JP2012054500A - 露光装置、露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板ステージに対する可変成形マスクの相対位置を高精度に計測できる露光装置、露光方法及びデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】露光装置は、照明光ＩＬｉの状態を空間的に個別に変調する複数のマイクロミラー素子２１を有し、マイクロミラー素子２１を照明光ＩＬｉの入射位置に２次元的に配置して照明光ＩＬｉを変調する可変成形マスク２０と、所定の走査方向に移動する基板ステージ１０と、可変成形マスク２０によって変調された照明光ＩＬｉを基板ステージ１０に載置された基板へ導いて、基板上に光パターンを投影する投影光学系ＰＬと、基板ステージ１０の位置を検出する第１レーザー干渉計３１の少なくとも一部が設けられて、基板ステージ１０の位置の基準となるメトロロジーフレームと、メトロロジーフレームに設けられて、可変成形マスク２０との相対位置を検出するマスク位置計測部３３とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源から射出された照明光を空間的に変調して、変調した照明光で基板を露光する露光装置、露光方法及びデバイス製造方法に関するものである。

半導体チップ等のマイクロデバイスを製造するための露光装置は、光源からの照明光をレチクルに導き、該レチクルに形成されたパターンを投影光学系を介してレジスト等の感光剤が塗布された基板上に結像させている。一般的に、レチクルは、水平方向等に移動可能なレチクルステージに載置され、その位置を変更可能である。

露光工程を行う際、レチクルと基板ステージとのアライメントを予め行っておく必要がある。このため、露光装置には、レチクルの位置を検出するためのレチクルアライメント系と、基板位置を検出するための基板アライメント系とが設けられている。

レチクルと基板ステージとのアライメントの一例として、基板を載置する基板ステージに隣接された計測用ステージを用いる方法がある。この方法では、計測用ステージに設けられた基準マークをレチクルアライメント系と基板アライメント系とで順次検出することで、ベースライン量（露光中心と基板アライメント系の検出中心との間隔）の計測を行うことができる。そして、基板のアライメントを行う際に、そのベースライン量を用いることで高精度にアライメントを行うことができる（例えば、特許文献１参照）。

従来、レチクルを位置合わせするためのアライメント系としては、基板ステージに設けられた基準マークから光を照射し、投影光学系及びレチクルに設けられたアライメントマークを介してマスク上方のセンサで受光する方法（ＩＳＳ）がある。また、レチクルに設けられたアライメントマークを撮影し、その撮影データを画像処理してマークの位置を検出する方法等もある。さらに、レチクル上のアライメントマークとこれらに対応する計測ステージ上の基準マークとを露光波長の光を用いて同時に観察するための露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）方式もある（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第７，４３３，０５０号

一方、近年ではレチクルに代えて、可変成形マスクを用いたいわゆるマスクレスタイプの露光装置が開発されている。このタイプの装置の一例として、空間光変調器の一種であるマイクロミラーアレイを可変成形マスクとして用いる装置がある。この装置によれば、基板ステージの走査方向への走査に同期して可変成形マスクにおいて生成されるパターンを変化させて基板を露光することで、基板上に任意のパターンを容易に形成することができ、装置のコストダウン及び小型化が可能である。

この可変成形マスクは予め設定された位置に固定されているが、露光時の光源装置からの熱や床から伝達した振動等の要因により、移動量はレチクルに比べて小さいものの初期位置から変位することがある。このため、基板ステージに対する可変成形マスクの相対位置（又は変位量）を計測する必要があるが、上記した各種方法を適用すると、移動量が小さいにも関わらずマスクアライメント系の機構が大型且つ複雑であって、コストアップす
る問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板ステージに対する可変成形マスクの相対位置を高精度に計測できる露光装置、露光方法及びデバイス製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、実施形態に示す図１〜図９に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の態様は、光源から射出された光で基板を露光する露光装置であって、照明光）の状態を空間的に個別に変調する複数の変調素子を有し、該変調素子を前記照明光の入射位置に２次元的に配置して前記照明光を変調する可変成形マスクと、前記基板を保持して所定の走査方向に移動する移動体と、前記可変成形マスクによって変調された照明光を前記移動体に載置された前記基板へ導いて、前記基板上に光パターンを投影する光学系と、前記移動体の位置を検出する移動体位置計測部の少なくとも一部が設けられて、前記移動体の位置の基準となる基準構造物と、前記基準構造物に設けられて、前記可変成形マスクとの相対位置を検出するマスク位置計測部とを備えることを要旨とする。

上記構成によれば、基準構造物には移動体位置計測部の少なくとも一部が設けられるとともに、マスク位置計測部とが設けられるので、基準構造物に対する可変成形マスクの相対位置と、基準構造物に対する移動体の相対位置とを計測することで、可変成形マスクと移動体との相対位置を高精度に計測することができる。

本発明によれば、基板ステージに対する可変成形マスクの相対位置を高精度に計測できる露光装置、露光方法及びデバイス製造方法を提供することができる。

第１実施形態の露光装置の要部を示す概略図。 マイクロミラーアレイが有する各マイクロミラーの配置を示す斜視図。 （ａ）はマイクロミラーの基準位置、（ｂ）はオン位置、（ｃ）はオフ位置を示す斜視図。 露光装置のブロック図。 第１位置計測用パターンに配置された各マイクロミラーの斜視図。 第２位置計測用パターンに配置された各マイクロミラーの斜視図。 第２実施形態の露光装置の概略図。 デバイスの製造例のフローチャート。 半導体デバイスの場合の基板処理に関する詳細なフローチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。図１は、本実施形態の露光装置１の要部を示す概略図である。

露光装置１は、走査露光型の装置であって、下面に台座２ａを有するベースフレーム２を備えている。ベースフレーム２には、光源装置３が備えられている。
光源装置３は、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー、固体レーザー光源（ＹＡＧレーザ又は半導体レーザ）等のレーザー光源を有する。レーザー光源から出射された照明光ＩＬｉは、オプティカルインテグレータ等の照度均一化部材、ビームスプリッタ、ミラー、リレーレンズ等から構成される照明系５に導かれる。

また、ベースフレーム２には、基板ベース７が固定され、基板ベース７には基板Ｗを載置する基板ステージ１０が、露光中走査される方向であるＸ軸方向、及びＸ軸方向と直交するＹ軸方向に対して平行に移動可能に設けられるとともに、鉛直方向であるＺ軸方向を回転中心として回転可能に設けられている。また、基板ステージ１０の隣には、アライメントマークが設けられた計測用ステージ１１がＸ軸方向及びＹ軸方向に平行に移動可能に設けられている。

また、ベースフレーム２の上側には、防振部材１３を介して上部フレーム１５が固定されている。上部フレーム１５は、複数の支持部材１５Ｐによって中空状に形成され、この中空部分には、照明系５から射出された照明光ＩＬｉを基板Ｗに導いて、基板上に光パターンを結像させる投影光学系ＰＬが収容されている。また、支持部材１５Ｐの中央には貫通孔１５ａ，１５ｂが設けられ、この貫通孔１５ａ，１５ｂに投影光学系ＰＬの上部及び下部がそれぞれ支持される。

投影光学系ＰＬと照明系５との間には、基板Ｗに所望のパターンを投影するための可変成形マスク２０が、図示しない支持部材に固定されている。可変成形マスク２０は、非発光型画像表示素子（空間光変調器 ＳＬＭ；Spatial Light Modulator）の一種である複
数のマイクロミラー素子２１を有している。

このマイクロミラー素子２１は、照明光ＩＬｉの入射位置に２次元的に配置して照明光を空間的に変調する。各マイクロミラー素子２１の構成は特に限定されないが、本実施形態では複数のマイクロミラーＭ（図２参照）と、電極等を有し各マイクロミラー素子２１を駆動する駆動部２３とをそれぞれ備える。そして、マイクロミラーＭの位置を変更して、照明光ＩＬｉの状態を空間的に個別に変調する。

図２に示すように、マイクロミラーＭは、初期状態において、その反射面ＭａがＸ−Ｙ平面と平行になるとともに、下方（投影光学系ＰＬ側）を向くように配置されている。投影光学系ＰＬは、可変成形マスク２０のマイクロミラーＭが配列される面（反射面Ｍａ）と基板Ｗとを光学的に共役にする。また、ｍ行ｎ列にわたって２次元的に並べられることにより、マイクロミラーアレイＡＬを構成している。尚、ｉ行目且つｊ列目のマイクロミラーＭについて説明する際は、マイクロミラーＭ（ｉ，ｊ）として説明し、その位置を特に区別しないで説明する場合には単にマイクロミラーＭとして説明する（ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ、ｍ，ｎは自然数）。

マイクロミラーＭは、駆動部２３により、初期状態の際の位置（以下、基準位置という）以外に、作用位置であるオン位置と非作用位置であるオフ位置との間で動作するように構成されている。そして、オン位置及びオフ位置に配置されることで照明光ＩＬｉの入射角度及び反射角度を個別に変更可能となっている。

図３（ａ）〜（ｃ）はマイクロミラーＭの配置について示した図である。図３（ａ）は、マイクロミラーＭの反射面ＭａがＸ−Ｙ平面と平行である基準位置を示す。図３（ｂ）は、その反射面Ｍａが投影光学系ＰＬ側を向くように＋１０°程度傾斜したオン位置を示している。図３（ｃ）は、その反射面Ｍａが投影光学系ＰＬ側と反対側を向くように−１０°程度傾斜したオフ位置を示している。

オン位置に配置されたマイクロミラーＭは、照明光ＩＬｉを投影光学系側の反射面Ｍａで受け、その反射光ＩＬｒは投影光学系ＰＬに入射する。オフ位置に配置されたマイクロミラーＭは、照明光ＩＬｉを投影光学系ＰＬから外れた方向へ反射する。

露光の際には、図４に示すように露光装置１に備えられる主制御装置２５が、駆動系２６に露光パターンを出力し、駆動系２６は入力した露光パターンに相当するデータ信号を生成する。駆動系２６は、駆動部２３にデータ信号を出力するとともに、パターン表示のタイミングをとるためのミラー駆動用パルスを送信する。

駆動部２３は、ミラー駆動用パルス及び入力したデータ信号に従って、露光パターンを生成するためにマイクロミラーＭを選択的にオン位置とし、それ以外のマイクロミラーＭをオフ位置又は基準位置とする。

そして、主制御装置２５は、光源装置３を駆動して光源装置３から照明系５及びミラー６を介して可変成形マスク２０に照明光ＩＬｉを導く。導かれた照明光ＩＬｉは、各マイクロミラーＭに反射するが、オン位置のマイクロミラーＭに反射した反射光ＩＬｒは投影光学系ＰＬに入射し、投影光学系ＰＬを介して基板上に指定された露光パターンを結像させる。オフ位置又は基準位置のマイクロミラーＭに反射した反射光ＩＬｒは投影光学系ＰＬから外れた位置に向かう。

また、図１に示すように上部フレーム１５の下面であって貫通孔１５ｂの外側には、断面略Ｌ字状のセンサ支持部１６が設けられている。このセンサ支持部１６には、オートフォーカスセンサ（図示略）が設けられており、該オートフォーカスセンサは、基板Ｗの複数の計測点にスリット像を投影し、ウェハ表面からの反射光を受光して、基板Ｗの位置と投影光学系ＰＬとの相対位置を検出する。

また、上部フレーム１５の下部には基準構造物としてのメトロロジーフレーム１８が支持されている。メトロロジーフレーム１８の形状は特に限定されないが、本実施形態では環状をなし、その下部が上部フレーム１５の下面から突出し、上部が上部フレーム１５に形成された貫通孔１５ｃ、１５ｄに嵌挿された状態で上部フレーム１５に対して支持されている。メトロロジーフレーム１８には、投影光学系ＰＬに対する基板ステージ１０の座標を計測するための第１レーザー干渉計３１の少なくとも一部（図４参照）と、投影光学系ＰＬに対する計測用ステージ１１の座標を計測するための第２レーザー干渉計３２（図４参照）の少なくとも一部とがそれぞれ設けられている。

第１レーザー干渉計３１は、基板ステージ１０のＸ座標を計測するレーザー干渉計と、基板ステージ１０のＹ座標を計測するレーザー干渉計（いずれも図示略）とを有しており、これらの干渉計はそれぞれ異なる位置に設けられている。第１レーザー干渉計３１は、光源を有する本体、ビームスプリッタ、ミラー、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の
光検出器を有している。この第１レーザー干渉計３１は、測定光を投影光学系ＰＬの下部に設けられた参照鏡３５に照射してその反射波を受光するとともに、基板ステージ１０に固定された移動鏡３６にも測定光を照射してその反射光を受光する。そして、光路の違いから生じた干渉縞を光検出器で測定し、投影光学系ＰＬに対する基板ステージ１０の相対位置を計測するようになっている。尚、参照鏡３５、移動鏡３６及び第１レーザー干渉計３１は移動体位置計測部を構成する。

また、第２レーザー干渉計３２は、計測用ステージ１１のＸ座標を計測するレーザー干渉計と、計測用ステージ１１のＹ座標を計測するレーザー干渉計（いずれも図示略）とを有しており、これらの干渉計はそれぞれ異なる位置に設けられている。第２レーザー干渉計３２は第１レーザー干渉計３１と同様な構成であり、測定光を投影光学系ＰＬの下部に設けられた参照鏡３７に照射してその反射波を受光するとともに、基板ステージ１０に固定された移動鏡３８にも測定光を照射してその反射光を受光する。そして、光路の違いから生じた干渉縞を光検出器で計測し、投影光学系ＰＬに対する計測用ステージ１１の相対位置を計測するようになっている。

さらに、図４に示すように、メトロロジーフレーム１８には、基板ステージ１０に対する可変成形マスク２０との相対位置を計測するためのマスク位置計測部３３が支持固定されている。マスク位置計測部３３は、本実施形態ではレーザー干渉計であって、レーザー光源、ビームスプリッタやミラー等の光学系、ＣＣＤ等の光検出器、増幅器、Ａ／Ｄコンバータ等の信号処理部を有している。光検出器は２次元センサであって、微弱な光を検出可能な光電変換素子を有している。マスク位置計測部３３は、レーザー光源からの出射光をビームスプリッタにより参照光と測定光とに分割し、測定光を上部フレーム１５に形成された貫通孔１５ｅ（図１参照）を介して可変成形マスク２０に照射する。そして、マイクロミラーＭの反射面Ｍａに反射した反射光ＩＬｒを貫通孔１５ｅを介して受光し、装置内部で参照光と干渉させて干渉光（干渉縞）とし、その干渉光の位相等を光検出器で検出する。さらに、その干渉光の位相を、予め計測した干渉光の位相と比較することで、可変成形マスク２０との相対位置を計測するようになっている。

このマスク位置計測部３３は、メトロロジーフレーム１８のうち可変成形マスク２０と同軸上になる位置に設けられている。より具体的には、マスク位置計測部３３の照射点Ｐ１から射出された測定光ＩＬｍの光軸ＡＸ１上に、可変成形マスク２０が位置する。このため、検出点と計測対象物とが同一光軸上に位置することで計測誤差が抑制される、いわゆるアッベの原理を満たす配置となる。従って、このような配置にすることにより可変成形マスク２０の計測誤差を抑制できる。

可変成形マスク２０のＺ軸方向における相対位置（高さ）を計測する際は、図５に示すように、可変成形マスク２０のマイクロミラーＭを全て基準位置とする。そして、基準位置のマイクロミラーＭに対し、マスク位置計測部３３から測定光ＩＬｍを照射し、マイクロミラーＭによって反射された反射光ＩＬｒをマスク位置計測部３３によって受光する。上記光検出器は、受光した反射光ＩＬｒと参照光とを干渉させ、その干渉光の位相を検出し、検出信号を主制御装置２５に出力する。主制御装置２５は、検出信号に基づきメトロロジーフレーム１８を基準とした可変成形マスク２０のＺ軸方向における位置を算出する。メトロロジーフレーム１８と投影光学系ＰＬは一体に設けられているため、メトロロジーフレーム１８を基準とした可変成形マスク２０の相対位置は、投影光学系ＰＬに対する相対位置を示す。尚、マイクロミラーＭを基準位置とした可変成形マスク２０の配置パターンを、以下、第１位置計測パターンという。

可変成形マスク２０のＸ軸方向における相対位置及びＹ軸方向における相対位置を計測する際は、例えば図６に示すように予め設定した位置のマイクロミラーＭ（以下、傾斜ミラーＭｓという）をオン位置（又はオフ位置）に配置する。図６では、傾斜ミラーＭｓを１つにしたが複数でもよい。傾斜ミラーＭｓが複数の場合には、各傾斜ミラーＭｓの間に基準位置のマイクロミラーＭを配置したパターンにしてもよいし、傾斜ミラーＭｓが互いに隣り合った傾斜ミラー群を設けてもよく、そのパターンは特に問わない。尚、各マイクロミラーＭのうち、予め設定したマイクロミラーＭを傾斜させたパターンを、以下、第２位置計測パターンという。

傾斜ミラーＭｓに反射した反射光ＩＬｒは、マスク位置計測部３３から外れた方向に向かう。傾斜ミラーＭｓ以外の基準位置に配置されたマイクロミラーＭに反射した反射光ＩＬｒは、マスク位置計測部３３の方向、即ち−Ｚ軸方向に向かう。このため、上記光検出器で検出された干渉光の位相は、第１位置計測パターンと第２位置計測パターンとで異なる位相となる。上記光検出器は、干渉光の位相を検出し、検出信号を主制御装置２５に出力する。従って、主制御装置２５は、Ｚ軸方向における相対位置を検出した際の干渉光の位相又は予め計測した干渉光の位相との差に基づいて、メトロロジーフレーム１８を基準とした可変成形マスク２０のＸ軸方向における相対位置及びＹ軸方向における相対位置を
算出する。

そして、主制御装置２５は、上記のように算出した可変成形マスク２０の相対位置と初期位置とを比較して、可変成形マスク２０の初期位置からのずれ量ΔＰを算出する。このずれ量ΔＰを露光前に検出した場合、可変成形マスク２０を初期位置に位置するように調整される。

また、可変成形マスク２０の相対位置の計測は、露光中においても行うことができる。露光中にずれ量ΔＰが検出された場合には、そのずれ量ΔＰを相殺するように、基板ステージ１０を移動する。このため、露光中の光源装置３からの熱により、上部フレーム１５が熱膨張したり、床からの振動により可変成形マスク２０又は基板ステージ１０がずれたとしても、露光中に基板ステージ１０を調整することでそのずれを相殺することができる。尚、上部フレーム１５が膨張したとしても、その膨張量は僅かであるので、可変成形マスク２０とマスク位置計測部３３とは同軸上にある。

次に、可変成形マスク２０の相対位置の計測動作について具体的に説明する。計測動作を開始する際、図４に示す主制御装置２５は、駆動系２６に第１制御開始信号を出力する。駆動系２６はこの制御開始信号をトリガとして、第１位置計測パターンにするためのデータ信号を駆動部２３に出力する。データ信号の出力が完了すると、駆動系２６は、ミラー駆動のタイミングをとるためのミラー駆動用パルスを駆動部２３に出力する。

駆動部２３は、駆動系２６からのデータ信号を入力するとともに、ミラー駆動用パルスを入力すると、マイクロミラーアレイＡＬを図５に示すように全てのマイクロミラーＭを基準位置に配置した第１位置計測用パターンにする。

さらに主制御装置２５は、マスク位置計測部３３を駆動して、レーザー光源から測定光ＩＬｍを射出する。測定光ＩＬｍは、上部フレーム１５の貫通孔１５ｅを介して各マイクロミラーＭの反射面Ｍａに入射する。このとき、マスク位置計測部３３と可変成形マスク２０とが同軸上に位置するので、上記したようにアッベの原理を満たすために計測誤差が抑制される。

測定光ＩＬｍは、マイクロミラーＭの反射面Ｍａに反射して、反射光ＩＬｒとなってマスク位置計測部３３に向かう。反射光ＩＬｒは、マスク位置計測部３３の検出窓からその内部に入射し、装置内の参照面に反射した参照光と干渉して干渉光とされる。上記光検出器は、干渉光の位相等を示す光電変換信号を主制御装置２５に出力する。

主制御装置２５は、可変成形マスク２０が初期位置に配置された際に予め計測した干渉光の位相を記憶部から読み出して、読み出した位相と入力した光電変換信号とを比較する。そして、可変成形マスク２０のＺ軸方向における初期位置からのずれを算出し、可変成形マスク２０のＺ軸方向における相対位置を算出する。

こうしてＺ軸方向における相対位置が算出されると、主制御装置２５は第２制御開始信号を駆動系２６に出力する。駆動系２６は、第２制御開始信号を入力すると、第２位置計測用パターンにするためのデータ信号を駆動部２３に出力する。データ信号の出力が完了すると、駆動系２６は、ミラー駆動のタイミングをとるためのミラー駆動用パルスを駆動部２３に出力する。

駆動部２３は、駆動系２６からのデータ信号を入力するとともに、ミラー駆動用パルスを入力すると、図６に示すようにマイクロミラーアレイＡＬを第２位置計測パターンには位置する。

マイクロミラーアレイＡＬを第２位置計測用パターンにすると、主制御装置２５はマスク位置計測部３３を駆動して、レーザー光源から測定光ＩＬｍを出力し、測定光ＩＬｍをマイクロミラーＭに入射させる。このとき、オフ位置に配置されたマイクロミラーＭとオン位置に配置されたマイクロミラーＭとの光路差とから、第１位置計測用パターンとは異なる干渉縞を生成する。上記光検出器は、干渉光の位相等を光電変換信号とし、主制御装置２５に出力する。

主制御装置２５は、可変成形マスク２０が初期位置に配置された際に予め計測した干渉光の位相又はＺ軸方向における相対位置を計測した際の位相を記憶部から読み出して、その位相と第１位置計測用パターンで検出された位相と比較する。そしてその位相差から、Ｘ軸における相対位置及びＹ軸における相対位置を算出する。

また、主制御装置２５は、第１レーザー干渉計３１及び第２レーザー干渉計３２を駆動制御して、基板ステージ１０の位置を別途計測する。
そして、可変成形マスク２０が基準となる位置からずれている場合であって、露光前である場合には、可変成形マスク２０の位置が調整され、露光中である場合には、そのずれを相殺するように基板ステージ１０の位置を調整する。そして、主制御装置２５は、任意のマスクパターンに基づいて駆動系２６を駆動して、マイクロミラーアレイＡＬをマスクパターンに従った配置にする。また、照明系５を駆動して、光源装置３から照明光ＩＬｉを射出させ、可変成形マスク２０に入射させる。照明光ＩＬｉはマイクロミラーＭの反射面Ｍａに反射して反射光ＩＬｒとなり、反射光ＩＬｒは投影光学系ＰＬを介して基板上に結像して所望のパターンが投影される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、露光装置１は、照明光ＩＬｉの状態を空間的に個別に変調する複数のマイクロミラー素子２１を有し、マイクロミラー素子２１を照明光ＩＬｉの入射位置に２次元的に配置して照明光ＩＬｉを変調する可変成形マスク２０を備えた。また、基板Ｗを保持して所定の走査方向に移動する基板ステージ１０と、可変成形マスク２０を介した照明光ＩＬｉを基板ステージ１０上の基板Ｗへ導いて、基板上に光パターンを投影する投影光学系ＰＬを備えた。さらに基板ステージ１０の位置を検出する第１レーザー干渉計３１の少なくとも一部が設けられて、基板ステージ１０の位置の基準となるメトロロジーフレーム１８と、メトロロジーフレーム１８に設けられて、可変成形マスク２０との相対位置を検出するマスク位置計測部３３とを備えた。即ち、第１レーザー干渉計３１及びマスク位置計測部３３がメトロロジーフレーム１８に固定されることにより、基板ステージ１０に対する可変成形マスク２０の相対位置を高精度に計測することができる。また、マスク位置計測部３３から可変成形マスク２０に対し、ミラー等の光学的要素を介さずに測定光ＩＬｍを直接照射するので、基板ステージ１０から投影光学系ＰＬを介して可変成形マスク２０に光を照射するよりも光路を短くすることができるとともに、計測誤差を抑制することができる。

（２）上記実施形態では、可変成形マスク２０の複数のマイクロミラー素子２１は、オン位置、及びオフ位置（又は基準位置）に配置されることで照明光ＩＬｉの入射角度及び反射角度を個別に変更可能な複数のマイクロミラーＭを有する。またマスク位置計測部３３は、各マイクロミラーＭのうち一部のマイクロミラーＭの位置を選択的に変更し、位置変更前後の可変成形マスク２０からの反射光ＩＬｒの位相差に基づき可変成形マスク２０のＸ軸方向における相対位置及びＹ軸方向における相対位置を計測する。

（３）上記実施形態では、マスク位置計測部３３は、可変成形マスク２０と同軸上に配置される。即ち、マスク位置計測部３３及び可変成形マスク２０の配置は、いわゆるアッ
ベの原理を満たすので、計測誤差を抑制することができる。

（４）上記実施形態では、メトロロジーフレーム１８は、可変成形マスク２０の複数のマイクロミラー素子２１が配列される面と基板Ｗとを光学的に共役にする投影光学系ＰＬを固定する。このため、第１レーザー干渉計３１及びマスク位置計測部３３により、投影光学系ＰＬに対する基板ステージ１０の相対位置と、投影光学系ＰＬに対する可変成形マスク２０の相対位置とを計測することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図７にしたがって説明する。尚、第２実施形態は、第１実施形態の上部フレーム１５を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

本実施形態の上部フレーム４０は、屈曲形状のフレーム本体４１と、メトロロジーフレーム１８及びマスク位置計測部３３を支持する基準構造物としての２つの支持部４２とを有している。支持部４２は、低熱膨張率の材質からなり、長尺状に形成されている。また支持部４２は、可変成形マスク２０と基板ステージ１０との間であって、フレーム本体４１に、その長手方向が鉛直方向（Ｚ軸方向）と平行となるように固定されている。また、支持部４２の内側には、投影光学系ＰＬが固定されている。尚、本実施形態では、支持部４２を２つにしたが、支持部を環状に形成して１つ設けるようにしてもよい。

支持部４２のうち、下部であって基板ステージ１０側には、第１レーザー干渉計３１の少なくとも１部が設けられるメトロロジーフレーム１８が固定されている。また、その上部であって可変成形マスク２０側には、マスク位置計測部３３が固定されている。従って、低熱膨張率の材質からなる支持部４２の上下にメトロロジーフレーム１８及びマスク位置計測部３３が固定されているため、メトロロジーフレーム１８及びマスク位置計測部３３の相対位置は変化することがない。

可変成形マスク２０は、初期状態においてこの支持部４２の真上に固定されている。即ち、マスク位置計測部３３は、支持部４２のうち可変成形マスク２０と同軸上になる位置に設けられている。このため、可変成形マスク２０及びマスク位置計測部３３の配置は、アッベの原理を満たす。さらに、マスク位置計測部３３を支持部４２の上部に設けることにより、マスク位置計測部３３と可変成形マスク２０との間の光路が短かくなる。このため、可変成形マスクの相対位置をより高精度に検出することができる。

従って、第２実施形態によれば、第１実施形態に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（５）第２実施形態では、可変成形マスク２０と基板ステージ１０との間に設けられた長尺状の支持部４２のうち、該可変成形マスク側にマスク位置計測部３３を備え、基板ステージ側に第１レーザー干渉計３１を備えた。このため、可変成形マスク２０とマスク位置計測部３３との間の光路を短くし、可変成形マスク２０をマスク位置計測部３３とを確実に同軸上に配置することができるので、計測誤差をより確実に抑制することができる。また、基板ステージ１０とマスク位置計測部３３との間の光路も短くすることができるので、計測誤差を抑制することができる。

尚、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、移動体位置計測部としてレーザー干渉計を用いたが、例えば米国特許公開第２００７／０２８８１２１号公報に開示されるようにエンコーダを併用してもよい。また、移動体位置計測部としてレーザー干渉計の代わりに、例えば米国特許公開第２００８／０１０６７２２号公報や第２００９／００２７６４０号公報に開示されるよう
なエンコーダを用いてもよい。

・上記実施形態では、マイクロミラーＭを傾斜させることで任意の投影パターンを生成する可変成形マスク２０を用いたが、マイクロミラーＭの反射面ＭａをＸ−Ｙ平面と平行な状態にしたまま、駆動部に設けられたバネによって上下動させる可変成形マスク２０を用いるようにしてもよい。

・上記実施形態では、マスク位置計測部３３をレーザー干渉計とし、マイクロミラーＭの位置を変化させて可変成形マスク２０の相対位置を計測するようにしたが、その他の方法で計測してもよい。例えば、可変成形マスク２０のエッジ部にグレーディング（回折格子）を設け、マスク位置計測部３３をエンコーダとする。そして、グレーディングに測定光を照射して、エンコーダで検出することにより、可変成形マスク２０の相対位置を計測するようにしてもよい。

・上記実施形態では、可変成形マスク２０との相対位置を光学的に計測するようにしたが、その他の方法で計測してもよい。例えば、磁気エンコーダを用いて磁気的に計測するようにしてもよいし、可変成形マスク２０とマスク位置計測部３３との間の距離が変化することによる静電容量変化を検出するようにしてもよい。或いは、空気の流量で位置計測を行うエアマイクロ等の方法を用いてもよい。

・第１実施形態では基準構造物をメトロロジーフレーム１８とし、第２実施形態では基準構造物を支持部４２としたが、第１レーザー干渉計３１が設けられる部材であれば上部フレーム１５等、その他の部材にしてもよい。

・露光装置１の露光対象は、半導体チップ等のマイクロデバイスを形成するための基板の他、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等に利用されるレチクル又はマスクを形成するための基板であってもよい。また露光装置１の露光対象は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等を形成するための基板、ＣＣＤ等の撮像デバイスを形成するための基板であってもよい。

・光源装置３は、例えば、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ（１４６ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ（１２６ｎｍ）等を射出する光源であってもよい。また、光源装置３は、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバレーザから発振される赤外領域又は可視領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双方がドープされたファイバアンプで増幅し、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射出する光源であってもよい。

・光源装置３に用いられるＥＵＶ光発生物質には、気体状の錫（Ｓｎ）、液体状又は固体状の錫、キセノン（Ｘｅ）等を用いることができる。
・光源装置３に搭載される光源には、放電型プラズマ光源を採用することもできる。

次に、上記実施形態の露光装置１を用いたデバイスの製造方法をマイクロデバイスの製造方法に具体化した一実施形態について説明する。図８は、ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、表示パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等、これらマイクロデバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。

まず、設計工程では、マイクロデバイスの機能設計や性能設計が行われ、その後、設計された機能や性能を実現するための目標パターンが設計される（ステップＳ１０１）。続いて、マスク製作工程では、設計された目標パターンに基づいて、可変成形マスクを駆動するためのパターンデータが生成される（ステップＳ１０２）。すなわち、可変成形マス
クの形成するパターンが目標パターンに基づいて決定される。一方、基板製造工程では、シリコン基板、ガラス基板、セラミックス基板等、マイクロデバイスの基材である基板が準備される（ステップＳ１０３）。

次に、基板処理工程では、基板上に各種の膜を形成する成膜技術、上述したパターンデータと露光装置１とを用いたリソグラフィー技術、基板上に形成された膜の一部をエッチングするエッチング技術等によって、回路パターン等の実パターンが基板上に形成される（ステップＳ１０４）。続いて、デバイス組立工程では、基板処理後の基板を用いてデバイスの組立が行われる（ステップＳ１０５）。このデバイス組立工程では、ダイシング、ボンティング、及びパッケージング等の各種の実装処理が必要に応じて実施される。次いで、検査工程では、デバイス組立工程で組み立てられたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の各種の検査が行われる（ステップＳ１０６）。そして、これらの工程を経て、マイクロデバイスが製造される。

図９は、上述した基板処理工程の一部を示す一例であって、シリコン基板に薄膜トランジスタを形成するための各種の処理を示すフローチャートである。
まず、酸化工程では、加熱されたシリコン基板の表面が酸素の雰囲気下で熱酸化され、これにより、ゲート絶縁膜が形成される（ステップＳ１１１）。ＣＶＤ工程では、ゲート酸化膜上にポリシリコン膜等のゲート電極膜がＣＶＤ法によって形成される（ステップＳ１１２）。電極形成工程では、基板上に電極を蒸着によって形成する（ステップＳ１１３）。イオン打込工程では、レジストマスクで覆われていないシリコン基板の領域にイオンが注入される（ステップ１１４）。以上の各工程Ｓ１１１〜ステップＳ１１４のそれぞれは、基板処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

レジスト膜形成工程では、ゲート電極膜上に感光性材料が塗布され、これにより、基板の全面にレジスト膜が形成される（ステップＳ１１５）。露光工程では、露光装置１によって可変成形マスクの形成するパターンの投影像がレジスト膜上に投影される（ステップＳ１１６）。現像工程では、露光工程において露光されたレジスト膜が現像され、これによりゲートが形成される部位を覆うレジストパターンが形成される（ステップＳ１１７）。エッチング工程では、レジストパターンをマスクにしたエッチングが実施され、これにより、ゲート絶縁膜及びゲート電極膜がパターニングされる（ステップＳ１１８）。レジスト除去工程では、エッチングに利用されたレジストパターンが、例えば酸素ラジカルの雰囲気下で除去される（ステップＳ１１９）。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、基板上に多重に回路パターンが形成される。

１…露光装置、３…光源装置、６…ミラー、１０…移動体としてのウェハステージ、１８…基準構造物としてのメトロロジーフレーム、２０…可変成形マスク、２１…変調素子としてのミラー素子、３１…移動体位置計測部としての第１レーザー干渉計、３３…マスク位置計測部、ＩＬｉ…照明光、ＩＬｒ…反射波、Ｍ…マイクロミラー、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…物体としての基板。

Claims (11)

1. 光源から射出された照明光で基板を露光する露光装置であって、
   照明光の状態を空間的に個別に変調する複数の変調素子を有し、該変調素子を前記照明光の入射位置に２次元的に配置して前記照明光を変調する可変成形マスクと、
   前記基板を保持して所定の走査方向に移動する移動体と、
   前記可変成形マスクによって変調された照明光を前記移動体に載置された前記基板へ導いて、前記基板上に光パターンを投影する光学系と、
   前記移動体の位置を検出する移動体位置計測部の少なくとも一部が設けられて、前記移動体の位置の基準となる基準構造物と、
   前記基準構造物に設けられて、前記可変成形マスクとの相対位置を検出するマスク位置計測部とを備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記可変成形マスクの前記複数の変調素子は、作用位置及び非作用位置に配置されることで前記照明光の入射角度及び反射角度を個別に変更可能な複数のミラーを有し、前記マスク位置計測部は、前記各ミラーのうち一部の前記ミラーの位置を選択的に変更し、位置変更前後の前記可変成形マスクからの反射波の差異に基づき前記可変成形マスクの相対位置を計測することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記マスク位置計測部は、前記基準構造物のうち前記可変成形マスクと同軸上になる位置に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記基準構造物は前記光学系と一体に設けられているとともに、該光学系は、前記可変成形マスクの前記複数の変調素子が配列される面と前記基板とを光学的に共役にすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記基準構造物は、前記可変成形マスクと前記移動体との間に設けられた長尺状の部材であって、前記可変成形マスク側に前記マスク位置計測部を備え、前記移動体側に前記移動体位置計測部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 光源から射出された光で基板を露光する露光方法であって、
   照明光の状態を空間的に個別に変調する複数の変調素子を有し、該変調素子を前記照明光の入射位置に２次元的に配置して前記照明光を変調する可変成形マスクを用いて前記照明光を空間的に変調させ、
   前記可変成形マスクによって変調された照明光を、光学系を介して、所定の走査方向に移動する移動体に載置された前記基板へ導いて該基板上に光パターンを投影し、
   基準構造物を基準として移動体位置計測部により移動体の相対位置を計測するとともに、
   前記基準構造物を基準としてマスク位置計測部により前記可変成形マスクの相対位置を計測することを特徴とする露光方法。
7. 前記可変成形マスクの前記複数の変調素子は、作用位置及び非作用位置に配置されることで前記照明光の入射角度及び反射角度を個別に変更可能な複数のミラーを有し、
   前記各ミラーのうち一部の前記ミラーの位置を選択的に変更し、前記マスク位置計測部により位置変更前後の前記可変成形マスクからの反射波の差異に基づき前記可変成形マスクの相対位置を計測することを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
8. 前記マスク位置計測部を前記基準構造物のうち前記可変成形マスクと同軸上になる位置に設けて、前記可変成形マスクの相対位置を計測することを特徴とする請求項６又は７に
   記載の露光方法。
9. 前記基準構造物は前記光学系と一体に設けられているとともに、該光学系は、前記可変成形マスクの前記複数の変調素子が配列される面と前記基板とを光学的に共役にすることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の露光装置。
10. 前記基準構造物は、前記可変成形マスクと前記移動体との間に設けられた長尺状の部材であって、前記可変成形マスク側に前記マスク位置計測部を配置し、前記移動体側に前記移動体位置計測部を配置することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の露光方法。
11. 請求項６〜１０のいずれか１項に記載の露光方法を用いて物体を露光する工程と、前記露光された物体を現像する工程とを含むデバイス製造方法。

Images