JP2006344674A - 露光方法及び装置、並びに電子デバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 照明光の波長程度以下の微細パターンを、安価に形成可能な露光技術を提供する。
【解決手段】 照明光を透光性平板P1上の第1の回折格子及び透光性平板P2上の第2の回折格子に照射して干渉縞を形成する工程と、干渉縞計測系41を用いてその干渉縞の周期に対して所定の関係を持つ計測格子とその干渉縞とを相対走査することによって、その干渉縞の位置を計測する工程と、その計測された干渉縞の位置を用いて、ウエハW上の所定位置に、その干渉縞によるパターンを露光する工程とを有する。
【選択図】 図1
【解決手段】 照明光を透光性平板P1上の第1の回折格子及び透光性平板P2上の第2の回折格子に照射して干渉縞を形成する工程と、干渉縞計測系41を用いてその干渉縞の周期に対して所定の関係を持つ計測格子とその干渉縞とを相対走査することによって、その干渉縞の位置を計測する工程と、その計測された干渉縞の位置を用いて、ウエハW上の所定位置に、その干渉縞によるパターンを露光する工程とを有する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ装置、薄膜磁気ヘッド、及びマイクロマシン等の電子デバイス製造工程における微細パターンの形成工程で使用される露光技術及び該露光技術を用いる電子デバイス製造技術に関する。
半導体集積回路等の電子デバイスの製造工程における微細パターンの形成に際しては、一般的にフォトリソグラフィー技術が使用される。これは、ウエハ等の被加工基板の表面にフォトレジスト(感光性薄膜)を塗布する塗布工程、形成すべきパターンの形状に応じた光量分布を有する露光用の照明光を被加工基板に照射する露光工程、現像工程、及びエッチング工程等により、被加工基板上に所望のパターンを形成するものである。
現状で最先端の電子デバイスを製造するための露光工程においては、露光方法として、主に投影露光方法が使用されている。これは、レチクル等のマスク上に形成すべきパターンを4倍又は5倍に拡大して形成しておき、これに露光用の照明光を照射し、その透過光を縮小投影光学系を用いて被加工基板上に露光することで、そのパターンを被加工基板上に転写するものである。
投影露光方法で形成可能なパターンの微細度は縮小投影光学系の解像度で決まり、これは露光波長を投影光学系の開口数(NA)で割った値にほぼ等しい。従って、より微細な回路パターンを形成するためには、露光波長の短波長化又は投影光学系の高NA化が必要である。
一方、例えば非特許文献1及び非特許文献2に開示される如く、光源と被加工基板との間に回折格子を配置し、照明光をこの回折格子に照射することによって発生する複数の回折光を被加工基板上で干渉させ、その干渉縞による明暗パターンを用いて被加工基板上に微細パターンを形成する方法(以下、干渉露光方法と呼ぶ)も提案されている。
J.M. Carter他: "Interference Lithography" http://snl.mit.edu/project_document/SNL-8.pdf Mark L. Schattenburg他: "Grating Production Methods" http://snl.mit.edu/papers/presentations/2002/MLS-Con-X-2002-07-03.pdf
一方、例えば非特許文献1及び非特許文献2に開示される如く、光源と被加工基板との間に回折格子を配置し、照明光をこの回折格子に照射することによって発生する複数の回折光を被加工基板上で干渉させ、その干渉縞による明暗パターンを用いて被加工基板上に微細パターンを形成する方法(以下、干渉露光方法と呼ぶ)も提案されている。
J.M. Carter他: "Interference Lithography" http://snl.mit.edu/project_document/SNL-8.pdf Mark L. Schattenburg他: "Grating Production Methods" http://snl.mit.edu/papers/presentations/2002/MLS-Con-X-2002-07-03.pdf
上述の従来の露光方法のうち投影露光方法においては、より高解像度を得るには、より短波長の露光光源又はより高NAの投影光学系が必要になる。
しかしながら、現在最先端の露光装置では、露光波長は193nmに短波長化されており、今後の一層の短波長化は使用可能なレンズ材料の観点から困難な状況にある。また、現在最先端の投影光学系のNAは0.92程度に達しており、これ以上の高NA化は困難な状況にあるとともに、露光装置の製造コストを大幅に上昇させる原因となる。
しかしながら、現在最先端の露光装置では、露光波長は193nmに短波長化されており、今後の一層の短波長化は使用可能なレンズ材料の観点から困難な状況にある。また、現在最先端の投影光学系のNAは0.92程度に達しており、これ以上の高NA化は困難な状況にあるとともに、露光装置の製造コストを大幅に上昇させる原因となる。
一方、従来の露光方法のうちの干渉露光方法では、原理的には、露光波長以下の微細な
パターンの露光を、比較的安価な装置で実現できる利点がある。しかしながら、露光されるべき干渉縞の正確な位置を計測する具体的な手法は確立されておらず、従ってウエハ等の被加工基板上に形成された既存のパターンと、露光されるべき干渉縞によるパターンとの正確な位置整合(位置合せ)を行なうことは困難であった。このために、半導体集積回路等のリソグラフィー工程で使用可能な、実用的な干渉露光方法の実現は困難であった。
パターンの露光を、比較的安価な装置で実現できる利点がある。しかしながら、露光されるべき干渉縞の正確な位置を計測する具体的な手法は確立されておらず、従ってウエハ等の被加工基板上に形成された既存のパターンと、露光されるべき干渉縞によるパターンとの正確な位置整合(位置合せ)を行なうことは困難であった。このために、半導体集積回路等のリソグラフィー工程で使用可能な、実用的な干渉露光方法の実現は困難であった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、微細パターン、例えば照明光の波長程度以下の線幅のパターンを、安価に形成可能な、実用的な露光技術を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記露光技術を用いた電子デバイス製造技術を提供することをも目的とする。
また、本発明は、上記露光技術を用いた電子デバイス製造技術を提供することをも目的とする。
以下、上記課題を解決するための手段について、適宜、図面中の構成部材の符号を引用
して説明する。ただし、本発明は以下で引用する符号が示す構成部材を必須の構成部材とするものではない。すなわち、本発明は、例示された構成以外の他の構成もとり得るものである。
本発明による露光方法は、光源(1)からの照明光により感光性の基板(W)上にパターンを露光する露光方法であって、対向して配置した第1の回折格子(G11)及び第2の回折格子(G21)に対し、その第1の回折格子側からその照明光を照射し、その第2の回折格子のその第1の回折格子とは反対側の近傍に、第1の方向に第1の周期を有する強度分布を持つ干渉縞を形成する干渉縞形成工程と、その干渉縞の形成された領域の少なくとも一部に、遮光部(95Aa)とその第1の方向についての幅がその第1の周期に概ね等しい少なくとも一つの透光部(95Ab)とを有する計測格子(95A)を配置し、その干渉縞とその計測格子との位置関係の相対移動に伴うその計測格子からの透過光量の変化を用いて、その干渉縞の位置を計測する干渉縞位置計測工程と、その干渉縞位置計測工程により計測されたその干渉縞の位置を用いて、その感光性の基板上の所定位置に、その干渉縞形成工程で形成されるその干渉縞によるパターンを露光する露光工程と、を含むものである。
して説明する。ただし、本発明は以下で引用する符号が示す構成部材を必須の構成部材とするものではない。すなわち、本発明は、例示された構成以外の他の構成もとり得るものである。
本発明による露光方法は、光源(1)からの照明光により感光性の基板(W)上にパターンを露光する露光方法であって、対向して配置した第1の回折格子(G11)及び第2の回折格子(G21)に対し、その第1の回折格子側からその照明光を照射し、その第2の回折格子のその第1の回折格子とは反対側の近傍に、第1の方向に第1の周期を有する強度分布を持つ干渉縞を形成する干渉縞形成工程と、その干渉縞の形成された領域の少なくとも一部に、遮光部(95Aa)とその第1の方向についての幅がその第1の周期に概ね等しい少なくとも一つの透光部(95Ab)とを有する計測格子(95A)を配置し、その干渉縞とその計測格子との位置関係の相対移動に伴うその計測格子からの透過光量の変化を用いて、その干渉縞の位置を計測する干渉縞位置計測工程と、その干渉縞位置計測工程により計測されたその干渉縞の位置を用いて、その感光性の基板上の所定位置に、その干渉縞形成工程で形成されるその干渉縞によるパターンを露光する露光工程と、を含むものである。
斯かる本発明によれば、2枚の回折格子を介してその基板(被加工基板)上に干渉縞によるパターンを露光することによって、その照明光の空間的可干渉性がある程度低い場合でもその干渉縞のコントラストを照明光の進行方向の広い範囲で高めることができる。従って、投影光学系を用いる場合に比べて安価に、さらには空間的可干渉性の高い光源を用いる場合に比べて安価に、照明光の波長程度以下の線幅のパターンのような微細パターンを形成できる。
また、その干渉縞位置計測工程があるため、重ね合わせ露光を行う場合に、その干渉縞とその基板上にそれまでの工程で形成されているパターンとの重ね合わせ精度を向上できる。
本発明において、一例として、その計測格子は、その第1の方向に沿ってその第1の周期の偶数倍の周期で配列された複数個のその透光部を有する。
本発明において、一例として、その計測格子は、その第1の方向に沿ってその第1の周期の偶数倍の周期で配列された複数個のその透光部を有する。
また、別の例として、その計測格子は、その第1の方向に沿ってその第1の周期の奇数倍の周期で配列されるとともに、その配列の一つおきに、透過光の位相を反転せしめる位相シフト部材を有する。
また、一例として、その計測格子中の、その遮光部は透光性の平板上に遮光膜が形成された部分であり、その透光部はその透光性の平板上でその遮光膜が形成されていない部分である。
また、一例として、その計測格子中の、その遮光部は透光性の平板上に遮光膜が形成された部分であり、その透光部はその透光性の平板上でその遮光膜が形成されていない部分である。
また、その遮光部の少なくとも一部とその透光部とが、ともに透光性の誘電体膜(102)で覆われていてもよい。
また、その遮光膜は金属を含み、その遮光膜の厚さは50nm以下であってもよい。
また、その第1の回折格子はその第1の方向にその第1の周期の2倍の周期を有する回折格子であってもよい。
また、その遮光膜は金属を含み、その遮光膜の厚さは50nm以下であってもよい。
また、その第1の回折格子はその第1の方向にその第1の周期の2倍の周期を有する回折格子であってもよい。
また、その第2の回折格子はその第1の方向にその第1の周期と等しい周期を有する回折格子であってもよい。
また、一例として、その第1の回折格子はその第1の方向に直交する第2の方向にも周期性を有する回折格子であり、その第2の回折格子はその第2の方向にも周期性を有する回折格子であることにより、その干渉縞はその第2の方向に第2の周期の強度分布を有するとともに、その計測格子は、その第2の方向についての幅がその第2の周期に概ね等しい透光部を少なくとも1つ有する。
また、一例として、その第1の回折格子はその第1の方向に直交する第2の方向にも周期性を有する回折格子であり、その第2の回折格子はその第2の方向にも周期性を有する回折格子であることにより、その干渉縞はその第2の方向に第2の周期の強度分布を有するとともに、その計測格子は、その第2の方向についての幅がその第2の周期に概ね等しい透光部を少なくとも1つ有する。
また、一例として、その照明光の波長は、200nm以下である。
また、その干渉縞位置計測工程において、その第2の回折格子とその計測格子との間の空隙に液体を満たした状態で、その干渉縞の位置を計測するとともに、その露光工程において、その第2の回折格子とその感光性の基板との間の空隙に液体を満たした状態で、その干渉縞によるパターンを露光してもよい。
また、その干渉縞位置計測工程において、その第2の回折格子とその計測格子との間の空隙に液体を満たした状態で、その干渉縞の位置を計測するとともに、その露光工程において、その第2の回折格子とその感光性の基板との間の空隙に液体を満たした状態で、その干渉縞によるパターンを露光してもよい。
また、その干渉縞位置計測工程において、その第1の回折格子とその第2の回折格子との間の空隙にも液体を満たした状態で、その干渉縞の位置を計測するとともに、その露光工程において、その第1の回折格子とその第2の回折格子との間の空隙にも液体を満たした状態で、その干渉縞によるパターンを露光してもよい。
また、その感光性の基板上に予め形成されたパターンのパターン位置情報を計測する工程をさらに含み、その露光工程において、そのパターン位置情報を用いて、その感光性の基板上の所定位置にその干渉縞形成工程で形成されるその干渉縞によるパターンを露光してもよい。
また、その感光性の基板上に予め形成されたパターンのパターン位置情報を計測する工程をさらに含み、その露光工程において、そのパターン位置情報を用いて、その感光性の基板上の所定位置にその干渉縞形成工程で形成されるその干渉縞によるパターンを露光してもよい。
また、本発明によるデバイス製造方法は、パターン形成工程を有する電子デバイスの製造方法であって、そのパターン形成工程において、本発明の露光方法を用いるものである。
次に、本発明による露光装置は、光源(1)からの照明光と、対向して配置される第1の回折格子(G11)と第2の回折格子(G21)とによって生成される第1の方向に第1の周期を有する強度分布を持つ干渉縞によるパターンを、感光性の基板(W)上に露光するための露光装置であって、その光源からのその照明光をその第1の回折格子に照射するための照明光学系(IS)と、その感光性の基板をその干渉縞の近傍に保持する基板保持機構(38)と、その第2の回折格子の、その第1の回折格子とは反対側の近傍に形成されるその干渉縞の位置を計測する位置計測機構(41)とを有するとともに、その位置計測機構は、遮光部(95Aa)とその第1の方向に所定幅を有する少なくとも一つの透光部(95Ab)とを有する計測格子(95A)と、その計測格子からの透過光量を計測する光量計(101)とを有するものである。
次に、本発明による露光装置は、光源(1)からの照明光と、対向して配置される第1の回折格子(G11)と第2の回折格子(G21)とによって生成される第1の方向に第1の周期を有する強度分布を持つ干渉縞によるパターンを、感光性の基板(W)上に露光するための露光装置であって、その光源からのその照明光をその第1の回折格子に照射するための照明光学系(IS)と、その感光性の基板をその干渉縞の近傍に保持する基板保持機構(38)と、その第2の回折格子の、その第1の回折格子とは反対側の近傍に形成されるその干渉縞の位置を計測する位置計測機構(41)とを有するとともに、その位置計測機構は、遮光部(95Aa)とその第1の方向に所定幅を有する少なくとも一つの透光部(95Ab)とを有する計測格子(95A)と、その計測格子からの透過光量を計測する光量計(101)とを有するものである。
斯かる本発明によれば、2枚の回折格子を介してその基板(被加工基板)上に干渉縞によるパターンを露光することによって、その照明光の空間的可干渉性がある程度低い場合でもその干渉縞のコントラストを照明光の進行方向の広い範囲で高めることができる。従って、投影光学系を用いる場合に比べて安価に、さらには空間的可干渉性の高い光源を用いる場合に比べて安価に、照明光の波長程度以下の線幅のパターンのような微細パターンを形成できる。
また、その干渉縞の位置計測機構があるため、重ね合わせ露光を行う場合に、その干渉縞とその基板上にそれまでの工程で形成されているパターンとの重ね合わせ精度を向上できる。
本発明において、一例としてその所定幅は、その照明光の波長以下である。
また、一例として、その計測格子は、その第1の方向に沿ってその所定幅の概ね偶数倍の所定の周期で配列された複数個のその透光部を有する。
本発明において、一例としてその所定幅は、その照明光の波長以下である。
また、一例として、その計測格子は、その第1の方向に沿ってその所定幅の概ね偶数倍の所定の周期で配列された複数個のその透光部を有する。
また、一例として、その計測格子中のその所定の周期で配列されたその透光部の数はM個(Mは2以上の整数)であるとともに、その計測格子は、その所定の周期と異なる別の周期でその第1の方向に沿って配列されたN個(Nは2以上の整数)の透光部をさらに有すると共に、その所定の周期をF1、その別の周期をF2とするとき、(F1×M)の値と(F2×N)の値とがほぼ等しく設定されている。
また、その位置計測機構によるその干渉縞の位置計測結果に基づいて、その干渉縞とその感光性の基板との位置関係を所定の関係に設定する、位置制御機構(38,70,72)を備えてもよい。
また、その感光性の基板に予め形成されたパターンのパターン位置情報を計測する位置計測機構(43)を有するとともに、その位置制御機構は、そのパターン位置情報を用いてその所定の関係の設定を行うようにしてもよい。
また、その感光性の基板に予め形成されたパターンのパターン位置情報を計測する位置計測機構(43)を有するとともに、その位置制御機構は、そのパターン位置情報を用いてその所定の関係の設定を行うようにしてもよい。
また、その第2の回折格子とその計測格子との間の空隙、又はその第2の回折格子とその感光性の基板との空隙の少なくとも一方に、液体を充填する第1の液体充填機構(54,55)を有してもよい。また、その第1の回折格子とその第2の回折格子との間の空隙に、液体を充填する第2の液体充填機構(54a,55b)を有してもよい。
本発明によれば、2つの回折格子を介して形成される干渉縞パターンで基板(被加工基板)を露光することによって、照明光の波長程度以下の線幅のパターンのような微細パターンを安価に形成することができる。
また、干渉縞位置計測工程又は干渉縞の位置計測機構があるため、重ね合わせ露光を行う場合の重ね合わせ精度を向上できる。
また、干渉縞位置計測工程又は干渉縞の位置計測機構があるため、重ね合わせ露光を行う場合の重ね合わせ精度を向上できる。
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図1は、本例の露光装置の概略構成を示す図である。なお、図1中に示したXYZ座標系と、以降の各図で示す座標系とは同一である。図1において、光源1としては波長193nmのパルスレーザビームよりなる照明光IL1を出力するArF(アルゴン・フッ素)エキシマーレーザが使用されている。光源1としては、その他に発振波長248nmのKrF(クリプトン・フッ素)エキシマーレーザ、発振波長157nmのF2 (フッ素ダイマー)レーザ、又は波長変換素子を使用する高調波レーザ等も使用できる。
図1は、本例の露光装置の概略構成を示す図である。なお、図1中に示したXYZ座標系と、以降の各図で示す座標系とは同一である。図1において、光源1としては波長193nmのパルスレーザビームよりなる照明光IL1を出力するArF(アルゴン・フッ素)エキシマーレーザが使用されている。光源1としては、その他に発振波長248nmのKrF(クリプトン・フッ素)エキシマーレーザ、発振波長157nmのF2 (フッ素ダイマー)レーザ、又は波長変換素子を使用する高調波レーザ等も使用できる。
光源1を発した照明光IL1は、第1の光軸AX1に沿って配置される第1のレンズ群を構成するレンズ2,3,4,6により、所定のビームサイズを有する平行光線束(平行ビーム)である照明光IL2に変換される。
照明光IL2は、偏光制御素子9により所定の偏光状態に設定された照明光IL3となり、照明光均一化手段の一部を構成する集光光学系10に入射する。集光光学系10を射出した照明光IL5は、照明光均一化手段の一部を構成するオプチカルインテグレータ(ユニフォマイザ又はホモジナイザ)としてのフライアイレンズ13に入射する。フライアイレンズ13の射出側の面の近傍には、必要に応じて開口絞り17が配置される。
照明光IL2は、偏光制御素子9により所定の偏光状態に設定された照明光IL3となり、照明光均一化手段の一部を構成する集光光学系10に入射する。集光光学系10を射出した照明光IL5は、照明光均一化手段の一部を構成するオプチカルインテグレータ(ユニフォマイザ又はホモジナイザ)としてのフライアイレンズ13に入射する。フライアイレンズ13の射出側の面の近傍には、必要に応じて開口絞り17が配置される。
なお、集光光学系10、フライアイレンズ13、開口絞り17等からなる照明光均一化手段の詳細については後述する。
フライアイレンズ13を射出した照明光IL7は、第2の光軸AX2に沿って配置される第2のレンズ群を構成するレンズ19,20,21に入射し、これらのレンズで屈折されて照明光IL8となって視野絞り22(詳細後述)に達する。
フライアイレンズ13を射出した照明光IL7は、第2の光軸AX2に沿って配置される第2のレンズ群を構成するレンズ19,20,21に入射し、これらのレンズで屈折されて照明光IL8となって視野絞り22(詳細後述)に達する。
視野絞り22を透過した照明光は、さらに第2の光軸AX2に沿って配置される第3のレンズ群を構成するレンズ25,26,27により屈折されて集光点28に至る。集光点28は、フライアイレンズ13の射出側の面上の1点と、第2のレンズ群(19,20,21)及び第3のレンズ群(25,26,27)を介して共役(結像関係)となっている。
集光点28を通過した照明光IL9は、さらに第4のレンズ群を構成するレンズ29,30,32,35により屈折されて照明光IL10となって第1の透光性平板P1に入射する。なお、以上の第1のレンズ群(2,3,4,5)から第4のレンズ群(29,30,32,35)に至るまでの照明光IL1〜IL10の光路上の光学部材を含む光学系を、以下では照明光学系ISという。この照明光学系ISは、第1の透光性平板P1が配置される面を所定の照射面とする照明光学装置とみなすこともできる。
以下、照明光学系ISの射出側の光軸AX2に沿って光源1側が+方向となるようにZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で図1の紙面に平行な方向にX軸を、図1の紙面に垂直な方向にY軸を取って説明する。本例では、X軸及びY軸を含むXY平面は水平面にほぼ平行である。
第1の透光性平板P1の下方(−Z方向)には、第2の透光性平板P2が設けられる。第2の透光性平板P2は、パターンを形成すべき加工対象である半導体ウエハ等の基板W(以降、適宜ウエハともいう)に対向して配置される。第1の透光性平板P1には後述する第1の回折格子が形成されており、その第1の回折格子に照明光IL10が照射されることにより発生する回折光は、第2の透光性平板P2に照射される。第2の透光性平板P2には後述する第2の回折格子が形成されており、上記回折光はその第2の回折格子に照射されることになる。そして、第2の回折格子で発生した回折光はウエハWに照射され、ウエハW上に複数の回折光からなる干渉縞による明暗パターンが形成される。
第1の透光性平板P1の下方(−Z方向)には、第2の透光性平板P2が設けられる。第2の透光性平板P2は、パターンを形成すべき加工対象である半導体ウエハ等の基板W(以降、適宜ウエハともいう)に対向して配置される。第1の透光性平板P1には後述する第1の回折格子が形成されており、その第1の回折格子に照明光IL10が照射されることにより発生する回折光は、第2の透光性平板P2に照射される。第2の透光性平板P2には後述する第2の回折格子が形成されており、上記回折光はその第2の回折格子に照射されることになる。そして、第2の回折格子で発生した回折光はウエハWに照射され、ウエハW上に複数の回折光からなる干渉縞による明暗パターンが形成される。
ウエハWの表面には、上記明暗パターンを感光し記録するためのフォトレジスト等の感光部材PRを形成しておく。即ち、ウエハWは感光性の基板とみなすことができる。ウエハWは、一例として直径が300mmの円板状であり、第2の透光性平板P2は一例としてウエハWの表面の全面を覆う直径の円板状とする。同様に第1の透光性平板P1も一例として第2の透光性平板P2の表面の全面を覆う直径の円板状とする。ただし、後述する様に、第2の透光性平板P2の直径は、ウエハWの直径よりも30mm程度以上大きいことが望ましい。なお、本例では透光性平板P1,P2は円板状であるが、透光性平板P1,P2をウエハWの表面を覆う程度の大きさの矩形の平板状としてもよい。
ウエハWは、ウエハベース50上をX方向及びY方向に可動な基板保持機構であるウエハステージ38上に保持され、これによりX方向及びY方向に可動となっている。ウエハステージ38及び不図示のリニアモータ等の駆動機構を含んでウエハステージ系が構成されている。また、ウエハWのX方向及びY方向の位置はウエハステージ38上に設けられた移動鏡39の位置を介してレーザ干渉計40により計測される。即ち、レーザ干渉計40からのレーザビームはビームスプリッタ(例えば偏光ビームスプリッタ)90によって計測ビームと参照ビームとに分割され、計測ビームは移動鏡39に照射され、参照ビームはミラーを介してコラム構造体75(位置基準となる基準フレーム)に固定された参照鏡91に照射される。そして、移動鏡39からの計測ビームと参照鏡91からの参照ビームとの干渉光をレーザ干渉計40で検出することによって、コラム構造体75を基準としてウエハステージ38のX方向、Y方向の位置を例えば1〜0.1nm程度の分解能で計測することができる。なお、レーザ干渉計40は実際には図6に示すように、2軸のX軸のレーザ干渉計40X1,40X2と3軸のY軸のレーザ干渉計40Y1,40Y2,40Y3とを表しており、移動鏡39も、X軸の移動鏡39X及びY軸の移動鏡39Yを表している。
図1において、ウエハベース50の+X方向の上方にウエハマーク検出機構43が配置されている。ウエハマーク検出機構43は、例えば光学顕微鏡からなりウエハW上に形成されている既存の回路パターンあるいは位置合わせマークの位置を検出するものである。ウエハステージ38上に保持されたウエハWは、必要に応じて露光前にウエハマーク検出機構43の直下に移動され、ウエハW上のパターン又はマークの位置が検出される。図6のY軸のレーザ干渉計40Y3の計測ビームは、Y軸に平行にウエハマーク検出機構43の検出中心を通過するように設定されており、レーザ干渉計40Y3は、例えばウエハWのアライメント時のウエハステージ38のY座標を計測するために使用される。
なお、ウエハWの表面の高さ分布を計測するために、一例としてウエハWの表面の複数の計測点に斜めにスリット像を投影する投射光学系と、ウエハWの表面からの反射光を受光してその複数のスリット像を再結像する受光光学系とを備え、その再結像された複数のスリット像の横ずれ量からその複数の計測点の所定の基準面(以下、第1の基準面という)からのZ方向の位置ずれ量を計測する斜入射方式のウエハ表面位置検出系(不図示)が、例えばウエハマーク検出機構43の近傍に配置されている。その斜入射方式の多点のウエハ表面位置検出系の具体的な構成については、例えば特開平05−129182号公報に開示されている。また、本例ではその第1の基準面は、XY平面に平行である。
本例のウエハステージ38にはウエハWのZ方向の位置とX軸及びY軸の周りの傾斜角(回転角)とを制御するZレベリング機構も組み込まれており、そのウエハ表面位置検出系の計測結果に基づいてそのZレベリング機構は、ウエハWの露光時にウエハWの表面の平均的な面をその第1の基準面に合致させる。
また、透光性平板P1及びP2は、それぞれY方向に見たときの断面がほぼU字型で中央部に照明光を通す円形開口が形成された第1のホルダ36A及び第2のホルダ37A上に真空吸着又は電磁吸着によって吸着保持されている。透光性平板P2は、ホルダ37Aを含む第2保持駆動機構によって、XY平面に平行に、かつウエハWと所定の間隔をもって対向して配置される。また、透光性平板P1は、ホルダ36Aを含む第1保持駆動機構によって、XY平面に平行に、かつ第2の透光性平板P2と所定の間隔をもって対向して配置される。さらに本例では、第1のホルダ36Aの透光性平板P1を保持する部分は、X方向において、第2のホルダ37Aの透光性平板P2を保持する部分内に収納されるように配置されている。このため、例えば透光性平板P1,P2を交換する必要があるときには、ホルダ36A及び37Aを互いに独立にY方向に引き抜くことが可能となっている。
また、透光性平板P1及びP2は、それぞれY方向に見たときの断面がほぼU字型で中央部に照明光を通す円形開口が形成された第1のホルダ36A及び第2のホルダ37A上に真空吸着又は電磁吸着によって吸着保持されている。透光性平板P2は、ホルダ37Aを含む第2保持駆動機構によって、XY平面に平行に、かつウエハWと所定の間隔をもって対向して配置される。また、透光性平板P1は、ホルダ36Aを含む第1保持駆動機構によって、XY平面に平行に、かつ第2の透光性平板P2と所定の間隔をもって対向して配置される。さらに本例では、第1のホルダ36Aの透光性平板P1を保持する部分は、X方向において、第2のホルダ37Aの透光性平板P2を保持する部分内に収納されるように配置されている。このため、例えば透光性平板P1,P2を交換する必要があるときには、ホルダ36A及び37Aを互いに独立にY方向に引き抜くことが可能となっている。
図1において、光軸AX2の+X方向側において、XY平面に平行でY軸に平行に、かつZ方向に所定間隔で1対の細長い平板状のベース部材75A及び75Bが配置され、光軸AX2に関してベース部材75A及び75Bに対称にY軸に平行に1対のベース部材75C及び75Dが配置されている。ベース部材75A〜75Dの上面はそれぞれ平面度の良好なガイド面に加工されている。ベース部材75A〜75Dの+Y方向及び−Y方向の端部をそれぞれ連結部材(不図示)によって固定することで、コラム構造体75が構成されている。
また、第1の透光性平板P1を保持するホルダ36AのX方向の両端部は、平板状のスライダ36B及び36Cを介してそれぞれベース部材75A及び75C上に移動自在に載置されている。ホルダ36Aとスライダ36B及び36Cとは、ホルダ36AのZ方向の位置を制御可能な3個のZ軸アクチュエータ81Aと相対回転防止用の2個のピン(不図示)とを介して連結されている。従って、ホルダ36A及びスライダ36B,36Cは、ベース部材75A及び75Cの上面で一体的にX方向、Y方向、及びZ軸の周りの回転方向に移動できるとともに、3箇所のZ軸アクチュエータ81Aの高さを制御することで、ベース部材75A,75Cに対するホルダ36A(第1の透光性平板P1)のZ方向の位置とX軸及びY軸の周りの回転角とを調整することができる。
また、+X方向のスライダ36BはY方向に離れた2個のX軸アクチュエータ80Aを介してスライダ77Aに連結され、スライダ77Aはベース部材75A上に固定されたY軸ガイドに沿って不図示の駆動モータによってY方向に駆動される。2個のX軸アクチュエータ80Aの駆動量を制御することによって、ベース部材75Aに対するホルダ36A(第1の透光性平板P1)のX方向の位置とZ軸の周りの回転角とを調整することができる。また、スライダ77AをY方向に駆動することで、それに連動してホルダ36A(第1の透光性平板P1)をY方向に大きく移動できるとともに、そのY方向の位置の調整を行うことができる。
この結果、コラム構造体75に対してホルダ36A(第1の透光性平板P1)のX方向、Y方向、Z方向の位置、及びX軸、Y軸、Z軸の周りの回転角の6自由度の変位を調整できるとともに、必要に応じてホルダ36A(第1の透光性平板P1)を照明光学系ISの下方から+Y方向に引き抜いて、透光性平板P1の交換等を行うことができる。
また、ホルダ36A(第1の透光性平板P1)のX方向、Y方向の位置、及びZ軸の周りの回転角は、ホルダ36A上に設けられた移動鏡84の位置を介してレーザ干渉計82により計測される。即ち、レーザ干渉計82からのレーザビームはビームスプリッタ83によって計測ビームと参照ビームとに分割され、計測ビームは移動鏡84に照射され、参照ビームはミラーを介してベース75C(コラム構造体75)に固定された参照鏡85に照射される。そして、移動鏡84からの計測ビームと参照鏡85からの参照ビームとの干渉光をレーザ干渉計82で検出することによって、コラム構造体75を基準としてホルダ36AのX方向、Y方向の位置を例えば1〜0.1nm程度の分解能で計測することができ、2箇所のY方向(又はX方向でも可)の位置の差分からホルダ36AのZ軸の周りの回転角を計測できる。このため、実際にはレーザ干渉計82はX方向に1軸でY方向に2軸のレーザ干渉計から構成されており、移動鏡84もX方向に1軸でY方向に2軸の移動鏡から構成されている。
また、ホルダ36A(第1の透光性平板P1)のX方向、Y方向の位置、及びZ軸の周りの回転角は、ホルダ36A上に設けられた移動鏡84の位置を介してレーザ干渉計82により計測される。即ち、レーザ干渉計82からのレーザビームはビームスプリッタ83によって計測ビームと参照ビームとに分割され、計測ビームは移動鏡84に照射され、参照ビームはミラーを介してベース75C(コラム構造体75)に固定された参照鏡85に照射される。そして、移動鏡84からの計測ビームと参照鏡85からの参照ビームとの干渉光をレーザ干渉計82で検出することによって、コラム構造体75を基準としてホルダ36AのX方向、Y方向の位置を例えば1〜0.1nm程度の分解能で計測することができ、2箇所のY方向(又はX方向でも可)の位置の差分からホルダ36AのZ軸の周りの回転角を計測できる。このため、実際にはレーザ干渉計82はX方向に1軸でY方向に2軸のレーザ干渉計から構成されており、移動鏡84もX方向に1軸でY方向に2軸の移動鏡から構成されている。
また、必要に応じて、不図示の第1のZ位置検出系のレーザ光源から透光性平板P1の上面に斜めに複数本、例えば3本のレーザビームが照射され、その上面で反射されたレーザビームの位置を光電検出器で検出することによって、予め定められている所定の基準面(以下、第2の基準面という)に対して、透光性平板P1の上面のZ方向の位置、及びX軸、Y軸の周りの回転角が計測される。その第2の基準面はXY平面に平行である。
この結果、ホルダ36A(第1の透光性平板P1)のX方向、Y方向、Z方向の位置、及びX軸、Y軸、Z軸の周りの回転角の6自由度の変位が計測され、この計測値に基づいて3個のZ軸アクチュエータ81A、2個のX軸アクチュエータ80A、及びスライダ77A用のY軸の駆動モータを駆動することで、ホルダ36A(第1の透光性平板P1)の6自由度の変位が目標とする状態に制御される。
図1において、第1のホルダ36Aと同様に、第2の透光性平板P2を保持する第2のホルダ37AのX方向の両端部は、平板状のスライダ37B及び37Cを介してそれぞれベース部材75B及び75D上に移動自在に載置されている。ホルダ37Aとスライダ37B,37Cとは、ホルダ37AのZ方向の位置を制御可能な3個のZ軸アクチュエータ81Bと相対回転防止用の2個のピン(不図示)とを介して連結されている。また、+X方向のスライダ37BはY方向に離れた2個のX軸アクチュエータ80Bを介してスライダ77Bに連結され、スライダ77Bはベース部材75B上に固定されたY軸ガイドに沿って不図示の駆動モータによってY方向に駆動される。
この結果、コラム構造体75に対してホルダ37A(第2の透光性平板P2)のX方向、Y方向、Z方向の位置、及びX軸、Y軸、Z軸の周りの回転角の6自由度の変位を調整できるとともに、必要に応じてホルダ37A(第2の透光性平板P2)を照明光学系ISの下方から+Y方向に引き抜いて、透光性平板P2の交換等を行うことができる。
また、ホルダ37A(第2の透光性平板P2)のX方向、Y方向の位置、及びZ軸の周りの回転角は、ホルダ36Aと同様にして、ベース75D(コラム構造体75)に固定された参照鏡89を基準として、ホルダ37A上に設けられた移動鏡88の位置を介してレーザ干渉計86により計測される。
また、ホルダ37A(第2の透光性平板P2)のX方向、Y方向の位置、及びZ軸の周りの回転角は、ホルダ36Aと同様にして、ベース75D(コラム構造体75)に固定された参照鏡89を基準として、ホルダ37A上に設けられた移動鏡88の位置を介してレーザ干渉計86により計測される。
なお、この構成の他に、例えばレーザ干渉計86の参照鏡89をホルダ36Aに固定することによって、レーザ干渉計82を用いることなく、レーザ干渉計86によって直接ホルダ36Aとホルダ37AとのX方向、Y方向の相対的な位置関係を計測してもよい。
また、例えばレーザ干渉計40の参照鏡91をホルダ37Aに固定することによって、レーザ干渉計86を用いることなく、レーザ干渉計40によって直接ウエハステージ38とホルダ37AとのX方向、Y方向の相対的な位置関係を計測してもよい。
また、例えばレーザ干渉計40の参照鏡91をホルダ37Aに固定することによって、レーザ干渉計86を用いることなく、レーザ干渉計40によって直接ウエハステージ38とホルダ37AとのX方向、Y方向の相対的な位置関係を計測してもよい。
また、必要に応じて、不図示の第2のZ位置検出系のレーザ光源から透光性平板P2の上面に斜めに複数本、例えば3本のレーザビームが照射され、その上面で反射されたレーザビームの位置を光電検出器で検出することによって、予め定められている所定の基準面(以下、第3の基準面という)に対して、透光性平板P2の上面のZ方向の位置、及びX軸、Y軸の周りの回転角が計測される。その第3の基準面はXY平面に平行である。なお、その第1及び第2のZ位置検出系の代わりに、上記のウエハWのZ位置を計測するための斜入射方式の多点のウエハ表面位置検出系と同じ構成の検出系、あるいはZ方向の位置を計測するレーザ干渉計などを使用することも可能である。
この結果、ホルダ37A(第2の透光性平板P2)のX方向、Y方向、Z方向の位置、及びX軸、Y軸、Z軸の周りの回転角の6自由度の変位が計測される。そして、その計測値に基づいて3個のZ軸アクチュエータ81B、2個のX軸アクチュエータ80B、及びスライダ77B用のY軸の駆動モータを駆動することで、ホルダ37A(第2の透光性平板P2)の6自由度の変位が目標とする状態に制御される。
本例では、上記の第1、第2、及び第3の基準面はいずれもXY平面に平行であり、その第1及び第2の基準面のZ方向の間隔と、その第3及び第1の基準面のZ方向の間隔とは装置全体の動作を制御する主制御系内に予め記憶されている。本例では露光時にウエハWの表面がその第1の基準面に平行になるように制御されるとともに、ウエハWの表面と第2の透光性平板P2(第2の回折格子)との位置関係、及び第1の透光性平板P1(第1の回折格子)と第2の透光性平板P2との位置関係が所定の関係になるように制御される。
次に、本例の露光装置によってウエハW上に形成される干渉縞の明暗パターンについて、図2〜図4を用いて説明する。
図1の第1の透光性平板P1の+Z側、即ち光源1側の表面には、X方向に周期性を有する1次元の位相変調型の回折格子G11が形成されている。そして、第2の透光性平板P2の+Z側即ち第1の透光性平板P1側の表面にも、X方向に周期性を有する1次元の位相変調型の回折格子G21が形成されている。
図1の第1の透光性平板P1の+Z側、即ち光源1側の表面には、X方向に周期性を有する1次元の位相変調型の回折格子G11が形成されている。そして、第2の透光性平板P2の+Z側即ち第1の透光性平板P1側の表面にも、X方向に周期性を有する1次元の位相変調型の回折格子G21が形成されている。
まず、これらの回折格子G11,G21について図2を用いて説明する。
図2(A)は、図1の第1の透光性平板P1を+Z側から見た図であり、その表面にはY方向に長手方向を有し、それと直交するX方向に1次元的な周期T1を有する、位相変調型の第1の回折格子G11が形成されている。
第1の回折格子G11は、いわゆるクロムレス位相シフトレチクルの様に第1の透光性平板P1の表面部分と、当該平板表面をエッチング等により掘り込んだ掘り込み部分(図2(A)中の斜線部)からなる。掘り込み部分の深さは、その表面部を透過する照明光と掘り込み部を透過する照明光との間に概ね180度の位相差が形成されるように設定される。両照明光に180度の位相差を形成する場合には、露光光の波長λ、第1の透光性平板P1の屈折率n、任意の自然数mに対し、その掘り込み深さを、
(2m−1)λ/(2(n−1)) …(1)
とすればよい。
図2(A)は、図1の第1の透光性平板P1を+Z側から見た図であり、その表面にはY方向に長手方向を有し、それと直交するX方向に1次元的な周期T1を有する、位相変調型の第1の回折格子G11が形成されている。
第1の回折格子G11は、いわゆるクロムレス位相シフトレチクルの様に第1の透光性平板P1の表面部分と、当該平板表面をエッチング等により掘り込んだ掘り込み部分(図2(A)中の斜線部)からなる。掘り込み部分の深さは、その表面部を透過する照明光と掘り込み部を透過する照明光との間に概ね180度の位相差が形成されるように設定される。両照明光に180度の位相差を形成する場合には、露光光の波長λ、第1の透光性平板P1の屈折率n、任意の自然数mに対し、その掘り込み深さを、
(2m−1)λ/(2(n−1)) …(1)
とすればよい。
また、表面部分と掘り込み部分との幅の比率(デューティ比)は、概ね1:1とすることが好ましい。ただし、上記位相差及びデューティ比のいずれについても、上記180度及び1:1から異なる値を採用することもできる。
図2(B)は、図1の第2の透光性平板P2を+Z側から見た図であり、その表面(第1の透光性平板P1側の面)には、Y方向に長手方向を有し、X方向に1次元的な周期T2を有する第2の回折格子G21が形成されている。第2の回折格子G21も、その構造は上述の第1の回折格子G11と同様である。
図2(B)は、図1の第2の透光性平板P2を+Z側から見た図であり、その表面(第1の透光性平板P1側の面)には、Y方向に長手方向を有し、X方向に1次元的な周期T2を有する第2の回折格子G21が形成されている。第2の回折格子G21も、その構造は上述の第1の回折格子G11と同様である。
第1の透光性平板P1、第2の透光性平板P2は合成石英等の、紫外線に対する透過性(透光性)が高く、熱膨張係数(線膨張係数)が小さく、従って露光光の吸収に伴う熱変形の小さな材料で形成する。その厚さは、自重変形等の変形を防止するために、例えば5mm以上とすることが好ましい。ただし、自重変形等をより一層防止するために、10mm以上の厚さとすることもできる。また、特に光源1としてF2 レーザを使用する場合には、フッ素の添加された合成石英を使用することが好ましい。
なお、図2(A),(B)中では、説明の便宜上周期T1を第1の透光性平板P1の直径(一例として300mm以上)の1割程度と表わしているが、実際には周期T1は例えば240nm程度、周期T2は例えば120nm程度であり、第1の透光性平板P1の直径に比して圧倒的に小さい。これは、図2(A),(B)以外の各図においても同様である。
以下、図3を用いて、照明光IL10の第1の回折格子G11及び第2の回折格子G21への照射により、ウエハW上に干渉縞の明暗パターンが形成される原理について説明する。
図3は、相互に対向して配置された第1の透光性平板P1、第2の透光性平板P2及びウエハWの断面図であり、図3において、照明光IL10が照射されると、第1の回折格子G11からはその周期T1に応じた回折光が発生する。第1の回折格子G11が、デューティ比1:1で位相差180度の位相変調型格子であれば、発生する回折光は主に+1次回折光LPと−1次回折光LMとなる。ただし、それ以外の次数の回折光が発生する可能性もある。
図3は、相互に対向して配置された第1の透光性平板P1、第2の透光性平板P2及びウエハWの断面図であり、図3において、照明光IL10が照射されると、第1の回折格子G11からはその周期T1に応じた回折光が発生する。第1の回折格子G11が、デューティ比1:1で位相差180度の位相変調型格子であれば、発生する回折光は主に+1次回折光LPと−1次回折光LMとなる。ただし、それ以外の次数の回折光が発生する可能性もある。
±1次回折光LP,LMの回折角θは、露光光(照明光IL10)の波長λに対して、
sinθ= λ/T1 …(2)
により表わされる角である。
ただし、これは、±1次回折光LP,LMが第1の透光性平板P1を透過して空気(その代わりの窒素又は希ガス等であってもよい。以下も同様である。)中に射出した後の回折角である。即ち、±1次回折光LP,LMの第1の透光性平板P1中の回折角θ’は、第1の透光性平板P1の屈折率nを用いて、
sinθ’= λ/(n×T1) …(3)
により表わされる角となる。
sinθ= λ/T1 …(2)
により表わされる角である。
ただし、これは、±1次回折光LP,LMが第1の透光性平板P1を透過して空気(その代わりの窒素又は希ガス等であってもよい。以下も同様である。)中に射出した後の回折角である。即ち、±1次回折光LP,LMの第1の透光性平板P1中の回折角θ’は、第1の透光性平板P1の屈折率nを用いて、
sinθ’= λ/(n×T1) …(3)
により表わされる角となる。
続いて、±1次回折光LP,LMは第2の透光性平板P2上の第2の回折格子G21に入射する。ここで、上述の如く第2の回折格子G21も位相変調型の回折格子であるから、第2の回折格子G21からも主に±1次回折光が発生する。
本例においては、第2の回折格子G21の周期T2が第1の回折格子G11の周期T1の半分、即ちT1=2×T2の条件を満たす。この場合、+1次回折光LPの第2の回折格子G21への照射により発生する−1次回折光LP1は、Z方向に対し傾き角θをもって−X方向に傾いて発生する。また、−1次回折光LMの第2の回折格子G21への照射により発生する+1次回折光LM1は、Z方向に対し傾き角θをもって+X方向に傾いて発生する。なお、第2の回折格子G21によって発生する2次回折光を使用することを前提に、T2=T1である第2の回折格子を使用することもできる。
本例においては、第2の回折格子G21の周期T2が第1の回折格子G11の周期T1の半分、即ちT1=2×T2の条件を満たす。この場合、+1次回折光LPの第2の回折格子G21への照射により発生する−1次回折光LP1は、Z方向に対し傾き角θをもって−X方向に傾いて発生する。また、−1次回折光LMの第2の回折格子G21への照射により発生する+1次回折光LM1は、Z方向に対し傾き角θをもって+X方向に傾いて発生する。なお、第2の回折格子G21によって発生する2次回折光を使用することを前提に、T2=T1である第2の回折格子を使用することもできる。
図4に示す如く、上記2本の回折光は、ウエハWの鉛直方向(法線方向)VWに対して上記傾き角θを保ってウエハW上に照射され、ウエハWに干渉縞としての明暗パターンIFを形成する。このとき、ウエハW上に形成される干渉縞の明暗パターンIFの周期(強度分布の周期)T3は、
T3 = λ/(2×sinθ) …(4)
となる。これは第1の回折格子G11の周期T1の半分であり、第2の回折格子G21の周期T2に等しい。
T3 = λ/(2×sinθ) …(4)
となる。これは第1の回折格子G11の周期T1の半分であり、第2の回折格子G21の周期T2に等しい。
この明暗パターンIFが、その明暗に応じてウエハWの表面に形成されているフォトレジストPR等の感光部材を感光し、明暗パターンIFがウエハW上に露光転写される。
従って、ウエハW上には、その全面にX方向に周期T3を有するY方向に平行な明暗パターンが形成される。そして、ウエハW上に形成されたフォトレジストPRには、この明暗パターンが照射され露光される。
従って、ウエハW上には、その全面にX方向に周期T3を有するY方向に平行な明暗パターンが形成される。そして、ウエハW上に形成されたフォトレジストPRには、この明暗パターンが照射され露光される。
ところで、第2の回折格子G21の周期T2が所定の値より大きい場合には、+1次回折光LPの第2の回折格子G21への照射により不図示の+1次回折光が発生し、−1次回折光LMの第2の回折格子G21への照射により不図示の−1次回折光が発生することになる。そしてこのような回折光は、不要な回折光として明暗パターンIFのコントラストを低下させることとなる。
しかし、周期T1及び周期T2が照明光の波長λ程度又はそれより小さい場合には、+1次回折光LPの+1次回折光及び−1次回折光LPの−1次回折光の第2の回折格子G21からの射出角の正弦(sin)は、式2より形式的には1を超えることとなり、即ちそのような回折光は発生し得ない。
このような周期T2の上限値は、
T2 = 3λ/2 …(5)
である。また、T1=2×T2より、周期T1の上限値は3λとなる。
このような周期T2の上限値は、
T2 = 3λ/2 …(5)
である。また、T1=2×T2より、周期T1の上限値は3λとなる。
従って、第1の回折格子G11の周期が3λ以下であれば、上記不要な回折光のウエハWへの照射を防止することができる。
ただしこれは、第1の回折格子G11からウエハWまでの光路空間の少なくとも一部が空気によって全面的に満たされている場合の条件であり、後述する様に上記光路空間の全てが実効的に1より大きな屈折率を有する誘電体等の媒質で覆われている場合には、その条件も異なってくる。式3のとおり、媒質の屈折率の増大により回折角が減少するためである。
ただしこれは、第1の回折格子G11からウエハWまでの光路空間の少なくとも一部が空気によって全面的に満たされている場合の条件であり、後述する様に上記光路空間の全てが実効的に1より大きな屈折率を有する誘電体等の媒質で覆われている場合には、その条件も異なってくる。式3のとおり、媒質の屈折率の増大により回折角が減少するためである。
この場合には、第1の回折格子G11からウエハWに至る照明光路上に存在する媒質のうち、最低の屈折率neを有する媒質中における照明光の波長を実効波長λe(=λ/ne)として、周期T2の上限値は3λe/2、周期T1の上限値は3λeとなる。
一方、±1次回折光LP,LMが発生するためには、第1の回折格子G11の周期T1はλe以上でなければならない。この条件を満たさないと、上述の最低の屈折率neを有する媒質中における±1次回折光LP,LMの回折角の正弦が1を超え、±1次回折光LP,LMがウエハWに到達し得なくなるからである。また、T1=2×T2より、第2の回折格子G21の周期T2はλe/2よりも大きくなければならない。
一方、±1次回折光LP,LMが発生するためには、第1の回折格子G11の周期T1はλe以上でなければならない。この条件を満たさないと、上述の最低の屈折率neを有する媒質中における±1次回折光LP,LMの回折角の正弦が1を超え、±1次回折光LP,LMがウエハWに到達し得なくなるからである。また、T1=2×T2より、第2の回折格子G21の周期T2はλe/2よりも大きくなければならない。
本例では、図3において、第1の回折格子G11と第2の回折格子G21との間の第1の距離L1と、第2の回折格子G21とウエハWとの間の第2の距離L2とは、一例として、第1の回折格子G11上の任意の一点を発した±1次回折光LP,LMが、ウエハWにおいて、ほぼ同一の点に照射されるように設定される。この結果、ウエハW上の各点に照射される回折光は、それぞれ第1の回折格子G11上のほぼ同一の点から発した±1次回折光LP,LMであるから、それらの回折光の可干渉性は高く、良好なコントラストをもって干渉縞を形成することが可能となる。
この場合でも、回折格子G11及びG21を介して形成される干渉縞は、その第2の回折格子G21の第1の回折格子G11とは反対側の近傍に、例えば数mm程度離れて形成されていると言うことができる。
次に、図5を参照して、本例の照明光均一化手段の一例につき説明する。本例の照明光均一化手段は、図1中の集光光学系10と、フライアイレンズ13とよりなるものである。
次に、図5を参照して、本例の照明光均一化手段の一例につき説明する。本例の照明光均一化手段は、図1中の集光光学系10と、フライアイレンズ13とよりなるものである。
図5(A)は、そのうちのフライアイレンズ13と、図1のレンズ19からレンズ35までのレンズ系を総括的に表す照明系後群レンズ35aと、透光性平板P1及びP2とを+X方向から見た図であり、図5(B)はこれを−Y方向から見た図である。図5(A)において、フライアイレンズ13は、遮光性の部材14上にレンズエレメントF1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8をY方向に沿って一列に配列して構成されている。図1の集光光学系10からの照明光IL5がフライアイレンズ13に照射され、フライアイレンズ13を射出した照明光IL7は、照明系後群レンズ35aで屈折され照明光IL10となって第1の透光性平板P1に入射する。
この場合、フライアイレンズ13の一列に配置された複数のレンズエレメントF1〜F8に光束を集光させるインプット光学系を備えてもよい。
このとき、フライアイレンズ13がY方向に沿って一列に配置された複数のレンズエレメントF1〜F8からなるものであるため、照明光IL10の第1の透光性平板P1への入射角度特性は、X方向とY方向とで異なったものとなる。
このとき、フライアイレンズ13がY方向に沿って一列に配置された複数のレンズエレメントF1〜F8からなるものであるため、照明光IL10の第1の透光性平板P1への入射角度特性は、X方向とY方向とで異なったものとなる。
照明系後群レンズ35aは、その入射側焦点面がフライアイレンズ13の射出面と一致し、その射出側焦点面が第1の透光性平板P1の上面(+Z方向の面)と一致する様に配置される。従って、照明系後群レンズ35aは、いわゆるフーリエ変換レンズを構成する。
フライアイレンズ13の各レンズエレメントを射出した照明光IL7は、照明系後群レンズ35aにより屈折され、照明光IL10となって第1の透光性平板P1上に重畳して照射される。従って、第1の透光性平板P1上の照明光の強度分布は、当該重畳による平均化効果により均一化される。
フライアイレンズ13の各レンズエレメントを射出した照明光IL7は、照明系後群レンズ35aにより屈折され、照明光IL10となって第1の透光性平板P1上に重畳して照射される。従って、第1の透光性平板P1上の照明光の強度分布は、当該重畳による平均化効果により均一化される。
第1の透光性平板P1上の任意の一点IPへの照明光IL10のY方向についての入射角度範囲φは、フライアイレンズ13のY方向への配列に応じて図5(A)に示す如き所定の値となる。
一方、フライアイレンズ13がX方向については1列しかないことから、X方向についての入射角度範囲を、所定の値以下に設定できる。従って、一点IPへの照明光IL10を、Y方向を含み、かつ一点IPを含む平面内に進行方向を有し、かつ、その進行方向が互いに平行ではない複数の照明光とすることができる。
一方、フライアイレンズ13がX方向については1列しかないことから、X方向についての入射角度範囲を、所定の値以下に設定できる。従って、一点IPへの照明光IL10を、Y方向を含み、かつ一点IPを含む平面内に進行方向を有し、かつ、その進行方向が互いに平行ではない複数の照明光とすることができる。
また、必要に応じて、フライアイレンズ13の射出面に、図5(C)に示す如くY方向に長くX方向に狭いスリット状の開口部18を有する開口絞り17を設け、照明光IL10のX方向への進行方向を、Y方向を含み、かつ一点IPを含む平面と平行な面内に、より一層限定することもできる。また、この開口絞り17は、フライアイレンズ13の射出面と共役な、図1中の集光点28の位置に設けることもできる。
ところで、1次元的な周期を有する干渉縞の明暗パターンIFを形成する場合、その形成に用いる照明光IL10は、その偏光方向(電場方向)が明暗パターンIFの長手方向に平行、即ち第1の回折格子G11及び第2の回折格子G21の長手方向に平行な直線偏光光であることが好ましい。この場合に、干渉縞IFのコントラストを最高にすることができるからである。
ただし、照明光IL10は、完全な直線偏光光でなくとも、第1の回折格子G11の長手方向(Y方向)の電場成分が、周期方向(X方向)の電場成分よりも大きな照明光であれば、上述のコントラスト向上効果を得ることができる。
照明光IL10のこのような偏光特性は、図1の照明光学系中に設けた偏光制御素子9により実現される。偏光制御素子9は、例えば光軸AX1を回転軸方向として回転可能に設けられた偏光フィルター(ポラロイド板)や偏光ビームスプリッターであり、その回転により照明光IL3の偏光方向を所定の直線偏光とすることができる。
照明光IL10のこのような偏光特性は、図1の照明光学系中に設けた偏光制御素子9により実現される。偏光制御素子9は、例えば光軸AX1を回転軸方向として回転可能に設けられた偏光フィルター(ポラロイド板)や偏光ビームスプリッターであり、その回転により照明光IL3の偏光方向を所定の直線偏光とすることができる。
光源1がレーザ等の概ね直線偏光に偏光した照明光IL1を放射する光源である場合には、偏光制御素子9として、同じく回転可能に設けられた1/2波長板を用いることもできる。また、それぞれ独自に回転可能に直列に設けられた2枚の1/4波長板を採用することもできる。この場合には、照明光IL3〜IL10の偏光状態を、概ね直線偏光光とするのみでなく、円偏光及び楕円偏光の偏光光とすることもできる。
次に、本例の露光方法の一例につき説明する。本例においては、図1の第1の透光性平板P1に照射される照明光IL10の領域は、ウエハWよりも小さな図6の照明領域42に制限される。ただし、照明領域42のX方向の幅はウエハWの直径より大きい。
即ち、図6は、図1のウエハステージ38をレンズ35側から見た図であり、ウエハWへの露光は、図1の光源1、照明光学系IS、第1の透光性平板P1、及び第2の透光性平板P2に対して、図6に示すように、ウエハWをウエハステージ38によりY方向に走査して行なうものとする。上述の通り、ウエハW上には照明光IL10、第1の透光性平板P1上の第1の回折格子G11、及び第2の透光性平板P2上の第2の回折格子G21によりX方向に周期方向を有し、Y方向に長手方向を有する干渉縞の明暗パターンIFが形成されているから(干渉縞形成工程)、当該Y方向への走査は干渉縞の明暗パターンIFの長手方向に沿って行なわれることになる。
即ち、図6は、図1のウエハステージ38をレンズ35側から見た図であり、ウエハWへの露光は、図1の光源1、照明光学系IS、第1の透光性平板P1、及び第2の透光性平板P2に対して、図6に示すように、ウエハWをウエハステージ38によりY方向に走査して行なうものとする。上述の通り、ウエハW上には照明光IL10、第1の透光性平板P1上の第1の回折格子G11、及び第2の透光性平板P2上の第2の回折格子G21によりX方向に周期方向を有し、Y方向に長手方向を有する干渉縞の明暗パターンIFが形成されているから(干渉縞形成工程)、当該Y方向への走査は干渉縞の明暗パターンIFの長手方向に沿って行なわれることになる。
上記走査露光に際しては、ウエハWのX方向及びY方向の位置や回転は、ウエハステージ38に設けられたX軸の移動鏡39X及びY軸の移動鏡39Yを介して、X軸のレーザ干渉計40X1及び40X2と、Y軸のレーザ干渉計40Y1及び40Y2とを用いて計測し、不図示のステージ制御機構により制御される。
このような走査露光(露光工程)により、ウエハWには第1の回折格子G11及び第2の回折格子G21により形成される明暗パターンIFがY方向に積算されて露光されることになるため、これらの回折格子の欠陥や異物の影響が緩和され、ウエハW上には、欠陥のない良好なパターンが露光される。
このような走査露光(露光工程)により、ウエハWには第1の回折格子G11及び第2の回折格子G21により形成される明暗パターンIFがY方向に積算されて露光されることになるため、これらの回折格子の欠陥や異物の影響が緩和され、ウエハW上には、欠陥のない良好なパターンが露光される。
なお、走査露光中に生じる干渉縞の明暗パターンIFとウエハWとのX、Y方向の位置ずれや回転ずれは、前述した透過性平板P1、P2、及びウエハステージ38の位置のレーザ干渉計の計測結果に基づき、第1及び第2の透過性平板P1、P2と、ウエハWとの少なくとも一方の移動により補正される。
また、照明領域42内に残存する恐れのある照度の不均一性についても、その誤差がY方向に積算され平均化されるため、実質的により高い均一性を実現することができる。さらに、照明領域42の形状を、X方向の位置によってY方向の幅が変化するものであるとすることもできる。これにより、照明領域42の形状自体を変化させることにより、照明領域42内の照明光照度分布のY方向積算値を一層均一化することができるからである。
また、照明領域42内に残存する恐れのある照度の不均一性についても、その誤差がY方向に積算され平均化されるため、実質的により高い均一性を実現することができる。さらに、照明領域42の形状を、X方向の位置によってY方向の幅が変化するものであるとすることもできる。これにより、照明領域42の形状自体を変化させることにより、照明領域42内の照明光照度分布のY方向積算値を一層均一化することができるからである。
このような照明領域42の形状は、図1の照明光学系IS中の視野絞り22に設ける開口の形状により決定することができる。なお、視野絞り22は、第1の透光性基板P1の光源側の近傍に配置しても良い。
また、照明領域42をウエハWの全面を覆う程度の大視野に設定して、ウエハW上に上記の干渉縞の明暗パターンを一括露光してもよい。
また、照明領域42をウエハWの全面を覆う程度の大視野に設定して、ウエハW上に上記の干渉縞の明暗パターンを一括露光してもよい。
なお、ウエハWに対する露光が重ね合わせ露光である場合には、予めその干渉縞の明暗パターンとウエハW上にそれまでの工程で形成されている回路パターンとのアライメントを行っておく必要がある。以下、本例のアライメントを行うための機構及びそのアライメント方法の一例につき説明する。この際に、図1の2枚の透光性平板P1及びP2の中心がそれぞれ実質的に光軸AX2に合致するように位置決めが行われるとともに、透光性平板P1及びP2のそれぞれの回折格子の周期方向が正確にX方向(第1の方向)となるように回転角が調整されているものとする。
図7(A)は、図2のウエハステージ38を示す平面図であり、この図7(A)において、一例としてウエハWの上面はX方向、Y方向にそれぞれ所定幅の多数のショット領域SA(区画領域)に区分され、各ショット領域SAにはそれまでのデバイス製造工程によって、所定の回路パターンが形成されているとともに、X方向、Y方向の位置を示すアライメントマーク(位置合わせマーク)としてのウエハマークWMx及びWMyも形成されている。なお、ウエハマークの代わりに各ショット領域SA内に形成されている所定の回路パターンを使用してアライメントを行ってもよい。
そして、本例の露光装置を用いる露光時には、干渉縞パターン92と、ウエハW上の各ショット領域SA内の回路パターンとは特にX方向に対して所定の位置関係を満たす必要がある。なお、干渉縞パターン92がX方向及びY方向に所定ピッチの2次元の格子状パターンである場合には、その格子状パターンと各ショット領域SA内の回路パターンとはX方向、Y方向に所定の位置関係を満たす必要がある。
その干渉縞パターンとウエハW上のショット領域とのアライメントを行うために、ウエハステージ38上には、干渉縞計測系41(位置計測機構)が固定され、干渉縞計測系41の上面はウエハWの表面と同じ高さに設定されている。
図7(A)において、干渉縞計測系41の上面には、Y方向に所定間隔で2つの二次元の基準マーク93A及び93Bが形成され、これらの基準マーク93A及び93Bの間に透過基板94が埋め込まれている。なお、透過基板94を大きくしてその上に基準マーク93A及び93Bをも形成してもよい。一例として、基準マーク93A及び93Bの中心を通る直線がY軸に平行となるように、ウエハステージ38のZ軸の周りの回転角が設定されている。さらに、基準マーク93A及び93Bの中心がウエハマーク検出機構43の検出中心44に合致するときのウエハステージ38のX座標、Y座標の値が予め計測されて、アライメント情報処理系73内の記憶部に記憶されている。
図7(A)において、干渉縞計測系41の上面には、Y方向に所定間隔で2つの二次元の基準マーク93A及び93Bが形成され、これらの基準マーク93A及び93Bの間に透過基板94が埋め込まれている。なお、透過基板94を大きくしてその上に基準マーク93A及び93Bをも形成してもよい。一例として、基準マーク93A及び93Bの中心を通る直線がY軸に平行となるように、ウエハステージ38のZ軸の周りの回転角が設定されている。さらに、基準マーク93A及び93Bの中心がウエハマーク検出機構43の検出中心44に合致するときのウエハステージ38のX座標、Y座標の値が予め計測されて、アライメント情報処理系73内の記憶部に記憶されている。
透過基板94の表面には干渉縞パターンの位置計測用の計測格子95Aが形成されている。干渉縞パターンの位置を検出する場合には、後述の主制御系70の制御のもとで、図7(A)のウエハステージ38を計測格子95Aの中心が図1の光軸AX2にほぼ合致するように移動する。その後、図1の視野絞り22を駆動して照明光がウエハWに照射されないように照明領域を制限して、照明光IL10の照射を開始して、計測格子95A上に干渉縞パターン92を形成する(干渉縞形成工程)。
図7(B)は、図7(A)中の透過基板94を示す拡大斜視図であり、この図7(B)において、図1の照明光IL10を透過する石英等の材料からなる透過基板94の表面にはクロム等の金属膜からなる厚さ50nm以下の遮光膜Meが被着され、遮光膜Me中にY方向に細長い遮光部95AaとY方向に細長い矩形の透光部95AbとをX方向に所定の周期(ピッチ)で配列した計測格子95Aが形成されている。なお、遮光部95Aaは、照明光を減光させて所定割合で透過させるものであってもよい。即ち、遮光部95Aaとは、透光部95Abよりも透過率が小さければよい。また、遮光膜Meとしては、金属酸化膜等を使用することもできる。
なお、このように遮光部と透光部とを或る周期で配列したライン・アンド・スペースパターン(以下、L&Sパターンという)は、従来から投影されたパターンの位置検出用として使用されている。しかしながら、従来のL&Sパターンは透光部の幅が広いためその遮光膜の厚さは一般的に80nm以上であった。これに対して、本例の計測格子95Aは後述のように透光部95Abの幅が狭いため、その透光部95Abでの照明光の透過率を向上させるために、その遮光膜Meを50nm以下に薄くしている。
これについて図15を参照して説明する。図15(B)は透過基板94上の厚さt2の遮光膜M2中に設けられた幅a2の開口103Bを通過する照明光1O4Bを示し、厚さt2は80nm程度であり、幅a2が照明光の波長λの2倍程度である場合には、その透過率はほぼ100%となる。また、図15(C)は透過基板94上の厚さt2の遮光膜M2中に設けられた幅a1の開口103Cを通過する照明光1O4Cを示し、厚さt2が80nm程度で、幅a1が0.25×λ程度である場合には、その開口を通過する照明光とその遮光膜M2を形成する金属との電磁的相互作用により、その透過率はほぼ0%に激減する。
これに対して、図15(A)は透過基板94上の遮光膜Meの厚さt1を20nm程度にした場合を示し、その遮光膜Me中の開口103Aの幅a1が0.25×λ程度であっても、その開口を通過する照明光1O4Aの透過率はほぼ40%と高くなる。即ち、本例のように遮光膜Meの厚さを50nm程度以下にした場合には、その遮光膜Me中の開口(透光部)の幅が波長λ程度以下となっても、高い透過率が得られるため、極めて微細な周期の干渉縞の位置を高精度に検出できる。
なお、検出対象の干渉縞の周期が粗い場合等には、その透過基板94上の遮光膜Meの厚さは50nmを超えてもよい。
次に、図8(C)は、図7(A)の干渉縞計測系41の構成例を示し、この図8(C)において、計測格子95Aの底面に順次、計測格子95Aを透過した0次光を集光するレンズ100と、その集光された0次光を検出する光電検出器101とが配置されている。計測格子95A、レンズ100、及び光電検出器101を含んで干渉縞計測系41が構成されている。光電検出器101の検出信号は、アライメント情報処理系73に供給されている。アライメント情報処理系73内の記憶部には、図7(A)の基準マーク93A,93Bと計測格子95Aとの位置関係(例えば基準マーク93A,93Bの中心を通る直線に対する計測格子95A中の所定の透光部の中心のX方向へのオフセット量ΔIFX)の情報が記憶されている。アライメント情報処理系73には、図1のレーザ干渉計40によって計測されるウエハステージ38のX方向、Y方向の位置の情報も供給されている。
次に、図8(C)は、図7(A)の干渉縞計測系41の構成例を示し、この図8(C)において、計測格子95Aの底面に順次、計測格子95Aを透過した0次光を集光するレンズ100と、その集光された0次光を検出する光電検出器101とが配置されている。計測格子95A、レンズ100、及び光電検出器101を含んで干渉縞計測系41が構成されている。光電検出器101の検出信号は、アライメント情報処理系73に供給されている。アライメント情報処理系73内の記憶部には、図7(A)の基準マーク93A,93Bと計測格子95Aとの位置関係(例えば基準マーク93A,93Bの中心を通る直線に対する計測格子95A中の所定の透光部の中心のX方向へのオフセット量ΔIFX)の情報が記憶されている。アライメント情報処理系73には、図1のレーザ干渉計40によって計測されるウエハステージ38のX方向、Y方向の位置の情報も供給されている。
図8(C)において、アライメント情報処理系73は、後述のように検出した干渉縞パターンの位置の情報を、装置全体の動作を統轄制御する主制御系70に供給する。主制御系70は、その干渉縞パターンの位置情報等に基づいて、図1の透光性平板P1及びP2の駆動量(X方向への駆動量及びZ軸の周りの回転角)を計算し、計算結果を駆動系72に供給する。駆動系72には、計測情報処理系74を介して図1のレーザ干渉計82及び86で計測される透光性平板P1及びP2の位置情報も供給されており、駆動系72は、主制御系70から指示された駆動量に基づいて、図1のアクチュエータ80A及び80Bを介して透光性平板P1及びP2を駆動する。主制御系70、駆動系72、及びウエハステージ38を含んで位置制御機構が構成されている。
また、図8(A)は、図7(A)の干渉縞パターン92の強度分布のX方向の周期P1と、計測格子95AのX方向の周期P2との関係を示し、本例では、一例として周期P2は周期P1の偶数倍に設定される。
図8(B)は、図8(A)の干渉縞パターン92の振幅分布を示し、この図8(B)において、その振幅分布は振幅が大きくなる第1の部分92Aと、この部分92Aに対して位相がほぼ反転している第2の部分92BとをX方向に交互に配列したものであるため、その振幅分布のX方向への周期は、強度分布の周期P1の2倍となる。従って、上記のように計測格子95Aの周期P2を周期P1の偶数倍に設定した場合には、周期P2は干渉縞パターン92の振幅分布の周期の整数倍となる。
図8(B)は、図8(A)の干渉縞パターン92の振幅分布を示し、この図8(B)において、その振幅分布は振幅が大きくなる第1の部分92Aと、この部分92Aに対して位相がほぼ反転している第2の部分92BとをX方向に交互に配列したものであるため、その振幅分布のX方向への周期は、強度分布の周期P1の2倍となる。従って、上記のように計測格子95Aの周期P2を周期P1の偶数倍に設定した場合には、周期P2は干渉縞パターン92の振幅分布の周期の整数倍となる。
また、本例では、一例として、計測格子95A中の透光部95AbのX方向の幅は、周期P1と同じ程度に設定される。従って、周期P1が照明光の波長λ以下である場合には、透光部95Abの幅も波長λ程度以下となる。なお、計測格子95Aとしては、透光部95Abが一つだけのパターンを用いることも可能である。また、透光部95AbのX方向の幅(これをP2bとする)を基準とした場合、計測格子95Aの周期P2は、一例として幅P2bの概ね偶数倍、即ち幅P2bの偶数倍の±20%程度となる。
また、図8(A)においては、さらに周期P2は次のように周期P1の2倍に設定されているとともに、干渉縞パターン92の強度分布のピーク位置が、計測格子95Aの透光部95Abの中心に一致している。
P2=2×P1 …(6)
また、図8(A)の透光部95AbのX方向の幅は、周期P1と同じ長さに設定されており、式6が成立する場合には、遮光部95Aa及び透光部95AbのX方向の幅のデューティ比は1:1に設定される。この場合には、図8(B)に示すように、振幅分布の第2の部分92B(又は第1の部分92A)の中心が計測格子95Aの透光部95Abの中心に一致している。この結果、図8(C)に示すように、計測格子95Aを透過した0次光は光電検出器101で検出され、光電検出器101の検出信号は最大値となる。
P2=2×P1 …(6)
また、図8(A)の透光部95AbのX方向の幅は、周期P1と同じ長さに設定されており、式6が成立する場合には、遮光部95Aa及び透光部95AbのX方向の幅のデューティ比は1:1に設定される。この場合には、図8(B)に示すように、振幅分布の第2の部分92B(又は第1の部分92A)の中心が計測格子95Aの透光部95Abの中心に一致している。この結果、図8(C)に示すように、計測格子95Aを透過した0次光は光電検出器101で検出され、光電検出器101の検出信号は最大値となる。
次に、図8(D)は、図8(A)の状態から計測格子95AがX方向にP1/2だけ相対移動した状態を示し、このときの干渉縞パターン92の振幅分布と計測格子95Aとの位置関係は、図8(E)に示すように、第1の部分92Aと第2の部分92Bとの境界部が透光部95Abの中央に一致する。この状態で、計測格子95Aを透過する0次光は、図9(F)に示すように、位相が互いに反転している2つの部分92A及び92Bが等しい量だけ混じったものであり、その0次光の光量はほぼ0となる。従って、光電検出器101の検出信号は最小値(ほぼ0)となる。
この結果、本例によれば、干渉縞パターン92の周期P1に対して計測格子95Aの周期P2が偶数倍(図8(A)の例では2倍)であるにもかかわらず、例えば図1のウエハステージ38を駆動して干渉縞パターン92に対して計測格子95AをX方向に相対移動すると、光電検出器101から出力される検出信号は、その相対移動量に関して周期P1で正弦波状に変化する。従って、干渉縞パターン92よりも周期の粗い計測格子95Aを用いていながら、その干渉縞パターン92の位置をその周期P1の範囲内で高精度に検出することができる(干渉縞位置計測工程)。
本例のアライメント情報処理系73は、一例として、光電検出器101の検出信号がピークとなる状態、即ち図8(A)に示すように、干渉縞パターン92の強度分布のピーク位置の中心がそれぞれ計測格子95Aの透光部95Abの中心に一致するときの計測格子95AのX方向の位置(より正確には図1のウエハステージ38の位置)を検出するものとする。このときのX方向の位置に上記のオフセット量ΔIFXを加算して得られるX座標、及びウエハステージ38のY座標によって、ウエハマーク検出機構43の検出中心と、干渉縞パターン92のほぼ光軸AX2上に位置する明部(露光中心)とのX方向、Y方向の距離BEX,BEY(一種のベースライン量)を求めることができる。これらの距離BEY,BEYは主制御系70に供給される。
なお、計測格子95Aとしては、X方向に沿って干渉縞パターン92の周期P1の奇数倍の周期で透光部が配列されるとともに、その透光部の配列の一つおきに、透過光の位相を反転せしめる位相シフト部材が形成された計測格子を用いることもできる。この例においても、計測格子95A中の透光部のX方向の幅(これをP2b’とする)を基準とした場合、その透光部の周期は、幅P2b’の概ね奇数倍、即ち幅P2b’の奇数倍の±20%程度となる。
次に、図7(A)において、アライメント情報処理系73は、ウエハW上から選択された或るショット領域SAに付設されたウエハマークWMx,WMyの検出中心44からのX方向、Y方向への位置ずれ量を検出し、この検出結果を図8(C)のアライメント情報処理系73に供給する。アライメント情報処理系73では、その位置ずれ量にそのときのウエハステージ38のX方向、Y方向の位置を加算することによって、そのウエハマークWMx,WMyのX座標、Y座標を求める。同様にして、ウエハW上から選択された所定個数のショット領域SAに付設されたウエハマークのX座標、Y座標が計測される。
その後、アライメント情報処理系73は、それらのウエハマークのX座標、Y座標の計測値に基づいて、例えば特公平4−47968号公報で開示されているエンハンスト・グローバル・アライメント(EGA)方式でウエハW上の全部のショット領域の配列座標を計算するための、ショット配列の回転角(ローテーション)Θ、X方向へのオフセットXoff、及びY方向へのオフセットYoff等のショット配列のパラメータを求める。これらのパラメータは主制御系70に供給される。
次に、主制御系70は、一例として、上記のショット配列のパラメータ中の回転角Θに合わせて、駆動系72を介して図1のX軸アクチュエータ80A及び80Bを駆動して透光性平板P1及びP2を回転する。この際に、駆動系72には、図1のレーザ干渉計82及び86で計測されるホルダ36A及び37B(透光性平板P1及びP2)の位置及び回転角の情報が供給されている。なお、このように透光性平板P1,P2を角度Θだけ回転する代わりに、ウエハステージ38のウエハWが載置されている部分を回転角Θを相殺するように逆方向に回転してもよい。その後、主制御系70は、上記のパラメータを用いてウエハW上の全部のショット領域の配列座標を計算した後、この配列座標に上記の検出中心と露光中心とのX方向、Y方向の距離BEX,BEYを加算して、移動座標を求める。
次に、主制御系70は、その移動座標を用いてウエハステージ38を駆動することによって、ウエハWを露光開始位置(例えば図6において、明暗領域42に対してウエハWが+Y方向にずれた位置)に移動する。その後、照明領域42に照明光の照射を開始して、ウエハステージ38をY方向に駆動して、照明領域42に対してウエハWの全面を走査することで、ウエハW上の各ショット領域に形成されている回路パターンに対して高い重ね合わせ精度で干渉縞パターンを露光することができる。
なお、上記の実施形態では、露光及び計測対象の干渉縞は一方向に周期性を持つ1次元の干渉縞パターンであったが、露光及び計測対象の干渉縞は2方向(例えば直交する2方向)に周期性を持つ2次元の干渉縞パターンであってもよい。
図9(A)は、2次元の干渉縞パターンの位置を計測するための干渉縞計測系に備えられる計測格子の一例を示し、この図9(A)において、透過基板94上の遮光膜中には、第1方向に所定周期で複数の透光部95Bbを配置した第1の計測格子95Bと、その第1方向に直交する第2方向に所定周期で複数の透光部95Cbを配置した第2の計測格子95Cとが形成されている。この場合、一例として第1の計測格子95Bが図7(B)の計測格子95Aと同じであり、第2の計測格子95Cはその第1の計測格子95Bを90度回転したものである。なお、その干渉縞の2つの方向の周期が異なる場合には、それに応じて2つの計測格子95B及び95Cの周期及び透光部95Bb及び95Cbの幅も互いに異なった値となる。
図9(A)は、2次元の干渉縞パターンの位置を計測するための干渉縞計測系に備えられる計測格子の一例を示し、この図9(A)において、透過基板94上の遮光膜中には、第1方向に所定周期で複数の透光部95Bbを配置した第1の計測格子95Bと、その第1方向に直交する第2方向に所定周期で複数の透光部95Cbを配置した第2の計測格子95Cとが形成されている。この場合、一例として第1の計測格子95Bが図7(B)の計測格子95Aと同じであり、第2の計測格子95Cはその第1の計測格子95Bを90度回転したものである。なお、その干渉縞の2つの方向の周期が異なる場合には、それに応じて2つの計測格子95B及び95Cの周期及び透光部95Bb及び95Cbの幅も互いに異なった値となる。
また、計測格子95B及び95Cの底面には、図8(C)のレンズ100及び光電検出器101と同様の光電検出部が配置されている。この際に、2つの計測格子95B及び95Cについて、互いに独立に光電検出部を設けてもよいが、2つの計測格子95B及び95Cについて、一つの共通の光電検出部を設けてもよい。後者のように一つの共通の光電検出部を設けた場合、その2次元の干渉縞パターンの第1方向の位置を検出する際には、その干渉縞パターンに対して透過基板94をその第1方向に走査して、その光電検出部からの検出信号を取り込んだときに、計測格子95Bを透過する0次光の光量は正弦波状に変化するのに対して、計測格子95Cを透過する0次光の光量はほぼ一定であるため、その干渉縞パターンのその第1方向の位置を検出できる。同様に、その干渉縞パターンに対して透過基板94を第2方向に走査することで、その干渉縞パターンのその第2方向の位置を検出できる。
ここで、図16を参照して、2次元の干渉縞パターンの一例、及びそれに対応する計測格子の構成例を説明する。
図16(A)は、ウエハW上にX軸及びY軸に45度で交差する4方向から、かつウエハWの表面に斜めに入射するように4つの照明光105E,105F,105G,105Hを照射する場合を示す。この場合、図16(B)に示すように、ウエハW上には、第1の部分106Cとこの部分に対して位相がほぼ反転している第2の部分106Dとを格子状に配置した振幅分布の2次元の干渉縞が形成される。この干渉縞の強度分布は、それらの部分106C及び部分106Dでそれぞれ強度が大きくなる2次元の分布となる。なお、強度分布の実際の周期は照明光の波長程度の微細な値である。
図16(A)は、ウエハW上にX軸及びY軸に45度で交差する4方向から、かつウエハWの表面に斜めに入射するように4つの照明光105E,105F,105G,105Hを照射する場合を示す。この場合、図16(B)に示すように、ウエハW上には、第1の部分106Cとこの部分に対して位相がほぼ反転している第2の部分106Dとを格子状に配置した振幅分布の2次元の干渉縞が形成される。この干渉縞の強度分布は、それらの部分106C及び部分106Dでそれぞれ強度が大きくなる2次元の分布となる。なお、強度分布の実際の周期は照明光の波長程度の微細な値である。
図16(B)の干渉縞において、X軸に対して45度で交差する第1方向D1及びこれに90度で直交する第2方向D2における強度分布の周期をそれぞれP5及びP6とすると、第1の部分106C及び第2の部分106Dよりなる振幅分布の方向D1及びD2における周期はそれぞれ2×P5及び2×P6となる。そこで、その干渉縞の2次元的な位置を検出するための計測格子は、図16(C)に示すように、一例として方向D1に周期P7(例えば2×P5と等しい)を持つ計測格子107Aと、方向D2に周期P8(例えば2×P6に等しい)を持つ計測格子107Bとなる。そして、図16(B)の干渉縞に対して計測格子107Aを方向D1に相対移動して、計測格子107Aを透過する0次光を検出することで、その干渉縞の方向D1の位置を検出できる。同様に、その干渉縞に対して計測格子107Bを方向D2に相対移動することで、その干渉縞の方向D2の位置を検出できる。
なお、上記の実施形態では、露光及び計測対象の干渉縞の周期は一方向に1種類であったが、図1の透光性平板P1及びP2を同時に異なる周期の別の透光性平板と交換することによって、異なる周期の干渉縞パターンを露光できるようにしてもよい。この場合には、図1の干渉縞計測系41においては、異なる複数の周期の計測格子を備えて、複数の異なる周期の干渉縞パターンの位置を計測対象とする必要がある。
図9(B)は、2つの異なる周期の干渉縞パターンの位置を計測するための干渉縞計測系に備えられる2つの計測格子の一例を示し、この図9(B)において、透過基板94上の遮光膜中には、それぞれ第1方向に幅の異なる透光部95Db及び95Ebを異なる周期で配置してなる2つの計測格子95D及び95Eが、その第1方向に直交する第2方向に並列に形成されている。計測格子95D及び95Eの周期をF1及びF2として、一例としてそれぞれのデューティ比を1:1とすると、計測格子95D及び95Eを用いて計測できる干渉縞パターンの周期はそれぞれF1/2及びF2/2となる。
この構成においても、計測格子95D及び95Eの底面には、図8(C)のレンズ100及び光電検出器101と同様の光電検出部が配置されている。この際に、2つの計測格子95D及び95Eについて、互いに独立に光電検出部を設けてもよい。このときには、周期F1/2(又はF2/2)の干渉縞パターンの位置を計測する際には、計測格子95D(又は95E)側の光電検出部の検出信号を用いればよい。別の例として、2つの計測格子95D及び95Eについて、一つの共通の光電検出部を設けてもよい。このように共通の光電検出部を用いても、検出対象の干渉縞パターンの周期に対応しない計測格子を透過した照明光の光量はほぼ均一になるため、多少ノイズ信号(相対位置に対する光量変動)が生じても、ほぼ正確に計測対象の干渉縞パターンの位置を計測できる。
なお、後者のように共通の光電検出部を用いる構成でそのノイズ信号をより小さくしたい場合には、以下のようにすればよい。即ち、図9(B)の透過基板94において、第1の計測格子95D中の周期F1で配列された透光部95Dbの数をM個(Mは2以上の整数)、第2の計測格子95E中の周期F2で配列された透光部95Ebの数をN個(Nは2以上の整数)とするとき、一例として、次の条件を満たせばよい。
F1×M=F2×N=FL …(7)
このとき、計測格子95D及び95Eの第1方向の幅は同じ幅FLであり、かつそれぞれの周期F1及びF2の整数倍(公倍数)となっている。この条件下で計測格子95D及び95Eを透過した照明光を共通の光電検出部で受光するものとする。この場合、例えば周期F1/2(又はF2/2)の干渉縞パターンの位置検出を行う際に、計測格子95D及び95E上に同時にその干渉縞パターンを照射して、透過基板94をその第1方向に相対移動したときに、一方の計測格子95D(又は95E)を透過する0次光はほぼ正弦波状に変化して、他方の計測格子95E(又は95D)を透過する0次光の光量は一定となる。従って、干渉縞パターンと透過基板94との相対位置が変化しても、位置計測に際してノイズ信号が生じないため、異なる周期の干渉縞パターンの位置をそれぞれ高精度に検出できる。
このとき、計測格子95D及び95Eの第1方向の幅は同じ幅FLであり、かつそれぞれの周期F1及びF2の整数倍(公倍数)となっている。この条件下で計測格子95D及び95Eを透過した照明光を共通の光電検出部で受光するものとする。この場合、例えば周期F1/2(又はF2/2)の干渉縞パターンの位置検出を行う際に、計測格子95D及び95E上に同時にその干渉縞パターンを照射して、透過基板94をその第1方向に相対移動したときに、一方の計測格子95D(又は95E)を透過する0次光はほぼ正弦波状に変化して、他方の計測格子95E(又は95D)を透過する0次光の光量は一定となる。従って、干渉縞パターンと透過基板94との相対位置が変化しても、位置計測に際してノイズ信号が生じないため、異なる周期の干渉縞パターンの位置をそれぞれ高精度に検出できる。
なお、正確に式7が成立する必要はなく、以下のように、計測格子95D及び95Eの第1方向の幅がほぼ等しいとともに、それぞれの周期F1及びF2の整数倍(公倍数)となるだけでもよい。この条件下でも、ノイズ信号のレベルは低く抑えられる。
F1×M−0.5≦F2×N≦F1×M+0.5 …(8)
また、露光及び検出対象の干渉縞パターンの周期は3種類以上であってもよい。この場合には、図9(B)の透過基板94には3種類以上の異なる周期の計測格子が形成される。
F1×M−0.5≦F2×N≦F1×M+0.5 …(8)
また、露光及び検出対象の干渉縞パターンの周期は3種類以上であってもよい。この場合には、図9(B)の透過基板94には3種類以上の異なる周期の計測格子が形成される。
具体的に、3種類の計測格子を形成する場合、その周期は180nm、200nm、220nm等になる。この場合、ウエハ上に露光される干渉縞パターンの周期は一例として90nm(線幅45nm)、100nm(線幅50nm)、110nm(線幅55nm)等となる。この組合せの場合、式7の格子本数×周期は、180、200、220の公倍数である次の長さになる。
19800[nm]=19.8[μm] …(9)
この長さは、装置構成上妥当な寸法である。もちろん、さらにその整数倍であっても構わない。式9が成立する場合、周期180nmの計測格子の透光部の数は110本、周期200nmの計測格子の透光部の数は99本、周期220nmの計測格子の透光部の数は90本となる。
この長さは、装置構成上妥当な寸法である。もちろん、さらにその整数倍であっても構わない。式9が成立する場合、周期180nmの計測格子の透光部の数は110本、周期200nmの計測格子の透光部の数は99本、周期220nmの計測格子の透光部の数は90本となる。
このとき、周期180nmの計測格子(透光部の幅は90nm)は、強度分布の周期が90nmの干渉縞(線幅45nm)の明暗分布にのみ検出感度を有する。即ち、周期180nmの計測格子上に、強度分布の周期100nm又は110nmの干渉縞が形成され、それらが相対移動しても、その計測格子を透過する透過光(0次光)の光量は変動しない。他の周期の計測格子も、対応する所定の周期の干渉縞との位置関係のみを計測可能で、対応しない周期の干渉縞が照射され、相対位置が変化しても位置計測に際してノイズ信号(相対位置に対する光量変動)を生じない。従って、共通の光電検出部を用いたコンパクトな構成で、3種類の干渉縞パターンの位置を高精度に検出できる。
なお、図7(B)の透過基板94においては、図10の断面図に示すように、透過基板94上の計測格子95Aを覆うように誘電体膜102を設けてもよい。図10において、誘電体膜102は、計測格子95Aの透過部上と、その周辺の遮光膜Me上に形成されている。誘電体膜102を設けることで、例えば金属膜よりなる遮光膜Me中の微小開口に対する光の透過率が向上するため、計測格子95A中の細い透光部における照明光の透過率が向上する。
なお、図1の例においては、第1の回折格子G11及び第2の回折格子G21はそれぞれ位相変調型回折格子であるとしたが、両回折格子の構成は、これに限るものではない。例えば、いずれの回折格子も、ハーフトーン位相シフトレチクル(Attenuated Phase Shift Mask)の如く、透過光の位相及び強度の双方を変調する回折格子を用いることもできる。また、第1の回折格子を位相変調型回折格子として、第2の回折格子を強度変調型回折格子としてもよい。
図11は、図1において、第1の透光性平板P1の+Z方向側(光源側)の面にX方向に周期T1の位相変調型の第1の回折格子G11,G12を形成し、第2の透光性平板P2の−Z方向側(ウエハW側)に周期T2(ここではT1/2に等しい)の強度変調型の第2の回折格子G21Aを形成した場合を示している。
以下、図11を用いて、照明光IL8の第1の回折格子G11,G12及び第2の回折格子G21Aへの照射により、ウエハW上に干渉縞の明暗パターンが形成される原理について説明する。
以下、図11を用いて、照明光IL8の第1の回折格子G11,G12及び第2の回折格子G21Aへの照射により、ウエハW上に干渉縞の明暗パターンが形成される原理について説明する。
図11において、照明光IL8が照射されると、第1の回折格子G11,G12からはその周期T1に応じた回折光が発生する。第1の回折格子G11,G12が、デューティ比1:1で位相差180度の位相変調型格子であれば、0次回折光は消失し発生しない。この場合、主に±1次光の2本の回折光が発生するが、±2次光等の高次回折光も発生する可能性もある。
しかしながら、周期T1が照明光の実効波長λの3倍より短い場合には、3次以上の高次回折光は発生し得ない。また、上記の如くデューティ比1:1で位相差180度の位相変調型格子であれば2次回折光も発生し得ない。従って、この場合には、第1の回折格子G11,G12からは、+1次回折光LPと−1次回折光LMとの2本のみが発生し、第1の透光性平板P1を透過して第2の透光性平板P2に入射する。続いて、+1次回折光LPと−1次回折光LMとは、第2の透光性平板P2のウエハW側の表面に設けられた第2の回折格子G21Aに照射される。両回折光は対称であるため、以下+1次回折光LPについてのみ説明する。
+1次回折光LPは、第1の回折格子G11,G12の周期T1により、第2の回折格子G21Aに対して鉛直な方向(法線方向)から所定の角度だけ傾いて第2の回折格子G21Aへ入射する。
その傾き角θ0は、第2の回折格子G21Aが空気中に配置されていると仮定すると、
sinθ0=λ/T1 …(10)
により表わされる角である。
その傾き角θ0は、第2の回折格子G21Aが空気中に配置されていると仮定すると、
sinθ0=λ/T1 …(10)
により表わされる角である。
+1次回折光LPが第2の回折格子G21Aに照射されると、第2の回折格子G21Aからも回折光が発生する。第2の回折格子G21Aが強度変調型の回折格子であることから、当該回折光は0次光を含む回折光となる。
ここで、当該各回折光の発生する角度方向は、照射される照明光(+1次回折光LP)の入射角の傾斜に応じて傾いたものとなる。即ち、第2の回折格子G21Aからは、照射された+1次回折光LPに平行な方向に進行する0次回折光LP0と、第2の回折格子G21AのX方向の周期T2に応じて回折される−1次回折光LP1とが発生する。
ここで、当該各回折光の発生する角度方向は、照射される照明光(+1次回折光LP)の入射角の傾斜に応じて傾いたものとなる。即ち、第2の回折格子G21Aからは、照射された+1次回折光LPに平行な方向に進行する0次回折光LP0と、第2の回折格子G21AのX方向の周期T2に応じて回折される−1次回折光LP1とが発生する。
なお、第2の回折格子G21Aの周期T2が、上記周期T1及び実効波長との関係で決まる所定の値より大きい場合には、不図示の+1次回折光も発生する可能性がある。しかし、周期T2を、照明光の実効波長以下とすることで、実質的に不図示の+1次回折光の発生を防止することができる。
この結果、ウエハW上には、0次回折光LP0と−1次回折光LP1との2本の回折光が照射されることとなり、これらの回折光の干渉により干渉縞の明暗パターンが形成される。
この結果、ウエハW上には、0次回折光LP0と−1次回折光LP1との2本の回折光が照射されることとなり、これらの回折光の干渉により干渉縞の明暗パターンが形成される。
なお、図11の構成では、一例として、第1の回折格子G11,G12と第2の回折格子G21Aとの間隔D1に対して、第2の回折格子G21AとウエハWの表面との間隔D2は小さく設定される。
なお、以上の例においては、第1の回折格子G11(又はG11,G12)と第2の回折格子G21(又はG21A)とはそれぞれ別の透光性平板上に形成されるものとしたが、両回折格子を同一の透光性平板上に形成することもできる。
なお、以上の例においては、第1の回折格子G11(又はG11,G12)と第2の回折格子G21(又はG21A)とはそれぞれ別の透光性平板上に形成されるものとしたが、両回折格子を同一の透光性平板上に形成することもできる。
図12は、第1の回折格子G13と第2の回折格子G14とを、それぞれ一つの透光性平板P3の光源側及びウエハW側に形成した例を示す図である。なお、本例においても、各回折格子の構造や製法は上述の例と同様である。また、レンズ35及びその上流の照明光学系も、上述の例と同様である。
なお、図12中の透光性平板P4は、第2の回折格子G14の汚染防止、及び第1の距離L1と第2の距離L2とをほぼ等しくするために設けているものである。また、一例として、図1のホルダ37Aによってその透光性平板P3と透光性平板P4とを一体的に保持することが可能であり、この場合、図1のホルダ36A及びその保持駆動機構は省略することが可能である。
なお、図12中の透光性平板P4は、第2の回折格子G14の汚染防止、及び第1の距離L1と第2の距離L2とをほぼ等しくするために設けているものである。また、一例として、図1のホルダ37Aによってその透光性平板P3と透光性平板P4とを一体的に保持することが可能であり、この場合、図1のホルダ36A及びその保持駆動機構は省略することが可能である。
また、第1の回折格子及び第2の回折格子は、いずれも透光性平板の表面にのみ設けられるものに限られるわけではない。
例えば、図13に示す如く、第2の回折格子G16は第2の透光性平板P6の表面に形成するものの、その上に薄い第3の透光性平板P7を貼り合わせ、第2の回折格子G16を実効的に透光性平板の内部に形成することもできる。なお、図13中の第2の透光性平板P5及び第1の回折格子G15は、図3に示したものと同様である。
例えば、図13に示す如く、第2の回折格子G16は第2の透光性平板P6の表面に形成するものの、その上に薄い第3の透光性平板P7を貼り合わせ、第2の回折格子G16を実効的に透光性平板の内部に形成することもできる。なお、図13中の第2の透光性平板P5及び第1の回折格子G15は、図3に示したものと同様である。
なお、これらの透光性平板P7等を使用する場合にも、第1の距離L1及び第2の距離L2は、一例として、透光性平板P5上の一点から生じた1対の回折光が、ウエハW上のほぼ同一の点上で交差するように設定される。
ところで、以上の例においては、第2の透光性平板P2とウエハWとの間には、空気が存在するものとしていたが、これに代わり、所定の誘電体を満たすこととしても良い。これにより、ウエハWに照射される照明光(回折光)の実質的な波長を、上記誘電体の屈折率分だけ縮小することができ、ウエハW上に形成される干渉縞の明暗パターンの周期T3を一層縮小することが可能となる。なお、そのためには、第2の回折格子G21の周期T2及び第1の回折格子G11の周期T1も、それに比例して縮小する必要があることは言うまでも無い。
ところで、以上の例においては、第2の透光性平板P2とウエハWとの間には、空気が存在するものとしていたが、これに代わり、所定の誘電体を満たすこととしても良い。これにより、ウエハWに照射される照明光(回折光)の実質的な波長を、上記誘電体の屈折率分だけ縮小することができ、ウエハW上に形成される干渉縞の明暗パターンの周期T3を一層縮小することが可能となる。なお、そのためには、第2の回折格子G21の周期T2及び第1の回折格子G11の周期T1も、それに比例して縮小する必要があることは言うまでも無い。
図14(A)は、これに適したウエハステージ38a等の例を示す図である。ウエハステージ38aの周囲には、連続的な側壁38b,38cが設けられ、側壁38b,38cで囲まれた部分には水等の液体56を保持可能となっている。これにより、ウエハWとホルダ37Aに保持された第2の透光性平板P2との間は水に満たされ、照明光の波長は、水の屈折率(波長193nmの光に対して1.46)だけ縮小される。
なお、給水機構54及び排水機構55も併設され、これにより側壁38b,38cで囲まれた部分には汚染の無い清浄な液体が供給されかつ排出される。
また、図14(B)に示す如く、ウエハステージ38aの側壁38d,38eの最上面を第1の透光性平板P1の下面より高くし、ホルダ36Aに保持された第1の透光性平板P1とホルダ37Aに保持された第2の透光性平板P2との間の空間にも液体を満たすこともできる。給液機構54a及び排液機構55bの機能は上述と同様である。
また、図14(B)に示す如く、ウエハステージ38aの側壁38d,38eの最上面を第1の透光性平板P1の下面より高くし、ホルダ36Aに保持された第1の透光性平板P1とホルダ37Aに保持された第2の透光性平板P2との間の空間にも液体を満たすこともできる。給液機構54a及び排液機構55bの機能は上述と同様である。
これにより、第1の回折格子G11からウエハWに至る全光路を、空気以外の誘電体で覆うことが可能となり、上述の照明光の実効波長λを、液体の屈折分だけ縮小することが可能となる。そしてこれにより、一層微細な周期を有するパターンの露光が可能となる。
なお、第2の透光性平板P2とウエハWの間に満たす誘電体は水に限らず、他の誘電性液体であっても良いことは言うまでも無い。その場合、その誘電性液体の屈折率は、1.2以上であることが、干渉縞の明暗パターンの周期の縮小の点から好ましい。
なお、第2の透光性平板P2とウエハWの間に満たす誘電体は水に限らず、他の誘電性液体であっても良いことは言うまでも無い。その場合、その誘電性液体の屈折率は、1.2以上であることが、干渉縞の明暗パターンの周期の縮小の点から好ましい。
また、図14(A)、(B)ではウエハWが液体中に配置されるものとしたが、第2の透過性平板P2とウエハWとの間で、少なくとも干渉縞パターンの形成領域を含む所定領域が液体で満たされるようにその供給及び排出を行うようにしてもよい。このとき、特に走査型露光装置では、走査露光時に液体を走査方向に沿って流すようにしてもよいし、ウエハステージ38上でウエハWを囲む所定領域の表面の高さをウエハWの表面とほぼ一致させることが好ましい。さらに、第1及び第2の透過性平板P1、P2の間で、少なくとも照明光IL10の通過領域を含む所定領域を液体で満たすようにしてもよいし、特に走査型露光装置では走査方向に沿って液体を流してもよい。このとき、第2の透過性平板P2とウエハWとの間とは独立に、第1及び第2の透過性平板P1、P2の間で液体の供給及び排出を行うようにしてもよい。
なお、本例の露光装置では、各種透光性平板を光路に沿って近接して配置することになるため、その各表面での表面反射に伴う多重干渉による悪影響のおそれがある。そこで、本例においては、図1の光源1からの照明光IL1〜IL10として、その時間的な可干渉距離(光の進行方向についての可干渉距離)が、100[μm]以下の光を使用することが好ましい。これにより多重干渉に伴う不要な干渉縞の発生を避けることができる。
光の時間的な可干渉距離は、その光の波長をλ、その光の波長分布における波長半値幅をΔλとしたとき、概ねλ2/Δλ で表わされる距離である。従って、露光波長λがArFレーザからの193nmの場合には、その波長半値幅Δλが370pm以上程度である照明光IL1〜IL10を使用することが望ましい。
また、照明光IL1〜IL10の波長としても、より微細な干渉縞パターンIFを得るために200[nm]以下の照明光を使用する事が望ましい。
また、照明光IL1〜IL10の波長としても、より微細な干渉縞パターンIFを得るために200[nm]以下の照明光を使用する事が望ましい。
なお、上記の実施形態において、例えば図1のレーザ干渉計40,86,82等の移動鏡39,89,84は独立の部材としてウエハステージ38やホルダ36A,37Aに固定されているが、それらの移動鏡を用いることなく、ウエハステージ38の上端部の側面自体、及びホルダ36A,37Aの側面自体を鏡面加工して、これらの鏡面加工された反射面を移動鏡として使用しても良い。これは参照鏡91,89,85についても同様である。
なお、上記実施形態ではXY平面内での干渉縞パターンの位置を計測するものとしたが、例えばZ方向の異なる位置でそれぞれ計測格子95Aを移動して得られる光電検出器101の検出信号に基づき、干渉縞パターンのコントラストが最も高いZ方向の位置を決定し、この決定した位置にウエハWを配置して干渉縞パターンの転写を行うようにしてもよい。また、上記実施形態では不図示のウエハ表面位置検出系を用いて計測格子95AやウエハWのZ方向の位置や傾斜を調整するものとしたが、ウエハ表面位置検出系の代わりに、第2の透過性平板P2(またはホルダ37A)とウエハステージ38とのZ方向の相対位置を複数点で計測するセンサ(例えばレーザ干渉計など)を用いてもよい。
また、干渉縞パターンを形成する露光装置(特に照明光学系IS、及び透過性平板P1、P2)の構成は上記実施形態に限られるものでなく、干渉縞パターンを形成する干渉露光方式の露光装置なら本発明を適用することができる。
また、干渉縞パターンを形成する露光装置(特に照明光学系IS、及び透過性平板P1、P2)の構成は上記実施形態に限られるものでなく、干渉縞パターンを形成する干渉露光方式の露光装置なら本発明を適用することができる。
上記の如くして干渉縞による明暗パターンの露光されたウエハWは、不図示のウエハローダーにより露光装置外に搬送され、現像装置に搬送させる。現像により、ウエハW上のフォトレジストには、露光された明暗パターンに応じたレジストパターンが形成される。そして、エッチング装置において、このレジストパターンをエッチングマスクとして、ウエハW又はウエハW上に形成された所定の膜をエッチングすることにより、ウエハWに所定のパターンが形成される。
半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造工程は、上記の如き微細パターンを多数層に亘って形成する工程を含む。本発明の露光装置による上記露光方法を、そのような多数回のパターン形成工程の中の少なくとも1つの工程に使用して、電子デバイスを製造することができる。
また、上記少なくとも1つの工程において、本発明の露光装置による上記露光方法を用いて干渉縞による明暗パターンを露光したウエハW上のフォトレジストPRに対し、一般的な投影露光装置により所定形状のパターンを合成露光して、合成露光されたフォトレジストPRを現像し、上記パターン形成を行なうこともできる。
また、上記少なくとも1つの工程において、本発明の露光装置による上記露光方法を用いて干渉縞による明暗パターンを露光したウエハW上のフォトレジストPRに対し、一般的な投影露光装置により所定形状のパターンを合成露光して、合成露光されたフォトレジストPRを現像し、上記パターン形成を行なうこともできる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
本発明の露光方法及び装置は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造工程において使用することができる。
1…光源、2,3,4,6…第1のレンズ群レンズ、10…集光光学系、13…フライアイレンズ、17…照明開口絞り、29,30,32,35…第4のレンズ群レンズ、P1…第1の透光性平板、P2…第2の透光性平板、36A…第1ホルダ、37A…第2ホルダ、W…基板(ウエハ),38…ウエハステージ,40…レーザ干渉計、41…干渉縞計測系、G11…第1の回折格子、G21…第2の回折格子、IL1〜IL10…照明光
Claims (29)
- 光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって、
対向して配置した第1の回折格子及び第2の回折格子に対し、前記第1の回折格子側から前記照明光を照射し、前記第2の回折格子の前記第1の回折格子とは反対側の近傍に、第1の方向に第1の周期を有する強度分布を持つ干渉縞を形成する干渉縞形成工程と;
前記干渉縞の形成された領域の少なくとも一部に、遮光部と前記第1の方向についての幅が前記第1の周期に概ね等しい少なくとも一つの透光部とを有する計測格子を配置し、前記干渉縞と前記計測格子との位置関係の相対移動に伴う前記計測格子からの透過光量の変化を用いて、前記干渉縞の位置を計測する干渉縞位置計測工程と;
前記干渉縞位置計測工程により計測された前記干渉縞の位置を用いて、前記感光性の基板上の所定位置に、前記干渉縞形成工程で形成される前記干渉縞によるパターンを露光する露光工程と;
を含むことを特徴とする露光方法。 - 前記計測格子は、前記第1の方向に沿って前記第1の周期の偶数倍の周期で配列された複数個の前記透光部を有することを特徴とする請求項1に記載の露光方法。
- 前記計測格子は、前記第1の方向に沿って前記第1の周期の奇数倍の周期で配列されるとともに、前記配列の一つおきに、透過光の位相を反転せしめる位相シフト部材を有することを特徴とする請求項1に記載の露光方法。
- 前記計測格子中の、前記遮光部は透光性の平板上に遮光膜が形成された部分であり、前記透光部は前記透光性の平板上で前記遮光膜が形成されていない部分であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の露光方法。
- 前記遮光部の少なくとも一部と前記透光部とが、ともに透光性の誘電体膜で覆われていることを特徴とする請求項4に記載の露光方法。
- 前記遮光膜は金属を含み、前記遮光膜の厚さは50nm以下であることを特徴とする請求項4又は5に記載の露光方法。
- 前記第1の回折格子は前記第1の方向に前記第1の周期の2倍の周期を有する回折格子であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の露光方法。
- 前記第2の回折格子は前記第1の方向に前記第1の周期と等しい周期を有する回折格子であることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の露光方法。
- 前記第1の回折格子は前記第1の方向に直交する第2の方向にも周期性を有する回折格子であり、前記第2の回折格子は前記第2の方向にも周期性を有する回折格子であることにより、前記干渉縞は前記第2の方向に第2の周期の強度分布を有するとともに、
前記計測格子は、前記第2の方向についての幅が前記第2の周期に概ね等しい透光部を少なくとも1つ有することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の露光方法。 - 前記照明光の波長が、200nm以下であることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の露光方法。
- 前記干渉縞位置計測工程において、前記第2の回折格子と前記計測格子との間の空隙に液体を満たした状態で、前記干渉縞の位置を計測するとともに、
前記露光工程において、前記第2の回折格子と前記感光性の基板との間の空隙に液体を満たした状態で、前記干渉縞によるパターンを露光することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の露光方法。 - 前記干渉縞位置計測工程において、前記第1の回折格子と前記第2の回折格子との間の空隙にも液体を満たした状態で、前記干渉縞の位置を計測するとともに、
前記露光工程において、前記第1の回折格子と前記第2の回折格子との間の空隙にも液体を満たした状態で、前記干渉縞によるパターンを露光することを特徴とする請求項11に記載の露光方法。 - 前記感光性の基板上に予め形成されたパターンのパターン位置情報を計測する工程をさらに含み、
前記露光工程において、前記パターン位置情報を用いて、前記感光性の基板上の所定位置に前記干渉縞形成工程で形成される前記干渉縞によるパターンを露光することを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の露光方法。 - パターン形成工程を有する電子デバイスの製造方法であって、
前記パターン形成工程において、請求項1から13のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。 - 光源からの照明光と、対向して配置される第1の回折格子と第2の回折格子とによって生成される第1の方向に第1の周期を有する強度分布を持つ干渉縞によるパターンを、感光性の基板上に露光するための露光装置であって、
前記光源からの前記照明光を前記第1の回折格子に照射するための照明光学系と、
前記感光性の基板を前記干渉縞の近傍に保持する基板保持機構と、
前記第2の回折格子の、前記第1の回折格子とは反対側の近傍に形成される前記干渉縞の位置を計測する位置計測機構とを有するとともに、
前記位置計測機構は、遮光部と前記第1の方向に所定幅を有する少なくとも一つの透光部とを有する計測格子と、前記計測格子からの透過光量を計測する光量計とを有することを特徴とする露光装置。 - 前記所定幅は、前記照明光の波長以下であることを特徴とする請求項15に記載の露光装置。
- 前記計測格子は、前記第1の方向に沿って前記所定幅の概ね偶数倍の所定の周期で配列された複数個の前記透光部を有することを特徴とする請求項15又は16に記載の露光装置。
- 前記計測格子は、前記第1の方向に沿って前記所定幅の概ね偶数倍の所定の周期で配列されるとともに、前記配列の一つおきに、透過光の位相を反転せしめる位相シフト部材を有することを特徴とする請求項15又は16に記載の露光装置。
- 前記計測格子は、前記第1の方向に沿って前記第1の周期の偶数倍の所定の周期で配列された複数個の前記透光部を有することを特徴とする請求項15又は16に記載の露光装置。
- 前記計測格子は、前記第1の方向に沿って前記第1の周期の奇数倍の所定の周期で配列されるとともに、前記配列の一つおきに、透過光の位相を反転せしめる位相シフト部材を有することを特徴とする請求項15又は16のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記計測格子中の前記所定の周期で配列された前記透光部の数はM個(Mは2以上の整数)であるとともに、
前記計測格子は、前記所定の周期と異なる別の周期で前記第1の方向に沿って配列されたN個(Nは2以上の整数)の透光部をさらに有すると共に、
前記所定の周期をF1、前記別の周期をF2とするとき、
F1×M−0.5≦F2×N≦F1×M+0.5
の関係を満たすことを特徴とする請求項17から20のいずれか一項に記載の露光装置。 - 前記計測格子は、前記第1の方向と直交する第2の方向に前記照明光の波長以下の所定幅を有する少なくとも一つの透光部を、さらに有することを特徴とする請求項15から21のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記計測格子中の前記遮光部は透光性の平板状に遮光膜が形成された部分であり、前記透光部は前記透光性の平板上で前記遮光膜が形成されていない部分であることを特徴とする請求項15から22のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記遮光部の少なくとも一部と前記透光部とが、共に透光性の誘電体膜で覆われていることを特徴とする請求項23に記載の露光装置。
- 前記遮光膜は金属を含み、前記遮光膜の厚さは50nm以下であることを特徴とする請求項23又は24に記載の露光装置。
- 前記位置計測機構による前記干渉縞の位置計測結果に基づいて、前記干渉縞と前記感光性の基板との位置関係を所定の関係に設定する、位置制御機構を有することを特徴とする請求項15から25のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記感光性の基板に予め形成されたパターンのパターン位置情報を計測する位置計測機構を有するとともに、前記位置制御機構は、前記パターン位置情報を用いて前記所定の関係の設定を行うことを特徴とする請求項26に記載の露光装置。
- 前記第2の回折格子と前記計測格子との間の空隙、又は前記第2の回折格子と前記感光性の基板との空隙の少なくとも一方に、液体を充填する第1の液体充填機構を有することを特徴とする請求項15から27のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記第1の回折格子と前記第2の回折格子との間の空隙に、液体を充填する第2の液体充填機構を有することを特徴とする請求項28に記載の露光装置。
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JP2005167226A JP2006344674A (ja) | 2005-06-07 | 2005-06-07 | 露光方法及び装置、並びに電子デバイス製造方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9164370B2 (en) | 2008-04-10 | 2015-10-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure apparatus and device manufacturing method using original with phase-modulation diffraction grating to form interference pattern |
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2005
- 2005-06-07 JP JP2005167226A patent/JP2006344674A/ja not_active Withdrawn
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