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JP3387075B2 - 走査露光方法、露光装置、及び走査型露光装置 - Google Patents

走査露光方法、露光装置、及び走査型露光装置

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Publication number
JP3387075B2
JP3387075B2 JP30761394A JP30761394A JP3387075B2 JP 3387075 B2 JP3387075 B2 JP 3387075B2 JP 30761394 A JP30761394 A JP 30761394A JP 30761394 A JP30761394 A JP 30761394A JP 3387075 B2 JP3387075 B2 JP 3387075B2
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stage
substrate stage
optical system
photosensitive substrate
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裕二 今井
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Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子、又
は液晶表示素子等を製造する際に使用される露光装置に
関し、特に斜入射方式のAFセンサを用いてオートフォ
ーカス方式で感光基板の高さを投影光学系の結像面に合
わせ込んで露光を行う投影露光装置に適用して好適なも
のである。
【0002】
【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、マスクと
してのレチクルのパターンの縮小像をフォトレジストが
塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上の各ショ
ット領域に露光するために使用されるステッパー等の投
影露光装置においては、ウエハは、ウエハ上の各ショッ
ト領域を順次高速に露光フィールドに位置決めするため
のウエハステージ上に安定に保持されている。
【0003】図3は従来のウエハステージの上部の構成
を示し、この図3において、フォトレジストの塗布され
たウエハ1は、円板状のウエハホルダ2の表面に平行に
形成された直線状の凸部3A〜3E上に真空吸着により
保持され、ウエハホルダ2はZステージ4の表面に固定
され、Zステージ4はYステージ5上に不図示のガイド
に沿って摺動自在に載置されている。ウエハホルダ2の
表面の凸部3A〜3Eにはそれぞれ真空吸着用の排気孔
が形成されている。
【0004】Zステージ4とYステージ5との接触部は
斜めに形成され、Zステージ4をYステージ5に対して
X方向に摺動させることにより、Zステージ4の表面の
高さ(Z方向の位置)が変化するようになっている。更
に、Yステージ5は不図示のXステージ上にY方向に移
動自在に載置され、Xステージ及びYステージ5を駆動
することにより、Zステージ4をX方向及びY方向に位
置決めできるようになっている。なお、不図示である
が、Zステージ4内にはウエハホルダ2を回転させるた
めのθテーブル、及びウエハ1の傾斜角を調整するため
のレベリングテーブル等も備えられており、Zステージ
4、Yステージ5、及びXステージ等からウエハステー
ジが構成されている。
【0005】また、Zステージ4上のウエハホルダ2の
近傍に基準マーク部材8が固定され、基準マーク部材8
の外側にX軸用の移動鏡10X、及びY軸用の移動鏡1
0Yが固定され、外部のレーザ干渉計11Xから移動鏡
10Xに計測用の1本のレーザビームが供給され、レー
ザ干渉計11Yから移動鏡10Yに2本のレーザビーム
が供給されている。そして、レーザ干渉計11Xによる
計測値、及びレーザ干渉計11Yによる2つの計測値の
平均値がそれぞれZステージ4の1次元座標(X,Y)
となり、レーザ干渉計11Yによる2つの計測値の差分
より、Zステージ4の回転角が求められる。また、基準
マーク部材8の表面の遮光膜中にX方向に延びたスリッ
ト状開口よりなる基準マーク9Y、及びY方向に延びた
スリット状開口よりなる基準マーク9Xが形成されてい
る。基準マーク9X,9Yは底部から照明され、基準マ
ーク9X及び9Yを基準として不図示のレチクルのアラ
イメントが行われるため、以下では基準マーク9X,9
Yを「発光マーク」と呼ぶ。
【0006】更に、図3においては、不図示の投影光学
系の露光フィールド6内にウエハ1上の所定のショット
領域が位置決めされ、露光フィールド6の中心の計測点
に不図示の斜入射方式のAFセンサ(焦点位置検出系)
の照射光学系からスリット像7が斜めに投影されてい
る。そして、その計測点からの反射光が斜入射方式のA
Fセンサの受光光学系内で再結像され、このように再結
像された位置の横ずれ量からその計測点のZ方向の位置
(焦点位置)が求められる。この焦点位置が結像面の位
置に合致するようにZステージ4をZ方向に駆動するこ
とによりオートフォーカスがかけられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の投
影露光装置においては、ウエハステージの上部のZステ
ージ4上にウエハホルダ2、基準マーク部材8、及び移
動鏡10X,10Yが突き出る状態で固定されていた。
また、投影露光装置は、通常温度調節された清浄な空気
が循環しているチャンバ内に設置されている。そのた
め、ウエハステージ上に突き出ている部材があると、そ
の部材により空気の流れが乱されて、投影光学系の結像
特性が悪化するという不都合があった。
【0008】更に、投影光学系の露光フィールド内に斜
めにスリット像等を投影する斜入射方式のAFセンサに
おいても、ウエハステージ上で空気の流れの乱れに起因
する焦点検出用の光束の波面の揺らぎがあると、受光光
学系内で再結像されるスリット像等が不鮮明になり、焦
点位置の検出精度が悪化するという不都合がある。本発
明は斯かる点に鑑み、感光基板が載置されるステージの
上部での気体の流れの乱れが減少して、良好な結像特性
が得られる露光装置を提供することを目的とする。
【0009】更に、本発明は、斜入射方式のAFセンサ
を用いて感光基板の焦点位置の検出を行う露光装置にお
いて、検出用の光束の乱れを減少させて、AFセンサに
よる焦点位置の検出精度を高めることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による第1の露光
装置は、例えば図1及び図2に示すように、感光基板
(1)を保持する基板保持部(2)と、この基板保持部
を介して感光基板(1)を2次元的に位置決めする基板
ステージ(4,5,27)とを有し、露光用の照明光の
もとで、マスク(R)上のパターンを感光基板(1)上
に露光する露光装置において、基板ステージ(4,5,
27)の上面で感光基板(1)を囲む部分の高さと、そ
の感光基板の表面の高さとが実質的に等しくなるよう
に、基板保持部(2)を基板ステージ(4,5,27)
の上面に埋め込むようにしたものである。
【0011】この場合、その基板ステージを、感光基板
(1)を2次元的に位置決めするXYステージ(5,2
7)と、感光基板(1)を高さ方向に位置決めするZス
テージ(4)とより構成し、基板保持部(2)をZステ
ージ(4)の上面に埋め込むようにしてもよい。また、
その基板ステージの上方で所定の一方向に温度調整さ
れ、且つ風速分布が均一化された気体を供給する送風手
段(55,56)を設けることが望ましい。
【0012】更に、本発明の第2の露光装置は、例えば
図1及び図2に示すように、マスクパターン(R)の像
を感光基板(1)上に投影する投影光学系(PL)と、
感光基板(1)の投影光学系(PL)の光軸方向の位置
を制御する基板ステージ(4,5,27)と、感光基板
(1)上に投影光学系(PL)の光軸に対して斜めに焦
点計測用のパターンを投影する照射光学系(42)と、
感光基板(1)からの反射光を受光してその焦点計測用
のパターンの像を形成する受光光学系(47)と、を有
し、その受光光学系内で再結像されるその焦点計測用の
パターンの横ずれ量に基づいて基板ステージ(4,5,
27)を介して感光基板(1)の投影光学系(PL)の
光軸方向の位置を調整する露光装置において、照射光学
系(42)の光軸に沿って温度調整され、且つ風速分布
が均一化された気体を流す送風手段(55,56)を設
けたものである。
【0013】この場合、その送風手段(55,56)
は、投影光学系(PL)と基板ステージ(4,5,2
7)との間に、照射光学系(42)の光軸と受光光学系
(47)の光軸とを含む平面と基板ステージ(4,5,
27)の上面との交線に沿った方向に、温度調整され、
且つ風速分布が均一化された気体を流すことが望まし
い。また、照射光学系(42)の光路の一部を囲む筒体
(54)を設け、この筒体内に送風手段(55,56)
からの気体を流すことが望ましい。次に、本発明による
第1の走査型露光装置は、例えば図1及び図2に示すよ
うに、マスク(R)のパターンを感光基板(1)に露光
する走査型露光装置であって、マスク(R)と感光基板
(1)とを走査し、マスク(R)のパターンを感光基板
(1)に露光する走査露光機構を有し、この走査露光機
構が感光基板(1)を保持する基板保持部(2)と、こ
の基板保持部(2)を保持するための第1の凹部(4
a)を有した基板ステージ(4)とを少なくとも有し、
基板保持部(2)が、基板ステージ(4)の上面と感光
基板(1)の表面とが実質的に同一平面となるように基
板ステージ(4)に保持されているものである。この場
、基板ステージ(4)にこの基板ステージ(4)の位
置を計測するための移動鏡(10X,10Y)を設けた
場合には、移動鏡(10X,10Y)の上面と基板ステ
ージ(4)の上面とが実質的に同一平面となるように、
移動鏡(10X,10Y)を基板ステージ(4)に設け
ることが望ましい。また、本発明による第2の走査型露
光装置は、例えば図1及び図2に示すように、マスク
(R)のパターンを感光基板(1)に露光する走査型露
光装置であって、マスク(R)と感光基板(1)とを走
査し、マスク(R)のパターンを感光基板(1)に露光
する走査露光機構を有し、この走査露光機構が感光基板
(1)を保持する基板保持部(2)と、この基板保持部
(2)を保持するための第1の凹部(4a)を有した基
板ステージ(4)と、この基板ステージ(4)に設けら
れた移動鏡(10X,10Y)と協働して基板ステージ
(4)の位置を計測するレーザ干渉計(11X,11
Y)と、を少なくとも有し、移動鏡(10X,10Y)
の上面と基板ステージ(4)の上面とが実質的に同一平
面となるように、移動鏡(10X,10Y)が基板ステ
ージ(4)に設けられているものである。 これらの場
、走査露光機構は、マスク(R)のパターンを感光基
板(1)に投影する投影光学系(PL)を有しているこ
とが望ましい。また、基板ステージ(4)は、位置合わ
せ用に使用される基準マーク部材(8)を保持するため
の第2の凹部(4d)を備えていることが望ましい。ま
た、基板ステージ(4)に温度調整され、且つ風速分布
が均一化された気体を供給する送風手段(55,56)
を備えていることが望ましい。次に、本発明による第1
の走査露光方法は、例えば図1及び図2に示すように、
マスク(R)のパターンを感光基板(1)に露光する走
査露光方法であって、感光基板(1)を保持可能な基板
保持部(2)を第1の凹部(4a)が形成された基板ス
テージ(4)に設ける際に、基板ステージ(4)の上面
と感光基板(1)の表面とが実質的に同一平面となるよ
うに基板保持部(2)を基板ステージ(4)に設ける
テップと、マスク(R)と感光基板(1)とを走査し、
マスク(R)のパターンを感光基板(1)に露光するス
テップとを含むものである。この場合、干渉計の移動鏡
(10X,10Y)をこの移動鏡(10X,10Y)の
上面と基板ステージ(4)の上面とが実質的に同一平面
となるように基板ステージ(4)に設け、露光中にその
移動鏡を用いてその基板ステージの位置を計測すること
が望ましい。また、本発明による第2の走査露光方法
は、例えば図1及び図2に示すように、マスク(R)の
パターンを感光基板(1)に露光する走査露光方法であ
って、感光基板(1)を保持可能な基板保持部(2)を
第1の凹部(4a)が形成された基板ステージ(4)に
設けるステップと、基板ステージ(4)の位置を計測す
るための移動鏡(10X,10Y)をこの移動鏡(10
X,10Y)の上面と基板ステージ(4)の上面とが実
質的に同一平面となるように基板ステージ(4)に設け
るステップと、マスク(R)と感光基板(1)とを走査
し、マスク(R)のパターンを感光基板(1)に露光す
るステップとを含むものである。 これらの場合、基板ス
テージ(4)の第1の凹部(4a)とは異なる第2の凹
部(4d)に所定のマークが形成された基準マーク部材
(8)を設置し、この基準マーク部材を用いて基板ステ
ージ(4)の位置合わせを行うことが望ましい。また、
基板ステージ(4)に温度調整され、且つ風速分布が均
一化された気体を供給することが望ましい。
【0014】
【作用】斯かる本発明の第1の露光装置によれば、基板
ステージ(4,5,27)上に基板保持部(2)が埋め
込まれ、基板保持部(2)に保持される感光基板(1)
の表面の高さがその周囲の基板ステージの上面の高さと
等しくなっているため、その基板ステージの上面がほぼ
平面となり、基板ステージ上を通過する気体の流れが乱
されない。従って、結像特性が良好に維持される。
【0015】更に、基板ステージ(4,5,27)上に
アライメント用の基準マーク部材や、レーザ干渉計用の
移動鏡等があるときには、それらの基準マーク部材や移
動鏡等もその基板ステージ上に埋め込むことにより、空
気の流れが更に安定化する。また、送風手段から基板ス
テージの上方で所定の一方向に温度調整され、且つ風速
分布が均一化された気体を供給するときには、その気体
が基板ステージ上で乱されることなくその所定の一方向
に流れるため、結像特性が所定の良好な状態に安定に維
持される。
【0016】次に、本発明の第2の露光装置によれば、
斜入射方式の焦点位置検出系(AFセンサ)を構成する
照射光学系(42)の光軸に沿って、温度調整され、且
つ風速分布が均一化された気体が供給されるため、検出
用の光束が通過する領域の屈折率分布が一様、且つ安定
になる。従って、その検出用の光束の乱れがなくなり、
焦点位置の検出精度が向上する。次に、本発明の走査型
露光装置及び走査露光方法によれば、基板ステージ
(4)の第1の凹部(4a)に感光基板(1)を保持す
る基板保持部(2)を保持しているので、基板ステージ
(4)上を通過する気体の流れが乱されない。従って、
結像特性が良好に維持される。基板ステージ(4)に移
動鏡(10X,10Y)を設ける場合には、移動鏡(1
0X,10Y)の上面と基板ステージ(4)の上面とが
実質的に同一平面となるように、移動鏡(10X,10
Y)を基板ステージ(4)に設けることにより、気体の
流れが更に安定する。また、位置合わせ用に使用される
基準マーク部材(8)を第2の凹部(4d)に保持する
ことにより、気体の流れが更に安定する。また、基板ス
テージ(4)に温度調整され、且つ風速分布が均一化さ
れた気体を供給するときには、その気体が基板ステージ
(4)で乱されることもない。
【0017】
【実施例】以下、本発明による露光装置の一実施例につ
き図1及び図2を参照して説明する。本実施例は斜入射
方式のAFセンサを備えた投影露光装置に本発明を適用
したものである。図1は本実施例の投影露光装置の要部
の構成を示し、この図1において、不図示の光源から露
光用の照明光ILがフライアイレンズ21に供給されて
いる。照明光ILとしては、水銀ランプからのg線、i
線、あるいはエキシマレーザ光源からの紫外線パルス光
等が使用される。フライアイレンズ21の射出面の多数
の光源像からの照明光ILは、透過率が大きく反射率の
小さなビームスプリッター22を通過した後、コンデン
サーレンズ23及びミラー24を経て、レチクルRのパ
ターン領域PAを均一な照度分布で落射照明する。レチ
クルRはレチクルホルダ25を介してレチクルステージ
26上に保持され、レチクルステージ26は所定の範囲
内でレチクルRの位置決めを行うことができ、レチクル
ステージ26の2次元的な位置、及び回転角が不図示の
レーザ干渉計により計測され、この計測結果が装置全体
を統轄制御する主制御系30に供給されている。
【0018】レチクルRのパターン領域PAを通過した
照明光ILは、両側テレセントリック(片側テレセント
リックも可)な投影光学系PLを介してウエハ1上にパ
ターン領域PAの像を形成する。ウエハ1は、ウエハホ
ルダ2上に真空吸着により保持され、ウエハホルダ2は
ウエハステージ上に埋め込まれている。本例のウエハス
テージは、Zステージ4、Yステージ5、Xステージ2
7、及びベース28より構成されている。ここで、投影
光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直
な平面内で図1の紙面に平行にX軸を、図1の紙面に垂
直にY軸を取る。
【0019】図4は、Zステージ4の上面の状態を示
し、この図4において、Zステージ4の上面の凹部4a
内にウエハホルダ2が固定され、ウエハホルダ2上に保
持されているウエハ1の表面の高さ(Z方向の位置)
は、Zステージ4の上面の高さと等しく設定されてい
る。また、Zステージ4の上面の凹部4aに近接して凹
部4dが形成され、この凹部4d内に基準マーク部材8
が埋め込まれ、基準マーク部材8の表面の高さもZステ
ージ4の上面の高さと等しく設定されている。基準マー
ク部材8はガラス基板よりなり、基準マーク部材8の表
面の遮光膜内に発光マーク9X,9Yが形成されてい
る。
【0020】更に、Zステージ4の−X方向の端部の切
欠き部4bにX軸用の移動鏡10Xが固定され、Zステ
ージ4の−Y方向の端部の切欠き部4cにY軸用の移動
鏡10Yが固定されている。移動鏡10X,10Yの上
面の高さもZステージ4の上面の高さと同一に設定され
ている。そして、移動鏡10X及び10Yに対向するよ
うにそれぞれレーザ干渉計11X及び11Yが配置さ
れ、これらのレーザ干渉計11X,11YによりZステ
ージ4の2次元の座標(X,Y)、及び回転角が検出さ
れる。また、Zステージ4はYステージ5上に斜めに摺
動自在に載置され、内部の送りねじ、及び駆動モータを
介してZステージ4をYステージ5に沿って摺動させる
ことによりZステージ4のZ座標を調整できるようにな
っている。この場合、予めその送りねじの回転角と、Z
ステージ4のZ方向への変位量との関係が求められ、そ
の送りねじの回転角をロータリエンコーダにより検出す
ることにより、Zステージ4のZ方向への変位量がモニ
タできるようになっている。
【0021】なお、Zステージ4内にはウエハ1の傾斜
角を制御するためのレベリングステージ、及びウエハ1
を所定範囲内で回転させるθテーブル等も組み込まれて
いる。これに関して、Zステージ4としては、例えばそ
れぞれZ方向に伸縮自在な3個の支点を介してステージ
の表面の高さ、及び傾斜角を制御するステージを使用し
てもよい。
【0022】図1に戻り、Yステージ5はXステージ2
7上にY方向に移動自在に載置され、Xステージ27は
ベース28上にX方向に移動自在に載置されている。更
に、レーザ干渉計11X,及び11Y(図2参照)で計
測されたZステージ4の2次元座標(X,Y)及び回転
角を示す位置情報S2、及びZステージ4内のZ方向へ
の変位を検出するためのエンコーダからの高さ情報S3
がステージ駆動系29に供給されている。ステージ駆動
系29は、主制御系30からの制御情報S1、及び位置
情報S2に基づいて、Xステージ27、Yステージ5の
X方向、Y方向への位置を制御すると共に、その制御情
報S1、及び高さ情報S3に基づいてZステージ4のZ
方向への位置を制御する。
【0023】次に、本例ではレチクルRのウエハステー
ジに対する位置合わせを所謂イメージング・スリット・
センサ方式(以下、「ISS方式」と呼ぶ)で行うの
で、以下ではそのための機構につき説明する。このIS
S方式では、先ず図1において、レチクルRのパターン
領域PAに+X方向に隣接するように、X方向に延びた
開口パターンよりなるアライメントマーク36Yが形成
され、パターン領域PAに+Y方向に隣接するように、
Y方向に延びた開口パターンよりなるアライメントマー
ク36Xが形成されている。アライメントマーク36X
及び36Yは、それぞれ図2の基準マーク部材8上に形
成された発光マーク9X及び9Yをレチクル側に投影し
た共役像と同じ大きさである。また、アライメントマー
ク36Xの延長方向とアライメントマーク36Yの延長
方向との交点が、レチクルRの中心となっている。
【0024】図1のISS方式の照明系において、光源
31は露光用の照明光ILの波長と同一か、又はその近
傍の波長の照明光IEを発生する。この照明光IEはレ
ンズ32、光ガイド33を介してZステージ4の内部の
基準マーク部材8の底部に送られる。光ガイド33から
射出された照明光IEは、レンズ34によって集光さ
れ、ミラー35で反射されて基準マーク部材8上の発光
マーク9X,9Y(図2参照)を下側から照明する。発
光マーク9X,9Yの投影光学系PLを介した像は、そ
れぞれレチクルRに設けられたアライメントマーク36
X,36Yの近傍に結像する。
【0025】このとき、例えばレチクルRのY方向の位
置を検出するために、主制御系30はYステージ5をY
方向に駆動することによって、アライメントマーク36
Yと発光マーク9Yとを相対走査させる。アライメント
マーク36Yを透過した照明光IEは、ミラー24、コ
ンデンサーレンズ23を経てビームスプリッタ22に入
射し、ビームスプリッタ22で反射された光が光電検出
器37で受光される。光電検出器37からの光電信号S
i、及びレーザ干渉計11X,11Yからの位置情報S
2がISS処理回路38に供給される。この場合、発光
マーク9Yの共役像がアライメントマーク36Yと重な
るときに光電信号Siが最大となることを利用して、I
SS処理回路38では光電信号Siが最大となるときの
Zステージ4のY座標、即ちレチクルRの中心のY座標
を求めて主制御系30に供給する。
【0026】同様に、アライメントマーク36Xと発光
マーク9XとをX方向に走査走査した状態で、光電検出
器37からの光電信号Siと位置情報S2とをモニタす
ることにより、ISS処理回路38でレチクルRの中心
のX座標が検出されて主制御系30に供給される。主制
御系30は、必要に応じて不図示のレチクル駆動系を介
してレチクルステージ26の位置を制御することによ
り、レチクルRの位置を調整する。
【0027】次に、本例の投影露光装置はウエハ1上の
位置合わせ用のマーク(ウエハマーク)を検出するため
にオフ・アクシス方式のアライメント系を備えている。
このアライメント系の詳細な構成については特開昭62
−171125号公報に開示されているのでここでは簡
単に説明する。そのアライメント系は、投影光学系PL
の側面に配置されたアライメント光学系39、2次元C
CD等の撮像素子40及び信号処理回路41より構成さ
れている。
【0028】アライメント光学系39の光軸は投影光学
系PLの光軸AXから所定の距離だけX方向に離れ、ア
ライメント光学系39は照明光としてある帯域幅を持つ
ブロードな波長分布の照明光をウエハ1上に照射する。
そして、アライメント光学系39のウエハ1上における
検出中心は図2のレーザ干渉計11Yの一方の測定軸に
一致するように定められている。
【0029】この場合、ウエハ1上のウエハマークから
の反射光は再びアライメント光学系39に入射し、その
ウエハマークの像はアライメント光学系39中に設けら
れている指標板の下面に結像する。そして、そのウエハ
マークの像、及び指標板に形成された指標マークの像
が、アライメント光学系39に装着された撮像素子40
の撮像面に重畳して結像される。撮像素子40からの撮
像信号Sf、及びレーザ干渉計11X,11Yからの位
置情報S2が信号処理回路41に供給され、信号処理回
路41ではそのウエハマークの座標(X,Y)を求めて
主制御系30に供給する。このようにして求められた座
標に基づいて、ウエハ1の各ショット領域の位置決めが
行われる。
【0030】さて、次に本装置に組み込まれている斜入
射方式のAFセンサ(焦点検出系)の構成について説明
する。本例の斜入射方式のAFセンサは、照射光学系4
2、受光光学系47、及びAF信号処理回路52より構
成されている。照射光学系42において、投光器43か
らウエハ1に塗布されている感光材料(フォトレジスト
等)を感光させない波長帯の検出光(例えば赤外光等)
が射出される。この投光器43中には送光用のスリット
板が設けられ、このスリット板中のスリットを通過した
検出光が、平行平板ガラス(プレーンパラレル)45、
及び集光レンズ46を通って、ウエハ1上にスリット像
7として照射される。このスリット像7の中心点は、投
影光学系PLの光軸AXとウエハ1の表面とが交差する
点に位置する。図1において、平行平板ガラス45は投
光器43内の送光用のスリット板の近傍に配置されてい
る。更に平行平板ガラス45は図1の紙面と垂直なY方
向、及び図1の紙面に平行な方向にそれぞれ回転軸を有
し、これらの回転軸を中心に微小量回転できるようにな
っている。駆動部44は平行平板ガラス45を2つの回
転軸の回りにそれぞれ所定の角度範囲内で回転させる。
この回転によってスリット像7の結像位置、即ち焦点位
置の計測点はウエハ1の表面に沿ってほぼX方向及びY
方向に変位する。
【0031】ウエハ1上の計測点で反射された検出光
(反射光)は、受光光学系47において、集光レンズ4
8、及び平行平板ガラス49を通って受光器50に受光
される。この受光器50中には受光用スリット板が設け
られており、この受光用スリット板のスリットを通過し
た光が光電検出される。また、平行平板ガラス49もY
方向に平行な回転軸を有し、駆動部51によって平行平
板ガラス49を所定の角度範囲内で回転できるようにな
っている。平行平板ガラス49の回転により、受光器5
0における反射光の受光位置が調整できる。この反射光
の受光位置の調整方向は、ウエハ1がZ方向に変位した
ときの受光位置の変位方向に合致し、ウエハ1上の計測
点のZ方向の位置(焦点位置)が所定の基準面(例えば
結像面)に合致している状態で、受光器50内での受光
位置が検出中心となるように平行平板ガラス49の回転
角が調整される。
【0032】受光器50からはウエハ1上の計測点の焦
点位置の基準面からのずれ量に対応する焦点信号Saが
出力され、この焦点信号Sa、及びレーザ干渉計10
X,10Yからの位置情報S2が信号処理回路52に供
給される。信号処理回路52は、ウエハ1上の計測点と
基準面とのZ方向への偏差量を検出して主制御系30に
供給する。主制御系30は、その偏差量が0になるよう
にオートフォーカス方式で、ステージ駆動系29を介し
てZステージ4のZ方向の位置を制御する。
【0033】更に、本例の斜入射方式のAFセンサにお
いて、照射光学系42の光軸AX1、及び受光光学系4
7の光軸AX2に沿って温度調節され、且つ風速分布が
均一化された気体が流されている。即ち、図1におい
て、不図示の空調装置に接続された吹き出し口53か
ら、所定の温度に調節された気体が吹き出している。気
体としては例えば外部から容易に取り込める空気が使用
できる。但し、その気体として窒素、又はヘリウムや、
これらの混合気体等を使用してもよい。その吹き出し口
53の前面に、照射光学系42の光軸AX1を囲むよう
に円筒54が配置され、円筒54内の吹き出し口53の
直前に風速を一定にするための送風用のファン55が設
置されている。但し、吹き出し口53からはほぼ一定の
風速で気体が吹き出しているため、その送風用のファン
55は必ずしも必要ではない。
【0034】また、円筒54内で送風用のファン55の
後に、風速分布を均一化するためのフィルタ装置56が
設置されている。フィルタ装置56は、微細な塵等を除
去するための所謂HEPA(High Efficiency Particul
ate Air )フィルタと、メッシュ構造を有し内部を通過
する気体の風速分布を均一化する機械的なフィルタとよ
りなる。そのフィルタ装置56の後の円筒54内に、照
射光学系42の大部分が収納され、円筒54の周囲に設
けられた切欠き部に、投光器43及び駆動部44の一部
が取り付けられている。従って、フィルタ装置56を通
過した後の所定の風速で、且つ風速分布が一定の気体5
7が照射光学系42の光軸AX1に沿ってウエハ1側に
供給され、その気体57内を投光器43からの検出光が
通過している。
【0035】一方、受光光学系47の光軸AX2を囲む
ように円筒58が配置され、円筒58内に受光光学系4
7の大部分が設置され、駆動部51、及び受光器50の
一部が円筒58の周囲の切欠き部に取り付けられてい
る。また、円筒58のZステージ4側の開放端の近傍
に、アライメント光学系39、及びアライメント光学系
39からの照明光を通過させる切欠き部が設けられてい
る。そして、円筒54から照射光学系42の光軸AX1
に沿って供給された気体57は、ウエハ1の表面及びZ
ステージ4の上面を通過して受光光学系47の円筒58
内に入り、円筒58内を通過した気体が円筒58の受光
器50側の開放端から外部に排出されている。
【0036】この際に、ウエハ1の表面、基準マーク部
材8の表面、及びZステージ4の上面の高さは同一であ
るため、円筒54から吹き出された気体は乱されること
なく円筒58内に入る。そのため、投光器43から射出
された斜入射方式のAFセンサの検出光は、一定の風速
で且つ風速分布が一様な気体の中、即ち屈折率分布が一
様な気体中を通過するため、スリット像7の結像状態が
良好であると共に、受光光学系47内で再結像されるス
リット像の結像状態も良好である。従って、ウエハ1の
焦点位置の検出精度が高い利点がある。同様に、投影光
学系PLからの露光用の照明光ILも屈折率分布が一様
な気体中を通過するため、レチクルRのパターン像が高
い解像度でウエハ1上に投影される。
【0037】また、本例では照射光学系42の光軸AX
1、及び受光光学系47の光軸AX2のZステージ4の
上面への投影像の方向はX軸に平行に設定されている。
更に、図2に示すように、レーザ干渉計11Xからのレ
ーザビームはX軸に平行に移動鏡10Xに照射され、レ
ーザ干渉計11Yからの2本のレーザビームはX軸に垂
直に(Y軸に平行に)移動鏡10Yに照射されている。
従って、円筒54からZステージ4に吹き出される気体
は、レーザ干渉計11X,11Yからのレーザビームに
対してほぼ平行、又は垂直に流れため、それらのレーザ
ビームが乱されることがなく、Zステージ4の2次元座
標(X,Y)が高精度に計測される。
【0038】更に、オフ・アクシス方式のアライメント
系においても、アライメント光学系39から射出された
照明光は、屈折率分布が安定な気体中を通過するため、
アライメント光学系39によりウエハマークの像が高い
解像度で形成され、ウエハマークの位置が高精度に検出
される。従って、アライメント精度が向上する。同様
に、ISS方式のアライメント系でも、基準マーク部材
8を通過した照明光の波面の乱れが減少するため、より
高精度にレチクルRの位置を検出できる利点がある。
【0039】なお、上述実施例では、円筒54から円筒
58の方向に一定の風速の気体を流しているが、受光光
学系47側の円筒58を省略してもよい。これでも、受
光光学系47の光軸AX2に沿ってほぼ屈折率分布の一
様な気体が流れるため、焦点検出用の光束の乱れは少な
い。更に、円筒54及び58を省いて、図1の−X方向
の不図示の吹き出し口よりZステージ4に対して温度調
節され、且つ風速が一定の気体を供給するようにしても
よい。この場合でも、Zステージ4の上面はほぼ平面と
なっているため、その気体の流れは乱されることがな
く、レチクルRのパターンの投影光学系PLを介した像
が良好な状態でウエハ1の各ショット領域に投影され
る。更に、投光器43からの焦点検出用の光束、及びア
ライメント光学系39からの照明光の乱れも少なく、位
置計測用のレーザビームの乱れも少ない利点がある。
【0040】更に、上述実施例では移動鏡10X,10
Y及び基準マーク部材8の表面の高さをZステージ4の
上面の高さに合わせているが、その代わりに例えば移動
鏡10X,10Y、ウエハホルダ2のウエハ1の外周
部、及びそれ以外のZステージ4の上面(基準マーク部
材8の上面を除く)を覆うように平坦なカバーを取付
け、このカバーによって空気の流れの乱れを減少させて
もよい。また、本発明はステップ・アンド・リピート方
式でウエハの位置決めを行う投影露光装置(ステッパー
等)のみならず、レチクルとウエハとを投影光学系に対
して走査して露光を行うステップ・アンド・スキャン方
式の投影露光装置にも適用できる。更に、プロキシミテ
ィ方式の露光装置においても、本発明を適用してウエハ
ステージの上面を平坦化することにより、結像特性を改
善することができる。このように本発明は上述実施例に
限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構
成を取り得る。
【0041】
【発明の効果】本発明の第1の露光装置によれば、基板
保持部が基板ステージ上に埋め込まれ、感光基板の表面
の高さがその周囲の基板ステージの上面の高さとほぼ等
しくなっているため、その上を気体が乱されることなく
流れる。従って、マスクパターンから感光基板に達する
光束の波面の揺らぎが減少するため、良好な結像特性が
得られる利点がある。更に、例えば斜入射方式のAFセ
ンサや、各種アライメント系から感光基板上に光束を照
射する場合に、その光束の波面の乱れが減少するため、
焦点位置の検出精度がアライメント精度が向上する利点
もある。
【0042】また、その基板保持部が感光基板を高さ方
向に位置決めするZステージ上に埋め込まれるときに
は、基板ステージの最上段にZステージが配置されるた
め、基板ステージの構成が簡略化される。また、基板ス
テージ上に送風手段から所定の一方向に温度調整され、
風速分布が均一化された気体を供給する場合には、基板
ステージ上の感光基板上での気体の屈折率分布が一様化
され、且つ所定の値に安定化されるため、結像特性が良
好な状態で安定に維持される。
【0043】次に、本発明の第2の露光装置によれば、
斜入射方式の焦点位置検出系(AFセンサ)の照射光学
系の光軸に沿って温度調整され、且つ風速分布が均一化
された気体が供給されるため、照射光学系からの焦点検
出用の光束の波面の揺らぎが減少し、受光光学系内で焦
点計測用のパターンが良好な状態で再結像される。従っ
て、焦点位置の検出精度が向上する。
【0044】更に、その送風手段が、投影光学系と基板
ステージとの間に、照射光学系の光軸と受光光学系の光
軸とを含む平面と基板ステージの上面との交線に沿った
方向に、温度調整され、且つ風速分布が均一化された気
体を流すときには、投影光学系による結像特性も向上す
る利点がある。また、照射光学系の光路の一部を囲む筒
体を設け、この筒体内にその送風手段からの期待を流す
ときには、焦点検出用の光束が通過する領域の気体の屈
折率分布が更に安定化するため、焦点位置の検出精度が
より向上する。次に、本発明の走査型露光装置及び走査
露光方法によれば、基板ステージの第1の凹部に感光基
板を保持する基板保持部を保持しているので、基板ステ
ージ上を通過する気体の流れが乱されることなくマスク
のパターンを感光基板に露光することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による露光装置の一実施例を示す一部を
断面とした構成図である。
【図2】実施例のウエハステージの上部の構成を示す斜
視図である。
【図3】従来例のウエハステージの上部の構成を示す斜
視図である。
【符号の説明】
R レチクル PL 投影光学系 1 ウエハ 2 ウエハホルダ 4 Zステージ 5 Yステージ 8 基準マーク部材 10X,10Y 移動鏡 11X,11Y レーザ干渉計 27 Xステージ 29 ステージ駆動系 30 主制御系 39 アライメント光学系 40 撮像素子 42 斜入射方式のAFセンサの照射光学系 47 斜入射方式のAFセンサの受光光学系 52 信号処理回路 54,58 円筒 56 フィルタ装置
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−161832(JP,A) 特開 昭61−160934(JP,A) 特開 平5−231820(JP,A) 特開 平5−283313(JP,A) 特開 昭63−200090(JP,A) 特開 平5−6850(JP,A) 特開 昭57−68835(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 感光基板を保持する基板保持部と、該基
    板保持部を介して前記感光基板を2次元的に位置決めす
    る基板ステージとを有し、露光用の照明光のもとで、マ
    スク上のパターンを前記感光基板に露光する露光装置に
    おいて、 前記基板ステージの上面で前記感光基板を囲む部分の高
    さと、前記感光基板の表面の高さとが実質的に等しくな
    るように、前記基板保持部を前記基板ステージの上面に
    埋め込むことを特徴とする露光装置。
  2. 【請求項2】 前記基板ステージは、前記感光基板を2
    次元的に位置決めするXYステージと、前記感光基板を
    高さ方向に位置決めするZステージとを有し、前記基板
    保持部が前記Zステージの上面に埋め込まれることを特
    徴とする請求項1記載の露光装置。
  3. 【請求項3】 前記基板ステージの上方で所定の一方向
    に温度調整され、且つ風速分布が均一化された気体を供
    給する送風手段を設けたことを特徴とする請求項1又は
    2記載の露光装置。
  4. 【請求項4】 前記露光装置は、前記マスクと前記感光
    基板とを走査して前記マスク上のパターンを前記感光基
    板に露光する走査型露光装置であることを特徴とする請
    求項1、2、又は3記載の露光装置。
  5. 【請求項5】 マスクパターンの像を感光基板上に投影
    する投影光学系と、前記感光基板の前記投影光学系の光
    軸方向の位置を制御する基板ステージと、前記感光基板
    上に前記投影光学系の光軸に対して斜めに焦点計測用の
    パターンを投影する照射光学系と、前記感光基板からの
    反射光を受光して前記焦点計測用のパターンの像を形成
    する受光光学系と、を有し、前記受光光学系内で再結像
    される前記焦点計測用のパターンの横ずれ量に基づいて
    前記基板ステージを介して前記感光基板の前記投影光学
    系の光軸方向の位置を調整する露光装置において、 前記照射光学系の光軸に沿って温度調整され、且つ風速
    分布が均一化された気体を流す送風手段を設けたことを
    特徴とする露光装置。
  6. 【請求項6】 前記送風手段は、前記投影光学系と前記
    基板ステージとの間に、前記照射光学系の光軸と前記受
    光光学系の光軸とを含む平面と前記基板ステージの上面
    との交線に沿った方向に、温度調整され、且つ風速分布
    が均一化された気体を流すことを特徴とする請求項5記
    載の露光装置。
  7. 【請求項7】 前記照射光学系の光路の一部を囲む筒体
    を設け、該筒体内に前記送風手段からの気体を流すこと
    を特徴とする請求項5又は6記載の露光装置。
  8. 【請求項8】 マスクのパターンを感光基板に露光する
    走査型露光装置において、 前記マスクと前記感光基板とを走査し、前記マスクのパ
    ターンを前記感光基板に露光する走査露光機構を有し、 前記走査露光機構は、前記感光基板を保持する基板保持
    部と、前記基板保持部を保持するための第1の凹部を有
    した基板ステージとを少なくとも有し、前記基板保持部が前記基板ステージの上面と前記感光基
    板の表面とが実質的に同一平面となるように前記基板ス
    テージに保持されている ことを特徴とする走査型露光装
    置。
  9. 【請求項9】 マスクのパターンを感光基板に露光する
    走査型露光装置において、 前記マスクと前記感光基板とを走査し、前記マスクのパ
    ターンを前記感光基板に露光する走査露光機構を有し、 前記走査露光機構は、前記感光基板を保持する基板保持
    部と、前記基板保持部を保持するための第1の凹部を有
    した基板ステージと、該基板ステージに設けられた移動
    鏡と協働して前記基板ステージの位置を計測するレーザ
    干渉計と、少なくとも有し、前記移動鏡の上面と前記基板ステージの上面とが実質的
    に同一平面となるように、前記移動鏡が前記基板ステー
    ジに設けられている ことを特徴とする走査型露光装置。
  10. 【請求項10】 前記基板ステージは該基板ステージの
    位置を計測するための移動鏡を有し、 前記 移動鏡の上面と前記基板ステージの前記上面とが実
    質的に同一平面となるように、前記移動鏡が前記基板ス
    テージに設けられていることを特徴とする請求項記載
    の走査型露光装置。
  11. 【請求項11】 前記走査露光機構は、前記マスクのパ
    ターンを前記感光基板に投影する投影光学系を有してい
    ることを特徴とする請求項8、9、又は10記載の走査
    型露光装置。
  12. 【請求項12】 前記基板ステージは、位置合わせ用に
    使用される基準マーク部材を保持するための第2の凹部
    を備えていることを特徴とする請求項8〜11の何れか
    一項記載の走査型露光装置。
  13. 【請求項13】 前記基板ステージに温度調整され、且
    つ風速分布が均一化された気体を供給する送風手段を設
    けたことを特徴とする請求項8〜12の何れか一項記載
    の走査型露光装置。
  14. 【請求項14】 マスクのパターンを感光基板に露光す
    る走査露光方法において、前記感光基板を保持可能な基板保持部を第1の凹部が形
    成された基板ステージに設ける際に、前記基板ステージ
    の上面と前記感光基板の表面とが実質的に同一平面とな
    るように前記基板保持部を前記基板ステージに設ける
    テップと、 前記マスクと前記感光基板とを走査し、前記マスクのパ
    ターンを前記感光基板に露光するステップとを含むこと
    を特徴とする走査露光方法。
  15. 【請求項15】 マスクのパターンを感光基板に露光す
    る走査露光方法において、前記感光基板を保持可能な基板保持部を第1の凹部が形
    成された基板ステージに設けるステップと、 前記基板ステージの位置を計測するための移動鏡を該移
    動鏡の上面と前記基板ステージの上面とが実質的に同一
    平面となるように前記基板ステージに設ける ステップ
    と、 前記マスクと前記感光基板とを走査し、前記マスクのパ
    ターンを前記感光基板に露光するステップとを含むこと
    を特徴とする走査露光方法。
  16. 【請求項16】 前記基板ステージの位置を計測するた
    めの移動鏡を該移動鏡の上面と前記基板ステージの前記
    上面とが実質的に同一平面となるように前記基板ステー
    ジに設けるステップを含むことを特徴とする請求項14
    記載の走査露光方法。
  17. 【請求項17】 前記基板ステージ前記第1の凹部と
    は異なる第2の凹部を有し位置合わせ用に使用される 基準マーク部材を前記第2の
    凹部に保持するステップを含むことを特徴とする請求項
    14、15、又は16記載の走査露光方法。
  18. 【請求項18】 前記基板ステージに温度調整され、且
    つ風速分布が均一化された気体を供給するステップを含
    ことを特徴とする請求項14〜17の何れか一項記載
    の走査露光方法。
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