JP2006073657A - 位置合わせ装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＵＶ光を使用した場合であっても高いスループットを維持するとともに高精度な位置合わせが可能な位置合わせ装置を提供する。
【解決手段】 １ｎｍ以上５０ｎｍ以下の波長の光を使用して照明される露光パターンを有するマスクを保持するマスクステージと、被露光体を保持するウェハステージとを位置合わせする位置合わせ装置であって、前記マスクまたは前記マスクステージに形成されるとともに位置合わせに使用される第１の基準パターンと相似する第２の基準パターンが形成された基板と、前記基板を反射若しくは透過した光を検出する検出部とを有し、前記基板及び前記検出部は、中空の筐体を形成し、当該中空の筐体の内部にガスを導入したことを特徴とする位置合わせ装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般的には、位置合わせ装置に係り、特に、露光装置におけるウェハとマスクとを位置合わせする位置合わせ装置に関する。本発明は、特に、露光光源として極端紫外線（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を利用する露光装置に用いられる位置合わせ装置に好適である。

近年の電子機器の高性能化及び低価格化に伴い、それに内蔵される半導体の製造にも高精度のみならず生産性の効率化が必要とされ、かかる半導体の回路パターンを露光する露光装置にも、高精度且つ効率的な製造が要求される。そのため、露光装置には、高精度な位置合わせ及び微細加工を行うために、マスクとウェハとを位置合わせする位置合わせ装置が構成されている。

位置合わせ装置は、マスク上に形成された基準パターンに光を反射若しくは透過させることによって、基準パターンと相似するスリットが形成されたスリット支持基板へ光を入射させ、入射した光をフォトダイオードによって検出し、マスクとウェハとを位置合わせする。また、近年では、露光光の短波長化によって、露光光としてＥＵＶ光が使用されている。

しかしながら、ＥＵＶ光は紫外光に比べ１桁以上波長が短く、ＥＵＶ光の透過率が高いスリット支持基板は得られなかった。

そのため、係る問題を解決する方法として、スリット支持基板を薄くする方法や、スリット支持基板を使用せずフォトダイオードに直接パターニングする方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照のこと）
米国特許第６１３０４３１号

しかしながら、スリット支持基板を薄くするとＥＵＶ光の熱によりスリット支持基板の歪みが発生する。この場合、スリット支持基板を薄くする事でスリット支持基板の体積が小さくなるので、スリット支持基板はＥＵＶ光を吸収することにより発生する熱量が逃げにくくなり、温度が上昇し、歪みが生じる。そのため、スリット支持基板に発生した歪みは、位置合わせ誤差、ディストーション、デフォーカス誤差となり、検出精度を低下させてしまう。その結果、ＥＵＶ光を使用した場合、従来の位置合わせ装置は高精度な位置合わせが困難となる。

また、特許文献１のような構成であるとフォトダイオードの表面を損傷させてしまう可能性がある。その結果、ＥＵＶ光を使用した場合、従来の位置合わせ装置は高精度な位置合わせが困難であった。

そこで、本発明は、ＥＵＶ光を使用した場合であっても高いスループットを維持するとともに高精度な位置合わせが可能な位置合わせ装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての位置合わせ装置は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の波長の光を使用して照明される露光パターンを有するマスクを保持するマスクステージと、被露光体を保持するウェハステージとを位置合わせする位置合わせ装置であって、前記マスクまたは前記マスクステージに形成されるとともに位置合わせに使用される第１の基準パターンと相似する第２の基準パターンが形成された基板と、前記基板を反射若しくは透過した光を検出する検出部とを有し、前記基板及び前記検出部は、中空の筐体を形成し、当該中空の筐体の内部にガスを導入したことを特徴とする。

本発明の別の側面としての位置合わせ装置は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の波長の光を使用して照明される露光パターンを有するマスクを保持するマスクステージと、被露光体を保持するウェハステージとを位置合わせする位置合わせ装置であって、前記マスクまたは前記マスクステージに形成されるとともに位置合わせに使用される第１の基準パターンと相似する第２の基準パターンが形成された基板と、前記基板を反射若しくは透過した光を検出する検出部と、前記基板へ入射する前記光を減少させる遮光部とを有し、前記遮光部及び検出部は、中空の筐体を形成し、当該筐体の内部には前記基板が配置され、ガスを導入したことを特徴とする。

本発明の別の側面としての位置合わせ装置は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の波長の光を使用して照明される露光パターンを有するマスクを保持するマスクステージと、被露光体を保持するウェハステージとを位置合わせする位置合わせ装置であって、前記マスクまたは前記マスクステージに形成されるとともに位置合わせに使用される第１の基準パターンと相似する第２の基準パターンが形成された基板と、前記基板を反射若しくは透過した光を検出する検出部と、前記基板へ入射する前記光を減少させる遮光部とを有し、前記基板及び前記遮光部との間にガスが導入され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、上述の位置合わせ装置を有することを特徴とする。

本発明の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露光体を露光するステップと、当該露光された被露光体を現像する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、以下の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、ＥＵＶ光を使用した場合であっても高いスループットを維持するとともに高精度な位置合わせが可能な位置合わせ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例示的一態様である位置合わせ装置１００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、位置合わせ装置１００を示す構成図である。図２は、位置合わせ装置１００を示す拡大構成図である。

位置合わせ装置１００は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の波長の光を使用して照明される露光パターン（基準パターン２２７）を有するマスク２２０を保持するマスクステージ２２５と、後述する被露光体（ウェハ２４０）を保持するウェハステージ２４５とを位置合わせする。位置合わせ装置１００は、検出装置１１０と、ガス１５０と、ガス検出部１６０と、制御部１７０とを有している。また、位置合わせ装置１００は、後述するウェハステージ２４５上に形成されており、ウェハステージ２４５と連動して駆動する。

検出装置１１０は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の波長の光を使用して照明される露光パターン（基準パターン２２７）を有するマスク２２０を保持するマスクステージ２２５と、被露光体（ウェハ２４０）を保持するウェハステージ２４５との相対的な位置を検出する。検出装置１１０は、スリット支持基板１２０と、スリット１２５と、検出部１３０と、部材１４０と、ガス１５０とを有する。また、検出装置１１０は、スリット支持基板１２０と、検出部１３０と、部材１４０とを使用して中空の筐体を形成している。係る筐体は、後述するガス１５０を導入及び排気する導入口（不図示）が形成されている。この場合、導入口は導入と排気をそれぞれの別の開口であってもよい。また、筐体は、導入口を開閉するために密閉蓋（不図示）が設けられている。係る密閉蓋により筐体は、筐体内部の圧力を所望の圧力に維持することができる。

本実施例の検出装置１１０は、筐体内部にガス１５０を導入している。それによって、検出装置１１０は、ガス１５０によりスリット支持基板１２０の歪みの原因となる熱を逃がし、スリット支持基板１２０の温度上昇を抑えることができる。その結果、位置合わせ装置１００は、ＥＵＶ光を使用した場合であっても高いスループットを維持するとともに高精度な位置合わせが可能となる。

スリット支持基板１２０は、ＥＵＶ光を透過する機能を有し、マスク２２０に形成されるとともに位置合わせに使用される第１の基準パターン（基準パターン２２７）と相似する第２の基準パターン（スリット１２５）を有している。スリット支持基板１２０の材料は、露光光を透過する材料が選ばれる。この場合、スリット支持基板１２０の材料にはＳｉＣを使用する。

今までの可視光や紫外光などの露光光では、物質を構成する原子の最外殻の電子と同程度のエネルギーを持つために、吸収される場合でも最外殻の電子に吸収され、そして、化学結合状態によって最外殻の電子のエネルギー準位が変化するために、物質の化学構造を変えれば露光波長を透過する材料が得られていた。事実、スリット支持基板をレンズやマスクと同じ材質で作製すれば、露光光を良く透過していた。

ところが、紫外光にくらべ１桁以上波長が短いＥＵＶ光では、化学結合に寄与しない内殻電子の吸収で物質の吸収率が決まるため、化学結合状態が変わっても吸収率は変化せず、物質を構成する元素で吸収が決まってしまう。そのため、材料を変えてもＥＵＶ光の透過率が高いスリット支持基板１２０は得られない。その結果、検出に必要な十分な透過率を得るために、スリット支持基板１２０を薄くする必要がある。

従って、スリット支持基板の厚さαは、ＥＵＶ光を使用するため、薄いことが望ましく、例えば、０．２μｍ程度が好ましい。

ここで、補足として、内殻電子と外殻電子とに関して詳述する。上記では内殻電子と外殻電子では、物質の性質、特に、光の吸収に与える影響が全く異なることを述べた。

内殻電子は、高いエネルギー順位をもち、核から外側にいくに従って低いエネルギー順位となり、外殻電子となる。一般に、外殻電子のエネルギー順位は、１０ｅＶ以下で、内殻電子のエネルギー順位のうちもっとも小さいものは、２０ｅＶ程度である。従って、２０ｅＶ程度より高いエネルギー順位の電子は、化学結合に寄与しないため、結合状態によって、エネルギー順位は変化しない。

例えば、酸素Ｏの場合、内殻電子のエネルギー順位のうち最も小さいエネルギー順位は、Ｌ_Ｉ殻の２４ｅＶである。酸素Ｏは、全部で、Ｋ殻とＬ_Ｉ殻とＬ_ＩＩ、Ｌ_ＩＩＩ殻があり、そのエネルギー順位は、それぞれ、５３２ｅＶと２４ｅＶ、７ｅＶである。このうち化学結合に寄与する殻はＬ_ＩＩ、Ｌ_ＩＩＩで、Ｋ殻とＬ_Ｉは化学結合によってエネルギー順位は変化しない内殻である。物質の光の吸収は、５３２ｅＶ以上のエネルギーの光はＫ殻で、２４ｅＶから５３２ｅＶの光はＬ_Ｉ殻で、ほとんど吸収される。２４ｅＶ以下の光は、Ｌ_ＩＩ、Ｌ_ＩＩＩで吸収されるために、その結合状態によって吸収率が異なる。

以上より、２４ｅＶ以上のエネルギーの光、即ち５０ｎｍ以下の短い波長（ＥＵＶ光）の光に対する物質の透過率は、その物質の構成元素を考えればよいが、それ以上の波長の光では、物質の構成元素とその結合状態によって、透過率が変化する可能性がありうる。

また、内郭電子による吸収においては、波長が短くなるにつれて物質の透過率が大きくなる。そのため、パターン支持基板を厚くできるので、パターン支持基板の熱伝導によって熱を逃がすことが可能となり、パターン支持基板の温度上昇を抑えることが可能である。例えば、波長１ｎｍのＸ線に対するＳｉＣ２μｍの透過率は、およそ５０％であるが、半径０．５ｍｍのスリット支持基板とすると、その最大温度上昇は０．４Ｋ以下で小さく、許容できる範囲である。

以上のことから、真空中に置かれたパターン支持基板の温度上昇の問題は、露光波長が、少なくとも１乃至５０ｎｍの範囲のＸ線を使用した場合に、生じる問題である。

そのため、スリット支持基板１２０の幅を薄くすると、スリット支持基板１２０の体積が小さくなり、スリット支持基板１２０がＥＵＶ光を吸収することにより発生する熱量が、スリット支持基板１２０の温度を上昇させ、スリット支持基板１２０に歪みを生じさせてしまう。

この場合のスリット支持基板１２０の最大の温度上昇値である中心の温度ΔＴｍａｘは、スリット支持基板１２０の半径をｒ、厚さをｔ、その熱伝導率をλｂ、入射強度をｑとすると、以下の数式１のように表される。

例えば、スリット支持基板１２０にｒ＝０．５ｍｍ、ｔ＝０．１μｍのＳｉＣ基板を用い、ｑ＝１０ｍＷ/ｃｍ^２の強度が入射した場合、λｂ＝７．９（Ｊ／ｍ／ｓｅｃ／Ｋ）であるので、ΔＴｍａｘ＝８Ｋとなる。

一方、パターンの歪み量ΔＬは、線膨張係数をα、温度上昇値をΔＴ、長さをＬとすると、以下の数式２のように表すことができる。

例えば、ここではＬとして半径ｒ（＝０．５ｍｍ）をとると、ＳｉＣの線膨張係数αは３．３Ｅ−６で、ΔＬ＝１．６×ΔＴ（ｎｍ）となる。ΔＴ＝８Ｋとすると、ΔＬ＝１２ｎｍとなる。露光する線幅が５０〜３０ｎｍ程度なので、この歪み量は線幅の１／３程度であり、許容できない値となる。

そこで、本実施例では、歪み量を小さくするために、スリット支持基板１２０が吸収した熱をガスによって逃がし、スリット支持基板１２０の温度上昇を抑えている。その結果、位置合わせ装置１００は、ＥＵＶ光を使用した場合であっても高いスループットを維持するとともに高精度な位置合わせが可能となる。尚、歪み量を低減させる方法は、後述する。

スリット１２５は、露光光を遮蔽し、マスク２２０に形成された位置合わせに使用される第１の基準パターン（基準パターン２２７）と相似する形状を有する。スリット１２５は、スリット支持基板１２０に形成されており、その厚さは、スリット支持基板１２０と同程度で例えば、０．１μｍ程度である。また、スリット１２５の材料は、露光光を遮蔽する材料であるＣｒ等の金属が用いられる。更に、スリット１２５の形状は、後述する基準パターン２２７によって変形した露光光に依存し決定されている。例えば、基準パターン２２７の反射部分が２００ｎｍライン＆スペース状のパターンの場合、１／４縮小投影光学系２３０を通したウェハステージ２４５上では、５０ｎｍライン＆スペース状の光束になるので、Ｃｒ等のスリット１２５も５０ｎｍライン＆スペースとなることが好ましい。

このＣｒによるスリット１２５の作成方法は、Ｓｉ基板上にＳｉＣを堆積させ、Ｃｒを例えばＥＢ蒸着等の手法で堆積させ、その後は、レジストを塗布し、電子線等で直接描画した後、ＲＩＥ等によりエッチングを行いスリットを形成し、スリットと同じ面にリング状の部材１４０を接着し、最後にＳｉ基板をエッチングを行う事によりＳｉＣの裏面を露出させる、という手順で作成される。

検出部１３０は、スリット支持基板１２０を反射若しくは透過した光を検出する。検出部１３０は、本実施例では、ＥＵＶ光に感度を有するフォトダイオードであって、スリット支持基板１２０の下に形成される。また、検出部１３０は、上述したように、スリット支持基板１２０と共同して中空の筐体を形成する。また、検出部１３０は、スリット支持基板１２０からの透過した光を受光するため、スリット支持基板１２０と同等もしくはそれ以上のサイズのものを用いる。更に、検出部１３０は、電気的に後述する制御部１７０と接続されている。

部材１４０は、スリット支持基板１２０と、検出部１３０と共同して中空の筐体を形成する。そのため、部材１４０は、スリット支持基板１２０と検出部１３０との間の側面を覆うように形成され、スリット支持基板１２０が上端に載置されている。部材１４０は、ＳｉやＳＵＳ等の材料から形成される。また、部材１４０は、後述するガス１５０を導入及び排気する導入口（不図示）が形成されている。この場合、導入口は導入と排気をそれぞれの別の開口であってもよい。更に、部材１４０は、導入口を開閉するために密閉蓋（不図示）が設けられている。

ガス１５０は、スリット支持基板１２０の熱を放熱し、筐体内部に導入される。本実施例では、ガス１５０として水素を用いるが、他の種類のガスでもよく、水素ガスに限定されるものではない。例えば、空気でもよいが、空気の熱伝導率は０．０２４Ｗ／ｍＫ程度なので、水素やヘリウムの方が熱伝導率が大きいため、大強度のＥＵＶ光まで、スリット支持基板１２０の温度上昇が押さえられ、その熱歪みが問題とならない。

ガス１５０は、スリット支持基板１２０がＥＵＶ光を吸収することにより発生する熱量を逃がし、スリット支持基板１２０の温度の上昇を防止し、スリット支持基板１２０の歪みを防ぐことができる。それにより、位置合わせ誤差、ディストーション、デフォーカス誤差が減少する。その結果、位置合わせ装置１００は、ＥＵＶ光を使用した場合であっても高いスループットを維持するとともに高精度な位置合わせが可能となる。

ガス検出部１６０は、筐体内部のガス１５０圧力を検出する。そのため、ガス検出部１６０は、筐体内部に圧力センサを配置している。また、ガス検出部１６０は、制御部１７０と電気的に接続されている。

制御部１７０は、検出部１３０及びガス検出部１６０の検出結果に基づいてガス１５０及びウェハステージ２４５を制御する。制御部１７０は、電気的に検出部１３０、ガス検出部１６０及びウェハステージ２４５とに接続している。

以下、歪み量を低減させる方法を説明する。

本実施例において、歪み量の低減は、ガス１５０の分子又は原子の平均自由行程Ｌと、ガス１５０圧力と、筐体内部の露光光の入射方向の高さＨ（スリット支持基板１２０と検出部１３０との距離Ｈ）との調整によって行われる。

まず、スリット支持基板１２０と検出部１３０との距離Ｈは、ガス１５０の分子又は原子の平均自由行程以上の長さであることが望ましい。その理由は、気体の平均自由行程Ｌがガスの存在する空間の距離Ｈよりも十分短い時には、熱伝導率が圧力に無関係になるからである。その理由を以下に説明する。

以下、図３を参照して、熱流束とガス圧力との関係について説明する。ここで、図３は熱流束とガス圧力との関係を示すグラフである。尚、熱流束とは、熱の流れの量を示すものであり、本実施例では高温側の物体から奪われる熱量を表している。

高温の物体（スリット支持基板１２０）と低温の物体（検出部１３０）との温度差をΔＴ１、これらの物体間の距離をＨ、高温側の物体からの奪われる熱量である熱流束をｑ_ｆ［Ｗ／ｍ^２］、自由分子の熱伝導率Λ、圧力をｐとすると、距離Ｈが平均自由行程Ｌより十分小さい場合（圧力が１０^１［Ｐａ］より小さい場合）の熱流束ｑ_ｆは、以下の数式３のように表すことができる。

図３に示すように、熱流束は圧力ｐに比例して変化する。

それに対して、距離Ｈが平均自由行程Ｌより大きい場合の熱流束ｑ_ｆは、以下の数式４のように表すことができる。

図３に示すように、熱流束は圧力と関係なく一定となる。

距離Ｈが平均自由行程Ｌと同程度になると、熱伝導率は急激に小さくなる。従って、気体の平均自由行程Ｌがガスの存在する空間の距離Ｈよりも十分短い時には、熱伝導率が圧力に無関係になる。

また、気体に熱伝導を効率的に生じさせる圧力は、Ｌ＜Ｈであることが要求される。距離Ｈは、短いほうが効率的に熱を逃がせるが、距離Ｈが短すぎると距離の制御が困難になるため、Ｈ＝１ｍｍ程度が製造上好適である。

気体の平均自由行程Ｌは、気体の種類ごとに異なる。例えば、水素分子では、０．１３Ｐａでは平均自由行程Ｌは９０ｍｍとなる。また、気体の圧力と平均自由行程Ｌは反比例の関係にあるので、距離Ｈが１ｍｍのとき、１２Ｐａ（≒０．１３Ｐａ×９０ｍｍ／１ｍｍ）以上の圧力が必要である。
このときのスリット支持基板１２０の温度上昇値ΔＴは、水素ガスの熱伝導率λｇ、入射強度ｑ、単位面積Ｓとすると、以下の数式５のように表される。

この場合、入射強度ｑ＝１００Ｗ／ｍ^２、距離Ｈ＝１ｍｍ、熱伝導率λｇ＝０．１８（Ｗ／ｍ／Ｋ）とすると、温度上昇値ΔＴ＝０．６Ｋとなる。算出結果を数式２に適応すると、歪み量ΔＬは、ΔＬ＝１ｎｍとなり、露光する線幅に比べ十分に小さく、歪み量は無視できる程度の数値となる。

また、ガス１５０圧力に関して、水素やヘリウム等の軽元素の平均自由行程Ｌが大きく、窒素や酸素等のガスの方が平均自由行程Ｌが小さいため、一般に１０Ｐａ以上の圧力があれば、効率的に熱を逃がすことができる。

これらの調整により、スリット支持基板１２０は、ＥＵＶ光を吸収することにより発生する熱量を逃がし、スリット支持基板１２０の温度の上昇を防止し、スリット支持基板１２０の歪みを防ぐことができる。その結果、位置合わせ装置１００は、ＥＵＶ光を使用した場合であっても高いスループットを維持するとともに高精度な位置合わせが可能となる。

また、本実施例では、基準パターン２２７がマスク２２０上に形成されていたが、基準パターン２２７は、マスクステージ２２５上に直接形成されていても良い。

以下、図４を参照して、第２の実施形態である位置合わせ装置１００Ａについて説明する。図４は、第２の実施形態である位置合わせ装置１００Ａの構成図である。

位置合わせ装置１００Ａは、更に、上述の構成のほかに、遮光部１２７と、部材１４０Ａを有する。

遮光部１２７は、スリット支持基板１２０に入射する光を減光する。遮光部１２７の材料は、スリット支持基板１２０と同様に、露光光を透過する材料が選ばれる。この場合、遮光部１２０の材料にはＳｉＣを使用する。

遮光部１２０は、スリットに入射する光量を減らす事によって、スリット１２５が吸収するＥＵＶ光の量を抑え、これにより吸収で生じる熱量を減らす事でスリット支持基板１２０の温度上昇を抑える。また、強度が弱くなると、同じ積分時間ではＳ／Ｎ比が低下するため、積分時間を多くとる必要があるが、ウェハステージ２４５とマスクステージ２２５の位置あわせを行う頻度は高くないため、単位時間あたりの基板処理枚数であるスループットには影響を与えない。

本実施形態では、スリット支持基板１２０の両面を同一圧力、同種類のガス（例えばヘリウム）に接触させている。このように基板の両面をガスに接触させることにより、スリット支持基板１２０の上下の差圧による歪みが問題になる場合に、スリット支持基板１２０の歪みを低減することまたは打ち消すことができる。

部材１４０Ａは、遮光部１２７と、検出部１３０と共同して中空の筐体を形成する。そのため、部材１４０Ａは、遮光部１２７と検出部１３０との間の側面を覆うように形成され、遮光部１２７が上端に載置されている。部材１４０Ａは、遮光部１２７と、検出部１３０との間にスリット支持基板１２０を保持しており、その保持部分には、貫通穴１４２が形成されている。これにより、スリット支持基板１２０の両面の差圧がなくなり、さらに有効である。部材１４０Ａは、ＳｉやＳＵＳ等の材料から形成される。また、部材１４０Ａは、ガス１５０を導入及び排気する導入口（不図示）が形成されている。この場合、導入口は導入と排気をそれぞれの別の開口であってもよい。更に、部材１４０Ａは、導入口を開閉するために密閉蓋（不図示）が設けられている。

以下、図５を参照して、第３の実施形態である位置合わせ装置１００Ｂについて説明する。図５は、第３の実施形態である位置合わせ装置１００Ｂの構成図である。

位置合わせ装置１００Ｂは、第２の実施形態の部材１４０Ａの変形例である部材１４０Ｂを有する。

部材１４０Ｂは、スリット支持基板１２０と、遮光部１２７とを保持する。また、部材１４０Ｂは、ガス１５０を導入及び排気する導入口１４２が形成されている。部材１４０Ｂは、ＳｉやＳＵＳ等の材料から形成される。更に、部材１４０Ｂは、導入口を開閉するために密閉蓋（不図示）が設けられている。

本実施形態では、スリット支持基板１２０の上に、遮光部１２７を設け、その遮光部１２７とスリット支持基板１２０の間に空間を作り、その空間にガス１５０を流すものである。ガス１５０を流すことで、対流によって効率的に熱を取り去ることができる。さらに、検出部１３０に熱が伝わらないので、フォトダイオードの温度が上昇せず、熱雑音を小さくでき、Ｓ／Ｎ比の向上が図れる。

また、遮光部１２７に強度減衰用のフィルターの機能を持たせても良い。例えば、遮光部１２７を厚さ０．６μｍのＺｒ膜とすれば、１３．５ｎｍの波長を１０％に減衰させることができる。その場合、Ｚｒ膜に吸収された熱の多くはＺｒを通って外側の枠に逃げるので、Ｚｒ膜の熱がスリット支持基板１２０に伝わることはない。また、スリット支持基板１２０とその上方の基板との距離を、スリット支持基板１２０と検出部１３０との距離に比べて長く取ってもよい。これにより、遮光部１２７で吸収した熱を熱伝導によって、検出部１３０の枠に逃がすことができる。

以下、図６を参照して、本発明の位置合わせ装置１００を適用した例示的な露光装置２００について説明する。ここで、図６は、本発明の一側面としての露光装置２００を示す構成図である。

本発明の露光装置２００は、露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いて、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でマスク２２０に形成された回路パターンを被処理体２４０に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」は、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。

図６を参照するに、露光装置２００は、照明装置２１０と、マスク２２０と、マスク２２０を載置するマスクステージ２２５と、被処理体２４０を載置するウェハステージ２４５と、位置合わせ装置１００と、フォーカス位置検出機構２６０とを有する。

また、図６に示すように、ＥＵＶ光は、空気に対する透過率が低く、残留ガス（高分子有機ガスなど）成分との反応によりコンタミを生成してしまうため、少なくとも、ＥＵＶ光が通る光路中（即ち、光学系全体）は真空雰囲気ＶＣとなっている。

照明装置２１０は、投影光学系２３０の円弧状の視野に対する円弧状のＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）によりマスク２２０を照明する照明装置であって、ＥＵＶ光源２１２と、照明光学系２１４とを有する。

ＥＵＶ光源２１２は、例えば、レーザープラズマ光源が用いられる。これは、真空容器中のターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される、例えば、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材としては、金属膜、ガスジェット、液滴などが用いられる。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方がよく、通常数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。

照明光学系２１４は、集光ミラー２１４ａ、オプティカルインテグレーター２１４ｂから構成される。集光ミラー２１４ａは、レーザープラズマからほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集める役割を果たす。オプティカルインテグレーター２１４ｂは、マスク２２０を均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。また、照明光学系２１４は、マスク２２０と共役な位置に、マスク２２０の照明領域を円弧状に限定するためのアパーチャ２１４ｃが設けられている。

マスク２２０は、反射型マスクで、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、マスクステージ２２５に支持及び駆動されている。マスク２２０から発せられた回折光は、投影光学系２３０で反射されて被処理体２４０上に投影される。マスク２２０と被処理体２４０とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置２００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、マスク２２０と被処理体２４０を走査することによりマスク２２０のパターンを被処理体２４０上に縮小投影する。

マスクステージ２２５は、マスク２２０を支持して図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ２２５は、当業界周知のいかなる構造をも適用することができる。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、少なくともＸ方向にマスクステージ２２５を駆動することでマスク２２０を移動することができる。露光装置２００は、マスク２２０と被処理体２４０を同期した状態で走査する。

投影光学系２３０は、複数の反射ミラー（即ち、多層膜ミラー）２３０ａを用いて、マスク２２０面上のパターンを像面である被処理体２４０上に縮小投影する。複数のミラー２３０ａの枚数は、４枚乃至６枚程度である。少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いて、マスク２２０と被処理体２４０を同時に走査して広い面積を転写する。投影光学系２３０の開口数（ＮＡ）は、０．２乃至０．３程度である。

被処理体２４０は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体２４０には、フォトレジストが塗布されている。

ウェハステージ２４５は、ウェハチャック２４５ａによって被処理体２４０を支持する。ウェハステージ２４５は、例えば、リニアモーターを利用してＸＹＺ方向に被処理体２４０を移動する。マスク２２０と被処理体２４０は同期して走査される。また、マスクステージ２２５の位置とウェハステージ２４５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。

位置合わせ装置１００は、マスク２２０の位置と投影光学系２３０の光軸との位置関係、及び、被処理体２４０の位置と投影光学系２３０の光軸との位置関係を計測し、マスク２２０の投影像が被処理体２４０の所定の位置に一致するようにマスクステージ２２５及びウェハステージ２４５の位置と角度を設定する。本実施形態の位置合わせ装置１００は、ＥＵＶ光を使用した場合であっても高いスループットを維持するとともに高精度な位置合わせが可能である。

フォーカス位置検出機構２６０は、被処理体２４０面でフォーカス位置を計測し、ウェハステージ２４５の位置及び角度を制御することによって、露光中、常時被処理体２４０面を投影光学系２３０による結像位置に保つ。

以下に、位置合わせ方法について説明する。

まず、ＥＵＶ光は基準パターン２２７を有するマスク２２０により反射又は透過し、スリット支持基板１２０へ入射し、スリット１２５によって吸収され、スリット１２５以外の部分ではＥＵＶ光が透過される。透過されたＥＵＶ光が検出部１３０に到達し、最終的に信号として検出される。その検出信号に基づいて、ウェハステージ２４５及びマスクステージ２２５を駆動させて所望の露光位置へ補正する。

このようにスリット１２５がＥＵＶ光を吸収するとき、吸収されたエネルギーのほとんどは熱エネルギーに変換されてしまう。本実施例では、このとき発熱した熱はガス１５０を伝導して検出部１３０に伝わり、検出部１３０の背面側に散逸することができる。それによって、本実施形態の位置合わせ装置１００は、ＥＵＶ光を使用した場合であっても高いスループットを維持するとともに高精度な位置合わせが可能である。

露光において、照明装置２１０から射出されたＥＵＶ光はマスク２２０を照明し、マスク２２０面上のパターンを被処理体２４０面上に結像する。本実施形態において、像面は円弧状（リング状）の像面となり、マスク２２０と被処理体２４０を縮小倍率比の速度比で走査することにより、マスク２２０の全面を露光する。本実施形態の露光装置２００は、ＥＵＶ光を使用した場合であっても高いスループットを維持するとともに高精度な位置合わせが可能である位置合わせ装置１００を有しているため、高精度な露光を行うことが可能である。

次に、図７及び図８を参照して、上述の露光装置２００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図７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。本実施形態においては、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、それが出荷（ステップ７）される。

図８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、露光装置２００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、露光装置２００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。

本発明の位置合わせ装置を示す概略構成図である。 図２に示す位置合わせ装置を示す概略拡大構成図である。 熱流束とガス圧力との関係を示すグラフである。 図２に示す別の実施形態である位置合わせ装置の概略構成図である。 図２に示す別の実施形態である位置合わせ装置の概略構成図である。 本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。 図６に示す本発明のＥＵＶ露光装置を使用したデバイス（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。 図７に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１００ 位置合わせ装置
１１０ 検出装置
１２０ スリット支持基板
１２５ スリット
１２７ 遮光部
１３０ 検出部
１４０ 部材
１５０ ガス
１６０ ガス検出部
１７０ 制御部

Claims (8)

1. １ｎｍ以上５０ｎｍ以下の波長の光を使用して照明される露光パターンを有するマスクを保持するマスクステージと、被露光体を保持するウェハステージとを位置合わせする位置合わせ装置であって、
   前記マスクまたは前記マスクステージに形成されるとともに位置合わせに使用される第１の基準パターンと相似する第２の基準パターンが形成された基板と、
   前記基板を反射若しくは透過した光を検出する検出部とを有し、
   前記基板及び前記検出部は、中空の筐体を形成し、当該中空の筐体の内部にガスを導入したことを特徴とする位置合わせ装置。
2. 前記基板と前記検出部との距離は、前記ガスの分子又は原子の平均自由行程と同一若しくはそれ以上であることを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
3. １ｎｍ以上５０ｎｍ以下の波長の光を使用して照明される露光パターンを有するマスクを保持するマスクステージと、被露光体を保持するウェハステージとを位置合わせする位置合わせ装置であって、
   前記マスクまたは前記マスクステージに形成されるとともに位置合わせに使用される第１の基準パターンと相似する第２の基準パターンが形成された基板と、
   前記基板を反射若しくは透過した光を検出する検出部と、
   前記基板へ入射する前記光を減少させる遮光部とを有し、
   前記遮光部及び検出部は、中空の筐体を形成し、当該筐体の内部には前記基板が配置され、ガスを導入したことを特徴とする位置合わせ装置。
4. １ｎｍ以上５０ｎｍ以下の波長の光を使用して照明される露光パターンを有するマスクを保持するマスクステージと、被露光体を保持するウェハステージとを位置合わせする位置合わせ装置であって、
   前記マスクまたは前記マスクステージに形成されるとともに位置合わせに使用される第１の基準パターンと相似する第２の基準パターンが形成された基板と、
   前記基板を反射若しくは透過した光を検出する検出部と、
   前記基板へ入射する前記光を減少させる遮光部とを有し、
   前記基板及び前記遮光部との間にガスが導入されることを特徴とする位置合わせ装置。
5. 前記遮光部と前記検出部との距離は、前記ガスの分子又は原子の平均自由行程と同一若しくはそれ以上であることを特徴とする請求項３または４記載の位置合わせ装置。
6. 前記ガスは、１０Ｐａ以上の圧力になるよう導入されることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の位置合わせ装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項記載の位置合わせ装置を有することを特徴とする露光装置。
8. 請求項７記載の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、
   当該露光された被露光体を現像する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。