JP4850643B2

JP4850643B2 - 露光装置

Info

Publication number: JP4850643B2
Application number: JP2006245403A
Authority: JP
Inventors: 利孝天野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-09-11
Also published as: US20080062392A1; KR100914181B1; TW200830361A; TWI356445B; JP2008066639A; US7952683B2; KR20080023636A

Description

本発明は、ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の微細なパターンを有するデバイスを製造するための露光装置に関する。

半導体露光装置による露光処理においては、露光熱による投影光学系やレチクルの倍率変化や投影光学系の焦点位置変化を露光結果から求め、露光処理中に投影光学系やレチクルに与えられた熱量等から変化係数を算出している。ここで、レチクルおよび投影光学系に対して露光処理を実施し、露光負荷と露光結果の変化量より熱変化係数を求めた場合には、レチクルと投影光学系の合算された変化係数を求めることができる。一方、露光処理の間に定期的にレチクルと光学的に等価な位置に配置された所謂レチクル基準プレートを用いて変化量を計測し、計測値より熱変化係数を求めた場合には、投影光学系の変化係数のみを求めることができる。
特開平１０−１９９７８２号公報

近年の微細化デバイスへの対応は、高精度に倍率や焦点位置等の変化補正を行うことを必要としている。また、個々の補正値が許容される変動量も一層厳しくする必要がある。一方、生産性を向上するために露光処理以外の計測処理に許される時間は短くなっている。

本発明は、前記の従来技術における問題点に鑑みてなされたもので、生産性の低下を抑え、かつ露光精度を向上させることを例示的目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る第１の露光装置は、原版を介し基板を露光する露光装置であって、以下を特徴とする。すなわち、前記原版からの光を前記基板に投影するための投影光学系と、前記原版を保持し、かつ移動するように構成された、第１の基準マークを有する原版ステージと、前記基板を保持し、かつ移動するように構成された基板ステージとを有する。また、前記原版ステージに保持された原版に形成されたマークの前記投影光学系による第１の像の特性を、前記原版および前記投影光学系を介して計測する計測器を有する。この計測器は、さらに、第１の基準マークの前記投影光学系による第２の像の前記特性を、前記基準マークおよび前記投影光学系を介して計測する。前記第１の露光装置は、また、前記投影光学系により形成される像の前記特性に関し、前記投影光学系に起因する第１の熱変化係数と、前記原版に起因する第２の熱変化係数とを算出する算出手段を有する。この算出手段において、第１および第２の熱変化係数は、前記計測器により計測された前記第１の像の前記特性と前記第２の像の前記特性とに基づいて算出される。前記第１の露光装置は、さらに、前記算出手段により算出された前記第１の熱変化係数と前記第２の熱変化係数とにしたがって、前記投影光学系により形成される像の前記特性の変化を補償する補償手段を有する。

本発明に係る第２の露光装置は、原版を介し基板を露光する露光装置であって、以下を特徴とする。すなわち、前記原版からの光を前記基板に投影するための投影光学系と、前記原版を保持し、かつ移動するように構成された原版ステージと、前記基板を保持し、かつ移動するように構成された基板ステージとを有する。また、前記原版ステージに保持された第１の原版に形成されたマークの前記投影光学系による第１の像の特性を、前記第１の原版および前記投影光学系を介して計測する計測器を有する。この計測器は、さらに、前記原版ステージに保持された第２の原版に形成されたマークの前記投影光学系による第２の像の前記特性を、前記第２の原版および前記投影光学系を介して計測する。前記第２の露光装置は、また、前記投影光学系により形成される像の前記特性に関し、前記投影光学系に起因する第１の熱変化係数と、前記第１の原版に起因する第２の熱変化係数とを算出する算出手段を有する。この算出手段において、第１および第２の熱変化係数は、前記計測器により計測された前記第１の像の前記特性と前記第２の像の前記特性とに基づいて算出される。前記第２の露光装置は、さらに、前記算出手段により算出された前記第１の熱変化係数と前記第２の熱変化係数とにしたがって、前記投影光学系により形成される像の前記特性の変化を補償する補償手段を有する。

本発明において、「熱変化係数」とは、例えば、Ｆｏｃｕｓ変化係数、Ｓｈｉｆｔ変化係数、Ｔｉｌｔ変化係数、倍率変化係数、像面（焦点位置）変化係数、Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ変化係数、各種収差の変化係数である。

本発明によれば、例えば、生産の性の低下を抑え、かつ露光精度を向上させることができる。

本発明の好ましい実施の形態において、前記基板ステージは、第２の基準マークを有し、前記計測器は、前記第２の基準マークを介して、前記第１の像の前記特性と前記第２の像の前記特性とを計測する。また、前記特性は、例えば、前記投影光学系により形成される像の面の、前記投影光学系の光軸方向における位置、前記像の前記光軸に垂直な方向における位置、前記面の傾き量、前記像の倍率、前記面の形状、前記像のディストーションである。

前記補償手段は、例えば、露光光の波長、原版ステージの位置、基板ステージの位置、もしくは原版ステージと基板ステージとの間の相対走査速度の変更、または投影光学系内の光学素子の駆動の少なくとも１つにより、前記特性の変化を補償する。

以下に本発明の実施例を説明する。
［露光装置の構成］
図１は本発明の一実施例に係る露光装置の装置構成概略図である。同図において、１は露光用の光源である。レチクル（原版）上の回路パターンをウエハ（基板）上に転写露光する際には、露光装置制御系７０の指示が光源制御系３０に伝えられ、光源制御系３０の指示により露光光源１の動作が制御される。

不図示であるが、露光用光源１とレチクルステージ（原版ステージ）４との間には、照明光の形状等を変更するための照明光学系が構成されている。照明光学系内は、結像性能の安定等を目的としてＮ_２等の気体によりパージされている。気体の流量は不図示ではあるが気体の噴出し口または排出口近辺に流量をモニタするための流量計が構成されている。照明光学系内は気圧値をモニタするための気圧計、照明光学系内雰囲気温度をモニタするための温度計も構成されている。さらに、照明光学系内および照明光学系とレチクルステージ４の間の雰囲気温度をモニタするために温度計が構成されている。

２はレチクルであり、レチクルステージ４に保持されている。３はレチクル基準プレートである。レチクル基準プレート３は図１においてはレチクルステージ４に保持されているが、光学的にレチクルと等価な他の位置に固定されている場合もある。レチクル基準プレート３上には、不図示だが数種類の基準マークが設けられている。レチクルステージ４は、走査型露光装置では投影光学系５の光軸方向（ｚ）およびこの方向に直交する方向（ｘ、ｙ）に移動可能であり、光軸に対して回転させることも可能である。

レチクルステージ４の駆動制御は、露光装置制御系７０の指示がレチクルステージ制御系４０に伝えられ、レチクルステージ制御系４０の指示によりレチクルステージ４は駆動制御される。レチクルステージ４は、不図示ではあるがレーザ干渉計やエンコーダ等の位置検出系により位置を計測される。さらに、レチクルステージ４は、不図示ではあるがレチクルステージ４の発熱を押さえるために純水等の液体を循環させる手段やエア等を直接吹きかける手段により冷却を実施している。この時の液体やエアの流量をモニタするための流量計、温度をモニタするための温度計が構成されている。

投影光学系５は、複数のレンズで構成されており、露光時はレチクル上の回路パターンをウエハ８上に投影光学系５の縮小倍率に対応した倍率で結像させている。投影光学系５は、不図示ではあるがレーザ干渉計やエンコーダ等の位置検出系が構成されており各レンズの位置を計測している。さらに、投影光学系５は、不図示ではあるが投影光学系５内雰囲気温度をモニタするための温度計、雰囲気気圧をモニタするための気圧計を備えている。また、レンズが吸収した熱を発散させるために純水等の液体を循環させる手段やエア等を直接吹きかける手段により冷却を実施している。この時の液体やエアの流量をモニタするための流量計、結像性能の安定等を目的としてＮ_２等の気体パージの流量をモニタするための流量計が構成されている。

２０はＴＴＲ（ＴｈｒｏｕｇｈＴｈｅＲｅｔｉｃｌｅ）方式のＴＴＲ観察光学系であり、後述する要素２１、２２、２３、２４、２５を有している。ファイバ２１から出射した照明光束はハーフミラー２２を通過し、対物レンズ２３とミラー２４を介してレチクル基準プレート３（またはレチクル２）近傍に集光する。レチクル基準プレート３（またはレチクル２）近傍に集光した照明光束は、投影光学系５を介してステージ基準プレート９上に集光する。ステージ基準プレート９からの反射光は元の光路を戻り、順に投影光学系５、レチクル基準プレート３（またはレチクル２）、ミラー２４、対物レンズ２３を介し、ハーフミラー２２で反射して撮像素子２５に入射する。

ＴＴＲ観察光学系２０内には不図示ではあるが、観察面との焦点位置を変えるリレーレンズが構成されている。ＴＴＲ観察光学系２０は、雰囲気温度をモニタするための温度計、雰囲気気圧をモニタするための気圧計をそなえている。また、対物およびリレーレンズが吸収した熱を発散させるために純水等の液体を循環させる手段やエア等を直接吹きかける手段により冷却を実施している。この時の液体やエアの流量をモニタするための流量計、結像性能の安定等を目的としてＮ_２等の気体パージの流量をモニタするための流量計、対物およびリレーレンズの位置はレーザ干渉計やエンコーダ等の位置検出系が構成されており各レンズの位置を計測している。

６、７はオフアクシスのオートフォーカス光学系を形成している。６は投光光学系であり、投光光学系６より発せられた非露光光である光束は、ステージ基準プレート９上の点（またはウエハ８の上面）に集光し、反射される。反射された光束は、検出光学系７に入射する。不図示ではあるが、検出光学系７内には位置検出用受光素子が配置され、位置検出用受光素子とステージ基準プレート９上の光束の反射点が共役となるように構成されている。ステージ基準プレート９の投影光学系５の光軸方向に対する位置ズレは、検出光学系７内の位置検出用受光素子上での入射光束の位置ズレとして計測される。

レチクル２上に描画されたマークやレチクル基準プレート３上に描画されたマークは、露光用光源１より射出された露光光束が照明光学系またはＴＴＲ観察光学系を介し照明される。ステージ基準プレート９には不図示ではあるが、レチクル２上に描画されたマークやレチクル基準プレート３上に描画されたマークが照明され、投影光学系５を介して形成されたパターン像に対応したマークが形成されている。検出光学系７により計測されたステージ基準プレート９の所定の基準面からの位置ズレは、ウエハステージ制御系６０に伝達される。
ウエハステージ制御系６０は、フォーカスキャリブレーション計測時には、ステージ基準プレート９を所定の基準位置の近傍で投影光学系５の光軸方向（ｚ方向）に上下駆動を行う。また、露光時はウエハ８の位置制御も実施する。

また、不図示ではあるがウエハ表面を非露光光で観察および計測することが可能なＯｆｆ−Ａｘｉｓ方式のＯｆｆ−Ａｘｉｓ観察光学系が構成されている。Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ観察光学系は、雰囲気温度をモニタするための温度計、雰囲気気圧をモニタするための気圧計が構成されている。
露光装置制御系７０では、補正値に基づきユニットを補正制御することにより高精度な露光を行う。

［第１の実施例］
本発明の第１〜第５の実施例では、図１の露光装置において、投影光学系の熱変化量とレチクルの熱変化量を分離して計測する具体的な計測方法に関し説明する。
図２は投影光学系とレチクルの熱変化量を分離計測する計測シーケンスを示す図である。
ステップＳ１０でレチクル上に描画されている計測用マークの計測位置にレチクルステージ、ウエハステージ、照明光学系、投影光学系等計測に必要なユニットを駆動する。
ステップＳ１５でマーク（第１の像の特性）を計測する。計測値としては焦点位置や平面方向位置ずれ量等の計測値が算出される。

ステップＳ２０で計測するべき全マークの計測が完了しているかを確認し、全マーク計測が完了していない場合は、次の計測マークの座標情報より計測位置を算出しステップＳ１０へ戻る。計測するべき全マークは、変化量を計測する項目によってマーク数を可変とすれば良い。例えばＦｏｃｕｓ変化量やＳｈｉｆｔ変化量を計測する場合は１マーク、Ｔｉｌｔ変化量や倍率変化量を計測する場合は２マーク、像面変化量やＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ変化量を計測する場合は３マークとすれば良い。

ステップＳ２５でレチクル基準プレート上に描画されている計測用マーク（第Iの基準マーク）の計測位置にレチクルステージ、ウエハステージ、照明光学系、投影光学系等計測に必要なユニットを駆動する。ステップＳ３０でマーク（第２の像の特性）を計測する。計測値としては焦点位置や平面方向位置ずれ量等の計測値が算出される。

ステップＳ３５で計測するべき全マークの計測が完了しているかを確認し、全マーク計測が完了していない場合は、次の計測マークの座標情報より計測位置を算出しステップＳ２５へ戻る。熱変化量は計測処理中の熱変化を小さくするために短時間で計測を完了する必要がある。このため、レチクル上マークおよびレチクル基準プレート上マークの計測マーク数は最適化しておくことが望ましい。

ステップＳ４０で投影光学系とレチクルの熱変化量を算出する。レチクル上マークの計測により得られる計測値（第１の像の特性値）には投影光学系の熱変化量とレチクルの熱変化量が含まれている。一方、レチクル基準プレート上マークの計測により得られる計測値（第２の像の特性値）には投影光学系の熱変化量のみが含まれている。実際の計測値には計測誤差やウエハステージ側計測エラー等他成分も含まれるが、他成分はレチクル上マーク計測およびレチクル基準マーク計測共通で含まれるエラー成分であるため、ここでは無視することができる。

熱変化量の算出は次のように行う。
レチクル上マーク計測結果＝レチクル熱変化量＋投影光学系熱変化量・・（式１）
レチクル基準プレート上マーク計測結果＝投影光学系熱変化量・・（式２）
（式１）、（式２）より
レチクル熱変化量＝レチクル上マーク計測結果−レチクル基準プレート上マーク計測結果・・（式３）
となり、（式２）、（式３）よりレチクル熱変化量と投影光学系熱変化量を分離して算出することが可能となる。

［第２の実施例］
図３は、２枚のレチクルを使い投影光学系とレチクルの熱変化量を分離計測する計測シーケンスを示す図である。
ステップＳ５０で熱負荷が掛かっているレチクル（第１の原版）上に描画されている計測用マークの計測位置にレチクルステージ、ウエハステージ、照明光学系、投影光学系等計測に必要なユニットを駆動する。
ステップＳ５５でマーク（第１の像の特性）を計測する。計測値としては焦点位置や平面方向位置ずれ量等の計測値が算出される。

ステップＳ６０で計測するべき全マークの計測が完了しているかを確認し、全マーク計測が完了していない場合は、次の計測マークの座標情報より計測位置を算出しステップＳ５０へ戻る。計測するべき全マークは、変化量を計測する項目によってマーク数を可変とすれば良い。例えばＦｏｃｕｓ変化量やＳｈｉｆｔ変化量を計測する場合は１マーク、Ｔｉｌｔ変化量や倍率変化量を計測する場合は２マーク、像面変化量やＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ変化量を計測する場合は３マークとすれば良い。

ステップＳ６５でレチクル交換を行う。ここで露光熱の影響を受けていないレチクルに交換することにより、レチクルマーク計測を実施した時に投影光学系の熱変形のみ計測が可能となる。
ステップＳ７０で熱負荷が掛かっていないレチクル（第２の原版）上に描画されている計測用マークの計測位置にレチクルステージ、ウエハステージ、照明光学系、投影光学系等計測に必要なユニットを駆動する。

ステップＳ７５でマーク（第２の像の特性）を計測する。計測値としては焦点位置や平面方向位置ずれ量等の計測値が算出される。
ステップＳ８０で計測するべき全マークの計測が完了しているかを確認し、全マーク計測が完了していない場合は、次の計測マークの座標情報より計測位置を算出しステップＳ７０へ戻る。熱変化量は計測処理中の熱変化を小さくする為に短時間で計測を完了する必要がある。このため、レチクル上マークの計測マーク数は最適化しておくことが望ましい。

ステップＳ８５で投影光学系とレチクルの熱変化量を算出する。熱負荷が掛かっているレチクル上マークの計測により得られる計測値（第１の像の特性値）には投影光学系の熱変化量とレチクルの熱変化量が含まれている。一方、熱負荷が掛かっていないレチクル上マークの計測により得られる計測値（第２の像の特性値）には投影光学系の熱変化量のみが含まれている。実際の計測値には計測誤差やウエハステージ側計測エラー等他成分も含まれるが、他成分は熱負荷が掛かっているレチクル上マーク計測および熱負荷が掛かっていないレチクル上マーク計測共通で含まれるエラー成分である為、ここでは無視することができる。

熱変化量の算出は次のように行う。
熱負荷が掛かっているレチクル上マーク計測結果＝レチクル熱変化量＋投影光学系熱変化量・・（式４）
熱負荷が掛かっていないレチクル上マーク計測結果＝投影光学系熱変化量・・（式５）
（式４）、（式５）より
レチクル熱変化量＝熱負荷が掛かっているレチクル上マーク計測結果−熱負荷が掛かっていないレチクル上マーク計測結果・・（式６）
となり、（式５）、（式６）よりレチクル熱変化量と投影光学系熱変化量を分離して算出することが可能となる。

図２および図３での計測手段は、特に構成に関して限定は無いが、同一構成でレチクル基準プレート上マークとレチクル上マーク双方の計測が短時間で計測可能な構成とすることが望ましい。
詳細な計測方法に関し説明する。予め計測の前準備として計測対象マークを計測位置に駆動しておく。駆動は、レチクル基準プレート上マーク計測の場合はレチクル基準プレートとステージ基準プレートを、レチクル上マーク計測の場合はレチクル上マークとステージ基準プレートを駆動することにより行う。

［第３の実施例］
図４は図１のＴＴＲ観察光学系２０を計測手段として用いる場合の焦点位置計測シーケンスを示す図である。不図示ではあるが、ＴＴＲ観察光学系による計測の前準備として、計測マークに対してＴＴＲ観察光学系の対物レンズの駆動を実施し、計測準備は完了しているものとする。

ステップＳ１００でＴＴＲ観察光学系内のリレーレンズを計測開始位置へ駆動する。
ステップＳ１０５でレチクル側マークの計測を実施する。ここでの計測は、ＴＴＲ観察光学系内の照明系により照明されたレチクル側マークの反射光を利用した光量または画像計測を実施している。
ステップＳ１１０でレチクル側マークの計測が完了していない場合はステップＳ１１５でリレーレンズの焦点位置を変更し、計測が完了するまでステップＳ１０５、ステップＳ１１０を繰り返す。

ステップＳ１２０で完了したレチクル側マーク計測結果を元にレチクル側マークに対するＴＴＲ観察光学系の焦点位置を算出し、焦点位置（Ｂ．Ｆ．＝ＢｅｓｔＦｏｃｕｓ位置）に駆動する。
ステップＳ１００〜Ｓ１１０の処理は、レチクル側マークに対するＴＴＲ観察光学系のＢ．Ｆ．位置を求めているが、常に両者の関係が不変である場合には省略しても良い。

ステップＳ１２５でウエハ側マークを計測位置に駆動する。ここでウエハ側マークを計測位置に駆動する理由は、ステップＳ１００〜Ｓ１１０の処理を実施する際に、ウエハ側マーク面がＴＴＲ観察光学系下にあるとウエハ面からの反射光がＴＴＲ観察光学系に入射してしまうためである。これを避けるため、一時的にウエハステージを反射面が無い場所に駆動する必要がある。すなわち、ステップＳ１００〜Ｓ１１０の処理を実施しない場合、ステップＳ１２５は省略しても良い。

ステップＳ１３０でウエハ側マークの計測を実施する。ここでの計測は、ＴＴＲ観察光学系内の照明系により照明されたウエハ側マークの反射光を利用した光量または画像計測を実施している。
ステップＳ１３５でウエハ側マークの計測が完了していない場合はステップＳ１４０でウエハＺステージの焦点位置を変更し、計測が完了するまでステップＳ１３０、ステップＳ１３５を繰り返す。
ステップＳ１４５で完了したウエハ側マーク計測結果を元にレチクル側マークに対するウエハ側マークの焦点位置を算出し、焦点位置を算出する。

ステップＳ１５０で計測する全マークの計測が完了しているか確認する。全マークの計測が完了していない場合は、次のマークを計測するためにレチクルステージ、ウエハステージ、ＴＴＲ観察光学系の対物レンズを駆動し、ステップＳ１００へ戻る。
図４のＴＴＲ観察光学系による焦点位置計測シーケンスは、レチクル上マークおよびレチクル基準プレート上マーク計測共通シーケンスである。

［第４の実施例］
図５はＴＴＲ観察光学系による焦点位置計測シーケンスである。図４との相違は、予めレチクル側マークおよびウエハ側マークをＴＴＲ観察光学系で計測可能な位置に駆動しておき、ステップＳ１６０でＴＴＲ観察光学系内のリレーレンズを投影光学系の光軸方向への駆動と計測を実施している点である。図５のシーケンスは図４のシーケンスより短時間で計測を完了することができる。
ステップＳ１６５で計測する全マークの計測が完了しているか確認する。全マークの計測が完了していない場合は、次のマークを計測する為にレチクルステージ、ウエハステージ、ＴＴＲ観察光学系の対物レンズを駆動し、ステップＳ１６０へ戻る。

図４、図５のシーケンスによりＴＴＲ観察光学系を用いた焦点位置計測の説明を行ったが、平面方向の位置ずれを計測する場合は、図４または図５によりレチクル側マークとウエハ側マークの焦点位置を合わせておき、ＴＴＲ観察光学系でレチクル側マークとウエハ側マークの相対位置ずれを算出することにより平面方向の位置ずれを求めることができる。また、ＴＴＲ観察光学系の計測基準に対するレチクル側マークの位置ずれを算出する方法でもレチクル側マークの平面方向の位置ずれを求めることができる。ＴＴＲ観察光学系以外の計測手段により焦点位置計測および平面方向位置ずれ計測を実施することも可能である。

［第５の実施例］
図６はステージ基準プレートにレチクル側マークに対応したスリット型マーク（第２の基準マーク）とセンサを構成する。そして、照明光学系により露光光をレチクル側マークに照明し、投影光学系を介しステージ基準プレート上に形成された像（第１の像）を用いて焦点位置および平面方向位置ずれを計測する場合の計測シーケンスを示す図である。不図示ではあるが、計測の前準備として計測するマーク領域のみを照明する様照明光学系内の遮光板の駆動、計測対象マークを計測位置に駆動しておく。駆動は、レチクル基準プレート上マーク（第２の像）計測の場合はレチクル基準プレートとステージ基準プレートを駆動することにより行う。また、レチクル上マーク（第１の像）計測の場合はレチクル上マークとステージ基準プレートを駆動することにより行う。

ステップＳ１７０で光軸方向にウエハステージを駆動中にレチクル側マークに対して露光光を照明し、ステージ基準プレート側スリットを透過した光量を積算計測する。
ステップＳ１７５で焦点位置の算出を行い、焦点位置にウエハステージをＺ駆動（光軸方向に駆動）する。
ステップＳ１８０で平面方向にウエハステージを駆動中にレチクル側マークに対して露光光を照明し、ステージ基準プレート側スリットを透過した光量を積算計測する。
ステップＳ１８５で平面方向の位置ずれの算出を行う。
ステップＳ１９０で全マークの計測完了を確認する。全マークの計測が完了していない場合は、次のマークを計測するためにレチクルステージ、ウエハステージ、照明光学系内の遮光板等を駆動し、ステップＳ１７０へ戻る。

ＴＴＲ観察光学系およびステージ基準プレート上に形成された像を用いる焦点位置計測および平面方向位置ずれ計測シーケンスについて説明した。但し、上記シーケンス以外でもレチクルおよび投影光学系を介して焦点位置計測および平面方向位置ずれ計測が可能な構成であれば、本特許の本質であるレチクルの熱変化量および投影光学系の熱変化量の分離計測は可能である。

［第６の実施例］
本発明の第６および第７の実施例では、投影光学系の熱変化係数とレチクルの熱変化係数を分離して算出する具体的な計測方法に関し説明する。
図７は図２のシーケンスにより計測したレチクル計測およびレチクル基準プレート計測で取得された熱変化を示す図である。図７の実線はレチクル計測により得られた熱変化を示している。破線はレチクル基準プレート計測により得られた熱変化を示している。一点鎖線はレチクル計測値とレチクル基準プレート計測値の差分即ちレチクルの熱変化量を示している。

レチクル上マークを計測して得られる計測値には、レチクルが熱変化した変化量と投影光学系が熱変化した変化量が含まれているため、
レチクル計測値＝レチクル熱変化量＋投影光学系熱変化量・・（式１）
という式が成立する。
レチクル基準プレート上マークを計測して得られる計測値には、投影光学系が熱変化した変化量が含まれているため、
レチクル基準プレート計測値＝投影光学系熱変化量・・（式２）
という式が成立する。
（式１）、（式２）式より
レチクル計測値−レチクル基準プレート計測＝レチクル熱変化量・・（式３）
という式が成立する。

［第７の実施例］
図８は図３のシーケンスにより計測した熱負荷が掛かったレチクル計測（以下レチクル計測Ａ）および熱負荷が掛かっていないレチクル計測（以下レチクル計測Ｂ）で取得された熱変化を示す図である。
図８の実線はレチクル計測Ａにより得られた熱変化を示している。破線はレチクル計測Ｂにより得られた熱変化を示している。一点鎖線はレチクル計測Ａとレチクル計測Ｂの差分即ちレチクルの熱変化量を示している。

レチクル計測Ａで得られる計測値には、レチクルが熱変化した変化量と投影光学系が熱変化した変化量が含まれているため、
レチクル計測Ａ＝レチクル熱変化量＋投影光学系熱変化量・・（式４）
という式が成立する。
レチクル計測Ｂで得られる計測値には、投影光学系が熱変化した変化量が含まれているため、
レチクル計測Ｂ＝投影光学系熱変化量・・（式５）
という式が成立する。
（式４）、（式５）式より
レチクル計測Ａ−レチクル計測Ｂ＝レチクル熱変化量・・（式６）
という式が成立する。

（式３）式および（式６）式より求めたレチクルの熱変化量は、図７および図８を見ても判るように、横軸に時間、縦軸に変化量を取ることによりｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌＣｕｒｖを描くことが分かる。
熱変化量はレチクルの変化量と投影光学系の変化量が分離された形で求まるため、それぞれの時間に対する変化量をモデル化することが可能となる。熱膨張に対するモデル式は、熱負荷を掛けた時間と時定数および熱変化する物体の熱膨張係数等を反映した式とすれば良い。熱収縮に対するモデル式は、熱負荷が掛かっていない時間と時定数および熱変化する物体の熱膨張係数等を反映した式とすれば良い。

［第８の実施例］
本発明の第８の実施例では、投影光学系の熱変化係数とレチクルの熱変化係数より補正量を算出し補正する具体的な補正方法に関し説明する。
図９は熱変化を補正し、露光処理を実施する露光シーケンスを示す図である。不図示ではあるが、露光開始時には既に露光に必要な準備（ウエハやレチクルの装置内への搬入、露光処理を実施する照明条件へのユニット駆動等）は完了している。

ステップＳ２００で露光位置へウエハステージおよびレチクルステージの駆動を行う。
ステップＳ２０５でレチクルまたは投影光学系の熱変化量計測の実施有無を確認する。熱変化量計測実施の有無は、予め装置の設定として定期的に実施してもよいし、前回熱変化量計測を実施してからの経過時間などにより自動的に判断してもよいし、プロセスマージンを考慮し、プロセス毎に計測実施のタイミングを設定しても良い。

ステップＳ２１０で熱変化量計測を実施する。レチクルと投影光学系の熱変化係数の更新を実施したい場合はレチクル上マーク計測とレチクル基準プレート上マーク計測を実施すれば良い。投影光学系の熱変化係数の更新を実施したい場合はレチクル基準プレート上マーク計測のみを実施すれば良い。レチクルと投影光学系合算値の熱変化係数の更新を実施したい場合はレチクル上マーク計測を実施すれば良い。

ステップＳ２１５で熱変化補正量の算出と補正を実施する。補正量の算出は、ステップＳ２１０で熱変化量計測を実施した直後であれば「計測値＝補正量」とし熱変化分補正を実施しても良い。それ以外の場合は熱変化係数を反映した変化モデル式より補正量を算出する。

熱変化係数の更新は、計測前に予測算出した熱変化量と計測後の計測値を比較し、差が小さい場合は熱変化係数が正しいと判断し熱変化係数の更新は実施しない。差の大小に関しては、予め装置内に閾値を設け閾値を超えた場合を差が大きいと判断しても良いし、プロセスマージンを考慮し、プロセス毎に閾値を設けても良い。差が閾値を超えた場合の熱変化係数の更新は、熱変化モデル式の時定数を変更しても良いし、係数を更新しても良い。

熱変化補正は、光源波長の変更で補正しても良いし、ウエハステージやレチクルステージの光軸方向位置や水平方向位置の変更で補正しても良い。また、投影光学系内の補正レンズの駆動で補正しても良いし、ウエハステージとレチクルステージの相対走査速度比の変更で補正しても良い。算出された補正量に対して補正精度と補正に要する時間を考慮し補正手段を決定すれば良い。

ステップＳ２２０で露光処理を実施する。
テップＳ２２５でウエハ内全ショットの露光完了を確認する。全ショットの露光が完了していない場合は不図示ではあるが次のショット露光の準備を実施し、ステップＳ２１５へ戻る。
ステップＳ２３０で全ウエハの露光完了を確認する。全ウエハの露光が完了していない場合は不図示ではあるが次のウエハ露光の準備を実施し、ステップＳ２００へ戻る。

［第９の実施例］
本発明の第９の実施例では、投影光学系の熱変化係数とレチクルの熱変化係数より補正量を算出し補正する具体的な補正方法に関し説明する。
図１０は露光処理開始前に熱変化係数を更新し、その後露光処理を実施する露光シーケンスを示す図である。不図示ではあるが、露光開始時には既に露光に必要な準備（ウエハやレチクルの装置内への搬入、露光処理を実施する照明条件へのユニット駆動等）は完了している。

ステップＳ２５０で初期状態でのレチクルおよび投影光学系の熱変化量を計測する。ここでの装置状態は、初期状態を計測したいのでレチクルはレチクルステージに吸着させた状態で一定時間放置し十分に装置内温度に馴染ませておくことが望ましい。また、投影光学系も熱負荷が掛かっていない初期状態を計測したいので一定時間放置し十分に投影光学系内のレンズが初期状態となっていることが望ましい。但し、投影光学系の熱変化はレチクルの熱変化と分離されているため、投影光学系には熱負荷が掛かった状態で計測を実施しても、レチクル熱変化の初期状態を高精度に計測することは可能である。ここでの計測は、本発明の第１の実施例にて説明したレチクル上マークおよびレチクル基準プレート上マークの計測を実施することとする。

ステップＳ２５５でダミー露光を実施する。ダミー露光はレチクルおよび投影光学系を熱変化させる事が目的であり、ウエハ露光が目的ではない。この時の露光ｄｕｔｙは熱変化が目的である。したがって、通常露光よりも高ｄｕｔｙとした方が熱変化は大きくなるため、短時間で熱変化係数取得のための計測を完了することが可能となる。
ステップＳ２６０でダミー露光後の熱変化量を計測する。計測内容に関してはステップＳ２５０と同じなので説明を省略する。

ステップＳ２６５で計測完了を確認する。計測完了とは、計測の目的であるレチクルおよび投影光学系の熱変化係数の算出に必要な計測が完了したことを以って計測完了とする。計測が完了していない場合はステップＳ２５５へ戻る。
ステップＳ２７０で熱変化係数を算出し、更新する。熱変化係数の算出についての説明は上記第６および第７の実施例にて説明済みであるため省略する。

ステップＳ２７５はプロセス露光のための露光準備を行う。露光準備とは露光ウエハのウエハステージへの搬入や露光位置へレチクルステージ、ウエハステージの駆動を行う。
ステップＳ２８０で熱変化補正量の算出と補正を行う。熱変化補正量の算出と補正に関する説明は上記第８の実施例にて説明済みであるため省略する。
ステップＳ２８５で露光処理を行う。
ステップＳ２９０で全ショットの露光処理が完了したか確認する。全ショットの露光処理が完了していない場合はステップＳ２８０へ戻る。

ステップＳ２９５で全ウエハの露光処理が完了したか確認する。全ウエハの露光処理が完了していない場合はステップＳ２７５へ戻る。

上述の実施例では露光シーケンスの一例を挙げ、シーケンス中の投影光学系の熱変化係数とレチクルの熱変化係数より補正量を算出し補正する具体的な補正方法に関し説明した。しかし、本発明が適用可能な露光シーケンスは第８および第９の実施例に挙げたシーケンスのみではない。露光処理開始前に予めレチクルの熱変化係数および投影光学系の熱変化係数が求まっている場合は、露光処理直前に熱変化補正量の算出および補正のみを実施すれば良い。
以上の実施例によれば、レチクルおよび投影光学系の熱変化を分離計測および分離補正することが可能となり、露光によるレチクルおよび投影光学系の熱変形を常に高精度で補正し露光処理を行うことが可能となる。
また、レチクルおよび投影光学系の熱変化係数を分離して算出することが可能となる。レチクルおよび投影光学系の熱変形を予測補正することが可能となるため、露光処理中の補正計測処理の削除または回数削減が可能となり、露光装置を効率良く稼動させることが可能となる。

［第１０の実施例］
次に、以上いずれかの実施例に記載した露光装置を利用した微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造プロセスを説明する。
図１１は半導体デバイスの製造のフローを示す。
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）では設計したパターンを形成したマスク（原版またはレチクルともいう）を製作する。
一方、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（基板ともいう）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、上記用意したマスクを設置した露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。
次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって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る。後工程は、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、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップステップを有する。また、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置を用いて、回路パターンを有するマスクを介し、レジスト処理ステップ後のウエハを露光する露光ステップを有する。さらに、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。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。

本発明の一実施例に係る露光装置の概略図である。本発明の第１の実施例に係る、投影光学系とレチクルの熱変化量計測シーケンスを示す図である。本発明の第２の実施例に係る、投影光学系とレチクルの熱変化量計測シーケンスを示す図である。本発明の第３の実施例に係る、ＴＴＲ観察光学系による焦点位置計測シーケンスを示す図である。本発明の第４の実施例に係る、ＴＴＲ観察光学系による焦点位置計測シーケンスを示す図である。本発明の第５の実施例に係る、空中像観察による計測シーケンスを示す図である。本発明の第６の実施例に係る、熱変化を示す図である。本発明の第７の実施例に係る、熱変化を示す図である。本発明の第８の実施例に係る、熱変化補正を含む露光シーケンスを示す図である。本発明の第９の実施例に係る、熱変化係数更新を含む露光シーケンスを示す図である。本発明の第１０の実施例に係る、デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。

符号の説明

１：露光光源、２：レチクル、３：レチクル基準プレート、４：レチクルステージ、５：投影光学系、６：投光光学系、７：検出光学系、８：ウエハ、９：ステージ基準プレート、１０：ウエハステージ、２０：ＴＴＲ観察光学系、３０：光源制御系、４０：レチクルステージ制御系、５０：投影光学系制御系、６０：ウエハステージ制御系、７０：露光装置制御系。

Claims

原版を介し基板を露光する露光装置であって、
前記原版からの光を前記基板に投影するための投影光学系と、
前記原版を保持し、かつ移動するように構成された、第１の基準マークを有する原版ステージと、
前記基板を保持し、かつ移動するように構成された基板ステージと、
前記原版ステージに保持された原版に形成されたマークの前記投影光学系による第１の像の特性を、前記原版および前記投影光学系を介して計測し、かつ前記第１の基準マークの前記投影光学系による第２の像の前記特性を、前記基準マークおよび前記投影光学系を介して計測する計測器と、
前記計測器により計測された前記第１の像の前記特性と前記第２の像の前記特性とに基づいて、前記投影光学系により形成される像の前記特性に関し、前記投影光学系に起因する第１の熱変化係数と、前記原版に起因する第２の熱変化係数とを算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記第１の熱変化係数と前記第２の熱変化係数とにしたがって、前記投影光学系により形成される像の前記特性の変化を補償する補償手段と、
を有することを特徴とする露光装置。
原版を介し基板を露光する露光装置であって、
前記原版からの光を前記基板に投影するための投影光学系と、
前記原版を保持し、かつ移動するように構成された原版ステージと、
前記基板を保持し、かつ移動するように構成された基板ステージと、
前記原版ステージに保持された第１の原版に形成されたマークの前記投影光学系による第１の像の特性を、前記第１の原版および前記投影光学系を介して計測し、かつ前記原版ステージに保持された第２の原版に形成されたマークの前記投影光学系による第２の像の前記特性を、前記第２の原版および前記投影光学系を介して計測する計測器と、
前記計測器により計測された前記第１の像の前記特性と前記第２の像の前記特性とに基づいて、前記投影光学系により形成される像の前記特性に関し、前記投影光学系に起因する第１の熱変化係数と、前記第１の原版に起因する第２の熱変化係数とを算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記第１の熱変化係数と前記第２の熱変化係数とにしたがって、前記投影光学系により形成される像の前記特性の変化を補償する補償手段と、
を有することを特徴とする露光装置。
前記基板ステージは、第２の基準マークを有し、
前記計測器は、前記第２の基準マークを介して、前記第１の像の前記特性と前記第２の像の前記特性とを計測する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
前記特性は、前記投影光学系により形成される像の面の、前記投影光学系の光軸方向における位置、前記像の前記光軸に垂直な方向における位置、前記面の傾き量、前記像の倍率、前記面の形状、および前記像のディストーションの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
前記補償手段は、露光光の波長の変更、前記原版ステージの位置の変更、前記基板ステージの位置の変更、前記投影光学系内の光学素子の駆動、および前記原版ステージと前記基板ステージとの間の相対走査速度の変更、の少なくとも１つにより、前記特性の変化を補償する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載の露光装置を用いて原版を介し基板を露光するステップを有する、ことを特徴とするデバイス製造方法。