JP2006019560A - 露光装置、走査型露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、露光装置上でマスク面形状を正確に安定して計測できる露光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、マスク基板と、該マスク基板のパターン面を防護するとともに、露光光に対して所定の透過性を有するペリクルと、前記マスクの面形状を検出する斜入射方式の検出手段と、前記検出手段は前記マスク基板のパターン面側に配置され、前記ペリクルを介して前記マスク基板のパターン面を検出し、前記検出手段は結像光学系を介して前記マクス基板のパターン面に計測用のパターン像を投影し、前記マスク基板のパターン面からの反射光を集光して再結像された前記計測用パターン像の位置に基づいて位置検出を行う露光装置において、前記検出手段に構成される前記計測用パターンと前記検出手段の光軸はほぼ直角に構成するものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体集積回路や液晶表示素子などの製造工程においてマスク（フォトマスクやレチクルなど）のパターンを基板（ウエハやガラスプレートなど）に露光する露光装置にかかり、更に具体的には、そのマスク（もしくはレチクル）に生ずるたわみに関するものである。

従来半導体素子、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−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−ンを感光性の基板ウエハ、ガラスプレ−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−ンが微細化している。これを実現するためには、投影光学系の解像力を高める必要がある。解像力を高めるには、露光光の波長を短波長化する、または投影光学系の開口数を増大する等の手法がある。

一方、半導体素子１個のチップパタ−ンについて見ると、大型化する傾向にある。このため、より大面積のパタ−ンを露光出来る装置が必要とされている。

上記２項目を満足するためには、露光領域が大きく、かつ解像力の高い投影光学系が必要となる。しかしながら、露光領域を大きくすればするほど、解像力を高めれば高めるほど、露光領域全域でのディスト−ション等の結像性能を所定の精度に維持することが困難となる。

そこで現在注目されているのが、走査型露光装置である。走査型露光装置においては、矩形状または、円弧状等のスリット状の照明領域に対して、レチクルおよびウエハを相対的に同期して走査しながら、レチクルのパタ−ンをウエハに転写する。

この方式では、レチクルをスリット状に照明することで、投影光学系の一部しか使用しない。このため、ディスト−ション等の結像性能を所定の精度に維持し易いという利点がある。

また、レチクルをスリット状に照明することで、投影光学系の有効露光領域の最大直径を使用出来るとともに、走査することにより、走査方向には光学系の制限を受けることなく露光領域を拡大出来るという利点がある。

しかしながら、現在更なるパタ−ンの微細化が要求され、走査型露光装置においてもパターン像の像歪み（ディストーション）の低減が必要となっている。

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、従来のステッパー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。

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に、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に、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（補正光学素子）を投影光路内に挿入する手法が、例えば特開平８−２０３８０５号公報に開示されている。

特開平８−２０３８０５号公報は光学補正板を用いたスッテパーに関する補正方法である。

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特開平１１−０４５８４２号公報あるいは特開２００３−２０３８４８号公報に開示されている。

特開平１１−０４５８４２号公報では、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、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。

特開２００３−２０３８４８号公報は、補正光学素子をマスクとともに走査する構成とすることで、マスク吸着固定時の面形状に起因するディストーションを補正可能としたものである。

光学補正板の製作、測定に着目したものとして、特開平１１−０３１６５２号公報が開示されている。特開平１１−０３１６５２号公報は、干渉計を用いて光学補正板の面形状を測定する際に、光学補正板の裏面光の干渉を防ぐために光学補正板に楔角をもたせた基板とするものである。

ディストーションに関する従来例について説明したが、微細化に対応するためにはディストーション以外に、投影光学系による投影像の結像特性の変動量についても考慮する必要がある。微細化に伴い結像特性の変動量の許容範囲は狭くなっている。そこで、従来、投影露光装置においては、投影光学系が照明光を吸収することによって生じる結像特性（例えば、倍率、焦点位置等）の変動量を補正するために、特開昭６０−７８４５５号公報又は特開昭６３−５８３４９号公報等に開示されているように、投影光学系に入射する光量を検出し、検出した光量に応じて投影光学系の結像特性の変動量を補正する結像特性補正機構が備えられていた。

例えば特開昭６０−７８４５５号公報に開示された機構を簡単に説明すると、投影光学系の結像特性の変動特性に対応するモデルを予め作っておき、ウエハが載置されるウエハステージ上の光電センサ等により所定時間間隔で投影光学系に入射する光エネルギーの量を求め、この光エネルギーの量の積分値をそのモデルに当てはめて結像特性の変動量を計算するものである。この場合、投影光学系に入射する光エネルギーの積分値を求めるための露光時間は、例えば照明光の開閉を行うためのシャッタが開状態にあることを示す信号を常時モニタすることにより算出されるため、そのモデルに従って投影光学系の結像特性の変動量が算出でき、この変動量に基づいて補正を行うというものである。これにより、投影光学系の照明光吸収による結像特性の変動の問題は、一応解決されている。

しかしながら、照明光はマスクをも通過するため、マスクが照明光吸収によって熱変形し、これによっても結像特性が変化するという不都合がある。特に、マスクは、クロム膜等の遮光膜によりパターンが描かれているため、透過率の高いガラス基板部と異なり遮光膜での熱吸収が大きい。更に、近年光学系のフレア防止の目的でマスク上の遮光膜を低反射化する技術が採用される傾向にあるが、これにより遮光膜での熱吸収は更に増加する。

また、マスクの遮光膜による回路パターンは、マスク全体に均一に分布しているとは限らず、偏って分布していることもある。この場合、マスクは局所的に温度が上昇し、非等方的な歪を発生する可能性がある。また、可変視野絞り（レチクルブラインド）等を用いてマスクの一部のパターンのみを露光するような場合にも、同様に非等方的な歪が生じ得る。このように発生したマスクの歪により、投影される像にも非等方的な歪が生じることとなる。この場合には、倍率成分のみの補正では不十分である。

また、マスクの熱変形に関して、使用しているマスクの種類により熱変形量、ひいては結像特性の変化量が異なるために、一律に補正することは困難である。つまり、例えば投影露光装置の出荷時の結像特性調整に用いたマスクの熱変形による結像特性の変動量は、その投影露光装置の結像特性の変動特性として認識して補正を行うことができるが、他のマスクを使用すると熱変形量が異なるために正確な補正ができなくなる。特に、マスクを次々に交換して露光を行う場合、各々のマスクの熱変形量を考慮しないと結像特性の変動量が累積して大きな誤差となり得る。

この対策として、マスクパターンを形成するクロムの熱吸収率、パターン内クロム存在率等もパラメーターに含めてマスクの熱変形によって発生する光学特性の変化に対し補正を行う投影露光装置が特開平４−１９２３１７号公報に開示されている。特開平４−１９２３１７号公報の結像特性の補正方法は、一括露光方式（フル・フィールド方式）を前提として提案されたものである。

スキャン露光方式においては、露光時にマスクが照明領域に対して走査されるため、マスクに関して考慮すべき要素（マスク走査に伴うマスクの冷却効果等）が増加したことになり、マスクの熱変形量の算出が一括露光方式の場合に比べて複雑になるという不都合がある。

スキャン露光方式において、マスクの熱変形によって発生する光学特性の変化に対し補正を行う投影露光装置は特開平１０−２１４７８０号公報に開示されている。特開平１０−２１４７８０号公報は、マスクに生じたたわみを斜入射方式の光学系により検出し、マスクたわみ量を演算し、補正する方式である。

特開平１０−２１４７８０号公報に開示されたスキャン露光方式での機構を簡単に説明すると、スキャン露光方式での露光用光束は、走査方向には幅が狭く、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が可能となる。補正は、マスク両端部に配置されている圧電素子を駆動し、マスクのたわみを矯正する様にマスク変形させることにより行う。圧電素子は、マスクが走査移動する方向に複数配置されている。

また、たわみ検出は一点でマスクのたわみを検出あるいは、複数の点で検出して平均や最小二乗法により最適なたわみ補正量を演算するようにしている。複数の点でたわみを検出する手法としては、マスク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である。さらには、マスクたわみの検出点を、マスクの走査方向に関して露光光の照射領域の両側に設定し、マスクの走査方向に対して露光光の照射領域の手前でマスクのたわみ量を検出するようにし、照明領域内のマスクのたわみ量に応じた、マスク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。

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ている。

このペリクルは、通常ペリクル膜（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。したが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。

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。

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Ｆ２レーザ（波長１５７ｎｍ）が最有力視されている。

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、旭ガラス社製商品名）やテフロン（登録商標）ＡＦ（米国デュポン社製商品名）が挙げられる。

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、Ｆ２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、またレーザー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として、特開２００１−３０５７１９号公報が提案されている。特開２００１−３０５７１９号公報では、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。

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％以下が達成できるものである。

また、別の例として特開平１０−２２８０９９号公報がある。特開平１０−２２８０９９号公報では、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の提案である。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たものである。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。

ディストーションに対応する従来例とくに、走査型露光装置に関するものは特開平１１−０４５８４２号公報に補正光学素子を利用したものが開示されている。また、マスクのたわみおよび変形に対応するものは特開平１０−２１４７８０号公報にたわみ検出手段を構成し補正する方式が開示されている。

特開平１１−０４５８４２号公報に開示された方式では、補正光学素子を用いることにより、投影光学系あるいはマスク保持時に発生する変形に起因するディストーションには対応できるが、露光によるマスクの熱変形等で発生する光学特性の変化には対応できないと言う問題が有る。さらにマスクが交換された場合に、マスク面形状に起因して発生するディストーションには対応できないという問題がある。

特開平１０−２１４７８０号公報に開示された方式ではマスクの面形状を計測し補正を行うため、マスクに起因する要因については対応できるが、投影光学系が有するディストーションには対応できないと言う問題がある。このため、特開平１１−０４５８４２号公報および特開平１０−２１４７８０号公報に開示された両方式を同時に採用する必要がある。

特開平１０−２１４７８０号公報に開示されている様に、斜入射方式のたわみ検出手段をマスク裏面側（マスクパターン面側）に構成し、さらにディストーション補正用の補正光学素子をマスク〜投影光学系間に構成する場合には、マスク、たわみ検出手段、補正光学素子、投影光学系の順に配置する必要がある。

補正光学素子は出来るだけマスク近傍に配置することが望ましい。従って補正光学素子を出来るだけマスク近傍に配置し、かつたわみ検出手段を構成するためには、たわみ検出手段の検出光が、補正光学素子を介してマスクパターン面を検出する必要がある。

補正光学素子は、一定の厚み寸法からなる板状の光学部品であり、補正のために一部の面形状を微少に研磨加工されるものである。このため、検出手段の照明光学系から照射された検出光は、斜方向より補正光学素子に入射し、マスクパターン面で反射し、再び斜方向より補正光学素子に入射し、検出手段の受光部を経て検出部に導かれる。この時、収差が発生する。

また、露光光が短波長化特に波長が２００ｎｍ以下となるＦ２レーザー（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、特開２００１−３０５７１９号公報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Ｆ２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、特開平１０−２２８０９９号公報では、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。

以上のように、露光光がＡｒＦレーザーやＦ２レーザー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、特開２００１−３０５７１９号公報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レーザーあるいはＦ２レーザーを光源とした露光装置の場合、合成石英ガラス材をペリクルとして使用することに対応することが必要となる。

斜入射方式の検出手段を構成し、ペリクルとしてガラス板材を使用した場合、前述の補正光学素子の場合と同様に平行平板であるペリクルを介してマスクパターン面を検出することにより光学収差が発生してしまうという問題がある。

上記問題に対応したものとして、本出願人の特願２００３−２９６２３５に開示している。特願２００３−２９６２３５は、マスクパターン面検出手段をマスク基板のパターン面側に配置し、ペリクルおよび補正光学素子を介してマスク基板のパターン面を検出する。検出手段にはペリクルおよび補正光学素子を介してマスク基板のパターン面を検出することで発生する光学収差（アス収差または色収差）を補正する補正光学系を有することで対応している。
特開平８−２０３８０５号公報 特開平１１−０４５８４２号公報 特開２００３−２０３８４８号公報 特開平１１−０３１６５２号公報 特開昭６０−７８４５５号公報 特開昭６３−５８３４９号公報 特開平４−１９２３１７号公報 特開平１０−２１４７８０号公報

特願２００３−２９６２３５は、ペリクルおよび補正光学素子を介してマスク基板のパターン面を検出することにより発生する収差補正のための補正光学系が必要であるため、マスク基板パターン面から投影光学系間の限られた空間に配置するにはスペース上問題であった。

また、ペリクルおよび補正光学素子を介してマスク基板のパターン面を検出することにより発生する収差量は、ペリクルおよび補正光学素子の厚さ寸法に対応するため、検出手段内に補正光学素子またはペリクルの厚さ寸法に対応した補正光学系を構成しても、補成光学素子またはペリクルの厚さ寸法誤差分、補正残差が発生し、検出精度を低下させてしまうという問題があった。

前記問題を解決するため、本発明は、所定の結像特性を有する投影光学系と、該投影光学系の物体面側に保持され転写パターンが形成されたマスク基板と、該マスク基板のパターン面を防護するとともに、露光光に対して所定の透過性を有するペリクルと、前記マスクの面形状を検出する斜入射方式の検出手段と、前記検出手段は前記マスク基板のパターン面側に配置され、前記ペリクルを介して前記マスク基板のパターン面を検出し、前記検出手段は結像光学系を介して前記マクス基板のパターン面に計測用のパターン像を投影し、前記マスク基板のパターン面からの反射光を集光して再結像された前記計測用パターン像の位置に基づいて位置検出を行う露光装置において、前記検出手段に構成される前記計測用パターンと前記検出手段の光軸はほぼ直角に構成するものである。

あるいは、所定の結像特性を有する投影光学系と、該投影光学系の物体面側に保持され転写パターンが形成されたマスク基板と、該マスク基板のパターン面を防護するとともに、露光光に対して所定の透過性を有するペリクルと、該ペリクルと前記投影光学系の間に配置される光学素子と、前記マスクの面形状を検出する斜入射方式の検出手段と、前記検出手段は前記マスク基板のパターン面側に配置され、前記ペリクルおよび前記光学素子を介して前記マスク基板のパターン面を検出し、前記検出手段は結像光学系を介して前記マクス基板のパターン面に計測用のパターン像を投影し、前記マスク基板のパターン面からの反射光を集光して再結像された前記計測用パターン像の位置に基づいて位置検出を行う露光装置において、前記検出手段に構成される前記計測用パターンと前記検出手段の光軸はほぼ直角に構成するものである。

斯かる本発明の露光装置では、ペリクルおよび補正光学素子を介してマスク基板パターン面を計測することにより発生する収差すなわち、開口角度を有する光線の屈折角度が計測断面と非計測断面とでは大きく異なり、結像位置において計測断面方向の結像点と、非計測断面方向の結像点が光軸方向にずれてしまう、いわゆる非点収差（以降“アス”と呼ぶ）が発生していたが、検出手段に構成される計測用パターンと検出手段の光軸をほぼ直角に構成することにより、アスの影響を軽減しアス補正用の光学素子の構成を不要とすることが出来るものである。

本発明によれば、露光時のマスク熱変形などによって生じたレチクルのたわみあるいは、レチクルが交換され吸着固定された場合に、レチクル間の面形状差により発生する変形量差が、斜入射方式のレチクル面位置検出系によって検出される。そして、この検出結果に基づいて補正量が演算され、補正される。レチクルパターン面の面形状により発生するディストーション等が補正されることにより、パターン像の湾曲などが抑制され、レチクルパタ−ンの正確で安定した像が得られるという利点がある。

また、補正光学素子により、レチクルの自重たわみやレチクル吸着固定時に吸着部の面形状とレチクルの面形状の組み合わせによって発生するレチクルの変形に起因するディストーションおよび投影光学系の製造調整残差として発生するディストーションが補正光学素子により補正されることで、パターン像の湾曲などが抑制され、レチクルパタ−ンの正確で安定した像が得られるという利点がある。

また、露光光が短波長化され、それに伴いペリクルにガラス板材が使用された場合でもレチクルパターン面の面形状が斜入射方式のレチクル面位置検出系によって検出可能となる。このため上述同様にレチクルパターン面の面形状により発生するディストーション等が補正されることにより、パターン像の湾曲などが抑制され、レチクルパタ−ンの正確で安定した像が得られるという利点がある。

また、ペリクルおよび補正光学素子を介してマスク基板のパターン面を検出することにより発生する収差補正のための補正光学系が必要ないため、補正残差が発生せず精度良く検出できるという利点がある。

また、ペリクルおよび補正光学素子を介してマスク基板のパターン面を検出することにより発生する収差補正のための補正光学系が必要ないため、マスク基板パターン面から投影光学系間の限られた空間に検出手段を配置するには、スペース上有利であるという利点がある。

また、ペリクルおよび補正光学素子を介してマスク基板のパターン面を検出することにより発生する収差補正のための補正光学系が必要ないため、補成光学素子またはペリクルの厚さ寸法誤差が発生しても、検出精度を低下させないという利点がある。

また、レチクル面位置検出系の検出点を投影光学系の光軸中心以外に構成する場合には、ペリクルおよび補正光学素子を介してマスク基板のパターン面を検出することにより発生する収差補正のための補正光学系が必要ないため、レチクル面位置検出系のコンパクト化が可能となり、装置そのものの小型化も図れるという利点がある。

以下、発明の実施の形態について実施例を参照しながら詳細に説明する。実施例１では走査型の露光装置に本発明を適用したものについて説明するが、走査型に限定したものではなく、一括露光方式の露光装置であっても同様の効果が得られるものである。

本発明の第１の実施例について、図１により説明する。

図１は、本実施例で使用され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長方形のスリット状の照明領域２１により均一な照度で照明され、スリット状照明領域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、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、金属蒸気レーザー光源、又はＹＡＧレーザー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。

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、本実施例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７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。

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。

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、この視野絞り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。スリットの長手方向は紙面に対して垂直な方向である。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、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。本実施例では、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Ｒの下部には光学素子Ｇ１が保持され、レチクルステージＲＳＴ走査駆動時にはレチクルＲと共に走査される。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が、投影光学系１３を介してウエハＷ上に投影露光される。

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。

この場合、レチクルステージＲＳＴはレチクルステージ駆動部１０に駆動されてレチクルＲを走査方向（＋Ｘ方向又は−Ｘ方向）に走査し、可動ブラインド７の駆動部６Ａ，６Ｂ、及び非走査方向用の駆動部の動作は可動ブラインド制御部１１により制御される。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。

レチクルステージＲＳＴに保持された光学素子Ｇ１と投影光学系１３の間にはレチクル面位置検出系ＲＯが構成されている。

補正光学素子Ｇ１によるディストーションの補正方法については特開平１１−０４５８４２号公報あるいは特開２００３−２０３８４８号公報に開示されている方式と同様であるのでここでは説明を省略する。

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、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。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走査動作を制御する。

そして、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、図１の視野絞り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として、レチクルＲの走査と同期して、＋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。

図４を用いてレチクル面位置検出系ＲＯについて説明する。まずレチクル面位置検出系の基本的な検出原理を説明すると、被検面であるレチクルパターン面に光束を斜め方向から照射し、被検面で反射した光束の所定面上への入射位置を位置検出素子で検出し、その位置情報から被検面のＺ方向（投影光学系１３の光軸方向）の位置情報を検出している。本図では１系統についてのみ説明するが、走査方向とほぼ直交する方向に設定された複数の光束を被検面上の複数の計測点に投影し、各々の計測点で求めたＺ方向の位置情報を用いて被検面の傾き情報を算出している。さらに、レチクルＲが走査されることにより走査方向にも複数の計測点でのＺ方向の位置情報が計測出来る。これらの位置情報より、レチクルＲのパターン面の面形状が算出可能となる。

次にレチクル面位置検出系ＲＯの各要素について説明する。図４において、ＲＯＸはレチクル面位置検出系ＲＯの光学系の光軸を示す。３０はレチクル面位置検出系ＲＯの光源部である。３１はレチクル面位置検出用の発光光源である。３２は駆動回路であり、発光光源３１から発せられる光の強度を任意にコントロール可能なよう構成している。

発光光源３１から発せられた光は、コリメーターレンズ３３、集光レンズ３４，によって光ファイバーなどの光伝達手段３５に導かれている。

光伝達手段３５から発せられた光束は照明レンズ３６により、スリット３７を照明する。スリット３７上にはレチクルＲのパターン面の面位置計測用マーク３７Ａが施されており、該マーク３７Ａは結像レンズ３８により、ミラー３９を介して被検面であるレチクルＲのパターン面上に投影されている。結像レンズ３８によりスリット３７とレチクルＲのパターン面の表面は光学的な共役関係になっている。同図では説明し易くするために主光線のみを示している。レチクルＲのパターン面に結像したマーク像に基づく光束はレチクルＲのパターン面で反射し、ミラー４０を介して結像レンズ４１により最結像位置４２上にマーク像を再結像する。補正光学素子Ｇ２は、色収差補正用のクサビ形状の光学素子である。再結像位置４２に再結像したマーク像に基づく光束は拡大光学系４３により集光されて位置検出用の受光素子４４上に略結像している。受光素子４４からの信号はレチクル面位置信号処理系４５にて計測処理され、被検面であるレチクルＲのパターン面のＺ、及び傾きの情報として処理される。

図４は、断面図を示しため、１系統しか図示していないが、実際には複数配置することも可能である。また、図４ではレチクル面位置検出系検出光のレチクルＲパターン面への入射方向を、走査方向と平行な方向から示しているがこれに限定するものでは無く、走査方向と直交する方向あるいは任意の角度の方向から入射する構成でもかまわない。

図５にレチクル面位置検出系ＲＯの光軸と、面位置計測用マーク３７ＡがレチクルＲのパテーン面に投影された様子を示す。

図５ａはレチクル面位置検出系ＲＯとレチクルあるいは走査方向がほぼ平行な場合を示し、図５ｂはレチクル面位置検出系ＲＯとレチクルあるいは走査方向がほぼ４５度の角度をなす場合について示す。いずれの場合もレチクル面位置検出系ＲＯの光軸ＲＯＸと面位置計測用マーク３７Ａの投影像は、ほぼ直角な角度となるように配置される構成となっている。

図６にレチクル面位置検出系ＲＯにて、補正光学素子Ｇ１を介してレチクルＲのパターン面を検出する場合について説明する。

図６ａにレチクル面位置検出系ＲＯの計測方向の断面を示す。不図示の照明光学系により照明された計測用パターン像は、投光光学系、補正光学素子Ｇ１を介してレチクルＲのパターン面に投影され、反射されたパターン像は再び補正光学素子Ｇ１、受光光学系を介して受光素子４４に結像される構成である。図６ａに示す如く、斜入射にて観察する光学系の収束光束中に平行平板である補正光学素子Ｇ１が傾いて挿入されることになる。

図６ｂには非計測方向の断面を示す。図６ｂに示す様に、非計測方向の断面に着目すると補正光学素子Ｇ１は投光光学系、受光光学系それぞれの光路中に光軸に対して垂直に配置されることになる。

このことから、開口角度を有する光線の屈折角度が計測断面と非計測断面とでは大きく異なり、結像位置において、計測断面方向の結像点と、非計測方向の結像点が光軸方向にずれてしまう、いわゆるアスが発生する。特に投光光学系と受光光学系をつないだ検出光学系の場合には受光再結像面でのアスは２倍の量になってしまう。

計測用マークとしてスリット状のマークを使用し、前記スリット状のマークをレチクルＲのパターン面に投影し、受光素子４４にてマークの位置ズレを検出することにより面位置、面状態を検出する方式で、レチクル面位置検出系ＲＯの光軸ＲＯＸに対して計測用マークが直角以外の任意の角度を持って配置されている場合は、スリット状マークの長手方向および短手方向いずれにもアスが影響し、像面側で発生するアスはマークを観察する受光素子の分解能を落とすことになり計測精度を劣化させるという不都合がある。

しなしながら、本発明ではレチクル面位置検出系ＲＯの光軸ＲＯＸとレチクルＲのパターン面に投影された計測用マークの投影像がほぼ直角になるよに構成されているため、補正光学素子Ｇ１を介して計測用マークを投影した場合に、たとえばスリット状マークの短手方向にピントが合うように構成し、短手方向を検出に使用すればアスの影響を防止することが可能となり、高精度にレチクルＲのパターン面形状を計測することが可能となる。

図５では、投影された計測用マークは１本のみ示したが、複数本構成するも可能である。複数本構成することで、計測情報が増加し計測精度を向上することが可能である。

また、図５では計測点を１点のみ示したが、複数点構成することも可能である。
また、前記複数点構成した計測点を走査しながら計測することで、走査方向に複数点計測することが可能となる。

実施例１では光学素子Ｇ１を構成した場合について説明したが、ペリクルにガラス板材を用いた場合においてもペリクルが光学素子Ｇ１に相当し、収差の発生およびその補正方法等は同じである。図２にペリクルにガラス板材を用いた実施例２を示す。図１と同じものは説明を省略する。図１との差異は、光学素子Ｇ１が構成されず、レチクルＲにペリクルＰが構成されたものである。収差発生原理についても、図６ａ、ｂにおいて示した補正光学素子Ｇ１をペリクルＰに置き換えたこと、すなわちレチクル面位置検出系の光路中に平行平板である補正光学素子Ｇ１を構成するか、ペリクルＰを構成するかの違いで、収差発生原理は同じである。したがってレチクル面位置検出系ＲＯの光軸と計測マークの配置についても、図５、６に示した内容と同じであるので、説明は省略する。

上記実施例１，２では、補正光学素子Ｇ１、ペリクルＰが個別に構成された場合について説明したが、補正光学素子Ｇ１およびペリクルＰの両者が構成された場合においても収差発生原理は同じで平行平板である補正光学素子Ｇ１、ペリクルＰそれぞれで収差が発生する。したがってレチクル面位置検出系ＲＯの光軸と計測マークの配置についても、図５、６に示した内容と同じで、アスの影響を防止することが出来る。

以上のように、露光光が短波長化されペリクルにガラス板材が用いられた場合、板材としてのペリクルを介してマスクＲのパターン面を斜入射方式のレチクル面位置検出系にて計測する場合に、ペリクルの厚さにより斜入射方式のレチクル面位置検出系に収差が発生しても、計測用マークの配置によりアスの影響を防止できるため、精度よく検出することが可能となる。

上記実施例１，２ではレチクル面位置検出系ＲＯの検出位置が投影光学系１３の光軸中心位置であったの対し、実施例３では投影光学系１３の光軸中心位置以外を検出位置としたものである。レチクル面位置検出系ＲＯの配置以外は実施例１，２と同じであるので構成部の説明は省略する。投影光学系１３の光軸中心位置以外を検出位置として配置した場合でも、レチクク面位置検出系ＲＯの光軸ＲＯＸと計測マークの配置関係を同じにすれば同様の効果が得られる。特に投影光学系１３の光軸中心位置以外を検出位置として配置する場合には、レチクル面位置検出系ＲＯをコンパクトにしないと、レチクルステージＲＳＴのストロークが長くなり、大型化することで装置そのものも大型化してしまう。このため、本発明の計測マーク配置にし、補正光学素子を廃止出来ることはレチクル面位置検出系ＲＯをコンパクト化する上で非常に有効である。

本発明の実施例１。 本発明の実施例２。 本発明の実施例３。 レチクル面位置検出系の説明図。 検出手段の光軸と計測マークの関係を示す図。 ａは計測方向の断面図（結像状態を示す図）、ｂは非計測方向の断面図（結像状態を示す図）。

符号の説明

１ 光源
２ 照明系整形光学系
３ フライアイレンズ
４ コンデンサーレンズ
５ 視野絞り
６Ａ、６Ｂ 可動ブラインド駆動部
７Ａ、７Ｂ 可動ブラインド
８ リレーレンズ
１０ レチクルステージ制御部
１１ 可動ブラインド制御部
１２ 主制御部
１３ 投影光学系
１５ ウエハステージ制御部
１６ アライメントセンサ
１７ 制御部
２１ 照明領域
２１ａ，２１ｂ 光束、
２２，２３ 干渉計
３０ レチクル面位置検出系の光源部
３１ レチクル面位置検出用の発光光源
３２ 駆動回路
３３ コリメーターレンズ
３４ 集光レンズ
３５ 光伝達手段
３６ 照明レンズ
３７ スリット
３７Ａ マーク
３８、４１ 結像レンズ
３９、４０ ミラー
４２ 最結像位置
４３ 拡大光学系
４４ 受光素子
４５ レチクル面位置信号処理系
ＲＳＴ レチクルステージ
ＷＳＴ ウエハステージ
Ｇ１ 補正光学素子
Ｇ２ 補正光学系
Ｒ レチクル
Ｗ ウエハ
ＲＯ レチクル面位置検出系
Ｐ ペリクル

Claims (11)

1. 所定の結像特性を有する投影光学系と、該投影光学系の物体面側に保持され転写パターンが形成されたマスク基板と、該マスク基板のパターン面を防護するとともに、露光光に対して所定の透過性を有するペリクルと、前記マスクの面形状を検出する斜入射方式の検出手段と、前記検出手段は前記マスク基板のパターン面側に配置され、前記ペリクルを介して前記マスク基板のパターン面を検出し、前記検出手段は結像光学系を介して前記マクス基板のパターン面に計測用のパターン像を投影し、前記マスク基板のパターン面からの反射光を集光して再結像された前記計測用パターン像の位置に基づいて位置検出を行う露光装置において、前記検出手段に構成される前記計測用パターンと前記検出手段の光軸はほぼ直角であることを特徴とする露光装置。
2. 所定の結像特性を有する投影光学系と、該投影光学系の物体面側に保持され転写パターンが形成されたマスク基板と、該マスク基板のパターン面を防護するとともに、露光光に対して所定の透過性を有するペリクルと、該ペリクルと前記投影光学系の間に配置される光学素子と、前記マスクの面形状を検出する斜入射方式の検出手段と、前記検出手段は前記マスク基板のパターン面側に配置され、前記ペリクルおよび前記光学素子を介して前記マスク基板のパターン面を検出し、前記検出手段は結像光学系を介して前記マクス基板のパターン面に計測用のパターン像を投影し、前記マスク基板のパターン面からの反射光を集光して再結像された前記計測用パターン像の位置に基づいて位置検出を行う露光装置において、前記検出手段に構成される前記計測用パターンと前記検出手段の光軸はほぼ直角であることを特徴とする露光装置。
3. 前記光学素子は、前記マスク基板面形状の理想平面からのずれを補正するための補正板あるいは、前記投影光学系の光学性能を補正するための補正板であることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記検出手段は、前記マスクパターン面に斜め方向から前記光学素子を介して光を照射する光照射手段と、該光照射手段には照明光学系と計測用パターンと結像光学系を構成し、前記光照射手段によって照射された前記計測用パターン像が前記マスクパターン面に投影され、投影された前記計測用パターンの像と前記検出手段の光軸はほぼ直角であり、前記マスクパターン面で反射し、その反射光を前記ペリクルまたは前記光学素子を介して受光する受光手段と、該受光手段には結像光学系を構成し、前記受光手段により受光した前記計測用パターン像の位置に対応した検出信号を出力する光検出手段を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の露光装置。
5. 前記計測用パターンは矩形形状で、前記検出手段の光軸と直行する方向に長手方向を形成する構成で、少なくとも１本以上の矩形形状を構成することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の露光装置。
6. 前記計測用パターンは矩形形状で、前記矩形形状の長手方向を非計測方向、短手方向を計測方向とし、前記計測方向にピントが合うように前記検出手段の光学系が構成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の露光装置。
7. 前記検出手段の検出点は、前記投影光学系の光軸中心以外の位置であることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の露光装置。
8. 前記検出手段は、前記マスク基板パターン面の複数点の計測が可能であることを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の露光装置。
9. 請求項１〜８いずれか記載の露光装置は走査型露光装置であることを特徴とする露光装置。
10. 前記検出手段は、前記マスクの走査方向と直交する方向に複数点の計測が可能であり、前記マスクが走査されることにより走査方向に複数点の計測が可能であることを特徴とする請求項９記載の走査型露光装置。
11. 請求項１〜１０いずれか記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。

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