(57)【要約】【課題】測長用のセンサの配置が容易で、ステージの位置決め精度を向上させた投影露光装置を提供する。【解決手段】投影露光装置は、レチクル又はウェハの表面の高さ位置（Ｚ位置）を測定するＺ位置測長機構１７を備える。Ｚ位置測長機構１７は３個の静電容量センサ等の測長センサ１９からなり、各測長センサ１９は、検出点２３がウェハ１３上の露光フィールド２１を囲む露光フィールド２１外の部分となるように配置されている。測定位置を露光フィールド外に配置したことにより、センサに対する制約がなくなり、配置が容易となる。このため、レチクルやウェハの表面の高さを正確に測定することができる。【選択図】　　　図１
2004039707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版上のパターンを感応基板上に投影転写する露光装置であって、
前記原版又は感応基板の表面の高さ位置（Ｚ位置）を測定するＺ位置測定器を備え、
該Ｚ位置測定器の測定位置が、前記原版又は感応基板上における露光フィールドの外側にあることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
原版上のパターンを感応基板上に投影転写する露光装置であって、
前記原版又は感応基板の表面の平坦度を測定する平坦度測定器を備え、
該平坦度測定器の測定位置が、前記原版又は感応基板上における露光フィールドの外側にあることを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】
原版上のパターンを感応基板上に投影転写する露光装置であって、
前記原版又は感応基板の表面の高さ位置（Ｚ位置）を測定するＺ位置測定器及び平坦度を測定する平坦度測定器を備え、
該Ｚ位置測定器及び平坦度測定器の測定位置が、前記原版又は感応基板上における露光フィールドの外側にあり、
前記Ｚ位置測定器は、被測定面の少なくとも３つの位置の高さを測定し、
前記平坦度測定器は、前記Ｚ位置測定器の３つの測定位置を結んで形成される領域よりも広い面積の領域の平坦度を測定することを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】
前記Ｚ位置測定器又は平坦度測定器が静電容量センサを有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原版（レチクル）上のパターンを感応基板（ウェハ）上に転写する投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の集積化、高性能化がさらに進み、露光装置の解像度の向上が求められている。解像度を向上させる方法の一つとして、露光光の短波長化が検討されている。例えば、波長が１３ｎｍの露光光を用いると、０．１μｍ以下の解像力が得られる。
【０００３】
このような波長の短い露光光を使用したＸ線投影露光装置の場合、Ｘ線の透過性の良いレンズ材料が工業的に得られないため、投影結像光学系を全て反射鏡で構成する必要がある。反射式光学系の場合、光学系の中心軸付近に視野の広い光学系を設計することは困難であるため、露光視野を光学系の中心軸から離れた位置に形成し、視野の形状を例えば輪帯状にすれば、細長い露光視野で高い解像を得ることができる。
【０００４】
さらに、露光の際に、レチクルとウェハを所望の速度で同期走査することにより、小さな視野の結像光学系で２０ｍｍ角以上の半導体チップを露光することができる。
【０００５】
図５は、現在考えられているＸ線投影露光装置の構造を模式的に示す図である。
このＸ線投影露光装置は、主に、Ｘ線光源７７、Ｘ線照明光学系７８、Ｘ線投影光学系７１、レチクル７２、レチクルステージ７３、ウェハ７４、ウェハステージ７５から構成される。レチクル７２はレチクルステージ７３上に保持されており、ウェハ７４はウェハステージ７５上に保持されている。
【０００６】
Ｘ線光源７７は、例えば、放電プラズマ式のＸ線光源で、波長が１３ｎｍ程度の極端紫外光を発する。照明光学系７８は何段かの反射レンズ、フィルタ等からなり、輪帯状の照明光をレチクル７２に向けて照射する。Ｘ線投影光学系７１は複数の反射鏡等で構成され、レチクル７２上のパターンをウェハ７４上に結像する。各反射鏡の表面にはＸ線の反射率を高めるための多層膜が設けられている。
Ｘ線投影光学系７１は輪帯状の露光視野を有し、レチクル７２の一部の輪帯状の領域のパターンを、ウェハ７４の表面に転写する。レチクル７２は反射型であり、その反射面に、ウェハ７４に投影される回路パターンの等倍あるいは拡大パターンが形成されている。レチクル７２が反射型であるために、Ｘ線投影光学系７１はレチクル側が非テレセントリックな光学系となる。
【０００７】
ウェハ７４上に、所望の倍率及び解像度のパターンを投影露光するためには、レチクルステージ７３及びウェハステージ７５の位置や高さを制御して、投影光学系７１に対してレチクル７３とウェハ７４とを所望の位置に保つ必要がある。
さらに、ステージの走査中においては、投影光学系７１とウェハ７４との距離、及び、同光学系７１とレチクル７２との距離が変化すると、パターン形成精度に影響を与える。このため、測長器を用いて、レチクル７２やウェハ７４の表面と基準位置（投影光学系７１）との距離（両者のＺ方向位置）を測長して、ステージ位置を制御している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
投影光学系７１とウェハ７４との距離、及び、同光学系７１とレチクル７２との距離を測定する測長器においては、その検出点を、レチクルやウェハの輪帯状の露光領域内の少なくとも３ヶ所に位置させていた。しかしながら、このようにすると、測長用センサの検出点を露光光と干渉しないように配置する必要があり、検出点のサイズ等の制約が大きかった。
【０００９】
また、測長時に、ウェハやレチクルの被検査面が平坦でないと、測長器で測長された値を用いて、実際に測長されていない部分の高さを予測する際に誤差が生じることがある。このような場合、被検査面の平坦度を測定し、その結果を用いて実際に測長されていない部分の高さを予測している。
【００１０】
一方、被検査物であるレチクルやウェハは厚さが薄いため、これらの被検査物をステージに固定した状態（露光時の状態）では、被検査物保持機構から受ける力により被検査物の平坦度が変化する場合がある。このため、平坦度は、被検査物を露光時の状態と同じ状態で測定することが好ましい。この場合、測長と同様に、平坦度センサの検出点をレチクルやウェハの輪帯状の露光領域内に位置させていた。しかしながら、このようにすると、平坦度測定用センサの検出点を露光光と干渉しないように配置する必要があり、検出点のサイズや位置等の制約が大きかった。
【００１１】
上述のように、測長センサや平坦度測定センサの検出点のサイズや位置関係に制約があると、ウェハやレチクルの高さや位置、平坦度を正確に測定できないことがある。このため、ステージの位置決め精度が悪くなり、所望のパターン形成精度が得られないことがあった。
【００１２】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、測長用のセンサの配置が容易で、ステージの位置決め精度を向上させた投影露光装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の投影露光装置は、　原版上のパターンを感応基板上に投影転写する露光装置であって、　前記原版又は感応基板の表面の高さ位置（Ｚ位置）を測定するＺ位置測定器を備え、　該Ｚ位置測定器の測定位置が、前記原版又は感応基板上における露光フィールドの外側にあることを特徴とする。
測定位置を露光フィールド外に配置したことにより、センサに対する制約がなくなり、配置が容易となる。このため、原版や感応基板の表面の高さを正確に測定することができる。
【００１４】
本発明の第２の投影露光装置は、　原版上のパターンを感応基板上に投影転写する露光装置であって、　前記原版又は感応基板の表面の平坦度を測定する平坦度測定器を備え、　該平坦度測定器の測定位置が、前記原版又は感応基板上における露光フィールドの外側にあることを特徴とする。
測定位置を露光フィールド外に配置したことにより、センサに対する制約がなくなり、配置が容易となる。このため、原版や感応基板の表面の平坦度を正確に測定することができる。
【００１５】
本発明の第３の投影露光装置は、　原版上のパターンを感応基板上に投影転写する露光装置であって、　前記原版又は感応基板の表面の高さ位置（Ｚ位置）を測定するＺ位置測定器及び平坦度を測定する平坦度測定器を備え、　該Ｚ位置測定器及び平坦度測定器の測定位置が、前記原版又は感応基板上における露光フィールドの外側にあり、　前記Ｚ位置測定器は、被測定面の少なくとも３つの位置の高さを測定し、　前記平坦度測定器は、前記Ｚ位置測定器の３つの測定位置を結んで形成される領域よりも広い面積の領域の平坦度を測定することを特徴とする。
非検査面の高さや平坦度をより正確に測定することができる。これにより、原版や感応基板の高さや位置を正確に設定することができるため、パターンの形成精度が向上する。
【００１６】
本発明においては、　前記Ｚ位置測定器又は平坦度測定器が静電容量センサを有することとすれば、小型で検出分解能が高く、真空中での測定も可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＸ線投影露光装置の構造を模式的に示す図であり、図１（Ａ）は露光装置全体の側面図、図１（Ｂ）はウェハの平面図である。
このＸ線投影露光装置１は、主に、Ｘ線光源３、Ｘ線照明光学系５、Ｘ線投影光学系７、レチクル（原版）９、レチクルステージ１１、ウェハ（感応基板）１３、ウェハステージ１５から構成される。レチクル９は、レチクルステージ１１上に保持されており、ウェハ１３はウェハステージ１５上に保持されている。各ステージの位置や高さは制御部（図示されず）により制御される。
【００１８】
Ｘ線光源３は、例えば、放電プラズマ式のＸ線光源で、波長が１３ｎｍ程度の極端紫外光を発する。照明光学系５は何段かの反射レンズ、フィルタ等からなり、輪帯状の照明光をレチクル９に向けて照射する。Ｘ線投影光学系７は複数の反射鏡等で構成され、レチクル９上のパターンをウェハ１３上に結像する。各反射鏡の表面にはＸ線の反射率を高めるための多層膜が設けられている。Ｘ線投影光学系７は輪帯状の露光視野を有し、レチクル９の一部の輪帯状の領域のパターンを、ウェハ１３の表面に転写する。レチクル９は反射型であり、その反射面に、ウェハ１３に投影される回路パターンの等倍あるいは拡大パターンが形成されている。レチクル９が反射型であるために、Ｘ線投影光学系７はレチクル側が非テレセントリックな光学系となる。
【００１９】
Ｘ線投影光学系７の鏡筒の下面には、測長機構（Ｚ位置測定器）１７が設けられている。測長機構１７は、３個の静電容量センサ等の測長センサ１９からなる。各測長センサ１９は、検出点２３が、図１（Ｂ）に示すように、ウェハ１３上の露光フィールド２１を囲む露光フィールド２１外の部分となるように配置されている。また、検出点２３の位置は３点が１直線上に並ばないように配置される。この測長センサ１９により、ウェハ１３表面の検出点２３の投影光学系鏡筒に対する距離（Ｚ位置）が測定される。
【００２０】
測長センサ１９の検出信号は制御部に送られ、ウェハ１３の高さ及び傾きが算出される。制御部はこの値に基づいてウェハステージ１５の位置や高さを所望の位置に制御する。なお、レチクル９においても同様な測長機構が設けられ、レチクルステージ１１の位置や高さが制御される。このようにウェハステージ１５やレチクルステージ１１の位置精度を高くして露光操作を行うことにより、精度の高いパターンを得ることができる。
なお、ウェハ表面の平坦度が悪い場合は測定点を４点としてもよい。
【００２１】
次に、ウェハの平坦度測定について説明する。
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るＸ線投影露光装置の構造を模式的に示す図であり、図２（Ａ）は露光装置全体の側面図、図２（Ｂ）はウェハの平面図である。なお、同一の構成要素には同一の符号を付して、説明を省略する。
この例の投影露光装置は、図１の投影露光装置とほぼ同じ構造であるが、ウェハ測長機構１７とともに平坦度測定機構３３を備えている。
【００２２】
平坦度測定機構３３は、投影光学系７の光軸から外れた位置に、ウェハステージ１５の上面と平行となるように設けられている。平坦度測定機構３３は、測長機構１７の測長センサ１９の数より多い複数個の静電容量センサ等の測長センサを二次元的に配置したものが使用される。平坦度測定機構３３は、検出点３５が、図２（Ｂ）に示すように、ウェハ１３上の露光フィールド２１外の部分となるように配置される。同機構３３の全測長センサの検出面の大きさは、露光フィールド２１を完全に覆う大きさであり、測長センサ１９の各検出点２３を結んで形成される領域の大きさより大きい。
【００２３】
測長機構１７の測長センサ１９の検出信号、及び、平坦度測定機構３３の測長センサの検出信号は制御部に送られ、ウェハ１３の高さ及び傾き、及び、平坦度が算出される。平坦度は、一般に、平坦度測定機構３３の各測長センサで検出される距離を数値処理することにより求められる。制御部はこの値に基づいてウェハステージ１５の位置や高さを所望の位置に制御して露光操作を行うことによって、より精度の高いパターンを得ることができる。
【００２４】
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る投影露光装置のウェハの平面図である。
この例の投影露光装置も、図２の投影露光装置と同様に、測長機構とともに平坦度測定機構が設けられているが、平坦度測定機構の構造が異なる。
【００２５】
図２の投影露光装置の平坦度測定機構は、二次元的に配列された測長センサから構成されていたが、この例の投影露光装置の平坦度測定機構４１は、２つの一次元的に配列された測長センサ列４３から構成される。各測長センサ列４３は、ウェハステージの露光走査方向と直交する方向に配列され、各列の検出点４５が、露光フィールド２１を左右から挟んで、測長センサの検出点２３よりも外側となるように配置される。また、各測長センサ列４３の両端の検出点４５間の長さは、露光フィールド２１の長手方向の長さより長い。
【００２６】
この投影露光装置においては、ウェハステージを走査させながら平坦度を測定すると、露光操作と平坦度測定を同時に行うことができるため、スループットが向上する。例えば、一つのウェハを露光しながら、このウェハの次に露光されるウェハの平坦度を測定すると、露光前に平坦度を測定することができるため、より精度が向上する。
【００２７】
また、このような測長センサ列４３を、露光フィールド２１を上下左右から挟むように４列設けてもよい。または、露光フィールド２１を上下左右、及び、斜め左上及び左下、斜め右上及び斜め右下から挟むように８列設けてもよい。ウェハは多くの場合、ラスタスキャンのように露光される。このとき、ある列の最後のウェハを露光する際に、次に露光する列のウェハの平坦度を測定できる。なお、平坦度測定は次に露光するウェハに限らず、ある列を露光しながら、隣の列のウェハの平坦度測定を行ってもよい。
【００２８】
次に、レチクルの平坦度測定について説明する。
図４は、本発明の第４の実施の形態に係る投影露光装置のレチクルの平面図である。
レチクル９の平坦度測定は、静電容量センサ等の測長センサを一次元に配列した測長センサ列５１を使用する。測長センサ列５１は、レチクルステージの露光走査方向と直交するように配置される。また、測長センサ列５１の両端の検出点５３間の長さは、露光フィールド５７の長手方向の長さより長い。図中の符号５５は、測長センサの検出点を示す。
【００２９】
レチクル露光の際には、レチクル９をレチクルステージ１１に装着した後、最初に、レチクル９全面がセンサ列５１の下を通過するようにレチクルステージ１１を走査して平坦度を測定する。そして、レチクル９の露光フィールド５７の露光中には測長センサによりレチクルの高さを測定し、先の測定で得られた平坦度の値から、露光フィールド内のレチクルの高さが所望の高さとなるようにレチクルステージの位置や高さを制御する。
このような平坦度測定をウェハ交換時に行うと、スループットを損なわずに行うことができる。
【００３０】
上述の実施例においては、測長センサに静電容量センサを使用したが、光学的検出手法を用いてもよい。例えば、非検査面に可視光等を照射し、その反射光の位置を検出してもよい。または、光の干渉効果を利用してもよい。特に平坦度測定においては、フィゾー干渉計やマイケルソン干渉計のような構成を採用してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、測長センサの配置が容易で、ステージの高さや傾きを正確に測定して位置決めできる投影露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＸ線投影露光装置の構造を模式的に示す図であり、図１（Ａ）は露光装置全体の側面図、図１（Ｂ）はウェハの平面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るＸ線投影露光装置の構造を模式的に示す図であり、図２（Ａ）は露光装置全体の側面図、図２（Ｂ）はウェハの平面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る投影露光装置のウェハの平面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る投影露光装置のレチクルの平面図である。
【図５】現在考えられているＸ線投影露光装置の構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１　Ｘ線投影露光装置　　　　　　　　３　Ｘ線光源
５　Ｘ線照明光学系　　　　　　　　　７　Ｘ線投影光学系
９　レチクル（原版）　　　　　　　１１　レチクルステージ
１３　ウェハ（感応基板）　　　　　　１５　ウェハステージ
１７　測長機構（Ｚ位置測定器）　　　１９　測長センサ
２１　露光フィールド　　　　　　　　２３　検出点
３３　平坦度測定機構　　　　　　　　３５　検出点
４１　平坦度測定機構　　　　　　　　４３　測長センサ列
４５　検出点　　　　　　　　　　　　５１　測長センサ列
５３　検出点　　　　　　　　　　　　５５　検出点
５７　露光フィールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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