JP2006349488A - 干渉計システム、ステージ装置、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 同一軸方向の位置計測に用いられる複数の干渉光学系を備える干渉計システムにおいて、複数の干渉光学系の間での位置計測の相対変化を防止する。
【解決手段】 本発明の干渉計システムは、同一軸方向の位置計測に用いられる複数の干渉光学系２５Ａ，２５Ｂと、複数の干渉光学系２５Ａ，２５Ｂに対応して光源５０からのビームを互いに平行な複数のビームに分ける分光光学系５１とを備える。分光光学系５１は、ビームの少なくとも一部を折り曲げる複数のミラー５６，５７と、複数のミラー５６，５７の間に配置されるビーム平行度調整用の調整機構５５とを含む。複数のミラー５６，５７のそれぞれと調整機構５５とが、ベース上に支持された同一物体６０に固定されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、干渉計システム、ステージ装置、露光装置、及びデバイス製造方法に関する。

半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイスの製造工程では、パターンが形成されたマスクあるいはレチクル（以下、レチクルと称する）のパターン像を投影光学系を介して感光材（レジスト）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）上の各投影領域（ショット領域）に投影する投影露光装置が使用されている。

露光装置では、一般に、基板が載置されるステージの位置情報が干渉計システムによって計測される。干渉計システムは、ステージに固定された反射鏡（移動鏡）にビームを照射し、その反射ビームを用いてステージの位置情報を計測するものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−５１０５７７号公報

露光装置に用いられる干渉計システムでは、ステージの同一軸方向の位置情報を互いに離れた複数の場所で計測する場合がある。例えば、投影光学系の光軸と、ステージまたは基板上に形成されたマークを検出する検出系の光軸とが比較的離れている場合において、その軸間距離に応じて設定される複数の場所のそれぞれで、干渉計システムによってステージの位置情報が計測される。

こうした複数の干渉光学系を備える干渉計システムでは、光源からのビームが複数の干渉光学系のそれぞれに振り分けられるとともに、複数の干渉光学系からステージに互いに平行な複数のビームが照射される。

ビームを振り分けるための光学系で、光学素子の姿勢が変化すると、複数の干渉光学系からのビームの平行度が変化し、複数の干渉光学系で計測される位置計測結果の関係が相対的に変化する。こうした変化は、例えば、ステージ移動の基準座標系のずれを招き、ステージの位置決め精度の低下につながる可能性がある。

本発明は、同一軸方向の位置計測に用いられる複数の干渉光学系を備える干渉計システムにおいて、複数の干渉光学系の間での位置計測の相対変化を防止することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す図１〜図７に対応付けした以下の構成を採用している。（但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。）

本発明の干渉計システムは、同一軸方向の位置計測に用いられる複数の干渉光学系（２５Ａ，２５Ｂ）と、前記複数の干渉光学系に対応して光源からのビームを互いに平行な複数のビーム（３０，３１）に分ける分光光学系（５１）と、を備え、前記分光光学系は、前記ビームの少なくとも一部を折り曲げる複数のミラー（５６，５７）と、前記複数のミラーの間に配置されるビーム平行度調整用の調整機構（５５）と、を含み、前記複数のミラーのそれぞれと前記調整機構とが、ベース上に支持された同一物体（６０）に固定されていることを特徴とする。

本発明の干渉計システムによれば、分光光学系における複数のミラーのそれぞれと調整機構とが、ベース上に支持された同一物体に固定されていることから、それら複数のミラー間での相対的な姿勢のずれ、さらには複数のミラーと平行度の調整機構との間の相対的な姿勢のずれが防止される。そのため、分光光学系から複数の干渉光学系に送られる複数のビームの平行度が安定的に維持されるとともに、複数の干渉光学系から計測対象物に向かう複数のビームの平行度も安定的に維持され、その結果、複数の干渉光学系の間での位置計測の相対変化が防止される。

本発明の干渉計システムによれば、複数の光学素子の間での相対的な姿勢の変化が防止されるから、同一軸方向の位置計測に用いられる複数の干渉光学系の間での位置計測の相対変化を防止することができる。
また、本発明のステージ装置によれば、ステージの位置決め精度の向上を図ることができる。
また、本発明の露光装置及びデバイス製造方法によれば、高精度な露光処理が可能となる。

以下、本発明について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る露光装置を示す概略構成図である。
図１において、露光装置ＥＸは、レチクル１（マスク）とウエハ５（基板）とを静止した状態でレチクル１に形成された回路パターンをウエハ５に転写するとともに、ウエハ５を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置である。

なお、以下の説明においては、図１中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハ５の表面に対して平行となるように設定され、Ｚ軸がウエハ５の表面に対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

照明装置２の光源２ａは、露光用の照明光をパルス光で作るもので、たとえば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光源からの紫外パルス光、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光源からの紫外パルス光、ＹＡＧレーザ光源からのパルスレーザを高調波に変換した紫外線等が使用できる。

光源２ａから射出された光は、照明光学系２ｂを介してレチクル１を均一に照明する。詳細な図示は省略するが、照明光学系２ｂでは、光源２ａからの光はロータリーシャッターを介してビーム整形光学系に照射され、ビーム整形光学系を射出した照明光は、オプチカルインテグレータとして機能するフライアイレンズ系に入射し、その射出側には多数の２次光源像が全体としてほぼ正方形または円形の領域内に均一に分布する。フライアイレンズ系の射出側には、２次光源像の実効的な形状を、輪帯、小円形、通常円形、４開口等に変更する複数の照明σ（シグマ）絞りを搭載した絞り切り換え部材が配置され、この切り換え部材はモータによって所望の照明σ絞りに切り換えられるように駆動される。

そして、照明σ絞りを透過した照明光は、例えば、反射率がほば１０％以下のビームスプリッタを透過してミラーで反射されてリレーレンズ系に入射し、レチクル１上での照明領域の形状や位置を決定する可動レチクルブラインドを均一な照度分布となって照射する。レチクルブラインドの開口を透過した照明光は、リレーレンズ系、ミラーおよびメインコンデンサーレンズ系等を介して、レチクル１の回路パターン領域を均一な強度分布で照射する。

レチクル１は、不図示のレチクルホルダを介してレチクルステージ１ａ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクル１には、転写すべき回路パターンが形成されており、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置の場合は、パターン領域の全体が照明される。なお、レチクル１は図示しない交換装置により適宜交換されて使用される。

レチクル１に形成されたパターンからの光は、投影光学系３を介して感光性のウエハ５上にパターン像を形成する。ウエハ５はウエハテーブル８を介してウエハステージ４上においてＸＹ平面に平行に吸着保持されている。そして、レチクル１上での照明領域に光学的に対応するウエハ５上の露光領域にパターン像が形成される。

なお、本例の投影光学系３は、ジオプトリック系（屈折系）であるが、カタジオプトリック系（反射屈折系）や反射系も使用できることはいうまでもない。また、投影光学系３は、所定の気温（例えば、２５℃）、所定の大気圧（例えば、１気圧）の下で露光用照明光の波長に関して最良に収差補正されており、かかる条件下においてレチクル１とウエハ５とは互いに共役になっている。また、露光用照明光は、ケラー照明であり、投影光学系３の瞳面の中心に光源像として結像されている。なお、投影光学系３は複数のレンズ等の光学素子を有し、その光学素子の硝材としては露光用照明光の波長に応じて石英、蛍石等の光学材料から選択されている。

ウエハステージ４は定盤６上に設けられ、駆動制御ユニット１８の制御により投影光学系３の像面と平行なＸＹ平面に沿って２次元移動する。すなわち、ウエハステージ４は、ウエハ５を保持する試料台としてのウエハテーブル８と、定盤６上でＸＹ平面に沿って２次元移動される可動部としてのＸＹステージ７とを備え、ＸＹステージ７は、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動する。

ウエハステージ４（ウエハテーブル８）の一端には、Ｘ方向及びＹ方向に延在する移動鏡２０，２１が取り付けられており、移動鏡２０，２１の鏡面に対向してＸ軸用レーザ干渉計システム２５及びＹ軸用レーザ干渉計システム２６が設けられている。この干渉計システム２５，２６によってウエハステージ４のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角がリアルタイムに計測される。そして、干渉計システム２５，２６の計測結果及び主制御系１７からの制御情報に基づいて、駆動制御ユニット１８がウエハステージ４の速度、及び位置の制御を行う。

さらに、ウエハステージ４には、ウエハ５のＺ軸方向の位置（フォーカス位置）、並びにＸ軸及びＹ軸の周りの傾斜角を制御するＺレベリング機構も組み込まれている。すなわち、ウエハテーブル８は、Ｚ方向に変位する３つのアクチュエータ９ａ，９ｂ，９ｃを介してＸＹステージ７上に保持されている。

３つのアクチュエータ９ａ，９ｂ，９ｃは、一直線上にならないように分散配置される。また、主制御系１７からの制御情報に基づいて、駆動制御ユニット１８によって各アクチュエータ９ａ，９ｂ，９ｃの駆動量が制御される。３つのアクチュエータ９ａ，９ｂ，９ｃを同一の量だけ駆動することによってウエハテーブル８をＺ方向に平行移動させることが可能であり、各駆動量を相違させることによってウエハテーブル８をＸＹ平面に対して傾けることが可能である。３つのアクチュエータ９ａ，９ｂ，９ｃの駆動量を適切に制御することにより、ウエハ５の表面をレチクル１の投影像位置（パターン像の結像位置）に高精度に合焦させることができる。

ウエハ５と投影光学系３との合焦状態は、焦点位置検出系センサ１０ａ，１０ｂによって検出される。焦点位置検出系センサ１０ａ，１０ｂは、投影光学系３の結像面に向けてピンホール又はスリット状の像を形成するための結像光束を、投影光学系３の光軸ＡＸに対して斜め方向から供給する送光光学系１０ａと、その結像光束のウエハ５表面での反射光束を受光する受光光学系１０ｂとを有し、例えば、これらは投影光学系３が設置された架台１１（コラム）に固定されている。

ウエハテーブル８のＺ方向の位置や姿勢に関する情報は、上記焦点位置検出系センサ１０ａ，１０ｂに加え、Ｚ軸用レーザ干渉計システム２７によって計測される。干渉計を用いた計測は、応答性や分解能に比較的優れるという利点がある。

図２は、Ｘ軸用レーザ干渉計システム２５、Ｙ軸用レーザ干渉計システム２６、及びＺ軸用レーザ干渉計システム２７の配置図である。

図２に示すように、Ｘ軸用レーザ干渉計システム２５は、Ｙ方向に互いに離間して配置される２つの干渉光学系２５Ａ，２５Ｂを含む。干渉光学系２５Ａと干渉光学系２５Ｂとは、ウエハテーブル８（ウエハステージ４）のＹ方向の位置に応じて選択的に使用される。干渉光学系２５ＡのＹ方向に関する配置位置は、投影光学系３の光軸ＡＸ（図１参照）と概ね一致しており、干渉光学系２５ＢのＹ方向に関する配置位置は、後述するウエハアライメント系センサＷＡ１の光軸ＡＸａ（図１参照）と概ね一致している。そして、干渉光学系２５Ａが、投影光学系３（図１参照）を介したウエハ５への露光処理時に用いられ、干渉光学系２５Ｂが、ウエハアライメント系センサＷＡ１（図１参照）を介したウエハステージ４上のマーク計測時に用いられる。

各干渉光学系２５Ａ，２５Ｂは、Ｘ方向に平行な光軸を有する複数のレーザビームを、ウエハテーブル８（ウエハステージ４）に配設された移動鏡２０に照射する。そして、移動鏡２０からの反射ビームが各干渉光学系２５Ａ，２５Ｂを介して不図示の光電変換装置に送られ、移動鏡２０の各照射箇所におけるＸ方向の位置等が検出される。

具体的には、干渉光学系２５Ａを介して移動鏡２０に照射される複数のビーム３０，３１のうち、ウエハテーブル８のＸ方向の位置計測にビーム３０が用いられ、また、ウエハテーブル８のＹ軸周りの回転角（ロール）の計測にビーム３０とビーム３１とが用いられる。同様に、干渉光学系２５Ｂを介して移動鏡２０に照射される複数のビーム３２，３３のうち、ウエハテーブル８のＸ方向の位置計測にビーム３２が用いられ、また、ウエハテーブル８のＹ軸周りの回転角（ロール）の計測にビーム３２とビーム３３とが用いられる。

Ｙ軸用レーザ干渉計システム２６は、干渉光学系２６Ａを含み、この干渉光学系２６ＡのＸ方向に関する配置位置が、投影光学系３の光軸ＡＸ（図１参照）と概ね一致している。干渉光学系２６Ａは、Ｙ方向に平行な光軸を有する複数のレーザビームを、ウエハテーブル８（ウエハステージ４）に配設された移動鏡２１に照射する。そして、移動鏡２１からの反射ビームが各干渉光学系２５Ａ，２５Ｂを介して不図示の光電変換装置に送られ、移動鏡２１の各照射箇所におけるＹ方向の位置等が検出される。

具体的には、干渉光学系２６Ａを介して移動鏡２１に照射される複数のビーム３５，３６，３７のうち、ウエハテーブル８のＹ方向の位置計測にビーム３５とビーム３６とが用いられ、また、ウエハテーブル８のＺ軸周りの回転角（ヨー）の計測にビーム３５とビーム３６とが用いられ、さらに、ウエハテーブル８のＸ軸周りの回転角（ピッチ）の計測にビーム３５とビーム３６とビーム３７とが用いられる。

Ｚ軸用レーザ干渉計システム２７は、Ｙ方向に互いに離間して配置される２つの干渉光学系２７Ａ，２７Ｂを含む。干渉光学系２７Ａと干渉光学系２７Ｂとは、ウエハテーブル８（ウエハステージ４）のＹ方向の位置に応じて選択的に使用される。そして、干渉光学系２７Ａが、投影光学系３（図１参照）を介したウエハ５への露光処理時に用いられ、干渉光学系２５Ｂが、ウエハアライメント系センサＷＡ１（図１参照）を介したウエハステージ４またはウエハ５上のマークの計測時に用いられる。

各干渉光学系２７Ａ，２７Ｂは、Ｘ方向に平行な光軸を有する複数のレーザビームを、ウエハテーブル８（ウエハステージ４）に配設された移動鏡２０に照射する。そして、移動鏡２０並びに固定鏡２８，２９からの反射ビームが各干渉光学系２５Ａ，２５Ｂを介して不図示の光電変換装置に送られ、ウエハテーブル８のＺ方向の位置が検出される。

具体的には、干渉光学系２７Ａを介して移動鏡２０に照射される複数のビーム３８，３９のうち、ビーム３８が移動鏡２０で反射して折り曲げられ、固定鏡２８に照射される。固定鏡２８からの反射ビームは、移動鏡２０で反射して折り曲げられて干渉光学系２７Ａに戻り、不図示の光電変換装置に送られる。また、干渉光学系２７Ａからの他のビーム３９は、移動鏡２０で反射してそのまま干渉光学系２７Ａに戻り、不図示の光電変換装置に送られる。そして、移動鏡２０と固定鏡２８とを通過したビーム３８の信号と移動鏡２０のみを通過したビーム３９の信号との位相差が検出され、その位相差の変化分を積算することで、移動鏡２０と固定鏡２８との間隔の変化分に比例した信号が求められる。すなわち、移動鏡２０と固定鏡２８との間隔が変動すると、絶対位相もこれに比例して変化し、絶対位相差からこれらのＺ方向の間隔の変動分（ウエハテーブル８のＺ方向の位置変動量）を測定することができる。干渉光学系２７Ｂもこれと同様である。

図３は、レーザ干渉計システム２５，２６，２７で用いられるビームの部分的な光路図である。
図３に示すように、上記のＸ軸用レーザ干渉計システム２５、Ｙ軸用レーザ干渉計システム２６、及びＺ軸用レーザ干渉計システム２７は、共通のレーザ光源５０と、分光光学系５１とを備えている。レーザ光源５０は、波長が安定化されたレーザビームを射出する。分光光学系５１は、ハーフプリズム５２，５３、ビームの光軸を調整するための調整機構５４，５５、ハーフミラー５６、及び折り曲げミラー５７等を含んで構成されている。

レーザ光源５０からのビームは、ハーフプリズム５２，５３によってＸ軸用レーザ干渉計システム２５、Ｙ軸用レーザ干渉計システム２６、及びＺ軸用レーザ干渉計システム２７のそれぞれに振り分けられる。すなわち、レーザ光源５０からのビームの一部がハーフプリズム５２を透過してＹ軸用レーザ干渉計システム２６の干渉光学系２６Ａに送られる。一方、ハーフプリズム５２で反射したビームのうち、一部がハーフプリズム５３で反射してＺ軸用レーザ干渉計システム２７の干渉光学系２７Ａ，２７Ｂに送られる。そして、ハーフプリズム５３を透過したビームが、Ｘ軸用レーザ干渉計システム２５の干渉光学系２５Ａ，２５Ｂに送られる。

Ｘ軸用レーザ干渉計システム２５に関し、ハーフプリズム５３からのビームは、−Ｙ方向に進行し、調整機構５４で光軸が調整される。このビームの進行軸上には、ハーフミラー５６と調整機構５５と折り曲げミラー５７とが配されており、ハーフミラー５６及び折り曲げミラー５７は、Ｙ方向に平行なビームの進行軸に対して４５°傾く反射面を有している。ハーフミラー５６は、入射したビームの一部を透過し、残りのビームを反射する。ハーフミラー５６で反射して、９０°折り曲げられたビームは＋Ｘ方向に進行し、干渉光学系２５Ａに入射する。一方、ハーフミラー５６を透過したビームは、折り曲げミラー５７で９０°折り曲げられた後に＋Ｘ方向に進行し、干渉光学系２５Ｂに入射する。ハーフミラー５６からの反射ビームと折り曲げミラー５７からの反射ビームとは互いに平行であり、それら２つのビームの平行度は、ハーフミラー５６と折り曲げミラー５７との間に配置される調整機構５５によって調整される。そして、ハーフミラー５６からのビーム３０が、干渉光学系２５Ａを介してウエハステージ４（ウエハテーブル８）の移動鏡２０に照射され、これと平行に、折り曲げミラー５７からのビーム３１が、干渉光学系２５Ｂを介してウエハステージ４（ウエハテーブル８）の移動鏡２０に照射される。

図４は、上記分光光学系５１におけるハーフミラー５６及び折り曲げミラー５７を含む光学素子の保持構造を模式的に示す図である。
図４に示すように、ハーフミラー５６と折り曲げミラー５７と調整機構５５とは同一物体（保持部材６０）に固定されている。保持部材６０は、筒状に形成され、その中心軸方向の両端面に位置する各外側面６０ａ，６０ｂが中心軸に対して４５°傾けて形成されている。保持部材６０には、ビームを通過させるための開口６０ｃ，６０ｄ，６０ｅが形成されている。保持部材６０の外側面６０ａ（ミラー取り付け面）と外側面６０ｂ（ミラー取り付け面）とは互いに平行であり、その平行度は機械加工により高精度に仕上げられている。加工面が物体の外側面であることから、高精度の機械加工を容易に行うことができる。そして、保持部材６０の一方の外側面６０ａにハーフミラー５６が固定され、他方の外側面６０ｂに折り曲げミラー５７が固定され、保持部材６０の内壁面に調整機構５５が固定されている。

具体的には、ハーフミラー５６は、ビーム通過用の開口が設けられた環状の固定部材６５と締結部材（ボルトなど）とによって保持部材６０の一方の外側面６０ａに固定されている。折り曲げミラー５７も同様に、固定部材６６とボルトとによって保持部材６０の他方の外側面６０ｂに固定されている。調整機構５５は、対面配置される２つの偏角レンズ７０，７１と、各偏角レンズ７０，７１を保持・固定するための固定具７２，７３とを含んで構成されており、固定具７２，７３が締結部材（ボルトなど）または接着剤によって保持部材６０の内壁面に固定されている。調整機構５５では、偏角レンズ７０と偏角レンズ７１との相対的な位置（光軸を中心とする回転位置）を変化させることにより、光軸をシフト移動させることができ、これにより、ハーフミラー５６で反射したビームと折り曲げミラー５７で反射したビームとの平行度を調整することができる。

なお、実際には、ハーフミラー５６で反射したビームと折り曲げミラー５７で反射したビームは、それぞれＸ軸用レーザ干渉計システム２５の干渉計の干渉光学系２５Ａと２５Ｂとに入射し、各干渉光学系２５Ａ，２５Ｂから移動鏡２０に向けて出射される。そのため、移動鏡２０に入射するビーム３０，３１の平行度は、各干渉光学系２５Ａ，２５Ｂを構成する光学素子（ガラス部材等）自身の平行度や干渉光学系２５Ａ，２５Ｂの設置状態（例えば、姿勢のずれ）等によって生じる偏角の影響を受けることになる。したがって、調整機構５５は、ハーフミラー５６、折り曲げミラー５７で反射した直後ではなく、各干渉光学系２５Ａ，２５Ｂを出射した後のビーム３０，３１が平行となるように（移動鏡２０に入射する直前におけるビーム３０，３１が平行となるように）予め調整しておくものとする。

また、保持部材６０は、３箇所の取り付け部６１，６２，６３を有しており、干渉光学系２５Ａ，２５Ｂが設置されたベース８０上に３点支持にて固定されている。３点支持構造としては、取り付け部６１，６２，６３とベース８０との間に、高さ位置及び姿勢調整用の調整板（シムなど）を介した構造としてもよく、取り付け部６１，６２，６３の底面に高さ調整用の突起部を設けた構造としてもよく、取り付け部６１，６２，６３とベース８０との間に歪みや微細な振動等を吸収する機構を含む構造（例えば、キネマティック支持構造など）としてもよい。

以上のような光学素子の保持構造では、ハーフミラー５６と折り曲げミラー５７とが、ベース８０上に支持された同一物体（保持部材６０）に固定されていることから、それら２つのミラー５６，５７の間での相対的な姿勢のずれが防止される。すなわち、この構造では、２つのミラー５６，５７のそれぞれが保持部材６０を介して一体化されていることから、２つのミラーを個別にベース上に支持する構造に比べて剛性が高く、２つのミラー５６，５７の間での相対的な姿勢（平行度）の変化が抑制される。また、平行度の調整機構５５もこれらのミラー５６，５７と一体化されていることから、ミラー５６，５７と調整機構５５との間の相対的な姿勢のずれも防止される。さらに、ベース８０に対する保持部材６０の姿勢が変化しても、２つのミラー５６，５７の平行度は安定的に維持される。

また、この保持構造では、保持部材６０の外側面６０ａ，６０ｂが機械加工によって互いに平行に加工されていることから、この外側面６０ａ，６０ｂのそれぞれに２つのミラー５６，５７を個別に固定することで、２つのミラー５６，５７の平行度を比較的容易かつ高精度に設定することができる。なお、保持部材６０の外側面６０ａ，６０ｂに複数の突起部（例えば３つの突起部）を設け、その複数の突起部の頂面を加工して平行度を設定してもよい。

さらに、この保持構造では、保持部材６０がベース８０上に３点支持されていることから、ベース８０と保持部材６０との間での熱変形の差やベース８０の歪みが生じても保持部材６０の内部に曲げモーメントが発生しにくく、この点からも２つのミラー５６，５７の間での相対的な姿勢の変化が抑制される。

なお、保持部材６０の形成材料としてミラー５６，５７の形成材料とほぼ同等の熱膨張係数を有する材料を選択することにより、周囲の温度変化に起因するミラー５６，５７の歪みやミラー５６，５７間での相対位置の変化を抑制することができる。保持部材６０の形成材料としては石材、ステンレスやインバー材などの金属材料、シリコンなどの半導体材料、各種のファインセラミックスなどを使用することができる。

図３に戻り、Ｘ軸用レーザ干渉計システム２５では、ビーム３０が保持部材６０に固定されたハーフミラー５６から干渉光学系２５Ａに送られ、また、ビーム３１が保持部材６０に固定された折り曲げミラー５７から干渉光学系２５Ｂに送られる。さらに、ビーム３０は干渉光学系２５Ａから移動鏡２０に向けて送られ、ビーム３１は干渉光学系２５Ｂから移動鏡２０に向けて送られる。前述のように、調整機構５５は、２つのミラー５６，５７間での相対的な姿勢のずれ、さらには各干渉光学系２５Ａ，２５Ｂ間での姿勢のずれ等があった場合でも、移動鏡２０に入射するビーム３０，３１の平行度が安定的に維持されるように予め調整されている。そのため、干渉光学系２５Ａ，２５Ｂの間での位置計測結果の相対的変化を抑制することができる。

また、このＸ軸用レーザ干渉計システム２５では、ミラー５６，５７からの平行なビーム３０，３１の進行方向と、干渉光学系２５Ａ，２５Ｂの計測軸方向とが同一のＸ軸方向であるから、ビーム３０，３１の平行度が干渉光学系２５Ａ，２５Ｂによる位置計測の相対変化に比較的影響を与えにくいという利点を有する。すなわち、この場合、干渉光学系２５Ａ，２５Ｂに対するビームの入射方向と射出方向とが同一であり、ビームの入射方向と射出方向とが異なる場合（例えば直交する場合）に比べて、干渉光学系２５Ａ，２５Ｂの内部でのビーム反射に伴う平行度誤差の拡大が抑制され、その結果、位置計測結果の相対変化が抑制される。

図１に戻り、露光装置ＥＸはさらに、レチクルアライメント系として、ＴＴＲ（Through The Reticule）方式のレチクルアライメント系センサＲＡを備える。また、オフアクシス方式のウエハアライメント系として、ＦＩＡ（Field Image Alignment）方式のウエハアライメント系センサＷＡ１を備える。さらに、ＴＴＬ（Through The Lens）方式のウエハアライメント系として、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）方式或いはＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment）方式のウエハアライメント系センサＷＡ２を備える。

レチクルアライメント系センサＲＡは、所定のマークを備えたレチクル１に対してアライメント光を照射するとともに、投影光学系３を介してウエハステージ４上の基準平面板ＷＦＰに設けられた基準マーク群ＦＭを照射する。さらに、レチクルアライメント系センサＲＡは、アライメント光の照射によりレチクル１から発生した光（反射光）、及び投影光学系３を介してウエハステージ４の基準平面板ＷＦＰ（基準マーク群ＦＭ）から発生する光（反射光）を受光して、レチクル１の位置合わせを行う。

ＦＩＡ方式、オフアクシス方式のウエハアライメント系センサＷＡ１は、投影光学系３の側部に設けられており、投影光学系３を介することなく露光光とは異なる波長のアライメント光を基準マーク群ＦＭに照射するとともに、基準マーク群ＦＭにおけるＦＩＡ用マークから発生した光を受光して、レチクル１とウエハアライメント系センサＷＡ２との相対位置であるベースライン量を求める。このベースライン量は、ウエハ５上の各ショット領域を投影光学系３の視野内に配するときの基準量となるものである。

ＬＳＡ或いはＬＩＡ方式のウエハアライメント系センサＷＡ２は、アライメント光の照射により基準マーク群ＦＭに形成されたＬＳＡマーク或いはＬＩＡマークから発生した光を受光して、ウエハ５の位置計測の基準を求める。
なお、ＬＳＡ方式のアライメント系については、例えば、特開昭６０−１３０７４２号公報に詳細に開示されている。また、ＬＩＡ方式のアライメント系については、例えば特開昭６１−２１５９０５号公報に詳細に開示されている。

続いて、以上のような構成を備えた露光装置ＥＸによる露光作業について、簡単に説明する。
まず、主制御系１７の管理の下、露光作業に先立って準備作業を行う。
具体的には、焦点位置検出系センサ１０ａ，１０ｂから基準平面板ＷＦＰに複数のスリット光を投光して、複数のスリット光のオフセット調整（原点調整）が行われる。
そして、各種の露光条件が設定された後に、レチクルアライメント系センサＲＡを用いたレチクルアライメントが必要に応じて行われる。また、ウエハアライメント系センサＷＡ１を用いたベースライン計測が行われる。さらに、ウエハアライメント系センサＷＡ１，ＷＡ２を用いたウエハ５のファインアライメント（エンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）等）が行われる。これによりウエハ５上の複数のショット領域の配列座標が求められる。

上述したアライメント作業が終了すると、主制御系１７はアライメント結果に基づいてウエハ５側のＸ軸用レーザ干渉計システム２５及びＹ軸用レーザ干渉計システム２６の計測値をモニタしつつ、ウエハ５のファーストショット（第１番目のショット領域）の露光位置に駆動制御ユニット１８に指令してウエハステージ４を移動させる。
そして、主制御系１７の管理の下で、焦点位置検出系センサ１０ａ，１０ｂからウエハ５に複数のスリット光を投光するとともにウエハテーブル８用のアクチュエータ９ａ，９ｂ，９ｃを駆動して、レチクル１の回路パターンの結像面にウエハ５の露光面を合わせる作業（焦点合わせ）が行われる。

準備作業が完了すると、レチクル１のパターン領域が露光光で照明され、これにより、ウエハ５上のファーストショット領域に対する露光が終了する。そして、レチクル１の回路パターンが投影光学系３を介してウエハ５上のファーストショット領域のレジスト層に縮小転写される。

このファーストショット領域に対する露光が終了すると、主制御系１７により、ウエハステージ４がＸ，Ｙ軸方向にステップ移動し、セカンドショット領域の露光位置に移動する。すなわち、ショット間ステッピング動作が行われる。このステッピング動作に際しては、必要に応じて、Ｚ軸用レーザ干渉計システム２７が用いられる。そして、セカンドショット領域に対しても同様に露光が行われる。
このようにして、ウエハ５のショット領域の露光と次ショット領域の露光のためのステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハ５上の全ての露光対象ショット領域にレチクル１の回路パターンが順次転写される。

図５は、Ｘ軸用レーザ干渉計システム２５における干渉光学系２５Ａ，２５Ｂの切り替えの様子を説明する図である。
図５に示すように、Ｘ軸用レーザ干渉計システム２５では、ウエハステージ４（ウエハテーブル８）のＸ軸方向の位置情報を２つの場所で計測する。すなわち、投影光学系３を介した露光処理時には、干渉光学系２５Ａを用いてウエハステージ４のＸ座標を計測し、ウエハアライメント系センサＷＡ１を介したウエハステージ４またはウエハ上のマーク計測時には、干渉光学系２５Ｂを用いてウエハステージ４のＸ座標を計測する。本実施形態では、２つの干渉光学系２５Ａ，２５Ｂの間での位置計測結果の相対変化が防止されるから、ウエハステージ４の移動の基準座標系のずれが防止され、そのため、ステッピング動作におけるウエハステージ４の位置決めが正確なものとなり、高精度な露光処理が実施される。

ここで、図６に示すように、露光装置では、ウエハステージ４（ウエハテーブル８）のＺ軸を中心とする回転角θｚ（ヨー）が変化する場合がある。この場合、干渉光学系２５Ａ，２５Ｂからのビームの平行度が変化すると、それら干渉光学系２５Ａ，２５Ｂの間での位置計測の誤差が増幅されるおそれがある。本実施形態では、前述したように、干渉光学系２５Ａ，２５Ｂからのビームの平行度の変化が防止されるから、ウエハステージ４のＺ軸を中心として回転角が変化する場合にも、干渉光学系２５Ａ，２５Ｂの間での位置計測の誤差の変化が抑制される。なお、上記利点は、Ｚ軸周りの回転角（ヨー）の変化に限らず、Ｙ軸周りの回転角（ロール）の変化にも同様に適用される。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組合せ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。

本発明が適用される露光装置としては、マスクと基板とを一次元方向に同期移動してマスクのパターンを基板上の各ショット領域に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）を用いてもよい。
また、本発明が適用される露光装置として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置を用いてもよい。

露光装置の用途としては半導体デバイス製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。

また、本発明が適用される露光装置の光源には、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）等のみならず、ｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）等を用いることができる。さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。

また、ウエハステージやレチクルステージにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。

ウエハステージの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。

レチクルステージの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。

また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組立の前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組立工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組立工程の前に、各サブシステム個々の組立工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組立工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

また、半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図７に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に露光する露光処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

本実施形態に係る露光装置を示す概略構成図である。 干渉計システムの配置図である。 干渉計システムで用いられるビームの部分的な光路図である。 分光光学系における光学素子の保持構造を模式的に示す図である。 干渉計システムにおける複数の干渉光学系の切り替えの様子を説明する図である。 ウエハステージのＺ軸周りの回転角が変化する様子を示す図である。 半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。

符号の説明

１…レチクル（マスク）、１ａ…レチクルステージ、３…投影光学系、４…ウエハステージ（ステージ装置、計測対象物）、５…ウエハ（基板）、７…ＸＹステージ、８…ウエハテーブル、１７…主制御系、２０，２１…移動鏡、２５，２６，２７…レーザ干渉計システム（干渉計システム、位置計測装置）、２５Ａ，２５Ｂ，２６Ａ，２７Ａ，２７Ｂ…干渉光学系、２８…固定鏡、３０〜４１…ビーム、５０…レーザ光源、５１…分光光学系、５４，５５…調整機構、５６…ハーフミラー、５７…折り曲げミラー、６０…保持部材（物体）、６０ａ，６０ｂ…外側面（斜面）、６１，６２，６３…取り付け部、７０，７１…偏角レンズ、７２，７３…固定具、８０…ベース、ＥＸ…露光装置、ＲＡ…レチクルアライメント系センサ、ＷＡ１…ウエハアライメント系センサ、ＷＡ２…ウエハアライメント系センサ。

Claims (10)

1. 同一軸方向の位置計測に用いられる複数の干渉光学系と、
   前記複数の干渉光学系に対応して光源からのビームを互いに平行な複数のビームに分ける分光光学系と、を備え、
   前記分光光学系は、前記ビームの少なくとも一部を折り曲げる複数のミラーと、前記複数のミラーの間に配置されるビーム平行度調整用の調整機構と、を含み、
   前記複数のミラーのそれぞれと前記調整機構とが、ベース上に支持された同一物体に固定されていることを特徴とする干渉計システム。
2. 前記物体が、ベース上に３点支持されていることを特徴とする請求項１に記載の干渉計システム。
3. 前記物体には、同一直線上に並びかつ該直線に対して所定の角度を有する互いに平行な複数の斜面が形成され、該複数の斜面のそれぞれに前記複数のミラーが個別に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の干渉計システム。
4. 前記調整機構が、複数の偏角レンズを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の干渉計システム。
5. 前記分光光学系からの平行な複数のビームの進行方向と、前記複数の干渉光学系の計測軸方向とが同一であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の干渉計システム。
6. 計測対象物は、前記複数の干渉光学系の計測軸と直交な軸を中心とする回転角が変化することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の干渉計システム。
7. 所定平面内を移動するステージと、
   前記ステージの位置をビームにより計測する位置計測装置と、を備えるステージ装置であって、
   前記位置計測装置が、請求項１〜６のいずれかに記載の干渉計システムを有することを特徴とするステージ装置。
8. ステージ装置を用いて基板にパターンを露光する露光装置において、
   前記ステージ装置として、請求項７に記載のステージ装置を用いることを特徴とする露光装置。
9. 前記干渉計システムにおける複数の干渉光学系が、投影光学系を介して基板にパターンを露光する露光処理時と、投影光学系を介することなくステージ装置または基板上のマークを検出するマーク検出時との間で、選択的に使用されることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. 請求項８または９に記載の露光装置を用いて所定のパターンを物体上に形成するリソグラフィ工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
    

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