JP2007095767A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射型マスクと投影光学系との間に露光領域規定部材が設置されている場合においても反射型マスクの高さ位置を良好に計測することができる露光装置を提供する。
【解決手段】 反射型マスクＭを載置するマスクステージ５５と、感応基板Ｗを載置する基板ステージ５６とを投影光学系ＰＬに対して相対的に走査方向に同期移動させて、露光光３２により感応基板Ｗ上に反射型マスクＭに形成されたパターンを転写する露光装置において、反射型マスクＭと投影光学系ＰＬとの間に配置され、露光領域を規定する開口部を有する露光領域規定部材１と、反射型マスクＭに対して検出光３を照射し、反射型マスクＭにより反射された検出光を受光することにより反射型マスクＭの高さを検出する検出手段とを備え、露光領域規定部材１は、露光光３２を透過させず、検出光３を透過させる部材により形成される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体素子、液晶表示素子等のマイクロデバイスをリソグラフィ工程で製造するための露光装置に関するものである。

近年、半導体集積回路の微細化に伴い、解像力を更に向上させるために、短い波長（１１〜１４ｎｍ）のＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている。この波長域では、従来のレンズのような透過屈折型の光学素子を使用できず、ミラー等の反射型の光学素子を使用し、マスクも反射型マスクを用いる。

反射型マスクを用いた露光装置においては、露光領域以外の領域に入射する不要光を除去するために、反射型マスクの近傍に円弧状の開口を有する視野制限スリットが設けられている。露光時には、マスクを載置するマスクステージが移動し、マスク面に形成されたパターンが、逐次照明される。マスクの表面は必ずしも平坦ではなく、また、マスクをマスクステージに取り付けたときに、高さ方向の位置が変動したり、傾いた状態で取り付けられる場合がある。このような場合には、マスクと投影光学系との距離が変動し、ウエハ上に露光したときに像のボケ、倍率や転写位置等の誤差が生じるおそれがある。このような倍率や転写位置の誤差を防止するために、マスクの高さ方向の位置を測定、かつ制御する必要がある。

マスクの高さ方向の位置の測定は、干渉計等を用いて行なわれる（例えば、特許文献１参照）。また、マスクの測定面に斜め方向から光を照射し、マスク面により反射された光が受光面上に入射する位置を計測することによっても行なわれる。即ち、マスクの測定面の高さが変化すると、計測される光の入射位置が変動する。したがって、計測される光の入射位置の変動量を求めることにより、マスクの測定面の高さを測定することができる。

米国特許第６３５９６７８号明細書

ところで、上述の視野制限スリットを備えたＥＵＶ露光装置においては、露光中に反射型マスクの露光面の高さ方向の位置を上述の光学的方法により計測する場合、視野制限スリットが計測光を遮るため、反射型マスクの高さ方向の位置を計測することができない。

この発明の課題は、反射型マスクと投影光学系との間に露光領域規定部材が設置されている場合においても反射型マスクの高さ位置を良好に計測することができる露光装置を提供することである。

この発明の露光装置は、反射型マスク（Ｍ）を載置するマスクステージ（５５）と、感応基板（Ｗ）を載置する基板ステージ（５６）とを投影光学系（ＰＬ）に対して相対的に走査方向に同期移動させて、露光光（３２）により前記感応基板（Ｗ）上に前記反射型マスク（Ｍ）に形成されたパターンを転写する露光装置において、前記反射型マスク（Ｍ）と前記投影光学系（ＰＬ）との間に配置され、露光領域を規定する開口部（Ｓ）を有する露光領域規定部材（１）と、前記反射型マスク（Ｍ）に対して検出光（３）を照射し、前記反射型マスク（Ｍ）により反射された検出光（３）を受光することにより前記反射型マスクの高さを検出する検出手段（４）とを備え、前記露光領域規定部材（１）は、前記露光光（３２）を透過させず、前記検出光（３）を透過させる部材により形成されることを特徴とする。

この発明の露光装置によれば、露光領域規定部材が露光光を反射し、検出光を透過させる部材により形成されているため、検出光が露光領域規定部材に遮光されることなく、反射型マスク上に到達することができる。したがって、露光中においても検出手段により反射型マスクの高さ位置を良好に計測することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる露光装置について説明する。図１は、実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。また、以下の説明においては、図１中に示した直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸が感応基板としてのウエハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウエハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直方向に設定される。また、この実施の形態では、ウエハＷを移動させる方向（走査方向）をＸ方向に設定している。

ＥＵＶ光源３１から射出したＥＵＶ光（露光光）３２は、照明光学系３３を構成し、コリメータミラーとして作用する凹面反射鏡３４を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー３５ａ及び３５ｂからなるオプティカルインテグレータ３５に入射する。一対のフライアイミラー３５ａ及び３５ｂとして、例えば米国特許第６４５２６６１号公報に開示されたフライアイミラーを用いることができる。

第２フライアイミラー３５ｂの反射面の近傍、すなわちオプティカルインテグレータ３５の射出面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。実質的な面光源からの光は、平面反射鏡３６により偏向され、露光領域規定部材１の細長い円弧状の視野制限スリットＳ（図２参照）を通過して、マスク（反射型マスク）Ｍ上に細長い円弧状の照明領域を形成する。

図２は、露光領域規定部材１の構成を示す図である。露光領域規定部材１は、マスクＭと投影光学系ＰＬとの間に配置され、ウエハＷ上の露光領域を規定する円弧状の視野制限スリット（開口部）Ｓを有している。この円弧状の視野制限スリットＳをＥＵＶ光が通過することにより、マスクＭにおける照明領域が円弧状となる。これは、後述する投影光学系ＰＬの反射鏡Ｍ１〜Ｍ６の配置の関係上近軸光線が使用できないこと、及びできるだけ広い露光領域を確保しつつ、収差を小さくしたいこと等を考慮し、像面湾曲等の光軸からの距離によって決まる収差をほぼ一定とし、これらの収差を補正しやすくするためである。なお、ウエハＷ上に導かれるＥＵＶ光による露光領域が所定形状に規定されていればよいため、ＥＵＶ光がマスクＭにより反射される前にＥＵＶ光を視野制限スリットＳによって制限するように構成してもよい。また、ＥＵＶ光がマスクＭにより反射された後にＥＵＶ光を視野制限スリットＳによって制限するように構成してもよい。なお、この実施の形態にかかる露光領域は、上述の利点を踏まえて円弧状に規定されているが、他の形状を有するようにしてもよい。

また、露光領域規定部材１は、ＥＵＶ光（露光光）３２を反射し、または吸収等により透過させず、後述するマスクＭの高さ方向の位置を検出するための検出光を透過させる部材、例えば光学ガラスや合成石英等の材料により形成されている。また、露光領域規定部材１は、図２に示すように、複数（この実施の形態においては２つ）の部材１ａ，１ｂを組み合わせて構成されている。即ち、図３に示すように、部材１ａと部材１ｂとをそれぞれ加工作製し、図２に示すように、加工された部材１ａ及び１ｂを組み合わせて構成されている。

露光領域規定部材１の視野制限スリットＳのエッジ部は露光量誤差に影響を与えるため高精度に加工される必要があるが、視野制限スリットＳを１つの光学ガラスや合成石英等の部材に高精度に穴加工及び研磨加工して形成するのは時間及びコストがかかり、視野制限スリットＳを容易に作製することができない。しかしながら、露光領域規定部材１を部材１ａ及び１ｂに分割して作製することにより、視野制限スリットＳを容易に作製することができる。

また、露光領域規定部材１を構成する部材１ａ及び１ｂの組み合わせ位置を変更することにより、視野制限スリットＳの走査方向（Ｘ方向）における幅を変更することができる。図４は部材１ａ及び１ｂの組み合わせ位置を変更した一例を示す図、図５は図４に示すエッジＥ１及びＥ２の位置を示すグラフである。なお、図５に示すグラフの縦軸はＸ方向（走査方向）におけるエッジＥ１，Ｅ２の位置座標、横軸はＹ方向（非走査方向）におけるエッジＥ１，Ｅ２の位置座標を示している。図４及び図５に示すように、部材１ａを＋Ｙ方向に所定量移動させた場合、視野制限スリットＳの走査方向における幅Ｗ１より幅Ｗ２を大きくすることができる。

このように、視野制限スリットＳの走査方向における幅を変更することにより、視野制限スリットＳを通過する露光光による露光量に傾斜成分を与えることができる。図６は、図４及び図５に示すように視野制限スリットＳの走査方向における幅を変更した場合における露光量分布を示すグラフである。なお、図６に示すグラフの縦軸は露光量、横軸はＹ方向（非走査方向）における位置を示している。図６に示すように、視野制限スリットＳ内を通過する露光光による露光量に傾斜成分を与えることができるため、露光時における露光量分布（照明ムラ）が発生した場合、視野制限スリットＳの走査方向における幅を適切に変更することにより、露光量分布を補正することができる。

露光領域規定部材１の視野制限スリットＳを通過したＥＵＶ光は、マスクＭ上に形成されているパターンを照明する。マスクＭはマスクステージ５５に搭載され、マスクステージ５５はＸ，Ｙ，Ｚの各軸方向及び各軸まわりの回転方向に移動可能に構成されている。マスクＭにより反射されたＥＵＶ光は、複数の反射鏡（図１においては例示的に６つの反射鏡Ｍ１〜Ｍ６）からなる投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷ上にマスクＭのパターンの像を形成する。ウエハＷはウエハステージ５６に搭載され、ウエハステージ５６はＸ，Ｙ，Ｚの各軸方向及び各軸まわりの回転方向に移動可能に構成されている。

マスクステージ５５及びウエハステージ５６のＸＹ方向の位置は、図示しない干渉計によって各々測定される。干渉計による測定結果は制御装置５１に対して出力され、制御装置５１は、マスクステージ５５及びウエハステージ５６に対して駆動信号５７，５８を出力する。リニアモータやエアアクチュエータ等の図示しないアクチュエータによりマスクステージ５５及びウエハステージ５６は移動する。

この実施の形態においては、マスクＭの高さ方向（Ｚ方向）の位置を検出するマスク位置検出装置（検出手段）が設けられている。マスクの位置変動及びウエハの位置変動は相対的な問題であるため、従来の透過型マスクを用いた露光装置においては、マスク側とウエハ側の高さを測定し、マスク側またはウエハ側のいずれかの高さ方向の位置を補正していた。しかしながら、この実施の形態にかかる反射型マスクの場合、マスクＭ側をテレセントリックな光学系にするのは困難である。即ち、マスクＭ側の高さ方向の位置ずれは倍率変動誤差を生ずる可能性がある。そのため、マスク側及びウエハ側の高さ方向の位置の補正はそれぞれ独立して行なうことが好ましい。

図７は、マスク位置検出装置の構成を説明するための図である。図７に示すように、マスク位置検出装置を構成するハロゲンランプやレーザ光源を備える投光器２から射出した検出光３は、露光領域規定部材１の視野制限スリットＳ及び視野制限スリットＳ以外の部分（以下、遮光部という。）の何れか一方を通過して、マスクＭに入射する。つまり、視野制限スリットＳのエッジ部に検出光３が当たらないように構成されている。なお、検出光３は、露光光としてのＥＵＶ光の波長と異なる波長を有している。マスクＭにより反射された検出光３は、露光領域規定部材１の視野制限スリットＳ及び遮光部の何れか一方を通過して、ＣＣＤ等を備える受光器４により測定される。マスクＭ面の高さ方向（Ｚ方向）における位置のずれは、受光器４の検出光の入射面における光束の入射位置のずれとして測定でき、この光束の位置に基づいてマスクＭの高さを検出することができる。なお、図７においては、視野制限スリットＳを通過する検出光の図示を省略し、遮光部を通過する検出光のみを図示している。

また、図７においては、検出光３は１つのみを示しているが、実際には、複数のスリットを有するスリット基板を投光器２と露光領域規定部材１との間に配置し、スリット基板の像がマスクＭ上に形成されるように送光光学系を配置し、スリット像が受光器４上に結像されるように結像光学系を配置する。したがって、受光器４上における各スリット像の位置からマスクＭの複数点の高さ方向の位置を同時に測定することができる。複数点の高さ方向の位置を同時に測定することにより、マスクＭの傾きを検出することもでき、例えばマスクＭのたわみ等によりＹ方向に高さ分布が生じている場合においても走査方向（Ｘ方向）の各位置を正確に求めることができる。この測定結果は制御装置５１に対して出力される。

また、検出光３が露光領域規定部材１に入射する角度と露光領域規定部材１の屈折率によっては検出光３が露光領域規定部材１により反射される可能性がある。この場合には、入射角調整部材１ｃ〜１ｆを設けて露光領域規定部材１に対する実効的な入射角を調整してもよい。入射角調整部材１ｃ〜１ｆは、露光領域規定部材１と同じ材料により作製することが好ましいが、他の材料で作製してもよい。

図８は、投光器２と露光領域規定部材１との間に配置された図示しないスリット基板上の複数のスリットを通過した検出光が露光領域規定部材１に到達した状態を示す図である。この実施の形態においては、投光器２と露光領域規定部材１との間に配置されたスリット基板上には１７個のスリットが形成されている。図８に示すように、所定の７個のスリットを通過した検出光３ａ〜３ｇは、露光領域規定部材１の遮光部を透過して、マスクＭ上の検出点に到達する。また、所定の３個のスリットを通過した検出光３ｈ〜３ｊは、露光領域規定部材１の視野制限スリットＳを通過して、マスクＭ上の検出点に到達する。また、所定の７個のスリットを通過した検出光３ｋ〜３ｑは、露光領域規定部材１の遮光部を透過して、マスクＭ上の検出点に到達する。

図８に示すように、検出光３ａ〜３ｑが露光領域規定部材１の視野制限スリットＳ及び遮光部の何れか一方を通過するように規定されている。これは、露光領域規定部材１の振動等による検出誤差の発生を防止するためである。図９は露光開始時におけるマスクＭ、マスクステージ５５及び露光領域規定部材１の位置関係を示す図、図１０は露光中におけるマスクＭ、マスクステージ５５及び露光領域規定部材１の位置関係を示す図である。図９に示す露光開始時の位置から、図１０に示すようにマスクステージ５５（マスクＭ）をＸ方向に走査移動させることにより、走査露光を行なうと同時にマスクＭの高さ方向の位置の計測を行なう。即ち、マスクＭの全面における高さ方向の位置の計測を行なうことができる。この計測結果は、制御装置５１に対して出力される。制御装置５１は、計測結果に基づいて、マスクステージの高さ位置及びＸ軸まわり、Ｙ軸まわりの回転を補正する。具体的には、制御装置５１は、マスクステージ５７に対して駆動信号５７を出力し、マスクステージ５５を移動させることにより、マスクＭ面の高さ位置等の補正を行なう。

なお、マスクＭ面のパターンが形成されているパターン領域の位置を計測する場合には、パターンによるマスクＭの表面の凹凸のために計測誤差が生じることがある。この実施の形態にかかるＥＵＶ光用の露光装置に使用される反射型マスクの場合、多層膜上に吸収体パターン層が形成され、または多層膜を部分的に除去することにより転写すべきパターンが形成されるため、凹凸が生じる。したがって、パターンが形成されていないマスクＭ上の周辺領域の高さ方向の位置を同時に計測することが望ましい。

なお、ウエハステージ５６の近傍には、マスク位置検出装置と同様なウエハＷの高さ方向（Ｚ方向）の位置を検出するウエハ位置検出装置が配置されている。図１に示すように、投光器５２から射出した検出光は、ウエハＷにより反射されて、受光器５４に入射する。受光器５４に入射した検出光の計測結果は制御装置５１に対して出力される。制御装置５１は、受光器５４による計測結果に基づいてウエハＷの高さ方向の位置を検出する。

この実施の形態にかかる露光装置によれば、露光領域規定部材がＥＵＶ光を反射し、検出光を透過させる部材により形成されているため、検出光が露光領域規定部材に遮光されることなく、マスク上に到達することができる。したがって、露光中においてもマスク位置検出装置によりマスクの高さ位置を良好に計測することができる。

なお、この実施の形態にかかる露光装置においては、マスク位置検出装置によりマスクＭの高さ方向の位置を検出しているが、例えば図１１に示すようなハーフミラー（反射領域）１０を露光領域規定部材１の下面に備えることによりマスクＭの高さ方向の位置及びマスクＭと露光領域規定部材１との間隔を検出することができる。図１１に示すように、投光器２から射出する検出光３が入射する露光領域規定部材１の下面にハーフミラー１０を設置する。なお、露光領域規定部材１の一部をハーフミラーとなるように加工してもよい。投光器２から射出した検出光３は、ハーフミラー１０に入射する。ハーフミラー１０を通過した検出光３は、露光領域規定部材１を通過して、マスクＭにより反射されて、露光領域規定部材１を通過して、受光器４により受光される。一方、ハーフミラー１０により反射された検出光３は、受光器５により受光される。受光器４及び受光器５により受光された検出光の計測結果は、制御装置５１に対して出力される。制御装置５１は、受光器４により受光された検出光と受光器５により受光された検出光との光路差にに基づいて、マスクＭと露光領域規定部材１との間隔を検出する。

制御装置５１は、マスクＭと露光領域規定部材１との間隔を補正する必要があると判断した場合には、マスクステージ５５を駆動することによりマスクＭをＺ方向に移動させて、マスクＭと露光領域規定部材１との間隔を補正する。また、露光領域規定部材１に例えばアクチュエータ６０等を設け、露光領域規定部材１をＺ方向に移動可能とし、露光領域規定部材１をＺ方向に移動することによりマスクＭと露光領域規定部材１との間隔を補正してもよい。このように、マスクＭと露光領域規定部材１との間隔を制御することができるため、マスクＭと露光領域規定部材１との間隔の変動により発生する露光量の変動を防止することができる。

また、この実施の形態にかかる露光装置においては、２つの部材により構成されている露光領域規定部材を備えているが、３つ以上の部材により構成されている露光領域規定部材を備えるようにしてもよい。

実施の形態にかかる露光装置の構成を示す図である。 実施の形態にかかる露光領域規定部材の構成を示す図である。 実施の形態にかかる露光領域規定部材を構成する部材の構成を示す図である。 実施の形態にかかる露光領域規定部材を構成する部材の組み合わせ位置を変更した状態を示す図である。 実施の形態にかかる露光領域規定部材を構成する各部材のエッジ部の位置を示すグラフである。 実施の形態にかかる露光領域規定部材の視野制限スリットを通過するＥＵＶ光の露光量分布を示すグラフである。 実施の形態にかかるマスク位置検出装置の構成を説明するための図である。 実施の形態にかかる露光領域規定部材に到達する検出光の位置を示す図である。 露光開始時の露光領域規定部材とマスク（マスクステージ）との位置関係を示す図である。 走査露光時の露光領域規定部材とマスク（マスクステージ）との位置関係を示す図である。 他のマスク位置検出装置の構成を示す図である。

符号の説明

１…露光領域規定部材、１ｃ〜１ｆ…入射角調整部材、２，５２…投光器、３…検出光、４，５４…受光器、３１…光源、３３…照明光学系、５１…制御装置、５５…マスクステージ、５６…ウエハステージ、６０…アクチュエータ、Ｍ…マスク、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ。

Claims (5)

1. 反射型マスクを載置するマスクステージと、感応基板を載置する基板ステージとを投影光学系に対して相対的に走査方向に同期移動させて、露光光により前記感応基板上に前記反射型マスクに形成されたパターンを転写する露光装置において、
   前記反射型マスクと前記投影光学系との間に配置され、露光領域を規定する開口部を有する露光領域規定部材と、
   前記反射型マスクに対して検出光を照射し、前記反射型マスクにより反射された検出光を受光することにより前記反射型マスクの高さを検出する検出手段と、
   を備え、
   前記露光領域規定部材は、前記露光光を透過させず、前記検出光を透過させる部材により形成されることを特徴とする露光装置。
2. 前記検出手段は、前記検出光が前記開口部及び前記開口部以外の部分の何れか一方を通過する位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記露光領域規定部材は、複数の部材を組み合わせて構成されており、
   前記複数の部材の組み合わせ位置を変更することにより、前記開口部の走査方向における幅を変更することを特徴とする請求項１または請求項２記載の露光装置。
4. 前記露光光と前記検出光の波長が異なることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の露光装置。
5. 前記露光領域規定部材に前記検出光が反射する反射領域を備え、
   前記マスクにより反射された前記検出光と、前記反射領域により反射された前記検出光とに基づいて、前記マスクと前記露光領域規定部材との間隔を計測することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の露光装置。

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