JP3735849B2

JP3735849B2 - 露光装置

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Publication number: JP3735849B2
Application number: JP27063296A
Authority: JP
Inventors: 和哉太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2016-10-14
Also published as: JPH10116771A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程でマスク上のパターンを感光基板上に転写するために使用される露光装置に関し、更に詳しくは、例えばアライメントセンサのベースライン量等の露光条件のキャリブレーションを行う機能を備えた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを投影光学系を介して感光基板としてのウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するためのステッパー等の投影露光装置が使用されている。このような投影露光装置では、レチクルのパターンを既にそれまでの工程でウエハ上の各ショット領域に形成された回路パターンにそれぞれ正確に重ね合わせて露光するために、種々の露光条件の設計値からのずれ量の計測、即ちキャリブレーション（較正）を正確に行う必要がある。本明細書における「キャリブレーション」には、その露光条件の高精度な計測も含むものとする。
【０００３】
そのキャリブレーションの対象となる露光条件の一つに、ウエハ上の位置合わせ用マークとしてのウエハマークの位置検出を行うために使用されるアライメントセンサの所謂ベースライン量がある。このベースライン量は、アライメントセンサの計測中心と、レチクルのパターン中心を投影光学系を介してウエハ上に投影した像との相対的な間隔であり、アライメントセンサの計測値に対してそのベースライン量の補正を行うことによって、ウエハの各ショット領域の中心をそのパターン中心の像に正確に合わせ込んで露光を行うことができる。
【０００４】
従来よりそのベースライン量のキャリブレーションを行うために、ウエハを位置決めするためのウエハステージ上に複数の基準マークが形成された基準マーク部材が設置されている。そして、レチクル上に形成されたレチクルアライメントマークと基準マーク部材上の対応する基準マークとを合わせた状態で、基準マーク部材上の別の基準マークの位置をアライメントセンサにより計測することで、ベースライン量が求められる。
【０００５】
また、それ以外にキャリブレーションが必要な露光条件としては、投影光学系の倍率誤差を含むレチクルの倍率誤差等もある。レチクルの倍率誤差とは、レチクルに描画されたパターンの設計値からのずれ量を意味し、レチクルの倍率誤差は、レチクルに形成された複数の評価用パターンの像をウエハステージ上に投影した状態で、ウエハステージに設けられた基準開口板を介して各評価用パターン像の位置を計測することによって計測できる。即ち、基準開口板には例えばスリット状の開口が形成され、ウエハステージを駆動することによって基準開口板の開口でそれら評価用パターン像を走査し、その開口を通過した光束を光電検出器で受光することによって、それら評価用パターン像の位置が検出され、複数の評価用パターン像の位置関係よりレチクルの倍率誤差が求められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の技術において、露光工程中に基準マーク部材や基準開口板等の基準部材の位置が変化すると、ベースライン量やレチクルの倍率誤差等の露光条件のキャリブレーションが正確に行われなくなる。そのため、それらの基準部材はできるだけ位置ずれしないように保持されている。
【０００７】
しかしながら、投影露光装置に搬送された各ウエハは、露光に際し露光光による照射エネルギーにより昇温し、それに伴ってウエハステージ上の基準部材の温度も上昇して熱変形が起こる。更に、ウエハステージには、リニアモータ等の駆動装置や各種センサ等の熱源も組み込まれているため、これらの熱源の影響によっても基準部材の熱変形が生じることがある。このように基準部材が熱変形すると、複数の基準マークの間隔が変化したり、基準となる開口の位置が変化したりして、露光条件のキャリブレーションが正確に行われなくなり、ひいては重ね合わせ精度が低下するという不都合がある。
【０００８】
また、熱変形を少なくするために、基準部材は例えば石英ガラスや、低膨張率のガラスセラミックス（例えばショット社製の商品名ゼロデュア等）のような低膨張率の材料より形成されている。しかしながら、最近の半導体素子の集積度は益々高まり、必要な重ね合わせ精度も益々高くなっているため、基準部材として、そのような低膨張率の材料を使用しても、基準部材の熱変形によって所望の重ね合わせ精度が得られなくなりつつある。
【０００９】
本発明は斯かる点に鑑み、ベースライン量等の露光条件のキャリブレーション用の基準部材の熱変形を抑制して、その露光条件のキャリブレーションを常に高精度に行うことができる露光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による露光装置は、基板（５）を基板ステージ（６）で位置決めし、投影光学系（４）を通過する露光光でその基板にパターンを露光する露光装置であって、その投影光学系を通過する光を用いて観察されるマーク（１７Ａ，１７Ｂ）が形成された基準部材（８）と、少なくともその投影光学系を通過する光を用いてその基準部材のそのマークを観察した結果に基づいて、所定露光条件のキャリブレーションを実行する制御手段（９）と、基準部材（８）の温度を制御する温度制御手段（２０，２４Ａ〜２４Ｃ）とを設けたものである。
【００１１】
斯かる本発明の露光装置によれば、基準部材（８）の温度を温度制御手段（２０，２４Ａ〜２４Ｃ）により例えばほぼ一定の状態に制御することで、基準部材（８）の熱変形が抑えられる。これにより、その所定の露光条件のキャリブレーションを常に高精度に行うことができる。
この場合、基準部材（８）の温度を計測する温度センサ（２５Ａ，２５Ｂ）を設け、この温度センサで計測される温度に基づいて温度制御手段（２０，２４Ａ〜２４Ｃ）は基準部材（８）の温度を制御することが望ましい。例えば温度センサ（２５Ａ，２５Ｂ）により計測される基準部材（８）の温度が所望の値になるように制御することで、基準部材（８）の温度を常にその所望の値に維持することができる。
【００１２】
また、その基板ステージ上に載置された基板（５）の位置情報を検出するアライメント装置（１２Ｙ，１３）が設けられている場合、その基準部材の一例は、所定の基板上にその投影光学系を通過する光を用いて観察される基準マーク（１７Ａ，１７Ｂ）及びアライメント装置（１２Ｙ，１３）用の基準マーク（１５Ｘ，１５Ｙ，１６Ｘ，１６Ｙ）が形成された基準マーク部材（８）であり、そのキャリブレーションの対象となる所定の露光条件の一例は、露光すべきパターンの基板ステージ（６）上での転写位置とアライメント装置（１２Ｙ，１３）の計測中心との相対間隔（ベースライン量）である。温度制御手段（２０，２４Ａ〜２４Ｃ）によって基準マーク部材（８）の温度をほぼ一定に制御することによって、アライメント装置（１２Ｘ，１３）のベースライン量のキャリブレーションが常に高精度に行われ、このベースライン量に基づいて、その露光すべきパターンが基板（５）上に高い重ね合わせ精度で転写される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による露光装置の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、ステッパー型の投影露光装置に本発明を適用したものである。
図１は、本例の投影露光装置を示す一部を切り欠いた概略構成図であり、この図１において、露光時に光源、レチクル上の照度分布を均一化するフライアイレンズ、露光光のレチクル上の視野を規定する視野絞り、及びコンデンサレンズ等を含む照明光学系ＥＬから射出される露光光ＩＬは、レチクル１上に均一な照度分布で照射される。露光光ＩＬのもとで、レチクル１上のパターンの像が投影光学系４を介して投影倍率β（βは１／４、又は１／５等）でウエハ５の各ショット領域に転写される。露光光ＩＬとしては、水銀ランプの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）、ＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光、あるいは銅蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波等が使用される。以下、投影光学系４の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な２次元平面内で図１の紙面に平行にＸ軸、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。
【００１４】
レチクル１はＸ方向、Ｙ方向、及び回転方向に微動可能なレチクルステージ２上に載置されている。レチクルステージ２のＸ方向及びＹ方向の端部には、外部のＸ軸用のレーザ干渉計３Ｘ及びＹ軸用の２つのレーザ干渉計（不図示）からのレーザビームをそれぞれ反射する移動鏡３ＸＭ及び３ＹＭが固定されている。Ｘ軸用のレーザ干渉計３Ｘ及び移動鏡３ＸＭによりレチクルステージ２のＸ座標が計測され、Ｙ軸用の２つのレーザ干渉計及び移動鏡３ＹＭによりレチクルステージ２のＹ座標及び回転角が計測される。これらのレーザ干渉計の計測値は主制御系９に供給され、主制御系９はそれらの計測値に基づいて不図示のステージ駆動系を介してレチクルステージ２の位置決め動作を制御する。また、レチクル１上にはレチクルのアライメント用のレチクルアライメントマークが形成されている。
【００１５】
図２は、レチクル１の平面図を示し、この図２において、レチクル１のパターン領域ＰＡを囲む遮光帯ＴＡのＸ方向の外側に近接して、１対の十字状のレチクルアライメントマークＲＭＡ，ＲＭＢが形成されている。レチクルアライメントマークＲＭＡ，ＲＭＢの中央がレチクル１のパターン中心ＲＣに設定されている。
【００１６】
図１に戻り、図２のレチクルアライメントマークＲＭＡ及びＲＭＢに対応してレチクル１の上方に、それぞれレチクルアライメント顕微鏡１１Ａ及び１１Ｂが配置されている。本例のレチクルアライメント顕微鏡１１Ａ及び１１Ｂは、それぞれ露光光ＩＬと同じ波長の照明光のもとで、レチクルアライメントマークＲＭＡ及びＲＭＢと対応する後述の基準マークとの像を撮像する顕微鏡であり、この撮像信号を処理することによってレチクル１のアライメントが行われる。
【００１７】
一方、ウエハ５は不図示のウエハホルダを介してＸ方向及びＹ方向に移動自在、且つＺ方向及び回転方向に微動可能なウエハステージ６上に載置されている。ウエハステージ６によりウエハ５の各ショット領域の中心をレチクル１のパターン中心の像の位置に移動する動作と、露光動作とがステップ・アンド・リピート方式で繰り返されて、レチクル１のパターン像が順次ウエハ５上の各ショット領域に転写される。また、ウエハステージ６のＸ方向及びＹ方向の端部には、外部のＸ軸用のレーザ干渉計７Ｘ、及びＹ軸用の２つのレーザ干渉計（不図示）からのレーザビームをそれぞれ反射する移動鏡７ＸＭ及び７ＹＭが固定されている。Ｘ軸用のレーザ干渉計７Ｘ及び移動鏡７ＸＭによりウエハステージ６のＸ座標が計測され、Ｙ軸用の２つのレーザ干渉計及び移動鏡７ＹＭによりウエハステージ６のＹ座標及び回転角が計測される。これらのレーザ干渉計の計測値は主制御系９に供給され、主制御系９はそれらの計測値に基づいて不図示のリニアモータ等のステージ駆動系を介してウエハステージ６の位置決め動作を制御する。
【００１８】
また、ウエハ５上の各ショット領域には位置合わせ用のウエハマークが形成されており、これらのウエハマークの位置が後述のアライメントセンサにより計測される。この計測結果によって例えば所謂エンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式で各ショット領域の配列座標が決定され、これらの配列座標をアライメントセンサのベースライン量で補正した座標に基づいてウエハステージ６を駆動することによって、各ショット領域の中心がそれぞれレチクル１のパターン中心の像に合致する。
【００１９】
本例の投影露光装置には、ウエハマークの位置検出用として、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式で且つＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment)方式のＹ軸のアライメントセンサ１２Ｙ、ＬＩＡ方式の不図示のＸ軸のアライメントセンサ、及びオフ・アクシス方式で且つＦＩＡ（Field Image Alignment)方式のアライメントセンサ１３が設置されている。ＬＩＡ方式とは、回折格子状のウエハマークに対して可干渉で僅かに周波数の異なる１対のレーザビームを照射し、そのウエハマークから同一方向に発生する例えば１対の回折光からなるヘテロダインビームを光電変換して得られるビート信号の位相に基づいて、そのウエハマークの位置を検出する方式である。ＦＩＡ方式とは、ハロゲンランプ等からの比較的広い波長域の照明光でウエハマークを照射して得られた像を画像処理して、そのウエハマークの位置を検出する方式である。
【００２０】
先ず、ＬＩＡ方式のＹ軸のアライメントセンサ１２Ｙの内部のヘテロダインビーム生成系からは、ウエハ５に塗布されたフォトレジストに非感光性の波長域で、且つ周波数が僅かに異なる１対のレーザビームＡＬ１が射出される。レーザビームＡＬ１は、アライメントセンサ１２Ｙから射出された後、ミラーＭ１により下方に曲げられて投影光学系４に入射し、投影光学系４を通過したレーザビームＡＬ１は、ウエハ５上の各ショット領域に付設された回折格子状のＹ軸用のウエハマーク（不図示）に照射される。そのウエハマークからの１対の回折光は、投影光学系ＰＬ及びミラーＭ１を介してアライメントセンサ１２Ｙ内の光電変換素子に入射し、この光電変換素子よりウエハビート信号が出力される。また、アライメントセンサ１２Ｙからは参照ビート信号も出力され、ウエハビート信号及び参照ビート信号は主制御系９に供給される。
【００２１】
主制御系９は、ウエハビート信号と参照ビート信号との位相差が例えば０になるようにウエハステージ６を駆動し、そのときのウエハステージ６のレーザ干渉計によって計測されるＹ座標がそのウエハマークのＹ座標となる。なお、上述のようにＸ軸用のＬＩＡ方式のアライメントセンサも設置されており、このＸ軸のアライメントセンサによりＸ軸のウエハマークのＸ座標が計測される。
【００２２】
次に、ＦＩＡ方式のアライメントセンサ１３から射出されたウエハ５上のフォトレジストに非感光性の照明光ＡＬ３は、直接ウエハ５上の検出対象のショット領域のウエハマークに照射される。このウエハマークからの反射光は、アライメントセンサ１３の内部の所定の指標マークが形成された指標マーク板上で一度ウエハマークの像を形成する。そして、その指標マーク板を通過した照明光ＡＬ３が、アライメントセンサ１３内の２次元ＣＣＤ等の撮像素子上にそのウエハマーク及び指標マークの像を結像する。その撮像素子からの撮像信号は主制御系９に供給され、主制御系９は、そのウエハマークの像とその指標マークの像との位置ずれ量、及びそのときのウエハステージ６の座標より、そのウエハマークのＸ座標、又はＹ座標を算出する。
【００２３】
さて、本例の投影露光装置のウエハステージ６上には、上述のアライメントセンサのベースライン量のキャリブレーションを行うために、複数の基準マークが形成された基準マーク部材８が固定されている。基準マーク部材８は、Ｙ方向に長い矩形の平板状の光透過性の基板上に、例えばクロム膜の蒸着によって各種の基準マークを形成したものである。基準マーク部材８の基板としては、例えば低膨張率の石英ガラスが使用できる。基準マーク部材８の表面の高さはウエハ５の表面と同じになるように設定されている。
【００２４】
図３は、基準マーク部材８の斜視図を示し、この図３に示すように、基準マーク部材８の−Ｘ方向の端部には、図１のＬＩＡ方式のＹ軸のアライメントセンサ１２Ｙ用の、Ｙ方向に所定ピッチの回折格子状の基準マーク１６Ｙが形成されている。また、ＬＩＡ方式のＸ軸のアライメントセンサに対応して、基準マーク部材８の＋Ｙ方向の端部にはＸ軸用の回折格子状の基準マーク１６Ｘが形成されている。更に、基準マーク部材８の−Ｙ方向の端部には、図１のＦＩＡ方式のアライメントセンサ１３用の、Ｘ方向に所定ピッチの回折格子状の基準マーク１５Ｘ、及びこの基準マーク１５Ｘを９０°回転した形状のＹ軸の基準マーク１５Ｙが形成されている。
【００２５】
図６は、ＦＩＡ方式のアライメントセンサ１３用のＸ軸の基準マーク１５Ｘの拡大平面図を示し、この図６において、基準マーク１５ＸはＹ方向に伸びた遮光パターンをＸ方向に一定のピッチＰで配列したライン・アンド・スペースパターンからなる。本例では、ＬＩＡ方式のアライメントセンサ用の基準マーク１６Ｘも、その基準マーク１５Ｘと同様にピッチＰのライン・アンド・スペースパターンである。
【００２６】
図３に戻り、基準マーク部材８の基準マーク１６Ｙの内側に近接して、枠状の基準マーク１７Ｂが形成され、基準マーク部材８の＋Ｘ方向の端部には基準マーク１７Ｂに対応した基準マーク１７Ａが形成されている。これらの基準マーク１７Ａ，１７Ｂは同一形状であり、それぞれ図１のレチクルアライメント顕微鏡１１Ａ，１１Ｂ用の基準マークである。
【００２７】
図５は、一方の基準マーク１７Ａを示す拡大平面図であり、この図５において、基準マーク１７Ａは所定ピッチｄ１で形成された１対のＹ方向に伸びた遮光パターン１８ＸＡ，１８ＸＢと、これらの遮光パターンからＸ方向に間隔ｄ２だけ離れた１対のＹ方向に伸びた同様の遮光パターン１８ＸＣ，１８ＸＤと、これらの遮光パターン１８ＸＡ〜１８ＸＤをこれらの中心の周りに９０°回転した４本の遮光パターン１８ＹＡ〜１８ＹＤとから構成されている。
【００２８】
図３において、基準マーク１７Ａ，１７Ｂの例えば中心が基準点ＫＣとなり、この基準点ＫＣに対して他のＸ軸の基準マーク１５Ｘ，１６ＸのＸ方向への位置ずれ量、及びＹ軸の基準マーク１５Ｙ，１６ＹのＹ方向への位置ずれ量が予め正確に計測されている。そして、これらの位置ずれ量が設計値として例えば図１の主制御系９の記憶部に記憶されている。
【００２９】
図１に戻り、基準マーク部材８の底部のウエハステージ６の内部には、外部の露光用の光源（不図示）からの露光光の一部を導くための光ガイド１９Ａの端部が設置され、後述のベースライン量のキャリブレーションを行う際には、光ガイド１９Ａの端部から露光光ＩＬと同じ波長の照明光ＩＬ１が射出される。この照明光ＩＬ１は、レンズ１９Ｂによって集光されてハーフミラー１９Ｃに入射し、ハーフミラー１９Ｃで反射された照明光が基準マーク部材８の基準マーク１７Ｂ（図３参照）を底部から照明し、ハーフミラー１９Ｃを透過した照明光がミラー１９Ｄで反射されて基準マーク１７Ａ（図３参照）を底部から照明する。
【００３０】
本例においても、ウエハ５は、露光光ＩＬの照射によって照射エネルギーを吸収し、この照射エネルギーがウエハホルダ等を介して基準マーク部材８に伝達されると共に、ウエハステージ６の駆動系等で発生する熱エネルギーも基準マーク部材８に伝達されるため、何らかの対策を施さないと基準マーク部材８の温度は上昇することになる。そこで、基準マーク部材８の温度上昇を抑えるために、本例の基準マーク部材８の底部には密着する状態で内部を冷却液が流れる冷却コイル２４Ｃが設置されている。
【００３１】
この冷却コイル２４Ｃの一方の端部は、可撓性を有する断熱配管２４Ａを介してウエハステージ６の外部の温調装置２０に接続され、他方の端部も可撓性を有する断熱配管２４Ｂを介して温調装置２０に接続されている。温調装置２０により温度制御された冷却液は、断熱配管２４Ａを介して冷却コイル２４Ｃに導入され、基準マーク部材８の熱を吸収した冷却液は、断熱配管２４Ｂを介して温調装置２０に戻り、そこで再び温調されて冷却コイル２４Ｃに戻される。
【００３２】
図４は基準マーク部材８の底面図であり、この図４において、冷却コイル２４Ｃは基準マーク部材８の底面のほぼ全面に均一に接するように蛇行して配置されている。但し、基準マーク部材８上の基準マーク１７Ａ，１７Ｂが図１の照明光ＩＬ１によって照明されるように、冷却コイル２４Ｃは基準マーク１７Ａ，１７Ｂの底部を避ける形状で配置されている。また、基準マーク部材８の温度を検出するための温度センサ２５Ａ，２５Ｂが、基準マーク部材８の底部のＹ方向の両端に取り付けられている。温度センサ２５Ａ，２５Ｂの温度の計測値は図１の温調装置２０に供給されており、温調装置２０は温度センサ２５Ａ，２５Ｂで計測される温度の平均値が予め定められた所定の目標温度になるように、冷却コイル２４Ｃ内に供給する冷却液の温度及び流量を制御する。その目標温度としては、例えば本例の投影露光装置を露光しない状態で暫く放置しておいたときの温度センサ２５Ａ，２５Ｂの計測値の平均値が使用される。
【００３３】
その冷却コイル２４Ｃに供給される冷却液としては例えば水が使用できる。また、冷却コイル２４Ｃの材料としては、銅、若しくは熱伝導率の高いステンレスのような高熱伝導率の金属、又は高熱伝導率の樹脂等が使用できる。一方、断熱配管２４Ａ及び２４Ｂとしては、熱伝導率の低い合成ゴムや合成樹脂等の可撓性のある材料が使用できる。なお、冷却コイル２４Ｃに冷却液の代わりに、例えば冷却された空気のような気体を供給するようにしてもよい。その他に、基準マーク部材８の温度を例えばペルティエ素子等の熱電素子を使用して下げるようにしてもよい。
【００３４】
また、図１において、投影光学系４の左右の側面に近接して、ウエハ５の表面のＺ方向の位置（焦点位置）を検出するための送光光学系１４Ａ、及び受光光学系１４Ｂからなる斜入射方式の焦点位置検出系が備えられている。この焦点位置検出系からのウエハ５の焦点位置に関する情報は主制御系９に供給され、主制御系９はその情報に基づいてウエハステージ６の高さ及び傾斜角を制御する。
【００３５】
次に、本例のＬＩＡ方式のアライメントセンサ、及びＦＩＡ方式のアライメントセンサ１３のベースライン量のキャリブレーションを行う動作の一例につき説明する。
この場合、図１において、基準マーク部材８の基準マーク１７Ａ，１７Ｂの中央の基準点ＫＣ（図３参照）が投影光学系４の光軸ＡＸにほぼ合致するようにウエハステージ６が位置決めされる。この状態で、光ファイバ束１９Ａを介した照明光ＩＬ１によって、基準マーク部材８の基準マーク１７Ａ，１７Ｂが底部から照明され、基準マーク１７Ａ，１７Ｂを通過した照明光ＩＬ１が、投影光学系４を介してそれぞれ図２のレチクルアライメントマークＲＭＡ及びＲＭＢを含む領域を照明する。照明光ＩＬ１は、露光光ＩＬと同じ波長であるため、レチクルアライメントマークＲＭＡ及びＲＭＢの形成面に基準マーク１７Ａ，１７Ｂの像が形成される。
【００３６】
そして、図２のレチクルアライメントマークＲＭＡ及びＲＭＢを含む領域を通過した照明光ＩＬ１は、それぞれ図１のレチクルアライメント顕微鏡１１Ａ，１１Ｂ内の２次元の撮像素子上に、基準マーク１７Ａ及び１７Ｂ、並びに対応するレチクルアライメントマークＲＭＡ及びＲＭＢの像を形成する。それらの撮像素子の撮像信号は主制御系９に供給され、主制御系９では供給された撮像信号より、基準マーク１７Ａに対するレチクルアライメントマークＲＭＡの位置ずれ量、及び基準マーク１７Ｂに対するレチクルアライメントマークＲＭＢの位置ずれ量を求める。そして、主制御系９ではこれらの位置ずれ量がレチクルアライメントマークＲＭＡ及びＲＭＢで対称になるように、図１のレチクルステージ２を駆動してレチクルアライメントを行う。これによって、図３に示すように、基準マーク部材８の基準点ＫＣと図２のレチクル１のパターン中心ＲＣの像ＲＣＷとは実質的に合致する。
【００３７】
次に、そのようにレチクルアライメントが行われた状態で、図１のＬＩＡ方式のＹ軸のアライメントセンサ１２Ｙによって図３の基準マーク部材８上のＹ軸の基準マーク１６Ｙの位置検出を行う。そして、例えばアライメントセンサ１２Ｙからのウエハビート信号と参照ビート信号との位相差が０になるように、ウエハステージ６をＹ方向に駆動したときのＹ方向への駆動量ΔＹ_LIAを求める。この際に、基準マーク１７Ａ，１７Ｂの中央の基準点ＫＣと基準マーク１６ＹとのＹ方向の間隔ＢＹ_LIAは予め正確に求められており、この間隔ＢＹ_LIAに計測された駆動量ΔＹ_LIAを加算することで、アライメントセンサ１２ＹのＹ方向のベースライン量が求められる。同様に、ＬＩＡ方式のＸ軸のアライメントセンサのＸ方向へのベースライン量は、基準マーク１６Ｘの位置検出を行うことによって求められる。
【００３８】
また、上述のようにレチクルアライメントが行われた状態で、図１のＦＩＡ方式のアライメントセンサ１３によって図３の基準マーク部材８上のＸ軸の基準マーク１５Ｘ、及びＹ軸の基準マーク１５Ｙの位置検出を行う。そして、基準マーク１５Ｘ、及び基準マーク１５Ｙの対応する指標マークからの位置ずれをウエハステージ６上に換算した値ΔＸ_FIA及びΔＹ_FIAを求める。この際に、基準点ＫＣと基準マーク１５ＸとのＸ方向の間隔ＢＸ_FIA、及び基準マーク１５ＹとのＹ方向の間隔ＢＹ_FIAは予め正確に求められており、これらの間隔ＢＸ_FIA及びＢＹ_FIAにそれぞれ計測された値ΔＸ_FIA及びΔＹ_FIAを加算することで、アライメントセンサ１３のＸ方向及びＹ方向のベースライン量が求められる。以上のように基準マーク部材８上の基準マークの位置検出を行うことによって、アライメントセンサ１２Ｙ，１３等のベースライン量の正確な計測であるキャリブレーションが完了する。
【００３９】
この場合、本例の基準マーク部材８の底部には内部を冷却液が流れる冷却コイル２４Ｃが配置され、基準マーク部材８に取り付けられた温度センサ２５Ａ，２５Ｂの計測値に基づいて温調装置２０が、基準マーク部材８の温度が常に所定の目標温度になるようにその冷却液の温度及び流量を制御している。従って、基準マーク部材８の温度がほぼ一定温度に維持されるため、基準マーク部材８の熱変形は生ずることがなく、ＬＩＡ方式のアライメントセンサ、及びＦＩＡ方式のアライメントセンサ１３のベースライン量のキャリブレーションが常に正確に行われる。そして、そのように正確に求められたベースライン量に基づいて、対応するアライメントセンサの計測値の補正を行うことによって、レチクル１のパターン像がウエハ５上の各ショット領域に高い重ね合わせ精度で転写できる。
【００４０】
なお、上述の実施の形態では、ウエハステージ６の内部からの照明光で基準マーク部材８上の基準マーク１７Ａ，１７Ｂ、及び対応するレチクルアライメントマークＲＭＡ，ＲＭＢを照明している。それ以外に、例えば図１において、レチクル１の上方に退避自在にハーフミラーを設け、このハーフミラーを介して露光光ＩＬでレチクルアライメントマークＲＭＡ，ＲＭＢ、及び基準マーク部材８上の対応する基準マークを照明し、これら基準マーク及びレチクルアライメントマークＲＭＡ，ＲＭＢからの露光光を対応するレチクルアライメント顕微鏡で受光することによって、レチクルアライメントを行うようにしてもよい。
【００４１】
また、上述の実施の形態では、基準マーク部材８の温度を計測するための温度センサ２５Ａ，２５Ｂが基準マーク部材８の底部に配置されているが、必ずしも基準マーク部材８に接触、又は近接して温度センサを設ける必要はない。このように基準マーク部材８に接触、又は近接した温度センサを設けない場合には、温調装置２０から冷却コイル２４Ｃ中に一定温度の冷却液を供給すればよい。この場合、温調装置２０の冷却液の供給口の近くに冷却液の温度を計測するための温度センサを設置し、その温度センサの測定値に基づいてその冷却液の温度を制御するようにしてもよい。
【００４２】
また、上述の実施の形態においては、アライメントセンサとしてＴＴＬ方式で且つＬＩＡ方式のアライメントセンサ、及びオフ・アクシス方式で且つＦＩＡ方式のアライメントセンサ１３が使用されているが、それ以外にＴＴＬ方式、又はオフ・アクシス方式で且つＬＳＡ（レーザ・ステップ・アライメント）方式のアライメントセンサを使用する場合でも、温度制御された基準マーク部材を使用することによってベースライン量のキャリブレーションが正確に行われる。更に、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメントセンサを使用する場合であっても、温度制御された基準マーク部材を使用することによってベースライン量のキャリブレーションが正確に行われる。
【００４３】
また、上述の実施の形態ではベースライン量のキャリブレーションを行う場合に本発明を適用したものであるが、例えば投影倍率の誤差を含めたレチクルの倍率誤差等のキャリブレーションを行う場合にも本発明が適用できる。
図７（ａ）はレチクルの倍率誤差の計測を行う場合に、投影露光装置のウエハステージに設けられる空間像の計測センサの一例を示し、この図７（ａ）において、光透過性の基板よりなる基準開口板３１の表面の遮光膜中にＹ方向に長いスリット状の開口３２Ｘ、及びＸ方向に長いスリット状の開口３２Ｙが形成されている。基準開口板３１は、図１のウエハステージ６と同様のウエハステージ上に固定されている。そして、開口３２Ｘの底部のウエハステージの内部に集光レンズ３３Ｘ及び光電検出器３４Ｘが配置され、開口３２Ｙの底部のウエハステージの内部に集光レンズ３３Ｙ及び光電検出器３４Ｙが配置されている。また、基準開口板３１の底部に温度センサ３６が取り付けられ、その底部で開口３２Ｘ及び３２Ｙの底部を除く領域に冷却コイル３５が配置されている。本例でも、その温度センサ３６で計測される温度が目標温度となるように、不図示の温調装置から冷却コイル３５に対して冷却液が供給されている。
【００４４】
図７（ａ）において、レチクルの倍率誤差の計測を行う際には、ウエハステージを駆動して、レチクルに形成された評価用パターンの像を開口３２Ｘ及び３２ＹでそれぞれＸ方向及びＹ方向に走査することによって、対応する光電検出器３４Ｘ及び３４Ｙからの検出信号ＳＸ及びＳＹを取り込む。そして、例えば検出信号ＳＸ及びＳＹの変化と、ウエハステージの座標とに基づいて各評価用パターンの像の位置が検出され、各評価用パターンの像の位置関係からレチクルの倍率誤差が投影倍率を含めた形で求められる。即ち、レチクルの倍率誤差のキャリブレーションが行われる。この際に、基準開口板３１の温度が一定に維持されているため、レチクルの倍率誤差のキャリブレーションが常に正確に行われる。
【００４５】
また、図７（ｂ）は空間像の計測センサの他の例を示し、この図７（ｂ）において、光透過性の基板よりなる基準開口板３７の表面の遮光膜中に正方形の開口３８が形成されている。そして、開口３８の底部のウエハステージの内部に集光レンズ３９及び光電検出器４０が配置されている。また、基準開口板３７の底部に温度センサ３６が取り付けられ、その底部で開口３８の底部を除く領域に冷却コイル３５が配置されている。本例でも、その温度センサ３６で計測される温度が目標温度となるように、不図示の温調装置から冷却コイル３５に対して冷却液が供給されている。
【００４６】
図７（ｂ）において、レチクルの倍率誤差の計測を行う際には、ウエハステージを駆動して、レチクルに形成された評価用パターンの像を開口３８のエッジでＸ方向及びＹ方向に走査することによって、光電検出器４０からの検出信号ＳＥを取り込む。そして、検出信号ＳＥの微分信号と、ウエハステージの座標とに基づいて各評価用パターンの像の位置が検出され、各評価用パターンの像の位置関係からレチクルの倍率誤差が投影倍率のキャリブレーションが行われる。この際に、基準開口板３７の温度が一定に維持されているため、レチクルの倍率誤差のキャリブレーションが常に正確に行われる。
【００４７】
また、キャリブレーションの必要な露光条件としては、上述のベースライン量やレチクルの倍率誤差の他に、例えば投影光学系の結像面の状態やウエハ上での露光光の照度等がある。そして、結像面の状態のモニタ用に平面度の高い基準平面部材が使用されることがあり、露光光の照度のモニタ用に所謂照射量モニタ等が使用される。そこで、これらの基準平面部材や照射量モニタ等をも温度制御するようにしてもよい。これによって、それらの露光条件のキャリブレーションを常に正確に行うことができる。
【００４８】
更に、本発明はレチクルのパターンの一部を投影光学系を介してウエハ上に投影した状態で、レチクルとウエハとを投影光学系に対して同期走査してレチクルのパターンをウエハの各ショット領域に逐次露光するステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光型の投影露光装置や、プロキシミティ方式の露光装置等にも同様に適用できる。
【００４９】
このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の露光装置によれば、所定の露光条件のキャリブレーションを行うための基準部材の温度を温度制御手段により所定の状態に制御することができ、その基準部材の熱変形を抑えることができる。これにより、その露光条件のキャリブレーションを常に高精度に行うことができる利点がある。
【００５１】
また、基準部材の温度情報を計測する温度センサを設け、この温度センサで計測される温度情報に基づいてその温度制御手段がその基準部材の温度を制御する場合には、その基準部材の温度を正確に所望の温度に設定できる。
また、基板の位置情報を検出するアライメント装置が設けられ、その基準部材が、所定の基板上に露光されるパターン用の基準マーク及びそのアライメント装置用の基準マークが形成された基準マーク部材であり、キャリブレーションの対象となる所定の露光条件が、そのアライメント装置のベースライン量である場合には、そのベースライン量のキャリブレーションが常に正確に行われる。そして、そのキャリブレーションが行われたベースライン量に基づいて、その露光されるパターンを基板上に高い重ね合わせ精度で転写できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光装置の実施の形態の一例を示す一部を切り欠いた概略構成図である。
【図２】図１のレチクル１上のレチクルアライメントマークを示す平面図である。
【図３】図１の基準マーク部材８の基準マークの配置を示す拡大斜視図である。
【図４】図１の基準マーク部材８の底面に配置された冷却コイル２４Ｃ等を示す底面図である。
【図５】図３の基準マーク１７Ａを示す拡大平面図である。
【図６】図３の基準マーク１５Ｘを示す拡大平面図である。
【図７】（ａ）は空間像センサの一例を示す一部を切り欠いた拡大斜視図、（ｂ）は空間像センサの他の例を示す一部を切り欠いた拡大斜視図である。
【符号の説明】
１レチクル
４投影光学系
５ウエハ
６ウエハステージ
８基準マーク部材
９主制御系
１１Ａ，１１Ｂレチクルアライメント顕微鏡
１２ＹＬＩＡ方式のＹ軸のアライメントセンサ
１３ＦＩＡ方式のアライメントセンサ
ＲＭＡ，ＲＭＢレチクルアライメントマーク
１５Ｘ，１５ＹＦＩＡ方式用の基準マーク
１６Ｘ，１６ＹＬＩＡ方式用の基準マーク
１７Ａ，１７Ｂレチクルアライメント顕微鏡用の基準マーク
２０温調装置
２４Ａ，２４Ｂ断熱配管
２４Ｃ冷却コイル
２５Ａ，２５Ｂ温度センサ

Claims

基板を基板ステージで位置決めし、投影光学系を通過する露光光で前記基板にパターンを露光する露光装置であって、
前記投影光学系を通過する光を用いて観察されるマークが形成された基準部材と、
少なくとも前記投影光学系を通過する光を用いて前記基準部材の前記マークを観察した結果に基づいて、所定露光条件のキャリブレーションを実行する制御手段と、
前記基準部材の温度を制御する温度制御手段とを設けたことを特徴とする露光装置。
請求項１記載の露光装置であって、
前記基板ステージ上に載置された前記基板の位置情報を検出するアライメント装置を備え、
前記投影光学系を通過する光を用いて前記基準部材の前記マークを観察した結果に基づいて実行される前記所定露光条件のキャリブレーションが、前記アライメント装置のベースライン量の計測を含むことを特徴とする露光装置。
請求項１又は２記載の露光装置であって、
前記制御手段が、前記投影光学系を通過する光を用いて前記基準部材のマークを観察した結果に基づいて、前記投影光学系の投影倍率情報を含む倍率誤差情報のキャリブレーションを実行することを特徴とする露光装置。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の露光装置であって、さらに、
前記基準部材の温度情報を検出する温度センサを備えたことを特徴とする露光装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の露光装置であって、
前記温度制御手段は、前記基準部材の底部に配置されて、内部を冷却液が通過可能な冷却コイルを含むことを特徴とする露光装置。
請求項５に記載の露光装置であって、
前記基準部材は、光を通過させるための開口部を備え、
前記冷却コイルが、前記開口部を避けて、前記基準部材の底部に配置されることを特徴とする露光装置。