JPH10247617A

JPH10247617A - 投影露光方法及び投影露光装置

Info

Publication number: JPH10247617A
Application number: JP9065299A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Kobayashi; 直行小林
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、投影露光方法および装置に関し、露
光光の吸収によるレチクルの膨張をリアルタイムで測定
し補正しながら露光動作を行なうことができる投影露光
方法および装置を提供することを目的とする。【解決手段】複数のレチクルマーク１４が形成されたレ
チクル３を照明する照明領域１２を有する照明系１と、
レチクル３を照明領域１２に対して走査させるレチクル
ステージ４と、露光用パターン１３を、感光基板７上の
照明領域１２に対応した露光領域内に投影する投影光学
系５と、レチクルステージ４と同期して感光基板７を露
光領域に対して走査させる基板ステージ８と、照明領域
１２外に位置し、複数のレチクルマーク１４の位置を投
影露光中に測定して、レチクル３の熱膨張による変動量
を計測する計測手段１１と、変動量に基づいて、露光用
パターン１３の投影像の位置を補正する補正手段１５と
を備えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置あるい
は液晶表示装置を製造する際のフォトリソグラフィ工程
で使用される投影露光方法および投影露光装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置あるいは液晶表示装置を製造
する工程におけるフォトリソグラフィ工程では、半導体
基板（以下、ウェハという）上に素子や配線を形成する
ため、レチクルに描画された回路パターン等の像をウェ
ハ上に露光して転写する投影露光装置が用いられる。こ
の投影露光装置には、レチクル上の回路パターンの像を
極めて正確にその大きさ、形状等を保ったままウェハ上
に転写することが要求される。

【０００３】従来の投影露光装置の概略の構成を図８を
用いて説明する。この投影露光装置は、レチクルとウェ
ハとを相対的に同期して走査させて露光する、いわゆる
ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置
である。

【０００４】図８を用いて従来の投影露光装置の概略の
構成を説明する。図８において、露光用の照明光を出射
する照明系１には、図示しないレチクルブラインド機構
が設けられており、レチクルブラインド機構の例えば４
枚のブレードのエッジによって形成される開口により投
影領域の形状が決定される。なお、図８において、投影
光学系５の光軸ＡＸをＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な平面
をＸ−Ｙ平面として説明を進める。

【０００５】ブラインド機構の開口を通過した照明光
は、図示しない照明光学系を介してレチクル３を照射す
る。このとき、ブラインド機構の４枚のブレードで規定
された開口の像がレチクル３下面のパターン面に結像さ
れる。

【０００６】レチクルブラインド機構の開口で規定され
た照明光を受けたレチクル３は、支持台１６上を少なく
ともＹ方向に等速移動可能なレチクルステージ４に保持
される。支持台１６は、投影光学系５の鏡筒を固定する
コラム（図示せず）と一体になっている。レチクルステ
ージ４は駆動系１７によってＹ方向の一次元走査移動、
ヨーイング捕正のための微小回転移動等を行なう。

【０００７】またレチクルステージ４の一端にはレチク
ルステージ用レーザ干渉計３８からのレーザビームを反
射する移動鏡３６が固定され、レチクル３のＹ方向の位
置とヨーイング量がレーザ干渉計３８によってリアルタ
イムに計測される。レーザ干渉計３８用の固定鏡（基準
鏡）４０は投影光学系５の鏡筒上端部に固定されてい
る。なお、レーザ干渉計３８からのレーザビームは、支
持台１６上に固定された偏光ビームスプリッタ１０で光
路を分離されて、それぞれ移動鏡３６と固定鏡４０に入
射するようになっている。

【０００８】レチクル３に形成されたパターンの像は投
影光学系５によってウェハ７上に結像される。ウェハ７
はＸ、Ｙ方向に二次元移動するウェハステージ８上に設
けられ、このウェハステージ８は駆動系１８で駆動され
る。ウェハステージ８は支持台２０上に支持されてい
る。またウェハステージ８の座標位置とヨーイング量と
はウェハステージ用レーザ干渉計５０によって計測さ
れ、そのレーザ干渉計５０のための固定鏡４２は投影光
学系５の鏡筒下端部に固定され、移動鏡４４はウェハス
テージ８の一端部に固定されている。なお、レーザ干渉
計５０からのレーザビームは、支持台２０上に固定され
た偏光ビームスプリッタ９で光路を分離されて、それぞ
れ移動鏡４４と固定鏡４２に入射するようになってい
る。

【０００９】また、レチクル３と投影光学系５とを介し
てウェハ７上のアライメントマークを検出するＴＴＲ
（スルーザレチクル）方式のレチクルアライメント顕微
鏡２と、投影光学系５の光軸ＡＸと別個に設けられた光
軸を有し、ウェハ７上のアライメントマークを検出する
オフ・アクシス方式のウェハアライメント顕微鏡６が設
けられている。

【００１０】投影露光装置の動作シーケンスと制御は、
主制御部１００によって統括的に管理されている。主制
御部１００には、駆動系１７、１８からの速度情報、レ
ーザ測長器３８、５０からのステージ位置情報、そして
アライメント用の顕微鏡２、６からのマーク検出情報等
が入力される。

【００１１】次に、図９を用いて従来の投影露光装置に
おける投影露光動作の流れを説明する。上述の通り、投
影露光動作は、主制御部１００によって統括的に管理さ
れて行われる。まず、レチクル３が搬送されてレチクル
ステージ４上に載置される（ステップＳ２０）。次に、
レチクル３とウェハアライメント顕微鏡６との位置合わ
せが行われる（ステップＳ２１）。

【００１２】続いて、ウェハ７が搬送されてウェハステ
ージ８上に載置されると（ステップＳ２２）、ウェハア
ライメント顕微鏡６によりウェハ７上のアライメントマ
ークを検出して、レチクル３に対するウェハ７の位置合
わせを行う（ステップＳ２３）。次に、ウェハ７の走査
露光を開始する（ステップＳ２４）。ステップＳ２５に
おいて、ウェハ７の露光領域全てに対する露光が終了し
たか否かが判断され、未露光領域があれば、ステップＳ
２４とステップＳ２５を繰り返す。ステップＳ２５にお
いて、ウェハ７の露光が終了したら、ウェハ７をウェハ
ステージ８から搬出する（ステップＳ２６）。

【００１３】次に、露光処理したウェハの枚数が規定枚
数に達したか否かが判断され（ステップＳ２７）、規定
枚数に達したらステップＳ２１に戻って、再びレチクル
アライメントを実行する。規定枚数に達していなけれ
ば、１ロット（例えば、ウェハ２０枚を１ロットとす
る）のウェハ露光処理が終了したか否かが判断される
（ステップＳ２８）。１ロットの基板処理が終了してい
なければステップＳ２２に戻って次のウェハ７をロード
してウェハステージ８に載置する。ロット終了であれば
ステップＳ２９に移行して、レチクル３をレチクルステ
ージ４から搬出して一連の露光処理を終了する。

【００１４】以上説明した露光動作において、フォトリ
ソグラフィ工程で使用される縮小投影型露光装置は、レ
チクル３上に描かれた回路パターンを投影光学系５でウ
ェハ７上に光学的に縮小結像し、ウェハ３上に塗布され
た感光材を露光することでパターン情報を転写してお
り、そこで使用される投影光学系５は極限まで光学的収
差が補正されて設計製造されるとともに、大気圧や周辺
温度の変化による空気の屈折率の変化や投影光学系５自
身の経時変化などの影響を補正することで、レチクル３
上に描かれた回路パターンを、極限まで歪みを抑えて正
確な大きさでウェハ７上に転写することを可能にしてい
る。

【００１５】ところが、現実の露光の際にはレチクル３
上に描かれた回路パターンやレチクルブランクス自体が
露光用の照明光を吸収してレチクル３の温度が上昇し、
レチクル３を膨張させてしまう。このレチクル３の膨張
に伴ってレチクル３に描かれた回路パターンも膨張して
しまうので、投影される像と既にウェハ上に形成された
回路パターンとの間に寸法の差異が生じて正確に重ね合
わせをすることができなくなるという問題が生じる。

【００１６】これを補正するための手段として、従来は
レチクル３の位置をレチクルアライメント顕微鏡で測定
する際に、レチクル３上に複数配置されたレチクルマー
クを測定して、これら複数のレチクルマークの位置の変
化からレチクル３の膨張を測定し、露光時に投影光学系
５の投影倍率を変えてレチクル３の膨張を補正するよう
にしていた。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従来は投影露光される
回路パターンの寸法が比較的大きく、また必要な重ね合
せ精度も緩く、照明光のエネルギも比較的小さかったた
め、レチクルの膨張による重ねあわせ精度の低下も許容
誤差範囲内に抑えておくことができたが、近年になり回
路パターンの更なる微細化と処理速度向上のため、露光
用の照明光のエネルギが増大したことから、照明光吸収
によるレチクル膨張は無視できない問題となってきた。

【００１８】しかしながら、通常の投影露光装置に搭載
されるレチクルアライメント顕微鏡は、照明領域内の照
明光をける位置にあるため露光時には待避せざるを得
ず、またレチクル３の膨張を計測するためにレチクルア
ライメント顕微鏡を移動させてその位置を安定させるの
に時間がかかりすぎる等の問題を有していると共に、ウ
ェハの位置の測定や実際の露光と同時にレチクル３の膨
張を計測することができないという問題を有していた。

【００１９】その結果、基板処理速度を向上させるとい
う要求との兼ね合いで、レチクル３の膨張測定は複数枚
のウェハ７の露光処理が終了する毎に１回実行される程
度であり、レチクル３の膨張を測定する間隔が長くなっ
てしまい、レチクル３の膨張に対する次の補正をするま
でにレチクルの位置ずれ等の誤差が大きくなってしまう
といった欠点を有していた。このように従来ではレチク
ル３の膨張を補正して露光精度を向上させることと基板
露光処理速度の向上とが相反する関係になっていた。

【００２０】また、レチクル３の膨張を測定せずに、レ
チクル３への照明光の吸収量を推定し、当該推定値に基
づいてレチクル３の膨張量を推定して補正を行う方法も
考えられる。しかしこの方法は、周囲への熱放射などの
影響を受けるのでレチクル３の照射量吸収に伴う温度上
昇量を推定することのが困難である点、あるいはレチク
ル３を定位置に保持するためのレチクルホルダが、レチ
クル３を真空吸着等により機械的に固定しているため、
レチクルホルダによるレチクル３の歪みの強制力やレチ
クルホルダの熱膨張等の影響が加わってしまう点、さら
にレチクル３とレチクルホルダの間での滑りによる位置
ずれなどの影響を受ける点等により、レチクル３の照明
光吸収量と実際の膨張の間にはヒステリシスや非等方性
が存在するので、結局、レチクル３の膨張量を推定して
補正する方法を精度よく実施するには極めて大きな困難
を伴っていた。

【００２１】本発明の目的は、露光光の吸収によるレチ
クルの膨張をリアルタイムで測定し補正しながら露光動
作を行なうことができ、ウェハ処理速度を落とすことな
く高精度の露光が行える投影露光方法および投影露光装
置を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を表す図１
乃至図４に対応付けて説明すると上記目的は、複数のレ
チクルアライメントマーク（１４）が形成されたレチク
ル（３）上の露光用パターン（１３）を光源からの光束
により照明し、露光用パターン（１３）を投影光学系
（５）を介して感光基板（７）上に投影露光する投影露
光方法において、複数のレチクルアライメントマーク
（１４）の位置を投影露光中に測定して、照明に起因し
たレチクル（３）の熱膨張による変動量を計測し、変動
量に基づいて、露光用パターン（１３）の投影像の位置
を補正することを特徴とする投影露光方法によって達成
される。そして、投影像の位置の補正は、変動量に基づ
いて投影光学系（５）の倍率を補正することにより行う
ことを特徴とする。

【００２３】また、上記投影露光は、露光用パターン
（１３）と感光基板（７）とを同期して移動させること
により行われ、投影像の位置の補正は、露光用パターン
（１３）と感光基板（７）との移動の速度比を変更する
ことにより行うことを特徴とする。

【００２４】また、上記目的は、複数のレチクルアライ
メントマーク（１４）が形成されたレチクル（３）上の
露光用パターン（１３）の少なくとも一部を照明する照
明領域（１２）を有する照明系（１）と、レチクル
（３）を照明領域（１２）に対して走査させるレチクル
ステージ（４）と、照明領域（１２）内の露光用パター
ン（１３）を、感光基板（７）上の照明領域（１２）に
対応した露光領域内に投影する投影光学系（５）と、レ
チクルステージ（４）と同期して感光基板（７）を露光
領域に対して走査させる基板ステージ（８）とを有する
投影露光装置において、照明領域（１２）外に位置し、
複数のレチクルアライメントマーク（１４）の位置を投
影露光中に測定して、照明に起因したレチクル（３）の
熱膨張による変動量を計測する計測手段（１１、１０
０）と、変動量に基づいて、露光用パターン（１３）の
投影像の位置を補正する補正手段（１５、１００）とを
備えたことを特徴とする投影露光装置によって達成され
る。

【００２５】そして、計測手段は、レチクル（３）の走
査方向に設けられた、レチクルアライメントマーク（１
４）を検出する光学系（１１）を有していることを特徴
とする。また、計測手段は、レチクル（３）の走査方向
に直交する方向に対向して設けられた、レチクルアライ
メントマーク（１４）を検出する複数の光学系（１１）
を有していることを特徴とする。

【００２６】このように本発明では、投影露光装置にお
いて露光時の照明に影響しない位置にレチクルの膨張を
モニタする顕微鏡を付加することで、照明光の吸収によ
るレチクルの膨張の影響を補正することを可能にしたも
のである。

【００２７】本発明によれば、レチクルの照明光照射に
よる膨張の影響を短い間隔で計測し倍率補正系にフィー
ドバックすることが可能になるため、重ね合せ精度を向
上することが可能になる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による
投影露光方法および投影露光装置を図１乃至図４を用い
て説明する。まず、図１を用いて本実施の形態による投
影露光装置の概略の構成を説明する。図１において、露
光用の照明光を出射する照明系１が設けられている。照
明系１の詳細な構成の図示は省略するが、水銀ランプ等
の光源からの露光用照明光束は、インプットレンズ、フ
ライアイレンズ系に入射し、コンデンサーレンズに入射
する。コンデンサーレンズの後側焦点面には、レチクル
ブラインド機構が設けられている。

【００２９】レチクルブラインド機構の例えば４枚のブ
レードのエッジによってＹ方向（走査露光方向）および
Ｘ方向（ステッピング方向）の開口の長さが決定され
る。また、４枚のブレードの各エッジで規定された開口
の形状は、投影光学系５の円形イメージフィールドＩＦ
内に包含されるように定められる。なお、本実施の形態
においては、投影光学系５の光軸ＡＸをＺ方向とし、Ｚ
方向に垂直な平面をＸ−Ｙ平面として説明を進める。

【００３０】このブラインド機構の位置で、照明光は均
一な照度分布となり、ブラインド機構の開口を通過した
照明光は、レンズ系、ミラー、及びメインコンデンサー
レンズ等を介してレチクル３を照射する。このとき、ブ
ラインド機構の４枚のブレードで規定された開口の像が
レチクル３下面のパターン面に結像される。

【００３１】さて、レチクルブラインド機構の開口で規
定された照明光を受けたレチクル３は、支持台１６上を
少なくともＹ方向に等速移動可能なレチクルステージ４
に保持される。支持台１６は、投影光学系５の鏡筒を固
定するコラム（図示せず）と一体になっている。レチク
ルステージ４は駆動系１７によってＹ方向の一次元走査
移動、ヨーイング捕正のための微小回転移動等を行な
う。

【００３２】またレチクルステージ４の一端にはレチク
ルステージ用レーザ干渉計３８からのレーザビームを反
射する移動鏡３６が固定され、レチクル３のＹ方向の位
置とヨーイング量がレーザ干渉計３８によってリアルタ
イムに計測される。レーザ干渉計３８用の固定鏡（基準
鏡）４０は投影光学系５の鏡筒上端部に固定されてい
る。なお、レーザ干渉計３８からのレーザビームは、支
持台１６上に固定された偏光ビームスプリッタ１０で光
路を分離されて、それぞれ移動鏡３６と固定鏡４０に入
射するようになっている。

【００３３】レチクル３に形成されたパターンの像は投
影光学系５によって１／５に縮小されて感光基板である
ウェハ７上に結像される。ウェハ７は微小回転可能なウ
ェハホルダ（図示せず）に基準マーク板ＦＭ（図示せ
ず）とともに保持される。ウェハホルダは投影光学系５
の光軸ＡＸ（Ｚ）方向に微動可能なＺステージ（図示せ
ず）上に設けられる。そしてＺステージはＸ、Ｙ方向に
二次元移動するウェハステージ８上に設けられ、このウ
ェハステージ８は駆動系１８で駆動される。

【００３４】ウェハステージ８は支持台２０上に支持さ
れている。またウェハステージ８の座標位置とヨーイン
グ量とはウェハステージ用レーザ干渉計５０によって計
測され、そのレーザ干渉計５０のための固定鏡４２は投
影光学系５の鏡筒下端部に固定され、移動鏡４４はウェ
ハステージ８の一端部に固定されている。なお、レーザ
干渉計５０からのレーザビームは、支持台２０上に固定
された偏光ビームスプリッタ９で光路を分離されて、そ
れぞれ移動鏡４４と固定鏡４２に入射するようになって
いる。

【００３５】本実施の形態では投影倍率を１／５とした
ので、スキャン露光時のウェハステージ８のＹ方向の移
動速度Ｖｗｓは、レチクルステージ４の速度Ｖｒｓの１
／５である。また、投影光学系５には投影レンズ倍率制
御機構１５が設けられている。投影レンズ倍率制御機構
１５には、投影光学系５を構成するレンズエレメントの
うち所定のレンズエレメントを光軸ＡＸ方向へ移動させ
る駆動機構が設けられており、投影倍率の補正を初めと
して、像面湾曲、対称ディストーション成分の補正等を
行うことができるようになっている。また、さらに投影
光学系５内部の所定空間内を、例えばベローズポンプ等
を用いて圧力可変にする機構も設けられており、この機
構により例えば投影倍率、コマ収差、像面湾曲などを補
正することができるようになっている。投影レンズ倍率
制御機構１５は主制御系１００によって制御される。

【００３６】また、本実施の形態では、レチクル３と投
影光学系５とを介してウェハ７上のアライメントマーク
（又は基準マークＦＭ）を検出するＴＴＲ（スルーザレ
チクル）方式のレチクルアライメント顕微鏡２と、投影
光学系５の光軸ＡＸと別個に設けられた光軸を有し、ウ
ェハ７上のアライメントマーク（又は基準マークＦＭ）
を検出するオフ・アクシス方式のウェハアライメント顕
微鏡６とを備えている。そして、ステップ・アンド・ス
キャン露光の開始前にレチクル３とウェハ７との相対的
な位置合せを行なうようにしている。

【００３７】そして、本実施の形態による投影露光装置
は、レチクルステージ４を駆動してレチクル３を投影光
学系５に対して走査させて露光する際、レチクル３上に
描画された複数のレチクルマーク１４のＸＹ座標を露光
中に検出するレチクル膨張計測顕微鏡１１を設けている
点に特徴を有している。レチクル膨張計測顕微鏡１１
は、レチクルブラインド機構で規定された開口領域（す
なわち、照明領域）外に位置し、Ｘ方向に対向して２個
設けられている。このレチクル膨張計測顕微鏡１１につ
いては後程、図３を用いて詳述する。

【００３８】本実施の形態による投影露光装置の動作シ
ーケンスと制御は、主制御部１００によって統括的に管
理されている。従って、主制御部１００には、駆動系１
７、１８からの速度情報、レーザ測長器３８、５０から
のステージ位置情報、そしてアライメント用の顕微鏡
２、６、およびレチクル膨張計測顕微鏡１１からのマー
ク検出情報等が入力される。主制御部１００の基本的な
動作は、レーザ干渉計３８、５０からの位置情報、ヨー
イング情報の入カ、駆動系１７、１８内のタコジェネレ
ータ等からの速度情報の入力等に基づいて、スキャン露
光時にレチクルステージ４とウェハステージ８とを所定
の速度比を保ちつつ、レチクルパターンとウェハパター
ンとの相対位置関係を所定のアライメント誤差内に押え
たまま相対移動させることにある。

【００３９】次に、図３を用いて本実施の形態による投
影露光装置のレチクル膨張計測顕微鏡１１の構成および
動作を説明する。図３は、照明系１側から投影光学系５
に向かってレチクルステージ４上のレチクル３およびそ
の近傍をみた図である。図３を用いて説明を始める前
に、図２を用いて本実施の形態で用いるレチクル３の構
成を簡単に説明する。図２において、レチクル３の中央
部には回路パターン等が描画されたレチクル描画領域１
３が設けられており、その周囲のＸ方向の両側の遮光帯
にＹ方向（走査露光方向）に沿って複数のレチクルマー
ク１４が形成されている。複数のレチクルマーク１４
は、レチクル３の中心のＹ座標値とほぼ同じＹ座標値に
設けられたレチクルマーク１４を基準としてＹ方向に沿
って等間隔に設けられている。本例では、各レチクルマ
ーク１４は十字形状をしているが、レチクルマーク１４
のＸ、Ｙ座標値が検出できる形状であればどのような形
状であってもよい。

【００４０】さて、図３において、このようなレチクル
３がレチクルステージ４に載置されており、上述のレチ
クルブラインド機構の開口により形成されるスリット状
の投影領域１２が図中破線で示されている。レチクル３
のＹ方向に沿って形成されたレチクルマーク１４を検出
するため、レチクルアライメント顕微鏡２と、レチクル
膨張計測顕微鏡１１はそれぞれ２個ずつ設けられてい
る。２つのレチクルアライメント顕微鏡２は投影領域１
２のＸ方向に対向して設けられ、それぞれ図中Ｘ方向に
移動することができるようになっている。２つのレチク
ル膨張計測顕微鏡１１は、投影領域１２外でレチクルア
ライメント顕微鏡２にそれぞれ隣接して設けられ、固定
されて移動しないようになっている。

【００４１】図３（ａ）は、露光開始前のレチクルアラ
イメントを行う状態でのレチクルアライメント顕微鏡２
と、レチクル膨張計測顕微鏡１１の配置関係を示してい
る。レチクルアライメント顕微鏡２は、図示しない駆動
系によりＸ方向に移動させられ、その先端部は隣接する
レチクル膨張計測顕微鏡１１の先端部と並ぶ位置にまで
移動する。このときレチクルアライメント顕微鏡２の先
端部は、投影領域１２内に進入している。この状態で各
レチクルアライメント顕微鏡２は、レチクル３のＹ方向
のほぼ中心にある２つのレチクルマーク１４をそれぞれ
その視野内に入れることができるようになり、この中央
の２つのレチクルマーク１４のＸ、Ｙ座標値を検出する
ことによりレチクルアライメントを行う。

【００４２】次に、図３（ｂ）は、レチクルアライメン
トが終了した段階の各顕微鏡２、１１の配置状態を示し
ている。レチクルアライメント顕微鏡２は、露光に備え
て投影領域１２をけらないように、Ｘ方向に待避させら
れる。レチクル膨張計測顕微鏡１１は、もともと投影領
域１２内にないので待避させる必要はない。

【００４３】次に、図３（ｃ）は、露光開始直前の状態
を示している。レチクル３は、レチクルステージ４の移
動により−Ｙ方向に移動して投影領域１２から外れた位
置にある。この状態から＋Ｙ方向にレチクルステージ４
が移動を開始して、レチクル３のレチクル描画領域１３
が投影領域１２を等速度で通過し、それと同期してウェ
ハ７を載置したウェハステージ８も移動することによ
り、レチクル描画領域１３全面をウェハ７上に露光す
る。

【００４４】この露光動作でのレチクル３の移動中に、
レチクル膨張計測顕微鏡１１により複数のレチクルマー
ク１４の像が検出されて制御系１００に出力される。制
御系１００は、１回の走査露光でレチクル膨張計測顕微
鏡１１により検出された複数のレチクルマーク１４の像
からそれらのＸ、Ｙ座標値を求め、図３（ａ）で説明し
たレチクルアライメントで得られたアライメント情報に
基づいて、レチクル３の熱膨張によるＸ、Ｙ方向の位置
ずれおよびＸ−Ｙ面内での回転を演算して補正量を求め
る。

【００４５】そして、投影光学系５の投影レンズ倍率制
御機構１５に対して、求めたレチクル膨張の補正量をフ
ィードバックして投影光学系５の投影倍率を変化させる
ことによりレチクル膨張の補正を行なう。また、レチク
ルステージ４とウェハステージ８の速度比を変更するこ
とによりＹ方向の倍率を変化させるようにしてもよい。
また、計測されたレチクル３の回転は、レチクルステー
ジ４とウェハステージ８の走査方向を変化させることに
より補正することができる。

【００４６】このように本実施の形態による投影露光装
置によれば、レチクル３の膨張を検出するためのレチク
ル膨張計測顕微鏡１１を新たに設け、このレチクル膨張
計測顕微鏡１１を照明光に影響を与えない位置に設置し
たことにより、走査露光中にリアルタイムでレチクル３
の膨張計測が可能になるとともに、レチクル３の膨張に
よる倍率誤差等を容易に補正することができるようにな
る。

【００４７】次に、図４を用いて本実施の形態による投
影露光装置における投影露光動作の流れを説明する。上
述のように投影露光動作シーケンスと制御は、主制御部
１００によって統括的に管理されている。

【００４８】まず、レチクル３が搬送されてレチクルス
テージ４上に載置される（ステップＳ１）。次に、主制
御系１００は、駆動系１８を制御してウェハステージ８
を移動させ、投影光学系５の投影領域内に基準マークＦ
Ｍを位置させる。基準マークＦＭをレチクルマーク１４
を介してレチクルアライメント光学系２で検出し、一
方、ウェハアライメント顕微鏡６でも基準マークＦＭを
検出することにより、レチクル３とウェハアライメント
顕微鏡６との位置合わせが行われる（ステップＳ２）。

【００４９】続いて、主制御系１００は、レチクル膨張
計測顕微鏡１１の測定値をリセットする（ステップＳ
３）。リセットを行うのは、レチクル膨張計測顕微鏡１
１自体では、レチクル３の膨張による位置ずれ、回転の
絶対値を測定することが困難なので、レチクルアライメ
ントを行なった時点でレチクル膨張計測顕微鏡１１の測
定値をリセットすることにして、レチクルアライメント
で得られた位置合わせ情報を基準にレチクル３の膨張を
測定し補正するようにするためである。

【００５０】次に、ウェハ７が搬送されてウェハステー
ジ８上に載置されると（ステップＳ４）、主制御系１０
０は、ウェハアライメント顕微鏡６によりウェハ７上の
アライメントマークを検出して、レチクル３に対するウ
ェハ７の位置合わせを行う（ステップＳ５）。次に、主
制御系１００は、ステップＳ６でレチクルアライメント
顕微鏡２を待避させて、レチクル膨張計測顕微鏡１１に
よるレチクルマーク１４の計測動作に移行した後、ウェ
ハ７の走査露光を開始する（ステップＳ７）。ステップ
Ｓ８において、ウェハ７の露光領域全てに対する露光が
終了したか否かが判断され、未露光領域があれば、ステ
ップＳ６からステップＳ８までを繰り返す。

【００５１】ステップＳ８において、ウェハ７の露光が
終了したら、ウェハ７をウェハステージ８から搬出する
（ステップＳ９）。次に、露光処理したウェハの枚数が
規定枚数に達したか否かが判断され（ステップＳ１
０）、規定枚数に達したらステップＳ２に戻って、再び
レチクルアライメントを実行する。規定枚数に達してい
なければ、１ロット（例えば、ウェハ２０枚を１ロット
とする）のウェハ露光処理が終了したか否かが判断され
る（ステップＳ１１）。１ロットの基板処理が終了して
いなければステップＳ４に戻って次のウェハ７をロード
してウェハステージ８に載置する。ロット終了であれば
ステップＳ１２に移行して、レチクル３をレチクルステ
ージ４から搬出して一連の露光処理を終了する。

【００５２】以上説明したように、本実施の形態による
投影露光方法および装置によれば、露光時の照明に影響
しない位置にレチクルの膨張をモニタする顕微鏡を付加
することで、照明光の吸収によるレチクルの膨張の影響
を補正することを可能にし、照明光照射によるレチクル
３の膨張の影響を短い間隔で計測して倍率補正系にフィ
ードバックすることが可能になるため、重ね合せ精度を
向上させることができるようになる。さらに、露光光の
吸収によるレチクルの膨張をリアルタイムで測定し補正
しながら露光動作を行なうこともできるので、ウェハ処
理速度を落とすことなく高精度の露光が可能になる。

【００５３】次に、本発明の第２の実施の形態による投
影露光装置を図５乃至図７を用いて説明する。本実施の
形態による投影露光装置は、図５に示すようにレチクル
膨張計測顕微鏡１１が１つだけ設けられている点が第１
の実施の形態による投影露光装置と異なっている。その
他の構成部材は第１の実施の形態の投影露光装置と同一
であるので同一の符号を付してその説明は省略すること
とする。

【００５４】図６は本実施の形態で用いるレチクル３の
構成を示している。図６において、レチクル３の中央部
のレチクル描画領域１３のＸ方向の両側の遮光帯に沿っ
て複数の十字形状のレチクルマーク１４が形成されてい
る。さらに、レチクル描画領域１３のＹ方向の両側の遮
光帯にはレチクル３のＸ方向のほぼ中央部に十字形状の
レチクルマーク１４がそれぞれ１つずつ設けられてい
る。

【００５５】図７を用いて本実施の形態による投影露光
装置のレチクル膨張計測顕微鏡１１の構成および動作を
説明する。図７は、照明系１側から投影光学系５に向か
ってレチクルステージ４上のレチクル３およびその近傍
をみた図である。図７において、レチクル３がレチクル
ステージ４に載置されており、投影領域１２が図中破線
で示されている。レチクル３のＸ方向に沿った２つの遮
光帯の中央に設けられた２つのレチクルマーク１４を検
出するためのレチクル膨張計測顕微鏡１１が１つ設けら
れている。レチクル膨張計測顕微鏡１１は、走査露光の
際にレチクルステージ４が加減速するための領域を利用
して固定配置され、図中Ｙ方向に延びた筐体を有してい
る。２つのレチクルアライメント顕微鏡２の配置関係は
第１の実施の形態と同様である。

【００５６】図７（ａ）は、露光開始前のレチクルアラ
イメントを行う状態でのレチクルアライメント顕微鏡２
と、レチクル膨張計測顕微鏡１１の配置関係を示してい
る。レチクル膨張計測顕微鏡１１が一つになった点と筐
体の向きが変わった点以外は図３（ａ）と同様であり、
この状態で各レチクルアライメント顕微鏡２は、レチク
ル３のＹ方向のほぼ中心にある２つのレチクルマーク１
４をそれぞれその視野内に入れて、この中央の２つのレ
チクルマーク１４のＸ、Ｙ座標値を検出することにより
レチクルアライメントを行う。

【００５７】次に、図７（ｂ）は、レチクルアライメン
トが終了した段階の各顕微鏡２、１１の配置状態を示し
ている。レチクルアライメント顕微鏡２は、露光に備え
て投影領域１２をけらないように、Ｘ方向に待避させら
れる。

【００５８】次に、図７（ｃ）は、露光開始直前の状態
を示している。レチクル３は、レチクルステージ４の移
動により−Ｙ方向に移動して投影領域１２から外れた位
置にある。この状態から＋Ｙ方向にレチクルステージ４
が移動を開始して、レチクル３のレチクル描画領域１３
が投影領域１２を等速度で通過し、それと同期してウェ
ハ７を載置したウェハステージ８も移動することによ
り、レチクル描画領域１３全面をウェハ７上に露光す
る。

【００５９】この露光動作でのレチクル３の移動中に、
レチクル膨張計測顕微鏡１１により、Ｘ方向に沿った２
つの遮光帯の２つのレチクルマーク１４の像が検出され
て制御系１００に出力される。レチクル膨張計測顕微鏡
１１により得られたレチクルマーク１４の像に基づいて
制御系１００で行われるレチクル３の膨張量の測定およ
び補正の処理、動作は第１の実施の形態と同様であるの
で説明は省略する。また、本実施の形態による投影露光
装置における投影露光動作も、図４を用いて説明した第
１の実施の形態と同一であるのでその説明は省略する。

【００６０】このように本実施の形態による投影露光装
置では、レチクル３の走査方向端にレチクルマーク１４
を描画して、レチクルの膨張は１本のレチクル膨張計測
顕微鏡１１で測定するようにした点に特徴を有してい
る。本実施の形態においては、照明光に影響を与えずに
レチクル３に描画した膨張測定用のレチクルマークの検
出が可能になる位置にレチクル膨張計測顕微鏡１１を設
置して、レチクル３のＹ方向の膨張、およびレチクル３
の膨張によって発生したＸ、Ｙ方向の横ずれとＸ−Ｙ面
内での回転成分を、走査露光中にリアルタイムで計測が
可能になるとともに、レチクル３の膨張による倍率誤差
等を容易に補正することができるようになる。

【００６１】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態において
は、レチクルアライメント顕微鏡２と別個にレチクル膨
張計測顕微鏡１１を設けてレチクル３の膨張を計測した
が、本発明はこれに限られず、照明光学系のＮＡ（開口
数）を小さくすることができ、露光時でもレチクルアラ
イメント顕微鏡２で照明光がけられないようにすること
ができれば、レチクルアライメント顕微鏡２をレチクル
膨張計測顕微鏡として兼用させることが可能である。

【００６２】また、本発明によるレチクル膨張計測顕微
鏡に基づいてレチクルの膨張を計測して投影光学系の投
影倍率を補正すると共に、レチクルステージに空調され
た空気を送る手段を併用してレチクルステージを介して
レチクルを冷却して膨張の程度を減少させるようにする
ことも有用である。こうすれば、本発明に基づく投影光
学系の投影倍率の補正量を少なくすることができるよう
になる。

【００６３】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、露光光の
吸収によるレチクルの膨張をリアルタイムで測定し補正
しながら露光動作を行なうことが可能になるため、ウェ
ハ処理速度を落とすことなく高精度の露光が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による投影露光装置
の概略の構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態による投影露光装置
で使用するレチクル３上の基準マーク１４の設置位置を
示す図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態による投影露光装置
におけるレチクルの膨張を計測する動作を示す図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施の形態による投影露光装置
の露光動作の流れを示すフローチャートを示す図であ
る。

【図５】本発明の第２の実施の形態による投影露光装置
の概略の構成を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態による投影露光装置
で使用するレチクル３上の基準マーク１４の設置位置を
示す図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態による投影露光装置
におけるレチクルの膨張を計測する動作を示す図であ
る。

【図８】従来の投影露光装置の概略の構成を示す図であ
る。

【図９】従来の投影露光装置の露光動作の流れを示すフ
ローチャートを示す図である。

【符号の説明】

１照明系２レチクルアライメント顕微鏡３レチクル４レチクルステージ５投影光学系６ウェハアライメント顕微鏡７ウェハ８ウェハステージ９、１０偏光ビームスプリッタ１１レチクル膨張計測顕微鏡１２投影領域１３レチクル描画領域１４レチクルマーク１５投影レンズ倍率制御機構１６、２０支持台１７、１８駆動系３６、４４移動鏡３８レチクルステージ用レーザ干渉計４０、４２固定鏡５０ウェハステージ用レーザ干渉計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のレチクルアライメントマークが形成
されたレチクル上の露光用パターンを光源からの光束に
より照明し、前記露光用パターンを投影光学系を介して
感光基板上に投影露光する投影露光方法において、前記複数のレチクルアライメントマークの位置を前記投
影露光中に測定して、前記照明に起因した前記レチクル
の熱膨張による変動量を計測し、前記変動量に基づいて、前記露光用パターンの投影像の
位置を補正することを特徴とする投影露光方法。
【請求項２】請求項１記載の投影露光方法において、前記投影像の位置の補正は、前記変動量に基づいて前記
投影光学系の倍率を補正することにより行うことを特徴
とする投影露光方法。
【請求項３】請求項１記載の投影露光方法において、前記投影露光は、前記露光用パターンと前記感光基板と
を同期して移動させることにより行われ、前記投影像の位置の補正は、前記露光用パターンと前記
感光基板との前記移動の速度比を変更することにより行
うことを特徴とする投影露光方法。
【請求項４】複数のレチクルアライメントマークが形成
されたレチクル上の露光用パターンの少なくとも一部を
照明する照明領域を有する照明系と、前記レチクルを前記照明領域に対して走査させるレチク
ルステージと、前記照明領域内の前記露光用パターン
を、感光基板上の前記照明領域に対応した露光領域内に
投影する投影光学系と、前記レチクルステージと同期して前記感光基板を前記露
光領域に対して走査させる基板ステージとを有する投影
露光装置において、前記照明領域外に位置し、前記複数のレチクルアライメ
ントマークの位置を投影露光中に測定して、前記照明に
起因した前記レチクルの熱膨張による変動量を計測する
計測手段と、前記変動量に基づいて、前記露光用パターンの投影像の
位置を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする投
影露光装置。
【請求項５】請求項４記載の投影露光装置において、前記計測手段は、前記レチクルの走査方向に設けられ
た、前記レチクルアライメントマークを検出する光学系
を有していることを特徴とする投影露光装置。
【請求項６】請求項４記載の投影露光装置において、前記計測手段は、前記レチクルの走査方向に直交する方
向に対向して設けられた、前記レチクルアライメントマ
ークを検出する複数の光学系を有していることを特徴と
する投影露光装置。