JP4366386B2 - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置およびデバイス製造方法に関するものである。

近年のＩＣや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。露光光の結像特性の観点から、投影光学系のレンズが露光光を吸収することによりそのレンズの熱変形や屈折率変化が生じ、投影光学系の光学特性の誤差である収差が発生する問題が従来から存在する。

投影光学系のレンズは、基板のショット領域ごとに、投影倍率が変化して、収差が発生することがある。これに対して、特許文献１に示された技術では、ショット領域ごとに、投影倍率データから投影倍率の変化量に対応するレンズ駆動量を算出し、投影光学系中のレンズを光軸方向に駆動する。これにより、投影倍率を調整または補正することができる。

また、投影光学系のレンズは、非露光時においても、露光時に吸収した熱の影響で変形して、露光時に収差が発生することがある。これに対して、次の露光が開始される時に、投影光学系のレンズを光軸方向に駆動すれば、その熱変形による収差を調整または補正することができる。

さらに、露光光の結像特性の観点から、僅かな気圧の変化によっても収差が発生し、その収差を許容することが難しくなってきている。露光装置が設置されている環境下において、人的要因等により僅かではあるが急激な気圧変化が起こるため、収差が発生することがある。それに対して、特許文献１に示された技術では、クリーンルームにおけるドアの開閉により０．５ｈＰａ／ｓｅｃ前後の気圧変動が発生する場合について示されている。この場合、応答性の良いレーザー干渉計を用いた気圧計により気圧変化を検出し、その気圧変化に応じ、投影光学系中のレンズを光軸方向に駆動したり、露光光源からの光の波長を変えたりする。これにより、気圧変化による収差を調整または補正することができる。

一般に、気圧変化によって発生する収差は、投影倍率とフォーカスとに関して非常に大きく、それらを調整または低減する必要性が高い。一方、歪曲、球面、コマ、非点、像面湾曲等の収差は、比較的小さいため、露光特性上問題にならないことが多い。

また、スルーザレンズ（ＴＴＬ）方式のアライメント計測系を用いてレチクルとウエハとの間のアライメントのための計測（以下、アライメント計測と呼ぶ）を行う際、アライメント計測が開始される直前に投影光学系中のレンズを光軸方向に駆動することにより、アライメント計測中に発生する収差を低減することができる。
特開平１０−１９９７８２号公報 特開２００１−０８５２９２号公報

特許文献１及び特許文献２に示された技術においては、ショット露光の間、またはショット露光中、または露光が開始される時、またはアライメント計測が開始される時に、収差の補正が行われる。

しかし、特許文献１及び特許文献２には、ウエハ交換期間、レチクル交換期間、または定期メンテナンス期間等の露光終了から次の露光が開始されるまでの期間（非露光期間）に対しては、収差を補正する方法が示されていない。例えば、非露光期間が長時間にわたる場合、露光が開始される直前の露光期間のデータと非露光期間のデータとを基に、収差を補正するための投影光学系のレンズ駆動量が算出されることがある。そして、そのように算出されたレンズ駆動量の情報に基づいて、投影光学系のレンズが駆動される傾向にあるため、露光期間における投影光学系のレンズ駆動量が大きくなりやすい。これにより、投影光学系のレンズ駆動後の整定時間が長くなりやすいので、結果的に露光装置による処理のスループットを低下させてしまうことがある。

また、ウエハ交換期間、レチクル交換期間、または定期メンテナンス期間等の非露光期間において、大きな気圧変化が発生することがある。この場合でも、露光が開始される直前の気圧データに基づいて、収差を補正するための投影光学系のレンズ駆動量が算出されることがある。そして、そのように算出されたレンズ駆動量の情報に基づいて、投影光学系のレンズが駆動される傾向にあるため、露光期間における投影光学系のレンズ駆動量が大きくなりやすい。これにより、投影光学系のレンズ駆動後の整定時間が長くなりやすいので、結果的に露光装置による処理のスループットを低下させてしまうことがある。

一方、露光装置による処理のスループットの低下を抑制するために収差を補正しない場合、露光の精度が低下するおそれがある。

さらに、アライメント計測を行う期間（アライメント計測期間）において、アライメント計測が開始される時だけに収差を補正することがある。しかし、アライメント計測が開始された後でも、重ね合わせ精度向上のためにアライメント計測期間が長くなる場合や、アライメント計測中に大きな気圧変化が発生した場合、収差が発生することがある。この場合、収差の発生によりアライメント計測誤差が発生することがある。この場合も、露光の精度が低下するおそれがある。

これらの点に鑑み、本発明の例示的目的は、露光装置により実行される、収差調整を含む処理のスループットを改善することにある。

本発明の第１側面に係る露光装置は、露光期間に基板を露光する露光装置であって、原版のパターンを前記基板に投影するための投影光学系であって、前記投影光学系の収差を調整するために駆動される少なくとも１つの光学素子を含む投影光学系と、非露光期間における前記露光期間から前記非露光期間に変わる時刻からの経過時間に応じた前記投影光学系における前記露光の熱影響による収差の変化の特性である熱影響の時間的特性と、前記露光期間から前記非露光期間に変わる時刻を示す露光期間データとに基づいて、補償データを演算する第１の演算部と、前記第１の演算部により演算された前記補償データと、前記露光期間データを基に前記露光期間から前記非露光期間に変わったことに応じて徐々に短くなる間隔で生成される複数のタイミング信号のそれぞれとに基づいて、前記少なくとも１つの光学素子の複数回の駆動量のそれぞれを演算する第２の演算部と、前記非露光期間において、前記第２の演算部により演算された前記複数回の駆動量のそれぞれに基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を複数回駆動する駆動部とを備えたことを特徴とする。

本発明の第２側面に係るデバイスの製造方法は、本発明の第１側面に係る露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、前記露光工程において露光された基板を現像する現像工程とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、露光装置により実行される、収差調整を含む処理のスループットを改善できる。

本発明の好適な第１実施形態に係る露光装置について、図１〜図４を参照して説明する。

まず、露光装置の構成を、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る露光装置の構成図である。

露光装置１は、ステージ駆動部１５０、主制御部５０、収差補正演算部１０、レンズ駆動制御部６０、レーザー駆動制御部７０、露光光源８０、照明光学系９０及び装置本体１００を備える。

露光光源８０は、照明光学系９０の付近において、照明光学系９０に接続されている。

照明光学系９０は、装置本体１００の上方に設置されている。

装置本体１００は、照明光学系９０から照射された光の光軸ＰＡを中心に設置されている。装置本体１００は、レチクルステージ１４２、レンズ群（１０２、１０４、１０６、１０８、１１０）、ウエハステージ１３０、レンズ支持部材１０５及びレンズ駆動機構（レンズ駆動部）１０１を含む。レチクルステージ１４２、レンズ群（１０２、１０４、１０６、１０８、１１０）、ウエハステージ１３０は、光軸ＰＡ上に並んでいる。レチクルステージ１４２には、光軸ＰＡを中心にして、レチクル（原版）ＬＴが設置される。ウエハステージ１３０には、光軸ＰＡを中心にして、ウエハ（基板）ＷＦが配置される。また、レンズ支持部材１０５は、レンズ群（１０２、１０４、１０６、１０８、１１０）の各レンズを端部から挟むように支持している。レンズ駆動機構１０１は、レンズ群（１０２、１０４、１０６、１０８、１１０）のいずれかのレンズ（例えば、レンズ１０４）を、光軸ＰＡに沿って駆動可能に挟持している。

露光光源８０から出射された露光光は、照明光学系９０により、光軸ＰＡへ導かれる。光軸ＰＡに導かれた光は、レチクルステージ１４２に設置されたレチクルＬＴに照射される。レチクルＬＴを透過した光は、投影光学系におけるレンズ群（１０２、１０４、１０６、１０８、１１０）をさらに透過して、ウエハステージ１３０に設置されたウエハＷＦに到達する。これにより、レチクルＬＴ上に描かれた微細なパターンはウエハＷＦ上の各チップ（各ショット領域）に焼き付けられる。

ステージ駆動部１５０は、レチクルステージ１４２及びウエハステージ１３０に電気的に接続されている。レンズ駆動制御部６０は、レンズ駆動機構１０１に電気的に接続されている。主制御部５０は、収差補正演算部１０及びレーザー駆動制御部７０に電気的に接続されている。収差補正演算部１０は、主制御部５０、ステージ駆動部１５０、レンズ駆動制御部６０及びレーザー駆動制御部７０に電気的に接続されている。レーザー駆動制御部７０は、主制御部５０、収差補正演算部１０及び露光光源８０に電気的に接続されている。

レーザー駆動制御部７０は、レンズ駆動量の情報を収差補正演算部１０から受け取る。レーザー駆動制御部７０は、レンズ駆動量の情報に基づき、後述の駆動機構８８(図２参照)を駆動させて露光光源８０のレーザー光の波長を変える。

レンズ駆動制御部６０は、レンズ駆動量の情報を収差補正演算部１０から受け取る。レンズ駆動制御部６０は、レンズ駆動量の情報に基づき、レンズ駆動機構１０１を駆動させて、レンズ１０４を光軸ＰＡ方向に変位させる。

露光装置１全体は、主制御部５０により制御される。また、主制御部５０は、露光開始の情報（例えば、レーザー光発生の命令）をレーザー駆動制御部７０から受け取る。あるいは、主制御部５０は、露光開始の情報（例えば、ステージ駆動開始の命令）をステージ駆動部１５０から受け取る。これにより、主制御部５０は、露光期間および非露光期間を露光期間データとして生成するとともに管理している。主制御部５０は、露光期間データを、収差補正演算部１０に供給する。ここで、非露光期間は、例えばウエハ交換期間（基板交換期間）、レチクル交換期間（原版交換期間）、または定期メンテナンス期間等である。

ステージ駆動部１５０は、レンズ駆動量の情報を収差補正演算部１０から受け取る。ステージ駆動部１５０は、ウエハステージ１３０とレチクルステージ１４２とを、ステップアンドリピート駆動、またはステップアンドスキャン駆動する。

次に、露光光源８０及び照明光学系９０の詳細な構成及び動作を、図２を用いて説明する。図２は、露光光源と照明光学系との構成図である。露光光源８０にはＫｒＦやＡｒＦのレーザー光源が用いられることが多く、露光光源８０および照明光学系９０は、簡略化すると図２に示すような構成で表される。

露光光源８０は、レーザー共振器８２、透過ミラー８４、波長選択素子８６及び駆動機構８８を含む。照明光学系９０は、コンデンサレンズ９２及びミラー９４を含む。レーザー共振器８２、透過ミラー８４、波長選択素子８６、駆動機構８８、コンデンサレンズ９２及びミラー９４は、光軸ＰＢ上に並んでいる。光軸ＰＢは、ミラー９４の反射面において、光軸ＰＡと垂直につながっている。

波長選択素子８６は、プリズム、グレーティング、エタロン等を使用することにより波長帯域の狭帯域化を可能とする。レーザー駆動制御部７０により制御された駆動機構８８は、波長選択素子８６の光軸ＰＢに対する角度を変えるように波長選択素子８６を駆動することにより、レーザー光の波長を変えることができる。駆動機構８８はステップモーターや圧電素子等によって構成されてもよい。

露光光源８０から出射されたレーザー光は、光軸ＰＢ上に沿って進み、照明光学系９０のコンデンサレンズ９２を透過する。そして、ミラー９４によりレチクルを照射するよう光軸ＰＡへと導かれる。

次に、収差補正演算部１０の構成および動作を、図３および図４を参照して説明する。

図３は、収差補正演算部の構成図である。

収差補正演算部１０は、判断部２０、モデル演算部３０及び補正演算部３６を備える。

判断部２０は、主制御部５０及び補正演算部３６に接続されている。モデル演算部３０は、主制御部５０及び補正演算部３６に接続されている。補正演算部３６は、判断部２０、モデル演算部３０、レンズ駆動制御部６０、レーザー駆動制御部７０及びステージ駆動部１５０に接続されている。

モデル演算部３０は、主制御部５０により供給された露光期間データと、投影光学系のレンズ群（１０２、１０４、１０６、１０８、１１０）の露光による熱影響の特性とに基づき、露光期間データを補償する。一般に、投影光学系レンズの露光による熱影響は、露光期間データに対し、ｎ次の遅れ特性で表され、最も簡易的に１次遅れで近似される。この遅れ特性は、例えば、露光と非露光とを時間的に管理して得られる収差特性を実測して求められたものである。すなわち、得られた遅れ特性（熱影響の特性）の情報は、図示しないメモリに予め記憶されている。モデル演算部３０は、露光期間データを受け取った際に、メモリを参照して、遅れ特性（熱影響の特性）の情報を取得する。モデル演算部３０は、遅れ特性（熱影響の特性）と露光期間データとに基づいて、露光期間データを補償して出力する。

判断部２０は、ウエハ交換中、またはレチクル交換中、または定期メンテナンス中等の情報（露光期間データ）を主制御部５０から受け取る。判断部２０は、露光期間データに基づき、レンズを駆動すべきか否かの判断を行う。判断部２０は、その判断結果に基づき、レンズ駆動実行タイミング信号（図４（ｂ）参照）を生成する。

モデル演算部３０は、ウエハ交換中、またはレチクル交換中、または定期メンテナンス中等の情報（露光期間データ）を主制御部５０から受け取る。モデル演算部３０は、露光期間データを補償して、露光期間補償データ（図４（ｃ）参照）を演算する。

補正演算部３６は、レンズ駆動実行タイミング信号を判断部２０から受け取る。補正演算部３６は、露光期間補償データをモデル演算部３０から受け取る。補正演算部３６は、レンズ駆動実行タイミング信号と、露光期間補償データとに基づき、収差の補正量（収差補正量）に対応するレンズ駆動量を算出する（図４（ｄ）参照）。補正演算部３６は、レンズ駆動量の情報を、レンズ駆動制御部６０、レーザー駆動制御部７０及びステージ駆動部１５０へ出力する。

レンズ駆動実行タイミング信号（図４（ｂ）参照）は、露光終了後から次の露光が開始されるまでの間、例えばウエハ交換やレチクル交換（数十秒）、定期メンテナンス（数十分）等の場合に、複数回出力されることが好ましい。

図３に示す収差補正演算部１０は、図示しないタイマをさらに含んでおり、図４に示す制御に応じて適宜タイマを参照する。また、収差補正演算部１０は、図示しないメモリをさらに含んでおり、図４に示した制御を記憶している。すなわち、収差補正演算部１０のメモリには、例えば、露光期間から非露光期間に変わったことに応じて、非露光期間の（全体の）長さを気にせずに、予めスケジュールされた間隔でレンズ駆動が行われるような制御が記憶されている。すなわち、収差補正演算部１０は、非露光期間の経過時間に基づいて、収差補正量を演算する。

図４は、収差補正演算部の動作を表したタイミングチャートである。図４（ａ）は、露光装置１の状態（露光期間データ）を示している。図４（ｂ）は、判断部２０から出力されるレンズ駆動実行タイミング信号を表している。図４（ｃ）は、モデル演算部３０からの出力される情報、すなわち、露光期間補償データを表している。図４（ｄ）は補正演算部３６からの出力であるレンズ駆動量の情報を表す。

図４（ａ）では、露光装置１の状態の一例として、露光終了時付近の露光期間、ウエハ交換期間（ウエハ交換中、すなわち非露光期間）及び次の露光開始時付近の露光期間までが表されている。図４（ｃ）に示されるように、ウエハ交換期間（非露光期間）中、投影光学系のレンズにおける収差は、露光終了直後から露光していたときの熱影響で、時間と共に変化している。それに対して、補正演算部３６は、ウエハ交換期間（図４（ａ）参照）において、判断部２０から出力されるレンズ駆動実行タイミング（図４（ｂ）参照）で、モデル演算部３０から出力された露光期間補償データ（図４（ｃ）参照）を基に、レンズ駆動量（図４（ｄ）参照）を算出している。

ここで、露光終了直後から次の露光が開始される直前まで（非露光期間）に変化した収差が大きい場合、変化した収差に対する補正をウエハ交換中（非露光期間）において露光期間直前にしか行わないとする。このとき、露光期間直前におけるレンズ駆動量が大きくなってしまうおそれがある。露光期間におけるレンズ駆動量が大きくなるとそれに伴うレンズの整定時間が長くなり、スループットを低下させる原因となることがある。

それに対して、本発明では、図４（ｄ）のようにレンズ駆動量を算出し、ウエハ交換期間（非露光期間）の露光期間直前より前のタイミングであっても、レンズ駆動を行う。すなわち、レンズ駆動制御部６０は、非露光期間が開始したことを示す情報（露光期間データ）に応じて、レンズ駆動機構１０１を制御する。

しかも、レンズ駆動制御部６０は、１回のレンズ駆動でなく、複数回のレンズ駆動を行う。すなわち、レンズ駆動制御部６０は、予め定められたスケジュール（例えば、図４に示すように、非露光期間の開始から所定時間ｔごと）に基づいて、複数回のレンズ駆動を行う。

これにより、１回あたりのレンズ駆動量を抑えることが可能となる。

投影光学系のレンズ群は、その光学設計により、光軸方向に変位させることによって、収差を変化させることができる。通常、１つのレンズをレンズ駆動機構により光軸方向に変位させることにより、１つの収差を大きく変化させるように設計することが多い。例えば、図１のレンズ駆動機構１０１によりレンズ１０４を光軸方向に変位させることにより投影倍率を変化させるように光学設計を行う。但し、投影倍率が変化する際に、僅かではあるが、その他の収差、例えば歪曲、球面、コマ、非点、像面湾曲等が変化する場合がある。これらが精度上問題なければよいが、問題となる場合は、他のレンズ（例えば、レンズ１０２，１０６，１０８）をレンズ駆動機構により光軸方向に変位させ、収差を低減する必要がある。従って、一般的には、ｎ群のレンズを光軸方向に変位させることにより、ｎ個の収差を補正することができるように光学設計を行う。一方、露光光の波長を変えると各収差が変化する。波長変化に対する収差の感度は、大きく変化することがある。この場合、ｎ群のレンズを光軸方向に変位させ、かつ露光光の波長を変えて収差の補正を行うことにより、ｎ＋１個の収差を補正することができる。

補正演算部３６によって算出されたレンズ駆動量の情報は、レンズ駆動制御部６０に出力される。レンズ駆動制御部６０は、このレンズ駆動量の情報に従ってレンズ駆動機構１０１を駆動させ、レンズ１０４を光軸ＰＡ方向に変位させる。
なお、補正演算部３６は、収差を補正するための波長変更量をさらに演算しても良い。このとき、補正演算部３６によって算出された露光光の波長変更量の情報はレーザー駆動制御部７０に入力される。レーザー駆動制御部７０は、入力された波長変更量の情報に従って、露光光源８０の波長選択素子を駆動するための駆動機構８８により露光光の波長を変更する。従って、ｎ群のレンズ駆動と波長変更によってｎ＋１個の収差を補正することができる。
あるいは、補正演算部３６は、収差を補正するためのステージ駆動量をさらに演算しても良い。このとき、補正演算部３６によって算出されたステージ駆動量の情報はステージ駆動部１５０に入力される。ステージ駆動部１５０は、入力されたステージ駆動量の情報に従って、ウエハステージ１３０、またはレチクルステージ１４２を駆動する。従って、ｎ群のレンズ駆動とステージ駆動とによってｎ＋１個の収差を補正することができる。

また、補正演算部３６は、フォーカスずれを補正するためのステージ駆動量をさらに演算しても良い。このとき、フォーカスずれに対する補正は、ウエハステージ１３０、またはレチクルステージ１４２を光軸ＰＡ方向に駆動することによっても補正することが可能である。具体的には、ウエハステージ１３０、またはレチクルステージ１４２による補正は次のように行われる。上記レンズ駆動や波長駆動によってフォーカスずれが発生する場合にはそのフォーカスずれを補正するためのステージ駆動量を補正演算部３６において算出する。算出されたフォーカスずれを補正するためのステージ駆動量は、ステージ駆動部１５０に出力される。ステージ駆動部１５０は、入力されたステージ駆動量の情報（補正情報）に従って、ウエハステージ１３０、またはレチクルステージ１４２を光軸ＰＡ方向に変位させてフォーカスずれを補正する。これによりｎ＋２個の収差を補正することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、露光終了後から次の露光が開始されるまでの間（非露光期間）でも、露光期間データからレンズ駆動実行タイミング信号に基づき算出されたレンズ駆動量の情報により、複数回のレンズ駆動が行われる。これにより、露光により投影光学系の収差が発生しても、複数回収差が補正されるので、露光期間におけるレンズ駆動量が大きくなることを低減できる。これにより、レンズ駆動後の整定時間を低減することができるので、スループットの低下を抑制でき、露光の精度を向上できる。

なお、図１においては、レンズ駆動機構は１系統のみ示されているが、複数のレンズ駆動機構を有するよう構成されてもよい。

図１においては、説明の便宜上、レンズ群（１０２、１０４、１０６、１０８、１１０）として５枚のレンズが示されている。通常の露光装置においては、２０枚〜３０枚前後のレンズが装備されている。

レンズ駆動機構１０１は、空気圧を利用したアクチュエータや、圧電素子等により構成されてもよい。

モデル演算部３０が露光期間データを補償するために用いる遅れ特性は、投影光学系のレンズの露光光に対する吸収特性とレンズの材質の熱容量等とから熱時定数として計算的に求められたものでもよい。

図３に示す収差補正演算部１０の図示しないメモリは、露光期間と非露光期間と次の露光期間とが把握された上で、非露光期間の長さを考慮しつつ、予めスケジュールされたタイミングでレンズ駆動が行われるような制御を記憶していても良い。また、判断部２０は、露光期間から非露光期間に変わったことに応じて、だんだん短くなる時間間隔などの異なる時間間隔でレンズ駆動が行われるようなレンズ駆動実行タイミング信号を生成してもよい。レンズ駆動実行タイミング信号は、少なくとも数回のレンズ駆動が行われて露光期間におけるレンズ駆動量が大きくなるのを抑制するような信号であることが望ましい。補正演算部３６は、必要であれば、露光光の波長変更量も算出する。この場合、レーザー駆動制御部７０は、波長変更量の情報を補正演算部３６から受け取る。レーザー駆動制御部７０は、波長変更量の情報に基づいて、駆動機構８８(図２参照)を駆動させて露光光源８０のレーザー光の波長を変える。

補正する収差は、フォーカスずれ、投影倍率ずれ、歪曲、球面、コマ、非点、像面湾曲などの一つまたは複数であってもよい。

非露光期間は、例えばウエハ交換期間、レチクル交換期間、及び定期メンテナンス期間の少なくとも１つを含んでも良い。

次に、本発明の好適な第２実施形態について、図５から図７を参照して説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る露光装置の構成図である。図６は、収差補正演算部の構成図である。図７は収差補正演算部の動作を表したタイミングチャートである。なお、以下では、上記の第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略する。

露光装置１ａは、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、収差補正演算部１０の代わりに収差補正演算部１０ａを備え、気圧検出部１２０ａをさらに備える点で、第１実施形態と異なる。気圧検出部１２０ａは、例えば気圧計を含む。

第１実施形態では、主制御部５０が露光期間と非露光期間との情報を基に露光期間データを生成し、収差補正演算部１０が露光期間データに基づいて収差補正のためのレンズ駆動量等を算出している。

これに対して、第２実施形態では、気圧検出部１２０ａが気圧を測定するとともに気圧データを生成し、収差補正演算部１０ａが露光期間データと気圧データと基づいて収差補正のためのレンズ駆動量等を算出する。これにより、レンズ駆動制御部６０は、気圧の変化に応じたデータ（気圧データ）に応じて、レンズ駆動機構１０１を駆動することになる。このため、気圧変化によって収差が発生した場合でも、収差を補正することができる。

ここで、気圧検出部１２０ａは、投影光学系９０の付近の気圧を測定する。気圧検出部１２０ａは、装置本体１００内の何れかの場所、または露光光源８０や照明光学系９０の付近、または露光光源８０や照明光学系９０の内部に設置されてもよい。気圧検出部１２０ａの出力信号（気圧データ）は、収差補正演算部１０ａに入力される。気圧データは、気圧の変化を示すデータである。

次に収差補正演算部１０ａの構成及び動作について、図６および図７を参照して説明する。図６は、収差補正演算部の構成図である。

収差補正演算部１０ａは、判断部２０の代わりに判断部２０ａを備え、補正演算部３６の代わりに補正演算部３６ａを備える。収差補正演算部１０ａは、モデル演算部４０ａ、基準値記憶部４４ａ、補正演算部４６ａ、加算器４３ａ、加算器４７ａ、加算器４８ａ及び加算器４９ａをさらに備える。

判断部２０ａは、主制御部５０、補正演算部３６ａ及び補正演算部４６ａに接続されている。補正演算部３６ａは、判断部２０ａ、モデル演算部３０、加算器４７ａ、加算器４８ａ及び加算器４９ａに接続されている。モデル演算部４０ａは、気圧検出部１２０ａ及び加算器４３ａに接続されている。基準値記憶部４４ａは、加算器４３ａに接続されている。補正演算部４６ａは、判断部２０ａ、加算器４３ａ、加算器４７ａ、加算器４８ａ及び加算器４９ａに接続されている。加算器４３ａは、モデル演算部４０ａ、基準値記憶部４４ａ及び補正演算部４６ａに接続されている。加算器４７ａは、補正演算部３６ａ、補正演算部４６ａ及びレンズ駆動制御部６０に接続されている。加算器４８ａは、補正演算部３６ａ、補正演算部４６ａ及びレーザー駆動制御部７０に接続されている。加算器４９ａは、補正演算部３６ａ、補正演算部４６ａ及びステージ駆動部１５０に接続されている。

モデル演算部４０ａは、気圧検出部１２０ａで測定された気圧データと、投影光学系のレンズ群（１０２、１０４、１０６、１０８、１１０）の雰囲気圧力の特性とに基づき、気圧データを補償する。一般に投影光学系レンズの雰囲気圧力は、露光装置内の気圧変化に対し、ｎ次の遅れ特性で表され、最も簡易的に１次遅れで近似される。

例えば、気圧検出部１２０ａが投影光学系の外部に設置されている場合を考える。この場合、この遅れ特性は、予め気圧検出部１２０ａにおける圧力特性とレンズ群の雰囲気圧力の特性とが測定されて、１次遅れの時定数として求めてられたものである。すなわち、得られた遅れ特性（圧力影響の特性）の情報は、図示しないメモリに予め記憶されている。モデル演算部４０ａは、気圧データを受け取った際に、メモリを参照して、遅れ特性（圧力影響の特性）の情報を取得する。モデル演算部４０ａは、遅れ特性（圧力影響の特性）と気圧データとに基づいて、気圧データを補償して出力する。

モデル演算部４０ａは、測定された気圧の大きさを示す情報（気圧データ）を気圧検出部１２０ａから受け取る。モデル演算部４０ａは、気圧データを補償して、気圧補償データ（図７のｅ参照）を演算する。
加算器４３ａは、モデル演算部４０ａから供給された気圧補償データと、基準値記憶部４４ａから供給された気圧基準値とを比較して、その差を気圧補償変化データとして演算して補正演算部４６ａに供給する。

補正演算部４６ａは、レンズ駆動実行タイミング信号を判断部２０ａから受け取る。補正演算部４６ａは、レンズ駆動実行タイミング信号（図７（ｂ）参照）と気圧補償変化データ（図７（ｅ）に示す気圧補償データと基準値との比較に基づくデータ）とに基づき、収差の補正量に対応するレンズ駆動量（図７（ｆ）参照）を算出する。

補正演算部３６ａと補正演算部４６ａとは、それぞれ、レンズ駆動量の情報を、加算器４７ａ、加算器４８ａ及び加算器４９ａに供給する。加算器４７ａは、補正演算部３６ａから入力されたレンズ駆動量（図７（ｄ）参照）と、補正演算部４６ａから入力されたレンズ駆動量（図７（ｆ）参照）とを加算して、最終的なレンズ駆動量の情報としてレンズ駆動制御部６０へ出力する。加算器４８ａは、補正演算部３６ａから入力されたレンズ駆動量と、補正演算部４６ａから入力されたレンズ駆動量とを加算して、最終的なレンズ駆動量の情報としてレーザー駆動制御部７０へ出力する。加算器４９ａは、補正演算部３６ａから入力されたレンズ駆動量と、補正演算部４６ａから入力されたレンズ駆動量とを加算して、最終的なレンズ駆動量の情報としてステージ駆動部１５０へ出力する。

図７は、収差補正演算部の動作を表したタイミングチャートである。図７（ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態の図４（ａ）〜（ｄ）と同様であるので、説明を省略する。図７（ｅ）、（ｆ）を中心に説明を行う。図７（ｅ）は、モデル演算部４０ａから出力される情報、すなわち気圧補償データを表している。図７（ｆ）は、補正演算部４６ａからの出力であるレンズ駆動量の情報を表している。このレンズ駆動量は、図７（ｂ）の判断部２０ａから出力されるレンズ駆動実行タイミングで、モデル演算部４０ａからの出力と基準値記憶部４４ａとの差を基に、補正演算部４６ａにより算出が行われたものである。

ここで、露光終了直後から次の露光が開始されるまで（非露光期間）に大きな気圧変化により変化した収差が大きいときに、変化した収差に対する補正をウエハ交換中（非露光期間）における露光期間直前しか行わない場合を考える。この場合、露光期間直前におけるレンズ駆動量が大きくなってしまうおそれがある。そして、露光期間直前におけるレンズ駆動量が大きくなるとそれに伴うレンズの整定時間が長くなり、スループットを低下させる原因となることがある。

それに対して、第２実施形態では、図７（ｆ）のようにレンズ駆動量を算出し、ウエハ交換期間（非露光期間）であっても、レンズ駆動を行う。しかも、１回のレンズ駆動でなく、複数回のレンズ駆動を行う。これにより、１回あたりのレンズ駆動量を抑えることが可能となる。

以上のように、本発明によれば、露光終了後から次の露光が開始されるまでの間（非露光期間）でも、露光期間データと気圧データとからレンズ駆動実行タイミング信号に基づき算出されたレンズ駆動量の情報により、複数回のレンズ駆動が行われる。これにより、露光による投影光学系の収差と気圧変化による収差とが発生しても、複数回収差が補正されるので、露光期間直前におけるレンズ駆動量が大きくなることを低減できる。これにより、レンズ駆動後の整定時間を低減することができるので、スループットの低下を抑制でき、露光の精度を向上できる。

なお、気圧検出部１２０ａを投影光学系内部に設置した場合、遅れ特性となる時定数が小さいため、モデル演算部４０ａ自体を省略することが可能である。

補正演算部３６ａと補正演算部４６ａとは、それぞれ、（収差補正のための）波長変更量をさらに演算しても良い。加算器４８ａは、補正演算部３６ａから入力された波長変更量と、補正演算部４６ａから入力された波長変更量とを加算する。そして、加算器４８ａは、その加算結果を、最終的なレンズ駆動量の情報の代わりに、最終的な波長変更量の情報としてレーザー駆動制御部７０へ出力してもよい。

補正演算部３６ａと補正演算部４６ａとは、それぞれ、（収差補正のための）ステージ駆動量をさらに演算しても良い。加算器４９ａは、補正演算部３６ａから入力されたステージ駆動量と、補正演算部４６ａから入力されたステージ駆動量とを加算する。そして、加算器４９ａは、その加算結果を、最終的なレンズ駆動量の情報の代わりに、最終的なステージ駆動量の情報としてステージ駆動部１５０へ出力してもよい。

補正演算部３６ａと補正演算部４６ａとは、それぞれ、フォーカスずれ補正のためのステージ駆動量をさらに算出してもよい。図６に示す収差補正演算部１０ａは、図示しないタイマをさらに含んでおり、図７に示す制御に応じて適宜タイマを参照する。

非露光期間は、例えばウエハ交換期間、またはレチクル交換期間、及び定期メンテナンス期間の少なくとも１つを含んでも良い。

次に、本発明の好適な第３実施形態について、図８から図１０を参照して説明する。図８は、本発明の第３実施形態に係る露光装置の構成図である。図９は、収差補正演算部の構成図である。図１０は収差補正演算部の動作を表したタイミングチャートである。なお、以下では、上記の第１実施形態及び第２実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略する。

露光装置１ｂは、基本的な構成は第１実施形態及び第２実施形態と同様であるが、収差補正演算部１０の代わりに収差補正演算部１０ｂを備える点で、第１実施形態及び第２実施形態と異なる。

図９に示す収差補正演算部１０ｂは、判断部２０の代わりに判断部２０ｂを備え、補正演算部３６の代わりに補正演算部３６ｂを備える。収差補正演算部１０ｂは、補正演算部４６ｂをさらに備える。収差補正演算部１０ｂは、アライメント計測期間においてもレンズ駆動量を算出する。すなわち、第３実施形態では、非露光期間にアライメント計測期間がさらに含まれる。

図１０は、第３実施形態における収差補正演算部１０ｂの動作を表したタイミングチャートである。図１０（ａ）は、露光装置１ｂの状態（露光期間データ）を示している。図１０（ｂ）は、判断部２０ｂから出力されるレンズ駆動実行タイミング信号を表している。図１０（ｄ）は補正演算部３６ｂからの出力であるレンズ駆動量の情報を表す。図１０（ｆ）は、補正演算部４６ａからの出力であるレンズ駆動量の情報を表している。

図１０（ａ）では、露光装置１ｂの状態の一例として、露光終了時付近の露光期間、アライメント計測期間（アライメント計測中）及び次の露光開始時付近の露光期間までが表されている。図１０（ｂ）〜（ｆ）は、図７（ｂ）〜（ｆ）と同部分の出力を表している。図１０（ｂ）に示すように、判断部２０ｂは、アライメント計測期間においても、主制御部５０から入力されたアライメント計測実行中の情報（露光期間データ）に基づいて、そのレンズ駆動実行タイミングを生成する。図１０（ｄ）、（ｆ）に示すように、補正演算部３６ｂと補正演算部４６ｂとは、それぞれ、レンズ駆動量を算出する。この算出されたレンズ駆動量の情報に従って、レンズ駆動制御部６０がレンズ駆動機構１０１を制御して、レンズが光軸方向に変位するため、アライメント計測中に収差を補正し続けることが可能となる。

以上のように、本発明によれば、アライメント計測期間（アライメント計測中）でも、露光期間データと気圧データとからレンズ駆動実行タイミング信号に基づき算出されたレンズ駆動量の情報により、複数回のレンズ駆動が行われる。これにより、露光熱の放出による投影光学系の収差変化と気圧変化による収差変化とが発生しても、複数回収差が補正されるので、露光期間直前におけるレンズ駆動量が大きくなることを低減できる。これにより、重ね合わせ精度向上のためにアライメント計測期間が長くなる場合やアライメント計測中に大きな気圧変化が発生した場合でも、レンズ駆動後の整定時間を低減することができるので、スループットの低下を抑制でき、露光の精度を向上できる。

また、収差が補正されるので、アライメント計測誤差の発生を低減でき、この点からも露光の精度を向上できる。

なお、アライメント計測に伴い、アライメント計測用の光量が無視できない場合は、図８に示す収差補正演算部１０ｂにおけるモデル演算部３０が、露光期間データと同様にアライメント計測の光量を考慮して、露光期間補償データを演算してもよい。

また、補正演算部３６ｂと補正演算部４６ｂとは、それぞれ、波長変更量をさらに演算しても良い。加算器４８ａは、補正演算部３６ｂから入力された波長変更量と、補正演算部４６ｂから入力された波長変更量とを加算する。そして、加算器４８ａは、その加算結果を、最終的なレンズ駆動量の情報の代わりに、最終的な波長変更量としてレーザー駆動制御部７０へ出力してもよい。

また、補正演算部３６ｂと補正演算部４６ｂとは、それぞれ、ステージ駆動量をさらに演算しても良い。加算器４９ａは、補正演算部３６ｂから入力されたステージ駆動量と、補正演算部４６ｂから入力されたステージ駆動量とを加算する。そして、加算器４９ａは、その加算結果を、最終的なレンズ駆動量の情報の代わりに、最終的なステージ駆動量としてステージ駆動部１５０へ出力してもよい。

次に、本発明のウエハステージ装置が適用される例示的な露光装置を利用したデバイスの製造プロセス（製造方法）を、図１１を用いて説明する。図１１は、デバイスの一例としての半導体デバイスの全体的な製造プロセスを示すフローチャートである。

ステップＳ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。

ステップＳ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスク（原版又はレチクルともいう）を製作する。

一方、ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）を製造する。

ステップＳ４（ウエハプロセス）は前半工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上述の露光装置によりリソグラフィー技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。

次のステップＳ５（組み立て）は後半工程と呼ばれ、ステップＳ４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）等の組み立て工程を含む。

ステップＳ６（検査）ではステップＳ５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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップＳ７でこれを出荷する。

上記ステップＳ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。すなわち、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップを有する。また、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップを有する。上記の露光装置を用いて、レジスト処理ステップ後のウエハを、マスクのパターンを介して露光し、レジストに潜像パターンを形成する露光ステップ（露光工程）を有する。露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ（現像工程）を有する。さらに、現像ステップで現像した潜像パターン以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の第１実施形態に係る露光装置の構成図である。 本発明の実施形態における照明光学系および露光光源の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る収差補正演算部の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るタイミングチャートの一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る露光装置の構成図である。 本発明の第２実施形態に係る収差補正演算部の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るタイミングチャートの一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る露光装置の構成図である。 本発明の第２実施形態に係る収差補正演算部の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るタイミングチャートの一例を示す図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスを示すフローチャート。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 露光装置
６０ レンズ駆動制御部
１０１ レンズ駆動機構
１０４ レンズ
ＰＡ 光軸

Claims (5)

1. 露光期間に基板を露光する露光装置であって、
   原版のパターンを前記基板に投影するための投影光学系であって、前記投影光学系の収差を調整するために駆動される少なくとも１つの光学素子を含む投影光学系と、
   非露光期間における前記露光期間から前記非露光期間に変わる時刻からの経過時間に応じた前記投影光学系における前記露光の熱影響による収差の変化の特性である熱影響の時間的特性と、前記露光期間から前記非露光期間に変わる時刻を示す露光期間データとに基づいて、補償データを演算する第１の演算部と、
   前記第１の演算部により演算された前記補償データと、前記露光期間データを基に前記露光期間から前記非露光期間に変わったことに応じて徐々に短くなる間隔で生成される複数のタイミング信号のそれぞれとに基づいて、前記少なくとも１つの光学素子の複数回の駆動量のそれぞれを演算する第２の演算部と、
   前記非露光期間において、前記第２の演算部により演算された前記複数回の駆動量のそれぞれに基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を複数回駆動する駆動部と、
   を備えたことを特徴とする露光装置。
2. 前記熱影響の時間的特性は、前記少なくとも１つの光学素子の露光光に対する吸収特性と前記少なくとも１つの光学素子の材質の熱容量とから、熱時定数として求められたものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記投影光学系の外部の気圧を検出し、気圧データを出力する気圧検出部と、
   前記投影光学系の雰囲気圧力の時間的特性と、前記気圧検出部により出力された前記気圧データとに基づいて、気圧補償データを演算する第３の演算部と、
   前記第３の演算部により演算された前記気圧補償データと気圧基準値との差と、前記タイミング信号とに基づいて、前記少なくとも１つの光学素子の第２の駆動量を演算する第４の演算部と、
   をさらに備え、
   前記駆動部は、前記非露光期間において、前記第２の演算部により演算された前記駆動量と、前記第４の演算部により演算された前記第２の駆動量とに基づいて、前記少なくとも１つの光学素子を複数回駆動する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記非露光期間は、基板交換期間、原版交換期間、メンテナンス期間及びアライメント期間のうち少なくとも１つを含む
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、
   前記露光工程において露光された基板を現像する現像工程と、
   を備えたことを特徴とするデバイスの製造方法。

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