JPH11345761A

JPH11345761A - 走査型露光装置

Info

Publication number: JPH11345761A
Application number: JP10166320A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ota; 和哉太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-12-14
Also published as: US20020017616A1; US6485153B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基板の位置検出精度を向上して、マスクと基
板の重ね合せ精度の向上を図る。【解決手段】投影光学系ＰＯが、該投影光学系の光軸
ＡＸから偏心した位置に露光光の反射領域が配置される
とともに、該反射領域の光軸側に露光光の光路を含む空
間部が設定された特定の反射光学素子Ｍ１を含んで構成
され、前記空間部の一部に基板Ｗの位置を検出する位置
検出装置としてのアライメント顕微鏡ＡＬＧを配置して
いる。このため、アライメント顕微鏡ＡＬＧを露光光
（結像光束）の光路の近傍、すなわち照明領域の近くに
配置することができ、これにより該アライメント顕微鏡
ＡＬＧの対物レンズから基板Ｗへの距離を短く設定する
ことができる。従って、大Ｎ．Ａ．の対物レンズの使用
等により基板の位置検出精度を向上させることができ、
結果的にマスクＲと基板Ｗの重ね合せ精度を向上するこ
とが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型露光装置に
係り、更に詳しくは半導体素子等を製造するためのリソ
グラフィ工程で用いられる走査型露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＬＳＩ等を製造するリソグラ
フィ工程においては、いわゆるステッパあるいはいわゆ
るスキャニング・ステッパ等の縮小投影露光装置が主と
して用いられており、近時においてはより高精度かつ大
面積の露光が可能なスキャニング・ステッパが主流とな
りつつある。

【０００３】昨今の殆どのこの種の露光装置では、投影
光学系を介さないでウエハ上のアライメントマークを検
出するオフアクシス方式のウエハアライメント系が投影
光学系の脇に配置されている。主たる理由は、次の通り
である。

【０００４】露光装置においては、投影光学系は露光波
長の光に対して結像特性が調整されていることから、投
影光学系を介するオンアクシス方式のウエハアライメン
ト系を採用する場合には、投影光学系を透過可能な露光
波長に近い波長の光をアライメント光として採用しなけ
ればならない。しかし、露光光の短波長化に伴って、投
影光学系を透過可能でかつアライメント時にウエハ上の
レジストを感光させないような光の選択は非常に困難と
なってきた。このため、露光波長に無関係にアライメン
ト波長を定めることができるオフアクシス方式のウエハ
アライメント系が採用されたものである。これと同様の
理由により、オートフォーカスセンサも投影光学系の脇
に配置されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の縮小投
影露光装置では、投影光学系の先玉の脇に潜り込ませる
ような状態で、Ｌ字状のアライメント光学系ユニットを
配置することにより、直筒のアライメント光学系ユニッ
トを配置する場合に比べて、アライメント光学系ユニッ
トの検出中心とレチクルパターンの転写位置（通常投影
光学系の光軸中心で代表的に表される）との距離、すな
わちいわゆるベースライン距離を短くすることができ
る。ベースライン距離の長短はマーク検出精度の安定性
に影響するため、このような配置が一般的である。

【０００６】しかしながら、このような配置にすると、
アライメント光学系のＮ．Ａ．（開口数）を大きくする
ことができず、このため、マーク検出の精度向上がなか
なか困難であった。

【０００７】すなわち、露光装置の解像力向上のために
は、投影光学系のＮ．Ａ．を大きく、例えば０．６以上
にする必要がある。一般に、対物レンズとウエハ表面と
の間の距離（いわゆるワーキングディスタンス）を長く
すると、対物レンズの口径も大きくしなければならな
い。一方、従来の露光装置では複数のレンズエレメント
で構成されたアライメント光学系の対物レンズをウエハ
に対して鉛直方向に配置するだけのスペースが得られな
いため、その対物レンズをミラー又はプリズムで折り返
した後の光路上に配置する他なく、対物レンズからウエ
ハ表面までの距離が必然的に長くなっていた。大口径の
対物レンズを小さな収差で作製することは容易でなく、
たとえ作製できたとしても投影光学系が邪魔になって配
置することができない。結果的に小Ｎ．Ａ．の対物レン
ズを使用する他なかったのである。

【０００８】また、昨今の縮小投影露光装置では、対プ
ロセス性を向上させるため、検出方式の異なるアライメ
ント検出系、例えばＦＩＡ（Field Image Alignment ）
方式、ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment ）方
式、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）方式のアライメン
ト検出系をアライメント光学系ユニット内に組み込んで
いるが、かかる検出方式の異なる検出系を一つのユニッ
ト内に組み込む場合には、ビームスプリッタにより光路
を分岐させることが必要となる。このため、光学系の構
成が複雑になるとともに、アライメントビームの光量が
低下するという不都合があり、検出精度の更なる向上の
障壁となっていた。すなわち、対プロセス性の向上と検
出精度の更なる向上とを同時に満足させることは簡単で
はなかった。

【０００９】また、オートフォーカスセンサについて見
てみると、光軸中心からある程度離れた位置に送光系、
受光系を配置する必要から、振動あるいは熱変形等によ
り両者の相対位置関係に狂いが生じ易く、この狂いが生
じると正確な検出が困難となり、安定性に欠けるという
不都合があった。また、同様の理由から、対物レンズと
して小Ｎ．Ａ．でかつある程度の口径を有するものを用
いざるを得なかった。

【００１０】このように、従来のスキャニング・ステッ
パでは、ウエハの位置検出精度の更なる向上のために
は、種々の解決すべき課題が山積していた。

【００１１】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その目的は、基板の位置検出精度を向上して、マス
クと基板の重ね合せ精度の向上を図ることができる走査
型露光装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】ところで、最近、実用最
小線幅（デバイスルール）１００ｎｍ〜７０ｎｍの回路
パターンを基板（ウエハ）に転写するための次次世代の
露光装置として、波長５〜２０ｎｍのＥＵＶ（Extreme
Ultraviolet）光を露光光として用いるＥＵＶ露光装置
の開発が開始されるに至っている。このＥＵＶ露光装置
では、ＥＵＶ光を透過させる光学素子が存在しないこと
から、必然的に反射レチクル及びオール反射型の投影光
学系を用いる必要がある。オール反射の投影光学系は一
般にリングフィールドと呼ばれる円弧状の照明領域を有
し、照明光束の通り道が投影光学系の光軸に対して偏心
しているのが特徴である。従って、投影光学系を構成す
る全ての反射光学素子を光軸中心を中心として同軸に配
置した場合には、大部分のミラーには照明光束の反射と
いう本来の目的に用いない不要な領域、すなわち当初か
らなくても良い領域、あるいは切除しても良い領域が存
在することになる。一部に屈折光学素子を含む投影光学
系であっても、結像光束の光路が投影光学系の光軸に対
して偏心している場合には、同様である。本発明は、か
かる点に着目し、以下のような構成を採用する。すなわ
ち、

【００１３】本発明に係る第１の走査型露光装置は、マ
スク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを同期移動して前記マスクの
パターンを投影光学系（ＰＯ）を介して前記基板上に転
写する走査型露光装置において、前記投影光学系が、少
なくとも一部に反射光学素子（Ｍ１〜Ｍ４）を含み、前
記反射光学素子の内の少なくとも１つ（Ｍ１）は、前記
投影光学系の光軸から偏心した位置に露光光の反射領域
が配置されるとともに、該反射領域の前記光軸側に露光
光の光路を含む空間部が設定された特定の反射光学素子
であり、前記空間部の一部に前記基板の位置を検出する
位置検出装置を配置したことを特徴とする。

【００１４】これによれば、前記投影光学系が、該投影
光学系の光軸から偏心した位置に露光光の反射領域が配
置されるとともに、該反射領域の光軸側に露光光の光路
を含む空間部が設定された特定の反射光学素子を含んで
構成され、前記空間部の一部に前記基板の位置を検出す
る位置検出装置を配置している。このため、位置検出装
置を露光光（結像光束）の光路の近傍、すなわち照明領
域の近くに配置することができ、これにより該位置検出
装置の対物レンズから基板への距離を短く設定すること
ができる。従って、大Ｎ．Ａ．の対物レンズの使用等に
より基板の位置検出精度を向上させることができ、結果
的にマスクと基板の重ね合せ精度を向上することが可能
になる。

【００１５】また、本発明に係る第２の走査型露光装置
は、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを同期移動して前記マ
スクのパターンを投影光学系（ＰＯ）を介して前記基板
上に転写する走査型露光装置において、前記投影光学系
が少なくとも一部に反射光学素子（Ｍ１〜Ｍ４）を含
み、前記投影光学系を構成する反射光学素子の１つ（Ｍ
１）は、前記マスクに光学的に最も近く、かつ前記基板
に物理的に最も近いという要件を満足する特定の反射光
学素子であり、前記特定の反射光学素子の一部又はその
延長部分に、露光光光路を含む空間部が存在し、前記空
間部の一部に前記基板の位置を検出する位置検出装置を
配置したことを特徴とする。

【００１６】これによれば、前記投影光学系が、マスク
に光学的に最も近く、かつ前記基板に物理的に最も近い
という要件を満足する特定の反射光学素子を含んで構成
され、その特定の反射光学素子の一部又はその延長部分
に、露光光光路を含む空間部が存在し、その空間部の一
部に基板の位置を検出する位置検出装置を配置してい
る。このため、位置検出装置を露光光（結像光束）の光
路の近傍、すなわち照明領域の近くに配置することがで
き、これにより該位置検出装置の対物レンズから基板へ
の距離を短く設定することができる。従って、上記と同
様の理由により、マスクと基板の重ね合せ精度を向上す
ることが可能になる。

【００１７】上記第１、第２の走査型露光装置におい
て、例えば位置検出装置が、基板に形成されたマークを
検出するマーク検出装置、例えばアライメント光学系で
ある場合には、該アライメント光学系の検出中心と投影
光学系の検出中心との距離（ベースライン距離）が非常
に短くなり、マーク検出装置の安定性が向上する。ま
た、例えば、位置検出装置が、基板の投影光学系の光軸
方向の位置を検出する焦点位置検出装置である場合に
は、検出光の光路長が短くなるので、安定性の向上と、
該焦点位置検出装置のコンパクト化が可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】《第１の実施形態》以下、本発明
の第１の実施形態を図１〜図２に基づいて説明する。

【００１９】図１には、第１の実施形態に係る走査型露
光装置１０の全体構成が概略的に示されている。この走
査型露光装置１０では、後述するように、マスクとして
のレチクルＲからの反射光束を基板としてのウエハＷ上
に垂直に投射する投影光学系ＰＯが使用されているの
で、以下においては、この投影光学系ＰＯからウエハＷ
への照明光ＥＬの投射方向を投影光学系ＰＯの光軸方向
と呼ぶとともに、この光軸方向をＺ軸方向、これに直交
する面内で図１における紙面内の方向をＹ軸方向、紙面
に直交する方向をＸ軸方向として説明するものとする。

【００２０】この走査型露光装置１０は、マスクとして
の反射型レチクルＲに描画された回路パターンの一部の
像を投影光学系ＰＯを介して基板としてのウエハＷ上に
投影しつつ、レチクルＲとウエハＷとを投影光学系ＰＯ
に対して１次元方向（ここではＹ軸方向）に相対走査す
ることによって、レチクルＲの回路パターンの全体をウ
エハＷ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。

【００２１】走査型露光装置１０は、波長１１ｎｍのＥ
ＵＶ光（軟Ｘ線領域の光）ＥＬをＹ方向に沿って水平に
射出する光源装置１２、この光源装置１２からのＥＵＶ
光ＥＬを反射して所定の入射角、例えば約５０ｍｒａｄ
でレチクルＲのパターン面（図１における下面）に入射
するように折り曲げる折り返しミラーＭ（照明光学系の
一部）、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳ
Ｔ、レチクルＲのパターン面で反射されたＥＵＶ光ＥＬ
をウエハＷの被露光面に対して垂直に投射する反射光学
系から成る投影光学系ＰＯ、ウエハＷを保持するウエハ
ステージＷＳＴ等を備えている。

【００２２】前記光源装置１２は、レーザ励起プラズマ
光源から成る露光光源、集光ミラーとしての放物面鏡、
照明ミラー、波長選択窓等（いずれも図示省略）を含
み、折り返しミラーＭを介してレチクルＲのパターン面
を円弧スリット状照明光で照明する。

【００２３】前記レチクルステージＲＳＴは、ＸＹ平面
に沿って配置されたレチクルステージベース３２上に配
置され、磁気浮上型２次元リニアアクチュエータ３４に
よって前記レチクルステージベース３２上に浮上支持さ
れている。このレチクルステージＲＳＴは、磁気浮上型
２次元リニアアクチュエータ３４によってＹ方向に所定
ストローク（具体的には１００ｍｍ以上のストローク）
で駆動されるとともに、Ｘ方向及びθ方向（Ｚ軸回りの
回転方向）にも微小量駆動されるようになっている。ま
た、このレチクルステージＲＳＴは、磁気浮上型２次元
リニアアクチュエータ３４によってＺ方向及びＸＹ面に
対する傾斜方向にも微小量だけ駆動可能に構成されてい
る。

【００２４】レチクルステージＲＳＴのＺ方向の位置
は、レチクルＲのパターン面に対し斜め方向から検出ビ
ームＦＢ１を照射する送光系１３ａと、レチクルＲのパ
ターン面で反射された検出ビームＦＢを受光する受光系
１３ｂとから構成されるレチクルフォーカスセンサ１３
によって計測されている。このレチクルフォーカスセン
サ１３としては、例えば特開平６−２８３４０３号公報
等に開示される多点焦点位置検出系が用いられている。
また、レチクルステージＲＳＴのＸＹ面内の位置は不図
示のレーザ干渉計システムによって計測されている。

【００２５】前記レチクルフォーカスセンサ１３及びレ
ーザ干渉計システムの計測値は、不図示の主制御装置に
供給され、該主制御装置によって磁気浮上型２次元リニ
アアクチュエータ３４が制御され、レチクルステージＲ
ＳＴの６次元方向の位置及び姿勢制御が行われるように
なっている。

【００２６】レチクルステージＲＳＴの下面に、不図示
の静電チャック方式のレチクルホルダを介してレチクル
Ｒが吸着保持されている。このレチクルＲは、シリコン
ウエハ、石英、低膨張ガラスなどの薄い板から成り、そ
の表面（パターン面）には、ＥＵＶ光を反射する反射膜
が形成されている。この反射膜は、モリブデンＭｏとベ
リリウムＢｅの膜が交互に約５．５ｎｍの周期で、約５
０ぺア積層された多層膜である。この多層膜は波長１１
ｎｍのＥＵＶ光に対して約７０％の反射率を有する。な
お、前記折り返しミラーＭ及び前記光源装置１２内の各
ミラーの反射面にも同様の構成の多層膜が形成されてい
る。

【００２７】レチクルＲのパターン面に形成された多層
膜の上には、吸収層として例えばニッケルＮｉ又はアル
ミニウムＡｌが一面に塗布され、回路パターンがパター
ンニングされている。

【００２８】レチクルＲの吸収層が残っている部分に当
たったＥＵＶ光は吸収層によって吸収され、吸収層の抜
けた部分に当たったＥＵＶ光は反射膜によって反射さ
れ、結果として回路パターンの情報を含んだＥＵＶ光が
反射されて次に述べる投影光学系ＰＯへ向かう。

【００２９】前記投影光学系ＰＯは、開口数（Ｎ．
Ａ．）が０．１で、後述するように、反射光学素子（ミ
ラー）のみから成る反射光学系が使用されており、ここ
では、投影倍率１／４倍のものが使用されている。従っ
て、レチクルＲによって反射され、レチクルＲに描かれ
たパターン情報を含むＥＵＶ光ＥＬは、投影光学系ＰＯ
によって４分の１に縮小されてウエハＷ上に投射され、
これによりレチクルＲ上のパターンは１／４に縮小され
てウエハＷに転写される。

【００３０】ここで、投影光学系ＰＯについてより詳細
に説明する。この投影光学系ＰＯは、図１に示されるよ
うに、レチクルＲで反射されたＥＵＶ光ＥＬを順次反射
する第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２、第３ミラーＭ
３、第４ミラーＭ４の合計４枚のミラー（反射光学素
子）と、第２〜第４ミラーＭ２〜Ｍ４を保持する第１分
割鏡筒ＰＰ１と、第１ミラーを保持する第２分割鏡筒Ｐ
Ｐ２とから構成されている。前記第１〜第４ミラーＭ１
〜Ｍ４は、いずれも投影光学系ＰＯの光軸ＡＸに対して
回転対称の反射面を有しており、その内第１ミラーＭ１
及び第４ミラーＭ４の反射面は非球面の形状を有し、第
２ミラーＭ２の反射面は平面であり、第３ミラーＭ３の
反射面は球面形状となっている。各反射面は設計値に対
して露光波長の約５０分の１から６０分の１以下の加工
精度が実現され、ＲＭＳ値（標準偏差）で０．２ｎｍか
ら０．３ｎｍ以下の誤差しかない。各ミラーの反射面の
形状は、計測と加工とを交互に繰り返しながら形成され
るため、第３ミラーＭ３のような凸状の反射面は、球面
であることが、その計測の都合上望ましい。凸状の非球
面を高精度に計測することは現状では困難だからであ
る。

【００３１】この場合、図１に示されるように、第１ミ
ラーＭ１で反射された光が第２ミラーＭ２に到達できる
ように、第４ミラーＭ４には穴が空けられている。ま
た、第４ミラーＭ４で反射された光がウエハＷに到達で
きるよう第１ミラーＭ１は、図２の鏡筒部分の底面図に
示されるように、下側から見て円の左端部の一部を切除
した（いわばやや丸みを帯びたＤの字状）となってい
る。また、これに対応して、該第１ミラーＭ１を保持す
る第２分割鏡筒ＰＰ２の断面形状も、下側から見てやや
丸みを帯びたＤの字状とされている。

【００３２】投影光学系ＰＯが置かれている環境は真空
であるため、ミラーＭ１〜Ｍ４に対する照明光ＥＬの照
射による熱の逃げ場がない。そこで、本実施形態では、
次のようにしてミラーＭ１〜Ｍ４の熱膨張に起因する投
影光学系ＰＯの結像特性の劣化を抑制するようにしてい
る。

【００３３】すなわち、ミラーＭ２〜Ｍ４を、それぞれ
複数本の支持部材１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄを介して第１
分割鏡筒ＰＰ１にそれぞれ固定し、また第１ミラーＭ１
を複数本の支持部材１５Ａを介して第２分割鏡筒ＰＰ２
に固定している。また、第１の分割鏡筒ＰＰ１を内側の
インナー部材５０と、その外周部に装着された冷却ジャ
ケット５２との２重構造とし、冷却ジャケット５２の内
部には、冷却液（例えばフロリナート（商品名））を流
入チューブ５４側から流出チューブ５６側に流すための
螺旋状のパイプ５８が設けられている。同様に、第２の
分割鏡筒ＰＰ２を内側のインナー部材５１と、その外周
部に装着された冷却ジャケット５３との２重構造とし、
冷却ジャケット５３の内部には、冷却液（例えばフロリ
ナート（商品名））を流入チューブ５５側から流出チュ
ーブ５７側に流すための螺旋状のパイプ５９が設けられ
ている。更に、各ミラーＭ１〜Ｍ４とそれぞれの鏡筒と
の間には、不図示のヒートパイプ等が配置されている。
また、冷却ジャケット５２、５３のそれぞれは、流出チ
ューブ５６、５７をそれぞれ介して別々の冷凍装置（図
示省略）の戻り口に接続され、これらの冷凍装置の吐出
口は流入チューブ５４、５５をそれぞれ介して冷却ジャ
ケット５２、５３に接続されている。流出チューブ５
６、５７を介してそれぞれ流出した冷却液は、それぞれ
の冷凍装置内で冷媒との間で熱交換を行い、所定温度ま
で冷却された後、流入チューブ５４、５５をそれぞれ介
して冷却ジャケット５２、５３内に流入するようになっ
ており、このようにして冷却液が循環されるようになっ
ている。

【００３４】本実施形態の投影光学系ＰＯでは、上記の
如く、ミラーＭ１〜Ｍ４がそれぞれの支持部材１５Ａ〜
１５Ｄによって支持され、ヒートパイプＨＰによって第
２分割鏡筒ＰＰ２、第１分割鏡筒ＰＰ１のインナー部材
５１、５０に連結されていることから、露光用の照明光
（ＥＵＶ光）ＥＬの照射によりミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ
３、Ｍ４に熱エネルギが与えられても、ヒートパイプＨ
Ｐを介してそれぞれ所望の温度に温度調整された第２分
割鏡筒ＰＰ２、第１分割鏡筒ＰＰ１との間で熱交換が行
われ、ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が所望の温度に冷
却される。この場合、第１ミラーＭ１を保持する第２分
割鏡筒ＰＰ２と残りのミラーを保持する第１分割鏡筒Ｐ
Ｐ１とは、異なる目標温度に冷却が可能なため、第２分
割鏡筒ＰＰ２の冷却目標温度を第１分割鏡筒ＰＰ１の冷
却目標温度より低く設定する。これは、第１ミラーＭ１
がレチクルＲに光学的に最も近いため、最も熱吸収が大
きいことを考慮して、第１〜第４ミラーを効率良く冷却
するためである。

【００３５】前記ウエハステージＷＳＴは、ＸＹ平面に
沿って配置されたウエハステージベース６０上に配置さ
れ、磁気浮上型２次元リニアアクチュエータ６２によっ
て該ウエハステージベース６０上に浮上支持されてい
る。このウエハステージＷＳＴは、前記磁気浮上型２次
元リニアアクチュエータ６２によってＸ方向及びＹ方向
に所定ストローク（ストロークは例えば３００〜４００
ｍｍである）で駆動されるとともに、θ方向（Ｚ軸回り
の回転方向）にも微小量駆動されるようになっている。
また、このウエハステージＷＳＴは、磁気浮上型２次元
リニアアクチュエータ６２によってＺ方向及びＸＹ面に
対する傾斜方向にも微小量だけ駆動可能に構成されてい
る。

【００３６】ウエハステージＷＳＴの上面には、静電チ
ャック方式の不図示のウエハホルダが載置され、該ウエ
ハホルダによってウエハＷが吸着保持されている。ウエ
ハステージＷＳＴのＸＹ面内の位置は、不図示のレーザ
干渉計システムによって計測されるようになっている。
また、鏡筒を基準とするウエハＷのＺ方向位置は、斜入
射光式のウエハフォーカスセンサ１４によって計測され
るようになっている。このウエハフォーカスセンサ１４
は、図１に示されるように、鏡筒を保持する不図示のコ
ラムに固定され、ウエハＷ面に対し斜め方向から検出ビ
ームＦＢを照射する送光系１４ａと、同じく不図示のコ
ラムに固定され、ウエハＷ面で反射された検出ビームＦ
Ｂを受光する受光系１４ｂとから構成される。このウエ
ハフォーカスセンサとしては、レチクルフォーカスセン
サと同様の多点焦点位置検出系が用いられる。

【００３７】前記ウエハフォーカスセンサ１４（１４
ａ、１４ｂ）及びレーザ干渉計システムの計測値は、不
図示の主制御装置に供給され、該主制御装置によって磁
気浮上型２次元リニアアクチュエータ６２が制御され、
ウエハステージＷＳＴの６次元方向の位置及び姿勢制御
が行われるようになっている。

【００３８】ウエハステージＷＳＴ上面の一端部には、
レチクルＲに描画されたパターンがウエハＷ面上に投影
される位置と、後述するアライメント光学系ＡＬＧの相
対位置関係の計測（いわゆるベースライン計測）等を行
うための空間像計測器ＦＭが設けられている。この空間
像計測器ＦＭは、従来のＤＵＶ露光装置の基準マーク板
に相当するものである。

【００３９】さらに、本実施形態では、図１に示される
ように、第２分割鏡筒ＰＰ２の−Ｙ側の側壁の内面に、
アライメント光学系ＡＬＧが固定されている。このアラ
イメント光学系ＡＬＧとしては、ブロードバンド光をウ
エハＷ上のアライメントマーク（または空間像計測器Ｆ
Ｍ）に照射し、その反射光を受光して画像処理によりマ
ーク検出を行うＦＩＡ（Field Image Alignment ）方式
のアライメントセンサ、レーザ光をウエハＷ上の回折格
子状のアライメントマークに２方向から照射し、発生し
た２つの回折光を干渉させ、その位相からアライメント
マークの位置情報を検出するＬＩＡ（Laser Interferom
etric Alignment ）方式のアライメントセンサ、レーザ
光をウエハＷ上のアライメントマークに照射し、回折・
散乱された光の強度を利用してマーク位置を計測するＬ
ＳＡ（Laser Step Alignment）方式のアライメントセン
サやＡＦＭ（原子間力顕微鏡）のような走査型プローブ
顕微鏡等種々のものを用いることができる。

【００４０】次に、上述のようにして構成された本実施
形態の走査型露光装置１０による露光工程の動作につい
て説明する。

【００４１】まず、不図示のレチクル搬送系によりレチ
クルＲが搬送され、ローディングポジションにあるレチ
クルステージＲＳＴに吸着保持される。次いで、主制御
装置により、ウエハステージＷＳＴ及びレチクルステー
ジＲＳＴの位置が制御され、レチクルＲ上に描画された
不図示のレチクルアライメントマークのウエハＷ面上へ
の投影像が空間像計測器ＦＭを用いて検出され、レチク
ルパターン像のウエハＷ面上への投影位置が求められ
る。すなわち、レチクルアライメントが行われる。

【００４２】次に、主制御装置により、空間像検出器Ｆ
Ｍがアライメント光学系ＡＬＧの直下へ位置するよう
に、ウエハステージＷＳＴが移動され、アライメント光
学系ＡＬＧの検出信号及びそのときの干渉計システムの
計測値に基づいて、間接的にレチクルＲのパターン像の
ウエハＷ面上への結像位置とアライメント光学系ＡＬＧ
の相対距離、すなわちベースライン距離ＢＬが求められ
る。

【００４３】かかるベースライン計測が終了すると、主
制御装置により、いわゆるＥＧＡアライメントが行わ
れ、ウエハＷ上の全てのショット領域の位置が求められ
る。

【００４４】そして、次のようにしてステップアンドス
キャン方式の露光がＥＵＶ光ＥＬを露光用照明光として
行われる。すなわち、主制御装置では上で求めたウエハ
Ｗ上びの各ショット領域の位置情報に従って、干渉計シ
ステムからの位置情報をモニタしつつ、ウエハステージ
ＷＳＴを第１ショットの走査開始位置に位置決めすると
ともに、レチクルステージＲＳＴを走査開始位置に位置
決めして、その第１ショットの走査露光を行う。この走
査露光に際し、主制御装置ではレチクルステージＲＳＴ
とウエハステージＷＳＴとを相互に逆向きに駆動すると
ともに両者の速度比が投影光学系ＰＯの投影倍率に正確
に一致するように両ステージの速度を制御し、両ステー
ジのかかる速度比の等速同期状態にて露光（レチクルパ
ターンの転写）を行う。これにより、ウエハＷ上の第１
ショットには、例えば２５ｍｍ（幅）×５０ｍｍ（走査
方向）の回路パターンの転写の像が形成される。

【００４５】上記のようにして第１ショットの走査露光
が終了すると、主制御装置ではウエハステージＷＳＴを
第２ショットの走査開始位置へ移動させるショット間の
ステッピング動作を行う。そして、その第２ショットの
走査露光を上述と同様にして行う。以後、第３ショット
以降も同様の動作を行う。

【００４６】このようにして、ショット間のステッピン
グ動作とショットの走査露光動作とが繰り返され、ステ
ップアンドスキャン方式でウエハＷ上の全てのショット
領域にレチクルＲのパターンが転写される。

【００４７】ここで、上記の走査露光中やアライメント
中には、ウエハフォーカスセンサ１４（１４ａ、１４
ｂ）によってウエハＷ表面と投影光学系ＰＯの間隔、Ｘ
Ｙ平面に対する傾斜が計測され、主制御装置によってウ
エハＷ表面と投影光学系ＰＯとの間隔、平行度が常に一
定になるようにウエハステージＷＳＴが制御される。ま
た、主制御装置では、レチクルフォーカスセンサ１３
（１３ａ、１３ｂ）の計測値に基づいて、露光中（レチ
クルパターンの転写中）の投影光学系ＰＯとレチクルＲ
のパターン面との間隔が常に一定に保たれるように、レ
チクルＲの投影光学系ＰＯの光軸方向（Ｚ方向）の位置
を調整しつつ、レチクルステージＲＳＴと基板ステージ
ＷＳＴとをＹ軸方向に沿って同期移動させる。

【００４８】以上説明したように、本実施形態の走査型
露光装置１０によると、極めて波長の短いＥＵＶ光ＥＬ
を露光光として用い、色収差のないオール反射の投影光
学系ＰＯを介してレチクルＲのパターンがウエハＷ上に
転写されるので、レチクルＲ上の微細パターンをウエハ
Ｗ上の各ショット領域に高精度に転写することができ
る。具体的には、最小線幅７０ｎｍ程度の微細パターン
の高精度な転写が可能である。また、本実施形態で
は、第１ミラーＭ１の左側に存在する空間部、すなわち
第２分割鏡筒ＰＰ２の内部側の空間にアライメント光学
系ＡＬＧを配置していることから、該アライメント光学
系ＡＬＧの検出中心と、ウエハＷ上のリング状照明慮域
の中心点で代表されるレチクルパターンの投影位置との
距離であるベースライン距離ＢＬを短くすることがで
き、マーク位置検出の安定性の向上を図ることができ
る。また、アライメント光学系ＡＬＧとして直筒状のア
ライメント光学系を用いることができるので、アライメ
ントビームの光路を短く設定することができ、対物レン
ズとしてＮ．Ａ．の大きなレンズを用いて一層高精度な
マーク位置の計測が可能になる。従って、アライメント
精度の向上により、レチクルパターンとウエハＷ上のシ
ョット領域との重ね合せ露光の精度向上が可能である。

【００４９】《第２の実施形態》次に、本発明の第２の
実施形態を図３〜図５に基づいて説明する。ここで、前
述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分に
ついては、同一の符号を用いるとともにその説明を省略
するものとする。

【００５０】図３には、第２の実施形態の走査型露光装
置１００の全体構成が概略的に示されている。この走査
型露光装置１００も、前述した走査型露光装置１０と同
様に、露光用の照明光ＥＬとして波長１１ｎｍの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
作を行うものである。

【００５１】この走査型露光装置１００は、第１ミラー
Ｍ１として、図４の投影光学系ＰＯの底面図に示される
ように、第１の実施形態の第１ミラーに比べて露光光の
反射領域の左側部分がより大きく切り取られたほぼ半円
状のものが用いられ、これに対応して第２分割鏡筒ＰＰ
２の断面形状がほぼ半円状とされている点、及び第２分
割鏡筒ＰＰ２の外面にアライメント顕微鏡ＡＬＧが取り
付けられている点に特徴を有する。その他の部分の構成
等は、前述した第１の実施形態と同様になっている。

【００５２】このようにして構成された本第２の実施形
態の走査型露光装置１００によると、第１の実施形態と
同等の効果を得られる他、図５に示されるように、ウエ
ハ面上での照明領域ＩＡは、投影光学系の光軸上の点Ｏ
を中心とするリング状の領域であるから、アライメント
顕微鏡ＡＬＧの取り付け位置が照明領域の中心点を通る
Ｙ軸上にある場合は別にして、その他の場合は、図中の
距離ＢＬとＢＬ’とを比べると明らかなように、本第２
の実施形態のベースライン距離ＢＬ’の方が、第１の実
施形態のベースライン距離ＢＬに比べてより短くなり、
マーク位置検出の安定性が一層安向上する。

【００５３】《第３の実施形態》次に、本発明の第３の
実施形態を図６〜図８に基づいて説明する。ここで、前
述した第１、第２の実施形態と同一若しくは同等の構成
部分については、同一の符号を用いるとともにその説明
を省略するものとする。

【００５４】図６には、第３の実施形態の走査型露光装
置２００の全体構成が概略的に示されている。この走査
型露光装置２００はステップアンドスキャン方式の縮小
投影露光装置ある。この走査型露光装置２００は、第１
ミラーＭ１として上記第２の実施形態と同様のミラーが
用いられ、これに対応して図７の鏡筒の底面図に示され
るように、第２分割鏡筒ＰＰ２として断面が半円状のも
のが用いられている点、及び２つのアライメント顕微鏡
ＡＬＧ１、ＡＬＧ２が設けられている点に特徴を有す
る。

【００５５】この走査型露光装置２００では、一方のア
ライメント顕微鏡ＡＬＧ１が露光光（結像光束）の通過
領域、すなわち照明領域の走査方向の一側に配置され、
第１分割鏡筒ＰＰ１の底板４０（図７参照）に取り付け
られている。また、他方のアライメント顕微鏡ＡＬＧ２
は、露光光（結像光束）の通過領域の走査方向の他側に
配置され、前述した第２の実施形態のアライメント顕微
鏡ＡＬＧと同様に、第２分割鏡筒ＰＰ２の外面に取り付
けられている。

【００５６】その他の部分の構成等は、前述した第１、
第２の実施形態と同様になっている。

【００５７】この走査型露光装置２００によると、第１
の実施形態と同等の効果を得られる他、次のような効果
も得られる。

【００５８】すなわち、アライメント顕微鏡ＡＬＧ１、
ＡＬＧ２が、同一の検出方式のセンサ（具体的にはＦＩ
Ａ方式、ＬＩＡ方式、ＬＳＡ方式あるいは走査型微小プ
ローブ型（ＡＦＭなど）のセンサ）を備える場合には、
ウエハ上で所定距離離れたアライメントマークを同時あ
るいはほぼ同時に検出することができ、結果的にアライ
メント時間の短縮によるスループットの向上が可能にな
る。この場合、アライメント顕微鏡ＡＬＧ１、ＡＬＧ２
の検出中心間の距離が、ウエハ上のアライメントマーク
間距離にほぼ一致するように両者の関係を設定すれば良
い。

【００５９】あるいは、アライメント顕微鏡ＡＬＧ１、
ＡＬＧ２が異なる検出方式のセンサを備えていても良
い。例えば、ＬＳＡ方式は、アルミ層を除き、幅広いプ
ロセスウエハに対応が可能であり、また、ＬＩＡ方式
は、低段差や表面荒れウエハに効果的であり、また、Ｆ
ＩＡ方式は、アルミ層やウエハ表面の非対称マークに効
果的である等の特徴を有する。従って、これらの方式の
いずれかをアライメント顕微鏡ＡＬＧ１、ＡＬＧ２のい
ずれか一方が、他の方式を他方が備えることにより、あ
らゆるプロセスウエハへの適応能力が向上する。かかる
意味では、相互に異なる方式のセンサを備えた３つ以上
のアライメント顕微鏡を設けても良い。また、この場合
には、従来と異なり、１つのアライメント顕微鏡にＬＩ
Ａ、ＬＳＡ、ＦＩＡなどの異なる検出方式のセンサを組
み込む必要もないので、それぞれの光学系の構成を簡略
化することが可能であるとともに、ビームスプリッタに
よる光束の分割回数を低減あるいはなくすことができる
ので、より強い光強度での検出が可能になり、高精度な
マーク検出が可能になる。

【００６０】この他、図８に示されるように、リング状
照明領域ＩＡの走査方向一側、他側にそれぞれ各２つ同
一検出方式のアライメント顕微鏡ＡＬＧ１，ＡＬＧ３、
ＡＬＧ２，ＡＬＧ４を配置しても良い。かかる場合、ア
ライメント顕微鏡ＡＬＧ１，ＡＬＧ３の非走査方向の距
離をウエハ上のショット領域の非走査方向の幅とほぼ同
じに設定し、アライメント顕微鏡ＡＬＧ２，ＡＬＧ４の
非走査方向の距離をショット領域の非走査方向の幅とほ
ぼ同じに設定することにより、走査露光中のウエハアラ
イメントが可能になり、上記第１、第２実施形態に比べ
ても重ね合せ精度が一層向上する。この場合には、ウエ
ハ上のショット領域の非走査方向の両端部（又は隣接シ
ョット間のストリートライン上）に、走査方向に連続
的、または断続的に２次元格子マークを形成し、アライ
メント顕微鏡ＡＬＧ１，ＡＬＧ２、ＡＬＧ３，ＡＬＧ４
として、ウエハの高速移動中の高精度マーク位置計測に
適したセンサ、例えばＬＩＡ方式のセンサを備えたもの
を用いることが望ましい。

【００６１】《第４の実施形態》次に、本発明の第４の
実施形態を図９〜図１０に基づいて説明する。ここで、
前述した第１〜第３の実施形態と同一若しくは同等の構
成部分については、同一の符号を用いるとともにその説
明を省略するものとする。

【００６２】図９には、第４の実施形態の走査型露光装
置３００の全体構成が概略的に示されている。この走査
型露光装置３００は、ステップアンドスキャン方式の縮
小投影露光装置である。この走査型露光装置３００は、
図１０の鏡筒の底面図に示されるように、第１ミラーＭ
１として、上記第２、第３の実施形態の第１ミラーに比
べても露光光の反射領域の左側部分がより大きく切り取
られたような形状のものが用いられ、これに対応して第
２分割鏡筒ＰＰ２として半円より更に偏平なＤの字状の
断面形状のものが用いられ、これにより空いた第２分割
鏡筒ＰＰ２の左側のスペース（空間部）にアライメント
顕微鏡ＡＬＧのみならず、ウエハのＺ位置を検出する焦
点位置検出装置が位置検出装置として配置されている点
に特徴を有する。

【００６３】すなわち、アライメント顕微鏡ＡＬＧは、
第１の実施形態とほぼ同様の位置に配置され、第１分割
鏡筒ＰＰ１の底板４１に取り付けられている。

【００６４】また、焦点位置検出装置は、底板４１に取
り付けられた送光系７１、この送光系７１からＺ方向下
方に射出される検出ビームを折り曲げてウエハ面に対し
斜めから入射させる折り曲げミラー７２、この検出ビー
ムのウエハ面からの反射光束をＺ方向上方に向けて折り
曲げる折り曲げミラー７３、及びこの光束を受光すると
ともに第２分割鏡筒ＰＰ２の外面に固定された受光系７
４から構成されている。

【００６５】なお、送光系７１と折り曲げミラー７２、
及び受光系７４と折り曲げミラー７３とは、それぞれ一
体化してユニット化されるが、図９では作図の便宜上か
ら分離して示されている。

【００６６】その他の部分の構成等は、前述した第１〜
第３の実施形態と同様になっている。

【００６７】このようにして構成された本第４の実施形
態の走査型露光装置３００によると、第１の実施形態と
同等の効果を得られる他、焦点位置検出装置の検出ビー
ムの光路が、上記第１の実施形態の場合と比べて明らか
に短くなっているので、焦点位置検出装置をコンパクト
化することができ、振動あるいは熱変形等に起因する投
影光学系と焦点位置検出装置の相対位置変動などを低減
することができ、これによりウエハの光軸方向位置検出
の安定性を向上することが可能である。また、この場合
にも、より大Ｎ．Ａ．の対物レンズの使用が可能であ
り、検出精度の向上が可能である。

【００６８】なお、上記第１〜第４の実施形態では、露
光光として波長１１ｎｍのＥＵＶ光を用いる場合につい
て説明したが、これに限らず、露光光として波長１３ｎ
ｍのＥＵＶ光を用いても良い。この場合には、波長１３
ｎｍのＥＵＶ光に対して約７０％の反射率を確保するた
め、各ミラーの反射膜としてモリブデンＭｏと珪素Ｓｉ
を交互に積層した多層膜を用いる必要がある。

【００６９】また、上記各実施形態では、第１ミラーＭ
１がウエハ直近であったが、必ずしも同一の構成である
必要はなく、ウエハ直近の１枚あるいは複数枚のミラー
として反射領域の結像光束側にアライメント顕微鏡や焦
点位置検出装置等を配置可能な空間部が存在するような
形状のミラーを用いても良い。

【００７０】また、上記実施形態では、鏡筒が円筒状の
第１の分割鏡筒ＰＰ１とＤの字状の第２の分割鏡筒ＰＰ
２とから構成される場合について説明したが、本発明が
これに限定されないことは勿論である。

【００７１】すなわち、鏡筒として通常の円筒状のもの
を用い、上記の第１ミラーＭ１の左側のスペース（鏡筒
内スペース）にアライメント顕微鏡及び焦点位置検出装
置の少なくとも一方を配置しても勿論構わない。あるい
は、第１ミラーＭ１と同様のウエハ近傍の大型ミラーの
一部に開口を形成して、この開口内にアライメント顕微
鏡及び焦点位置検出装置の少なくとも一方を配置しても
構わない。

【００７２】また、上記実施形態では、露光光源として
レーザ励起プラズマ光源を用いるものとしたが、これに
限らず、シンクロトロン放射光源、べータトロン光源、
ディスチャージド光源、Ｘ線レーザなどのいずれを用い
ても良い。

【００７３】また、上記第１〜第４実施形態では、露光
光としてＥＵＶ光を用い、４枚の反射ミラーのみから成
るオール反射の投影光学系を用いる場合について説明し
たが、これらは一例であって、本発明がこれに限定され
ないことは勿論である。すなわち、例えば、特開平９−
２１１３３２号公報に開示されるような６枚のミラーの
みから成り、開口数が約０．２５ｎｍ程度の投影光学系
を備えた露光装置は勿論、光源に波長１００〜１６０ｎ
ｍのＶＵＶ光源、例えばＡｒ₂レーザ（波長１２６ｎ
ｍ）を用い、４〜８枚のミラーを有する投影光学系、例
えば上記公報に開示されるような６枚のミラーを有し、
開口数が０．５５〜０．６程度の投影光学系を用いた、
ＶＵＶ露光装置にも好適に適用することができる。な
お、ＶＵＶ露光装置の場合には、屈折光学素子を一部に
含んでいても良い。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板の位置検出精度を向上して、マスクと基板の重ね合
せ精度の向上を図ることができるという従来にない優れ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の走査型露光装置の全体構成を
概略的に示す図である。

【図２】図１の投影光学系を示す底面図である。

【図３】第２の実施形態の走査型露光装置の全体構成を
概略的に示す図である。

【図４】図３の投影光学系を示す底面図である。

【図５】第２の実施形態の効果を説明するための図であ
る。

【図６】第３の実施形態の走査型露光装置の全体構成を
概略的に示す図である。

【図７】図６の投影光学系を示す底面図である。

【図８】第３の実施形態の効果を説明するための図であ
る。

【図９】第４の実施形態の走査型露光装置の全体構成を
概略的に示す図である。

【図１０】図９の投影光学系を示す底面図である。

【符号の説明】

１０…走査型露光装置、１３ａ…送光系（位置検出系の
一部）、１３ｂ…受光系（位置検出系の一部）、７１…
送光系（焦点位置検出装置）、７２…折り曲げミラー
（焦点位置検出装置）、７３…折り曲げミラー（焦点位
置検出装置）、７４…受光系（焦点位置検出装置）、Ｒ
…レチクル（マスク）、Ｗ…ウエハ（基板）、ＰＯ…投
影光学系、Ｍ１…第１ミラー（反射光学素子）、Ｍ２…
第２ミラー（反射光学素子）、Ｍ３…第３ミラー（反射
光学素子）、Ｍ４…第４ミラー（反射光学素子）、ＡＬ
Ｇ…アライメント顕微鏡（マーク位置検出装置、位置検
出装置）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/30 ５２６Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクと基板とを同期移動して前記マス
クのパターンを投影光学系を介して前記基板上に転写す
る走査型露光装置において、前記投影光学系が、少なくとも一部に反射光学素子を含
み、前記反射光学素子の内の少なくとも１つは、前記投影光
学系の光軸から偏心した位置に露光光の反射領域が配置
されるとともに、該反射領域の前記光軸側に露光光の光
路を含む空間部が設定された特定の反射光学素子であ
り、前記空間部の一部に前記基板の位置を検出する位置検出
装置を配置したことを特徴とする走査型露光装置。
【請求項２】マスクと基板とを同期移動して前記マス
クのパターンを投影光学系を介して前記基板上に転写す
る走査型露光装置において、前記投影光学系が少なくとも一部に反射光学素子を含
み、前記投影光学系を構成する反射光学素子の１つは、前記
マスクに光学的に最も近く、かつ前記基板に物理的に最
も近いという要件を満足する特定の反射光学素子であ
り、前記特定の反射光学素子の一部又はその延長部分に、露
光光光路を含む空間部が存在し、前記空間部の一部に前記基板の位置を検出する位置検出
装置を配置したことを特徴とする走査型露光装置。
【請求項３】前記空間部は、前記特定の反射光学素子
の一部を切断して得られたスペースを含むことを特徴と
する請求項１又は２に記載の走査型露光装置。
【請求項４】前記空間部は、前記特定の反射光学素子
の一部に形成された開口部を含むことを特徴とする請求
項１又は２に記載の走査型露光装置。
【請求項５】前記位置検出装置は、前記基板に形成さ
れたマークを検出する１又は２以上のマーク検出装置を
含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の走査型露
光装置。
【請求項６】前記マーク検出装置は、前記露光光の光
路の前記同期移動移動方向の両側に配置された複数のア
ライメント顕微鏡であることを特徴とする請求項５に記
載の走査型露光装置。
【請求項７】前記位置検出装置は、前記基板の前記投
影光学系の光軸方向の位置を検出する焦点位置検出装置
を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の走査型
露光装置。
【請求項８】前記投影光学系は、反射光学素子のみか
ら成る反射光学系であることを特徴とする請求項１又は
２に記載の走査型露光装置。
【請求項９】前記露光光が、波長５〜２０ｎｍのＥＵ
Ｖ光であることを特徴とする請求項１、２、８のいずれ
か一項に記載の走査型露光装置。