JP4235392B2

JP4235392B2 - 位置検出装置、面形状推測装置、露光装置、及びデバイスの製造方法

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Publication number: JP4235392B2
Application number: JP2002063705A
Authority: JP
Inventors: 浩平前田; 聖也三浦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2022-03-08
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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ためのリソグラフィ工程でレチクルパターンをウエハ等の基板上に露光する際に使用される投影露光方法、及び投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造する際に、ステッパーのような一括露光型の投影露光装置の他に、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型の投影露光装置（走査型露光装置）も使用されつつある。この種の投影露光装置の投影光学系においては、限界に近い解像力が求められているため，解像力に影響する要因（例えば大気圧、環境温度等）を測定して、測定結果に応じて結像特性を補正する機構が備えられている。また、解像力を高めるべく投影光学系の開口数が大きく設定され、その結果として焦点深度がかなり浅くなっているため，斜入射方式の焦点位置検出系により基板としてのウエハの表面の凹凸のフォーカス位置（投影光学系の光軸方向の位置）を計測し、この計測結果に基づいてウエハの表面を投影光学系の像面に合わせ込むオートフォーカス機構が備えられている。
【０００３】
しかし、近年になって、マスクとしてのレチクルの変形による結像誤差も次第に無視できなくなってきている。即ち、仮にレチクルのパターン面がほぼ一様に投影光学系側に撓むと、結像位置もレチクルのパターン面が変位するのと同じ方向に変位するため、ウエハの位置が同じではデフォーカスが発生してしまう。また、レチクルのパターン面が変形するとパターンのパターン面内の位置（投影光学系の光軸に垂直な平面内方向の位置も変化することがあり、このようなパターンの横ずれはディストーション誤差の要因にもなる。
【０００４】
そのようなレチクルの変形を要因別に分類すると、（ａ）自重変形（ｂ）レチクルパターン面の平坦度（ｃ）レチクルをレチクルホルダに吸着保持する際の接触面の平面度により発生する変形（塵の挟み込みを含む）が考えられる。これらの要因によって生じるレチクルの変形量は０．５μｍ程度であり、このようなレチクルを投影光学系（投影倍率１／４倍）で投影すると、結像面でのレチクルの変形方向に関する位置ずれが３０ｎｍとなり無視できないほど大きくなってしまう。そこで、レチクルのパターン面の変形を計測し、その計測結果に従って結像性能を補償することが考えられる。しかし、そのレチクルの計測は、かなり高精度に行わなければならず、レチクルパターン面の変形量は０．１μｍ程度の計測精度で計測する必要がある。また、このようなレチクルの変形の状態は、レチクル毎に、更には露光装置のレチクルホルダ毎に異なってくるため、レチクルの変形量を正確に測定するためには、レチクルを実際に投影露光装置のレチクルホルダに吸着保持した状態で測定する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、投影露光装置においてより高い結像性能を得るためには、ウエハのみならず、レチクル側でもパターン面の形状を計測することが望ましい。そこでレチクルの面形状を計測するために、ウエハのフォーカス位置を検出するための斜入射方式のＡＦセンサーと同様の位置センサーをレチクルステージ側にも配置することが考えられる。
【０００６】
この場合、レチクルのパターン面は下面、即ち投影光学系側にあることからパターン面形状を検出するセンサーの検出光も下面側から斜入射することになる。ところが、この検出光はレチクルのパターン面に直接入射するためにそのパターンの反射率の違い（クロムとガラスの反射率）により検出光が影響を受け、正確な面形状を検出できなくなるという不都合が生じる。
【０００７】
また、レチクルにはパターン面に異物が付着しないように、金属枠を介して防塵膜（ペリクル）が張設されることがある。この場合、その金属枠に斜入射光が遮られないように制約もあるため、あまり浅い角度（大きな入射角）でレチクルのパターン面に検出光を照射することはできない。
【０００８】
また、上記の金属枠があるため、斜入射方式の位置センサーの検出光入射方向によりパターン面の位置検出可能領域には制限が加わり、パターン面のショット領域全域の面形状を直接計測することは困難である。
【０００９】
本発明は以上の点に着目したもので、マスクのパターンの投影を良好に行うことを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一側面としての位置検出装置は、走査型露光を行うための所定のパターンが形成されたレチクル面上の複数の点の、前記レチクル面と垂直な方向の位置を検出する検出手段を有する位置検出装置であって、前記検出手段は、検出光を前記レチクル面に導く光照射部と前記レチクル面からの反射光を受光する受光部とを有し、走査方向に走査される前記レチクルを検出することにより前記複数の点の前記レチクル面と垂直な方向の位置を検出し、前記光照射部は、４５度以上の入射角度で前記レチクル面に前記検出光が入射し、前記レチクル面と垂直な方向から見たときに前記走査方向に対して斜めに傾いて前記レチクル面に前記検出光が入射するように、構成されていることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式（走査型）の投影露光装置を用いて露光を行う場合に本発明を適用したものである。図１には、投影露光装置の主要部が示されている。同図において、レチクルＲはパターン形成面を下にして紙面と直交方向に走査可能なレチクルホルダによって真空吸着により保持されている。レチクル上方には露光用の光を出力する光源１が設けられており、この光源とレチクルＲとの間には照明光学系２が設けられている。レチクルを挟んで照明光学系２の反対側には投影光学系ＰＬを挟んで露光対象であるウエハＷが配置されている。このウエハＷはウエハ全面の露光、スキャン露光、フォーカス補正が可能なようにＸＹＺ方向および傾きが駆動可能なウエハステージＷＳＴに載置されている。
【００１７】
本実施例における投影露光の動作は、一般的な投影露光装置と同様である。すなわち、光源１から射出された露光光は、照明光学系２によってレチクルＲに照射される。そして、レチクルに描画されているパターンの像は、露光光により、投影光学系ＰＬを通じてウエハＷ上に投影される。レチクルＲとウエハＷは相対的に紙面と直交方向に走査されることによりワンショットの露光を行なうものである。
【００１８】
本実施例では、図１に示すように、レチクルホルダの下側にレチクル面位置検出系が設けられている。このレチクル面位置検出系はウエハの露光面を投影光学系の結像面に合わせ込むための斜入射タイプのフォーカスセンサーと同様の構成、機能を備えており、光照射部と光検出部によって構成されている。すなわち、光照射部からレチクルのパターン形成面に検出光を照射し、その反射光を光検出部で検出することにより、レチクルの面位置を検出するものである。光照射部は、発光ダイオードなどの光源５と、投影マーク用スリット６、投影レンズ７を主要構成としている。光検出部は、受光レンズ８とＣＣＤセンサーなどのディテクタ９を主要構成としている。ここで、レチクル走査方向（紙面と垂直な方向）とレチクル走査方向と直交する方向（紙面の左右方向）に複数の検出系を配置した上でこのレチクルを走査することによりレチクル面上の複数の点（検出点）において面位置を測定し、その測定結果からレチクル面の面形状を計測する構成としている。
【００１９】
さらにこの面位置検出系で検出された面形状は形状記憶部１０で記憶され、さらに演算部１１でレチクル全面の近似面を算出する。
【００２０】
ここで、上記のような方法で計測したレチクルのパターン面の撓みを補正する方法としては以下のような方法が考えられる。
【００２１】
（１）物理的に撓みを補正する
圧電素子やその他のアクチュエータを用いて、レチクルに対して撓みを補正する方向に力を加えることにより、レチクルの撓みを物理的に補正する。ここでアクチュエータは圧電素子に限らないし、またボルトとナット等を用いてレチクルに力を加えるようにしても良い。また、レチクルの上面側及び／又は下面側に気圧を制御することができる密閉空間を設け、この空間内の圧力を制御してレチクルの撓みを補正するようにしても良い。
【００２２】
（２）光学的に撓みを補正する
レチクル全面の走査方向の撓みは、ウエハステージを投影光学系の光軸方向（Ｚ方向）に動かしつつ走査方向に駆動することにより、光学的に補正を行う。走査方向の撓みに関してはウエハステージを上下に動かすことにより、レチクルのパターン面とウエハ表面の共役関係を良好に保ちつつ走査露光を行い、走査方向と直交する方向の撓みに関しては投影光学系内の光学素子を動かすことにより像面湾曲を発生させ、撓んだレチクルのパターン面がウエハ表面に良好に結像されるように調整しつつ走査露光を行う。このウエハステージの調整と投影光学系の調整の両方をリアルタイムで行いつつ走査露光を行えれば最良であるが、両者をリアルタイムで実行するのが困難な場合、レチクルを走査方向に関して複数の領域に分割し、その複数の領域ごとにウエハステージの光軸方向（Ｚ方向）に駆動するようにすると制御が簡単になる。また、走査方向と直交する方向のレチクルの撓みに関しては以下のように対処する。通常、撓んだレチクルを投影光学系で投影すると像面が湾曲してしまう。そこで、投影光学系の光学素子（レンズでもミラーでも可）を投影光学系の光軸方向に移動することによって、投影光学系の像面湾曲を変化させて、レチクルの湾曲に起因する像面の湾曲と、投影光学系の光学素子を移動することによって変化する像面湾曲とが相殺するように設定することによって、レチクルの撓みを光学的に補正している。
【００２３】
また、投影光学系の光学素子を動かすことにより、レチクル全面において、レチクルの湾曲の影響を十分に低減することができれば、走査方向の撓みも走査方向と直交する方向の撓みも、光学素子を動かすことにより光学的に補正することができる。
【００２４】
（３）レチクルを交換する
レチクルの面形状計測結果から、レチクルの撓みによる結像面の湾曲を許容範囲内に低減できず、露光の結像性能に支障があると判断した場合、制御系１２を通じてレチクルステージＲＳＴに信号を送り、レチクルの交換、再設置を促す機能を有している。
【００２５】
以下に、さらに詳細に本発明の実施形態について説明する。
【００２６】
図２、図３を参照しながら前記のレチクル面位置検出系の動作を説明する。光源５から射出された光は、投影マーク用スリット６を通過し投影レンズ７によってレチクルのパターン面付近で集光する。そして、レチクルのパターン面で反射された光は、受光レンズ８を通してディテクタ９上で再び集光する。このレチクル面付近で集光する位置を検出点とし、検出点をスキャン方向と直交する方向に複数設ける。この状態でレチクルを走査しつつ一定のピッチで検出点の面位置検出を行い、その結果からレチクル面の面形状を計測する。さらに具体的に面形状を検出する方法を説明する。面位置検出系においては図２のように光照射系５からの検出光が破線で描かれているレチクル面に斜入射され、反射された光が光受光部９に入射する。その検出光をＣＣＤセンサー等で取り込むと図３（ｉ）のような波形が検知でき、波形の重心位置を位置情報とすることでレチクル面上の検出点の位置を検出する。例えば図２の実線で描かれているようにレチクルパターン面が撓んでいたとするとそのレチクル面から反射されて光検出系に入射する検出光は図２の実線で描かれた矢印の方向にシフトすることになる。その際、検出系５，９で検知される検出波形（重心位置）は図３（ｉｉ）のようにパターン面形状に応じて、もとの波形位置からシフトすることになる。それぞれの波形の重心がシフトする量から、検出点のＺ方向（レチクル面と垂直な方向）の位置を検出する。
【００２７】
ところがレチクル（パターン）面を計測するときに、検出光がパターンが形成されている部分（クロムが塗布されている部分）とパターンが形成されていない部分（クロムが塗布されておらず、レチクル基板であるガラスが剥き出しになっている部分）との両方に照射される場合、検出光で取り込まれる波形が崩れてしまう現象が起きることが有る。このことにより検出点（パターン面）のＺ方向の位置を誤計測してしまう。具体的には、図４に示す検出光照射部（図４の下側の図中の四角で囲った部分）に検出光が当たった場合、検出光はレチクル面に斜入射し、その光がパターン形成部とパターンが形成されていない部分の両方に照射されると、両者の反射率差（クロムとガラスの反射率差）により、レチクル面で反射されて光受光部に取り込まれる検出光の波形が崩れてしまう。その波形の崩れにより波形の重心が変化してしまい、レチクル面上の検出点の位置を誤計測する原因となる。具体的には、図４の下側の図において、四角で囲んだ領域に検出光が当たった場合、ガラスの方がクロムよりも反射率が低いため、図４の上側の図のように反射光の波形が崩れてしまい、波形の重心が（本来重心があるべき位置よりも）左側にずれてしまう。このような誤計測を防ぐ、もしくは計測誤差を小さくするための対応策が必要である。
【００２８】
そこで、計測光の入射角度と計測誤差、またその原因となるパターンの反射率比（クロムの反射率／ガラスの反射率）の関係を示したのが図５である。図５から、入射角度を大きくしていくと、クロムとガラスの反射率比が小さくなり、計測誤差も小さくなることが分かる。露光装置のレチクルパターン面の検出において、各検出点の計測誤差は０．１μｍ程度以内に抑える必要がある。図５において、検出光のパターン面への入射角度を４５°以上にすれば、クロムとガラスの反射率比を低く抑えることができ、計測誤差０．１μｍ以内という上記の性能を満足することができることがわかる。
【００２９】
ここで、上述の実施例においてガラスと書いたが、このガラスは、石英、フッ素ドープ石英、蛍石等であっても構わない。また、ガラス、石英、フッ素ドープ石英、蛍石に反射防止膜等を塗布した上にクロムでパターンを形成したものをレチクルとしていても構わない。
【００３０】
上記の結果から入射角度を大きくしていくと計測精度はよくなるが、実際の露光装置に用いるレチクルには図１に示すように金属枠４を介して塵付着防止膜（ペリクル）３が張設されることがあり、検出光のパターン面への入射角の設定範囲には制約があるのが実情である。例えば、図６はパターン面に入射する検出光をスキャン方向と直交する方向と平行にした場合である。この場合に、パターン面への検出光の入射角度をθ１０、θ１１、θ１２と３種類想定した。それぞれの入射角度の検出光がそれぞれ所定のＮＡを持っていることを考え合わせると、図６のように入射角度が大きいほど、位置検出可能領域がペリクルから遠ざかっていることが分かる。
【００３１】
図７に位置検出可能領域を示した。図７はレチクルのパターン面をパターン面に垂直な方向から見た図であり、金属枠とはペリクルの枠のことでありここでは金属としたが、金属以外で枠を形成していても構わない。また、ショット領域とは、レチクル上で投影するパターンが形成されている領域のことである。ここで、検出光のパターン面への入射角度がもっとも小さいθ１２の場合、図７における検出領域１，２，３のすべての領域が検出可能である。次に２番目に入射角度が小さいθ１１の場合、検出領域２，３の領域が検出可能である。最後にもっとも入射角度が大きいθ１０の場合検出領域３の領域だけが検出可能である。
【００３２】
つまり、前述のように、検出光のパターン面への入射角度は４５度以上にしないと所望の計測精度が得られないが、入射角度が大きすぎると、パターン面内の検出可能領域が小さくなってしまい、ショット領域全域を位置検出することができなくなってしまうことが分かった。
【００３３】
そこで、ショット領域全域の位置検出を行わずにショット領域全域の面形状を知るための方法として、検出領域内の複数の検出点における計測結果に基づいてショット領域内のレチクル面の形状を近似計測することが考えられる。
【００３４】
そこでここでは、上記のレチクルパターン面の近似計測において重要な検討要素となる検出スパン（検出点間の間隔）、検出点数と、レチクルの撓み面を近似する際の精度との関連性について説明する。
【００３５】
まず、図１０（ｉ）にあるように２次元的なレチクルの撓み面を想定する。そして、ここでは位置検出を行う点を３点とし、その３点の検出点における検出結果に基づいてレチクルパターン面の近似面を描いている。このとき、実際のレチクルの撓みのレンジをＲ_真値、近似した撓み面のレンジをＲ_計測とする。（ここではショット領域を撓み評価領域とし、ショット領域内での面位置の最大値、最小値のレンジをＲと定義している。）。さらに図１０（ｉｉ）には３点の検出点の検出スパンを図１０（ｉ）よりも大きくした場合を、図１０（ｉ）と同じように示している。この結果から、検出スパンが小さいときよりも、検出スパンが大きいときの方が、レチクルパターン面の近似面の形状が、実際のレチクルパターンの形状に近いことが分かる。つまり、検出点数が決まっている場合、検出スパンは大きい方が近似面の精度が上がることが分かった。
【００３６】
さらに、図１０（ｉｉｉ）は、図１０（ｉ）とほぼ同じ領域内に検出点を配置しているが、その検出点の数を増やした場合である。ここで、図１０の（ｉ）と図１０（ｉｉｉ）とを比較すると、検出点検出点検出点数が少ないときよりも、検出点数が多い場合の方が、レチクルパターン面の近似面の形状が、実際のレチクルパターン面の形状に近いことが分かる。つまり、検出する領域（検出可能領域）が同じ場合、検出点数を増やした方が、レチクルパターン面の近似面の形状が実際のパターン面の形状に近いことが分かる。検出点検出点検出点以上のように実際のレチクル撓み面を精度よく計測するためには検出点数を増やす、もしくは検出スパンを大きくしてレチクル撓み面を近似計測することが必要である。そこで各検出点での計測誤差を０．１μｍ以内とし、検出点（３点以上）、検出スパン（検出光のパターン面への入射角度や入射方向により制限があるが、ここではショット領域内で設けることができる最大スパンとする）を設定してレチクル面形状を近似計測した。そのときの検出可能領域（対ショット領域）と前述したレチクル撓みのレンジ差（Ｒ_計測−Ｒ_真値）の関係を図１１に示した。これによるとレチクル面形状を近似計測するときに検出領域がショット領域の８０％以上であればレンジ差を０．１μｍ以下にできることが分かる。
【００３７】
上記の結果をもとに有効なレチクル面形状計測システム構成例を以下に示す。実際のレチクル面形状検出においてレチクル面の非走査方向には検出装置の実装上の制約があり、多くの検出点を構成できない場合がある。逆にスキャン方向には検出点を増やすことは、計測ピッチを小さくすることにより可能である。そのため図１２にあるようにレチクル面の検出領域の非走査方向は検出スパンを大きくし（検出点数に限りがあるため）、走査方向は検出点数を増やすことによりレチクルパターン面の面形状を精度良く近似することが考えられる。その際、それぞれの検出方向（スキャン方向、スキャン方向と直交する方向）において、適当な検出光の入射方向φ（レチクルのパターン面と垂直な方向から見たときの、スキャン方向とパターンに入射する検出光のなす角度）を設定することにより直接検出できる領域を広げるようにすれば、さらにパターン面の近似面の精度が上がるものと考えられる。そこで、入射方向φと検出可能領域との関連性について以下に検討した。
【００３８】
図８，９は以下に設定したパラメータの説明図である。図８、９にあるように検出光の入射角度θ、入射方向φ、開口数θ_ＮＡ、金属枠の大きさ内枠（Ｐｘｉｎ×Ｐｙｉｎ）、外枠（Ｐｘｏｕｔ×Ｐｙｏｕｔ）、全ショット領域（Ｐｘｓｈｏｔ×Ｐｙｓｈｏｔ）、金属枠高さｈ、レチクルパターン面の最大検出領域（Ｘ×Ｙ）とすると、Ｘ方向における金属枠の内枠から最大検出領域（検出可能領域）の端までの距離ａ、Ｙ方向における金属枠の内枠から最大検出領域（検出可能領域）の端までの距離ｂは次の式で表される。
【００３９】
ａ＝ｈ／ｔａｎ（９０−θ−θ_ＮＡ）×ｓｉｎφ
ｂ＝ｈ／ｔａｎ（９０−θ−θ_ＮＡ）×ｃｏｓφ
また、最大検出領域のＸ，Ｙは
Ｘ＝Ｐｘｉｎ−２×ａ
Ｙ＝Ｐｙｉｎ−２×ｂ
と表せる。
【００４０】
これらの関係から、検出光のパターン面への入射角度による検出可能領域を図示したのが図１３である。ここでは、図６と同様θ１０、θ１１、θ１２（θ１０＞θ１１＞θ１２）という３種類の入射角度を想定し、それぞれの入射角度について検出可能領域を検討した。図１３から、入射角度がθ１２の時（入射角度がもっとも小さいとき）、検出領域１，２，３すべての領域（ショット領域全域）が検出可能であり、入射角度がθ１１の時、検出領域２，３の領域（ショット領域の約８０％）が検出可能であり、入射角度がθ１０の時、検出領域３のみ（ショット領域の約５０％）が検出可能である。つまり、θ１０は入射角度が大きすぎるため、ショット領域のうちの約５０％の領域にしか検出点を設けられないため、所望の近似面の精度（０．１μｍ以下）を得ることができないことが分かる。
【００４１】
以上より、所望の精度でレチクルのパターン面の形状を推測（近似）するためには、検出光のパターン面への入射角度が４５度以上（レチクルの基板がガラスで、そのガラス基板上にクロムでパターンを描いた場合）であり、尚且つ、レチクルのショット領域のうち８０％以上の領域に検出点を設けることができるような入射角度、入射方向で検出光をレチクルのパターン面に入射させる必要がある。
【００４２】
ここで、Ｐｘｉｎを１２０ｍｍ、Ｐｙｉｎを１４６ｍｍ、Ｐｘｏｕｔを１２４ｍｍ、Ｐｙｏｕｔを１５０ｍｍ、Ｐｘｓｈｏｔを１０８ｍｍ、Ｐｙｓｈｏｔを１３４ｍｍ、ｈを６．３ｍｍとしたとき、ショット領域内の検出可能領域が８０％以上になる場合について計算を行った。その結果が図１４である。図中のＩは、各々の検出点における検出誤差が０．１μｍ以下となるための条件、II及び斜線部は、ショット領域のうち８０％以上が検出可能領域となるための条件である。尚、この結果は、入射方向４５度の線に関して線対称な結果となるため、入射方向４５度以上の領域に関してはここでは割愛した。この図１４より、入射角度は４５度以上８０度以下にすると、所望の精度でパターン面の近似面を推測できることが分かる。この４５度以上８０度以下という入射角度は、ガラス基板上にクロムでパターンを形成した場合、及び金属枠やショット領域を上記のような数値に設定した場合に限らず、他の様々な状況において適用可能である。具体的には、レチクルの基板がガラスでなくても良いし、パターンを形成する材料がクロムでなくても良い。また、金属枠の高さ、内枠の大きさ及びショット領域の大きさが上記の設定した数値と異なるものであっても、レチクル及び金属枠（ペリクル）を用いる場合、上記のような入射角度を設定するのが好ましいと考えられる。これは下記の検出光の入射方向φに関しても同様のことが言える。
【００４３】
また、計測精度の問題上ショット領域全域にわたって直接計測できない状況で、検出光の入射方向φを０度より大きく９０度より小さい角度に設定することにより、スキャン方向においては直接検出できない領域が大きくなるものの、非スキャン方向はショット領域の全てにわたり直接計測できる（検出領域Ｘ：１０８〜１２０ｍｍ、Ｙ：１０７〜１０８ｍｍ）。この検出領域において、レチクル面形状の近似計測精度が向上するように検出点数、検出スパンを適宜設定してもよい。
【００４４】
さらに上記の入射方向φ（０度より大きく９０度より小さい）に設定した場合においてショット領域とペリクル内枠までにあるパターン描画されていない領域に検出点を設けてもよい。
【００４５】
また、ここで、検出光のパターン面への入射方向が、パターン面と垂直な方向から見たときに、スキャン方向に対して２０度以上７０度以下の角度をなすように構成すると、ショット領域内に対して検出可能領域の割合がさらに上がり、近似面の精度をさらに上げることが可能になる。
【００４６】
さて、前記のような特徴をもつ検出系で検出された面位置情報は形状記憶系１０で記憶される。そしてその面位置情報をもとに演算部１１でレチクル全面での面形状を近似して算出する。そのとき、露光の結像性能を低下させるほどの面形状が算出された場合、走査方向の撓み情報はウエハステージに送られスキャン露光時のフォーカス駆動量が良好となるように補正が行なわれる。または、このレチクルの面形状計測結果から露光の結像性能に支障があると判断した場合、制御系１２を通じてレチクルステージＲＳＴに信号を送り、レチクルの交換、もしくはレチクルの再設置を促す機能を有している。
【００４７】
実装上可能な場合、非スキャン方向に対して検出点は３点に限定する必要は無く、１点、２点でも構わないし、４点以上の検出点を設けても構わない。また、本実施例においては、レチクルの基板としてガラスを用い、そのガラス基板上にクロムを塗布してパターンを形成したが、レチクルの基板や塗布する材料は勿論別の材料を用いても構わない。
【００４８】
また、本実施例では走査型露光装置に対して本発明を適用したが、走査型以外の露光装置に本発明を適用しても構わない。走査型露光装置以外の露光装置に適用した場合、上記の実施例において、スキャン方向と定義していた方向は、レチクルにおいてパターンが形成されている実質的に長方形のショット領域のいずれか一辺と置き換えれば良い。
【００４９】
上述のように、本発明を走査型露光装置（所謂スキャナー）、或いは通常のステッパーと呼ばれる露光装置に適用することは可能である。さらに、そのような露光装置によりウエハを露光する工程と、公知の装置を用いて現像する工程等を有するデバイスの製造方法に適用することも可能である。
【００５０】
また前述の面位置検出系においてレチクルパターン面による計測誤差を小さくするために検出光に偏光を用いてもよい。その際には、前述と同じように計測精度が小さくなるような検出光の入射角度、入射方向を決定するものとする。
【００５１】
さらに、上記の実施例（もしくはそれを適用した露光装置）において、複数の検出点における位置検出の結果から及び／又は複数の検出点における位置検出の結果に基づいたパターン面形状（位置）の推測結果から、露光を行う際に結像性能に支障を及ぼすことが必至な場合は、レチクルの交換、レチクルの再設置等を促す警告機能を備えるようにすれば、パターン面の撓みや平面度の悪さによる露光性能の悪化に伴う歩留りの低下を未然に防ぐことができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の面位置検出方法によれば、計測光の入射角度を４５〜８０°に設定することによりレチクル面上に描画されているパターンに起因する検出点ごとの検出誤差を抑えることが可能であり（例えば０．１μｍ以下）、また同時に検出光を斜め方向（スキャン方向に対して）から入射させることによりレチクル面形状を近似計測する際に必要な検出点設置可能領域をスキャン、非スキャン両方向において広範に確保することができ（ショット領域に対して８０％以上）、レチクル面近似計測誤差も抑えることができる（０．１μｍ以下）。これにより露光すべきショット領域全面における面形状情報を高精度に得ることができる。
【００５３】
また、上記のようなレチクル面位置検出方法により得られた結果から、ベストフォーカス，ディストーションが良好となるようにウエハステージ駆動量制御にフィードバックすることにより良好な結像性能が得られる。さらに、露光の結像性能に支障があると判断された場合、レチクルの交換、再設置を促す警告機能が備えられているため、たわみや平面度変化により発生する不良を未然に防止する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の投影露光装置の主要構成を示す図である。
【図２】レチクルの変形とレチクル面位置検出系の作用を示す図である。
【図３】検出光のＣＣＤセンサー上での波形信号の様子（ｉ）基準状態（ｉｉ）Ｚ変位がありレチクルパターンに影響を受けていない状態（ｉｉｉ）Ｚ変位がありレチクルパターンに影響を受けている状態
【図４】レチクル面上の描画パターンの反射率差による検出光波形の重心変化を示す図である。
【図５】検出光の入射角度、パターンによる反射率比（クロムの反射率／ガラスの反射率）、パターンに起因する計測誤差のそれぞれの関係を示す図である。
【図６】ペリクル金属枠により、検出光の入射角度が大きくなるにつれて（θ_１２＜θ_１１＜θ_１０）、検出領域が小さくなる様子を示す検出断面と検出面図である。
【図７】スキャン方向に直交する方向から検出光を入射角度θ_１２、θ_１１、θ_１０（θ_１２＜θ_１１＜θ_１０）で入射させたときの検出領域の違いを示す図である。
【図８】スキャン方向に対して角度φの方向から検出光を斜入射させた時の検出領域の違いを示す図である。
【図９】スキャン方向に対して角度φの方向から検出光を斜入射させたとき、非スキャン方向における金属枠の内枠から最大検出領域の端までの距離ａ、金属枠の内枠から最大検出領域の端までの距離ｂを示す図である。
【図１０】理想レチクル撓み面（撓み量：Ｒ_真値）を想定し、３点（ｏｒ５点）でそのレチクル面を近似計測したときの近似レチクル撓み面（撓み量：Ｒ_計測）との比較の様子を示す図である。（Ｉ）検出点数が３点の場合（ＩＩ）３点の検出スパンを大きくした場合（ＩＩＩ）検出点数を５点にした場合
【図１１】レチクル面形状を近似計測したときの近似計測面と実際のレチクル面の撓みレンジ差（Ｒ_計測−Ｒ_真値）と、検出可能領域／ショット領域の関係を示した図である。
【図１２】検出光を入射方向φの方向から斜入射させ、レチクル面上を計測するときの検出概略図である。
【図１３】検出光を入射角度θ_１２、θ_１１、θ_１０（θ_１２＜θ_１１＜θ_１０）、スキャン方向に対して入射方向４５°の方向から斜入射させたときの検出領域の違いを示す図である。
【図１４】レチクルのパターン近似面の計測誤差が０．１μｍ以内である場合の入射角度、入射方向の範囲を示した図である。
【符号の説明】
Ｒレチクル
ＰＬ投影光学系
Ｗウエハ
ＲＳＴレチクルステージ
ＷＳＴウエハステージ
３塵付着防止膜（ペリクル）
４金属枠
５検出用光源
６投影マーク用スリット
７投影レンズ
８受光レンズ
９ディテクタ
１０形状記憶部
１１演算部
１２制御系

Claims

所定のパターンが形成された前記レチクル面上の複数の点の、前記レチクル面と垂直な方向の位置を検出する検出手段を有する位置検出装置であって、
前記検出手段は、検出光を前記レチクル面に導く光照射部と前記レチクル面からの反射光を受光する受光部とを有し、走査方向に走査される前記レチクルを検出することにより前記複数の点の前記レチクル面と垂直な方向の位置を検出し、
前記光照射部は、４５度以上の入射角度で前記レチクル面に前記検出光が入射し、前記レチクル面と垂直な方向から見たときに前記走査方向に対して斜めに傾いて前記レチクル面に前記検出光が入射するように、構成されていることを特徴とする位置検出装置。
前記レチクルには、前記レチクル面と垂直な方向に所定の高さを有する枠と塵付着防止膜とを有する塵付着防止手段が設けられており、
前記光照射部は、８０度以下の入射角度で前記レチクル面に前記検出光が入射するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
前記レチクル面と垂直な方向から見たときに、前記検出光と前記走査方向とのなす角度が２０度以上７０度以下であることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
長方形の領域内に所定のパターンが形成されたレチクル面上の複数の検出点の、前記レチクル面と垂直な方向の位置を検出する検出手段を有する位置検出装置であって、
前記検出手段が、検出光を前記レチクル面に導く光照射部を有しており、
前記レチクル面に入射する前記検出光は、前記レチクル面と垂直な方向から見たときに、前記長方形のいずれかの一辺と２０度以上７０度以下の角度をなすことを特徴とする位置検出装置。
請求項１乃至４いずれか１項記載の位置検出装置の検出結果に基づいて、前記レチクル面の前記検出点以外の面形状を推測することを特徴とする面形状推測装置。
前記１乃至４いずれか１項記載の位置検出装置又は請求項５記載の面形状推測装置を備え、前記パターンを感光基板に投影露光することを特徴とする露光装置。
請求項１乃至４いずれか１項に記載の位置検出装置の検出結果又は請求項５に記載の面形状推測装置の推測結果に基づいて、前記レチクルの交換又は前記レチクルの再設置を警告する警告手段を有することを特徴とする請求項６記載の露光装置。
請求項６又は７記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。