WO2002043123A1 - Dispositif et procede d'alignement et procede de fabrication de dispositif - Google Patents

Description

明 細 書

露光装置、 露光方法及びデバイス製造方法 技術分野

本発明は、露光装置、露光方法及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、 半導体素子、 液晶表示素子等の製造に際し、 フ才卜リソグラフイエ程で用いら れる露光装置、 露光方法、 及びこれらを用いるデバイス製造方法に関する。 背景技術

従来より、 半導体素子等の製造におけるフォトリソグラフイエ程では、 種々 の露光装置が用いられている。 近年では、 形成すべきパターンを 4〜5倍程度 に比例拡大して形成したマスク （レチクルとも呼ばれる） のパターンを、 投影 光学系を介してウェハ等の被露光基板上に縮小転写するステップ ·アンド · リ ピ一卜方式の縮小投影露光装置 （いわゆるステツパ） や、 このステツバに改良 を加えたステップ ·アンド ·スキャン方式の走査型投影露光装置 （いわゆるス キヤニング *ステツパ） 等の投影露光装置が、 主流となっている。

これらの投影露光装置では、 集積回路の微細化に対応して高解像度を実現す るため、 その露光波長を、 より短波長側にシフトしてきた。 現在、 その波長は K r Fエキシマレーザの 2 4 8 n mが主流となっているが、 より短波長の A r Fエキシマレーザの 1 9 3 n mも実用化段階に入りつつある。 かかる露光波長 の露光装置では、 空気中の物質 （主として有機物） により露光光が吸収される ことや、 露光光により活性化された有機物がレンズ等に付着し透過率の悪化を 招くなどの現象が起こる。 このため光路中から有機物を取り除くべく、 光路中 の空間を有機物を除去した空気その他の気体で満たすことが有効であるとされ ている。 また、 マスク又はレチクル（以下、 「レチクル」 と総称する）上のパターンが 形成されたパターン面に、 塵や化学的汚れ等の汚染物質が付着すると、 その部 分の透過率が低下するとともに、 その汚染物質がウェハ上に転写されると、 パ ターン誤転写の原因となる。 そこで、 レチクルのパターン面をペリクルと呼ば れるフイルム状部材で覆い、 パターン面への塵等の異物の付着と焦点深度内へ の異物の侵入とを防止することが、 一般的に行われている。

ところで、 将来的に露光波長の更なる短波長化が進むことは間違いなく、 A r Fエキシマレーザより短波長の真空紫外域に属する光を発する光源、 例えば 出力波長 1 5 7 n mの F ₂レーザや、 出力波長 1 2 6 n mの A r ₂レーザを使用 する投影露光装置の開発あるいは提案がなされている。

しかるに、 これらの真空紫外と呼ばれる波長域の光束は、 光学ガラスの透過 率が悪く、 使用可能なレンズ、 レチクルの材料は、 ホタル石やフッ化マグネシ ゥ厶、フッ化リチウム等のフッ化物結晶に限定される。また、これらの光束は、 例えば、 酸素や水蒸気， 一般的な有機物 （以下 「吸収性ガス」 と称する） によ る吸収も極めて大きい。 従って、 真空紫外域の光束を露光光とする露光装置で は、 露光光が通る光路上の空間中の吸収性ガスの濃度を数 P p m以下の濃度に まで下げるべく、その光路上の空間の気体を、露光光の吸収の少ない、窒素や、 ヘリゥ厶等の希ガス（以下「低吸収性ガス」と称する）で置換する必要がある。 しかしながら、 従来のペリクルは、 例えばニトロセルロース等の有機物を主 成分とする薄膜により形成されているため、 露光光として真空紫外光を用いる 場合には、 ペリクル自身による露光光の吸収やペリクルからの脱ガスによる露 光光透過率の低下が生じる可能性が高 L

このため、 真空紫外域の露光光を用いる露光装置では、 前述した薄膜に代え て、 真空紫外光の透過性の良好な上記のフッ化物結晶や、 フッ素ドープ石英な どから成る比較的厚い （例えば 3 0 0〜8 0 0 程度、 あるいはそれ以上の 厚さ） 板部材から成る厚ペリクル （ハードペリクル） が採用される可能性があ る。 この厚ペリクルを用いた場合、 厚ペリクルの全てが同一の厚さである保証 はなく、 また、 同一ペリクルの部分的な厚みのばらつきも生じ、 露光光の屈折 現象に起因する結像性能の低下を招くおそれがある。

本発明は、 かかる事情の下になされたもので、 その第 1の目的は、 マスクの パターン面を保護する保護部材 （ペリクル） の厚さの相違に影響を受けること がなく、 高精度な露光を行うことができる露光装置を提供することにある。 また、 本発明の第 2の目的は、 マスクのパターン面を保護する保護部材 （ぺ リクル） の厚さの相違に影響を受けることがなく、 高精度な露光を行うことが できる露光方法を提供することにある。

さらに、 本発明の第 3の目的は、 高集積度のマイクロデバイスの歩留まりを 向上することができ、 その生産性を向上することが可能なデバイス製造方法を 提供することにある。 発明の開示

本発明は、 第 1の観点からすると、 エネルギビームをマスクに照射し、 前記 マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、 前記マス クの前記パターンが形成されたバタ一ン面を保護する光透過性の保護部材の厚 さを検出する検出装置を備える第 1の露光装置である。

これによれば、 マスクのパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さを 検出する検出装置を備えていることから、 該検出装置により検出される保護部 材の厚さに応じたパターンの像の結像状態あるいはその変動分を考慮した露光 が可能となる。 従って、 マスクのパターン面を保護する保護部材 （ペリクル） の厚さの相違に影響を受けることがなく、 高精度な露光を行うことが可能とな る。

この場合において、 前記光透過性の保護部材が、 平行平板から成る透明板に よって形成されている場合、 前記検出装置は、 前記透明板を介して前記パター ン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射系と、 前記透 明板の前記パターン面に対向する側の面及びその反対側の面からの第 1、 第 2 の反射光束をそれぞれ受光してそれぞれの検出信号を出力する第 1の光検出器 と、 前記第 1の光検出器から出力される検出信号に基づいて前記透明板の厚さ を算出する演算装置とを有することとすることができる。

前記反対側の面は、 前記検出光束が前記透明板に入射する入射面であり、 前 記パターン面に対向する側の面は、 前記検出光束が前記透明板から射出する射 出面である。

この場合において、 前記検出装置は、 前記パターン面からの第 3の反射光束 を受光してその検出信号を出力する第 2の光検出器を更に備え、 前記演算装置 は、 前記第 1の光検出器から出力される検出信号と前記第 2の光検出器から出 力される検出信号とに基づいて前記パターン面の法線方向の位置をも算出する こととすることができる。

この場合において、 前記演算装置は、 前記第 1の光検出器から出力される検 出信号に基づいて前記透明板の厚さを算出する第 1の算出器と、 該第 1の算出 器で算出された前記透明板の厚さと、 前記第 2の光検出器から出力される検出 信号とに基づいて前記パターン面の法線方向の位置を算出する第 2の算出器と を含むこととすることができる。

本発明の第 1の露光装置では、 検出装置が第 1及び第 2の光検出器を有し、 前記演算装置が、 これらの光検出器からの出力信号に基づいてパターン面の法 線方向の位置をも算出する場合に、 前記検出装置は、 前記第 1の光検出器から 出力される検出信号に基づいて、 前記第 2の光検出器をキヤリプレーションす るキャリブレーション装置を更に備えることとすることができる。

この場合において、 前記キャリブレーション装置は、 前記パターン面からの 反射光束の光軸をシフ卜させることにより、 前記第 2の光検出器のキヤリブレ ーシヨンを行うこととすることができる。 この場合において、 前記キャリブレーション装置は、 前記パターン面から前 記第 2の光検出器に至る前記反射光束の光路上に配置され、 前記反射光束の光 軸に対する傾きを変更可能な平行平板を含むこととすることができる。

本発明の第 1の露光装置では、 前記光透過性の保護部材が、 平行平板から成 る透明板によって形成され、 前記検出装置が、 前記第 1の光検出器と前記演算 装置とを有する場合に、 前記マスクから射出される前記エネルギビームを前記 基板上に投射するとともに、 その光軸方向が前記法線方向となるように配置さ れた投影光学系と；前記演算装置で算出された前記透明板の厚さに基づいて前 記マスクと前記基板との位置関係、 及び前記投影光学系の光学特性の少なくと も一方を補正する補正装置と；を更に備えることとすることができる。

この場合において、 前記照射系は、 前記エネルギビームにより照明される前 記投影光学系の露光エリアに対応する前記パターン面の領域内の複数の検出点 に前記検出光束をそれぞれ照射し、 前記第 1の光検出器は、 前記各検出点に個 別に対応して複数設けられ、 前記演算装置は、 前記複数の第 1の光検出器から の検出信号により前記透明板の厚さの分布を算出し、 前記補正装置は、 前記マ スクと前記基板との少なくとも一方の前記投影光学系の前記光軸方向に直交す る面に対する傾斜を調整することとすることができる。

本発明は、 第 2の観点からすると、 エネルギビ一厶をマスクに照射し、 前記 マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、 前記マス クの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透 明板を介して前記パターン面に対して入射角 αで検出光束を照射する照射系と、 前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光してその検出信号を出力 する光検出器と、 該光検出器の出力に基づいて前記パターン面の法線方向に関 する前記パターン面の位置を算出する算出器とを有する位置検出系と；前記マ スクから射出される前記エネルギビ一厶を前記基板上に投射するとともに、 前 記法線方向をその光軸方向とする投影光学系と；を備え、 前記検出光束の前記 透明板内の射出角を 8、 前記投影光学系の開口数と投影倍率とによって定まる 前記エネルギビームの前記透明板に対する入射角の最大角度を α '、前記エネル ギビームの前記透明板内の射出角を /8 ' とした場合に、 前記入射角 αが、

を満足するように設定されていることを特徴とする第 2の露光装置である。 これによれば、 検出光束の入射角 a;が、 検出光束の透明板内の射出角を) 8、 投影光学系の開口数と投影倍率とによって定まるエネルギビームの前記透明板 に対する入射角の最大角度を a '、 エネルギビームの前記透明板内の射出角を β ' とした場合に、 t a n )8Zt a n a= t a n )8， /t a n a' を満足する ように設定されていることから、 透明板の厚さの如何にかかわらず、 エネルギ ビームの焦点位置のずれと検出光束の検出位置のずれとがー致する。このため、 光検出器に検出オフセットを設定したり、 検出基準位置 （原点位置） の再設定 を行うことなく、 透明板の影響を受けることなく、 マスクのパターン面の光軸 方向の位置、 あるいはデフォーカス量を精度良く検出することが可能となる。 従って、 マスクのパターン面と基板の被露光面との光学的な位置関係を所望の 関係に設定して、 デフォーカスのない高精度な露光が可能となる。

この場合において、 前記エネルギビームとしては、 波長 1 93 nmの A r F エキシマレ一ザ光等を用いることもできるが、 前記エネルギビームが波長 1 5 7 nmの F₂レーザ光である場合、前記入射角ひが、好ましくは 30° ~50° の範囲内、 より好ましくは 35° ~40° の範囲内に設定される。

本発明の第 2の露光装置では、 前記検出光としては、 様々な波長の光を用い ることが考えられるが、 例えばエネルギビ一厶が波長 1 5 7 nmの F₂ レーザ 光で、 検出光束の入射角 aが 30° 〜50° の範囲内に設定されている場合、 前記検出光束が波長 600 n m~ 800 n mに属する赤色光であリ、 前記透明 板がフッ素ドープ石英であることとしても良い。

本発明の第 2の露光装置では、 前記透明板の厚さ tに基づいて前記投影光学 系の光学特性を補正する補正装置を更に備えることとすることができる。

この場合において、 前記厚さ tは、 外部からの入力により与えられることと しても良いが、前記厚さ tを検出する検出装置を更に備えることとしても良い。 この場合、 検出装置として、 例えば前述の第 1の光検出器 （及び第 2の光検出 器） と演算装置とを有するものを用いることができる。

本発明は、 第 3の観点からすると、 エネルギビームをマスクに照射し、 前記 マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、 前記マス クの前記パタ一ンが形成されたバタ一ン面を保護する所定厚さの光透過性の透 明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照 射する照射系と；前記パターン面からの反射光束を受光して、 前記パターン面 の法線方向の位置を検出する位置検出装置と；前記透明板の厚さに基づいて、 前記位置検出装置をキャリブレーションするキャリブレーション装置と ；を備 える第 3の露光装置である。

これによれば、 キャリブレーション装置により、 マスクのパターン面を保護 する透明板の厚さに基づいて、 位置検出装置がキャリブレーションされる。 そ して、 照射系から透明板を介して検出光束がマスクのパターン面に照射される と、 その反射光束が前記のキヤリプレーションがなされた位置検出装置によつ て受光され、 パターン面の法線方向の位置が、 透明板の厚さの影響を受けるこ となく、すなわち、透明板の有無にかかわらず、精度良く検出される。従って、 マスクのパターン面と基板の被露光面との位置関係 (光学的な位置関係を含む） を所望の関係に設定して、 高精度な露光が可能となる。

この場合において、 前記透明板の厚さを検出する厚さ検出装置を更に備える 場合には、 前記キャリブレーション装置は、 前記厚さ検出装置の検出結果に基 づいて、前記位置検出装置をキャリブレーションすることとすることができる。 本発明は、 第 4の観点からすると、 エネルギビームによりマスクを介して基 板を露光し、 前記マスクに形成されたパターン像を前記基板上に形成する露光 方法であって、 前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する 光透過性の保護部材の厚さを検出する検出工程と；前記検出された前記保護部 材の厚さに基づいて、 前記パターン像の結像状態を補正する補正工程と；を含 む第 1の露光方法である。

これによれば、 マスクのパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さを 検出し、 保護部材の厚さに基づいて、 基板上に形成されるパターン像の結像状 態を補正するので、 保護部材の厚さに応じたパターンの像の結像状態あるいは その変動分を考慮した高精度な露光が可能となる。

この場合において、 前記光透過性の保護部材が、 平行平板から成る透明板で 形成される場合、 前記検出工程は、 前記透明板を介して前記パターン面の法線 に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射工程と、 前記透明 板の前記パターン面に対向する側の面及びその反対側の面からの第 1、 第 2の 反射光束をそれぞれ受光する受光工程と、 前記第 1、 第 2の反射光束の受光結 果に基づいて、 前記透明板の厚さを算出する算出工程とを含むこととすること ができる。

この場合において、 前記受光工程では、 前記パターン面からの第 3の反射光 束を更に受光し、 前記算出工程では、 前記第 1、 第 2、 及び第 3の反射光束の 受光結果に基づいて、 前記パターン面の前記法線方向の位置をも算出すること とすることができる。

この場合において、 前記パターン面の前記法線方向の位置の算出は、 前記第 1、 第 2の反射光束の受光結果に基づいて前記透明板の厚さを算出する第 1の 算出工程と、 該算出された前記透明板の厚さと前記第 3の反射光束の受光結果 とに基づいて前記パターン面の法線方向の位置を算出する第 2の算出工程とを 含むこととすることができる。

本発明は、 第 5の観点からすると、 エネルギビームをマスクに照射し、 前記 マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法 であって、 前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定 厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して入射角 αで検出光束 を照射する工程と；前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光し、 その受光結果に基づいて前記パターン面の法線方向である前記投影光学系の光 軸方向に関する前記パターン面の位置を算出する工程と；を含み、 前記検出光 束の前記透明板内の射出角を )8、 前記投影光学系の開口数と投影倍率によって 定まる前記エネルギビームの前記透明板に対する入射角の最大角度を α '、前記 エネルギビームの前記透明板内の射出角を /3 ' とした際に、 前記入射角 αを、

を満足するように設定することを特徴とする第 2の露光方法である。

これによれば、 マスクのパターン面を保護する光透過性の所定厚さの透明板 を介してパターン面に対して入射角 aで検出光束が照射され、 その検出光束の パターン面からの反射光束を受光し、 その受光結果に基づいて透明板の法線方 向である投影光学系の光軸方向に関するパターン面の位置が算出される。 この 場合において、前記検出光束の入射角 aが、検出光束の透明板内の射出角を) 3、 投影光学系の開口数と投影倍率とによって定まるエネルギビ一厶の前記透明板 に対する入射角の最大角度を a '、 エネルギビームの前記透明板内の射出角を β ' とした場合に、 t a n /S Z t a n a t a n iS ' / t a n a ' を満足する ように設定されていることから、 透明板の厚さの如何にかかわらず、 エネルギ ビームの焦点位置のずれと検出光束の検出位置のずれとがー致する。このため、 反射光束に基づき、 透明板の影響を受けることなく、 マスクのパターン面の光 軸方向の位置、あるいはデフ才一カス量を精度良く検出することが可能となる。 従って、 マスクのパターン面と基板の被露光面との光学的な位置関係を所望の 関係に設定して、 デフォーカスのない高精度な露光が可能となる。

本発明は、 第 6の観点からすると、 波長 1 5 7 n mのエネルギビームをマス クに照射し、 前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に 転写する露光方法であって、 前記マスクの前記パターンが形成されたパターン 面に対し、 3 0 ° 〜5 0 ° の範囲内の入射角で検出光束を照射する工程と；前 記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光し、 その受光結果に基づい て前記投影光学系の光軸方向に関する前記パターン面の位置を算出する工程 と；を含む第 3の露光方法である。

これによれば、 マスクのパターン面に対し、 3 0 ° 〜5 0 ° の範囲内の入射 角で照射された検出光束のパターン面からの反射光束が受光され、 その受光結 果に基づいて投影光学系の光軸方向に関するパターン面の位置が算出される。 ここで、 例えば、 マスクのパターン近傍に透明板が設けられても、 検出光束が パターン面に対し、 3 0 ° 〜5 0 ° の範囲内の入射角で照射されることで、 透 明板によるパターン面の位置の検出誤差と、 透明板によるエネルギビームの焦 点位置のずれがほぼ等しくなる。 これにより、 パターン面の位置の検出誤差が 露光精度に与える影響がほとんどなくなることから、 マスクのパターン近傍に 透明板が設けられない場合と同様の制御を行っても、 高精度な露光を実現する ことが可能である。

この場合において、 前記入射角は、 3 5 ° ~ 4 0 ° の範囲内の角度であるこ とがより好ましい。

本発明は、 第 7の観点からすると、 エネルギビームをマスクに照射し、 前記 マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光方法であって、 前記マス クの前記パ夕一ンが形成されたパ夕一ン面を保護する所定厚さの光透過性の透 明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照 射する照射工程と；前記パターン面からの反射光束を受光して前記パターン面 の法線方向の位置を検出するとともに、 前記透明板の厚さに基づいて、 前記パ ターン面の法線方向の位置を補正する位置検出 ·補正工程と；を含むことを特 徴とする第 4の露光方法である。

これによれば、透明板を介して検出光束がパターン面に対して照射されると、 その反射光を受光してパターン面の法線方向の位置が検出される。 この際、 透 明板の厚さに基づいて、 前記パターン面の法線方向の位置が補正される。 結果 的に、 透明板の厚さに応じて位置補正がなされた、 パターン面の法線方向の位 置が検出される。 すなわち、 パターン面の法線方向の位置が、 透明板の厚さの 影響を受けることなく、 すなわち、 透明板の有無にかかわらず、 精度良く検出 される。 従って、 マスクのパターン面と基板の被露光面との位置関係 （光学的 な位置関係を含む） を所望の関係に設定して、 高精度な露光が可能となる。 この場合において、 前記透明板の厚さを検出する厚さ検出工程を、 更に含む 場合には、 前記位置検出 ·補正工程では、 検出された前記透明板の厚さに基づ いて、 前記パターン面の法線方向の位置の補正が行われることとすることがで さる。

本発明の第 4の露光方法では、 前記位置検出 ·補正工程では、 前記パターン 面の法線方向の位置は、 位置検出装置を用いて検出され、 前記位置の補正のた め、 前記透明板の厚さに基づいて、 前記位置検出装置のキャリブレーションが 行われることとすることができる。

また、 リソグラフイエ程において、 本発明の第 1〜第 3の露光装置のいずれ かを用いて露光を行うことにより、 高精度な露光を行うことができるで、 高集 積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができ、 その生産性を向 上させることができる。 同様に、 リソグラフイエ程において、 本発明の第 1〜 第 4の露光方法のいずれかを用いることにより、 基板上にパターンを精度良く 形成することができ、 これにより、 高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良 く製造することができ、 その生産性を向上させることができる。 従って、 本発 明の更に別の観点からは、 本発明の第 1〜第 3の露光装置のいずれかを用いる デバイス製造方法、 あるいは本発明の第 1〜第 4の露光方法のいずれかを用い るデバイス製造方法であるとも言える。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の第 1の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図で ある。

図 2は、 図 1のレチクル及びレチクル A F系を概略的に示す図である。

図 3は、 レチクル A F系の構成を説明するための図である。

図 4は、 第 1の実施形態に係るフォーカス位置合わせを説明するための図で ある。

図 5は、 本発明の第 2の実施形態に係るレチクル A F系の構成を概略的に示 す図である。

図 6 A〜図 6 Cは、 第 2の実施形態に係るフォーカス位置合わせを説明する ための図である。

図 7は、 入射角 0！と焦点位置のずれ Zの関係を表すグラフである。

図 8は、 本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフロー チヤ一卜である。

図 9は、 図 8のステップ 2 0 4の詳細を示すフローチャートである。 発明を実施するための最良の形態

《第 1の実施形態》

以下、本発明の第 1の実施形態を図 1〜図 4に基づいて説明する。図 1 には、 第 1の実施形態の露光装置 1 0 0の構成が概略的に示されている。 この露光装 置 1 0 0は、 真空紫外域のエネルギビームとしての露光用照明光 E Lをマスク としてのレチクル Rに照射して、 該レチクル Rと基板としてのウェハ Wとを所 定の走査方向（ここでは、図 1における紙面内左右方向である丫軸方向とする） に同期移動してレチクル Rのパターンを投影光学系 P Lを介してウェハ W上に 転写するステップ ·アンド ·スキャン方式の投影露光装置、 すなわちいわゆる スキャニング ·ステツパである。 この露光装置 1 0 0は、 光源及び照明ュニッ卜 I L Uを含み、 露光用照明光 (以下、 「露光光」 と呼ぶ） E Lによリレチクル Rを照明する照明系、 レチクル Rを保持するマスクステージとしてのレチクルステージ R S丁、 レチクル Rか ら射出される露光光 E Lをウェハ W上に投射する投影光学系 P L、 ウェハ Wを 保持する基板ステージとしてのウェハステージ W S T、 及びこれらの制御系等 を備えている。

前記光源としては、 ここでは、 波長約 1 2 0 (1 171〜約1 8 0 n mの真空紫外 域に属する光を発する光源、 例えば出力波長 1 5 7 n mのフッ素レーザ （ F ₂ レーザ） が用いられている。 光源は、 ビームマッチングユニットと呼ばれる光 軸調整用の光学系を一部に含む不図示の送光光学系を介して照明ユニット I L Uを構成する照明系ハウジング 2の一端に接続されている。光源は、実際には、 照明ュニッ卜 I L U及び投影光学系 P L等を含む露光装置本体が設置されるク リーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルーム、 あるいはクリーンル ー厶床下のユーティリティスペースなどに設置されている。なお、光源として、 出力波長 1 4 6 n mのクリプトンダイマーレーザ （K r ₂レーザ）、 出力波長 1 2 6 n mのアルゴンダイマ一レーザ （A r ₂ レーザ） などの他の真空紫外光源 を用いても良く、 あるいは、 出力波長 1 9 3 n mの A r Fエキシマレーザ、 出 力波長 2 4 8 η の r Fエキシマレ一ザ等を用いても良い。

前記照明ュニッ卜 I L Uは、内部を外部から隔離する照明系ハウジング 2と、 その内部に所定の位置関係で配置されたオプティカル ·ィンテグレ一タ等を含. む照度均一化光学系、 リレーレンズ、可変 N Dフィルタ、レチクルブラインド、 及びダイクロイツクミラー等 （いずれも不図示） から成る照明光学系とを含ん で構成されている。 この照明光学系は、 例えば特開平 1 0— 1 1 2 4 3 3号公 報、 並びに特開平 6— 3 4 9 7 0 1号公報及びこれに対応する米国特許第 5， 5 3 4 , 9 7 0号などに開示されるものと同様の構成となっている。 なお、 才 プティカル ·インテグレー夕としては、 本実施形態ではフライアイレンズが用 いられるが、これに限らずロッドインテグレー夕（内面反射型インテグレ一夕）、 あるいは回折光学素子等を用いることができる。 本国際出願で指定した指定国 又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、 上記米国特許の開示を援 用して本明細書の記載の一部とする。

照明ユニット I L Uでは、 回路パターン等が形成されたレチクル R上のスリ ッ卜状の照明領域 （前記レチクルブラインドで規定される X軸方向に細長く伸 びるスリッ卜状の領域） を露光光 E Lによりほぼ均一な照度で照明する。

ところで、 真空紫外域の波長の光を露光光とする場合には、 その光路から酸 素、 水蒸気、 炭化水素系のガス、 あるいは有機物等の、 かかる波長帯域の光に 対し強い吸収特性を有するガス （以下、 適宜 「吸収性ガス」 と呼ぶ） を排除す る必要がある。 このため、 本実施形態では、 照明系ハウジング 2の内部に、 真 空紫外域の光に対する吸収が少ない特性を有する特定ガス、 例えば窒素、 及び ヘリウム、 アルゴン、 ネオン、 クリプトンなどの希ガス、 又はそれらの混合ガ ス （以下、 適宜 「低吸収性ガス J と呼ぶ） を満たしている。 この結果、 照明系 ハウジング 2内の吸収性ガスの濃度は数 p p m以下の濃度となっている。

なお、 本実施形態では、 光源及び送光光学系内部の光路にも上記照明系ハウ ジング 2と同様に低吸収性ガスが満たされている。

前記レチクルステージ R S Tは、 レチクル Rを保持してレチクル室 1 5内に 配置されている。 このレチクル室 1 5は、 照明系ハウジング 2及び投影光学系 P Lの鏡筒と隙間なく接合された隔壁 1 8で覆われており、 その内部のガスが 外部と隔離されている。 レチクル室 1 5の隔壁 1 8は、 ステンレス （S U S ) 等の脱ガスの少ない材料にて形成されている。 .

レチクル室 1 5の隔壁 1 8の天井部には、 レチクル Rより一回り小さい矩形 の開口が形成されており、 この開口部分に照明系ハウジング 2の内部空間と、 露光すべきレチクル Rが配置されるレチクル室 1 5の内部空間とを分離する状 態で透過窓 1 2が配置されている。 この透過窓 1 2は、 照明ユニット I L Uか らレチクル Rに照射される露光光 E Lの光路上に配置されるため、 露光光 E L としての真空紫外光に対して透過性の高いホタル石等の結晶材料によって形成 されている。

レチクルステージ R S Tは、 レチクル Rを不図示のレチクルべ一ス定盤上で Y軸方向に大きなストロークで直線駆動するとともに、 X軸方向と 0 z方向（Z 軸回りの回転方向） に関しても微小駆動が可能な構成となっている。

これを更に詳述すると、 レチクルステージ R S Tは、 不図示のレチクルべ一 ス定盤上をリニアモータ等を含むレチクル駆動系 4 9によって Y軸方向に所定 ス卜ロークで駆動されるレチクル走査ステージ 1 4 Aと、 このレチクル走査ス テージ 1 4 A上に搭載されレチクル Rを吸着保持するレチクルホルダ 1 4 Bと を含んで構成されている。 レチクルホルダ 1 4 Bは、 レチクル駆動系 4 9によ つて X Y面内で微少駆動 （回転を含む） 可能に構成されている。

レチクル室 1 5の内部には低吸収性ガス、 例えばヘリウムガス （又は窒素ガ ス） が常時フローされている。 これは、 真空紫外の露光波長を使用する露光装 置では、 酸素等の吸収性ガスによる露光光の吸収を避けるために、 レチクル R の近傍も低吸収性ガスで置換する必要があるためである。 このレチクル室 1 5 内も吸収性ガスの濃度が数 P p m以下の濃度となっている。

レチクル室 1 5の隔壁 1 8には、 図 1に示されるように、 給気管路 1 6の一 端と、 排気管路 1 7の一端とがそれぞれ接続されている。 給気管路 1 6の他端 と排気管路 1 7の他端とは、 それぞれ不図示のヘリウムガス供給装置に接続さ れている。 そして、 ヘリウムガス供給装置から給気管路 1 6を介して常時高純 度のヘリウムガスが供給され、 レチクル室 1 5内部のガスが排気管路 1 7を介 してヘリウムガス供給装置に戻され、 このようにして、 ヘリウムガスが循環使 用されるようになっている。 ヘリウムガス供給装置には、 ガス精製装置が内蔵 されており、 このガス精製装置の作用により、 ヘリウムガス供給装置とレチク ル室 1 5内部とを含む循環経路によりヘリウムガスを長時間に渡って循環使用 しても、 レチクル室 1 5内のヘリウムガス以外の吸収性ガス （酸素、 水蒸気、 有機物等）の濃度は数 P p m以下の濃度に維持できるようになつている。なお、 レチクル室 1 5内に圧力センサ、 吸収性ガス濃度センサ等のセンサを設け、 該 センサの計測値に基づいて、 不図示の制御装置を介してヘリウムガス供給装置 に内蔵されたポンプの作動、 停止を適宜制御することとしても良い。

レチクル室 1 5の隔壁 1 8の— Y側の側壁には光透過窓 7 1が設けられてい る。 これと同様に図示は省略されているが、 隔壁 1 8の一 X側 （図 1における 紙面奥側） の側壁にも光透過窓が設けられている。 これらの光透過窓は、 隔壁 1 8に形成された窓部 （開口部） に該窓部を閉塞する光透過部材、 ここでは一 般的な光学ガラスを取り付けることによって構成されている。 この場合、 光透 過窓 7 1を構成する光透過部材の取り付け部分からのガス漏れが生じないよう に、 取り付け部には、 インジウムや銅等の金属シールや、 フッ素系樹脂による 封止（シーリング）が施されている。なお、上記フッ素系樹脂としては、 8 0 °C で 2時間加熱し、 脱ガス処理が施されたものを使うことが望ましい。

前記レチクルホルダ 1 4 Bの一 Y側の端部には、 平面鏡から成る Y移動鏡 5 2 R yが X軸方向に延設されている。 この Y移動鏡 5 2 R yにほぼ垂直にレチ クル室 1 5の外部に配置された丫軸レーザ干渉計 3 7 yからの測長ビームが 光透過窓 7 1を介して投射される。 そして、 その反射光が光透過窓 7 1を介し て Y軸レーザ干渉計 3 7 R y内部のディテクタによって受光され、 Y軸レーザ 干渉計 3 7 R y内部の参照鏡の位置を基準として Y移動鏡 5 2 R yの位置、 す なわちレチクル Rの Y位置が検出される。

同様に、 図示は省略されているが、 レチクルホルダ 1 4 Bの— X側の端部に は、 平面鏡から成る X移動鏡が Y軸方向に延設されている。 そして、 この X移 動鏡を介して不図示の X軸レーザ干渉計によって上記と同様にして X移動鏡の 位置、 すなわちレチクル Rの X位置が検出される。 上記 2つのレーザ干渉計の 検出値 （計測値） は主制御装置 5 0に供給されており、 主制御装置 5 0では、 これらのレーザ干渉計の検出値に基づいてレチクルステージ R S Tの位置制御 を行うようになっている。

このように、 本実施形態では、 レーザ干渉計、 すなわちレーザ光源、 プリズ 厶等の光学部材及びディテクタ等がレチクル室 1 5の外部に配置されているの で、 レーザ干渉計を構成するディテクタ等から仮に微量の吸収性ガスが発生し ても、 これが露光に対して悪影響を及ぼすことがないようになつている。

図 2には、 前記レチクルホルダ 1 4 Bに保持されたレチクル Rが示されてい る。 この図 2に示されるように、 レチクル Rの一方の面 P F (図 2及び図 1 に おける下面） には、 回路パターン P Aが形成されている。 以下においては、 こ の回路パターン P Aが形成された面を 「パターン面 P F」 と呼ぶものとする。 パターン面 P Fには、 レチクル保護装置 2 5が取り付けられている。 このレ チクル保護装置 2 5は、 図 2に示されるように、 レチクル Rのパターン面 P F に取付けられた下方から見て矩形枠状の金属製のフレーム 2 6と、 このフレー 厶 2 6のパターン面 P Fとは反対側の面に固着された保護部 W (透明板） とし てのハードペリクル 2 4とを備えている。 この場合、 レチクル保護装置 2 5、 主としてハ一ドペリクル 2 4によって、 レチクル Rのパターン面 P Fへの塵、 化学的汚れ等の付着、 堆積が防止されるようになっている。 なお、 フレーム 2 6は、後述する保護部材と同様又は異なる硝材によって形成することもできる。 前記ハードペリクル 2 4は、 レチクル Rのパターン面 P Fから 6 . 3 m m程 度下方に離れた位置にパターン面 P Fと平行に配置されており、 その厚さは、 例えば、 3 0 0〜8 0 0 At m程度あるいはそれ以上とされている。

本実施形態では、 前述の如く、 露光光 E Lとして F ₂ レーザ光が用いられて いる。 かかる F ₂レーザ光は、 酸素や水蒸気等のガスだけでなく、 ガラスや有 機物中の透過率も低いため、 レチクル Rやハードペリクルも、 真空紫外光の透 過率の高い材料を使用する必要がある。 本実施形態では、 レチクル Rの材料、 及びハードペリクル 2 4の材料としては、 たとえば、 水酸基を 1 O p p m以下 程度にまで排除し、 フッ素を 1 %程度含有させたフッ素ドープ石英が用いられ ているものとする。

また、 パターン面 P Fとフレーム 2 6と保護部材 （ハードペリクル 2 4等） とで囲まれる空間内も低吸収性ガスで置換されている必要がある。

図 1 に戻り、 レチクルステージ R S Tの下方には、 主制御装置 5 0によって オン ·オフが制御される光源を有し、 レチクル Rのパターン面 P Fに向けて検 出光束を斜め方向から照射する照射系 2 0 aと、 そのパターン面 P F等からの 反射光束を受光する受光系 2 0 bとを含むレチクル焦点位置検出系（以下、 「レ チクル A F系」 という） 2 0が設けられている。

レチクル A F系 2 0は、 図 2に概略的に示されるように、 ハードペリクル 2 4を介してレチクル Rのパターン面 P Fに検出光束、 すなわち、 ピンホール又 はスリッ卜の像を形成するための結像光束を照射する照射系 2 0 aと、 該照射 系 2 0 aから射出された結像光束のハ一ドペリクル 2 4の下側の面及びハード ペリクル 2 4の上側の面からの反射光束を受光光学系 L 1を介してそれぞれ受 光する第 1の光検出器 S 1、 及びこれら受光光学系 L 1及び第 1の光検出器 S 1の近傍に設けられ、 前記結像光束のレチクル Rのパターン面 P Fでの反射光 束を受光光学系 L 2を介して受光する第 2の光検出器 S 2等を含んで構成され る受光系 2 0 bとを備えている。

前記照射系 2 0 aは、 例えば波長 6 0 0〜 8 0 0 n m程度の波長域に属する 赤色光を検出光束として照射する発光ダイォード等の不図示の光源、 ピンホー ル又はスリツ卜状の開口が形成された開口板、 及び照射対物レンズ等を含んで 構成されており、 レチクル Rのパターン面 P F上の前記照明領域 I A R部分に 向けて前記結像光束を、 所定の入射角で照射する。

前記受光光学系 L 1は、 受光対物レンズその他の光学素子を含んで構成され ている。 また、 第 1の光検出器 S 1としては、 例えばラインセンサが用いられ る。 この第 1の光検出器 S 1は、 照射系 2 0 aから照射される結像光束のハ一 ドペリクル 2 4の上面 （レチクル Rのパターン面 P Fに対向する側の面） 及び 下面での反射光束をそれぞれ受光し、 それぞれの検出信号を、 主制御装置 5 0 に対して出力するようになっている。

前記受光光学系 L 2は、 受光対物レンズの他、 平行平板（プレーンパラレル） 6 9を含むその他の光学素子を含んで構成されている。 前記第 2の光検出器 S 2としては、 例えば 2次元 C C Dあるいは 4分割受光素子などの受光位置を検 出可能な受光素子が用いられる。 この第 2の光検出器 S 2は、 照射系 2 0 aか ら照射される結像光束のレチクル Rのパターン面 P Fで反射された反射光を受 光し、 その検出信号を主制御装置 5 0に出力するようになっている。 また、 前 記受光光学系 L 2内に、 平行平板 6 9を配置しているのは、 この平行平板 6 9 の反射光束の光軸に対する傾きを変更することにより、 第 2の光検出器 S 2に 入射する反射光束の光軸をシフ卜させることができる結果、 第 2の光検出器 S 2のキヤリブレーション（原点の再設定）を行うためである。本実施形態では、 この平行平板 6 9の傾斜角が、 主制御装置 5 0によって不図示の駆動系を介し て制御され、 その傾斜角に応じて光軸をシフ卜させることができるようになつ ている。 すなわち、 本実施形態では、 平行平板 6 9、 その駆動系、 及び主制御 装置 5 0を含んで、 キャリブレーション装置が構成されている。

なお、図 1及び図 2では表れていないが、実際には、図 3に示されるように、 照射系 2 0 aは、 レチクル Rのパターン面 P Fの前記照明領域 I A R (後述す る投影光学系 P Lの露光領域 （露光エリア） に対応する領域） 内の非走査方向 ( X軸方向） に所定間隔で配置された複数 （ここでは 3つ） の検出点に結像光 束をそれぞれ照射し、 受光系 2 O bは、 それぞれの検出点に個別に対応してそ れぞれ設けられている。 これら照射系 2 0 a、 及び 3つの受光系 2 0 bによつ て、 多点焦点位置検出系が構成されている。

この場合において、 照射系 2 0 aとしては、 単一の光源からの光を光学系を 介して 3分割することにより、 上記 3つの結像光束を照射する構成を採用する こともできるし、 3つの光源からの光を各結像光束とする構成をも採用するこ とができる。

なお、 図 4からもわかるように、 結像光束 （検出光束） の照射方向及び反射 方向は、 図 3に示されるような丫 Z面内に限らず、 X Z面内は勿論、 X Y面に 対して所定角度で交わる面内であれば、 いずれの面内で設定しても良い。

図 1 に戻り、 前記投影光学系 P Lは、 例えば両側テレセン卜リックな縮小系 であり、 共通の Z軸方向の光軸を有する複数枚のレンズエレメント 7 0 a、 7 0 b、 ……から構成された屈折光学系が用いられている。 この投影光学系 P L の瞳面は、 前記フライアイレンズにより形成される 2次光源面と互いに共役な 位置関係となっており、 レチクルのパターン面とはフーリエ変換の位置関係と なっている。 また、 投影光学系 P Lとしては、 投影倍率 τが例えば 1 4、 1 5、 1ノ 6などのものが使用されている。 このため、 前記の如くして、 露光 光 E Lによりレチクル R上の照明領域 I A Rが照明されると、 そのレチクル R に形成されたパターンが投影光学系 P Lによつて投影倍率 Ύで縮小された像が 表面にレジス卜 （感光剤） が塗布されたウェハ W上のスリット状の露光領域 I Aに投影され転写される。

上記複数のレンズエレメントのうち、 レチクル Rに最も近いレンズエレメン 卜 7 0 aを含む複数のレンズエレメントが独立に駆動可能となっている。 例え ば、 レンズエレメント 7 0 aは、 リング状の支持部材 7 6 aにより支持され、 この支持部材 7 6 aは、 伸縮可能な駆動素子、 例えばピエゾ素子 7 4 a， 7 4 b， 7 4 c (紙面奥側の駆動素子 7 4 cについては不図示） によって、 3点支 持されるとともに鏡筒部 7 6 bと連通されている。 上記の駆動素子 7 4 a， 7 4 b， 7 4 cによって、 レンズエレメント 7 0 aの周辺 3点を独立に、 投影光 学系 P Lの光軸 A X方向に移動させることができるようになつている。 すなわ ち、 レンズエレメント 7 0 aを 3つの駆動素子 7 4 a , 7 4 b , 7 4 cの変位 量に応じて光軸 A Xに沿つて平行移動させることができるとともに、 光軸 A X と垂直な平面に対して任意に傾斜させることもできる。 その他の駆動可能なレ ンズエレメントもレンズエレメント 7 0 aの駆動機構と同様の駆動機構を介し て、 光軸 A X方向及び傾斜方向に微小駆動可能な構成となっている。 本実施形 態の場合、 レンズエレメント 7 0 a等の駆動により、 例えばザイデルの 5収差 (ディストーション、非点収差、 コマ収差、球面収差、像面湾曲（フォーカス）） などを調整できるようになつている。 この場合、 駆動可能なレンズエレメント の数だけ、 独立な結像特性の補正が可能である。

この場合、 上記のレンズエレメント 7 0 a等を駆動する駆動素子に与えられ る電圧が、 主制御装置 5 0からの指令に基づいて結像特性補正コン卜ローラ 7 8によって制御され、 これによつて駆動素子の変位量が制御されるようになつ ている。 また、 結像特性補正コントローラ 7 8は、 投影光学系 P Lの収差を調 整するだけではなく、 気圧変化、 照明光線の吸収などによる投影光学系 Pしの 収差変動に対して、 収差を一定に保つ働きをも有している。 なお、 図 1中、 投 影光学系 Pしの光軸 A Xとは鏡筒 7 6 bに固定されているレンズエレメント 7 0 bその他のレンズエレメント （図示省略） の光軸を指す。

また、 光源が、 出力波長 1 5 7 n mの F ₂ レーザ等の真空紫外光源である本 実施形態においては、 投影光学系 P L中の光路の気体は、 真空紫外光に対する 吸収の少ないヘリウム等の希ガスや窒素ガス （低吸収性ガス） で置換する必要 がある。 また、 真空紫外光源を有する露光装置では、 投影光学系 P Lのレンズ エレメントの材料が、 熱膨張係数の大きなホタル石等の結晶材料に限られる。 従って、 レンズエレメントが露光光 E Lを吸収することにより発生する温度上 昇が、 レンズエレメント及び投影光学系の結像特性等に対して与える影響が非 常に大きいので、 本実施形態では、 上記低吸収性ガスのうち、 冷却効果の大き なヘリウムガスを採用することとしている。

前記投影光学系 P Lの鏡筒には、 図 1 に示されるように、 給気管路 3 0の一 端部、 排気管路 3 1の一端部がそれぞれ接続されており、 給気管路 3 0の他端 部は、 投影光学系 P Lの鏡筒内にヘリウムガスを供給し、 鏡筒内部のガスを排 気する不図示のガス循環装置の一端に接続され、 排気管路 3 1の他端部はガス 循環装置の他端に接続されている。 ガス循環装置は、 給気管路 3 0、 排気管路 3 1を介してヘリウムガスを投影光学系 P L内に常時フローすることにより、 鏡筒内部のガスを高純度のヘリウムガスに常時置換するようになっている。 こ れにより、 鏡筒内部の吸収性ガスの濃度は常時数 P p m以下の濃度に維持され ている。 また、 ガス循環装置には、 不図示のガス精製装置が内蔵されており、 このガス精製装置の作用により、 ガス循環装置と投影光学系 P Lの鏡筒内部と を含む循環経路で、 ヘリウムガスを長時間に渡って循環使用しても、 鏡筒内の 吸収性ガスの濃度を数 P p m以下の濃度に維持することができる。 なお、 鏡筒 内部に圧力センサ、 吸収性ガス濃度センサ等のセンサを設け、 該センサの計測 値に基づいて、 ガス循環装置に内蔵されたポンプの作動、 停止を不図示の制御 装置を介して適宜制御することとしても良い。

前記ウェハステージ W S Tは、 ウェハ室 4 0内に配置されている。 このゥェ ハ室 4 0は、 投影光学系 P Lの鏡筒と隙間なく接合された隔壁 4 1で覆われて おり、 その内部のガスが外部と隔離されている。 ウェハ室 4 0の隔壁 4 1は、 ステンレス （S U S ) 等の脱ガスの少ない材料にて形成されている。 ウェハ室 4 0内には、 ベース B Sが、 水平に設置されている。

前記ウェハステージ W S Tは、 X Yステージ 3 4と、 ウェハホルダ 3 5とを 含んで構成されている。 X Yステージ 3 4は、 リニアモー夕等によって走査方 向である Y軸方向及びこれに直交する X軸方向 （図 1における紙面直交方向） に 2次元駆動されるようになっている。 この X Yステージ 3 4上に、 ウェハホ ルダ 3 5が搭載され、 該ウェハホルダ 3 5によってウェハ Wが静電吸着 （又は 真空吸着） 等により保持されている。 ウェハホルダ 3 5は、 例えば 3つのァク チユエ一夕 （例えば、 ボイスコイルモータ） によって 3点で支持され、 独立し て Z軸方向に駆動され、 これによつてウェハ Wの Z軸方向の位置 （フォーカス 位置） 及び X丫平面に対する傾斜が調整されるようになっている。 図 1 におい ては、 X Yステージ 3 4を駆動するリニアモータ、 ウェハホルダ 3 5を駆動す るァクチユエ一夕等が纏めてウェハステージ駆動部 5 6として示されている。 本実施形態のように、 真空紫外の露光波長を使用する露光装置では、 酸素等 の吸収性ガスによる露光光の吸収を避けるために、 投影光学系 P Lからウェハ Wまでの光路についても窒素や希ガスで置換する必要がある。

ウェハ室 4 0の隔壁 4 1には、 図 1に示されるように、 給気管路 3 2の一端 と、 排気管路 3 3の一端とがそれぞれ接続されている。 給気管路 3 2の他端と 排気管路 3 3の他端とは、 それぞれ不図示のヘリウムガス供給装置に接続され ている。 そして、 ヘリウムガス供給装置から給気管路 3 2を介して常時高純度 のヘリウムガスが供給され、 ウェハ室 4 0内部のガスが排気管路 3 3を介して ヘリウムガス供給装置に戻され、 このようにして、 ヘリウムガスが循環使用さ れるようになっている。 ヘリウムガス供給装置には、 ガス精製装置が内蔵され ており、 このガス精製装置の作用により、 ヘリウムガス供給装置とウェハ室 4 0内部とを含む循環経路によりヘリウムガスを長時間に渡つて循環使用しても、 ウェハ室 4 0内のヘリウムガス以外の吸収性ガス （酸素、 水蒸気、 有機物等） の濃度は数 P p m以下の濃度に維持できるようになつている。 なお、 ウェハ室 4 0内に圧力センサ、 吸収性ガス濃度センサ等のセンサを設け、 該センサの計 測値に基づいて、 不図示の制御装置を介してヘリウムガス供給装置に内蔵され たポンプの作動、 停止を適宜制御することとしても良い。

前記ウェハ室 4 0の隔壁 4 1の— Y側の側壁には光透過窓 3 8が設けられて いる。 これと同様に、 図示は省略されているが、 隔壁 4 1の一 X側 （図 1 にお ける紙面奥側） の側壁にも光透過窓が設けられている。 これらの光透過窓は、 隔壁 4 1に形成された窓部 （開口部） に該窓部を閉塞する光透過部材、 ここで は一般的な光学ガラスを取り付けることによって構成されている。 この場合、 光透過窓 3 8を構成する光透過部材の取り付け部分からのガス漏れが生じない ように、 取り付け部には、 インジウムや銅等の金属シールや、 フッ素系樹脂に よる封止 （シーリング） が施されている。 なお、 上記フッ素系樹脂としては、 8 CTCで 2時間、 加熱し、 脱ガス処理が施されたものを使うことが望ましい。 前記ウェハホルダ 3 5のー丫側の端部には、 平面鏡から成る Y移動鏡 5 2 W yが X軸方向に延設されている。 この Y移動鏡 5 2 W yにほぼ垂直にウェハ室 4 0の外部に配置された Y軸レーザ干渉計 3 7 W yからの測長ビームが光透過 窓 3 8を介して投射される。 そして、 その反射光が光透過窓 3 8を介して Y軸 レーザ干渉計 3 7 W y内部のディテクタによって受光され、 Y軸レーザ干渉計 3 7 W y内部の参照鏡の位置を基準として Y移動鏡 5 2 W yの位置、 すなわち ウェハ Wの Y位置が検出される。

同様に、 図示は省略されているが、 ウェハホルダ 3 5の— X側の端部には、 平面鏡から成る X移動鏡が Y軸方向に延設されている。 そして、 この X移動鏡 を介して X軸レーザ干渉計 （不図示） によって上記と同様にして X移動鏡の位 置、 すなわちウェハ Wの X位置が検出される。 上記 2つのレーザ干渉計の検出 値 （計測値） は主制御装置 5 0に供給されており、 主制御装置 5 0では、 これ らのレーザ干渉計の検出値をモニタしつつウェハステージ駆動部 5 6を介して ウェハステージ W S Tの位置制御を行うようになっている。

このように、 本実施形態では、 レーザ干渉計、 すなわちレーザ光源、 プリズ 厶等の光学部材及びディテクタ等が、 ウェハ室 4 0の外部に配置されているの で、 上記ディテクタ等から仮に微量の吸収性ガスが発生しても、 これが露光に 対して悪影響を及ぼすことがないようになつている。

なお、 上記の説明では、 レチクル室 1 5及びウェハ室 4 0のヘリウムガス供 給装置にガス精製装置を内蔵する構成を採用するものとしたが、これに限らず、 ガス精製装置を内蔵せず、 レチクル室 1 5及びウェハ室 4 0から排気される排 気ガスを工場配管を介して排気しても良い。 同様に、 投影光学系 P Lに設けら れるガス循環装置においても同様の構成を採用しても良い。 また、 本実施形態では、 投影光学系 P Lの鏡筒の内面には、 例えばフッ素系 の樹脂をコーティングしたり、 プラズマ溶射により脱ガスの少ない硬い膜 （セ ラミックス膜やステンレス膜等） を形成したり、 あるいは電界研磨することに よって、ケミカルクリーン処理を施すことが望ましい。また、その素材として、 ステンレスあるいはテフロン （登録商標） 等のケミカルクリーンな素材を使用 しても良い。

更に、 本実施形態の露光装置 1 0 0では、 図 1に示されるように、 主制御装 置 5 0によってオン ·オフが制御される光源を有し、 投影光学系 P Lの結像面 に向けて多数のピンホール又はスリツ卜の像を形成するための結像光束を、 投 影光学系 P Lの光軸に対して斜め方向より照射する照射系 6 0 aと、 それらの 結像光束のウェハ W表面での反射光束を受光して各検出点におけるウェハ Wの Z位置を検出する受光系 6 0 bとから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系 (以下、 「ウェハ A F系」 と呼ぶ） 6 0が設けられている。 なお、 本実施形態の ウェハ A F系 6 0と同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、 例えば特開平 6— 2 8 3 4 0 3号公報及びこれに対応する米国特許第 5， 4 4 8， 3 3 2号 等に開示されている。 このウェハ A F系 6 0の出力が主制御装置 5 0に供給さ れるようになっている。 本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国 内法令が許^ "限りにおいて、 上記公報及び米国特許における開示を援用して本 明細書の記載の一部とする。

制御系は、 図 1 に示される主制御装置 5 0によって主に構成される。 主制御 装置 5 0は、 C P U (中央演算処理装置）、 R O M (リード ·オンリ ·メモリ）、 R A M (ランダ厶 ·アクセス ·メモリ） 等から成るいわゆるマイクロコンピュ 一夕 （又はワークステーション） を含んで構成され、 上述した各種制御動作を 行う他、 露光動作が的確に行われるように、 例えばレチクル Rとウェハ Wの同 期走査、 ウェハ Wのステッピング等を制御する。

具体的には、 前記主制御装置 5 0は、 例えば走査露光時には、 レチクル Rが レチクルステージ R S Tを介して + Y方向（又は— Y方向）に速度 V _R= Vで走 査されるのに同期して、 ウェハステージ W S Tを介してウェハ Wが露光領域 I Aに対して—Y方向 （又は + Y方向） に速度 V _W= _T · V (ァはレチクル Rか らウェハ Wに対する投影倍率） で走査されるように、 レーザ干渉計 3 7 R y、 3 7 W yの計測値に基づいてレチクルステージ駆動部 4 9、 ウェハステージ駆 動部 5 6をそれぞれ介してレチクルステージ R S T、 ウェハステージ W S丁の 位置及び速度をそれぞれ制御する。 勿論、 X軸方向に関してもレチクル Rとゥ ェハ Wとに位置誤差が生じないように、 不図示のレチクル X干渉計、 ウェハ X 干渉計の計測値に基づいてレチクルホルダ 1 4 Bを制御する。

また、 ステッピングの際には、 主制御装置 5 0では、 レーザ干渉計 3 7 W y 及び不図示のウェハ X干渉計の計測値に基づいてウェハステージ駆動部 5 6を 介してウェハステージ W S Tの位置を制御する。

この他、 主制御装置 5 0では、 例えば後述する走査露光時において、 レチク ル A F系 2 0及びウェハ A F系 6 0の検出結果に基づいて、 ウェハホルダ 3 5 の Z位置及び X Y平面に対する傾斜をウェハステージ駆動部 5 6を介して制御 することにより、 才一卜フォーカス （自動焦点合わせ） 及び才ートレべリング を実行する。 また、 主制御装置 5 0では、 露光開始に先立って、 レチクル A F 系 2 0の計測結果に基づいて、 レチクル A F系 2 0の検出オフセッ卜を設定し たり （あるいは、そのオフセッ卜を用いてキャリブレーションを行ったり）、投 影光学系 P Lの結像特性を調整したりする。 以下、 これらの点について説明す る。

まず、 レチクル A F系 2 0の検出オフセッ卜の設定方法及び該オフセッ卜を 設定する理由について説明する。

レチクル A F系 2 0に検出オフセットを設定する理由は、 簡単に言えば、 前 述したように、 本実施形態の露光装置 1 0 0では、 レチクル Rにハードべリク ル 2 4が取り付けられるため、 このハードペリクル 2 4の影響により、 レチク ル Rの Z位置を正確に検出することができなくなるためである。

これを更に詳述する。 以下の説明では、 便宜上、 レチクル Rを Z軸方向に自 在に駆動できる構成となっているものとする。 また、 前提として、 図 4に示さ れるように、 初期設定により、 ハードペリクル 24が存在しない状態、 あるい はハードペリクル 24より極端に薄い有機物を主成分とする薄膜で形成される ペリクル （ソフトペリクル） が取り付けられた状態で、 投影光学系 P Lの開口 数 N. に と投影倍率ァとによって定まる露光光 E Lのパターン面 P Fに対す る入射角の最大角度 で規定される投影光学系 P Lのレチクル側（物体面側） の焦点 B Fと、 レチクル A F系 20の照射系 20 aからの結像光束（検出光束） F のパターン面 P Fによる反射光束 F B₂の第 2の光検出器 S 2に対する入 射位置とその検出基準点 0とが一致するように、 レチクル A F系 20のキヤリ ブレーシヨンが行われているものとする。

この状態で、 図 4に示されるように、 ハードペリクル 24が挿入されると、 投影光学系 P Lのレチクル側 （物体面側） の焦点 B Fが、 上方 （+Z方向） に △ Ζιだけ移動し、 B F' の位置となる。 しかしながら、 ハードペリクル 24 の挿入により、 パターン面に入射する結像光束 F の光軸が F に変更さ れ、 かつパターン面からの反射光束 F B₂の光軸が F Β₂' に変更されることに なる。 すなわち、 レチクル A F系 20では、 レチクル Rのパターン面が図 4中 の P F' にあるときを検出基準点 0として認識することになる。 従って、 レチ クル A F系 20(第 2の光検出器 S 2)に検出オフセッ卜の設定がない状態で、 第 2の光検出器 S 2の検出結果に従って、 レチクル Rの Z軸方向の制御 （フ才 —カス制御） を行う場合には、 レチクル Rが ΔΖ₂だけ上方 （+ Ζ方向） に駆 動され、 そのパターン面 P Fの位置が符号 P F' の位置に設定されることとな る。

しかし、 このときの、 位置合わせの目標とすべき、 レチクル側焦点面は、 符 号 P F" で示される面であるため、 △ Ζι— Δ Ζ₂=Δ Ζのフォーカスずれが生 じることになる。 従って、 このフォーカスずれを解消するためには、 レチクル A F系 2 0の検出結果に基づいて位置合わせすべき Z目標値に Δ Zのオフセッ 卜を設定する必要があるのである。

すなわち、 第 2の光検出器 S 2の検出結果にオフセッ卜 Δ Ζを加算して位置 合わせ目標値を設定し、 設定後の目標値に基づいてレチクル Rを Z軸方向に駆 動する。 このようにすることにより、 ハードペリクル 2 4の挿入に伴って移動 した投影光学系 P Lのレチクル側の焦点面 P F " に、 レチクル Rのパターン面 P Fを一致させることができる。

従って、 ハードペリクル 2 4が存在しないレチクル R、 あるいはソフトペリ クルでパターン面が保護されたレチクル Rの使用が想定された露光装置であつ たとしても、 投影光学系 P Lとレチクル Rとの相対的な間隔を変えることによ つて、 ハ一ドペリクル 2 4を備えるレチクル Rを支障無く使用することができ る。

なお、 オフセット Δ Ζを設定する代わりに、 前述した図 2の受光光学系 L 2 内の平行平板の傾斜角を調整して図 4中に矢印 Aで示されるように、 オフセッ 卜 Δ Ζに対応する Δ Μ ( = Δ Ζ · s i η α ) だけ反射光束の光軸をシフトさせ て、 レチクル A F系 2 0の再キヤリブレ一シヨンを行っても良い。

ここで、 上述したオフセット△ Z又は光軸シフト量 Δ Μは、 ハードペリクル 2 4の厚さ tに応じて一義的に決められる。 すなわち、 前述した は、 露 光光 E Lの入射角 α '、 そのハードペリクル 2 4内の射出角 )8 ' (これは、 露光 光 E Lに対するハードペリクル 2 4の屈折率 nと入射角 α ' とに基づき屈折の 法則により一義的に定まる）、 及び厚さ tを用いると、

なる関数で表すことができる。 なお、 この関数 f iについては、 後述する第 2 の実施形態中で更に詳述する。

しかるに、 本実施形態の場合、 入射角 α ' は、 既知の定数であり、 露光光 Ε L (波長 1 57 nmのフッ素レーザ光） に対するフッ素ドープ石英の屈折率 n は既知であるので、 射出角 ' も簡単に演算で求まる定数である。 従って、 △ は、 次式 （2) のように表すことができる。

AZ!=K! · t …… （2)

ここで、 Kiは、 上記 α'、 β， に基づいて定まる比例定数である。

同様に、

ΔΖ₂=Κ₂ · t …… (3)

と表せる。 ここで、 K₂は、 上記の検出光束の入射角 α、 検出光束のハードべ リクル 24内の射出角 βに基づいて定まる比例定数である。

従って、 オフセット ΔΖは、 次の式 （4) のように表せる。

ΔΖ = ΔΖ!-ΔΖ₂= (Κ!-Κ₂) - t =Κ · t … （4) ここで、 K-Ki—Ksで定義される比例定数である。

従って、 ハードペリクル 24の厚さ tが分かれば、 式 （4) により、 オフセ ッ卜 ΔΖを、 直ちに求めることができる。

ところで、 本実施形態のレチクル A F系 20では、 前述したように第 1の光 検出器 S 1により、 照射系 20 aから照射される結像光束のハードペリクル 2 4の上面及び下面での反射光束をそれぞれ受光し、 それぞれの検出信号が主制 御装置 50に出力されるので、 主制御装置 50では、 その第 1の光検出器 S 1 からの検出信号に基づいて、 ハードペリクル 24の上面及び下面での反射光束 の光検出器 S 1の受光面上に対する入射点の間隔 (5 (図 2参照） を算出するこ とができる。

しかるに、図 2の幾何学的関係から、受光光学系 L 1の投影倍率を Dとして、 (5は、 次式 （5) の関係を満足する。

<5 = 2 t - D - t a n i8 - c o s a …… (5)

式 （5) を変形すると、

t =<5/ (2 D - t a ri )8 - c o s a) …… (5)' と表せる。 式 （5)' を式 （4) に代入すると、

ΔΖ = Κ · 6 / (2 D · t a n )8 - c o s a) …… (6)

となる。 式 （6) は、 K/ (2 D · t a n 0 · c 0 s α) =比例定数 Cとおく ことにより、 次式 （7) のように表現できる。

Δ Z = C · 6 …… (7)

そこで、 本実施形態では、 比例定数 Cが予め求められ、 主制御装置 50の R AM内に、 式 （7) とともに記憶されている。 従って、 主制御装置 50では、 第 1の光検出器 S 1からの検出信号に基づいて上記 (5を算出するとともに、 式

(7)に基づいて、レチクル A F系 20の検出オフセッ卜△ Zを直ちに設定し、 あるいは ΔΜ (=ΔΖ · s i η α) だけ反射光束の光軸がシフトするように受 光光学系 L 2内の平行平板 69の傾きを制御してレチクル A F系 20のキヤリ ブレーシヨンを行うことができるようになつている。 なお、 ここで、 式 （5) 又は（5)'から明らかなように、 （5はハードペリクル 24の厚さ tに比例する ので、 δを計測することは、 厚さ tを計測することに他ならない。

なお、上記の説明では、便宜上レチクル Rを Z軸方向に駆動するものとして、 説明を行ったが、 本実施形態の露光装置 1 00では、 レチクル Rの Z軸方向駆 動機構が存在しないため、 実際には、 主制御装置 50では、 露光開始に先立つ て、 ハードペリクル 24の厚さの検出結果に基づいて、 上述したレチクル A F 系 20のキャリブレーションを行う。 そして、 走査露光の際には、 このキヤリ ブレーシヨン後のレチクル A F系 20の第 2の光検出器 S 2の検出結果に基づ いて、 レチクル Rのパターン面 P Fのデフォーカス量を算出し、 この算出結果 を考慮しつつ、 ウェハ A F系 60の計測値に基づいて、 ウェハステージ駆動部 56を介してウェハホルダ 35の Z位置を制御することにより、レチクル R (の パターン面） とウェハ W (の表面） との光学的な距離を保つ、 すなわち、 共役 関係を維持するようになっている。 これについては、 さらに後述する。

また、 本実施形態の露光装置 1 00では、 レチクル Rのパターン面 P Fの露 光光 E Lが照射される照明領域内に 3点のレチクル A F系 2 0の検出点 （結像 光束の照射点） が設けられている。 このため、 パターン面 P Fが非走査方向に 傾斜している （非走査方向のレべリング誤差がある） 場合に、 これを検出する ことが可能である。 しかし、 ハードペリクル 2 4に非走査方向に関して厚さの ばらつきがある場合には、 パターン面 P Fに非走査方向のレべリング誤差があ る場合と同様の検出結果が得られるおそれがある。 そこで、 かかる場合であつ ても、各検出点の位置毎に、パターン面 P Fのデフ才一カス量を検出するため、 各検出点に対応するハードペリクル 2 4の厚さ tの検出を行い、 その検出結果 に基づいて、 第 2の光検出器 S 2の前述したキャリブレーション （又は、 検出 オフセッ卜の設定） を行う。

また、 ハードペリクルの厚さ tが、 予め正確に求められている場合には、 ハ —ドペリクルの厚さ tの検出を行う必要はない。 すなわち、 露光装置にハード ペリクル付きレチクルが搬送される前に、 ハ一ドペリクルの厚さ tが計測され ている場合には、 予め計測されているハードペリクルの厚さ tを露光装置 （よ リ正確には主制御装置 5 0の R A Mなど） にオペレータが不図示のコンソール 等の入出力装置から入力すれば良い。 この入力に基づいて、 第 2の光検出器 S 2のキヤリプレーシヨンを行えば良い。 あるいはオペレータの入力に代えて、 ハードペリクルの厚さ tをレチクル上にバーコード情報として記憶しておき、 ハードペリクル付きレチクルが露光装置内に搬送された時に、 そのバーコード 情報をバーコードリーダで読み取る構成を採用しても良い。

また、 ハードペリクル 2 4を挿入すると、 投影光学系 P Lの像面側焦点位置 のみならず、 球面収差、 コマ収差、 ディストーション、 像面湾曲等の結像特性 が変動する。 そこで、 本実施形態では、 予め実際のパターンのウェハ W上への 焼き付けを含む実験、 あるいは投影光学系 P Lを介したパターン像の計測、 又 は光学的シミュレーションにより、 ペリクル （パターン保護部材） の厚さ tを パラメータとする、 上記各収差を補正するための投影光学系 P Lのレンズエレ メン卜の駆動量との関係式を予め求めて R A Mに記憶している。 そして、 主制 御装置 5 0では、 露光開始に先立って、 上記レチクル A F系 2 0のキヤリブレ ーシヨンと前後して計測したペリクル厚さ （3つの検出点における厚さが異な る場合には、 例えばそれら 3つの検出点における厚さの平均値、 両端の検出点 における厚さの平均値、 あるいは中央の検出点における厚さのいずれか） に基 づいて、 結像特性補正コントローラ 7 8に指令を与えて、 投影光学系 P Lの上 記諸収差を補正するようになっている。 なお、 投影光学系 P Lの結像特性を補 正するためレンズエレメントを駆動した場合には、 これにより副作用的にフォ —カス変化が生じるが、 これは無視できるほど小さいものとする。 また、 本実 施形態では、 主制御装置 5 0が、 結像特性補正コン卜ローラ 7 8に指令を与え て投影光学系 P Lを構成する複数のレンズエレメント 7 0 a , 7 0 b…の少な くとも 1つを Z軸方向に駆動して、 レチクル側焦点面 P F " に対するレチクル Rのパターン面 P Fの位置 （図 4参照） を調整することもできる。

上述した投影光学系 P Lの諸収差を補正が行われた後、 次のようにして、 露 光処理工程の動作が開始される。

まず、 不図示のレチクル顕微鏡及び不図示のオファクシス ·ァライメン卜セ ンサ等を用いたレチクルァライメン卜、 並びに前記ァライメン卜センサのベ一 スライン計測等の準備作業が行われ、 その後、 ァライメン卜センサを用いたゥ ェハ Wのファインァライメン卜 （E G A (ェンハンス卜 'グローバル .ァライ メン卜） 等） が終了し、 ウェハ W上の複数のショット領域の配列座標が求めら れる。

なお、 上記のレチクルァライメン卜、 ベースライン計測等の準備作業につい ては、 例えば特開平 4一 3 2 4 9 2 3号公報及びこれに対応する米国特許第 5 2 4 3 1 9 5号に詳細に開示され、 また、 これに続く E G Aについては、 特開 昭 6 1 —4 4 4 2 9号公報及びこれに対応する米国特許第 4， 7 8 0， 6 1 7 号等に詳細に開示されており、 本国際出願で指定した指定国又は選択した選択 国の国内法令が許す限りにおいて、 上記各公報並びにこれらに対応する上記米 国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

このようにして、 ウェハ Wの露光のための準備動作が終了すると、 主制御装 置 5 0では、 ァライメン卜結果に基づいてウェハ側の Y軸レーザ干渉計 3 7 W y及び不図示の X軸レーザ干渉計の計測値をモ二夕しつつウェハ Wのファース 卜ショット領域 （第 1番目のショット領域） の露光のための走査開始位置 （加 速開始位置） にウェハステージ W S Tを移動する。

そして、 主制御装置 5 0ではレチクルステージ R S Tとウェハステージ W S 丁との Y方向の走査を開始し、 両ステージ R S T、 W S Tがそれぞれの目標走 査速度に達すると、 露光光 E Lによってレチクル Rのパターン領域が照明され 始め、 走査露光が開始される。

主制御装置 5 0では、 特に上記の走査露光時にレチクルステージ R S Tの Y 軸方向の移動速度 V _Rとウェハステージ W S Tの Y軸方向の移動速度 V _wとが 投影光学系 P Lの投影倍率ァに応じた速度比に維持されるようにレチクルステ ージ R S T及びウェハステージ W S Tを同期制御する。

そして、 レチクル Rのパターン領域の異なる領域が紫外パルス光で逐次照明 され、 パターン領域全面に対する照明が完了することにより、 ウェハ W上のフ アース卜ショット領域の走査露光が終了する。 これにより、 レチクル Rの回路 パターンが投影光学系 P Lを介してファース卜ショッ卜領域に縮小転写される。 このようにして、 ファース卜ショット領域の走査露光が終了すると、 主制御 装置 5 0によりウェハステージ W S Tが X、 Y軸方向にステップ移動され、 セ カンドショット領域 （第 2番目のショット領域） の露光のための走査開始位置 に移動される。 このステッピングの際に、 主制御装置 5 0ではウェハ側の Y軸 レーザ干渉計 3 7 W y及び X軸レーザ干渉計の計測値に基づいてウェハステー ジ W S Tの X、 Y、 0 ζ方向の位置変位をリアルタイムに計測する。 この計測 結果に基づき、 主制御装置 5 0では Χ Υ位置変位が所定の状態になるようにゥ ェハステージ W S Tの位置を制御する。

また、 主制御装置 5 0ではウェハステージ W S Tの 0 z方向の変位の情報に 基づいて、 そのウェハ W側の回転変位の誤差を補償するようにレチクルホルダ 1 4 Bを回転制御する。

そして、 主制御装置 5 0ではセカンドショッ卜領域に対して上記と同様の走 査露光を行う。

以上のようにして、 ウェハ W上のショッ卜領域の走査露光と次ショッ卜領域 の露光のためのステツビング動作とが繰り返し行われ、 ウェハ W上の全ての露 光対象ショッ卜領域にレチクル Rの回路パターンが順次転写される。

上記の走査露光中に、 主制御装置 5 0により、 次のようにしてフォーカス - レべリング制御が行われる。 すなわち、 前述したキャリブレーション後のレチ クル A F系 2 0の任意の 1つの第 2の光検出器 S 2 (便宜上、 「5 2 と記す） で検出されるその検出基準位置からのレチクル Rのパターン面 P Fの変位を R z、 光検出器 S 2 ιの検出点に対応するウェハ W上の点又はその近傍の点を検 出点とする、 ウェハ A F系 （6 0 a , 6 0 b ) のセンサで検出されるその検出 基準位置からの変位を W z、 とすると、 フォーカス変位 A Fは、

Δ F = R z X r ²- W z …… ( 8 )

と表される。 そこで、 主制御装置 5 0では、 レチクル A F系 2 0のすベての検 出点について、 上記 Δ Fがゼロとなるように、 ウェハホルダ 3 5を Z軸方向に 移動することで、 レチクル Rとウェハ Wとの光学的な位置関係を一定に保つよ うなフォーカス · レべリング制御を行う。

これまでの説明から明らかなように、 本実施形態では、 主制御装置 5 0によ つて、 演算装置、 及び該演算装置を構成する第 1の算出器、 第 2の算出器が構 成され、 該主制御装置 5 0とレチクル A F系 2 0とによって、 レチクル Rのパ ターン面 P Fを保護するハ一ドペリクル 2 4の厚さを検出する検出装置が構成 されている。 また、 ウェハホルダ 3 5とウェハステージ駆動部 5 6と主制御装 置 5 0とによって、 レチクル Rとウェハ Wとの位置関係を補正する補正装置が 構成され、 結像特性補正コントローラ 7 8と主制御装置 5 0とによって、 投影 光学系 P Lの光学特性を補正する補正装置が構成されている。

以上説明したように、 本第 1の実施形態の露光装置 1 0 0によると、 レチク ル Rのパターン面 P Fを保護するハードペリクル 2 4の厚さを検出する検出装 置 （2 0、 5 0 ) を備えていることから、 該検出装置により検出されるハード ペリクル 2 4の厚さに応じて、 レチクル Rのパターン面 P Fの Z方向の位置を 正確に検出することができ、 また、 ハードペリクル 2 4に起因して生じるレチ クル Rの回路パターン P Aの像の結像状態の変動を考慮した露光が可能となつ ている。 従って、 ハードペリクル 2 4の厚さ （あるいは厚さの相違） に影響を 受けることがなく、 高精度な露光を行うことが可能である。

また、 ハードペリクル 2 4は、 平行平板からなる透明板で形成され、 ハード ペリクル 2 4を介してパターン面 P Fにその法線に対して所定角度 α傾斜した 方向から検出光束を照射する照射系 2 0 aと、 ハードペリクル 2 4のパターン 面 P Fに対向する側の面及びその反対側の面からの反射光束をそれぞれ受光し てそれぞれの検出信号を出力する第 1の光検出器 S 1 と、 第 1の光検出器 S 1 からの検出信号に基づいてハードペリクル 2 4の厚さを算出する主制御装置 5 0とを含んで検出装置が構成されている。 このため、 主制御装置 5 0では、 第 1の光検出器 S 1の検出信号に基づいて、 必要なときに、 ハードペリクル 2 4 その他のパターン保護部材の厚さを検出することが可能である。

ところで、 ハードペリクル 2 4の厚さは、 全てのハードペリクルが同一の厚 さに設定されるとは限らず、 また、 ペリクル無しのレチクルが使用される可能 性もあるが、 本実施形態では露光装置 1 0 0自身がそれらのペリクルの厚さ検 出が可能なので、 ペリクル無しレチクルは勿論、 厚さの異なる複数種類のハー ドぺリクル付きレチクル、 ソフトペリクル付きレチクルのいずれであつても支 障無く使用することが可能となっている。 また、 本実施形態では、 検出装置が、 パターン面 P Fからの反射光束を受光 してその検出信号を出力する第 2の光検出器 S 2を含み、 ハードペリクル 2 4 の厚さに基づいて、 この第 2の光検出器 S 2をキヤリプレーシヨンすることが できる。 また、 検出装置を構成する主制御装置 5 0が、 第 1の光検出器 S 1か らの検出信号に基づいてハードペリクル 2 4等のパターン保護部材の厚さを算 出するとともに、 その算出された厚さと第 2の光検出器 S 2からの検出信号と に基づいて、 パターン保護部材の厚さの影響によるレチクル Rのパターン面 P Fの位置ずれを補正した真のパターン面 P Fの Z位置（法線方向の位置）、ある いは真のデフォーカス量を算出することが可能となっている。

また、 本実施形態では、 前記第 1の光検出器 S 1の出力に基づいて求められ たハードペリクル 2 4等の保護材の厚さに基づいて、 前述の如く、 露光に先立 つて、レチクル A F系 2 0のキャリブレーション（又は検出オフセッ卜の設定）、 投影光学系の光学特性の補正が行われる。 また、 走査露光時には、 上記のキヤ リブレ一シヨン等が行われたレチクル A F系 2 0の検出値を考慮して、 レチク ル Rとウェハ Wとの位置関係 （光学的位置関係） の補正 （調整） が行われるの で、 デフォーカスに起因する露光精度の低下のない、 高精度な露光が可能とな る。

また、 本実施形態では、 照射系 2 0 aは、 投影光学系 P Lの露光領域 I Aに 対応するパターン面 P Fの領域内の複数の検出点に検出光束をそれぞれ照射し、 第 1及び第 2の光検出器 S 1 ， S 2は、 各検出点に個別に対応してそれぞれ設 けられ、 主制御装置 5 0は、 複数の第 1の光検出器 S 1からの検出信号により ハードペリクル ₂ 4等の保護材の厚さの分布を算出し、 ウェハ Wの投影光学系 P Lの光軸方向に直交する方向の面に対する傾斜、 すなわちレべリングを調整 する。 従って、 ハードペリクルの厚さの分布の影響を受けることなく高精度な 露光を実現することが可能となっている。

また、 本実施形態では、 波長 1 5 7 n mの F ₂ レーザ光などの真空紫外域に 属するエネルギビームによって露光が行われるので、 投影光学系の解像度を向 上させることができることから、 微細パターンを高解像度でウェハ上に転写す ることが可能となっている。

なお、 上記第 1の実施形態では、 ハードペリクルの厚さによる影響を補正す る方法として、 レチクルとウェハとの位置関係の調整を行う、 あるいは投影光 学系内のレンズェレメン卜を駆動することで投影光学系の光学特性を調整する こととしたが、 本発明はこれに限られるものではなく、 両方の調整を組み合わ せ、 総合的に行うこととしても良い。

《第 2の実施形態》

次に、 本発明の第 2の実施形態について、 図 5〜図 7に基づいて説明する。 ここで、 前述した第 1の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については、 同一の符号を用いるとともに、 その説明を簡略化し若しくは省略するものとす る。

この第 2の実施形態の露光装置は、 前述した第 1の実施形態の露光装置 1 0 において、 レチクル A F系 2 0に代えて、 図 5に示されるレチクル A F系 1 2 0が設けられている点、 及びこれに応じて、 主制御装置 5 0の制御機能が僅か に相違している点を除けば、 装置構成等は、 同様になつている。 従って、 以下 においては、 かかる相違点を中心として説明する。

レチクル A F系 1 2 0は、 図 5に概略的に示されるように、 ハードペリクル 2 4を介してレチクル Rのパターン面 P Fに検出光束、 すなわち、 ピンホール 又はスリッ卜の像を形成するための結像光束 （波長 6 0 0 n m〜8 0 0 n m程 度の波長域に属する赤色光） を照射する前述した照射系 2 0 aと同様の構成の 照射系 1 2 0 a、 該照射系 1 2 0 aから射出された結像光束のレチクル Rのパ ターン面 P Fでの反射光束を前述した受光光学系 L 2を介して受光する光検出 器 S 3等を含んで構成される受光系 1 2 O bとを備えている。

前記光検出器 S 3としては、 前述した第 2の光検出器 S 2と同様の受光素子 が用いられている。 この光検出器 S 3は、 照射系 1 2 0 aから照射される結像 光束のレチクル Rのパターン面 P Fで反射された反射光を受光し、 その検出信 号を主制御装置 5 0に出力するようになっている。 そして、 その検出信号に基 づいて主制御装置 5 0によって、 レチクル Rのパターン面 P Fの光軸方向の位 置が検出されるようになっている。 すなわち、 本実施形態では、 レチクル A F 系 1 2 0と主制御装置 5 0とによって位置検出系が構成されている。

なお、 図 5では表れていないが、 実際には、 照射系 1 2 0 aは、 レチクル R のパターン面 P Fの前述した照明領域 I A R内の非走査方向 （X軸方向） に所 定間隔で配置された複数の検出点に結像光束をそれぞれ照射し、 受光系 1 2 0 bは、 それぞれの検出点に個別に対応してそれぞれ設けられている。 これら照 射系 1 2 0 a、 及び複数の受光系 1 2 0 bによって、 多点焦点位置検出系が構 成されている。

その他の構成部分等は、 前述した第 1の実施形態と同様になつている。 この 第 2の実施形態の露光装置では、 照射系 1 2 0 aからの検出光束 （結像光束） の入射角 αが 3 5 ° 〜4 0 ° の範囲内の角度に設定されている点に特徴を有す る。 以下、 入射角 αを 3 5 ° ~ 4 0 ° の範囲内に設定した理由について説明す る。

前提として、 図 6 Αに示されるように、 初期設定により、 ハードペリクル 2 4が存在しない状態、 あるいはソフトペリクルが装着されている状態で、 投影 光学系 P Lの開口数 N . A . と投影倍率 rとによって定まる露光光 E Lのバタ ーン面 P Fに対する入射角の最大角度 α ' で規定される投影光学系 P Lのレチ クル側 （物体面側） の焦点 B Fと、 レチクル A F系 1 2 0の照射系 1 2 0 a力 らの結像光束 （検出光束） F 8 ₁のパターン面 P Fによる反射光束 F B ₂の光検 出器 S 3に対する入射位置とその検出基準点 0とが一致するように、 レチクル A F系 1 2 0のキヤリブレ一シヨンが行われているものとする。

この状態で、 図 6 Bに示されるように、 ハードペリクル （平行平板ガラス） 24が挿入されると、投影光学系 P Lのレチクル側（物体面側）の焦点 B Fが、 上方 （+Z方向） に ΔΖιだけ移動し、 B F' の位置となる。 この場合、 ΔΖι は、露光光 E Lの入射角 α'、そのハードペリクル 24内の射出角) 3' (これは、 露光光 E Lに対するハードペリクル 24の屈折率 ηと入射角 α' とに基づき屈 折の法則により一義的に定まる）、 及び厚さ tを用いると、 前述した式 （1 ) の 関数 で表される。

しかるに、 物体面 （又は像面） 近傍に厚さ tの平行平板ガラスを挿入するこ とにより生じる結像光束の集光位置の変化量 Zは、 平行平板ガラスを含んだ光 学系の焦点位置のずれを表す一般的な式として、 次式 （9) で表されることが 知られている。

ここで、 01は各光束の平行平板への入射角であり、 0₂は各光束の平行平板 ガラス内の射出角 （ガラス内部では光が屈折する） である。 屈折の法則より、 角 0₁ 0₂の関係は、 平行平板ガラスの屈折率を nとすると、

s i n e₁=n - s i n 0₂ (1 0)

と表される。 なお、 焦点位置のずれ Zは、 図 7に示されるようなグラフとして 表すことができる。

以上より、 明らかなように、 式 （1 ) の関数 f iは、 上記式 （9) の関数 Z において、 θ₂= β ' とおいたものに他ならないことがわかる。 従つ て、

厶ヱ1= （0：，、 β t)= t (1 - t a η )8 ' /t a n a' )…… （ 1 )， また、 ハードペリクル 24の挿入により、 パターン面に入射する結像光束 F 8₁の光軸が 8₁' に変更され、 パターン面 P Fが、 ΔΖ₂だけ +Z方向に移動 したとき、 レチクル Rのパターン面でのその結像光束の反射光束 F Β₂' が、 光 検出器 S 3の原点 0で受光されるものとする。

このとき、 式 （9) は、 光束の波長に拘わらず成立するので、 ΔΖ₂は、 次 式 （1 1 ) で表せる。

Δ Z₂= t ( 1 - t a η )8 t a η α) …… (1 1 )

ここで、 αは検出光束のハードペリクル 24への入射角であり、 ）8は検出光 束のハードペリクル 24内の射出角 （ガラス内部では光が屈折する） である。 しかるに、レチクル A F系 1 20に設定すべきオフセッ卜 AZ = A Zi— ΔΖ ₂であるから、 AZi-AZsが成立すること、 すなわち、 次式 （1 2) が成立す る場合には、 オフセッ卜の設定が不要となることがわかる。

t ( 1 - t a n )8 ' /t a n a' )= t(1 - t a n )8/t a n a) ... (1 2) これより、 入射角 αが、

t a n jS' / t a n a' = t a n j8 t a n o! (1 2，) を満足する場合には、 レチクル A F系 1 20のオフセットの設定が不要となる ことがわかる。 そこで、 次に、 本実施形態の場合の aを具体的に求めてみる。 投影光学系 P Lでは、 ウェハ側の開口数 （N. A.) が、 通常 0. 60~0. 80程度の範囲内で設定されており、 レチクル側の開口数は、 ウェハ側の開口 数の、 投影倍率 τ倍 （ウェハ側からレチクル側への結像倍率分の 1 ) となる。 投影倍率 Tは、 1 /4又は 1 Z5であるから、 レチクル側の開口数は、 0. 6 0X 1 5〜0. 80 X 1 4、 すなわち 0. 1 2〜0. 20程度となる。 開口数 = s i n (入射角） = s i η α' なので、 レチクル R近傍に配置され るハ一ドペリクル（平行平板ガラス） 24への露光光束の入射角の最大角度は、 a' = s i n-i (0. 20) = 1 1. 5° … （1 3)

と算出される。

例えば、 本実施形態のように、 露光光 E Lが波長 1 57 nmのF₂ レーザ光 であり、 ハードペリクル 24の材料がフッ素ド一プ石英であるとき、 フッ素ド —プ石英の F₂レーザ光に対する屈折率は、 1. 65であるので、

t a n a' = t a n (1 1. 5° ) =0. 203 ·■■ (1 4) 屈折の法則より、

= s i n-i ( s i n (1 1. 5° ) Z1. 6 5)

6. 9 4° … （ 1 5) t a n β ' = t a n (6. 94° ) =0. 1 2 2 -" ( 1 6) より、 上式 （1 )' は、

Δ Zi= t (1 -0. 1 2 2/0. 2 03) =0. 400 X t - (1 7) となる。 すなわち、 この場合には、 投影光学系 P Lのレチクル側焦点の変位量 は厚さ tの 40. 0%となる。

ところで、レチクル Rの位置を検出するレチクル A F系 1 2 0の検出光には、 波長 6 0 0 n rr！〜 800 n m程度の波長域に属する赤色光が用いられる。 一般 的なレンズ材料では、 長波長光の屈折率は、 短波長光のそれより小さい。 例え ばフッ素ドープ石英の場合、 6 00 n m〜 8 00 n m程度の波長域に属する赤 色光での屈折率は 1 . 4 5~ 1 . 4 6程度であり、 F₂ レーザ光の 1 . 6 5と 比べ小さくなつている。

従って、 Δ Ζ₂= t ( 1 - t a n 3/ t a n α) が、 露光光 （F₂レーザ光） に対する ΔΖι (=0. 4 00 · t ) と一致するように、 照射系 1 2 0 aからの 検出光の入射角 <¾を設定すると、 ハードペリクル 2 4の厚さ tの値の如何によ らず、 ハードペリクル 2 4を揷入したことによる、 露光光 （F₂ レーザ光） の 焦点位置のずれと検出光 （赤色光） の検出位置のずれが一致することになる。 この場合、 上記式 （1 2)' が成立する。

すなわち、 レチクル A F系 1 2 0によるパターン位置の検出結果に従って、 フォーカス補正を行えば、 ハードペリクル 2 4の厚さばらつきによる誤差を受 けないことになる。

上記のように F₂ レーザ光及びフッ素ド一プ石英から成るハードペリクル 2 4を用いた場合には、 レチクル A F系 1 2 0を構成する照射系 1 2 0 aからの 検出光の入射角 αが、 3 5。 〜40° の範囲 （屈折率が 1 . 4 5〜 . 4 6に 対応）の場合に検出誤差がハードペリクル 2 4の厚さ tの約 4 0 . 0 %となる。 図 6 B、 図 6 Cには、 このことを視覚的に示すために、露光光 E Lの入射角 α ' を 1 1 ° 、 検出光の入射角 αを 4 0 ° とした場合が図示されている。 これらの 図 6 Β、 図 6 Cからもわかるように、 検出光の入射角 αを上記式（1 2 ) 'が成 立するように設定することにより、 ハードペリクル 2 4の厚さ t t ₂の値の 如何によらず、 ハードペリクル 2 4を挿入したことによる、 露光光 （F ₂ レー ザ光） の焦点位置のずれと検出光 （赤色光） の検出位置のずれが一致すること となる。

本実施形態の場合、 検出光の入射角 <¾を 3 5 ~ 4 0 ° の範囲内に設定するこ とにより、 露光光 E L及びレチクル A F系 1 2 0の検出光の前述した Zの値が 一致し、ハードペリクル 2 4の厚さばらつきによる誤差を受けない条件となる。 なお、 このような関係は、 光源が F ₂ レーザであり平行平板の材料がフッ素 ドープ石英の場合に限ったわけではなく、 例えば、 A r Fエキシマレーザ光源 と石英製のハードペリクル、 あるいはホタル石製のハードぺリクル等の組み合 わせであっても、 上記 Zが、 露光光と、 照射系から照射される検出光とで等し くなるように、 各条件での検出光の入射角 αを最適化することで、 上記と同様 にして、 レチクル A F系の検出光によるレチクル Rの検出値が、 実質的にハー ドペリクルの厚さ （又はその厚さのばらつき） による誤差を受けないことにな る。

また、 光源が F ₂レーザの場合についてもハードペリクルの材質は、 上記フ ッ素ドープ石英に限られるわけではなく、 通常の石英や単に水酸基の少ない石 英、さらに水素を添加した石英を使用することも可能である。また、ホ夕ル石、 フッ化マグネシウム、 フッ化リチウムなどのフッ化物結晶を使用しても良い。 また、 本第 2の実施形態の露光装置では、 前述の如く、 レチクル Rのパター ン面 P Fの露光光 E Lが照射される照明領域内に 3点のレチクル A F系 1 2 0 の検出点 （結像光束の照射点） が設けられているが、 いずれの結像光束 （検出 光束） の入射角も 3 5〜4 0 ° の範囲内に設定されている。 このため、 いずれ の検出光束の反射光束を受光する光検出器 S 3も、 検出オフセットの設定 （あ るいは前述した再キャリブレーション） を行うことなく、 かつハードペリクル 2 4の存在の如何にかかわらず、 対応する検出点におけるデフォーカス量を正 確に検出することができ、 パターン面 P Fが非走査方向に傾斜している （非走 査方向のレべリング誤差がある） 場合に、 これを検出することが可能である。 但し、 ハードペリクル 2 4を挿入すると、 投影光学系 P Lの像面側焦点位置 のみならず、 球面収差、 コマ収差、 デイス ! ^一シヨン、 像面湾曲等の結像特性 が変動する。 従って、 投影光学系の結像特性を補正するためには、 ハードペリ クル 2 4の厚さ tの情報が必要であるが、 ここでは厚さ tの情報が、 不図示の コンソール等の入力装置を介してオペレータにより入力されるものとする。 本第 2の実施形態では、 前述した第 1の実施形態と同様に、 ペリクル （パタ ーン保護部材） の厚さ tをパラメータとする、 上記各収差を補正するための投 影光学系 P Lのレンズエレメントの駆動量との関係式を予め求めて R A Mに記 憶している。 そして、 主制御装置 5 0では、 露光開始に先立って、 オペレータ により不図示のコンソール等の入力装置を介してハードペリクル 2 4の厚さ t の情報が入力されると、 結像特性補正コントローラ 7 8に指令を与えて、 投影 光学系 P Lの上記諸収差を補正するようになっている。 なお、 投影光学系 P L の結像特性を補正するためレンズエレメントを駆動した場合には、 これにより 副作用的にフォーカス変化が生じるが、 これは無視できるほど小さいものとす る。

その後、 前述した第 1の実施形態と同様の手順により、 露光処理工程の動作 が行われ、 その際走査露光中に、 主制御装置 5 0により、 前述した第 1の実施 形態と同様に、 レチクル A F系 1 2 0のすベての検出点について、 前述した式 ( 8 ) の△ Fがゼロとなるように、 ウェハホルダ 3 5を Z軸方向に移動するこ とで、 レチクル Rとウェハ Wとの光学的な位置関係を一定に保つようなフォー カス · レベリング制御が行われる。

以上説明したように、 本第 2の実施形態によると、 ハードペリクル 2 4等の パターン保護部材の有無、 あるいはその厚さ （あるいは厚さの相違） に影響を 受けることがなく、 レチクル A F系 1 2 0によリレチクルパターン面のデフ才 —カス量を精度良く検出することができ、 このレチクル A F系 1 2 0の検出値 を考慮して、 レチクル Rとウェハ Wとの位置関係（光学的位置関係）の補正（調 整） が行われるので、 デフォーカスに起因する露光精度の低下のない、 高精度 な露光が可能となる。

また、 本第 2の実施形態においても、 波長 1 5 7 n mの F ₂ レーザ光などの 真空紫外域に属するエネルギビームによって露光が行われるので、 投影光学系 P Lの解像力の向上が可能となり、 微細パターンを高解像度でウェハ上に転写 することが可能となる。

なお、 上記第 2の実施形態では、 レチクル Rに対する検出光の入射角度 αを 3 5 ° 〜4 0 ° の範囲内に設定することとしたが、 これに限らず、 3 0 ° ~ 5 0 ° の範囲内とすることとしても良い。

なお、 上記第 2の実施形態では、 投影光学系の結像特性の変動補正を、 オペ レータにより不図示のコンソール等を介してオペレー夕によリ入力されたハ一 ドペリクル 2 4の厚さ tの情報に基づいて行うこととしたが、 これに限らず、 第 1の実施形態のレチクル A F系 2 0と同様の構成のレチクル A F系を用いる ことにより、 ハードペリクル 2 4の厚さを計測し、 該計測値に基づいて投影光 学系の結像特性の変動を補正することとしても良い。

また、 上記各実施形態では、 フォーカス制御 （レべリング制御を含む） に際 し、 ウェハ W (ウェハホルダ） を駆動するものとしたが、 これに限らず、 レチ クル Rを駆動することとしても良い。 かかる場合には、 例えば、 リニアモータ で走査方向に駆動されるレチクル粗動ステージと、 該レチクル粗動ステージ上 に配置されボイスコイルモータ等により X丫面内で微小駆動可能な矩形枠状の レチクル微動ステージと、 該レチクル微動ステージに上に 3点支持され、 ボイ スコイルモータ等の電磁力駆動源により Z方向及び X Y面に対する傾斜方向に 駆動可能でレチクル Rを吸着保持するレチクルホルダとを含んでレチクルステ —ジを構成し、 上記のフォーカス制御 （レべリング制御を含む） に際しては、 レチクルホルダを駆動すれば良い。

また、 上記各実施形態では、 ハードペリクル 2 4等のパターン保護部材の厚 さに応じて、 レチクル A F系に検出オフセットを設定し、 あるいはレチクル A F系のキャリブレーションを与える場合について説明したが、 これに限らず、 ハ一ドペリクル 2 4等のパターン保護部材の厚さに応じて、 ウェハ A F系に検 出オフセッ卜を設定する等しても、 同等の作用効果を得ることができる。

また、 上記各実施形態では、 投影光学系 P Lを構成するレンズエレメントを 駆動することにより投影光学系の光学特性を補正する場合について説明したが、 これに限らず、 主制御装置 5 0からの指示に基づいてレチクル R自体をレチク ル A F系 2 0又は 1 2 0のキヤプチヤーレンジ内で上下させることにより収差 を補正し、 そのレチクルの位置をその後のレチクルの基準位置とすることとし ても良い。

なお、 上記各実施形態では、 フォーカス位置の補正、 投影光学系 P Lの結像 特性の補正、 レべリングの調整を別々に説明したが、 レチクル A F系による検 出結果に基づき、 これらを組み合わせて総合的に行うことも勿論可能である。 なお、 上記各実施形態では、 レチクル A F系の受光系 （及び照射系） を 3つ 設けることとしたが、 本発明がこれに限られるものではない。 また、 複数のレ チクル A F系によるハードペリクルの厚さの分布の計測方向を上記各実施形態 では非走査方向としたが、これに限らず、走査方向に関して計測しても良いし、 走査方向、 非走査方向に対して斜め方向を計測することとしても良い。

また、 レチクル A F系の 3つの受光系に対して、 レチクルを走査方向に移動 させながら、 ハードべリクルの厚さを計測しても良い。 また、 上記各実施形態では、 パターン面 P Fとフレーム 2 6と保護部材とで 囲まれる空間内も低吸収性ガスで置換しているが、 保護部材の厚さを検出する 場合には、波長 6 0 0 ~ 8 0 0 n mの波長域に属する赤色光を用いているので、 必ずしも上記空間内が低吸収性ガスで置換されている必要はない。

また、 上記実施形態では、 レチクル室 1 5内、 ウェハ室 4 0内、 投影光学系 P Lの鏡筒内をヘリウムで置換する構成について説明したが、 これに限らず、 これらの空間の全てを窒素で置換しても良く、 あるいは、 投影光学系 P Lの鏡 筒内のみをヘリウムで置換しても良い。

なお、 上記実施形態の露光装置の光源は、 F ₂ レーザ光源、 A r Fエキシマ レーザ光源、 K r Fエキシマレ一ザ光源などに限らず、 例えば、 D F B半導体 レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、 又は可視域の単一波長レ 一ザ光を、 例えばエルビウム （又はエルビウムとイッテルビウムの両方） がド —プされたファイバ一アンプで増幅し、 非線形光学結晶を用いて紫外光に波長 変換した高調波を用いても良い。 また、 投影 学系の倍率は縮小系のみならず 等倍および拡大系のいずれでも良い。

なお、 上記実施形態では、 ステップ，アンド ·スキャン方式等の走査型露光 装置に本発明が適用された場合について説明したが、 本発明の適用範囲がこれ に限定されないことは勿論である。 すなわちステップ ·アンド · リピー卜方式 の縮小投影露光装置にも本発明は好適に適用できる。

また、 ウェハステージ W S T、 レチクルステージ R S Tの浮上方式として、 磁気浮上でなく、 ガスフローによる浮上力を利用した方式を採用することも勿 論できるが、 かかる場合には、 ステージの浮上用に供給するガスは、 各ステ一 ジ室に充填される低吸収性ガスを用いることが望ましい。

なお、 複数のレンズから構成される照明光学系、 投影光学系を露光装置本体 に組み込み、 光学調整をするとともに、 多数の機械部品からなるウェハステ一 ジ （スキャン型の場合はレチクルステージも） を露光装置本体に取り付けて配 線や配管を接続し、 レチクル室、 ウェハ室を構成する各隔壁を組み付け、 ガス の配管系を接続し、 の制御系に対する各部の接続を行い、 更に総合調整 （電気 調整、 動作確認等） をすることにより、 上記実施形態の露光装置 1 0 0等の本 発明に係る露光装置を製造することができる。 なお、 露光装置の製造は温度お よびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

《デバイス製造方法》

次に上述した露光装置をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の 実施形態について説明する。

図 8には、デバイス（ I Cや L S I等の半導体チップ、液晶パネル、 C C D、 薄膜磁気ヘッド、 マイクロマシン等） の製造例のフローチヤ一卜が示されてい る。図 8に示されるように、 まず、 ステップ 2 0 1 (設計ステップ） において、 デバイスの機能 ·性能設計 （例えば、 半導体デバイスの回路設計等） を行い、 その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ 2 0 2 (マ スク製作ステップ） において、 設計した回路パターンを形成したマスクを製作 する。 一方、 ステップ 2 0 3 (ウェハ製造ステップ） において、 シリコン等の 材料を用いてウェハを製造する。

次に、 ステップ 2 0 4 (ウェハ処理ステップ） において、 ステップ 2 0 1 ~ ステップ 2 0 3で用意したマスクとウェハを使用して、 後述するように、 リソ グラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。 次いで、 ステツ プ 2 0 5 (デバイス組立てステップ） において、 ステップ 2 0 4で処理された ウェハを用いてデバイス組立てを行う。 このステップ 2 0 5には、 ダイシング 工程、 ボンディング工程、 及びパッケージング工程 （チップ封入） 等の工程が 必要に応じて含まれる。

最後に、 ステップ 2 0 6 (検査ステップ） において、 ステップ 2 0 5で作成 されたデバイスの動作確認テス卜、 耐久テス卜等の検査を行う。 こうした工程 を経た後にデバイスが完成し、 これが出荷される。 図 9には、 半導体デバイスにおける、 上記ステップ 2 0 4の詳細なフロー例 が示されている。 図 9において、 ステップ 2 1 1 (酸化ステップ） においては ウェハの表面を酸化させる。 ステップ 2 1 2 ( C V Dステップ） においてはゥ ェハ表面に絶縁膜を形成する。 ステップ 2 1 3 (電極形成ステップ） において はウェハ上に電極を蒸着によって形成する。 ステップ 2 1 4 (イオン打ち込み ステップ） においてはウェハにイオンを打ち込む。 以上のステップ 2 1 1〜ス テツプ 2 1 4それぞれは、 ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、 各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

ウェハプロセスの各段階において、 上述の前処理工程が終了すると、 以下の ようにして後処理工程が実行される。 この後処理工程では、 まず、 ステップ 2 1 5 (レジス卜形成ステップ） において、 ウェハに感光剤を塗布する。 引き続 き、 ステップ 2 1 6 (露光ステップ） において、 上で説明したリソグラフイシ ステ厶 （露光装置） 及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転 写する。 次に、 ステップ 2 1 7 (現像ステップ） においては露光されたウェハ を現像し、 ステップ 2 1 8 (エッチングステップ） において、 レジス卜が残存 している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。 そして、 ス テツプ 2 1 9 (レジス卜除去ステップ） において、 エッチングが済んで不要と なったレジス卜を取り除く。

これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、 ウェハ上 に多重に回路パターンが形成される。

以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、 露光工程 （ステツ プ 2 1 6 ) において上記実施形態の露光装置が用いられるので、 精度良くレチ クルのパターンをウェハ上に転写することができる。 この結果、 高集積度のデ バイスの生産性 （歩留まりを含む） を向上させることが可能になる。 産業上の利用可能性 以上説明したように、 本発明の第 1〜第 3の露光装置、 及び本発明の第 1〜 第 4の露光方法は、 マスクのパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さ の影響を受けず高精度な露光を実現するのに適している。 また、 本発明のデバ イス製造方法は、 高集積度のマイクロデバイスの生産に適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . エネルギビームをマスクに照射し、 前記マスクに形成されたパターンを 基板上に転写する露光装置であつて、

前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する光透過性の保 護部材の厚さを検出する検出装置を備える露光装置。

2 . 請求項 1に記載の露光装置において、

前記光透過性の保護部材は、 平行平板から成る透明板によって形成され、 前記検出装置は、 前記透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜 した方向から検出光束を照射する照射系と、 前記透明板の前記パターン面に対 向する側の面及びその反対側の面からの第 1、 第 2の反射光束をそれぞれ受光 してそれぞれの検出信号を出力する第 1の光検出器と、 前記第 1の光検出器か ら出力される検出信号に基づいて前記透明板の厚さを算出する演算装置とを有 することを特徴とする露光装置。

3 . 請求項 2に記載の露光装置において、

前記検出装置は、 前記パターン面からの第 3の反射光束を受光してその検出 信号を出力する第 2の光検出器を更に備え、

前記演算装置は、 前記第 1の光検出器から出力される検出信号と前記第 2の 光検出器から出力される検出信号とに基づいて前記パターン面の法線方向の位 置をも算出することを特徴とする露光装置。

4 . 請求項 3に記載の露光装置において、

前記演算装置は、 前記第 1の光検出器から出力される検出信号に基づいて前 記透明板の厚さを算出する第 1の算出器と、 該第 1の算出器で算出された前記 透明板の厚さと、 前記第 2の光検出器から出力される検出信号とに基づいて前 記パターン面の法線方向の位置を算出する第 2の算出器とを含むことを特徴と

9 光 felio

5 . 請求項 3に記載の露光装置において、

前記検出装置は、 前記第 1の光検出器から出力される検出信号に基づいて、 前記第 2の光検出器をキヤリプレーションするキヤリプレーション装置を更に 備えることを特徴とする露光装置。

6 . 請求項 5に記載の露光装置において、

前記キヤリブレ一ション装置は、 前記パ夕一ン面からの反射光束の光軸をシ フ卜させることにより、 前記第 2の光検出器のキャリブレーションを行うこと を特徴とする露光装置。

7 . 請求項 6に記載の露光装置において、

前記キャリブレーション装置は、 前記パターン面から前記第 2の光検出器に 至る前記反射光束の光路上に配置され、 前記反射光束の光軸に対する傾きを変 更可能な平行平板を含むことを特徴とする露光装置。

8 . 請求項 2に記載の露光装置において、

前記マスクから射出される前記エネルギビームを前記基板上に投射するとと もに、 その光軸方向が前記法線方向となるように配置された投影光学系と； 前記演算装置で算出された前記透明板の厚さに基づいて前記マスクと前記基 板との位置関係、 及び前記投影光学系の光学特性の少なくとも一方を補正する 補正装置と；を更に備えることを特徴とする露光装置。

9 . 請求項 8に記載の露光装置において、

前記照射系は、 前記エネルギビームにより照明される前記投影光学系の露光 エリアに対応する前記パターン面の領域内の複数の検出点に前記検出光束をそ れぞれ照射し、

前記第 1の光検出器は、 前記各検出点に個別に対応して複数設けられ、 前記演算装置は、 前記複数の第 1の光検出器からの検出信号により前記透明 板の厚さの分布を算出し、

前記補正装置は、 前記マスクと前記基板との少なくとも一方の前記投影光学 系の前記光軸方向に直交する面に対する傾斜を調整することを特徴とする露光

1 0 . エネルギビ一厶をマスクに照射し、 前記マスクに形成されたパターン を基板上に転写する露光装置であつて、

前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光 透過性の透明板を介して前記パターン面に対して入射角 αで検出光束を照射す る照射系と、 前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光してその検 出信号を出力する光検出器と、 該光検出器の出力に基づいて前記パターン面の 法線方向に関する前記パターン面の位置を算出する算出器とを有する位置検出 系と；

前記マスクから射出される前記エネルギビームを前記基板上に投射するとと もに、 前記法線方向をその光軸方向とする投影光学系と；を備え、

前記検出光束の前記透明板内の射出角を) 8、 前記投影光学系の開口数と投影 倍率とによって定まる前記エネルギビームの前記透明板に対する入射角の最大 角度を α '、 前記エネルギビームの前記透明板内の射出角を) 8 ' とした場合に、 刖言 S入射角 α力¹¹'、 t a n j8/t a n a= t a n )8' / t a n a'

を満足するように設定されていることを特徴とする露光装置。

1 1. 請求項 1 0に記載の露光装置において、

前記エネルギビームが波長 1 57 n mの F₂レーザ光であり、

前記入射角 aが、 30° 〜50。 の範囲内に設定されていることを特徴とす

•3路光 l 。

1 2. 請求項〗 1に記載の露光装置において、

前記入射角 aが、 35° 〜40° の範囲内に設定されていることを特徴とす 路光^ 。

1 3. 請求項 1 1に記載の露光装置において、

前記検出光束が波長 600 nm〜800 nmに属する赤色光であり、 前記透明板がフッ素ドープ石英であることを特徴とする露光装置。

1 4. 請求項 1 0に記載の露光装置において、

前記透明板の厚さ tに基づいて前記投影光学系の光学特性を補正する補正装 置を更に備えることを特徴とする露光装置。

1 5. 請求項 1 4に記載の露光装置において、

前記厚さ tを検出する検出装置を更に備えることを特徴とする露光装置。

1 6. エネルギビームをマスクに照射し、 前記マスクに形成されたパターン を基板上に転写する露光装置であつて、

前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光 透過性の透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検 出光束を照射する照射系と；

前記バタ一ン面からの反射光束を受光して、 前記パターン面の法線方向の位 置を検出する位置検出装置と；

前記透明板の厚さに基づいて、 前記位置検出装置をキヤリプレーシヨンする キャリブレーション装置と；を備える露光装置。

1 7 . 請求項 1 6に記載の露光装置において、

前記透明板の厚さを検出する厚さ検出装置を更に備え、

前記キャリブレーション装置は、 前記厚さ検出装置の検出結果に基づいて、 前記位置検出装置をキャリブレーションすることを特徴とする露光装置。

1 8 . リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であって、

前記リソグラフイエ程では、 請求項 1〜1 7のいずれか一項に記載の露光装 置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。

1 9 . エネルギビームによりマスクを介して基板を露光し、 前記マスクに形 成されたパターン像を前記基板上に形成する露光方法であって、

前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する光透過性の保 護部材の厚さを検出する検出工程と；

前記検出された前記保護部材の厚さに基づいて、 前記パターン像の結像状態 を補正する補正工程と；を含む露光方法。

2 0 . 請求項 1 9に記載の露光方法において、

前記光透過性の保護部材は、 平行平板から成る透明板で形成され、

前記検出工程は、 前記透明板を介して前記パターン面の法線に対して所定角 度傾斜した方向から検出光束を照射する照射工程と、 前記透明板の前記パター ン面に対向する側の面及びその反対側の面からの第 1、 第 2の反射光束をそれ ぞれ受光する受光工程と、 前記第 1、 第 2の反射光束の受光結果に基づいて、 前記透明板の厚さを算出する算出工程とを含むことを特徴とする露光方法。

2 1 . 請求項 2 0に記載の露光方法において、

前記受光工程では、 前記パターン面からの第 3の反射光束を更に受光し、 前記算出工程では、 前記第 1、 第 2、 及び第 3の反射光束の受光結果に基づ いて、 前記パターン面の前記法線方向の位置をも算出することを特徴とする露 光方法。

2 2 . 請求項 2 1に記載の露光方法において、

前記パターン面の前記法線方向の位置の算出は、 前記第 1、 第 2の反射光束 の受光結果に基づいて前記透明板の厚さを算出する第 1の算出工程と、 該算出 された前記透明板の厚さと前記第 3の反射光束の受光結果とに基づいて前記パ ターン面の法線方向の位置を算出する第 2の算出工程とを含むことを特徴とす ; ^光 法。

2 3 . エネルギビームをマスクに照射し、 前記マスクに形成されたパターン を投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であつて、

前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光 透過性の透明板を介して前記パターン面に対して入射角 αで検出光束を照射す る工程と；

前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光し、 その受光結果に基 づいて前記パターン面の法線方向である前記投影光学系の光軸方向に関する前 記パターン面の位置を算出する工程と；を含み、 前記検出光束の前記透明板内の射出角を )8、 前記投影光学系の開口数と投影 倍率によって定まる前記エネルギビームの前記透明板に対する入射角の最大角 度を α '、 前記エネルギビ一厶の前記透明板内の射出角を /3 ' とした際に、 前記 入射角 ¾：、

を満足するように設定することを特徴とする露光方法。

2 4 . 波長 1 5 7 n mのエネルギビームをマスクに照射し、 前記マスクに形 成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であって、 前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面に対し、 3 0 ° ~ 5 0 ° の範囲内の入射角で検出光束を照射する工程と；

前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光し、 その受光結果に基 づいて前記投影光学系の光軸方向に関する前記パターン面の位置を算出するェ 程と；を含む露光方法。

2 5 . 請求項 2 4に記載の露光方法において、

前記入射角は、 3 5 ° 〜4 0 ° の範囲内の角度であることを特徴とする露光 方法。

2 6 . エネルギビームをマスクに照射し、 前記マスクに形成されたパターン を基板上に転写する露光方法であって、

前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光 透過性の透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検 出光束を照射する照射工程と；

前記パターン面からの反射光束を受光して前記バタ一ン面の法線方向の位置 を検出するとともに、 前記透明板の厚さに基づいて、 前記パターン面の法線方 向の位置を補正する位置検出'補正工程と；を含むことを特徴とする露光方法。

2 7 . 請求項 2 6に記載の露光方法において、

前記透明板の厚さを検出する厚さ検出工程を、 更に含み、

前記位置検出 ·補正工程では、 検出された前記透明板の厚さに基づいて、 前 記パターン面の法線方向の位置の補正が行われることを特徴とする露光方法。

2 8 . 請求項 2 6に記載の露光方法において、

前記位置検出 ·補正工程では、 前記パターン面の法線方向の位置は、 位置検 出装置を用いて検出され、 前記位置の補正のため、 前記透明板の厚さに基づい て、 前記位置検出装置のキャリブレーションが行われることを特徴とする露光 方法。

2 9 . リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であって、

前記リソグラフイエ程では、 請求項 1 9〜 2 8のいずれか一項に記載の露光 方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。