JPH10189424A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクや感光基板が熱変形を生じても重ね合
わせ誤差を生じることなくパターン露光を行う。 【解決手段】 照明光学系による照射量とマスク６ある
いは感光基板９の変形量との関係をデータとして求めて
おき、露光装置の記憶手段１９に記憶しておく。そし
て、パターン露光時に、照明光学系からの照射量の積算
量を基に予め記憶しておいたデータからマスク６や感光
基板９の変形量を求め、マスクステージ７や基板ステー
ジ１１を前記変形量から求めた補正量だけ補正を加えた
位置に位置決めするように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、
マスクのパターンを感光基板に投影露光するのに使用さ
れる露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子等をフォトリソグ
ラフィ技術を用いて製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル（以下、マスクという）のパターンを投影光学系
を介して、フォトレジスト等の感光剤が塗布された半導
体ウエハ又はガラス基板等の感光基板上の各ショット領
域に投影露光するステップ・アンド・リピート方式の露
光装置が使用されている。

【０００３】マスクはプラテンを介してマスクステージ
に保持されており、マスクステージを駆動することで投
影光学系に対するマスクの位置を調整できるようになっ
ている。また、感光基板は基板ステージの基板ホルダ上
に保持され、投影光学系の光軸（Ｚ方向）に垂直な面内
（ＸＹ平面）で２次元方向に駆動される。基板ステージ
には移動鏡が固定され、レーザ干渉計で移動鏡との間の
距離を計測することにより基板ステージのＸＹ平面内の
座標位置が検出される。基板ステージ制御系は、このレ
ーザ干渉計によって定められる基板ステージ座標系に対
して基板ステージを所定量だけステップ移動させること
で、感光基板上の各ショット領域が投影光学系の露光フ
ィールドに一致するように位置決めする。

【０００４】また最近では、マスクと感光基板とを投影
光学系に対して同期して走査することにより、投影光学
系の有効露光フィールドより広い範囲のショット領域へ
のパターン露光が可能な走査露光方式の露光装置が開発
されている。走査露光方式の露光装置としては、１枚の
マスクのパターンの全体を等倍で１枚の感光基板の全面
に逐次投影露光する方式の露光装置と、感光基板上の各
ショット領域への露光を縮小投影で且つ走査露光方式で
行うと共に、各ショット領域間の移動をステッピング方
式で行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が
知られている。

【０００５】これらいずれの露光装置においても、感光
基板上に既に形成されているパターンにマスクのパター
ンを高い重ね合わせ精度で転写するために、マスクと感
光基板とを高度に位置合わせ（アライメント）すること
が求められている。このためにマスクに形成されたマス
クアライメントマークや感光基板上に形成された基板ア
ライメントマークを露光装置に備えられたアライメント
センサで検出することで、マスクと感光基板のアライメ
ントが行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】感光基板のショット領
域へマスクのパターンを露光することを繰り返すと、露
光照射熱によってマスク及び感光基板の温度が上昇す
る。マスクに照射される照明エネルギーは感光基板に照
射される照明エネルギーより大きく、マスク自体の熱膨
張の影響でマスクを保持しているマスクステージのプラ
テン部が引き伸ばされてしまう。

【０００７】また、感光基板にあっては、塗布されたフ
ォトレジスト中で光化学反応が生じ、この光化学反応が
発熱反応である場合にはさらに感光基板が加熱されるこ
とになる。感光基板は基板ホルダと熱的に接触してお
り、感光基板に生じた熱は感光基板と基板ホルダが熱平
衡に近づくように熱伝導によって基板ホルダに移る。基
板がシリコンウエハである場合には、シリコンは熱伝導
率が高いために、感光基板に生じた熱の大部分は基板ホ
ルダ側に流れ、パターン露光を反復するうちに次第に基
板ホルダ内部に蓄積されて基板ホルダの熱膨張を引き起
こす。

【０００８】従来の露光装置は、このように露光光の照
明によって熱膨張を起こしたマスクや感光基板の変形を
観察することができない。基板ステージの基板ホルダに
保持された感光基板は、基板ステージに固定された移動
鏡の位置をレーザ干渉計によって計測することによって
位置決めされるが、このレーザ干渉計は熱膨張によって
変形した基板ホルダの位置を直接観測して感光基板の位
置決めを行っているわけではない。マスクステージにも
レーザ干渉計が設置されマスクステージの位置を計測す
ることが行われているが、熱膨張によって変形したマス
クプラテン部の位置を直接レーザ干渉計で計測している
わけではない。

【０００９】このように、従来の露光装置は、レーザ干
渉計によってマスクや感光基板の位置計測を行ってはい
るが、それは基板ホルダ及びマスクプラテンは変形を起
こすことがないということを前提としてマスクや感光基
板が載置されているマスクステージや基板ステージの位
置を観察しているにすぎず、基板ホルダやマスクプラテ
ンが変形を起こした場合の影響については考慮していな
かった。そのため、感光基板上に既に形成されているパ
ターンに重ね合わせて次層のパターンを露光する際に、
露光装置に記憶されているショットマップに基づいて基
板ステージを精密に位置決めしたとしても、微細なパタ
ーンに対しては重ね合わせ誤差が生じてしまうという問
題があった。

【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、たとえマスクや感光基板が照明
光学系による照明によって熱変形を生じたとしても、重
ね合わせ誤差を生じることなくパターン露光を行うこと
のできる露光装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明においては、照明
光学系による照射量、基板ホルダ及びマスクプラテンの
材質、熱伝導率、熱膨張率、形状等をパラメータとし
て、どの位の照射があったらどの程度の変形が生じるか
を、シミュレーションで求めるなり、実際に照射を行い
その際の変形の様子を計測するなどして予め照射量とマ
スクあるいは感光基板の変形量との関係をデータとして
求めておき、露光装置の記憶手段に記憶しておく。そし
て、パターン露光時やアライメント計測時等に、照明光
学系からの照射量（照射の積算量）を基に予め記憶して
おいたデータからマスクや感光基板の変形量を求め、マ
スクステージや基板ステージを前記変形量から求めた補
正量だけ補正を加えた位置に位置決めするように制御す
ることにより前記目的を達成する。

【００１２】すなわち、本発明は、パターンが形成され
たマスク（６）を照明する照明光学系（１，２，３，
４，５）と、マスク（６）のパターンの像を感光基板
（９）に投影する投影光学系（８）とを備えた露光装置
において、マスク（６）に対する照射量とマスク（６）
の変形量とに関するデータと、感光基板（９）に対する
照射量と感光基板（９）の変形量とに関するデータとの
少なくとも一方を記憶した記憶手段（１９）を備えるこ
とを特徴とする。

【００１３】マスク（６）がマスクステージ（７）に保
持され、感光基板（９）が基板ステージ（１１）に保持
されているとき、前記記憶手段（１９）が記憶している
データに基づいて、マスクステージ（７）と基板ステー
ジ（１１）との少なくとも一方の位置を調整する調整手
段（１８）を備えることにより、熱変形によるマスク
（６）や感光基板（９）の中心の位置ずれや、ステップ
量の変化を補正することができる。このとき、マスクス
テージ（７）の位置調整によってマスク（６）や感光基
板（９）の中心の位置ずれを補正するようにすると、基
板ステージ（１１）の位置調整によって補正する場合よ
り投影光学系の縮小倍率の逆数分だけ移動ストロークを
大きくすることができるため、精密な位置調整を行うこ
とができる。

【００１４】また、投影光学系（８）の倍率を調整する
倍率調整手段（２３）と、前記記憶手段（１９）が記憶
しているデータに基づいて、倍率調整手段（２３）を制
御する制御手段（１８）とを備えることにより、マスク
（６）や感光基板（９）の熱変形に起因する倍率成分の
変化を補正することができる。

【００１５】マスクステージ（７）と基板ステージ（１
１）との少なくとも一方に冷却手段（３５，３６，３
７）を備えることによってマスク（６）や感光基板
（９）の熱変形を抑制しておき、その上でマスク（６）
に対する照射量とマスク（６）の変形量とに関するデー
タと、感光基板（９）に対する照射量と感光基板（９）
の変形量とに関するデータとの少なくとも一方を記憶し
ておき、この記憶したデータに基づいてマスクステージ
（７）や基板ステージ（１１）の位置調整、投影光学系
（８）の倍率調整を行うと、より効果的に熱変形の影響
を除去することができる。この場合の照射量と変形量と
の関係に関するデータは、冷却手段（３５，３６，３
７）による冷却効果を考慮に入れて求めたものであるこ
とは言うまでもない。

【００１６】本発明によると、予め照明光学系の照射量
の積算量とマスク及び感光基板との変形量との関係を求
めておき、基板ステージ及びマスクステージの位置決め
の際に、照射量の積算量を基にその時点でのマスク及び
感光基板の変形量を求めてそれに応じた量だけステージ
位置を補正して位置決めをおこなうことで、マスク及び
感光基板の変形の影響を除去し、常に高精度な重ね合わ
せ状態でパターン露光を行うことが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明による露光装置の
概略図である。超高圧水銀灯などの光源１から発生され
た露光光は、楕円反射鏡２で集光され、オプチカルイン
テグレータ３で均一な光強度分布とされたのち、反射ミ
ラー４に入射する。反射ミラー４で反射された露光光
は、コンデンサレンズ５を通り、所定のパターンが形成
されたマスク６を均一に照明する。光源１からコンデン
サレンズ５までの光学系は、照明光学系を構成してい
る。マスク６に形成されたパターンの像は、投影光学系
８によってウエハやガラス基板等の感光基板９上に形成
される。

【００１８】マスク６は、モータ等の駆動装置１４によ
って投影光学系８の光軸ＡＸに対して直交する２次元方
向に可動なマスクステージ７上に保持されている。マス
クステージ７には移動鏡１２が固定されており、レーザ
干渉計１３で移動鏡１２までの距離を計測することによ
りマスクステージ７の２次元座標が検出される。

【００１９】一方、感光基板９は、モータ等の駆動装置
１７によって投影光学系８の光軸ＡＸに対して直交する
２次元方向に可動な基板ステージ１１の基板ホルダ１０
上に保持されている。基板ステージ１１には移動鏡１５
が固定されており、レーザ干渉計１６で移動鏡１５まで
の距離を計測することにより、基板ステージ１１すなわ
ち感光基板９の２次元座標が検出される。

【００２０】マスクステージ７の位置を検出するレーザ
干渉計１３及び基板ステージ１１の位置を検出するレー
ザ干渉計１６の出力は主制御系１８に供給される。主制
御系１８は、本実施の形態の露光装置全体を制御するも
のであり、特にマスク側のレーザ干渉計１３の出力を参
照してマスクステージ７を駆動することで投影光学系８
の光軸ＡＸに対するマスク６の位置を調整し、感光基板
側のレーザ干渉計１６の出力を参照して駆動手段１７に
より基板ステージ１１を駆動することで、感光基板９上
の所定領域（ショット領域）を投影光学系８の露光フィ
ールドに移動させる。また、主制御系１８にはメモリ等
の記憶装置１９が接続されている。

【００２１】投影光学系８には、投影光学系８の結像特
性を調整するための結像特性調整装置２３が装着されて
いる。結像特性調整装置２３は、例えば投影光学系８を
構成するレンズ群のうちの所定のレンズ群の間隔を調整
するか、又は所定のレンズ群の間のレンズ室内の気体の
圧力を調整することにより、投影光学系８の投影倍率、
歪曲収差等の調整を行うものである。結像特性調整装置
２３の動作も主制御系１８によって制御される。

【００２２】図２は、照明光学系による照射を受けて変
形した基板ホルダ１０及び感光基板９の様子を模式的に
表す基板ステージ１１の概略平面図である。基板ステー
ジ１１には、基板ホルダ１０上に真空吸着されて感光基
板９が保持されている。基板ステージ１１には移動鏡１
５Ｘ，１５Ｙが固定され、レーザ干渉計１６Ｘで移動鏡
１５Ｘとの間の距離を計測することにより基板ステージ
のＸ方向の位置が計測され、レーザ干渉計１６Ｙ１，１
６Ｙ２で移動鏡１５Ｙとの間の距離を計測することによ
り基板ステージ１１のＹ方向の位置及び回転方向（θ方
向）の位置が計測される。Ｘ方向駆動装置１７Ｘは主制
御系１８の指令を受けて基板ステージ１１をＸ方向に駆
動し、Ｙ方向駆動装置１７Ｙは主制御系１８の指令を受
けて基板ステージ１１をＹ方向に駆動する。また、基板
ステージ１１上には、照明光学系による照射量を検出す
るための照射量センサ２０が設置されている。

【００２３】基板ホルダ１０及び感光基板９は、照明光
学系による露光光の照射を受けると熱膨張によって実線
で示す位置から仮想線で示すように変形する。この基板
ホルダ１０及び感光基板９の変形量と照射量との関係
は、シミュレーションによってあるいは実験によって求
めることができる。すなわち、基板ホルダ１０や感光基
板９の形状、寸法、熱伝導率、熱容量、光反射率、照射
量等のパラメータを与え、周知の熱解析の手法を用いて
計算機シミュレーションで求めることができる。

【００２４】図３は、基板ホルダ１０及び感光基板９の
変形量と照射量との関係を実験的に求める方法の一例を
説明する図である。この実験に際しては、基板ステージ
１１から移動鏡１５Ｘ，１５Ｙを取り外しておく。基板
ホルダ１０の側面には、基板ホルダ１０の中心を通って
Ｘ方向に延びる直線と交差する箇所に２個のミラー３１
Ｘ１，３１Ｘ２が設けられ、基板ホルダ１０の中心を通
ってＹ方向に延びる直線と交差する箇所に２個のミラー
３１Ｙ１，３１Ｙ２が設けられている。これらのミラー
３１Ｘ１，３１Ｘ２，３１Ｙ１，３１Ｙ２は、小さなミ
ラーを基板ホルダ１０の側面に固定することによって設
けてもよいし、基板ホルダ１０のミラー設置箇所を平滑
に研磨し、そこに金属膜を蒸着することによって設けて
もよい。

【００２５】ミラー３１Ｘ１，３１Ｘ２，３１Ｙ１，３
１Ｙ２に対向してレーザ干渉計３２Ｘ１，３２Ｘ２，３
２Ｙ１，３２Ｙ２を配置し、この状態で基板ステージ１
１の上方に位置する投影光学系を介して所定の照射量で
露光光を照射する。そして、露光光の照射を継続しなが
らレーザ干渉計３２Ｘ１，３２Ｘ２，３２Ｙ１，３２Ｙ
２の出力を記録し、露光光の積算照射量と各ミラー３１
Ｘ１，３１Ｘ２，３１Ｙ１，３１Ｙ２の変位との関係を
求める。こうして得られた基板ホルダ１０の４点の照射
量と変形量との関係に関するデータを用いて、露光光照
射による基板ホルダ１０上の各点の変位量、すなわち感
光基板９上の各ショット領域の変位量を演算により求め
る。

【００２６】この実験の場合、基板ステージ１１を移動
しないため、露光光は感光基板９上の特定の領域にのみ
照射されることになり、基板ステージ１１をステップ移
動しながら別々のショット領域への露光を反復する実際
の露光とは露光光照射条件が若干異なることになる。し
かし、感光基板がシリコンウエハのように熱伝導率が大
きな場合には、感光基板９の全体と基板ホルダ１０とは
短時間で熱平衡状態に達するため、ここで述べた条件で
照射量と変形量に関するデータを得ても実用上は差し支
えがない。

【００２７】図４は、照明光学系による照射を受けて変
形したマスク６の様子を模式的に表すマスクステージ７
の概略平面図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）
は図４（ａ）の線ＡＡに沿った側断面図である。マスク
ステージ７は中央部が開口した枠状の形状を有し、その
上にセラミック等からなる４個のプラテン２１Ａ〜２１
Ｄが先端をマスクステージ７の開口部に突出させて固定
されている。マスク６は、この４個のプラテン２１Ａ〜
２１Ｄ上に真空吸着されて保持されている。マスクステ
ージ７には移動鏡１２Ｘ，１２Ｙが固定され、レーザ干
渉計１３Ｘで移動鏡１２Ｘとの間の距離を計測すること
によりマスクステージ７のＸ方向の位置が計測され、レ
ーザ干渉計１３Ｙ１，１３Ｙ２で移動鏡１２Ｙとの間の
距離を計測することによりマスクステージ７のＹ方向の
位置及び回転方向（θ方向）の位置が計測される。Ｘ方
向駆動装置１４Ｘは主制御系１８の指令を受けてマスク
ステージ７をＸ方向に駆動し、Ｙ方向駆動装置１４Ｙは
主制御系１８の指令を受けてマスクステージ７をＹ方向
に駆動する。マスク６及びプラテン２１Ａ〜２１Ｄは、
照明光学系による照射を受けると熱膨張を起こして仮想
線で示すように変形する。

【００２８】マスク６及びプラテン２１Ａ〜２１Ｄは、
照明光学系による露光光の照射を受けると熱膨張によっ
て実線で示す位置から仮想線で示すように変形する。こ
のマスク６及びプラテン２１Ａ〜２１Ｄの変形量と照射
量との関係は、前述した感光基板９及び基板ステージ１
１の変形量と照射量との関係と同様に、シミュレーショ
ンによってあるいは実験によって求めることができる。
すなわち、マスク６及びプラテン２１Ａ〜２１Ｄの形
状、寸法、熱伝導率、熱容量、光反射率、光透過率、マ
スクに形成されているパターンの形状、照射量等のパラ
メータを与え、周知の熱解析の手法を用いて計算機シミ
ュレーションで求めることができる。

【００２９】また、マスク６及びプラテン２１Ａ〜２１
Ｄの変形量と照射量との関係を実験的に求めるには、照
明光学系から所定の照射量で露光光を照射する。そし
て、露光光の照射を継続しながらマスク６の４つの端面
の変位量を計測すればよい。この変位量計測には、レー
ザ干渉計を用いることができるが、その他にも静電容量
センサやギャップセンサを用いることもできる。

【００３０】こうして計算機シミュレーションによって
あるいは実験によって求めた感光基板９に対する照射量
と感光基板の変形量とに関するデータ、及びマスク６に
対する照射量とマスク６の変形量とに関するデータは、
主制御系１８に接続された記憶装置１９に記憶される。
次に、記憶装置１９に記憶したデータを用いて、位置ず
れ等を補正しながらマスクのパターンを感光基板のショ
ット領域に露光する方法について説明する。

【００３１】図１に戻って、マスクステージ７に新しい
マスク６を装着したとき、主制御系１８は、その新しい
マスク６を用いて感光基板９の露光を開始するに先立っ
て駆動装置１７に指令して照射量センサ２０が投影光学
系８の光軸上に位置するように基板ステージ１１を移動
する。そして、マスク６を透過した光束を照射量センサ
２０に入射させ、そのマスク６を介した単位時間、単位
面積当たりの照射エネルギーを計測する。

【００３２】主制御系１８では、こうして計測した照明
光学系による照射エネルギーと、記憶装置１９に記憶さ
れているデータとを用いて、照射量（照明光照射継続時
間）とマスク６及び感光基板９の変形量との関係を演算
し、後述するように、マスクステージ７の位置調整、投
影光学系８の倍率調整、基板ステージ１１のステップ量
補正等を行いながら基板ステージ１１をステップ移動さ
せて感光基板９上の各ショット領域にマスク６のパター
ンの像を露光することを繰り返す。

【００３３】ここで、感光基板９の変形がパターン露光
に与える影響について考える。図２に示すように、照明
光学系による照射によって感光基板９が仮想線のように
全体的に均一に膨張して変形し、感光基板９の周縁部に
おいて半径方向の変形量がΔＳ１であるとする。いま、
感光基板９の中心Ｏから距離Ｌに位置するショット領域
ＳＴを露光する場合について考える。この場合、感光基
板９が変形しているため、ショットマップの設計データ
のみに基づいてショット領域ＳＴが投影光学系８の露光
フィールドに位置するように基板ステージ１１をステッ
プ移動すると、感光基板９上に投影されたマスクパター
ンの中心とショット領域ＳＴの中心とにずれが生じるこ
とになり、このずれの分だけパターンの重ね合わせ精度
が悪化する。

【００３４】このマスクパターンの中心とショット領域
ＳＴの中心ＣＴとのずれ量Ｓは、照射量センサ２０で計
測した照射エネルギーのデータ、記憶装置１９に記憶さ
れている感光基板９に対する照射量と感光基板９の変形
量に対するデータ、及びその時点までに感光基板９に照
射された照射量のデータを用いて、その時点における感
光基板９の変形量ΔＳ１を演算し、その変形量ΔＳ１を
用いて例えば次の〔数１〕のように計算することができ
る。ただし、αは基板ホルダ１０の中心から感光基板９
上のショット領域ＳＴの中心ＣＴまでの距離Ｌを感光基
板９の半径Ｒで除算したものである。

【００３５】

【数１】Ｓ＝ΔＳ１×α したがって、主制御系１８により駆動装置１７に指令し
て基板ステージ１１をステップ駆動するとき、このショ
ット領域ＳＴの中心のずれ量Ｓをオフセットとして与え
ることで、ショット領域ＳＴの中心ＣＴを投影光学系８
の露光フィールドの中心に一致させて露光を行うことが
できる。

【００３６】また、感光基板９及び基板ホルダ１０が膨
張して変形することにより倍率成分にも変化が生じる。
感光基板９が等方的に膨張変形する場合には倍率変化も
線形的に生じるものとすることができ、倍率は感光基板
９内で均一に変化する。したがって、主制御系１８は、
感光基板９内でのショット領域ＳＴの位置に関わらず各
ショットに一定の倍率オフセットを与えるように、結像
特性調整装置２３を制御して投影光学系８の投影倍率を
調整すればよい。

【００３７】次に、マスク６の変形がパターン露光に与
える影響について考える。マスク６及びマスク６を真空
吸着保持している、マスクステージ７のプラテン２１Ａ
〜２１Ｄの変形は、感光基板９及び基板ホルダ１０の変
形とほぼ同じ様な形で引き起こされる。ここでは、図４
に示すように、照明光学系による照射によってマスク６
が仮想線のように均一に膨張して変形し、Ｘ方向の変位
量がΔＳ２であり、Ｙ方向の変形量がΔＳ３であったと
する。このマスク６の変形による影響も、マスク６の中
心の位置ずれと、倍率成分の変化として考えることがで
きる。

【００３８】マスク６の中心の位置ずれについては、そ
の中心の位置ずれ量を演算によって求め、主制御系１８
によって駆動装置１４Ｘ，１４Ｙを制御して中心の位置
ずれが生じないようにマスクステージ７を駆動すること
で補正を行う。マスク６の中心の位置ずれに対する補正
は、基板ステージ１１のステップ量にオフセットを乗せ
ることによって感光基板９側で行うこともできるが、マ
スクステージ７を駆動してマスク６側で行うと感光基板
９側で行うよりも投影光学系８の縮小倍率の逆数分だけ
駆動量を大きくすることができ、高精度な補正が可能と
なり有利である。

【００３９】いま、感光基板９及びマスク６の膨張変形
により、感光基板９上のショット領域が倍率γ１だけ変
化し、マスク６に形成されたパターンが倍率γ２だけ変
化したとする。また、投影光学系８の投影倍率はβであ
るとする。このとき、主制御系１８は、結像特性調整装
置２３を制御して投影光学系８の投影倍率β’を次の
〔数２〕のように調整すればよい。

【００４０】

【数２】β’＝（ｋ１・γ１＋ｋ２・γ２）／β ここで、ｋ１＋ｋ２＝１であり、ｋ１とｋ２とはマスク
６側と感光基板９側とのどちらに重みを持たせるかの定
数であり、通常はｋ１＝ｋ２となっている。

【００４１】次に、本発明の別の実施の形態について説
明する。図５は、本発明の他の実施の形態による露光装
置の概略図である。この露光装置は、基板ステージ１１
を冷却する冷却装置を備えている点で図１に示した露光
装置と異なる。図５において、図１と同じ機能部分には
図１と同一の番号を付し、その詳細な説明を省略する。

【００４２】基板ステージ１１は内部に、温度制御され
た水、不活性液体、空気、窒素等の流体を循環させるた
めの循環路３５を含む冷却装置が設けられている。温度
制御部３６からの流体は管路３７を介して循環路３５に
供給され、循環路３５を通った流体は管路３７を介して
温度制御部３６に戻る。温度制御部３６は流体の温度が
ほぼ一定となるように精密に温度制御する。一定に保つ
べき流体の温度は、例えば露光前の基板ステージ１１の
温度により定められ、ここでは露光装置本体の温度と一
致させる。循環路３５は基板ホルダ１０に比較して十分
大きな体積を有していて、基板ホルダ１０に比べて大き
な熱容量を持っている。また、循環路３５は、例えば基
板ホルダ１０とほぼ同じ大きさとなるように渦巻き状に
流路を形成して基板ホルダ１０全体を覆うように配管さ
れている。したがって、循環路３５を循環している流体
の温度をほとんど上昇させることなく基板ホルダ１０の
熱を十分に排熱することができる。流体の温度は温度制
御部３６で一定温度に設定しておけばよいが、基板ホル
ダ１０の温度を計測する温度センサ３８を設け、この温
度センサ３８からの情報に基づいて循環する流体の温度
を制御するようにしてもよい。

【００４３】このように基板ステージ１１の温度を制御
する冷却装置を設けることにより、照明光学系から感光
基板９へ露光光を照射によることによる感光基板９や基
板ホルダ１０の温度上昇を抑制し、感光基板９の熱変形
を小さく抑えることができる。しかし、このような冷却
装置を設けたとしても、多くのショットを連続して露光
する全工程にわたって感光基板９や基板ホルダ１０の温
度を一定に保ち、感光基板９の熱変形を完全に抑制する
ことはできない。

【００４４】そこで、基板ステージ１１に冷却装置を付
設することで感光基板９の熱変形を抑制しつつ、抑制し
きれない変形分を前述した実施の形態と同様に、マスク
ステージ７の位置調整、基板ステージ１１のステップ量
調整、投影光学系８の倍率調整等によって補正し、重ね
合わせ精度を向上させてパターン露光を行う。

【００４５】この実施の形態においても、基板ホルダ１
０及び感光基板９の変形量と照射量との関係は、基板ホ
ルダ１０や感光基板９の形状、寸法、熱伝導率、熱容
量、光反射率、冷却装置の冷却効率、照射量等のパラメ
ータを与え、周知の熱解析の手法を用いて計算機シミュ
レーションで求めることができる。あるいは、図３と同
様の配置で、基板ホルダ１０及び感光基板９の変形量と
照射量との関係を実験的に求めることもできる。

【００４６】図５には、基板ステージ１１にのみ冷却装
置を設けた例を示したが、もちろんマスクステージ７に
プラテン２１Ａ〜２１Ｄを冷却する冷却装置を設けるこ
ともできる。その場合には、プラテン２１Ａ〜２１Ｄの
冷却を考慮に入れた計算機シミュレーションによって、
あるいはプラテン２１Ａ〜２１Ｄを冷却する冷却装置を
作動させた状態で実験を行い、照射量とマスク６の変形
量に関するデータを求める。

【００４７】こうして求めた照射量と感光基板９の変形
量に関するデータ、照射量とマスク６の変形量に関する
データは、記憶装置１９に記憶しておく。マスク６のパ
ターン露光に当たっては、照射量センサ２０で計測した
照明光学系からの照射量と記憶装置１９に記憶している
データに基づいて、前述のように各時点でマスク６の変
形量及び感光基板９の変形量を演算し、それをマスク６
の中心位置の変位、感光基板９上のショット領域の中心
の変位、倍率の変化に置き換える。そして、主制御系１
８によって、それらの変化を補正するようにマスクステ
ージ７の位置、基板ステージ１１のステップ量、及び結
像特性調整装置２３を制御することにより、重ね合わせ
精度を向上させてパターン露光を行うことができる。

【００４８】以上、マスク６と感光基板９のＸＹ平面内
での変形及びその補償の方法について説明してきた。し
かし、本発明によって補正できるのはＸＹ平面内での変
形に限られず、照明光学系による照射によるマスク６の
Ｚ方向（光軸方向）の変形（たわみ）の影響についても
補正することが可能である。

【００４９】マスク６のＺ方向の変形量は投影光学系８
のフォーカス精度に影響するため、主制御系１８はこの
マスク６のＺ方向の変形量を結像特性調整装置２３によ
り補正する。ここで、マスク６の自重によるＺ方向の変
形量をｔｇとし、マスク６の照射によるマスク６のＺ方
向の変形量をｔｅとすると、露光中のＺ方向の変形量ｔ
ｓは次の〔数３〕により求めることができる。

【００５０】

【数３】ｔｓ＝ｔｇ＋ｔｅ・ｋ３ ここで、ｋ３は露光時間に関する定数である。主制御系
１８は、〔数３〕により求めたＺ方向の変形量ｔｓに基
づいて、結像特性調整装置２３を制御して投影光学系８
のフォーカスを補正する。

【００５１】なお、マスク６の自重によるＺ方向の変形
量は、マスク６を保持するマスクステージ７と同じ構成
の装置（工具）を用意し、マスク６を保持した状態でマ
スク６の下面のたわみ量を干渉計又は静電容量センサに
より測定することで求めることができる。照射によるＺ
方向の変形量は、前述と同様な実験やシミュレーション
により求めればよい。

【００５２】

【発明の効果】本発明によると、照明光の照射によるマ
スクや感光基板の変形に起因する位置ずれ、倍率成分の
変化を予測し、その位置ずれ及び倍率成分の変化を補正
することで高精度の重ね合わせ露光を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光装置の概略図。

【図２】照明光学系による照射を受けて変形した基板ホ
ルダ及び感光基板の様子を模式的に表す基板ステージの
概略平面図。

【図３】基板ホルダ及び感光基板の変形量と照射量との
関係を実験的に求める方法の一例を説明する図。

【図４】照明光学系による照射を受けて変形したマスク
の様子を模式的に表すマスクステージの概略平面図であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の線ＡＡに沿った
側断面図。

【図５】本発明の他の実施の形態による露光装置の概略
図。

【符号の説明】

１…光源、２…楕円反射鏡、３…オプチカルインテグレ
ータ、４…反射ミラー、５…コンデンサレンズ、６…マ
スク、７…マスクステージ、８…投影光学系、９…感光
基板、１０…基板ホルダ、１１…基板ステージ、１２…
移動鏡、１３…レーザ干渉計、１４…駆動装置、１５…
移動鏡、１６…レーザ干渉計、１７…駆動装置、１８…
主制御系、１９…記憶装置、２０…照射量センサ、２１
Ａ〜２１Ｄ…プラテン、２３…結像特性調整装置、３１
Ｘ，３１Ｘ２，３１Ｙ１，３１Ｙ２…ミラー、３２Ｘ
１，３２Ｘ２，３２Ｙ１，３２Ｙ２…レーザ干渉計

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターンが形成されたマスクを照明する
   照明光学系と、 前記マスクのパターンの像を感光基板に投影する投影光
   学系とを備えた露光装置において、 前記マスクに対する照射量と前記マスクの変形量とに関
   するデータと、前記感光基板に対する照射量と前記感光
   基板の変形量とに関するデータとの少なくとも一方を記
   憶した記憶手段を備えることを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の露光装置において、 前記マスクはマスクステージに保持され、前記感光基板
   は基板ステージに保持されており、 前記記憶手段が記憶している前記データに基づいて、前
   記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一
   方の位置を調整する調整手段を備えることを特徴とする
   露光装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の露光装置におい
   て、 前記投影光学系の倍率を調整する倍率調整手段と、 前記記憶手段が記憶している前記データに基づいて、前
   記倍率調整手段を制御する制御手段とを備えることを特
   徴とする露光装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の露光装置において、 前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも
   一方を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする露光
   装置。