JP2009105349A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスク面に支持部材を介して保護部材が設けられている場合でも、マスク面のより広い領域に検出光を照射して、その領域の面位置を計測する。
【解決手段】反射型のレチクル面Ｒａのパターンからの露光光でレチクル面側に非テレセントリックの投影光学系ＰＯを介してウエハＷを露光する露光装置において、検出光ＤＬによってスリット３４ａの像をレチクル面Ｒａに投射する送光系３１Ａと、レチクル面Ｒａで反射された後、投影光学系ＰＯ、反射板５３、投影光学系ＰＯ、及びレチクル面Ｒａを介した検出光ＤＬを受光して、そのスリットの像を形成する受光系３１Ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射型マスクを用いる露光技術及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

露光ビームとして波長が例えば１００ｎｍ程度以下の軟Ｘ線領域である極端紫外光、即ちＥＵＶ（Extreme Ultraviolet)光を使用するＥＵＶ露光装置においては、ＥＵＶ光が透過する光学材料が現時点では存在しない。そのため、照明光学系及び投影光学系は所定のフィルタ等を除いて実質的に全て反射光学素子（ミラー）によって構成され、レチクルもまた反射型レチクルが使用されている。このように反射型レチクルを使用する場合には、投影光学系の物体側が非テレセントリックとなる。これにより、レチクルの被検面（パターン面）の高さ（面位置）のずれは、デフォーカスのみならず、ウエハ面内におけるパターンの位置ずれとなってしまう。

そこで、ＥＵＶ露光装置では、レチクル用のオートフォーカスセンサ（以下、ＡＦ系という）を用いてパターン面の高さを計測し、この計測結果に基づいて例えばウエハの高さを高精度に制御している。従来のＡＦ系としては、照明光学系及び投影光学系との機械的な干渉を避けるために、パターン面に対して、斜めに検出用パターンの像を投射し、そのパターン面からの反射光を受光してその検出用パターンの像を再結像し、その像の横ずれ量からパターン面の高さを検出する斜入射方式のＡＦ系が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２７３６７４号公報

上述したように、従来のレチクル用の斜入射方式のＡＦ系は、照明光学系及び投影光学系との機械的な干渉を避けるために、被検面（パターン面）に対する検出光の入射角がかなり大きく設定されていた。そのため、従来のＡＦ系は、パターン面が露出している場合には適用可能であった。しかしながら、パターン面に所定高さの支持部材を介してＥＵＶ光を透過するペリクル等の保護部材が設けられている場合には、従来のＡＦ系では、その支持部材によって斜入射の検出光が遮られてしまうため、そのパターン面の必要な領域の全面で高さを計測することができないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑み、被検面に対する検出光の入射角を小さくでき、その結果として、パターン面に支持部材を介して保護部材が設けられているような場合でも、パターン面のより広い領域で高さ（面位置）を計測できる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術を提供することを目的とする。

本発明による露光装置は、照明光学系（１０）からの露光ビームで、反射型マスクのパターン面（Ｒａ）に形成されたパターンを照明し、そのパターンで反射したその露光ビームをそのマスク側に非テレセントリックの投影光学系（ＰＯ）を介して感応基板（Ｗ）を露光する露光装置において、特定波長の検出光を計測用パターン（３４ａ）を介してそのマスク面又はその投影光学系に導く送光系（３１Ａ）と、その計測用パターンとその投影光学系とそのマスク面とを介したその検出光を受光して、その計測用パターンの像を形成する受光系（３１Ｂ）と、を備え、その受光系によって形成されるその計測用パターンの像の位置からそのパターン面の法線方向の位置情報を求めるものである。

本発明によれば、パターン面の高さ（面位置）を計測するための検出光を投影光学系を介して検出している。従って、パターン面に対する検出光の入射角を従来よりも小さくできるため、パターン面に支持部材を介して保護部材が設けられているような場合でも、パターン面のより広い領域に検出光を照射して、その領域の高さを計測できる。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態につき図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本実施形態の露光光（露光ビーム）ＥＬとして波長が３〜５０ｎｍ程度の範囲内で例えば１１ｎｍ又は１３ｎｍ等のＥＵＶ光を用いる露光装置（ＥＵＶ露光装置）５の全体構成を概略的に示す。図１において、露光装置５は、露光光ＥＬでレチクル（マスク）Ｒを照明する照明光学系５と、レチクルＲを移動するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターン面（以下、レチクル面という）Ｒａに形成されたパターンの像を、レジスト（感光材料）が塗布されたウエハ（感応基板）Ｗ上に投影する投影光学系ＰＯとを備えている。さらに、露光装置５は、ウエハＷを移動するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータを含む主制御系２１と、レチクル面Ｒａの法線方向の位置である高さ（面位置）を計測するレチクル用のオートフォーカスセンサ（以下、レチクルＡＦ系という）３０と、その他の各種センサ及び駆動機構等とを備えている。

本実施形態では、露光光ＥＬとしてＥＵＶ光が使用されているため、照明光学系１０及び投影光学系ＰＯは、特定のフィルタ等（不図示）を除いて複数の反射光学素子より構成され、レチクルＲも反射型である。これらの反射光学素子及びレチクルＲの反射面には、ＥＵＶ光を反射する多層の反射膜が形成されている。また、気体による露光光ＥＬの吸収を防止するため、露光装置５は不図示の真空チャンバ内に収容されている。また、レチクル面Ｒａには、レチクルＲの搬送時等にレチクル面Ｒａに微小な塵等が付着することを防止するために、金属製の矩形の枠状のペリクルフレーム１９を介して、例えば厚さ１００〜１５０ｎｍ程度のシリコン基板等よりなり、ＥＵＶ光を透過するペリクル（保護部材）２０が設けられている。なお、露光時には露光光ＥＬの光路は高真空となるため、ペリクルフレーム１９には、内外の気圧差を解消するための通気孔１９ａが設けられている。

以下、図１において、レチクルステージＲＳＴが移動するガイド面（不図示）の法線方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に垂直な方向にＸ軸を、図１の紙面に平行な方向にＹ軸を取って説明する。本実施形態では、レチクル面Ｒａ上での露光光ＥＬの照明領域５６は、Ｘ方向に細長い円弧状であり、露光時にレチクルＲ及びウエハＷは投影光学系ＰＯに対してＹ方向に同期して走査される。

先ず、照明光学系１０において、高出力のレーザ光源１１と、レーザ光源１１からのレーザ光を集光する集光レンズ１２と、キセノン又はクリプトン等のターゲットガスを噴出するノズル１４と、回転楕円面状の反射面を持つ集光ミラー１３とからガスジェットクラスタ方式のレーザプラズマ光源が構成されている。このレーザプラズマ光源から発生して、集光ミラー１３で反射されたＥＵＶ光よりなる露光光ＥＬは、コリメータ用のミラー１５、反射型のオプティカル・インテグレータ（不図示）、及びコンデンサミラー１６により反射及び集光される。レーザプラズマ光源からコンデンサミラー１６までの部材を含んで照明光学系１０が構成されている。

ウエハＷの露光時に、切り替えミラー５１（詳細後述）は露光光ＥＬの光路外の位置Ｂ１に退避しており、照明光学系１０から射出された露光光ＥＬは、折り返し用のミラー１７によってペリクル２０を介してレチクル面Ｒａに向けて所定の入射角で照射される。なお、ミラー１７を照明光学系１０の一部とみなすこともできる。ミラー１７で反射された露光光ＥＬは、レチクル面Ｒａの照明領域５６を照明する。

レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴの底面に静電チャック１８を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、レーザ干渉計（不図示）の計測値及び主制御系２１の制御情報に基づいて、ＸＹ平面に平行なガイド面（不図示）に沿ってリニアモータ等を含む駆動系（不図示）によってＹ方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｘ方向及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）等にも微小量駆動される。レチクルＲは、シリコンウエハ、石英、低膨張ガラスなどの薄い板から成り、レチクル面Ｒａ上の反射膜（多層膜）上には、吸収層によって回路パターンが形成されている。レチクル面Ｒａで反射された露光光ＥＬが投影光学系ＰＯに向かう。

また、レチクルステージＲＳＴには、レチクルＲのＺ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸の周りの傾斜角を制御するＺ・レベリング機構（不図示）も組み込まれている。後述のように、予め走査露光の前にレチクルＡＦ系３０によって計測されているレチクル面Ｒａの高さ情報に基づいて主制御系２１は、走査露光時にレチクル面Ｒａの照明領域５６が所定の基準面に合致するように、レチクルステージＲＳＴのＺ・レベリング機構を駆動する。

なお、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴにもＺ・レベリング機構が設けられているため、レチクル面ＲａのＺ方向の位置に応じて、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷのＺ位置及びＸ方向、Ｙ方向の位置を補正することも可能である。この場合には、レチクルステージＲＳＴのＺ・レベリング機構を省略することも可能である。
投影光学系ＰＯは、一例として、６枚のミラーＭ１〜Ｍ６を不図示の鏡筒で保持することによって構成され、物体（レチクルＲ）側に非テレセントリックで、像（ウエハＷ）側にテレセントリックの反射系であり、投影倍率は１／４倍等の縮小倍率である。レチクルＲで反射された露光光ＥＬは、ペリクル２０及び投影光学系ＰＯを介してウエハＷ上の露光領域に投射され、レチクルＲのパターンの縮小像がウエハＷに転写される。投影光学系ＰＯにおいて、レチクルＲからの露光光ＥＬは、ミラーＭ１で上方（＋Ｚ方向）に反射され、続いてミラーＭ２で下方に反射された後、ミラーＭ３で上方に反射され、ミラーＭ４で下方に反射される。次にミラーＭ５で上方に反射された露光光ＥＬは、ミラーＭ６で下方に反射されて、ウエハＷ上にレチクルＲのパターンの像を形成する。ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６は凹面鏡であり、他のミラーＭ３，Ｍ５は凸面鏡である。なお、投影光学系ＰＯは、図１の構成には限定されず、反射光学素子の枚数も６枚以外の何枚であってもよい。

次に、ウエハＷは、静電チャック２３を介してウエハステージＷＳＴ上に吸着保持されている。ウエハステージＷＳＴは、ＸＹ平面に沿って配置されたガイド面（不図示）上に配置されている。ウエハステージＷＳＴは、レーザ干渉計（不図示）の計測値及び主制御系２１の制御情報に基づいて、リニアモータ等の駆動機構（不図示）によってＸ方向及びＹ方向に所定ストロ−クで駆動され、必要に応じて、Ｚ軸の周りの回転方向等にも駆動される。

また、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの載置面の近傍に、後述のレチクルＡＦ系３０からレチクル面Ｒａ及び投影光学系ＰＯを介して送光される検出光ＤＬを反射する反射板５３が固定されている。反射板５３の反射面が、ウエハＷの表面とほぼ同じ高さになるように、かつＺ軸にほぼ垂直になるように、反射板５３が設置されている。ウエハステージＷＳＴには、ウエハＷ及び反射板５３のＺ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸に平行な軸の周りの傾斜角を制御するＺ・レベリング機構が組み込まれている。

さらに、投影光学系ＰＯの下部近傍に、ウエハＷ又は反射板５３の表面の被検面に斜めに複数のスリット像等を投射する送光系２２ａと、その被検面で反射された光を受光して複数のスリット像等を再結像する受光系２２ｂとから構成される斜入射方式の多点のウエハ側のオートフォーカスセンサ（以下、ウエハＡＦ系という）２２が設置されている。この場合、レチクル面Ｒａが所定の基準面に合致している状態で、予め例えばテストプリント等によって、被検面が投影光学系ＰＯの像面に合致するときの被検面のＺ位置が、ベストフォーカス位置として求められて、ウエハＡＦ系２２の信号処理系（不図示）に記憶されている。ウエハＡＦ系２２の信号処理系は、被検面のベストフォーカス位置からのＺ方向の位置ずれ量（デフォーカス量）に対応するフォーカス信号を主制御系２１に供給する。主制御系２１は、そのフォーカス信号に基づいて、被検面のＺ位置がベストフォーカス位置に合致するように、ウエハステージＷＳＴのＺ・レベリングステージを駆動する。

なお、ウエハＡＦ系２２として使用できる斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサの詳細な構成は、例えば特開２００７−４８８１９号公報に開示されている。また、投影光学系ＰＯの側面にはウエハＷ上のアライメントマークの位置を検出するためのアライメント系（不図示）が配置され、ウエハステージＷＳＴの上部には、レチクルＲのパターンの空間像の位置を計測するための空間像計測系（不図示）が設けられている。これらのアライメント系及び空間像計測系を用いて、レチクルＲ及びウエハＷのアライメントを行うことができる。

次に、レチクル面Ｒａの法線方向の位置である高さ、即ち本実施形態ではＺ方向の位置（Ｚ位置）を計測するレチクルＡＦ系３０の構成及び動作につき詳細に説明する。レチクルＡＦ系３０は、レチクル面Ｒａに検出光によって計測用パターン（本実施形態ではスリット）の像を投射するための送光系３１Ａと、レチクル面Ｒａから反射される検出光を受光して計測用パターンの像を形成する受光系３１Ｂと、受光系３１Ｂで得られる検出信号を処理してレチクル面ＲａのＺ位置の情報を求める信号処理系４１とを備えている。

本実施形態では、照明光学系１０からレチクル面Ｒａに照射される露光光ＥＬの光路の一部である、折り返しミラー１７とレチクル面Ｒａとの間の大部分の光路と、投影光学系ＰＯ内の露光光ＥＬの光路の全部とが、レチクルＡＦ系３０でレチクル面ＲａのＺ位置を検出するための検出光ＤＬの光路としても併用される。従って、例えばウエハＡＦ系２２のように、投影光学系ＰＯを避けて被検面に斜めに検出光を投射する場合に比べて、レチクルＡＦ系３０においては、レチクル面Ｒａにより小さい入射角で（より垂直に入射に近い）検出光ＤＬを投射できる。

その検出光ＤＬとしては、例えば１５０ｎｍ〜５μｍ程度の範囲内の波長の光が好ましい。実用的には、検出光ＤＬとしては、光源及び受光素子が容易に入手できる例えば可視域から近赤外域の光を使用してもよい。本実施形態の照明光学系１０及び投影光学系ＰＯは反射系であるため、波長が異なる露光光ＥＬ及び検出光ＤＬの両方に対して光路は同一になる。また、照明光学系１０、投影光学系ＰＯの反射光学素子の反射面、及びレチクル面Ｒａに形成されているＥＵＶ光を反射する多層膜は、可視域から近赤外域の光に対しても反射率が高いことが分かっている。また、レチクル面Ｒａ上に設けられているペリクル２０は、薄い基板であるため、検出光ＤＬに対しても高い透過率を有している。

なお、検出光ＤＬが単一波長の光である場合には、反射光学部材の多層膜によって検出誤差が生ずる可能性もある。そこで、検出光ＤＬとして、複数波長の光、又は所定の波長幅の光を使用することが好ましい。具体的に、検出光ＤＬとしては、ハロゲンランプから光ガイドを介して導いた広帯域の光、発光ダイオードからの所定帯域の光、又はマルチモードで発光するレーザダイオードの光等を使用できる。

また、図１において、折り返しミラー１７とレチクル面Ｒａとの間の露光光ＥＬの光路上に、切り替えミラー５１が設置されている。切り替えミラー５１は、主制御系２１が駆動部５２を介して回転することによって、露光光ＥＬの光路外の位置Ｂ１に退避可能である。
本実施形態では、一例として、レチクルＲの交換後に、１ロットのウエハに対して露光を行う前に、レチクルＡＦ系３０によってレチクル面ＲａのＹ方向におけるＺ位置の分布を計測するために、図１に示すように、主制御系２１は、切り替えミラー５１を露光光ＥＬの光路上に設置する。さらに、主制御系２１は、ウエハステージＷＳＴ上の反射板５３の反射面を投影光学系ＰＯの露光領域に移動する。この際に、ウエハＡＦ系２２を用いて反射板５３の表面の投影光学系ＰＯの像面からのＺ位置のずれ量を計測し、この計測値に基づいてウエハステージＷＳＴのＺ・レベリング機構を駆動することによって、反射板５３の反射面を、その像面に合致させておく。

図１の状態のレチクルＡＦ系３０において、光ガイド３２を介して導かれた検出光ＤＬは、集光レンズ３３を介してスリット３４ａが形成されたスリット板３４を照明する。スリット３４ａを通過した検出光ＤＬは、レンズ３５、ビームスプリッタ３６、第１対物レンズ３７、及び光路を下方に折り曲げるためのミラー３８を介して切り替えミラー５１に照射される。切り替えミラー５１の角度は、反射される検出光ＤＬの光路が照明光学系１０からの露光光ＥＬの光路の一部に合致するように設定されている。従って、切り替えミラー５１で反射された検出光ＤＬは、ペリクル２０を透過してレチクル面Ｒａの照明領域５６（この時点では露光光ＥＬは照射されていない）内の対応する計測点にスリット３４ａの像を形成する。レチクル面Ｒａが所定の基準面（例えば設計上の物体面）にある状態で、レンズ３５及び第１対物レンズ３７に関してスリット板３４とレチクル面Ｒａとは共役である。

この場合、検出光ＤＬの光路と露光光ＥＬの光路とは等しいため、レチクル面Ｒａで反射された検出光ＤＬは、ペリクル２０を透過した後、投影光学系ＰＯの全部のミラーで反射されてウエハステージＷＳＴ上の反射板５３に入射する。そして、反射板５３で反射された検出光ＤＬは、投影光学系ＰＯの全部のミラーで反射されてレチクル面Ｒａの照明領域５６の計測点に戻される。このように、光ガイド３２からミラー３８までの光学部材、切り替えミラー５１、及び反射板５３を含んで送光系３１Ａが構成されている。

そして、照明領域５６の計測点に戻された検出光ＤＬは、再びレチクル面Ｒａで反射された後、ペリクル２０、切り替えミラー５１、ミラー３８、第１対物レンズ３７を介してビームスプリッタ３６に戻る。ビームスプリッタ３６で反射された検出光ＤＬが、第２対物レンズ３９を介して例えばＣＭＯＳ型又はＣＣＤよりなる２次元の撮像素子４０上にスリット像を形成する。切り替えミラー５１、ミラー３８、対物レンズ３７，３９、ビームスプリッタ３６、及び撮像素子４０を含んで受光系３１Ｂが構成されている。送光系３１Ａと受光系３１Ｂとは一部の光学部材を共用している。

撮像素子４０の検出信号（撮像信号）は信号処理系４１に供給される。信号処理系４１では、一例としてその検出信号からスリット像の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量と、予め記憶されているレチクル面ＲａのＺ位置のずれ量及び撮像素子４０上に形成されるスリット像の横ずれ量の関係（投影光学系ＰＯのレチクル側のテレセントリック性のずれ量に基づいて定まる関係）とを用いて、例えばレチクル面Ｒａの所定の基準面に対するＺ方向への位置ずれ量をＺ位置として求める。

図１において、レチクル面Ｒａが上記の所定の基準面に合致している状態で、撮像素子４０の中央にスリット像の中心があるものとする。この状態から、例えばレチクルステージＲＳＴがＹ方向に移動して、照明領域５６内のレチクル面Ｒａが矢印Ａ１で誇張して示すように＋Ｚ方向に変位すると、投影光学系ＰＯがレチクルＲ側で非テレセントリックであるために、反射板５３から投影光学系ＰＯを介してレチクル面Ｒａに戻された検出光ＤＬは、光路の中心が−Ｙ方向の位置Ａ２に横ずれして切り替えミラー５１に向かう。従って、撮像素子４０上に形成されるスリット像の中心も矢印Ａ３で示すように横ずれするため、信号処理系４１では、スリット像の横ずれ量からレチクル面ＲａのＺ位置を高精度に求めることができる。このＺ位置の情報は主制御系２１に供給される。

主制御系２１では、レチクルステージＲＳＴを駆動してレチクルＲをＹ方向に走査しながら、レチクルＲのＹ方向の位置に対応させながら、レチクルＡＦ系３０から供給されるレチクル面ＲａのＺ位置の情報を記憶部に記憶する。
その後、ウエハＷの走査露光を行う場合には、主制御系２１は、図２に示すように、折り返しミラー１７を退避位置に退避させる。そして、ウエハＷのアライメント終了後に主制御系２１は、照明光学系１０からの露光光ＥＬの照射を開始して、レチクルＲに形成された回路パターンの一部を投影光学系ＰＯを介してウエハＷ上の一つのショット領域上に投影しつつ、レチクルＲとウエハＷとを投影光学系ＰＯに対して投影倍率を速度比としてＹ方向に同期して移動する走査露光動作と、露光光ＥＬの照射を停止して、ウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とを繰り返す。このようにしてステップ・アンド・スキャン方式で、レチクルＲの回路パターンの像がウエハＷ上の複数のショット領域に逐次転写される。

さらに、そのレチクルＲとウエハＷとを同期してＹ方向に移動する際に主制御系２１は、予めレチクルＡＦ系３０によって計測して記憶されているレチクル面ＲａのＺ位置の情報を用いて、レチクルＲのＹ方向の位置に応じて、レチクルステージＲＳＴのＺ・レベリング機構を駆動して、レチクル面Ｒａの照明領域を常に所定の基準面に所定の許容範囲内（投影像のデフォーカス量及び横ずれ量が転写対象のパターンに応じて定まる許容値以内になる範囲）で合致させておく。これとともに、ウエハＡＦ系２２で計測されるウエハＷのＺ位置の情報を用いて、主制御系２１は、ウエハステージＷＳＴのＺ・レベリング機構を駆動して、ウエハＷの露光領域を常に像面に対して焦点深度の範囲内で合致させておく。これによって、レチクルＲのパターンが高い解像度で、かつ高い重ね合わせ精度でウエハＷの各ショット領域に転写される。

本実施形態の作用効果及び変形例は以下の通りである。
（１）図１の露光装置５は、照明光学系１０からの露光光ＥＬで反射型のレチクル面Ｒａのパターンを照明し、そのパターンからの露光光ＥＬでレチクル面Ｒａ側に非テレセントリックの投影光学系ＰＯを介してウエハＷを露光する露光装置において、特定波長の検出光ＤＬをスリット（計測用パターン）３４ａを介してレチクル面Ｒａに導く送光系３１Ａと、スリット３４ａと投影光学系ＰＯとレチクル面Ｒａとを介した検出光ＤＬを受光して、スリット像を形成する受光系３１Ｂとを備え、受光系３１Ｂによって形成されるスリット像の位置からレチクル面Ｒａの法線方向の位置（高さ又はＺ位置）の情報を求めている。

本実施形態では、検出光ＤＬを投影光学系ＰＯを介して検出し、投影光学系ＰＯがレチクル面Ｒａ側に非テレセントリックであることを利用して、レチクル面ＲａのＺ位置の情報を求めている。従って、レチクル面Ｒａに対する検出光ＤＬの入射角を従来例（投影光学系を介さない斜入射方式のＡＦ系）よりも小さくできるため、レチクル面Ｒａにペリクルフレーム（支持部材）１９を介してペリクル（保護部材）２０が設けられていても、検出光ＤＬは、レチクル面Ｒａでペリクル２０を支持するペリクルフレーム１９によって遮光されにくく、レチクル面Ｒａ上のより広い領域でＺ位置の情報を検出することが可能となる。

この結果、ペリクル２０による防塵効果を得ながら、レチクル面ＲａのＺ方向の位置精度を広い範囲で向上でき、高い解像度で、かつ高い重ね合わせ精度でレチクルＲのパターンをウエハＷ上に露光できる。
（２）また、図１において、送光系３１Ａは、照明光学系１０の露光光ＥＬの光路の途中に退避可能に配置されて、スリット３４ａからの検出光ＤＬをレチクル面Ｒａに導く切り替えミラー（第１のミラー部材）５１と、ウエハＷ側に配置されて、レチクル面Ｒａから投影光学系ＰＯを通過した検出光ＤＬを投影光学系ＰＯ及びレチクル面Ｒａを介して切り替えミラー５１に戻す反射板（第２のミラー部材）５３とを備え、受光系３１Ｂは、切り替えミラー５１に戻された検出光ＤＬを集光してスリット像を形成している。

従って、ウエハステージＷＳＴ側には反射板５３を配置するのみでよいため、ウエハステージＷＳＴの構成が簡素である。
（３）なお、本実施形態のレチクルＡＦ系３０は、ペリクル２０が設けられていないレチクル面のＺ位置を計測する場合にも使用できる。この場合でも、レチクルＡＦ系３０は検出光ＤＬで投影光学系ＰＯを介してレチクル面を照射しているため、レチクル面Ｒａに対する検出光ＤＬの入射角を小さくできるとともに、レチクルＡＦ系３０の送光系３１Ａ及び受光系３１Ｂを投影光学系ＰＯの近傍に容易に配置することができる。

（４）また、図１のレチクルＡＦ系３０において、２次元の撮像素子４０の代わりに、ＴＤＩ（Time Delay Integration）方式の１次元の撮像素子を用い、この撮像素子の検出信号を処理してスリット像の横ずれ量を求めてもよい。さらに、撮像素子４０の代わりにＰＳＤ（Position Sensing Device） のような光量分布の重心位置を検出できる光電検出器を用いてもよい。

また、例えば撮像素子４０の代わりに、受光スリット板及びフォトダイオード等の受光素子を設置し、ミラー３８を振動させて、その受光素子の検出信号を同期検波することによって、レチクル面ＲａのＺ位置を求めるようにしてもよい。この同期検波についても、例えば上記の特開２００７−４８８１９号公報に開示されている。
（５）また、図１の露光装置５において、ウエハステージＷＳＴ上に、反射板５３の代わりに受光系３１Ｂの撮像素子４０の撮像面を設置してもよい。この構成においても、レチクル面ＲａがＺ方向に変位すると、投影光学系ＰＯを介してウエハステージＷＳＴ上に形成されるスリット像の位置がＹ方向にずれるため、レチクル面ＲａのＺ位置を検出できる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態につき図３及び図４を参照して説明する。図３において図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
図３は、本実施形態のレチクル面ＲａのＺ位置を計測するためのレチクルＡＦ系３０Ａを備えた露光装置５Ａの概略構成を示す。図３において、照明光学系１０からレチクル面Ｒａに照射される露光光ＥＬの光路上に退避可能に切り替えミラー５１が配置されている。

また、ウエハステージＷＳＴのウエハＷ用の静電チャック２３の近傍に、スリット５４ａ（計測用パターン）が形成されたスリット板５４が、その表面がほぼウエハＷの表面と同じ高さになるように設置されている。スリット板５４の底面のウエハステージＷＳＴ内に、不図示の光源から検出光ＤＬを導く光ガイド３２の射出端（又は発光ダイオード等の光源でもよい）と、光ガイド３２から射出された検出光ＤＬを集光する集光レンズ３３と、その検出光ＤＬをスリット板５４側に折り曲げるミラー５５とからなる、送光系３１Ｃが配置されている。ウエハステージＷＳＴ内のＺ・レベリング機構は、ウエハＷ及び受光系３１Ｃ（又は少なくともスリット板５４）のＺ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸に平行な周りの傾斜角を制御する。

本実施形態で、レチクル面ＲａのＺ位置を計測する際には、切り替えミラー５１を照明光学系１０からの露光光ＥＬの光路上に設置し、ウエハステージＷＳＴを駆動してスリット板５４のスリット５４ａを投影光学系ＰＯの露光領域内に設置した状態で検出光ＤＬを照射する。この場合にも、ウエハＡＦ系２２を用いることによって、スリット５４ａの面は投影光学系ＰＯの像面に所定の許容範囲内で合致している。

このとき、スリット５４ａを通過した検出光ＤＬは、投影光学系ＰＯ、ペリクル２０を介してレチクル面Ｒａの照明領域５６に入射し、レチクル面Ｒａで反射された検出光ＤＬは、ペリクル２０を透過した後、切り替えミラー５１で斜め上方に反射される。そして、切り替えミラー５１と、切り替えミラー５１で上方に反射された検出光ＤＬを−Ｙ方向に折り曲げるミラー３８と、ミラー３８で反射された検出光ＤＬよりスリット像を形成する対物レンズ３７及び３９と、そのスリット像を撮像する２次元の撮像素子４０とからなる受光系３１Ｄが設置されている。撮像素子４０の検出信号が信号処理系４１に供給されている。送光系３１Ｃ、受光系３１Ｄ、及び信号処理系４１からレチクルＡＦ系３０Ａが構成されている。この他の構成は、図１の第１の実施形態と同様である。

本実施形態においても、図３において、レチクル面ＲａのＺ位置が上方の位置Ａ１に変化すると、レチクル面Ｒａで反射される検出光ＤＬの中心が−Ｙ方向の位置Ａ２に変化して、撮像素子４０上に形成されるスリット像も位置Ａ３に横ずれする。従って、第１の実施形態と同様に、そのスリット像の横ずれ量からレチクル面ＲａのＺ位置（例えば所定の基準面からのＺ方向への位置ずれ量）の情報を求めることができる。

また、図４は、図３のレチクル面Ｒａを示す底面図である。図３の投影光学系ＰＯは軸外し光学系であり、その露光領域に共役な照明領域（照明視野）５６の形状は、図４に示すようにＹ方向（走査方向）に一定幅でＸ方向（非走査方向）に細長い円弧状である。
図４において、レチクル面Ｒａの照明領域５６内の例えばＸ方向の３箇所の計測点５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ上にＺ位置の計測を行うためのほぼＸ方向に細長いスリット像が投影される。また、３箇所の計測点５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃに対応して図３のレチクルＡＦ系３０Ａと同じ構成の３つのレチクルＡＦ系５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃが設けられている。このとき、レチクルＡＦ系５８Ａ〜５８Ｃは、円弧状の照明領域５６内の対応する計測点５７Ａ〜５７Ｃにおいて、矢印Ｃ１〜Ｃ３で示す照明領域５６の法線方向（半径方向）に対応する方向のスリット像の位置ずれ量を計測する。

本実施形態の作用効果は以下の通りである。
（１）図３の露光装置５Ａによれば、スリット５４ａはウエハＷ側に配置され、レチクルＡＦ系３０Ａの送光系３１Ｃは、検出光ＤＬをスリット５４ａ及び投影光学系ＰＯを介してレチクル面Ｒａに送り、受光系３１Ｄは、照明光学系１０の光路の途中に退避可能に配置されて、レチクル面Ｒａからの検出光ＤＬを取り出す切り替えミラー５１と、切り替えミラー５１を介して取り出された検出光ＤＬからスリット像を形成する対物レンズ（結像系）３７，３９とを備えている。

従って、レチクル面ＲａのＺ位置を計測するための検出光ＤＬを投影光学系ＰＯを介して検出しているため、第１の実施形態と同様にレチクル面Ｒａに対する検出光ＤＬの入射角を従来よりも小さくできる。また、この実施形態では、送光系３１ＣはウエハステージＷＳＴ内に設置されているため、投影光学系ＰＯの側面のレチクルＡＦ系３０Ａの構成（ここでは受光系３１Ｄの構成）を簡素化できるため、例えば複数のレチクルＡＦ系３０Ａを容易に配置することができる。

（２）また、図３の投影光学系ＰＯは、図４に示す円弧状の照明領域５６内のパターンの像をウエハＷ上に投影し、送光系３１Ｃは、検出光ＤＬによるスリット像をレチクル面Ｒａ上の円弧状の照明領域５６に沿って投影し、受光系３１Ｄは、スリット像の円弧状の照明領域５６の法線方向に対応する方向の位置変動を検出し、この位置変動からレチクル面ＲａのＺ位置情報を求めている。

この場合、スリット像の位置ずれには、レチクル面ＲａのＺ位置のずれに伴う第１の位置ずれ量（投影光学系ＰＯのテレセントリック性のずれに起因する位置ずれ量）と、スリット像のＸ方向、Ｙ方向の倍率誤差に起因する第２の位置ずれ量とがある。この第２の位置ずれ量は、照明領域５６内の接線方向に対応する方向のスリット像の位置ずれ量となる。そのため、照明領域５６の法線方向に対応する方向のスリット像の位置ずれ量を計測することによって、投影光学系ＰＯのテレセントリック性のずれに起因する位置ずれ量、ひいてはレチクル面ＲａのＺ位置の変化のみを高精度に検出できる。

また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図５に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（ＥＵＶ露光装置）によりマスクのパターンを基板（感応基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。

言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置を用いてウエハＷ（感応基板）を露光することと、露光されたウエハＷを現像することとを含んでいる。この際に、上記の実施形態の露光装置によれば、ペリクルが設けられたマスクのＺ位置も広い範囲で高精度に検出でき、その検出結果に基づいて合焦を行うことによって、高い解像度及び高い重ね合わせ精度が得られる。従って、高機能の電子デバイスを高精度に製造できる。

また、上記実施形態では、露光光源としてレーザ励起プラズマ光源を用いるものとしたが、これに限らず、ＳＯＲ（Synchrotron Orbital Radiation)リング、ベータトロン光源、ディスチャージド光源、Ｘ線レーザなどのいずれを用いても良い。
また、上記実施形態では、露光ビームとしてＥＵＶ光を用い、６枚のミラーのみから成るオール反射の投影光学系を用いる場合について説明したが、これは一例である。例えば、特開平１１−３４５７６１号公報に開示されるような４枚のミラーのみから成る投影光学系を備えた露光装置は勿論、光源に波長１００〜１６０ｎｍのＶＵＶ光源、例えばＡｒ₂ レーザ（波長１２６ｎｍ）を用い、４〜８枚等のミラーを有する投影光学系を備えた露光装置などにも本発明を適用することができる。

本発明の第１の実施形態の露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。 図１の露光装置でウエハの露光を行う際の状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態の露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。 図３の露光装置の照明領域を示す図である。 デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

５，５Ａ…露光装置、１０…照明光学系、Ｒ…レチクル、ＰＯ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、３０，３０Ａ…レチクルＡＦ系、３１Ａ，３１Ｃ…送光系、３１Ｂ，３１Ｄ…受光系、３４ａ…スリット、４１…信号処理系、５１…切り替えミラー、５３…反射板、５４ａ…スリット

Claims (6)

1. 照明光学系からの露光ビームで、反射型マスクのパターン面に形成されたパターンを照明し、前記パターンで反射した前記露光ビームで前記マスク側に非テレセントリックの投影光学系を介して感応基板を露光する露光装置において、
   特定波長の検出光を計測用パターンを介して前記マスク又は前記投影光学系に導く送光系と、
   前記計測用パターンと前記投影光学系と前記マスクとを介した前記検出光を受光して、前記計測用パターンの像を形成する受光系と、を備え、
   前記受光系によって形成される前記計測用パターンの像の位置から前記マスクのパターン面の法線方向の位置情報を求める露光装置。
2. 前記送光系は、
   前記照明光学系の光路の途中に退避可能に配置されて、前記計測用パターンからの前記検出光を前記パターン面に導く第１のミラー部材と、
   前記感応基板側に配置されて、前記パターン面及び記投影光学系を通過した前記検出光を前記投影光学系及び前記パターン面を介して前記第１のミラー部材に戻す第２のミラー部材とを備え、
   前記受光系は、
   前記第１のミラー部材に戻された前記検出光を集光して前記計測用パターンの像を形成する請求項１に記載の露光装置。
3. 前記計測用パターンは前記感応基板側に配置され、
   前記送光系は、前記検出光を前記計測用パターン及び前記投影光学系を介して前記マスク側に送り、
   前記受光系は、
   前記照明光学系の光路の途中に退避可能に配置されて、前記パターン面で反射した前記検出光を取り出すミラー部材と、
   前記ミラー部材を介して取り出された前記検出光から前記計測用パターンの像を形成する結像系とを備える請求項１に記載の露光装置。
4. 前記投影光学系は、前記パターン面上の円弧状の照明領域内のパターンの像を前記感応基板上に投影し、
   前記送光系は、前記検出光による前記計測用パターンの像を前記パターン面上の前記円弧状の照明領域に沿って投影し、
   前記受光系は、前記計測用パターンの像の前記円弧状の照明領域の法線方向に対応する方向の位置変動を検出し、
   該位置変動から前記マスクのパターン面の位置情報を求める請求項１から３のいずれか一項に記載の露光装置。
5. 前記露光ビームは波長が３〜５０ｎｍ程度の範囲内のＥＵＶ光であり、
   前記特定波長の検出光は波長が１５０ｎｍ〜５μｍ程度の範囲内の光である請求項１から４のいずれか一項に記載の露光装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の露光装置を用いて前記感応基板を露光することと、
   前記露光された感応基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。

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