JP3762323B2

JP3762323B2 - 露光装置

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Authority: JP
Inventors: 伸一島; 浩平前田
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Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2006-04-05
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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体集積回路や液晶表示素子などの製造工程においてマスク又はレチクル（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する）上のパターンを基板（ウェハやガラスプレートなど）に露光する露光装置に関する。本発明は、例えば、走査型の投影露光装置に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来半導体素子、液晶表示素子または薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー工程で製造する際には、フォトマスクまたはレチクル（以下レチクル）のパターンを感光性の基板ウェハ、ガラスプレート（以下ウェハ）上に転写する投影露光装置が提案されている。近年半導体素子等は益々パターンが微細化している。これを実現するためには、投影光学系の解像力を高める必要がある。解像力を高めるには、露光光の波長を短波長化する、または投影光学系の開口数を増大する等の手法がある。
【０００３】
一方、半導体素子１個のチップパターンについて見ると、大型化する傾向にある。このため、より大面積のパターンを露光出来る装置が必要とされている。
【０００４】
上記２項目を満足するためには、露光領域が大きく、かつ解像力の高い投影光学系が必要となる。しかしながら、露光領域を大きくすればするほど、解像力を高めれば高めるほど、露光領域全域でのディストーション等の結像性能を所定の精度に維持することが困難となる。
【０００５】
そこで、現在注目されているのが、走査型露光装置である。走査型露光装置においては、矩形状または、円弧状等のスリット状の照明領域に対して、レチクルおよびウェハを相対的に同期して走査しながら、レチクルのパターンをウェハに転写する。
【０００６】
この方式では、レチクルをスリット状に照明することで、投影光学系の一部しか使用しない。このため、ディストーション等の結像性能を所定の精度に維持し易いという利点がある。
【０００７】
また、レチクルをスリット状に照明することで、投影光学系の有効露光領域の最大直径を使用出来るとともに、走査することにより、走査方向には光学系の制限を受けることなく露光領域を拡大出来るという利点がある。
【０００８】
しかしながら、現在更なるパターンの微細化が要求され、走査型露光装置においてもパターン像の像歪み（ディストーション）の低減が必要となっている。
【０００９】
ディストーションを低減するためには当然投影光学系の諸収差を低減する必要がある。そのため、従来のステッパーに搭載される投影光学系では、投影視野内の全体において諸収差およびディストーションが平均的に小さくなるような条件で光学設計されている。そして、諸収差およびディストーションを設計時の許容範囲内に収めるべく、高精度にレンズ素子や光学部材を加工し、諸収差を実際に測定し、例えば、各レンズ間の空気間隔、レンズの傾き及び平行偏心などを調整するといった複雑で手間のかかる組立て、調整、検査を繰り返しながら投影光学系として組み上げていた。
【００１０】
諸収差のうち特にディストーションに関しては、前述の調整方法で光軸に対して対称な成分或いは規則性のある非対称成分の調整が可能である。
【００１１】
しかしながらいわゆるランダム成分に関しては前述の調整手段では調整できないという問題があった。
【００１２】
そこで、このような高精度な投影光学系の製造上の難しさを少しでも緩和するために、またランダムな成分に関しても設計時の許容範囲内に収められるようにするために、組み立てられた投影光学系の像歪み特性を実測し、その実測された像歪み特性が投影視野内の各点で最小になるように、投影視野内の各点を通る主光線を部分的に偏向するように研磨された光学補正板（補正光学素子）を投影光路内に挿入する手法が、例えば、特開平８−２０３８０５号公報に開示されている。特開平８−２０３８０５号公報は光学補正板を用いたスッテパーに関する補正方法である。
【００１３】
走査型露光装置で光学補正板を用いた補正方法について特開平１１−０４５８４２号公報に開示されている。特開平１１−０４５８４２号公報では、走査型投影露光装置によってマスク上のパターンを感光基板上に走査露光する際に、走査方向については投影領域内の幅に渡ってスタティックな像歪み特性が平均化されてダイナミックな像歪み特性になることに着目し、そのダイナミックな像歪み特性のうちの少なくともランダムな成分についは、透明な平行平板（光学補正板）の表面を局所的に研磨加工した像歪み補正板を投影光路内に配置することで補正するものである。
【００１４】
光学補正板の製作、測定に着目したものとして、特開平１１−０３１６５２号公報が開示されている。特開平１１−０３１６５２号公報は、干渉計を用いて光学補正板の面形状を測定する際に、光学補正板の裏面光の干渉を防ぐために光学補正板に楔角をもたせた基板とするものである。
【００１５】
ディストーションに関する従来例について説明したが、微細化に対応するためにはディストーション以外に、投影光学系による投影像の結像特性の変動量についても考慮する必要がある。微細化に伴い結像特性の変動量の許容範囲は狭くなっている。そこで、従来、投影露光装置においては、投影光学系が照明光を吸収することによって生じる結像特性（例えば、倍率、焦点位置等）の変動量を補正するために、特開昭６０−７８４５５号公報又は特開昭６３−５８３４９号公報等に開示されているように、投影光学系に入射する光量を検出し、検出した光量に応じて投影光学系の結像特性の変動量を補正する結像特性補正機構が備えられていた。
【００１６】
例えば、特開昭６０−７８４５５号公報に開示された機構を簡単に説明すると、投影光学系の結像特性の変動特性に対応するモデルを予め作っておき、ウェハが載置されるウェハステージ上の光電センサ等により所定時間間隔で投影光学系に入射する光エネルギーの量を求め、この光エネルギーの量の積分値をそのモデルに当てはめて結像特性の変動量を計算するものである。この場合、投影光学系に入射する光エネルギーの積分値を求めるための露光時間は、例えば照明光の開閉を行うためのシャッタが開状態にあることを示す信号を常時モニタすることにより算出されるため、そのモデルに従って投影光学系の結像特性の変動量が算出でき、この変動量に基づいて補正を行うというものである。これにより、投影光学系の照明光吸収による結像特性の変動の問題は、一応解決されている。
【００１７】
しかしながら、照明光はマスクをも通過するため、マスクが照明光吸収によって熱変形し、これによっても結像特性が変化するという不都合がある。特に、マスクは、クロム膜等の遮光膜によりパターンが描かれているため、透過率の高いガラス基板部と異なり遮光膜での熱吸収が大きい。更に、近年光学系のフレア防止の目的でマスク上の遮光膜を低反射化する技術が採用される傾向にあるが、これにより遮光膜での熱吸収は更に増加する。
【００１８】
また、マスクの遮光膜による回路パターンは、マスク全体に均一に分布しているとは限らず、偏って分布していることもある。この場合、マスクは局所的に温度が上昇し、非等方的な歪を発生する可能性がある。また、可変視野絞り（レチクルブラインド）等を用いてマスクの一部のパターンのみを露光するような場合にも、同様に非等方的な歪が生じ得る。このように発生したマスクの歪により、投影される像にも非等方的な歪が生じることとなる。この場合には、倍率成分のみの補正では不十分である。
【００１９】
また、マスクの熱変形に関して、使用しているマスクの種類により熱変形量、ひいては結像特性の変化量が異なるために、一律に補正することは困難である。つまり、例えば投影露光装置の出荷時の結像特性調整に用いたマスクの熱変形による結像特性の変動量は、その投影露光装置の結像特性の変動特性として認識して補正を行うことができるが、他のマスクを使用すると熱変形量が異なるために正確な補正ができなくなる。特に、マスクを次々に交換して露光を行う場合、各々のマスクの熱変形量を考慮しないと結像特性の変動量が累積して大きな誤差となり得る。
【００２０】
この対策として、マスクパターンを形成するクロムの熱吸収率、パターン内クロム存在率等もパラメーターに含めてマスクの熱変形によって発生する光学特性の変化に対し補正を行う投影露光装置が特開平４−１９２３１７号公報に開示されている。特開平４−１９２３１７号公報の結像特性の補正方法は、一括露光方式（フル・フィールド方式）を前提として提案されたものである。
スキャン露光方式においては、露光時にマスクが照明領域に対して走査されるため、マスクに関して考慮すべき要素（マスク走査に伴うマスクの冷却効果等）が増加したことになり、マスクの熱変形量の算出が一括露光方式の場合に比べて複雑になるという不都合がある。
【００２１】
スキャン露光方式において、マスクの熱変形によって発生する光学特性の変化に対し補正を行う投影露光装置は特開平１０−２１４７８０号公報に開示されている。特開平１０−２１４７８０号公報は、マスクに生じたたわみを斜入射方式の光学系により検出し、マスクたわみ量を演算し、補正する方式である。
【００２２】
特開平１０−２１４７８０号公報に開示されたスキャン露光方式での機構を簡単に説明すると、スキャン露光方式での露光用光束は、走査方向には幅が狭く、直交する方向には幅が広い。このような露光用光束の照射範囲に着目し、走査方向のたわみについてはフォーカスもしくはレベリングの制御を行うことで対応し、走査方向と直交する方向のたわみのみを補正することで、実用上良好なパターン投影を行うことが可能となる。補正は、マスク両端部に配置されている圧電素子を駆動し、マスクのたわみを矯正する様にマスク変形させることにより行う。圧電素子は、マスクが走査移動する方向に複数配置されている。
【００２３】
また、たわみ検出は一点でマスクのたわみを検出あるいは、複数の点で検出して平均や最小二乗法により最適なたわみ補正量を演算するようにしている。複数の点でたわみを検出する手法としては、マスクたわみ検出系を複数設けるまたは、一つの光源から出力された光から回折格子を利用して複数のビームを得る構成である。さらには、マスクたわみの検出点を、マスクの走査方向に関して露光光の照射領域の両側に設定し、マスクの走査方向に対して露光光の照射領域の手前でマスクのたわみ量を検出するようにし、照明領域内のマスクのたわみ量に応じた、マスクパターン投影像の補正をリアルタイムに行うことも提案されている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ディストーションに対応する従来例、特に、走査型露光装置に関するものは特開平１１−０４５８４２号公報に補正光学素子を利用したものが開示されている。また、マスクのたわみおよび変形に対応するものは特開平１０−２１４７８０号公報にたわみ検出手段を構成し補正する方式が開示されている。
【００２５】
特開平１１−０４５８４２号公報に開示された方式では、補正光学素子を用いることにより、投影光学系あるいはマスク保持時に発生する変形に起因するディストーションには対応できるが、露光によるマスクの熱変形等で発生する光学特性の変化には対応できないと言う問題が有る。さらにマスクが交換された場合に、マスク面形状に起因して発生するディストーションには対応できないという問題がある。
【００２６】
特開平１０−２１４７８０号公報に開示された方式ではマスクの面形状を計測し補正を行うため、マスクに起因する要因については対応できるが、投影光学系が有するディストーションには対応できないと言う問題がある。このため、特開平１１−０４５８４２号公報及び特開平１０−２１４７８０号公報に開示された両方式を同時に採用する必要がある。
【００２７】
特開平１０−２１４７８０号公報に開示されている様に、斜入射方式のたわみ検出手段をマスク裏面側（マスクパターン面側）に構成し、さらにディストーション補正用の補正光学素子をマスク〜投影光学系間に構成する場合には、マスク、たわみ検出手段、補正光学素子、投影光学系の順に配置する必要がある。
【００２８】
補正光学素子は出来るだけマスク近傍に配置することが望ましい。従って補正光学素子を出来るだけマスク近傍に配置し、かつたわみ検出手段を構成するためには、たわみ検出手段の検出光が、補正光学素子を介してマスクパターン面を検出する必要がある。
【００２９】
補正光学素子は、一定の厚み寸法からなる板状の光学部品であり、補正のために一部の面形状を微少に研磨加工されるものである。このため、検出手段の照明光学系から照射された検出光は、斜方向より補正光学素子に入射し、マスクパターン面で反射し、再び斜方向より補正光学素子に入射し、検出手段の受光部を経て検出部に導かれる。この時、収差が発生する。発生原理について図３により説明する。図３ａにレチクル面位置検出系の計測方向の断面を示す。不図示の照明光学系により照明された計測用パターン像は、投光光学系、補正光学素子Ｇ１を介してレチクルＲのパターン面に投影され、反射されたパターン像は再び補正光学素子Ｇ１、受光光学系を介して受光素子４４に結像される構成である。図３ａに示す如く、斜入射にて観察する光学系の収束光束中に平行平板である補正光学素子Ｇ１が傾いて挿入されることになる。
【００３０】
図３ｂには非計測方向の断面を示す。図３ｂに示す様に、非計測方向の断面に着目すると補正光学素子Ｇ１は投光光学系、受光光学系それぞれの光路中に光軸に対して垂直に配置されることになる。
【００３１】
このことから、開口角度を有する光線の屈折角度が計測断面と非計測断面とでは大きく異なり、結像位置において、計測断面方向の結像点と、非計測方向の結像点が光軸方向にずれてしまう、いわゆる非点収差（以後“アス”と呼ぶ）が発生する。特に投光光学系と受光光学系をつないだ検出光学系の場合には受光再結像面でのアスは２倍の量になってしまう。
【００３２】
計測用マークとしてスリット状のマークを使用し、前記スリット状のマークをレチクルＲのパターン面に投影し、受光素子４４にてマークの位置ズレを検出することにより面位置、面状態を検出する方式であるので、像面側で発生するアスはマークを観察する受光素子の分解能を落とすことになり計測精度を劣化させるという不都合がある。
【００３３】
また、従来例の補正光学素子はマスクを露光した照明光が透過する領域を確保する大きさで構成されている。このため、斜入射方式の検出手段が補正光学素子を介してマスクパターン面を検出する場合、補正光学素子を介してマスクパターン面が検出できる領域は斜入射角度分減少してしまうという問題がある。
【００３４】
図３ではアスについて説明したが、収束光束中に平行平板である補正光学素子Ｇ１が傾いて挿入されることにより、色収差が発生し、検出精度が低下するという問題もある。
【００３５】
検出光として使用する光の波長幅に対応し、各波長毎に屈折率が異なることにより分散が生じ、結果色収差が生じる。
【００３６】
そこで、本発明は、高精度なマスクのたわみ検出を実現しつつ装置の大型化を防止してマスクパターンの投影を良好に行う露光装置を提供することを例示的な目的とする。
【００３７】
前記目的を達成するため、本発明の一側面としての露光装置は、所定の結像特性を有する投影光学系と、転写されるべきパターンが形成されたマスクと前記投影光学系の間に配置され、前記パターンの歪みを低減するための補正光学素子と、前記マスクのパターン面側に配置され、前記補正光学素子を介して前記マスクの面形状を検出する斜入射方式の検出手段とを有し、前記検出手段は、前記補正光学素子を介して検出することで発生する光学収差を補正する補正光学系を有することを特徴とする。
【００３８】
前記検出手段は、前記光学素子を介して検出することで発生する光学収差（例えば、アス収差及び／又は色収差）を補正する補正光学系を有してもよい。
【００３９】
前記検出手段は、前記マスクに斜め方向から前記補正光学素子を介して光を照射する照明光学系と前記補正光学系とを有する光照射手段と、前記光照射手段によって照射された光が前記マスクで反射し、その反射光を前記光学素子を介して受光する結像光学系と前記補正光学系とを有する受光手段と、前記受光手段により受光した反射光の位置に対応した検出信号を出力する光検出手段とを有してもよい。
【００４１】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被露光体を投影露光する工程と、前記投影露光された被露光体に所定のプロセスを行なう工程とを有する。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００４２】
本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について実施例を参照しながら詳細に説明する。実施例１では走査型の露光装置に本発明を適用したものについて説明するが、走査型に限定したものではなく、一括露光方式の露光装置であっても同様の効果が得られるものである。
【００４４】
【実施例１】
本発明の第１の実施例について、図１により説明する。
【００４５】
図１は、本実施例で使用される投影露光装置の概略を示す。図１において、レチクルＲは光源１と、照明光整形光学系２〜リレーレンズ８よりなる照明光学系とにより長方形のスリット状の照明領域２１により均一な照度で照明され、スリット状照明領域２１内のレチクルＲの回路パターン像が投影光学系１３を介してウェハＷ上に転写される。光源１としては、Ｆ_２エキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザあるいはＫｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源、金属蒸気レーザ光源、又はＹＡＧレーザの高調波発生装置等のパルス光源、又は水銀ランプと楕円反射鏡とを組み合わせた構成等の連続光源が使用できる。
【００４６】
パルス光源の場合、露光のオン又はオフはパルス光源用の電源装置からの供給電力の制御により切り換えられ、連続光源の場合、露光のオン又はオフは照明光整形光学系２内のシャッタにより切り換えられる。但し、本実施例では後述のように可動ブラインド（可変視野絞り）７が設けられているため、可動ブラインド７の開閉によって露光のオン又はオフを切り換えてもよい。
【００４７】
図１において、光源１からの照明光は、照明光整形光学系２により光束径が所定の大きさに設定されてフライアイレンズ３に達する。フライアイレンズ３の射出面には多数の２次光源が形成され、これら２次光源からの照明光は、コンデンサーレンズ４によって集光され、固定の視野絞り５を経て可動ブラインド（可変視野絞り）７に達する。図１では視野絞り５は可動ブラインド７よりもコンデンサーレンズ５側に配置されているが、その逆のリレーレンズ系８側へ配置しても構わない。
【００４８】
視野絞り５には、長方形のスリット状の開口部が形成され、この視野絞り５を通過した光束は、長方形のスリット状の断面を有する光束となり、リレーレンズ系８に入射する。スリットの長手方向は紙面に対して垂直な方向である。リレーレンズ系８は可動ブラインド７とレチクルＲのパターン形成面とを共役にするレンズ系であり、可動ブラインド７は後述の走査方向（Ｘ方向）の幅を規定する２枚の羽根（遮光板）７Ａ、７Ｂ及び走査方向に垂直な非走査方向の幅を規定する２枚の羽根（不図示）より構成されている。走査方向の幅を規定する羽根７Ａ及び７Ｂはそれぞれ駆動部６Ａ及び６Ｂにより独立に走査方向に移動できるように支持され、不図示の非走査方向の幅を規定する２枚の羽もそれぞれ独立に駆動できるように支持されている。本実施例では、固定の視野絞り５により設定されるレチクルＲ上のスリット状の照明領域２１内において、更に可動ブラインド７により設定される所望の露光領域内にのみ照明光が照射される。リレーレンズ系８は両側テレセントリックな光学系であり、レチクルＲ上のスリット状の照明領域２１ではテレセントリック性が維持されている。
【００４９】
レチクルＲはレチクルステージＲＳＴに保持されている。レチクルステージＲＳＴは干渉計２２で位置を検出しレチクルステージ駆動部１０により駆動される。レチクルＲの下部には光学素子Ｇ１が保持され、レチクルステージＲＳＴ走査駆動時にはレチクルＲと共に走査される。スリット状の照明領域２１内で且つ可動ブラインド７により規定されたレチクルＲ上の回路パターンの像が、投影光学系１３を介してウェハＷ上に投影露光される。
【００５０】
投影光学系１３の光軸に垂直な２次元平面内で、スリット状の照明領域２１に対するレチクルＲの走査方向を＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）として、投影光学系１３の光軸に平行な方向をＺ方向とする。
【００５１】
この場合、レチクルステージＲＳＴはレチクルステージ駆動部１０に駆動されてレチクルＲを走査方向（＋Ｘ方向又は−Ｘ方向）に走査し、可動ブラインド７の駆動部６Ａ、６Ｂ、及び非走査方向用の駆動部の動作は可動ブラインド制御部１１により制御される。レチクルステージ駆動部１０及び可動ブラインド制御部１１の動作を制御するのが、装置全体の動作を制御する主制御系１２である。
【００５２】
レチクルステージＲＳＴに保持された光学素子Ｇ１と投影光学系１３の間にはレチクル面位置検出系ＲＯが構成されている。
【００５３】
補正光学素子Ｇ１によるディストーションの補正方法については特開平１１−０４５８４２号公報に開示されている方式と同様であるのでここでは説明を省略する。
【００５４】
一方、ウェハＷは不図示のウェハ搬送装置によりウェハステージＷＳＴに保持され、ウェハステージＷＳＴは、投影光学系１３の光軸に垂直な面内でウェハＷの位置決めを行うと共にウェハＷを±Ｘ方向に走査するＸＹステージ、及びＺ方向にウェハＷの位置決めを行うＺステージ等より構成されている。ウェハステージＷＳＴの位置は干渉計２３により検出される。ウェハＷ上方には、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ１６が構成されている。アライメントセンサ１６により、ウェハ上のアライメントマークが検出され、制御部１７により処理され、主制御系１２に送られる。主制御系１２は、ウェハステージ駆動部１５を介してウェハステージＷＳＴの位置決め動作及び走査動作を制御する。
【００５５】
そして、レチクルＲ上のパターン像をスキャン露光方式で投影光学系１３を介してウェハＷ上の各ショット領域に露光する際には、図１の視野絞り５により設定されるスリット状の照明領域２１に対して−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に、レチクルＲを速度ＶＲで走査する。また、投影光学系１３の投影倍率をβとして、レチクルＲの走査と同期して、＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に、ウェハＷを速度ＶＷ（＝β・ＶＲ）で走査する。これにより、ウェハＷ上のショット領域にレチクルＲの回路パターン像が逐次転写される。
【００５６】
図２を用いてレチクル面位置検出系ＲＯについて説明する。まずレチクル面位置検出系の基本的な検出原理を説明すると、被検面であるレチクルパターン面に光束を斜め方向から照射し、被検面で反射した光束の所定面上への入射位置を位置検出素子で検出し、その位置情報から被検面のＺ方向（投影光学系１３の光軸方向）の位置情報を検出している。本図では１系統についてのみ説明するが、走査方向とほぼ直交する方向に設定された複数の光束を被検面上の複数の計測点に投影し、各々の計測点で求めたＺ方向の位置情報を用いて被検面の傾き情報を算出している。さらに、レチクルＲが走査されることにより走査方向にも複数の計測点でのＺ方向の位置情報が計測出来る。これらの位置情報より、レチクルＲのパターン面の面形状が算出可能となる。
【００５７】
次にレチクル面位置検出系の各要素について説明する。図２において、３０はレチクル面位置検出系の光源部である。３１はレチクル面位置検出用の発光光源である。３２は駆動回路であり、発光光源３１から発せられる光の強度を任意にコントロール可能なよう構成している。
【００５８】
発光光源３１から発せられた光は、コリメーターレンズ３３、集光レンズ３４、によって光ファイバーなどの光伝達手段３５に導かれている。
【００５９】
光伝達手段３５から発せられた光束は照明レンズ３６により、スリット３７を照明する。スリット３７上にはレチクルＲのパターン面の面位置計測用マーク３７Ａが施されており、該マーク３７Ａは結像レンズ３８により補正光学系Ｇ２、ミラー３９を介して被検面であるレチクルＲのパターン面上に投影されている。結像レンズ３８によりスリット３７とレチクルＲのパターン面の表面は光学的な共役関係になっている。同図では説明し易くするために主光線のみを示している。レチクルＲのパターン面に結像したマーク像に基づく光束はレチクルＲのパターン面で反射し、ミラー４０、補正光学系Ｇ３を介して結像レンズ４１により最結像位置４２上にマーク像を再結像する。再結像位置４２に再結像したマーク像に基づく光束は拡大光学系４３により集光されて位置検出用の受光素子４４上に略結像している。受光素子４４からの信号はレチクル面位置信号処理系４５にて計測処理され、被検面であるレチクルＲのパターン面のＺ、及び傾きの情報として処理される。
【００６０】
図２は、断面図を示しため、１系統しか図示していないが、実際には複数配置することも可能である。また、図２ではレチクル面位置検出系検出光のレチクルＲパターン面への入射方向を、走査方向と平行な方向から示しているがこれに限定するものでは無く、走査方向と直交する方向あるいは任意の角度の方向から入射する構成でもかまわない。
【００６１】
図４に補正光学系Ｇ２、Ｇ３を用いた収差補正原理について説明する。
第一の補正方法としては、非計測方向断面の収束光束中に補正光学素子Ｇ１とほぼ同様な厚み寸法、ほぼ同様な傾け角度、さらにほぼ同様な屈性率を持った平行平面板を挿入し非計測断面方向の光軸方向のピント位置を合わせる方法がある。第二の補正方法としては、結像系を構成するレンズを計測方向の断面と非計測方向の断面にパワーの異なる光学系を構成することにより計測断面の光軸方向の結像位置に非計測断面の結像位置を合わせこむ方法である。
【００６２】
図４ａに第一の補正方法を示す。図４ａは図３ｂに対応する非計測方向の断面を示した図である。投光光学系に補正光学系Ｇ２、受光光学系に補正光学系Ｇ３を構成している。補正光学系Ｇ２、Ｇ３は図３ａに示した補正光学素子Ｇ１と計測光との角度に対応した角度分傾けて配置されている。また、厚み寸法も補正光学素子Ｇ１とほぼ同様な寸法となっており、屈折率についても同様である。補正光学系Ｇ２、Ｇ３が非計測方向断面の収束光束中に傾けて配置されるので、非計測方向のピント位置が移動する。このときの移動量が計測方向に発生するピントの移動量とほぼ一致することで、アスを補正することが可能となる。補正光学系Ｇ２、Ｇ３は、補正光学素子Ｇ１とほぼ同じ厚さ寸法としたが、設計上あるいは配置上の制約がある場合には変更することが可能である。厚さ寸法を厚くする場合は、傾ける角度は少なくなる。逆に厚さ寸法が薄くなる場合には、傾け角度は大きくなる。厚さ寸歩と傾け角度の間系で、移動するピント量が補正すべき量とほぼ等しくなれば補正することが可能となる。
【００６３】
さらに、図４ａでは投光光学系、受光光学系の両方に補正光学系Ｇ２、Ｇ３を構成したが、どちらか一方にのみ配置してもかまわない。この場合、どちらか一方にのみ配置する補正光学系で発生するピント移動量が、必要補正量となれば良い。
【００６４】
図４ｂに第二の補正方法を示す。図４ａとの違いは補正光学系Ｇ２、Ｇ３が平行平板ではなく、シリンドリカルレンズを用いたことである。非計測方向にパワーを持つように補正光学素子（シリンドリカルレンズ）Ｇ２、Ｇ３を配置することで、非計測方向のピント位置が移動する。この移動量が図３ａで示す計測方向のピント移動量に対応した量になるようにシリンドリカルレンズの曲率を決定する。このことでアスを補正することが可能となる。色収差の補正方法としては、クサビ形状の光学素子を配置することで補正が可能である。
【００６５】
次に図５を用いて、補正光学素子Ｇ１について説明する。図５ａは補正光学素子Ｇ１がレチクルＲとともに走査される場合で、レチクルＲが投影光学系１３の光軸上に位置している状態を示している。レチクルＲに示した斜線部がパターン部である。照明領域２１の範囲で照明されたパターン領域の照明像は、投影光学系１３を介し、ウェハに転写される。照明領域２１で照明され投影光学系１３に向う露光光を２１ａ、２１ｂで示す。また、レチクル面位置検出系ＲＯの主光線をＲＯａ、ＲＯｂで示す。
【００６６】
図５ｂに、レチクルＲが走査され端部に移動した状態を示す。図５ｂにおいて、補正光学素子Ｇ１は、ディストーション補正の目的ためには図中の実線で示す大きさがあれば良い。しかしながら、実線で示す大きさの場合レチクル面位置検出系ＲＯの主光線ＲＯｂは一部が補正光学素子Ｇ１を透過出来なくなってしまいレチクルＲのパターン面位置が計測出来ない。補正光学素子Ｇ１が図中派線で示した大きさＧ１ｂであればレチクル面位置検出系ＲＯの主光線ＲＯｂが補正光学素子Ｇ１を透過することが出来るため、レチクルＲのパターン面を計測することが可能な構成となる。反対側のＧ１ａについては説明を省略するが、Ｇ１ｂと同様である。図５以外の図は補正光学素子Ｇ１を図示の関係上レチクルＲよりも小さく示しているが、正確には図５に示した形状である。
【００６７】
計測されたレチクルＲのパターン面の面形状をもとに補正を行う方式については、従来例と同様であれば良いので、ここでは詳細な説明を省略する。主な補正手段としては、面形状に対応して、ウェハステージの走査位置すなわち高さ方向の位置あるいは傾きを補正する。あるいは、投影光学系内の光学素子を駆動し、像面形状をレチクルパターン面の面形状に対応した形状に補正する。あるいは、レチクル面形状そのものを補正する手段を構成し補正する等の補正を行うものである。
【００６８】
以上のように実施例１によれば、レチクルステージＲＳＴに補正光学素子Ｇ１が保持されることにより、補正光学素子Ｇ１をレチクルＲ近傍に構成することが可能となる。さらにレチクルＲのパターン面の面位置を、補正光学素子Ｇ１を介して計測する構成とすることで、レチクル面位置検出系ＲＯの配置構成が可能となる。また、レチクルＲのパターン面の面位置を、補正光学素子Ｇ１を介して計測することで発生する収差を、補正光学系Ｇ２、Ｇ３により補正可能であるため、精度よく検出することが可能となる。
【００６９】
【実施例２】
図６を用いて実施例２について説明する。実施例１との違いは、実施例１では補正光学素子Ｇ１がレチクルステージＲＳＴに保持される構成で、レチクルＲとともに走査される構成であったものが、実施例２においては走査されることは無く固定部に配置される構成としたものである。実施例１と同一なものは説明を省略する。
【００７０】
補正光学系Ｇ２、Ｇ３は配置、補正原理等実施例１の場合と同様である。
【００７１】
実施例２の形態の場合、補正光学素子Ｇ１はレチクルＲとともに走査されないため、照明領域２１の範囲で照明された露光光が透過する大きさであれば良いことになる。
【００７２】
レチクルＲとともに走査されないため、レチクルステージＲＳＴにレチクルＲを吸着した状態でのレチクルＲの面形状に起因するディストーションは補正できないというデメリットが生じる。また、補正光学素子Ｇ１はレチクルステージＲＳＴの可動部との干渉を避けた位置に配置するため、実施例１の補正光学素子Ｇ１よりもレチクルＲから遠ざかった位置に配置されることになる。このため、ディストーション補正精度が低下するというデメリットも生じる。
【００７３】
しかしながら、レチクルステージＲＳＴの可動部に補正光学素子Ｇ１を搭載しないため、可動部の重量が軽く構成でき、制御特性が向上するというメリットがある。
【００７４】
補正光学素子Ｇ１がレチクルＲとともに走査されない構成であっても、レチクル面位置検出系ＲＯが補正光学素子Ｇ１を介してレチクルＲのパターン面を検出する構成とすることが可能である。
【００７５】
実施例２の場合の補正光学素子Ｇ１について説明する。図５ｃはレチクルＲが投影光学系１３の光軸上に位置している状態を示している。照明領域２１の範囲で照明されたパターン領域の照明像は、投影光学系１３を介し、ウェハに転写される。照明領域２１で照明され投影光学系１３に向う露光光を２１ａ、２１ｂで示す。また、レチクル面位置検出系ＲＯの主光線をＲＯａ、ＲＯｂで示す。
【００７６】
図５ｃの場合は、レチクルＲが走査されても補正光学素子Ｇ１は走査されないため、補正光学素子Ｇ１は、ディストーション補正の目的ためには図中の実線で示す大きさがあれば良い。しかしながら、実線で示す大きさの場合レチクル面位置検出系ＲＯの主光線ＲＯｂは一部が補正光学素子Ｇ１を透過出来なくなってしまいレチクルＲのパターン面位置が計測出来ない。補正光学素子Ｇ１が図中派線で示した大きさＧ１ｃであればレチクル面位置検出系ＲＯの主光線ＲＯｂが補正光学素子Ｇ１を透過することが出来るため、レチクルＲのパターン面を計測することが可能な構成となる。
【００７７】
このように実施例２においても、レチクルＲのパターン面の面位置を、補正光学素子Ｇ１を介して計測する構成とすることで、レチクル面位置検出系ＲＯの配置構成が可能となる。また、レチクルＲのパターン面の面位置を、補正光学素子Ｇ１を介して計測することで発生する収差を、補正光学系Ｇ２、Ｇ３により補正可能であるため、精度よく検出することが可能となる。
【００７８】
本発明によれば、露光時のマスク熱変形などによって生じたレチクルのたわみあるいは、レチクルが交換され吸着固定された場合に、レチクル間の面形状差により発生する変形量差が、斜入射方式のレチクル面位置検出系によって検出される。そして、この検出結果に基づいて補正量が演算され、補正される。レチクルパターン面の面形状により発生するディストーション等が補正されることにより、パターン像の湾曲などが抑制され、レチクルパタ−ンの正確で安定した像が得られるという利点がある。
【００７９】
また、補正光学素子により、レチクルの自重たわみやレチクル吸着固定時に吸着部の面形状とレチクルの面形状の組み合わせによって発生するレチクルの変形に起因するディストーションおよび投影光学系の製造調整残差として発生するディストーションが補正光学素子により補正されることで、パターン像の湾曲などが抑制され、レチクルパタ−ンの正確で安定した像が得られるという利点がある。
【００８０】
次に、図７及び図８を参照して、上述の走査型露光装置１００を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図７は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００８１】
図８は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方法によれば従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。
【００８２】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度なマスクのたわみ検出を実現しつつ装置の大型化を防止してマスクパターンの投影を良好に行う露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の露光装置の概略断面図である。
【図２】レチクル面位置検出系を説明するための概略断面図である。
【図３】計測方向の断面図（結像状態を示す図）及び非計測方向の断面図（結像状態を示す図）である。
【図４】第１及び第２の補正原理の説明図である
【図５】光軸上、端部及び補正光学素子固定配置における補正光学素子の説明図である。
【図６】本発明の実施例２の露光装置の概略断面図である。
【図７】本発明の半導体デバイス製造方法のフローチャートである。
【図８】本発明の半導体デバイス製造方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１３投影光学系
Ｇ１補正光学素子
Ｇ２、Ｇ３補正光学系
ＲＯレチクル面位置検出系

Claims

所定の結像特性を有する投影光学系と、
転写されるべきパターンが形成されたマスクと前記投影光学系の間に配置され、前記パターンの歪みを低減するための補正光学素子と、
前記マスクのパターン面側に配置され、前記補正光学素子を介して前記マスクの面形状を検出する斜入射方式の検出手段とを有し、
前記検出手段は、前記補正光学素子を介して検出することで発生する光学収差を補正する補正光学系を有することを特徴とする露光装置。
前記光学収差は、アス収差及び／又は色収差であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記検出手段は、
前記マスクに斜め方向から前記補正光学素子を介して光を照射する照明光学系と前記補正光学系とを有する光照射手段と、
前記光照射手段によって照射された光が前記マスクで反射し、その反射光を前記光学素子を介して受光する結像光学系と前記補正光学系とを有する受光手段と、
前記受光手段により受光した反射光の位置に対応した検出信号を出力する光検出手段とを有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被露光体を投影露光する工程と、
前記投影露光された被露光体に所定のプロセスを行う工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。