(57)【要約】露光装置（１００）では、マスク（Ｒ）のパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さを、照射系（２０ａ）からの検出光束の保護部材の表裏面における第１、第２反射光束を受光系（２０ｂ）でそれぞれ受光し、その検出信号に基づいて主制御装置（５０）が保護部材の厚さを算出する。これにより、その算出された保護部材の厚さに応じたパターンの像の結像状態の変動分を考慮した露光が可能となる。従って、マスクのパターン面を保護する保護部材の厚さの相違に影響を受けることがなく、高精度な露光を行うことが可能となる。また、この場合に、検出光束の入射角を最適化することにより、受光系の検出オフセットの設定、あるいは原点位置の再設定が不要となる。
2002043123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さを検出する検出装置を備える露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の露光装置において、
前記光透過性の保護部材は、平行平板から成る透明板によって形成され、
前記検出装置は、前記透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射系と、前記透明板の前記パターン面に対向する側の面及びその反対側の面からの第１、第２の反射光束をそれぞれ受光してそれぞれの検出信号を出力する第１の光検出器と、前記第１の光検出器から出力される検出信号に基づいて前記透明板の厚さを算出する演算装置とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の露光装置において、
前記検出装置は、前記パターン面からの第３の反射光束を受光してその検出信号を出力する第２の光検出器を更に備え、
前記演算装置は、前記第１の光検出器から出力される検出信号と前記第２の光検出器から出力される検出信号とに基づいて前記パターン面の法線方向の位置をも算出することを特徴とする露光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の露光装置において、
前記演算装置は、前記第１の光検出器から出力される検出信号に基づいて前記透明板の厚さを算出する第１の算出器と、該第１の算出器で算出された前記透明板の厚さと、前記第２の光検出器から出力される検出信号とに基づいて前記パターン面の法線方向の位置を算出する第２の算出器とを含むことを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項３に記載の露光装置において、
前記検出装置は、前記第１の光検出器から出力される検出信号に基づいて、前記第２の光検出器をキャリブレーションするキャリブレーション装置を更に備えることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項５に記載の露光装置において、
前記キャリブレーション装置は、前記パターン面からの反射光束の光軸をシフトさせることにより、前記第２の光検出器のキャリブレーションを行うことを特徴とする露光装置。
【請求項７】
請求項６に記載の露光装置において、
前記キャリブレーション装置は、前記パターン面から前記第２の光検出器に至る前記反射光束の光路上に配置され、前記反射光束の光軸に対する傾きを変更可能な平行平板を含むことを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項２に記載の露光装置において、
前記マスクから射出される前記エネルギビームを前記基板上に投射するとともに、その光軸方向が前記法線方向となるように配置された投影光学系と；
前記演算装置で算出された前記透明板の厚さに基づいて前記マスクと前記基板との位置関係、及び前記投影光学系の光学特性の少なくとも一方を補正する補正装置と；を更に備えることを特徴とする露光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の露光装置において、
前記照射系は、前記エネルギビームにより照明される前記投影光学系の露光エリアに対応する前記パターン面の領域内の複数の検出点に前記検出光束をそれぞれ照射し、
前記第１の光検出器は、前記各検出点に個別に対応して複数設けられ、
前記演算装置は、前記複数の第１の光検出器からの検出信号により前記透明板の厚さの分布を算出し、
前記補正装置は、前記マスクと前記基板との少なくとも一方の前記投影光学系の前記光軸方向に直交する面に対する傾斜を調整することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して入射角αで検出光束を照射する照射系と、前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光してその検出信号を出力する光検出器と、該光検出器の出力に基づいて前記パターン面の法線方向に関する前記パターン面の位置を算出する算出器とを有する位置検出系と；
前記マスクから射出される前記エネルギビームを前記基板上に投射するとともに、前記法線方向をその光軸方向とする投影光学系と；を備え、
前記検出光束の前記透明板内の射出角をβ、前記投影光学系の開口数と投影倍率とによって定まる前記エネルギビームの前記透明板に対する入射角の最大角度をα’、前記エネルギビームの前記透明板内の射出角をβ’とした場合に、前記入射角αが、
ｔａｎβ／ｔａｎα＝ｔａｎβ’／ｔａｎα’
を満足するように設定されていることを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の露光装置において、
前記エネルギビームが波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光であり、
前記入射角αが、３０°〜５０°の範囲内に設定されていることを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の露光装置において、
前記入射角αが、３５°〜４０°の範囲内に設定されていることを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の露光装置において、
前記検出光束が波長６００ｎｍ〜８００ｎｍに属する赤色光であり、
前記透明板がフッ素ドープ石英であることを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の露光装置において、
前記透明板の厚さｔに基づいて前記投影光学系の光学特性を補正する補正装置を更に備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の露光装置において、
前記厚さｔを検出する検出装置を更に備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射系と；
前記パターン面からの反射光束を受光して、前記パターン面の法線方向の位置を検出する位置検出装置と；
前記透明板の厚さに基づいて、前記位置検出装置をキャリブレーションするキャリブレーション装置と；を備える露光装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の露光装置において、
前記透明板の厚さを検出する厚さ検出装置を更に備え、
前記キャリブレーション装置は、前記厚さ検出装置の検出結果に基づいて、前記位置検出装置をキャリブレーションすることを特徴とする露光装置。
【請求項１８】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程では、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１９】
エネルギビームによりマスクを介して基板を露光し、前記マスクに形成されたパターン像を前記基板上に形成する露光方法であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さを検出する検出工程と；
前記検出された前記保護部材の厚さに基づいて、前記パターン像の結像状態を補正する補正工程と；を含む露光方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の露光方法において、
前記光透過性の保護部材は、平行平板から成る透明板で形成され、
前記検出工程は、前記透明板を介して前記パターン面の法線に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射工程と、前記透明板の前記パターン面に対向する側の面及びその反対側の面からの第１、第２の反射光束をそれぞれ受光する受光工程と、前記第１、第２の反射光束の受光結果に基づいて、前記透明板の厚さを算出する算出工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の露光方法において、
前記受光工程では、前記パターン面からの第３の反射光束を更に受光し、
前記算出工程では、前記第１、第２、及び第３の反射光束の受光結果に基づいて、前記パターン面の前記法線方向の位置をも算出することを特徴とする露光方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の露光方法において、
前記パターン面の前記法線方向の位置の算出は、前記第１、第２の反射光束の受光結果に基づいて前記透明板の厚さを算出する第１の算出工程と、該算出された前記透明板の厚さと前記第３の反射光束の受光結果とに基づいて前記パターン面の法線方向の位置を算出する第２の算出工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２３】
エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して入射角αで検出光束を照射する工程と；
前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光し、その受光結果に基づいて前記パターン面の法線方向である前記投影光学系の光軸方向に関する前記パターン面の位置を算出する工程と；を含み、
前記検出光束の前記透明板内の射出角をβ、前記投影光学系の開口数と投影倍率によって定まる前記エネルギビームの前記透明板に対する入射角の最大角度をα’、前記エネルギビームの前記透明板内の射出角をβ’とした際に、前記入射角αを、
ｔａｎβ／ｔａｎα＝ｔａｎβ’／ｔａｎα’
を満足するように設定することを特徴とする露光方法。
【請求項２４】
波長１５７ｎｍのエネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面に対し、３０°〜５０°の範囲内の入射角で検出光束を照射する工程と；
前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光し、その受光結果に基づいて前記投影光学系の光軸方向に関する前記パターン面の位置を算出する工程と；を含む露光方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の露光方法において、
前記入射角は、３５°〜４０°の範囲内の角度であることを特徴とする露光方法。
【請求項２６】
エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光方法であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射工程と；
前記パターン面からの反射光束を受光して前記パターン面の法線方向の位置を検出するとともに、前記透明板の厚さに基づいて、前記パターン面の法線方向の位置を補正する位置検出・補正工程と；を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の露光方法において、
前記透明板の厚さを検出する厚さ検出工程を、更に含み、
前記位置検出・補正工程では、検出された前記透明板の厚さに基づいて、前記パターン面の法線方向の位置の補正が行われることを特徴とする露光方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の露光方法において、
前記位置検出・補正工程では、前記パターン面の法線方向の位置は、位置検出装置を用いて検出され、前記位置の補正のため、前記透明板の厚さに基づいて、前記位置検出装置のキャリブレーションが行われることを特徴とする露光方法。
【請求項２９】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程では、請求項１９〜２８のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、露光装置、露光方法及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、半導体素子、液晶表示素子等の製造に際し、フォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置、露光方法、及びこれらを用いるデバイス製造方法に関する。
背景技術
従来より、半導体素子等の製造におけるフォトリソグラフィ工程では、種々の露光装置が用いられている。近年では、形成すべきパターンを４〜５倍程度に比例拡大して形成したマスク（レチクルとも呼ばれる）のパターンを、投影光学系を介してウエハ等の被露光基板上に縮小転写するステップ・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、このステッパに改良を加えたステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）等の投影露光装置が、主流となっている。
これらの投影露光装置では、集積回路の微細化に対応して高解像度を実現するため、その露光波長を、より短波長側にシフトしてきた。現在、その波長はＫｒＦエキシマレーザの２４８ｎｍが主流となっているが、より短波長のＡｒＦエキシマレーザの１９３ｎｍも実用化段階に入りつつある。かかる露光波長の露光装置では、空気中の物質（主として有機物）により露光光が吸収されることや、露光光により活性化された有機物がレンズ等に付着し透過率の悪化を招くなどの現象が起こる。このため光路中から有機物を取り除くべく、光路中の空間を有機物を除去した空気その他の気体で満たすことが有効であるとされている。
また、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）上のパターンが形成されたパターン面に、塵や化学的汚れ等の汚染物質が付着すると、その部分の透過率が低下するとともに、その汚染物質がウエハ上に転写されると、パターン誤転写の原因となる。そこで、レチクルのパターン面をペリクルと呼ばれるフィルム状部材で覆い、パターン面への塵等の異物の付着と焦点深度内への異物の侵入とを防止することが、一般的に行われている。
ところで、将来的に露光波長の更なる短波長化が進むことは間違いなく、ＡｒＦエキシマレーザより短波長の真空紫外域に属する光を発する光源、例えば出力波長１５７ｎｍのＦ２レーザや、出力波長１２６ｎｍのＡｒ２レーザを使用する投影露光装置の開発あるいは提案がなされている。
しかるに、これらの真空紫外と呼ばれる波長域の光束は、光学ガラスの透過率が悪く、使用可能なレンズ、レチクルの材料は、ホタル石やフッ化マグネシウム、フッ化リチウム等のフッ化物結晶に限定される。また、これらの光束は、例えば、酸素や水蒸気，一般的な有機物（以下「吸収性ガス」と称する）による吸収も極めて大きい。従って、真空紫外域の光束を露光光とする露光装置では、露光光が通る光路上の空間中の吸収性ガスの濃度を数ｐｐｍ以下の濃度にまで下げるべく、その光路上の空間の気体を、露光光の吸収の少ない、窒素や、ヘリウム等の希ガス（以下「低吸収性ガス」と称する）で置換する必要がある。
しかしながら、従来のペリクルは、例えばニトロセルロース等の有機物を主成分とする薄膜により形成されているため、露光光として真空紫外光を用いる場合には、ペリクル自身による露光光の吸収やペリクルからの脱ガスによる露光光透過率の低下が生じる可能性が高い。
このため、真空紫外域の露光光を用いる露光装置では、前述した薄膜に代えて、真空紫外光の透過性の良好な上記のフッ化物結晶や、フッ素ドープ石英などから成る比較的厚い（例えば３００〜８００μｍ程度、あるいはそれ以上の厚さ）板部材から成る厚ペリクル（ハードペリクル）が採用される可能性がある。この厚ペリクルを用いた場合、厚ペリクルの全てが同一の厚さである保証はなく、また、同一ペリクルの部分的な厚みのばらつきも生じ、露光光の屈折現象に起因する結像性能の低下を招くおそれがある。
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、マスクのパターン面を保護する保護部材（ペリクル）の厚さの相違に影響を受けることがなく、高精度な露光を行うことができる露光装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、マスクのパターン面を保護する保護部材（ペリクル）の厚さの相違に影響を受けることがなく、高精度な露光を行うことができる露光方法を提供することにある。
さらに、本発明の第３の目的は、高集積度のマイクロデバイスの歩留まりを向上することができ、その生産性を向上することが可能なデバイス製造方法を提供することにある。
発明の開示
本発明は、第１の観点からすると、エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さを検出する検出装置を備える第１の露光装置である。
これによれば、マスクのパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さを検出する検出装置を備えていることから、該検出装置により検出される保護部材の厚さに応じたパターンの像の結像状態あるいはその変動分を考慮した露光が可能となる。従って、マスクのパターン面を保護する保護部材（ペリクル）の厚さの相違に影響を受けることがなく、高精度な露光を行うことが可能となる。
この場合において、前記光透過性の保護部材が、平行平板から成る透明板によって形成されている場合、前記検出装置は、前記透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射系と、前記透明板の前記パターン面に対向する側の面及びその反対側の面からの第１、第２の反射光束をそれぞれ受光してそれぞれの検出信号を出力する第１の光検出器と、前記第１の光検出器から出力される検出信号に基づいて前記透明板の厚さを算出する演算装置とを有することとすることができる。
前記反対側の面は、前記検出光束が前記透明板に入射する入射面であり、前記パターン面に対向する側の面は、前記検出光束が前記透明板から射出する射出面である。
この場合において、前記検出装置は、前記パターン面からの第３の反射光束を受光してその検出信号を出力する第２の光検出器を更に備え、前記演算装置は、前記第１の光検出器から出力される検出信号と前記第２の光検出器から出力される検出信号とに基づいて前記パターン面の法線方向の位置をも算出することとすることができる。
この場合において、前記演算装置は、前記第１の光検出器から出力される検出信号に基づいて前記透明板の厚さを算出する第１の算出器と、該第１の算出器で算出された前記透明板の厚さと、前記第２の光検出器から出力される検出信号とに基づいて前記パターン面の法線方向の位置を算出する第２の算出器とを含むこととすることができる。
本発明の第１の露光装置では、検出装置が第１及び第２の光検出器を有し、前記演算装置が、これらの光検出器からの出力信号に基づいてパターン面の法線方向の位置をも算出する場合に、前記検出装置は、前記第１の光検出器から出力される検出信号に基づいて、前記第２の光検出器をキャリブレーションするキャリブレーション装置を更に備えることとすることができる。
この場合において、前記キャリブレーション装置は、前記パターン面からの反射光束の光軸をシフトさせることにより、前記第２の光検出器のキャリブレーションを行うこととすることができる。
この場合において、前記キャリブレーション装置は、前記パターン面から前記第２の光検出器に至る前記反射光束の光路上に配置され、前記反射光束の光軸に対する傾きを変更可能な平行平板を含むこととすることができる。
本発明の第１の露光装置では、前記光透過性の保護部材が、平行平板から成る透明板によって形成され、前記検出装置が、前記第１の光検出器と前記演算装置とを有する場合に、前記マスクから射出される前記エネルギビームを前記基板上に投射するとともに、その光軸方向が前記法線方向となるように配置された投影光学系と；前記演算装置で算出された前記透明板の厚さに基づいて前記マスクと前記基板との位置関係、及び前記投影光学系の光学特性の少なくとも一方を補正する補正装置と；を更に備えることとすることができる。
この場合において、前記照射系は、前記エネルギビームにより照明される前記投影光学系の露光エリアに対応する前記パターン面の領域内の複数の検出点に前記検出光束をそれぞれ照射し、前記第１の光検出器は、前記各検出点に個別に対応して複数設けられ、前記演算装置は、前記複数の第１の光検出器からの検出信号により前記透明板の厚さの分布を算出し、前記補正装置は、前記マスクと前記基板との少なくとも一方の前記投影光学系の前記光軸方向に直交する面に対する傾斜を調整することとすることができる。
本発明は、第２の観点からすると、エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して入射角αで検出光束を照射する照射系と、前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光してその検出信号を出力する光検出器と、該光検出器の出力に基づいて前記パターン面の法線方向に関する前記パターン面の位置を算出する算出器とを有する位置検出系と；前記マスクから射出される前記エネルギビームを前記基板上に投射するとともに、前記法線方向をその光軸方向とする投影光学系と；を備え、前記検出光束の前記透明板内の射出角をβ、前記投影光学系の開口数と投影倍率とによって定まる前記エネルギビームの前記透明板に対する入射角の最大角度をα’、前記エネルギビームの前記透明板内の射出角をβ’とした場合に、前記入射角αが、
ｔａｎβ／ｔａｎα＝ｔａｎβ’／ｔａｎα’
を満足するように設定されていることを特徴とする第２の露光装置である。
これによれば、検出光束の入射角αが、検出光束の透明板内の射出角をβ、投影光学系の開口数と投影倍率とによって定まるエネルギビームの前記透明板に対する入射角の最大角度をα’、エネルギビームの前記透明板内の射出角をβ’とした場合に、ｔａｎβ／ｔａｎα＝ｔａｎβ’／ｔａｎα’を満足するように設定されていることから、透明板の厚さの如何にかかわらず、エネルギビームの焦点位置のずれと検出光束の検出位置のずれとが一致する。このため、光検出器に検出オフセットを設定したり、検出基準位置（原点位置）の再設定を行うことなく、透明板の影響を受けることなく、マスクのパターン面の光軸方向の位置、あるいはデフォーカス量を精度良く検出することが可能となる。従って、マスクのパターン面と基板の被露光面との光学的な位置関係を所望の関係に設定して、デフォーカスのない高精度な露光が可能となる。
この場合において、前記エネルギビームとしては、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光等を用いることもできるが、前記エネルギビームが波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光である場合、前記入射角αが、好ましくは３０°〜５０°の範囲内、より好ましくは３５°〜４０°の範囲内に設定される。
本発明の第２の露光装置では、前記検出光としては、様々な波長の光を用いることが考えられるが、例えばエネルギビームが波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光で、検出光束の入射角αが３０°〜５０°の範囲内に設定されている場合、前記検出光束が波長６００ｎｍ〜８００ｎｍに属する赤色光であり、前記透明板がフッ素ドープ石英であることとしても良い。
本発明の第２の露光装置では、前記透明板の厚さｔに基づいて前記投影光学系の光学特性を補正する補正装置を更に備えることとすることができる。
この場合において、前記厚さｔは、外部からの入力により与えられることとしても良いが、前記厚さｔを検出する検出装置を更に備えることとしても良い。この場合、検出装置として、例えば前述の第１の光検出器（及び第２の光検出器）と演算装置とを有するものを用いることができる。
本発明は、第３の観点からすると、エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射系と；前記パターン面からの反射光束を受光して、前記パターン面の法線方向の位置を検出する位置検出装置と；前記透明板の厚さに基づいて、前記位置検出装置をキャリブレーションするキャリブレーション装置と；を備える第３の露光装置である。
これによれば、キャリブレーション装置により、マスクのパターン面を保護する透明板の厚さに基づいて、位置検出装置がキャリブレーションされる。そして、照射系から透明板を介して検出光束がマスクのパターン面に照射されると、その反射光束が前記のキャリブレーションがなされた位置検出装置によって受光され、パターン面の法線方向の位置が、透明板の厚さの影響を受けることなく、すなわち、透明板の有無にかかわらず、精度良く検出される。従って、マスクのパターン面と基板の被露光面との位置関係（光学的な位置関係を含む）を所望の関係に設定して、高精度な露光が可能となる。
この場合において、前記透明板の厚さを検出する厚さ検出装置を更に備える場合には、前記キャリブレーション装置は、前記厚さ検出装置の検出結果に基づいて、前記位置検出装置をキャリブレーションすることとすることができる。
本発明は、第４の観点からすると、エネルギビームによりマスクを介して基板を露光し、前記マスクに形成されたパターン像を前記基板上に形成する露光方法であって、前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さを検出する検出工程と；前記検出された前記保護部材の厚さに基づいて、前記パターン像の結像状態を補正する補正工程と；を含む第１の露光方法である。
これによれば、マスクのパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さを検出し、保護部材の厚さに基づいて、基板上に形成されるパターン像の結像状態を補正するので、保護部材の厚さに応じたパターンの像の結像状態あるいはその変動分を考慮した高精度な露光が可能となる。
この場合において、前記光透過性の保護部材が、平行平板から成る透明板で形成される場合、前記検出工程は、前記透明板を介して前記パターン面の法線に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射工程と、前記透明板の前記パターン面に対向する側の面及びその反対側の面からの第１、第２の反射光束をそれぞれ受光する受光工程と、前記第１、第２の反射光束の受光結果に基づいて、前記透明板の厚さを算出する算出工程とを含むこととすることができる。
この場合において、前記受光工程では、前記パターン面からの第３の反射光束を更に受光し、前記算出工程では、前記第１、第２、及び第３の反射光束の受光結果に基づいて、前記パターン面の前記法線方向の位置をも算出することとすることができる。
この場合において、前記パターン面の前記法線方向の位置の算出は、前記第１、第２の反射光束の受光結果に基づいて前記透明板の厚さを算出する第１の算出工程と、該算出された前記透明板の厚さと前記第３の反射光束の受光結果とに基づいて前記パターン面の法線方向の位置を算出する第２の算出工程とを含むこととすることができる。
本発明は、第５の観点からすると、エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であって、前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して入射角αで検出光束を照射する工程と；前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光し、その受光結果に基づいて前記パターン面の法線方向である前記投影光学系の光軸方向に関する前記パターン面の位置を算出する工程と；を含み、前記検出光束の前記透明板内の射出角をβ、前記投影光学系の開口数と投影倍率によって定まる前記エネルギビームの前記透明板に対する入射角の最大角度をα’、前記エネルギビームの前記透明板内の射出角をβ’とした際に、前記入射角αを、
ｔａｎβ／ｔａｎα＝ｔａｎβ’／ｔａｎα’
を満足するように設定することを特徴とする第２の露光方法である。
これによれば、マスクのパターン面を保護する光透過性の所定厚さの透明板を介してパターン面に対して入射角αで検出光束が照射され、その検出光束のパターン面からの反射光束を受光し、その受光結果に基づいて透明板の法線方向である投影光学系の光軸方向に関するパターン面の位置が算出される。この場合において、前記検出光束の入射角αが、検出光束の透明板内の射出角をβ、投影光学系の開口数と投影倍率とによって定まるエネルギビームの前記透明板に対する入射角の最大角度をα’、エネルギビームの前記透明板内の射出角をβ’とした場合に、ｔａｎβ／ｔａｎα＝ｔａｎβ’／ｔａｎα’を満足するように設定されていることから、透明板の厚さの如何にかかわらず、エネルギビームの焦点位置のずれと検出光束の検出位置のずれとが一致する。このため、反射光束に基づき、透明板の影響を受けることなく、マスクのパターン面の光軸方向の位置、あるいはデフォーカス量を精度良く検出することが可能となる。従って、マスクのパターン面と基板の被露光面との光学的な位置関係を所望の関係に設定して、デフォーカスのない高精度な露光が可能となる。
本発明は、第６の観点からすると、波長１５７ｎｍのエネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であって、前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面に対し、３０°〜５０°の範囲内の入射角で検出光束を照射する工程と；前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光し、その受光結果に基づいて前記投影光学系の光軸方向に関する前記パターン面の位置を算出する工程と；を含む第３の露光方法である。
これによれば、マスクのパターン面に対し、３０°〜５０°の範囲内の入射角で照射された検出光束のパターン面からの反射光束が受光され、その受光結果に基づいて投影光学系の光軸方向に関するパターン面の位置が算出される。ここで、例えば、マスクのパターン近傍に透明板が設けられても、検出光束がパターン面に対し、３０°〜５０°の範囲内の入射角で照射されることで、透明板によるパターン面の位置の検出誤差と、透明板によるエネルギビームの焦点位置のずれがほぼ等しくなる。これにより、パターン面の位置の検出誤差が露光精度に与える影響がほとんどなくなることから、マスクのパターン近傍に透明板が設けられない場合と同様の制御を行っても、高精度な露光を実現することが可能である。
この場合において、前記入射角は、３５°〜４０°の範囲内の角度であることがより好ましい。
本発明は、第７の観点からすると、エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光方法であって、前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射工程と；前記パターン面からの反射光束を受光して前記パターン面の法線方向の位置を検出するとともに、前記透明板の厚さに基づいて、前記パターン面の法線方向の位置を補正する位置検出・補正工程と；を含むことを特徴とする第４の露光方法である。
これによれば、透明板を介して検出光束がパターン面に対して照射されると、その反射光を受光してパターン面の法線方向の位置が検出される。この際、透明板の厚さに基づいて、前記パターン面の法線方向の位置が補正される。結果的に、透明板の厚さに応じて位置補正がなされた、パターン面の法線方向の位置が検出される。すなわち、パターン面の法線方向の位置が、透明板の厚さの影響を受けることなく、すなわち、透明板の有無にかかわらず、精度良く検出される。従って、マスクのパターン面と基板の被露光面との位置関係（光学的な位置関係を含む）を所望の関係に設定して、高精度な露光が可能となる。
この場合において、前記透明板の厚さを検出する厚さ検出工程を、更に含む場合には、前記位置検出・補正工程では、検出された前記透明板の厚さに基づいて、前記パターン面の法線方向の位置の補正が行われることとすることができる。
本発明の第４の露光方法では、前記位置検出・補正工程では、前記パターン面の法線方向の位置は、位置検出装置を用いて検出され、前記位置の補正のため、前記透明板の厚さに基づいて、前記位置検出装置のキャリブレーションが行われることとすることができる。
また、リソグラフィ工程において、本発明の第１〜第３の露光装置のいずれかを用いて露光を行うことにより、高精度な露光を行うことができるで、高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができ、その生産性を向上させることができる。同様に、リソグラフィ工程において、本発明の第１〜第４の露光方法のいずれかを用いることにより、基板上にパターンを精度良く形成することができ、これにより、高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができ、その生産性を向上させることができる。従って、本発明の更に別の観点からは、本発明の第１〜第３の露光装置のいずれかを用いるデバイス製造方法、あるいは本発明の第１〜第４の露光方法のいずれかを用いるデバイス製造方法であるとも言える。
発明を実施するための最良の形態
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１には、第１の実施形態の露光装置１００の構成が概略的に示されている。この露光装置１００は、真空紫外域のエネルギビームとしての露光用照明光ＥＬをマスクとしてのレチクルＲに照射して、該レチクルＲと基板としてのウエハＷとを所定の走査方向（ここでは、図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に同期移動してレチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパである。
この露光装置１００は、光源及び照明ユニットＩＬＵを含み、露光用照明光（以下、「露光光」と呼ぶ）ＥＬによりレチクルＲを照明する照明系、レチクルＲを保持するマスクステージとしてのレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出される露光光ＥＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持する基板ステージとしてのウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。
前記光源としては、ここでは、波長約１２０ｎｍ〜約１８０ｎｍの真空紫外域に属する光を発する光源、例えば出力波長１５７ｎｍのフッ素レーザ（Ｆ２レーザ）が用いられている。光源は、ビームマッチングユニットと呼ばれる光軸調整用の光学系を一部に含む不図示の送光光学系を介して照明ユニットＩＬＵを構成する照明系ハウジング２の一端に接続されている。光源は、実際には、照明ユニットＩＬＵ及び投影光学系ＰＬ等を含む露光装置本体が設置されるクリーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルーム、あるいはクリーンルーム床下のユーティリティスペースなどに設置されている。なお、光源として、出力波長１４６ｎｍのクリプトンダイマーレーザ（Ｋｒ２レーザ）、出力波長１２６ｎｍのアルゴンダイマーレーザ（Ａｒ２レーザ）などの他の真空紫外光源を用いても良く、あるいは、出力波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、出力波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ等を用いても良い。
前記照明ユニットＩＬＵは、内部を外部から隔離する照明系ハウジング２と、その内部に所定の位置関係で配置されたオプティカル・インテグレータ等を含む照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイックミラー等（いずれも不図示）から成る照明光学系とを含んで構成されている。この照明光学系は、例えば特開平１０−１１２４３３号公報、並びに特開平６−３４９７０１号公報及びこれに対応する米国特許第５，５３４，９７０号などに開示されるものと同様の構成となっている。なお、オプティカル・インテグレータとしては、本実施形態ではフライアイレンズが用いられるが、これに限らずロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）、あるいは回折光学素子等を用いることができる。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記米国特許の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
照明ユニットＩＬＵでは、回路パターン等が形成されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域（前記レチクルブラインドで規定されるＸ軸方向に細長く伸びるスリット状の領域）を露光光ＥＬによりほぼ均一な照度で照明する。
ところで、真空紫外域の波長の光を露光光とする場合には、その光路から酸素、水蒸気、炭化水素系のガス、あるいは有機物等の、かかる波長帯域の光に対し強い吸収特性を有するガス（以下、適宜「吸収性ガス」と呼ぶ）を排除する必要がある。このため、本実施形態では、照明系ハウジング２の内部に、真空紫外域の光に対する吸収が少ない特性を有する特定ガス、例えば窒素、及びヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトンなどの希ガス、又はそれらの混合ガス（以下、適宜「低吸収性ガス」と呼ぶ）を満たしている。この結果、照明系ハウジング２内の吸収性ガスの濃度は数ｐｐｍ以下の濃度となっている。
なお、本実施形態では、光源及び送光光学系内部の光路にも上記照明系ハウジング２と同様に低吸収性ガスが満たされている。
前記レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲを保持してレチクル室１５内に配置されている。このレチクル室１５は、照明系ハウジング２及び投影光学系ＰＬの鏡筒と隙間なく接合された隔壁１８で覆われており、その内部のガスが外部と隔離されている。レチクル室１５の隔壁１８は、ステンレス（ＳＵＳ）等の脱ガスの少ない材料にて形成されている。
レチクル室１５の隔壁１８の天井部には、レチクルＲより一回り小さい矩形の開口が形成されており、この開口部分に照明系ハウジング２の内部空間と、露光すべきレチクルＲが配置されるレチクル室１５の内部空間とを分離する状態で透過窓１２が配置されている。この透過窓１２は、照明ユニットＩＬＵからレチクルＲに照射される露光光ＥＬの光路上に配置されるため、露光光ＥＬとしての真空紫外光に対して透過性の高いホタル石等の結晶材料によって形成されている。
レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲを不図示のレチクルベース定盤上でＹ軸方向に大きなストロークで直線駆動するとともに、Ｘ軸方向とθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に関しても微小駆動が可能な構成となっている。
これを更に詳述すると、レチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルベース定盤上をリニアモータ等を含むレチクル駆動系４９によってＹ軸方向に所定ストロークで駆動されるレチクル走査ステージ１４Ａと、このレチクル走査ステージ１４Ａ上に搭載されレチクルＲを吸着保持するレチクルホルダ１４Ｂとを含んで構成されている。レチクルホルダ１４Ｂは、レチクル駆動系４９によってＸＹ面内で微少駆動（回転を含む）可能に構成されている。
レチクル室１５の内部には低吸収性ガス、例えばヘリウムガス（又は窒素ガス）が常時フローされている。これは、真空紫外の露光波長を使用する露光装置では、酸素等の吸収性ガスによる露光光の吸収を避けるために、レチクルＲの近傍も低吸収性ガスで置換する必要があるためである。このレチクル室１５内も吸収性ガスの濃度が数ｐｐｍ以下の濃度となっている。
レチクル室１５の隔壁１８には、図１に示されるように、給気管路１６の一端と、排気管路１７の一端とがそれぞれ接続されている。給気管路１６の他端と排気管路１７の他端とは、それぞれ不図示のヘリウムガス供給装置に接続されている。そして、ヘリウムガス供給装置から給気管路１６を介して常時高純度のヘリウムガスが供給され、レチクル室１５内部のガスが排気管路１７を介してヘリウムガス供給装置に戻され、このようにして、ヘリウムガスが循環使用されるようになっている。ヘリウムガス供給装置には、ガス精製装置が内蔵されており、このガス精製装置の作用により、ヘリウムガス供給装置とレチクル室１５内部とを含む循環経路によりヘリウムガスを長時間に渡って循環使用しても、レチクル室１５内のヘリウムガス以外の吸収性ガス（酸素、水蒸気、有機物等）の濃度は数ｐｐｍ以下の濃度に維持できるようになっている。なお、レチクル室１５内に圧力センサ、吸収性ガス濃度センサ等のセンサを設け、該センサの計測値に基づいて、不図示の制御装置を介してヘリウムガス供給装置に内蔵されたポンプの作動、停止を適宜制御することとしても良い。
レチクル室１５の隔壁１８の−Ｙ側の側壁には光透過窓７１が設けられている。これと同様に図示は省略されているが、隔壁１８の−Ｘ側（図１における紙面奥側）の側壁にも光透過窓が設けられている。これらの光透過窓は、隔壁１８に形成された窓部（開口部）に該窓部を閉塞する光透過部材、ここでは一般的な光学ガラスを取り付けることによって構成されている。この場合、光透過窓７１を構成する光透過部材の取り付け部分からのガス漏れが生じないように、取り付け部には、インジウムや銅等の金属シールや、フッ素系樹脂による封止（シーリング）が施されている。なお、上記フッ素系樹脂としては、８０℃で２時間加熱し、脱ガス処理が施されたものを使うことが望ましい。
前記レチクルホルダ１４Ｂの−Ｙ側の端部には、平面鏡から成るＹ移動鏡５２ＲｙがＸ軸方向に延設されている。このＹ移動鏡５２Ｒｙにほぼ垂直にレチクル室１５の外部に配置されたＹ軸レーザ干渉計３７Ｒｙからの測長ビームが光透過窓７１を介して投射される。そして、その反射光が光透過窓７１を介してＹ軸レーザ干渉計３７Ｒｙ内部のディテクタによって受光され、Ｙ軸レーザ干渉計３７Ｒｙ内部の参照鏡の位置を基準としてＹ移動鏡５２Ｒｙの位置、すなわちレチクルＲのＹ位置が検出される。
同様に、図示は省略されているが、レチクルホルダ１４Ｂの−Ｘ側の端部には、平面鏡から成るＸ移動鏡がＹ軸方向に延設されている。そして、このＸ移動鏡を介して不図示のＸ軸レーザ干渉計によって上記と同様にしてＸ移動鏡の位置、すなわちレチクルＲのＸ位置が検出される。上記２つのレーザ干渉計の検出値（計測値）は主制御装置５０に供給されており、主制御装置５０では、これらのレーザ干渉計の検出値に基づいてレチクルステージＲＳＴの位置制御を行うようになっている。
このように、本実施形態では、レーザ干渉計、すなわちレーザ光源、プリズム等の光学部材及びディテクタ等がレチクル室１５の外部に配置されているので、レーザ干渉計を構成するディテクタ等から仮に微量の吸収性ガスが発生しても、これが露光に対して悪影響を及ぼすことがないようになっている。
図２には、前記レチクルホルダ１４Ｂに保持されたレチクルＲが示されている。この図２に示されるように、レチクルＲの一方の面ＰＦ（図２及び図１における下面）には、回路パターンＰＡが形成されている。以下においては、この回路パターンＰＡが形成された面を「パターン面ＰＦ」と呼ぶものとする。
パターン面ＰＦには、レチクル保護装置２５が取り付けられている。このレチクル保護装置２５は、図２に示されるように、レチクルＲのパターン面ＰＦに取付けられた下方から見て矩形枠状の金属製のフレーム２６と、このフレーム２６のパターン面ＰＦとは反対側の面に固着された保護部材（透明板）としてのハードペリクル２４とを備えている。この場合、レチクル保護装置２５、主としてハードペリクル２４によって、レチクルＲのパターン面ＰＦへの塵、化学的汚れ等の付着、堆積が防止されるようになっている。なお、フレーム２６は、後述する保護部材と同様又は異なる硝材によって形成することもできる。
前記ハードペリクル２４は、レチクルＲのパターン面ＰＦから６．３ｍｍ程度下方に離れた位置にパターン面ＰＦと平行に配置されており、その厚さは、例えば、３００〜８００μｍ程度あるいはそれ以上とされている。
本実施形態では、前述の如く、露光光ＥＬとしてＦ２レーザ光が用いられている。かかるＦ２レーザ光は、酸素や水蒸気等のガスだけでなく、ガラスや有機物中の透過率も低いため、レチクルＲやハードペリクルも、真空紫外光の透過率の高い材料を使用する必要がある。本実施形態では、レチクルＲの材料、及びハードペリクル２４の材料としては、たとえば、水酸基を１０ｐｐｍ以下程度にまで排除し、フッ素を１％程度含有させたフッ素ドープ石英が用いられているものとする。
また、パターン面ＰＦとフレーム２６と保護部材（ハードペリクル２４等）とで囲まれる空間内も低吸収性ガスで置換されている必要がある。
図１に戻り、レチクルステージＲＳＴの下方には、主制御装置５０によってオン・オフが制御される光源を有し、レチクルＲのパターン面ＰＦに向けて検出光束を斜め方向から照射する照射系２０ａと、そのパターン面ＰＦ等からの反射光束を受光する受光系２０ｂとを含むレチクル焦点位置検出系（以下、「レチクルＡＦ系」という）２０が設けられている。
レチクルＡＦ系２０は、図２に概略的に示されるように、ハードペリクル２４を介してレチクルＲのパターン面ＰＦに検出光束、すなわち、ピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束を照射する照射系２０ａと、該照射系２０ａから射出された結像光束のハードペリクル２４の下側の面及びハードペリクル２４の上側の面からの反射光束を受光光学系Ｌ１を介してそれぞれ受光する第１の光検出器Ｓ１、及びこれら受光光学系Ｌ１及び第１の光検出器Ｓ１の近傍に設けられ、前記結像光束のレチクルＲのパターン面ＰＦでの反射光束を受光光学系Ｌ２を介して受光する第２の光検出器Ｓ２等を含んで構成される受光系２０ｂとを備えている。
前記照射系２０ａは、例えば波長６００〜８００ｎｍ程度の波長域に属する赤色光を検出光束として照射する発光ダイオード等の不図示の光源、ピンホール又はスリット状の開口が形成された開口板、及び照射対物レンズ等を含んで構成されており、レチクルＲのパターン面ＰＦ上の前記照明領域ＩＡＲ部分に向けて前記結像光束を、所定の入射角で照射する。
前記受光光学系Ｌ１は、受光対物レンズその他の光学素子を含んで構成されている。また、第１の光検出器Ｓ１としては、例えばラインセンサが用いられる。この第１の光検出器Ｓ１は、照射系２０ａから照射される結像光束のハードペリクル２４の上面（レチクルＲのパターン面ＰＦに対向する側の面）及び下面での反射光束をそれぞれ受光し、それぞれの検出信号を、主制御装置５０に対して出力するようになっている。
前記受光光学系Ｌ２は、受光対物レンズの他、平行平板（プレーンパラレル）６９を含むその他の光学素子を含んで構成されている。前記第２の光検出器Ｓ２としては、例えば２次元ＣＣＤあるいは４分割受光素子などの受光位置を検出可能な受光素子が用いられる。この第２の光検出器Ｓ２は、照射系２０ａから照射される結像光束のレチクルＲのパターン面ＰＦで反射された反射光を受光し、その検出信号を主制御装置５０に出力するようになっている。また、前記受光光学系Ｌ２内に、平行平板６９を配置しているのは、この平行平板６９の反射光束の光軸に対する傾きを変更することにより、第２の光検出器Ｓ２に入射する反射光束の光軸をシフトさせることができる結果、第２の光検出器Ｓ２のキャリブレーション（原点の再設定）を行うためである。本実施形態では、この平行平板６９の傾斜角が、主制御装置５０によって不図示の駆動系を介して制御され、その傾斜角に応じて光軸をシフトさせることができるようになっている。すなわち、本実施形態では、平行平板６９、その駆動系、及び主制御装置５０を含んで、キャリブレーション装置が構成されている。
なお、図１及び図２では表れていないが、実際には、図３に示されるように、照射系２０ａは、レチクルＲのパターン面ＰＦの前記照明領域ＩＡＲ（後述する投影光学系ＰＬの露光領域（露光エリア）に対応する領域）内の非走査方向（Ｘ軸方向）に所定間隔で配置された複数（ここでは３つ）の検出点に結像光束をそれぞれ照射し、受光系２０ｂは、それぞれの検出点に個別に対応してそれぞれ設けられている。これら照射系２０ａ、及び３つの受光系２０ｂによって、多点焦点位置検出系が構成されている。
この場合において、照射系２０ａとしては、単一の光源からの光を光学系を介して３分割することにより、上記３つの結像光束を照射する構成を採用することもできるし、３つの光源からの光を各結像光束とする構成をも採用することができる。
なお、図４からもわかるように、結像光束（検出光束）の照射方向及び反射方向は、図３に示されるようなＹＺ面内に限らず、ＸＺ面内は勿論、ＸＹ面に対して所定角度で交わる面内であれば、いずれの面内で設定しても良い。
図１に戻り、前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸を有する複数枚のレンズエレメント７０ａ、７０ｂ、……から構成された屈折光学系が用いられている。この投影光学系ＰＬの瞳面は、前記フライアイレンズにより形成される２次光源面と互いに共役な位置関係となっており、レチクルのパターン面とはフーリエ変換の位置関係となっている。また、投影光学系ＰＬとしては、投影倍率γが例えば１／４、１／５、１／６などのものが使用されている。このため、前記の如くして、露光光ＥＬによりレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率γで縮小された像が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域ＩＡに投影され転写される。
上記複数のレンズエレメントのうち、レチクルＲに最も近いレンズエレメント７０ａを含む複数のレンズエレメントが独立に駆動可能となっている。例えば、レンズエレメント７０ａは、リング状の支持部材７６ａにより支持され、この支持部材７６ａは、伸縮可能な駆動素子、例えばピエゾ素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃ（紙面奥側の駆動素子７４ｃについては不図示）によって、３点支持されるとともに鏡筒部７６ｂと連通されている。上記の駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃによって、レンズエレメント７０ａの周辺３点を独立に、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に移動させることができるようになっている。すなわち、レンズエレメント７０ａを３つの駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃの変位量に応じて光軸ＡＸに沿って平行移動させることができるとともに、光軸ＡＸと垂直な平面に対して任意に傾斜させることもできる。その他の駆動可能なレンズエレメントもレンズエレメント７０ａの駆動機構と同様の駆動機構を介して、光軸ＡＸ方向及び傾斜方向に微小駆動可能な構成となっている。本実施形態の場合、レンズエレメント７０ａ等の駆動により、例えばザイデルの５収差（ディストーション、非点収差、コマ収差、球面収差、像面湾曲（フォーカス））などを調整できるようになっている。この場合、駆動可能なレンズエレメントの数だけ、独立な結像特性の補正が可能である。
この場合、上記のレンズエレメント７０ａ等を駆動する駆動素子に与えられる電圧が、主制御装置５０からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ７８によって制御され、これによって駆動素子の変位量が制御されるようになっている。また、結像特性補正コントローラ７８は、投影光学系ＰＬの収差を調整するだけではなく、気圧変化、照明光線の吸収などによる投影光学系ＰＬの収差変動に対して、収差を一定に保つ働きをも有している。なお、図１中、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとは鏡筒７６ｂに固定されているレンズエレメント７０ｂその他のレンズエレメント（図示省略）の光軸を指す。
また、光源が、出力波長１５７ｎｍのＦ２レーザ等の真空紫外光源である本実施形態においては、投影光学系ＰＬ中の光路の気体は、真空紫外光に対する吸収の少ないヘリウム等の希ガスや窒素ガス（低吸収性ガス）で置換する必要がある。また、真空紫外光源を有する露光装置では、投影光学系ＰＬのレンズエレメントの材料が、熱膨張係数の大きなホタル石等の結晶材料に限られる。従って、レンズエレメントが露光光ＥＬを吸収することにより発生する温度上昇が、レンズエレメント及び投影光学系の結像特性等に対して与える影響が非常に大きいので、本実施形態では、上記低吸収性ガスのうち、冷却効果の大きなヘリウムガスを採用することとしている。
前記投影光学系ＰＬの鏡筒には、図１に示されるように、給気管路３０の一端部、排気管路３１の一端部がそれぞれ接続されており、給気管路３０の他端部は、投影光学系ＰＬの鏡筒内にヘリウムガスを供給し、鏡筒内部のガスを排気する不図示のガス循環装置の一端に接続され、排気管路３１の他端部はガス循環装置の他端に接続されている。ガス循環装置は、給気管路３０、排気管路３１を介してヘリウムガスを投影光学系ＰＬ内に常時フローすることにより、鏡筒内部のガスを高純度のヘリウムガスに常時置換するようになっている。これにより、鏡筒内部の吸収性ガスの濃度は常時数ｐｐｍ以下の濃度に維持されている。また、ガス循環装置には、不図示のガス精製装置が内蔵されており、このガス精製装置の作用により、ガス循環装置と投影光学系ＰＬの鏡筒内部とを含む循環経路で、ヘリウムガスを長時間に渡って循環使用しても、鏡筒内の吸収性ガスの濃度を数ｐｐｍ以下の濃度に維持することができる。なお、鏡筒内部に圧力センサ、吸収性ガス濃度センサ等のセンサを設け、該センサの計測値に基づいて、ガス循環装置に内蔵されたポンプの作動、停止を不図示の制御装置を介して適宜制御することとしても良い。
前記ウエハステージＷＳＴは、ウエハ室４０内に配置されている。このウエハ室４０は、投影光学系ＰＬの鏡筒と隙間なく接合された隔壁４１で覆われており、その内部のガスが外部と隔離されている。ウエハ室４０の隔壁４１は、ステンレス（ＳＵＳ）等の脱ガスの少ない材料にて形成されている。ウエハ室４０内には、ベースＢＳが、水平に設置されている。
前記ウエハステージＷＳＴは、ＸＹステージ３４と、ウエハホルダ３５とを含んで構成されている。ＸＹステージ３４は、リニアモータ等によって走査方向であるＹ軸方向及びこれに直交するＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に２次元駆動されるようになっている。このＸＹステージ３４上に、ウエハホルダ３５が搭載され、該ウエハホルダ３５によってウエハＷが静電吸着（又は真空吸着）等により保持されている。ウエハホルダ３５は、例えば３つのアクチュエータ（例えば、ボイスコイルモータ）によって３点で支持され、独立してＺ軸方向に駆動され、これによってウエハＷのＺ軸方向の位置（フォーカス位置）及びＸＹ平面に対する傾斜が調整されるようになっている。図１においては、ＸＹステージ３４を駆動するリニアモータ、ウエハホルダ３５を駆動するアクチュエータ等が纏めてウエハステージ駆動部５６として示されている。
本実施形態のように、真空紫外の露光波長を使用する露光装置では、酸素等の吸収性ガスによる露光光の吸収を避けるために、投影光学系ＰＬからウエハＷまでの光路についても窒素や希ガスで置換する必要がある。
ウエハ室４０の隔壁４１には、図１に示されるように、給気管路３２の一端と、排気管路３３の一端とがそれぞれ接続されている。給気管路３２の他端と排気管路３３の他端とは、それぞれ不図示のヘリウムガス供給装置に接続されている。そして、ヘリウムガス供給装置から給気管路３２を介して常時高純度のヘリウムガスが供給され、ウエハ室４０内部のガスが排気管路３３を介してヘリウムガス供給装置に戻され、このようにして、ヘリウムガスが循環使用されるようになっている。ヘリウムガス供給装置には、ガス精製装置が内蔵されており、このガス精製装置の作用により、ヘリウムガス供給装置とウエハ室４０内部とを含む循環経路によりヘリウムガスを長時間に渡って循環使用しても、ウエハ室４０内のヘリウムガス以外の吸収性ガス（酸素、水蒸気、有機物等）の濃度は数ｐｐｍ以下の濃度に維持できるようになっている。なお、ウエハ室４０内に圧力センサ、吸収性ガス濃度センサ等のセンサを設け、該センサの計測値に基づいて、不図示の制御装置を介してヘリウムガス供給装置に内蔵されたポンプの作動、停止を適宜制御することとしても良い。
前記ウエハ室４０の隔壁４１の−Ｙ側の側壁には光透過窓３８が設けられている。これと同様に、図示は省略されているが、隔壁４１の−Ｘ側（図１における紙面奥側）の側壁にも光透過窓が設けられている。これらの光透過窓は、隔壁４１に形成された窓部（開口部）に該窓部を閉塞する光透過部材、ここでは一般的な光学ガラスを取り付けることによって構成されている。この場合、光透過窓３８を構成する光透過部材の取り付け部分からのガス漏れが生じないように、取り付け部には、インジウムや銅等の金属シールや、フッ素系樹脂による封止（シーリング）が施されている。なお、上記フッ素系樹脂としては、８０℃で２時間、加熱し、脱ガス処理が施されたものを使うことが望ましい。
前記ウエハホルダ３５の−Ｙ側の端部には、平面鏡から成るＹ移動鏡５２ＷｙがＸ軸方向に延設されている。このＹ移動鏡５２Ｗｙにほぼ垂直にウエハ室４０の外部に配置されたＹ軸レーザ干渉計３７Ｗｙからの測長ビームが光透過窓３８を介して投射される。そして、その反射光が光透過窓３８を介してＹ軸レーザ干渉計３７Ｗｙ内部のディテクタによって受光され、Ｙ軸レーザ干渉計３７Ｗｙ内部の参照鏡の位置を基準としてＹ移動鏡５２Ｗｙの位置、すなわちウエハＷのＹ位置が検出される。
同様に、図示は省略されているが、ウエハホルダ３５の−Ｘ側の端部には、平面鏡から成るＸ移動鏡がＹ軸方向に延設されている。そして、このＸ移動鏡を介してＸ軸レーザ干渉計（不図示）によって上記と同様にしてＸ移動鏡の位置、すなわちウエハＷのＸ位置が検出される。上記２つのレーザ干渉計の検出値（計測値）は主制御装置５０に供給されており、主制御装置５０では、これらのレーザ干渉計の検出値をモニタしつつウエハステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴの位置制御を行うようになっている。
このように、本実施形態では、レーザ干渉計、すなわちレーザ光源、プリズム等の光学部材及びディテクタ等が、ウエハ室４０の外部に配置されているので、上記ディテクタ等から仮に微量の吸収性ガスが発生しても、これが露光に対して悪影響を及ぼすことがないようになっている。
なお、上記の説明では、レチクル室１５及びウエハ室４０のヘリウムガス供給装置にガス精製装置を内蔵する構成を採用するものとしたが、これに限らず、ガス精製装置を内蔵せず、レチクル室１５及びウエハ室４０から排気される排気ガスを工場配管を介して排気しても良い。同様に、投影光学系ＰＬに設けられるガス循環装置においても同様の構成を採用しても良い。
また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの鏡筒の内面には、例えばフッ素系の樹脂をコーティングしたり、プラズマ溶射により脱ガスの少ない硬い膜（セラミックス膜やステンレス膜等）を形成したり、あるいは電界研磨することによって、ケミカルクリーン処理を施すことが望ましい。また、その素材として、ステンレスあるいはテフロン（登録商標）等のケミカルクリーンな素材を使用しても良い。
更に、本実施形態の露光装置１００では、図１に示されるように、主制御装置５０によってオン・オフが制御される光源を有し、投影光学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束を、投影光学系ＰＬの光軸に対して斜め方向より照射する照射系６０ａと、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光して各検出点におけるウエハＷのＺ位置を検出する受光系６０ｂとから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系（以下、「ウエハＡＦ系」と呼ぶ）６０が設けられている。なお、本実施形態のウエハＡＦ系６０と同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平６−２８３４０３号公報及びこれに対応する米国特許第５，４４８，３３２号等に開示されている。このウエハＡＦ系６０の出力が主制御装置５０に供給されるようになっている。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
制御系は、図１に示される主制御装置５０によって主に構成される。主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含んで構成され、上述した各種制御動作を行う他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング等を制御する。
具体的には、前記主制御装置５０は、例えば走査露光時には、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴを介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶＲ＝Ｖで走査されるのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷが露光領域ＩＡに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度ＶＷ＝γ・Ｖ（γはレチクルＲからウエハＷに対する投影倍率）で走査されるように、レーザ干渉計３７Ｒｙ、３７Ｗｙの計測値に基づいてレチクルステージ駆動部４９、ウエハステージ駆動部５６をそれぞれ介してレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度をそれぞれ制御する。勿論、Ｘ軸方向に関してもレチクルＲとウエハＷとに位置誤差が生じないように、不図示のレチクルＸ干渉計、ウエハＸ干渉計の計測値に基づいてレチクルホルダ１４Ｂを制御する。
また、ステッピングの際には、主制御装置５０では、レーザ干渉計３７Ｗｙ及び不図示のウエハＸ干渉計の計測値に基づいてウエハステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴの位置を制御する。
この他、主制御装置５０では、例えば後述する走査露光時において、レチクルＡＦ系２０及びウエハＡＦ系６０の検出結果に基づいて、ウエハホルダ３５のＺ位置及びＸＹ平面に対する傾斜をウエハステージ駆動部５６を介して制御することにより、オートフォーカス（自動焦点合わせ）及びオートレベリングを実行する。また、主制御装置５０では、露光開始に先立って、レチクルＡＦ系２０の計測結果に基づいて、レチクルＡＦ系２０の検出オフセットを設定したり（あるいは、そのオフセットを用いてキャリブレーションを行ったり）、投影光学系ＰＬの結像特性を調整したりする。以下、これらの点について説明する。
まず、レチクルＡＦ系２０の検出オフセットの設定方法及び該オフセットを設定する理由について説明する。
レチクルＡＦ系２０に検出オフセットを設定する理由は、簡単に言えば、前述したように、本実施形態の露光装置１００では、レチクルＲにハードペリクル２４が取り付けられるため、このハードペリクル２４の影響により、レチクルＲのＺ位置を正確に検出することができなくなるためである。
これを更に詳述する。以下の説明では、便宜上、レチクルＲをＺ軸方向に自在に駆動できる構成となっているものとする。また、前提として、図４に示されるように、初期設定により、ハードペリクル２４が存在しない状態、あるいはハードペリクル２４より極端に薄い有機物を主成分とする薄膜で形成されるペリクル（ソフトペリクル）が取り付けられた状態で、投影光学系ＰＬの開口数Ｎ．Ａ．と投影倍率γとによって定まる露光光ＥＬのパターン面ＰＦに対する入射角の最大角度α’で規定される投影光学系ＰＬのレチクル側（物体面側）の焦点ＢＦと、レチクルＡＦ系２０の照射系２０ａからの結像光束（検出光束）ＦＢ１のパターン面ＰＦによる反射光束ＦＢ２の第２の光検出器Ｓ２に対する入射位置とその検出基準点Ｏとが一致するように、レチクルＡＦ系２０のキャリブレーションが行われているものとする。
この状態で、図４に示されるように、ハードペリクル２４が挿入されると、投影光学系ＰＬのレチクル側（物体面側）の焦点ＢＦが、上方（＋Ｚ方向）にΔＺ１だけ移動し、ＢＦ’の位置となる。しかしながら、ハードペリクル２４の挿入により、パターン面に入射する結像光束ＦＢ１の光軸がＦＢ１’に変更され、かつパターン面からの反射光束ＦＢ２の光軸がＦＢ２’に変更されることになる。すなわち、レチクルＡＦ系２０では、レチクルＲのパターン面が図４中のＰＦ’にあるときを検出基準点Ｏとして認識することになる。従って、レチクルＡＦ系２０（第２の光検出器Ｓ２）に検出オフセットの設定がない状態で、第２の光検出器Ｓ２の検出結果に従って、レチクルＲのＺ軸方向の制御（フォーカス制御）を行う場合には、レチクルＲがΔＺ２だけ上方（＋Ｚ方向）に駆動され、そのパターン面ＰＦの位置が符号ＰＦ’の位置に設定されることとなる。
しかし、このときの、位置合わせの目標とすべき、レチクル側焦点面は、符号ＰＦ”で示される面であるため、ΔＺ１−ΔＺ２＝ΔＺのフォーカスずれが生じることになる。従って、このフォーカスずれを解消するためには、レチクルＡＦ系２０の検出結果に基づいて位置合わせすべきＺ目標値にΔＺのオフセットを設定する必要があるのである。
すなわち、第２の光検出器Ｓ２の検出結果にオフセットΔＺを加算して位置合わせ目標値を設定し、設定後の目標値に基づいてレチクルＲをＺ軸方向に駆動する。このようにすることにより、ハードペリクル２４の挿入に伴って移動した投影光学系ＰＬのレチクル側の焦点面ＰＦ”に、レチクルＲのパターン面ＰＦを一致させることができる。
従って、ハードペリクル２４が存在しないレチクルＲ、あるいはソフトペリクルでパターン面が保護されたレチクルＲの使用が想定された露光装置であったとしても、投影光学系ＰＬとレチクルＲとの相対的な間隔を変えることによって、ハードペリクル２４を備えるレチクルＲを支障無く使用することができる。
なお、オフセットΔＺを設定する代わりに、前述した図２の受光光学系Ｌ２内の平行平板の傾斜角を調整して図４中に矢印Ａで示されるように、オフセットΔＺに対応するΔＭ（＝ΔＺ・ｓｉｎα）だけ反射光束の光軸をシフトさせて、レチクルＡＦ系２０の再キャリブレーションを行っても良い。
ここで、上述したオフセットΔＺ又は光軸シフト量ΔＭは、ハードペリクル２４の厚さｔに応じて一義的に決められる。すなわち、前述したΔＺ１は、露光光ＥＬの入射角α’、そのハードペリクル２４内の射出角β’（これは、露光光ＥＬに対するハードペリクル２４の屈折率ｎと入射角α’とに基づき屈折の法則により一義的に定まる）、及び厚さｔを用いると、
ΔＺ１＝ｆ１（α’，β’，ｔ）　　　　　　　　　　　　　　　……（１）
なる関数で表すことができる。なお、この関数ｆ１については、後述する第２の実施形態中で更に詳述する。
しかるに、本実施形態の場合、入射角α’は、既知の定数であり、露光光ＥＬ（波長１５７ｎｍのフッ素レーザ光）に対するフッ素ドープ石英の屈折率ｎは既知であるので、射出角β’も簡単に演算で求まる定数である。従って、ΔＺ１は、次式（２）のように表すことができる。
ΔＺ１＝Ｋ１・ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……（２）
ここで、Ｋ１は、上記α’、β’に基づいて定まる比例定数である。
同様に、
ΔＺ２＝Ｋ２・ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……（３）
と表せる。ここで、Ｋ２は、上記の検出光束の入射角α、検出光束のハードペリクル２４内の射出角βに基づいて定まる比例定数である。
従って、オフセットΔＺは、次の式（４）のように表せる。
ΔＺ＝ΔＺ１−ΔＺ２＝（Ｋ１−Ｋ２）・ｔ＝Ｋ・ｔ　　　　　　　…（４）
ここで、Ｋ＝Ｋ１−Ｋ２で定義される比例定数である。
従って、ハードペリクル２４の厚さｔが分かれば、式（４）により、オフセットΔＺを、直ちに求めることができる。
ところで、本実施形態のレチクルＡＦ系２０では、前述したように第１の光検出器Ｓ１により、照射系２０ａから照射される結像光束のハードペリクル２４の上面及び下面での反射光束をそれぞれ受光し、それぞれの検出信号が主制御装置５０に出力されるので、主制御装置５０では、その第１の光検出器Ｓ１からの検出信号に基づいて、ハードペリクル２４の上面及び下面での反射光束の光検出器Ｓ１の受光面上に対する入射点の間隔δ（図２参照）を算出することができる。
しかるに、図２の幾何学的関係から、受光光学系Ｌ１の投影倍率をＤとして、δは、次式（５）の関係を満足する。
δ＝２ｔ・Ｄ・ｔａｎβ・ｃｏｓα　　　　　　　　　　　　　　……（５）
式（５）を変形すると、
ｔ＝δ／（２Ｄ・ｔａｎβ・ｃｏｓα）　　　　　　　　　　　……（５）’
と表せる。式（５）’を式（４）に代入すると、
ΔＺ＝Ｋ・δ／（２Ｄ・ｔａｎβ・ｃｏｓα）　　　　　　　　　……（６）
となる。式（６）は、Ｋ／（２Ｄ・ｔａｎβ・ｃｏｓα）＝比例定数Ｃとおくことにより、次式（７）のように表現できる。
ΔＺ＝Ｃ・δ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……（７）
そこで、本実施形態では、比例定数Ｃが予め求められ、主制御装置５０のＲＡＭ内に、式（７）とともに記憶されている。従って、主制御装置５０では、第１の光検出器Ｓ１からの検出信号に基づいて上記δを算出するとともに、式（７）に基づいて、レチクルＡＦ系２０の検出オフセットΔＺを直ちに設定し、あるいはΔＭ（＝ΔＺ・ｓｉｎα）だけ反射光束の光軸がシフトするように受光光学系Ｌ２内の平行平板６９の傾きを制御してレチクルＡＦ系２０のキャリブレーションを行うことができるようになっている。なお、ここで、式（５）又は（５）’から明らかなように、δはハードペリクル２４の厚さｔに比例するので、δを計測することは、厚さｔを計測することに他ならない。
なお、上記の説明では、便宜上レチクルＲをＺ軸方向に駆動するものとして、説明を行ったが、本実施形態の露光装置１００では、レチクルＲのＺ軸方向駆動機構が存在しないため、実際には、主制御装置５０では、露光開始に先立って、ハードペリクル２４の厚さの検出結果に基づいて、上述したレチクルＡＦ系２０のキャリブレーションを行う。そして、走査露光の際には、このキャリブレーション後のレチクルＡＦ系２０の第２の光検出器Ｓ２の検出結果に基づいて、レチクルＲのパターン面ＰＦのデフォーカス量を算出し、この算出結果を考慮しつつ、ウエハＡＦ系６０の計測値に基づいて、ウエハステージ駆動部５６を介してウエハホルダ３５のＺ位置を制御することにより、レチクルＲ（のパターン面）とウエハＷ（の表面）との光学的な距離を保つ、すなわち、共役関係を維持するようになっている。これについては、さらに後述する。
また、本実施形態の露光装置１００では、レチクルＲのパターン面ＰＦの露光光ＥＬが照射される照明領域内に３点のレチクルＡＦ系２０の検出点（結像光束の照射点）が設けられている。このため、パターン面ＰＦが非走査方向に傾斜している（非走査方向のレベリング誤差がある）場合に、これを検出することが可能である。しかし、ハードペリクル２４に非走査方向に関して厚さのばらつきがある場合には、パターン面ＰＦに非走査方向のレベリング誤差がある場合と同様の検出結果が得られるおそれがある。そこで、かかる場合であっても、各検出点の位置毎に、パターン面ＰＦのデフォーカス量を検出するため、各検出点に対応するハードペリクル２４の厚さｔの検出を行い、その検出結果に基づいて、第２の光検出器Ｓ２の前述したキャリブレーション（又は、検出オフセットの設定）を行う。
また、ハードペリクルの厚さｔが、予め正確に求められている場合には、ハードペリクルの厚さｔの検出を行う必要はない。すなわち、露光装置にハードペリクル付きレチクルが搬送される前に、ハードペリクルの厚さｔが計測されている場合には、予め計測されているハードペリクルの厚さｔを露光装置（より正確には主制御装置５０のＲＡＭなど）にオペレータが不図示のコンソール等の入出力装置から入力すれば良い。この入力に基づいて、第２の光検出器Ｓ２のキャリブレーションを行えば良い。あるいはオペレータの入力に代えて、ハードペリクルの厚さｔをレチクル上にバーコード情報として記憶しておき、ハードペリクル付きレチクルが露光装置内に搬送された時に、そのバーコード情報をバーコードリーダで読み取る構成を採用しても良い。
また、ハードペリクル２４を挿入すると、投影光学系ＰＬの像面側焦点位置のみならず、球面収差、コマ収差、ディストーション、像面湾曲等の結像特性が変動する。そこで、本実施形態では、予め実際のパターンのウエハＷ上への焼き付けを含む実験、あるいは投影光学系ＰＬを介したパターン像の計測、又は光学的シミュレーションにより、ペリクル（パターン保護部材）の厚さｔをパラメータとする、上記各収差を補正するための投影光学系ＰＬのレンズエレメントの駆動量との関係式を予め求めてＲＡＭに記憶している。そして、主制御装置５０では、露光開始に先立って、上記レチクルＡＦ系２０のキャリブレーションと前後して計測したペリクル厚さ（３つの検出点における厚さが異なる場合には、例えばそれら３つの検出点における厚さの平均値、両端の検出点における厚さの平均値、あるいは中央の検出点における厚さのいずれか）に基づいて、結像特性補正コントローラ７８に指令を与えて、投影光学系ＰＬの上記諸収差を補正するようになっている。なお、投影光学系ＰＬの結像特性を補正するためレンズエレメントを駆動した場合には、これにより副作用的にフォーカス変化が生じるが、これは無視できるほど小さいものとする。また、本実施形態では、主制御装置５０が、結像特性補正コントローラ７８に指令を与えて投影光学系ＰＬを構成する複数のレンズエレメント７０ａ，７０ｂ…の少なくとも１つをＺ軸方向に駆動して、レチクル側焦点面ＰＦ”に対するレチクルＲのパターン面ＰＦの位置（図４参照）を調整することもできる。
上述した投影光学系ＰＬの諸収差を補正が行われた後、次のようにして、露光処理工程の動作が開始される。
まず、不図示のレチクル顕微鏡及び不図示のオフアクシス・アライメントセンサ等を用いたレチクルアライメント、並びに前記アライメントセンサのベースライン計測等の準備作業が行われ、その後、アライメントセンサを用いたウエハＷのファインアライメント（ＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）等）が終了し、ウエハＷ上の複数のショット領域の配列座標が求められる。
なお、上記のレチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業については、例えば特開平４−３２４９２３号公報及びこれに対応する米国特許第５２４３１９５号に詳細に開示され、また、これに続くＥＧＡについては、特開昭６１−４４４２９号公報及びこれに対応する米国特許第４，７８０，６１７号等に詳細に開示されており、本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記各公報並びにこれらに対応する上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
このようにして、ウエハＷの露光のための準備動作が終了すると、主制御装置５０では、アライメント結果に基づいてウエハ側のＹ軸レーザ干渉計３７Ｗｙ及び不図示のＸ軸レーザ干渉計の計測値をモニタしつつウエハＷのファーストショット領域（第１番目のショット領域）の露光のための走査開始位置（加速開始位置）にウエハステージＷＳＴを移動する。
そして、主制御装置５０ではレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとのＹ方向の走査を開始し、両ステージＲＳＴ、ＷＳＴがそれぞれの目標走査速度に達すると、露光光ＥＬによってレチクルＲのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される。
主制御装置５０では、特に上記の走査露光時にレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動速度ＶＲとウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度ＶＷとが投影光学系ＰＬの投影倍率γに応じた速度比に維持されるようにレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期制御する。
そして、レチクルＲのパターン領域の異なる領域が紫外パルス光で逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上のファーストショット領域の走査露光が終了する。これにより、レチクルＲの回路パターンが投影光学系ＰＬを介してファーストショット領域に縮小転写される。
このようにして、ファーストショット領域の走査露光が終了すると、主制御装置５０によりウエハステージＷＳＴがＸ、Ｙ軸方向にステップ移動され、セカンドショット領域（第２番目のショット領域）の露光のための走査開始位置に移動される。このステッピングの際に、主制御装置５０ではウエハ側のＹ軸レーザ干渉計３７Ｗｙ及びＸ軸レーザ干渉計の計測値に基づいてウエハステージＷＳＴのＸ、Ｙ、θｚ方向の位置変位をリアルタイムに計測する。この計測結果に基づき、主制御装置５０ではＸＹ位置変位が所定の状態になるようにウエハステージＷＳＴの位置を制御する。
また、主制御装置５０ではウエハステージＷＳＴのθｚ方向の変位の情報に基づいて、そのウエハＷ側の回転変位の誤差を補償するようにレチクルホルダ１４Ｂを回転制御する。
そして、主制御装置５０ではセカンドショット領域に対して上記と同様の走査露光を行う。
以上のようにして、ウエハＷ上のショット領域の走査露光と次ショット領域の露光のためのステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハＷ上の全ての露光対象ショット領域にレチクルＲの回路パターンが順次転写される。
上記の走査露光中に、主制御装置５０により、次のようにしてフォーカス・レベリング制御が行われる。すなわち、前述したキャリブレーション後のレチクルＡＦ系２０の任意の１つの第２の光検出器Ｓ２（便宜上、「Ｓ２１」と記す）で検出されるその検出基準位置からのレチクルＲのパターン面ＰＦの変位をＲｚ、光検出器Ｓ２１の検出点に対応するウエハＷ上の点又はその近傍の点を検出点とする、ウエハＡＦ系（６０ａ，６０ｂ）のセンサで検出されるその検出基準位置からの変位をＷｚ、とすると、フォーカス変位ΔＦは、
ΔＦ＝Ｒｚ×γ２−Ｗｚ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……（８）
と表される。そこで、主制御装置５０では、レチクルＡＦ系２０のすべての検出点について、上記ΔＦがゼロとなるように、ウエハホルダ３５をＺ軸方向に移動することで、レチクルＲとウエハＷとの光学的な位置関係を一定に保つようなフォーカス・レベリング制御を行う。
これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、主制御装置５０によって、演算装置、及び該演算装置を構成する第１の算出器、第２の算出器が構成され、該主制御装置５０とレチクルＡＦ系２０とによって、レチクルＲのパターン面ＰＦを保護するハードペリクル２４の厚さを検出する検出装置が構成されている。また、ウエハホルダ３５とウエハステージ駆動部５６と主制御装置５０とによって、レチクルＲとウエハＷとの位置関係を補正する補正装置が構成され、結像特性補正コントローラ７８と主制御装置５０とによって、投影光学系ＰＬの光学特性を補正する補正装置が構成されている。
以上説明したように、本第１の実施形態の露光装置１００によると、レチクルＲのパターン面ＰＦを保護するハードペリクル２４の厚さを検出する検出装置（２０、５０）を備えていることから、該検出装置により検出されるハードペリクル２４の厚さに応じて、レチクルＲのパターン面ＰＦのＺ方向の位置を正確に検出することができ、また、ハードペリクル２４に起因して生じるレチクルＲの回路パターンＰＡの像の結像状態の変動を考慮した露光が可能となっている。従って、ハードペリクル２４の厚さ（あるいは厚さの相違）に影響を受けることがなく、高精度な露光を行うことが可能である。
また、ハードペリクル２４は、平行平板からなる透明板で形成され、ハードペリクル２４を介してパターン面ＰＦにその法線に対して所定角度α傾斜した方向から検出光束を照射する照射系２０ａと、ハードペリクル２４のパターン面ＰＦに対向する側の面及びその反対側の面からの反射光束をそれぞれ受光してそれぞれの検出信号を出力する第１の光検出器Ｓ１と、第１の光検出器Ｓ１からの検出信号に基づいてハードペリクル２４の厚さを算出する主制御装置５０とを含んで検出装置が構成されている。このため、主制御装置５０では、第１の光検出器Ｓ１の検出信号に基づいて、必要なときに、ハードペリクル２４その他のパターン保護部材の厚さを検出することが可能である。
ところで、ハードペリクル２４の厚さは、全てのハードペリクルが同一の厚さに設定されるとは限らず、また、ペリクル無しのレチクルが使用される可能性もあるが、本実施形態では露光装置１００自身がそれらのペリクルの厚さ検出が可能なので、ペリクル無しレチクルは勿論、厚さの異なる複数種類のハードペリクル付きレチクル、ソフトペリクル付きレチクルのいずれであっても支障無く使用することが可能となっている。
また、本実施形態では、検出装置が、パターン面ＰＦからの反射光束を受光してその検出信号を出力する第２の光検出器Ｓ２を含み、ハードペリクル２４の厚さに基づいて、この第２の光検出器Ｓ２をキャリブレーションすることができる。また、検出装置を構成する主制御装置５０が、第１の光検出器Ｓ１からの検出信号に基づいてハードペリクル２４等のパターン保護部材の厚さを算出するとともに、その算出された厚さと第２の光検出器Ｓ２からの検出信号とに基づいて、パターン保護部材の厚さの影響によるレチクルＲのパターン面ＰＦの位置ずれを補正した真のパターン面ＰＦのＺ位置（法線方向の位置）、あるいは真のデフォーカス量を算出することが可能となっている。
また、本実施形態では、前記第１の光検出器Ｓ１の出力に基づいて求められたハードペリクル２４等の保護材の厚さに基づいて、前述の如く、露光に先立って、レチクルＡＦ系２０のキャリブレーション（又は検出オフセットの設定）、投影光学系の光学特性の補正が行われる。また、走査露光時には、上記のキャリブレーション等が行われたレチクルＡＦ系２０の検出値を考慮して、レチクルＲとウエハＷとの位置関係（光学的位置関係）の補正（調整）が行われるので、デフォーカスに起因する露光精度の低下のない、高精度な露光が可能となる。
また、本実施形態では、照射系２０ａは、投影光学系ＰＬの露光領域ＩＡに対応するパターン面ＰＦの領域内の複数の検出点に検出光束をそれぞれ照射し、第１及び第２の光検出器Ｓ１，Ｓ２は、各検出点に個別に対応してそれぞれ設けられ、主制御装置５０は、複数の第１の光検出器Ｓ１からの検出信号によりハードペリクル２４等の保護材の厚さの分布を算出し、ウエハＷの投影光学系ＰＬの光軸方向に直交する方向の面に対する傾斜、すなわちレベリングを調整する。従って、ハードペリクルの厚さの分布の影響を受けることなく高精度な露光を実現することが可能となっている。
また、本実施形態では、波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光などの真空紫外域に属するエネルギビームによって露光が行われるので、投影光学系の解像度を向上させることができることから、微細パターンを高解像度でウエハ上に転写することが可能となっている。
なお、上記第１の実施形態では、ハードペリクルの厚さによる影響を補正する方法として、レチクルとウエハとの位置関係の調整を行う、あるいは投影光学系内のレンズエレメントを駆動することで投影光学系の光学特性を調整することとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、両方の調整を組み合わせ、総合的に行うこととしても良い。
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態について、図５〜図７に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともに、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
この第２の実施形態の露光装置は、前述した第１の実施形態の露光装置１０において、レチクルＡＦ系２０に代えて、図５に示されるレチクルＡＦ系１２０が設けられている点、及びこれに応じて、主制御装置５０の制御機能が僅かに相違している点を除けば、装置構成等は、同様になっている。従って、以下においては、かかる相違点を中心として説明する。
レチクルＡＦ系１２０は、図５に概略的に示されるように、ハードペリクル２４を介してレチクルＲのパターン面ＰＦに検出光束、すなわち、ピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束（波長６００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長域に属する赤色光）を照射する前述した照射系２０ａと同様の構成の照射系１２０ａ、該照射系１２０ａから射出された結像光束のレチクルＲのパターン面ＰＦでの反射光束を前述した受光光学系Ｌ２を介して受光する光検出器Ｓ３等を含んで構成される受光系１２０ｂとを備えている。
前記光検出器Ｓ３としては、前述した第２の光検出器Ｓ２と同様の受光素子が用いられている。この光検出器Ｓ３は、照射系１２０ａから照射される結像光束のレチクルＲのパターン面ＰＦで反射された反射光を受光し、その検出信号を主制御装置５０に出力するようになっている。そして、その検出信号に基づいて主制御装置５０によって、レチクルＲのパターン面ＰＦの光軸方向の位置が検出されるようになっている。すなわち、本実施形態では、レチクルＡＦ系１２０と主制御装置５０とによって位置検出系が構成されている。
なお、図５では表れていないが、実際には、照射系１２０ａは、レチクルＲのパターン面ＰＦの前述した照明領域ＩＡＲ内の非走査方向（Ｘ軸方向）に所定間隔で配置された複数の検出点に結像光束をそれぞれ照射し、受光系１２０ｂは、それぞれの検出点に個別に対応してそれぞれ設けられている。これら照射系１２０ａ、及び複数の受光系１２０ｂによって、多点焦点位置検出系が構成されている。
その他の構成部分等は、前述した第１の実施形態と同様になっている。この第２の実施形態の露光装置では、照射系１２０ａからの検出光束（結像光束）の入射角αが３５°〜４０°の範囲内の角度に設定されている点に特徴を有する。以下、入射角αを３５°〜４０°の範囲内に設定した理由について説明する。
前提として、図６Ａに示されるように、初期設定により、ハードペリクル２４が存在しない状態、あるいはソフトペリクルが装着されている状態で、投影光学系ＰＬの開口数Ｎ．Ａ．と投影倍率γとによって定まる露光光ＥＬのパターン面ＰＦに対する入射角の最大角度α’で規定される投影光学系ＰＬのレチクル側（物体面側）の焦点ＢＦと、レチクルＡＦ系１２０の照射系１２０ａからの結像光束（検出光束）ＦＢ１のパターン面ＰＦによる反射光束ＦＢ２の光検出器Ｓ３に対する入射位置とその検出基準点Ｏとが一致するように、レチクルＡＦ系１２０のキャリブレーションが行われているものとする。
この状態で、図６Ｂに示されるように、ハードペリクル（平行平板ガラス）２４が挿入されると、投影光学系ＰＬのレチクル側（物体面側）の焦点ＢＦが、上方（＋Ｚ方向）にΔＺ１だけ移動し、ＢＦ’の位置となる。この場合、ΔＺ１は、露光光ＥＬの入射角α’、そのハードペリクル２４内の射出角β’（これは、露光光ＥＬに対するハードペリクル２４の屈折率ｎと入射角α’とに基づき屈折の法則により一義的に定まる）、及び厚さｔを用いると、前述した式（１）の関数ｆ１で表される。
しかるに、物体面（又は像面）近傍に厚さｔの平行平板ガラスを挿入することにより生じる結像光束の集光位置の変化量Ｚは、平行平板ガラスを含んだ光学系の焦点位置のずれを表す一般的な式として、次式（９）で表されることが知られている。
Ｚ＝ｔ（１−ｔａｎθ２／ｔａｎθ１）　　　　　　　　　　　　……（９）
ここで、θ１は各光束の平行平板への入射角であり、θ２は各光束の平行平板ガラス内の射出角（ガラス内部では光が屈折する）である。屈折の法則より、角θ１、θ２の関係は、平行平板ガラスの屈折率をｎとすると、
ｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎθ２　　　　　　　　　　　　　　　　……（１０）
と表される。なお、焦点位置のずれＺは、図７に示されるようなグラフとして表すことができる。
以上より、明らかなように、式（１）の関数ｆ１は、上記式（９）の関数Ｚにおいて、θ１＝α’、θ２＝β’とおいたものに他ならないことがわかる。従って、
2002043123.tif 000003
また、ハードペリクル２４の挿入により、パターン面に入射する結像光束ＦＢ１の光軸がＦＢ１’に変更され、パターン面ＰＦが、ΔＺ２だけ＋Ｚ方向に移動したとき、レチクルＲのパターン面でのその結像光束の反射光束ＦＢ２’が、光検出器Ｓ３の原点Ｏで受光されるものとする。
このとき、式（９）は、光束の波長に拘わらず成立するので、ΔＺ２は、次式（１１）で表せる。
ΔＺ２＝ｔ（１−ｔａｎβ／ｔａｎα）　　　　　　　　　　　……（１１）
ここで、αは検出光束のハードペリクル２４への入射角であり、βは検出光束のハードペリクル２４内の射出角（ガラス内部では光が屈折する）である。
しかるに、レチクルＡＦ系１２０に設定すべきオフセットΔＺ＝ΔＺ１−ΔＺ２であるから、ΔＺ１＝ΔＺ２が成立すること、すなわち、次式（１２）が成立する場合には、オフセットの設定が不要となることがわかる。
2002043123.tif 000004
これより、入射角αが、
ｔａｎβ’／ｔａｎα’＝ｔａｎβ／ｔａｎα　　　　　　　……（１２’）
を満足する場合には、レチクルＡＦ系１２０のオフセットの設定が不要となることがわかる。そこで、次に、本実施形態の場合のαを具体的に求めてみる。
投影光学系ＰＬでは、ウエハ側の開口数（Ｎ．Ａ．）が、通常０．６０〜０．８０程度の範囲内で設定されており、レチクル側の開口数は、ウエハ側の開口数の、投影倍率γ倍（ウエハ側からレチクル側への結像倍率分の１）となる。投影倍率γは、１／４又は１／５であるから、レチクル側の開口数は、０．６０×１／５〜０．８０×１／４、すなわち０．１２〜０．２０程度となる。
開口数＝ｓｉｎ（入射角）＝ｓｉｎα’なので、レチクルＲ近傍に配置されるハードペリクル（平行平板ガラス）２４への露光光束の入射角の最大角度は、
α’＝ｓｉｎ−１（０．２０）≒１１．５°　　　　　　　　　　…（１３）
と算出される。
例えば、本実施形態のように、露光光ＥＬが波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光であり、ハードペリクル２４の材料がフッ素ドープ石英であるとき、フッ素ドープ石英のＦ２レーザ光に対する屈折率は、１．６５であるので、
ｔａｎα’≒ｔａｎ（１１．５°）≒０．２０３　　　　　　　　…（１４）
屈折の法則より、
β’＝ｓｉｎ−１（ｓｉｎα’／ｎ）
≒ｓｉｎ−１（ｓｉｎ（１１．５°）／１．６５）
≒６．９４°　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１５）
ｔａｎβ’≒ｔａｎ（６．９４°）≒０．１２２　　　　　　　　…（１６）
より、上式（１）’は、
ΔＺ１≒ｔ（１−０．１２２／０．２０３）＝０．４００×ｔ　　…（１７）
となる。すなわち、この場合には、投影光学系ＰＬのレチクル側焦点の変位量は厚さｔの４０．０％となる。
ところで、レチクルＲの位置を検出するレチクルＡＦ系１２０の検出光には、波長６００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長域に属する赤色光が用いられる。一般的なレンズ材料では、長波長光の屈折率は、短波長光のそれより小さい。例えばフッ素ドープ石英の場合、６００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の波長域に属する赤色光での屈折率は１．４５〜１．４６程度であり、Ｆ２レーザ光の１．６５と比べ小さくなっている。
従って、ΔＺ２＝ｔ（１−ｔａｎβ／ｔａｎα）が、露光光（Ｆ２レーザ光）に対するΔＺ１（＝０．４００・ｔ）と一致するように、照射系１２０ａからの検出光の入射角αを設定すると、ハードペリクル２４の厚さｔの値の如何によらず、ハードペリクル２４を挿入したことによる、露光光（Ｆ２レーザ光）の焦点位置のずれと検出光（赤色光）の検出位置のずれが一致することになる。この場合、上記式（１２）’が成立する。
すなわち、レチクルＡＦ系１２０によるパターン位置の検出結果に従って、フォーカス補正を行えば、ハードペリクル２４の厚さばらつきによる誤差を受けないことになる。
上記のようにＦ２レーザ光及びフッ素ドープ石英から成るハードペリクル２４を用いた場合には、レチクルＡＦ系１２０を構成する照射系１２０ａからの検出光の入射角αが、３５°〜４０°の範囲（屈折率が１．４５〜１．４６に対応）の場合に検出誤差がハードペリクル２４の厚さｔの約４０．０％となる。図６Ｂ、図６Ｃには、このことを視覚的に示すために、露光光ＥＬの入射角α’を１１°、検出光の入射角αを４０°とした場合が図示されている。これらの図６Ｂ、図６Ｃからもわかるように、検出光の入射角αを上記式（１２）’が成立するように設定することにより、ハードペリクル２４の厚さｔ１，ｔ２の値の如何によらず、ハードペリクル２４を挿入したことによる、露光光（Ｆ２レーザ光）の焦点位置のずれと検出光（赤色光）の検出位置のずれが一致することとなる。
本実施形態の場合、検出光の入射角αを３５〜４０°の範囲内に設定することにより、露光光ＥＬ及びレチクルＡＦ系１２０の検出光の前述したＺの値が一致し、ハードペリクル２４の厚さばらつきによる誤差を受けない条件となる。
なお、このような関係は、光源がＦ２レーザであり平行平板の材料がフッ素ドープ石英の場合に限ったわけではなく、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ光源と石英製のハードペリクル、あるいはホタル石製のハードペリクル等の組み合わせであっても、上記Ｚが、露光光と、照射系から照射される検出光とで等しくなるように、各条件での検出光の入射角αを最適化することで、上記と同様にして、レチクルＡＦ系の検出光によるレチクルＲの検出値が、実質的にハードペリクルの厚さ（又はその厚さのばらつき）による誤差を受けないことになる。
また、光源がＦ２レーザの場合についてもハードペリクルの材質は、上記フッ素ドープ石英に限られるわけではなく、通常の石英や単に水酸基の少ない石英、さらに水素を添加した石英を使用することも可能である。また、ホタル石、フッ化マグネシウム、フッ化リチウムなどのフッ化物結晶を使用しても良い。
また、本第２の実施形態の露光装置では、前述の如く、レチクルＲのパターン面ＰＦの露光光ＥＬが照射される照明領域内に３点のレチクルＡＦ系１２０の検出点（結像光束の照射点）が設けられているが、いずれの結像光束（検出光束）の入射角も３５〜４０°の範囲内に設定されている。このため、いずれの検出光束の反射光束を受光する光検出器Ｓ３も、検出オフセットの設定（あるいは前述した再キャリブレーション）を行うことなく、かつハードペリクル２４の存在の如何にかかわらず、対応する検出点におけるデフォーカス量を正確に検出することができ、パターン面ＰＦが非走査方向に傾斜している（非走査方向のレベリング誤差がある）場合に、これを検出することが可能である。
但し、ハードペリクル２４を挿入すると、投影光学系ＰＬの像面側焦点位置のみならず、球面収差、コマ収差、ディストーション、像面湾曲等の結像特性が変動する。従って、投影光学系の結像特性を補正するためには、ハードペリクル２４の厚さｔの情報が必要であるが、ここでは厚さｔの情報が、不図示のコンソール等の入力装置を介してオペレータにより入力されるものとする。
本第２の実施形態では、前述した第１の実施形態と同様に、ペリクル（パターン保護部材）の厚さｔをパラメータとする、上記各収差を補正するための投影光学系ＰＬのレンズエレメントの駆動量との関係式を予め求めてＲＡＭに記憶している。そして、主制御装置５０では、露光開始に先立って、オペレータにより不図示のコンソール等の入力装置を介してハードペリクル２４の厚さｔの情報が入力されると、結像特性補正コントローラ７８に指令を与えて、投影光学系ＰＬの上記諸収差を補正するようになっている。なお、投影光学系ＰＬの結像特性を補正するためレンズエレメントを駆動した場合には、これにより副作用的にフォーカス変化が生じるが、これは無視できるほど小さいものとする。
その後、前述した第１の実施形態と同様の手順により、露光処理工程の動作が行われ、その際走査露光中に、主制御装置５０により、前述した第１の実施形態と同様に、レチクルＡＦ系１２０のすべての検出点について、前述した式（８）のΔＦがゼロとなるように、ウエハホルダ３５をＺ軸方向に移動することで、レチクルＲとウエハＷとの光学的な位置関係を一定に保つようなフォーカス・レベリング制御が行われる。
以上説明したように、本第２の実施形態によると、ハードペリクル２４等のパターン保護部材の有無、あるいはその厚さ（あるいは厚さの相違）に影響を受けることがなく、レチクルＡＦ系１２０によりレチクルパターン面のデフォーカス量を精度良く検出することができ、このレチクルＡＦ系１２０の検出値を考慮して、レチクルＲとウエハＷとの位置関係（光学的位置関係）の補正（調整）が行われるので、デフォーカスに起因する露光精度の低下のない、高精度な露光が可能となる。
また、本第２の実施形態においても、波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光などの真空紫外域に属するエネルギビームによって露光が行われるので、投影光学系ＰＬの解像力の向上が可能となり、微細パターンを高解像度でウエハ上に転写することが可能となる。
なお、上記第２の実施形態では、レチクルＲに対する検出光の入射角度αを３５°〜４０°の範囲内に設定することとしたが、これに限らず、３０°〜５０°の範囲内とすることとしても良い。
なお、上記第２の実施形態では、投影光学系の結像特性の変動補正を、オペレータにより不図示のコンソール等を介してオペレータにより入力されたハードペリクル２４の厚さｔの情報に基づいて行うこととしたが、これに限らず、第１の実施形態のレチクルＡＦ系２０と同様の構成のレチクルＡＦ系を用いることにより、ハードペリクル２４の厚さを計測し、該計測値に基づいて投影光学系の結像特性の変動を補正することとしても良い。
また、上記各実施形態では、フォーカス制御（レベリング制御を含む）に際し、ウエハＷ（ウエハホルダ）を駆動するものとしたが、これに限らず、レチクルＲを駆動することとしても良い。かかる場合には、例えば、リニアモータで走査方向に駆動されるレチクル粗動ステージと、該レチクル粗動ステージ上に配置されボイスコイルモータ等によりＸＹ面内で微小駆動可能な矩形枠状のレチクル微動ステージと、該レチクル微動ステージに上に３点支持され、ボイスコイルモータ等の電磁力駆動源によりＺ方向及びＸＹ面に対する傾斜方向に駆動可能でレチクルＲを吸着保持するレチクルホルダとを含んでレチクルステージを構成し、上記のフォーカス制御（レベリング制御を含む）に際しては、レチクルホルダを駆動すれば良い。
また、上記各実施形態では、ハードペリクル２４等のパターン保護部材の厚さに応じて、レチクルＡＦ系に検出オフセットを設定し、あるいはレチクルＡＦ系のキャリブレーションを与える場合について説明したが、これに限らず、ハードペリクル２４等のパターン保護部材の厚さに応じて、ウエハＡＦ系に検出オフセットを設定する等しても、同等の作用効果を得ることができる。
また、上記各実施形態では、投影光学系ＰＬを構成するレンズエレメントを駆動することにより投影光学系の光学特性を補正する場合について説明したが、これに限らず、主制御装置５０からの指示に基づいてレチクルＲ自体をレチクルＡＦ系２０又は１２０のキャプチャーレンジ内で上下させることにより収差を補正し、そのレチクルの位置をその後のレチクルの基準位置とすることとしても良い。
なお、上記各実施形態では、フォーカス位置の補正、投影光学系ＰＬの結像特性の補正、レベリングの調整を別々に説明したが、レチクルＡＦ系による検出結果に基づき、これらを組み合わせて総合的に行うことも勿論可能である。
なお、上記各実施形態では、レチクルＡＦ系の受光系（及び照射系）を３つ設けることとしたが、本発明がこれに限られるものではない。また、複数のレチクルＡＦ系によるハードペリクルの厚さの分布の計測方向を上記各実施形態では非走査方向としたが、これに限らず、走査方向に関して計測しても良いし、走査方向、非走査方向に対して斜め方向を計測することとしても良い。
また、レチクルＡＦ系の３つの受光系に対して、レチクルを走査方向に移動させながら、ハードペリクルの厚さを計測しても良い。
また、上記各実施形態では、パターン面ＰＦとフレーム２６と保護部材とで囲まれる空間内も低吸収性ガスで置換しているが、保護部材の厚さを検出する場合には、波長６００〜８００ｎｍの波長域に属する赤色光を用いているので、必ずしも上記空間内が低吸収性ガスで置換されている必要はない。
また、上記実施形態では、レチクル室１５内、ウエハ室４０内、投影光学系ＰＬの鏡筒内をヘリウムで置換する構成について説明したが、これに限らず、これらの空間の全てを窒素で置換しても良く、あるいは、投影光学系ＰＬの鏡筒内のみをヘリウムで置換しても良い。
なお、上記実施形態の露光装置の光源は、Ｆ２レーザ光源、ＡｒＦエキシマレーザ光源、ＫｒＦエキシマレーザ光源などに限らず、例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良い。
なお、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置にも本発明は好適に適用できる。
また、ウエハステージＷＳＴ、レチクルステージＲＳＴの浮上方式として、磁気浮上でなく、ガスフローによる浮上力を利用した方式を採用することも勿論できるが、かかる場合には、ステージの浮上用に供給するガスは、各ステージ室に充填される低吸収性ガスを用いることが望ましい。
なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるウエハステージ（スキャン型の場合はレチクルステージも）を露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、レチクル室、ウエハ室を構成する各隔壁を組み付け、ガスの配管系を接続し、の制御系に対する各部の接続を行い、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、上記実施形態の露光装置１００等の本発明に係る露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
《デバイス製造方法》
次に上述した露光装置をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
図８には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されている。図８に示されるように、まず、ステップ２０１（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ２０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステップ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ２０５（デバイス組立てステップ）において、ステップ２０４で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ２０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップ２０６（検査ステップ）において、ステップ２０５で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
図９には、半導体デバイスにおける、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されている。図９において、ステップ２１１（酸化ステップ）においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２１４（イオン打ち込みステップ）においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ２１６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ２１７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップ２１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ２１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップ２１６）において上記実施形態の露光装置が用いられるので、精度良くレチクルのパターンをウエハ上に転写することができる。この結果、高集積度のデバイスの生産性（歩留まりを含む）を向上させることが可能になる。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の第１〜第３の露光装置、及び本発明の第１〜第４の露光方法は、マスクのパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さの影響を受けず高精度な露光を実現するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、高集積度のマイクロデバイスの生産に適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
図２は、図１のレチクル及びレチクルＡＦ系を概略的に示す図である。
図３は、レチクルＡＦ系の構成を説明するための図である。
図４は、第１の実施形態に係るフォーカス位置合わせを説明するための図である。
図５は、本発明の第２の実施形態に係るレチクルＡＦ系の構成を概略的に示す図である。
図６Ａ〜図６Ｃは、第２の実施形態に係るフォーカス位置合わせを説明するための図である。
図７は、入射角θ１と焦点位置のずれＺの関係を表すグラフである。
図８は、本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフローチャートである。
図９は、図８のステップ２０４の詳細を示すフローチャートである。
【図１】
2002043123.tif 000005
【図２】
2002043123.tif 000006
【図３】
2002043123.tif 000007
【図４】
2002043123.tif 000008
【図５】
2002043123.tif 000009
【図６Ａ】
2002043123.tif 000010
【図６Ｂ】
2002043123.tif 000011
【図６Ｃ】
2002043123.tif 000012
【図７】
2002043123.tif 000013
【図８】
2002043123.tif 000014
【図９】
2002043123.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成14年6月20日(2002.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さを検出する検出装置を備える露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の露光装置において、
前記光透過性の保護部材は、平行平板から成る透明板によって形成され、
前記検出装置は、前記透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射系と、前記透明板の前記パターン面に対向する側の面及びその反対側の面からの第１、第２の反射光束をそれぞれ受光してそれぞれの検出信号を出力する第１の光検出器と、前記第１の光検出器から出力される検出信号に基づいて前記透明板の厚さを算出する演算装置とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の露光装置において、
前記検出装置は、前記パターン面からの第３の反射光束を受光してその検出信号を出力する第２の光検出器を更に備え、
前記演算装置は、前記第１の光検出器から出力される検出信号と前記第２の光検出器から出力される検出信号とに基づいて前記パターン面の法線方向の位置をも算出することを特徴とする露光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の露光装置において、
前記演算装置は、前記第１の光検出器から出力される検出信号に基づいて前記透明板の厚さを算出する第１の算出器と、該第１の算出器で算出された前記透明板の厚さと、前記第２の光検出器から出力される検出信号とに基づいて前記パターン面の法線方向の位置を算出する第２の算出器とを含むことを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項３に記載の露光装置において、
前記検出装置は、前記第１の光検出器から出力される検出信号に基づいて、前記第２の光検出器をキャリブレーションするキャリブレーション装置を更に備えることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項５に記載の露光装置において、
前記キャリブレーション装置は、前記パターン面からの反射光束の光軸をシフトさせることにより、前記第２の光検出器のキャリブレーションを行うことを特徴とする露光装置。
【請求項７】
請求項６に記載の露光装置において、
前記キャリブレーション装置は、前記パターン面から前記第２の光検出器に至る前記反射光束の光路上に配置され、前記反射光束の光軸に対する傾きを変更可能な平行平板を含むことを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項２に記載の露光装置において、
前記マスクから射出される前記エネルギビームを前記基板上に投射するとともに、その光軸方向が前記法線方向となるように配置された投影光学系と；
前記演算装置で算出された前記透明板の厚さに基づいて前記マスクと前記基板との位置関係、及び前記投影光学系の光学特性の少なくとも一方を補正する補正装置と；を更に備えることを特徴とする露光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の露光装置において、
前記照射系は、前記エネルギビームにより照明される前記投影光学系の露光エリアに対応する前記パターン面の領域内の複数の検出点に前記検出光束をそれぞれ照射し、
前記第１の光検出器は、前記各検出点に個別に対応して複数設けられ、
前記演算装置は、前記複数の第１の光検出器からの検出信号により前記透明板の厚さの分布を算出し、
前記補正装置は、前記マスクと前記基板との少なくとも一方の前記投影光学系の前記光軸方向に直交する面に対する傾斜を調整することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して入射角αで検出光束を照射する照射系と、前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光してその検出信号を出力する光検出器と、該光検出器の出力に基づいて前記パターン面の法線方向に関する前記パターン面の位置を算出する算出器とを有する位置検出系と；
前記マスクから射出される前記エネルギビームを前記基板上に投射するとともに、前記法線方向をその光軸方向とする投影光学系と；を備え、
前記検出光束の前記透明板内の射出角をβ、前記投影光学系の開口数と投影倍率とによって定まる前記エネルギビームの前記透明板に対する入射角の最大角度をα’、前記エネルギビームの前記透明板内の射出角をβ’とした場合に、前記入射角αが、
ｔａｎβ／ｔａｎα＝ｔａｎβ’／ｔａｎα’
を満足するように設定されていることを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の露光装置において、
前記エネルギビームが波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光であり、
前記入射角αが、３０°〜５０°の範囲内に設定されていることを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の露光装置において、
前記入射角αが、３５°〜４０°の範囲内に設定されていることを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の露光装置において、
前記検出光束が波長６００ｎｍ〜８００ｎｍに属する赤色光であり、
前記透明板がフッ素ドープ石英であることを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の露光装置において、
前記透明板の厚さｔに基づいて前記投影光学系の光学特性を補正する補正装置を更に備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の露光装置において、
前記厚さｔを検出する検出装置を更に備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射系と；
前記パターン面からの反射光束を受光して、前記パターン面の法線方向の位置を検出する位置検出装置と；
前記透明板の厚さに基づいて、前記位置検出装置をキャリブレーションするキャリブレーション装置と；を備える露光装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の露光装置において、
前記透明板の厚さを検出する厚さ検出装置を更に備え、
前記キャリブレーション装置は、前記厚さ検出装置の検出結果に基づいて、前記位置検出装置をキャリブレーションすることを特徴とする露光装置。
【請求項１８】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程では、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１９】
エネルギビームによりマスクを介して基板を露光し、前記マスクに形成されたパターン像を前記基板上に形成する露光方法であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する光透過性の保護部材の厚さを検出する検出工程と；
前記検出された前記保護部材の厚さに基づいて、前記パターン像の結像状態を補正する補正工程と；を含む露光方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の露光方法において、
前記光透過性の保護部材は、平行平板から成る透明板で形成され、
前記検出工程は、前記透明板を介して前記パターン面の法線に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射工程と、前記透明板の前記パターン面に対向する側の面及びその反対側の面からの第１、第２の反射光束をそれぞれ受光する受光工程と、前記第１、第２の反射光束の受光結果に基づいて、前記透明板の厚さを算出する算出工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の露光方法において、
前記受光工程では、前記パターン面からの第３の反射光束を更に受光し、
前記算出工程では、前記第１、第２、及び第３の反射光束の受光結果に基づいて、前記パターン面の前記法線方向の位置をも算出することを特徴とする露光方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の露光方法において、
前記パターン面の前記法線方向の位置の算出は、前記第１、第２の反射光束の受光結果に基づいて前記透明板の厚さを算出する第１の算出工程と、該算出された前記透明板の厚さと前記第３の反射光束の受光結果とに基づいて前記パターン面の法線方向の位置を算出する第２の算出工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２３】
エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して入射角αで検出光束を照射する工程と；
前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光し、その受光結果に基づいて前記パターン面の法線方向である前記投影光学系の光軸方向に関する前記パターン面の位置を算出する工程と；を含み、
前記検出光束の前記透明板内の射出角をβ、前記投影光学系の開口数と投影倍率によって定まる前記エネルギビームの前記透明板に対する入射角の最大角度をα’、前記エネルギビームの前記透明板内の射出角をβ’とした際に、前記入射角αを、
ｔａｎβ／ｔａｎα＝ｔａｎβ’／ｔａｎα’
を満足するように設定することを特徴とする露光方法。
【請求項２４】
波長１５７ｎｍのエネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面に対し、３０°〜５０°の範囲内の入射角で検出光束を照射する工程と；
前記検出光束の前記パターン面からの反射光束を受光し、その受光結果に基づいて前記投影光学系の光軸方向に関する前記パターン面の位置を算出する工程と；を含む露光方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の露光方法において、
前記入射角は、３５°〜４０°の範囲内の角度であることを特徴とする露光方法。
【請求項２６】
エネルギビームをマスクに照射し、前記マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光方法であって、
前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する所定厚さの光透過性の透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射工程と；
前記パターン面からの反射光束を受光して前記パターン面の法線方向の位置を検出するとともに、前記透明板の厚さに基づいて、前記パターン面の法線方向の位置を補正する位置検出・補正工程と；を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の露光方法において、
前記透明板の厚さを検出する厚さ検出工程を、更に含み、
前記位置検出・補正工程では、検出された前記透明板の厚さに基づいて、前記パターン面の法線方向の位置の補正が行われることを特徴とする露光方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の露光方法において、
前記位置検出・補正工程では、前記パターン面の法線方向の位置は、位置検出装置を用いて検出され、前記位置の補正のため、前記透明板の厚さに基づいて、前記位置検出装置のキャリブレーションが行われることを特徴とする露光方法。
【請求項２９】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程では、請求項１９〜２８のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項３０】
請求項１に記載の露光装置において、
前記検出装置は、さらに、前記パターン面の法線方向の位置を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の露光装置において、
前記光透過性の保護部材は、平行平板から成る透明板によって形成され、
前記検出装置は、前記透明板を介して前記パターン面に対して所定角度傾斜した方向から検出光束を照射する照射系と、前記パターン面からの反射光束を受光してその検出信号を出力する光検出器と、前記保護部材の厚さ及び前記光検出器から出力される検出信号に基づいて、前記パターン面の法線方向の位置を算出する演算装置とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項３２】
請求項１に記載の露光装置において、
前記検出装置は、複数箇所における前記光透過性の保護部材の厚さを検出することを特徴とする露光装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の露光装置において、
前記検出装置で検出された前記複数箇所の保護部材の厚さに基づいて、前記マスクと前記基板との位置関係、及び前記投影光学系の光学特性の少なくとも一方を補正する補正装置を更に備えることを特徴とする露光装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の露光装置において、
前記補正装置は、前記複数箇所の保護部材の厚さの平均値に基づいて、前記マスクと前記基板との位置関係、及び前記投影光学系の光学特性の少なくとも一方を補正することを特徴とする露光装置。
【請求項３５】
請求項１６に記載の露光装置において、
前記マスクにバーコード情報として記憶された前記透明板の厚さを読み取るバーコードリーダを更に備え、
前記キャリブレーション装置は、前記バーコードリーダで読み取った結果に基づいて、前記位置検出装置をキャリブレーションすることを特徴とする露光装置。
【請求項３６】
請求項１７に記載の露光装置において、
前記キャリブレーション装置は、前記位置検出装置で検出される前記パターン面の法線方向の位置を補正することを特徴とする露光装置。
【国際調査報告】
2002043123.tif 000016
2002043123.tif 000017
2002043123.tif 000018