JP2012033921A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レチクルの熱膨張変形に起因するパターンの投影像の歪みを補正する。
【解決手段】第１レチクルＲ１を介した照明光を、反射型の第２レチクルＲ２に照射し、第２レチクルＲ２を介した照明光をウエハに照射する。ここで、第１レチクルＲ１の熱膨張変形の度合いに対応するストロークで第２レチクルＲ２を保持する第２レチクルステージを駆動することにより、照射領域ＩＡＲ２内の第２レチクルＲ２の反射分布を変更する。これにより、第１レチクルＲ１の熱膨張変形に起因する第１レチクルＲ１のパターンの投影像の歪みを補正することが可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に係り、特に電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程で用いられる露光装置及び該露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

従来、半導体素子（集積回路等）、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが、主として用いられている。

半導体素子の高集積化に伴い、パターンは次第に微細化しており、このパターンの微細化に対応するため、従来においても、露光波長の短波長化、投影光学系の開口数の増大化（高ＮＡ化）等が、図られてきた。例えば露光波長は、ＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍにまで短波長化しており、開口数は、いわゆる液浸露光装置の場合、１を超えるようになっている。

また、投影露光装置には、高解像度とともに高スループットが要求される。このため、高エネルギの照明光が用いられるようになり、露光装置の使用に伴うレチクル（又はマスク）又は投影光学系を構成するレンズ素子等の熱膨張等が問題となってきた。

従来、レチクルの熱膨張に対する対策として、レチクルを冷却する方法、例えば温度制御された空気（気体）を吹き付ける方法（例えば、特許文献１参照）などが提案されている。また、投影光学系（を構成するレンズ素子等）の熱膨張に対する対策としては、投影光学系等に対する照射エネルギ量から投影光学系の光学特性の変化等を演算により推定し、その結果に基づいて、投影光学系のレンズ素子を駆動する等によりパターンの投影像の結像状態を維持、向上させることが行われてきた（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、露光装置の使用により時間の経過とともに変化するレチクル（又はマスク）又は投影光学系を構成するレンズ素子等の熱膨張に起因するパターンの投影像の結像状態の変化を補正することには、従来の投影露光装置では、限界があった。

特開２０１０−８０８５５号公報 米国特許出願公開第２００８／０２１８７１４号明細書

本発明は第１の態様によれば、エネルギビームを照射して物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、前記エネルギビームの光路上に配置されたパターンが形成された第１マスクを介した前記エネルギビームを前記パターンの像の前記物体上での結像状態を変化させる反射面形状を有する反射型の第２マスクに照射し、前記パターンの像を前記第２マスク上に結像する第１光学系と、前記第２マスクを介した前記エネルギビームを前記物体に照射し、前記パターンの像の前記第２マスクを介した像を前記物体上に結像する第２光学系と、前記第１光学系の結像面上に前記第２マスクを保持する第２マスク保持部材と、前記第２マスク保持部材を、前記結像面に実質的に沿って駆動可能な駆動装置と、を備える露光装置が、提供される。

これによれば、第２マスクとして、第１マスクのパターンの像の結像状態の調整に適した反射面形状（これに対応する反射分布）を有する反射型のマスクをマスク保持部材に保持させることで、第１マスクに形成されたパターンの像の物体上での結像状態を調整できる。また、駆動装置により、第２マスク保持部材が、結像面に実質的に沿って駆動されることで、エネルギビームの照射領域内の反射面の面形状（これに対応する反射分布）が時間的に変更される。これにより、露光の進行に伴い時間的に変化するマスクの熱膨張に起因するパターン像の結像状態、例えば歪等を補正することが可能になる。

ここで、反射分布は、反射面における光の反射状態を表す、双方向反射率分布などの上位概念である。双方向反射率分布は、光の反射モデルの１つである双方向反射率分布関数、すなわち反射表面上のある地点に対して、ある方向から光が入射したとき、それぞれの方向へ、どれだけの光が反射されるかを表す、反射地点に固有の関数を、用いて表現することができる。本明細書では、このような意味で、反射分布なる用語を用いている。

本発明の第２の態様によれば、本発明の露光装置により前記物体上にパターンを形成することと、パターンが形成された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 第２レチクルステージ装置の構成を概略的に示す図である。 第２レチクルの面位置計測を説明するための図である。 一実施形態の露光装置の制御系を中心的に構成する主制御装置の入出力関係を示すブロック図である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、それぞれ、第２レチクルの反射面の形状及び反射分布を示す図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、第１レチクルの熱膨張変形の度合いに応じて第２レチクルを走査方向に往復駆動することで、第１レチクルのパターンの投影像の結像状態を補正する原理について、説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を、図１〜図６（Ｄ）に基づいて説明する。

図１には、一実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。以下においては、図１内の上下方向をＺ軸方向、これに直交する面内で第１及び第２レチクルＲ１，Ｒ２とウエハＷとが相対走査される走査方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、第１レチクルＲ１を保持してＸＹ平面に平行な面内で移動する第１レチクルステージＲＳＴ１、中間結像面を有する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、第２レチクルＲ２を保持して投影光学系ＰＬの中間結像面に実質的に沿って移動する第２レチクルステージＲＳＴ２、ウエハＷを保持してＸＹ平面内で移動するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。ここで、第１レチクルＲ１は、透過型のレチクルであり、第２レチクルＲ２は、反射型のレチクルである。

照明系ＩＯＰは、光源及び照明光学系を含み、その内部に配置された視野絞り（マスキングブレード又はレチクルブラインドとも呼ばれる）により設定（制限）され、第１レチクルＲ１上でＸ軸方向に細長く伸びる矩形（又は円弧状）の照明領域ＩＡＲ１に照明光（露光光）ＩＬを照射し、回路パターンが形成された第１レチクルＲ１を均一な照度で照明する。照明系ＩＯＰの構成は、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されている。ここで、照明光ＩＬとして、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。

第１レチクルステージＲＳＴ１は、照明系ＩＯＰの下方（−Ｚ側）に配置されている。第１レチクルステージＲＳＴ１上には、そのパターン面（図１における下面）に回路パターンなどが形成された第１レチクルＲ１が載置されている。第１レチクルＲ１は、例えば真空吸着により第１レチクルステージＲＳＴ１上に固定されている。

第１レチクルステージＲＳＴ１は、例えばリニアモータ等を含む第１レチクルステージ駆動系１１（図１では不図示、図４参照）によって、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向）に所定ストローク範囲で駆動可能となっている。第１レチクルステージＲＳＴ１のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「第１レチクル干渉計」という）１４によって、移動鏡１２（又は第１レチクルステージＲＳＴ１の端面に形成された反射面）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。第１レチクル干渉計１４の計測情報は、主制御装置１２０（図１では不図示、図４参照）に供給される。主制御装置１２０は、第１レチクル干渉計１４からの計測情報に基づいて、第１レチクルステージ駆動系１１を介して第１レチクルステージＲＳＴ１のＹ軸方向の位置（及びＸ軸方向の位置、並びにθｚ方向の回転）を制御する。

投影ユニットＰＵは、第１レチクルステージＲＳＴ１の下方（−Ｚ側）に配置されている。投影ユニットＰＵは、筐体４０と筐体４０の内部に保持された複数の光学素子（レンズ、ミラー等）と、第２レチクルステージＲＳＴ２に保持された反射型の第２レチクルＲ２（の反射面）とを含む。複数の光学素子は、第１レチクルＲ１を介した照明光ＩＬを第２レチクルＲ２に照射して第１レチクルＲ１に形成されたパターンの像を第２レチクルＲ２の反射面（パターン面）に結像する第１結像光学系ＰＬ１と、第２レチクルＲ２の反射面からの照明光ＩＬをウエハＷに照射し、ウエハＷ上に第１レチクルＲ１に形成されたパターンの像と第２レチクルＲ２に形成されたパターンの像との合成像をウエハＷ上に結像する第２結像光学系ＰＬ２とを構成する。第１結像光学系ＰＬ１は、等倍又はほぼ等倍（倍率が１より少し大きい）の屈折光学系である。また、第２結像光学系ＰＬ２は、投影倍率が１より小さい縮小系である。本実施形態では、第１結像光学系ＰＬ１と第２レチクルＲ２と第２結像光学系ＰＬ２とによって、全体として両側テレセントリックな縮小系（投影倍率が例えば１／４倍又は１／５倍）かつ反射屈折系から成る投影光学系ＰＬが構成されている。この場合、投影光学系ＰＬの中間結像面である第１結像光学系ＰＬ１の結像面に、第２レチクルＲ２の反射面が配置されている。

また、第２結像光学系ＰＬ２の一部（上端部）に投影光学系ＰＬの瞳面が設けられ、その瞳面に反射面のＺ位置及び面形状が可変の補償光学系４２が設けられている。

このため、照明光ＩＬによって第１レチクルＲ１上の照明領域ＩＡＲ１が照明されると、第１レチクルＲ１を透過した照明光ＩＬが第１結像光学系ＰＬ１を介して第２レチクルＲ２に照射され、第２レチクルＲ２の反射面上の照明領域ＩＡＲ２内に第１レチクルＲ１のパターンの等倍像若しくは微小拡大像が結像される。照明光ＩＬは第２レチクルＲ２の反射面により反射され、補償光学系４２を含む第２結像光学系ＰＬ２を介して表面にレジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷに照射され、照明領域ＩＡＲ１に共役なウエハＷ上の領域（以下露光領域と呼ぶ）ＩＡに第２レチクルＲ２の反射面を介した第１レチクルＲ１のパターンの一部（照明領域ＩＡＲ１内の回路パターン）の縮小像が、形成される。ここで、第２レチクルＲ２にパターンが形成されている場合には、照明領域ＩＡＲ２内の第２レチクルＲ２のパターンの像と照明領域ＩＡＲ１内の第１レチクルＲ１のパターンの像とを合成した合成像が、ウエハＷ上に形成される。以下では、特に断らない限り、第２レチクルＲ２の反射面はパターンが形成されていない反射面であるものとする。

そして、第１レチクルステージＲＳＴ１とウエハステージＷＳＴとの同期駆動により、照明領域ＩＡＲ１（照明光ＩＬ）に対して第１レチクルＲ１を走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動し、同時に露光領域ＩＡ（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動することにより、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）が走査露光され、そのショット領域内に第１レチクルＲ１のパターンが転写される。なお、図１において、符号ＩＬＬは、投影光学系ＰＬ内部の照明光ＩＬの主光線を模式的に示す。

補償光学系４２には、結像特性補正コントローラ４１（図１では不図示、図４参照）が接続されている。結像特性補正コントローラ４１は、照明光ＩＬを反射する補償光学系４２の反射面のＺ位置及び面形状を変化させることで、ウエハＷ上に投影される像の形成状態を調整する。ここで、補償光学系４２の反射面の形状（面位置）は、例えばその面位置を変化させる不図示のアクチュエータの駆動量を測定するエンコーダ等、又は反射面の形状を測定するセンサにより測定され、その計測結果が結像特性補正コントローラ４１に送信される。結像特性補正コントローラ４１は、主制御装置１２０からの投影像の歪みの修正に関する指示に従って補償光学系４２を制御する。本実施形態では、結像特性補正コントローラ４１と補償光学系４２とによって、ウエハＷ上に投影される像の形成状態を調整し、あるいは良好に維持するため、投影光学系ＰＬの光学特性、例えば、球面収差（結像位置の収差）、コマ収差（倍率の収差）、非点収差、像面湾曲、歪曲収差（ディストーション）等の諸収差（結像特性）を調整する結像特性補正装置が構成されている。結像特性補正装置は、ピエゾ素子等のアクチュエータによって一部のレンズエレメントを、Ｚ軸方向（光軸ＡＸｐに平行な方向）に微小駆動及びＸＹ平面に対して傾斜させる構成を含むこともできる。勿論、この場合、そのアクチュエータを、結像特性補正コントローラ４１によって制御することとしても良い。

図２には、第２レチクルＲ２を保持する第２レチクルステージＲＳＴ２の構成が概略的に示されている。

第２レチクルステージＲＳＴ２は、一種のピンチャック方式のレチクルホルダであり、その上面には、エッチング加工により多数のピンＰが形成されている。第２レチクルステージＲＳＴ２は、例えばセラミックスにより構成されている。第２レチクルＲ２は、第２レチクルステージＲＳＴ２に例えば真空吸着され、反射面ＲＰ２を＋Ｚ方向に向けて多数のピンＰに支持されている。

第２レチクルステージＲＳＴ２は、その底面に設けられた複数の気体静圧軸受、例えばエアベアリング（不図示）を介してレチクルベースＲＢ２上に非接触で支持されている。レチクルベースＲＢ２の上面は、平坦度が高くなるように加工され、第２レチクルステージＲＳＴ２の移動の際のガイド面とされている。

第２レチクルステージＲＳＴ２の底部には、磁石ユニット５０Ｂを構成する複数の永久磁石がＸＹ二次元方向にマトリクス状に配置されている。この磁石ユニット５０Ｂに対応して、レチクルベースＲＢ２の内部には、コイルユニット５０Ａを構成する複数のコイルがＸＹ二次元方向にマトリクス状に配置されている。

本実施形態では、磁石ユニット５０Ｂとコイルユニット５０Ａとによって、第２レチクルステージＲＳＴ２をＸ軸、Ｙ軸、θｘの各方向に３自由度で駆動可能なエア浮上方式の平面モータが構成されている。すなわち、平面モータ（５０Ａ，５０Ｂ）によって、第２レチクルステージＲＳＴ２を駆動する第２レチクルステージ駆動系５０（図４参照）が構成されている。第２レチクルステージ駆動系５０は、主制御装置１２０によって制御される。

第２レチクルステージＲＳＴ２のＸＹ平面内の位置情報は、図１に示されるように、第２レチクル干渉計６５によって計測される。第２レチクル干渉計６５は、第２レチクルステージＲＳＴ２に形成された反射面を介して、第２レチクルステージＲＳＴ２のＸＹ平面内での位置（ヨーイング量θｚを含む）を計測する。第２レチクル干渉計６５の計測情報は、主制御装置１２０に供給される（図４参照）。主制御装置１２０は、第２レチクル干渉計６５からの計測情報に従って、第２レチクルステージ駆動系５０を介して第２レチクルステージＲＳＴ２をＸＹ平面内で駆動（位置制御）する。

本実施形態の露光装置１００では、図２に示されるように、第１結像光学系ＰＬ１の下端（射出端）に照明光ＩＬの光路を挟んで±Ｙ側に、それぞれ、第２レチクルＲ２の面位置（面位置）を計測する面位置計測センサ６１、６２が設けられている。面位置計測センサ６１、６２のそれぞれは、第２レチクルＲ２の反射面ＲＰ２上の複数の点に、複数の計測光を照射する。ここで、複数の計測光は、図３に示されるように、照明光ＩＬにより照明される反射面ＲＰ２上の照明領域ＩＡＲ２の＋Ｙ側、−Ｙ側に、走査方向（Ｙ軸方向）に直交する非走査方向（Ｘ軸方向）に延びるライン６１_０、６２_０（厳密にはライン６１_０、６２_０上の複数の点）上に照射される。面位置計測センサ６１、６２は、反射面ＲＰ２からの反射光を受光することにより、ライン６１_０、６２_０上での第２レチクルＲ２の反射面ＲＰ２の面形状（面位置分布）を計測する。面位置計測センサ６１、６２は、ライン６１_０、６２_０（厳密にはライン６１_０、６２_０上の複数の点）上に計測光を照射可能であれば、いかなる構成のセンサであっても良く、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示される多点焦点位置検出系を、面位置計測センサとして用いることもできる。面位置計測センサ６１、６２からの計測情報は、主制御装置１２０に供給される（図４参照）。

図１に戻り、ウエハステージＷＳＴは、リニアモータ等を含むステージ駆動系２４（図１では不図示、図４参照）によって、ステージベース２２上をＸ軸方向、Ｙ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向に微小駆動される。ウエハステージＷＳＴ上に、ウエハＷが、ウエハホルダ（不図示）を介して例えば真空吸着等によって保持されている。なお、ウエハステージＷＳＴは、単一の６自由度駆動ステージに限らず、各ステージの駆動方向を組み合わせることで、ウエハＷを６自由度駆動可能となる複数のステージによって構成しても良い。

ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（回転情報（ヨーイング量（θｚ方向の回転量θｚ）、ピッチング量（θｘ方向の回転量θｘ）、ローリング量（θｙ方向の回転量θｙ））を含む）は、レーザ干渉計システム（以下、「干渉計システム」と略述する）１８によって、移動鏡１６（又はウエハステージＷＳＴの端面に形成された反射面）を介して、例えば０．２５ｎｍ程度の分解能で常時検出される。干渉計システム１８の計測情報は、主制御装置１２０に供給される（図４参照）。主制御装置１２０は、干渉計システム１８からの計測情報に基づいて、ステージ駆動系２４を介してウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）を制御する。

また、ウエハＷの表面のＺ軸方向の位置及び傾斜は、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示される斜入射方式の多点焦点位置検出系から成るフォーカスセンサＡＦ（図１では不図示、図４参照）によって計測される。このフォーカスセンサＡＦの計測情報も主制御装置１２０に供給される（図４参照）。

投影ユニットＰＵの第２結像光学系ＰＬ２の側面には、ウエハＷに形成されたアライメントマーク等を検出するウエハアライメント系（以下、アライメント系）ＡＳが設けられている。アライメント系ＡＳとして、一例として画像処理方式の結像式アライメントセンサの一種であるＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。

露光装置１００では、さらに、第１レチクルステージＲＳＴ１の上方に、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書等に開示される、露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る一対のレチクルアライメント系１３（図１では不図示、図４参照）が設けられている。レチクルアライメント系１３の検出信号は、主制御装置１２０に供給される（図４参照）。

図４には、本実施形態の露光装置１００の制御系を中心的に構成する主制御装置１２０の入出力関係が、ブロック図にて示されている。主制御装置１２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含み、装置全体を統括して制御する。

次に、上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００の動作を、簡単に説明する。

露光に先立って、レチクルローダ（不図示）によって、第１レチクルＲ１が第１レチクルステージＲＳＴ１上にロードされる。同時に、第１レチクルＲ１に対応する第２レチクルＲ２が第２レチクルステージＲＳＴ２上にロードされる。さらに、露光装置１００に併設されたコータ・デベロッパ（不図示）によりその表面に感応層（レジスト層）が形成されたウエハＷが、ウエハローダ（不図示）によって、ウエハステージＷＳＴのウエハホルダ（不図示）上にロードされる。

図５（Ａ）には、本実施形態において第１レチクルＲ１の照明光ＩＬの吸収による熱膨張に伴うパターンの変形に起因する第１レチクルＲ１のパターンの投影光学系ＰＬによるウエハＷ上の投影像の歪みの補正に使用される第２レチクルＲ２の一例が示されている。この図５（Ａ）に示される第２レチクルＲ２は、ＸＺ断面が凸形状、ＹＺ凹形状の鞍型の反射面ＲＰ２を有している。この鞍型の反射面が、図５（Ａ）では、平面視でＸ軸方向の両端のＹ軸方向の中央部が凹み、Ｙ軸方向の両端のＸ軸方向の中央部が凸出するように変形した矩形を用いて、模式的に示されている。この第２レチクルＲ２は、例えば図５（Ｂ）に示されるように、投影像ＩＭ１の像光束（第１レチクルＲ１を介した照明光ＩＬ）が入射すると、その反射光の反射角をＹ軸方向に狭め、Ｘ軸方向に拡げて、反射像ＩＭ２を生成する。

露光処理を繰り返すことにより、第１レチクルＲ１は、照明光ＩＬを吸収して等方的に熱膨張しようとするが、第１レチクルＲ１のＸ軸方向の両端部が第１レチクルステージＲＳＴ１に吸着保持されているため、結果的に、第１レチクルＲ１のパターン領域ＲＰ１は、例えば図６（Ｃ）に示されるような形状に変形する。従って、第２レチクルＲ２の反射面上で図６（Ｃ）に示されるような形状のパターン領域ＲＰ１の像が結像されると、その第２レチクルＲ２の反射面上での反射像は、ほぼ矩形（図６（Ａ）に示される第１レチクルＲ１の熱膨張前のパターン領域ＲＰ１の形状と同じ又は相似になる。従って、この反射像を第２結像光学系ＰＬ２を介して投影することにより、歪のないパターン領域ＲＰ１の縮小像がウエハＷ上に形成される。すなわち、第２レチクルＲ２を用いることにより、第１レチクルＲ１の熱膨張変形に起因するパターンの投影像の歪みを補正することが可能となる。

以降、通常のスキャナと同様に、主制御装置１２０によって、一対のレチクルアライメント系１３、ウエハステージＷＳＴ上の基準マーク板（不図示）、及びアライメント系ＡＳ等を用いて、レチクルアライメント及びアライメント系ＡＳのベースライン計測等が行われる。これらの準備作業に続いて、主制御装置１２０により、例えばいわゆるショット内多点ＥＧＡなどのウエハアライメント（アライメント計測）が実行される。

レチクルアライメント及びアライメント系ＡＳのベースライン計測については、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに詳細に開示されており、これに続くショット内多点ＥＧＡについては、例えば米国特許第６，８７６，９４６号明細書などに開示されている。

上記ショット内多点ＥＧＡにより、ウエハ上のショット領域の配列座標、及び各ショット領域の倍率を含む変形量（倍率、回転、直交度）が、求められる。

そこで、主制御装置１２０は、結像特性補正コントローラ４１を介して投影光学系ＰＬの補償光学系４２の反射面の形状を変形させ、必要に応じてレンズ素子を駆動する。

主制御装置１２０は、アライメント計測（ショット内多点ＥＧＡ）で得られたウエハＷ上のショット領域の配列座標と、先に計測したアライメント系ＡＳのベースラインとに基づいて、ウエハステージＷＳＴをウエハＷ上の各ショット領域の走査開始位置に移動させるステッピング動作と、第１レチクルステージＲＳＴ１とウエハステージＷＳＴとを投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比で同期移動する走査露光動作とを繰り返して、ウエハＷ上の全ショット領域に、第１レチクルＲ１のパターンの像をそれぞれ転写する。

ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作中に、主制御装置１２０は、第２レチクルＲ２が、第１レチクルＲ１に対して相対的に静止している状態を維持すべく、第２レチクルステージＲＳＴ２を、第１レチクルステージＲＳＴ１と同期してＹ軸方向に移動させても良い。この場合、露光動作中に、第２レチクルＲ２の反射面の面形状（対応する反射分布）を変更することも可能である。すなわち、主制御装置１２０は、第２レチクルステージＲＳＴ２を−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に駆動する際に面位置計測センサ６１、６２からの計測情報に基づいて、第２レチクルステージ駆動系５０（平面モータ（５０Ａ，５０Ｂ））を制御して第２レチクルステージＲＳＴ２を第１レチクルＲ１を介した照明光ＩＬの照明領域ＩＡＲ２を中心としてＹ軸方向に所定ストロークで往復駆動する。例えば図６（Ａ）に示されるように第１レチクルＲ１の熱膨張変形の程度が小さい場合、主制御装置１２０は、図６（Ｂ）に示されるように、第２レチクルＲ２を短いストローク（黒塗り矢印参照）で、走査露光中に、Ｙ軸方向に往復駆動する。このストローク内では、第２レチクルＲ２の反射面の曲率変化（反射分布の変化率）は小さいため、第２レチクルＲ２は投影像を僅かに歪ませるのみである（殆ど反射角を変えることなく照明光ＩＬを反射する）。これにより、照明領域ＩＡＲ２に対応する第２レチクルＲ２の反射面ＲＰ２の領域の面形状（対応する反射分布）が部分的に変更される。面形状（対応する反射分布）が部分的に変更された反射面ＲＰ２上に照明光ＩＬが照射されることにより、投影像の形成状態（例えば歪みなど）が補正される。

主制御装置１２０は、露光済みのショット領域数が増加するに伴って照明光ＩＬの吸収によって生じる第１レチクルＲ１の熱膨張を考慮して（熱膨張によるパターンの像の変形が低減されるように）、上記の照明領域ＩＡＲ２に対応する第２レチクルＲ２の反射面ＲＰ２の領域の面形状（対応する反射分布）の部分的変更を行うようにしても良い。

例えば図６（Ｃ）に示されるように第１レチクルＲ１の熱膨張変形の程度が大きくなると、主制御装置１２０は、図６（Ｄ）に示されるように、第２レチクルＲ２を長いストローク（黒塗り矢印参照）で、走査露光中に、Ｙ軸方向に往復駆動する。このストローク内では、第２レチクルＲ２の反射面の曲率（反射分布の変化率）が大きいため、第２レチクルＲ２は投影像を大きく歪ませる（反射角を大きく変えて照明光ＩＬを反射する）。これにより、第１レチクルＲ１の熱膨張変形に起因する投影像の歪みが、熱膨張変形の進行にも拘らず、補正される。

また、複数枚のウエハに対して露光処理を繰り返す際に、所定間隔で、主制御装置１２０は、適宜、空間像計測器（不図示）等を用いて投影像の歪みを計測し、その結果に基づいて、結像特性補正コントローラ４１を介して、投影光学系ＰＬの結像特性を補正しても良い。これにより、第１レチクルＲ１の熱膨張、レンズ素子の熱膨張に起因する結像特性の劣化を低減することが可能になる。

本実施形態の露光装置１００では、予め異なる反射面形状を有する第２レチクルを複数用意し、主制御装置１２０は、第１レチクルＲ１が交換されると、その交換後の第１レチクルＲ１のパターン像の変形補正に適した形状の反射面を有する第２レチクルに第２レチクルステージＲＳＴ２上のレチクルを交換することとしても良い。あるいは、主制御装置１２０は、第１レチクルの熱膨張変形の進行に応じて、第１レチクルＲ１のパターン像の変形補正に適した形状の反射面を有する第２レチクルに第２レチクルステージＲＳＴ２上のレチクルを交換することとしても良い。

以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置１００によると、第２レチクルＲ２として、第１レチクルＲ１のパターンの像の結像状態の調整に適した反射面形状（これに対応する反射分布）を有する反射型のレチクルを第２レチクルステージＲＳＴ２に保持させることで、第１レチクルＲ１のパターンの像のウエハＷ上での結像状態を調整できる。また、平面モータ（５０Ａ，５０Ｂ）により、第２レチクルステージＲＳＴ２が、ＸＹ平面に実質的に沿って駆動されることで、照明光ＩＬの照射領域内の反射面の面形状（これに対応する反射分布）が時間的に変更される。これにより、露光の進行に伴い時間的に変化する第１レチクルＲ１の熱膨張に起因するパターン像の結像状態、例えば歪等を補正することが可能になる。

また、第２レチクルＲ２として反射型のレチクルが採用されているので、透過型レチクルを採用する場合に比べて、反射面の形状設計により容易に高い補正感度が得られる。このため、補償光学系としての役割を十分に果たすことが期待される。すなわち、透過型のレチクルの場合、補償光学系としての補正の感度が鈍く、屈折率分布の非一様性等が結像特性に影響するため、レチクルの高い品質及び互換性が要求される。反射型のレチクルの場合には、このようなことがない。

なお、上記実施形態では、第２レチクルステージ駆動系５０を構成する平面モータとしてエア浮上方式の平面モータを用いるものとしたが、これに限らず、磁気浮上方式の平面モータによって第２レチクルステージ駆動系５０を構成しても良い。この場合、例えばコイルユニット５０Ａを構成する複数のコイルが、Ｘ駆動コイル、Ｙ駆動コイルに加えて、Ｚ駆動コイルを含むので、該平面モータを、第２レチクルステージＲＳＴ２の駆動と、第２レチクルＲ２の反射面の形状の変形のためのアクチュエータとして兼用することが可能になる。なお、コイルユニット５０Ａを構成する複数のコイルは、ＸＺ駆動コイルとＹＺ駆動コイルとを含んでいても良い。この場合、第２レチクルＲ２の反射面の形状を計測する計測装置を設けることが望ましい。

なお、上記実施形態では、第１レチクル干渉計１４により第１レチクルステージＲＳＴ１の位置が計測され、干渉計システム１８によりウエハステージＷＳＴの位置が計測される場合について例示した。しかし、これに限らず、第１レチクル干渉計１４に代えて、あるいはこれとともに、エンコーダ（複数のエンコーダから構成されるエンコーダシステム）を用いても良い。同様に、干渉計システム１８に代えて、あるいはこれとともに、エンコーダ（複数のエンコーダから構成されるエンコーダシステム）を用いても良い。

また、上記実施形態では、露光装置が、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプである場合について説明したが、これに限らず、例えば国際公開第９９／４９５０４号、欧州特許出願公開第１,４２０,２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。また、例えば米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書に開示される、液浸露光装置などにも、上記実施形態を適用することができる。

また、上記実施形態では、露光装置がステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置である場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に上記実施形態を適用しても良い。また、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも上記実施形態を適用できる。また、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号などに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも上記実施形態は適用が可能である。

また、光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ₂レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ₂レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。

なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。

露光装置の用途としては半導体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転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも上記実施形態を適用できる。

半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、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）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

本発明の露光装置は、物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの製造に適している。

４２…補償光学系、５０…第２レチクルステージ駆動系（平面モーダ）、６１，６２…面位置計測センサ、６５…第２レチクル干渉計、１００…露光装置、１２０…主制御装置、ＩＬ…照明光、ＰＬ…投影光学系、ＰＬ１…第１結像光学系、ＰＬ２…第２結像光学系、Ｒ１…第１レチクル、Ｒ２…第２レチクル、ＲＰ２…反射面、ＲＳＴ１…第１レチクルステージ、ＲＳＴ２…第２レチクルステージ、Ｗ…ウエハ。

Claims (9)

1. エネルギビームを照射して物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
   前記エネルギビームの光路上に配置されたパターンが形成された第１マスクを介した前記エネルギビームを前記パターンの像の前記物体上での結像状態を変化させる反射面形状を有する反射型の第２マスクに照射し、前記パターンの像を前記第２マスク上に結像する第１光学系と、
   前記第２マスクを介した前記エネルギビームを前記物体に照射し、前記パターンの像の前記第２マスクを介した像を前記物体上に結像する第２光学系と、
   前記第１光学系の結像面上に前記第２マスクを保持する第２マスク保持部材と、
   前記第２マスク保持部材を、前記結像面に実質的に沿って駆動可能な駆動装置と、を備える露光装置。
2. 前記第２マスク保持部材の位置を計測する位置計測系と、
   前記位置計測系からの計測情報に基づいて、前記駆動装置を制御する制御装置と、をさらに備える請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御装置は、前記反射面の前記エネルギビームが照射される照射領域内の面形状を変化させるため、前記第２マスク保持部材が所定ストロークで往復駆動されるように前記駆動装置を制御する請求項２に記載の露光装置。
4. 前記制御装置は、前記エネルギビームの照射による前記第１マスクの熱膨張の進行に伴って、前記ストロークが増加するように、前記駆動装置を制御する請求項３に記載の露光装置。
5. 前記第２マスク保持装置に保持される前記第２マスクは交換可能である請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置。
6. 前記第１光学系と前記第２光学系とは、前記第１マスクのパターンを前記物体上に投影する投影光学系を構成し、
   前記第１光学系は、投影倍率が１又は１より僅かに大きく、
   前記第２光学系は、投影倍率が１より小さい請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光装置。
7. 前記投影光学系は、その瞳面上に補償光学系を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光装置。
8. 前記第１マスクを保持して移動する移動部材をさらに備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の露光装置により前記物体上にパターンを形成することと、
   パターンが形成された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法。

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