JP2009004632A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば、マスクに形成されたパターンの透過率の位置依存性に起因する結像特性の変動の像高依存性を低減した露光装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、マスクに形成されたパターンを介して基板を露光する露光装置である。露光装置は、マスクからの光を前記基板に投影する投影光学系と、マスクを保持する第１ステージと、基板を保持する第２ステージと、制御部とを備える。制御部は、パターンの透過率の位置依存性に基づき、投影光学系の結像特性の変動の像高依存性を低減するように、投影光学系を構成する光学素子、第１ステージ及び第２ステージの少なくとも一つの駆動を制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、結像特性の変動の像高依存性を低減した露光装置に関する。

従来、ＬＳＩ又は超ＬＳＩ等の極微細パターンから形成される半導体素子の製造工程において、マスクに描かれた回路パターンを感光剤が塗布された基板（「ウエハ」とも呼ぶ）上に縮小露光して焼付け、パターンを形成する縮小投影露光装置が使用される。半導体素子の実装密度の向上に伴い、より一層のパターンの微細化が要求されており、レジストプロセスの発展と同時に露光装置に対しても微細化への要求が増大しつつある。

露光装置の解像力を向上させる手段として、露光波長をより短波長にかえていく方法と、縮小投影レンズの開口数（ＮＡ）を大きくしていく方法とがある。このように解像力を向上させると、縮小投影レンズの焦点深度が浅くなるため、縮小投影レンズの結像面（焦点面）にウエハ面を合致させるフォーカス精度の向上が重要なテーマとなっている。また、投影露光装置の重要な光学特性の一つに、複数工程に渡る各パターンを正確に重ね合わせるアライメント精度があり、このアライメント精度に影響を与える重要な要素に、縮小投影レンズの倍率誤差がある。超ＬＳＩに用いられるパターンの大きさは年々微細化の傾向を強め、それに伴ってアライメント精度の向上に対するニーズも強まっている。従って縮小投影レンズの倍率を所定の値に保つことは極めて重要である。

ところで縮小投影レンズは、露光エネルギの一部を吸収し、これによって発生する熱に起因して縮小投影レンズの温度変化が生じ、縮小投影レンズの屈折率等の光学特性が変化することが知られている。長時間縮小投影レンズに露光光が照射され続けたりすると、縮小投影レンズの結像特性（フォーカス、倍率、歪曲、非点収差等の波面収差を少なくとも一つを含む）が変動し、その結果フォーカスやアライメントが無視しえない量だけ発生する可能性がある。このため、縮小投影レンズヘの露光エネルギ照射状態による結像特性の変動を補正する方法が提案されている。

例えば、特許文献１では、縮小投影レンズの露光エネルギ状態による結像特性の変動量を、露光量、露光時間及び非露光時間等を変数とするモデル式で演算し、演算結果に基づいて投影光学系の結像特性変動を補正することが本出願人により提案されている。上述したモデル式は縮小投影レンズ固有の結像特性毎の係数を持ち、前記係数を実験で測定すれば縮小投影レンズの結像特性の変動を補正することができる。

また、照明形状を変化させることにより、特定のパターンの投影に対してより優れた解像力を得ることができる露光装置が提案されている。このような装置は、露光条件（投影系ＮＡ、照明系の開口数、露光領域、露光中心位置、露光に使用するマスク等）によって縮小投影レンズの瞳面に生成される光源分布が変化するため、前記露光条件毎に発生する結像特性の変動量が異なる。

そのため、縮小投影レンズに対して入射するエネルギ分布が変化しても良好に結像特性変動を調整する露光方法が提案されている。例えば、特許第２８２８２２６号公報等において提案されているように、照明光の光源分布状態に対応した結像特性の補正係数を記憶し、光源分布状態が変更されるときは、対応した補正情報を読み出し、その情報に基づいて補正する方法がある。照明光の光源分布状態に対応した結像特性の変動を正確に補正するには、瞳面の照明光の光源分布状態情報、レチクル透過率、走査方向及び非走査方向の露光領域情報、走査速度、露光量、照射時間等の情報から、露光条件に最適な補正係数を算出せねばならない。
特公昭６３−１６７２５号公報 特許第２８２８２２６号公報

露光条件に最適な補正係数を算出する必要がある。そのため、マスクの透過率は、マスクの透過率情報（例えば、マスクの透過率マップ情報/マスクの設計情報）と露光領域情報とから算出する必要があるが、従来技術では、露光領域内の像高差による透過率の差（パターン粗密差）まで考慮されていない。またマスクの透過率情報と露光領域情報とからショット毎の露光領域内におけるパターンの粗密を算出しても、従来技術では補正系の機能が不十分だったため補正できなかった。

しかしながら、昨今露光装置に対する精度向上が望まれ、補正系の機能が拡充し、露光領域内で複雑な像高依存性を持って発生する結像特性の変動を補正することが可能になった。

本発明の目的は、例えば、マスクに形成されたパターンの透過率の位置依存性に起因する結像特性の変動の像高依存性を低減した露光装置を提供することにある。

本発明は、マスクに形成されたパターンを介して基板を露光する露光装置であって、マスクからの光を前記基板に投影する投影光学系と、マスクを保持する第１ステージと、基板を保持する第２ステージと、パターンの透過率の位置依存性に基づき、投影光学系の結像特性の変動の像高依存性を低減するように、投影光学系を構成する光学素子、第１ステージ及び第２ステージの少なくとも一つの駆動を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、マスクに形成されたパターンの透過率の位置依存性に起因する結像特性の変動の像高依存性を低減した露光装置を提供することができる。

本発明の実施の形態にかかわる露光装置において、結像特性の変動はフォーカス、倍率、歪曲、非点収差、球面収差、コマ収差、又はその他の波面収差のうち少なくともいずれか一つを含んでいる。波面収差は、本発明が属する技術分野においてよく知られているように、波面形状をツェルニケ多項式で展開した各項として表現される。また、これらを総じて「収差」と呼称することもある。

［実施例１］
図１は本発明の一実施例に係る走査型の露光装置の概略構成を示す。例えばＫｒＦやＡｒＦ等のガスが封入され、レーザ光を発光させるパルスレーザ光源１０１は、１９３ｎｍ波長の遠紫外領域の光を発光する。レーザ光源１０１には、共振器を構成するフロントミラー、露光波長を狭帯化する回折格子、プリズム等からなる狭帯化モジュール、波長の安定性、スペクトル幅をモニタする分光器やディテクタ等からなるモニタモジュール、及びシャッタ等が設けられている。

レーザ光源１０１のガス交換動作制御、あるいは波長安定化のための制御、放電印加電圧の制御等は、レーザ制御装置１０２により行われる。本実施例では、レーザ制御装置１０２のみによる単独制御は行わず、インタフェースケーブルで接続した露光装置全体の主制御装置１０３からの命令で制御できるようにしてある。

パルスレーザ光源１０１より出射したビームは、照明光学系１０４のビーム整形光学系を介してビーム形状に整形された後、オプティカルインテグレータに入射され、マスク１０９を均一な照度分布で照明するために多数の２次光源を形成する。

照明系の開口絞り１０５の開口部の形状はほぼ円形であり、照明系制御装置１０８によってその開口部の直径、ひいては照明光学系１０４の開口数（ＮＡ）を所望の値に設定できるようになっている。この場合、投影光学系としての投影光学系１１０の開口数に対する照明光学系１０４の開口数の比の値がコヒーレンスファクタ（σ値）であるため、照明系制御装置１０８は照明系の開口絞り１０５を制御することで、σ値を設定できることになる。

照明光学系１０４の光路上にはハーフミラー１０６が配置され、マスク１０９を照明する露光光の一部がこのハーフミラー１０６により反射され取り出される。ハーフミラー１０６の反射光の光路上には紫外光用のフォトセンサ１０７が配置され、前記露光光の強度（露光エネルギ）に対応した出力を発生する。

フォトセンサ１０７の出力は、パルスレーザ光源１０１のパルス発光毎に積分を行う積分回路（不図示）によって１パルスあたりの露光エネルギに変換され、照明系制御装置１０８を介して露光装置本体を制御する主制御装置１０３に入力されている。

原版としてのマスク１０９には、焼き付けを行う半導体素子の回路のパターンが形成されており、照明光学系１０４よりレーザ光がマスク１０９に照射される。マスク１０９は、不図示のレチクルステージに保持されている。投影光学系１１０は、マスク１０９の回路パターン像を縮小倍率β（βは例えば１／４）で縮小し、フォトレジストが塗布された感光基板であるウエハ１１５上の１つのショット領域に結像投影するように配置されている。マスク１０９に形成されたパターンは、投影光学系１１０を介して基板としてのウエハ１１５に転写される。投影光学系１１０の瞳面（レチクルに対するフーリエ変換面）上には、開口部がほぼ円形である投影光学系１１０の開口絞り１１１が配置され、モータ等の駆動手段１１２によって開口部の直径を制御することで、所望の値に設定できる。

フィールドレンズ駆動装置１１３は、投影光学系１１０中のレンズ系の一部を構成するフィールドを空気圧や圧電素子等を利用して縮小投影レンズの光軸上に移動させ、縮小投影レンズの諸収差の悪化を防止しつつ投影倍率を良好にし歪曲誤差を減らす。投影レンズ制御装置は、投影光学系１１０を構成する光学素子を制御する。

基板を保持する第２ステージとしてのウエハステージ１１６は３次元方向に移動可能であり、投影光学系１１０の光軸方向（Ｚ方向）、及びこの方向に直交する面内（Ｘ−Ｙ面）を移動できる。そして、ウエハステージ１１６に固定された移動鏡１１７との間の距離をレーザ干渉計１１８で計測することでウエハステージ１１６のＸ−Ｙ面位置が検出される。露光装置の主制御装置１０３の制御下にあるステージ制御装置１２０は、レーザ干渉計１１８によりウエハステージ１１６の位置を検出し、モータ等の駆動手段１１９を制御することで、ウエハステージ１１６を所定のＸ−Ｙ面位置へ移動させる。レチクルステージの制御装置、ステージ制御装置１２０、投影レンズ制御装置１１４及び主制御装置１０３は、投影光学系を構成する光学素子、マスクを保持する第１ステージ及び基板を保持する第２ステージの駆動を制御する制御部を構成している。

投光光学系１２１、検出光学系１２２はフォーカス面検出手段を構成している。投光光学系１２１はウエハ１１５上のフォトレジストを感光させない非露光光から成る複数個の光束を投光し、該光束はウエハ１１５上に各々集光されて反射される。ウエハ１１５で反射された光束は、検出光学系１２２に入射される。図示は略したが、検出光学系１２２内には各反射光束に対応させて複数個の位置検出用の受光素子が配置されており、各位置検出用受光素子の受光面とウエハ１１５上での各光束の反射点が結像光学系によりほぼ共役となるように構成されている。投影光学系１１０の光軸方向におけるウエハ１１５面の位置ずれは、検出光学系１２２内の位置検出用受光素子上の入射光束の位置ずれとして計測される。

次に、本実施例に係わる露光エネルギ照射による投影光学系１１０の収差変動のモデル式と、モデル式を定量化するために用いる補正係数について説明する。

図２は、露光による投影光学系の収差の経時変化の一例を示している。横軸は時間ｔ、縦軸は投影光学系１１０のある像高における収差変動量ΔＦを示している。ここでいう収差とは、例えばフォーカス、倍率、歪曲、非点収差、球面収差、コマ収差等である。一般にΔＦは、像高毎に異なる値をとる。投影光学系１１０の初期の収差量をＦ０として、時間ｔ０からレーザ光源１０１より投影光学系１１０に露光が開始されると、時間とともに収差が変動し、時間ｔ１で一定の収差量Ｆ１に安定する。その後、引き続き露光光を投影光学系１１０に照射しても、投影光学系１１０に吸収されて熱となるエネルギと、投影光学系１１０より放出される熱エネルギが平衡状態に達し、収差量はＦ１から変化しない。そして、時間ｔ２で露光を停止すると、収差量は時間と共に元の状態に戻り、時間ｔ３では初期の収差量Ｆ０になる。

図２の時定数ＴＳ１とＴＳ２は、投影光学系１１０の熱伝達特性上の時定数と等価である。前記時定数は投影光学系１１０に固有の値であり、かつ収差毎に異なる値なので、投影光学系の検査時に装置毎に、かつ収差毎に取得する。

次に図２にある収差の最大変化量Ｆ１の算出方法を説明する。Ｆ１は、補正係数である単位光量（単位露光エネルギ）当たりの収差変動量Ｋと、実露光エネルギを決定する条件（露光量、走査速度、露光領域情報等）のパラメータから算出するＱを用いて、式（１）のように表すことができる。
Ｆ１＝Ｋ×Ｑ・・・（１）

ここで、ある時刻における収差量をΔＦ_ｋとすると、それから時間Δｔだけ露光した後の収差量ΔＦ_ｋ＋１は、最大変化量Ｆ１と収差毎に保存している時定数ＴＳ１、ＴＳ２より、式（２）で近似される。
ΔＦ_ｋ＋１＝ΔＦ_ｋ＋Ｆ１×（１−ｅｘｐ（−Δｔ／ＴＳ１））・・・（２）

同様に、時間Δｔだけ露光しなかった場合、露光しなかった後の収差量ΔＦ_ｋ＋１は、式（３）で近似される。
ΔＦ_ｋ＋１＝ΔＦ_ｋ×ｅｘｐ（−Δｔ／ＴＳ２）・・・（３）

図２で示した投影光学系１１０の収差の照射変動特性を示す曲線を、式（１）、式（２）、式（３）の関数でモデル化することにより、露光熱によって変動する投影光学系の収差の変動を予測する。ただし、式（１）、式（２）、式（３）の形は本実施例における一例であり、他の式を使用してモデル化しても良い。

露光領域及びパターンの透過率の位置依存性に応じて露光時に発生する結像特性の変動を補正するために必要とされる補正係数Ｋは、露光条件毎に算出しなくてはならない。なぜなら、露光条件を変化させると、投影光学系１１０に入射する光のエネルギ密度分布が変化し、その結果、投影光学系の収差変動量、及びその像高依存性が変化するためである。ここでいう露光条件とは、有効光源形状、マスクパターン及びマスクを照射する領域を指す。

投影光学系に入射するエネルギ分布に応じた補正係数を算出するにあたり、マスク上の露光領域及びパターンの透過率の位置依存性を考慮して、投影光学系の収差の変動を予測するための補正係数を算出し保存する第１工程について説明する。

図３のように、マスクには露光パターンが配置されているが、一般的にパターン配置は、マスク全領域において一様ではなく、そのパターンの粗密すなわち、パターンの透過率には偏りが存在する。そのため、照射光のエネルギ分布がマスク全面に渡って均一であっても、パターンを透過する光のエネルギ分布は均一ではない。このエネルギ分布の偏りは走査により走査方向（ここではＹ方向とする）に平均化されるが、非走査方向（ここではＸ方向とする）にはエネルギ分布の像高差として残ってしまう。

また、図４のように、マスクの一部を遮光部材により遮光し、露光に使用するマスクの露光領域を制限して露光するケースが存在する。この場合、マスクのどの範囲を露光領域にするかによって、上記のエネルギ分布の像高差が影響を受ける。

そこで、本発明では、パターン内の透過率の分布及び露光領域を考慮して、補正係数を算出する方法を説明する。図５は、補正係数を算出するフローである。補正係数の算出は、主制御装置１０３の第１算出部によって行われる。

ステップ１で、第１算出部は露光条件をメモリ上に展開する。読み出す情報は、露光するときに使用するマスクの種類、露光領域情報、有効光源形状である。有効光源形状の情報は、事前の計測結果及び／又は計算機によるシミュレーション結果をもとに得られる。その一例として、図６のように瞳面を101×101分割して光強度分布のマップを作成し、それを最大光強度の値で規格化して作成した、有効光源形状のマップを図７に示している。

ステップ２で、第１算出部は、図８に示すような露光に使用するマスクの透過率情報（以降、マスク透過率マップという。）を読み出す。これは、マスク全面の投影像に対して適切な計測条件で計測したマトリックス状の光量データである。マスク透過率マップは、マスク毎に装置で計測され保存される。本実施例では、マスク透過率マップはＸ方向に８点、Ｙ方向に１０点のマトリックスデータが用いられているが、任意の領域、任意の点数で取得してもよい。また本実施例では露光装置で生成したマスク透過率マップを用いているが、マスクの設計情報（例えばＣＡＤ情報）等でマスク透過率を算出してもよい。マスク透過率マップの情報又はマスクの設計情報を複数の露光装置で使用する場合は、前記情報を複数の露光装置で共通に使用できるサーバに保存してもよい。

ステップ３は、第１算出部は、まず演算処理上、露光スリット（本実施例では２６ｍｍ）をＸ方向に複数の領域に分割し、それぞれの領域におけるマスク透過率を別個に算出する。本実施例では、図９のように露光スリットをそれぞれ均等な面積に８分割して説明するが、分割数は２以上のいくつであっても良い。分割スリットは投影光学系に対する露光光の入射範囲を複数に分割された領域である。分割されたスリット領域（以下、分割スリットｎと呼ぶ。ｎは領域の番号を示し、本実施例においては１〜８のいずれかである）におけるマスク透過率は、図１０のように、走査時に分割スリットｎにより走査されるマスク領域の透過率データの平均値として算出される。
分割スリットｎのマスク透過率=（透過率データ）/データ点数
（ただし、の範囲は、分割スリットｎにより走査されるマスク領域のみ）

ステップ４において、第１算出部は、図１１に示されるように、分割スリットｎにおけるマスク透過率を正規化し、それぞれの領域におけるマスク透過率ｒnを算出する。

ステップ５、６は、第１算出部が、露光領域の情報をもとに、分割スリットｎのうち露光に使用される面積比ｇnを算出する工程である。ここで言う露光領域の情報には、露光領域のＸ方向の幅ｗ、及び露光領域の中心のＸ像高x₀が含まれる。これらの情報は、露光領域の両端のＸ座標xr、xlで置き換えることも可能である。露光領域のＹ方向の幅はここでは考慮されず、後に延べる工程で、走査距離として計算に加味されることになる。

ｇｎの値は、分割スリットｎのうち、前記露光領域に対応するスリット上の領域（以下、スリット上の露光領域と呼ぶ）に含まれる部分の面積比で与えられる。すなわち、以下のように場合分けして求めることができる。
分割スリットｎが前記スリット上の露光領域に含まれるとき：ｇ_ｎ＝１
分割スリットｎが前記スリット上の露光領域に含まれないとき：ｇ_ｎ＝０
分割スリットｎの一部が前記スリット上の露光領域に含まれるとき：ｇ_ｎ＝（スリット上の露光領域に含まれる部分の面積／分割スリットｎの面積）
具体例を図１２に示す。

ステップ７は、第１算出部がマスク透過率の情報と露光領域情報から重み付け係数を算出する工程である。マスク透過率から算出したｒｎと露光領域情報から算出したｇｎの積で算出した重み付け係数をλｎとする。係数λｎは、分割スリットｎを通過する光エネルギ量を規格化した値に対応している。

ステップ３〜７を、各々の分割スリットｎについて繰り返し（本実施例では８回）行い、各々の分割スリットｎにおける重み付け係数λｎを算出し保存する。

次に、前述で算出した分割スリット毎の重み付け係数（λｎ）を用いて下記数式１の収差の関数を重み付けする。

ここで、ｎは分割スリットの番号、Ｉは瞳面の有効光源形状、Cは収差の種類、ｘは任意のＸ像高を示す。

この式は、分割スリットｎに対し有効光源形状Ｉのもとで単位露光量の露光を行ったときに投影光学系に生じる、結像特性としての収差Ｃへの影響度を、像高ｘの関数として表したものである。すなわち、収差の関数は、投影光学系に対する露光光の入射範囲を分割された複数の領域毎に決定された、マスクの透過率及び露光領域の結像特性への影響度を意味する。ここで、像高ｘは分割スリットｎ内部の像高に限定されない。これは、分割スリットｎに入射した光が、分割スリットｎ内の像高だけでなく、分割スリットｎ外の像高においても収差の変化を引き起こし得ることを意味する。収差の式は、一般的にフォーカスの式、像シフトの式というように収差Ｃ毎に式や係数が異なる。また、一般的に有効光源形状Ｉが異なった場合も係数が異なる。

本実施例では、ステップ１において読み出した有効光源情報をもとに、適切な関数が選ばれている。また、本実施例では、収差の像高依存性はＸ方向のみを関数として表現するが、以下に延べる収差補正においてＹ方向の像高依存性を考慮する必要がある場合は、収差の関数を拡張し、下記数式２としても良い。

ここでｙは任意のＹ像高を示す。

前記数式１の収差の関数は、計測結果及び／又はシミュレーション結果を元にあらかじめ求めておく。ただし、任意の分割スリットｎ、任意の有効光源形状Ｉ、任意の像高ｘにおいて数式１の値を求めておくことは困難であるため、数種類のｎ、I、ｘにおいて求めた値を適切に補間することにより数式１を決定しても良い。

前記収差の関数数式１の代わりに、分割スリットｎの中心像高をｘ_０ｎとして、下記数式３のようにと置き換えを行い、分割スリット１〜８全てに対し、収差の関数としてＦ^Ｉ，Ｃ（ｘ，ｘ_０ｎ）を使用しても良い。

前記露光条件における、各々の分割スリットの影響による収差Ｃの変化量は、前記数式１の関数に、前記の重み付け係数λｎを乗算することで算出できる。この計算の妥当性は、λｎは、前記露光条件のもとで、分割スリットｎに入射する光量に対応することと、一般に知られている通り収差の変化量が入射光量に比例することから説明できる。例えばフォーカスの変動を予測する像高座標を「0．0」、前記露光条件における有効光源形状をI、分割スリットの数を８、分割スリットにおける重み付け係数をλｎとする。各々の分割スリットの影響による収差の変化量は、λ1×ｆ_１ ^{Ｉ，Ｆｏｃｕｓ}（０，０）、λ2×ｆ_２ ^{Ｉ，Ｆｏｃｕｓ}（０，０）、・・・、λ8×ｆ_８ ^{Ｉ，Ｆｏｃｕｓ}（０，０）と表すことができる。

前記露光条件における収差の変化は、前記分割スリットの影響による収差の変化の総和として算出される。前記の例だと、前記露光条件において、像高座標「0．0」におけるフォーカス変動の補正係数は、下記数式４となる。

すなわちこれが式（１）におけるKである。

補正係数Kは、パターン内の透過率の分布の情報及び露光領域の情報のほか、さらに投影光学系の瞳面の光源分布情報、走査速度、露光時間の少なくとも一つに基づいて算出することができる。

これらの処理を、補正する像高座標数、補正する収差の数の組み合わせについて実行し、各々の像高における、各々の収差の補正係数を算出する。

次に、複数の露光条件で共通に使用する補正係数を算出する場合、図１３に示されるように照射時間（又は露光領域のＹ方向幅/走査速度）で重み付けして算出することができる。この場合、２つの露光条件で用いる補正係数Ｋは、それぞれの露光条件で算出した補正係数Ｋ1、Ｋ2を照射時間で重み付け平均した結果である。

次に露光条件が変更された場合、それに応じた補正係数を読み出し、前記露光条件で発生する収差の変動量を任意の像高で算出し予測する第２工程について説明する。算出された補正係数及び露光条件に基づいて投影光学系の結像特性である収差の変動量を算出することは、主制御装置１０３の第２算出部によって行われる。

投影光学系の収差の変動を予測する計算は１つ以上の像高で計算を行っている。前記投影光学系の収差の変動式は、露光時間（Heating）計算と非露光時間（Cooling）計算から構成されており、前者の計算式は式（２）で、後者の計算式は式（３）で表すことができる。

式（２）に用いられているＦ１を算出する場合、第１工程で算出した補正係数Ｋを用いる。補正係数Ｋは第1の工程で像高毎、また収差毎に算出されている。

式（１）のパラメータＱは、例えば露光時間、露光量、走査速度のいずれかを含むものであり、前述した補正係数と組み合わせることでＦ１を算出できる。本実施例では前記パラメータＱは複数の像高において共通の値を用いている。

図１４は同一の収差（例えばフォーカス）であっても、露光領域、又はマスクのパターンの粗密が異なるため、補正係数Ｋが異なった結果、各像高においてＦ１が異なる様子をあらわしたものである。本実施例では９点の像高において収差の変動を計算している。

図１５に露光フローを示す。ステップ１で第２算出部は、露光条件にあった補正係数を読み出し、ステップ２で露光処理を行う。ステップ３は、補正係数を算出した際の露光条件（露光量、露光領域等）と実際の露光した際の露光条件が異なる場合は、収差の式において予測誤差が発生するので、第２算出部がその誤差を補正するステップである。ステップ４は、露光した条件に最適な補正係数が設定されており、第２算出部が前記補正係数を用いて収差を計算するステップである。

第２算出部は、露光条件毎に算出した補正係数と実際に露光した際の条件（Ｑ）から像高毎の収差の最大変動量（Ｆ１）を計算する。第２算出部は、Ｆ１を算出した後、式（２）、（３）で示したHeating計算及びCooling計算を実施し、収差の変動量ΔＦの時間特性を像高毎に予測することができる。

次に、各像高で行っている収差の計算から算出された収差の変動量を補正する方法を説明する。第２算出部は、第２工程において、第１算出部が第１工程で算出した補正係数と実露光条件から、各像高において発生している収差の変動量を予測し、それを補正するように補正系の位置を算出する。投影光学系及び基板ステージ等のステージを駆動する駆動系が補正系を構成する。制御部は、第２算出部により算出された収差の変動量を低減するように補正系を制御する。

露光する条件（露光領域、露光中心等）で最適なパターンが結像するように補正系の位置を算出する方法として、図１６のように露光領域領域内で発生している収差を平均的に算出する方法がある。また図１７のように複数像高で行っている収差の変動のモデルにより、任意の像高における、任意の収差の変動量を予測し、任意の像高において重み付けして補正系位置を算出することも可能である。また図には示していないが、複数像高で行っている収差の変動のモデルにより、任意の像高における、任意の収差の変動量を予測し、任意の収差の変動に重み付けして補正系位置を算出することも可能である。

露光直前の補正系の位置を算出する場合は、気圧センサの出力から投影光学系を取巻く環境気体の気圧が結像投影系に及ぼす影響、また、露光パラメータもしくは装置パラメータに設定されているオフセット量を加味されて算出される。

次に、制御部が算出された位置に補正系を駆動させる方法を説明する。本実施例の投影光学系は、マスクパターンをより正確に結像するために、レンズ、ミラー等の光学素子を所望の方向に精密に駆動する光学素子駆動装置が実装されている。

本実施例の投影光学系にある光学系駆動装置を図１８に示す。これらの駆動系は、特願２００６−０２８７８９号に示される駆動方式を採用している。この駆動方式により、光学素子を所望の方向に駆動することができる。例えば、図１８（ａ）はレンズ及びレンズ枠を取り除いた平面図、図１８（ｂ）はレンズ及びレンズ枠を搭載した平面図、図１８（ｃ）は断面図である。図１８（ａ）及び図１８（ｃ）において、固定鏡筒２０１は、光学素子駆動装置２１０及びレンズ位置検出手段を固定する底面平坦部２０１aと、上下に隣接する他のレンズユニットと結合するための側壁円筒部２０１ｂを有している。

光学素子駆動装置２１０は、３組の同一の駆動機構から成り、固定鏡筒２０１の底面平坦部２０１ａに設置される。レンズ位置検出手段２０２は、レンズ枠の光軸方向変位及び光軸と直交する半径方向変位を検出する手段で、半導体レーザを用いた干渉型測長器、静電容量変位計、リニアエンコーダ、差動トランス変位計など要求精度に応じて適宜用いられる。

図１８（ｂ）は、レンズとレンズ枠を搭載した状態を示した図で、レンズ２０３を収納するレンズ枠２０４には上面６箇所にフランジ状の突起であるフランジ部が設けられる。その内の３箇所のフランジ部は、光学素子駆動装置２１０の変位出力部にレンズ枠取り付けネジ２０５を用いて締結される。

図１８（ｃ）を参照して説明するが、レンズ位置検出手段２０２としてレーザ干渉型の変位センサを用いる。例えば、レンズ２０３の光軸方向と半径方向に検出用レーザビームを投射し、その反射光の干渉情報から、レンズ枠２０４の３箇所（フランジ部近傍）の光軸方向（Ｚ方向）及び半径方向の変位を検出する。以上の構成において、３組の光学素子駆動装置２１０を等量だけ駆動するとレンズ２０３を光軸方向、すなわち図１８（ｃ）に示したＺ軸方向に並進駆動することができる。

また、３組の光学素子駆動装置２１０の駆動量に所定の差を設けることで、図１８（ｂ）に示したθａ及びθｂ方向のチルト駆動が可能である。この際、レンズ位置検出手段２０２の光軸方向の出力をフィードバックすることで、レンズ２０３の並進及びチルト駆動量を正確に制御できる。また、レンズ位置検出手段２０２の半径方向の出力をモニタすることで、レンズ２０３の光軸に直交した平面内での平行偏心に伴う像のシフト量を計算する。

この計算結果を、例えばウエハステージの駆動量に加味することで、レンズの偏心に伴うマスク像のアライメント誤差を解消する。上述した投影光学系の駆動装置により、光学素子を傾けること、また、Ｚ方向に駆動させることによって発生している収差を補正することが可能である。これによって、例えば光軸に非対称に発生している収差の変動を補正することができる。また、例えばフォーカスを補正する場合は、投影光学系だけでなく、マスクが配置されている駆動部（レチクルステージ）、もしくはウエハが配置されている駆動部（ウエハステージ）をＺ方向、もしくはチルト駆動して補正する方法がある。

［実施例２］
次に、図５を用いて収差補正方法をステップアンドリピート型の露光装置に適用した場合の実施例を説明する。図５におけるステップ１、ステップ２は実施例１と同様である。

ステップ３について説明する。まず、演算処理上、露光ショット領域（本実施例の露光ショット領域26ｍｍ×33ｍｍ）を、Ｘ方向及び／又はＹ方向に複数の領域に分割し、それぞれの領域におけるレチクル透過率を別個に算出する。本実施例ではＸ方向に４分割、Ｙ方向に４分割の１６個の矩形領域に分割したとして説明するが、分割の仕方はこれ以外であっても良いし、分割される領域も矩形に限らない。

前記分割されたショット領域（以下、分割ショットｎと呼ぶ。ｎは領域の番号を示す。本実施例においてはｎは１〜１６のいずれかである）におけるマスク透過率は、分割ショットｎに含まれるマスク領域の透過率データの平均値として算出される。
分割ショットｎのマスク透過率=（透過率データ）/データ点数
（ただし、の範囲は、分割ショットｎに含まれるマスク領域のみ）
ステップ４において、分割ショットｎにおけるマスク透過率を正規化し、それぞれの領域におけるマスク透過率ｒnを算出する。

ステップ５、６は、露光領域情報をもとに、分割ショットｎのうち露光に使用される面積比ｇnを算出する工程である。ここで言う露光領域情報には、露光領域のＸ方向の幅ｗｘ、Ｙ方向の幅ｗｙ、及び露光領域の中心のＸ像高x₀、Ｙ像高ｙ₀が含まれる。これらの情報は、露光領域のX方向端のＸ座標xr、xl、及びY方向端のＹ座標yu、ydで置き換えることも可能である。

ｇｎの値は、分割ショットｎのうち、前記露光領域に含まれる部分の面積比で与えられる。すなわち、以下のように場合分けして求めることができる。
分割スリットｎが前記スリット上の露光領域に含まれるとき：ｇ_ｎ＝１
分割スリットｎが前記スリット上の露光領域に含まれないとき：ｇ_ｎ＝０
分割スリットｎの一部が前記スリット上の露光領域に含まれるとき：ｇ_ｎ＝（スリット上の露光領域に含まれる部分の面積／分割スリットｎの面積）

ステップ７は各分割ショットに対する重み付け係数を算出する工程である。マスク透過率から算出したｒｎと露光領域情報から算出したｇｎの積で算出した重み付け係数をλｎとする。係数λｎは、分割ショットｎを通過する光エネルギ量を規格化した値に対応している。ステップ３〜７を、各々の分割ショットｎについて繰り返し行い、各々の分割ショットｎにおける重み付け係数λｎを算出し保存する。

次に、算出した各分割ショット毎の重み付け係数（λｎ）を用いて数式２の収差の関数を重み付けする。ここで、ｎは分割ショットの番号、Ｉは瞳面の有効光源形状、Cは収差の種類、ｘ、ｙは任意のＸ像高、Y像高を示す。この式は、分割スリットｎに対し有効光源形状Ｉのもとで単位露光量の露光を行ったときに投影光学系に生じる収差Ｃへの影響度を、像高（ｘ、ｙ）の関数として表したものである。ここで、像高（ｘ、ｙ）は分割ショットｎ内部の像高に限定されない。これは、分割ショットｎに入射した光が、分割ショットｎ内の像高だけでなく、分割ショットｎ外の像高においても収差の変化を引き起こし得ることを意味する。収差の式は、一般的にフォーカスの式、像シフトの式、というように収差Ｃ毎に式や係数が異なる。また、一般的に有効光源形状Ｉが異なった場合も係数が異なる。本実施例では、ステップ１において読み出した有効光源情報をもとに、適切な関数が選ばれている。

数式２の収差の関数は、計測結果及び／又はシミュレーション結果を元にあらかじめ求めておく。ただし、任意の分割スリットｎ、任意の有効光源形状Ｉ、任意の像高（ｘ、ｙ）において数式２の値を求めておくことは困難であるため、数種類のｎ、I、（ｘ、ｙ）において求めた値を適切に補間することにより数式２を決定しても良い。

数式２の収差の関数の代わりに、分割ショットｎの中心像高を（ｘ_０ｎ，ｙ_０ｎ）として、下記数式５のように置き換えを行い、分割ショット１〜１６全てに対し、収差の関数としてＦ^Ｉ，Ｃ（ｘ，ｘ_０ｎ，ｙ，ｙ_０ｎ）を使用しても良い。

露光条件における、各々の分割ショットの影響による収差発生量は、前記数式２の関数に、前記の重み付け係数λｎを乗じることで算出できる。この計算の妥当性は、λｎは、前記露光条件のもとで、分割ショットｎに入射する光量に対応することと、一般に知られている通り収差発生量が入射光量に比例することから説明できる。

分割ショットの影響による収差発生量の総和が、露光条件における収差発生量となる。前記の例だと、露光条件において、像高座標（0．0，0．0）におけるフォーカス変動の補正係数は、下記数式６となる。すなわちこれが式（１）におけるKである。

これらの処理を、補正する像高座標数、補正する収差の数の組み合わせについて実行し、各々の像高における、各々の収差の補正係数を算出する。

［実施例３］
本実施例では、図１９のように、複数像高のマスクの透過率をまとめ、任意の像高におけるマスク透過率として用いる。このとき、複数の像高の平均を用いたり、また露光領域によって重み付けして平均したりすることができる。

任意の像高で計算している収差の変動式を式（１）の形ではなく次式のように表しても、任意の像高におけるマスクパターン差による収差の変動を予測することが可能である。
△Ｆ＝Ｋ×Ｔ/Ｔ０×Ｑ・・・（４）
ここで、Ｔはマスク透過率、Ｔ０は正規化さるためのマスク透過率である。

この場合、マスクの透過率情報から任意の像高におけるマスク透過率を算出し、その値を式（４）に代入することでΔＦを算出することができる。任意の像高における、任意の収差の変動を、実露光エネルギ条件、及び露光時間、及び非露光時間から算出することで、任意の像高における、任意の収差の変動が予測できる。

予測した任意の像高における、任意の収差の変動は、実施例１で示したように、例えば投影光学系中の光学素子をＺ方向、もしくはチルト方向に駆動させて補正する方法や、レチクルステージ、ウエハステージを駆動させて補正する方法がある。

［実施例４］
次に上記の露光装置を利用したデバイス製造のプロセスを説明する。図２０は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４で作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。

図２１は、図２０におけるステップ３のウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記の露光装置によって回路パターンを感光剤が塗布されたウエハに転写して潜像パターンを形成する。ステップ１７（現像）ではウエハに転写された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１８（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップ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を形成する。

本発明に係る露光装置の一実施例を示す概略図 縮小投影レンズの収差の照射変動特性を示すグラフ マスクのパターン配置の一例を示す図 マスクの照射領域と投影光学系の照射領域との関係を示す図 補正係数を算出するフローチャート 瞳面の光強度分布のマップ 規格化された瞳面の有効光源形状のマップ マスク透過率マップ スリットの分割図 分割された露光領域のレチクル透過率を算出する手法のイメージ図 分割された露光領域における正規化されたマスク透過率を示す図 分割した露光領域から重み付け係数を算出するイメージ図 露光時間の重み付け方法を示す図 像高と収差変動量との関係を示す図 露光処理のフローチャート 補正位置を算出する一例を示す図 補正位置を算出する他例を示す図 投影系駆動機構を示す図 透過率マップ像高と収差補正式を示す図 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図 ウエハプロセスの詳細なフローを示す図

符号の説明

１０１：パルスレーザ光源、１０２：レーザ制御装置、１０３：露光装置の主制御装置、１０４：照明光学系、１０５：照明系開口絞り、１０６：ハーフミラー、１０７：フォトセンサ、１０８：照明系制御装置、１０９：マスク（レチクル）、１１０：投影光学系、１１１：縮小投影レンズ開口絞り、１１２：縮小投影レンズ開口絞り駆動手段、１１３：フィールドレンズ駆動手段、１１４：投影レンズ制御装置、１１５：ウエハ、１１６：ウエハステージ、１１７：移動鏡、１１８：レーザ干渉計、１１９：ウエハステージ制御手段、１２０：ステージ制御装置、１２１、１２２：フォーカス面検出手段、２０１：固定鏡筒、２０２：レンズ位置検出手段、２０３：レンズ、２０４：レンズ枠、２０５：レンズ枠取り付けネジ、２１０：光学素子駆動装置

Claims (10)

1. マスクに形成されたパターンを介して基板を露光する露光装置であって、
   前記マスクからの光を前記基板に投影する投影光学系と、
   前記マスクを保持する第１ステージと、
   前記基板を保持する第２ステージと、
   前記パターンの透過率の位置依存性に基づき、前記投影光学系の結像特性の変動の像高依存性を低減するように、前記投影光学系を構成する光学素子、前記第１ステージ及び前記第２ステージの少なくとも一つの駆動を制御する制御部と、を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記制御部は、
   前記パターンの露光領域及び前記透過率の位置依存性に応じて前記結像特性の変動の像高依存性を補正するために必要とされる補正係数を算出し、
   前記算出された補正係数及び露光条件に基づいて前記結像特性の変動量の像高依存性を算出し、
   前記算出された像高依存性に基づいて前記少なくとも一つの駆動を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御部は、前記パターン内の前記透過率の分布の情報と前記露光領域の情報とに基づいて前記補正係数を算出する、ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記露光領域を分割して得られる複数の領域それぞれに関して結像特性への影響度と、前記透過率の分布情報と前記露光領域の情報とから算出された重み付け係数とを乗算することにより、前記補正係数を算出する、ことを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
5. 前記影響度は、計測結果又はシミュレーション結果に基づいて算出されたものである、ことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記透過率の情報は、前記露光装置により計測された又は前記マスクの設計情報より算出されたものである、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記制御部は、有効光源、前記マスクの走査速度、および露光時間の少なくとも一つの情報に基づいて前記補正係数を算出する、ことを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 前記露光条件は、露光量、前記マスクの走査速度、露光時間、および非露光時間の少なくとも一つを含む、ことを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか１項に記載の露光装置。
9. 前記制御部は、前記投影光学系を構成する光学素子、第１ステージ及び第２ステージの少なくとも１つに関し、前記投影光学系の光軸に平行な方向の駆動及びチルト駆動の少なくとも一つを制御する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の露光装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項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現像する工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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