JPH10199782A - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JPH10199782A
JPH10199782A JP9016027A JP1602797A JPH10199782A JP H10199782 A JPH10199782 A JP H10199782A JP 9016027 A JP9016027 A JP 9016027A JP 1602797 A JP1602797 A JP 1602797A JP H10199782 A JPH10199782 A JP H10199782A
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exposure
magnification
lens
time
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Masami Yonekawa
雅見 米川
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Canon Inc
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    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591—Testing optical components
    • G03F7/706—Aberration measurement
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/70216—Mask projection systems
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置トータルの倍率補正のタイミングを適切
に求めることにより、様々なプロセスに対し、決め細や
かな倍率、ディストーション補正動作を可能とし、ひい
ては、精度の高い重ね合わせ、および、異なる機種との
Ｍｉｘ＆Ｍａｔｃｈが容易に実現できる投影露光装置お
よび方法を提供する。 【解決手段】 原板の原板露光倍率を支配するパラメー
タにより定めた基準露光条件下で露光した場合の原板の
露光時間−原板露光倍率変化曲線に関する基準データ
と、投影レンズの露光倍率を支配するパラメータにより
定めた基準露光条件下で露光した場合の投影レンズの露
光時間−レンズ露光倍率変化曲線に関する基準データと
を利用して露光倍率を補正する手段を具備することを特
徴とする投影露光装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等の
半導体素子を製造する際に、レチクル面上の電子回路パ
ターンを投影光学系を介して、ウエハ面上に順にステッ
プ＆リピートして投影露光する露光装置（いわゆるステ
ッパ）と、同様にしてウエハ面上に順にステップ＆スキ
ャンして投影露光する露光装置（いわゆるスキャナ）に
関し、特に、投影露光の際、露光光の熱による各種影響
（レチクル熱変形、各レンズエレメントの熱変形・屈折
率変化）をトータルでコントロールし、補正をかける機
能を有する半導体製造用の露光装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体集積回路
のパターンが微細化するのに伴い、投影露光装置には、
解像度、重ね合わせ精度、スループットの更なる向上が
求められている。現在、各ＬＳＩメーカーの量産ライン
ではスループットを向上させるために、クリティカル層
には高解像度のステッパを用い、非クリティカル層には
解像度は低いが画角の広い高スループットのステッパを
用いる傾向が強くなってきている。このように異なる機
種でのＭｉｘ＆Ｍａｔｃｈ方式のプロセスに対応するた
めには、特に重ね合わせ精度の向上が重要である。重ね
合わせ精度を向上させるためには、ウエハ内のショット
配列のシフト、倍率、回転成分を抑えることはもちろん
のこと、ショット内での倍率、ディストーション等の変
動も極力抑えなければならない。ショット内でのこれら
変動の要因の１つに、従来から投影レンズが露光光を吸
収することにより各レンズエレメントが熱変形し、内部
に屈折率変化が生ずるという現象が考えられてきた。
【０００３】しかし、最近、ショット内でのこれら倍
率、ディストーション等の変動は、投影レンズの露光光
吸収だけでは説明のつかない現象が生ずるようになって
きた。露光光による熱の影響は大きく次の３つに分けら
れる。
【０００４】第１に、前述の、投影レンズが露光光を吸
収することにより、熱変形、屈折率変化を生じ、結像性
能が変化するというものである。従来から、これに関し
ては、特定のレンズエレメント間に密閉空間を作り、そ
の空間の圧力を制御し補正する、あるいは、特定のレン
ズエレメントを光軸方向に動かすことにより補正する、
等の手段が用いられている。
【０００５】第２に、レチクルが露光光を吸収すること
により、熱変形が生じ、倍率成分が発生するという問題
である。これは、近年高スループット化の要請から照明
光用ランプの高輝度化が行われたり、光学系のフレアー
防止のためＣｒ面が３層化されたりなどの技術の進歩に
より、顕在化してきた。これに関しては、レチクルを強
制空冷することにより温度上昇を防ぐ方法や、あるいは
レチクルの熱変形量を計算、実測することにより求め、
これに基づいてレンズの倍率補正手段の補正量を演算
し、補正をかけるという方法が特開平４−１９２３１７
号公報に開示されている。
【０００６】第３に、ウエハが照射された露光光を吸収
することにより、熱膨張するという問題である。これ
は、ウエハに単位時間当たりに供給されるエネルギーが
大きい、高スループットタイプのステッパで特に顕著で
ある。これに関しては、実際、ウエハ上で発生する倍率
は隣接するショットの影響を強く受け、その発生する倍
率成分もショット位置でばらつくため、アクティブな補
正方法は考えにくい。従って、ウエハ上のショット位置
で吸収された熱が、ウエハチャックに素早く拡散するよ
うに、ウエハ、チャック間の熱伝導を良くするような方
法がとられていたり、あるいは、チャックが水冷機構を
持っていたりするようなスタティックな手段が提案され
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来技術は以下のように不十分な点があった。すなわ
ち、露光光の熱により発生するショット内の倍率、ディ
ストーション成分などの誤差は、上記要因、すなわち、
レチクル要因、投影レンズ要因、ウエハ要因が線形的に
足し合わされた形で生じていると考えられる。しかし、
その対策は３つ独立して行われており、ステッパのシス
テムとして、トータルの補正動作は考えられていない。
つまり、露光像面上で発生する倍率、ディストーション
は上記３つの要因を全て含んでおり、切り分けがされて
いないにも関わらず、発生した倍率は、全て投影レンズ
の露光光吸収が原因であるとして、補正がなされてい
る。従って、実際のプロセス条件によってはその補正動
作が、過補正になったり、補正不足になったりして、効
果的な補正動作が実現できない状態にある。
【０００８】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決し、装置トータルの倍率補正のタイミングを適切に求
めることにより、様々なプロセスに対し、きめ細やかな
倍率、ディストーション補正動作を可能とし、ひいて
は、精度の高い重ね合わせ、および、異なる機種とのＭ
ｉｘ＆Ｍａｔｃｈが容易に実現できる投影露光装置およ
び方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、原板上の回路パターンを照明光で照明
し、投影レンズを介し基板上に投影露光する際に、原板
の原板露光倍率を支配するパラメータにより定めた基準
露光条件下で露光した場合の原板の露光時間−原板露光
倍率変化曲線に関する基準データと、投影レンズの露光
倍率を支配するパラメータにより定めた基準露光条件下
で露光した場合の投影レンズの露光時間−レンズ露光倍
率変化曲線に関する基準データとを利用して露光倍率を
補正することを特徴とする。
【００１０】露光倍率の補正は、好ましくは原板の基準
データ、実際の露光条件、および基準露光条件に基づい
て、原板の実際の露光時間−原板露光倍率変化曲線に関
するデータを得、また、投影レンズの基準データ、実際
の露光条件、および基準露光条件に基づいて、投影レン
ズの実際の露光時間−レンズ露光倍率変化曲線に関する
データを得、得られた２つの露光倍率変化曲線に関する
データを足し合わせることにより、実際の露光時の原板
および投影レンズを要因とする露光時間−露光倍率変化
曲線に関するデータに基づいて行われる。ここで、実際
の露光時間−原板露光倍率変化曲線および実際の露光時
間−レンズ露光倍率変化曲線に関するデータは、具体的
には実際の露光条件と基準露光条件とを比較して、この
比較結果に基づき、各々の基準データを補正することに
より行われる。
【００１１】また、原板上の回路パターンに要求される
重合せ精度および最小線幅から求めることができる露光
倍率変動量の許容値を考慮しつつ、露光時間−露光倍率
変化曲線から、露光倍率の補正量と、その際の補正タイ
ミングを求めることにより行われ、この補正タイミング
において、倍率補正量に基づき、投影レンズの倍率およ
びディストーションの補正を行う。また、補正のタイミ
ングは、基板単位またはショット単位のタイミングで行
なわれる。
【００１２】さらに、原板を交換し、新たな原板を用い
て投影露光する場合、倍率補正は原板の露光終了時刻と
新原板の露光開始時刻との時間間隔であるプロセス露光
間隔が露光時間−レンズ露光倍率変化曲線における定常
状態に達するまでの露光時間よりも小さい場合、露光時
間−レンズ露光倍率変化曲線に関するデータとプロセス
露光間隔とから、新原板の露光開始時点での投影レンズ
倍率を得、これを考慮して新原板に対する露光時間−レ
ンズ露光倍率変化曲線に関するデータを得ることにより
行われる。この場合の倍率補正は新原板に対する露光時
間−レンズ露光倍率変化曲線と、露光時間−原板露光倍
率変化曲線とを足し合わせ、新たに新原板に対する露光
時間−露光倍率変化曲線を得て、これに基づいて行われ
る。
【００１３】次に、本発明の骨子となる部分の構成をよ
り詳細に説明する。上記構成からなる本発明は、露光シ
ョット内で発生する上記の倍率、ディストレーション変
動の成分をアクティブに補正するために、変動を発生さ
せる上記３つの要因の内、レチクル要因と投影レンズ要
因の２つにターゲットを絞り込む。
【００１４】まず、実験、シミュレーション等で、露光
により発生する倍率をレチクル要因による倍率変動曲線
ｆR と、投影レンズ要因の倍率変動曲線ｆL とに切り分
ける。露光倍率変動は非定常熱伝導のメカニズムによっ
て生ずる現象であるため２つの曲線ｆR およびｆL は、
非定常熱伝導方程式の解である誤差関数ｅｒｆ（ξ）に
比例するような曲線である。通常、観測するショット倍
率の変動は、こうして求められた関数ｆR 、ｆL および
ウエハ要因を含むそれ以外の要因によるｅｒｒの線形結
合、
【００１５】
【数１】 となっている。本発明では上式の内、レチクル要因と投
影レンズ要因の２つを対象としているため、次式で表せ
る倍率を補正する。
【００１６】
【数２】 ここで、関数ａ、ｂは各要因ごとのパラメータｘ１、ｘ
２、・・・、ｙ１、ｙ２、・・・の関数になっている。
例えば、レチクル要因のパラメータとしては、パターン
存在率、レチクル面照度等がｘ１、ｘ２、・・・にあた
る。プロセスにより、露光条件やレチクル条件が変わる
と、係数ａまたはｂの値が変わり、特定の要因が露光倍
率βRLに大きな影響を与えたり、あまり影響を与えなか
ったりすることを表現している。実際の補正の際は、決
定されたβRLのプロファイルに基づいて、所望の線幅、
アライメント精度から求められる倍率変動許容値から、
倍率補正量と補正タイミングを計算する。そして、この
倍率変動をキャンセルするように、公知の倍率補正手
段、例えばレンズ駆動手段を利用して、オープンループ
で補正する。
【００１７】
【作用】このような手段を用いることにより、ショット
内の倍率、ディストーション変動を各露光プロセス、各
パラメータ毎にきめ細かく予測できるため、より精度の
高い補正が可能となり、精度の高い重ね合わせ、およ
び、異なる機種とのミックスアンドマッチ（Ｍｉｘ＆Ｍ
ａｔｃｈ）が容易に実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）以下、本発明の第１の実施形態について
図面を用いて説明する。
【００１９】先ず、本形態の主要部について説明する前
に、本発明が適用される投影露光装置（ステッパ）につ
いて、その構成を図３を用いて簡単に説明する。
【００２０】この図において、３１は照明系、３０は回
路パターンが形成されているレチクルであり、３２は不
図示のレチクルステージを搭載している基板である。そ
して、レチクル３０はレチクルステージ基板３２を基準
にして位置決めされている。その位置決めの計測値は、
装置全体のコントロールを司るコンソールユニット４３
にストアされる。
【００２１】３６はレチクル３０のパターン像をウエハ
３８に投影する投影レンズであり、３５は周知の気圧、
露光による投影レンズの結像性能変化を補正するための
レンズ駆動ユニットである。３４はオフアクシスでＴＴ
Ｌ（Through The Lens）方式によりウエハアライメント
計測するためのプローブ光を折り曲げるためのミラーで
あり、３３はその計測系である。
【００２２】４４、３７は周知のフォーカス、ウエハチ
ルト検出器で、ウエハ３８の表面に光ビームを照射し
（４４）、その反射光を光電検出する事により（３
７）、投影レンズ３６の合焦位置とウエハ３８の傾きを
検出する。
【００２３】３９はウエハ３８をバキュームチャックす
るウエハチャック、４０はｘ、ｙおよびθ方向に粗、微
動可能なウエハステージであり、その位置は干渉計ミラ
ー４１、干渉計４２によって常にモニターされている。
これら主要ユニットを含め、露光装置全体のコントロー
ルはコンソールユニット４３が司っている。以上が本発
明が適用される投影露光装置の概要である。
【００２４】次に、本発明の原理について説明する。前
述したように、本発明では、ショット内で発生する倍率
変動を、レチクル要因とレンズ要因というアクティブに
補正可能な要因に分離して、各要因の露光倍率曲線を求
めることが重要なポイントになる。
【００２５】まず最初に、レチクル３０の露光倍率変動
曲線について考える。レチクル３０の母材は石英硝子で
あり線膨張係数も０．５ｐｐｍと低いため、Ｃｒパター
ンの存在率（面積率）が低い場合は、レチクル３０の熱
膨張はほとんど問題にならない。しかし、Ｃｒパターン
の存在率（面積率）が高い場合は、パターンが吸収する
露光エネルギーも多くなる事により、熱伝導のプロセス
により石英硝子も温度が上昇し、熱膨張してしまう。
【００２６】このように露光が開始されてからしばらく
時間を経た状態のレチクルを図４に示す。図４におい
て、５１、５０はそれぞれ、熱変形前と後のレチクルの
形状である。回路パターンの存在率がレチクル面上でほ
ぼ均一な場合は、同図のように露光光の吸収による温度
分布は、ほぼ同心円状になり、それに伴う熱変形は上下
左右対称になる。このレチクル３０の温度上昇のプロセ
スは、通常の非定常熱伝導の過程をたどる。そして、そ
のカーブは方程式の解である誤差関数ｅｒｆ（ξ）に比
例したものになる。それに準じて、レチクル３０の各ポ
イントでの熱変形量も誤差関数ｅｒｆ（ξ）に比例し、
最終的にレチクル露光倍率の変動曲線βRは図６のよう
になる。
【００２７】図６において、縦軸は露光像面で投影パタ
ーンがシュリンクされる方向を負の倍率変動量と考えて
いる。レチクル熱変形においては回路パターンが規定よ
りも大きく焼かれる方向の倍率変動なので、その変動曲
線βR は正の方向をとる。τ＝０で露光が開始される
と、ある時刻τ＝τR でレチクル露光倍率は定常状態に
達し、τ＝τe で露光をとり止めると０＜τ＜τR の区
間と逆のカーブをたどり冷却され、再び露光が開始され
るまで同じ倍率を維持する。時定数τR は材料の温度伝
導率α（＝ｋ／ρｃ、ｋ：熱伝導率、ρ：密度、ｃ：比
熱）の関数なので、露光条件が変わりレチクル３０で吸
収されるエネルギーが増減してもτR は一定である。
【００２８】同様にして、投影レンズ３６について考え
る。露光動作が開始されてからしばらく時間を経た状態
の１枚のレンズエレメントの断面図を図５に示す。５
３、５２はそれぞれ、熱変形前と後のレンズ形状であ
る。レンズ５２は光軸を中心として、光軸回りに同心円
状に温度が上昇し、それに伴う変形も回転対称な変形を
する。レンズ３６の倍率変動は、面形状変化と屈折率変
化の２つの要因によって引き起こされるが、そのメカニ
ズムは、レチクル３０の場合と同様に非定常熱伝導なの
で、レンズ露光倍率の変動曲線βL は図７のようにな
る。同図では投影レンズ３６が露光光を吸収することに
より、露光像面上で投影パターンがシュリンクされる方
向の倍率変動が生ずるとしている。投影レンズ３６の時
定数τL とレチクル３０の時定数τR について、τL ≒
τR であるがこれは投影レンズ３６とレチクル３０の材
料の温度伝導率αがほぼ等しいためである。
【００２９】実際の露光倍率は、レチクル３０による露
光倍率βR と投影レンズ３６による露光倍率βL が線形
的に足し合わされて観測される。この足し合わされた倍
率変動曲線βRLを図８に示す。従って、レチクル３０の
Ｃｒパターンの開口率が極めて小さいコンタクトホール
のプロセスのような場合は、レチクル３０に吸収される
エネルギーは大きいものの、投影レンズ３６に入射する
エネルギーは小さいため、レチクル要因が露光倍率を支
配する。逆に、レチクル開口率が大きいＡ１配線プロセ
スのような場合は照明エネルギーはレチクル３０に吸収
されるよりも、投影レンズ３６に入射する方が大きいた
めレンズ要因が露光倍率を支配する。本実形態では、ト
ータルの露光倍率βRLが負の方向に変動する、すなわ
ち、レンズ露光倍率βL がレチクル露光倍率βR よりも
トータルの露光倍率βRLに大きな影響を与える場合を示
している。従って、あらかじめ、レチクル３０とレンズ
３６の倍率変動曲線βR 、βL を、実験、シミュレーシ
ョン等によって定めておくことにより、プロセスによっ
て、露光条件であるレチクル条件が変わっても、パラメ
ータ計算をするだけで倍率変動曲線を予測できることに
なる。実際の補正動作はこの倍率曲線βRLをキャンセル
するように、投影レンズ３６に設けられたレンズ駆動手
段３５により特定のレンズを光軸方向に駆動し、倍率を
補正する。
【００３０】次に、本発明で重要な各露光倍率曲線の求
め方について説明する。ここで、倍率が定常の状態にな
った時の値と、その値に達するまでの時間、つまり時定
数が重要となる。まず、レチクル露光倍率を支配する主
なパラメータとして考えられるものを表１に示す。
【００３１】
【表１】 これらのパラメータから、任意のプロセス条件での、レ
チクル３０の単位時間当たりの吸収エネルギーＱR が以
下の式で見積もることができる。
【００３２】
【数３】 これから吸収エネルギーＱR は各パラメータに比例し、
従って、レチクル３０の熱変形量、倍率変化もこれらパ
ラメータに比例することが容易に理解できる。実際にレ
チクル露光倍率基準曲線ｆR を求めるには、以下のよう
な手順を踏む。レチクル以外の要因を排除し、レチクル
要因を際だたせるため、Ｃｒパターン存在率が例えば９
０％程度のテストレチクルを用いる。その他のパラメー
タに関しては、標準的な値を用い、これらを基準値ｘ１
ｃ、ｘ２ｃ・・・とする。こうして露光動作を断続的に
行い、実際に焼かれたウエハ３８のバーニアを計測し、
倍率成分を抽出すると、図６に６１で示されるレチクル
露光倍率曲線ｆR が与えられる。ここで倍率が一定値に
なるまでの時間、つまり時定数はτR であり、そのとき
の倍率はβR0である。
【００３３】次に、実際のレチクル露光倍率曲線を求め
る。まず、上記の基準パラメータから、レチクル３０の
単位時間あたりの吸収エネルギー、
【００３４】
【数４】 を計算する。従って、任意のプロセス条件では、レチク
ル露光係数ａ（＝ＱR ／ＱRC）を導入すると、先程求め
たｆR を用いて、レチクル露光倍率βR は次式で表現で
きる。
【００３５】
【数５】 これにより、プロセスによってレチクル要因の各パラメ
ータが変化しても、係数ａを計算するだけで、レチクル
露光倍率曲線βR が予測できるようになる。図６で６０
および６２は各パラメータが変化した場合の曲線βR を
示している。
【００３６】同様にしてレンズ露光倍率を考える。ま
ず、レンズ露光倍率を支配する主なパラメータとして考
えられるものを表２に示す。
【００３７】
【表２】 これらのパラメータから、任意のプロセス条件での、レ
ンズ３６の単位時間あたりの入射エネルギーＱL が以下
の式で見積もることができる。
【００３８】
【数６】 これから入射エネルギーＱL は各パラメータに比例し、
従って、レンズ３６の露光倍率もこれらパラメータに比
例することが容易に理解できる。
【００３９】実際にレンズ露光倍率基準曲線ｆL を求め
るには、以下のような手順を踏む。投影レンズ以外の要
因を排除し、レンズ要因を際立たせるため、ＣR パター
ン透過率が例えば９０％程度のテストレチクルを用い、
ウエハチャック３９は低熱膨張材のものを用いる。その
他のパラメータに関しては、標準的な値を用い、これら
を基準値ｙ１ｃ、ｙ２ｃ・・・とする。こうして露光動
作を断続的に行い、実際に焼かれたウエハ３８のバーニ
アを計測し、倍率成分を抽出すると、図７の符号６４で
示されるレンズ露光倍率基準曲線ｆL が得られる。ここ
で倍率が一定値になるまでの時間、つまり時定数はτL
であり、その時の倍率はβLOである。
【００４０】次に、実際のレンズ露光倍率曲線を求め
る。まず、上記の基準パラメータからレンズ３６への単
位時間あたりの入射エネルギー、
【００４１】
【数７】 を計算する。従って、任意のプロセス条件では、レンズ
露光係数ｂ（＝ＱL ／ＱLC）を導入すると、レンズ露光
倍率βL は次式で表現できる。
【００４２】
【数８】 これにより、プロセスによってレンズ要因の各パラメー
タが変化しても、係数ｂを計算するだけで、レンズ露光
倍率曲線βL が予測できるようになる。同図で６３およ
び６５は各パラメータが変化した場合の曲線βL を示し
ている。
【００４３】以上のように、露光倍率をレチクル要因と
投影レンズ要因に分離し、その変動曲線βR 、βL を求
めた。実際の補正対称となるトータルの露光倍率は、こ
れら露光倍率の和で表されたもので、これを式で表すと
以下のようになる。
【００４４】
【数９】 これが実際の露光の際、倍率補正動作に必須となるトー
タルの露光倍率曲線βRLである。
【００４５】次に、本形態の露光倍率補正動作をふくめ
た露光シーケンスについて、図１および２を用いて説明
する。
【００４６】露光シーケンスが開始されると（ステップ
１０）、図２に示される倍率補正量βRL、補正動作タイ
ミングτβｉの設定サブルーチンに入る（ステップ１
１）。
【００４７】このサブルーチンで倍率補正量βRL、補正
動作タイミングτβｉの設定が開始されると（ステップ
８０）、まず前述のように、あらかじめ実験およびシミ
ュレーションで求めておいた基準となるレチクル倍率曲
線ｆR およびレンズ倍率曲線ｆL と、その際の基準のレ
チクル吸収エネルギーＱRCおよびレンズ入射エネルギー
ＱLCが記憶装置から主記憶に読み込まれる（ステップ８
１）。次に、これから実行しようとするプロセスに特有
のパラメータ、すなわちレチクル面照度やＣｒパターン
存在率等のパラメータｘ１、ｘ２、・・・、ｙ１、ｙ
２、・・・を主記憶に読み込む（ステップ８２）。これ
ら読み込まれたパラメータからレチクル吸収エネルギー
ＱR とレンズ入射エネルギーＱL を演算装置により前述
のように演算し、すでに読み込まれているＱRCとＱLCで
除することにより、このプロセスの露光倍率係数ａ、ｂ
を算出する（ステップ８３）。ステップ８１で読み込ん
だｆR 、ｆL とステップ８３で算出されたａ、ｂによ
り、システムトータルの露光倍率変動曲線βRLが算出さ
れ、図８のような曲線が得られる（ステップ８４）。次
に補正動作タイミングτβiを設定するステップに移る
（ステップ８５）。
【００４８】このステップ８５では、まず、本露光プロ
セスで要求される最小線幅やアライメント精度等から１
回の補正で必要な倍率補正量ΔβRLを求める。図９に、
図８のトータル露光倍率βRLが定常に達する間での区間
を拡大した。同図の様にβRLのプロファイル６７と、Δ
βRLの値から、定常に達する間での補正タイミングτβ
iを定める。従って、当然のことながら、露光倍率曲線
βRLが同一でも、対称とする線幅、アライメント精度が
変われば、ΔβRLも変わり、それと同時に補正タイミン
グτβｉも変わってくる。また、露光開始直後と、定常
に達する直前では、プロファイル６７の傾きが異なるた
め、補正のタイミング間隔も変わる。これらの設定ステ
ップが終了すると、本サブルーチンが終了し、再びメイ
ンのシーケンスに移る（ステップ８６）。
【００４９】メインのシーケンスでは、次にレチクル３
０がレチクルステージにロードされ、レチクル３０が所
定の位置にアライメントされる。次に一枚目の露光動作
に先立って、倍率補正動作を計数するタイミングカウン
ターτC がスタートする（ステップ１３）。次に１枚目
のウエハ３８がウエハステージにロードされ、アライメ
ントされ（ステップ１４）、露光が開始される（ステッ
プ１５）。１枚目の露光が終了すると、ウエハ３８が回
収され（ステップ１６）、ステップ１７に移る。この段
階では、まだタイミングカウンターτC が露光倍率補正
タイミングτβｉに達していないので、そのままステッ
プ１９に進む。そして、ステップ１９で全ウエハの露光
が完了していなければ、再びステップ１４に戻り２枚目
がウエハステージにロードされ、アライメントされ、露
光動作が開始される。これらのステップが繰り返される
と、次第にレチクル３０、および投影レンズ３６が露光
光を吸収し倍率が変動してくる。何枚目かのウエハ３８
の処理が終了し、タイミングカウンターτC が補正タイ
ミングτβｉに達すると、倍率補正動作のシーケンスに
移る（ステップ１８）。倍率補正動作のステップでは、
投影レンズ３６の各レンズエレメントの内で、投影倍率
をコントロールできる特定のレンズを、駆動手段により
光軸方向に動かす、という公知の倍率補正手段を用い
る。レンズ駆動の目標値は、ステップ１１で設定した露
光倍率補正量ΔβRLに対応するレンズ駆動量である。こ
のように、倍率補正動作が終了すると再びメインのシー
ケンスに移り、露光動作が再開される。以後、露光動作
が繰り返され、タイミングカウンターτC が補正タイミ
ングτβｉに一致する度に倍率補正シーケンス（ステッ
プ１８）に移り、補正が繰り返される。露光倍率が定常
に達すると、以後補正動作が行われなくなり、その時点
での倍率が維持されつつ、露光が繰り返される。そして
全ウエハが終了すると、メインの露光シーケンスが終了
する（ステップ２０）。
【００５０】（実施形態２）次に、本発明の第２の実施
形態を説明する。本形態は、倍率補正タイミングをショ
ット単位で行うことのできる機能を設けたことを特徴と
している。本実施形態の説明に当たり、投影レンズ３６
の倍率変動曲線が正の方向に変動する、すなわち、露光
が繰り返されると露光像面でレチクル３０の回路パター
ンの投影像が拡大される特性を持つ投影レンズを例にと
って考える。
【００５１】実施形態１と同様に、露光に先立ち、あら
かじめ、実験およびシミュレーションにより、基準とな
る露光条件において、レチクル要因と投影レンズ要因の
倍率変動基準曲線ｆR 、ｆL を求める。次に、実際の露
光条件からレチクル露光係数ａ、レンズ露光係数ｂを求
め、各要因ごとの倍率変動βR 、βL を予想する。これ
を表したものを図１０および図１１に示す。実施形態１
ではレチクル露光倍率βR とレンズ露光倍率βL が、そ
れぞれ正、負に変動するため、トータルの露光倍率βRL
は、互いの要因でキャンセルし、比較的倍率変動量は小
さくて済んだ。それ故、倍率補正の回数も少なかった。
しかし、本形態による投影レンズ３６には、上記のよう
に倍率変動曲線βL が正の方向に変動する特性を持って
いるため、トータルの露光倍率βRLは互いの要因が足し
合わされ、図１２のように倍率変動量が大きくなる。こ
のような場合、トータルの露光倍率βRLが定常に達する
までの倍率補正動作も頻繁に必要になる。特に、今後、
ウエハサイズの主流が８インチから１２インチに拡大さ
れると、ウエハ１枚あたりのショット数も増えることが
予想される。また、許容される線幅の変動量やアライメ
ント精度誤差もより一層厳しい値が要求されてくること
は必至である。これらのことを考え合わせると、ウエハ
単位の補正タイミングでは間に合わず、ショット単位の
補正タイミングが必要になる。
【００５２】そこで本形態では、図１３のように補正タ
イミングをショット単位で行うシーケンスを考える。同
図において、ステップ９０〜９４は実施形態１と全く同
じシーケンスをたどる。ステップ９５で露光動作が開始
されるが、本形態では、１ショットの露光が終わる度
に、ステップ９６の、タイミングカウンターτC がステ
ップ９１で設定された補正動作タイミングτβｉに達し
ているかどうかを判別する。露光が始まった直後では、
τC ≠τβｉであるため、ステップ９８に移り、次のシ
ョットの露光動作に移る（ステップ９５）。以上の処理
が繰り返され、ウエハ１枚の露光が完了すると、ウエハ
が回収され（ステップ９９）、ステップ１００で全ウエ
ハの露光が完了していなければステップ９４に戻り、次
のウエハがウエハステージにロード、アライメントされ
る（ステップ９４）。そして、露光動作が再び開始され
る（ステップ９５）。これらのステップが繰り返される
と、次第にトータルの露光倍率が変動してくる。ｉ枚目
のウエハのｊ番目のショットの露光が終了した時点で、
タイミングカウンターτC が補正動作タイミングτβｉ
に達したと判断されると、ステップ９７のトータル露光
倍率βRLの補正動作ステップに移る。このステップで
は、実施形態１と同様に、ステップ９１で設定された倍
率補正量ΔβRLに基づき、公知の倍率補正手段３５を用
いて、これを補正する。補正動作が終了すると、再びメ
インのシーケンスに戻り、ｉ番目のウエハのｊ＋１番目
のショットから露光動作が開始される。以上、倍率変動
βRLが定常に達するまで、補正動作タイミングτβｉに
従い倍率補正が行われ、定常に達した以後はその時点で
の補正値を保持する。そして、露光が繰り返され、全ウ
エハの処理が終了すると（ステップ１００）、メインの
シーケンスが終了する。
【００５３】このように、トータルの露光倍率βRLの補
正動作をショット単位で行う機能を設けることにより、
倍率変動量が大きい場合でも、１枚のウエハを処理して
いる途中で補正動作がかけられ、大きな倍率変動に十分
追従できるシステムを構築できる。
【００５４】（実施形態３）次に、本発明の第３の実施
形態を説明する。実施形態１および２はいずれも、レチ
クルおよびレンズに対し何の露光負荷もかかっていない
状態から、露光を開始した場合の露光倍率変動の補正方
法を説明したものである。しかし、実際のプロセスで
は、装置が常に熱的に静寂な状態から露光を開始すると
は限らず、レチクル交換等により、前プロセスの影響を
受けてしまう場合も考えられる。本形態では、露光プロ
セスの途中でレチクル交換を行う場合、前プロセスの露
光覆歴を考慮して、本発明を適用することを特徴として
いる。
【００５５】プロセスの途中でレチクル交換を行う場合
の各倍率変動を予測すると、図１４、１５および１６の
ようになる。これらの図で１１０、１１１および１１２
はそれぞれレチクル露光倍率、レンズ露光倍率およびト
ータル露光倍率プロファイルを示している。なお、本形
態では、実施形態１の投影レンズと同様に、露光が繰り
返されると所定の投影像よりも縮小される特性を持つ投
影レンズを例にとって考える。
【００５６】まず時刻τ＝０で第１枚目のレチクルに対
し露光を開始すると、レチクル露光倍率βR と露光倍率
βL はτ＝τR，τ＝τLで定常に達し、倍率はβR2 、
βL2となる。そして、トータル露光倍率はτRLで定常に
達し、倍率はβRL2 となる。τ＝τe で露光を取りや
め、第１枚目のレチクルが搬出されると、レチクル露光
倍率βR は０になり、レンズ露光倍率βL は硝材が冷や
されるにつれ０に漸近し、それに伴いトータル露光倍率
βRLも０に漸近していく。この間、第２枚目のレチクル
がレチクルステージで搬入され、アライメントされる。
そして再び、τ＝τS で露光を再開すると再び各倍率が
変動してくる。ここで注意する必要があるのは、レンズ
露光倍率βL に関し、露光終了から再開までの時間がレ
ンズ露光倍率βL の時定数τL よりも短い場合、露光再
開時のレンズ露光倍率βL は前プロセスの露光覆歴に影
響するという点である。つまり、露光再開時で既にレン
ズ露光倍率は発生しているため、実施形態１および２と
は倍率補正間隔が異なったり、定常に達するまでの時間
が短いということである。よって、露光再開に当たって
は、前プロセスで予想されたプロファイルβL と、露光
終了から再開までの時間間隔（τS −τe ）を用いて、
その時点でのレンズ露光倍率βLSを算出する。つまり、
露光再開時のトータル露光倍率βRLS は、レンズ露光倍
率βLSと同じになる。このようにして、τ＝τS で、β
R ＝０、βL ＝βLSの倍率で露光が開始されると、レチ
クル露光倍率およびレンズ露光倍率は、それぞれτ＝τ
S ＋τR、τS ＋τ, Lで定常に達し、倍率はβR3、βL3
となる。そしてトータルの露光倍率もτS ＋τ, RL で定
常に達し、倍率はβRL3 となる。以上のように、プロセ
スの途中でレチクル交換が生ずるときは、露光再開時の
レンズ露光倍率の算出が重要になる。
【００５７】次に、本形態の露光シーケンスを図１７で
説明する。まず、ステップ１２０で露光シーケンスが開
始される。次に、ステップ１２１で、前プロセスの終了
時刻から現在の時刻間での時間間隔、プロセス露光間隔
Δτint を求める。これが前プロセスで用いたレンズ露
光倍率βL の時定数τL よりも十分に時間がたっている
場合は、投影レンズ３５は熱的に平衡状態に達してお
り、レンズ露光倍率βL は発生していない。従って、ス
テップ１２２のパラメータ設定のシーケンスは、実施形
態１または２と全く同様になり図２により示される。す
なわち、新たなプロセスで必要になる露光条件から、レ
チクル露光係数ａ、レンズ露光係数ｂを求め、各要因毎
の倍率変動βR 、βL とトータル露光倍率βRLを予想す
る。そして、本露光プロセスで要求される最小線幅、ア
ライメント精度、等から１回の補正で必要な倍率補正量
ΔβRLを求め、それに応じた補正タイミングτβｉを定
める。そしてステップ１２４〜１３１に従い、これら２
つの量（βRLおよびτβｉ）を用いて、トータルの露光
倍率が定常に達するまで投影レンズの倍率補正機能３５
により倍率変動を補正する。このステップ１２４〜１３
１は、実施形態１のステップ１２〜１９と同様のもので
ある。
【００５８】逆に、ステップ１２２でプロセス露光間隔
Δτint が、前プロセスで用いたレンズ露光倍率βR の
時定数τR と比較して小さい場合、投影レンズ３５の温
度が十分下がっていないことにより、レンズ露光倍率β
L は前プロセスの影響がまだ残っており、実施形態１お
よび２とは異なる方法でトータル露光倍率の予測が必要
になる。ステップ１２３では、このことに鑑み、前プロ
セスで予想されたプロファイルβL と、プロセス露光間
隔Δτint から現時点でのレンズ露光倍率βLSを算出す
る。次に、新たなプロセスで必要になる露光条件から、
レチクル露光係数ａを定め、レチクル露光倍率βR を予
測する。また、レンズに関しては、レンズ露光係数ｂを
定め、算出されたβLSをを用いてレンズ露光倍率βL を
予測する。そしてこれらの露光倍率プロファイルからト
ータル露光倍率βRLを予想する。次に、本露光プロセス
で要求される最小線幅やアライメント精度等から１回の
補正で必要な倍率補正量Δβ’RLを求め、それに応じた
補正タイミングτ’βｉを定める。ステップ１２３の設
定作業が終了した後、ステップ１２４〜１３１に従い、
トータルの露光倍率が定常に達するまで投影レンズ３６
の倍率補正機能３５により倍率変動を補正する。倍率変
動βRLが定常に達するまで、補正動作タイミングτβｉ
に従い、倍率補正が行われ、定常に達した以後はその時
点での補正値を保持する。そして、露光が繰り返され、
全ウエハの処理が終了すると（ステップ１３１）、メイ
ンのシーケンスが終了する（ステップ１３２）。
【００５９】このように、本実施形態では露光に際し、
前プロセス終了から十分な時間を経て露光を再開する場
合と、十分な時間が経過しておらず、前プロセスの露光
覆歴が残っている場合とで、場合分けをする機能を設け
た。このことにより、装置が熱的に静寂な状態から露光
を開始する場合に限らず、レチクル交換が頻繁に行われ
る際も、的確な露光倍率補正を可能にする。
【００６０】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
露光光による倍率変動をレチクル要因と投影レンズ要因
に分離し、各々のパラメータから各々の倍率変動曲線を
求め、実際のトータルの倍率変動を予測する手段を設け
た。このことにより、装置トータルの倍率補正のタイミ
ングを適切に求めることができるようになり、様々なプ
ロセスに対し、きめ細やかな倍率、ディストーション補
正動作が可能になった。従って、本発明を用いることに
より、精度の高い重ね合わせ、および、異なる機種との
Ｍｉｘ＆Ｍａｔｃｈが容易に実現できるようになる。ま
た、本発明は、シーケンスの改良追加を必要とするだけ
で実現可能なため、実施は、いたって容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係るメインの露光
シーケンスを示すフローチャート。
【図２】 図１の露光シーケンスにおける倍率補正量、
補正動作タイミング設定のサブシーケンスを示すフロー
チャート。
【図３】 本発明が適用される装置の概要図。
【図４】 熱変形したレチクルの模式的上面図。
【図５】 熱変形したレンズの模式的側面図。
【図６】 レチクル露光倍率曲線を示すグラフ。
【図７】 レンズ露光倍率曲線を示すグラフ。
【図８】 トータルの露光倍率曲線を示すグラフ。
【図９】 図８の倍率非定常部分の拡大図。
【図１０】 第２の実施形態に係るレチクル露光倍率曲
線を示すグラフ。
【図１１】 第２の実施形態に係るのレンズ露光倍率曲
線を示すグラフ。
【図１２】 第２の実施形態に係るトータルの露光倍率
曲線を示すグラフ。
【図１３】 第２の実施形態に係るメインの露光シーケ
ンスを示すフローチャート。
【図１４】 第３の実施形態に係るレチクル露光倍率曲
線を示すグラフ。
【図１５】 第３の実施形態に係るレンズ露光倍率曲線
を示すグラフ。
【図１６】 第３の実施形態に係るトータルの露光倍率
曲線を示すグラフ。
【図１７】 第３の実施形態に係るメインの露光シーケ
ンスを示すフローチャート。
【符号の説明】
３０：レチクル、３１：照明系、３２：レチクルステー
ジ基板、３３：ウエハアライメント計測手段、３４：ウ
エハアライメント計測用ミラー、３５：投影レンズの倍
率補正機能、３６：投影レンズ、３７および４４：フォ
ーカス、ウエハチルト検出器、３８：ウエハ、３９：ウ
エハチャック、４０：ウエハステージ、４１：干渉計ミ
ラー、４２：干渉計、４３：コンソール、５０：熱変形
後のレチクル、５１：熱変形前のレチクル、５２：熱変
形後のレンズ、５３：熱変形前のレンズ。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原板上の回路パターンを照明光で照明
    し、投影レンズを介し基板上に投影露光する投影露光装
    置において、 前記原板の原板露光倍率を支配するパラメータにより定
    めた基準露光条件下で露光した場合の前記原板の露光時
    間−原板露光倍率変化曲線に関する基準データと、前記
    投影レンズの露光倍率を支配するパラメータにより定め
    た基準露光条件下で露光した場合の前記投影レンズの露
    光時間−レンズ露光倍率変化曲線に関する基準データと
    を利用して露光倍率を補正する手段を具備することを特
    徴とする投影露光装置。
  2. 【請求項２】 前記露光倍率補正手段は、前記原板の基
    準データ、実際の露光条件、および前記基準露光条件に
    基づいて、前記原板の実際の露光時間−原板露光倍率変
    化曲線に関するデータを得、 また、前記投影レンズの基準データ、実際の露光条件、
    および前記基準露光条件に基づいて、前記投影レンズの
    実際の露光時間−レンズ露光倍率変化曲線に関するデー
    タを得、 得られた前記２つの露光倍率変化曲線に関するデータを
    足し合わせることにより、実際の露光時の前記原板およ
    び投影レンズを要因とする露光時間−露光倍率変化曲線
    に関するデータを得、これに基づいて倍率を補正するも
    のであることを特徴とする請求項１記載の投影露光装
    置。
  3. 【請求項３】 前記倍率補正手段は、前記原板上の回路
    パターンに要求される重合せ精度および最小線幅から求
    めることができる露光倍率変動量の許容値を考慮しつ
    つ、前記露光時間−露光倍率変化曲線に関するデータか
    ら、露光倍率の補正量と、その際の補正タイミングを求
    めて露光倍率を補正するものであることを特徴とする請
    求項２記載の露光装置。
  4. 【請求項４】 前記倍率補正手段は、前記補正タイミン
    グにおいて、前記倍率補正量に基づき、前記投影レンズ
    の倍率およびディストーションの補正を行うものである
    ことを特徴とする請求項３記載の投影露光装置。
  5. 【請求項５】 前記倍率補正手段は、基板単位またはシ
    ョット単位のタイミングで露光倍率の補正を行うことを
    特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
  6. 【請求項６】 前記原板を交換し、新たな原板を用いて
    投影露光する場合、前記倍率補正手段は前記原板の露光
    終了時刻と前記新原板の露光開始時刻との時間間隔であ
    るプロセス露光間隔が前記露光時間−レンズ露光倍率変
    化曲線における定常状態に達するまでの露光時間よりも
    小さい場合、前記露光時間−レンズ露光倍率変化曲線に
    関するデータと前記プロセス露光間隔とから、前記新原
    板の露光開始時点での投影レンズ倍率を得、これを考慮
    して前記新原板に対する露光時間−レンズ露光倍率変化
    曲線に関するデータを得ることを特徴とする請求項１〜
    ５のいずれかに記載の投影露光装置。
  7. 【請求項７】 前記補正手段は、前記新原板に対する露
    光時間−レンズ露光倍率変化曲線と、露光時間−原板露
    光倍率変化曲線とを足し合わせ、新たに前記新原板に対
    する露光時間−露光倍率変化曲線を得ることを特徴とす
    る請求項６記載の露光装置。
  8. 【請求項８】 原板上の回路パターンを照明し、投影レ
    ンズを介して基板上に投影露光する投影露光方法におい
    て、 前記原板の原板露光倍率を支配するパラメータにより定
    めた基準露光条件下で露光した場合の前記原板の露光時
    間−原板露光倍率変化曲線に関する基準データと、前記
    投影レンズの露光倍率を支配するパラメータにより定め
    た基準露光条件下で露光した場合の前記投影レンズの露
    光時間−レンズ露光倍率変化曲線に関する基準データと
    を利用して露光倍率を補正する工程を具備することを特
    徴とする投影露光方法。
  9. 【請求項９】 前記露光倍率補正工程は、前記原板の基
    準データ、実際の露光条件、および前記基準露光条件に
    基づいて、前記原板の実際の露光時間−原板露光倍率変
    化曲線に関するデータを得る工程、 前記投影レンズの基準データ、実際の露光条件、および
    前記基準露光条件に基づいて、前記投影レンズの実際の
    露光時間−レンズ露光倍率変化曲線に関するデータを得
    る工程、 および、得られた前記２つの露光倍率変化曲線に関する
    データを足し合わせることにより、実際の露光時の前記
    原板および投影レンズを要因とする露光時間−露光倍率
    変化曲線に関するデータを得、これに基づいて倍率を補
    正する工程を有することを特徴とする請求項８記載の投
    影露光方法。
  10. 【請求項１０】 前記倍率補正工程は、前記原板上の回
    路パターンに要求される重合せ精度および最小線幅から
    求めることができる露光倍率変動量の許容値を考慮しつ
    つ、前記露光時間−露光倍率変化曲線に関するデータか
    ら、露光倍率の補正量と、その際の補正タイミングを求
    めて露光倍率を補正するものであることを特徴とする請
    求項９記載の露光方法。
  11. 【請求項１１】 前記倍率補正工程は、前記補正タイミ
    ングにおいて、前記倍率補正量に基づき、前記投影レン
    ズの倍率およびディストーションの補正を行うものであ
    ることを特徴とする請求項１０記載の投影露光方法。
  12. 【請求項１２】 前記倍率補正工程は、基板単位または
    ショット単位のタイミングで露光倍率の補正を行うこと
    を特徴とする請求項８記載の投影露光方法。
  13. 【請求項１３】 前記原板を交換し、新たな原板を用い
    て投影露光する場合、前記倍率補正工程は前記原板の露
    光終了時刻と前記新原板の露光開始時刻との時間間隔で
    あるプロセス露光間隔が前記露光時間−レンズ露光倍率
    変化曲線における定常状態に達するまでの露光時間より
    も小さい場合、前記露光時間−レンズ露光倍率変化曲線
    に関するデータと前記プロセス露光間隔とから、前記新
    原板の露光開始時点での投影レンズ倍率を得、これを考
    慮して前記新原板に対する前記露光時間−レンズ露光倍
    率変化曲線に関するデータを得ることを特徴とする請求
    項８〜１２のいずれかに記載の投影露光方法。
  14. 【請求項１４】 前記補正工程は、前記新原板に対する
    露光時間−レンズ露光倍率変化曲線と、露光時間−原板
    露光倍率変化曲線とを足し合わせ、新たに前記新原板に
    対する露光時間−露光倍率変化曲線を得ることを特徴と
    する請求項１３記載の露光方法。
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