JP2009302490A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】水平方向の駆動に伴う鉛直方向の誤差を算出して鉛直方向の計測精度を向上させた露光装置を提供する。
【解決手段】基板ステージが第1領域に位置するときに、基板ステージが水平方向に駆動される前と後との双方において、基板の同一の箇所を第1計測器に複数の計測点で計測させ、第1計測器を用いた第1計測結果に基づいて第1領域における基板ステージの水平方向の駆動に伴う鉛直方向の第1変動量を演算し、第1計測結果から第1変動量を減算して基板の表面形状を表す数値を演算し、基板ステージが第2領域に位置するときの基板の鉛直方向の位置を表す数値から当該基板の表面形状に関する数値を減算して、第2領域における基板ステージの水平方向の駆動に伴う鉛直方向の第2変動量を演算し、第2変動量に基づいて、第2領域における前記基板ステージの鉛直方向の位置を制御する。
【選択図】図11
【解決手段】基板ステージが第1領域に位置するときに、基板ステージが水平方向に駆動される前と後との双方において、基板の同一の箇所を第1計測器に複数の計測点で計測させ、第1計測器を用いた第1計測結果に基づいて第1領域における基板ステージの水平方向の駆動に伴う鉛直方向の第1変動量を演算し、第1計測結果から第1変動量を減算して基板の表面形状を表す数値を演算し、基板ステージが第2領域に位置するときの基板の鉛直方向の位置を表す数値から当該基板の表面形状に関する数値を減算して、第2領域における基板ステージの水平方向の駆動に伴う鉛直方向の第2変動量を演算し、第2変動量に基づいて、第2領域における前記基板ステージの鉛直方向の位置を制御する。
【選択図】図11
Description
本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
ステップ・アンド・リピート方式の露光装置(ステッパー)は、基板を所定の場所に静止させた状態で、レチクルを通った光を投影光学系にて一定の比率で縮小し、基板上に塗布されたフォトレジストを感光させ、レチクルのパターンを基板に転写する。そして、基板を載置する基板ステージを逐次駆動させることで、基板全面にわたってショットを繰り返し行う。
ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置(スキャナー)は、基板を静止して一括露光するステッパーに対し、基板及びレチクルを同期走査(スキャン)させながら、より広い領域を露光する。
通常、露光装置を用いた半導体の製造には、同じ基板に対して何度も露光を行う必要がある。つまり、既にパターンが形成されたショットに対して、精度よく別のパターンを重ねて露光する必要がある。そのためには、ショットの配列を事前に計測しておく必要があり、パターンに事前に計測用のマークを入れておき、スコープを使ってマークを計測する手法が用いられる。スコープには、非露光光を用いたオフアクシススコープ(以下、「OAS」と略す。)を用いるのが一般的である。非露光光を用いて計測するためレジストを感光させずに計測することができるが、図6に示すように、レンズを通すことができないため、OASはレンズとは離して配置する必要がある。
マークをOASで計測するためには、マークをOASのベストピントで計測する必要がある。基板ステージをZ方向に駆動しOASのスコープの像面がベストピントとなる位置を探す手法もあるが、それでは計測に時間がかかりスループット上不利なため、通常、別のフォーカスセンサーを使用する手法が用いられる。
OAS位置に配置されたフォーカスセンサーは、基板表面をOASのベストピント位置に合わせるために使用されるものであり、実際の露光時に使用されるものではない。通常、スキャナーでは、レンズ下で露光するとき、基板ステージを駆動させながらフォーカス合わせを行うリアルタイムフォーカスを行う。図6に示されるように、実際の露光位置(スリット)の前後つまりY方向にシフトしたところにフォーカスセンサーを配置する。基板ステージが紙面下から走査移動して露光するときは、フォーカスセンサーの計測点6Cで基板表面のZ位置を露光前に計測し、露光位置がスリット位置にくる前に基板ステージをZ方向に駆動させる。紙面上から基板ステージが走査移動するときには、同様に、フォーカスセンサーの計測点6Aを用いる。スリット下で基板表面がレンズ像面に追い込まれたかどうかを確認するために、スリット位置にもフォーカスセンサーの計測点6Bを配置している。また、X方向に複数フォーカスセンサーの計測点を配置することで、スリット内の基板表面傾き成分も検出できる。このように、露光直前にフォーカス計測を行うため、予め基板全面のフォーカスの計測を行わなくてよく、スループットは低下しない。
OASを用いた露光シーケンスは、以下の通りである。基板が搬送されると、OASを使って基板上の各サンプルショットのマークを計測する。計測結果から、基板の置き誤差(XY、回転成分)や熱膨張などの誤差成分を演算する。そして、レンズ下に基板を持ってきて各ショットを露光する。サンプルショットが多ければ重ね合わせの精度は向上するが、スループットは低下する。
サンプルショットの計測と露光を同時に行い、スループットと精度とを向上させる方式が、基板ステージを2つ用意し、一方の基板に露光を行っているときに他方の基板にOASによる計測を行うツインステージ構成の露光装置である。なお、基板ステージが1つの場合の構成をシングルステージ構成という。
ツインステージ構成を図7に示す。基板を一方の基板ステージ上に搭載すると、まずOASによってショットのXY方向の位置ずれを計測する。次に、フォーカスセンサーによって計測点7Bで基板全面を計測する。この作業は、他方の基板ステージ上の基板に対する露光と並列して実行される。一方の基板に対してOASにより計測し、フォーカスを計測することが、他方の基板に対して露光するまでに終了していれば、仮にサンプルショットを増やしたとしてもスループットを悪化させることはない。よって、スループットと精度を両立させることができる。
通常、フォーカスセンサーの計測点7BはX方向に並んだ構成をとる。これは、Y方向にスキャンしたときに、より多くの幅を計測することで計測時間を短縮するためである。また、レーザ干渉計は、レンズ位置及びOAS位置のそれぞれに配置される。
基板ステージは、2次元平面(XY平面)内の任意の場所に、高精度かつ広範囲に渡って駆動されることが要求される。これは、半導体回路の微細化に伴って要求精度がより厳しくなり、同時に、基板の大口径化等に対応するために基板ステージの駆動領域も非常に広範囲にわたるものとする必要があるためである。
基板ステージの位置検出には、レーザ干渉計が一般的に用いられる。レーザ干渉計をXY平面内に配置することで、基板ステージのXY平面内の位置を計測することができる。例えば、図1に示されるように、X軸計測用のバーミラー2Aが基板ステージ1にY軸方向に沿って搭載されている。X軸方向の位置を計測するレーザ干渉計3A1は、X軸に略平行にレーザをバーミラー2Aに照射し、その反射光と基準光を干渉させることで、基板ステージの相対的な駆動量を検出している。Y軸の計測も同様である。X軸又はY軸の少なくともいずれかの干渉計を2つ用意することで、基板ステージのZ軸周りの回転角θzも検出することができる。
レーザ干渉計から得られた位置情報を基にリニアモータ等のアクチュエータ(図示せず)を作動することによって、基板ステージを所定の場所に駆動することができる。
また、回路の微細化に伴うレンズの高NA化に伴い、レチクルの像を基板に転写するためのフォーカス許容範囲(焦点深度)も狭くなり、フォーカス方向(Z方向)の位置決めに要求される精度は厳しくなってきている。そのため、基板ステージは、XY平面に直交するZ軸方向(フォーカス方向)、X軸方向の傾斜(Y軸周りの回転、チルトあるいはθyと称す)、Y軸方向の傾斜(X軸周りの回転、チルトあるいはθxと称す)も高精度に計測し制御する必要がある。そこで、図1に示すように、X軸干渉計3A1,3A2をZ軸方向に2系統並べて配置して同時に位置計測をして、その計測データの差分から基板ステージ1のX軸方向の傾斜θyを計測する方式が提案されている。同様に、Y軸干渉計3B1,3B2をZ軸方向に2系統配置することで、Y軸方向に関する傾斜θxを計測することができる。
基板ステージ1のZ軸方向の位置もレーザ干渉計で計測する手法が提案されている。図2は、Z軸方向の位置を検出するためのZレーザ干渉計構成の一例を示したものである。Zレーザ干渉計から照射されたレーザ光は、Xステージに搭載された45度の反射ミラー4Aで上方向へ反射される。基準となるレンズ定盤に設置される45度の反射ミラー4Bによって、レーザ光は水平方向に反射される。ほぼレンズ中心付近に設置される45度の反射ミラー4Cによって、レーザ光は下方向へ投射される。基板ステージ1に設置される反射ミラー4Dによって、レーザ光は垂直に反射され、来た経路を戻る。反射ミラー4AはXステージ上に搭載されており、基板ステージ1のX位置が移動すると反射されるレーザ光もX方向に移動することになる。したがって、45度の反射ミラー4B,4Cは、X軸方向に長いバーミラータイプを使用する。そうすると、基板ステージ1がX軸方向に移動しても、基板ステージ1の同じ位置にレーザ光を照射することができる。基板ステージ1がY軸方向に移動するとき、45度の反射ミラー4AはXステージに搭載されているため反射ミラー4Aの位置は変化せず、レーザ光の位置も変化しない。そのため、基板ステージ1のY位置とレーザ光の相対位置が移動することになるため、基板ステージ上には、Y軸方向に伸びたバーミラータイプ4Dを設置する。これにより、Y軸方向に基板ステージ1が移動しても、常にレーザ光が基板ステージ1のミラー面に照射することになる。したがって、基板ステージ1がXY平面を移動しても、常にレーザ干渉計で計測が可能となる。
図2のZ干渉計に換えて、図3に示すように、基板ステージ1にY軸方向に伸びた45度バーミラー4Eを設置し、レンズ定盤にX軸方向に伸びたバーミラー4Fを設置することで、基板ステージ1とレンズ定盤面の相対位置を計測することも可能である。
図2及び図3のどちらの構成においても、ステージの左右(L側、R側と称す)に対称にZ干渉計の構成を施す。XY全面でL側R側のZ軸方向の位置が同時に計測できれば、その平均を用いることで基板ステージ1のZ位置をより正確に計測することが可能となり、また、差分を計測することで基板ステージ1のチルトも計測可能となる。
基板ステージ1がX軸方向に駆動したとき、その位置決め精度はX軸方向に伸びたバーミラー4B,4C,4Fの平面精度の影響を受ける。同様に、基板ステージ1がY軸方向に駆動したとき、その位置決め精度はY方向に伸びたバーミラー4D,4Eの平面精度の影響を受ける。基板ステージ1のZ軸方向の位置決め精度は、先述のとおりnmオーダーの精度が要求されているが、バーミラー全面にわたりnmの精度で加工し組み立てることは技術的にも困難である。
特許文献1には、フォーカスセンサーを用いてバーミラーの加工精度による誤差を事前に計測し、基板ステージを駆動させるときの目標位置に加味して、基板ステージのあらゆるXY位置において、Z方向の位置決め精度を向上させる手法が提案されている。バーミラーの加工精度による誤差は、フォーカスセンサーを用いて計測した基板ステージのXY駆動によるZ誤差(以下、「ステージの走り面」と称す。)に他ならない。この手法では、基板ステージに搭載された基板、又は、基板に換わる反射平面をフォーカスセンサーによって計測する。この計測は基板の表面形状の影響を受けるが、複数のフォーカスセンサーを用いることで基板の表面形状の影響を除去し、ステージの走り面の誤差だけを計測する。図5に示されるように、この手法では、基板上のある箇所Pをフォーカスセンサー6Aで計測した後、基板ステージを駆動して、基板上の同じ箇所Pをフォーカスセンサー6Bで計測する。基板の形状がどうであれ、同じ箇所Pを計測しているため、フォーカスセンサー6Aと6Bは、同じ計測値であるはずである。もし同じ計測値にならないとしたら、それは、基板ステージが駆動によってZ方向に誤差を持った、すなわち、バーミラーの加工精度の影響を受けたからである。したがって、基板表面の形状の影響を受けずに、バーミラーの形状を計測することができる。
フォーカスセンサーを用いたZバーミラー(ZXバーミラー、ZYバーミラーを総称する)の計測手法は、特殊な工具を必要としない自己キャリブレーションが可能である点で優れている。Zバーミラーに限らず、Xバーミラー、Yバーミラーにおいても、装置のリセット時(原点出し時)の衝撃や、経時変化によって変形することも考えられる。そこで、定期的にバーミラーの形状を計測する必要もあり、特殊な工具を必要としないバーミラーの形状の計測手法は、非常に重要である。
図4に示すように、基板ステージ定盤面を基準としてXY平面をスライドする基板ステージ1上にZ、チルト駆動可能なステージを構成し、リニアエンコーダで基板ステージ1とZ、チルトステージとの距離を計測する手法もあり得る。図5と図4の手法の違いは、計測対象がバーミラーかステージ定盤面かの違いに過ぎない。以降、バーミラーを用いたZ、チルト計測手法において記述するが、ステージ定盤面を計測したい場合でもまったく同様に計測可能である。
特開2001−15422号公報
上記のとおり、フォーカスセンサーを用いたZバーミラーの計測方法は、特殊な工具を必要とせずに装置だけで自己キャリブレーションが可能である点で優れている。しかし、この計測手段は、基板を用いて計測するため、基板の範囲内しか計測できないという欠点を有する。通常、Z軸方向に高精度な位置決め精度が必要な範囲は基板上だけであるため、上記の欠点は大きな問題にはならない。例えば、基板ステージ上に基準マークが配置されており、これが基板の範囲の外であったとしても、マークの位置におけるZ誤差を事前に計測しておいてオフセット管理しておくことが可能である。
しかし、OAS等を用いて露光位置と別の位置で基板上のマークを計測する場合や、ツインステージ構成のようにフォーカス計測やアライメント計測を露光位置と別の場所で行う場合は、上記の欠点により以下に説明する問題が発生する。
[OASを用いたシングルステージで発生する問題]
図6に示されるように、OASはレンズから離れて構成される。便宜上、ここでは、Y方向にYo[mm]離れているとする。OASでも基板上のショット全面を計測する必要があるため、ZYバーミラーはYo[mm]だけ長く作成する必要がある。しかし、複数のフォーカスセンサーを用いたZYのバーミラー計測器は、基板のある領域のみしか計測することができない。そのため、このOASのために拡張した長さYo分を計測することができない。OAS位置にも複数のフォーカスセンサーが配置されていればOASのために拡張した長さYo分を計測し得る。しかし、計測マークは非常に小さいため、複数のフォーカスセンサーを配置することは、コスト上においても精度上においてもメリットがない。したがって、OAS位置においては、複数のフォーカスセンサーを用いたバーミラー計測手法を用いることができない。このように、OAS位置でバーミラーが正しく計測されておらず、ステージの走り面が補正されていない状態では、基板上のマークをOAS下で駆動したとき、Z軸方向における基板ステージの計測誤差が発生する。そのため、レンズ下でフォーカスセンサーにより計測するとき、基板ステージをZ軸方向に大きく駆動させる必要が発生し、スループットが低下し、装置の生産性を下げてしまう。
図6に示されるように、OASはレンズから離れて構成される。便宜上、ここでは、Y方向にYo[mm]離れているとする。OASでも基板上のショット全面を計測する必要があるため、ZYバーミラーはYo[mm]だけ長く作成する必要がある。しかし、複数のフォーカスセンサーを用いたZYのバーミラー計測器は、基板のある領域のみしか計測することができない。そのため、このOASのために拡張した長さYo分を計測することができない。OAS位置にも複数のフォーカスセンサーが配置されていればOASのために拡張した長さYo分を計測し得る。しかし、計測マークは非常に小さいため、複数のフォーカスセンサーを配置することは、コスト上においても精度上においてもメリットがない。したがって、OAS位置においては、複数のフォーカスセンサーを用いたバーミラー計測手法を用いることができない。このように、OAS位置でバーミラーが正しく計測されておらず、ステージの走り面が補正されていない状態では、基板上のマークをOAS下で駆動したとき、Z軸方向における基板ステージの計測誤差が発生する。そのため、レンズ下でフォーカスセンサーにより計測するとき、基板ステージをZ軸方向に大きく駆動させる必要が発生し、スループットが低下し、装置の生産性を下げてしまう。
[ツインステージにおいて発生する問題]
図7に示されるように、ツインステージ構成では、OAS側でフォーカス計測を行うため、通常、OAS位置にしかフォーカスセンサーを配置しない。レンズ下には、ステージ交換後の誤差を計測するために、たかだか1つのフォーカスセンサーがあればよい。ステージ交換後の誤差が十分に小さければ、フォーカスセンサーそのものも不要である。そのため、露光位置におけるZバーミラーの計測を、複数のフォーカスセンサーを用いて行うことができない。レンズ下でZバーミラーの形状が計測できないから、OAS位置で基板全面の形状を計測しても、レンズ位置で露光するときには、Zバーミラーの影響で基板ステージがZ軸方向に誤差を持ってしまう。そのため、正確に基板表面をレンズ像面に一致させることができない。その結果、デフォーカスし、パターンを基板に転写することが不可能となってしまう。
図7に示されるように、ツインステージ構成では、OAS側でフォーカス計測を行うため、通常、OAS位置にしかフォーカスセンサーを配置しない。レンズ下には、ステージ交換後の誤差を計測するために、たかだか1つのフォーカスセンサーがあればよい。ステージ交換後の誤差が十分に小さければ、フォーカスセンサーそのものも不要である。そのため、露光位置におけるZバーミラーの計測を、複数のフォーカスセンサーを用いて行うことができない。レンズ下でZバーミラーの形状が計測できないから、OAS位置で基板全面の形状を計測しても、レンズ位置で露光するときには、Zバーミラーの影響で基板ステージがZ軸方向に誤差を持ってしまう。そのため、正確に基板表面をレンズ像面に一致させることができない。その結果、デフォーカスし、パターンを基板に転写することが不可能となってしまう。
本発明は、基板ステージが水平方向に駆動される全領域において、当該水平方向の駆動に伴う鉛直方向の誤差を算出して鉛直方向の計測精度を向上させた露光装置を提供することを目的とする。
本発明は、投影光学系を介してレチクルのパターンを基板に投影して前記基板を走査露光する露光装置であって、前記基板を保持する基板ステージを第1領域及び第2領域のそれぞれにおいて水平方向及び鉛直方向に駆動する駆動機構と、第1領域内の複数の計測点で前記基板の鉛直方向の位置を計測する第1計測器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記基板ステージが前記第1領域に位置するときに、当該基板ステージが水平方向に駆動される前と後との双方において、基板の同一の箇所を前記第1計測器に前記複数の計測点で計測させ、当該第1計測器を用いた第1計測結果に基づいて前記第1領域における前記基板ステージの水平方向の駆動に伴う鉛直方向の第1変動量を演算し、前記第1計測結果から前記第1変動量を減算して基板の表面形状を表す数値を演算し、前記基板ステージが前記第2領域に位置するときの前記基板の鉛直方向の位置を表す数値から当該基板の表面形状に関する前記数値を減算して、前記第2領域における前記基板ステージの水平方向の駆動に伴う鉛直方向の第2変動量を演算し、前記第2変動量に基づいて、前記第2領域における前記基板ステージの鉛直方向の位置を制御することを特徴とする。
本発明によれば、基板ステージが水平方向に駆動される全領域において、当該水平方向の駆動に伴う鉛直方向の誤差を算出して鉛直方向の計測精度を向上させた露光装置を提供することができる。
以下、投影光学系を介してレチクルのパターンを基板ステージに保持された基板に投影して基板を走査露光する本発明に係る露光装置の例を用いて説明する。本発明に係る露光装置は、基板ステージを第1領域及び第2領域のそれぞれにおいて水平方向(X軸Y軸方向)及び鉛直方向(Z軸方向)に駆動する駆動機構を備える。露光装置は、また、第1領域内の複数の計測点で基板の鉛直方向の位置を計測する第1計測器と後述する制御器をも備える。
[第1の実施形態]
第1の実施形態は、オフアクシススコープ(OAS)を用いたシングルステージ構成の露光装置に本発明を適用した例である。OASを備えた露光装置を図6に示す。本実施形態において、投影光学系とは離れて配置されたOASを用いてパターンに事前に形成された位置合わせ用のマークが検出されうる。その後、計測済みの基板は投影光学系を介して基板が露光される。本実施形態において、OASが配置されたOAS領域が第2領域を構成し、投影光学系が配置された領域が第1領域を構成する。投影光学系は、後述する第1領域内の複数の計測点で基板の鉛直方向の位置を計測するフォーカスセンサーの近傍に配置される。
[第1の実施形態]
第1の実施形態は、オフアクシススコープ(OAS)を用いたシングルステージ構成の露光装置に本発明を適用した例である。OASを備えた露光装置を図6に示す。本実施形態において、投影光学系とは離れて配置されたOASを用いてパターンに事前に形成された位置合わせ用のマークが検出されうる。その後、計測済みの基板は投影光学系を介して基板が露光される。本実施形態において、OASが配置されたOAS領域が第2領域を構成し、投影光学系が配置された領域が第1領域を構成する。投影光学系は、後述する第1領域内の複数の計測点で基板の鉛直方向の位置を計測するフォーカスセンサーの近傍に配置される。
基板ステージ1には、XY平面を自由に移動可能なXYステージと、そのXYステージの上に搭載され、Z軸、θz方向のチルト補正のために駆動可能な微動ステージとを組み合わせたものを用いる。これにより、XYZ軸方向の並進駆動及びそれぞれの軸周り(θx、θy、θz)の回転駆動が可能になる。
基板ステージ1のX,Y軸方向の位置は、レーザ干渉計3A1,3B1によって計測される。X,Y軸方向は駆動ストロークが長いため、X軸方向の駆動位置を計測するために、Y軸方向に延設されたXバーミラー2Aが使用され、Y軸方向の駆動位置を計測するために、X軸方向に延設されたYバーミラー2Bが利用される。
XYの少なくとも一方の軸側には、レーザ干渉計3A1,3B1と、それぞれ水平方向に離間して設けられた別個のレーザ干渉計3A3,3B3を用意することで、XY平面内における回転方向のずれ量θzが計測可能となる。例えば、X軸方向のレーザ干渉計(Xレーザ干渉計)3A1に対し、水平方向に間隔Δyをおき、かつ、3A1と同じZ軸方向の高さに、XY平面内の回転を計測するためのθzレーザ干渉計3A3を配置する。また、Xレーザ干渉計3A1に対し、鉛直方向に間隔Δzをおき、かつ、水平方向に位置ずれなく並び、基板ステージ1のY軸まわりの回転を計測するためのθyレーザ干渉計3A2を配置する。以上の構成で、基板ステージ1のXY位置並びに各軸周りの回転成分であるθ及びチルトを計測可能である。
次に、Z干渉計の構成を説明する。図2に示されるように、基板ステージ1に搭載された45度ミラー4Aにより、レーザ光は垂直に上へ反射される。基準となるレンズ定盤に設置される45度ミラー4Bにより、レーザ光は水平に反射される。ほぼレンズ中心付近に設置される45度ミラー4Cにより、レーザ光は垂直に上から下へ投射される。基板ステージ1に設置される反射ミラー4Dにより垂直に反射され、レーザ光は来た経路を元に戻る。45度ミラー4AはXステージ上に構成されており、基板ステージ1のX位置が移動すると、反射されるレーザ光もX軸方向に移動することになる。そこで、45度ミラー4B,4CとしてX軸方向に長いバーミラーを設置する。そうすると、基板ステージ1がX軸方向に移動しても、基板ステージ1の同じ位置にレーザ光を照射することができる。基板ステージ1がY軸方向に移動するとき、45度ミラー4AはXステージに搭載されているため、レーザ光の位置も変化しない。そうすると、基板ステージ1のY位置とレーザ光との相対位置が移動することになるため、基板ステージ上には、Y軸方向に伸びたバーミラー4Dを設置する。これにより、Y軸方向に基板ステージ1が移動しても、常にレーザ光が基板ステージ1のミラー面に当たることになる。したがって、基板ステージ1がXY平面を移動しても、常にレーザ干渉計で計測することが可能となる。
このようなステージ構成の場合、基板ステージ1のZ軸方向への精度は、Z軸方向のバーミラー形状に影響される。すなわち、X軸方向へ基板ステージ1を駆動するときには、バーミラー4B,4Cの表面形状の影響を受け、Y軸方向へ基板ステージ1を駆動するときには、バーミラー4Dの表面形状の影響を受ける。バーミラー4B,4Cを称してZXバーミラー、バーミラー4DをZYバーミラーと呼ぶ。
これ以外のZバーミラー構成、例えば図3に示されるようなステージ構成においても、バーミラー4FをZXバーミラー、バーミラー4EをZYバーミラーと定義可能である。
投影光学系(投影レンズ)の下には複数の計測点6A,6B,6Cで基板の鉛直方向の位置を計測する第1計測器としてのフォーカスセンサーが設置されており、レチクルのパターンをレンズ像面に基板表面を合わせることができる。走査露光装置においては、実際の露光位置(投影レンズの下のスリット位置)の少し手前で、事前にフォーカスセンサーで基板表面を計測し、露光位置に基板がきたときに基板表面をレンズ像面に合わせる、リアルタイムフォーカスが行われる。このとき、フォーカスセンサーによるフォーカス計測位置と実際に露光する位置とが異なることになる。したがって、基板ステージ1が水平方向に駆動することに伴い計測結果に変動量、すなわち、ステージ走りの誤差を持っていると、露光位置でフォーカス精度が悪化し、正確に露光することができない。そこで、例えばZYバーミラーの表面形状を正確に計測し、ステージの走りを補正することが必須となる。
レンズ下すなわち第1領域において、フォーカスセンサーを用いてZバーミラーのステージの走りすなわち基板ステージの水平方向の駆動によるZ軸方向の誤差を演算する第一の工程を説明する。ここでは、ZYバーミラーを例としてとりあげる。この第一の工程は、従来から既に提案されている手法である。
基板ステージ1に、まだパターンのない基板を搭載する。当然、基板の表面形状は平坦であるに超したことはない。基板全面にわたって計測する必要はない。ZYバーミラーの形状を計測する場合、基板をY軸方向に1次元で計測すればよい。通常、図8に示されるように、最も広範囲を計測可能な基板の中心軸付近をY軸方向に計測する。以降の計測は、X軸方向の位置を中心に固定し、Y軸方向のみに基板ステージ1を駆動する。
まず、基板の下端をフォーカスセンサーの計測点6Aで計測する。このときの、基板ステージ1のY軸方向の位置をY0とし、フォーカスセンサーの計測点6Aでの計測結果をA(Y0)とする。続いて、基板ステージ1を間隔YFだけY軸方向に駆動し、基板上の同一の箇所を計測点6Bで計測する。このとき基板ステージのY軸方向の位置をY1とする。このときのフォーカスセンサーの計測点6Bでの計測結果をB(Y1)、計測点6Aでの計測結果をA(Y1)とする。同様に、YFだけ基板ステージ1を駆動して、基板上端まで繰り返す。そうすると、Y0〜Ynは以下の関係にある。
Y1=Y0+YF
Y2=Y1+YF=Y0+2×YF
・・・
Yn=Yn−1+YF=Y0+n×YF
基板ステージがY軸方向にYFだけ駆動される前と後との双方における複数の計測点6A,6Bでの計測結果A(Y0〜Yn−1),B(Y1〜Yn)は、以下のとおりである。計測結果A(Y0〜Yn−1),B(Y1〜Yn)は、基板ステージ1が第1領域に位置するときに第1計測器により計測した第1計測結果である。
A(Y0)
A(Y1)、B(Y1)、
A(Y2)、B(Y2)
・・・
A(Yn―1)、B(Yn―1)
B(Yn)
ここで、A(Y0)とB(Y1)は、基板の同一の箇所における計測結果である。つまり、ステージ走りが理想的平坦であれば同じ値を示すはずである。つまり、この2つの計測結果の差が、ステージの走りが理想面からずれた量、すなわち、ZYバーミラーの形状の影響を受けたものである。この第1計測器の計測結果に基づく第1変動量を、ステージがY0→Y1に駆動したときのZ誤差ΔZとして、下記のように定義する。
ΔZ(Y0→Y1)=B(Y1)−A(Y0)
ΔZ(Y1→Y2)=B(Y2)−A(Y1)
・・・
ΔZ(Yn−1→Yn)=B(Yn)−A(Yn−1)
上記式は、基板ステージ1がYFだけ駆動したときの誤差の差分を示している。これをZYのバーミラーの絶対値に変換するためには、上記の演算結果を累積していけばよい。このとき、絶対値の基準がないため、とりあえずステージがY0のときのバーミラーの誤差成分を0と仮定する。
Z(Y0)=0
Z(Y1)=Z(Y0)+ΔZ(Y0→Y1)=0+ΔZ(Y0→Y1)
Z(Y2)=Z(Y1)+ΔZ(Y1→Y2)=0+ΔZ(Y0→Y1)+ΔZ(Y1→Y2)
・・・
Z(Yn)=Z(Yn−1)+ΔZ(Yn−1→Yn)=ΔZ(Y0→Y1)+・・・+ΔZ(Yn−1→Yn)
ここで、Y=Y0をZYバーミラーの基準としたが、これは計算の便宜上であり、どこを基準としても問題はない。たとえば、Y=Ycを、ZYバーミラーの基準としたい場合、全配列からZ(Yc)の値を引いてやればよい。つまり、以下のようになる。
Z(Y0)→Z(Y0)−Z(Yc)
Z(Y1)→Z(Y1)−Z(Yc)
・・・
Z(Yc)→Z(Yc)−Z(Yc)=0
・・・
Z(Yn)→Z(Yn)−Z(Yc)
以上のようにして演算された形状を、ZYバーミラーの形状の関数として、図13に示される装置の制御器17のメモリに保存する。実際に、基板ステージ1を駆動する際には、干渉計3B1の情報から基板ステージ1の現在位置を計測し、その現在位置とZYバーミラーの関数からZ軸方向への補正量を演算し、基板ステージ1のZ軸方向へ目標位置に対してこの補正量を加算する。実際に、基板ステージ1を駆動したときの補正量の演算には、サンプル点とサンプル点の間を補間演算する必要がある。ここでは詳細は述べないが、サンプル点の間を1次又は高次の関数で補間演算してもよいし、スプライン関数などを用いてもよい。サンプル間隔をYFよりも細かくとる手法も可能である。
Y1=Y0+YF
Y2=Y1+YF=Y0+2×YF
・・・
Yn=Yn−1+YF=Y0+n×YF
基板ステージがY軸方向にYFだけ駆動される前と後との双方における複数の計測点6A,6Bでの計測結果A(Y0〜Yn−1),B(Y1〜Yn)は、以下のとおりである。計測結果A(Y0〜Yn−1),B(Y1〜Yn)は、基板ステージ1が第1領域に位置するときに第1計測器により計測した第1計測結果である。
A(Y0)
A(Y1)、B(Y1)、
A(Y2)、B(Y2)
・・・
A(Yn―1)、B(Yn―1)
B(Yn)
ここで、A(Y0)とB(Y1)は、基板の同一の箇所における計測結果である。つまり、ステージ走りが理想的平坦であれば同じ値を示すはずである。つまり、この2つの計測結果の差が、ステージの走りが理想面からずれた量、すなわち、ZYバーミラーの形状の影響を受けたものである。この第1計測器の計測結果に基づく第1変動量を、ステージがY0→Y1に駆動したときのZ誤差ΔZとして、下記のように定義する。
ΔZ(Y0→Y1)=B(Y1)−A(Y0)
ΔZ(Y1→Y2)=B(Y2)−A(Y1)
・・・
ΔZ(Yn−1→Yn)=B(Yn)−A(Yn−1)
上記式は、基板ステージ1がYFだけ駆動したときの誤差の差分を示している。これをZYのバーミラーの絶対値に変換するためには、上記の演算結果を累積していけばよい。このとき、絶対値の基準がないため、とりあえずステージがY0のときのバーミラーの誤差成分を0と仮定する。
Z(Y0)=0
Z(Y1)=Z(Y0)+ΔZ(Y0→Y1)=0+ΔZ(Y0→Y1)
Z(Y2)=Z(Y1)+ΔZ(Y1→Y2)=0+ΔZ(Y0→Y1)+ΔZ(Y1→Y2)
・・・
Z(Yn)=Z(Yn−1)+ΔZ(Yn−1→Yn)=ΔZ(Y0→Y1)+・・・+ΔZ(Yn−1→Yn)
ここで、Y=Y0をZYバーミラーの基準としたが、これは計算の便宜上であり、どこを基準としても問題はない。たとえば、Y=Ycを、ZYバーミラーの基準としたい場合、全配列からZ(Yc)の値を引いてやればよい。つまり、以下のようになる。
Z(Y0)→Z(Y0)−Z(Yc)
Z(Y1)→Z(Y1)−Z(Yc)
・・・
Z(Yc)→Z(Yc)−Z(Yc)=0
・・・
Z(Yn)→Z(Yn)−Z(Yc)
以上のようにして演算された形状を、ZYバーミラーの形状の関数として、図13に示される装置の制御器17のメモリに保存する。実際に、基板ステージ1を駆動する際には、干渉計3B1の情報から基板ステージ1の現在位置を計測し、その現在位置とZYバーミラーの関数からZ軸方向への補正量を演算し、基板ステージ1のZ軸方向へ目標位置に対してこの補正量を加算する。実際に、基板ステージ1を駆動したときの補正量の演算には、サンプル点とサンプル点の間を補間演算する必要がある。ここでは詳細は述べないが、サンプル点の間を1次又は高次の関数で補間演算してもよいし、スプライン関数などを用いてもよい。サンプル間隔をYFよりも細かくとる手法も可能である。
フォーカスセンサーの計測点6A,6B,6CがそれぞれX方向に複数存在していれば、基板ステージ1がY軸方向に駆動したときに、基板ステージ1のX軸方向のチルト(これをチルトXと称する)も、同様に計測、補正することができる。また、上記式では、計測点6Cを用いていないが、これを用いることで、基板ステージ1がY軸方向に駆動したときに、基板ステージ1のY軸方向のチルト(これをチルトYと称する)も同様に計測、補正することができる。
基板が計測できる範囲においては、ステージ走りを理想的な面に補正することが可能となり、パターンを基板に転写する際のフォーカス精度を向上させることができる。通常、高精度なフォーカス精度が必要になるのは、基板にパターンを露光するときであるため、この効果は非常に大きい。
しかし、OASを用いて基板上の位置合わせ用マークを計測する場合は、基板ステージ1の駆動する範囲が上記補正関数の外になるため、高精度なフォーカス精度を得ることができない。例えば、レンズ中心からOAS中心までYoだけ離れていると、Yoの長さ分、補正関数が短いことになる。これでも、OASの下にフォーカスセンサーがあれば、それをたよりに基板ステージ1をZ軸方向に駆動することで、基板上のマークをOASベストピント位置に駆動可能である。しかし、バーミラー形状によっては、このZ駆動の量が大きくなり駆動に時間がかかるため、スループットを低下させ、装置の生産性を下げてしまう。通常、OAS位置では複数の計測点で計測可能なフォーカスセンサーが設置されないため、上記複数の計測点でZYバーミラーを計測することができないが、本実施形態は1つの計測点でフォーカスセンサーを用いてZYバーミラーを計測する。この1つの計測点でZYバーミラーを計測するフォーカスセンサーは、第2領域内(OAS領域内)で基板の鉛直方向の位置を計測する第2計測器を構成する。
すなわち、上記従来方式と同様の工程(第一の工程)に加えて、本実施形態は、図11に示すように、以下に説明する第二以降の工程を行う。
第二の工程では、まず基板の表面形状を表す数値を演算する必要がある。それには、基板上で複数の計測点を用いたZYバーミラーの計測結果を用いる。
まず、フォーカスセンサーの計測点6Bの計測結果B(Y1),B(Y2),・・・,B(Yn)の意味合いを考える。これらの計測結果は、基板表面を単純に計測したものであって、基板の表面形状の成分とZYバーミラー形状によるステージ走り面の誤差とが含まれ、分離されていない。つまり、基板の表面形状を表す数値を、W(Y1),W(Y2),・・・,W(Yn)とすると、フォーカスセンサーの計測点6Bでの各計測値は以下のとおり表せる。
B(Y1)=W(Y1)+Z(Y1)
B(Y2)=W(Y2)+Z(Y2)
・・・
B(Yn)=W(Yn)+Z(Yn)
ここで、Z(Y)は、レンズ下領域における基板ステージの水平方向の駆動に伴う鉛直方向の第1変動量であるZYバーミラーの形状誤差である。ZYバーミラーの形状誤差は、フォーカスセンサーの複数の計測点6A,6Bでの計測結果を用いることで既に演算済みである。よって、基板の表面形状を表す数値は、制御器17によって以下のような減算によって演算することができる。
W(Y1)=B(Y1)−Z(Y1)
W(Y2)=B(Y2)−Z(Y2)
・・・
W(Yn)=B(Yn)−Z(Yn)
次に、第三の工程において、第2領域であるOASの下の第2計測器としてのフォーカスセンサーを用いて同じ基板表面を計測する。その計測結果である第2計測結果を下記のように定義する。
O(Y1+Yo)
O(Y2+Yo)
・・・
O(Yn+Yo)
ここで、Yoは、レンズ中心からOAS中心までの距離である。この計測結果は、レンズ下のフォーカス計測結果と同様に、基板の表面形状と第2領域におけるZYバーミラーの形状誤差との合算値である。つまり、OASの下のフォーカスセンサーによる計測結果は以下のように表される。
O(Y1+Yo)=W(Y1)+Z(Y1+Yo)
O(Y2+Yo)=W(Y2)+Z(Y2+Yo)
・・・
O(Yn+Yo)=W(Yn)+Z(Yn+Yo)
ここで、基板の表面形状W(Y)は、第二の工程において既に演算済みである。よって、第四の工程において、制御器17は、以下の減算式を用いて、OAS位置でのZYバーミラーの形状誤差も演算することが可能となる。OAS位置でのZYバーミラーの形状誤差は第2領域における基板ステージの水平方向の駆動に伴う鉛直方向の第2変動量である。
Z(Y1+Yo)=O(Y1+Yo)−W(Y1)
Z(Y2+Yo)=O(Y2+Yo)−W(Y2)
・・・
Z(Yn+Yo)=O(Yn+Yo)−W(Yn)
Yoの長さが、基板の範囲(Yn−Y1)よりも長い場合、つまり、Yo>Yn―Y1の場合、ZYバーミラーで補正関数が作成されない領域が発生する。しかし、高精度なZ位置決め精度が要求される場所において、ZYバーミラーの形状誤差が計測できていれば、実用上は問題にならない。
B(Y1)=W(Y1)+Z(Y1)
B(Y2)=W(Y2)+Z(Y2)
・・・
B(Yn)=W(Yn)+Z(Yn)
ここで、Z(Y)は、レンズ下領域における基板ステージの水平方向の駆動に伴う鉛直方向の第1変動量であるZYバーミラーの形状誤差である。ZYバーミラーの形状誤差は、フォーカスセンサーの複数の計測点6A,6Bでの計測結果を用いることで既に演算済みである。よって、基板の表面形状を表す数値は、制御器17によって以下のような減算によって演算することができる。
W(Y1)=B(Y1)−Z(Y1)
W(Y2)=B(Y2)−Z(Y2)
・・・
W(Yn)=B(Yn)−Z(Yn)
次に、第三の工程において、第2領域であるOASの下の第2計測器としてのフォーカスセンサーを用いて同じ基板表面を計測する。その計測結果である第2計測結果を下記のように定義する。
O(Y1+Yo)
O(Y2+Yo)
・・・
O(Yn+Yo)
ここで、Yoは、レンズ中心からOAS中心までの距離である。この計測結果は、レンズ下のフォーカス計測結果と同様に、基板の表面形状と第2領域におけるZYバーミラーの形状誤差との合算値である。つまり、OASの下のフォーカスセンサーによる計測結果は以下のように表される。
O(Y1+Yo)=W(Y1)+Z(Y1+Yo)
O(Y2+Yo)=W(Y2)+Z(Y2+Yo)
・・・
O(Yn+Yo)=W(Yn)+Z(Yn+Yo)
ここで、基板の表面形状W(Y)は、第二の工程において既に演算済みである。よって、第四の工程において、制御器17は、以下の減算式を用いて、OAS位置でのZYバーミラーの形状誤差も演算することが可能となる。OAS位置でのZYバーミラーの形状誤差は第2領域における基板ステージの水平方向の駆動に伴う鉛直方向の第2変動量である。
Z(Y1+Yo)=O(Y1+Yo)−W(Y1)
Z(Y2+Yo)=O(Y2+Yo)−W(Y2)
・・・
Z(Yn+Yo)=O(Yn+Yo)−W(Yn)
Yoの長さが、基板の範囲(Yn−Y1)よりも長い場合、つまり、Yo>Yn―Y1の場合、ZYバーミラーで補正関数が作成されない領域が発生する。しかし、高精度なZ位置決め精度が要求される場所において、ZYバーミラーの形状誤差が計測できていれば、実用上は問題にならない。
次に、Yoの長さが、基板の範囲より短い場合、つまり、Yo<Yn―Y1の場合は、OAS下で計測したZYバーミラー形状とレンズ下で計測したZYバーミラー形状の補正関数が重なることになる。この場合、重なった領域は、どちらか片方の関数のみを用いてもよいし、両者の平均又は重み付けした平均を用いてもよい。
本実施形態において、フォーカスセンサーにより複数の計測点で基板表面を計測できない場所においても、1つの計測点で計測可能なフォーカスセンサーがあれば、ZYバーミラーの形状を計測することが可能となり、ステージ走り面を補正しうる。
従来の方式においては、最低2つの計測点で計測可能なフォーカスセンサーがあれば基板ステージの位置に依存したZ誤差は求めることができた。図6に示すように、フォーカスセンサーの計測点を少なくとも3つX軸方向及びY軸方向に並べることで、基板ステージの位置に依存したステージ傾きを計測することもできる。また、本実施形態において、OAS位置におけるフォーカスセンサーの計測点を複数並べることでチルトも計測することができる。レンズ位置では基板の表面形状を差し引くためフォーカスセンサーの計測点の数が最低3つとなっているが、図10に示されるように、OAS位置では、基板形状がわかっているので、X及びY軸方向にそれぞれ最低2つずつあればよい。
図10に示される例では、Y軸方向に基板ステージ1を駆動したときのZ位置の誤差はフォーカスセンサーの2つの計測点10A,10Bでの計測結果の平均から演算することができる。また、チルトXは2つの計測点10A,10Bでの計測結果の差から演算することができる。同様に、チルトYを計測したければ、Y軸方向にも最低2つ計測点を配置すればよい。
OAS位置に複数の計測点で計測可能なフォーカスセンサーを配置することはコスト的に不利であるため、通常、OAS位置には1つの計測点でのみ計測可能なフォーカスセンサーしか配置しない。フォーカスセンサーのその1つの計測点を、X軸方向又はY軸方向に変更な機構を設けることも可能である。この場合、OAS位置のフォーカスセンサーを、図10の計測点10Aで基板の表面形状を計測し、次に計測点を10Bの位置に変更して同様に計測する。計測回数が増え時間がかかるが、装置のコストを抑えることが可能となる。Y軸方向についても、同様である。
第一の工程におけるレンズの下のフォーカスセンサーで計測した基板の箇所と同一の箇所を、第三の工程においてOAS下のフォーカスセンサーで計測するのが望ましい。しかし、基板の表面形状を関数近似したものを用いるのであれば、第三の工程において計測する場所は第一の工程における計測箇所とまったく同じでなくてもよい。第2領域のフォーカスセンサーが計測する基板の箇所と同一の箇所における基板の鉛直方向のデータを第1領域のフォーカスセンサーの計測結果から補間演算すればよい。
また、レンズの下のフォーカスセンサーとOASの下のフォーカスセンサーとで基板上の1回の計測による計測範囲が異なる場合、基板上に投影された光の形状が、レンズの下とOASの下のフォーカスセンサーによって異なることがある。例えば、図9に示されるようにLEDなどの光を基板表面で反射させCCDなどで計測するフォーカスセンサーの場合がそのような場合である。レンズの下においては、露光領域(20数mm四方又は20数mm×数mmのスリット状)の比較的広い範囲が、レンズのベストフォーカス位置に追い込まれる必要がある。このとき、フォーカスセンサーは、微細なパターンの影響を受けにくくするためある程度計測面積を大きくとる。逆に、OASの計測範囲は、数μm四方から10数μm四方と非常に微少であり、OAS位置のフォーカスセンサーの計測面積も微少でよい。このような場合、計測範囲が広くなるように、狭い方のフォーカスセンサーによる計測を複数回行って、平均化すればよい。または、どちらも同じ範囲を計測するように、レンズ位置及びOAS位置の両方のフォーカスセンサーによる計測を複数回行いながら、基板ステージ1をXY方向に微少に駆動すればよい。
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、基板ステージを複数有するツインステージ構成の露光装置に本発明を適用する例である。ツインステージ構成の露光装置は、第1領域である計測領域で基板を計測し、第1領域で計測された基板をその計測結果に従って位置決めしながら第2領域である露光領域に配置された投影光学系を介して露光する。
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、基板ステージを複数有するツインステージ構成の露光装置に本発明を適用する例である。ツインステージ構成の露光装置は、第1領域である計測領域で基板を計測し、第1領域で計測された基板をその計測結果に従って位置決めしながら第2領域である露光領域に配置された投影光学系を介して露光する。
ツインステージ構成の場合、図3に示されるような基板ステージ1をY軸方向に2つ並べて構成すると仮定する。この場合、第2領域であるレンズの下及び第1領域であるOASの下には、それぞれ独立にXYの干渉計が配置され、それぞれの基板ステージ1は互いに独立に制御される。
ツインステージ構成の装置を用いた露光シーケンスの詳細は、図12に示すとおりであるが、通常、OASの下に基板ステージ1が位置するときに、基板上のショットのマークを計測し、基板全面の形状をフォーカスセンサーで計測する。このとき、フォーカスセンサーはX軸方向に長さをもつように配置されており、Y軸方向に基板ステージ1が基板全面を走査しながらフォーカス計測を行う。X軸方向にずらして、同じようにY軸方向の走査を繰り返すことで基板全面の形状を計測する。実際に露光するときには、この基板ステージ1を、基板を保持したままでレンズ位置へ駆動し、OAS位置で行ったマーク計測(ショットのXY位置ずれ)、フォーカスセンサーの計測結果(基板の表面形状)の情報から正確に露光を行うことができる。
OASの下のフォーカスセンサーを用いてZXバーミラーの形状を演算することが可能である。シングルステージ構成の場合で述べた通りであるため、詳細は省略するが、ZXバーミラーの形状を正確に計測することが可能である(第一の工程)。また、同時に基板の表面形状の数値も演算しておく(第二の工程)。
次に、レンズの下へ基板ステージ1を移動させた場合、仮に計測点が1つだけのフォーカスセンサーがあると仮定すると、これを用いて基板表面を計測する(第三の工程)。このとき、OASの下のフォーカスセンサーで計測した基板上の同じ箇所を計測するのが理想であるが、基板の表面形状を、関数近似したものを用いれば、まったく同じ場所でなくてもよい。
レンズ下のフォーカスセンサーの計測結果は、基板の表面形状と、ZXバーミラーの形状との合算値となる。基板の表面形状は、すでに演算済みであるため、この値を引いてやれば、レンズ下における、ZXバーミラーの形状を演算することが可能となる(第四の工程)。
Y方向に行いたい場合は、OAS下のフォーカスセンサーの計測点を、Y方向にも並べて配置する必要がある。図3に示されるようなステージ構成を用いたツインステージ構成においては、ZYバーミラーは、レンズ下及びOAS下において、共通のバーミラーが使用される。したがって、バーミラーの形状を正確に計測しなくても、OAS下で基板全面の形状を計測したとき、バーミラーの形状を含んだ計測結果となり、この情報で露光を行ってもフォーカスの誤差になることはない。この場合でも、ZXバーミラーは、レンズ下とOAS下とで異なるバーミラーを使用するため、それぞれ、正確に形状を演算する必要がある。そのため、X方向に並んだフォーカスセンサーを用いることは、非常に意味がある。
ツインステージ構成においては、ステージ交換の精度を高めることで、フォーカスセンサーを全く配置しないことも考えられる。この場合は、第三の工程において、実際にパターンを露光してその像を解析することで、レンズの像面と基板表面の位置の関係を計測する。すなわち、露光された像がベストフォーカスであった場合は、基板表面はレンズ像面と一致しているとし、デフォーカスしていた場合、そのデフォーカス量から基板表面とレンズ像面のずれを得るものである。この操作を、ステージを駆動し基板全面において行うことで、フォーカスセンサーを用いた第三の工程と同等の計測値を得ることが可能である。
[露光装置の説明]
本発明で適用される例示的なシングルステージ構成の露光装置を説明する。露光装置は図14に示すように、照明装置101、レチクルを搭載したレチクルステージ102、投影光学系103、基板を保持する基板ステージ1とを備える。上述したように基板ステージ1は、不図示の駆動機構によってY方向に操作移動され、X方向にステップ移動される。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンを基板に投影して走査露光する。
本発明で適用される例示的なシングルステージ構成の露光装置を説明する。露光装置は図14に示すように、照明装置101、レチクルを搭載したレチクルステージ102、投影光学系103、基板を保持する基板ステージ1とを備える。上述したように基板ステージ1は、不図示の駆動機構によってY方向に操作移動され、X方向にステップ移動される。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンを基板に投影して走査露光する。
照明装置101は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約193nmのArFエキシマレーザ、波長約248nmのKrFエキシマレーザ、波長約153nmのF2エキシマレーザなどを使用することができる。しかし、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、YAGレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。
投影光学系103は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォーム等の回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。
レチクルステージ102及び基板ステージ1は、例えばリニアモータによって移動可能である。それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルのパターンを基板上に位置合わせするために基板ステージ1及びレチクルステージ102に不図示のアクチュエータ(駆動機構)を備える。
第1、第2の実施形態の露光装置を用いて基板を露光する工程の後、露光された基板を現像する工程等を経て、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスが製造されうる。
1:基板ステージ
2A:Xバーミラー
2B:Yバーミラー
3A1:Xレーザ干渉計
3A2,3B2:チルトレーザ干渉計
3A3,3B3:ヨーレーザ干渉計
3B1:Yレーザ干渉計
4A,4B:45度ミラー
4C:ZXバーミラー
4D:ZYバーミラー
4E1:ZYバーミラー(ZYL)
4E2:ZYバーミラー(ZYR)
4F1:ZXバーミラー(ZXL)
4F2:ZXバーミラー(ZXR)
6A〜6D,7A〜7B,10A〜10B:フォーカスセンサーの計測点
8:基板ステージ定盤
15A1〜15A2,15B1〜15B2:リニアモータ
16A1,16A3,16B1:レーザ干渉計カウンター
17:制御器
18:リニアモータドライバー
2A:Xバーミラー
2B:Yバーミラー
3A1:Xレーザ干渉計
3A2,3B2:チルトレーザ干渉計
3A3,3B3:ヨーレーザ干渉計
3B1:Yレーザ干渉計
4A,4B:45度ミラー
4C:ZXバーミラー
4D:ZYバーミラー
4E1:ZYバーミラー(ZYL)
4E2:ZYバーミラー(ZYR)
4F1:ZXバーミラー(ZXL)
4F2:ZXバーミラー(ZXR)
6A〜6D,7A〜7B,10A〜10B:フォーカスセンサーの計測点
8:基板ステージ定盤
15A1〜15A2,15B1〜15B2:リニアモータ
16A1,16A3,16B1:レーザ干渉計カウンター
17:制御器
18:リニアモータドライバー
Claims (9)
- 投影光学系を介してレチクルのパターンを基板に投影して前記基板を走査露光する露光装置であって、
前記基板を保持する基板ステージを第1領域及び第2領域のそれぞれにおいて水平方向及び鉛直方向に駆動する駆動機構と、
第1領域内の複数の計測点で前記基板の鉛直方向の位置を計測する第1計測器と、
制御器と、
を備え、
前記制御器は、
前記基板ステージが前記第1領域に位置するときに、前記基板ステージが水平方向に駆動される前と後との双方において、基板の同一の箇所を前記第1計測器に前記複数の計測点で計測させ、前記第1計測器を用いた第1計測結果に基づいて前記第1領域における前記基板ステージの水平方向の駆動に伴う鉛直方向の第1変動量を演算し、
前記第1計測結果から前記第1変動量を減算して基板の表面形状を表す数値を演算し、
前記基板ステージが前記第2領域に位置するときの前記基板の鉛直方向の位置を表す数値から当該基板の表面形状に関する前記数値を減算して、前記第2領域における前記基板ステージの水平方向の駆動に伴う鉛直方向の第2変動量を演算し、
前記第2変動量に基づいて、前記第2領域における前記基板ステージの鉛直方向の位置を制御することを特徴とする露光装置。 - 第2領域内の計測点において前記基板の鉛直方向の位置を計測する第2計測器をさらに備え、
前記基板ステージが前記第2領域に位置するときの前記基板の鉛直方向の位置を表す前記数値は、前記第2計測器を用いた第2計測結果から得られることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。 - 前記第1計測器が前記複数の計測点で計測する基板の箇所と前記第2計測器が前記計測点で計測する基板の箇所とが一致することを特徴とする請求項2に記載の露光装置。
- 前記制御器は、前記第2計測器が前記計測点で計測する基板の箇所と同一の箇所における基板の鉛直方向のデータを前記第1計測結果から補間演算し、当該補間演算されたデータに基づいて前記第1変動量を演算することを特徴とする請求項2に記載の露光装置。
- 前記第1計測器と前記第2計測器とがそれぞれ1回の計測で計測する基板の計測範囲が異なるとき、前記第1計測器及び前記第2計測器の少なくともいずれかによる計測を複数回行って、当該2つの計測器が計測する基板の計測範囲を一致させることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の露光装置。
- 前記基板ステージが前記第2領域に位置するときの前記基板の鉛直方向の位置を表す前記数値は、前記第2領域に位置する基板に対して露光により形成したパターンのデフォーカス量から得られることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
- 前記露光装置は、前記基板上に設置された位置合わせ用マークの位置を検出するオフアクシススコープを前記第2領域にさらに備え、
前記投影光学系は、前記第1領域内で前記第1計測器の近傍に配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の露光装置。 - 前記露光装置は、前記基板ステージを複数有し、前記第1領域で基板を計測し、前記第1領域で計測された基板をその計測結果に従って位置決めしながら前記第2領域に配置された前記投影光学系を介して露光することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の露光装置。
- 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を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された基板を現像する工程と、
を含むデバイス製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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