JP4817700B2 - 露光装置及び方法、並びに、デバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる微細パターンの製造等に用いられる、露光装置および方法に関する。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクル（又はマスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。

投影露光装置においては、半導体素子の微細化及び高密度化に伴い、より高い解像力でレチクルの回路パターンをウェハに露光することが要求されている。投影露光装置の解像度（転写できる最小の寸法）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例するため、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進んでいる。一方、１つの半導体素子のチップパターンは大型化する傾向にあり、露光領域の一層の拡大も投影露光装置には要求されている。

これらの要求を達成するためには、露光領域が大きく、且つ、解像力の高い投影光学系が必須となるが、露光領域を大きくすればするほど、及び、解像力を高めれば高めるほど、露光領域全域でのディストーション等の結像性能を所定の精度に維持することが困難となる。そこで、矩形形状又は円弧形状等のスリット形状の露光領域に対して、レチクル及びウェハを相対的に同期して走査（スキャン）しながら、レチクルのパターンをウェハに転写する走査型の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）が注目されている。

しかし、近年の更なる半導体素子の微細化に伴い、スキャナーにも限界に近い解像力が要求され、より大きなＮＡを有する投影光学系が採用されている。なお、投影光学系の高ＮＡ化が進むにつれて焦点深度は極めて浅くなるため、フォーカスの合わせ込み（即ち、投影光学系の像面位置とウェハの表面位置との位置合わせ）精度の向上が重要となっており、レチクルの変形による結像誤差も無視できなくなってきている。

レチクルの変形は、レチクル自体の自重による撓み、レチクル自体の平面度、レチクルをレチクルステージに保持（吸着）する際の変形等が考えられる。レチクルを保持（吸着）する際の変形は、レチクルステージの吸着部の面形状とレチクルの面形状に応じて発生し、その変形量は組み合わせによって異なる。従って、レチクルの変形は、実際にレチクルをレチクルステージに保持（吸着）した状態で計測する必要がある。

そこで、投影光学系とレチクルステージとの間の空間であって、走査方向に外れた位置にレチクルの面形状を検出する面形状検出系を配置し、かかる面形状検出系を介して、走査露光の助走期間中等にレチクル（のパターン面）の面形状を検出する露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の露光装置は、面形状検出系の検出結果に基づいて投影光学系の結像特性又はウェハのフォーカス位置を制御する。更に、特許文献１の露光装置は、レチクルステージ上に基準部材を配置し、かかる基準部材を介して面形状検出系の較正が可能な構成となっている。

また、光源からの光をレチクル面に導光する照射部と、レチクル面からの反射光を受光する受光部から構成され、レチクル面と略垂直な方向におけるレチクルの位置を検出する位置検出装置を有する露光装置も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２の露光装置は、検出誤差を改善するために、レチクル面に入射する光の入射角度を４５度以上とすることを特徴としている。
特開平１１−４５８４６号公報 特開２００３−２６４１３６号公報

レチクルステージにレチクルを搭載して位置決めする際、一般には、同一のレチクルを使用したとしても位置決め誤差は０ではなく、一定の許容範囲内に位置決めされるため、レチクルパターンに対する上述のような面形状検出系または位置検出装置の検出位置が変動してしまう（即ち、所定の検出位置からずれる）。特に、面形状検出系または位置検出装置の検出位置（検出光）がパターンの境界をまたぐ場合、パターンのある領域（クロム）とパターンのない領域（ガラス）の反射率の差異によってレチクルからの反射光が影響を受け、検出したレチクルの形状に誤差が含まれることになる。

また、特許文献１に開示された露光装置は、投影光学系から離れた位置に面形状検出系を配置している。従って、レチクルの全面を検出するためにはレチクルステージのストロークを余分に（離れて配置した距離だけ）必要とし、露光装置が大型化してしまう。なお、面形状検出系を較正する際には、面形状検出系が、較正のためにレチクルステージ上に配置された基準部材を検出することができる位置までレチクルステージを駆動する必要がある。従って、面形状検出系を較正するためにもレチクルステージのストロークが余分に必要となる。更に、レチクルステージのストロークが長くなれば、駆動時間も長くなり、結果として、露光装置のスループットの低下を招いてしまう。

本発明は、上述の課題を考慮してなされたもので、レチクルのパターン面の形状を計測するための新規な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、レチクルを保持するためのレチクルステージと投影光学系と被処理体を保持するための被処理体ステージとを有し、前記投影光学系を介して、前記レチクルステージに保持された前記レチクルのパターンを被処理体に投影する露光装置であって、前記レチクルステージに保持され、前記レチクル上のマークと前記被処理体ステージ上のマークとの相対位置、又は、前記レチクル上のマークと前記レチクルステージ上のマークとの相対位置を計測することによって前記レチクルの位置を計測する位置計測手段と、前記投影光学系の光軸に平行な方向における前記レチクルのパターン面の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段が前記パターン面上の予め決められた位置で検出を行うように、前記位置計測手段の計測結果を用いて前記レチクルの位置決めを行う位置決め手段とを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての露光装置は、レチクルを保持するためのレチクルステージと投影光学系と被処理体を保持するための被処理体ステージとを有し、前記投影光学系を介して、前記レチクルステージに保持された前記レチクルのパターンを被処理体に投影する露光装置であって、前記レチクルステージに保持され、前記レチクル上のマークと前記被処理体ステージ上のマークとの相対位置、又は、前記レチクル上のマークと前記レチクルステージ上のマークとの相対位置を計測することによって前記レチクルの位置を計測する位置計測手段と、前記投影光学系の光軸に平行な方向における前記レチクルのパターン面の位置を検出する位置検出手段と、予め取得された前記レチクルの位置ずれに対する前記レチクルのパターン面の位置の検出誤差を用いて前記位置検出手段の検出結果を補正して、前記パターン面の形状を算出する算出手段とを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、レチクルのパターン面の形状を計測するための新規な技術を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光装置について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の露光装置１の構成を示す概略断面図である。

露光装置１は、図１に示すように、回路パターンが形成されたレチクルＲを照明する照明装置１００と、レチクルＲを載置するレチクルステージ２００と、投影光学系３００と、ウェハＷを載置するウェハステージ４００と、アライメントセンサ５００と、レチクル面形状検出系６００と、レチクル検出系７００と、主制御部８００とを有する。

露光装置１は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でレチクルＲに形成された回路パターンを被処理体Ｗに露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャナー）を例に説明する。

照明装置１００は、転写用の回路パターンが形成されたレチクルＲを照明し、光源部１１０と、照明光学系１２０とを有する。

光源部１１０は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができるが、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーやＹＡＧレーザーを使用してもよいし、その個数も限定されない。また、光源部１１０に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

光源部１１０がパルス光源（即ち、レーザー）の場合、露光のオン又はオフは、パルス光源用の電源装置からの供給電力の制御により切り替えられる。光源部１１０が連続光源（即ち、ランプ）の場合、露光のオン又はオフは、照明光学系１２０内のシャッタにより切り替えられる。但し、本実施形態では、後述するように、照明光学系１２０は、可動ブラインド（可変視野絞り）１２５を有するため、可動ブラインド１２５の開閉によって露光のオン又はオフを切り替えてもよい。

照明光学系１２０は、レチクルＲを照明する光学系であり、本実施形態では、長方形のスリット状の照明領域ＩＡを均一に照明する。これにより、スリット状の照明領域ＩＡ内のレチクルＲの回路パターンが、後述する投影光学系３００を介して、被処理体Ｗ上に転写される。照明光学系１２０は、図１に示すように、照明光整形光学系１２１と、ハエの目レンズ１２２と、コンデンサーレンズ１２３と、視野絞り１２４と、可動ブラインド１２５と、リレーレンズ系１２６とを有する。

光源部１１０からの照明光は、照明光整形光学系１２１によって所定の大きさの光束径に整形され、ハエの目レンズ１２２に達する。ハエの目レンズ１２２の射出面には多数の２次光源が形成される。かかる２次光源からの照明光は、コンデンサーレンズ１２３によって集光され、固定の視野絞り１２４を経て可動ブラインド（可変視野絞り）１２５に達する。なお、図１では、視野絞り１２４は、可動ブラインド１２５よりもコンデンサーレンズ１２３側に配置されているが、リレーレンズ系１２６側に配置してもよい。

視野絞り１２４は、長方形のスリット状の開口部を有し、かかる開口部を通過した光束は、長方形のスリット状の断面を有する光束となり、リレーレンズ系１２６に入射する。なお、スリット状の開口部の長手方向は、紙面（図１）に対して垂直な方向であるとする。

可動ブラインド１２５は、後述する走査方向（Ｘ方向）の幅を規定する２つの遮光板１２５ａ及び１２５ｂと、走査方向に垂直な方向（非走査方向）の幅を規定する２つの図示しない遮光板から構成される。走査方向の幅を規定する遮光板１２５ａ及び１２５ｂは、それぞれ駆動部１２５ｃ及び１２５ｄによって独立に走査方向に駆動できるように支持されている。また、非走査方向の幅を規定する図示しない遮光板もそれぞれ独立に駆動できるように支持されている。可動ブラインド１２５の駆動部１２５ｃ及び１２５ｄ、及び、非走査方向の駆動部の動作はブラインド制御部８１０により制御される。

本実施形態では、固定の視野絞り１２４によって設定されるレチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡ内において、更に、可動ブラインド１２５によって設定される所望の露光領域内にのみ照明光が照射される。

リレーレンズ系１２６は、可動ブラインド１２５とレチクルＲ（のパターン面）とを共役にするレンズ系である。リレーレンズ系１２６は、両側テレセントリックな光学系であり、レチクルＲ上のスリット状の照明領域ＩＡではテレセントリック性が維持されている。

レチクルＲは、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、レチクルステージ２００に支持及び駆動される。レチクルＲから発せられた回折光は、投影光学系３００を通り、被処理体Ｗ上に投影される。レチクルＲと被処理体Ｗとは、光学的に共役の関係に配置される。本実施形態の露光装置１はスキャナーであるため、レチクルＲと被処理体Ｗを縮小倍率比の速度比で走査（スキャン）することによりレチクルＲのパターンを被処理体Ｗ上に転写する。詳細には、スリット状の照明領域ＩＡ、且つ、可動ブラインド１２５により規定されたレチクルＲ上の回路パターンの像が、投影光学系３００を介して被処理体Ｗ上に投影露光される。

レチクルステージ２００は、図示しないレチクルチャックを介してレチクルＲを支持し、ステージ移動機構２２０に接続されている。レチクルステージ２００は、干渉計２１０で位置が検出され、ステージ移動機構２２０によって駆動される。レチクルステージ２００は、本実施形態では、ステージ移動機構２２０に駆動されてレチクルＲを走査方向（＋Ｘ方向又は−Ｘ方向）に走査する。ここで、投影光学系３００の光軸に垂直な２次平面内で、スリット状の照明領域ＩＡに対するレチクルＲの走査方向を＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）とし、投影光学系３００の光軸に平行な方向をＺ方向とする。

投影光学系３００は、レチクルＲのパターンを被処理体Ｗ上に投影する光学系である。投影光学系３００は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

被処理体Ｗは、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板、その他の被処理体を広く含む。被処理体Ｗには、フォトレジストが塗布されている。

ウェハステージ４００は、図示しないウェハチャックによって被処理体Ｗを支持し、ステージ移動機構４２０に接続されている。ウェハステージ４００は、干渉計４１０で位置が検出され、ステージ移動機構４２０によって駆動される。ウェハステージ４００は、例えば、投影光学系３００の光軸に垂直な面内で被処理体Ｗを位置決めすると共に、被処理体Ｗを±Ｘ方向に走査するＸＹステージ、及び、被処理体ＷをＺ方向に位置決めするＺステージ等から構成される。ウェハステージ４００には、ベースライン計測用のマーク、或いは、レチクルＲの位置合わせ用のマーク等を有する基準マークＦＭが構成されている。

なお、レチクルＲのパターンを、ステップ・アンド・スキャン方式で、投影光学系３００を介して被処理体Ｗ上の各ショット領域に露光する際には、レチクルステージ２００は、視野絞り１２４で設定されるスリット状の照明領域ＩＡに対して−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に、レチクルＲを速度ＶＲで走査する。また、ウェハステージ４００は、投影光学系３００の投影倍率をβとすると、レチクルＲの走査と同期して、＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）に、被処理体Ｗを速度ＶＷ（＝β・ＶＲ）で走査する。これにより、被処理体Ｗ上のショット領域にレチクルＲの回路パターンが逐次転写される。

アライメントセンサ５００は、ウェハＷ上方に配置され、本実施形態では、オフ・アクシス方式でウェハＷ上のアライメントマークを検出する。アライメントセンサ５００の検出結果は、アライメント制御部８３０により処理され、主制御部８００に送られる。主制御部８００は、後述するように、ステージ移動機構４２０を介して、ウェハステージ４００の位置決め動作及び走査動作を制御する。

レチクル面形状検出系６００は、レチクルステージ２００と投影光学系３００との間に配置され、後述するように、レチクルＲの形状を計測する形状計測手段としての機能を有する。レチクル面形状検出系６００の検出結果は、検出系制御部８２０により処理され、主制御部８００に送られる。

レチクル面形状検出系６００は、本出願人が特開２００３−２９７７２６号公報に提案する露光装置のレチクル面位置検出系と同様な構成を有するため、ここでは詳細な説明を省略して概略のみを説明する。レチクル面形状検出系６００の基本的な検出原理を説明すると、被検面であるレチクルパターン面に光束を斜め方向から照射し、被検面で反射した光束の所定面上への入射位置を位置検出素子で検出し、かかる位置情報から被検面のＺ方向（投影光学系３００の光軸方向）の位置情報を検出する。また、レチクル面形状検出系６００（検出系制御部８２０）は、走査方向とほぼ直交する方向に設定された複数の光束を被検面上の複数の計測点に投影し、各々の計測点で求めたＺ方向の位置情報を用いて被検面の傾き情報を算出する。更に、レチクルＲが走査されることにより、走査方向にも複数の計測点でのＺ方向の位置情報を計測することができる。これらの位置情報から、検出系制御部８２０は、レチクルＲのパターン面の面形状（即ち、レチクルＲの形状）を算出する。

レチクル検出系７００は、レチクルＲの上方に配置され、レチクルＲの位置を検出する位置検出手段としての機能を有する。レチクル検出系７００は、図２に示すように、ファイバ７１０と、リレーレンズ７２０と、ハーフミラー７３０と、対物レンズ７４０と、ミラー７５０と、リレーレンズ７６０と、検出部７７０と、演算部７８０とを有する。ここで、図２は、レチクル検出系７００の構成を示す概略断面図である。

レチクル検出系７００は、照明光学系１２０から分岐された照明光をファイバ７１０によって導光する。ファイバ７１０によって導光された照明光は、リレーレンズ７２０、ハーフミラー７３０、対物レンズ７４０及びミラー７５０を介してレチクルＲに導光され、レチクルＲ上に配置された位置合わせ用のマーク及び投影光学系３００を介してウェハステージ４００上の基準マークＦＭに照射される。レチクルＲ上に配置された位置合わせ用のマーク及びウェハステージ４００上の基準マークＦＭの像は、ミラー７５０、対物レンズ７４０、ハーフミラー７３０及びリレーレンズ７６０を介して検出部７７０に結像される。検出部７７０の検出結果は、演算部７８０で演算処理されて主制御部８００に送られる。

主制御部８００は、ＣＰＵ、メモリを有し、露光装置１の動作を制御する。ＣＰＵは、ＭＰＵなど名前の如何を問わずいかなるプロセッサも含み、各部の動作を制御する。メモリは、ＲＯＭ及びＲＡＭより構成され、露光装置１を動作するファームウェアを格納する。主制御部８００は、ブラインド制御部８１０、検出系制御部８２０、アライメント制御部８３０、及び、ステージ移動機構２２０及び４２０に接続されている。主制御部８００は、本実施形態では、後述するように、レチクル検出系７００の検出結果に基づいて、レチクル面形状検出系６００に対するレチクルＲの位置を制御する。換言すれば、主制御部８００は、レチクル面形状検出系６００と協同して、レチクルＲの形状を取得する形状取得手段としての機能も備える。また、主制御部８００は、ステージ移動機構４２０を介してウェハステージ４００の位置決め動作及び走査動作を制御する。なお、主制御部８００が、ブラインド制御部８１０、検出系制御部８２０及びアライメント制御部８３０の機能を兼ね、一体的に構成されてもよいのは言うまでもない。

ここで、レチクル検出系７００とレチクル面形状検出系６００との関係について説明する。本実施形態では、レチクル検出系７００によって検出されたレチクルＲの位置に基づいて、レチクル面形状検出系６００の検出位置を補正することを特徴としている。図３にレチクルＲとレチクルＲ内に形成されたパターン領域ＲＰＡ及びレチクル面形状検出系６００の検出位置（検出点）ＤＰを示す。図３を参照するに、走査方向と直交する方向にレチクル面形状検出系６００の検出点ＤＰを５箇所構成している。また、レチクルＲが走査されることにより、走査方向に７列の検出点ＤＰが構成される。なお、図３に示す検出点ＤＰの配置は、レチクルステージ２００に対してレチクルＲが設計値通りに位置決めされた状態であるとする。

レチクルステージ２００に対してレチクルＲが走査方向と直交する方向にＸだけずれて位置決めされた状態で走査された場合のレチクル面形状検出系６００の検出点ＤＰ’（黒丸）を図４に示す。また、レチクルステージ２００に対してレチクルＲが投影光学系３００の光軸を中心とする回転方向にθだけずれて位置決めされた状態で走査された場合のレチクル面形状検出系６００の検出点ＤＰ’’（黒丸）を図５に示す。なお、図４及び図５において、レチクルＲ（のパターン）に対する設計上の検出点ＤＰ（即ち、図３に示す状態）を白丸として示している。

レチクル面形状検出系６００は、理想的には、図３に示す検出点ＤＰの位置での検出結果からレチクルＲの形状を算出するが、図４及び図５に示すように、レチクルステージ２００に対してレチクルＲがずれて配置された場合、レチクルＲの位置ずれ量Ｘ及びθのために、検出点ＤＰ’及びＤＰ’’の位置での検出結果からレチクルＲの形状を算出することになる。従って、検出点ＤＰの位置と検出点ＤＰ’及びＤＰ’’の位置でレチクルＲのパターン分布が異なる、即ち、クロム部（又はガラス部）にあった検出点がガラス部（又はクロム部）になる、或いは、検出点領域内部のクロム部とガラス部との比率（反射率）が異なる、といったことが発生し、検出率が低下してしまう。換言すれば、レチクル面形状検出系６００の検出位置の変動によってレチクルＲからの反射光が影響を受け、レチクルＲの形状の検出精度が著しく低下してしまう。

そこで、本実施形態では、レチクル検出系７００によってレチクルＲの位置、即ち、レチクルステージ２００に対するレチクルＲの走査方向、走査方向に直交する方向及び投影光学系３００の光軸を中心とする回転方向の位置ずれ量を検出し、かかる検出結果をレチクル面形状検出系６００の検出位置の補正に反映する。例えば、走査方向のレチクルＲの位置ずれに対しては、検出系制御部８２０によってレチクル面形状検出系６００の検出開始位置を制御することで補正を行う。また、走査方向と直交する方向のレチクルＲの位置ずれに対しては、レチクルステージ２００を駆動し、レチクルＲの位置ずれを補正する。また、投影光学系３００の光軸を中心とする回転方向の位置ずれに対しても同様に、レチクルステージ２００を駆動し、レチクルＲの位置ずれを補正する。若しくは、レチクルステージ２００を走査方向及び走査方向と直交する方向に駆動し、段階的にレチクルＲを移動させることで補正する。これにより、レチクルＲ（のパターン）に対して常に一定の位置（即ち、所定の検出位置）でレチクル面形状検出系６００は面形状を計測することが可能となり、高精度にレチクルＲの形状を計測することができる。

なお、レチクルＲの位置ずれに対するレチクルＲの形状の検出誤差が予め分かっているならば、レチクルＲの位置ずれを補正せずに、ずれた検出点（例えば、検出点ＤＰ’及びＤＰ’’）での検出結果から算出されるレチクルＲの形状を直接補正すること、換言すれば、レチクルＲの位置ずれとずれた検出点での検出結果とからレチクルＲの形状を算出することも可能である。

レチクルＲの形状の計測による投影光学系３００の像面位置と被処理体Ｗの表面位置との位置合わせ、即ち、レチクルＲの形状の計測結果に基づく投影光学系３００の結像特性の補正、或いは、ウェハステージ４００の走査時の位置の調整による結像特性の補正については、従来技術として示した特開平１１−４５８４６号公報に開示されているので、ここでの詳細な説明は省略する。

以上のように、本実施形態によれば、レチクルステージに対するレチクルの位置によりレチクルパターン面形状の計測結果が変動してしまうことに対処した新規な面形状計測技術を提供することができる。

レチクル面形状検出系６００は、図１では、レチクルステージ２００と投影光学系３００との間の空間に配置され、投影光学系３００の光軸中心位置に計測位置（即ち、検出点の位置）を有しているが、図６に示すように、投影光学系３００の光軸中心位置から走査方向にずれた位置、即ち、転写対象領域の外側に計測位置（即ち、検出点の位置）を有するようにレチクル面形状検出系６００を配置することも可能である。ここで、図６は、本発明の露光装置１の別の構成を示す概略断面図である。

また、図６には図示していないが、レチクルＲの上方には、図１と同様に、レチクル検出系７００が配置されており、レチクルＲ上の位置合わせ用のマークとウェハステージ４００上の基準マークＦＭの相対的な位置計測によって、レチクルＲの位置を検出することができる。レチクル検出系７００の検出結果に基づいて、レチクル面形状検出系６００の検出位置を補正することで、レチクルＲ（のパターン）に対して常に所定の位置で面形状を検出することが可能となり、レチクルＲの形状を高精度に計測することが可能となる。

更に、図７に示すように、レチクルステージ２００上に、投影光学系３００の光軸方向において、レチクルＲのパターン面と実質的に同じ高さに反射面及び計測用マークを構成した基準面ＳＰと、レチクルＲの位置決めを行うための基準マークを構成した基準板ＲＦＭとを配置し、レチクルＲ上の上方にはレチクル位置検出系９００を配置するとよい。ここで、図７は、本発明の露光装置１の別の構成を示す概略断面図である。

レチクル位置検出系９００とレチクル検出系７００との相違点について説明する。レチクル検出系７００は、投影光学系３００を介してウェハステージ４００上の基準マークＦＭを検出することができる位置に配置されているのに対して、レチクル位置検出系９００は、基準マークＲＦＭとレチクルＲ上の位置合わせ用のマークを検出することができる位置に配置されている。

図８及び図９は、レチクルステージ２００上に配置された基準板ＲＦＭ及び基準面ＳＰを示す概略斜視図である。図８に示すように、レチクルＲは、レチクルステージ２００のレチクルチャック２３０によって（吸着）保持される。レチクルチャック２３０は、走査方向に対して前後２箇所、同様に、非走査方向に対して前後２箇所で構成され、４箇所においてレチクルＲを（吸着）保持する。また、基準板ＲＦＭは、レチクルチャック２３０のレチクルチャック２３０の間に配置される。

レチクル位置検出系９００は、図９に示すように、２眼の検出系で構成される。レチクルＲ上の位置合わせ用のマークは、レチクルＲがレチクルチャック２３０に（吸着）保持された状態で、基準板ＲＦＭと共にレチクル位置検出系９００で検出可能な位置に配置されている。レチクルＲから走査方向にずれた位置に基準面ＳＰが構成されている。

レチクルステージ２００を移動し、基準面ＳＰがレチクル面形状検出系６００の検出位置に駆動されることで、レチクル面形状検出系６００の較正が可能となる。なお、レチクル面形状検出系６００を較正する方法については、特開平１１−４５８４６号公報に開示されているので、ここでの詳細な説明は省略する。

本実施形態では、基準板ＲＦＭとレチクルＲ上の位置合わせ用のマークがレチクルステージ２００上に配置されているため、レチクル位置検出系９００は、レチクルステージ２００のストローク内で、基準マークＲＦＭとレチクルＲ上の位置合わせ用のマークを計測することができる位置に配置すればよい。また、レチクル位置検出系９００は、レチクル面形状検出系６００で較正用の基準面ＳＰを計測できるレチクルステージ２００の位置において、基準板ＲＦＭとレチクルＲ上の位置合わせ用のマークが計測できる位置に配置されている。これにより、レチクル位置検出系９００でレチクルＲの位置を検出する際に、レチクル面形状検出系６００の較正をすることが可能となり、レチクル面形状検出系６００の較正のためにレチクルステージ２００を較正位置まで駆動することが不要になると共に、レチクルステージ２００のストロークの不要な拡大を抑えることができる。

また、レチクル面形状検出系６００の較正位置（即ち、基準面ＳＰの検出位置）、レチクル位置検出系９００の検出位置（即ち、レチクルＲの位置を検出する位置）及びレチクルＲの着脱位置を同一にすることで、レチクルＲの交換動作からパターン転写のための露光動作に移る間に、レチクル面形状検出系６００の較正、レチクルＲの位置の検出、レチクルＲの位置の補正、レチクルＲの形状の検出の動作を行うことができ、スループットの低下を招くことなく、高精度にレチクルＲの形状を計測することができる。

レチクル面形状検出系６００は、図１０に示すように、走査方向に対して投影光学系３００の両側に配置してもよい。２つのレチクル面形状検出系６００の検出結果は、検出系制御部８２０により処理され、主制御部８００に送られる。走査方向に対して投影光学系３００の両側にレチクル面形状検出系６００を配置することにより、レチクルＲの形状を検出するために必要とするレチクルステージ２００のストロークを最小限に抑えることができる。ここで、図１０は、本発明の露光装置１の別の構成を示す概略断面図である。

図１１及び図１２を参照して、レチクルステージ２００のストロークについて説明する。図１１は、レチクルＲ、レチクル面形状検出系６００及び投影光学系３００を模式的に示す部分拡大図である。図１１において、ＬＲはレチクルＲの走査方向の長さを、Ｌは投影光学系３００と物理的に干渉せずにレチクル面形状検出系６００を配置する場合の投影光学系３００の光軸からレチクル面形状検出系６００の検出位置までの距離を、Ａはレチクルステージ２００が露光時の速度に到達するための加速に必要な距離を示す。なお、レチクルステージ２００のストロークを検討する場合には、厳密にはレチクルＲのパターン領域、或いは、レチクルＲの照射領域を考慮する必要があるが、本実施形態では、レチクル面形状検出系６００の配置による比較のため、かかる比較に必要な寸法のみを示し、その他の寸法は省略している。

図１２は、レチクル面形状検出系６００を、走査方向に対して投影光学系３００の両側に配置した場合（即ち、図１０に示すレチクルＲ、レチクル面形状検出系６００及び投影光学系３００）を模式的に示す部分拡大図である。図１２において、ＬＲ／２はレチクル面形状検出系６００によってレチクルＲの形状を走査方向に計測可能な範囲（距離）を示す。図１２を参照するに、レチクル面形状検出系６００が投影光学系３００の両側に配置されているため、１つのレチクル面形状検出系６００が計測する範囲を、レチクルＲの走査方向の長さＬＲの半分にすることができる。即ち、レチクル面形状検出系６００Ａによって図１２に示すレチクルＲの左側半分を計測し、レチクル面形状検出系６００Ｂによって図１２に示すレチクルＲの右側半分を検出する構成となっている。

図１１に示すレチクル面形状検出系６００の構成の場合、レチクルステージ２００が必要とするストロークＳＴは、以下の数式１で示される。

一方、図１２に示すレチクル面形状検出系６００の構成の場合、レチクルステージ２００が必要とするストロークＳＴ’は、以下の数式２で示される。

また、ストロークＳＴとストロークＳＴ’の差は、以下の数式３で示される。

ＳＴ＞ＳＴ’の場合にレチクルステージ２００のストロークを短くすることができるため、以下の数式４に示される条件を満たす場合にレチクルステージ２００のストロークが短くなり、装置の大型化を防止することができる。数式４は、レチクルＲの大きさ及び加速距離が長くなると有効であることを示している。

近年、装置のスループットを向上するために、光源部１１０の高出力化と共に、レチクルステージ２００及びウェハステージ４００の高速化も進んでいる。かかる高速化に伴い、レチクルステージ２００の加速距離も延びる傾向にあるため、レチクル面形状検出系６００を走査方向に対して投影光学系３００の両側に配置することにより、レチクルステージ２００のストロークを拡大することなく、高精度にレチクルＲの形状を計測することが可能となる。

図１０及び図１２では、レチクル面形状検出系６００Ａ及び６００ＢによってレチクルＲのパターン面を半分づつ計測することでレチクルステージ２００のストロークの拡大を防止している。しかし、レチクル面形状検出系６００Ａ及び６００Ｂは別構成の検出系であるため、２つのレチクル面形状検出系間の較正が必要となる。そこで、図１３に示すように、レチクル面形状検出系６００Ａ及び６００Ｂが、レチクルＲのパターン面の半分に加えて、レチクルＲの領域Ｂを計測することができるように構成し、図１３では図示しない基準面ＳＰをレチクル面形状検出系６００Ａ又は６００Ｂで計測可能に配置する。ここで、図１３は、レチクル面形状検出系６００を、走査方向に対して投影光学系３００の両側に配置した場合を模式的に示す部分拡大図である。

例えば、まず、レチクル面形状検出系６００Ｂで基準面ＳＰを検出し、レチクル面形状検出系６００Ｂを較正する。較正が終了したレチクル面形状検出系６００ＢによってレチクルＲの領域Ｂを計測する。次いで、レチクル面形状検出系６００ＡによってレチクルＲの領域Ｂを計測し、レチクル面形状検出系６００Ｂの検出結果を基準として、レチクル面形状検出系６００Ａを較正する。レチクル面形状検出系６００Ａ及び６００ＢでレチクルＲの領域Ｂを計測する場合には、走査動作時に行うのではなく、静止した状態で行う。

レチクルステージ２００のストロークは、図１２に対して領域Ｂだけ拡大するが、レチクル面形状検出系６００Ａ及び６００Ｂによって計測可能な領域があればよいので、極端に装置の大型化を招くことはない。このような構成により、２つのレチクル面形状検出系間の較正が可能となり、より高精度にレチクルＲの形状を計測することができる。

これまでは、レチクル面形状検出系６００とレチクル検出系７００又はレチクル位置検出系９００とは、別構成で配置されていた。かかる配置では、例えば、レチクル面形状検出系６００の位置がレチクル面形状検出系６００を支持する構造体の熱変形等により変化した場合、レチクル検出系７００又はレチクル位置検出系９００によってレチクルＲの位置を検出し、レチクルＲの位置を補正したとしても、レチクル面形状検出系６００の位置が変化しているため、レチクルパターンに対する計測位置がずれてしまうことになる。

そこで、図１４に示すように、レチクル面形状検出系６００とレチクル検出系７００又はレチクル位置検出系９００を筐体ＨＧに収納し、レチクル計測系を構成する。これにより、レチクル計測系を支持する構造体が熱変形等により変化した場合でも、レチクル面形状検出系６００とレチクル検出系７００又はレチクル位置検出系９００は筐体ＨＧと共に移動し、レチクル面形状検出系６００の検出位置とレチクル検出系７００又はレチクル位置検出系９００の検出位置との相対的位置変化を低減することができる。このため、レチクルＲの形状を計測する場合に、レチクルＲに対して常に所定の位置で計測することができるため、高精度にレチクルＲの形状を計測することができる。

以上、説明したように、露光装置１によれば、レチクルＲの形状を高精度に検出してフォーカスの合わせ込み（投影光学系３００の像面位置と被処理体Ｗの表面との位置合わせ）を向上させ、優れた露光性能を発揮することができる。また、装置の大型化及びスループットの低下を防止することができる。

露光において、光源部１１０から発せられた光束は、照明光学系１２０によりレチクルＲを、例えば、ケーラー照明する。レチクルＲを通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系３００により被処理体４００上に結像される。なお、露光の際に、露光装置１は、投影光学系３００の像面位置と被処理体Ｗの表面との位置合わせを高精度に行うことができ、デフォーカスなどを防止して、高いスループットで経済性よく従来よりも高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

次に、図１５及び図１６を参照して、露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１５は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図１６は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明は、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動するステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）にも適用することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 図１に示すレチクル検出系の構成を示す概略断面図である。 レチクルとレチクル内に形成されたパターン領域及びレチクル面形状検出系の検出位置との位置関係を示す概略平面図である。 レチクルとレチクル内に形成されたパターン領域及びレチクル面形状検出系の検出位置との位置関係を示す概略平面図である。 レチクルとレチクル内に形成されたパターン領域及びレチクル面形状検出系の検出位置との位置関係を示す概略平面図である。 本発明の一側面としての露光装置の別の構成を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての露光装置の別の構成を示す概略断面図である。 図７に示すレチクルステージ上に配置された基準板及び基準面を示す概略斜視図である。 図７に示すレチクルステージ上に配置された基準板及び基準面を示す概略斜視図である。 本発明の一側面としての露光装置の別の構成を示す概略断面図である。 レチクル、レチクル面形状検出系及び投影光学系を模式的に示す部分拡大図である。 図１０に示すレチクル、レチクル面形状検出系及び投影光学系を模式的に示す部分拡大図である。 レチクル面形状検出系を、走査方向に対して投影光学系の両側に配置した場合を模式的に示す部分拡大図である。 本発明の一側面としての露光装置の別の構成を示す概略断面図である。 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。 図１５に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ 露光装置
１００ 照明装置
２００ レチクルステージ
３００ 投影光学系
４００ ウェハステージ
５００ アライメントセンサ
６００ レチクル面形状検出系
７００ レチクル検出系
８００ 主制御部
９００ レチクル位置検出系
Ｒ レチクル
Ｗ 被処理体
ＦＭ 基準マーク
ＲＦＭ 基準板
ＳＰ 基準面
ＨＧ 筐体
ＤＰ、ＤＰ’及びＤＰ’’ 検出位置（検出点）

Claims (5)

1. レチクルを保持するためのレチクルステージと投影光学系と被処理体を保持するための被処理体ステージとを有し、前記投影光学系を介して、前記レチクルステージに保持された前記レチクルのパターンを被処理体に投影する露光装置であって、
   前記レチクル上のマークと前記被処理体ステージ上のマークとの相対位置、又は、前記レチクル上のマークと前記レチクルステージ上のマークとの相対位置を計測することによって前記レチクルの位置を計測する位置計測手段と、
   前記投影光学系の光軸に平行な方向における前記レチクルのパターン面の位置を検出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段が前記パターン面上の予め決められた位置で検出を行うように、前記位置計測手段の計測結果を用いて前記レチクルの位置決めを行う位置決め手段とを有することを特徴とする露光装置。
2. レチクルを保持するためのレチクルステージと投影光学系と被処理体を保持するための被処理体ステージとを有し、前記投影光学系を介して、前記レチクルステージに保持された前記レチクルのパターンを被処理体に投影する露光装置であって、
   前記レチクル上のマークと前記被処理体ステージ上のマークとの相対位置、又は、前記レチクル上のマークと前記レチクルステージ上のマークとの相対位置を計測することによって前記レチクルの位置を計測する位置計測手段と、
   前記投影光学系の光軸に平行な方向における前記レチクルのパターン面の位置を検出する位置検出手段と、
   予め取得された前記レチクルの位置ずれに対する前記レチクルのパターン面の位置の検出誤差を用いて前記位置検出手段の検出結果を補正して、前記パターン面の形状を算出する算出手段とを有することを特徴とする露光装置。
3. 前記レチクルの位置は、前記レチクルステージの走査方向、前記レチクルステージの走査方向と直交する方向及び前記投影光学系の光軸を中心とする回転方向の少なくとも一における位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記位置計測手段と前記位置検出手段とを収納する筐体を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の露光装置。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
   露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。