JP2009259870A - 露光装置、測定方法、安定化方法及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハステージの大型化や熱変形を招くことなく、ダミー露光の自由度を向上させることができる露光装置を提供する。
【解決手段】レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系を備える露光装置であって、前記ウエハと同一形状を有して互いに異なる反射率を有する複数のダミーウエハから前記投影光学系の像面近傍に配置すべきダミーウエハを選択する選択部と、前記選択部によって選択されたダミーウエハを前記投影光学系の像面近傍に配置する搬送部と、前記搬送部によって前記投影光学系の像面近傍に配置されたダミーウエハに、前記投影光学系を介して光を照射してダミー露光を行うように制御する制御部と、を有することを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置、測定方法、安定化方法及びデバイスの製造方法に関する。

フォトリソグラフィー技術を用いてＬＳＩや超ＬＳＩなどの微細な半導体デバイスを製造する際に、従来から投影露光装置が使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に形成された回路パターンを投影光学系によってウエハ等の基板に投影して回路パターンを転写する。

近年では、半導体デバイスの微細化への要求が高まるにつれて、投影露光装置には、高い解像力が必要になってきており、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化（投影光学系の開口数（ＮＡ）の増大）が進んでいる。但し、解像力を向上させると、焦点深度が小さくなるため、投影光学系の結像面（焦点面）にウエハの表面を合致させるフォーカス精度の向上が必要となる。

また、投影露光装置においては、複数の工程で転写される回路パターンのそれぞれを正確に重ね合わせるアライメント精度も重要な特性の１つである。かかるアライメント精度は、投影光学系の倍率の変動に大きく影響されるため、投影光学系の倍率を所定値（一定値）に維持することが極めて重要となる。

一方、投影光学系においては、露光光が照射されると、露光光のエネルギーの一部を吸収してしまうため、かかる吸収によって発生する熱に起因して温度変化が生じ、投影光学系の光学特性（倍率や収差など）が変化することが知られている。従って、露光光が投影光学系に照射され続けると、投影光学系の光学特性が変動し、フォーカス精度やアライメント精度が低下してしまう（即ち、無視できない程のフォーカス誤差やアライメント誤差が生じてしまう）可能性がある。

そこで、露光光の照射による投影光学系の光学特性の変動を補正する技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、露光光の照射による投影光学系の光学特性の変動（変動量）を、露光量、露光時間、非露光時間などを変数（パラメータ）とするモデル式で算出し、かかる算出結果に基づいて投影光学系の光学特性の変動を補正する技術が開示されている。

上述したモデル式は、投影光学系の光学特性ごとに、投影光学系に固有の係数（補正係数）を有し、かかる補正係数を算出するためには、投影光学系に露光光を実際に照射して光学特性の変動を測定することが必要となる。このような補正係数を算出するためなど、本来の露光（即ち、レチクルのパターンをウエハなどに転写するための露光）以外の目的で行われる投影光学系への露光光の照射を、以下では、「ダミー露光」と称する。

ダミー露光は、補正係数を算出する目的以外にも行われ、例えば、投影光学系の透過率を安定させることを目的として行われる。投影光学系の硝材として一般的に用いられる石英は、露光光（例えば、エキシマレーザー）の照射と休止とを繰り返した場合に、露光光の照射時間及び休止時間によって透過率が急激に変化することが知られている。具体的には、図９に示すように、投影光学系の透過率は、露光光の照射（露光）を開始した直後に一旦減少し、ある時点から増大に転じて、露光光の照射を更に続けるとある値で飽和する。このような透過率の急激な変化を補正することは非常に困難であるため、露光を開始（再開）する前に、数万パルス程度のダミー露光を行って投影光学系の透過率を安定させることが有効となっている（特許文献２参照）。ここで、図９は、露光光の照射時間（露光時間）に対する投影光学系の透過率の変化を示すグラフであって、縦軸に投影光学系の透過率を採用し、横軸に露光光の照射時間を採用している。

ダミー露光における露光光は、本来の露光における露光光と略同一の光路を通過する。従って、ウエハステージにウエハを載置させたまま（即ち、露光位置にウエハを位置させたまま）ダミー露光を行うと、ウエハが感光して製品として使用できなくなるため、ダミー露光における露光光は、ウエハ以外に照射する必要がある。そこで、ダミー露光において露光光が照射される（即ち、ダミー露光用の）被照射体をウエハステージに固設し、ダミー露光を行う場合には、かかる被照射体を露光位置に位置させている。
特公昭６３−１６７２５号公報 特開平１０−１１６７６６号公報

しかしながら、ダミー露光用の被照射体をウエハステージに固設する場合には、かかる被照射体を固設するスペースを確保しなければならないため、ウエハステージの大型化を招いてしまう。

また、補正係数を算出することを目的とするダミー露光においては、本来の露光における投影光学系の光学特性の変動を測定するために、ダミー露光用の被照射体は、実際の製品を製造するためのウエハと同じ反射率を有していることが好ましい。しかし、ダミー露光用の被照射体は、一般的には、ウエハと異なる反射率及び形状を有しているため、ダミー露光における投影光学系の光学特性の変動と本来の露光における投影光学系の光学特性の変動とが異なり、補正係数を高精度に算出することが困難である。これは、ダミー露光用の被照射体からの反射光の強度がウエハからの反射光の強度と異なっていると、本来の露光における光学特性の変動と異なる光学特性の変動が発生してしまうからである。

投影光学系の透過率を安定させることを目的とするダミー露光においては、投影光学系の最終面（最もウエハ側の面）への戻り光が大きいほど、効率よく（即ち、短時間で）投影光学系の透過率を安定させることができる。従って、ダミー露光用の被照射体は、できるだけ高い反射率を有していることが要求される。かかる要求は、補正係数を算出することを目的とするダミー露光における被照射体の反射率への要求と整合していない。

このような問題に対しては、互いに異なる反射率を有する複数のダミー露光用の被照射体をウエハステージに固設することで解決することが可能である。しかし、ダミー露光用の被照射体の数が増加すると、ウエハステージ上に確保しなければならないスペースが更に必要となってしまう。

また、ウエハステージに固設されたダミー露光用の被照射体に対して露光光を長時間照射すると、かかる被照射体を介してウエハステージの温度が上昇し、ウエハステージの機構（ウエハを保持する保持機構など）が熱変形してしまうという問題も生じる。

また、エキシマレーザーなどの露光光に対して耐性を有する材料でダミー露光用の被照射体を構成した場合であっても、露光光を長期間照射すると表面が劣化及び変質するため、被照射体を交換する必要がある。しかし、ダミー露光用の被照射体は、上述したように、ウエハステージに固設されているため、被照射体の交換作業が困難、且つ、面倒である。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みて、ウエハステージの大型化や熱変形を招くことなく、ダミー露光の自由度を向上させることができる露光装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系を備える露光装置であって、前記ウエハと同一形状を有して互いに異なる反射率を有する複数のダミーウエハから前記投影光学系の像面近傍に配置すべきダミーウエハを選択する選択部と、前記選択部によって選択されたダミーウエハを前記投影光学系の像面近傍に配置する搬送部と、前記搬送部によって前記投影光学系の像面近傍に配置されたダミーウエハに、前記投影光学系を介して光を照射してダミー露光を行うように制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、ウエハステージの大型化や熱変形を招くことなく、ダミー露光の自由度を向上させる露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略図である。露光装置１は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクルのパターンをウエハに転写する投影露光装置である。但し、露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。

露光装置１は、光源１０２と、照明光学系１０４と、レチクル１０６を載置するレチクルステージと、投影光学系１０８と、ウエハ１１０を載置するウエハステージと、干渉計１１４と、フォーカス検出部１１６とを備える。更に、露光装置１は、収納部１１８と、ダミーウエハ１２０と、搬送部１２２と、光源制御部１２４と、照明制御部１２６と、投影制御部１２８と、ステージ制御部１３０と、主制御部１３２とを備える。

光源１０２は、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーや波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどのパルスレーザー光源を使用する。光源１０２は、例えば、共振器を構成するフロントミラーと、露光光の波長を狭帯化するための回折格子と、プリズムなどで構成される狭帯化モジュールとを有する。更に、光源１０２は、露光光の波長の安定性及びスペクトル幅をモニタするための分光器やディテクタなどで構成されるモニタモジュールと、シャッタとを有する。

照明光学系１０４は、光源１０２からの光（露光光）でレチクル１０６を照明する光学系である。照明光学系１０４は、本実施形態では、光源１０２からの光を所定の形状に整形するビーム整形光学系と、レチクル１０６を均一な照度分布で照明するために多数の２次光源を形成するオプティカルインテグレータとを含む。更に、照明光学系１０４は、開口絞り１０４ａと、ハーフミラー１０４ｂと、フォトセンサ１０４ｃとを含む。

開口絞り１０４ａは、開口径を可変とする円形形状の開口部を有し、照明光学系１０４の開口数（ＮＡ）を任意の値に設定する。ハーフミラー１０４ｂは、照明光学系１０４の光路に配置され、レチクル１０６を照明する露光光の一部を反射する。フォトセンサ１０４ｃは、ハーフミラー１０４ａで反射された露光光の光路に配置され、かかる露光光の強度（エネルギー）を検出する。フォトセンサ１０４ｃによって検出されたエネルギーは、光源１０２のパルス発光ごとに積分を行う積分回路によって１パルスあたりのエネルギーに換算され、照明制御部１２６を介して、主制御部１３２に入力される。

レチクル１０６は、ウエハ１１０に転写すべきパターン（回路パターン）を有し、レチクルステージに支持及び駆動される。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル１０６とウエハ１１０とをスキャンすることによって、レチクル１０６のパターンをウエハ１１０に転写する。

投影光学系１０８は、レチクル１０６のパターンを、所定の縮小倍率（例えば、１／４）でウエハ１１０に投影する光学系である。投影光学系１０８は、レンズなどの複数の光学素子で構成され、瞳面（レチクル１０６に対するフーリエ変換面）に開口絞り１０８ａを有する。開口絞り１０８ａは、開口径を可変とする円形形状の開口部を有し、投影光学系１０８の開口数（ＮＡ）を任意の値に設定する。

ウエハ１１０は、レチクル１０６のパターンが投影（転写）される基板であって、感光剤（レジスト）が塗布されている。但し、ウエハ１１０は、ガラスプレートやその他の基板に置換することもできる。なお、ウエハ１１０は、収納部１１８に収納されており、搬送部１２２によって取り出されてウエハステージ１１２に搬送される。

ウエハステージ１１２は、ウエハ１１０又はダミーウエハ１２０を保持し、投影光学系１０８の光軸の方向（Ｚ方向）及び投影光学系１０８の光軸に直交する面内（Ｘ−Ｙ面内）でウエハ１１０又はダミーウエハ１２０を駆動する。

干渉計１１４は、ウエハステージ１１２に固定されている反射ミラー１１２ａとの距離を測定して、Ｘ−Ｙ面内におけるウエハステージ１１２の位置を検出する。干渉計１１４の検出結果は、ステージ制御部１３０に入力される。

フォーカス検出部１１６は、ウエハ１１０に対して光を投光する投光光学系と、ウエハ１１０で反射された光を受光する受光光学系とを含み、投影光学系１０８の光軸の方向（Ｚ方向）におけるウエハ１１０の位置を検出する。なお、投光光学系は、ウエハ１１０に対して、ウエハ１１０に塗布されているレジストを感光させない光（非露光光）を投光する。また、受光光学系は、ウエハ１１０で反射される光に対応して複数の受光素子を有し、かかる受光素子の受光面とウエハ１１０上の光の反射点とが光学的に共役の関係になるように配置されている。従って、投影光学系１０８の光軸の方向（Ｚ方向）におけるウエハ１１０の位置（位置ずれ）は、受光光学系の受光素子に入射する光の位置（位置ずれ）として検出される。

収納部１１８は、複数のウエハ１１０、複数のダミーウエハ１２０及びその他のウエハ状部材を収納して保管するスロットである。

複数のダミーウエハ１２０は、図２に示すように、基板１２０ａの上に１μｍ以下の膜厚の光学薄膜１２０ｂを形成（蒸着）することで構成され、ウエハ１１０と略同一形状（略同一寸法）を有し、互いに異なる反射率を有する。従って、ダミーウエハ１２０を搬送及び保持する専用の搬送機構及び保持機構は必要なく、ウエハ１１０を搬送及び保持する搬送機構（搬送部１２２）及び保持機構（ウエハステージ１１２）によってダミーウエハ１２０を搬送及び保持することができる。なお、光学薄膜１２０ｂは、光源１０２からの光（露光光）に対して耐性を有する（即ち、露光光の照射に対して劣化及び変質が小さい）材料で構成され、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）や酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などの無機材料で構成される。図２は、ダミーウエハ１２０の構成を示す概略図である。

搬送部１２２は、主制御部１３２に制御され、本来の露光（即ち、レチクル１０６のパターンをウエハ１１０に転写するための露光）を行う際には、収納部１１８に収納されたウエハ１１０を取り出してウエハステージ１１２に搬送する。また、搬送部１２２は、本来の露光以外の目的で投影光学系１０８に露光光を照射するダミー露光を行う際には、収納部１１８に収納されたダミーウエハ１２０を取り出してウエハステージ１１２に搬送する。従って、搬送部１２２は、ウエハステージ１１２と協同して、本来の露光を行う場合にはウエハ１１０を投影光学系１０８の像面近傍に配置し、ダミー露光を行う場合にはダミーウエハ１２０を投影光学系１０８の像面近傍に配置する。

光源制御部１２４は、光源１０２に関連する制御（例えば、光源１０２のガス交換制御、光源１０２から射出される光の波長を安定させるための制御、放電印加電圧の制御など）を行う。なお、光源制御部１２４は、本実施形態では、単独で光源１０２を制御するのではなく、主制御部１３２と共同して光源１０２を制御する。

照明制御部１２６は、照明光学系１０４に関連する制御（例えば、開口絞り１０４ａの開口径の制御など）を行う。例えば、照明制御部１２６は、開口絞り１０４ａの開口径を制御することで、投影光学系１０８のＮＡに対する照明光学系１０４のＮＡの比であるコヒーレンスファクタ（σ値）を調整する。なお、照明制御部１２６は、本実施形態では、単独で照明光学系１０４を制御するのではなく、主制御部１３２と共同して照明光学系１０４を制御する。

投影制御部１２８は、投影光学系１０８に関連する制御（例えば、開口絞り１０８ａの開口径の制御やレンズの駆動制御など）を行う。例えば、投影制御部１２８は、空気圧や圧電素子を利用して投影光学系１０８を構成するレンズ（フィールドレンズなど）を光軸方向に駆動して、投影光学系１０８の様々な収差や倍率を調整する。なお、投影制御部１２８は、本実施形態では、単独で投影光学系１０８を制御するのではなく、主制御部１３２と共同して投影光学系１０８を制御する。

ステージ制御部１３０は、ウエハステージ１１２に関連する制御（例えば、ウエハステージ１１２の駆動（走査）制御やウエハステージ１１２の位置決め制御など）を行う。例えば、ステージ制御部１３０は、Ｚ方向及びＸ−Ｙ面内における所定の位置にウエハ１１０が位置決めされるように、干渉計１１４の検出結果やフォーカス検出部１１６の検出結果に基づいてウエハステージ１１２を制御する。なお、ステージ制御部１３０は、本実施形態では、単独でウエハステージ１１２を制御するのではなく、主制御部１３２と共同してウエハステージ１１２を制御する。

主制御部１３２は、露光装置１の全体（動作）を制御する機能を有し、本実施形態では、特に、ダミー露光に関する動作を制御する。例えば、主制御部１３２は、後述するように、収納部１１８に収納された複数のダミーウエハ１２０から投影光学系１０８の像面近傍に配置すべきダミーウエハを選択する選択部として機能する。また、主制御部１３２は、投影光学系１０８の像面近傍に配置されたダミーウエハ１２０の反射率の変化が許容範囲であるかどうか、又は、ダミーウエハ１２０に照射された光のエネルギー量が許容範囲であるかどうかを判定する判定部としても機能する。なお、主制御部１３２は、収納部１１８に収納されているダミーウエハ１２０に関する情報（例えば、ダミーウエハの種類や搬送履歴など）を管理して、メモリなどの記憶部に格納している。

ここで、露光光の照射による投影光学系１０８の光学特性の変動について説明する。本実施形態では、投影光学系１０８の光学性能として、投影光学系１０８の収差を例に説明する。なお、投影光学系１０８の光学特性は、歪曲収差、非点収差、球面収差及びコマ収差などの収差に限定されず、例えば、フォーカス、倍率なども含む。

投影光学系１０８は、図３に示すように、レチクル１０６を通過して投影光学系１０８に照射される（入射する）露光光ＥＬ１及び投影光学系１０８を通過してウエハ１１０で反射される露光光ＥＬ２の影響を受けて、光学特性が変動する。但し、露光光ＥＬ１と露光光ＥＬ２との強度比は、ウエハ１１０の表面の反射率に依存し、ウエハ１１０の表面の反射率は、ウエハ１１０に塗布されたレジスト（及び反射防止膜）の種類や厚さに依存して変化する。図３は、投影光学系１０８における露光光の光路を示す図である。

図４は、投影光学系１０８の収差の変動（経時変化）の一例を示すグラフであって、縦軸に投影光学系１０８の収差Ｆを採用し、横軸に時間ｔを採用している。なお、投影光学系１０８の収差の変動量ΔＦは、投影光学系１０８の像高ごとに異なる値となるが、図４では、ある１つの像高における投影光学系１０８の収差の変動を示している。また、投影光学系１０８の露光前（即ち、投影光学系１０８に露光光が照射される前）の収差量をＦ０とする。

図４を参照するに、露光が時間ｔ０から開始されると、投影光学系１０８の収差は、時間の経過に伴って変動し、時間ｔ１で一定量（飽和量）Ｆ１となる。時間ｔ１以降は、露光光が投影光学系１０８に照射されても、投影光学系１０８に吸収される熱エネルギーと投影光学系１０８から放出される熱エネルギーとが平衡状態に達しているため、投影光学系１０８の収差は飽和量Ｆ１から変化しない。そして、露光が時間ｔ２で停止されると、投影光学系１０８の収差は、時間の経過に伴って初期の状態に戻り、時間ｔ３で露光前の収差量Ｆ０になる。

投影光学系１０８の収差の変動における飽和値Ｆ１は、単位光量（単位露光エネルギー）当たりの収差の変動量Ｋ、及び、投影光学系１０８に入射する露光エネルギーＱを用いて、以下の式１で表される。なお、投影光学系１０８に入射する露光エネルギーＱは、露光エネルギーを決定するパラメータ（例えば、露光量、走査速度、露光領域の情報など）から算出される。

Ｆ１＝Ｋ×Ｑ ・・・（式１）
ある時間における投影光学系１０８の収差量をΔＦ_ｋとすると、ある時間から時間Δｔだけ露光を行った後の投影光学系１０８の収差量ΔＦ_ｋ＋１は、飽和量Ｆ１及び立ち上がり時の時定数ＴＳ１を用いて、以下の式２で表されるモデル式で近似される。

ΔＦ_ｋ＋１＝ΔＦ_ｋ＋Ｆ１×（１−ｅｘｐ（−Δｔ／ＴＳ１）） ・・・（式２）
同様に、ある時間における投影光学系１０８の収差量をΔＦ_ｋとすると、ある時間から時間Δｔだけ露光を停止した後の投影光学系１０８の収差量ΔＦ_ｋ＋１は、立ち下がり時の時定数ＴＳ２を用いて、以下の式３で表されるモデル式で近似される。

ΔＦ_ｋ＋１＝ΔＦ_ｋ×ｅｘｐ（−Δｔ／ＴＳ２） ・・・（式３）
なお、時定数ＴＳ１及びＴＳ２は、投影光学系１０８の熱伝達特性における時定数と等価であって、投影光学系１０８に固有の係数（補正係数）である。

このように、式１乃至３を用いて、投影光学系１０８の収差の変動をモデル化することで、露光光の照射による投影光学系１０８の収差の変動を算出することが可能である。但し、投影光学系１０８の収差の変動をモデル化するために用いる式は、式１乃至３に限定されず、他の式を用いて投影光学系１０８の収差の変動をモデル化してもよい。

投影光学系１０８の光学特性の変動（変動量）を算出するモデル式に補正係数として用いられる時定数ＴＳ１及びＴＳ２は、投影光学系１０８の光学特性ごとに異なる値となる。従って、投影光学系１０８の光学特性ごとに時定数ＴＳ１及びＴＳ２を算出する必要がある。

図５を参照して、時定数ＴＳ１及びＴＳ２を算出する算出方法について説明する。図５は、投影光学系１０８の光学特性の変動を示すグラフであって、縦軸には投影光学系１０８の光学特性の変動量を採用し、横軸に時間を採用している。

図５において、時間ｔ０から時間ｔ１０までの間は、投影光学系１０８に露光光を連続して照射している状態であって、立ち上がり時における投影光学系１０８の光学特性の変動を示している。時間ｔ１０から時間ｔ２０までの間は、投影光学系１０８に露光光を照射しない状態であって、立ち下がり時における投影光学系１０８の光学特性の変動を示している。

立ち上がり時の時定数ＴＳ１を算出する場合、投影光学系１０８に露光光を連続的に照射して、時間ｔ０から時間ｔ１０までの間の任意のタイミングで投影光学系１０８の光学特性の変動量ｈ１、ｈ２、・・・、ｈ１０を測定する。そして、投影光学系１０８の光学特性の変動量ｈ１、ｈ２、・・・、ｈ１０を式２で近似させれば、立ち上がり時の時定数ＴＳ１を算出することができる。

同様に、立ち下がり時の時定数ＴＳ２を算出する場合、投影光学系１０８に露光光を照射せずに、時間ｔ１０から時間ｔ２０までの間の任意のタイミングで投影光学系１０８の光学特性の変動量ｃ１１、ｃ１２、・・・、ｃ２０を測定する。そして、投影光学系１０８の光学特性の変動量ｃ１１、ｃ１２、・・・、ｃ２０を式３で近似させれば、立ち下がり時の時定数ＴＳ２を算出することができる。

投影光学系１０８の光学特性の変動（変動量）を表すモデル式に用いられる補正係数（時定数ＴＳ１及びＴＳ２）を算出するためには、上述したように、ダミー露光を行いながら、任意のタイミングで投影光学系１０８の光学特性（の変動）を測定する必要がある。

以下、図６を参照して、本実施形態の露光装置１において、投影光学系１０８に露光光を照射するダミー露光を行いながら、投影光学系１０８の光学特性として収差の変動（変動量）を測定する測定方法について説明する。かかる測定方法は、主制御部１３２が露光装置１の各部を統括的に制御することによって実行される。

なお、本実施形態では、複数のダミーウエハ１２０が収納部１１８に収納されており、主制御部１３２は、収納部１１８に収納されている複数のダミーウエハ１２０に関する情報として、図７に示すようなデータベースをメモリなどの記憶部に格納している。図７は、収納部１１８に収納されている複数のダミーウエハ１２０に関する情報を表すデータベースの一例を示す図である。

複数のダミーウエハ１２０（図７では、ＤＷ１、ＤＷ２、ＤＷ３、・・・ＤＷｎ）に関する情報は、図７に示すように、収納部１１８において収納されているスロット番号（スロットＮｏ．）、反射率、積算照射エネルギー、限界照射エネルギーなどを含む。複数のダミーウエハ１２０のそれぞれの反射率は、ウエハ１１０を露光する露光光（例えば、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーに対する）反射率であって、反射率測定装置などで測定してもよいし、光学薄膜１２０ｂの厚みや光学定数から算出してもよい。また、複数のダミーウエハ１２０に関する情報は、ダミーウエハ１２０に照射される露光光の角度（入射角度）、偏光状態及び波長ごとの反射率であってもよい。積算照射エネルギーは、複数のダミーウエハ１２０のそれぞれに照射された露光光のエネルギー（エネルギー量）の積算値である。限界照射エネルギーは、複数のダミーウエハ１２０のそれぞれについての積算照射エネルギー（積算エネルギー量）に対する限界値である。限界照射エネルギーは、複数のダミーウエハ１２０のそれぞれについて、実験やシミュレーションによる露光光に対する耐久性の評価によって規定される。なお、図７に示す複数のダミーウエハ１２０に関する情報は一例であって、必要に応じて、他の情報を含んでもよいし、図７に示す情報の一部を削除してもよい。

図６を参照するに、ステップＳ７０２では、ダミー露光に関するダミー露光条件及び投影光学系１０８の収差の測定に関する測定条件を設定する。ダミー露光条件は、投影光学系１０８に照射する露光光のエネルギー、照射時間及び照射領域、投影光学系１０８への露光光の照射を停止する停止時間などを含む。また、測定条件は、投影光学系１０８の収差を測定するタイミング、数及び位置などに加えて、本来の露光における（即ち、ウエハ１１０を露光する際の）露光光の波長、かかる露光光に対するウエハ１１０の反射率などを含む。ウエハ１１０の反射率は、露光光の波長ごと、露光光の入射角度ごとや露光光の偏光状態ごとの反射率を設定してもよい。また、ウエハ１１０の反射率は、反射率測定装置などで測定してもよいし、ウエハ１１０に塗布されたレジストや反射防止膜などの光学物性値から算出してもよい。

次に、ステップＳ７０４では、収納部１１８に収納された複数のダミーウエハ１２０から、ダミー露光で使用するダミーウエハ１２０を選択する。具体的には、ステップＳ７０２で設定された露光光の波長、かかる露光光に対するウエハ１１０の反射率とダミーウエハ１２０に関する情報（図７に示すデータベース）とを比較して、ウエハ１１０の反射率に最も近い反射率を有するダミーウエハ１２０を選択する。

なお、ウエハ１１０の反射率が露光光の入射角度ごとに設定され、ダミーウエハ１２０に関する情報が露光光の入射角度ごとの反射率を含んでいる場合には、ウエハ１１０と複数のダミーウエハ１２０のそれぞれとの間で入射角度の反射率差の二乗平均を算出する。そして、反射率差の二乗平均が最小となるダミーウエハ１２０を選択する。また、ウエハ１１０の反射率が露光光の偏光状態ごとに設定され、ダミーウエハ１２０に関する情報が露光光の偏光状態ごとの反射率を含んでいる場合もある。このような場合には、ウエハ１１０と複数のダミーウエハ１２０のそれぞれとの間で露光光の偏光状態に対する反射率を評価して、ウエハ１１０の反射率に最も近い反射率を有するダミーウエハ１２０を選択する。

収納部１１８に１つのダミーウエハ１２０のみが収納されている場合には、ステップＳ７０４では、かかる１つのダミーウエハ１２０を選択する。なお、ステップＳ７０４では、後述するように、限界照射エネルギーなどの反射率以外の選択基準を考慮して、ダミー露光で使用するダミーウエハ１２０を選択してもよい。また、主制御部１３２がダミーウエハ１２０を自動的に選択するのではなく、オペレータが任意のダミーウエハ１２０を選択するようにしてもよい。この場合、ダミーウエハ１２０に関する情報（図７に示すデータベース）に対応して、複数のダミーウエハ１２０のそれぞれに識別子を付与しておき、かかる識別子をオペレータが指定することでダミーウエハ１２０を選択する。

なお、主制御部１３２のメモリなどの記憶部にダミーウエハ１２０に関する情報が格納されていない場合には、ダミーウエハ１２０に関する情報を表す形状的、電気的、磁気的又は光学的な特徴を複数のダミーウエハ１２０のそれぞれに形成すればよい。これにより、複数のダミーウエハ１２０のそれぞれに形成された特徴を読み取ることで、ダミーウエハ１２０を識別（判別）することができる。また、収納部１１８において、複数のダミーウエハ１２０の反射率を測定するようにしてもよい。

次に、ステップＳ７０６では、ステップＳ７０４で選択されたダミーウエハ１２０を収納部１１８から取り出してウエハステージ１１２に搬送し、かかるダミーウエハ１２０を投影光学系１０８の像面近傍に配置する。

次に、ステップＳ７０８では、投影光学系１０８の収差を測定する。具体的には、投影光学系１０８の物体面に収差測定用パターンを配置し、かかる収差測定用パターン及び投影光学系１０８を通過した光をウエハステージ１１２上に配置したセンサで検出することで、投影光学系１０８の収差を測定する。なお、投影光学系１０８の収差を測定するタイミングで、ウエハステージ１１２からダミーウエハ１２０を一旦回収して代わりに収差測定用ウエハを搬送し、かかる収差測定用ウエハを露光することで投影光学系１０８の収差を測定してもよい。この場合、投影光学系１０８の収差の測定後、収差測定用ウエハをウエハステージ１１２から回収して、再びダミーウエハ１２０をウエハステージ１１２に搬送して、投影光学系１０８の像面近傍に配置させる。また、複数のウエハステージを有する露光装置であれば、ダミーウエハ１２０を保持しているウエハステージとは別のウエハステージに収差測定用ウエハを予め保持させ、投影光学系１０８の収差を測定するタイミングで２つのウエハステージを交換してもよい。この場合、収差測定用ウエハの搬送及び回収をダミーウエハ１２０の搬送及び回収と平行して行うことができる。また、投影光学系１０８の収差を測定する１回のタイミングで、複数の収差測定用ウエハを順次交換しながら露光してもよい。

次に、ステップＳ７１０では、ステップＳ７０２で設定した測定条件に基づいて、投影光学系１０８の収差の測定が終了したかどうかを判定する。投影光学系１０８の収差の測定が終了したと判定された場合には、ステップＳ７１８に進む。一方、投影光学系１０８の収差の測定が終了していないと判定された場合には、ステップＳ７１２に進む。

ステップＳ７１２では、ステップＳ７０２で設定したダミー露光条件に基づいて、ダミー露光を行うかどうかを判定する。ダミー露光を行うと判定された場合には、ステップＳ７１４に進む。一方、ダミー露光を行わないと判定された場合には、ステップＳ７１６に進む。

ステップＳ７１４では、ステップＳ７０２で設定したダミー露光条件に基づいて、投影光学系１０８に露光光を照射してダミー露光を行う。これにより、投影光学系１０８が加熱され、投影光学系１０８の収差が変動する。なお、ダミー露光においては、ダミーウエハ１２０の光学薄膜１２０ｂの耐久性を考慮して、ステップ・アンド・リピートを繰り返して露光光を照射することが好ましい。かかる過程は、ウエハ１１０を露光するときと同一の過程であるが、ダミーウエハ１２０の交換は行わず、常に、ダミーウエハ１２０がウエハステージ１１２に保持された状態で行われる。ステップＳ７１４でダミー露光を行った後は、ステップＳ７０８に戻って、投影光学系１０８の収差を測定する。

ステップＳ７１６では、ステップＳ７０２で設定したダミー露光条件に基づいて、ダミー露光を停止する。これにより、投影光学系１０８が冷却され、投影光学系１０８の収差が変動する。ステップＳ７１６でダミー露光を停止させた後は、ステップＳ７０８に戻って、投影光学系１０８の収差を測定する。

ステップＳ７１８では、ダミーウエハ１２０をウエハステージ１１２から回収して収納部１１８に収納する。

このように、本実施形態では、ウエハ１１０の反射率に最も近い反射率を有するダミーウエハ１２０を用いてダミー露光を行うことで、本来の露光における投影光学系１０８の収差の変動（図４及び図５参照）を測定することができる。従って、式１乃至式３から、時定数ＴＳ１及びＴＳ２などの補正係数を高精度に算出することができる。

なお、露光光の形状（有効光源形状）、露光領域の形状などの露光条件を変更して投影光学系１０８の収差の変動を測定することにより、それぞれの露光条件に対する投影光学系１０８の収差の変動を算出するモデル式の補正係数を得ることができる。

なお、露光光が長時間照射されると、ダミーウエハ１２０（の光学薄膜１２０ｂ）が劣化及び変質し、ダミーウエハ１２０の反射率が変化してしまう。ダミーウエハ１２０の反射率が大きく変化すると、本来の露光におけるウエハ１１０の反射率から大きくずれてしまうため、ダミーウエハ１２０を交換する必要がある。

そこで、主制御部１３２は、収納部１１８に収納されている複数のダミーウエハ１２０のそれぞれについて、ダミー露光に使用された際のダミーウエハ１２０の積算照射エネルギーを管理（更新）する。そして、主制御部１３２は、任意のタイミングで収納部１１８に収納されている複数のダミーウエハ１２０のそれぞれについて積算照射エネルギーを判定（評価）する。その結果、限界照射エネルギーを超えているダミーウエハ１２０が存在した場合には、かかるダミーウエハ１２０を交換する。

また、複数のダミーウエハ１２０のそれぞれについて、反射率測定装置を用いて反射率を測定し、かかる測定結果に基づいてダミーウエハ１２０の交換の必要性を判定してもよい。この場合には、任意のタイミングで収納部１１８に収納されている複数のダミーウエハ１２０の対して反射率を測定し、反射率が許容範囲でないダミーウエハ１２０が存在していれば、かかるダミーウエハ１２０を交換する。なお、反射率が許容範囲であっても、反射率が大きく変化している場合には、かかるダミーウエハ１２０を交換したり、主制御部１３２のメモリなどの記憶部に格納されているダミーウエハ１２０に関する情報を更新したりすることが好ましい。

但し、ダミーウエハ１２０の交換は、ダミーウエハ１２０が収納部１１８に収納されているときだけではなく、ダミー露光中に行ってもよい。この場合、ダミー露光中において、ダミー露光に使用しているダミーウエハ１２０の積算照射エネルギーや反射率を取得し、上述した判定によって、ダミーウエハ１２０を交換する。

なお、上述したように、投影光学系１０８の硝材として一般的に用いられる石英は、露光光の照射と休止とを繰り返した場合に、露光光の照射時間及び休止時間によって透過率が急激に変化してしまう。

以下では、図８を参照して、本実施形態の露光装置１において、投影光学系１０８に露光光を照射するダミー露光を行うことで投影光学系１０８の透過率を安定させる安定化方法について説明する。かかる安定化方法は、主制御部１３２が露光装置１の各部を統括的に制御することによって実行される。

まず、ステップＳ８０２では、収納部１１８に収納された複数のダミーウエハ１２０から、ダミー露光で使用するダミーウエハ１２０を選択する。具体的には、収納部１１８に収納された複数のダミーウエハ１２０のうち、最も高い反射率を有するダミーウエハ１２０を選択する。

次に、ステップＳ８０４では、ステップＳ８０２で選択されたダミーウエハ１２０を収納部１１８から取り出してウエハステージ１１２に搬送し、かかるダミーウエハ１２０を投影光学系１０８の像面近傍に配置する。

次に、ステップＳ８０６では、投影光学系１０８に露光光を照射してダミー露光を行う。なお、ステップＳ８０６におけるダミー露光は、本来の露光と同じ過程である必要はないため、投影光学系１０８の透過率を短時間で安定させたい場合には、最もエネルギーの高い露光光を連続的に照射すればよい。但し、ダミーウエハ１２０の光学薄膜１２０ｂの耐久性を考慮して、ステップ・アンド・リピートを繰り返して露光光を照射してもよい。また、ステップＳ８０６におけるダミー露光は、投影光学系１０８の透過率が安定するまで行う。

投影光学系１０８の透過率が安定したら、ダミー露光を停止し、ステップＳ８０８において、ダミーウエハ１２０をウエハステージ１１２から回収して収納部１１８に収納する。

このように、本実施形態では、収納部１１８に収納された複数のダミーウエハ１２０のうち、最も高い反射率を有するダミーウエハ１２０を用いてダミー露光を行うことで、ダミーウエハ１２０で反射されて投影光学系１０８に入射する露光光が増大する。従って、露光光を投影光学系１０８に効率的に照射することができ、投影光学系１０８の透過率を短時間で安定させることができる。

なお、上述したように、同じダミーウエハ１２０を用いてダミー露光を長時間行うと、ダミーウエハ１２０が加熱され、ダミーウエハ１２０を介してウエハステージ１１２の温度が上昇して、ウエハステージ１１２の機構が熱変形してしまう。

そこで、同じ反射率を有する複数のダミーウエハ１２０を含むダミーウエハ群を収納部１１８に収納し、同じ反射率を有する複数のダミーウエハ１２０を順次交換しながらダミー露光を行う。これにより、露光光の照射によってダミーウエハ１２０が加熱されたとしても、ウエハステージ１１２の温度が上昇する前にダミーウエハ１２０が交換されるため、ウエハステージ１１２の機構の熱変形を防止することができる。また、露光光の照射によって加熱されたダミーウエハ１２０は、収納部１１８において放熱し、次のダミー露光に使用されるまでにダミー露光前の温度にまで戻る。但し、ダミーウエハ１２０の数が少ない場合、露光光の照射によって加熱されたダミーウエハ１２０がダミー露光前の温度に戻る前に再度ダミー露光に使用されてしまう。従って、同じ反射率を有するダミーウエハ１２０は、露光光の照射によって加熱されたダミーウエハ１２０が収納部１１８において十分に放熱できるだけの数を用意する必要がある。

このように、露光装置１によれば、ウエハステージ１１２の大型化や熱変形を招くことなく、ダミー露光の自由度を向上させることができる。例えば、露光装置１は、本来の露光における投影光学系１０８の光学特性の変動とダミー露光における投影光学系１０８の光学特性の変動とのずれを低減させ、投影光学系１０８の光学特性の変動を算出するモデル式の補正係数を高精度に得ることができる。その結果、投影光学系１０８の光学特性の変動を高精度に算出して、投影光学系１０８の光学特性を調整することができる。また、露光装置１は、投影光学系１０８に効率的に露光光を照射して、投影光学系１０８の透過率を短時間で安定させることができる。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）を提供することができる。なお、デバイスは、露光装置１を用いてレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 ダミーウエハの構成を示す概略図である。 図１に示す露光装置の投影光学系における露光光の光路を示す図である。 図１に示す露光装置の投影光学系の収差の変動（経時変化）の一例を示すグラフである。 図１に示す露光装置の投影光学系の光学特性の変動を示すグラフである。 図１に示す露光装置において、投影光学系に露光光を照射するダミー露光を行いながら、投影光学系の光学特性の変動（変動量）を測定する測定方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示す露光装置の収納部に収納されている複数のダミーウエハに関する情報を表すデータベースの一例を示す図である。 図１に示す露光装置において、投影光学系に露光光を照射するダミー露光を行うことで投影光学系の透過率を安定させる安定化方法を説明するためのフローチャートである。 露光光の照射時間（露光時間）に対する投影光学系の透過率の変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 露光装置
１０２ 光源
１０４ 照明光学系
１０４ａ 開口絞り
１０４ｂ ハーフミラー
１０４ｃ フォトセンサ
１０６ レチクル
１０８ 投影光学系
１０８ａ 開口絞り
１１０ ウエハ
１１２ ウエハステージ
１１２ａ 反射ミラー
１１４ 干渉計
１１６ フォーカス検出部
１１８ 収納部
１２０ ダミーウエハ
１２０ａ 基板
１２０ｂ 光学薄膜
１２２ 搬送部
１２４ 光源制御
１２６ 照明制御部
１２８ 投影制御部
１３０ ステージ制御部
１３２ 主制御部

Claims (11)

1. レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系を備える露光装置であって、
   前記ウエハと同一形状を有して互いに異なる反射率を有する複数のダミーウエハから前記投影光学系の像面近傍に配置すべきダミーウエハを選択する選択部と、
   前記選択部によって選択されたダミーウエハを前記投影光学系の像面近傍に配置する搬送部と、
   前記搬送部によって前記投影光学系の像面近傍に配置されたダミーウエハに、前記投影光学系を介して光を照射してダミー露光を行うように制御する制御部と、
   を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記選択部は、前記投影光学系の光学特性の変動を測定するためのダミー露光を行う場合には、前記複数のダミーウエハから前記ウエハの反射率に最も近い反射率を有するダミーウエハを選択することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記投影光学系の光学特性は、フォーカス、倍率、歪曲収差、非点収差、球面収差及びコマ収差のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記選択部は、前記投影光学系の透過率を安定させるためのダミー露光を行う場合には、前記複数のダミーウエハから最も高い反射率を有するダミーウエハを選択することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 前記投影光学系の像面近傍に配置されたダミーウエハの反射率の変化が許容範囲であるかどうかを判定する判定部を更に有し、
   前記判定部によって前記投影光学系の像面近傍に配置されたダミーウエハの反射率の変化が許容範囲ではないと判定された場合には、前記投影光学系の像面近傍に配置されたダミーウエハを交換することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記投影光学系の像面近傍に配置されたダミーウエハに照射された光のエネルギー量が許容範囲であるかどうかを判定する判定部を更に有し、
   前記判定部によって前記投影光学系の像面近傍に配置されたダミーウエハに照射された光のエネルギー量が許容範囲ではないと判定された場合には、前記投影光学系の像面近傍に配置されたダミーウエハを交換することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記複数のダミーウエハを収納する収納部を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の露光装置。
8. 複数のダミーウエハは、同一の反射率を有するダミーウエハ群を含むことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の露光装置。
9. レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系を備える露光装置における前記投影光学系の光学特性の変動を測定する測定方法であって、
   前記ウエハと同一形状を有して互いに異なる反射率を有する複数のダミーウエハから前記ウエハの反射率に最も近い反射率を有するダミーウエハを前記投影光学系の像面近傍に配置する配置ステップと、
   前記配置ステップで配置されたダミーウエハに、前記投影光学系を介して光を照射して、前記投影光学系の光学特性の変動を測定する測定ステップと、
   を有することを特徴とする測定方法。
10. レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系を備える露光装置における前記投影光学系の透過率を安定させる安定化方法であって、
    前記ウエハと同一形状を有して互いに異なる反射率を有する複数のダミーウエハから最も高い反射率を有するダミーウエハを前記投影光学系の像面近傍に配置する配置ステップと、
    前記投影光学系の透過率が飽和するまで、前記投影光学系を介して前記配置ステップで配置されたダミーウエハに光を照射する照射ステップと、
    を有することを特徴とする安定化方法。
11. 請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の露光装置を用いてウエハを露光するステップと、
    露光された前記ウエハを現像するステップと、
    を有することを特徴とするデバイスの製造方法。

Images