンであってもよい。
このように、露光位置との位置関係が算出されたオフアクシスアライメント光学系160でウェハW上のアライメントマークを検出することで、レチクルRCとウェハWとの位置合わせをすることが可能となる。なお、オフアクシスアライメント光学系160を用いて、W側基準板142上のウェハ側パターン144を検出する際には、オフアクシスアライメント光学系160とウェハ側パターン144(W側基準板142)との間を液体150によって液浸してもよいし、液浸しなくてもよい。但し、液浸する場合には、オフアクシスアライメント光学系160とウェハWとの間も液浸することが望ましく、液浸しない場合には、オフアクシスアライメント光学系160とウェハWとの間も液浸しないことが望ましい。換言すれば、オフアクシスアライメント光学系160を用いて、ウェハWの位置を検出する状態と同じ状態でW側基準板142の位置を検出することが望ましい。
また、キャリブレーション系でレチクル側パターン124の像とウェハ側パターン144とをXY方向に合わせた状態で、投影光学系130の光軸方向(Z方向)にウェハステージ140を駆動した場合にも、受光素子170によって、ウェハ側パターン144を透過した光の光量変化を得ることができる。かかる光量変化は、レチクル側パターン124がウェハ側パターン144(W側基準板142)上にピントを結ぶ(ベストフォーカス)位置で光量が最大となるため、投影光学系130の焦点位置を検出することができる。
更に、ウェハステージ140を駆動させたときの光量変化を詳細に測定することで、投影光学系130の収差(結像性能)を算出することも可能である。例えば、投影光学系130に球面収差が存在すると、Z方向にウェハステージ140を移動させたとき、図13に示すように、光量変化が非対称を示す。かかる非対称性の程度を評価することで、投影光学系130の球面収差を算出することができる。また、Z方向又はY方向にウェハステージ140を移動させたときの光量変化の非対称性を評価することで、コマ収差を算出することも可能である。
ウェハステージ140上にW側基準板142を設け、投影光学系130とウェハ側パターン144(W側基準板142)との間を液体150で液浸することにより、レチクル側パターン124の像をウェハ側パターン144に良好に結像させることが可能となり、従来と同様に(従来と同じ方法で)高精度なキャリブレーションを行うことが可能となる。なお、W側基準板142と投影光学系130との間を、ウェハWと投影光学系130との間と同様な状態で液体150による液浸を可能とするために、ウェハステージ140上に液浸保持板LPを設けてもよい。液浸保持板LPは、ウェハWとW側基準板142との間の間隙を埋める機能を有し、W側基準板142のパターン面とウェハWの上面との高さとを同じにする部材で構成される。なお、ウェハWとW側基準板142との間の間隙が存在しなくなるように、W側基準板142をウェハWに近接してウェハステージ140上に構成してもよい。
露光装置100は、ウェハステージ140上にW側基準板142を設け、投影光学系130とW側基準板142との間を液体150で液浸することでレチクル側パターン144とウェハ側パターン124とが結像関係となり、高精度なキャリブレーションを行うことが可能となる。
しかし、露光装置100では、W側基準板142と受光素子170との間に空気や真空などの屈折率が1の領域Aが存在する。このため、NAが1を超える光でR側基準板122上のレチクル側パターン124をW側基準板142上のウェハ側パターン144に結像させた場合、W側基準板142の裏面142bでNAが1を超える光が全反射してしまい、受光素子170に入射することができない。このため、計測値にオフセットが生じたり、計測再現性が悪化したりするなどして、正しい計測値を得ることができない。特に、W側基準板142を投影光学系130の光軸方向(Z方向)に移動させることによって投影光学系130の焦点(フォーカス)位置を検出する場合に、フォーカス変化に最も敏感なNAの大きな光が受光素子170に入射しないことになるため、計測精度が低下することになる。
そこで、図4及び図5に示す露光装置100Aのように、W側基準板142のパターン面と投影光学系130との間だけではなく、W側基準板142の裏面142bと受光素子170との間も液体180で満たす構成とする。液体180は、液体170と同様に、露光波長の透過率がよく、W側基準板142及び受光素子170に汚れを付着させず、屈折率が1よりも大きい物質が選択される。なお、液体180は、液体170と同一のものを用いてもよいし、W側基準板142の裏面142bで露光光が全反射しない範囲で異なるものを用いることも可能である。ここで、図4は、本発明の別の一側面としての露光装置100Aの構成を示す概略ブロック図である。図5は、図4に示す露光装置100AのW側基準板142付近を示す拡大図である。
このように、W側基準板142の裏面142bと受光素子170との間を、屈折率が1よりも大きい液体180で液浸することにより、投影光学系130のNAが1を超える場合でも、ウェハ側パターン144を透過した光がW側基準板142の裏面142bで全反射することがなく、受光素子170に入射することができる。換言すれば、NAの大きな光も受光素子170に入射することができる。これにより、計測値にオフセットが生じることなく、計測再現性も保つことができるので、正しい計測値を得ることが可能となり、特に、投影光学系130の焦点位置を高精度に検出することができる。
ArFエキシマレーザーまでの波長に対する液浸液(液体150及び180)として、水を用いることが考えられる。しかし、図4及び図5に示したように、W側基準板142の裏面142bと受光素子170との間を、水である液体180で満たす(即ち、受光素子170全体を液体180に浸す)構成は、受光素子170の周辺に電気的な接点が存在したりするため、非常に困難である場合が多い。
そこで、図6に示すように、W側基準板142の裏面142bと受光素子170との間に平凸レンズ190を配置し、平凸レンズ190の平面192とW側基準板142の裏面142bとの間を液体180によって液浸する。平凸レンズ190は、例えば、球形状のレンズから切り出したレンズや縁がないメニスカスレンズで構成され、平面192がウェハ側パターン144と対向するように配置される。図6は、図4に示す露光装置100AのW側基準板142付近を示す拡大図である。
このような構成にすることにより、ウェハ側パターン144を透過した光がW側基準板142の裏面142bで全反射することなく、平凸レンズ190に入射する。更に、平凸レンズ190の曲率中心をW側基準板192のウェハ側パターン144にほぼ一致させることで、平凸レンズ190の曲面194に略垂直で光が入射することになるため、曲面194で全反射することなく、NAが1よりも大きい光であっても受光素子170に入射させることが可能となる。なお、受光素子170の周辺(例えば、平凸レンズ190と受光素子170との間)には、従来と同様に、空気や不活性ガスなどの気体を充填することも可能である。また、平凸レンズ190の平面192とW側基準板142の裏面142bとの距離を、入射する光の波長以下とすることで、ウェハ側パターン144を透過した光がW側基準板142の裏面142bで全反射することを防止することができる。
また、図7に示すように、W側基準板142の裏面142bを曲率を有する凸面とすることで、ウェハ側パターン144を透過したNAが1よりも大きい光を受光素子170へ入射させることも可能である。曲率の大きさは、ウェハ側パターン144を透過する光のNAとW側基準板142の屈折率に応じて、W側基準板142の裏面142b(即ち、曲率を有する凸面)で全反射が発生しないように設定すればよい。ここで、図7は、図4に示す露光装置100AのW側基準板142付近を示す拡大図である。
これまでは、キャリブレーション系として、W側基準板142の裏面142b側に受光素子170を配置し、受光するウェハ側パターン144を透過した光の光量変化を検出することで、レチクル側パターン124とウェハ側パターン144との位置関係を検出する光量検出方式に関して説明したが、以下の実施形態では、光学系を用いてウェハ側パターン144及びレチクル側パターン124をCCDなどの撮像素子に結像させることで、レチクル側パターン124とウェハ側パターン144との位置関係を検出する画像検出方式について説明する。
図8に示すように、画像検出方式のキャリブレーション系を有する露光装置200では、オフアクシスアライメント光学系160と同様に、対物レンズ210やリレーレンズ220などの光学系を用いて、レチクル側パターン124やウェハ側パターン144を撮像素子230上に結像させることで、レチクル側パターン124とウェハ側パターン144との位置関係を検出する。画像検出方式によるキャリブレーション系の光源としては、露光光の波長と同じ波長が望ましく、一般には、露光光源が用いられる。ここで、図8は、本発明の一側面としての露光装置200の構成を示す概略ブロック図である。
照明装置110が有する光源部からの光を図示しないファイバなどでウェハステージ140に設けた照射部240に導光し、W側基準板142上のウェハ側パターン144を照明する。照明されたウェハ側パターン144を投影光学系130、対物レンズ210及びリレーレンズ220により拡大して、CCDなどの撮像素子230に結像させる。対物レンズ210及びリレーレンズ220に加えて、別の光学系を付加して拡大倍率を向上させる場合もある。
また、W側基準板142のウェハ側パターン144を透過し、投影光学系130を通った光を用いて、R側基準板122(又はレチクルRC)上のレチクル側パターン124を照明する。照明されたレチクル側パターン124を対物レンズ210及びリレーレンズ220などを用いて撮像素子230上に拡大して結像させる。露光光を用いているので、R側基準板122上のレチクル側パターン124とW側基準板142上のウェハ側パターン144は、露光時と同様の結像関係であり、レチクル側パターン124とウェハ側パターン144とを同一の光学系で同時に検出することが可能である。これにより、光学系の誤差等の影響を考慮せずに、高精度でレチクル側パターン124の露光位置を正確に検出することができる。
本実施形態では、図9に示すように、W側基準板142の裏面142b(ウェハ側パターン144)と露光光と同一の波長の光を照射する照射部240との間を液体180で満たしている。このような構成により、例えば、液体180の屈折率を1.5、照射部240から照射される光のNAが空気中で0.9の場合、実質的に1.35のNAを有する光を投影光学系130に入射させることが可能となる。換言すれば、W側基準板142の裏面142bと照射部240との間を液体180で液浸することにより、NAが1よりも大きな光を投影光学系130に入射させて、画像検出方式によりレチクル側パターン142とウェハ側パターン144とを位置合わせすることが可能となる。但し、本実施形態は、画像検出方式のみだけでなく、ウェハステージ140側からNAが1よりも大きい光を投影光学系130に入射させる全ての場合に有効であることはいうまでもない。ここで、図9は、図8に示す露光装置200のW側基準板142付近を示す拡大図である。
以上に説明したように、液浸型の露光装置において、投影光学系とW側基準板との間を液浸することにより、レチクル側パターンの像をW側基準板(ウェハ側パターン)上に良好に結像させ、非液浸型の露光装置と同様に高精度なキャリブレーションを行うことができる。また、W側基準板の裏面と受光素子との間を液浸することにより、投影光学系のNAが1を超えるような場合でも、ウェハ側パターンを透過した光がW側基準板の裏面で全反射することなく、受光素子に全ての光を入射させることが可能となり、精度よくレチクル側パターンとウェハ側パターンとの位置関係を検出することができる。また、W側基準板と受光素子との間に平凸レンズを配置し、W側基準板の裏面と平凸レンズとの間を液浸したり、W側基準板の裏面と平凸レンズとの距離を入射した光の波長以下の距離に配置したりすることで、投影光学系のNAが1を超えるような場合において、入射する光がW側基準板の裏面で全反射することなく、全て受光素子に入射させることが可能となる。また、W側基準板の裏面と照射部との間を液浸することにより、1よりも大きなNAを有する光をウェハ側から投影光学系に入射させて、画像検出方式により、レチクル側パターンとウェハ側パターンとを位置合わせすることが可能となる。なお、上述した露光装置は、W側基準板と受光素子との間に光のNAを調整する調整手段(液体や平凸レンズなど)を有しているとも言える。
露光において、照明装置110から発せられた露光光は、レチクルRCをケーラー照明する。レチクルRCを通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系130によりウェハWに結像される。露光装置100、100A及び200は、高精度なキャリブレーションを実現することが可能であり、精度よくレチクルRCとウェハWの位置合わせが行われているため、従来よりも高品位なデバイス(半導体素子、LCD素子、撮像素子(CCDなど)、薄膜磁気ヘッドなど)を提供することができる。
なお、非液浸型の露光装置においても、半導体の微細化の要求に伴い、0.9以上の高いNAを有する投影光学系が望まれている。一方、投影光学系のNAが大きくなると、光量検出方式によるキャリブレーションを行うために受光面積の大きな受光素子が必要となる。しかし、ウェハステージ上に受光面積の大きな受光素子を設けると、ウェハステージが大型化してしまうという問題がある。また、W側基準板の裏面でNAの大きな光が反射され、投影光学系のフォーカスや結像性能(収差)の変化に最も敏感なNAの大きな光が受光素子に入射されないという問題もある。
そこで、図10に示すように、0.8以上のNAを有する投影光学系130を有し、投影光学系130とウェハWとの間を液浸していない非液浸型の露光装置において、W側基準板142の裏面142b(ウェハ側パターン144)と受光素子170との間を1よりも大きい屈折率を有する液体180で満たす。なお、液体180は、W側基準板142と同じ屈折率を有するものを用いることが好ましい。W側基準板142と受光素子170との間を液体180により液浸することで、ウェハ側パターン144を透過して受光素子170に入射する光の光束径を小さくすることが可能となる。例えば、基板の厚みが3.0mmで屈折率が1.5、基板の裏面からセンサーまでの距離を2mm、液体の屈折率を1.5、投影光学系のNAを0.8とすると、センサー表面での有効径は、裏面とセンサー間が空気の時には、φ9.1mmであるのに対し、裏面とセンサー間を液浸したときには、φ6.3mmと有効径の大きさを7割程度に低減することが可能である。ここで、図10は、0.8以上のNAを有する投影光学系を有する非液浸型の露光装置のW側基準板付近を示す拡大図である。
また、本発明の別な実施形態について説明する。先の実施形態においては、ウェハステージ140上にW側基準板142が構成されている例を示したが、本実施形態では、W側基準板142を構成せずに、図14に示したように、センサー170と投影光学系130との間を液体150で液浸したことを特徴とする。このような構成とすることで、液浸型露光装置において、ウェハステージ140上に設けたセンサー170を用いて、ウェハステージ140上の照度を計測したり、投影光学系130の透過率を計測することが可能となる。また、CCDなどのアレイ状に素子の並んだセンサーを像面付近に配置し、そのセンサー上に投影される光の位置を測定することにより位置合わせに用いることも可能である。また、図14に示したように、デフォーカスした位置にCCDを配置することにより、簡易的に投影光学系の瞳面を観察することも可能である。
例えば、W側基準板142と受光素子170との間が空気である場合、W側基準板142の裏面142bで屈折により光は発散することになるため、有効径が大きくなる。一方、図10に示したように、W側基準板142と同じ屈折率を有する液体180を用いて、W側基準板142の裏面142bと受光素子170との間を液浸すると、W側基準板142の裏面142bで光の屈折が発生しないため、受光素子170に入射する光の光束径を小さくすることが可能となる。更に、W側基準板142の裏面142bでの反射が発生しないため、NAの大きな光の反射によるロスを発生させずに、受光素子170へ光を入射させることが可能となる。なお、上述したように、受光素子170自体を液体180に浸すことが困難な場合には、平凸レンズを用いたり、W側基準板142の裏面142bを凸面にしたりしても同様の効果を得ることができる。
上述した非液浸型の露光装置によれば、W側基準板と受光素子との間を液浸したり、平凸レンズを配置することによって受光素子を小さくしたり、W側基準板の裏面での反射の影響を抑えて光量の変化を検出することが可能となる。
次に、図11及び図12を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図11は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ1(回路設計)では、デバイスの回路設計を行う。ステップ2(マスク製作)では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ3(ウェハ製造)では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ4(ウェハプロセス)は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ5(組み立て)は、後工程と呼ばれ、ステップ4によって作成されたウェ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)等の工程を含む。ステップ6(検査)では、ステップ5で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
図12は、ステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ11(酸化)では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ14(イオン打ち込み)では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では、上述の露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ17(現像)では、露光したウェハを現像する。ステップ18(エッチング)では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19(レジスト剥離)では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、上述した露光装置を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、ウェハステージ上に設けた受光素子を用いて、ウェハステージ上の照度を計測したり、投影光学系の透過率を計測したりする場合にも本発明は有効である。
本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略ブロック図である。 W側基準板に形成するウェハ側パターンの一例を示す平面図である。 受光素子が検出したウェハ側パターンを透過した光の光量変化を示すグラフである。 本発明の別の一側面としての露光装置の構成を示す概略ブロック図である。 図4に示す露光装置のW側基準板付近を示す拡大図である。 図4に示す露光装置のW側基準板付近を示す拡大図である。 図4に示す露光装置のW側基準板付近を示す拡大図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略ブロック図である。 図8に示す露光装置のW側基準板付近を示す拡大図である。 0.8以上のNAを有する投影光学系を有する非液浸型の露光装置のW側基準板付近を示す拡大図である。 デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。 ステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 受光素子が検出したウェハ側パターンを透過した光の非対称性を示すグラフである。 センサーと投影光学系との間を液浸した露光装置の構成を示す概略ブロック図である。
符号の説明
100 露光装置
110 照明装置
120 レチクルステージ
122 R側基準板
124 レチクル側パターン
130 投影光学系
140 ウェハステージ
142 W側基準板
142b 裏面
144 ウェハ側パターン
150 液体
160 オフアクシスアライメント光学系
170 受光素子
180 液体
190 平凸レンズ

Claims (29)

  1. レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して結像する露光装置であって、
    前記レチクルと前記被処理体との位置合わせの基準となる基準マークと、
    前記投影光学系の少なくとも一部と前記被処理体との間及び前記投影光学系の少なくとも一部と前記基準マークとの間を満たす1よりも大きい屈折率を有する第1の液体と、
    前記投影光学系及び前記液体を利用して前記被処理体の位置合わせを行うアライメント機構とを有することを特徴とする露光装置。
  2. 前記基準マークは、前記被処理体を載置するステージに設けられ、光束を透過する透過部材から構成される基準板に形成されていることを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  3. 前記アライメント機構は、前記基準板の前記基準マークが形成された面の裏面側に配置され、前記基準マークを透過した光束を受光する受光素子を有し、
    前記基準マークと前記受光素子との間を満たす1よりも大きい屈折率を有する第2の液体とを有することを特徴とする請求項2記載の露光装置。
  4. 前記アライメント機構は、前記基準マークと前記受光素子との間に配置され、前記基準板の裏面と対向する平面を有する平凸レンズを更に有し、
    前記第2の液体は、前記基準マークと前記平凸レンズとの間を満たすことを特徴とする請求項3記載の露光装置。
  5. 前記アライメント機構は、前記基準板の前記基準マークが形成された面の裏面側に配置され、前記基準マークを透過した光束を受光する受光素子を有し、
    前記基準板の裏面は、前記光束が全反射しない曲率を有する凸面形状であることを特徴とする請求項2記載の露光装置。
  6. 前記アライメント機構は、前記基準板の前記基準マークが形成された面の裏面と対向する平面を、前記基準マークを透過した光束が前記基準面の裏面で全反射しない距離に配置した平凸レンズを有することを特徴とする請求項2記載の露光装置。
  7. 前記全反射しない距離は、前記光束の波長以下であることを特徴とする請求項5記載の露光装置。
  8. 前記アライメント機構は、前記基準マークを透過した光束を受光する受光素子を有し、
    前記基準マークと前記受光素子との間を満たす1よりも大きい屈折率を有する第2の液体とを有することを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  9. 前記アライメント機構は、前記基準マークを透過して前記投影光学系に入射する光束を照射する照射部を有し、
    前記基準マークと前記照射部との間を満たす1よりも大きい屈折率を有する第2の液体とを有することを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  10. 前記アライメント機構は、前記基準板の前記基準マークが形成された面の裏面側に配置され、前記基準マークを透過して前記投影光学系に入射する光束を照射する照射部を有し、
    前記基準マークと前記照射部との間を満たす1よりも大きい屈折率を有する第2の液体とを有することを特徴とする請求項2記載の露光装置。
  11. レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して結像する露光装置であって、
    前記レチクルと前記被処理体との位置合わせの基準となる基準マークと、
    前記基準マークを透過した光束を受光する受光素子と、
    前記基準マークと前記受光素子との間を満たす1よりも大きい屈折率を有する液体とを有することを特徴とする露光装置。
  12. 前記基準マークは、前記被処理体を載置するステージに設けられ、前記光束を透過する透過部材から構成される基準板に形成されていることを特徴とする請求項11記載の露光装置。
  13. 前記基準マークと前記受光素子との間に配置され、前記基準板の前記基準マークが形成された面の裏面と対向する平面を有する平凸レンズを更に有し、
    前記液体は、前記基準マークと前記平凸レンズとの間を満たすことを特徴とする請求項12記載の露光装置。
  14. 前記投影光学系は、NA≧0.8以上であることを特徴とする請求項11記載の露光装置。
  15. レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して結像する露光装置であって、
    前記レチクルと前記被処理体との位置合わせの基準となる基準マークと、
    前記基準マークを透過して前記投影光学系に入射する光束を照射する照射部と、
    前記基準マークと前記照射部との間を満たす1よりも大きい屈折率を有する液体とを有することを特徴とする露光装置。
  16. 前記基準マークは、前記被処理体を載置するステージに設けられ、前記光束を透過する透過部材から構成される基準板に形成されていることを特徴とする請求項15記載の露光装置。
  17. 前記基準マークと前記照射部との間に配置され、前記基準板の前記基準マークが形成された面の裏面と対向する平面を有する平凸レンズを更に有し、
    前記液体は、前記基準マークと前記平凸レンズとの間を満たすことを特徴とする請求項16記載の露光装置。
  18. レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して結像する露光装置であって、
    前記レチクルと前記被処理体との位置合わせの基準となる基準マークと、
    前記基準マークを透過した光束を受光する受光素子と、
    前記基準マークを透過した光が前記受光素子に受光される前に全反射することを防止する反射防止手段とを有することを特徴とする露光装置。
  19. 前記基準マークは、前記被処理体を載置するステージに設けられ、前記光束を透過する透過部材から構成される基準板に形成されており、
    前記反射防止手段は、前記基準板の前記基準マークが形成された面の裏面が有する前記光束を全反射しない曲率を有する凸面形状であることを特徴とする請求項18記載の露光装置。
  20. 前記基準マークは、前記被処理体を載置するステージに設けられ、前記光束を透過する透過部材から構成される基準板に形成されており、
    前記反射防止手段は、前記基準板の前記基準マークが形成された面の裏面と対向する平面を、前記基準マークを透過した光束が前記基準面の裏面で全反射しない距離に配置した平凸レンズであることを特徴とする請求項18記載の露光装置。
  21. 前記受光素子は、前記光束の光量変化を検出する光量センサーであることを特徴とする請求項3、5、8、11又は18のうちいずれか一項記載の露光装置。
  22. 前記光量センサーが検出する前記光量変化を基に、前記レチクルと前記被処理体の前記投影光学系の光軸方向の位置関係を算出することを特徴とする請求項21記載の露光装置。
  23. 前記光量センサーが検出する前記光量変化を基に、前記投影光学系の収差を算出することを特徴とする請求項21記載の露光装置。
  24. レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して結像する露光装置であって、
    前記レチクルと前記被処理体との位置合わせの基準となる基準マークと、
    前記基準マークを透過した光束を受光する受光素子と、
    前記基準マークと前記受光素子との間に配置され、前記光束のNAを調整する調整手段とを有することを特徴とする露光装置。
  25. 前記調整手段は、前記基準マークと前記受光素子との間を満たす1よりも大きい屈折率を有する液体であることを特徴とする請求項24記載の露光装置。
  26. 前記投影光学系の少なくとも一部が1よりも大きい屈折率を有する液体に浸漬された液浸型の露光装置であることを特徴とする請求項24記載の露光装置。
  27. レチクルに形成されたパターンを被処理体に投影光学系を利用して露光する露光方法であって、
    NA≧1の光束を利用して前記レチクルと前記被処理体との位置合わせを行うステップを有することを特徴とする露光方法。
  28. 前記投影光学系は、少なくとも一部が1よりも大きい屈折率を有する液体に浸漬されていることを特徴とする請求項27記載の露光方法。
  29. 請求項1乃至26のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
    露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
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