(57)【要約】【課題】極端紫外線（ＥＵＶ）光を用いる露光装置におけるウェハとレチクルの位置合わせを高精度で行う。【解決手段】極端紫外線光を用いてレチクルステージ２０上の基準パターン１１０を検出する位置合わせ装置１００においては、ウェハステージ１０上のスリット１２０を経て光ファイバー等の光導波路１３２に極端紫外線光を導波させるのが難しいため、スリット１２０に対向して蛍光体１２２を配設し、スリット１２０を通過した極端紫外線光を波長の長い光に変えて光導波路１３２に導入し、制御部１４０において位置合わせのための電気信号へ変換する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のステージに載置された原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンを第２のステージに載置された被処理体に投影する投影光学系と、前記原版と前記被処理体との位置合わせのためのアライメント光を検出して、前記第１および前記第２のステージを制御する制御部と、前記第２のステージに配設された基準開口と、前記基準開口に対向して設置された蛍光発生手段と、前記基準開口を介して前記アライメント光が前記蛍光発生手段に到達した際に前記蛍光発生手段から発する光を前記制御部に導光する光導波手段と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
第１のステージに載置された原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンを第２のステージに載置された被処理体に投影する投影光学系と、前記原版と前記被処理体との位置合わせのためのアライメント光を検出して、前記第１および前記第２のステージを制御する制御部と、前記第２のステージに配設された基準開口と、前記基準開口を通過した前記アライメント光を光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子により光電変換された電気信号を電光変換する電光変換手段と、前記電光変換手段により電光変換された光信号を前記制御部に導光する光導波手段と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の露光装置を用いて作成したことを特徴とする半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板、ＣＣＤ、磁気ヘッド等の各種デバイスを製造する際に使用される露光装置に関する。本発明は、特に、露光光として極端紫外線（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を利用する露光装置に好適である。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクルやマスク等の原版に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等の被処理体に投影して回路パターンを転写する縮小投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
縮小投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光（露光光）の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど解像度はよくなる。このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い露光光の短波長化が進められ、超高圧水銀ランプ（ｉ線（波長約３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）と、用いられる紫外線光の波長は短くなってきた。
【０００４】
しかし、半導体素子は急速に微細化しており、紫外線光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで、０．１μｍ以下の非常に微細な回路パターンを効率よく転写するために、紫外線光よりもさらに波長が短い、波長１０ｎｍ〜１５ｎｍ程度の極端紫外線（ＥＵＶ）光を用いた縮小投影露光装置（ＥＵＶ露光装置）が開発されている。
【０００５】
ＥＵＶ露光装置におけるＥＵＶ光源には、例えばレーザープラズマ光源が用いられる。これは真空容器中に置かれたターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される例えば波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材としては、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等の手段で真空容器内に供給される。ターゲットから放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方が好ましい。従って、通常は数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。
【０００６】
一方、投影露光装置においては、解像度の向上に伴って、レチクルとウェハの相対的な位置を合わせるアライメントについても高精度化が必要とされている。特に、ＥＵＶ露光装置は、転写する回路パターンが極めて微細であるため、例えば、レチクル上のアライメントマークとウェハ上のアライメントマークとを厳密に位置合わせする必要がある。
【０００７】
このようなレチクル上のアライメントマークとウェハ上のアライメントマークとの位置合わせを、ウェハ上の全てのショットで毎回行うアライメント方式（ダイバイダイアライメント）もあるが、通常は、スループットに優れたグローバルアライメントが行われる。グローバルアライメントとは、ウェハ内の複数のショットのみでウェハのアライメントマークの位置を検出し、後は、ステージの送り精度で位置決めを行うものである。このアライメントマークは露光装置に内蔵された基準顕微鏡により検出する。そして、この基準顕微鏡と投影光学系の位置関係があらかじめ測定されており、この位置関係の情報に基づいて各ショットの精度が決定される。このためには、レチクルステージとウェハステージの基準位置を検出してキャリブレーションを行うことが必要となり、この精度が位置合わせの精度に影響を及ぼす。
【０００８】
従来、このような基準位置の検出方法には、レチクルステージ上の基準パターンから発せられた露光波長と同じ波長の光（アライメント光）を、投影光学系を介してウェハステージ上に投影し、ウェハステージ上に設けられた基準開口を通過させて光電変換するという手法が採られてきた。例えば、特許文献１に開示されたように、ウェハステージ側の基準開口を通過したアライメント光を光ファイバー等のリレー光学系を介して光電変換素子上に投影する。このようにリレー光学系を使用する目的は熱的な影響を分離することであると記述されているが、一般に光ファイバーを利用した信号伝送は、電気信号のみによる信号伝送に比べて、電磁的なノイズが多い環境下でも原理的に電磁的ノイズの影響を殆ど受けないという点で有利である。
【特許文献１】特開平０９−１６２１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＥＵＶ露光装置においては、高強度のパルスレーザーにより高温のプラズマが発生しており、可視光や紫外光を利用した露光装置と比較して電磁的な環境は悪くなる。計測される信号にノイズが混入するとＳ／Ｎ比が悪化して結果として位置合わせ精度の悪化に繋がるため、電磁的ノイズの影響を受けない光ファイバー等の光導波路を信号伝送路とするのが好ましい。
【００１０】
しかしながらＥＵＶ領域の光は、物質中でのＥＵＶ光の吸収率が高く、また物質中での屈折率がほぼ１に近くコアとクラッドの屈折率差が殆どなくなってしまうため、基準開口を通過したＥＵＶ光を光ファイバー中に導波させることは難しいという未解決の課題がある。
【００１１】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、露光光として極端紫外線光を用いる場合に、レチクル等原版とウェハ等被処理体の位置合わせ精度を大幅に向上できる露光装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明の露光装置は、第１のステージに載置された原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンを第２のステージに載置された被処理体に投影する投影光学系と、前記原版と前記被処理体との位置合わせのためのアライメント光を検出して、前記第１および前記第２のステージを制御する制御部と、前記第２のステージに配設された基準開口と、前記基準開口に対向して設置された蛍光発生手段と、前記基準開口を介して前記アライメント光が前記蛍光発生手段に到達した際に前記蛍光発生手段から発する光を前記制御部に導光する光導波手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
アライメント光が、光ファイバー等の光導波手段に導波させることの難しい極端紫外線光であっても、蛍光発生手段による発光を利用することで制御部に確実に光信号を伝送し、原版と被処理体との位置合わせ精度の向上を図ることができる。
【００１４】
この露光装置は、ステージ上とは離れた場所に制御部を持つ場合に特に良く効果を発揮する。このように制御部をステージとは離れた場所に配置することによって、ステージの慣性質量を小さくすることができるため応答性が悪化せず、また制御部が発生する熱がステージの歪みを引き起こすことなく、さらには制御部を構成する部品がウェハや光学系に近い場所で露光装置にとって好ましくないガスを発生することによるトラブル等を回避することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１および図２は第１の実施の形態を示すもので、露光装置Ｍ1 は、照明装置１０から発生される露光光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．５ｎｍ）を用いて、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式で、第１のステージであるレチクルステージ２０上の原版であるレチクル２１に形成された回路パターンを、投影光学系３０を介して第２のステージであるウェハステージ４０上の被処理体であるウェハ４１に投影する投影露光装置である。
【００１７】
このような露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、本実施の形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャナー）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してレチクルパターンをウェハに露光するとともに、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。
【００１８】
露光装置Ｍ1 は、照明装置１０と、レチクル２１を載置するレチクルステージ２０と、投影光学系３０と、ウェハ４１を載置するウェハステージ４０を有し、さらに、レチクルステージ２０とウェハステージ４０の間でレチクル２１とウェハ４１の位置合わせを行うための位置合わせ装置１００が配設される。
【００１９】
ＥＵＶ光は、大気に対する透過率が低く、かつ残留ガス（高分子有機ガスなど）成分との反応によりコンタミを生成してしまうため、少なくとも、ＥＵＶ光が通る光路は真空雰囲気のチャンバー１１内に配設される。
【００２０】
照明装置１０は、投影光学系３０の円弧状の視野に対する円弧状のＥＵＶ光によりレチクル２１を照明する照明装置であって、ＥＵＶ光源１２と、照明光学系１４とを有する。
【００２１】
ＥＵＶ光源１２は、例えば、レーザープラズマ光源が用いられる。これは、真空容器中のターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、かかるプラズマから放射される、例えば、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材としては、金属膜、ガスジェット、液滴などが用いられる。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方がよく、通常数ｋＨｚ以上の繰り返し周波数で運転される。
【００２２】
照明光学系１４は、複数の集光ミラー１４ａや、オプティカルインテグレーター１４ｂから構成される。集光ミラー１４ａは、ＥＵＶ光源１２からほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集める役割を果たす。オプティカルインテグレーター１４ｂは、レチクル２１を均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。また、照明光学系１４は、レチクル２１と共役な位置に、レチクル２１の照明領域を円弧状に限定するためのアパーチャ１４ｃが設けられている。
【００２３】
レチクル２１は、反射型レチクルで、その上には転写されるべき回路パターン（または像）が形成され、レチクルステージ２０に支持される。レチクル２１から発せられた回折光は、投影光学系３０で反射されてウェハ４１上に投影される。レチクル２１とウェハ４１とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置Ｍ1 は、スキャナーであるため、レチクル２１とウェハ４１を走査することによりレチクル２１のパターンをウェハ４１上に縮小投影する。
【００２４】
レチクルステージ２０は、レチクルチャック２２を介してステージ駆動部２３によってレチクル２１を支持している。レチクルステージ２０は、当業界周知のいかなる構造をも適用することができる。ステージ駆動部２３は、リニアモーターなどで構成され、少なくともＸ方向にレチクルステージ２０を駆動することでレチクル２１を移動させることができる。露光装置Ｍ1 は、レチクル２１とウェハ４１を同期した状態で走査する。ここで、レチクル２１またはウェハ４１面内の走査方向をＸ、Ｙ方向、レチクル２１またはウェハ４１面に垂直な方向をＺ方向とする。
【００２５】
投影光学系３０は、複数の反射ミラー３０ａを用いて、レチクル２１のパターンをウェハ４１上に縮小投影する。反射ミラー３０ａの枚数は、４枚ないし６枚程度である。反射ミラーは光学定数の異なる少なくとも２種類の物質の交互層からなる多層膜による反射鏡を有する。少ない枚数の反射ミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いて、レチクル２１とウェハ４１を同時に走査して広い面積を転写する。投影光学系３０の開口数（ＮＡ）は、０．２ないし０．３程度である。
【００２６】
被処理体は、本実施の形態ではウェハ４１であるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体には、フォトレジストが塗布されている。
【００２７】
ウェハステージ４０は、ウェハチャック４２によってウェハ４１を支持する。ウェハステージ４０は、例えば、リニアモーターを利用したステージ駆動部４３によってＸＹＺ方向にウェハ４１を移動する。レチクル２１とウェハ４１は、同期して走査される。また、レチクルステージ２０およびウェハステージ４０の実際の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。
【００２８】
位置合わせ装置１００は、レチクルステージ２０とウェハステージ４０との位置合わせを行う。すなわち、レチクルステージ２０とウェハステージ４０との位置関係を表わす基準位置および焦点位置を計測する機能を有する。位置合わせ装置１００は、レチクル２１上に設けられた基準パターン１１０と、ウェハステージ４０に設けられたスリット１２０と、蛍光発生手段である蛍光体１２２と、光導波手段である光導波路１３２と、制御部１４０と、を有する。照明光学系１４によって照射されたＥＵＶ光がレチクル２１の基準パターン１１０において反射して、図示しない特定のパターンを持ったアライメント光となり、投影光学系３０を介して図２の（ａ）に示すようにスリット１２０上に投影される。このスリット１２０を透過したＥＵＶ光は蛍光体１２２で吸収され、光導波路を導波させることが可能な長い波長の光を発する。
【００２９】
例えば、ＣｅがドープされたＹＡＧの結晶は波長５５０ｎｍの蛍光を発生するが、この波長は一般的に光通信等で使用される光ファイバー等の光導波路内を充分な信号強度で導波する。
【００３０】
蛍光体１２２から発生した光は光導波路１３２を導波し、制御部１４０へ導光されて再び電気信号へと変換され処理される。制御部１４０は、位置合わせ装置１００の各部を制御するとともに、前記電気信号に基づく位置合わせのための演算を行う。
【００３１】
図２の（ｂ）は位置合わせ装置１００の一部をさらに拡大して示すもので、スリット１２０は、遮光部１２０ａと基準開口である開口１２０ｂを有する。スリット１２０の開口１２０ｂを通過したＥＵＶ光が蛍光体１２２の特定の領域に照射されるため、蛍光体１２２から光が発生する領域も限られるので、光導波路１３２の開口ＮＡがこの領域からの光線を充分に取り込むことが可能である。なお、蛍光体１２２と光導波路１３２との間を、屈折率整合剤で満たしてもよい。この場合は、各部での屈折率の差による光信号の伝達損失を少なく抑えることができる。
【００３２】
このように構成された露光装置Ｍ1 の内部においては、電磁的なノイズの影響が小さい部分まで光信号で信号を伝達するように設計することが可能になり、結果として位置合わせ精度の向上を図ることができる。
【００３３】
図３は、第２の実施形態による露光装置Ｍ2 の位置合わせ装置２００のみを示す。それ以外の部位の構成は第１の実施の形態と同様であるから同一符号で表わし、説明は省略する。位置合わせ装置２００は、図３の（ａ）に示すように、ウェハステージ４０上に設けられたスリット２２０と、光電変換素子２３０と、電光変換手段である電光変換ユニット２３１と、光導波手段である光導波路２３２と、制御部２４０と、を有する。図１に示す照明光学系１４によって照射されたＥＵＶ光がレチクル２１の基準パターン１１０において反射して図示しない特定のパターンを持ったアライメント光となり、投影光学系３０を介して矢印で示すようにスリット２２０上に投影される。このスリット２２０を透過したＥＵＶ光は光電変換素子２３０によって電気信号へと変換される。光電変換素子２３０によって変換された電気信号は電光変換ユニット２３１により再び別の波長の光に変換され、光導波路２３２を導波し、制御部２４０へ導光されて再び電気信号へと変換され処理される。制御部２４０は、位置合わせ装置２００の各部を制御するとともに、前記電気信号に基づいて位置合わせのための演算を行う。
【００３４】
図３の（ｂ）は、電光変換ユニット２３１の構成を示す。電光変換ユニット２３１は、前段増幅部１３１１と、電光変換素子駆動回路１３１２と、電光変換素子１３１３から構成される。前段増幅部１３１１は、光電変換素子２３０からの電気信号を増幅する機能を持ち、電光変換素子駆動回路1３１２を駆動することが可能な電気信号を前記電光変換素子駆動回路１３１２に供給する機能を併せ持つ。また、電光変換素子駆動回路１３１２は電光変換素子１３１３を駆動することが可能な電気信号を電光変換素子１３１３に供給する機能を持つ。さらに、電光変換素子１３１３は前記駆動回路１３１２から供給された電気信号を光信号に変換する機能を持つ。
【００３５】
前段増幅部１３１１は、具体的には例えば電荷増幅回路で実現される。例えば光電変換素子２３０がフォトダイオードである場合、受光光量に対して発生電荷量がほぼ比例する領域において電荷増幅回路を採用すれば、受光光量に対して出力電圧がほぼ直線的になる構成をとることが可能であり、対応する物理量の校正が容易になる。
【００３６】
電光変換素子駆動回路１３１２は、具体的には例えば電流制御回路で実現される。例えば電光変換素子１３１３がレーザーダイオード（ＬＤ）であった場合、ＬＤに注入する電流を適切に制御することによって、ＬＤをレーザー発振領域の直線性の良い領域で使用することが可能になり、物理量の校正が容易になる。
【００３７】
電光変換素子１３１３は具体的には発光ダイオード（ＬＥＤ）、あるいは前述のＬＤなどの素子で実現される。この電光変換素子１３１３がＬＤであった場合、例えば光ファイバー付きＬＤモジュールのようなあらかじめ光導波路と適切に結合されたユニットを選択することが可能であり、電光変換ユニット組立時にＬＤと光導波路との光軸あわせが不要になる。
【００３８】
このように構成された露光装置Ｍ2 の内部においては、電磁的なノイズの影響が大きい部分において電気信号で伝送する経路を短くすることが可能になり、結果として位置合わせ精度の向上を図ることが可能になる。
【００３９】
図４は、第２の実施の形態による露光装置Ｍ2 の電光変換ユニット２３１の一変形例を示す。光電変換素子２３０がステージ上に複数個設置される構成の場合、各素子に対応する系をＣｈ１、Ｃｈ２、…ＣｈＮとし、それぞれの系に対して電光変換された波長を別々に選択する構成をとることが可能である。かかる構成において各系に対応する波長をλ１、λ２、…λｎとすると、波長多重光回路１３１４（例えば導波路形回折格子）を用いて各系を１つの光導波路で伝送することが可能になる。また、この構成では各系を一度光信号に変換してから多重化するため、各系を電気的に完全に分離することが可能になり、仮に１つの系の電気回路部分に電磁的なノイズが混入したとしても、その影響が他の系に伝搬することはない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
上記の実施の形態においては、露光装置内のレチクルとウェハステージの基準位置検出を行う位置合わせ装置について説明したが、レチクルステージとウェハの位置合わせや、基準顕微鏡とウェハの位置合わせ等、あるいは焦点検出を行う装置や、露光装置内において光量計測に高い精度を求められるその他のセンサに対しても同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施の形態による露光装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の位置合わせ装置の構成を説明する図である。
【図３】第２の実施の形態による位置合わせ装置の構成を説明する図である。
【図４】図３の装置の一変形例を説明する図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０    照明装置
１２    ＥＵＶ光源
１４    照明光学系
２０    レチクルステージ
３０    投影光学系
４０    ウェハステージ
１００、２００    位置合わせ装置
１１０    基準パターン
１２０、２２０    スリット
１２２    蛍光体
１３２、２３２    光導波路
１４０、２４０    制御部
【図１】
2007005507.tif 000003
【図２】
2007005507.tif 000004
【図３】
2007005507.tif 000005
【図４】
2007005507.tif 000006