JP3720582B2 - 投影露光装置及び投影露光方法 - Google Patents

Description

【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ウエハ面上の各ショットに投影光学系を介して、順に投影露光する露光装置（いわゆるステッパ）に関し、特に、投影露光の際、レチクルが露光光を吸収し熱膨張が発生しても、それを即座に検出し、ショット倍率成分に変換し、投影レンズの倍率補正機能を用いて、そのショット倍率成分を迅速に補正す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。
【０００３】
現在、各ＬＳＩメーカーの量産ラインでは、ＣＯＯ（Ｃｏｓｔ Ｏｆ Ｏｗｎｅｒｈｉｐ）を向上させるために、クリティカル層には高解像度の露光装置を用い、非クリティカル層には解像度は低いものの高スループットの露光装置を用いる傾向が強くなっている。このように、異なる装置でのＭｉｘ＆Ｍａｔｃｈ方式のプロセスに対応するためには、ウエハ内のショット配列のシフト、倍率、回転誤差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。
【０００４】
特にショット内の変動に関しては、レチクルが照明光を吸収し、熱膨張することによって、倍率、ディストーションが変動するといった問題が近年顕在化してきた。レチクルは石英硝子を使っているため、硝子自体の露光光（ＫｒＦ２４３ｎｍ、ｉ線、ｇ線、等）の吸収率は数％以下であり、また、その線膨張係数も０．５ｐｐｍ／℃と低いため、従来レチクルの熱膨張はほとんど問題にならなかった。しかし、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理由により、Ｃｒパターンの存在率（面積率）が高い場合は、Ｃｒパターンが吸収する露光エネルギーも多くなり、熱伝導のプロセスにより石英硝子の温度が上昇し、熱膨張するという現象が確認されるようになった。
【０００５】
この対策として、レチクルに空調されたエアーを吹き付けることにより温度上昇を防ぐという方法が考えられるが、空気の温度とレチクルの温度を同一にすることはできないこと、装置が大がかりになってしまうこと、ぺリクルが装着されたレチクルでは効果が低いことなどにより、あまり現実的ではない。
【０００６】
また、レチクルの熱変形量を各種露光パラメータ（レチクル面照度、パターン存在率、等）に基づいて、差分法、有限要素法、等の数値計算により見積もって、その、倍率、ディストーション成分を投影光学系の補正手段を用いて補正する方法（特開平４−１９２３１７、等）も提案されている。しかし、基本的にオープンループによる補正であり、実際のプロセスで各種変形照明、位相シフトレチクル、ペリクル装着レチクル、等を用いた場合、及びそれらを組み合わせて用いた場合、全てについて数値計算によってレチクルの熱変形量を見積もることは容易なことではない。
【０００７】
そこで、レチクルの熱変形を直接計測しこれを補正する、いわゆるクローズドループによる補正方法が挙げられる。つまり、レチクルをレチクルステージで位置決めするときに用いる既存の位置計測マークを利用して、レチクルの熱変形を計測し、その結果から投影光学系のディストーション補正手段を用いて補正する方法が考えられる。
【０００８】
この方法を図３〜５を用いて簡単に説明する。図３において、１はレチクル、２、３はレチクル裏面に設けられた位置計測マークである。図４において、４は不図示のレチクルステージを支えるベース盤、５、６はレチクル位置計測マーク２、３に対向する位置にベース盤上に設けられた基準マークである。レチクルの熱変形を計測する場合は、図５のように、基準マーク５、６を基準にして、位置計測マーク２、３のずれ（Δｘ，Δｙ）を計測する。この結果からレチクル上に発生している倍率成分を、投影光学系のディストーション補正手段を用いて補正するというものである。
【０００９】
【発明が解決しようとしている課題】
しかし、上記従来技術は以下のように、不十分な点があった。
実素子に対するプロセスでは、常に露光装置の最大画面サイズ（例えば２２ｍｍ×２２ｍｍ）が用いられるとは限らず、チップサイズにより１ショット２チップ取り、３チップ取り等、画面サイズがマスキング装置に制限され、長方形状となる場合が多い。そのような場合、上記従来技術は、実際のショットの外縁と位置計測マークの距離が離れているため、ショット内の倍率変動と位置計測マークの倍率変動が異なっていた。
【００１０】
図６にこの様子を示す。同図で、７は長方形をした実素子エリアであり、このエリアに露光光が入射して、熱的に定常状態になった際の温度分布と変形図を図７に示す。同図で１ａは変形後のレチクル、２ａ、３ａは変位した位置計測マークである。この例のように、回路パターン領域がｙ方向に長い長方形の場合は、温度分布はｙ方向に長い楕円形状になり、それに伴う熱変形もｙ方向が顕著になり、ショット倍率変動で考えるとｙ方向の倍率成分が大きく変化したことになる。にもかかわらず、レチクル位置計測マーク２ａ、３ａはレチクルの外周付近に位置しているため、マーク変位から算出される倍率成分は実際のショット倍率を反映したものにならない。
【００１１】
また、図８のように回路パターン領域８が最大照明領域よりもかなり小さい場合は、図９のように温度分布は小さい同心円上になる。この場合も同様の理由で、マーク変位から算出される倍率成分は実際のショット倍率を反映したものにならない。
【００１２】
このように、従来の技術ではマーク倍率変動を用いて、ショット倍率変動を正確にモニターする事は不可能であった。本発明は、以上の点に鑑み、レチクルの熱変形によって発生したショット倍率成分を既存のレチクル上の位置計測マークの変位から算出するに当たって、露光領域がマスキング装置によって、任意のサイズに変化しても、位置計測マーク倍率から良好にショット倍率成分を推定できるような手段を提供し、その推定結果から、投影レンズによる倍率補正手段を用いて、レチクルに発生しているショット倍率成分を補正可能にすることを目的とした半導体露光装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段を次に説明する。
本発明では既存のレチクルの位置決めに用いる、レチクル位置計測マークと、その対になっている基準マークとのずれを常に計測することで、マークの倍率変動をまず算出する。そして、コンソール内部には位置計測マークの倍率変動Δβ_M から、実際のショット倍率変動Δβ_S を推定する推定式が記憶されており、この推定式を用いた演算によりショット倍率変動Δβ_S が常にモニターされている。この推定式は、ショットのアスペクト比と露光面積をパラメータにもっていることにより、マスキング装置による任意の画面サイズでも、良好に実際のショット倍率を推定することが可能となっている。
【００１４】
そして、そのショット倍率が、実際の露光プロセスで問題になるレベルに達したと判断されると、公知の投影レンズの倍率補正機能を用いて、投影レンズにより、レチクル上に発生しているショット倍率成分を補正し、再び露光動作を再開する。以降も同様に、レチクル位置計測手段の計測結果からショット倍率を推定する推定式により、常にショット倍率がモニターされ、問題になるレベルに達したと判断されると、再び同じ動作を繰り返す。
【００１５】
即ち、本発明は以下の（１）〜（５）である。
（１）原板上の回路パターンを、所定波長の照明光で照明し、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、原板の位置合わせに複数の位置計測マークを備えていて、前記原板が前記照明光を吸収し、熱変形することにより発生するショット倍率変動を検出するために、前記位置計測マークの変位量からマーク倍率変動Δβ_M を算出し、前記マーク倍率変動Δβ_M から露光領域のアスペクト比Ａ、及び露光領域の面積比Ｓをパラメータにした推定式
Δβ_S ＝ｃ・Ａ^p ・Ｓ^q ・Δβ_M
（ここで、ｃ，ｐ，ｑは係数である）を用いて、前記ショット倍率Δβ_S を推定する手段を有し、その推定結果に基づき投影レンズの倍率補正機能を利用し、前記ショット倍率を補正することを特徴とする投影露光装置。
（２）前記ショット倍率変動補正方法は、あらかじめ対象とする線幅、重ね合わせ精度から算出されるショット倍率変動許容値よりも大きいか、小さいかの判別シーケンスを備えており、その判別シーケンスはプロセスによりショット毎、ウエハ毎、等任意に選択可能であることを特徴とする上記（１）の投影露光装置。
（３）前記ショット倍率変動が前記ショット倍率変動許容値よりも大きい場合、前記原板の熱変形により生じている前記各位置計測マークの位置変位の２乗和が最小になるように、前記原板を支持するステージをｘ、ｙ、θ方向にアライメントするシーケンスを設けた上記（１）の投影露光装置。
（４）上記（１）記載の露光装置を用いることを特徴とする投影露光方法。
（５）上記（１）記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
【００１６】
【作用】
本発明によれば、レチクルが照明光を吸収しレチクルに熱変形が生じた際、既存のレチクル位置計測手段を用いて、その熱変形量を計測し、その結果をショット倍率に推定する推定式を用いることにより、投影レンズによる迅速な倍率補正動作を可能にすることができ、ウエハに常に良好な回路パターンを焼き付けることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明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１０を用いて簡単に説明する。
この図において、５０は照明系、１は回路パターンが形成されているレチクルであり、位置計測マーク２、３が描画されている。４は不図示のレチクルステージを搭載している基板であり、マーク２、３に対向する位置に基準マーク５、６が設けられている。そして、レチクル１はレチクルステージ基板４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６１にストアされる。
【００１８】
５１はレチクルのパターン像をウエハ５４に投影する投影レンズであり、５２は周知の気圧、温度による投影レンズの結像性能変化を補正する為のレンズ駆動ユニットである。６２はオフアクシスでＴＴＬ（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、５９はその計測系である。
【００１９】
５３、６０は周知のフォーカス、ウエハチルト検出器で、ウエハ５４の表面に光ビームを照射し（５３）、その反射光を光電検出する事により（６０）、投影レンズ５１の合焦位置とウエハ５４の傾きを検出する。
【００２０】
５５はウエハ５４をバキュームチャックするウエハチャック、５６はｘ、ｙ、θ方向に粗動、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５７、干渉計５８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６１が司っている。
【００２１】
次に本発明の説明に入る。
図３〜５は前述でも説明したが、本発明で重要なレチクル位置計測マークとその基準マークを説明している。これらの図からも分かるようにレチクルの熱変形は、基準マーク５、６を基準としたレチクル位置計測マーク２、３の相対距離変化により計測することによって得られる。なお、各レチクル位置計測マーク２、３は、その位置のｘ、ｙ座標の検出が可能であり、各計測値は、ｉは測定回数として、（ｘ⁽ⁱ⁾ _R ，ｙ⁽ⁱ⁾ _R），（ｘ⁽ⁱ⁾ _L ，ｙ⁽ⁱ⁾ _L）として表されるものとする。
【００２２】
露光に先立って、上記の２つのレチクル位置計測マークを備えたレチクル１が、レチクルステージ基板４の基準マークを基準としてアライメントされる。この状態で、露光が開始され、露光が断続的に行われると、レチクルのＣｒパターン部が露光光を吸収する事により、温度上昇し、熱変形が生じてくる。前述もしたが、レチクルの母材である石英硝子は、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。
【００２３】
レチクルの温度を、横軸を時間にしてプロットすると図１１、１２の様になる。図１１はＣｒパターンの存在率が高い場合、図１２はそれが低い場合を示している。レチクルの温度上昇も通常の非定常熱伝導のプロセスをたどる。つまり、τ＝０で露光が開始されると、次第に温度が上昇し、誤差関数ｅｒｆ（ξ）のカーブをたどる。ある時刻τ＝τ₀ で最高温度Ｔ＝Ｔ₀ の定常状態に達し、τ＝τ₁ で露光をとり止めると、温度上昇の時と逆のカーブをたどり、冷却され再び定常状態に達する。このプロセスで重要なのは、露光が開始されてから、定常に達するまでの非定常状態の区間（０≦τ≦τ₀ ）である。本発明では、この区間でレチクルの熱膨張を適切に検出し、それをショット倍率に換算し、投影レンズの倍率・ディストーション補正機能を用い、効率よく補正をかけることに主眼をおいている。
【００２４】
本発明では、レチクルの熱変形により生じたショット倍率成分を、既存のレチクル位置計測マークの変位を基に算出した倍率成分から推定する手段、具体的には推定式の算出法が重要になるので、次にその方法を説明する。
【００２５】
実際の半導体プロセスでは、レチクル上の露光領域は設計された回路パターンにより、様々なものが考えられる。しかし、露光領域が同一であればレチクルが吸収するエネルギー総量と熱変形量は比例関係にあると考えて良いため、ここでは、吸収エネルギー総量は一定の下に話を進める。
【００２６】
先ず、実験、もしくはシミュレーションで露光領域のアスペクト比とマーク倍率変動、ショット倍率変動の関係を調べる。図１３のように、露光面積一定の下に露光領域のアスペクト比を７０〜７６のように任意に変化させ、各々のアスペクト比におけるマーク倍率変動と実際のショット倍率変動を求める。つまり、露光が開始されてから十分時間が経過した後の、左右のレチクル位置計測マークの変位（Δｘ⁽ⁱ⁾ _R ，Δｙ⁽ⁱ⁾ _R），（Δｘ⁽ⁱ⁾ _L ，Δｙ⁽ⁱ⁾ _L）から、マーク倍率変動は次式で算出される（ただし、Ｌはマーク間距離）。
Δβ⁽ⁱ⁾ _M＝（Δｘ⁽ⁱ⁾ _R−Δｘ⁽ⁱ⁾ _L）／Ｌ
そしてこの時の、ショット倍率の変動β⁽ⁱ⁾ _Sを求める。このようにショット面積一定の下に、いくつかアスペクト比を振ってマーク倍率変動β⁽ⁱ⁾ _M 、ショット倍率変動β⁽ⁱ⁾ _Sの関係を調べると、発明者のシミュレーション結果では、アスペクト比Ａを、ショットの（横（ｘ）サイズ）／（縦（ｙ）方向サイズ）と定義すると、アスペクト比が大きくなるにしたがい、マーク倍率変動β⁽ⁱ⁾ _Mは、ショット倍率変動β⁽ⁱ⁾ _Sに漸近するようになる。従って、ショット倍率は、アスペクト比Ａをパラメータにした場合、そのべき乗ｐをパラメータに入れ、
Δβ⁽ⁱ⁾ _S＝ｃ_１・Ａ^ｐ・β⁽ⁱ⁾ _M （１）
と表現できるようになる。ｃ₁ は係数である。
【００２７】
次に実験、もしくはシミュレーションでショット面積とマーク倍率変動、ショット倍率変動の関係を調べる。図１４のように、アスペクト比一定（＝１）の下に露光領域面積を８０〜８４のように任意に変化させ、各々の面積におけるマーク倍率変動と実際のショット倍率変動の関係を求める。つまり、レチクル上のｊ番目の露光領域で露光が開始されてから十分時間が経過した後の、左右のレチクル位置計測マークの変位（Δｘ^(j) _R ，Δｙ^(j) _R），（Δｘ^(j) _L ，Δｙ^(j) _L）から、マーク倍率変動は次式で算出される（ただし、Ｌはマーク間距離）。
Δβ^{（ j)} _M＝（Δｘ^(j) _R−Δｘ^(j) _L）／Ｌ
そしてこの時の、ショット倍率の変動β^(j) _Sを求める。このようにアスペクト比一定の下に、いくつか露光面積を振ってマーク倍率変動β^(j) _M 、ショット倍率変動β^(j) _Sの関係を調べると、発明者のシミュレーション結果では、露光面積比Ｓを、ショット面積／基準面積と定義すると（基準面積：マーク位置での正方形領域面積）、面積比が１に近づくにつれ、ショット外縁とマーク位置が近づくため、マーク倍率変動β^(j) _Mは、ショット倍率変動β^(j) _Sに漸近するようになる。従って、ショット倍率変動は、露光面積比Ｓをパラメータにした場合、そのべき乗ｑをパラメータにいれ、ｃ₂ を係数として、
Δβ^(j) _S＝ｃ₂・Ｓ^ｑ・Δβ^(j) _M （２）
と表現できるようになる。ｃ₂ は係数である。
【００２８】
従って、任意のアスペクト比Ａ、露光面積比Ｓでは上記（１）、（２）式をまとめて、次のように表現できる。
Δβ_S＝ｃ・Ａ^ｐ・Ｓ^ｑ・Δβ_M （３）
実際は、このモデル式を基本に、実験及びシミュレーションで最小二乗法により、係数ｃ，ｐ，ｑを定め、推定式を決定する。
【００２９】
次に、熱膨張しているレチクルを投影レンズの倍率補正手段を利用して補正する方法を説明する。露光開始後、しばらくたった時点で、各レチクル位置計測マークの初期座標からのずれ（Δｘ_R ，Δｙ_R ），（Δｘ_L ，Δｙ_L ）から算出したマーク倍率成分Δβ_M が発生しているとすると、（３）式を用いて、ショット倍率Δβ_S を推定する。実際のシーケンスでは、レチクル１で発生した倍率成分Δβ_S は、図１０に示されるコンソール６１でその倍率成分に対応するレンズ駆動量が計算され、倍率補正ユニット５２にその指令値が入り補正される、というオープンループにより制御される。
【００３０】
以上が、本発明のレチクル熱変形により発生するショット倍率の補正方法の概念の説明である。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
実施例１
本発明を用いた場合の露光シーケンスを図１を用いて説明する。
シーケンスが開始されると（ステップ１０）、レチクル１がレチクルステージにロードされ、チャッキングされる（ステップ１１）。次に２つのレチクル位置計測マーク（２、３）を用いて、レチクルステージ基板４に設けられている基準マーク（５、６）を基準にレチクル１がアライメントされる。この時のレチクル位置計測マーク（２、３）の計測座標を（Δｘ⁽⁰⁾ _R ，Δｙ⁽⁰⁾ _R），（Δｘ⁽⁰⁾ _L，Δｙ⁽⁰⁾ _L）とし、これを計測初期値とする。次に、一枚目のウエハ５４が搬送系からウエハチャック５５上に搬送され、ウエハチャック５５にチャッキングされる。その後、アライメントされ（ステップ１３）、１枚目の露光が行われる（ステップ１４）。
【００３２】
全ショットの露光動作が完了すると、次にウエハ交換が行われるが、その間にレチクル１の位置計測マーク（２、３）の位置が計測され、レチクル位置計測マークの初期位置からのずれ（（Δｘ⁽¹⁾ _R ，Δｙ⁽¹⁾ _R），（Δｘ⁽¹⁾ _L ，Δｙ⁽¹⁾ _L）が計算される。これに基づき、マーク倍率変動Δβ⁽¹⁾ _Mが算出される。次に、この倍率変動からショット倍率変動を（３）式、即ち、
Δβ_S＝ｃ・Ａ^ｐ・Ｓ^ｑ・Δβ_M （３）
を用いて推定する（ステップ１６）。次に、このショット倍率変動Δβ⁽¹⁾ _Sと、対象とするプロセスの線幅、重ね合わせ精度から予め計算されているショット倍率変動許容値Δβ_S0と比較する（ステップ１７）。
【００３３】
これが真であれば、レチクル倍率補正シーケンスに入る（ステップ１８、１９）。偽であれば全てのウエハの露光が完了しない限り露光動作を続ける（ステップ２０）。現時点では、露光が開始された直後であるため、レチクルの熱変形もわずかであり、露光動作を続けるとして、ステップ１３に戻り、２枚目のウエハの処理に移る。ちなみに、この一連の動作（ステップ１５〜１７）の動作間隔は、プロセスにより異なってもよく、レチクルのパターン存在率が高く、露光エネルギー、デューティが大きい場合などは、例えば、ウエハ１枚毎行われる。逆にレチクルのパターン存在率が低く、露光エネルギー、デューティが小さい場合にはウエハ５枚、あるいは１０枚毎でも良い。本実施例では、常にレチクルの熱変形をモニターする意味で、ウエハ１枚毎に行われるとする。
【００３４】
この様なループが繰り返されると、次第にレチクルの温度が上昇してくる。ｉ回目のマーク計測で、推定されたショット倍率変動Δβ⁽¹⁾ _Sがショット倍率変動許容値Δβ_S0より大きくなったと判断されるとすると、シーケンスは倍率補正動作に移行する。ステップ１８で、伸びたレチクルに対し、レチクルアライメントをかけ、この伸びの誤差の２乗和が最小になるように、各マークに誤差を割り振り、レチクルステージにて、ｘ、ｙ、θ方向の位置決めを行う。その後発生しているショット倍率成分Δβ⁽¹⁾ _Sに対応する投影レンズの倍率補正値に従って、投影レンズの倍率補正ユニット５２が動作し、レチクルの倍率補正がなされる（ステップ１９）。
【００３５】
倍率補正が理想的に行われると、レチクル倍率変動は、ウエハ上では発生していないことになるので、この時点でのレチクルマークのアライメント計測値を、再び初期値とする。そして、この初期値が、露光が再開された際、レチクルの各マーク位置が計測される場合のマーク初期位置として使われる。シーケンスは、再びメインのシーケンスに移り、新たなウエハがステージにロードされ、アライメントされ（ステップ１３）、本発明のシーケンスが再開される。このように、推定されたショット倍率変動Δβ⁽¹⁾ _Sがショット倍率変動許容値Δβ_S0より大きくなる度に、レチクル倍率補正がかかり、処理すべき全ウエハが露光を完了すると、このプロセスは終了となる（ステップ２１）。
【００３６】
以上が本発明の実施例であるが、実際のプロセスに本発明を適用した場合を考える。本発明はレチクルが熱的に定常な状態に達するまで適用される。例えばレチクルのパターン存在率が高く、露光エネルギー、デューティが大きい場合は、図１１のようにレチクルの温度変化も大きいため、レチクル倍率の補正動作は、時刻τ₂ 、τ₃ 、τ₄ 、τ₅ の様に行われる。つまり、露光を開始した直後は、レチクルが急に暖まり出すので補正間隔は短く、定常状態付近では温度変化は少ないので補正間隔は長くというようにである。また、逆にレチクルのパターン存在率が低く、露光エネルギー、デューティが小さい場合は、図１２のようにレチクルの温度変化は小さいため、時刻τ₆ にレチクル倍率の補正動作を１回行うだけで済む。
【００３７】
実施例２
次に、本発明の第２の実施例を説明する。
本実施例は、レチクルに発生するショット倍率変動をショット単位で補正するシーケンスを用いている点に特徴がある。図２を用いて説明する。
ステップ３０から３３までは、実施例１のステップ１０から１３と全く同様である。次に、本実施例の特徴であるショット毎にレチクル上のショット倍率変動をモニターするシーケンスを説明する。まず、ステップ３４で第１枚目のウエハの第１ショットの露光が行われる。ウエハステージが第２ショットにステップして、所定位置に位置決めされている最中に、レチクル１の位置計測マーク（２、３）の初期位置からのずれ（（Δｘ⁽¹⁾ _R ，Δｙ⁽¹⁾ _R），（Δｘ⁽¹⁾ _L ，Δｙ⁽¹⁾ _L））が計測される。これに基づき、マーク倍率変動Δβ⁽¹⁾ _Sが算出される。次に、この倍率変動からショット倍率変動を（３）式、即ち、
Δβ_S＝ｃ・Ａ^ｐ・Ｓ^ｑ・Δβ_M （３）
を用いて推定する（ステップ３６）。次に、このショット倍率変動Δβ⁽¹⁾ _Sと、対象とするプロセスの線幅、重ね合わせ精度から予め計算されているショット倍率変動許容値Δβ_S0と比較する（ステップ３７）。
【００３８】
これが真であれば、レチクル倍率補正シーケンスに入る（ステップ３８、３９、４０）。偽であれば、全てのウエハ上の全ショットの露光が完了しない限り露光動作を続ける（ステップ４１）。現時点では、第１ショットの露光が完了したばかりなので、レチクルの熱変形もほとんど生じておらず、露光動作を続けるとして、ステップ３４に戻り第２ショットの露光が行われる。ちなみに、この一連のステップ３５〜３７の動作間隔は、プロセスにより異なってもよく、レチクルのパターン存在率が高く、露光エネルギー、デューティが大きい場合などは、例えば、１ショットの露光毎行われる。逆にレチクルのパターン存在率が低く、露光エネルギー、デューティが小さい場合には１０ショット毎、あるいは２０ショット毎でも良い。本実施例では、レチクルの熱変形をショット毎に常にモニターする意味で、１ショット露光毎に行われるとする。
【００３９】
この様なループが繰り返されると、次第にレチクルの温度が上昇してくる。ｉ回目のマーク計測で、推定されたショット倍率変動Δβ⁽¹⁾ _Sがショット倍率変動許容値Δβ_S0より大きくなったと判断されるとすると、シーケンスは倍率補正動作（ステップ３８〜４０）に移行する。ステップ３８で一旦露光動作を停止し、伸びたレチクルに対し、レチクルアライメントをかけ、この伸びの誤差の２乗和が最小になるように、各マークに誤差を割り振り、レチクルステージにて、ｘ、ｙ、θ方向の位置決めを行う（ステップ３９）。
【００４０】
その後発生しているショット倍率成分Δβ⁽¹⁾ _Sに対応する投影レンズの倍率補正値に従って、投影レンズの倍率補正ユニット５２が動作し、レチクルの倍率補正がなされる（ステップ４０）。
【００４１】
倍率補正が理想的に行われると、レチクル倍率変動は、ウエハ上では発生していないことになるので、この時点でのレチクルマークのアライメント計測値を、再び初期値とする。そして、この初期値が、露光が再開された際、レチクルの各マーク位置が計測される場合のマーク初期位置として使われる。シーケンスは、再びメインのシーケンスに移り、次のショット位置にウエハステージが位置決めされ、本発明のシーケンスが再開される。このように、推定されたショット倍率変動Δβ⁽¹⁾ _Sがショット倍率変動許容値Δβ_S0より大きくなる度に、レチクル倍率補正がかかり、処理すべき全ショットが終了すると、新たなウエハがウエハステージ上に搬送され、再び露光が開始される。以上のように、ショット毎にショット倍率変動がモニターされ、必要に応じて補正動作を繰り返し、全ウエハが露光を完了すると、このプロセスは終了となる（ステップ４３）。
【００４２】
以上のように、本実施例は、レチクル上に発生するショット倍率変動をショット毎にモニターし、その変動許容値よりも大きくなった時点で投影レンズの倍率補正動作を行うため、コンタクトホール、等のレチクルのパターン透過率が極めて小さいために、レチクルのショット倍率変動が大きい様なプロセスの場合に特に好適である。
【００４３】
（デバイス生産方法の実施例）
次に上記説明した露光装置または露光方法を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
図１５は微小デバイス（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）の製造のフローを示す。ステップ１０１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ステップ１０２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ１０３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ１０４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、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１０５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１０４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り、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）等の工程を含む。ステップ１０６（検査）ではステップ１０５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なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ１０７）される。
【００４４】
図１６は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１１６（露光）では上記説明したアライメント装置を有する露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００４５】
本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、レチクルに露光光が照射され、熱変形が生じ、ショットの重ね合わせ精度に影響を及ぼす可能性が生じても、レチクル位置計測マーク変位量から本発明者が見出した推定式を用いてマーク倍率変動を算出し、ショット倍率変動を推定する事により、常にそれをモニターし、投影レンズによる倍率補正機能を用いて迅速にレチクル上に発生するショット倍率を補正することが出来る。
【００４７】
なお、本発明はレチクル位置計測マークにより、直接レチクルの変形量を計測しているため、変形照明、位相シフトレジスト等を用いた複雑なプロセスに左右されることなく、レチクル上で発生しているショット倍率を推定することが可能である。またレチクルのショット倍率変動が許容値を超えたと判断された場合、再びレチクルをアライメントして、熱変形の誤差を各マークに割り振ることにより、非対称なレチクル熱変形が生じても、投影レンズの倍率補正機能を有効に機能させる。
【００４８】
以上により、レチクル熱変形に伴うショット倍率変動に左右されることなく、ウエハ上には常に良好な回路パターンが焼き付けられることになる。なお、本発明は、既存のレチクル位置計測マークを用い、周知の投影レンズの倍率補正機能を利用するため、装置の改造はなく、ソフトの書き換えだけで済むため、実施は比較的簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の露光、及びレチクル上ショット倍率補正シーケンスである。
【図２】 本発明の実施例２の露光、及びレチクル上ショット倍率補正シーケンスである。
【図３】 レチクル、及びレチクル位置計測マークである。
【図４】 レチクルステージベース、及び基準マークである。
【図５】 レチクルとレチクルステージベースの位置関係である。
【図６】 長方形の回路パターン領域をもつレチクルである。
【図７】 図５のレチクルの熱変形、及び温度分布を表した図である。
【図８】 小さい正方形の回路パターン領域をもつレチクルである。
【図９】 図７のレチクルの熱変形、及び温度分布を表した図である。
【図１０】 本発明が適用される装置の概念図である。
【図１１】 Ｃｒパターン存在率の大きいレチクルの過渡的な温度上昇を表す図である。
【図１２】 Ｃｒパターン存在率の小さいレチクルの過渡的な温度上昇を表す図である。
【図１３】 ショット倍率推定式を算出するためのマスキングサイズである。
【図１４】 ショット倍率推定式を算出するための他のマスキングサイズである。
【図１５】 微小デバイスの製造のフローである。
【図１６】 ウエハプロセスの詳細なフローである。
【符号の説明】
１：レチクル、２、３：レチクル位置計測マーク、４：レチクルステージベース、５、６：基準マーク、５１：投影レンズ、５２：投影レンズの倍率補正機能。

Claims (5)

1. 原板上の回路パターンを、所定波長の照明光で照明し、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、原板の位置合わせに複数の位置計測マークを備えていて、前記原板が前記照明光を吸収し、熱変形することにより発生するショット倍率変動を検出するために、前記位置計測マークの変位量からマーク倍率変動Δβ_M を算出し、前記マーク倍率変動Δβ_M から露光領域のアスペクト比Ａ、及び露光領域の面積比Ｓをパラメータにした推定式
   Δβ_S＝ｃ・Ａ^ｐ・Ｓ^ｑ・Δβ_M
   （ここで、ｃ，ｐ，ｑは係数である）を用いて、前記ショット倍率Δβ_S を推定する手段を有し、その推定結果に基づき投影レンズの倍率補正機能を利用し、前記ショット倍率を補正することを特徴とする投影露光装置。
2. 前記ショット倍率変動補正方法は、あらかじめ対象とする線幅、重ね合わせ精度から算出されるショット倍率変動許容値よりも大きいか、小さいかの判別シーケンスを備えており、その判別シーケンスはプロセスによりショット毎、ウエハ毎、等任意に選択可能であることを特徴とする請求項１の投影露光装置。
3. 前記ショット倍率変動が前記ショット倍率変動許容値よりも大きい場合、前記原板の熱変形により生じている前記各位置計測マークの位置変位の２乗和が最小になるように、前記原板を支持するステージをｘ、ｙ、θ方向にアライメントするシーケンスを設けた請求項１の投影露光装置。
4. 請求項１記載の露光装置を用いることを特徴とする投影露光方法。
5. 請求項１記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。

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