WO1999045580A1 - Dispositif d'exposition et procede de fabrication de dispositif a semi-conducteurs - Google Patents

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WO1999045580A1
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projection optical
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Tetsuo Takahashi
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    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

Definitions

  • Exposure apparatus and method for manufacturing semiconductor device using said apparatus are Exposure apparatus and method for manufacturing semiconductor device using said apparatus
  • the present invention relates to an exposure apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device using the apparatus, and more particularly to an alignment between a mask and a wafer in a projection exposure apparatus equipped with a catadioptric projection optical system including a reflecting member.
  • 16 Mbit DRAM is currently the mainstream, but developments are being made to increase the integration density to 256 Mbit DRAM area. .
  • the exposure wavelength has been further shortened from the current mainstream i-line (365 nm).
  • the KrF excimer laser (oscillation wavelength of 2488 nm) has already been put into practical use, and the development of the ArF excimer laser (oscillation wavelength of 1933 nm) for practical use is also underway. .
  • the conventional mainstream exposure apparatus equipped with a refraction type projection optical system has a disadvantage that the axial chromatic aberration of the projection optical system becomes relatively large.
  • a refraction-type projection optical system is a projection optical system that includes a refraction system such as a lens without including a reflection member, and a catadioptric projection optical system includes at least one reflection member and a lens.
  • projection optical system Demel 3 comprising refracting system and as
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-41023 and Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-232500 disclose a mask and a wafer in an exposure apparatus equipped with a catadioptric projection optical system.
  • a beam splitter such as a half prism is provided in an optical path between a mask and a wafer.
  • the alignment position of the mask and the wafer is measured by making the alignment light incident on the half prism.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 5-21314 discloses that the mask and the wafer are positioned relative to a refraction type projection optical system.
  • a scanning (step-and-scan) exposure device that transfers a mask pattern to each exposure area of a wafer while moving, the relative position of the mask and wafer is determined using fiducial marks formed on the wafer stage.
  • a method for measuring the position in advance prior to exposure is disclosed.
  • a half prism is provided in an optical path between a mask and a wafer. . That is, an extra half prism, which is not indispensable for the configuration of the projection optical system, is arranged in the optical path between the mask and the wafer. Therefore, the attached half prism is used for the optical system of the projection optical system. It is easy to adversely affect performance. Also, since the light separation surface (that is, the wavefront splitting surface) cannot be corrected after the manufacture of the half prism, it is necessary to use an excessively large amount of light for the manufacture of the half prism so as not to adversely affect the optical performance of the projection optical system. Accuracy will be required.
  • a relative position between a mask and a wafer is determined in advance using a reference mark formed on a wafer stage prior to exposure.
  • One is measured that is, the relative position between the mask and the wafer Te month and ⁇ can not be measured as needed during exposure, open in the publication against catadioptric equipped with an exposure apparatus a projection optical system shown
  • the alignment system of (1) is applied, even if the position of the reflecting member in the projection optical system fluctuates during exposure and the mask pattern image is displaced or rotated from the reference imaging position, this mask pattern image It is not possible to adjust the position of the mask and the wafer with respect to the projection optical system at any time during the exposure in accordance with the position shift or rotation shift.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a reflection member disposed in a catadioptric projection optical system without an extra optical member interposed in an optical path between a mask and a wafer.
  • Exposure apparatus capable of adjusting the position of a mask and a wafer at any time even during exposure in accordance with a positional shift or rotational shift of a mask pattern image caused by positional fluctuations of a mask pattern, and manufacture of a semiconductor device using the apparatus.
  • the aim is to provide a method.
  • an illumination optical system for illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed
  • a projection optical system for projecting an image of the pattern on the mask to a photosensitive substrate via at least one reflection member;
  • a detection system for detecting a variation amount of the at least one reflection member from a reference position;
  • the mask for substantially aligning the photosensitive substrate with the pattern image formed in a state shifted from a reference imaging position based on the amount of variation detected by the detection system.
  • An arithmetic system for determining a correction amount for at least one of the photosensitive substrates;
  • An exposure apparatus comprising: a moving system for moving at least one of the mask and the photosensitive substrate based on the correction amount obtained by the arithmetic system.
  • the arithmetic system obtains a positional shift amount and a rotational shift amount from the reference imaging position of the pattern image based on the fluctuation amount detected by the detection system.
  • a correction amount of the mask required to substantially correct the positional deviation amount and the rotational deviation amount is obtained, and the moving system moves only the mask based on the correction amount obtained by the arithmetic system.
  • the arithmetic system obtains a positional deviation amount and a rotational deviation amount of the pattern image from the reference imaging position based on the fluctuation amount detected by the detection system, and calculates the positional deviation amount and the rotation amount.
  • the arithmetic system obtains a positional shift amount and a rotational shift amount of the pattern image from the reference imaging position based on the fluctuation amount detected by the detection system, and calculates the position shift amount and the rotational shift amount.
  • a correction amount of the mask required to substantially correct one of the mask deviation is obtained, and the pattern image formed in a state where the other of the positional deviation amount and the rotational deviation amount occurs is obtained.
  • Substantially aligning the photosensitive substrate Calculating the correction amount of the photosensitive substrate necessary to perform the masking; and the moving system, based on the correction amount of the mask and the correction amount of the photosensitive substrate determined by the calculation system, The flexible substrate is moved.
  • the mask and the photosensitive layer for substantially aligning the pattern image formed in a state where the pattern image is moved from a reference imaging position with the photosensitive substrate based on the variation amount detected in the detection step.
  • the mask is illuminated by the illumination optical system in a state where the mask and the photosensitive substrate are aligned with respect to the projection optical system in the alignment step, and the pattern of the mask is projected through the projection optical system. And an exposing step of exposing the photosensitive substrate to light.
  • the detecting step, the calculating step, and the positioning step be performed prior to the exposing step. Further, it is preferable that the detecting step, the calculating step, and the positioning step are performed at any time during the exposure step. Further, the amount of variation of the at least one reflecting member from the reference position is an allowable amount. Further comprising a determination step of determining whether a, Y It is preferable to perform the calculation step and the positioning step when an amount that is not tolerated, the variation from the reference position of the at least one reflective member It is preferable that the method further includes a determination step of determining whether or not the amount is an allowable amount.
  • the amount is not an allowable amount, it is preferable to display information on the fluctuation amount. Further, in the calculating step, a moving amount of the pattern image from the reference imaging position obtained based on the fluctuation amount detected in the detecting step; and Based on position information of a movable mask stage and position information of a substrate stage that holds the photosensitive substrate and is movable with respect to the projection optical system, the mask and the photosensitive element are exposed to the projection optical system. It is preferable to obtain a correction amount for at least one of the mask and the photosensitive substrate necessary for substantially aligning the photosensitive substrate with the photosensitive substrate.
  • the at least one reflecting member is a reflecting mirror having no power (refractive power).
  • FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state in which the first reflecting mirror Ml in FIG. 1 rotates and fluctuates clockwise about the ⁇ axis from a reference position.
  • FIG. 3 is a diagram showing the entire movement of the exposure field EF and the movement of the image points P1 and P2 when the first reflection mirror M1 rotates and fluctuates.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state in which the second reflection mirror M2 in FIG. 1 rotates and fluctuates clockwise on the Y axis from a reference position.
  • FIG. 5 shows the exposure field when the second reflecting mirror M2 fluctuates in rotation.
  • FIG. 8 is a diagram showing the entire movement of the EF and the movement of image points P1 and P2.
  • FIGS. 6A, 6B, and 6C are perspective views schematically showing a specific configuration of a detection system that detects the rotation fluctuation angle of the reflection mirror.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating each step for forming a predetermined circuit pattern on a wafer using the exposure apparatus of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a top view schematically showing the configuration of a mask stage and a mask stage measurement system not shown in FIG.
  • FIG. 10 is a top view schematically showing the configuration of a wafer stage and a wafer stage measurement system not shown in FIG.
  • FIG. 11 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • a pattern image formed while being moved from a reference imaging position and a photosensitive substrate are substantially aligned based on an amount of change from a reference position of a reflection member arranged in the projection optical system.
  • the amount of correction for at least one of the mask and the photosensitive substrate is determined.
  • the “reference imaging position” is a position of a pattern image formed via the projection optical system in a state where the reflection member is located at the reference position.
  • the amount of positional deviation and the amount of rotational deviation from the reference image forming position of the pattern image are obtained, and the amount of positional deviation and the amount of rotational deviation are substantially corrected.
  • Find the amount of mask correction necessary to perform the positional deviation and the rotational deviation of the pattern image can be substantially corrected, and the substantial alignment between the pattern image and the photosensitive substrate can be performed.
  • the amount of displacement and rotation of the pattern image from the reference imaging position is obtained, and the amount of displacement and the pattern image from the reference imaging position are calculated.
  • the amount of rotation deviation is obtained, and the amount of correction of the photosensitive substrate required to substantially align the photosensitive substrate with a pattern image formed in a state where at least one of the position deviation and the rotation deviation has occurred. Ask for. Then, by moving only the photosensitive substrate based on the obtained correction amount, the photosensitive substrate is substantially aligned with the pattern image formed in a state where the photosensitive substrate has moved from the reference imaging position, and Substantial alignment with the photosensitive substrate can be performed.
  • a displacement amount and a rotation displacement amount of the pattern image from the reference image forming position are obtained based on a variation amount of the reflection member from the reference position, and one of the displacement amount and the rotation displacement amount is substantially determined.
  • the amount of mask correction necessary for correction is determined, and the photosensitive substrate is substantially aligned with a pattern image formed in a state in which the other of the positional shift amount and the rotational shift amount has occurred.
  • the correction amount of the photosensitive substrate required for the above is obtained.
  • the mask is moved based on the obtained correction amount of the mask to substantially correct only the positional deviation (rotational deviation) of the pattern image, and the photosensitive substrate is moved based on the obtained correction amount of the photosensitive substrate.
  • the reflection member disposed in the catadioptric projection optical system can be used without interposing an extra optical member in the optical path between the mask and the wafer as the photosensitive substrate.
  • the position of the mask and the wafer can be adjusted at any time even during the exposure in accordance with the positional deviation of the pattern image due to the positional fluctuation and the rotational deviation.
  • the mask and wafer can be aligned as needed during exposure to ensure a good alignment at all times. Can produce good semiconductor devices
  • FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • the present invention is applied to a scanning type projection exposure apparatus that transfers a mask pattern to each exposure area of a wafer by scanning exposure while moving the mask and the wafer relative to a catadioptric projection optical system. are doing.
  • the Z axis is parallel to the optical axis AX a of the mask side portion 3 a of the projection optical system 3
  • the Y axis is parallel to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the Z axis
  • the Z axis is
  • the X axis is set perpendicular to the plane of the paper in Fig. 1 in a vertical plane.
  • the exposure apparatus of FIG. 1 includes an illumination optical system 1 for uniformly illuminating a mask 2 on which a predetermined pattern to be transferred is formed.
  • the illumination optical system 1 for example, light emitted from an ArF excimer laser light source forms a secondary light source composed of many light source images via a fly-eye lens, and light from this secondary light source passes through a condenser lens. The light is condensed and emitted toward the mask 2.
  • the mask 2 is uniformly illuminated with the light emitted from the illumination optical system 1 in a superimposed manner.
  • the illuminated field (illumination area) formed above has a rectangular shape elongated in the X direction, and its center is one Y with respect to the optical axis AXa of the mask-side portion 3a of the projection optical system 3. Eccentric in the direction.
  • the mask 2 is supported on a mask stage (not shown) in the XY plane.
  • the mask stage is composed of an XY stage that can move two-dimensionally in the XY plane, a rotary stage that can rotate around the Z axis, and the like.
  • the mask stage is controlled based on commands from the control system 11.
  • the drive control is performed via the drive system 12.
  • the light transmitted through the pattern of the mask 2 is incident on the concave mirror M 3 along the one Z direction via the mask side part 3 a of the projection optical system 3, and the light reflected in the + Z direction by the concave mirror I 3 is The light enters the first reflecting mirror Ml arranged in the optical path of the mask side portion 3a of the projection optical system 3.
  • the light reflected in the + Y direction by the first reflection mirror Ml enters the second reflection mirror M2 via two lens components.
  • the light reflected in the 1-Z direction by the second reflection mirror M2 passes through the wafer-side portion 3b of the projection optical system 3 to the wafer 4, which is a photosensitive substrate coated with a photosensitive material such as a resist. Reach.
  • the exposure field formed on the wafer 4 corresponds to the illumination field formed on the mask 2 along the X direction. It has an elongated rectangular shape, the center of which is decentered in the + Y direction with respect to the optical axis AXb of the wafer-side portion 3b of the projection optical system 3 (see FIG. 3 described later). More specifically, the illumination field formed on the mask 2 and the exposure field formed on the wafer 4 are similar to each other, and the size and the eccentric distance from the corresponding optical axis are determined by the projection optical system. 3 depends on the projection magnification.
  • the wafer 4 is supported on the wafer stage in the ⁇ plane ⁇ .
  • the wafer stage is, like the mask stage, secondary in the ⁇ ⁇ plane. It consists of an originally movable XY stage and a rotatable stage that can rotate around the z-axis.
  • the mask pattern can be transferred to one exposure area of the wafer 4. it can.
  • the mask pattern is sequentially rotated on each exposure area of the wafer 4 according to a so-called step-and-scan method. Can be copied.
  • the first detection system 13 for detecting the amount of change from the reference position of the first reflection mirror Ml disposed in the projection optical system 3 and the second reflection mirror M2
  • a second detection system 14 for detecting the amount of change from the reference position.
  • the outputs of the first detection system 13 and the second detection system 14 are supplied to the operation system 15.
  • the amount of change from the reference position of the first reflection mirror M1 detected by the first detection system 13 to the reference amount of the second reflection mirror M2 detected by the second detection system 14 is calculated.
  • the amount of movement of the pattern image formed via the projection optical system 3 from the reference imaging position that is, the amount of positional deviation and the amount of rotational deviation are obtained based on the amount of fluctuation from the position.
  • the arithmetic system 15 calculates the correction amount of the mask 2 required to correct the positional deviation and the rotational deviation of the pattern image from the reference imaging position based on the obtained positional deviation amount and the rotational deviation amount. .
  • the correction amount information obtained by the operation system 15 is supplied to the control system 11.
  • the control system 1 based on the correction amount information supplied from the operation system 1 5, 3 thus drives and controls the mask stage via a drive kinematic system 1 2, the mask 2 is moved by a required correction amount, pattern image Is corrected from the reference imaging position. As a result, the position between the pattern image and wafer 4 Matching is performed.
  • Table 1 summarizes the data values of the projection optical system 3 of the first embodiment.
  • NA represents the numerical aperture on the image side (wafer side)
  • iS represents the projection magnification.
  • the order of the lens surface from the mask side (object side) is shown in the first column
  • r in the second column is the radius of curvature ( ⁇ indicates a plane) of the lens surface
  • d in the third column is d in the lens surface.
  • FIG. 4 consider a case in which the second reflecting mirror M2 rotates and fluctuates by 1 "clockwise from the reference position in the Y-axis direction.
  • the first reflecting mirror Ml is moved clockwise about the Z-axis from the reference position by 1
  • the second reflecting mirror M 2 rotates and fluctuates by 1 '' from the reference position in the clockwise direction of the Y-axis and the second reflecting mirror M 2 fluctuates by 1
  • the amount of movement of P2 is as shown in the following Table (2) as a composite of the amount of movement in Figs. 3 and 5.
  • the first reflecting mirror Ml rotates and rotates 1 '' from the reference position clockwise on the Z axis
  • the second reflecting mirror M 2 rotates clockwise on the Y axis.
  • the total movement amount of the exposure field EF, the movement amount of the image point P1, and the movement amount of the image point P2 are as shown in Table (3). Is corrected to
  • Movement amount of image point P2 0 nm 9 nm Referring to Table (3), by moving only mask 2 based on the required correction amount, the reference position of first reflection mirror M1 and second reflection mirror M2 is determined. It can be seen that the positional deviation and rotation deviation of the pattern image caused by the rotation fluctuation from the position are corrected well. Focusing on the amount of movement of the image points P1 and P2, the component dY in the Y direction is completely corrected and the component dX in the X direction remains slightly, but the component dY in the Y direction slightly deteriorates. As a result, the X-direction component d X can be optimized so as to be small. As described above, in the specific configuration example of the first embodiment, the first detection system 13 includes the first reflection mirror.
  • the rotation fluctuation angle of Ml around the Z axis is detected, and the second detection system 14 detects the rotation fluctuation angle of the second reflection mirror M2 around the Y axis.
  • the configuration shown in FIG. 6A can be adopted for a detection system that detects the rotation fluctuation angle of the reflection mirror.
  • a detection system such as the first detection system 13 or the second detection system 14 is an irradiation unit for irradiating the end surface 61 a of the reflection mirror 61 to be detected with light obliquely. 6 and a detection unit 63 for detecting the light receiving position of the reflected light from the end face 61a of the reflection mirror 61.
  • the detection unit 63 detects the rotation fluctuation angle of the reflection mirror 61 based on the light receiving position of the reflected light from the end face 61 a of the reflection mirror 61.
  • the detection signal from the detection unit 63 is supplied to the operation system 15.
  • the first detection system 13 and the second detection system 14 can also adopt the configurations shown in FIGS. 6B and 6C.
  • the irradiation unit 62 projects light obliquely to the back surface 61b of the reflection mirror 61, The light receiving position of the reflected light from the back surface 6 1 b of the reflection mirror 6 1 is detected by the detection unit 63.
  • two sets of detection systems detect rotation fluctuation and displacement of the reflection mirror 61. As shown in FIG.
  • the first set of detection systems includes a light source 621, an irradiation section 62B having a lens 622 for collimating light from the light source 621, and a reflection mirror. And a detection unit 63B having a photoelectric conversion element 632 disposed at a condensing position of the lens 631, which condenses the light reflected by the rear surface 61b of the lens 631b.
  • the second set of detection systems includes an irradiating unit 6 2 C having a light source 6 2 3 and a lens 6 2 4 for condensing light from the light source 6 2 3 on the back surface 6 1 b of the reflecting mirror, and a reflecting mirror. And a detection unit 63C having a photoelectric conversion element 634 arranged at an image forming position by the lens 6333.
  • a reflection enhancing film optimized for the wavelength range of the exposure light is deposited on the surface of the reflecting mirror 61, and an irradiating portion 62 is provided on the back surface 61b of the reflecting mirror 61. It is preferable to deposit a reflection-enhancing film optimized for the wavelength range of the generated light (for example, visible light).
  • the rotation fluctuation angle of the first reflection mirror Ml detected by the first detection system 13 and the rotation fluctuation angle of the second reflection mirror M2 detected by the second detection system 14 are calculated. Based on this, the amount of positional deviation and the amount of rotational deviation from the reference imaging position of the pattern image are obtained. Next, the arithmetic system 15 calculates the position of the obtained pattern image. Based on the amount of misalignment and rotation, the amount of correction of mask 2 required to substantially correct the position and rotation of the pattern image is calculated. Is supplied to the control system 11. The control system 11 drives and controls the mask stage via the drive system 12 based on the correction amount information supplied from the arithmetic system 15.
  • the mask 2 is moved by the required correction amount, and the positional deviation and the rotational deviation of the pattern image from the reference imaging position are substantially corrected.
  • the alignment between the pattern image and the wafer 4 and the alignment between the mask 2 and the wafer 4 are excellent.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating each step for forming a predetermined circuit pattern on a wafer using the exposure apparatus of the present invention.
  • a metal film is deposited on one lot of wafers.
  • a photoresist is applied on the metal film on the wafer.
  • the pattern on the mask is sequentially transferred to each exposure area on the wafer via the projection optical system using the exposure apparatus of the first embodiment.
  • the photo resist on the wafer is developed.
  • a circuit pattern corresponding to the pattern on the mask is formed in each exposure region on each wafer by performing etching on the wafer using the resist pattern as a mask. Thereafter, the circuit pattern of the upper layer is formed, and the wafer after the wafer process is sent to the next step.
  • a semiconductor device such as an LSI by a photolithography process in a wafer process using an exposure apparatus
  • a liquid crystal display element and a thin film device can be manufactured by a photolithography process using an exposure apparatus.
  • Semiconductor devices such as film magnetic heads and image sensors (such as CCDs) can also be manufactured.
  • the reflection member M 1 disposed in the catadioptric projection optical system 3 without an extra optical member in the optical path between the mask 2 and the wafer 4. and due to the positional variation of M 2 mask pattern over ⁇ the Align position of the according to the displacement and rotational displacement of the emission image mask 2 and the wafer 4 can be performed at any time even during the exposure result, during a scanning exposure Even if the position of the reflective members ⁇ 1 and ⁇ 2 fluctuates and the mask pattern image is displaced or rotated, the mask 2 and wafer 4 can be aligned at any time during the scan exposure to ensure good results.
  • 3 which can be manufactured good semiconductor devices Te positioned state odor
  • the arithmetic system 15 calculates the positional deviation and the rotational deviation of the pattern image from the rotational fluctuation angle of the reflection mirror, and further calculates the mask 2 from the positional deviation and the rotational deviation of the pattern image.
  • the required correction amount is calculated.
  • the required correction amount of the mask 2 can be directly obtained from the rotation fluctuation angle of the reflection mirror without obtaining the movement amount (position shift amount and rotation shift amount) of the pattern image.
  • the amount of movement of the pattern image and the required amount of correction of the mask 2 can be obtained, for example, by performing an operation based on a predetermined operation expression or by referring to a predetermined memory table.
  • the pattern image and the wafer are aligned.
  • the pattern image and the wafer can be aligned by moving only the wafer 4 and aligning the wafer 4 with the pattern image formed by moving from the reference imaging position.
  • the wafer 4 is moved along the X direction by only 673 nm (the amount of positional shift of the pattern image). Rotating the wafer 2 by the same angle, ie, 2 "clockwise on the Z axis.
  • both the mask 2 and the wafer 4 can be moved to align the pattern image with the wafer.
  • the mask 2 and the wafer 4 are moved in the specific configuration example described above, the mask 2 is moved by 2692 nm in the + X direction to correct the displacement of the pattern image, and the Z-axis clock is moved.
  • the wafer 4 can be positioned with respect to the pattern image formed by being rotationally shifted from the reference imaging position.
  • the first detection system 13 is configured so that the first reflection mirror M1 has a Z-axis.
  • the second detection system 14 detects the rotation fluctuation angle around the Y-axis of the second reflection mirror M2, and the Z-axis rotation of the first reflection mirror M1.
  • the pattern image is displaced in the X direction and rotationally displaced around the Z axis due to the rotation fluctuation of the second reflection mirror M2 and the rotation fluctuation of the second reflection mirror M2 about the Y axis.
  • the amount of fluctuation from the reference position of the reflective member is The amount of rotation around other axes and tertiary This is a concept including a fluctuation amount such as an original movement amount.
  • the pattern image may be misaligned three-dimensionally or may rotate around three axes.
  • the mask stage and the wafer stage must have three-dimensional freedom of movement and rotational freedom around three axes as necessary.
  • a Z stage that can move in the Z direction and a leveling stage that can rotate around the X axis and Y axis are required.
  • the rotation fluctuation angle about two axes perpendicular to the normal line is detected on the reflection surface of the reflection member.
  • a local coordinate consisting of an X ′ axis parallel to the X axis and a Y ′ axis parallel to the Y axis is set on the reflection surface of the first reflection mirror Ml of the first embodiment, and the first reflection mirror M Detect the rotation fluctuation angle of l around the X 'axis and the rotation fluctuation angle of Y' axis.
  • the reflection surface of the second reflection mirror M2 of the first embodiment similarly, local coordinates including an X 'axis parallel to the X axis and a Y' axis parallel to the Y axis are set, and the second reflection The rotation fluctuation angle around the X 'axis and the rotation fluctuation angle around the Y' axis of the mirror M2 are detected.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a top view schematically showing the configuration of a mask stage and a mask stage measurement system not shown in FIG.
  • FIG. 10 is a top view schematically showing the configuration of a wafer stage and a wafer stage measurement system not shown in FIG.
  • the first embodiment has a configuration similar to that of the second embodiment, but in the second embodiment, the mask and the wafer are aligned in consideration of the mask stage position information and the wafer stage position information. Only differences from the first embodiment are doing. Accordingly, in FIG. 8, elements having the same functions as those of the components of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in FIG. Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.
  • the mask 2 is supported on the mask stage 92 in the XY plane via the mask holder 91.
  • the mask stage 92 moves two-dimensionally in the plane. It consists of a possible ⁇ stage and a rotating stage that can rotate around the ⁇ axis. The rotation of the mask stage 92 around the ⁇ coordinate and the ⁇ axis is constantly measured by the mask stage measurement system 16 (see FIG. 8).
  • a mirror 93 having a reflecting surface parallel to the X X plane and extending long in the X direction is fixed to the mask stage 92.
  • two corner cube prisms 94 and 95 configured to translate the beam incident along the + ⁇ direction and translate it in the ⁇ ⁇ direction and emit along the 1X direction are spaced apart in the ⁇ direction. Fixed to mask stage 92.
  • the mask stage measurement system 16 includes a laser interferometer 96 that causes a reflected beam obtained by allowing a beam to be incident on the reflecting surface of the mirror 93 perpendicularly to a reference beam.
  • laser interferometers 97 and 98 are provided, in which beams are incident on the corner cube prisms 94 and 95 along the X direction, and the reflected beams obtained interfere with the reference beams.
  • the laser interferometers 96 to 98 are supported by a suitable support separated from the mask stage 92.
  • the mask stage measurement system 16 can measure the ⁇ direction movement amount of the mask stage 92, that is, the ⁇ coordinate, based on the output of the laser interferometer 96.
  • the amount of movement of the mask stage 92 in the X direction that is, the X coordinate and the mask stage 9 2.
  • the amount of rotation around the Z axis can be measured.
  • the position information of the mask stage 92 measured by the mask stage measurement system 16 is supplied to the operation system 15.
  • the wafer 4 the wafer holder 1 0 1 wafer stage 1 0 2 upsilon ⁇ Ehasuteji 1 0 2 which is supported on the XY plane by via, in chi Upsilon plane It consists of a ⁇ stage that can move two-dimensionally, and a rotating stage that can rotate around the axis.
  • the wafer stage measurement system 17 constantly measures the ⁇ ⁇ ⁇ coordinates and the rotation amount around the ⁇ axis of the wafer stage 102.
  • a mirror 103 having a parallel and long reflecting surface along the X direction is fixed to the wafer stage 102.
  • a mirror 104 having a reflecting surface parallel to the plane and extending long in the direction is fixed to the wafer stage 102.
  • the wafer stage measurement system 17 is provided with a laser interferometer 105 that causes a reflected beam obtained by making a beam incident perpendicularly to the reflecting surface of the mirror 103 and interfere with a reference beam.
  • a laser interferometer 106 that interferes two reflected beams obtained by vertically incident two beams spaced apart in the ⁇ direction on the reflecting surface of the mirror 104 is provided.
  • a laser interferometer that makes the reflected beam obtained by directing the beam perpendicular to the reflecting surface of the mirror 104 toward the center of the exposure field EF of the wafer 4 to interfere with the reference beam is used. It has 107.
  • the laser interferometers 105 to 107 are supported by a suitable support separated from the wafer stage 102.
  • the wafer stage measurement system 17 can measure the ⁇ direction movement amount, that is, the ⁇ coordinate of the wafer stage 102 based on the output of the laser interferometer 105. Based on the output of 06, the wafer stage 102 The amount of rotation around the Z axis can be measured. Furthermore, the amount of movement of wafer stage 102 in the X direction, that is, the X coordinate, can be measured based on the output of laser interferometer 107.
  • the position information of the wafer stage 102 measured by the wafer stage measurement system 17 is supplied to the operation system 15.
  • the output of the mask stage measurement system 16 and the output of the wafer stage measurement system 17 correspond to the output of the first detection system 13 and the output of the second detection system 14.
  • the rotation variation angle of the first reflecting mirror M 1 detected by the first detection system 13 and the second rotation angle detected by the second detection system 14 are The amount of positional deviation and the amount of rotational deviation from the reference image formation position of the pattern image obtained based on the rotation fluctuation angle of the reflection mirror M2, and the position of the mask stage measured by the mask stage measurement system 16
  • the mask 2 Based on the information and the position information of the wafer stage measured by the wafer stage measurement system 17, the mask 2 required to substantially align the mask 2 and the wafer 3 with respect to the projection optical system 3.
  • the correction amount information obtained by the calculation system 15 is obtained by the control system 11.
  • the supplied control system 11 drives and controls the mask stage via the drive system 12 based on the correction amount information supplied from the arithmetic system 15. In this manner, the mask 2 moves by the required correction amount, and the positional deviation and the rotational deviation of the pattern image from the reference imaging position are substantially corrected, and the relative positional deviation between the mask stage and the wafer stage is caused.
  • the relative displacement between the mask 2 and the wafer 4 is also substantially corrected. As a result, the alignment between the mask 2 and the wafer 4 with respect to the projection optical system 3 is favorably performed.
  • the reflection bending type projection optical system can be used without interposing an extra optical member in the optical path between the mask 2 and the wafer 4.
  • Positioning of the mask 2 and the wafer 4 can be performed at any time during exposure according to the relative positional shift between the wafer and the wafer stage. As a result, even if the positions of the reflective members M1 and M2 fluctuate during the scan exposure and the positional deviation or rotation of the mask pattern image occurs, or if the relative positional deviation between the mask stage and the wafer stage occurs.
  • By performing the alignment between the mask 2 and the wafer 4 at any time during the scanning exposure it is possible to manufacture a good semiconductor device in a always good alignment state.
  • the movement of the mask 2 and the wafer 4 relative to the projection optical system 3 is achieved. Alignment can be performed.
  • the present invention has been described by taking as an example an exposure apparatus in which the projection optical system includes two reflection mirrors (optical path deflecting members).
  • the number and arrangement of the reflection mirrors are limited to the first embodiment. None be.
  • a catadioptric optical system is applied as the projection optical system.
  • the present invention includes an optical system having at least one reflective member, for example, a reflective optical system or an optical path bending mirror. It can also be applied to refractive optical systems.
  • a so-called step-and-scan is performed in which a mask pattern is transferred to each exposed region of a wafer by scanning exposure while moving the mask and the wafer synchronously with respect to the projection optical system.
  • the present invention has been described by taking an exposure apparatus of the system as an example. However, a so-called step-and-repeat type exposure apparatus or another method that sequentially transfers a mask pattern to each shot area of a wafer while moving only the wafer two-dimensionally with a projection optical system.
  • the present invention can be applied to an exposure apparatus.
  • the ArF excimer laser light source is used as the light source of the illumination optical system.
  • the F2 excimer laser light source (wavelength: 157 nm) and the rF excimer laser light source ( A mercury lamp that supplies i-rays (wavelength 365 nm) and a device that supplies electromagnetic waves in the soft X-ray wavelength range of 13 nm can be used.
  • FIG. 11 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • the exposure apparatus shown in Fig. 11 uses the soft X-ray light (EUV light) with a wavelength of about 5 to 15 nm as the illumination light for exposure, and performs the exposure operation by the step-and-scan method. It is a projection exposure apparatus.
  • the optical axis direction of the reflection reduction projection optical system that forms a reduced image of the reflection type mask 2 as a projection master on the wafer 4 is defined as the Y direction, and the plane of the drawing is perpendicular to the Y direction. Let the direction be the Z direction, and let the direction perpendicular to the paper plane perpendicular to these YZ directions be the X direction.
  • This projection exposure apparatus projects a partial image of a circuit pattern drawn on a reflective mask 2 as a projection original (reticle) onto a wafer 4 as a photosensitive substrate via a reflection reduction projection optical system 3.
  • a reflection reduction projection optical system 3 By scanning the mask 2 and the wafer 4 relative to the reflection-reduction projection optical system 3 in the one-dimensional direction, the entire circuit pattern of the reflection type mask 2 is transferred to each of the plurality of shot areas on the wafer 4. Is to be transferred in a step-and-scan method.
  • the EUV light which is the illumination light for exposure in the present embodiment, has a low transmittance to the atmosphere
  • the optical path through which the EUV light passes is covered by a vacuum chamber (not shown) and is shielded from the outside air.
  • the laser light source 100 has a function of supplying laser light having a wavelength in the infrared region to the visible region, such as a YAG laser or an excimer laser pumped by a semiconductor laser. Can be applied.
  • This laser light is condensed by the condensing optical system 101 and condensed on the position 102.
  • the nozzle 103 ejects a gaseous object toward the position 102, and the ejected object receives the high illuminance laser light at the position 102. At this time, the ejected object becomes hot due to the energy of the laser beam, is excited to a plasma state, and emits E-V light when transitioning to a low potential state.
  • An elliptical mirror 104 constituting a condensing optical system is arranged around the position 102, and the first focal point of the elliptical mirror 104 almost coincides with the position 102. It is positioned as follows.
  • the inner surface of the elliptical mirror 104 is provided with a multilayer film for reflecting E-V light, and the EL'V light reflected here is once reflected at the second focal point of the elliptical mirror 104.
  • the three parabolic mirrors 105 which form the condensing optical system and head toward the parabolic mirror 105, are adjusted so that the focal point almost coincides with the second focal position of the elliptical mirror 104. It is positioned, and its inner surface is provided with a multilayer film for reflecting EUV light.
  • the EUV light emitted from the parabolic mirror 105 travels in a substantially collimated state to the reflective fly-eye optical systems 106 a and 106 b serving as optical integrators.
  • the reflective fly-eye optical systems 106a and 106b are composed of a first reflective element group 106a formed by integrating a plurality of reflective surfaces and a plurality of first reflective element groups 106a. And a second reflecting element group 106 b having a plurality of reflecting surfaces corresponding to the first and second reflecting element groups 106 a and 106 b.
  • a multi-layer film for reflecting EUV light is also provided on a plurality of reflecting surfaces.
  • the collimated EUV light from the parabolic mirror 105 is split into wavefronts by the first reflecting element group 106a, and the EUV light from each reflecting surface is collected to form a plurality of light sources. An image is formed. In the vicinity of the positions where the plurality of light source images are formed, the plurality of reflecting surfaces of the second reflecting element group 106 b are located. The plurality of reflecting surfaces of the second reflecting element group 106 b substantially function as field mirrors.
  • the reflective fly-eye optical systems 106a and 106b form a large number of light source images as secondary light sources based on the substantially parallel light beams from the parabolic mirror 105.
  • Such a reflective fly-eye optical system 106 is proposed in Japanese Patent Application No. 10-47400 filed by the present applicant.
  • the EUV light from the secondary light source formed by the reflective fly-eye optical systems 106a and 106b is a condenser mirror 1 positioned so that the focal position is near this secondary light source position. After being reflected and condensed by the condenser mirror 107, it reaches the reflective mask 2 via the optical path bending mirror 108. On the surfaces of the condenser mirror 107 and the optical path bending mirror 108, a multilayer film for reflecting EUV light is provided. Then, the condenser mirror 107 condenses the EUV light emitted from the secondary light source and illuminates the reflective mask 2 uniformly and superimposedly.
  • the illumination system is non-illuminated in order to spatially separate the optical path between the illumination light traveling toward the reflective mask 2 and the EUV light reflected by the reflective mask 2 and traveling toward the projection system 3. It is a telecentric system, and the reflection reduction projection optical system 3 is also a non-telecentric optical system on the mask side.
  • a reflective film made of a multilayer film reflecting EUV light is provided on the reflective mask 2, and this reflective film is formed according to the shape of a pattern to be transferred onto the wafer 4 as a photosensitive substrate. Pattern.
  • the Ei; V light reflected by the reflective mask 2 and including the pattern information of the reflective mask 2 is incident on the reflection reduction projection optical system 3.
  • the reflection reduction projection optical system 3 is a mirror Ml as an optical path bending mirror, a concave surface
  • the EUV light reflected by the reflective mask 2 passes through the reflection reduction projection optical system 3 and enters a predetermined reduction magnification jS (for example,
  • 1) in an arc-shaped exposure area on the wafer 2.
  • jS for example,
  • 1
  • a reduced image of the pattern of the reflective mask 2 is formed under / 4, 1/5, 1Z6).
  • the reflective mask 2 is supported by a mask stage 2S that can move at least along a rotation direction around the Y direction and the Z axis, and the wafer 4 can move along the X, Y, and Z directions. Supported by wafer stage 4S.
  • the movement of the mask stage 2S and the wafer stage 4S is achieved by a mask stage drive system 12 and a wafer stage drive system (not shown), respectively.
  • the illumination system 1 irradiates the reflective mask 2 with EUV light, and the reflective mask 2 and the wafer 4 are reduced with respect to the reflective reduction projection optical system 3 by the reduction magnification of the projection system 3.
  • the rotation amount of the mask stage 2S around the XY coordinates and the Z axis is constantly measured by the mask stage measurement system 16, and the measured position information of the mask stage 2S is calculated by Supplied to system 15.
  • the rotation amount of the wafer stage 4S around the XY coordinates and the Z axis is constantly measured by the wafer stage measurement system 17, and the measured position information of the wafer stage 4S is supplied to the arithmetic system 15 Is done.
  • the rotation fluctuation angle and the displacement amount of the mirror Ml of the reflection reduction projection optical system 3 as a projection system are detected by the detection system 13 and output to the calculation system 15.
  • the detection system 13 The amount of positional deviation and rotational deviation from the reference imaging position of the pattern image obtained based on the rotational fluctuation angle and positional deviation of the reflection mirror M1 detected in 13 and the mask stage measurement system 16
  • the mask 2 and the wafer 4 are substantially aligned with respect to the projection system 3 based on the position information of the mask stage 4S measured by the step S and the position information of the wafer stage measured by the wafer stage measurement system.
  • the correction amount of the mask 2 required for this is calculated.
  • the correction amount information obtained by the operation system 15 is supplied to the control system 11 .
  • the control system 11 transmits the correction amount information via the drive system 12 based on the correction amount information supplied from the operation system 15.
  • Drive control of the mask stage In this way, the mask 2 moves by the required correction amount, and the positional deviation and the rotational deviation of the pattern image from the reference imaging position are substantially corrected, and the mask 2 is caused by the relative positional deviation between the mask stage and the wafer stage.
  • the relative displacement between the mask 2 and the wafer 4 is also substantially corrected. As a result, the alignment between the mask 2 and the wafer 4 with respect to the projection system 3 is performed well.
  • the mask 2 and the wafer for the projection optical system 3 are moved by moving only the wafer 4 or by moving the mask 2 and the wafer 4. Positioning with 4 can be performed.
  • the rotation fluctuation angle of the plane mirror as the optical path deflecting member (optical path bending mirror) in the projection optical system is detected. Even if it has a mirror (concave mirror, convex mirror), it can be applied if the mirror bends the optical axis. In this case, not only the position and rotation of the image may fluctuate, but also the aberration state may change. If the change in the aberration state is within the allowable amount, the mask and the photosensitive substrate are left as they are. By moving at least one of the positions, exposure can be performed in a good alignment state and aberration correction state. Can be manifested. Also, the change in aberration state when exceeding the permissible amount may be to move the partially compensates for any aberration state of the optical members constituting the projection optical system a
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the exposure apparatus shown in FIG. 12 projects an equal-magnification image of a circuit pattern formed on the mask 2 onto a photosensitive substrate 4 on which a photosensitive material is coated on a glass substrate.
  • a projection exposure apparatus that performs exposure while moving in relative to gender substrate 4 and the projection optical system 3 magnification of the 3 as a flood shadow exposure apparatus of such method, for example, U.S. Patent No. 5, 2 9 It is disclosed in JP-A-8-9339.
  • the coordinate system is set so that the circuit pattern forming surface of the mask 2 is on the XY plane, the X axis is perpendicular to the paper, the Y axis is in the paper, and the Z axis is orthogonal to the XY plane.
  • the illumination optical system the same one as disclosed in the above-mentioned US Pat. No. 5,298,939 can be used, and the description is omitted here.
  • the illumination field (illumination area) formed by the illumination optical system 1 on the mask 2 has, for example, a trapezoidal shape having a base extending in the X direction and having an upper side on one side of the base. Can be.
  • the mask 2 is formed by a mask stage 2S having a ⁇ stage that can be moved two-dimensionally in a plane and a ⁇ ⁇ stage (rotary stage) that can be rotated around an axis, similarly to the above-described embodiment. Supported.
  • the projection optical system 3 includes a first imaging system 3A for forming an intermediate image of the same magnification as the mask 2 and a second imaging system 3B for re-imaging the intermediate image on the photosensitive substrate 4 at the same magnification.
  • the first imaging system 3 A includes an optical path bending mirror Ml, a lens group 3 A 1, and a concave mirror M 3
  • the second imaging system 3 B includes an optical path bending mirror M 2 and a lens group 3 B1 and concave mirror M4.
  • the light transmitted through the pattern of the mask 2 is reflected by the optical path bending mirror M1, travels in the + Y direction, passes through the lens group 3A1, is reflected by the concave mirror M3, and is reflected again by the lens group 3A1.
  • the light from this intermediate image is reflected by the optical path bending mirror M2, travels in the Y direction, is reflected by the concave mirror M4 via the lens group 3B1, and is again passed through the lens group 3A2.
  • the photosensitive substrate 4 is supported by a substrate stage 4S having a ⁇ stage that can move two-dimensionally in the XY plane and a ⁇ stage (rotation stage) that can rotate around the Z axis, as in the above-described embodiment. Have been.
  • the substrate stage 4S is driven and controlled via a drive system 12 based on a command from the control system 11.
  • the photosensitive substrate is exposed.
  • the mask pattern can be transferred to the exposed area extending in the Y direction on the top. Thereafter, the mask 2 and the photosensitive substrate 4 are moved together in the X direction (step operation), and the above-mentioned scanning exposure is repeated, whereby the mask pattern can be transferred to all the regions on the photosensitive substrate 4. it can.
  • a first detection system 13 for detecting a variation amount of a first reflection mirror M 1 as an optical path bending mirror disposed in the projection optical system 3 from a reference position, and an optical path bending A second detection system 14 for detecting the amount of fluctuation of the second mirror M2 as a mirror from the reference position.
  • a mask stage measurement system 16 that measures the coordinate position of the mask stage 2S and a substrate stage measurement system 17 that measures the coordinate position of the substrate stage 4S are provided. I have. The outputs from the first and second detection systems 13 and 14, the mask stage measurement system 16 and the substrate stage measurement system 17 are supplied to the operation system 15.
  • the arithmetic system 15 is obtained based on the rotation fluctuation angles of the first and second reflection mirrors M 1 and M 2 measured by the first and second measurement systems 13 and 14, as in the second embodiment.
  • the amount of displacement and rotation of the obtained pattern image from the reference imaging position, the position information of the mask stage 2 S measured by the mask stage measurement system 16, and the measurement by the substrate stage measurement system 17 Based on the position information of the substrate stage thus obtained, a correction amount of the photosensitive substrate 4 necessary for substantially aligning the mask 2 and the photosensitive substrate 4 with respect to the projection optical system 3 is obtained.
  • the correction amount information obtained by the operation system is supplied to the control system 11 .3
  • the control system 11 receives the correction amount information from the operation system 15, and based on the correction amount information supplied from the operation system 15, drives the substrate stage through the drive system 1 2. 4 Drive control of S.
  • the photosensitive substrate 4 is moved by the required correction amount, and the positional deviation and the rotational deviation of the pattern image from the reference imaging position are substantially corrected, and the position of the mask stage 2S and the wafer stage 4S is The relative displacement between the mask 2 and the photosensitive substrate 4 due to the relative displacement is also substantially corrected.
  • the alignment between the mask 2 and the photosensitive substrate 4 with respect to the projection optical system 3 is favorably performed.
  • a plurality of unit exposure regions are successively exposed to obtain a large-area exposure region.
  • at the time of scanning exposure at least one of the movement directions of the mask 2 and the photosensitive substrate 4 is changed not only in the Y direction but also in the rotation direction of the pattern image. It is preferable to add a moving amount component in the + X direction or the 1X direction in accordance with the above.
  • the position correction of the mask and the photosensitive substrate is constantly performed in accordance with the position shift and the rotation shift of the pattern image caused by the position change of the reflection member arranged in the projection optical system. However, it is not necessary to always make this correction.
  • the position fluctuation of the reflecting member may be constantly monitored by the detection system, and the correction may be made when the position fluctuation amount of the reflecting member exceeds a predetermined allowable amount.
  • the permissible amount relating to the positional change of the reflecting member is stored in the arithmetic unit 15 and a circle is used to determine whether the positional change amount detected by the detection system 13 has reached the permissible amount. Judge with 1-5.
  • the amount is within the allowable amount, at least one of the mask and the photosensitive substrate is not corrected, and if the amount exceeds the allowable amount, the correction amount of at least one of the mask and the photosensitive substrate is calculated from the positional variation amount. Get out and move.
  • the allowable amount it is preferable to display on the display 18 as a display unit connected to the remaining circle portion 15 that the allowable amount has been exceeded.
  • the catadioptric projection can be performed without an extra optical member interposed in the optical path between the mask and the wafer as the photosensitive substrate.
  • the alignment between the mask and the wafer can be performed at any time even during exposure according to the positional deviation or rotational deviation of the pattern image caused by the positional fluctuation of the reflecting member arranged in the optical system. Therefore, the position of the reflective member fluctuates during exposure, and the pattern image is not misaligned or rotated. Even if this occurs, the alignment between the mask and the wafer is performed as needed during exposure, so that a good semiconductor device can always be manufactured in a good alignment state.

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Description

明 細 書
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 技術分野
本発明は露光装置おょぴ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ェ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 D R AM
(Dynamic Random Access Memory) のような半導体デバイスでは、 1 6 Mビッ ト D R AMが現在のところ主流であるが、 2 5 6 MビットD R A M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 （3 6 5 n m) から、 さらに短波長化が進められている。 すなわち、 K r Fエキシマレーザー （発振波長 2 4 8 n m) が既に実用化され、 さ らに A r Fエキシマレーザー （発振波長 1 9 3 n m) 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、 その光軸が直 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 でめる 3
特開昭 6 3 - 4 1 0 2 3号公報ゃ特開平 7— 2 2 3 5 0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ェハ
(感光性基板） との位置合わせシステムが開示されている 3 これらの公 報に開示された露光装置では、 マスクとウェ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 にァライメント光を入射させてマスクとウェハとの相対位置を測定する また、 特開平 5— 2 1 3 1 4号公報には、 屈折型の投影光学系に対し てマスクおよびウェハを相対移動させながらウェ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、 ウェハステージ上に形成された基準マークを利用して マスクとウェ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 6 3 - 4 1 0 2 3号公報ゃ特開平 7— 2 2 3 5 0号公報に開示 された露光装置では、 マスクとウェ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、 マスクとウェ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— 2 1 3 1 4号公報に開示された露光装置では、 ゥェ 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ェハとの相 対位置を露光に先立ってあらかじめ測定しているつ すなわち、 マスクと ウェ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 υ したがつ 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ェ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、 マスクとウェハ 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ェ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ょぴ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 3 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つて、
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ェ 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、 前記演算ェ 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 ΰ 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。 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 M lが Ζ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 M 1が回転変動したときの露光フィールド E Fの全体移動や像点 P 1および P 2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 M 2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 M 2が回転変動したときの露光フィールド E Fの全体移動や像点 P 1および P 2の移動を示す図である。
第 6 A， 6 B及び 6 C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ェ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ヤ一トである。
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 1 0図は、 第 8図で図示を省略したウェハステージおよびウェハス テージ計測系の構成を概略的に示す上面図である。
第 1 1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 1 2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。 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ェハとの間 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一ン像の位置ず れゃ回転ずれに応じてマスクとウェ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、 マスクとウェハとの 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 およびウェハを相対移動させながらスキャン露光によりウェハの各露光 領域にマスクパターンを転写する走查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 3 aの光軸 A X a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 A r F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 3 aの光軸 A X aに 対して一 Y方向に偏心している。
マスク 2は、 X Y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、 X Y平面內において二次元的に移動可 能な X Y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 1 1からの指令に基づい て駆動系 1 2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 3 aを介して、 一 Z方向に沿って凹面鏡 M 3に入射する 凹面鏡 I 3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 3 aの光路中に 配置された第 1反射ミラー M lに入射する。 第 1反射ミラー M l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反射ミラ一 M 2に入射する。 第 2反射ミラー M 2で一 Z方向に反射された光は、 投影 光学系 3のウェハ側部分 3 b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ェハ 4に達する。
こう して、 ウェハ 4上には、 マスク 2のパターン像が形成される な お、 ウェハ 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のウェハ側部分 3 bの光軸 A X b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ェハ 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。
ウェハ 4は、 Χ Υ平面內においてウェハステージ上に支持されている ウェハステージは、 マスクステージと同様に、 Χ Υ平面内において二次 元的に移動可能な X Y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およびウェハ 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、 ゥェ 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、 ウェハ 4を X Y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ェハ 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 M lの 基準位置からの変動量を検出するための第 1検出系 1 3と、 第 2反射ミ ラ一M 2の基準位置からの変動量を検出するための第 2検出系 1 4とを 備えている。 第 1検出系 1 3および第 2検出系 1 4の出力は、 演算系 1 5に供給される。 演算系 1 5では、 第 1検出系 1 3で検出された第 1反 射ミラー M 1の基準位置からの変動量と、 第 2検出系 1 4で検出された 第 2反射ミラー M 2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 1 5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 1 5で求められた補 正量情報は、 制御系 1 1に供給される。
制御系 1 1は、 演算系 1 5から供給された補正量情報に基づいて、 駆 動系 1 2を介してマスクステージを駆動制御する 3 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、 パターン像とウェハ 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とウェハ 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 （ウェハ側） の開口数を、 iS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〕 ο
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 A r Fエキシマレーザー の発振波長 λ = 1 9 3. 4 nmに対する屈折率をそれぞれ示している (表 1 )
〔全体諸元〕
N A= 0. 6
β = 1 /4
〔レンズ諸元〕
r d n
oo 60.000 (マスク 2)
1 -210.000 18.000 1. 56019
2 -233.058
3 301.818 1. , 50138
4 -415.393 19.449
5 154862.242 1δ.248 1. 56019
6 -528.109 5.460
7 -316.309 18.000 1. .56019
8 275.570 74.064
9 342.313 48.000 1 .50138
Figure imgf000015_0001
36 -2017. 162 -40. 000 1. 50138
37 390. 013 -286. 849
38 3438. 1 10 -20. 000 1. 56019
39 -250. 000
40 -248. 024 -48. 000 1. 50138
41 342. 313 -4. 064
O
42 oo 180. 000 (第 1反射ミラー M l )
43 506. 214 34. 041 1. 50138
44 -256. 332 3. 017
45 -250. 000 20. 000 1. . 56019
46 - 1453. 242 422. 966
47 CO - 150. 000 (第 2反射ミラー M 2 )
48 -285. 380 -30. 000 1. 56019
49 -954. 824 - 0. 000
50 oo (開口絞り S )
51 -220. 000 -4t). UUU 1. 50138
52 -2665. 536 一 b. boo
53 - 200. 000 -27. 41 1 1. , 56019
54 - 516. 467 - 18. 844
55 632. 373 -30. 000 1 , . 56019
56 -1060. 585 -19. 112
57 -553. 788 -45. 000 1. , 56019
58 5823. 302 -0. 500
59 -153. 299 -45. 000 1 . 56019
60 - 120. 000 -1. 243
61 -125. 615 -66. 000 1. 56019 62 3036.218 -17.000
oo (ウェハ 4 )
まず、 第 2図に示すように、 第 1反射ミラー Ml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のウェハ部分 3 bの光軸 AX bに対して Y方向に沿って + 7mmだけ偏心してウェハ 4上に形成され るべき露光フィールド E Fが X方向に沿って d X = + 1 2 1 nmだけ全 体的に移動する。 また、 露光フィールド E Fの中心から一 X方向に沿つ て 1 5 mm離れた露光フィールド E Fの端部像点 P 1は Y方向に沿って d Y = - 7 1 nmだけ移動するとともに X方向に沿って d X =— 54 n mだけ移動する。 さらに、 露光フィールド E Fの中心から + X方向に沿 つて 1 5 mm離れた露光フィールド E Fの端部像点 P 2は Y方向に沿つ て d Y = + 7 1 nmだけ移動するとともに X方向に沿って d X = - 54 nmだけ移動する 3
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を介してウェハ 4上に形成される露光 フィ一ルド E Fが X方向に沿って d X =— 794 n mだけ全体的に移動 する。 また、 露光フィールド E Fの中心から一X方向に沿って 1 5mm 離れた露光フィールド E Fの端部像点 P 1は Y方向に沿って d Y = - 7 4 nmだけ移動するとともに X方向に沿って d X = - 23 nmだけ移動 する。 さらに、 露光フィールド E Fの中心から + X方向に沿って 1 5 m m離れた露光フィールド E Fの端部像点 P 2は Y方向に沿って d Y = + 74 nmだけ移動するとともに X方向に沿って d X =— 23 nmだけ移 動する。
したがって、 第 1反射ミラー Ml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 M 2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 E Fの全体移動量、 像点 P 1の移動量および像点 P 2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
(表 2)
d Y d X
E Fの全体移動量 0 n m — 6 73 n m
像点 P 1の移動量 — 1 45 n m — 77 n m
像点 P 2の移動量 + 145 n m — 7 7 n m すなわち、 第 1反射ミラー Ml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 M 2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 d X =— 6 7 3 nm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 ン像とウェハ 4との位置合わせを、 ひいてはマスク 2とウェハ 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、 6 73 nm (パターン像の位置ずれ量） X 4 (投影倍率の逆数） = 26 9 2 η mだけ + Χ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 E Fの全体移動量、 像点 P 1の移動量および像点 P 2の移動量は、 表 （3) に示すように補正される。
(表 3) d Y d X
E Fの全体移動量 0 n m 0 n m
像点 P 1の移動量 0 n m 9 n m
像点 P 2の移動量 0 n m 9 n m 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 M 1および第 2反射ミラー M 2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 P 1および P 2の移動 量に着目すると、 Y方向の成分 d Yが完全に補正され X方向の成分 d X がわずかに残っているが、 Y方向の成分 d Yを若干悪化させることによ つて X方向の成分 d X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 1 3が第 1反射ミラー M lの Z軸回りの回転変動角を検出し、 第 2検出系 1 4が 第 2反射ミラー M 2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 6 A図 に示す構成を採用することができる。 第 6 A図において、 第 1検出系 1 3や第 2検出系 1 4のような検出系は、 検出対象である反射ミラー 6 1 の端面 6 1 aに斜めから光を照射するための照射部 6 2と、 反射ミラー 6 1の端面 6 1 aからの反射光の受光位置を検出するための検出部 6 3 とで構成されている。 検出部 6 3は、 反射ミラー 6 1の端面 6 1 aから の反射光の受光位置に基づいて、 反射ミラー 6 1の回転変動角を検出す る。 検出部 6 3からの検出信号は、 演算系 1 5へ供給される。
また、 第 1検出系 1 3や第 2検出系 1 4は、 第 6 B図及び第 6 C図に 示す構成を採用することもできる。 第 6 B図及び第 6 C図に示す検出系 では、照射部 6 2は反射ミラー 6 1の裏面 6 1 bに斜めから光を投射し、 反射ミラー 6 1の裏面 6 1 bからの反射光の受光位置を検出部 6 3で検 出する。 この変形例においては、 第 6 B図及び第 6 C図に示す通り、 2 組の検出系により、 反射ミラー 6 1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 6 B図に示す如く、 光源 6 2 1及びこの光 源 6 2 1からの光をコリメ一卜するレンズ 6 2 2を有する照射部 6 2 B と、 反射ミラーの裏面 6 1 bで反射された光を集光するレンズ 6 3 1及 びレンズ 6 3 1の集光位置に配置された光電変換素子 6 3 2を有する検 出部 6 3 Bとを備える。
2組目の検出系は、 光源 6 2 3及びこの光源 6 2 3からの光を反射ミ ラーの裏面 6 1 b上で集光するレンズ 6 2 4を有する照射部 6 2 Cと、 反射ミラーの裏面 6 1 bの集光点の像を形成するレンズ 6 3 3及びレン ズ 6 3 3による像形成位置に配置された光電変換素子 6 3 4を有する検 出部 6 3 Cとを備える。
ここで、 検出部 6 3 Bの光電変換素子 6 3 2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 6 1の回転量を測定することが 可能であり、 検出部 6 3 Cの光電変換素子 6 3 4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 6 1 bの法線方向に沿 つ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 6 1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 6 1の裏面 6 1 bには照 射部 6 2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 1 5では、 第 1検出系 1 3で検出された第 1反射ミラー M lの 回転変動角と第 2検出系 1 4で検出された第 2反射ミラー M 2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 1 5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 1 5で求められた補正量情報は、 制御系 1 1に供給される。 制御 系 1 1は、 演算系 1 5から供給された補正量情報に基づいて、 駆動系 1 2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、 パターン像とウェハ 4との位 置合わせが、 ひいてはマスク 2とウェハ 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とウェハ 4との位置合わせが完了すると、 露 光工程 （フォトリソグラフイエ程） に移行する。 第 7図は、 本発明の露 光装置を用いてウェ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ヤ一トである。
先ず、 第 7図のステップ 7 1において、 1ロッ トのウェハ上に金属膜 が蒸着される。 次のステップ 7 2において、 ウェハ上の金属膜上にフォ トレジス卜が塗布される。 その後、 ステップ 7 3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ェハ 上の各露光領域に順次転写される。 次いで、 ステップ 7 4において、 ゥ ェハ上のフォ トレジス トの現像が行われる。 その後、 ステップ 7 5にお いて、 ウェ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ェハ上の 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、 ウェハプロセスが終了したウェハは次工程に送られる。
ウェ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 回路毎にウェ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 を付与するボンディング、 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 L S I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ェハプロセスでのフォトリ ソグ ラフイエ程により L S I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 トリソグラフイエ程によって、 液晶表示素子、 薄 膜磁気ヘッ ド、 撮像素子 （C C D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とウェハ 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 M 1および M 2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とウェハ 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 ΰ その結果、 スキャン露光 中に反射部材 Μ 1および Μ 2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とウェハ 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 3
なお、 第 1実施例では、 演算系 1 5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、 パターン像とウェハと の位置合わせを行っている。 しかしながら、 ウェハ 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ェハ 4を位 置合わせすることによって、 パターン像とウェ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ェハ 4のみを移動させる 場合、 6 7 3 n m (パターン像の位置ずれ量） だけ一 X方向に沿ってゥ ェハ 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軸の時計回りにウェハ 2を回転させることになる。
また、 マスク 2およびウェハ 4の双方を移動させて、 パターン像とゥ ェ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およびウェハ 4を移動させる場合、 2 6 9 2 n m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 ' 'だけウェハ 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ェハ 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、 6 7 3 n mだけ一 X 方向に沿ってウェハ 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ェハ 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 1 3が第 1反射 ミラー M lの Z軸回りの回転変動角を検出し、 第 2検出系 1 4が第 2反 射ミラー M 2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 M 1の Z軸回りの回転変動および第 2反射ミラー M 2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 テージやウェハステージは、 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、 X Y 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ダステ 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 M l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 M l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 M 2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 M 2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 1 0図は、 第 8図で図示を省略したウェハステージおよびウェハ 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ェハステージの位置情報をも考慮して マスクとウェ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 9 1を介して X Y平 面内においてマスクステージ 9 2上に支持されている υ マスクステージ 9 2は、 Χ Υ平面内において二次元的に移動可能な Χ Υステージおよび Ζ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 9 2の Χ Υ座標および Ζ軸回りの回転量は、 マスクステージ 計測系 1 6 (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 1 6では、 X Ζ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 9 3がマスクステージ 9 2に固定されて いる。 また、 + Χ方向に沿って入射するビームを Ζ方向に平行移動させ て一 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 9 4および 9 5が Υ方向に間隔を隔ててマスクステージ 9 2に 固定されている。
さらに、 マスクステージ計測系 1 6は、 ミラー 9 3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 9 6を備えている。 また、 コーナーキューブプリズム 9 4および 9 5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 9 7および 9 8を備えて いる。 なお、 レーザ干渉計 9 6〜 9 8は、 マスクステージ 9 2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 1 6では、 レーザ干渉計 9 6の出力に基づいて、 マスクステー ジ 9 2の Υ方向移動量すなわち Υ座標を計測することができる。 また、 レーザ干渉計 9 7の出力とレーザ干渉計 9 8の出力とに基づいて、 マス クステージ 9 2の X方向移動量すなわち X座標およびマスクステージ 9 2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 1 6で計測されたマスクステージ 9 2の位置情報は、 演算系 1 5に供給 される。
一方、 第 1 0図を参照すると、 ウェハ 4は、 ウェハホルダ 1 0 1を介 して X Y平面内においてウェハステージ 1 0 2上に支持されている υ ゥ ェハステージ 1 0 2は、 Χ Υ平面内において二次元的に移動可能な Χ Υ ステージおよび Ζ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、 ウェハステージ 1 0 2の Χ Υ座標および Ζ軸回りの回転量は、 ウェハステージ計測系 1 7 (第 8図参照） により常時計測されている ウェハステージ計測系 1 7では、 X Ζ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 1 0 3がウェハステージ 1 0 2に固定さ れている。 また、 Υ Ζ平面に平行で Υ方向に沿って長く延びた反射面を 有するミラー 1 0 4がウェハステージ 1 0 2に固定されている。
さらに、 ウェハステージ計測系 1 7は、 ミラ一 1 0 3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 1 0 5を備えている。 また、 Υ方向に間隔を隔てた 2 本のビ一ムをミラ一 1 0 4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 1 0 6を備えているつ さら に、 ウェハ 4の露光フィーノレド E Fの中心に向かってミラー 1 0 4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 1 0 7を備えている。
なお、 レーザ干渉計 1 0 5〜 1 0 7は、 ウェハステージ 1 0 2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、 ウェハステ ージ計測系 1 7では、 レーザ干渉計 1 0 5の出力に基づいて、 ウェハス テ一ジ 1 0 2の Υ方向移動量すなわち Υ座標を計測することができる また、 レーザ干渉計 1 0 6の出力に基づいて、 ウェハステージ 1 0 2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 1 0 7の出力に基づいて、 ウェハステージ 1 0 2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。 ウェハステージ計測系 1 7で計測された ウェハステージ 1 0 2の位置情報は、 演算系 1 5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 1 6の 出力およびウェハステージ計測系 1 7の出力が、 第 1検出系 1 3の出力 および第 2検出系 1 4の出力とともに、 演算系 1 5に供給される 演算 系 1 5では、 第 1検出系 1 3で検出された第 1反射ミラー M 1の回転変 動角と第 2検出系 1 4で検出された第 2反射ミラー M 2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 1 6で計測されたマスクステー ジの位置情報と、 ウェハステージ計測系 1 7で計測されたウェハステー 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とウェハ 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 1 5で求められた補正量情報は、 制御系 1 1に供給される 制 御系 1 1は、 演算系 1 5から供給された補正量情報に基づいて、 駆動系 1 2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ェハステ ージとの相対位置ずれに起因するマスク 2とウェハ 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とゥ ェハ 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とゥ ェハ 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 M 1および M 2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 ジとウェハステージとの相対位置ずれに応じてマスク 2とウェハ 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 M 1および M 2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ェハステー ジとの相対位置ずれが起こっても、 マスク 2とウェハ 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、 ウェハ 4のみを移 動させることによって、 あるいはマスク 2およびウェハ 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とウェハ 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一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ェハ 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ェハの各露 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 ヤ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ェハだけを二次元的にステツビング移動させなが らウェハの各ショッ 卜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 A r Fエキシ マレーザー光源を用いているが、 その代わりに F 2 エキシマレーザー光 源 （波長 1 5 7 n m )や r Fエキシマレーザー光源 （波長 2 4 8 n m ) . i線 （波長 3 6 5 n m) を供給する水銀ランプゃ 1 3 n m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 1 1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 1 1図に示される露光装置は、 露光用の照明光として波長 5〜 1 5 n m程度の軟 X線領域の光 （E U V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 1 1 図においては、 投影原版としての反射型マスク 2の縮小像をウェハ 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 Y Z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ェハ 4上に投影しつつ、 マスク 2とウェハ 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ェハ 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つ
ここで、 本実施形態における露光用の照明光である E U V光は、 大気 に対する透過率が低いため、 E U V光が通過する光路は図示無き真空チ ヤンバにより覆われて外気より遮断されている。
まず、 第 1 1図における照明光学系系 1について説明する。
レ一ザ光源 1 0 0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 Y A G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 1 0 1により集光され て、 位置 1 0 2に集光する。 ノズル 1 0 3は気体状の物体を位置 1 0 2 へ向けて噴出し、 この噴出された物体は位置 1 0 2において高照度のレ 一ザ光を受ける。 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 Eじ V光を放出する。
この位置 1 0 2の周囲には、 集光光学系を構成する楕円鏡 1 0 4が配 置されており、 この楕円鏡 1 0 4は、 その第 1焦点が位置 1 0 2とほぼ 一致するように位置決めされている。 楕円鏡 1 0 4の内表面には、 Eし V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 E L' V光は、 楕円鏡 1 0 4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 1 0 5へ向かう 3 放物面鏡 1 0 5は、 その焦点が楕円鏡 1 0 4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、 E U V光を反射するための多層膜が設けられている。
放物面鏡 1 0 5から射出される E U V光は、 ほぼコリメートされた状 態でオプティカルィンテグレ一タとしての反射型フライアイ光学系 1 0 6 a , 1 0 6 bへ向かう。 反射型フライアイ光学系 1 0 6 a， 1 0 6 b は、 複数の反射面を集積してなる第 1の反射素子群 1 0 6 a と、 第 1の 反射素子群 1 0 6 a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 1 0 6 bとで構成されている これら第 1及び第 2の反 射素子群 1 0 6 a， 1 0 6 bを構成する複数の反射面上にも E U V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 1 0 5からのコリメ一卜された E U V光は、 第 1の反射素子 群 1 0 6 aにより波面分割され、 各々の反射面からの E U V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 1 0 6 b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 1 0 6 b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 1 0 6 a， 1 0 6 bは、 放物面鏡 1 0 5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 1 0 6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 1 0 6 b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 1 0 6 a， 1 0 6 bにより形成された 2次光源からの E U V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 1 0 7へ向力い、 このコンデン サミラー 1 0 7にて反射集光された後に、 光路折り曲げミラー 1 0 8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 1 0 7及 び光路折り曲げミラー 1 0 8の表面には、 E U V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 1 0 7は、 2次光源から 発する E U V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 E U V光との光路分離を空間 的に行うために、 照明系は非テレセントリック系であり、 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、 E U V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ェハ 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 E i; V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一 M l、 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 M 1〜M4は、 基材上に Eじ V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、 ウェハ 2上の円弧形状の露光領域内に、所定の縮小倍率 jS (例 えば | |3 | = 1/4， 1/5， 1Z6) 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 2 Sにより支持されており、 ゥ ェハ 4は XY Z方向に沿って移動可能なウェハステージ 4 Sにより支持 されている。 これらのマスクステージ 2 S及びウェハステージ 4 Sの移 動は、それぞれマスクステージ駆動系 1 2及びウェハステージ駆動系（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及びウェハ 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、 ウェハ 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 2 S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 1 6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 2 Sの位置情報は、 演算系 1 5へ供給さ れる。 また、 ウェハステージ 4 Sの XY座標及び Z軸周りの回転量は、 ウェハステージ計測系 1 7により常時計測されており、 この計測された ウェハステージ 4 Sの位置情報は、 演算系 1 5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 Mlの回転変動 角および位置ずれ量に関しては、 検出系 1 3により検出されて演算系 1 5へ出力される。 演算系 1 5では、 前述の第 2実施例と同様に、 検出系 1 3で検出された反射ミラー M 1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 1 6で計測されたマスクステージ 4 Sの 位置情報と、 ウェハステージ計測系で計測されたウェハステージの位置 情報とに基づいて、 投影系 3に対してマスク 2とウェハ 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 1 5で求められた補正量情報は、 制御系 1 1に供給される 制 御系 1 1は、 演算系 1 5から供給された補正量情報に基づいて、 駆動系 1 2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ェハステ ージとの相対位置ずれに起因するマスク 2とウェハ 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とウェハ 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、 ウェハ 4 のみを移動させることによって、 あるいはマスク 2およびウェハ 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とウェハ 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） であつ 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 a
第 1 2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 1 2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 3 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， 2 9 8 , 9 3 9号公報に開 示されている。
第 1 2図では、 マスク 2の回路パターン形成面が X Y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 X Y平面に直交しかつ四面内方向に設定されている υ 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， 2 9 8 , 9 3 9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一 Υ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 Χ Υ平面内において二次元的に移 動可能な Χ Υステージと Ζ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 2 S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 3 A 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 3 Bと からなる そして、 第 1結像系 3 Aは、 光路折り曲げ鏡 Ml と、 レンズ 群 3 A 1 と、 凹面鏡 M3とからなり、 第 2結像系 3 Bは、 光路折り曲げ 鏡 M2と、 レンズ群 3 B 1と、 凹面鏡 M4とからなる。 マスク 2のバタ ーンを透過した光は、 光路折り曲げ鏡 M 1で反射されて + Y方向へ進行 した後、 レンズ群 3 A 1を経て凹面鏡 M3にて反射され、 再びレンズ群 3 A 1を経て光路折り曲げ鏡 M 1にて反射されて一 Z方向に進行し、 マ スク 2の等倍の中間像 （横倍率 =ー 1 ) を形成する。 この中間像からの 光は、 光路折り曲げ鏡 M2で反射されて十 Y方向へ進行した後、 レンズ 群 3 B 1を経て凹面鏡 M4にて反射され、 再びレンズ群 3 A 2を経て光 路折り曲げ鏡 M2にて反射されて一 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 χγ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 4 Sにより支持されている。 この基板 ステージ 4 Sは制御系 1 1からの指令に基づいて駆動系 1 2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反射ミラ一 M 1の基準位置からの変動量を検出するための第 1検 出系 1 3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 1 4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 2 Sの座標位置を計測 するマスクステージ計測系 1 6と、 基板ステージ 4 Sの座標位置を計測 する基板ステージ計測系 1 7とを備えている。 これら第 1および第 2検 出系 1 3、 1 4、 マスクステージ計測系 1 6、 および基板ステージ計測 系 1 7からの出力は演算系 1 5に供給される。 演算系 1 5は、 第 2実施 例と同様に、 第 1および第 2計測系 1 3、 1 4で計測された第 1および 第 2反射ミラー M 1， M 2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、 マスクステ一 ジ計測系 1 6で計測されたマスクステージ 2 Sの位置情報と、 基板ステ ージ計測系 1 7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 1 1に供給される 3 制御系 1 1は、 演算系 1 5から供給された補正量情報に基づいて、 駆動系 1 2 を介して基板ステージ 4 S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 2 Sとウェハ ステージ 4 S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方向あるいは一 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 1 1図参照して説明する。第 1 1図において、 演算部 1 5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 1 3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 1 5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 1 5に接続 されている表示部としてのディスプレイ 1 8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ェ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ゥェ 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。 したがつ 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、 マスクとウェ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。

Claims

請求の範囲
1 . 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。
2 . 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移動量を求め、 該移動量に基づ いて前記補正量を求めることを特徴とする請求の範囲 1に記載の露光装
3 . 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ことを特徴とする請求の範囲 2に記載の露光装置:
4 . 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ことを特徴とする請求の範囲 2に記載の露光
5 . 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 移動させることを特徴とする請求の範囲 2に記載の露光装置。
6 . 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 記パタ一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ことを特徴とする請求の範囲 1に記載の露光装置
7 . 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 j 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ことを特徴とする請求の範囲 1に記載の露光
8 . 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 記パタ一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 移動させることを特徴とする請求の範囲 1に記載の露光装置。
9 . 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5 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備え、
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、 前記マスクス テ一ジ計測系で計測された前記マスクステージの位置情報と、 前記基板 ステージ計測系で計測された前記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、
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 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 せすることを特徴とする請求の範囲 1乃至 8のいずれか 1つに記載の露 光装置。
1 0 . 前記投影光学系に対して前記マスクステージおよび前記基板ス 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 各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の 範囲 9に記載の露光装置。
1 1 . 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ェ ί 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
1 2 . 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を特徴とする請求の範囲 1 1に記載の露 光 。
1 3 . 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を特徴とする請求の範囲 1 2に記載 の露光方法。
1 4 . 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ェ 程を行うことを特徴とする請求の範囲 1 3に記載の露光方法。
1 5 . 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5 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 ことを特徴とする請求の範囲 1 4に記載の露光方法。
1 6 . 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 を求めることを特徴とする請求の範囲 1 5に記載の露光方法。
1 7 . 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 一ジの位置情報と、 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 を求めることを特徴とする請求の範囲 1 2に記載の露光方法。
1 8 . 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を特徴とする請求の範囲 1 1に記載 の露光方法。 5 1 9 . 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 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 を求めることを特徴とする請求の範囲 1 8に記載の露光方法。
2 0 . 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ェ 程を行うことを特徴とする請求の範囲 1 1に記載の露光方法。
2 1 . 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 ことを特徴とする請求の範囲 2 0に記載の露光方法。
2 2 . 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 ことを特徴とする請求の範囲 1 1に記載の露光方法。
2 3 . 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 を求めることを特徴とする請求の範囲 1 1に記載の露光方法。
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