(57)【要約】【課題】物質による吸収の大きいＥＵＶ光を用いつつ、空間像計測やベースライン計測が可能なＸ線露光装置等を提供する。【解決手段】Ｘ線露光装置は、感応基板上に転写すべきパターンが形成された反射マスクが載置されるマスクステージと、該反射マスクを波長数ｎｍ〜数１０ｎｍのＸ線（照明光）で照明する照明系と、反射マスクから反射した波長数ｎｍ〜数１０ｎｍのＸ線（マスク反射光）を感応基板上に投影結像させる投影系と、感応基板が載置される感応基板ステージとを備える。上記感応基板ステージ上に配置された空間像計測基板２０にＸ線を照射することにより該基板から放出された光電子を、光電子検出系２３〜２７によって検出し、得られた光電子の強度分布に基づいて空間像計測を行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応基板上に転写すべきパターンが形成された反射マスクが載置されるマスクステージと、
該反射マスクを波長数ｎｍ〜数１０ｎｍのＸ線（照明光）で照明する照明系と、
前記反射マスクから反射した波長数ｎｍ〜数１０ｎｍのＸ線（マスク反射光）を感応基板上に投影結像させる投影系と、
前記感応基板が載置される感応基板ステージと、を備えるＸ線露光装置であって、
前記感応基板ステージ上に配置された、前記Ｘ線を照射されると光電子を放出するマークを有する空間像計測手段と、
該手段から放出された光電子を検出する光電子検出器と、
を具備することを特徴とするＸ線露光装置。
【請求項２】
前記光電子検出器が、マイクロチャンネルプレート、光電子増倍管、又は、チャンネルトロンを含む、電子増倍作用を有する光電子検出器であることを特徴とする請求項１記載のＸ線露光装置。
【請求項３】
前記空間像計測器と前記光電子検出器との間に、阻止電界を印加するための電極をさらに具備することを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線露光装置。
【請求項４】
前記光電子検出器が、前記空間像計測手段から放出された光電子を、鏡筒又はミラーの非反射面を含む鏡筒内に配置された部材を用いて検出することを特徴とする請求項１記載のＸ線露光装置。
【請求項５】
前記空間像計測手段が、基板上に空間像計測パターンを形成することによって作製され、
前記基板及び前記空間像計測パターンが、
シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、有機物のいずれかを含む物質と、
白金（Ｐｔ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ヨウ素（Ｉ）、セシウム（Ｃｓ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）のいずれかを含む物質と、
を組み合わせることによって形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のＸ線露光装置。
【請求項６】
前記空間像計測手段が、自立基板上に空間像計測パターンを表す開口部を形成することによって作製され、
該自立基板上のＸ線が照射される部分が、白金（Ｐｔ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ヨウ素（Ｉ）、セシウム（Ｃｓ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）のいずれかを含む物質によって形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のＸ線露光装置。
【請求項７】
感応基板上に転写すべきパターンを反射マスク上に形成し、
該反射マスクを波長数ｎｍ〜数１０ｎｍのＸ線（照明光）で照明し、
該反射マスクから反射した波長数ｎｍ〜数１０ｎｍのＸ線（マスク反射光）を感応基板上に投影結像させて前記パターンを転写するＸ線露光方法であって、
空間像計測パターンを表すマークを有する空間像計測手段を前記感応基板ステージ上に配置し、
前記感応基板ステージを移動させながら前記空間像計測手段に前記Ｘ線を照射することにより、前記マークのパターンに応じて放出された光電子を検出することにより空間像計測を行うことを特徴とするＸ線露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線を用いる露光装置及び露光方法に関し、特には、ベースライン計測や投影光学系の結像性能を評価する機能の改良されたＸ線露光装置及びＸ線露光方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、半導体素子や液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程によって製造する場合に、フォトマスク又はレチクルのパターンを、表面にフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウェハ等の基板上に投影光学系を介して転写する投影露光装置が用いられている。このような投影露光装置としては、例えば、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置等が知られている。
【０００３】
半導体素子等を製造する際には、異なる回路パターンを基板上に幾層にも積み重ねて形成する必要があるため、回路パターンが描画されたレチクルと、基板上の各ショット領域に既に形成されたパターンとを正確に重ね合わせることが重要である。そのため、このような重ね合せを精度良く行うために、投影光学系の結像特性等の光学特性が所望の状態に調整されることが必要である。
【０００４】
投影光学系の光学特性を調整する際には、その前提として、光学特性を正確に計測する必要がある。この光学特性の計測方法の一つとして、空間像計測法がある。光露光装置における空間像計測法では、例えば、計測マークが形成されたレチクルを照明光により照明し、投影光学系によって形成された計測マークの空間像（投影像）に対して、像面（ウェハ面）上で矩形状又はスリット状の開口パターンを走査し、その開口パターンを透過した光を光電変換することにより空間像を計測し、この計測結果に基づいて投影光学系の光学特性を算出する。空間像計測法によれば、投影光学系のディストーション、コマ収差等の横の収差は勿論、ベストフォーカス位置、像面湾曲、球面収差等の縦の収差も計測することができる。また、実際にウェハ等に露光を行うことなく計測できるので、露光や現像に要する手間やコストを低減することができる。
【０００５】
このような空間像計測法は、マスクとウェハとの位置情報を計測するために用いることもできる。そのような位置情報計測方式には、投影光学系を介してウェハ面上のマークの位置情報を計測するＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式、投影光学系を介して、ウェハ面上に形成されたマークとマスクに形成されたマークとを同時に観察し、両者の相対位置関係を検出するＴＴＭ（スルー・ザ・マスク）方式、及び投影光学系を介することなく直接ウェハ面上のマークの位置情報を計測するオフ・アクシス方式等がある。
【０００６】
これらの計測を行う際には、場合により、ベースライン量を把握する必要がある。ベースライン量とは、オフ・アクシス方式のマーク検出系の光軸と、投影光学系の光軸との距離のことである。
【０００７】
ところで、従来の露光装置においては、光源として、例えば、波長２４８ｎｍのパルス光を発振するＫｒＦエキシマレーザや、波長１９３ｎｍのパルス光を発振するＡｒＦエキシマレーザ等が用いられていた。しかしながら、近年のデバイスパターンの微細化に伴い、光の回折限界によって制限される投影光学系の解像力をさらに向上させることが望まれている。
【０００８】
そのため、数ｎｍ〜数１０ｎｍの波長を有するＸ線が注目されている。この領域のＸ線は、軟Ｘ線又はＥＵＶ光（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ  光：極端紫外光）と呼ばれており、１３ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ光を使用したリソグラフィ技術が開発されている。この技術は、従来の波長１９０ｎｍ程度の光線を用いた光リソグラフィでは実現不可能な、７０ｎｍ以下の解像力を得られる技術として期待されている。
【０００９】
しかしながら、このような波長領域のＸ線（ＥＵＶ光）は、物質に吸収され易く、空気に対しても減衰し易い。また、そのようなＥＵＶ光を透過させることができる光学部材も、現在のところ存在しない。そのため、露光光がガラス基板を透過するような空間像計測法やベースライン計測は用いることができない。
【００１０】
ここで、特許文献１には、軟Ｘ線領域の光が用いられる露光装置において、蛍光発生物質とその表面に形成された薄膜とを含む空間像計測器を用い、薄膜に形成された開口を通過した軟Ｘ線が蛍光発生物質を照射し、該蛍光発生物質が発する光を光電変換することにより、軟Ｘ線を長波長光に変換して検出することが開示されている。
【００１１】
また、特許文献２には、投影光学系に含まれる反射ミラーにＸ線を照射することにより、投影光学系の光学特性を計測することが開示されている。
さらに、特許文献３には、波長５０ｎｍ未満の放射線を用いた平板投影装置において、入射した放射線を、それより波長の長い二次放射線に変換して検出することが開示されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２１９９００号公報
【特許文献２】
特開２０００−１００６８５号公報
【特許文献３】
特開２００２−１４１２８０号公報
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、さらに実用的に空間像計測が可能なＸ線露光装置等を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するため、本発明のＸ線露光装置は、感応基板上に転写すべきパターンが形成された反射マスクが載置されるマスクステージと、該反射マスクを波長数ｎｍ〜数１０ｎｍのＸ線（照明光）で照明する照明系と、上記反射マスクから反射した波長数ｎｍ〜数１０ｎｍのＸ線（マスク反射光）を感応基板上に投影結像させる投影系と、上記感応基板が載置される感応基板ステージと、を備えるＸ線露光装置であって、該感応基板ステージ上に配置された、Ｘ線を照射されると光電子を放出するマークを有する空間像計測手段と、該手段から放出された光電子を検出する光電子検出器とを具備する。
【００１５】
本発明によれば、露光光を空間像計測手段に照射することにより放出された光電子を検出することによって空間像を計測するので、精度の高い光学性能評価等を行うことができる。
【００１６】
ここで、上記光電子検出器は、マイクロチャンネルプレート、光電子増倍管、又は、チャンネルトロンを含む、電子増倍作用を有する光電子検出器とすることができる。
光電子増倍作用を有する光電子検出器を用いることにより、微弱な光電子信号を検出して、Ｓ／Ｎの良い信号を得ることができると共に、空間像計測手段に用いられる材料の選択の幅を広げることができる。
【００１７】
また、上記空間像計測器と上記光電子検出器との間に、阻止電界を印加するための電極をさらに具備することができる。
阻止電界を印加することにより、電極間のポテンシャルよりも大きな運動エネルギを有する光電子しか光電子検出器に到達できなくなるので、バックグラウンド信号を差し引いて、信号強度分布のコントラストを高めることができる。
【００１８】
上記光電子検出器は、上記空間像計測手段から放出された光電子を、鏡筒又はミラーの非反射面を含む鏡筒内に配置された部材を用いて検出することすることができる。
これにより、光電子検出用の電極や光電子検出器を設置するスペースがない場合においても、空間像計測手段から放出された光電子を検出することができる。
【００１９】
上記空間像計測手段は、基板上に空間像計測パターンを形成することによって作製され、該基板及び空間像計測パターンは、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、有機物のいずれかを含む物質と、白金（Ｐｔ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ヨウ素（Ｉ）、セシウム（Ｃｓ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）のいずれかを含む物質とを組み合わせることによって形成することができる。
【００２０】
また、上記空間像計測手段は、自立基板上に空間像計測パターンを表す開口部を形成することによって作製され、該自立基板上のＸ線が照射される部分が、白金（Ｐｔ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ヨウ素（Ｉ）、セシウム（Ｃｓ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）のいずれかを含む物質によって形成することができる。
【００２１】
空間像計測手段を形成する基板及び計測パターンに用いられる材料として上記の物質を組み合わせることにより、コントラストの高い信号強度分布を得ることができる。
【００２２】
本発明のＸ線露光方法は、感応基板上に転写すべきパターンを反射マスク上に形成し、該反射マスクを波長数ｎｍ〜数１０ｎｍのＸ線（照明光）で照明し、該反射マスクから反射した波長数ｎｍ〜数１０ｎｍのＸ線（マスク反射光）を感応基板上に投影結像させて上記パターンを転写するＸ線露光方法であって、空間像計測パターンを表すマークを有する空間像計測手段を上記感応基板ステージ上に配置し、該感応基板ステージを移動させながら上記空間像計測手段にＸ線を照射することにより、上記マークのパターンに応じて放出された光電子を検出することにより空間像計測を行うことを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、露光光を空間像計測手段に照射することにより放出された光電子を検出することによって空間像を計測するので、手軽に精度の高い光学性能評価等を行うことができる。
【００２４】
【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、Ｘ線露光装置の構成の一例を模式的に示す図である。
このＸ線露光装置は、光源を含む照明系ＩＬを備えている。照明系ＩＬから放射されたＥＵＶ光（一般に５〜２０ｎｍの波長が用いられ、本実施形態においては、１３．５ｎｍの波長が用いられている）は、折り返しミラー１で反射してレチクル２に照射される。
【００２５】
レチクル２は、レチクルステージ３上に保持されている。このレチクルステージ３は、走査方向（Ｙ方向）に１００ｍｍ以上のストロークを持ち、レチクル面内の走査方向と直交する方向（Ｘ方向）に微小ストロークを持ち、光軸方向（Ｚ方向）も微小ストロークを持っている。ＸＹ方向の位置は図示せぬレーザ干渉計で高精度にモニタされ、Ｚ方向はレチクルフォーカス送光系４とレチクルフォーカス受光系５からなるレチクルフォーカスセンサでモニタされている。
【００２６】
レチクル２で反射したＥＵＶ光は、図中下側の光学鏡筒１４内に入射する。このＥＵＶ光は、レチクル２に描かれた回路パターンの情報を含んでいる。レチクル２には、ＥＵＶ光を反射する多層膜（例えばＭｏ／ＳｉやＭｏ／Ｂｅ）が形成されており、この多層膜の上に吸収層（例えばＮｉやＡｌ）の有無でパターニングされている。
【００２７】
光学鏡筒１４には、投影光学系の反射鏡６〜９が設けられている。光学鏡筒１４に入射したＥＵＶ光は、第１ミラー６で反射した後、第２ミラー７、第３ミラー８、第４ミラー９と順次反射し、最終的にはウェハ１０に対して垂直に入射する。投影系の縮小倍率は、例えば１／４や１／５である。この図では、ミラーは４枚であるが、Ｎ．Ａ．をより大きくするためには、ミラーを６枚あるいは８枚にすると効果的である。
【００２８】
ウェハステージ１１は、光軸と直交する面内（ＸＹ平面）を自由に移動することができ、ストロークも例えば３００〜４００ｍｍである。同ウェハステージ１１は、光軸方向（Ｚ方向）にも微小のストロークの上下が可能で、Ｚ方向の位置はウェハオートフォーカス送光系１２とウェハオートフォーカス受光系１３からなるウェハオートフォーカスセンサでモニタされている。露光動作において、レチクルステージ３とウェハステージ１１は、投影系の縮小倍率と同じ速度比、すなわち、４：１あるいは５：１で同期走査する。ウェハステージ１１上には、レチクルに描画されたパターンが投影されるウェハ１０が戴置されている。
アライメント光学系１５は、ウェハステージに戴置されたウェハ１０の位置合わせを行う際に用いられるオフアクシスアライメント光学系であり、例えば、ＦＩＡ光学系である。
【００２９】
なお、投影光学系の光学特性の評価やベースライン計測を行うために空間像測定を行う際には、ウェハステージ１１上に、空間像計測器２０が設けられる。
また、ＥＵＶ光は大気に吸収されて減衰するため、各光学系やステージは全て真空チャンバ内に収納されている。
【００３０】
次に、図１のＸ線露光装置の空間像検出系について説明する。
図２の（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線露光装置に含まれる空間像検出系２０〜２７を模式的に示している。なお、図１においては、これらの空間像検出系のうち、電極２３と空間像計測基板２０のみをウェハ上に示す。
【００３１】
空間像計測基板２０は、ウェハステージ１１上に設けられており、光学鏡筒１４から射出された露光光１００を照射されることにより光電子を放出する。
ウェハステージ１１の上方には、空間像計測基板２０を囲うように、半球状の電極２３が設けられている。電極２３は、空間像計測基板２０から放出された光電子を収集する光電子コレクタである。電極２３の上部には、露光光１００が通過できるように、開口２３ａが形成されている。
【００３２】
電極２３には、例えば、１ＭΩの抵抗２４を介して、電源２６により、バイアス電圧が印加されている。このバイアス電圧は、例えば、数ボルト〜数キロボルトであり、空間像計測基板２０から放出された光電子を引き寄せるのに十分な電界を生成できる程度で良い。
【００３３】
電極２３には、カップリングキャパシタ２５を介して、積分器２７が接続されている。積分器２７は、光電子が電極２３に収集されると、所定のショット数（例えば、６０００パルス／秒）あたりの光電子流を積分し、その積分値を電圧として出力する。また、所定のショット数だけ積分したならば、リセット信号２８により積分値をクリアすることができる。
【００３４】
図２の（ｂ）は、図２の（ａ）の空間像計測基板２０を示す平面図であり、光学鏡筒方向から見た様子を示している。空間像計測基板２０は、導電性を有する自立基板２１上に、導電性を有する材料により、露光すべき最小の線幅と同程度の線幅を有するマーク２２を形成したものである。本実施形態においては、基板２１の材料としてシリコン（Ｓｉ）を用い、電気伝導度をさらに高めるために、これにボロン（Ｂ）を多量にドープしている。このような基板２１上に、マーク２２として、白金（Ｐｔ）を用い、線幅５０ｎｍ、長さ１０μｍの複数のラインパターンを５０ｎｍ間隔で形成している。図２の（ｂ）に示すように、基板２１、及び、それに接触しているマーク２２は接地されている。なお、図２の（ｂ）に示す斜線部分は、光学鏡筒１４から照射される露光光１００を示している。
【００３５】
次に、本実施形態に係る露光方法における空間像計測方法について、図２及び図３を参照しながら説明する。図３は、積分器２７の出力をプロットすることにより得られた光電子の強度分布を示す図である。
図２の（ａ）に示すように、光学鏡筒から射出された露光光１００を空間像計測基板２０に照射しながら、ウェハステージ１１を矢印方向に走査する。すると、マーク２２の露光光１００が照射された領域から、光電子が放出される。この光電子は、電極２３に収集され、カップリングキャパシタ２５を通過して、積分器２７に流れ込む。この積分器２７の出力をプロットすることにより、図３に示すように、空間像計測基板２０の位置に応じた光電子の強度分布が得られる。この強度分布の形状やコントラストを解析することにより、解像力や重ね合わせ精度等、投影光学系の結像性能を評価することができる。
【００３６】
ここで、本実施形態においては、電極２３の形状を半円形としたが、この形状に限るものではない。例えば、光学鏡筒１４とウェハステージ１１との間隔が小さく、半円形の電極の接地が困難等の場合には、平板や、その他、任意の形状を有する電極を用いても良い。
【００３７】
また、本実施形態においては、空間像計測基板２０に形成されるマーク２２として、複数のバーを平行に配置したラインパターンを用いたが、パターンとしてはこれに限られず、例えば、十字パターンや、１本のみのラインパターンを用いても良い。本発明においては、積分器によって、複数ショットの光電子を積分しているが、ショット毎の光電子数を積分するものであっても良い。
【００３８】
また、図２の（ａ）に示すバイアス電圧印加用の抵抗２４、カップリングキャパシタ２５、積分器２７等は、光学鏡筒やウェハステージ１１を収納する真空容器（図示せず）の内部に設けても良いし、外部に設けても良い。これらの回路からの発熱を考慮する場合には、これらの回路を真空容器の外部に設けることが好ましい。なお、後述するように、露光光の波長と、空間像計測基板２０の基板やマーク２２の材料との組み合わせにより、バイアス電圧を印加しなくても十分に光電子を収集できる場合には、バイアス電圧を印加しなくても良い。
【００３９】
さらに、露光光１ショット当たりに、空間像計測基板２０のマーク２２から放出される光電子数が十分に多い場合には、積分器２７を用いないで、光電子に対応して出力される電流値又は電圧値に基づいて、光学系の性能評価を行っても良い。後述するように、露光光の波長と、空間像計測基板２０の基板やマーク２２の材料との組み合わせにより、マーク２２から放出される光電子数を調節することができる。
【００４０】
空間像計測基板２０の基板２１とマーク２２の材料としては、露光光１００によりウェハステージ１１を走査することによって得られる光電子の強度分布のコントラストが高くなるような材料の組み合わせを選択することが望ましい。即ち、基板材料及びマーク材料に、露光光に対する光イオン化断面積の差が大きな物質を選択することが良い。例えば、本実施形態においては、波長１３．５ｎｍ（９１ｅＶ）の露光光を用いている。これに対して、基板２１の材料であるＳｉにおいて、２ｐ軌道の結合エネルギは９９ｅＶである。そのため、Ｓｉ基板に波長１３．５ｎｍのＸ線を入射しても、２ｐ軌道の電子は真空中に放出されず、結合エネルギが数ｅＶ〜数１０ｅＶの価電子準位からの光電子のみが放出される。一方、マーク２２の材料であるＰｔにおいて、４ｆ軌道の結合エネルギは、７４．５ｅＶ（４ｆ５／２）、及び、７１．２ｅＶ（４ｆ７／２）である。このようなＰｔマークに１３．５ｎｍのＸ線を入射すると、価電子準位の電子に加え、４ｆ軌道の電子が真空中に放出される。そのため、Ｐｔパターンから放出される光電子数は、Ｓｉ基板から放出される光電子数よりも各段に多くなる。これにより、光電子を収集することによって得られる強度分布におけるコントラストを高くすることができる。
【００４１】
このように、照射されるＸ線の波長との関係に基づいて、露光光のフォトンエネルギにより内殻電子を励起し、光電子として真空中に放出することができる物質とできない物質とを用いて、基板とマーク部分を作製すれば良い。
【００４２】
波長１３．５ｎｍのＸ線のフォトンエネルギによって内殻束縛電子を真空中に叩き出すことができる物質としては、上記のＰｔの他に、次の物質群が挙げられる。ここで、括弧内は、内殻束縛電子の電子配置と、その結合エネルギを表している。即ち、イッテルビウムＹｂ（４ｆ  ３ｅＶ、５ｐ１／２  ３０ｅＶ、５ｐ３／２  ２４ｅＶ  １４ｅＶ）、ルテチウムＬｕ（４ｆ５／２  ９ｅＶ、４ｆ７／２  ７ｅＶ、５ｐ１／２  ３４ｅＶ、５ｐ３／２  ２７ｅＶ）、ハフニウムＨｆ（４ｆ５／２  １６ｅＶ、４ｆ７／２  １４ｅＶ、５ｐ１／２  ３８ｅＶ、５ｐ３／２  ３０ｅＶ）、タンタルＴａ（４ｆ５／２  ２４ｅＶ、４ｆ７／２  ２２ｅＶ、５ｐ１／２  ４３ｅＶ、５ｐ３／２  ３３ｅＶ）、タングステンＷ（４ｆ５／２  ３３ｅＶ、４ｆ７／２  ３１ｅＶ、５ｐ１／２  ４７ｅＶ、５ｐ３／２  ３７ｅＶ）、レニウムＲｅ（４ｆ５／２  ４２ｅＶ、４ｆ７／２  ４０ｅＶ）、オスミウムＯｓ（４ｆ５／２  ５４ｅＶ、４ｆ７／２  ５１ｅＶ、５ｐ  ４４ｅＶ）、イリジウムＩｒ（４ｆ５／２  ６４ｅＶ、４ｆ７／２  ６１ｅＶ、５ｐ  ４８ｅＶ）、金Ａｕ（４ｆ５／２  ８８ｅＶ、４ｆ７／２  ８４ｅＶ、５ｐ１／２  ７４ｅＶ、５ｐ３／２  ５７ｅＶ）、ルテニウムＲｕ（４ｐ  ４３ｅＶ）、ロジウムＲｈ（４ｐ  ４８ｅＶ）、パラジウムＰｄ（４ｐ  ５２ｅＶ）、銀Ａｇ（４ｐ  ６０ｅＶ）、インジウムＩｎ（４ｐ  ７８ｅＶ、４ｄ  １７ｅＶ）、錫Ｓｎ（４ｐ  ８９ｅＶ、４ｄ  ２５ｅＶ）、アンチモンＳｂ（４ｄ  ３３ｅＶ）、テクネチウムＴｃ（４ｄ  ４２ｅＶ）、ヨウ素Ｉ（４ｄ  ５１ｅＶ）、セシウムＣｓ（４ｄ３／２  ８０ｅＶ、４ｄ５／２  ７７ｅＶ）、リチウムＬｉ（１ｓ  ５５ｅＶ）、マグネシウムＭｇ（２ｐ  ５０ｅＶ）、アルミニウムＡｌ（２ｐ  ７３ｅＶ）、クロムＣｒ（３ｐ  ４３ｅＶ）、鉄Ｆｅ（３ｐ  ５３ｅＶ）、コバルトＣｏ（３ｐ  ６０ｅＶ）、ニッケルＮｉ（３ｐ  ６７ｅＶ）、銅Ｃｕ（３ｐ１／２  ７７ｅＶ、３ｐ３／２  ７５ｅＶ）、亜鉛Ｚｎ（３ｐ１／２  ９１ｅＶ、３ｐ３／２  ８９ｅＶ）、ガリウムＧａ（３ｄ  １９ｅＶ）、ゲルマニウムＧｅ（３ｄ  ２９ｅＶ）等である。
【００４３】
実際には、これらの物質を単独で用いて基板やマーク部分を形成しても良いし、これらの物質を含む混合物や化合物を基板やマーク部分の材料として用いても良い。
【００４４】
本実施形態においては、基板材料として光電子放出量の少ない物質（Ｓｉ）を用い、マーク材料として光電子放出量の多い物質（Ｐｔ）を用いたが、反対に、基板材料として光電子放出量の多い物質を用い、マーク材料として光電子放出量の少ない物質を用いても良い。即ち、基板から放射される光電子とマーク部分から放射される光電子とのコントラストが高くなれば良い。
【００４５】
本実施形態においては、基板材料及びマーク材料に導電体を用いたが、絶縁体を用いてこれらのいずれかを作製しても良い。例えば、Ｓｉ基板をＰｔによって厚さ５０ｎｍでコートし、その表面に、レジスト（絶縁体）によって幅５０ｎｍ、長さ１０μｍのラインパターンを形成する。一般に、レジストは炭素や酸素等によって形成されているが、これらの物質の内殻準位電子は、波長１３．５ｎｍのＸ線によって励起することができない。そのため、上記のように基板及びマーク部分を形成された空間像計測基板を用いて空間像測定を行うと、マーク部分から放出される光電子数が、基板（Ｐｔ）から放出される光電子数よりも少なくなるような強度分布が得られる。
また、上記の例とは反対に、基板材料に絶縁体を、マーク材料に導電体を用いても良く、その場合には、マーク部分をグランドに接地するようにする。
【００４６】
基板とマーク部分に用いられる材料を選択する際には、露光波長を考慮することが望ましい。例えば、露光波長が１１ｎｍ（１１１ｅＶ）の場合には、Ｓｉの２ｐ準位も励起されるので、Ｓｉは、光電子放出量の多い物質と見なすことができる。この場合には、基板材料にＳｉを用い、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のレジストによってマーク部分をパターニングすれば良い。このようなレジストの主要構成物質である炭素や酸素の内殻準位電子は、波長１１ｎｍの露光光によっても励起されないので、レジスト材料を光電子放出量の少ない物質として扱うことができる。
【００４７】
光電子の脱出深さは、数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度であるので、マーク部分の厚さは、数１０ｎｍにすれば十分である。また、基板については、上記の物質又はそれらの混合物や化合物によって基板全体を作製しても良いし、他の材料によって形成された基板を、上記の物質又はそれらの混合物や化合物によって厚さ数ｎｍ以上コートすることにより作製しても良い。
【００４８】
本実施形態においては、空間像計測基板のマークを、基板にマーク材料を用いてパターニングすることにより作製したが、基板にパターンの開口を形成することにより作製しても良い。このようなステンシル（孔開き）タイプは、開口を形成する工程が難しいが、空間像測定における強度分布のコントラストを高めることができる。或いは、基板に、エッチングによりパターンの溝を形成することにより、マーク部分を作製しても良い。この場合に、エッチングによって形成された溝から放出された光電子は、溝の壁によって吸収されるので、基板外に放出される量は少なくなる。そのため、基板部と溝部から放出される光電子数に差が生じるので、高コントラストな強度分布を得ることができる。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態に係るＸ線露光装置について説明する。図４は、本実施形態に係るＸ線露光装置に含まれる空間像検出系２０及び３０〜３９を模式的に示している。その他の構成については、図１に示すものと同様である。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
【００５０】
図４に示すように、本実施形態に係るＸ線露光装置は、空間像計測基板２０から放出された光電子を検出するマイクロチャネルプレート（ｍｉｃｒｏ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｐｌａｔｅ：ＭＣＰ）を有している。ＭＣＰとは、２次電子増倍管の一種であり、ガラス板等の誘電体に、例えば、１５〜１６μｍの孔（チャネル）が多数形成されている構造を有している。このガラス板の入射面３１ａと出射面３１ｂの間に高電圧を印加することにより、板に形成された孔に入射した電子やイオンが増幅される。チャネルに入射した電子等は、各チャネルにおいて増幅されるので、アノード電極が複数あるものや、蛍光面を有するＭＣＰ３０であれば、放射された光電子の位置情報も得ることができる。
【００５１】
ＭＣＰ３０の中心には、露光光１００が通過できるように、開口３０ａが形成されている。また、ＭＣＰ３０には、電源３３が接続されている。電源３３から出力される電圧は、抵抗３４及び３５によって抵抗分割され、これにより、ＭＣＰ３０の入射面３１ａには、例えば、１ｋＶの電圧が印加され、出射面３１ｂには、例えば、３ｋＶの電圧が印加される。
【００５２】
ＭＣＰ３０は、増幅された電子を収集するアノード電極３２を有している。アノード電極３２には、抵抗３７を介して電源３６が接続されており、アノード電極３２の電位が、ＭＣＰ出射面に対して、例えば、１００Ｖ高くなるように設定されている。また、アノード電極３２は、カップリングキャパシタ３８を介して、積分器３９と接続されている。積分器３９は、アノード電極３２に光電子が収集されると、所定のショット数（例えば、６０００パルス／秒）あたりの光電子流を積分し、その積分値を電圧として出力する。
【００５３】
次に、本実施形態に係るＸ線露光方法における空間像計測方法について説明する。
露光光１００を照射することにより、空間像計測基板２０から放出された光電子は、ＭＣＰ３０の入射面３１ａの電位によって加速されると共に、ＭＣＰ３０の入射面３１ａに入射する。ＭＣＰ３０の各チャネルにおいて、入射した光電子は、例えば、１０６倍程度に増幅され、アノード電極３２に流れ込む。さらに、これらの光電子は、アノード電極３２から、カップリングキャパシタ３８を通過し、積分器３９に流れ込む。
【００５４】
ウェハステージ１１を移動させ、露光光１００により空間像計測基板２０を走査しながら積分器３９の出力をプロットすることにより、図３に示すように、空間像計測基板２０の位置に応じた光電子の強度分布が得られる。この強度分布の形状やコントラストを解析することにより、解像力や重ね合わせ精度等、投影光学系の結像性能を評価することができる。
【００５５】
本実施形態においては、光電子検出器として、電子増倍作用を有するＭＣＰを用いているので、微弱な光電子信号を増幅して、Ｓ／Ｎの良い信号を得ることができると共に、照射時間を短くすることができる。ここで、光電子検出器としては、ＭＣＰと同様に電子増倍作用を有するものであれば、光電子増倍管、チャンネルトロン等、他の検出器を用いても良い。
【００５６】
また、本実施形態においては、露光光を通過させるために、開口が形成されたＭＣＰを用いているが、ＭＣＰの形状としては、この形態に限られるものではなく、例えば、複数個のＭＣＰを組み合わせることにより、光学鏡筒から空間像計測基板２０に抜ける露光光１００の通路を形成しても良い。或いは、ＭＣＰの開口が四角形のものや、露光フィールドの形に合った円弧状のものを用いても良い。また、ＭＣＰの配置場所については、空間像計測基板２０の近傍であれば、本実施形態において示す配置に限らず、何処に配置しても良い。さらに、光電子信号を増幅するために、複数段のＭＣＰを用いても良い。
【００５７】
次に、本発明の第３の実施形態に係るＸ線露光装置について説明する。図５は、本実施形態に係るＸ線露光装置に含まれる空間像検出系２０及び３０〜４５を模式的に示している。その他の構成については、図１に示すものと同様である。
【００５８】
図５に示すように、本実施形態に係るＸ線露光装置においては、光電子を検出するＭＣＰ３０と空間像計測基板２０との間に、阻止電界を印加するためのメッシュ状の電極４０が設けられている。このとき、空間像計測基板２０は、グランドに接地されており、電極４０は電源４２に接続されている。また、本実施形態において、ＭＣＰ３０に接続されている電源４３から出力される電圧は、抵抗４４、４５によって抵抗分割され、ＭＣＰ３０の出射面３１ｂ及びアノード電極３２に印加されている。さらに、ＭＣＰ３０の入射面３１ａは、接地されている。
【００５９】
電源４２によって電極４０に負の電圧を印加すると、電極４０とＭＣＰ３０の入射面３１ａとの間に阻止電界が生成される。これにより、これらの間のポテンシャルよりも大きな運動エネルギを有する光電子しか、ＭＣＰ３０に到達することができなくなる。
【００６０】
例えば、空間像計測基板２０がＳｉ材料の基板とＰｔ材料のマークとによって形成されている場合に、この空間像計測基板２０に波長１３．５ｎｍ（９１ｅＶ）のＸ線を照射すると、Ｓｉ基板からは、フォトンエネルギから価電子準位の束縛エネルギ（数１０ｅＶ）を差し引いた７０〜８０ｅＶ程度の運動エネルギを有する光電子が放出される。一方、Ｐｔマークからは、フォトンエネルギから価電子準位の束縛エネルギ（数１０ｅＶ）を差し引いた７０〜８０ｅＶ程度の運動エネルギを有する光電子と共に、フォトンエネルギから４ｆの結合エネルギ（４ｆ５／２  ７４．５ｅＶ、４ｆ７／２  ７１．２ｅＶ）を差し引いた２０ｅＶ程度の運動エネルギを有する光電子が放出される。その際に、電極４０にマイナス３０Ｖの電圧を印加すると、Ｓｉ基板から放出される光電子数はほとんど変化しない。しかしながら、Ｐｔマークから放出される４ｆの光電子はＭＣＰ３０に到達できなくなるので、検出される光電子数は大きく減少する。
【００６１】
そこで、阻止電圧を印加する場合と、印加しない場合とで信号強度を測定し、それらの差を取ることにより、Ｐｔマークのバックグラウンド信号を差し引くことができ、信号強度分布のコントラストを向上させることができる。例えば、ステージを所定の位置に動かして、阻止電圧（例えば、３０Ｖ）を印加した場合と、しない場合とで、それぞれ光電子信号を取り込む。その後、ステージをわずかに動かし、同様に信号を取り込む。この動作を繰り返し、各ステージ位置において阻止電圧が有る場合と無い場合との間の信号強度の差を取ると、シリコン基板部においては信号差がほとんど０になり、パターン部においては信号差が大きくなるので、コントラストの高い空間像を得ることができる。
電極４０を通過する光電子に対して、ポテンシャル差を明確につけるために、電極４０と空間像計測基板との間に、グランドに接地されたメッシュ状の電極を挿入しても良い。
【００６２】
次に、本発明の第４の実施形態に係るＸ線露光装置について説明する。図６は、本実施形態に係るＸ線露光装置に含まれる空間像検出系２０及び５０〜５４を模式的に示している。本実施形態に係るＸ線露光装置は、電極５０及び５１と、抵抗５２及び５３とＯＰアンプ５４とから成る差動増幅回路とを有している。その他の構成については、図１に示すものと同様である。
【００６３】
本実施形態において、空間像計測基板２０から放出された光電子は、電極５０及び５１に収集される。積分器５５、５６は、これらの光電子を、１ショットごとに、又は、複数ショットの光電子流を積分する。そして、それらの信号が、ＯＰアンプ５４の正入力及び負入力にそれぞれ入力される。電極５１に前面には、阻止電圧印加用の電極５７が設けられている。電極５７には、阻止電圧（例えば、−３０Ｖ）が印加されている。従って、電極５０には、空間像計測基板２０から放出された全ての光電子が入射し、電極５１には、低エネルギー光電子が除去された光電子が入射する。これにより、ＯＰアンプ５４からは、２つの入力電圧の電位差だけ増幅された信号が出力される。積分器５５、５６には、ゲイン調整、オフセット調整機能がついており、ＯＰアンプ５４の暗信号を十分に小さくすることができる。従って、この出力を、ウェハステージ１１を移動させ、露光光１００により空間像計測基板２０を走査しながらプロットすることにより、空間像計測基板２０の位置に応じた光電子の強度分布が得られる。
【００６４】
本実施形態によれば、阻止電圧を印加した信号と、印加しない信号とを同時に取得することにより、コントラストの高い光電子強度分布が得られる。そのため、電源電圧や温度等、周囲の環境変化による影響を受け難い出力信号を得ることができる。
【００６５】
図５においては、空間像計測基板２０とＭＣＰ３０との間に、阻止電圧印加用電極４０を挿入したが、ＭＣＰの入射面側に負電圧を印加することにより、阻止電圧としても良い。この様にすると、阻止電圧印加用電極が不要になるので、部材の配置スペースが少ない場合においても実施可能である。
【００６６】
図８を用いて説明する。ＭＣＰ３０の入射面３１ａ側には、電圧可変の直流電源４８が接続されている。その他の空間像検出系及びそれが適用されるＸ線露光装置の構成については、図１及び図４に示すものと同様である。
ＭＣＰ３０のアノード電極３２には、抵抗４６を介して電源４３が接続されている。電源４３の出力電圧は、抵抗４５、４４によって分割され、ＭＣＰ出射面３１ｂとアノード電極との間に約１００Ｖ、ＭＣＰ出射面３１ｂとグランドとの間に約１ｋＶの電位差を生じる。ここで、アノード電圧＞ＭＣＰ、出射電圧＞０である。ＭＣＰ入射面３１ａには、電源４８により、−３０Ｖの電圧が印加されている。空間像計測基板２０は、グランドに接地されているので、空間像計測基板２０とＭＣＰ入射面３１ａとの間には、３０Ｖのポテンシャル差がある。そのため、Ｐｔの内殻電子は、ＭＣＰに到達できない。従って、前述の阻止電圧用電極を使用した場合と同じ効果を得ることができる。
【００６７】
次に、本発明の第６の実施形態に係るＸ線露光装置について説明する。図７の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係るＸ線露光装置に含まれる空間像検出系を模式的に示している。
本実施形態に係るＸ線露光装置は、空間像計測基板２０から放出される光電子を収集する際に、図２に示す電極２３の替わりに、鏡筒や鏡筒内に設置されているミラー等の光学部材を用いるものである。その他の構成については、図１に示すＸ線露光装置と同様である。
【００６８】
図７の（ａ）は、光電子を収集する電極として、鏡筒６０を用いている。本実施形態において、鏡筒６０はインバー材料（低熱膨張合金）によって形成されており、光電子検出用の電極を兼ねている。鏡筒６０に正の電圧を印加すると、空間像計測基板２０から放出された光電子が鏡筒５０に引き寄せられる。鏡筒に収集された光電子は、カップリングキャパシタ２５を通過して積分器２７に流れ込み、放出された光電子数に応じた積分値が電圧値として出力される。
【００６９】
或いは、光電子を収集する電極として、鏡筒内に設けられた部材を用いても良い。例えば、図７の（ｂ）に示すように、鏡筒７０内に設けられた第一ミラー７１の裏面には、例えば、銀（Ａｇ）をコートすることによって導電材料層７２が形成されており、そこに回路系２４〜２７が接続されている。露光光１００を照射することにより空間像計測基板２０から放出された光電子は、ミラー７１の裏面の導電材料層７２に入射する。これにより、回路系２４〜２７は、放出された光電子数に応じた積分値を電圧値として出力する。なお、ミラーの反射面のように、導電性を有する部材（部分）を電極として使用する場合には、ミラー反射面に直接回路系２４〜２７を接続しても良い。（例えば、ミラー９の反射面に接続する。）
【００７０】
さらに、鏡筒や、鏡筒内に配置された部材の他にも、空間像計測基板２０の近傍に設けられた導電性の構造物であれば、光電子収集用の電極と兼用させることができる。
本実施形態によれば、光電子検出用の電極やＭＣＰ等を設置するスペースがない場合においても、空間像計測基板２０から放出された光電子を検出することができる。
【００７１】
また、空間像計測基板２０と鏡筒あるいは鏡筒内に配置された部材との間に光電子増幅作用のある部品（例えば、ＭＣＰ）を挿入し、増倍された光電子を鏡筒あるいは鏡筒内に配置された部材によって収集しても良い。つまり、鏡筒や鏡筒内に配置された部材を、図４に示すアノード電極の替わりとして用いても良い。
【００７２】
なお、本発明によれば、検出器系をウェハステージ側に設置しなくても良いので、検出器系から放出される熱の影響が無くなるので好ましい。
【００７３】
【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、物質による吸収の大きい波長数ｎｍ〜数１０ｎｍのＸ線を用いて、空間像の評価やベースライン測定を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るＸ線露光装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】図２の（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線露光装置に含まれる空間像検出系の構成を模式的に示す図であり、図２の（ｂ）は、図１の（ａ）に示す空間像計測基板を示す平面図である。
【図３】図２に示す空間像計測基板から放出される光電子の強度分布を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＸ線露光装置に含まれる空間像検出系の構成を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るＸ線露光装置に含まれる空間像検出系の構成を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係るＸ線露光装置に含まれる空間像検出系の構成を模式的に示す図である。
【図７】図７の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係るＸ線露光装置に含まれる空間像検出系の構成を模式的に示す図である。
【図８】図５に示す空間像検出系の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１  折り返しミラー                  ２  レチクル
３  レチクルステージ                ４  レチクルフォーカス送光系
５  レチクルフォーカス受光系        ６、７１  第１ミラー
７  第２ミラー                      ８  第３ミラー
９  第４ミラー                      １０  ウェハ
１１  ウェハステージ
１２  ウェハオートフォーカス送光系
１３  ウェハオートフォーカス受光系
１４、６０、７０  光学鏡筒
１５  アライメント光学系
２０  空間像計測基板
２１  基板
２２  マーク
２３、４０、５０、５１  電極
２３ａ  開口
２４、３４、３５、３７、４４〜４６、５２、５３  抵抗
２５、３８  カップリングキャパシタ
２６、３３、３６、４２、４３、４８  電源
２７、３９、５５、５６  積分器
３０  マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）
３１ａ  入射面                      ３１ｂ  出射面
３２  アノード電極                  ５７  阻止電圧印加用電極
５４  ＯＰアンプ                    ７２  導電材料層
１００  露光光
【図１】
2005050949.tif 000003
【図２】
2005050949.tif 000004
【図３】
2005050949.tif 000005
【図４】
2005050949.tif 000006
【図５】
2005050949.tif 000007
【図６】
2005050949.tif 000008
【図７】
2005050949.tif 000009
【図８】
2005050949.tif 000010