JP4333035B2 - 露光装置および該装置を用いた半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は露光装置および該装置を用いた半導体デバイスの製造方法に関し、特に反射部材を含む反射屈折型の投影光学系を搭載した投影露光装置におけるマスクとウエハとの位置合わせに関する。
背景の技術
従来より、半導体素子や液晶表示素子等をリソグラフィー工程で製造する際に投影露光装置が使用されているが、半導体技術の進展は近年ますます速度を増しており、それに伴って微細加工技術の進展も著しい。たとえば随時書き込み読み出しの可能なメモリすなわちＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のような半導体デバイスでは、１６ＭビットＤＲＡＭが現在のところ主流であるが、２５６ＭビットＤＲＡＭの領域まで集積度を高めるための開発が行なわれている。
そして、半導体デバイスの集積化に伴って、露光波長も現在主流のｉ線（３６５ｎｍ）から、さらに短波長化が進められている。すなわち、ＫｒＦエキシマレーザー（発振波長２４８ｎｍ）が既に実用化され、さらにＡｒＦエキシマレーザー（発振波長１９３ｎｍ）についても実用化のための開発が行なわれている。
露光波長の短波長化が進むと、光学材料の透過率が低下するので、たとえば投影光学系に対して使用可能な光学材料の種類は著しく制限される。その結果、屈折型の投影光学系を搭載した従来主流の露光装置では、投影光学系の軸上色収差が比較的大きくなるという不都合がある。
これに対し、反射屈折型の投影光学系を搭載した露光装置では、少ない種類の光学材料でも投影光学系の軸上色収差を良好に抑えることが可能である。しかしながら、反射屈折型の投影光学系では、その先軸が直線状に延びることなく反射部材により折り曲げられるため、反射部材の位置変動に起因するマスクパターン像の変動（像の位置ずれや像の回転ずれ）が屈折型の投影光学系よりもはるかに発生し易いという不都合がある。なお、屈折型の投影光学系とは、反射部材を含むことなくレンズのような屈折系を含む投影光学系であり、反射屈折型の投影光学系とは、少なくとも１つの反射部材とレンズのような屈折系とを含む投影光学系である。
特開昭６３−４１０２３号公報や特開平７−２２３５０号公報には、反射屈折型の投影光学系を搭載した露光装置におけるマスクとウエハ（感光性基板）との位置合わせシステムが開示されている。これらの公報に開示された露光装置では、マスクとウエハとの間の光路中にハーフプリズムのようなビームスプリッターが付設され、このハーフプリズムにアライメント光を入射させてマスクとウエハとの相対位置を測定する。
また、特開平５−２１３１４号公報には、屈折型の投影光学系に対してマスクおよびウエハを相対移動させながらウエハの各露光領域にマスクパターンを転写する走査型（ステップ・アンド・スキャン方式）の露光装置において、ウエハステージ上に形成された基準マークを利用してマスクとウエハとの相対位置を露光に先立ってあらかじめ測定する方法が開示されている。
特開昭６３−４１０２３号公報や特開平７−２２３５０号公報に開示された露光装置では、マスクとウエハとの間の光路中にハーフプリズムが付設されている。すなわち、マスクとウエハとの間の光路中には、投影光学系の構成に必要不可欠ではないハーフプリズムが余分に配置されている。したがって、付設されたハーフプリズムが、投影光学系の光学性能に悪影響を与え易い。また、ハーフプリズムの製造後にその光分離面（すなわち波面分割面）を補正することができないため、投影光学系の光学性能に悪影響を与えないようにするにはハーフプリズムの製造に対して過度の精度が要求されることになる。
一方、特開平５−２１３１４号公報に開示された露光装置では、ウエハステージ上に形成された基準マークを利用してマスクとウエハとの相対位置を露光に先立ってあらかじめ測定している。すなわち、マスクとウエハとの相対位置を露光中に随時測定することはできない。したがって、反射屈折型の投影光学系を搭載した露光装置に対してこの公報に開示の位置合わせシステムを適用した場合、投影光学系中の反射部材の位置が露光中に変動してマスクパターン像が基準結像位置から位置ずれや回転ずれを起こしても、このマスクパターン像の位置ずれや回転ずれに応じて投影光学系に対するマスクとウエハとの位置合わせを露光中に随時行うことはできない。
発明の開示
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、マスクとウエハとの間の光路中に余分な光学部材を介在させることなく、反射屈折型の投影光学系中に配置された反射部材の位置変動に起因するマスクパターン像の位置ずれや回転ずれに応じてマスクとウエハとの位置合わせを露光中においても随時行うことのできる露光装置および該装置を用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、所定のパターンが形成されたマスクを照明するための照明光学系と、
前記マスク上の前記パターンの像を少なくとも１つの反射部材を介して感光性基板に投影するための投影光学系と、
前記少なくとも１つの反射部材の基準位置からの変動量を検出するための検出系と、
前記検出系で検出された前記変動量に基づいて、基準結像位置から移動した状態で形成される前記パターン像と前記感光性基板とを実質的に位置合わせするための前記マスクおよび前記感光性基板の少なくとも一方に関する補正量を求めるための演算系と、
前記演算系で求められた前記補正量に基づいて、前記マスクおよび前記感光性基板のうちの少なくとも一方を移動させるための移動系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
第１発明の好ましい態様によれば、前記演算系は、前記検出系で検出された前記変動量に基づいて前記パターン像の前記基準結像位置からの位置ずれ量および回転ずれ量を求め、該位置ずれ量および前記回転ずれ量を実質的に補正するのに必要な前記マスクの補正量を求め、前記移動系は、前記演算系で求められた前記補正量に基づいて前記マスクのみを移動させる。あるいは、前記演算系は、前記検出系で検出された前記変動量に基づいて前記パターン像の前記基準結像位置からの位置ずれ量および回転ずれ量を求め、該位置ずれ量および前記回転ずれ量の少なくとも一方が生じた状態で形成される前記パターン像に対して前記感光性基板を実質的に位置合わせするのに必要な前記感光性基板の補正量を求め、前記移動系は、前記演算系で求められた前記補正量に基づいて前記感光性基板のみを移動させる。あるいは、前記演算系は、前記検出系で検出された前記変動量に基づいて前記パターン像の前記基準結像位置からの位置ずれ量および回転ずれ量を求め、該位置ずれ量および前記回転ずれ量のうちの一方を実質的に補正するのに必要な前記マスクの補正量を求め、前記位置ずれ量および前記回転ずれ量のうちの他方が生じた状態で形成される前記パターン像に対して前記感光性基板を実質的に位置合わせするのに必要な前記感光性基板の補正量を求め、前記移動系は、前記演算系で求められた前記マスクの補正量および前記感光性基板の補正量に基づいて、前記マスクおよび前記感光性基板を移動させる。
また、本発明の第２発明では、マスク上に設けられたパターンの像を少なくとも１つの反射部材を有する投影光学系を経由させてワークピース上に投影露光する露光方法であって、
前記少なくとも１つの反射部材の基準位置からの変動量を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出された前記変動量に基づいて、基準結像位置から移動した状態で形成される前記パターン像と前記感光性基板とを実質的に位置合わせするための前記マスクおよび前記感光性基板の少なくとも一方に関する補正量を求める演算工程と、
前記演算工程で求められた前記補正量に基づいて、前記マスクおよび前記感光性基板のうちの少なくとも一方を移動させ、前記投影光学系に対する前記マスクと前記感光性基板との位置合わせを行う位置合わせ工程と、
前記位置合わせ工程により前記投影光学系に対して前記マスクと前記感光性基板とを位置合わせした状態において前記照明光学系により前記マスクを照明し、前記マスクのパターンを前記投影光学系を介して前記感光性基板に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。
また、第２発明の好ましい態様によれば、前記検出工程、前記演算工程および前記位置合わせ工程を、前記露光工程に先立って行うことが好ましい。また、前記検出工程、前記演算工程および前記位置合わせ工程を、前記露光工程中において随時行うことが好ましい。また、前記少なくとも１つの反射部材の基準位置からの変動量に関して、許容される量であるか否かを判断する判断工程をさらに含み、許容されない量である場合には前記演算工程および前記位置合わせ工程を行うことが好ましい。また、前記少なくとも１つの反射部材の基準位置からの変動量に関して、許容される量であるか否かを判断する判断工程をさらに含み、許容されない量である場合には、前記変動量に関する情報を表示することが好ましい。また、前記演算工程では、前記検出工程で検出された前記変動量に基づいて求められる前記パターン像の前記基準結像位置からの移動量と、前記マスクを保持し且つ前記投影光学系に対して移動可能なマスクステージの位置情報と、前記感光性基板を保持し且つ前記投影光学系に対して移動可能な基板ステージの位置情報とに基づいて、前記投影光学系に対して前記マスクと前記感光性基板とを実質的に位置合わせするのに必要な前記マスクおよび前記感光性基板の少なくとも一方に関する補正量を求めることが好ましい。
なお、第１発明および第２発明において、前記少なくとも１つの反射部材は、パワー（屈折力）を有しない反射鏡であることが好ましい。
実施形態
本発明では、投影光学系中に配置された反射部材の基準位置からの変動量に基づいて、基準結像位置から移動した状態で形成されるパターン像と感光性基板とを実質的に位置合わせするためのマスクおよび感光性基板の少なくとも一方に関する補正量を求める。そして、求めた補正量に基づいてマスクおよび感光性基板のうちの少なくとも一方を移動させることによって、パターン像と感光性基板との実質的な位置合わせを行う。なお、本明細書において「基準結像位置」とは、反射部材が基準位置に位置している状態において投影光学系を介して形成されるパターン像の位置である。
具体的には、反射部材の基準位置からの変動量に基づいて、パターン像の基準結像位置からの位置ずれ量および回転ずれ量を求め、この位置ずれ量および回転ずれ量を実質的に補正するのに必要なマスクの補正量を求める。そして、求めた補正量に基づいてマスクのみを移動させることによって、パターン像の位置ずれおよび回転ずれを実質的に補正し、パターン像と感光性基板との実質的な位置合わせを行うことができる。
また、反射部材の基準位置からの変動量に基づいて、パターン像の基準結像位置からの位置ずれ量および回転ずれ量を求め、パターン像の基準結像位置からの位置ずれ量および回転ずれ量を求め、この位置ずれ量および回転ずれ量の少なくとも一方が生じた状態で形成されるパターン像に対して感光性基板を実質的に位置合わせするのに必要な感光性基板の補正量を求める。そして、求めた補正量に基づいて感光性基板のみを移動させることによって、基準結像位置から移動した状態で形成されたパターン像に対して感光性基板を実質的に位置合わせし、パターン像と感光性基板との実質的な位置合わせを行うことができる。
さらに、反射部材の基準位置からの変動量に基づいて、パターン像の基準結像位置からの位置ずれ量および回転ずれ量を求め、この位置ずれ量および回転ずれ量のうちの一方を実質的に補正するのに必要なマスクの補正量を求め、位置ずれ量および回転ずれ量のうちの他方が生じた状態で形成されるパターン像に対して感光性基板を実質的に位置合わせするのに必要な感光性基板の補正量を求める。そして、求めたマスクの補正量に基づいてマスクを移動させてパターン像の位置ずれ（回転ずれ）だけを実質的に補正するとともに、求めた感光性基板の補正量に基づいて感光性基板を移動させて基準結像位置から回転ずれ（位置ずれ）した状態で形成されたパターン像に対して感光性基板を実質的に位置合わせすることによって、パターン像と感光性基板との実質的な位置合わせを行うことができる。
以上のように、本発明では、マスクと感光性基板であるウエハとの間の光路中に余分な光学部材を介在させることなく、反射屈折型の投影光学系中に配置された反射部材の位置変動に起因するパターン像の位置ずれや回転ずれに応じてマスクとウエハとの位置合わせを露光中においても随時行うことができる。その結果、露光中に反射部材の位置が変動してパターン像の位置ずれや回転ずれが起こっても、マスクとウエハとの位置合わせを露光中に随時行うことにより、常に良好な位置合わせ状態において良好な半導体デバイスを製造することができる。
本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。
第１図は、本発明の第１実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。第１実施例では、反射屈折型の投影光学系に対してマスクおよびウエハを相対移動させながらスキャン露光によりウエハの各露光領域にマスクパターンを転写する走査型の投影露光装置に本発明を適用している。
第１図では、投影光学系３のマスク側部分３ａの光軸ＡＸａに平行にＺ軸が、Ｚ軸に垂直な面内において第１図の紙面に平行にＹ軸が、Ｚ軸に垂直な面内において第１図の紙面に垂直にＸ軸がそれぞれ設定されている。
第１図の露光装置は、転写すべき所定のパターンが形成されたマスク２を均一に照明するための照明光学系１を備えている。照明光学系１では、たとえばＡｒＦエキシマレーザ光源から射出された光がフライアイレンズを介して多数の光源像からなる二次光源を形成し、この二次光源からの光がコンデンサーレンズを介して集光されマスク２に向かって射出される。こうして、照明光学系１からの射出光によりマスク２が重畳的に均一照明される。なお、照明光学系１からの射出光によりマスク２上に形成される照野（照明領域）はＸ方向に沿って細長く延びた矩形形状を有し、その中心は投影光学系３のマスク側部分３ａの光軸ＡＸａに対して−Ｙ方向に偏心している。
マスク２は、ＸＹ平面内においてマスクステージ（不図示）上に支持されている。マスクステージは、ＸＹ平面内において二次元的に移動可能なＸＹステージおよびＺ軸回りに回転可能な回転ステージ等から構成されている。なお、マスクステージは、制御系１１からの指令に基づいて駆動系１２を介して駆動制御されるように構成されている。
マスク２のパターンを透過した光は、投影光学系３のマスク側部分３ａを介して、−Ｚ方向に沿って凹面鏡Ｍ３に入射する。凹面鏡Ｍ３で＋Ｚ方向に反射された光は、投影光学系３のマスク側部分３ａの光路中に配置された第１反射ミラーＭ１に入射する。第１反射ミラーＭ１で＋Ｙ方向に反射された光は、２つのレンズ成分を介して、第２反射ミラーＭ２に入射する。第２反射ミラーＭ２で−Ｚ方向に反射された光は、投影光学系３のウエハ側部分３ｂを介して、レジストのような感光材が塗布された感光性基板であるウエハ４に達する。
こうして、ウエハ４上には、マスク２のパターン像が形成される。なお、ウエハ４上に形成される露光フィールドは、マスク２上に形成される照野に対応してＸ方向に沿って細長く延びた矩形形状を有し、その中心は投影光学系３のウエハ側部分３ｂの光軸ＡＸｂに対して＋Ｙ方向に偏心している（後に説明する第３図を参照）。さらに具体的には、マスク２上に形成される照野とウエハ４上に形成される露光フィールドとは互いに相似形であり、その大きさおよび対応する光軸からの偏心距離は投影光学系３の投影倍率に依存している。
ウエハ４は、ＸＹ平面内においてウエハステージ上に支持されている。ウエハステージは、マスクステージと同様に、ＸＹ平面内において二次元的に移動可能なＸＹステージおよびＺ軸回りに回転可能な回転ステージ等から構成されている。
したがって、投影光学系３に対してマスク２およびウエハ４をＹ方向に沿って同期的に移動させながらスキャン露光を行うことにより、ウエハ４の１つの露光領域にマスクパターンを転写することができる。そして、ウエハ４をＸＹ平面内において二次元的に駆動制御しながら上述のスキャン露光を繰り返すことにより、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがってウエハ４の各露光領域にマスクパターンを逐次転写することができる。
第１実施例では、投影光学系３中に配置された第１反射ミラーＭ１の基準位置からの変動量を検出するための第１検出系１３と、第２反射ミラーＭ２の基準位置からの変動量を検出するための第２検出系１４とを備えている。第１検出系１３および第２検出系１４の出力は、演算系１５に供給される。演算系１５では、第１検出系１３で検出された第１反射ミラーＭ１の基準位置からの変動量と、第２検出系１４で検出された第２反射ミラーＭ２の基準位置からの変動量とに基づいて、投影光学系３を介して形成されるパターン像の基準結像位置からの移動量すなわち位置ずれ量および回転ずれ量を求める。
次いで、演算系１５では、求めた位置ずれ量および回転ずれ量に基づいて、パターン像の基準結像位置からの位置ずれおよび回転ずれを補正するのに必要なマスク２の補正量を求める。演算系１５で求められた補正量情報は、制御系１１に供給される。
制御系１１は、演算系１５から供給された補正量情報に基づいて、駆動系１２を介してマスクステージを駆動制御する。こうして、マスク２が所要補正量だけ移動し、パターン像の基準結像位置からの位置ずれおよび回転ずれが補正される。その結果、パターン像とウエハ４との位置合わせが行われる。
以下、さらに具体的な構成例に基づいて、第１実施例におけるマスク２とウエハ４との位置合わせについて説明する。
次の表（１）に、第１実施例の投影光学系３の諸元の値を掲げる。表（１）の〔全体諸元〕において、ＮＡは像側（ウエハ側）の開口数を、βは投影倍率をそれぞれ表している。また、表（１）の〔レンズ諸元〕において、第１カラムはマスク側（物体側）からのレンズ面の順番を、第２カラムのｒはレンズ面の曲率半径（∞は平面を示す）を、第３カラムのｄはレンズ面の間隔を、第４カラムのｎはＡｒＦエキシマレーザーの発振波長λ＝１９３．４ｎｍに対する屈折率をそれぞれ示している。

まず、第２図に示すように、第１反射ミラーＭ１がＺ軸の時計回りに基準位置から１’’（１秒）だけ回転変動した場合について考える。この場合、第３図に示すように、投影光学系３のウエハ部分３ｂの光軸ＡＸｂに対してＹ方向に沿って＋７ｍｍだけ偏心してウエハ４上に形成されるべき露光フィールドＥＦがＸ方向に沿ってｄＸ＝＋１２１ｎｍだけ全体的に移動する。また、露光フィールドＥＦの中心から−Ｘ方向に沿って１５ｍｍ離れた露光フィールドＥＦの端部像点Ｐ１はＹ方向に沿ってｄＹ＝−７１ｎｍだけ移動するとともにＸ方向に沿ってｄＸ＝−５４ｎｍだけ移動する。さらに、露光フィールドＥＦの中心から＋Ｘ方向に沿って１５ｍｍ離れた露光フィールドＥＦの端部像点Ｐ２はＹ方向に沿ってｄＹ＝＋７１ｎｍだけ移動するとともにＸ方向に沿ってｄＸ＝−５４ｎｍだけ移動する。
次に、第４図に示すように、第２反射ミラーＭ２がＹ軸の時計回りに基準位置から１’’だけ回転変動した場合について考える。この場合、第５図に示すように、投影光学系３を介してウエハ４上に形成される露光フィールドＥＦがＸ方向に沿ってｄＸ＝−７９４ｎｍだけ全体的に移動する。また、露光フィールドＥＦの中心から−Ｘ方向に沿って１５ｍｍ離れた露光フィールドＥＦの端部像点Ｐ１はＹ方向に沿ってｄＹ＝−７４ｎｍだけ移動するとともにＸ方向に沿ってｄＸ＝−２３ｎｍだけ移動する。さらに、露光フィールドＥＦの中心から＋Ｘ方向に沿って１５ｍｍ離れた露光フィールドＥＦの端部像点Ｐ２はＹ方向に沿ってｄＹ＝＋７４ｎｍだけ移動するとともにＸ方向に沿ってｄＸ＝−２３ｎｍだけ移動する。
したがって、第１反射ミラーＭ１がＺ軸の時計回りに基準位置から１’’だけ回転変動するとともに第２反射ミラーＭ２がＹ軸の時計回りに基準位置から１’’だけ回転変動すると、露光フィールドＥＦの全体移動量、像点Ｐ１の移動量および像点Ｐ２の移動量は、第３図および第５図における移動量の合成として次の表（２）に示す通りとなる。

すなわち、第１反射ミラーＭ１がＺ軸の時計回りに基準位置から１’’だけ回転変動するとともに第２反射ミラーＭ２がＹ軸の時計回りに基準位置から１’’だけ回転変動すると、投影光学系３を介して形成されるパターン像はＸ方向に沿ってｄＸ＝−６７３ｎｍだけ位置ずれするとともにＺ軸の時計回りに２’’だけ回転ずれすることがわかる。
上述したように、第１実施例では、パターン像の位置ずれおよび回転ずれを補正するようにマスク２のみを移動させることによって、パターン像とウエハ４との位置合わせを、ひいてはマスク２とウエハ４との位置合わせを行う。したがって、第１実施例の具体的構成例では、６７３ｎｍ（パターン像の位置ずれ量）×４（投影倍率の逆数）＝２６９２ｎｍだけ＋Ｘ方向に沿ってマスク２を移動させるとともに、パターン像の回転ずれ量と同じ角度すなわち２’’だけＺ軸の反時計回りにマスク２を回転させる。このように所要補正量に基づいてマスク２のみを移動させると、露光フィールドＥＦの全体移動量、像点Ｐ１の移動量および像点Ｐ２の移動量は、表（３）に示すように補正される。

表（３）を参照すると、所要補正量に基づいてマスク２のみを移動させることにより、第１反射ミラーＭ１および第２反射ミラーＭ２の基準位置からの回転変動により発生したパターン像の位置ずれおよび回転ずれが良好に補正されることがわかる。なお、像点Ｐ１およびＰ２の移動量に着目すると、Ｙ方向の成分ｄＹが完全に補正されＸ方向の成分ｄＸがわずかに残っているが、Ｙ方向の成分ｄＹを若干悪化させることによってＸ方向の成分ｄＸを小さくするような最適化を図ることもできる。
以上のように、第１実施例の具体的構成例では、第１検出系１３が第１反射ミラーＭ１のＺ軸回りの回転変動角を検出し、第２検出系１４が第２反射ミラーＭ２のＹ軸回りの回転変動角を検出している。この場合、反射ミラーの回転変動角を検出する検出系に対して、たとえば第６Ａ図に示す構成を採用することができる。第６Ａ図において、第１検出系１３や第２検出系１４のような検出系は、検出対象である反射ミラー６１の端面６１ａに斜めから光を照射するための照射部６２と、反射ミラー６１の端面６１ａからの反射光の受光位置を検出するための検出部６３とで構成されている。検出部６３は、反射ミラー６１の端面６１ａからの反射光の受光位置に基づいて、反射ミラー６１の回転変動角を検出する。検出部６３からの検出信号は、演算系１５へ供給される。
また、第１検出系１３や第２検出系１４は、第６Ｂ図及び第６Ｃ図に示す構成を採用することもできる。第６Ｂ図及び第６Ｃ図に示す検出系では、照射部６２は反射ミラー６１の裏面６１ｂに斜めから光を投射し、反射ミラー６１の裏面６１ｂからの反射光の受光位置を検出部６３で検出する。この変形例においては、第６Ｂ図及び第６Ｃ図に示す通り、２組の検出系により、反射ミラー６１の回転変動及び位置ずれを検出している。１組目の検出系は、第６Ｂ図に示す如く、光源６２１及びこの光源６２１からの光をコリメートするレンズ６２２を有する照射部６２Ｂと、反射ミラーの裏面６１ｂで反射された光を集光するレンズ６３１及びレンズ６３１の集光位置に配置された光電変換素子６３２を有する検出部６３Ｂとを備える。
２組目の検出系は、光源６２３及びこの先源６２３からの光を反射ミラーの裏面６１ｂ上で集光するレンズ６２４を有する照射部６２Ｃと、反射ミラーの裏面６１ｂの集光点の像を形成するレンズ６３３及びレンズ６３３による像形成位置に配置された光電変換素子６３４を有する検出部６３Ｃとを備える。
ここで、検出部６３Ｂの光電変換素子６３２上での集光位置の位置ずれをモニタすることによって反射ミラー６１の回転量を測定することが可能であり、検出部６３Ｃの光電変換素子６３４上での集光位置の位置ずれをモニタすることによって反射ミラーの裏面６１ｂの法線方向に沿った位置ずれをモニタすることが可能となる。
なお、反射ミラー６１の表面には、露光光の波長域に対して最適化された反射増加膜が蒸着されており、反射ミラー６１の裏面６１ｂには照射部６２が発生する光の波長域（例えば可視光）に対して最適化された反射増加膜を蒸着することが好ましい。
演算系１５では、第１検出系１３で検出された第１反射ミラーＭ１の回転変動角と第２検出系１４で検出された第２反射ミラーＭ２の回転変動角とに基づいて、パターン像の基準結像位置からの位置ずれ量および回転ずれ量を求める。次いで、演算系１５では、求めたパターン像の位置ずれ量および回転ずれ量に基づいて、このパターン像の位置ずれおよび回転ずれを実質的に補正するのに必要なマスク２の補正量を求める。演算系１５で求められた補正量情報は、制御系１１に供給される。制御系１１は、演算系１５から供給された補正量情報に基づいて、駆動系１２を介してマスクステージを駆動制御する。こうして、マスク２が所要補正量だけ移動し、パターン像の基準結像位置からの位置ずれおよび回転ずれが実質的に補正される。その結果、パターン像とウエハ４との位置合わせが、ひいてはマスク２とウエハ４との位置合わせが良好に行われる。
以上のように、マスク２とウエハ４との位置合わせが完了すると、露光工程（フォトリソグラフィ工程）に移行する。第７図は、本発明の露光装置を用いてウエハ上に所定の回路パターンを形成するための各工程を説明するフローチャートである。
先ず、第７図のステップ７１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ７２において、ウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ７３において、第１実施例の露光装置を用いて、マスク上のパターンが投影光学系を介してウエハ上の各露光領域に順次転写される。次いで、ステップ７４において、ウエハ上のフォトレジストの現像が行われる。その後、ステップ７５において、ウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによってマスク上のパターンに対応する回路パターンが各ウエハ上の各露光領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成が行われ、ウエハプロセスが終了したウエハは次工程に送られる。
ウエハプロセスが終了すると、実際の組立工程にて、焼き付けられた回路毎にウエハを切断してチップ化するダイシング、各チップに配線等を付与するボンデイング、各チップ毎にパッケージングするパッケージング等の各工程を経て、最終的にＬＳＩ等の半導体デバイスが製造される。
以上の説明では、露光装置を用いたウエハプロセスでのフォトリソグラフィ工程によりＬＳＩ等の半導体デバイスを製造する例を示したが、露光装置を用いたフォトリソグラフィ工程によって、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）等の半導体デバイスも製造することができる。
以上のように、第１実施例では、マスク２とウエハ４との間の光路中に余分な光学部材を介在させることなく、反射屈折型の投影光学系３中に配置された反射部材Ｍ１およびＭ２の位置変動に起因するマスクパターン像の位置ずれや回転ずれに応じてマスク２とウエハ４との位置合わせを露光中においても随時行うことができる。その結果、スキャン露光中に反射部材Ｍ１およびＭ２の位置が変動してマスクパターン像の位置ずれや回転ずれが起こっても、マスク２とウエハ４との位置合わせをスキャン露光中に随時行うことにより、常に良好な位置合わせ状態において良好な半導体デバイスを製造することができる。
なお、第１実施例では、演算系１５において、反射ミラーの回転変動角からパターン像の位置ずれ量および回転ずれ量を求め、さらにパターン像の位置ずれ量および回転ずれ量からマスク２の所要補正量を求めている。しかしながら、パターン像の移動量（位置ずれ量および回転ずれ量）を求めることなく、反射ミラーの回転変動角からマスク２の所要補正量を直接求めることもできる。この場合、たとえば所定の演算式に基づく演算を行うことによって、あるいは所定のメモリテーブルを参照することによって、パターン像の移動量やマスク２の所要補正量を求めることもできる。
また、第１実施例では、マスク２のみを移動させて、パターン像の位置ずれおよび回転ずれを補正することによって、パターン像とウエハとの位置合わせを行っている。しかしながら、ウエハ４のみを移動させて、基準結像位置から移動して形成されたパターン像に対してウエハ４を位置合わせすることによって、パターン像とウエハとの位置合わせを行うこともできる。上述の具体的構成例においてウエハ４のみを移動させる場合、６７３ｎｍ（パターン像の位置ずれ量）だけ−Ｘ方向に沿ってウエハ４を移動させるとともに、パターン像の回転ずれ量と同じ角度すなわち２’’だけＺ軸の時計回りにウエハ２を回転させることになる。
また、マスク２およびウエハ４の双方を移動させて、パターン像とウエハとの位置合わせを行うこともできる。上述の具体的構成例においてマスク２およびウエハ４を移動させる場合、２６９２ｎｍだけ＋Ｘ方向に沿ってマスク２を移動させてパターン像の位置ずれを補正するとともに、Ｚ軸の時計回りに２’’だけウエハ２を回転させて基準結像位置から回転ずれして形成されたパターン像に対してウエハ４を位置合わせすることができる。あるいは、Ｚ軸の反時計回りに２’’だけマスク２を回転させてパターン像の回転ずれを補正するとともに、６７３ｎｍだけ−Ｘ方向に沿ってウエハ４を移動させて基準結像位置から位置ずれして形成されたパターン像に対してウエハ４を位置合わせすることもできる。
さらに、第１実施例の具体的構成例では、第１検出系１３が第１反射ミラーＭ１のＺ軸回りの回転変動角を検出し、第２検出系１４が第２反射ミラーＭ２のＹ軸回りの回転変動角を検出している。そして、第１反射ミラーＭ１のＺ軸回りの回転変動および第２反射ミラーＭ２のＹ軸回りの回転変動に起因して、パターン像がＸ方向に位置ずれするとともにＺ軸回りに回転ずれしている。しかしながら、検出系により検出される反射部材の基準位置からの変動量は、反射部材の所定軸線回りの回転変動角に限定されることなく、必要に応じて他の軸線回りの回転量や三次元的な移動量のような変動量を含む概念である。
一般に、１つまたは複数の反射部材が３つの軸線回りに回転変動したり三次元的に位置変動すると、パターン像の三次元的に位置ずれしたり３つの軸線回りに回転ずれすることが考えられる。この場合、マスクステージやウエハステージは、必要に応じて三次元的な移動自由度および３つの軸線回りの回転自由度を備えなければならない。具体的は、ＸＹステージおよびＺ軸回りの回転ステージに加えて、Ｚ方向に移動可能なＺステージおよびＸ軸回りおよびＹ軸回りに回転可能なレベリングステージが必要となる。
なお、反射部材の回転変動の影響が特に支配的な場合には、反射部材の反射面においてその法線と直交する２つの軸線回りの回転変動角を検出することになる。この場合、第１実施例の第１反射ミラーＭ１の反射面においてＸ軸に平行なＸ’軸とＹ軸に平行なＹ’軸とからなる局部座標を設定し、第１反射ミラーＭ１のＸ’軸回りの回転変動角およびＹ’軸回りの回転変動角を検出する。また、第１実施例の第２反射ミラーＭ２の反射面においても同様に、Ｘ軸に平行なＸ’軸とＹ軸に平行なＹ’軸とからなる局部座標を設定し、第２反射ミラーＭ２のＸ’軸回りの回転変動角およびＹ’軸回りの回転変動角を検出する。
第８図は、本発明の第２実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、第９図は、第８図で図示を省略したマスクステージおよびマスクステージ計測系の構成を概略的に示す上面図である。さらに、第１０図は、第８図で図示を省略したウエハステージおよびウエハステージ計測系の構成を概略的に示す上面図である。
第１実施例は第２実施例と類似の構成を有するが、第２実施例ではマスクステージの位置情報およびウエハステージの位置情報をも考慮してマスクとウエハとの位置合わせを行っている点だけが第１実施例と相違している。したがって、第８図において、第１実施例の構成要素と同様の機能を有する要素には第１図と同じ参照符号を付している。以下、第１実施例との相違点に着目して第２実施例を説明する。
第９図を参照すると、マスク２は、マスクホルダ９１を介してＸＹ平面内においてマスクステージ９２上に支持されている。マスクステージ９２は、ＸＹ平面内において二次元的に移動可能なＸＹステージおよびＺ軸回りに回転可能な回転ステージ等から構成されている。また、マスクステージ９２のＸＹ座標およびＺ軸回りの回転量は、マスクステージ計測系１６（第８図参照）により常時計測されている。
マスクステージ計測系１６では、ＸＺ平面に平行でＸ方向に沿って長く延びた反射面を有するミラー９３がマスクステージ９２に固定されている。また、＋Ｘ方向に沿って入射するビームをＺ方向に平行移動させて−Ｘ方向に沿って射出するように構成された２つのコーナーキューブプリズム９４および９５がＹ方向に間隔を隔ててマスクステージ９２に固定されている。
さらに、マスクステージ計測系１６は、ミラー９３の反射面に対して垂直にビームを入射させて得られた反射ビームを参照ビームと干渉させるレーザ干渉計９６を備えている。また、コーナーキューブプリズム９４および９５に対してＸ方向に沿ってビームを入射させて得られた反射ビームを参照ビームと干渉させるレーザ干渉計９７および９８を備えている。なお、レーザ干渉計９６〜９８は、マスクステージ９２から隔絶された適当な支持体によって支持されている。こうして、マスクステージ計測系１６では、レーザ干渉計９６の出力に基づいて、マスクステージ９２のＹ方向移動量すなわちＹ座標を計測することができる。また、レーザ干渉計９７の出力とレーザ干渉計９８の出力とに基づいて、マスクステージ９２のＸ方向移動量すなわちＸ座標およびマスクステージ９２のＺ軸回りの回転量を計測することができる。マスクステージ計測系１６で計測されたマスクステージ９２の位置情報は、演算系１５に供給される。
一方、第１０図を参照すると、ウエハ４は、ウエハホルダ１０１を介してＸＹ平面内においてウエハステージ１０２上に支持されている。ウエハステージ１０２は、ＸＹ平面内において二次元的に移動可能なＸＹステージおよびＺ軸回りに回転可能な回転ステージ等から構成されている。また、ウエハステージ１０２のＸＹ座標およびＺ軸回りの回転量は、ウエハステージ計測系１７（第８図参照）により常時計測されている。
ウエハステージ計測系１７では、ＸＺ平面に平行でＸ方向に沿って長く延びた反射面を有するミラー１０３がウエハステージ１０２に固定されている。また、ＹＺ平面に平行でＹ方向に沿って長く延びた反射面を有するミラー１０４がウエハステージ１０２に固定されている。
さらに、ウエハステージ計測系１７は、ミラー１０３の反射面に対して垂直にビームを入射させて得られた反射ビームを参照ビームと干渉させるレーザ干渉計１０５を備えている。また、Ｙ方向に間隔を隔てた２本のビームをミラー１０４の反射面に対して垂直に入射させて得られた２つの反射ビームを干渉させるレーザ干渉計１０６を備えている。さらに、ウエハ４の露光フィールドＥＦの中心に向かってミラー１０４の反射面に対して垂直にビームを入射させて得られた反射ビームを参照ビームと干渉させるレーザ干渉計１０７を備えている。
なお、レーザ干渉計１０５〜１０７は、ウエハステージ１０２から隔絶された適当な支持体によって支持されている。こうして、ウエハステージ計測系１７では、レーザ干渉計１０５の出力に基づいて、ウエハステージ１０２のＹ方向移動量すなわちＹ座標を計測することができる。また、レーザ干渉計１０６の出力に基づいて、ウエハステージ１０２のＺ軸回りの回転量を計測することができる。さらに、レーザ干渉計１０７の出力に基づいて、ウエハステージ１０２のＸ方向移動量すなわちＸ座標を計測することができる。ウエハステージ計測系１７で計測されたウエハステージ１０２の位置情報は、演算系１５に供給される。
第２実施例では、第８図に示すように、マスクステージ計測系１６の出力およびウエハステージ計測系１７の出力が、第１検出系１３の出力および第２検出系１４の出力とともに、演算系１５に供給される。演算系１５では、第１検出系１３で検出された第１反射ミラーＭ１の回転変動角と第２検出系１４で検出された第２反射ミラーＭ２の回転変動角とに基づいて求められたパターン像の基準結像位置からの位置ずれ量および回転ずれ量と、マスクステージ計測系１６で計測されたマスクステージの位置情報と、ウエハステージ計測系１７で計測されたウエハステージの位置情報とに基づいて、投影光学系３に対してマスク２とウエハ３とを実質的に位置合わせするのに必要なマスク２の補正量を求める。
演算系１５で求められた補正量情報は、制御系１１に供給される。制御系１１は、演算系１５から供給された補正量情報に基づいて、駆動系１２を介してマスクステージを駆動制御する。こうして、マスク２が所要補正量だけ移動し、パターン像の基準結像位置からの位置ずれおよび回転ずれが実質的に補正されるとともに、マスクステージとウエハステージとの相対位置ずれに起因するマスク２とウエハ４との相対位置ずれも実質的に補正される。その結果、投影光学系３に対するマスク２とウエハ４との位置合わせが良好に行われる。
こうして、第２実施例においても第１実施例と同様に、マスク２とウエハ４との間の光路中に余分な光学部材を介在させることなく、反射屈折型の投影光学系３中に配置された反射部材Ｍ１およびＭ２の位置変動に起因するマスクパターン像の位置ずれや回転ずれ並びにマスクステージとウエハステージとの相対位置ずれに応じてマスク２とウエハ４との位置合わせを露光中においても随時行うことができる。その結果、スキャン露光中に反射部材Ｍ１およびＭ２の位置が変動してマスクパターン像の位置ずれや回転ずれが起こっても、マスクステージとウエハステージとの相対位置ずれが起こっても、マスク２とウエハ４との位置合わせをスキャン露光中に随時行うことにより、常に良好な位置合わせ状態において良好な半導体デバイスを製造することができる。
なお、第２実施例においても第１実施例と同様に、ウエハ４のみを移動させることによって、あるいはマスク２およびウエハ４を移動させることによって、投影光学系３に対するマスク２とウエハ４との位置合わせを行うことができる。
また、上述の各実施例では、投影光学系が２つの反射ミラー（光路偏向部材）を含む露光装置を例にとって本発明を説明したが、反射ミラーの数および配置は第１実施例に限定されることがない。
さらに、上述の各実施例では、投影光学系として反射屈折型光学系を適用しているが、本発明では少なくとも１つの反射部材を有する光学系、例えば反射型光学系や光路折り曲げミラーを有する屈折型光学系などにも適用することができる。
また、上述の各実施例では、投影光学系に対してマスクおよびウエハを同期的に移動させながらスキャン露光することによってウエハの各露光領域にマスクパターンを転写する、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例にとって本発明を説明している。しかしながら、投影光学系に対してウエハだけを二次元的にステッピング移動させながらウエハの各ショット領域にマスクパターンを逐次転写する、いわゆるステップ・アンド・リピート方式の露光装置や他の方式の露光装置に対しても本発明を適用することができる。
さらに、上述の各実施例では、照明光学系の光源としてＡｒＦエキシマレーザー光源を用いているが、その代わりにＦ２エキシマレーザー光源（波長１５７ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザー光源（波長２４８ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を供給する水銀ランプや１３ｎｍの軟Ｘ線波長域の電磁波を供給するものなどを適用することができる。
第１１図は、本発明の第３実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
第１１図に示される露光装置は、露光用の照明光として波長５〜１５ｎｍ程度の軟Ｘ線領域の光（ＥＵＶ光）を用いて、ステップ・アンド・スキャン方式により露光動作を行う投影露光装置である。なお、第１１図においては、投影原版としての反射型マスク２の縮小像をウエハ４上に形成する反射縮小投影光学系系の光軸方向をＹ方向とし、このＹ方向と直交する紙面内方向をＺ方向とし、これらＹＺ方向と直交する紙面垂直方向をＸ方向とする。
この投影露光装置は、投影原版（レチクル）としての反射型マスク２に描画された回路パターンの一部の像を反射縮小投影光学系３を介して感光性基板としてのウエハ４上に投影しつつ、マスク２とウエハ４とを反射縮小投影光学系３に対して１次元方向に相対走査することによって、反射型マスク２の回路パターンの全体をウエハ４上の複数のショット領域の各々にステップアンドスキャン方式で転写するものである。
ここで、本実施形態における露光用の照明光であるＥＵＶ光は、大気に対する透過率が低いため、ＥＵＶ光が通過する光路は図示無き真空チャンバにより覆われて外気より遮断されている。
まず、第１１図における照明光学系系１について説明する。
レーザ光源１００は、赤外域〜可視域の波長のレーザ光を供給する機能を有し、例えば半導体レーザ励起によるＹＡＧレーザやエキシマレーザなどを適用できる。このレーザ光は集光光学系１０１により集光されて、位置１０２に集光する。ノズル１０３は気体状の物体を位置１０２へ向けて噴出し、この噴出された物体は位置１０２において高照度のレーザ光を受ける。このとき、噴出された物体がレーザ光のエネルギで高温になり、プラズマ状態に励起され、低ポテンシャル状態へ遷移する際にＥＵＶ光を放出する。
この位置１０２の周囲には、集光光学系を構成する楕円鏡１０４が配置されており、この楕円鏡１０４は、その第１焦点が位置１０２とほぼ一致するように位置決めされている。楕円鏡１０４の内表面には、ＥＵＶ光を反射するための多層膜が設けられており、ここで反射されたＥＵＶ光は、楕円鏡１０４の第２焦点で一度集光した後、集光光学系を構成する放物面鏡１０５へ向かう。放物面鏡１０５は、その焦点が楕円鏡１０４の第２焦点位置とほぼ一致するように位置決めされており、その内表面には、ＥＵＶ光を反射するための多層膜が設けられている。
放物面鏡１０５から射出されるＥＵＶ光は、ほぼコリメートされた状態でオプティカルインテグレータとしての反射型フライアイ光学系１０６ａ，１０６ｂへ向かう。反射型フライアイ光学系１０６ａ，１０６ｂは、複数の反射面を集積してなる第１の反射素子群１０６ａと、第１の反射素子群１０６ａの複数の反射面と対応した複数の反射面を有する第２の反射素子群１０６ｂとで構成されている。これら第１及び第２の反射素子群１０６ａ，１０６ｂを構成する複数の反射面上にもＥＵＶ光を反射させるための多層膜が設けられている。
放物面鏡１０５からのコリメートされたＥＵＶ光は、第１の反射素子群１０６ａにより波面分割され、各々の反射面からのＥＵＶ光が集光されて複数の光源像が形成される。これら複数の光源像が形成される位置の近傍のそれぞれには、第２の反射素子群１０６ｂの複数の反射面が位置決めされており、これら第２の反射素子群１０６ｂの複数の反射面は、実質的にフィールドミラーの機能を果たす。このように、反射型フライアイ光学系１０６ａ，１０６ｂは、放物面鏡１０５からの略平行光束に基づいて、２次光源としての多数の光源像を形成する。尚、このような反射型フライアイ光学系１０６については、本願出願人による特願平１０−４７４００号に提案されている。なお、本実施形態において、２次光源の形状を制御するために、第２の反射素子１０６ｂ近傍にσ絞りを設けることが好ましい。
さて、反射型フライアイ光学系１０６ａ，１０６ｂにより形成された２次光源からのＥＵＶ光は、この２次光源位置の近傍が焦点位置となるように位置決めされたコンデンサミラー１０７へ向かい、このコンデンサミラー１０７にて反射集光された後に、光路折り曲げミラー１０８を介して、反射型マスク２上に達する。これらコンデンサミラー１０７及び光路折り曲げミラー１０８の表面には、ＥＵＶ光を反射させる多層膜が設けられている。そして、コンデンサミラー１０７は、２次光源から発するＥＵＶ光を集光して、反射型マスク２を重畳的に均一照明する。
なお、本実施形態では、反射型マスク２へ向かう照明光と、該反射型マスク２にて反射されて投影系３へ向かうＥＵＶ光との光路分離を空間的に行うために、照明系は非テレセレトリック系であり、かつ反射縮小投影光学系３もマスク側非テレセントリックな光学系としている。
さて、反射型マスク２上には、ＥＵＶ光を反射する多層膜からなる反射膜が設けられており、この反射膜は、感光性基板としてのウエハ４上へ転写すべきパターンの形状に応じたパターンとなっている。この反射型マスク２にて反射されて、反射型マスク２のパターン情報を含むＥＵＶ光は、反射縮小投影光学系系３に入射する。
反射縮小投影光学系３は、光路折り曲げ鏡としてのミラーＭ１、凹面鏡Ｍ２、凸面鏡Ｍ３、及び凹面鏡Ｍ４から構成されている。なお、反射縮小投影光学系３を構成するミラーＭ１〜Ｍ４は、基材上にＥＵＶ光を反射する多層膜を設けたものからなる。
反射型マスク２にて反射されたＥＵＶ光は、反射縮小投影光学系３を通過して、ウエハ２上の円弧形状の露光領域内に、所定の縮小倍率β（例えば｜β｜＝１／４，１／５，１／６）のもとで反射型マスク２のパターンの縮小像を形成する。
また、反射型マスク２は少なくともＹ方向及びＺ軸を中心とした回転方向に沿って移動可能なマスクステージ２Ｓにより支持されており、ウエハ４はＸＹＺ方向に沿って移動可能なウエハステージ４Ｓにより支持されている。これらのマスクステージ２Ｓ及びウエハステージ４Ｓの移動は、それぞれマスクステージ駆動系１２及びウエハステージ駆動系（負図示）により達成される。露光動作の際には、照明系１により反射型マスク２に対してＥＵＶ光を照射しつつ、反射縮小投影光学系３に対して反射型マスク２及びウエハ４を、投影系３の縮小倍率により定まる所定の速度比で移動させる。これにより、ウエハ４上の所定のショット領域内には、反射型マスク２のパターンが走査露光される。
さて、本実施形態において、マスクステージ２ＳのＸＹ座標及びＺ軸周りの回転量は、マスクステージ計測系１６により常時計測されており、この計測されたマスクステージ２Ｓの位置情報は、演算系１５へ供給される。また、ウエハステージ４ＳのＸＹ座標及びＺ軸周りの回転量は、ウエハステージ計測系１７により常時計測されており、この計測されたウエハステージ４Ｓの位置情報は、演算系１５へ供給される。
また、投影系としての反射縮小投影光学系３のミラーＭ１の回転変動角および位置ずれ量に関しては、検出系１３により検出されて演算系１５へ出力される。演算系１５では、前述の第２実施例と同様に、検出系１３で検出された反射ミラーＭ１の回転変動角および位置ずれ量に基づいて求められたパターン像の基準結像位置からの位置ずれ量及び回転ずれ量と、マスクステージ計測系１６で計測されたマスクステージ４Ｓの位置情報と、ウエハステージ計測系で計測されたウエハステージの位置情報とに基づいて、投影系３に対してマスク２とウエハ４とを実質的に位置合わせするのに必要なマスク２の補正量を求める。
演算系１５で求められた補正量情報は、制御系１１に供給される。制御系１１は、演算系１５から供給された補正量情報に基づいて、駆動系１２を介してマスクステージを駆動制御する。こうして、マスク２が所要補正量だけ移動し、パターン像の基準結像位置からの位置ずれおよび回転ずれが実質的に補正されるとともに、マスクステージとウエハステージとの相対位置ずれに起因するマスク２とウエハ４との相対位置ずれも実質的に補正される。その結果、投影系３に対するマスク２とウエハ４との位置合わせが良好に行われる。
なお、第３実施例においても第１及び第２実施例と同様に、ウエハ４のみを移動させることによって、あるいはマスク２およびウエハ４を移動させることによって、投影光学系３に対するマスク２とウエハ４との位置合わせを行うことができる。
また、上述の各実施例では、投影光学系中の光路偏向部材（光路折り曲げ鏡）としての平面鏡の回転変動角を検出したが、本発明は、回転変動角を検出するミラーがパワーを持つミラー（凹面鏡、凸面鏡）であっても、そのミラーが光軸を折り曲げている場合であれば適用できる。なお、この場合、像の位置変動や回転ずれだけではなく、収差状態の変化を招く恐れがあるが、収差状態の変化が許容量以内である場合には、そのままマスクおよび感光性基板の少なくとも一方の位置を移動させることにより、良好な位置合わせ状態および収差補正状態のもとで露光を実現することができる。また、収差状態の変化が許容量を超える場合には、投影光学系を構成する光学部材のうちの一部を移動させて収差状態を補正すれば良い。
第１２図は、本発明の第４実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
第１２図に示される露光装置は、マスク２上に形成される回路パターンの等倍像をガラス基板上に感光性材料が塗布された感光性基板４上に投影し、マスク２と感光性基板４とを等倍の投影光学系３に対して相対的に移動させつつ露光を行う投影露光装置である。このような方式の投影露光装置としては、例えば米国特許第５，２９８，９３９号公報に開示されている。
第１２図では、マスク２の回路パターン形成面がＸＹ平面となるように座標系が設定されており、Ｘ軸が紙面垂直方向、Ｙ軸が紙面内方向、そしてＺ軸がＸＹ平面に直交しかつ四面内方向に設定されている。
図示の露光装置は、転写すべきパターンが形成されたマスク２を均一に照明するための照明光学系１を備えている。この照明光学系としては上記米国特許第５，２９８，９３９号公報に開示されているものと同様のものを用いることができるため、ここでは説明を省略する。なお、照明光学系１がマスク２上に形成する照野（照明領域）は、例えばＸ方向に延びた底辺を有しかつ該底辺よりも−Ｙ方向側に上辺を有する台形状とすることができる。
マスク２は、上述の実施例と同様にＸＹ平面内において二次元的に移動可能なＸＹステージとＺ軸周りに回転可能なθステージ（回転ステージ）とを有するマスクステージ２Ｓにより支持されている。
投影光学系３は、マスク２の等倍の中間像を形成する第１結像系３Ａと、該中間像を感光性基板４上に等倍で再結像させる第２結像系３Ｂとからなる。そして、第１結像系３Ａは、光路折り曲げ鏡Ｍ１と、レンズ群３Ａ１と、凹面鏡Ｍ３とからなり、第２結像系３Ｂは、光路折り曲げ鏡Ｍ２と、レンズ群３Ｂ１と、凹面鏡Ｍ４とからなる。マスク２のパターンを透過した光は、光路折り曲げ鏡Ｍ１で反射されて＋Ｙ方向へ進行した後、レンズ群３Ａ１を経て凹面鏡Ｍ３にて反射され、再びレンズ群３Ａ１を経て光路折り曲げ鏡Ｍ１にて反射されて−Ｚ方向に進行し、マスク２の等倍の中間像（横倍率＝−１）を形成する。この中間像からの光は、光路折り曲げ鏡Ｍ２で反射されて＋Ｙ方向へ進行した後、レンズ群３Ｂ１を経て凹面鏡Ｍ４にて反射され、再びレンズ群３Ａ２を経て光路折り曲げ鏡Ｍ２にて反射されて−Ｚ方向に進行し、マスク２の等倍の２次像（横倍率＝＋１）を感光性基板４上に形成する。
感光性基板４は、上述の実施例と同様にＸＹ平面内において二次元的に移動可能なＸＹステージとＺ軸周りに回転可能なθステージ（回転ステージ）とを有する基板ステージ４Ｓにより支持されている。この基板ステージ４Ｓは制御系１１からの指令に基づいて駆動系１２を介して駆動制御される。
従って、投影光学系３に対してマスク２および感光性基板４をＹ方向に沿って一体に移動させながら走査露光を行うことにより、感光性基板４上のＹ方向に延びた露光領域にマスクパターンを転写できる。その後、マスク２および感光性基板４を一体にＸ方向へ移動（ステップ動作）させ、上記走査露光を繰り返すことにより、感光性基板４上の全ての領域に対してマスクパターンを転写することができる。
第４実施例では、投影光学系３中に配置された光路折り曲げ鏡としての第１反射ミラーＭ１の基準位置からの変動量を検出するための第１検出系１３と、光路折り曲げ鏡としての第２ミラーＭ２の基準位置からの変動量を検出するための第２検出系１４とを備えている。また、第４実施例では、第２実施例と同様に、マスクステージ２Ｓの座標位置を計測するマスクステージ計測系１６と、基板ステージ４Ｓの座標位置を計測する基板ステージ計測系１７とを備えている。これら第１および第２検出系１３、１４、マスクステージ計測系１６、および基板ステージ計測系１７からの出力は演算系１５に供給される。演算系１５は、第２実施例と同様に、第１および第２計測系１３、１４で計測された第１および第２反射ミラーＭ１，Ｍ２の回転変動角に基づいて求められたパターン像の基準結像位置からの位置ずれ量および回転ずれ量と、マスクステージ計測系１６で計測されたマスクステージ２Ｓの位置情報と、基板ステージ計測系１７で計測された基板ステージの位置情報とに基づいて、投影光学系３に対してマスク２と感光性基板４とを実質的に位置合わせするのに必要な感光性基板４の補正量を求める。
演算系で求められた補正量情報は、制御系１１に供給される。制御系１１は、演算系１５から供給された補正量情報に基づいて、駆動系１２を介して基板ステージ４Ｓを駆動制御する。こうして、感光性基板４が所要補正量だけ移動し、パターン像の基準結像位置からの位置ずれおよび回転ずれが実質的に補正されると共に、マスクステージ２Ｓとウエハステージ４Ｓとの相対位置ずれに起因するマスク２と感光性基板４との相対位置ずれも実質的に補正される。その結果、投影光学系３に対するマスク２と感光性基板４との位置合わせが良好に行われる。
なお、第４実施例では、複数の単位露光領域を継ぎ露光をして大面積の露光領域を得ている。ここで、単位露光領域同士の継ぎ精度をさらに向上させるためには、走査露光時において、マスク２および感光性基板４のうち少なくとも一方の移動方向を、Ｙ方向だけではなく、パターン像の回転方向に合わせて＋Ｘ方向あるいは−Ｘ方向の移動量成分も付加することが好ましい。
なお、上述の各実施例においては、投影光学系中に配置された反射部材の位置変動に起因するパターン像の位置ずれや回転ずれに応じたマスクおよび感光性基板の位置補正を常時行うものとしたが、この補正は常時行う必要はない。
例えば、感光性基板上の１つのショット領域に対する露光後に次のショット領域へ移動させる動作中に補正することや、感光性基板の交換時に補正することや、マスク交換時に補正することなどが考えられる。
また、常に検出系によって反射部材の位置変動をモニタしておき、反射部材の位置変動量が所定の許容量を超えた場合に補正してもよい。この変形例について例えば第１１図参照して説明する。第１１図において、演算部１５内に反射部材の位置変動に関する許容量を記憶しておき、検出系１３が検出する位置変動量がこの許容量に達したか否かについて円残部１５で判断する。そして、許容量以内であれば、マスクおよび感光性基板の少なくとも一方の位置補正をせず、許容量を超える場合には、位置変動量からマスクおよび感光性基板の少なくとも一方の補正量を算出し、移動させる。なお、許容量を超えた場合には、円残部１５に接続されている表示部としてのディスプレイ１８に、許容量を超えていることを表示させることが好ましい。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明の露光装置又は露光方法によれば、マスクと感光性基板であるウエハとの間の光路中に余分な光学部材を介在させることなく、反射屈折型の投影光学系中に配置された反射部材の位置変動に起因するパターン像の位置ずれや回転ずれに応じてマスクとウエハとの位置合わせを露光中においても随時行うことができる。したがって、露光中に反射部材の位置が変動してパターン像の位置ずれや回転ずれが起こっても、マスクとウエハとの位置合わせを露光中に随時行うことにより、常に良好な位置合わせ状態において良好な半導体デバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
第２図は、第１図の第１反射ミラーＭ１がＺ軸の時計回りに基準位置から回転変動する様子を示す図である。
第３図は、第１反射ミラーＭ１が回転変動したときの露光フィールドＥＦの全体移動や像点Ｐ１およびＰ２の移動を示す図である。
第４図は、第１図の第２反射ミラーＭ２がＹ軸の時計回りに基準位置から回転変動する様子を示す図である。
第５図は、第２反射ミラーＭ２が回転変動したときの露光フィールドＥＦの全体移動や像点Ｐ１およびＰ２の移動を示す図である。
第６Ａ，６Ｂ及び６Ｃ図は、反射ミラーの回転変動角を検出する検出系の具体的な構成を概略的に示す斜視図である。
第７図は、本発明の露光装置を用いてウエハ上に所定の回路パターンを形成するための各工程を説明するフローチャートである。
第８図は、本発明の第２実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
第９図は、第８図で図示を省略したマスクステージおよびマスクステージ計測系の構成を概略的に示す上面図である。
第１０図は、第８図で図示を省略したウエハステージおよびウエハステージ計測系の構成を概略的に示す上面図である。
第１１図は、本発明の第３実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
第１２図は、本発明の第４実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。

Claims (9)

1. マスク上のパターンを感光性基板に転写する露光装置であって、
   照明光学系と、
   前記マスクと前記感光性基板との間の光路中に配置されて、互いに交差する複数の光軸を有し、前記照明光学系により照明された前記マスク上の前記パターンの像を感光性基板に投影する投影光学系と、
   前記投影光学系に取り付けられた反射部材と光学的に接続されて、該反射部材の基準位置からの変動量を検出するための検出系と、
   該検出系と接続されて、前記検出系で検出された前記変動量に基づいて、前記投影光学系の基準結像位置から移動した状態で形成される前記パターン像と前記感光性基板とを実質的に位置合わせするための、前記マスク及び前記感光性基板の少なくとも一方に関する補正量を求めるための演算系と、
   前記演算系に接続されて、前記演算系で求められた前記補正量に基づいて、前記マスク及び前記感光性基板のうちの少なくとも一方を移動させるための移動系とを含むことを特徴とする露光装置。
2. 前記反射部材は、前記マスクから前記感光性基板へ向かう光束を反射するように前記投影光学系に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記反射部材は、前記マスクから前記感光性基板へ向かう光束を反射する反射面を有し、かつ該反射面と異なる箇所で前記検出系と光学的に接続さ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. 前記反射部材は、前記検出系と光学的に接続される位置に存在する検出光反射面を有し、
   該検出光反射面は前記投影光学系の外側に向けられていることを特徴とする請求項３記載の露光装置。
5. 前記検出系による前記変動量の検出、前記演算系による前記補正量の算出、及び前記移動系による前記マスク及び前記感光性基板のうちの少なくとも一方の移動は、前記マスク上の前記パターンを前記感光性基板に転写する前に実行されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の露光装置。
6. 前記検出系による前記変動量の検出、前記演算系による前記補正量の算出、及び前記移動系による前記マスク及び前記感光性基板のうちの少なくとも一方の移動は、前記マスク上の前記パターンの前記感光性基板への転写中において随時実行されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の露光装置。
7. 前記演算系は、前記検出系により検出された前記変動量が許容される量であるか否かを判断し、
   許容されない量である場合には、前記マスク及び前記感光性基板のうちの少なくとも一方の移動を前記移動系に指示することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の露光装置。
8. 前記移動系は、
   前記マスクを保持し且つ前記投影光学系に対して移動可能なマスクステージと、
   該マスクステージの位置を計測するためのマスクステージ計測系と、
   前記感光性基板を保持し且つ前記投影光学系に対して移動可能な基板ステージと、
   該基板ステージの位置を計測するための基板ステージ計測系とを含み、
   前記演算系は、前記マスクステージ計測系による位置情報及び前記基板ステージ計測系による位置情報を考慮して前記マスク及び前記感光性基板の少なくとも一方に関する補正量を求めることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項記載の露光装置。
9. 前記投影光学系に対して前記マスクステージ及び前記基板ステージを所定方向に沿って同期的に移動させながら、前記感光性基板の露光領域に前記マスクのパターンを転写することを特徴とする請求項８記載の露光装置。

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