KR20160053777A - 노광방법, 노광장치, 및 물품의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

이 노광방법은, 투영 광학계(광학계)의 제1 동공면 조도 분포(제1 분포)에 의해 광학계를 조사해서 노광 처리를 행하는 제1 단계와, 제1 단계 후, 제1 분포와는 다른 제2 동공면 조도 분포(제2 분포)에 의해 광학계를 조사해서 노광 처리를 행하는 제2 단계와, 제1 단계에 있어서의 결상 성능에 대해, 제2 분포의 조건에 있어서의 광학계의 결상 성능의 변화량을 취득하는 변화량 취득단계와, 변화량을 사용하여, 제2 단계에 있어서의 결상 성능을 보정하기 위한 보정량을 취득하는 보정량 취득단계를 포함하고, 제2 단계에 있어서, 보정량을 사용하여 결상 성능을 보정해서 노광 처리를 행한다.

Description

노광방법, 노광장치, 및 물품의 제조방법{EXPOSURE METHOD, EXPOSURE APPARATUS, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 노광방법, 노광장치, 및 물품의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스와 플랫 패널 디스플레이(액정 표시 디바이스) 등의 각종 디바이스는 포토리소그래피 공정을 거쳐 제조된다. 포토리소그래피 공정은, "마스크"나 "레티클"로 불리는 원판의 패턴을 "레지스트"로 불리는 감광제가 도포된 글래스 플레이트나 웨이퍼 등의 기판에 투영하여 노광하는 노광 공정을 포함한다. 최근, 패턴의 추가적인 미세화의 요구에 부합하기 위해 노광 정밀도를 향상시키기 위해서, 투영 광학계의 결상면에 기판면을 맞추는 정밀도를 표시하는 포커스 정밀도의 향상과, 복수의 공정을 거쳐 형성되는 각 패턴층을 정확하게 중첩하는 정밀도를 표시하는 얼라인먼트 정밀도 등의 향상이 중요하게 되고 있다.
이와 관련하여, 투영 광학계에 노광 광이 장시간 계속해서 조사되면, 노광 에너지의 일부를 흡수해서 열이 발생하고, 그 결과, 결상 성능(포커스, 배율, 왜곡, 비점수차, 파면수차 등)이 변화하여, 무시할 수 없는 포커스 및 얼라인먼트 오차가 생길 수 있다. 이에 대하여, 노광 광의 조명조건이 변화하고 투영 광학계 내부의 렌즈의 발열분포가 변화하여도, 성공적으로 결상 성능의 변화를 조정하는 노광방법이 제안되어 있다. 일본국 특허 제2828226호 공보는, 조명 광의 광원 상 분포 상태에 대응한 결상 성능의 보정계수를 기억하고, 광원 상 분포 상태가 변경될 때에는, 대응하는 보정정보를 판독하고, 그 정보에 근거하여 보정을 행하는 노광방법을 개시하고 있다. 그렇지만, 일본국 특허 제2828226호 공보에 개시되어 있는 노광방법에서는, 조명조건의 변경 직후에는, 변경전의 조명조건에 의해 발생한 온도 분포가 투영 광학계 내부에 남아있다. 따라서, 변경후의 조명 조건하에서의 결상 성능에 변경이 일어나기 전의 조명 광의 흡수의 영향 크기에 따른 오프셋이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 일본국 특허 제3395280호 공보는, 변경전의 조명조건에 따른 축적 에너지량에 근거하여 결상 성능의 보정량을 수정함으로써, 조명조건의 변경 직후의 결상 성능의 오프셋의 발생을 해소하는 노광방법을 개시하고 있다.
이와 관련하여, 변경후의 조명조건에서 노광을 계속한 경우, 투영 광학계의 동공면 근방의 렌즈에 있어서의 온도 분포는, 변경전의 조명조건에 의한 영향과 변경후의 조명조건에 의한 영향이 중첩되는 과도상태가 된다. 이에 대해, 일본국 특허 제3395280호 공보에 개시되어 있는 노광방법에서는, 조명조건의 변경 직후의 오프셋량에만 주목해서 결상 성능의 보정량을 수정하기 때문에, 이러한 과도상태에 있어서의 변화량을 정확하게 산출하는 것이 어렵다.
한편, 예를 들면, 원판 또는 그것의 패턴에 대응해서 조명조건을 변경했을 때에, 결상 성능의 변화량의 영향이 적어질 때까지 노광을 정지한 후, 새로운 조명조건하에서 투영 광학계의 결상 성능을 제어하면서 노광을 행하는 방법이 존재한다. 여기에서, "결상 성능의 변화량의 영향이 적어질 때까지"란, 변경전의 조명 조건하에서의 투영 광학계의 조명 광의 흡수에 의한 결상 성능의 변화량이 소정의 허용값 이하가 되는 시점을 말한다. 이것은, 변경전에 투영 광학계에 축적된 에너지량의 결상 성능에 대한 영향이 무시할 수 있게 되는 시점이라고도 할 수 있다. 이 방법에 따르면, 조명조건의 변경시의 과도상태하에서 노광이 행해지지 않으므로, 투영 광학계의 결상 성능을 조명조건마다 엄밀하게 제어할 수 있다. 그렇지만, 이 방법에서는, 조명조건과 원판의 패턴을 변경할(즉 투영 광학계의 동공면에서의 조도 분포(광원 상 분포)가 변화할) 때마다 노광을 정지할 필요가 있기 때문에, 노광장치의 스루풋이 저하한다. 또한, 다른 방법으로서, 조명조건의 변경후의 과도상태에 있어서는, 기판을 유지하는 스테이지 위의 기준 마크를 사용해서 투영 광학계의 결상 성능을 순차 계측하고, 이 계측결과에 근거하여 결상 성능을 적절히 보정하면서 노광이 행해지는 것으로 가정한다. 그렇지만, 이 방법에서도 노광을 일시 정지시킨 후 상 성능의 계측을 행하는 것이 필요하여, 스루풋의 저하는 피할 수 없다.
본 발명은, 예를 들면, 노광 정밀도의 향상에 유리한 노광방법을 제공한다.
본 발명은, 광원으로부터의 빛을 원판에 조사하고, 상기 원판의 패턴을 투영 광학계를 거쳐 기판 위에 투영해서 상기 기판을 노광하는 노광 처리를 행하는 노광방법으로서, 상기 투영 광학계의 제1 동공면 조도 분포에 의해 상기 투영 광학계를 조사해서 상기 노광 처리를 행하는 제1 노광단계와, 상기 제1 노광단계 후, 상기 제1 동공면 조도 분포와는 다른 제2 동공면 조도 분포에 의해 상기 투영 광학계를 조사해서 상기 노광 처리를 행하는 제2 노광단계와, 상기 제1 동공면 조도 분포에서 조사가 행해진 상기 제1 노광단계에 있어서의 상기 투영 광학계의 결상 성능에 대해, 상기 제2 동공면 조도 분포의 조건에 있어서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능의 변화량을 취득하는 변화량 취득단계와, 상기 변화량 취득단계에서 취득된 상기 변화량을 사용하여, 상기 제2 노광단계에 있어서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능을 보정하기 위한 보정량을 취득하는 보정량 취득단계를 포함하고, 상기 제2 노광단계에 있어서, 상기 취득된 보정량을 사용하여 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능을 보정해서 상기 노광 처리를 행하는 노광방법이다.
본 발명의 또 다른 특징은 첨부도면을 참조하여 주어지는 이하의 실시형태의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 노광장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는, 노광에 의한 투영 광학계의 결상 성능의 경시 변화를 나타낸 그래프다.
도 3a는, 조명조건마다의 투영 광학계의 동공면 조도 분포를 도시한 도면이다.
도 3b는, 조명조건마다의 투영 광학계의 동공면 조도 분포를 도시한 도면이다.
도 4a는, 조명조건마다의 광속을 도시한 도면이다.
도 4b는, 조명조건마다의 광속을 도시한 도면이다.
도 5는, 일 실시형태에 있어서의 결상 성능의 변화를 나타낸 그래프다.
도 6은, 일 실시형태에 있어서의 결상 성능의 변화의 계산 모델을 나타낸 그래프다.
도 7은, 일 실시형태에 있어서의 결상 성능의 보정량을 나타낸 그래프다.
도 8은, 일 실시형태에 있어서의 파라미터 취득 공정을 나타낸 흐름도다.
도 9는, 파라미터 취득 공정에 있어서의 계측 타이밍을 나타낸 그래프다.
이하, 본 발명을 행하기 위한 실시형태를 나타낸 첨부도면을 참조하여 설명한다.
우선, 본 발명의 일 실시형태에 따른 노광장치의 구성에 대해 설명한다. 노광장치는, 스텝-앤드-스캔 방식이나 스텝-앤드-리피트 방식에 의해 레티클 등의 원판에 형성된 패턴을 피처리 기판 위에 노광하는 장치이며, 본 발명에서는, 노광 방식은 특별히 한정되는 것은 아니다. 이하, 본 실시형태에 따른 노광장치는, 일례로서, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서의 리소그래피 공정에서 사용되고, 주사 노광 방식에 의해 레티클 R에 형성되어 있는 패턴 상을 웨이퍼 W 위(기판 위)에 노광(전사)하는 투영형 노광장치로 한다.
도 1은, 본 실시형태에 따른 노광장치(100)의 구성을 도시한 개략도다. 이때, 각 도면에서는, Z축이 투영 광학계(110)의 광축에 평행하고, Y축이 Z축에 수직한 동일 평면 내에서 노광시의 웨이퍼 W의 주사 방향(또는 레티클 R과 웨이퍼 W의 상대적인 이동 방향)이고, X축은 Y축에 직교하는 비주사 방향에 위치한다. 노광장치(100)는, 조명 광학계(104)와, 레티클 스테이지(109)와, 투영 광학계(110)와, 웨이퍼 스테이지(116)와, 제어부(115)를 구비한다.
조명 광학계(104)는, 레이저 광원(101)으로부터의 광속을 조정해서, 레티클 R을 조명한다. 레이저 광원(101)은, 예를 들면, 레이저 광을 발광하고 KrF나 ArF 등의 가스가 봉입된 펄스 레이저 광원이다. 또한, 레이저 광원(101)은, 공진기를 구성하는 프론트 미러, 노광 파장을 좁히는 회절격자, 프리즘 등을 포함하는 협대역화(narrowing) 모듈과, 파장의 안정성과 스펙트럼 폭을 모니터하는 분광기나 디텍터 등을 포함하는 모니터 모듈과, 셔터를 포함한다. 레이저 광원(101)에서 출사된 빔은, 조명 광학계(104) 내부의 빔 정형 광학계(미도시)에 의해 소정의 빔 형상으로 정형되고, 옵티컬 인테그레이터(미도시)에 입사되어, 레티클 R을 균일한 조도 분포로 조명하기 위한 복수의 2차 광원이 형성된다. 또한, 조명 광학계(104)는, 개구 조리개(105)와, 하프 미러(106)와, 포토 센서(107)를 포함한다. 개구 조리개(105)는 대략 원형의 개구부를 갖고, 개구부의 직경 뿐만 아니라, 조명 광학계(104)의 개구수(NA)를 원하는 값으로 설정할 수 있다. 여기에서, 개구 조리개(105)는, 개구부가 고리 형상을 갖도록 형성되면, 고리형 조명을 형성할 수 있다. 하프 미러(106)는, 조명 광학계(104)의 광로 위에 설치되고, 레티클 R을 조명하는 노광 광의 일부를 반사해서 제거한다. 포토 센서(107)는, 자외광용의 검출기이며, 하프 미러(106)에 의해 반사되고 제거된 반사광에 근거하여 노광 에너지(노광 광의 강도)를 이끌 수 있는 값을 출력한다. 구체적으로는, 포토 센서(107)의 출력은, 레이저 광원(101)의 펄스 발광마다 적분을 행하는 적분회로(미도시)에 의해, 1 펄스당의 노광 에너지로 변환된다.
레티클 R은, 웨이퍼 W에 전사되어야 할 패턴(예를 들면, 회로 패턴)이 형성된, 예를 들면, 석영 글래스제의 원판이다. 레티클 스테이지(원판 유지부)(109)는, 레티클 R을 유지해서 X 및 Y 축의 각각으로 이동할 수 있다. 투영 광학계(110)는, 레티클 R을 통과한 빛(회로 패턴 상)을 소정의 배율 β(예를 들면, 1/4배)로 웨이퍼 W 위에 투영한다. 또한, 투영 광학계(110)는, 개구 조리개(111)와, 렌즈 구동장치(113)를 포함한다. 개구 조리개(111)는, 대략 원형 형상의 개구부를 갖고, 투영 광학계(110)의 동공면(레티클 R에 대한 푸리에 변환면) 위에 배치되어 있고, 모터 등의 구동부(112)가 개구부의 직경을 조정할 수 있다. 렌즈 구동장치(광학 요소 구동부)(113)는, 투영 광학계(110) 내부의 렌즈(광학 요소)계의 일부를 구성하고 있는 필드를, 공기압이나 압전소자 등을 이용해서 투영 광학계(110)의 광축을 따라 이동 가능하게 하거나, 또는 렌즈 자체를 변형 가능하게 한다.
웨이퍼 W는, 표면 상에 레지스트(감광제)가 도포된, 예를 들면, 단결정 실리콘으로 이루어진 기판이다. 웨이퍼 스테이지(기판 유지부)(116)는, 웨이퍼 척(미도시)을 거쳐 웨이퍼 W를 유지하고, X, Y, Z 축방향(각각의 회전 방향인 ωx, ωy, ωz를 포함하는 경우도 있다) 각각으로 이동할 수 있다. 웨이퍼 스테이지(116)의 XY 평면 위치는, 웨이퍼 스테이지(116)에 고정된 이동 거울(117)로부터의 거리를 레이저 간섭계(118)가 계측함으로써 결정된다. 웨이퍼 W의 광축 방향의 면 위치(포커스 면 위치)는 포커스 검출장치에 의한 계측에 의해 결정된다. 포커스 검출장치는, 투광 광학계(121)와, 검출 광학계(122)를 포함한다. 투광 광학계(121)는, 웨이퍼 W 위의 레지스트를 노광시키지 않는 비노광 광으로 이루어진 복수개의 광속을 투광한다. 각 광속은, 웨이퍼 W 위에 집광되어 반사되고, 검출 광학계(122)는, 웨이퍼 W 위에서 반사된 광속을 검출한다. 검출 광학계(122)는, 각 반사 광속에 대응시켜 복수개의 위치 검출용의 수광소자(미도시)를 포함하고, 수광소자의 수광면과 웨이퍼 W 위에서의 각 광속의 반사점이 결상광학계(미도시)에 의해 거의 공역이 되도록 구성된다. 그리고, 투영 광학계(110)의 광축 방향에 있어서의 웨이퍼 W의 면 위치 어긋남은, 수광소자 위의 입사 광속의 위치 어긋남으로서 계측된다.
제어부(115)는, 예를 들면, 컴퓨터 등으로 구성되고, 노광장치(100)의 각 구성요소에 회선을 =거쳐 접속되고, 프로그램 등에 따라 각 구성요소의 동작 및 조정 등을 제어할 수 있다. 제어부(115)는, 주 제어장치(103)와, 레이저 제어장치(102)와, 조명계 제어장치(108)와, 투영 렌즈 제어장치(114)와, 스테이지 제어장치(120)를 포함한다. 주 제어장치(103)는, 제어부(115) 내부의 각 제어장치에 접속되고, 노광장치(100) 전체의 제어를 총괄한다. 레이저 제어장치(102)는, 예를 들어, 레이저 광원(101)의 가스 교환 동작 제어, 파장 안정화를 위한 제어, 또는 방전 인가 전압의 제어를 실행한다. 이때, 본 실시형태에서는, 이들 제어는, 레이저 제어장치(102) 만에 의한 단독제어가 아니고, 주 제어장치(103)로부터의 명령에 의해 실행되는 것으로 한다. 조명계 제어장치(108)는, 복수의 조명조건(조명 광학계(104)의 개구수, 투영 광학계(110)의 개구수, 고리형 조명, 경사 조명 등)을 전환 가능하게 하는 전환부의 1개이며, 조명 광학계(104) 아래의 개구 조리개(105)의 개구부의 직경을 제어한다. 여기에서, 투영 광학계(110)의 개구수에 대한 조명 광학계(104)의 개구수의 비의 값이 코히렌스 팩터(σ값)이기 때문에, 조명계 제어장치(108)는, 개구부의 직경을 제어함으로써 σ값을 설정할 수 있게 된다. 이때, 전환부로서는, 그 이외, 패턴 형상이 다른 레티클 R을 변경하거나, 또는 레티클 R의 조사 영역을 변경하는 기구(제어장치) 등을 들 수 있다. 또한, 조명계 제어장치(108)는, 포토 센서(107)의 출력에 근거하여 변환된 노광 에너지의 값을 주 제어장치(103)에 송신한다. 투영 렌즈 제어장치(114)는, 후술하는 모델식에 근거하여 투영 광학계(110)의 결상 성능의 변화를 계산하여, 보정해야 할 양을 결정한다. 렌즈 구동장치(113)는, 투영 렌즈 제어장치(114)에 의해 결정된 보정량에 근거하여 투영 광학계(110) 내부의 렌즈를 구동함으로써, 투영 광학계(110)의 결상 성능의 변화를 억제할 수 있다. 스테이지 제어장치(120)는, 레이저 간섭계(118)에게 웨이퍼 스테이지(116)의 위치를 검출하게 하여, 모터 등의 구동부(119)를 제어함으로써, 웨이퍼 스테이지(116)를 소정의 XY 평면 위치로 이동시킨다.
다음에, 본 실시형태에 있어서의 노광(레이저 광원(101)에 의한 투영 광학계(110)에 대한 노광 광의 조사)에 의해 발생된 투영 광학계(110)의 결상 성능 변화에 대한 모델식과, 모델식을 정량화하기 위해서 사용하는 보정량(보정계수)에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 투영 광학계(110)의 결상 성능으로서는, 예를 들면, 포커스, 배율, 왜곡 수차(디스토션), 비점수차 또는 상면(像面) 만곡을 들 수 있다.
도 2는, 노광에 의한 투영 광학계의 결상 성능의 통상적인 경시 변화(변화 특성)를 예시하는 그래프다. 도 2에서는, 횡축은 시간 t를 나타내고, 종축은 투영 광학계의 어떤 상고에 있어서의 결상 성능의 변화량 ΔF를 나타내고 있다. 이때, 변화량 ΔF는 상고마다 다르다. 우선, 투영 광학계의 초기의 변화량 ΔF를 제로로 설정하고 시간 t0로부터 노광이 개시되면, 시간과 함께 결상 성능이 변화하여, 결국 일정값(최대 변화량) F1에서 안정화된다. 이 상태는, 에너지가 투영 광학계에 흡수되어 열이 되고, 투영 광학계로부터 방출되는 열 에너지가 평형상태에 도달한 상태를 나타내며, 그후, 계속해서 노광 광이 조사되어도, 변화량 ΔF는 최대 변화량 F1으로부터 변화하지 않는다. 그후, 노광이 정지되면, 변화량 ΔF는 시간과 함께 감소하여, 결국 초기값 제로로 되돌아온다.
여기에서, 최대 변화량 F1은, 단위 광량(단위 노광 에너지)당의 결상 성능의 변화량(노광계수) K와, 노광량, 주사 속도 또는 노광 영역 정보를 포함하는 각종 조건에 근거하여 산출되는 실제 노광 에너지 Q를 사용하면, 식 (1)로 표시된다.
F1=K×Q …(1)
우선, 시각 t'0로부터 노광을 개시한 경우, 시각 t'0 이후의 결상 성능의 변화량 ΔF(t)은, 최대 변화량 F1과 가열의 속도를 표시하는 시정수 t1를 사용하여, 식 (2)과 같이 근사된다.
ΔF(t)=F1×(1-exp(-(t-t'0)/T1)) …(2)
또한, 시각 t'1에서 노광을 정지한 후의 변화는, 시간 t'1에 있어서의 ΔF(t'1)과, 방열의 속도를 표시하는 시정수 t2를 사용하여, 식 (3)과 같이 근사된다.
ΔF(t)=ΔF(t'1)×exp(-(t-t'1)/T2) …(3)
더구나, 시각 t'2에서 노광을 재개한 경우, 시각 t'2 이후의 변화는, 식 (4)로 표시된다.
ΔF(t)=ΔF(t'1)×exp(-(t-t'1)/T2)
+F1×(1-exp(-(t-t'2)/T1)) …(4)
여기에서, 식 (4)의 우변의 제1항은 식(3)의 우변과 같다. 또한, 식(4)의 우변의 제2항에 대해, 식(2)의 우변에 있어서 t'0 대신에 t'2가 주어진 것이다. 즉, 식 (4)를, 시각 t'1 이후의 투영 광학계 내부의 렌즈의 방열 경향과, 시각 t'2 이후의 렌즈의 가열 경향의 선형 합으로 고려할 수 있다. 또한, 시간 (t-t'1)이 충분히 큰 경우에는, 식 (4)은, 우변의 제1항을 무시할 수 있기 때문에, 식(2)과 일치한다. 이것은, 노광 종료후, 충분히 시간이 경과하면, 그 노광에 의해 발생된 열의 영향을 무시할 수 있다는 것을 의미한다.
따라서, 도 2에 나타낸 변화 특성 곡선을 식 (1) 내지 (4)에 표시되는 함수를 사용하여 모델화함으로써, 노광에 의해 발생된 투영 광학계의 결상 성능의 변화를 예측할 수 있다. 단, 식 (1) 내지 (4)는 일례이며, 다른 근사식을 사용해서 모델화해도 된다.
또한, 상기한 단위 광량당의 결상 성능의 변화량 K, 및, 시정수 T1 및 T2은 노광 조건에 의해 변화한다. 왜냐하면, 다른 노광 조건에서는, 투영 광학계에 입사하는 빛의 에너지 밀도의 분포(후술하는 도 3a 및 도 3b 참조)가 다르기 때문에, 그 결과, 투영 광학계의 온도변화의 분포 및 시간 특성이 변화하여, 결상 성능의 변화량 및 시간특성도 변화하기 때문이다. 여기에서, 노광 조건으로서는, 예를 들어, 조명조건, 레티클 R의 패턴(위상 시프터의 유무, 주기성, 미세도 등), 또는, 레티클의 조사 영역을 들 수 있다.
한편, 조명조건이 다르면, 투영 광학계 내부의 렌즈에 생기는 온도 분포 뿐만 아니라, 그 온도 분포가 결상 성능에 미치는 영향도 다르다. 즉, 조명조건이 다르면, 렌즈의 온도 분포가 동일하여도, 결상 성능에 미치는 영향의 정도가 다르다. 이것은, 렌즈의 온도 분포가 결상 성능에 미치는 영향은, 광속이 렌즈의 어느 부분을 통과하는가에 의해 변하기 때문이다. 이하, 일례로서, 노광장치가 2종류의 조명조건, 즉, 투영 광학계(110)에서 제1 동공면 조도 분포가 존재하는 조건에 해당하는 조명조건 A와, 투영 광학계(110)에서 제2 동공면 조도 분포가 존재하는 조건에 해당하는 조명조건 B를 전환하여 사용하는 경우를 상정한다.
우선, 각 조명조건의 차이에 대해 설명한다. 도 3은, 각 조명조건에 대한 투영 광학계(110)의 동공면 조도 분포(동공면 위의 빛의 에너지 밀도 분포)를 나타낸 모식도이며, 도 3a는 조명조건 A에 따른 제1 동공면 조도 분포를 나타낸 것이고, 도 3b는 조명조건 B에 따른 제2 동공면 조도 분포를 나타낸 것이다. 도면 중, 영역 301은 투영 광학계(110)의 동공 영역을 나타내고 있다. 영역 302는, 조명조건 A에서 노광 처리(제1 노광 처리)를 행하는 경우에 주로 빛이 통과하는 영역을 나타내고 있다. 또한, 영역 303은, 조명조건 B에서 노광 처리(제2 노광 처리)를 행하는 경우에 주로 빛이 통과하는 영역을 나타내고 있다. 이때, 조명조건 A는 소위 컨벤셔널 조명이며, 조명조건 B는 소위 고리형 조명이다.
도 4a 및 도 4b는, 각 조명조건에 따른 투영 광학계(110)에 있어서의 광속의 통과 위치의 차이를 나타낸 모식도이며, 도 4a는 조명조건 A에서의 광속을 나타내고, 도 4b는 조명조건 B에서의 광속을 나타내고 있다. 이때, 투영 광학계(110)에 있어서, 동공 부근의 렌즈(401) 이외의 광학 요소는 미도시이다. 우선, 조명조건 A에서는, 렌즈(401)에 있어서, 광속(402)이 렌즈 중앙부를 통과하므로, 노광중에 렌즈 중앙부가 가열된다. 또한, 이 부분의 온도 분포가 결상 성능에 영향을 미친다. 한편, 광속이 통과하지 않는 렌즈 주변부의 온도 분포는 결상 성능에 영향을 미치지 않는다(또는 영향을 미치기 어렵다). 다음에, 조명조건 B에서는, 렌즈(401)에 있어서, 광속(403)이 렌즈 주변부를 통과하므로, 노광중에 렌즈 주변부가 가열된다. 또한, 이 부분의 온도 분포가 결상 성능에 영향을 미친다. 한편, 광속이 통과하지 않는 렌즈 중앙부의 온도 분포는 결상 성능에 영향을 미치지 않는다(또는 영향을 미치기 어렵다). 따라서, 조명조건 A와 조명조건 B에서는 가열되는 렌즈의 부분이 다르다. 또한, 결상 성능에 영향을 미치는 렌즈의 부분이 다르다. 이때, 여기에서는 투영 광학계(110)의 동공 부근의 렌즈(401)에 주목했지만, 렌즈(401) 이외의 광학 요소에 있어서도, 광속이 통과하는 영역은 마찬가지로 조명조건에 의해 다르다.
다음에, 2종류의 조명조건을 전환하면서 노광을 행하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다. 도 5는, 조명조건을 전환하면서의 노광에 의한 투영 광학계의 결상 성능의 경시 변화(변화 특성)를 예시하는 그래프다. 도 5에서는, 횡축은 시간 t를 나타내고, 종축은 투영 광학계의 어떤 상고에 있어서의 결상 성능의 변화량 ΔF를 나타내고 있다. 여기에서는, 노광을, 시각 t0와 t1 사이의 구간에서는 조명조건 A에서 행하고, 시각 t2와 t3 사이의 구간에서는 조명조건 B에서 행하고, 시각 t4로부터의 구간에서는 다시 조명조건 A에서 행한다. 또한, 시각 t1와 t2 사이의 구간, 및, 시각 t3와 t4 사이의 구간에서는, 조명조건을 전환하기 위해 노광을 일시 정지한다.
여기에서, t0≤t<t2의 구간에서는, 변화량 ΔF는, 식 (2) 및 (3)을 사용해서 산출가능하다. 그렇지만, 시각 t2에 있어서 조명조건 A로부터 조명조건 B로의 변경의 순간에, 변화량 ΔF는 불연속으로 변화한다. 이 불연속성은, 광속이 통과하는 렌즈의 영역이 전환되었을 때에, 변경전의 조명 광의 흡수에 의해 영향을 받은 크기에 응답하여 발생한 오프셋에 기인하는 것이다. 더구나, 시각 t2 이후의 렌즈 온도 분포는, 조명조건 A에서 생긴 온도 분포의 방열 경향과, 조명조건 B에서 생긴 가열 경향이 서로 겹친 상태로 전이한다. 원래, 방열의 경향과 가열의 경향이 서로 겹친 상태에 있어서의 결상 성능의 변화는, 식 (3)으로 표시되는 결상 성능 변화의 방열 특성과, 식 (2)로 표시되는 결상 성능 변화의 가열 특성의 선형 합으로 표현가능하다. 따라서, 양자의 특성을 각각 구함으로써, 시각 t2 이후의 결상 성능의 변화를 정확하게 결정할 수 있다.
여기에서, 시각 t2 이후의 변화량 ΔF는, 조명조건 B의 광속이 통과하는 영역의 렌즈 온도 분포의 영향을 고려해야만 한다. 따라서, 조명조건 A에서 생긴 결상 성능 변화의 방열 특성도, 조명조건 B의 광속이 통과하는 영역의 렌즈 온도 분포에 대해 평가의 대상으로 해야만 한다. 그렇지만, 도 5에 나타낸 t0≤t<t2의 구간에 있어서의 변화량 ΔF는 조명조건 A의 광속이 통과하는 영역의 렌즈 온도 분포의 영향을 고려하고는 있지만, 조명조건 B의 광속이 통과하는 영역의 렌즈 온도 분포의 영향을 고려하지 않고 있다. 따라서, 시각 t2의 조명 전환 이후에는, 조명조건 A에서 생긴 결상 성능 변화의 방열 특성을 결정하는 것이 불가능하고, 결과적으로, 시각 t2 이후의 변화량 ΔF를 정확하게 결정할 수 없다. 이때, 시각 t4에 있어서 조명조건 B로부터 조명조건 A로의 조명 조건이 변경된 경우에도 마찬가지이다. 이것은, 조명조건 전환하는 동안의 결상 성능의 변화량 ΔF는, 식 (1) 내지 (4)로 표시되는 계산 모델 만으로는 정확하게 결정될 수 없다는 것을 의미한다.
따라서, 본 실시형태에서는, 2개의 모델, 즉 조명조건 A의 광속에 대한 온도 분포의 결상 성능에의 영향을 나타내는 제1 모델과, 조명조건 B의 광속에 대한 온도 분포의 결상 성능에의 영향을 나타내는 제2 모델을 사용하여, 결상 성능의 변화를 생각한다. 조명조건 전환시의 결상 성능의 변화량 ΔF를 상기한 계산 모델 만으로는 정확하게 결정할 수 없는 이유는, 조명조건에 따라 광속이 통과하는 투영 광학계의 렌즈 영역이 다르다는 사실에 기인한다. 즉, t0≤t<t2의 구간에 있어서의 변화량 ΔF와, t2≤t<t4의 구간에 있어서의 변화량 ΔF는, 다른 렌즈 영역의 온도 분포의 영향을 나타내는 것이며, 각각 다른 모델에 따라 변화하는 것이다. 따라서, 조명조건마다 계산 모델을 나누면, 조명조건 변경후에도, 계산 모델의 연속성이 유지될 수 있다. 이하, 일례로서, 투영 광학계(110)의 결상 성능을 가변으로 하는 가변부가 렌즈 구동장치(113)로서의 역할을 하고, 변화량 도출공정로서의 역할을 하는 투영 렌즈 제어장치(114)가 후술하는 것과 같이 투영 광학계(110)의 변화량 ΔF를 도출한다. 단, 투영 광학계(110)의 결상 성능을 가변으로 하는 가변부는, 렌즈 구동장치(113)에 한정되지 않고, 레티클 스테이지(109) 또는 웨이퍼 스테이지(116)가 사용되어도 하고, 예를 들면, 주 제어장치(103)가 변화량 도출공정을 실행해도 된다.
도 6은, 본 실시형태에 있어서의 노광에 의한 투영 광학계(110)의 결상 성능의 경시 변화를 표시하는 계산 모델(결상 성능 모델)을 예시하는 그래프다. 이때, 2종류의 조명조건을 전환하면서 노광을 행하는 점은 도 5에 있어서의 전제조건과 동일하다. 도면 중, 실선으로 나타낸 ΔFA는 조명조건 A의 광속에 대한 온도 분포의 결상 성능에의 영향을 표시하는 제1변화량, 즉 본 실시형태에의 제1모델이다. 한편, 마찬가지로 실선으로 나타낸 ΔFB은, 조명조건 B의 광속에 대한 온도 분포의 결상 성능에의 영향을 표시하는 제2변화량, 본 실시형태에서의 제2모델이다. 이때, 시각 t0에 있어서, 변화량 ΔFA 및 ΔFB은，모두 제로이다.
우선, 시각 t0로부터 t1까지(t0≤t≤t1)의 조명조건 A에서 노광 처리를 행하는 구간(제1 노광처리)에 있어서의 각 변화량 ΔFA, ΔFB은, 식 (2)에 근거하여, 식 (5) 및 (6)으로 표시된다.
ΔFA(t)=ΔFAA(t)
=F1AA×(1-exp(-(t-t0)/T1AA)) …(5)
ΔFB(t)=ΔFBA(t)
=F1BA×(1-exp(-(t-t0)/T1BA)) …(6)
여기에서, ΔFXY는, 조명조건 Y에 의해 생긴 온도 분포가 조명조건 X의 광속에 대해 결상 성능에 미치는 영향을 나타낸다. 여기에서, 변화량 ΔFA는, 식 (5)에 나타낸 것과 같이 F1AA 및 T1AA의 2개의 파라미터를 사용해서 산출된다. 한편, 변화량 ΔFB은, 식 (6)에 나타낸 것과 같이, F1BA 및 T1BA의 2개의 파라미터를 사용해서 산출된다. 이렇게, 변화량 ΔFA와 변화량 ΔFB는 각각 다른 파라미터에 의해 산출된다. 이것은, 조명조건마다 결상 성능에 영향을 미치는 렌즈의 부분이 다른 것을 반영하고 있기 때문이다.
다음에, 시각 t1과 t2 사이(t1<t≤t2)의 노광 정지 구간에 있어서의 각 변화량 ΔFA 및 ΔFB은, 식(3)에 근거하여 식 (7) 및 (8)로 표시된다.
ΔFA(t)=ΔFAA(t)
=ΔFAA(t1)×exp(-(t-t1)/T2AA) …(7)
ΔFB(t)=ΔFBA(t)
=ΔFBA(t1)×exp(-(t-t1)/T2BA) …(8)
식 (7) 및 (8)에 나타낸 것과 같이, 변화량 ΔFA와 변화량 ΔFB는, 각각 다른 파라미터(T2AA 및 T2BA)에 의해 산출된다.
다음에, 시각 t2와 t3 사이(t2<t≤t3)의 조명조건 B에서 노광 처리를 행하는 구간(제2 노광처리)에 있어서의 각 변화량 ΔFA 및 ΔFB은, 각각 식 (9) 및 (10)으로 표시된다.
ΔFA(t)=ΔFAA(t)+ΔFAB(t) …(9)
ΔFB(t)=ΔFBA(t)+ΔFBB(t) …(10)
단, Δ FAA 및 ΔFAB은, 각각 식 (11) 및 (12)로 표시된다.
ΔFAA(t)=ΔFAA(t1)×exp(-(t-t1)/T2AA) …(11)
ΔFAB(t)=F1AB×(1-exp(-(t-t2)/T1AB)) …(12)
한편, ΔFBA 및 ΔFBB은, 각각 식 (13) 및 (14)로 표시된다.
ΔFBA(t)=ΔFBA(t1)×exp(-(t-t1)/T2BA) …(13)
ΔFBB(t)=F1BB×(1-exp(-(t-t2)/T1BB)) …(14)
여기에서, 식 (11)의 ΔFAA는, 식 (7)의 ΔFAA와 마찬가지로, 시각 t1 이후에 조명조건 A에 의한 온도 분포의 감소 경향을 나타낸다. 한편, 식 (12)의 ΔFAB은, 시각 t2 이후 조명조건 B에 의한 온도 분포 증가 경향을 나타낸다. 그후, 변화량 ΔFA는 이들의 선형 합으로 표시된다. 이 선형 합이 성립하는 것은, ΔFAA 및 ΔFAB이, 모두 조명조건 A의 광속에 대한 영향을 나타내고 있기 때문이다. 또한, 식 (13)의 ΔFBA는, 식 (8)의 ΔFBA와 마찬가지로, 시각 t1 이후에 조명조건 A에 의한 온도 분포 감소 경향을 나타낸다. 한편, 식 (14)의 ΔFBB은, 시각 t2 이후에 조명조건 B에 의한 온도 분포 증가 경향을 나타낸다. 그후, 변화량 ΔFB은 이들의 선형 합으로 표시된다. 이 선형 합이 성립하는 것은, ΔFBA 및 ΔFBB이, 모두 조명조건 B의 광속에 대한 영향을 나타내고 있기 때문이다. 이때, t2<t≤t3의 구간에 있어서의 ΔFBA 및 ΔFBB은 도 6 중에서 파선으로 표시된다. 따라서, 조명조건 A의 광속에 대한 결상 성능과, 조명조건 B의 광속에 대한 결상 성능을 서로 다른 모델로서 취급하면, 조명조건을 변경한 후에도, 결상 성능의 변화가 정확히 결정될 수 있다.
다음에, 시각 t3로부터 t4까지(t3<t≤t4)의 노광 정지 구간에 있어서의 각 변화량 ΔFA 및 ΔFB은, 식 (15) 및 (16)으로 표시된다.
ΔFA(t)=ΔFAA(t)+ΔFAB(t) …(15)
ΔFB(t)=ΔFBA(t)+ΔFBB(t) …(16)
단, ΔFAA 및 ΔFAB은, 각각 식 (17) 및 (18)로 표시된다.
ΔFAA(t)=ΔFAA(t1)×exp(-(t-t1)/T2AA) …(17)
ΔFAB(t)=ΔFAB(t3)×exp(-(t-t3)/T2AB) …(18)
한편, ΔFBA 및 ΔFBB은, 각각 식 (19) 및 (20)로 표시된다.
ΔFBA(t)=ΔFBA(t1)×exp(-(t-t1)/T2BA) …(19)
ΔFBB(t)=ΔFBB(t3)×exp(-(t-t3)/T2BB) …(20)
여기에서, 식 (17)의 ΔFAA는, 식 (7) 및 (11)의 ΔFAA와 마찬가지로, 시각 t1 이후에 조명조건 A에 의한 온도 분포 감소 경향을 나타낸다. 한편, 식 (18)의 ΔFAB은, 시각 t3 이후에 조명조건 B에 의한 온도 분포 감소 경향을 나타낸다. 변화량 ΔFA는 이들 2개의 모델의 선형 합으로 표시된다. 또한, 식 (19)의 ΔFBA는, 식 (8) 및 (13)의 ΔFBA와 마찬가지로, 시각 t1 이후에 조명조건 A에 의한 온도 분포 감소 경향을 나타낸다. 한편, 식 (20)의 ΔFBB은, 시각 t3 이후에 조명조건 B에 의한 온도 분포 감소 경향을 나타낸다. 변화량 ΔFB은 이들 2개의 모델의 선형 합으로 표시된다.
그후, 시각 t4 이후(t4<t)의 조명조건 A에서 노광 처리가 행해지는 구간에 있어서의 각 변화량 ΔFA 및 ΔFB은, 식 (21) 및 (22)로 표시된다.
ΔFA(t)=ΔFAA(t)+ΔFAB(t)+ΔF'AA(t) …(21)
ΔFB(t)=ΔFBA(t)+ΔFBB(t)+ΔF'BA(t) …(22)
단, ΔFAA, ΔFAB 및 ΔF'AA는, 각각 식 (23), (24) 및 (25)로 표시된다.
ΔFAA(t)=ΔFAA(t1)×exp(-(t-t2)/T2AA) …(23)
ΔFAB(t)=ΔFAB(t3)×exp(-(t-t3)/T2AB) …(24)
ΔF'AA(t)=F1AA×(1-exp(-(t-t4)/T1AA)) …(25)
한편, ΔFBA, ΔFBB 및 ΔF'BA는, 각각 식 (26), (27) 및 (28)로 표시된다.
ΔFBA(t)=ΔFBA(t1)×exp(-(t-t1)/T2BA) …(26)
ΔFBB(t)=ΔFBB(t3)×exp(-(t-t3)/T2BB) …(27)
ΔF'BA(t)=F1BA×(1-exp(-(t-t4)/T1BA)) …(28)
여기에서, 식 (23)의 ΔFAA는 식 (17)의 ΔFAA와 동일하다. 마찬가지로, 식 (24)의 ΔFAB은 식 (18)의 ΔFAB와 동일하다. 한편, ΔF'AA는, 시각 t4 이후에 조명조건 A에 의한 온도 분포 증가 경향을 나타낸다. 변화량 ΔFA는 이들 3개의 모델의 선형 합으로 표시된다. 이때, t4≤t에 있어서의 ΔF'AA 및 ΔFAB은 도 6 중 파선으로 표시된다. 식 (26)의 ΔFBA는 식 (19)의 ΔFBA와 동일하다. 마찬가지로, 식 (27)의 ΔFBB은 식 (20)의 ΔFBB와 동일하다. 한편, ΔF'BA는 시각 t4 이후에 조명조건 A에 의한 온도 분포 증가 경향을 나타낸다. 변화량 ΔFB은 이들 3개의 모델의 선형 합으로 표시된다.
이때, 식 (21)로 표시되는 변화량 ΔFA, 및, 식 (22)로 표시되는 변화량 ΔFB은 각각 3개의 모델의 합으로 되어 있지만, 조명조건을 더 변경해서 노광을 계속하면, 합을 취하는 모델의 수가 증가하여, ΔFA 및 ΔFB에 대한 계산식이 복잡해진다. 단, 시각 t1으로부터의 경과 시간이 시정수 T2AA에 대해 충분히 큰 경우, 즉 (t-t1)>>T2AA인 경우에는, ΔFAA를 제로로 간주할 수 있다. 따라서, t4<t 및 (t-t1)>>T2AA의 구간에서는, ΔFA는 식 (21)에 근거하여 식 (29)에 나타낸 2개의 모델의 합으로 표시할 수 있다.
ΔFA(t)=ΔFAB(t)+ΔF'AA(t) …(29)
마찬가지로, t4<t 및 (t-t1)>>T2BA의 구간에서는, ΔFB은 식 (22)에 근거하여, 식 (30)에 나타낸 2개의 모델의 합으로 표시할 수 있다.
ΔFB(t)=ΔFBB(t)+ΔF'BA(t) …(30)
따라서, 조명조건을 변경하면서 노광을 행하는 경우에도, 과거에 행해진 모든 노광에 대해, 그것의 영향을 표시하는 모델을 결정할 필요는 없다. 과거의 어떤 시각 TL 이내에 행해진 노광만 결상 성능에 영향을 미치는 경우에는, 시각 t에서의 결상 성능의 변화의 계산에서는, 시각 (t-TL) 이후의 노광의 영향만을 고려하면 되어, 각 변화량 ΔFA 및 ΔFB의 계산식의 복잡화를 억제할 수 있다. 여기에서, 시각 TL은, 계산에 요구되는 정밀도에 근거하여 임의로 결정하면 된다. 예를 들면, 계산의 오차를 최대 변화량의 1% 이내로 억제할 필요가 있는 경우, 시각 TL의 값을 시정수 T2의 4.5∼5배 이상으로 설정하면 된다.
다음에, 본 실시형태에 있어서의 투영 광학계(110)의 결상 성능의 보정방법에 대해 설명한다. 도 7은, 도 6에 나타낸 결상 성능 모델에 대한 결상 성능의 보정량 C을 나타낸 그래프다. t0≤t≤t1 및 t4≤t의 구간에서는, 조명조건 A에서 노광 처리가 행해지기 때문에, 조명조건 A에 대한 결상 성능의 변화량 ΔFA를 상쇄하도록 보정량 C가 도출된다. 한편, t2≤t≤t4의 구간에서는, 조명조건 B에서 노광 처리가 행해지기 때문에, 조명조건 B에 대한 결상 성능의 변화량 ΔFB을 상쇄하도록 보정량 C가 도출된다. 즉, 식 (31) 내지 (33)에 나타낸 관계가 성립한다.
t0≤t≤t1:C(t)=-ΔFA(t) …(31)
t2≤t≤t3:C(t)=-ΔFB(t) …(32)
t4≤t:C(t)=-ΔFA(t) …(33)
투영 렌즈 제어장치(114)는, 보정량 도출처리로서, 상기한 것과 같이 보정량 C를 취득한다. 그리고, 투영 렌즈 제어장치(114)는, 보정량 C만큼 결상 성능을 변화시키도록, 렌즈 구동장치(113)를 구동시킴으로써, 투영 광학계(110)의 결상 성능의 변화를 상쇄할 수 있다. 이때, 렌즈 구동장치(113) 대신에, 투영 광학계(110)의 결상 성능을 가변으로 하는 가변부로서 레티클 스테이지(109) 또는 웨이퍼 스테이지(116)를 채용하는 경우에는, 예를 들면, 주 제어장치(103)가 보정량 도출처리를 실행하게 된다.
이때, t1<t<t2 및 t3<t<t4의 구간에서는, 노광 처리가 행해지지 않기 때문에, 결상 성능을 보정할 필요는 없다. 또한, 식 (31) 내지 (33)로 표시되는 각 구간에서는, 변화량 ΔCB은 t2≤t≤t3의 구간에 있어서만 보정에 사용되고, 그 이외의 구간에서는, 보정량 C에 전혀 기여하지 않으므로 필요하지 않다. 따라서, 투영 렌즈 제어장치(114)는, 예를 들면 t0≤t<t2의 구간에서는 변화량 ΔFB을 결정하지 않고, t2의 시점에서 처음으로 식 (8)에 근거하여 ΔFB을 결정해도 된다. 단, 그 경우의 계산에서는, 과거에 행해진 노광의 이력정보가 필요하므로, 투영 렌즈 제어장치(114)는 미리 이 이력정보를 기록해 둔다. 더구나, 투영 렌즈 제어장치(114)는, 보정에 기여하는지 아닌지에 관계없이, 변화량 ΔFB의 계산을 항상 행해도 되고, 이것은 변화량 ΔFA에 대해서도 마찬가지이다.
다음에, 본 실시형태에 있어서의 투영 광학계(110)의 결상 성능의 변화를 특정하는 파라미터, 즉 결상 성능 모델을 도출하기 위해 사용되는 파라미터를 취득하는 방법에 대해 설명한다. 여기에서, 결상 성능의 변화를 특정하기 위해서는, F1AA, F1AB, F1BA, F1BB의 4종류의 최대 변화량이 필요하므로, 단위 광량당의 결상 성능의 변화량 K에 대해서도, KAA, KAB, KBA, KBB의 4종류가 필요하게 된다. 또한, 시정수 T1 및 T2에 대해서도 마찬가지로 4종류가 필요하게 된다. 파라미터의 세트에 대해 정리하면, 제1파라미터는 KAA, T1AA 및 T2AA를 포함한다. 마찬가지로, 제2파라미터는 KAB, T1AB 및 T2AB를 포함하고, 제3파라미터는, KBA, T1BA 및 T2BA를 포함하고, 제4파라미터는 KBB, T1BB 및 T2BB를 포함한다.
도 8은, 파라미터의 취득 공정의 흐름을 나타낸 흐름도다. 또한, 도 9는, 취득 공정중의 투영 광학계(110)의 결상 성능의 변화와, 취득 공정에 포함되는 결상 성능 계측의 타이밍을 나타낸 그래프다. 도 9 중, 백색 원은, 조명조건 A에서의 결상 성능 계측을 행하는 타이밍을 나타내고, 한편, X 표시는, 조명조건 B에서의 결상 성능 계측을 행하는 타이밍을 나타내고 있다. 이때, 취득 공정의 개시에 노광에 의한 결상 성능의 변화가 없는 상태이기 때문에, ΔFA=0 및 ΔFB=0이다.
처음에, 주 제어장치(103)는, 가열 특성에 관한 계측공정을 실행한다. 우선, 주 제어장치(103)는 조명계 제어장치(108)에게 조명조건을 조명조건 A로 설정하게 한다(스텝 S101). 다음에, 주 제어장치(103)는, 조명조건 A에서 결상 성능의 계측을 지시한다(스텝 S102). 여기에서, 계측방법으로서는, 예를 들면, 웨이퍼 W 상에 계측용의 패턴을 노광하고, 패턴의 선폭 등을 별도로 계측장치를 사용해서 계측하거나, 또는, 웨이퍼 스테이지(116) 위에 설치되어 있는 센서(미도시)를 사용해서 직접 계측한다. 이때, 계측시간은 결상 성능의 변화의 속도에 대해 충분히 짧고, 또한, 투영 광학계(110)에 조사되는 노광 에너지는, 이후의 공정인 스텝 S106에 있어서의 더미 노광시의 노광 에너지에 대해 충분히 작은 것이 바람직하다. 다음에, 주 제어장치(103)는 조명계 제어장치(108)에게 조명조건을 조명조건 B하에서 설정(전환)하게 한다(스텝 S103). 다음에, 주 제어장치(103)는 조명조건 B에서 결상 성능의 계측을 지시한다(스텝 S104). 다음에, 주 제어장치(103)는, 가열 특성에 관한 계측공정을 종료할 것인지 아닌지 판정, 구체적으로는, 소정 회수의 계측이 종료하였는지 아닌지를 판정한다(스텝 S105). 이때, 주 제어장치(103)가 소정 회수의 계측이 종료하지 않았다고 판정한 경우에는(NO), 재차, 조명조건을 조명조건 A로 설정(전환)하고(스텝 S106), 계속해서, 소정 시간 동안 더미 노광을 행하도록 지시한다(스텝 S107). 여기에서, 더미 노광이란, 투영 광학계(110)에 열부하를 주기 위해, 통상의 노광과는 별개로 투영 광학계(110)에 노광 광을 조사하는 노광을 말한다. 즉, 여기에서의 가열 특성에 관한 조명조건 A 또는 조명조건 B에서의 결상 성능의 각 계측은, 조명조건 A에서 열부하가 주어지고 있는 조건하에서 행해지고 있다. 그후, 스텝 S106의 종료후, 주 제어장치(103)는, 스텝 S102로 되돌아가, 결상 성능 계측 등을 반복한다. 한편, 스텝 S105에 있어서, 주 제어장치(103)가 소정 회수의 계측이 종료했다고 판정한 경우에는(YES), 이후의 방열 특성에 관한 계측공정으로 처리를 이행한다.
다음에, 주 제어장치(103)는, 방열 특성에 관한 계측공정을 실행한다. 우선, 주 제어장치(103)는, 투영 광학계(110)에 빛을 조사시키지 않는 상태에서 소정 시간 대기한다(스텝 S108). 다음에, 주 제어장치(103)는, 스텝 S101 내지 S104와 유사한 상태에서 조명조건의 설정(전환)과 결상 성능의 계측의 반복을 지시한다(스텝 S109 내지 S112). 다음에, 주 제어장치(103)는, 방열 특성에 관한 계측공정을 종료할 것인지 아닌지를 판정, 구체적으로는, 소정 회수의 계측이 종료하였는지 아닌가를 판정한다(스텝 S113). 이때, 주 제어장치(103)가 소정 회수의 계측이 종료하지 않았다고 판정한 경우에는(NO), 스텝 S108로 처리를 되돌려, 주 제어장치(103)가 결상 성능 계측 등의 반복을 지시한다. 한편, 스텝 S113에 있어서, 주 제어장치(103)가 소정 회수의 계측이 종료했다고 판정한 경우에는(YES), 스텝 S114로 처리를 이행한다.
다음에, 주 제어장치(103)는 파라미터의 산출 공정을 실행한다(스텝 S114). 이때, 주 제어장치(103)는 스텝 S102에 있어서의 조명조건 A에서의 결상 성능의 계측결과로부터 KAA 및 T1AA를 산출할 수 있고, 스텝 S104에 있어서의 조명조건 B에서의 결상 성능의 계측결과로부터 KBA 및 T1BA를 산출할 수 있다. 또한, 주 제어장치(103)는, 스텝 S110에 있어서의 조명조건 A에서의 상 성능의 계측결과로부터 T2AA를 산출하고, 스텝 S112에 있어서 조명조건 B에서의 결상 성능의 계측결과로부터 T2BA를 산출할 수 있다.
이에 대해, 주 제어장치(103)가, 도 8에 나타낸 공정 중 스텝 S106에서 조명조건 A와 조명조건 B를 교체한 후에 유사한 공정을 실행하면, 이하의 파라미터도 산출할 수 있다. 구체적으로는, 주 제어장치(103)는, 가열 특성 계측공정에 있어서 조명조건 A에서의 결상 성능의 계측결과로부터 KAB 및 T1AB을 산출하고, 조명조건 B에서의 결상 성능의 계측결과로부터 KBB 및 T1BB을 산출할 수 있다. 또한, 주 제어장치(103)는, 방열 특성 계측공정에 있어서 조명조건 A에서의 결상 성능의 계측결과로부터 T2AB을 산출하고, 조명조건 B에서의 결상 성능의 계측결과로부터 T2BB을 산출할 수 있다. 그후, 스텝 S114의 파라미터 산출 공정이 종료하면, 파라미터 취득공정을 종료한다.
이때, 도 8에 나타낸 계측공정의 흐름은 일례이며, 예를 들면, 스텝 S105 및 스텝 S113에 있어서 각 계측 종료의 판정은, 계측된 결상 성능의 변화가 포화하였는지 아닌지에 근거하여 판정해도 된다. 또한, 스텝 S108 이후의 방열 특성에 관한 계측을 실시하는 것 대신에, 가열 특성에 관한 계측의 결과로부터 방열 특성을 예측할 수도 있다. 예를 들면, T2AA를 방열 특성에 관한 계측의 결과로부터 결정하는 것 대신에, T2AA를 가열 특성의 시정수 T1AA와 동일한 것으로 해도 된다.
더구나, 상기 설명에서는, 각 파라미터를 결상 성능의 계측에 의해 구하는 방법을 예시하였다. 단, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 각 파라미터를 미리 시뮬레이션에 의해 결정하고, 얻어진 파라미터를 사용해서 결상 성능의 변화량을 취득할 수도 있다.
따라서, 본 실시형태에 따른 노광방법에서는, 예를 들면, 조명조건을 변경하면서 노광을 계속하는 경우에, 투영 광학계(110)의 결상 성능의 변화에 대해, 그때의 조명조건 뿐만 아니라, 그 밖의 조명조건에 있어서의 영향도 미리 고려해서 결상 성능을 보정하는 보정량을 결정한다. 따라서, 특히, 변경전의 조명조건에서의 영향과 변경후의 조명조건의 영향이 중첩되는 과도상태에 있어서의 보정값을 보다 정확히 결정할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 따른 노광방법에서는, 조명조건의 변경시의 불연속 상태 또는 과도상태를 해소하기 위해서 조명조건을 변경할 때마다 노광을 정지시킬 필요가 없으므로, 생산성을 해치지 않고, 고정밀도의 결상 성능 하에서 노광을 행할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따르면, 노광 정밀도의 향상에 유리한 노광방법 및 노광장치를 제공할 수 있다.
이때, 상기 설명에서는, 2종류의 조명조건 사이에서 전환하는 경우를 예시했지만, 3종류 이상의 조명조건 사이에서 전환하는 것도 가능하다. 그 경우, 조명조건의 수(종류)에 따라, 결상 성능에의 영향을 표시하는 모델 수 및 파라미터 수를 늘림으로써, 상기 예시와 동일한 노광방법이 적용 가능해진다. 여기에서, 조명조건의 수가 증가할수록, 모델 수 및 파라미터 수는 증가하여, 계산식의 구성이 복잡해져 간다. 따라서, 계산식의 구성의 복잡화를 피하기 위해서, 모델 및 파라미터의 결정을 대표적인 소수의 조명조건에 대해서만 대상으로 한다. 그리고, 그 밖의 조명조건에 대해서는, 상기한 대표적인 조명조건 중에서 가까운 것을 1개 선택하여, 그것과 동일한 모델 수 및 파라미터 수를 사용한다. 또는, 대표적인 조명조건 중에서 가까운 것을 복수 선택하고, 보간계산에 의해 모델 수 및 파라미터 수를 산출해도 된다.
(물품의 제조방법)
본 발명의 실시형태에 따른 물품의 제조방법은, 반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스나 미세 구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하는데 적합하다. 이 물품 제조방법은, 전술한 노광장치를 사용하여 물체 위에 잠상 패턴을 형성하는 단계(예를 들어, 노광공정)와, 이전 단계에서 잠상 패턴이 형성된 물체를 현상하는 단계를 포함한다. 더구나, 이 물품 제조방법은, 다른 공지된 단계(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)를 포함한다. 본 실시형태의 디바이스 제조방법은, 종래의 디바이스 제조방법에 비해, 디바이스의 성능, 품질, 생산성 및 생산 코스트의 적어도 1개에 있어서 유리하다.
예시적인 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 이러한 실시형태에 한정되지 않는다는 것은 자명하다. 이하의 청구범위의 보호범위는 가장 넓게 해석되어 모든 변형, 동등물 구조 및 기능을 포괄하여야 한다.
본 출원은 2014년 11월 5일자 출원된 일본 특허출원 2014-224877의 우선권을 주장하며, 이 출원의 전체내용을 참조를 위해 본 출원에 원용한다.

Claims (19)

  1. 광원으로부터의 빛을 원판에 조사하고, 상기 원판의 패턴을 투영 광학계를 거쳐 기판 위에 투영해서 상기 기판을 노광하는 노광 처리를 행하는 노광방법으로서,
    상기 투영 광학계의 제1 동공면 조도 분포에 의해 상기 투영 광학계를 조사해서 상기 노광 처리를 행하는 제1 노광단계와,
    상기 제1 노광단계 후, 상기 제1 동공면 조도 분포와는 다른 제2 동공면 조도 분포에 의해 상기 투영 광학계를 조사해서 상기 노광 처리를 행하는 제2 노광단계와,
    상기 제1 동공면 조도 분포에서 조사가 행해진 상기 제1 노광단계에 있어서의 상기 투영 광학계의 결상 성능에 대해, 상기 제2 동공면 조도 분포의 조건에 있어서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능의 변화량을 취득하는 변화량 취득단계와,
    상기 변화량 취득단계에서 취득된 상기 변화량을 사용하여, 상기 제2 노광단계에 있어서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능을 보정하기 위한 보정량을 취득하는 보정량 취득단계를 포함하고,
    상기 제2 노광단계에 있어서, 상기 취득된 보정량을 사용하여 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능을 보정해서 상기 노광 처리를 행하는 노광방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 변화량 취득단계에 있어서, 상기 제1 동공면 조도 분포의 조건하에서의 상기 빛의 조사와, 상기 제1 동공면 조도 분포의 조건하에서 상기 빛의 조사에 의해 상기 투영 광학계에 온도 분포가 주어진 상태에 있어서 상기 제2 동공면 조도 분포의 조건하에서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능의 계측을 행함으로써, 상기 결상 성능의 상기 변화량을 취득하는 노광방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 변화량 취득단계에 있어서, 상기 제1 동공면 조도 분포의 조건하에서 상기 빛을 조사에 의해 발생한, 상기 제2 동공면 조도 분포의 조건하에서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능의 상기 변화량을 시뮬레이션에 의해 취득하는 노광방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보정량 취득단계에 있어서, 상기 보정량은, 상기 빛의 조사를 상기 제1 동공면 조도 분포의 조건하에서 행하고, 상기 결상 성능의 계측을 상기 제2 동공면 조도 분포의 조건하에서 행함으로써 얻어진 제3파라미터를 사용하고, 상기 빛의 조사와 상기 결상 성능의 상기 계측을 상기 제2 동공면 조도 분포의 조건하에서 행함으로써 얻어진 제4파라미터를 사용해서 취득되는 노광방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 보정량 취득단계에 있어서, 상기 보정량은, 상기 빛의 조사와 상기 결상 성능의 계측을 상기 제1 동공면 조도 분포의 조건하에서 행함으로써 얻어진 제1파라미터를 사용하고, 상기 빛의 조사를 상기 제2 동공면 조도 분포의 조건하에서 행하고, 상기 결상 성능의 상기 계측을 상기 제1 동공면 조도 분포의 조건하에서 행함으로써 얻어진 제2파라미터를 사용해서 도출되는 노광방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 보정량 취득단계에 있어서, 상기 제2 노광단계중에 적용되는 상기 보정량은, 상기 제3파라미터 및 상기 제4파라미터를 사용해서 도출되는 노광방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 보정량 취득단계에 있어서, 상기 제1 노광단계중에 적용되는 상기 보정량은, 상기 제1파라미터 또는 상기 제2파라미터의 적어도 어느 한개를 사용해서 도출되는 노광방법.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 제3파라미터 및 상기 제4파라미터 각각은, 상기 결상 성능의 단위 광량당의 변화량, 상기 투영 광학계에 포함되는 광학 요소에서의 가열의 속도를 나타내는 제1시정수, 및 상기 광학 요소로부터의 방열의 속도를 나타내는 제2시정수 중 적어도 한 개를 포함하는 노광방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 제1파라미터 및 상기 제2파라미터 각각은, 상기 결상 성능의 단위 광량당의 변화량, 상기 투영 광학계에 포함되는 광학 요소에서의 가열의 속도를 나타내는 제1시정수, 및 상기 광학 요소로부터의 방열의 속도를 나타내는 제2시정수 중 적어도 한 개를 포함하는 노광방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 보정량 취득단계에 있어서, 상기 보정량은, 상기 보정량을 도출할 때에 요구되는 정밀도에 근거하여 결정된 시간 이후에 행해진 노광의 영향만을 고려하여 도출되는 노광방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결상 성능은, 포커스, 배율, 왜곡 수차, 비점수차 및 상면 만곡 중 적어도 한 개를 포함하는 노광방법.
  12. 광원으로부터의 빛을 원판에 조사하고, 상기 원판의 패턴을 투영 광학계를 거쳐 기판 위에 투영해서 상기 기판을 노광하는 노광 처리를 행하는 노광장치로서,
    상기 투영 광학계의 동공면 조도 분포를, 제1 동공면 조도 분포와, 상기 제1 동공면 조도 분포와는 다른 제2 동공면 조도 분포 사이에서 전환하도록 구성된 전환부와,
    상기 제1 동공면 조도 분포에 의해 상기 투영 광학계를 조사하는 제1 노광 처리를 행하고, 상기 제1 노광 처리 후, 상기 제2 동공면 조도 분포에 의해 상기 투영 광학계를 조사하는 제2 노광 처리를 행하게 제어하도록 구성되고, 또한,
    상기 제1 동공면 조도 분포에서 조사가 행해지는 상기 제1 노광 처리에 있어서의 상기 투영 광학계의 결상 성능에 대해, 상기 제2 동공면 조도 분포의 조건에 있어서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능의 변화량을 취득하고, 상기 변화량을 사용해서 상기 제2 노광 처리에 있어서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능을 보정하기 위한 보정량을 취득하고, 상기 보정량을 사용해서 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능을 보정함으로써, 상기 제2 노광 처리를 행하게 제어하도록 구성된 제어부를 구비한 노광장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 결상 성능의 상기 변화량은, 상기 제1 동공면 조도 분포의 조건하에서 상기 빛의 조사와, 상기 제1 동공면 조조 분포의 조건하에서의 상기 빛의 조사에 의해 상기 투영 광학계에 온도 분포가 주어진 상태하에서, 상기 제2 동공면 조도 분포의 조건하에서 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능의 계측을 행함으로써 취득되는 노광장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 동공면 조도 분포의 조건하에서 상기 빛의 조사에 의한 상기 제2 동공면 조도 분포의 조건하에서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능의 상기 변화량은 시뮬레이션에 의해 취득되는 노광장치.
  15. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원으로부터의 상기 빛을 상기 원판에 조사하도록 구성된 조명 광학계를 구비하고,
    상기 전환부는, 상기 조명 광학계의 동공면 조도 분포, 상기 원판, 및 상기 원판 위의 조사 영역 중 적어도 한 개를 변경하는 노광장치.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 상기 결상 성능을 가변으로 만들도록 구성된 가변부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 보정량에 근거하여 상기 가변부를 제어하도록 구성된 노광장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 원판을 유지하도록 구성되고 이동 가능한 원판 유지부와,
    상기 기판을 유지하도록 구성되고 이동 가능한 기판 유지부와,
    상기 투영 광학계에 포함되는 광학 요소를 이동 또는 변형 가능하게 하게 하도록 구성된 광학 요소 구동부를 구비하고,
    상기 가변부는, 상기 원판 유지부, 상기 기판 유지부 및 상기 광학 요소 구동부의 적어도 한 개를 포함하는 노광장치.
  18. 물품의 제조방법으로서,
    노광방법을 사용하여 기판을 노광하는 단계와,
    상기 노광단계에서 노광된 상기 기판을 현상하는 단계를 포함하고,
    상기 노광방법은, 광원으로부터의 빛을 원판에 조사하고, 상기 원판의 패턴을 투영 광학계를 거쳐 상기 기판 위에 투영해서 상기 기판을 노광하는 노광 처리를 행하는 노광방법으로서,
    상기 투영 광학계의 제1 동공면 조도 분포에 의해 상기 투영 광학계를 조사해서 상기 노광 처리를 행하는 제1 노광단계와,
    상기 제1 노광단계 후, 상기 제1 동공면 조도 분포와는 다른 제2 동공면 조도 분포에 의해 상기 투영 광학계를 조사해서 상기 노광 처리를 행하는 제2 노광단계와,
    상기 제1 동공면 조도 분포에서 조사가 행해진 상기 제1 노광단계에 있어서의 상기 투영 광학계의 결상 성능에 대해, 상기 제2 동공면 조도 분포의 조건에 있어서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능의 변화량을 취득하는 변화량 취득단계와,
    상기 변화량 취득단계에서 취득된 상기 변화량을 사용하여, 상기 제2 노광단계에 있어서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능을 보정하기 위한 보정량을 취득하는 보정량 취득단계를 포함하고,
    상기 제2 노광단계에 있어서, 상기 취득된 보정량을 사용하여 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능을 보정해서 상기 노광 처리를 행하는 노광방법인, 물품의 제조방법.
  19. 물품의 제조방법으로서,
    노광장치를 용하여 기판을 노광하는 단계와,
    상기 노광단계에서 노광된 상기 기판을 현상하는 단계를 포함하고,
    상기 노광장치는, 광원으로부터의 빛을 원판에 조사하고, 상기 원판의 패턴을 투영 광학계를 거쳐 기판 위에 투영해서 상기 기판을 노광하는 노광 처리를 행하는 노광장치로서,
    상기 투영 광학계의 동공면 조도 분포를, 제1 동공면 조도 분포와, 상기 제1 동공면 조도 분포와는 다른 제2 동공면 조도 분포 사이에서 전환하도록 구성된 전환부와,
    상기 제1 동공면 조도 분포에 의해 상기 투영 광학계를 조사하는 제1 노광 처리를 행하고, 상기 제1 노광 처리 후, 상기 제2 동공면 조도 분포에 의해 상기 투영 광학계를 조사하는 제2 노광 처리를 행하게 제어하도록 구성되고, 또한,
    상기 제1 동공면 조도 분포에서 조사가 행해지는 상기 제1 노광 처리에 있어서의 상기 투영 광학계의 결상 성능에 대해, 상기 제2 동공면 조도 분포의 조건에 있어서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능의 변화량을 취득하고, 상기 변화량을 사용해서 상기 제2 노광 처리에 있어서의 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능을 보정하기 위한 보정량을 취득하고, 상기 보정량을 사용해서 상기 투영 광학계의 상기 결상 성능을 보정함으로써, 상기 제2 노광 처리를 행하게 제어하도록 구성된 제어부를 구비한 노광장치인, 물품의 제조방법.
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