JP2005327917A - 光学式計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動作雰囲気への温度等が制御された空気の供給を制御し、高精度な計測が可能な光学式計測装置を提供する。
【解決手段】露光装置１００においては、空調装置３１０から、レーザー干渉式測長器２１７及び２１９、及び、アライメント系２２１等の計測系に、部分空調系３５１〜３５４を介して温度等が制御された空気が供給される。その送風路の途中には、送風路の接続状態を機械的に切り換える風路接続機構３６１〜３６４及び風路開閉機構３８１〜３８４が設置されている。アライメント系２２１等で特に高精度に計測を行いたい場合には、アライメント系２２１に対する部分空調系３５１の風路接続機構３６１又は風路開閉機構３８１を制御し、アライメント系２２１に対する送風を停止して計測を行う。無風状態で計測を行うことにより、気流による振動を抑制し高精度な計測を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温度等の環境が制御された雰囲気中を計測対象物に光ビームを照射して計測対象物の位置等を計測する例えば投影露光装置等に適用して好適な光学式計測装置であって、より高精度に計測を行うことができる光学式計測装置に関する。

例えば半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ等の撮像素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイス（以下、電子デバイスと総称する）を製造する際のリソグラフィー工程においては、フォトマスク又はレチクル（以下、レチクルと総称する）のパターン像をフォトレジストが塗布されたウエハ等の基板上に露光する投影露光装置が使用されている。投影露光装置においては、レチクルのパターン像と基板あるいは基板上に既に形成されているパターンとを高精度に重ね合わせる必要があり、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）することが求められている。

そのためのアライメントセンサとしては、レーザー光をウエハ上のドット列状のアライメントマークに照射し、そのマークにより回折又は散乱された光を用いてそのマークの位置を検出するＬＳＡ（Laser Step Alignment）方式のセンサ、ハロゲンランプを光源とする波長帯域幅の広い光で照明して撮像したアライメントマークの画像データを画像処理して計測するＦＩＡ（Field Image Alignment)方式のセンサ、あるいはウエハ上の回折格子状のアライメントマークに、同一周波数又は周波数を僅かに変えたレーザー光を２方向から照射し、発生した２つの回折光を干渉させ、その位相からアライメントマークの位置を計測するＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment ）方式のセンサ等がある。また、レチクル及びウエハの位置決めを行うための レチクルステージ及びウエハステージの各座標は、各ステージに対して複数の方向について各々設けられた複数のレーザー干渉式測長器により計測されている。

このように投影露光装置には種々の光学式計測装置が具備されているが、これらの光学式計測装置は、例えば温度や圧力等の周囲環境が変化すると、計測特性が変化し、出力される計測結果に変動が生じ、計測精度が低下する可能性がある。より具体的には、例えば、レーザー干渉式測長器においては、空気の温度変動などにより測定ビームの通過する光路の屈折率が変動すると、測長精度が悪化し誤差要因となる。

そのため、投影露光装置全体のクリーン（清浄）度を所定の水準に保つという目的に加えて、光学式計測装置の温度を一定に保ち計測精度を維持することをも目的の１つとして、投影露光装置は、通常、清浄度や温度等の環境が調整された環境チャンバ内に設置されている。環境チャンバには、清浄度や温度が調整された空気が外部の空調装置から除塵用のフィルタ等を介して供給されるようになっており、これにより投影露光装置が設置されている雰囲気の清浄度や温度を全体として管理している。

また、投影露光装置においてアライメント及びフォーカス等を担う光学式計測装置は、カメラ等の熱源を有しているため、全体の雰囲気が管理されている環境チャンバ内であっても、周囲環境の温度よりも高温となる。そこで、熱源を含むそのような計測系ユニットの周囲の温度分布及び温度変動等を一定に保ち計測精度を向上させるために、そのような計測系のユニットに対しては、専用の個別空調装置を配設している場合が多い（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−１３５１６０号公報

しかしながら、そのような投影露光装置において、空調状態に関係すると思われる要因により、光学式計測装置における計測再現性が悪化する場合があることが経験的に知られている。
具体的には、例えば長時間にわたる計測における安定性という点においては、光学式計測装置の温度を一定に維持するように、前記空調装置及び前記個別空調装置を作動させた方が、計測精度及び計測再現性の点で好ましい結果が得られる。しかしながら、例えば短時間の間の高精度な計測における安定性という点においては、空調装置を停止した方が好ましい場合がある。これは、空調装置を作動させた場合に空調装置から供給される空気の流れ等に起因する振動という外乱要因によるものと考えることができ、短時間の計測においては、この外乱要因を除外することが計測結果に有効に作用するためと考えられる。特に、前述したＦＩＡ方式のアライメントセンサにおいては、空調装置の作動の影響を敏感に受けることが知られている。ここで言う空調装置とは、装置全体を空調する環境チャンバ空調装置と、装置の一部のみを空調する部分空調装置との両方を意味するものである。

このような状況を考慮すれば、投影露光装置において、処理工程に応じて光学式計測装置に対する空調装置を逐次オン／オフし、光学式計測装置において前述したような短時間の間の高精度な計測を行う場合には空調装置の停止することも考える。しかしながら、従来の装置構成においてそのように空調装置のオン／オフを頻繁に行うと、空調装置内機器の初動に伴う振動や、空気の供給開始時及び排熱の開始時の空気の温度の不安定さ等によって、光学式計測装置の周辺雰囲気の温度変動を増長してしまう可能性があり、適切ではない。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、光学式計測装置の動作雰囲気を温度的にも振動的にも大きく乱すことなく空気の供給を制御し、もって、長期的な計測に対しても短期的な計測に対しても安定性を示し高精度な計測が可能な光学式計測装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係る光学式計測装置においては、所望の計測対象物（２０９）に対して光ビームを照射することにより当該計測対象物の所望の属性を計測する計測手段（２２１）と、前記光ビームの光路を含む前記計測手段の作動雰囲気に所望の気体を供給し、当該作動雰囲気を所望の環境に維持する空調手段（３５１）と、前記計測手段が所定の計測を行う時に、前記空調手段から前記計測手段の前記作動雰囲気への前記気体の供給路の接続状態及び非接続状態を機械的に切り換え、前記空調手段による前記作動雰囲気への前記気体の供給を一時的に停止させる制御手段（３６１，３８１）とを有する（図１参照）（請求項１）。

このような構成の光学式計測装置においては、空調手段（３５１）から計測手段（２２１）の作動雰囲気に、所定の供給路（３７１）を介して温度等の条件が制御された気体が供給され、これにより、その光ビームの光路を含む計測手段の作動雰囲気が所望の環境に制御される。この気体の供給路（３７１）に、その供給路の接続状態を機械的に切り換える制御手段（３６１，３８１）が設けられており、この制御手段が、気体の供給路を機械的に接続状態に切り換えることにより、空調手段（３５１）から計測手段（２２１）の作動雰囲気への気体の供給が開始され、また維持され、気体の供給路を機械的に非接続状態に切り換えることにより、空調手段（３５１）から計測手段（２２１）の作動雰囲気への気体の供給は停止される。計測手段の作動雰囲気への気体の供給の制御を、空調手段（空調装置（３１０））のオン／オフではなく、供給路（３７１）を物理的的に切り換えることにより行っているので、空調装置（３１０）の初動に伴う振動や排熱開始時の気体の温度の不安定さ等が発生するのを防ぐことができる。すなわち、計測手段の作動雰囲気への気体の導入あるいは気体の導入の停止を、比較的連続的にスムーズに行うことができ、その結果、計測装置においては、安定した高精度な計測が可能となる。

好適には、前記制御手段（３６１，３８１）は、前記計測手段（２２１）において前記光ビームの照射を行う予め定めた所定時間（Ｔ）前に、前記気体の供給を停止させる（図１及び図５参照）（請求項２）。

好適な一具体例としては、前記空調手段（３５１）は、前記気体を送風する送風手段（３４２）と、当該送風された気体を前記計測手段の前記作動雰囲気に誘導する送風路（３７１）と、当該送風路中に設けられ当該送風路を閉塞あるいは開放するシャッタ機構（３９３）とを有し、前記制御手段は、前記シャッタ機構（３９３）を駆動し前記送風路を閉塞することにより前記計測手段の前記作動雰囲気への前記気体の供給を一時的に停止させる（図１及び図４参照）（請求項３）。

また好適な一具体例としては、前記空調手段（３５１）は、前記気体を送風する送風手段（３４２）と、当該送風された気体を前記計測手段の前記作動雰囲気に誘導する送風路（３７１）と、当該送風路中に設けられ当該送風路の口径を連続的に制御する絞り機構（３９４）とを有し、前記制御手段は、前記絞り機構（３９４）を駆動することにより前記計測手段の前記作動雰囲気への前記気体の供給量を連続的に変化させ、前記作動雰囲気への当該気体の供給を一時的に停止し、当該一時的に停止した気体の供給を再開させる(図１及び図４参照）（請求項４）。

また好適な一具体例としては、前記空調手段（３５１）は、前記気体を送風する送風手段（３４２）と、当該送風された気体を前記計測手段の前記作動雰囲気に誘導する送風路（３７１）と、当該送風路中の任意の箇所に設けられ当該送風路を切断しての外気開放あるいは当該送風路を接続しての送風のいずれかを行う接続機構（３６１）とを有し、前記制御手段は、前記接続機構を駆動して前記送風路を外気開放することにより前記計測手段の前記作動雰囲気への前記気体の供給を一時的に停止させる（図１及び図３参照）（請求項５）。

好適には、前記光学式計測装置は、基板（２０９）に所望のパターンを露光転写する露光装置(２００）に設置され、前記基板が載置されるステージ（２１３）、前記基板（２０９）又は前記基板内の所定の露光領域に形成された所定のパターンの画像を検出し、当該検出した画像に基づいて前記ステージ（２１３）、前記基板（２０９）又は前記露光領域の位置を計測するアライメント系（２２１）である（図１参照）（請求項６）。

また好適には、前記光学式計測装置が設置される前記露光装置は、電子ビームにより前記基板に前記所望のパターンを露光転写する電子ビーム（ＥＢ）露光装置である（請求項７）。

なお、本欄においては、各構成に対して、添付図面に示されている対応する構成の符号を記載したが、これはあくまでも理解を容易にするためのものであって、何ら本発明に係る手段が添付図面を参照して後述する実施形態の態様に限定されることを示すものではない。

本発明によれば、光学式計測装置の動作雰囲気を温度的にも振動的にも大きく乱すことなくその空調機能を制御し、もって、長期的な計測に対しても短期的な計測に対しても安定性を示し高精度な計測が可能な光学式計測装置を提供することができる。

本発明の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
本実施形態においては、本発明に係る光学式計測装置を具備した露光装置を例示して本発明を説明する。
図１は、その露光装置１００の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、露光装置１００は、環境チャンバ１１０、環境チャンバ１１０内に設置された露光装置本体２００、及び、環境チャンバ１１０内及び露光装置本体２００の所定の個別部分に温度等が制御された気体を供給する空調システム３００を有する。

なお、このような露光装置１００において、本発明に係る光学式計測装置は、露光装置本体２００に搭載されるレーザー干渉式測長器やアライメント系等の個々の計測系と、これらの計測系に温度等が制御された気体を個別的に供給する空調システム３００に備えられる個別空調系と、露光装置本体２００の制御部あるいは空調システム３００の制御部に搭載されるか単独の制御装置として実装されるこれら計測系及び個別空調系を制御する制御系とを基本的な構成要素として含む形態で実現される。

まず、露光装置本体２００について図１を参照して説明する。
露光装置本体２００においては、照明光学系２０１からの露光光によりレチクルステージ２０３上に保持されたレチクル２０５を照明し、その露光光によりレチクル２０５のパターンを投影光学系２０７を介してフォトレジストが塗布されたウエハ２０９上に投影露光する。
ウエハ２０９は、ベース２１１上に載置されたウエハステージ２１３上に、図示せぬウエハホルダを介して保持されている。ウエハステージ２１３上には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を各々反射面方向とする移動鏡（図１においては、Ｘ軸方向の移動鏡２１５のみを示す）が設けられており、各軸方向に設けられたレーザー干渉式測長器（図１においては、Ｘ軸方向レーザー干渉式測長器２１７のみを示す）により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置が計測されている。そして、この計測結果に基づいてウエハ２０９の位置決めが行われる。
なお、ここでは、図１に示すように、投影光学系２０７の光軸に平行な方向にＺ軸、Ｚ軸に垂直で図１の紙面に平行な方向にＸ軸、Ｚ軸に垂直で図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を各々設定する。

また、同様に、レチクルステージ２０３上には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を各々反射面方向とする図示しない移動鏡が設けられており、各軸方向に設けられたレーザー干渉式測長器（図１においては、Ｘ軸方向レーザー干渉式測長器２１９のみを示す）により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置が計測されている。そして、この計測結果に基づいてレチクル２０５の位置決めが行われる。

投影光学系２０７の側面部の一部には、ウエハ２０９上のアライメントマークの位置検出を行うオフ・アクシス方式のアライメント系２２１が配置されている。本実施形態においてアライメント系２２１は、アライメントマークの像を撮像して画像処理方式でそのアライメントマークの位置を検出するＦＩＡ方式のアライメントセンサである。

投影光学系２０７の側面部の他の部分には、ウエハ２０９の露光面のフォーカス位置及び傾斜角を検出するためのフォーカス・レベリングセンサ部２２３が配置されている。フォーカス・レベリングセンサ部２２３は、ウエハ２０９の露光面に投影光学系２０７の光軸に対して斜めに光束を照射して、反射光の位置ずれからフォーカス位置及び傾斜角を検出するものである。
なお、これらオフ・アクシス方式のアライメント系２２１及びフォーカス・レベリングセンサ部２２３は、架台２２５上に設けられている。

次に、空調システム３００について図１〜図４を参照して説明する。
空調システム３００は、露光装置本体２００が設置された環境チャンバ１１０内が所望の環境状態に保持されるように、特に、露光装置本体２００に搭載されたアライメント系２２１等の計測系の動作環境及び作用範囲の雰囲気が所望の環境状態に保持されるように、これらに対して所望の状態に制御された気体を供給する。そのために、空調システム３００は、温度管理されかつ清浄化された空気をこれらの雰囲気中に供給する。
図１に示すように、空調システム３００は、空調装置３１０、環境チャンバ空調系３３０ 部分空調系３４０、及び、図示せぬ制御部を有する。

まず、空調装置３１０の構成について図２を参照して詳細に説明する。
空調装置３１０においては、図示しないエアー供給源から、配管３１１を介して、環境チャンバ１１０の外部の空気より僅かに高い圧力の空気が、空気室３１２内に供給される。配管３１１と空気室３１２との接続口には、開閉自在な弁３１３が設けられており、弁３１３の開閉が調整されることにより空気室３１２内に供給される空気の量が調整される。空気室３１２に供給された空気は、空気循環室３１４に供給される。

空気循環室３１４内には、送風用の羽根３１６を有する送風機３１５が設けられており、この送風機３１５の回転が調整装置３１７によって制御されることにより、空調装置３１０により環境チャンバ空調系３３０及び部分空調系３４０に対して供給される（循環される）空気の供給速度（循環速度）が一定に維持される。

送風機３１５により送風された空気は、温度センサ３１８が設置された接続管を介して温度調節室３１９に供給される。温度センサ３１８で検出された信号は計測装置３２０に供給され、計測装置３２０において空気の温度が検出され、検出された温度の情報がエアーコンプレッサ３２１の制御部に入力される。

温度調節室３１９内には、冷却部３２２及び加熱部３２３が設けられており、計測装置３２０より温度情報が入力されたエアーコンプレッサ３２１の制御部が、これら冷却部３２２及び加熱部３２３の温度を制御することにより、温度調節室３１９内を通過する空気の温度が所望の温度に設定される。

温度調節室３１９内において温度制御された空気は、別の温度センサ３２４が設置された接続管を介して第１拡散室３２６に供給される。温度センサ３２４で検出された信号は計測装置３２５に入力され、計測装置３２５で空気の温度が求められ、求められた温度の情報がエアーコンプレッサ３２１の制御部に入力される。エアーコンプレッサ３２１の制御部においては、計測装置３２５より入力される温度センサ３２４で検出された温度に基づいてフィードバック制御を行い、すなわち冷却部３２２及び加熱部３２３の制御を行い、温度調節室３１９内の空気の温度を調整する。

温度調節室３１９で温度調節がなされた空気は、第１拡散室３２６で温度むらが生じないように拡散され、環境チャンバ空調系３３０及び部分空調系３４０に供給される。

次に、環境チャンバ空調系３３０について、図１を参照して説明する。
図１に示すように、環境チャンバ空調系３３０は、配管３３１、第２拡散室３３２及びＨＥＰＡフィルタ３３３を有する。
環境チャンバ空調系３３０において、空調装置３１０の第１拡散室３２６（図２参照）から配管３３１を介して供給される空気は第２拡散室３３２に流入され、環境チャンバ１１０への吹き出しを均一化するために拡散される。そして、第２拡散室３３２から吹き出された空気が、塵除去用のＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）３３３を経て環境チャンバ１１０内に吹き出される。
これにより、例えば後述する露光処理の間、環境チャンバ１１０には、所望の温度に制御され清浄化された空気が継続的に供給される。

次に、部分空調系３４０について、図１、図３及び図４を参照して説明する。
図１に示すように、空調装置３１０の第１拡散室３２６（図２参照）から供給される空気は、配管３４１を介して部分空調系３４０に供給される。部分空調系３４０においては、空調装置３１０から供給される空気は、空調源３４２を介して後述する各部分空調系に分岐される。空調源３４２は、配管３４１を介して供給される空気を各部分空調系に分岐する機構であって、単なる配管の分岐部分であっても良いし、必要に応じて拡散室、送風室、温度調節室、各種のフィルタ等を備える構成であっても良い。

部分空調系３４０は、アライメント系２２１への部分空調系３５１、フォーカス・レベリングセンサ部２２３への部分空調系３５２、ウエハステージ２１３のＸ軸方向の位置を計測するレーザー干渉式測長器２１７への部分空調系３５３、ウエハステージ２１３のＹ軸方向の位置を計測する図示せぬレーザー干渉式測長器への部分空調系（図示せず）、レチクルステージ２０３のＸ軸方向の位置を計測するレーザー干渉式測長器２１９への部分空調系３５４、及び、レチクルステージ２０３のＹ軸方向の位置を計測する図示せぬレーザー干渉式測長器への部分空調系（図示せず）を有する。

部分空調系３５１〜３５４の各々は同一の構成であって、各々、風路接続機構３６１〜３６４、配管３７１〜３７４及び風路開閉機構３８１〜３８４を有する。
各部分空調系３５１〜３５４の構成は同一なので、以下、アライメント系２２１への部分空調系３５１について説明を行う。

風路接続機構３６１は、空調源３４２と部分空調系３５１の配管３７１とを、物理的に接続状態としたり開放状態としたりする開放・接続機構である。
本実施形態において風路接続機構３６１は、部分空調系３５１の配管３７１と空調源３４２との接続部分に設けられている。風路接続機構３６１は、配管３７１の任意の位置に配置してよいが、本実施形態のように、なるべく空調源３４２に近い部分に設けるのが好適である。

風路接続機構３６１の構成を図３に示す。
図３に示すように、風路接続機構３６１は、配管３７１の端部を支持部３９１等で固定し、これに対して軸方向に移動する可動フランジ３９２を設置し、可動フランジ３９２の移動によって、すなわち可動フランジ３９２の位置の変化によって、配管３７１と空調源３４２とが接続されたり開放されたりするように構成されている。すなわち、可動フランジ３９２が配管３７１方向に延伸することにより空調源３４２と配管３７１が接続されて部分空調系３５１が有効に作動する状態となり、配管３７１を介してアライメント系２２１に空気が供給される。また、可動フランジ３９２が配管３７１から離れる方向に収縮することにより空調源３４２と配管３７１は分離され、配管３７１は開放されて部分空調系３５１は無効な状態となり、アライメント系２２１への空気の供給は停止される。

風路開閉機構３８１は、配管３７１により形成される空気の流路（風路）を、シャッタあるいは絞りにより閉塞することにより、空気を流したり遮断したりする風路の開閉機構である。
本実施形態において風路開閉機構３８１は、部分空調系３５１の配管３７１のアライメント系２２１との接続部分に設けられているが、風路開閉機構３８１は、配管３７１の任意の位置に配置してよい。

風路開閉機構３８１の構成を図４に示す。
図４に示すように、風路開閉機構３８１は、シャッタ３９３及び可変絞り３９４を有する。シャッタ３９３及び可変絞り３９４は、ともに配管３７１の断面の全域について作用するように配管３７１の内側に形成されている。

シャッタ３９３は、図示せぬ制御信号に基づいて閉じることにより、瞬時に配管３７１の風路を閉塞し、アライメント系２２１への空気の供給を遮断する。また、シャッタ３９３は、図示せぬ制御信号に基づいて開くことにより、瞬時に配管３７１の風路を開通させ、アライメント系２２１への空気の供給を開始させる。
また、可変絞り３９４は、図示せぬ制御信号に基づいて配管３７１の空気が通過する断面積を変化させる。これにより、アライメント系２２１に供給される風量を調整したり、アライメント系２２１への空気の供給をなだらかに停止したり再開したりする。

これら、シャッタ３９３及び可変絞り３９４は、部分空調系３５１が所望の状態で作動され、また、アライメント系２２１に所望の状態で空気が供給されるように、必要に応じて適宜選択的に、あるいは、適宜協調して動作される。

配管３７１は、これら風路接続機構３６１と風路開閉機構３８１を接続し、アライメント系２２１に空気を供給する。

次に、空調システム３００の制御部について説明する。
前述したような空調システム３００の空調装置３１０、環境チャンバ空調系３３０及び部分空調系３４０は、いずれも図示しない空調システム３００の制御部に制御されて動作する。
本実施形態においては、露光装置本体２００を含む露光装置１００の全体を制御する上位の制御装置が、空調システム３００の制御をも同時に行うものとする。この制御装置は、別装置としての計算機装置でも良いし、露光装置１００に内蔵されたコンピュータあるいはマイクロコンピュータ等であっても良い。露光装置本体２００の最上位の制御部（ＣＰＵ等）が、露光装置本体２００の各部の制御に加えて、露光装置１００の全体の制御や空調システム３００の各部の制御を兼ねるような構成であっても良い。いずれの場合にも、空調システム３００の制御に関しては、空調システム３００の制御のために別途搭載された専用のソフトウエア（制御プログラム）に基づいて処理を行うのが好適である。
このような制御部により、空調システム３００は、環境チャンバ１１０内及び露光装置本体２００の各計測系の環境を所望の状態に保持するべく、各構成部が前述したような基本的な機能を発揮するように制御される。

その際、空調システム３００は、露光装置本体２００におけるウエハ２０９への露光処理に連係して制御される。具体的には、部分空調系３５１〜３５４による温度制御等がなされた空気の各計測系への供給は、各計測系の計測性能に影響を与えないように、各計測系の動作に合わせて適宜停止される。

部分空調系３５１〜３５４において、各計測系の動作に対応して送風を停止する処理について、図５を参照して説明する。
例えば、図５に時刻ｔ０で示す状態であって、計測処理を行っていない（図５（Ｃ）に示すように計測光を照射していない）アライメント系２２１に対して通常の環境制御がなされている状態においては、図５（Ａ）に示すように、部分空調系３５１が定常状態で動作し、これによる環境制御された空気が図５（Ｂ）に示すようにアライメント系２２１に対して供給される。
この状態において、例えばアライメント系２２１は継続的に所望の計測処理を行ってよい。アライメント系２２１の動作環境は適切に制御されているので、精度良く計測を行うことができる。

一方、このような状況において、特に高精度に計測を行いたいような場合がある。そのような場合、すなわち、例えばアライメント系２２１において、時刻ｔ２においてウエハ上に形成されたマーク等を特に高精度に検出する場合、本発明に係るアライメント系２２１においては、アライメント系２２１に対する部分空調系３５１による送風を、時刻ｔ２より所定時間Ｔ早い時刻ｔ１において停止する。この時間Ｔは、部分空調系３５１を停止してからアライメント系２２１の計測雰囲気の風速が０になるまでの時間に基づいて、それ以上の時間が確保されるように予め決める。その結果、アライメント系２２１が計測を開始する時刻ｔ２においては、アライメント系２２１の計測雰囲気は無風状態となり、アライメント系２２１は無風環境下で計測を行うことができる。その結果、気流による振動等により計測結果が影響を受けることがなく、精度良く計測を行うことができる。

また、この時の部分空調系３５１による送風の停止は、空調システム３００の図示せぬ制御部からの制御信号に基づいて、風路接続機構３６１又は風路開閉機構３８１が制御されることにより行われる。すなわち、例えば、図３に示す風路接続機構３６１が作動される場合には、風路接続機構３６１〜３６４の可動フランジ３９２が移動することにより空調源３４２と配管３７１との接続状態が無効とされ、空調源３４２から供給される空気が部分空調系３５１の配管３７１に供給されなくなる。

また、図４に示す風路開閉機構３８１のシャッタ３９３が作動される場合には、シャッタ３９３が閉塞され、部分空調系３５１の配管３７１が閉塞されることにより、アライメント系２２１に空気が供給されなくなる。
また、図４に示す風路開閉機構３８１の可変絞り３９４が作動される場合には、可変絞り３９４が徐々に絞られてきて、最終的に部分空調系３５１の配管３７１が閉塞され、アライメント系２２１に空気が供給されなくなる。

風路接続機構３６１、風路開閉機構３８１のシャッタ３９３あるいは風路開閉機構３８１の可変絞り３９４のいずれの機構を用いてアライメント系２２１への空気の供給を停止するかは、アライメント系２２１の空気の流れに対する特性、必要とする応答性等に応じて任意に選択してよい。
一般的には、応答性良く瞬時に送風を停止したい場合には風路開閉機構３８１のシャッタ３９３を用いるのが好適であり、乱流の発生を抑制しながら送風を停止したい場合には可変絞り３９４を用いるのが好適である。
また、アライメント系２２１に近い位置での機械的な動きを極力避けたい場合には、空調源３４２の近傍に設けられた風路接続機構３６１を用いるのが好適である。

本実施形態の露光装置１００の空調システム３００においては、空調装置３１０と計測系との間に設けられた機構により、機械的に計測系への送風を制御しているので、空調装置３１０を逐次オン／オフした場合等に生じる温度的な乱れの発生や、装置の立ち上がり時や停止時の不規則かつ定常動作時よりも振幅の大きい振動の発生を防ぐことができる。その結果、これらの要因の計測系への影響を防止し、より高精度に計測を行うことができる。

次に、露光装置１００の動作について、露光装置本体２００における露光処理の流れに基づいて図６を参照して説明する。
図６は、露光装置本体２００における露光処理の流れを説明するためのフローチャートである。
まず、露光装置１００においては、空調システム３００が作動されて、環境チャンバ空調系３３０により環境チャンバ１１０内の温度、湿度、圧力、清浄度等が所望の状態に制御される。また、部分空調系３４０により、Ｘ軸方向レーザー干渉式測長器２１７、レーザー干渉式測長器２１９あるいはアライメント系２２１等の各計測系の設置環境あるいは計測雰囲気等が、同じく所望の温度、湿度、圧力、清浄度等に制御される。

このような状態で、露光装置１００の露光装置本体２００には、コータ・デベロッパから直接的に、あるいは、ウエハカセット等を介して、処理対象のウエハが例えばロット単位で投入される。
露光装置１００においては、まず、投入されたロットの先頭のウエハを、ウエハローダによりウエハステージ２１３上にロードする（ステップＳ１１）。この際、ウエハに対してはプリアライメントが行われる。
なお、ステップＳ１２は、露光処理の終了したウエハを次のウエハと交換する処理であり、分岐処理等を明示はしていないが１枚目のウエハをロードした直後においてはこれはスキップする。

ウエハステージ２１３上に載置されたウエハ２０９は、ウエハステージ２１３上の図示せぬウエハホルダに真空吸着されて固定され、ウエハ２０９を保持したウエハステージ２１３は、ウエハ受け渡し位置からアライメント系２２１の下方等に移動される（ステップＳ１３）。次工程においてベースラインチェックを行う場合には、例えば、ウエハステージ２１３上に設けられた図示せぬウエハフィデュションマーク（ウエハ基準マーク（ＷＦＭ））が、アライメント系２２１の観察視野内に入るように、ウエハステージ２１３が移動される。また、ベースラインチェックを行わずに次工程において直接ウエハサーチ（ステップＳ１５）を行う場合には、ウエハ２０９上に設けられたサーチアライメントマークがアライメント系２２１の観察視野内に入るように、ウエハステージ２１３が移動される。

各ロット先頭のウエハ等、予め設定した所定のタイミングのウエハ２０９については、ベースラインチェックを行う（ステップＳ１４）。ベースラインチェックは、アライメント系２２１による計測中心と投影光学系２０７による露光中心との間隔であるベースライン量を計測し、これを補正する処理である。このベースラインチェックにおいては、アライメント系２２１によりウエハステージ２１３に設けられたウエハ基準マークを検出し、また、その時のウエハステージ２１３の位置をレーザー干渉式測長器２１７により計測する。そして、これらアライメント系２２１の検出基準と基準マークとの相対位置関係と、その検出時のレーザー干渉計の計測値とに基づいて、アライメント系とステージ座標系との関係を求め、ベースライン量を補正する。
なお、ベースラインチェックは、ロット先頭のウエハの他、適宜選択的に行う。

このベースラインチェックを行う際、露光装置１００においては、計測を行うアライメント系２２１及びＸ軸方向レーザー干渉式測長器２１７に対する部分空調系３５１及び３５３による送風を停止させ、部分空調による振動が計測系に与えないようにする。
すなわち、図５を参照して前述したように、例えばアライメント系２２１において、時刻ｔ２からウエハ基準マークに計測光を照射してマーク検出を行う場合、アライメント系２２１に対する部分空調系３５１は、時刻ｔ２より所定時間Ｔ早い時刻ｔ１において、風路接続機構３６１又は風路開閉機構３８１を操作し、アライメント系２２１に対する送風を停止する。その結果、図５（Ｂ）に示すように、時刻ｔ２においてはアライメント系２２１への風速はほぼ０となり、無風状態でマーク検出を行うことができる。

ウエハステージ２１３にウエハ２０９が載置され（ステップＳ１１及びＳ１３）、必要に応じてベースラインチェックが終了したら（ステップＳ１４）、次に、アライメント系２２１により、ウエハサーチを行う（ステップＳ１５）。ウエハサーチは、後段のＥＧＡ処理時に高倍率のアライメント計測系がアライメントマークを計測可能なように、例えば１μｍ程度の精度で位置決めを行う比較的粗いアライメント工程である。
このウエハサーチも、レーザー干渉式測長器２１７によるウエハステージ２１３の位置を計測しながら、アライメント系２２１によりウエハ２０９上のマークを計測する処理であり、この時も、露光装置１００においては、計測を行う際に、アライメント系２２１及びＸ軸方向レーザー干渉式測長器２１７に対する部分空調系３５１及び３５３による送風を停止し、部分空調による振動が計測系に与えないようにする。

サーチアライメントが終了したら、ＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）により、ウエハ上の各ショット領域の位置を正確に求める（ステップＳ１６）。ＥＧＡは、ウエハ内の複数のサンプルショットを選定しておき、サンプルショットに付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を順次計測し、この計測結果とショット配列の設計値とに基づいて、最小自乗法等による統計演算を行って、ウエハ上の全ショット配列データを求めるものである（例えば、特開昭６１−４４４２９号公報参照）。
このＥＧＡも、レーザー干渉式測長器２１７によるウエハステージ２１３の位置を計測しながら、アライメント系２２１によりウエハ２０９上のマークを計測する処理であり、この時も、露光装置１００においては、計測を行う際に、アライメント系２２１及びＸ軸方向レーザー干渉式測長器２１７に対する部分空調系３５１及び３５３による送風を停止し、部分空調による振動が計測系に与えないようにする。

ＥＧＡにより各ショット領域の位置を求めたら、露光光の発光及び光量調節、あるいは、レチクルの位置調整等の前処理を行い（ステップＳ１８）、露光を行う（ステップＳ１９）。露光処理（ステップＳ１９）は、ウエハ２０９の各ショット領域を投影光学系２０７の下方の露光位置に順次移動させながら、ウエハ２０９上の全ショット領域について順次行う（ステップＳ１９）。

ウエハ２０９上の全ショット領域について露光を行ったら（ステップＳ１９）、ウエハステージ２１３をウエハのアンロード位置に移動させてウエハホルダによるウエハ２０９の吸着を停止する（ステップＳ２２０）。
そして、処理対象の次のウエハがある場合には、（ステップＳ１２）に戻って、ウエハ交換を行う。すなわち、ウエハステージ２１３に載置されている露光済みのウエハをアンロードし、新しいウエハをロードする。
以降、この新しくロードしたウエハに対してステップＳ１３〜ステップＳ２０の処理を繰り返す。

そして、ロット内に全てのウエハに対して露光処理を終了したら（ステップＳ２１）、最後のウエハをアンロードし（ステップＳ２２）、一連の処理を終了する。

このように、本実施形態の露光装置１００においては、露光装置本体２００を環境チャンバ１１０内に収容し、環境チャンバ１１０に対して空調システム３００から、温度や清浄度等が制御された空気を供給している。また、露光装置本体２００の各計測系に対しては、空調システム３００の部分空調系３５１〜３５４により、個別に環境制御された空気を供給しており、一般的に発熱源を有するために高温になり易い各計測系の動作温度及び計測雰囲気の温度を所望の適正な状態に保持している。
従って、長期的には露光装置本体２００の動作環境及び各計測系の動作環境は安定的に所望の状態に保持され、計測系において精度の高い計測が可能となっている。

そして、このような露光装置本体２００において、各計測系において短期的なより高精度な計測を行う場合には、部分空調系３５１〜３５４による空気の供給を停止し、動作環境、計測雰囲気が無風となった状態で計測を行うようにしている。従って、送風に伴って振動が生じ、計測系の動作環境に影響を与えることを防ぐことができる。そしてその結果、短期的な高精度な計測を行うことができる。

そして、特にその部分空調系３５１〜３５４による計測系への送風の停止は、空調装置３１０から計測系までの送風路の途中に設けられた機械的な駆動部により、機械的に送風路を制御することにより行っている。従って、空調装置３１０のオン／オフを逐次行う場合等にしばしば発生する立ち上がり時等の温度的な乱れ等を抑制し、温度的に安定した状態で送風の開始及び停止を行うことができる。従って、この点においても計測系の環境を適切に制御することができ、高精度な計測が可能となる。

なお、本実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

例えば、露光装置本体２００及び空調システム３００の構成、及び、露光装置１００の全体構成等は、本実施形態の構成に限られるものではない。
例えば、露光装置本体２００においては、アライメント系として、オフアクシス方式のＦＩＡ系（結像式のアライメントセンサ）を用いる場合について説明したが、これに限らずいかなる方式のマーク検出系を用いても構わない。すなわち、ＴＴＲ(Through The Reticle）方式、ＴＴＬ（Through The Lens）方式、またオフアクシス方式のいずれの方式であっても、さらには検出方式がＦＩＡ系等で採用される結像方式（画像処理方式）以外、例えば回折光又は散乱光を検出する方式等であっても構わない。
例えば、ウエハ上のアライメントマークにコヒーレントビームをほぼ垂直に照射し、当該マークから発生する同次数の回折光（±１次、±２次、……、±ｎ次回折光）を干渉させて検出するアライメント系でも良い。この場合、次数毎に回折光を独立に検出し、少なくとも１つの次数での検出結果を用いるようにしても良いし、波長が異なる複数のコヒーレントビームをアライメントマークに照射し、波長毎に各次数の回折光を干渉させて検出しても良い。

また、本発明は前記各実施形態の如き、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に限らず、ステップ・アンド・リピート方式、又はプロキシミティ方式の露光装置（Ｘ線露光装置等）を始めとする各種方式の露光装置にも全く同様に適用が可能である。また、露光装置で用いる露光用照明光（エネルギビーム）は紫外光に限られるものではなく、Ｘ線（ＥＵＶ光を含む）、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線等でも良い。また、ＤＮＡチップ、マスク又はレチクル等の製造用に用いられる露光装置でも良い。
また、本発明の光学式計測装置は、露光装置にのみ適用可能なものではなく、装置に適用可能である。

図１は、本発明の一実施形態の露光装置の構成を示す図である。 図２は、図１に示した露光装置の空調システムの空調装置の構成を示す図である。 図３は、図１に示した露光装置の空調システムの部分空調系の風路接続機構の構成を示す図である。 図４は、図１に示した露光装置の空調システムの部分空調系の風路開閉機構の構成を示す図である。 図５は、図１に示した露光装置における計測系の計測処理と部分空調系の送風処理の動作を説明するための図である。 図６は、図１に示した露光装置の露光装置本体における露光処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１００…露光装置
１１０…環境チャンバ
２００…露光装置本体
２０１…照明光学系 ２０３…レチクルステージ
２０５…レチクル ２０７…投影光学系
２０９…ウエハ ２１１…ベース
２１３…ウエハステージ ２１５…移動鏡
２１７…レーザー干渉式測長器
２１９…レーザー干渉式測長器
２２１…アライメント系
２２３…フォーカス・レベリングセンサ部
２２５…架台
３００…空調システム
３１０…空調装置
３１１…配管 ３１２…空気室
３１３…弁 ３１４…空気循環室
３１５…送風機 ３１６…羽根
３１７…調整装置 ３１８…温度センサ
３１９…温度調節室 ３２０…計測装置
３２１…エアーコンプレッサ ３２２…冷却部
３２３…加熱部 ３２４…温度センサ
３２５…計測装置 ３２６…第１拡散室
３３０…環境チャンバ空調系
３３１…配管 ３３２…第２拡散室
３３３…ＨＥＰＡフィルタ
３４０…部分空調系
３４１…配管 ３４２…空調源
３５１〜３５４…各部分空調系
３６１〜３６４…風路接続機構
３７１〜３７４…配管
３８１〜３８４…風路開閉機構

Claims (7)

1. 所望の計測対象物に対して光ビームを照射することにより当該計測対象物の所望の属性を計測する計測手段と、
   前記光ビームの光路を含む前記計測手段の作動雰囲気に所望の気体を供給し、当該作動雰囲気を所望の環境に維持する空調手段と、
   前記計測手段が所定の計測を行う時に、前記空調手段から前記計測手段の前記作動雰囲気への前記気体の供給路の接続状態及び非接続状態を機械的に切り換え、前記空調手段による前記作動雰囲気への前記気体の供給を一時的に停止させる制御手段と
   を有することを特徴とする光学式計測装置。
2. 前記制御手段は、前記計測手段において前記光ビームの照射を行う予め定めた所定時間前に、前記気体の供給を停止させることを特徴とする請求項１に記載の光学式計測装置。
3. 前記空調手段は、前記気体を送風する送風手段と、当該送風された気体を前記計測手段の前記作動雰囲気に誘導する送風路と、当該送風路中に設けられ当該送風路を閉塞あるいは開放するシャッタ機構とを有し、
   前記制御手段は、前記シャッタ機構を駆動し前記送風路を閉塞することにより前記計測手段の前記作動雰囲気への前記気体の供給を一時的に停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式計測装置。
4. 前記空調手段は、前記気体を送風する送風手段と、当該送風された気体を前記計測手段の前記作動雰囲気に誘導する送風路と、当該送風路中に設けられ当該送風路の口径を連続的に制御する絞り機構とを有し、
   前記制御手段は、前記絞り機構を駆動することにより前記計測手段の前記作動雰囲気への前記気体の供給量を連続的に変化させ、前記作動雰囲気への当該気体の供給を一時的に停止し、当該一時的に停止した気体の供給を再開させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式計測装置。
5. 前記空調手段は、前記気体を送風する送風手段と、当該送風された気体を前記計測手段の前記作動雰囲気に誘導する送風路と、当該送風路中の任意の箇所に設けられ当該送風路を切断しての外気開放あるいは当該送風路を接続しての送風のいずれかを行う接続機構とを有し、
   前記制御手段は、前記接続機構を駆動して前記送風路を外気開放することにより前記計測手段の前記作動雰囲気への前記気体の供給を一時的に停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式計測装置。
6. 前記光学式計測装置は、基板に所望のパターンを露光転写する露光装置に設置され、前記基板が載置されるステージ、前記基板又は前記基板内の所定の露光領域に形成された所定のパターンの画像を検出し、当該検出した画像に基づいて前記ステージ、前記基板又は前記露光領域の位置を計測するアライメント系であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学式計測装置。
7. 前記光学式計測装置が設置される前記露光装置は、電子ビームにより前記基板に前記所望のパターンを露光転写する電子ビーム（ＥＢ）露光装置であることを特徴とする請求項６に記載の光学式計測装置。

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