JP5293250B2 - 面位置検出装置及び露光装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1の実施形態につき図1〜図6を参照して説明する。本実施形態は、レチクル用のオートフォーカスセンサを備えた露光装置に本発明を適用したものである。
図1は、本実施形態のスキャニングステッパーよりなる走査露光型の露光装置(投影露光装置)の概略構成を示す図である。図1において、その露光装置は、露光光源(不図示)と、露光光源からの露光光でレチクルR(マスク)を照明する照明光学系ILと、下面(パターン面)に転写用の回路パターンが形成されたレチクルRを保持して移動するレチクルステージRSTと、レチクルRのパターンの像をフォトレジスト(感光材料)が塗布されたウエハW(基板)上に投影する投影光学系PLと、ウエハWを保持して移動するウエハステージWSTとを備えている。さらに、その露光装置は、レチクルRの下面で法線方向(ここでは投影光学系PLの光軸に平行な方向)の位置を検出するためのレチクル用のオートフォーカスセンサ(以下、RAFセンサという。)2と、ウエハW表面の複数の計測点で投影光学系PLの光軸方向の位置(フォーカス位置)を検出するためのウエハ用のオートフォーカスセンサ(以下、AFセンサという。)60と、RAFセンサ2及びAFセンサ60の計測結果に基づいて投影光学系PLの像面にウエハWの表面を合焦させる合焦機構(像位置の補正機構)、及び装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系50等とを備えている。
なお、式(1)の光路長差ΔOP1はλ/2と等価である。また、式(1)の光路長差ΔOP1は位相差では(180°+k・360°)、即ち180°の奇数倍に相当するが、この位相差は180°と等価である。
この位相板33の中心領域33aを通過した計測光L1の波面L1awと、周辺領域33cを通過した計測光L1の波面L1cwとの光路長差はλ/2(位相差で180°)であるため、パターン面Raの光軸axr上に集光される計測光L1の強度分布は、位相差が180°の2つの光束の干渉によって小さくなる。従って、図3(C)に示すように、パターン面Ra上での計測光L1の照射領域41は、位相板33がない場合の点線で示す照射領域41Aに比べて広くなる。一例として、位相板33がない場合の照射領域41Aが直径1〜2μm程度の円形領域であるとすると、位相板33を使用したときの照射領域41は直径が数μm(例えば5μm)程度の面積で4倍以上の円形領域になる。
また、位相板33の中心領域33a及び周辺領域33cを透過した計測光L1によるパターン面Raからの反射光L2は、図3(B)に示すように、それぞれ再び位相板33の中心領域33a及び周辺領域33cを透過する。従って、中心領域33aを透過した反射光L2の波面L2awと、周辺領域33cを透過した反射光L2の波面L2cwとの間には、式(1)の2倍の次の光路長差ΔOP2が生じる。
この光路長差ΔOP2はλの整数倍であるため、実質的に光路長差が0の場合と等価である。また、式(2)の光路長差ΔOP2は位相差では(360°+2・k・360°)、即ち360°の整数倍に相当するが、この位相差は0°と等価である。
従って、位相板33の中心領域33aを透過する反射光L2の等価的な波面L2aw’と周辺領域33cを透過する反射光L2の波面L2cwとの位相が等しくなるため、反射光L2の波面は位相板33が存在しない場合の波面と実質的に等しくなる。この結果、図3(D)に示すように、ピンホール板36のピンホール36a内に集光される反射光L2の照射領域43は、位相板33を使用しない場合と同じ大きさの円形領域であり、パターン面RaのZ位置を高感度に計測できる。
次に、図2(A)中の位相板33の種々の実施例について、コンピュータ上のシミュレーションによってパターン面Ra上での計測光L1の照射領域の形状を求めた結果を図5(A)〜図5(D)及び図6(A)〜図6(D)を参照して説明する。この際の条件は、計測光L1の波長λを670nm、対物レンズ35の開口数NAを0.5とした。また、以下では位相板の外形は正方形であるが、その外形は円形等でもよい。
これに対して、図5(C)の位相板33は、中心領域33aを囲む段差部33bの半径を開口数NAに換算して0.8×NAとしたものである。この際に周辺領域33c中の計測光L1の半径が開口数NAに対応しており、中心領域33a及び周辺領域33cを透過する計測光L1の間にλ/2の光路長差(180°の位相差)が付与される。この場合のパターン面Ra上での計測光L1の照射領域は、図5(D)に示すように、直径が2μm程度の円形領域に拡張されるる。
(1)本実施形態の図2(A)のRAFセンサ2及びRAF制御系52を含む検出装置は、計測光L1をレチクルRのパターン面Raに照射し、パターン面Raからの反射光L2を光電センサ37を介して受光して得られる検出信号FS1に基づいてパターン面Raの法線方向の位置(面位置)を検出する検出装置において、計測光L1をパターン面Raに照射して反射光L2を受光する対物レンズ35と、対物レンズ35を介した反射光L2を光電センサ37に通すピンホール36aが形成されたピンホール板36とを含む共焦点光学系と、パターン面Raに照射される計測光L1に、パターン面Ra上での照射面積を広げるように、かつ反射光L2に、ピンホール板36上での照射面積を狭くするように位相分布を付与する位相板33とを備えたものである。
(2)また、位相板33は透過する計測光L1に180°の位相差を付与する2つの領域(中心領域33a及び周辺領域33c)を有し、位相板33は、透過する反射光L2に180°の位相差を付与する2つの領域(中心領域33a及び周辺領域33c)を有する。従って、位相板33を容易に高精度に製造できる。
また、位相板33上の異なる位相差を付与する領域は、図6(C)の位相板33Bのように3つ以上に分かれていてもよい。
(4)この場合、その所定の位相差を解消する位相差は、ピンホール板36上におけるその第1部分反射光とその第2部分反射光との位相差が360°の整数倍となる位相差である。360°の整数倍の位相差は0°と等価であるため、その反射光L2の照射領域は実質的に位相板33がないときと同じ大きさに縮小される。
(6)また、図2(A)の例では、位相板33が計測光L1用の位相部材と反射光L2用の位相部材とを兼用しているため、RAFセンサ2の構成が簡素化できる。
(8)また、本実施形態の露光装置は、レチクルRのパターンの像を投影光学系PLを介してウエハW上に投影して、ウエハWを露光する露光装置において、RAFセンサ2及びRAF制御系52を含む検出装置を備え、その検出装置はレチクルRのパターン面Raの投影光学系PLの光軸方向の面位置情報を検出している。さらに、その露光装置は、その検出装置の検出情報に基づいて、レチクルRのパターンの像とウエハWとの投影光学系PLの光軸方向の位置関係を補正するZ駆動部22A〜22C(ステージ装置)を備えている。従って、レチクルRに撓み等が生じていても、レチクルRのパターンの像に対してウエハWの露光面を高精度に合焦できるため、レチクルRのパターンを高解像度でウエハW上に転写できる。
[第2の実施形態]
次に本発明の第2の実施形態につき図7を参照して説明する。図7において図2(A)に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略又は簡略化する。
また、本実施形態では、第1の位相板33Aと第2の位相板33Bとは、ビームスプリッタ32、対物レンズ35B、及びパターン面Raを介して実質的に互いに光学的に共役な位置に配置されている。これによって、第2の位相板33Bとして、第1の位相板33Aと同じ位相板を用いることも可能になる。
なお、上記の実施形態では、レチクルRの法線方向の位置を検出する場合に本発明を適用したが、本発明は、ウエハWの表面の法線方向の位置を検出する場合にも適用可能である。即ち、図1の露光装置において、ウエハW用のAFセンサ60として、RAF系2と同様の構成のオートフォーカスセンサを使用してもよい。
また、上記の実施形態においては、走査露光方式の露光装置を例に挙げて説明しているが、ステッパー等の一括露光方式(ステップアンドリピート方式)の露光装置にも本発明を適用することができる。さらに、本発明は、例えば国際公開第2004/053955号パンフレット、欧州特許出願公開第1420298号明細書、又は国際公開第2005/122218号パンフレット等に開示されている液浸型露光装置にも適用可能である。
また、本発明は、半導体デバイス、液晶表示素子の製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、プラズマディスプレイ等の製造プロセスや、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、MEMS(Microelectromechanical Systems:微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。
Claims (13)
- 検出光を被検面に照射し、前記被検面からの反射光を光電検出器を介して受光して得られる検出情報に基づいて前記被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置において、
前記検出光を前記被検面に照射して前記反射光を受光する対物レンズと、前記対物レンズを介した前記反射光を前記光電検出器に通す開口が形成された開口部材とを含む共焦点光学系と;
前記被検面に照射される前記検出光に、前記被検面上での照射面積を広げるように位相分布を付与する第1位相部材と;
前記反射光に、前記開口部材上での照射面積を狭くするように位相分布を付与する第2位相部材と;
を備えたことを特徴とする面位置検出装置。 - 第1面またはその近傍に配置される被検面に検出光を照射し、該検出光の前記被検面による反射光を光電検出した結果に基づいて前記被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置において、
前記第1面と第2面とを光学的に共役にする結像光学系と、前記第2面に配置され、前記反射光が通過可能な前記第2面上の領域を所定範囲に制限する開口が形成された開口部材とを含む共焦点光学系と、
前記結像光学系を介して前記第1面に照射される前記検出光に第1の位相分布を付与する第1位相部材と、
前記結像光学系を介して前記第2面に導かれる前記反射光に第2の位相分布を付与する第2位相部材と、を備え、
前記第1の位相分布は、前記第1面上での前記検出光の照射領域が前記結像光学系による前記開口の共役像より大きくなる位相分布であり、
前記第2の位相分布は、前記被検面からの前記反射光の前記第2面上での照射領域が前記開口より小さくなるかほぼ等しくなる位相分布であることを特徴とする面位置検出装置。 - 前記第1位相部材は、通過する前記検出光に180°の位相差を付与する少なくとも2つの領域を有し、
前記第2位相部材は、通過する前記反射光に180°の位相差を付与する少なくとも2つの領域を有することを特徴とする請求項1または2に記載の面位置検出装置。 - 第1面またはその近傍に配置される被検面に検出光を照射し、該検出光の前記被検面による反射光を光電検出した結果に基づいて前記被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置において、
前記第1面と第2面とを光学的に共役にする結像光学系と、前記第2面に配置され、前記反射光が通過可能な前記第2面上の領域を所定範囲に制限する開口が形成された開口部材とを含む共焦点光学系と、
前記結像光学系を介して前記第1面に照射される前記検出光のうちの第1部分検出光と第2部分検出光との間に所定の位相差を付与する第1位相部材と、
前記結像光学系を介して前記第2面に導かれる前記反射光のうち前記第1部分検出光に対応する第1部分反射光と前記第2部分検出光に対応する第2部分反射光との間に、前記所定の位相差を解消する位相差を付与する第2位相部材と、
を備えることを特徴とする面位置検出装置。 - 前記所定の位相差を解消する位相差は、前記第2面における前記第1部分反射光と前記第2部分反射光との位相差が360°の整数倍となる位相差であることを特徴とする請求項4に記載の面位置検出装置。
- 前記第1位相部材は、前記第1部分検出光に対して第1位相を付与する第1位相領域と、前記第2部分検出光に対し、前記第1位相に比して180°の奇数倍だけ異なる第2位相を付与する第2位相領域と、を有することを特徴とする請求項4または5に記載の面位置検出装置。
- 前記第1位相部材と前記第2位相部材とは、前記結像光学系の少なくとも一部および前記第1面を介して互いに光学的に共役な位置に配置されることを特徴とする請求項2および請求項4から6のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
- 前記第1位相部材は、前記共焦点光学系の射出瞳と光学的に共役な位置またはこの近傍の位置に配置されることを特徴とする請求項7に記載の面位置検出装置。
- 前記第1位相部材は、前記第2位相部材を兼用することを特徴とする請求項7または8に記載の面位置検出装置。
- 前記第1位相部材は、前記共焦点光学系の光軸を中心とする円形の第1領域と、該第1領域を囲む輪帯状の第2領域とを有し、前記第1領域及び前記第2領域を通過した前記検出光に180°の位相差を付与することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
- 前記第1位相部材は、前記被検面上での前記検出光の照射面積を少なくとも2倍に広げることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
- マスクのパターンの像を投影光学系を介して基板に投影して該基板を露光する露光装置であって、
請求項1から11のいずれか一項に記載の面位置検出装置と、
前記面位置検出装置で検出される前記マスクのパターン面の前記投影光学系の光軸方向の面位置情報に基づいて、前記マスクのパターンの像と前記基板との合焦を行うステージ装置と、を備えることを特徴とする露光装置。 - 請求項12に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記露光された基板を処理する工程と、を含むデバイス製造方法。
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