(57)【要約】【課題】  複数の原版を交換して原版のパターンを基板に露光し、原版と基板との位置合わせ精度を向上し、スループットを向上する露光装置を提供する。【解決手段】    ダブルパターニングにより複数の原版のパターンを基板に露光する露光装置において、  原版を搭載して移動するステージと、前記ステージに搭載されている原版の次に露光すべき原版を保持する保持手段と、前記保持手段により保持された原版を温調する温調手段と、前記温調手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2010283305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダブルパターニングにより複数の原版のパターンを基板に露光する露光装置において、
原版を搭載して移動するステージと、
前記ステージに搭載されている原版の次に露光すべき原版を保持する保持手段と、
前記保持手段により保持された原版を温調する温調手段と、
前記温調手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
アライメントを計測する計測領域と、露光する露光領域とを移動する複数の基板ステージを有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記保持手段により保持された前記原版の伸縮状態を計測する伸縮モニタを有し、
前記制御手段は、前記伸縮モニタの計測結果に基づいて前記温調手段を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記伸縮モニタは、前記原版に構成された位置検出マークの位置を計測することを特徴とする請求項３記載の露光装置。
【請求項５】
前記伸縮モニタは、前記原版の温度を計測するサーモグラフィであることを特徴とする請求項３または４記載の露光装置。
【請求項６】
前記冷却手段は、金属部材から構成されるペリクル枠、冷却ファン、ペルチエ素子のいずれか１つ以上を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の露光装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された基板を現像する工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原版のパターンを基板に露光する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、半導体素子の製造技術の進展は目覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進展も著しい。特に、光加工技術はサブミクロンの解像力を有する縮小投影露光装置、通称ステッパーが主流であり、更なる解像力向上に向けて光学系の開口数（ＮＡ）の拡大や、露光波長の短波長化が図られている。露光波長の短波長化に伴って、露光光源もｇ線、ｉ線の高圧水銀ランプからＫｒＦ更にＡｒＦのエキシマレーザーに変移してきている。
更には、解像力の向上及び露光時の焦点深度確保のため、ウエハと投影光学系の空間を液浸状態にし、露光可能な投影光学系を有する投影露光装置が登場して来ている。
【０００３】
又、従来の短波長化、高ＮＡ化にも限界があるため、半導体素子を形成するための種々の工程の一つのプロセスにおいて、複数のマスク（レチクル）を交換してマスクのパターンをウエハに露光し、複数の露光を重ねることで微細化を図る方法が提案されている。これらは、ダブル露光方法（「Ｄｏｕｂｌｅ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ法」）あるいはダブルパターニング方法と呼ばれる。
【０００４】
又、投影パターンの解像力の向上に伴って、投影露光装置におけるウエハ（基板）とマスク（原版）を、相対的に位置合わせするアライメントについても、高精度化が必要とされている。投影露光装置は高解像度の露光装置であると同時に高精度な位置検出装置としての機能も要求されている。微細化の進行と共に、このウエハとマスクとの位置合わせの精度の向上も必要になる。
【０００５】
特に、半導体の微細化手法として提案されている上記のダブル露光方法は、一度、塗布されたレジストに対して、複数のマスクを交換してマスクのパターンをウエハに露光し、複数の露光を重ねる複数のマスクのパターンを、順次、重ねて露光する方法である。このダブル露光方法においては、各複数のマスクの露光間では、従来のような現像工程を含まず、予め露光装置に複数のマスクを保管しておき、一枚のウエハに対して、現像をせずに順次、露光を行う。
【０００６】
一方、露光装置としては、ウエハの露光処理枚数能力であるスループットの向上も要求される。最近では、このスループットを向上するため、及びアライメント、フォーカス精度を向上するため、２つのウエハステージを構成した露光装置（以下、「ツーステージ露光装置」）も提案されている。このツーステージ露光装置は、アライメント、フォーカス等を計測する計測領域（計測ステージ）と、露光を行う露光領域（露光ステージ）を有する。さらに、これら２つの領域を行き来するウエハステージを複数有し、計測領域と露光領域を交互にウエハステージが入れ替わり、ウエハを露光する。このため、計測領域と露光領域が１つの領域の従来例では、アライメント、露光を、連続して行っていたが、ツーステージ露光装置においては並行して行うことができ、スループットが向上し、アライメント計測の時間を長くすることにより高精度な計測を行う。
【０００７】
レチクルは、通常、石英にＣｒでパターンを形成された構成で、露光動作における露光光の吸収によって温度が上昇し、膨張する。このようにレチクルが膨張するため、レチクルに形成されているパターン自体も膨張し、レチクルとウエハの位置合わせ誤差を発生する。そこで、特許文献１において、一枚のレチクルにより複数のウエハに対して露光する露光装置において、露光時におけるレチクルの膨張を計測し、その計測結果に基づいて結像状態を補正して露光する露光装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−１９２３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ダブル露光方法の露光装置においては、一枚のウエハに対して複数のレチクルを交互に露光する。例えば、二枚のレチクルＡ、Ｂによりダブル露光する場合、アライメント計測、フォーカス計測、レチクルＡの露光、レチクル交換、次に、レチクルＢの露光、ウエハ回収の工程で露光する。一方、レチクルは、通常、石英にＣｒでパターンを形成された構成であり、露光動作における露光光の吸収によって温度が上昇し、膨張する。レチクルが膨張することで、レチクルに形成されているパターン自体も膨張するため、レチクルとウエハの位置合わせ誤差を発生する。
【００１０】
特許文献１の従来例の露光装置においては、一枚のレチクルにより複数のウエハに対して露光するため、レチクルの膨張を計測し、レチクルの膨張の計測結果に基づいて、補正を加えて露光するだけであった。つまり、露光が行われている間の膨張成分を捉えるだけで十分であった。しかし、ダブル露光方法の露光装置においては、レチクルＡに関して、露光動作後に別のレチクルＢに交換され露光するため、レチクルＡは露光をされない状態が続く。露光が行われない状態においては、レチクルＡは冷却されるため、収縮する。従って、次回、再び、別のウエハに対して、レチクルＡを露光する場合、その変形成分を管理しなくては、レチクルとウエハの高精度な位置合わせが出来ない。同様に、レチクルＢに関しても露光による加熱、待機による冷却が繰り返されるため、高精度な位置合わせによる露光が出来ない。
【００１１】
尚、毎回、レチクルを交換する際に、そのレチクルの変形成分を計測することも可能であるが、その計測時間が必要であるために、スループットが低下する。ダブル露光方法の露光装置においては、レチクルを交換する時間が発生するため、よりスループットが低下する。
そこで、本発明は、複数の原版を交換して原版のパターンを基板に露光し、原版と基板との位置合わせ精度を向上し、スループットを向上する露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の露光装置は、ダブルパターニングにより複数の原版のパターンを基板に露光する露光装置において、原版を搭載して移動するステージと、
前記ステージに搭載されている原版の次に露光すべき原版を保持する保持手段と、前記保持手段により保持された原版を温調する温調手段と、前記温調手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の原版を交換して原版のパターンを基板に露光し、原版と基板との位置合わせ精度を向上し、スループットを向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１の露光装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態１におけるベースライン計測の説明図である。
【図３】本発明の実施形態１におけるレチクルの伸縮状態と露光状態、待機状態の関係の概念を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態１の変形例のツーステージタイプの露光装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態１の変形例のツーステージタイプの露光装置におけるダブル露光方法のシーケンスの説明図である。
【図６】本発明の実施形態１における待機時のレチクルの伸縮状態の計測結果の説明図である。
【図７】本発明の実施形態１における別の待機時のレチクルの伸縮状態の計測結果の説明図である。
【図８】本発明の実施形態１における冷却手段の説明図である。
【図９】本発明の実施形態１におけるキャリブレーション光量の計測結果の説明図である。
【図１０】本発明の実施形態１における冷却手段の説明図である。
【図１１】本発明の実施形態２における冷却手段の説明図である。
【図１２】本発明の実施形態２における冷却手段の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１を参照して、本発明の実施形態１の露光装置を説明する。本発明の実施形態１の露光装置は、複数のレチクル２、２’（原版）を交換してレチクル２、２’のパターンをウエハ６（基板）に露光するダブル露光方法の露光装置である。すなわち、ダブルパターニングにより複数のレチクル２、２’のパターンをウエハ６に露光する露光装置である。
ダブル露光方法の露光装置においては、一枚のウエハ６に対して、第一のパターンを構成している第一のレチクル２を露光する。その後、図４に示されるレチクル搬送系２１にて第二のレチクル２’に交換し、この一枚のウエハ６に対して露光が行われる。
３枚以上のレチクル２、２’・・・がある場合、この繰り返し露光が行われる。つまり、一枚のウエハ６に対して、複数のレチクル２、２’・・・を順次交換し、露光が行われ、更に複数のウエハ６・・・がある場合、各ウエハ６・・・に対して同じ動作が繰り替えされる。
【００１６】
実施形態１のダブル露光方法の露光装置において、上記の手順で露光を行う理由は、以下のとおりある。例えば、複数のウエハ６・・・が存在する場合、第一のレチクル２を用いて、全てのウエハ６・・・を露光し、完了した後に第二のレチクル２’を用いて全てのウエハ６・・・を露光する方法も考えられる。
この方法においては、レチクル２、２’を交換する回数が減るため、レチクル２、２’の交換に要する時間を減少することが出来、そのためスループットが向上する。しかし、この方法では第二のレチクル２’に対しても毎回、ウエハ６・・・のアライメント計測が必要となるため、位置合わせ精度が劣化する。そのため、一つのウエハ６のアライメント計測が完了した段階で、複数のレチクル２、２’を露光し、その後、次のウエハの露光動作に移行する方が、位置合わせ精度の低下を招かない。
【００１７】
レチクルステージ２０（ステージ）は、レチクル２、２’を搭載して移動する手段である。レチクル搬送系２１（保持手段）は、レチクルステージ２０に搭載されているレチクル２の次に露光すべきレチクル２’を保持する手段である。
露光光を照明する照明光学系１から照射された光軸ＡＸを有する光ＩＬは、レチクルステージ２０上に構成されたレチクルセットマーク１２，１２’を基準に配置されたレチクル２を照明する。レチクル２、２’はレチクルセットマーク１２、１２’及びレチクル２、２’上に構成されたレチクルセットマーク１３、１３’を同時に観察可能なレチクルアライメントスコープ１１により位置決めされる。
【００１８】
レチクルアライメントスコープ１１は、露光光を光源として、レチクル２の上方で可動に構成され、投影光学系３の複数の像高でレチクル２とウエハ６上の両方を、レチクル２、投影光学系３を通して観察可能である。つまり、レチクル２とウエハ６の位置も検出可能となっている。尚、投影光学系３を通して、観察出来るスコープと、レチクルセットアライメントマーク１２、１２’を計測出来るスコープを別々に構成しても良い。
【００１９】
レチクル２上のパターンを透過した光ＩＬは、投影光学系３を介して、レチクル２上のパターンの像をウエハ６上に結像し、ウエハ６上に露光パターンを形成する。この際に、一回の露光が行われる領域をショットと呼ぶ。ウエハ６は、ステージ制御系１０により制御され、ＸＹＺ及び回転方向に駆動可能なウエハステージ８（基板ステージ）上に保持されている。ウエハステージ８上には、後述するベースライン計測用の基準マーク１５が構成されている。
【００２０】
一方、ウエハ６上にはアライメントマーク（不図示）が構成され、アライメントマークの位置を専用の位置検出装置４にて計測する。尚、ウエハステージ８の位置は、干渉計のミラー７を参照した干渉計９で常に計測し、干渉計９の計測結果及び、位置検出装置４によるアライメントマークの計測結果から、ウエハ６上に形成されたショットの配列情報を算出する。
【００２１】
又、ウエハ６を露光する際に、投影光学系３が形成する像のフォーカス位置に対して、位置合わせを行う必要があるが、ウエハ６のフォーカス方向の位置を検出するフォーカス検出装置５を有する。フォーカス検出装置５は、光源５０１、照明レンズ５０２、スリットパターン５０３、照明レンズ５０４、ミラー５０５、ミラー５０６、検出レンズ５０７および光電変換素子５０８により構成される。光源５０１から出射した光５０１ａが、照明レンズ５０２、スリットパターン５０３、照明レンズ５０４、ミラー５０５を介して、スリットパターン５０３をウエハ６上の斜め方向から投影する。ウエハ６上に投影されたスリットパターン５０３は、ウエハ６の表面で反射し、ミラー５０６を介して対向側に構成された検出レンズ５０７によって、ＣＣＤ等の光電変換素子５０８に到達する。光電変換素子５０８によって得られたスリットパターン５０３の像の位置からウエハ６のフォーカス方向を計測する。
【００２２】
上記のように位置検出装置４によるウエハ６上のアライメントマーク（不図示）の計測結果から、ウエハ６上に形成されたショットの配列情報を算出する。しかし、このショットの配列情報を算出の前に、位置検出装置４とレチクル２の相対位置関係である図２に示されるベースラインＢＬを求める必要がある。
図２を参照して、このベースラインの計測方法の概略を説明する。レチクル２は位置補正マークであるキャリブレーションマーク２３を有する。照明光学系１によってキャリブレーションマーク２３が照明されると、キャリブレーションマーク２３の透過部を抜けた光ＩＬは、投影光学系３により、キャリブレーションマーク２３の開口パターン像を、ウエハ６側の所定フォーカス位置に形成する。
【００２３】
一方、ウエハステージ８上には、基準マーク１５が構成され、基準マーク１５は、レチクル２上のキャリブレーションマーク２３の投影像と同じ大きさの開口を有するパターンを有する。開口パターンを透過した光ＩＬは、基準マーク１５の下に構成されている光電変換素子（不図示）に到達し、光電変換素子（不図示）によって開口パターンを透過した光ＩＬの強度を計測する。
【００２４】
更に、基準マーク１５上には、レチクル２のキャリブレーションマーク２３に相当する開口パターン以外に、位置検出装置４により検出可能な位置計測マーク（不図示）が構成されている。基準マーク１５の位置計測マーク（不図示）が、位置検出装置４の観察領域に駆動され、位置検出装置４により検出された結果と、その時の干渉計９によるウエハステージ８の位置の計測結果により、基準マーク１５の位置計測マーク（不図示）の位置が求められる。
【００２５】
次に、図２を参照して、投影光学系３に対する位置検出装置４の相対位置であるベースラインＢＬを、基準マーク１５を用いて求める方法についてより詳しく説明する。
先ず、レチクル２上に構成されたキャリブレーションマーク２３を、露光光ＩＬが通過する所定の位置に駆動する。所定の位置に駆動されたキャリブレーションマーク２３に対して、露光光ＩＬが照明光学系１によって照明される。キャリブレーションマーク２３の透過部を抜けた光ＩＬは、投影光学系３によって、ウエハ６上の結像位置にキャリブレーションマーク２３のパターン像として結像する。ウエハステージ８を駆動して、同形状の基準マーク１５上の開口パターンを、キャリブレーションマーク２３のパターン像に一致する位置に移動する。その時、基準マーク１５が、キャリブレーションマーク２３の結像面（所定フォーカス面）に配置されている状態で、基準マーク１５上の開口パターンをＸ方向に駆動させながら、基準マーク１５の下の光電変換素子（不図示）の出力値を計測する。
【００２６】
基準マーク１５上の開口パターンのＸ方向の位置と基準マーク１５の下の光電変換素子（不図示）の出力値をプロットした時の模式的なグラフを図９に示す。図９において、横軸が基準マーク１５上の開口パターンのＸ方向の位置であり、縦軸が基準マーク１５の下の光電変換素子（不図示）の出力値Iである。図９に示されるように、キャリブレーションマーク２３と基準マーク１５上の開口パターンの相対位置を変化させると出力値も変化する。この変化カーブ４０の内、キャリブレーションマーク２３を通過した光が、基準マーク１５上の開口パターンの開口部と一致している所（Ｘ０）で最大強度となる。この一致した位置Ｘ０を求めることにより、キャリブレーションマーク２３の投影光学系３によるウエハ６における投影される像の位置を求める。
尚、キャリブレーションマーク２３をレチクル２上の複数の箇所に構成し、キャリブレーションマーク２３の位置を、基準マーク１５により計測することで、レチクル２のパターンの形状（倍率、歪曲状態）を計測することも可能である。
【００２７】
図１、図１０に示される冷却ファン６１、６１’（温調手段）は、レチクル搬送系２１（保持手段）により保持されたレチクル２’を温調する手段で、露光するまでの待機状態におけるレチクル２’を冷却する。レチクル搬送系２１によって、レチクル２’の上面が吸着され、レチクル２’の下方の近傍に冷却ファン６１、６１’が設けられる。冷却ファン６１、６１’からは、所定温度に制御された空気、或いは、気体が吹付けられている。冷却ファン６１、６１’は下方のみに配置されているが、これに限定されるものではなく、レチクル２’の上方に設ける場合もある。
【００２８】
冷却ファン６１、６１’は移動可能に設けられる場合もある。つまり、露光する露光領域は製造するチップの仕様等、ユーザーの事情によって異なる。従って露光領域が異なる場合、レチクル２’の膨張部分である高温部分が異なるため、その冷却場所も変化させ、局所的に、且つ、効率良く冷却する。尚、移動方向は、レチクル２’の面内方向でも良いし、レチクルに近づく方向で良い。冷却ファン６１、６１’による冷却によって、待機状態のレチクル２’において、次の露光が開始される前に所定温度状態である所定伸縮状態になる様に制御することが可能となる。
【００２９】
制御手段１４は、冷却ファン６１、６１’を制御する手段で、待機状態におけるレチクル２’を露光する直前の温度が、所定の伸縮状態になるように冷却するように冷却ファン６１、６１’を制御する。
制御手段１４は、この所定の伸縮状態に基づき、露光する時のレチクル２’の膨張状態を予測し、補正するように冷却ファン６１、６１’を制御する。
【００３０】
実施形態１の露光装置は、レチクル搬送系２１（保持手段）により保持されたレチクル２’の伸縮状態を計測する図６に示される位置検出装置３２、３２’
（伸縮モニタ）あるいは図７に示される赤外線スコープ４２（伸縮モニタ）を有する。  
制御手段１４は、位置検出装置３２、３２’ あるいは赤外線スコープ４２の計測結果に基づいて冷却ファン６１、６１’を制御する。位置検出装置３２、３２’は、レチクル２’に構成された位置検出マークの位置を計測する。赤外線スコープ４２は、レチクル２’の温度を計測するサーモグラフィである。
【００３１】
図６を参照して、待機状態でのレチクル２’の伸縮状態を計測する方法について説明する。図６（ａ）は、実施形態１の露光装置を側面から表したものであり、図６（ｂ）は図６（ａ）の平面図である。レチクル２’に構成されたアライメントマークを観察、計測する位置検出装置３２、３２’がレチクル２’の待機位置に構成される。あるレチクルの露光が完了した後、待機状態の位置で、レチクル２’の伸縮状態を計測出来る。レチクル２’の下面には、アライメントマークＡＭ１、ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４が構成されている。Ｚ方向の近傍には、基準となる基準板３１が配置されている。基準板３１には、レチクル２’に構成されているアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４に対する基準パターンＦＭ１、ＦＭ２，ＦＭ３，ＦＭ４が構成されている。
【００３２】
図６（ｂ）には、基準パターンＦＭ１、ＦＭ２，ＦＭ３，ＦＭ４とアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４の関係が示され、アライメントマークＡＭ１、ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４の中に基準パターンＦＭ１、ＦＭ２，ＦＭ３，ＦＭ４が配置される。位置検出装置３２、３２’は、アライメントマークＡＭ１、ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４、基準パターンＦＭ１、ＦＭ２，ＦＭ３，ＦＭ４に対応する位置に構成される。位置検出装置３２、３２’は、アライメントマークＡＭ１、ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４と基準パターンＦＭ１、ＦＭ２，ＦＭ３，ＦＭ４を同時に観察する。基準パターンＦＭ１、ＦＭ２，ＦＭ３，ＦＭ４に対応するアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４の位置を検出することにより、レチクル２’の伸縮状態を計測する。つまり、４箇所のアライメントマークＡＭ１、ＡＭ２，ＡＭ３，ＡＭ４と基準パターンＦＭ１、ＦＭ２，ＦＭ３，ＦＭ４の相対位置を検出することにより、Ｘ及びＹ方向のレチクル２’の伸縮状態を計測することが可能となる。ここで基準板３１は温度が管理されており、基準板３１自体の伸縮は発生しないようになっている。或いは、その温度を計測し、伸縮状態を正確に管理されている。
【００３３】
図７を参照して、待機状態のレチクル２’の温度分布である伸縮状態を計測する他の方法について説明する。本実施形態１では、レチクル２’の温度分布である伸縮状態を計測する赤外線スコープ４２が構成されている。赤外線スコープ４２はサーモグラフィであり、レチクル２’の全面若しくは所定領域から発生している赤外線を捉え、その赤外線からレチクル２’の温度分布を計測する。この赤外線スコープ４２の結果を図１１の熱吸収部材６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄの温度を制御することで、常に所定の温度、且つ温度分布が所定の状態になるように制御される。待機状態でのレチクル２’の温度を常に所定状態にすることで、次に行われる露光状態での膨張状態を高精度に予測、補正することが可能となる。
【００３４】
以上のようにレチクル２’の伸縮状態を計測しながら、冷却ファン６１、６１’によって冷却し、所定の温度状態である伸縮状態にし、次の露光が開始される。このため、露光によって発生するレチクル２’の膨張状態の予測が高精度に行うことが出来、補正することが可能となる。レチクル２’の膨張状態の予測は、露光エリア、レチクルの透過率、照明条件等のパラメータによって、状態(形状、発生量）は変化する。これらパラメータ情報と、露光量（若しくは、露光している経過時間）に依存して、膨張状態を予測する。経過時間に対しての変化量予測は、従来から幾つかの方法が提案されているが、予測開始の状態を正確に把握しなくては、正確に補正が出来ない。従って、本実施形態１により、より高精度な補正が可能となる。
【００３５】
図１１を参照して、他の冷却手段を説明する。図１１（ａ）は、レチクル２’を側面から見た図であり、図１１（ｂ）は、上面から見た図である。レチクル搬送系２１にレチクル２’の熱を吸収する熱吸収部材を兼ねたレチクル吸着部６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄが構成されている。このレチクル吸着部材６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄはペルチエ素子で構成され、加熱冷却が可能である。熱吸収部材６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄは、レチクル２’の周辺部を冷却する。４箇所の熱吸収部材６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄは独立に温度制御が可能で、場合によっては加熱することも可能である。つまり、レチクル２’の局所的な温度分布を所定に出来る様に、レチクル２’の面内の温度分布も制御が出来る。一方、レチクル２’の伸縮状態は、図６に示される方法によって、モニタしておきながら、形状がある所定の状態になる様に、熱吸収部材６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄの温度を制御する。
【００３６】
図１２を参照して、レチクル２’の他の冷却手段を説明する。図１２（ａ）はレチクル２’を上方から示したものであり、図１２（ｂ）は側面から見た図である。図１２（ａ）において、レチクル搬送系２１はレチクル２’の周辺部を吸着する部分と、中心部には非接触の熱吸収体６３が構成されている。この熱吸収体６３はペルチエ素子で構成され、レチクル２’を冷却する。熱吸収体６４は、レチクル２’の下方にも構成される。熱吸収体６４も熱吸収体６３と同様にレチクル２’の熱を吸収する。レチクル２’の伸縮状態は、上述した図６、図７の方法で計測する。
【００３７】
更に、図８を参照して、レチクル２’の温度制御する別の冷却手段を説明する。レチクル２’のパターン面の下方には、ペリクル（不図示）を構成しているペリクル枠６５を有する。ペリクル枠６５は金属部材から構成されており、熱の伝導性は良い。このペリクル枠６５に対して、上述した冷却ファン、ペルチエ素子等によって、ペリクル枠６５の温度を下げる。ペリクル枠６５は金属部材で構成されているため、レチクル２’自体の熱を吸収する。以上のようにレチクル２’の温度を下げることにより、所定の温度状態である所定の伸縮状態を維持することが可能となり、その状態で露光を開始するため、露光時のレチクル２’の熱膨張を高精度に予測、補正出来る。
【００３８】
本実施形態１によれば、露光を行っていない待機状態のレチクルに関して、所定の温度条件である所定の伸縮状態にし、常に所定の伸縮状態から露光が開始される様にする。露光開始時に常に所定の伸縮状態から開始されるため、露光を行っている間の熱膨張を高精度に予測する。その膨張の予測値に基づいて、露光の補正を行うことで高精度な位置合わせによる露光を行うことができる。又、露光時のレチクルの伸縮の計測が不要となりスループットを向上させる。
【００３９】
次に、図４を参照して、本発明の実施形態１の変形例のウエハステージを複数有するツーステージの露光装置を説明する。
図１の実施形態１はウエハステージ８を１つ有する露光装置であるが、図４の実施形態１の変形例は、ウエハステージを複数有するツーステージの露光装置である。
実施形態１の変形例のツーステージの露光装置は、アライメントを計測する計測領域と、露光する露光領域とを移動する複数のウエハステージを有し、よりスループットを向上する。図４で示されている符号について、図１において同一構成要素は同一符号を付し詳細な説明を省略する。
【００４０】
図１の実施形態１のシングルステージの露光装置に比較して、図４の実施形態１の変形例のツーステージの露光装置の異なる点は、アライメントを計測する計測領域と、露光する露光領域とを移動する複数のウエハステージ８ａ、８ｂ（基板ステージ）を有することにある。
それらの２つの計測領域と露光領域を、複数、この実施形態１の変形例では２つのウエハステージ８ａ、８ｂが交互に計測、露光を行うよう入れ替わりながら、複数のウエハを露光する。
この様な構成を持つメリットとしては、露光動作を行っている間に、並列してアライメント等の計測を行うことができ、計測に費やす時間を長くすることが可能となる。そのため、複数回の計測や計測ショット数の増加、更には様々な計測を行うことで、高精度な露光を行う。すなわち、計測が露光と同時に行えるため、スループットを向上させる。
【００４１】
計測領域においては、ウエハ６ａ、６ｂ上に形成されている不図示のアライメントマークを位置検出装置４にて順次、計測する。この計測によって、ウエハ６ａ、６ｂ上に形成されたショット配列を算出し、グローバルアライメント計測する。尚、このグローバルアライメント計測に先立って、ウエハステージ８ａ、８ｂ上に構成されている基準マーク１５ａ、１５ｂを計測し、基準マーク１５ａ、１５ｂとウエハ６ａ、６ｂの相対関係が計測される。
【００４２】
グローバルアライメント計測が終了すると、次に、ウエハ６ａ、６ｂの高さ（フォーカス）方向の情報をフォーカス検出装置５、５’によって計測する。フォーカス検出装置５、５’は、露光装置に対して固定されており、ウエハステージ８ａ、８ｂがＸＹ方向に駆動しながらウエハ６ａ、６ｂの全面の高さ（Ｚ方向）を計測する。尚、フォーカス方向に関しても、ウエハ６ａ、６ｂの高さを計測する前に、基準マーク１５ａ、１５ｂをフォーカス検出装置５、５’によって計測し、基準マーク１５ａ、１５ｂとウエハ６ａ、６ｂの相対関係を検出する。
【００４３】
基本的にアライメントマークの計測及びフォーカス計測が終了すると、ウエハステージは、ウエハを保持したまま、露光領域に移動する。ここで、ウエハと基準マークの相対関係を変えずに駆動することが重要である。露光領域に移動したウエハステージについて、露光光にて基準マーク１５と図２で示したレチクル２上に構成された不図示のキャリブレーションマークとの相対位置（ＸＹ方向及びフォーカス方向）を検出する。検出方法は上記の図２で示された方法による。これにより、レチクル２とウエハステージ８ａの関係を求め，レチクル２とウエハステージ８ａの関係が求められると、計測領域で計測されたショット配列情報及びフォーカス情報に基づき、露光動作が行われる。
【００４４】
以上では、特に、ウエハステージの空間での動作を説明したが、以下ではレチクルの空間の構成について説明する。レチクル２、２’を図２に示されるレチクルステージ２０に搭載するためのレチクル搬送系２１が構成している。レチクル搬送系２１は、回転軸２８に固定された２つの吸着部３０、３０’を構成している。この吸着部３０、３０’によって、レチクル２、２’を吸着し、回転動作によって、レチクルステージ２０上へ着脱する。例えば、二枚のレチクル２、２’を交互に露光する場合、このレチクル搬送系２１を回転し、交互に着脱して露光する。
【００４５】
図５を参照して、ダブル露光方法による実施形態１の変形例のツーステージの露光装置を説明する。複数のウエハ６ａ、６ｂを二種類のレチクルをダブル露光する場合の露光シーケンスに関して、三種類の方法を説明する。
”Ｍｅｔｒｏ“の列は、計測領域で処理されているウエハ番号を示し、”Ｅｘｐｏ”の列は、その時の露光領域で処理されているウエハ番号を示す。又、網掛けのセルは、ウエハステージ８ａを示し、白抜き部は一方のウエハステージ８ｂを示す。又、”Ｒｅｔｉｃｌｅ”は、レチクル２の種類を示し、二種類のレチクル“Ａ”と“Ｂ”が交互に入れ替わり、露光を行う。
【００４６】
図５（ａ）において、一枚目のウエハ（Ｎｏ．１）がアライメント計測を行い（１行目）、レチクルＡの露光が行われる。それと同時にＮｏ．２のウエハについて、アライメント計測が行われる（２行目）。次に、Ｎｏ．２のウエハが露光領域に駆動され、同様にレチクルＡの露光が行われる。その際に、Ｎｏ．１のウエハは、計測領域に戻って、次のレチクルＢを露光するために待機する（３行目）。Ｎｏ．２のウエハの露光が終了すると、レチクルＡとＢが交換されるのと同時に、Ｎｏ．２とＮｏ．１のウエハが入れ替わり、その後レチクルＢがＮｏ．１のウエハ上に露光が行われる（４行目）。Ｎｏ．１のウエハの露光が終了すると、Ｎｏ．２のウエハと入れ替わり、このウエハに対して、レチクルＢのパターンが露光される。尚、それと並行して、露光が終了したＮｏ．１のウエハを装置外に搬出し、次のＮｏ．３のウエハが搬入、そしてアライメント計測が行われる（５行目）。以下、図示した様に、レチクルＢ、レチクルＡを交互に入れ替え、ウエハも交互に交換されて露光が繰り替えされる。この露光シーケンスにより、レチクルの交換回数を減らし、レチクル交換に掛かる時間が長い場合等においてスループットを向上する。
【００４７】
図５（ｂ）は、図５（ａ）に対して、異なる点は、Ｎｏ．２のウエハに対して、レチクルＡを露光終了後、そのままウエハは露光領域にとどまり、レチクルＢを交換して、レチクルＢを露光する所である（４行目）。その後、Ｎｏ．１のウエハが露光領域に搬送されて、レチクルＢを露光する。
以上のように図５（ａ）に対して、ウエハを交換する頻度を少なくでき、ウエハステージの交換時間が長い場合に、スループットを向上する。
【００４８】
上述の図５（ａ）、（ｂ）においては、複数のウエハについて、レチクルＡとＢの露光順が異なる。露光に伴う熱によっては、ウエハの膨張が発生する場合がある。そうした場合、露光量の異なるレチクルＡとＢの順番を入れ替えると、露光に伴う膨張が異なるため、位置合わせ精度が劣化する場合がある。この場合、レチクルの露光順及びウエハの露光順を全て同じ順番に行い一定のオフセットで補正することで、高精度化が可能となる。この様に露光するシーケンスを示したものが図５（ｃ）である。このシーケンスでは、ウエハに対するレチクルの順、ウエハを露光する順番を全てのウエハに対して合わせることが可能である。しかし、上記した様にレチクルの交換、ウエハの交換が頻繁になるため、それらに掛かる時間を考慮するとスループットが低下する場合がある。以上のように、必要精度に応じて、シーケンスを選択することで、スループットを向上する。
【００４９】
以上のシーケンスで複数のレチクルを用いてダブル露光が行われるが、ここで着目すべきは、例えば露光しているレチクルＡに対して搬出されたレチクルＢの挙動である。通常、レチクルは石英にＣｒ等の金属膜のパターンが形成されたものであり、露光されると、その露光光が吸収され、発熱によって膨張が生じる。露光が行われている間は、放熱と吸収が均衡する飽和状態まで、膨張が進行する。逆に、露光が止まると冷却が進み、収縮が発生する。つまり、レチクルは露光、休止によって、膨張、収縮が繰り返し発生していることになる。こうしたレチクルの伸縮は、所謂位置合わせ誤差を発生するため、極力発生を抑制するか若しくは、発生量を補正する様に露光を行う必要がある。
【００５０】
ダブル露光方法においては、露光されているレチクルは膨張し、待機しているレチクルについては、収縮が発生している。例えば、レチクルＡが露光されている間は、レチクルＡは膨張し、一方レチクルＢは収縮が発生している。一枚のレチクルを用いてウエハを露光する従来例は、キャリブレーション計測により、その膨張状態をモニタし、投影光学系の倍率、歪曲収差等の光学性能を調整し、レチクルステージの駆動動作を制御し、位置合わせ誤差を低減して、露光することが可能であった。しかし、ダブル露光方法においては、露光後、入れ替わるため、必ず冷却状態が発生するので、その収縮状態を管理しなくては、位置合わせ性能の低下を招いてしまう。
【００５１】
図３は、レチクル２’の加熱冷却によって発生する伸縮（倍率誤差）の変化を模式的に示したグラフである。横軸に経過時間、縦軸にレチクル２’の倍率誤差を示している。露光状態においては膨張が発生するため、倍率成分が増加する。一方、レチクル２’が待機状態に移ると冷却（放熱）されるため、収縮が発生する。この様に伸縮が繰り返し発生する。尚、図３においては、倍率成分として表現されているが、歪曲収差等のより高次の誤差成分としても発生するが、考え方は同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５２】
このような膨張、収縮を繰り返す場合、制御開始するタイミングの状態が重要である。
例えば、前回の膨張、冷却（待機状態）で、次の露光が開始されるタイミングがＡ点である場合と、Ｂ点である場合は制御精度が異なる。つまり、Ａ点で次の露光が開始されると、それまでの冷却状態を正確に把握しなくては、膨張状態を正確に予測、補正することが出来ない。逆に、Ｂ点のように定常状態では、その点から開始される膨張成分のみを高精度に予測、補正が可能となる。
【００５３】
以上説明したダブル露光方法の実施形態１、実施形態１の変形例および実施形態２において、待機状態あるレチクル２の温度を所定の伸縮状態にし、常に露光開始時は同じ所定の伸縮状態から露光が行われる。従って、露光時のレチクル２の膨張状態を高精度に予測、補正しながら露光をする。このため、ダブル露光方法の露光装置において発生する位置合わせ誤差を低減する。
【００５４】
［デバイス製造方法の実施形態］
次に、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。当該方法において、本発明を適用した露光装置を使用し得る。
半導体デバイスは、ウエハ（半導体基板）に集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程とを経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、その工程で露光されたウエハを現像する工程とを含み得る。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）とを含み得る。また、液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、その工程で露光されたガラス基板を現像する工程とを含み得る。
本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性、品質および生産コスト、ならびに安全性の少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１  照明系、２  レチクル、３  投影光学系、４  位置検出装置、５  フォーカス位置検出装置、６  ウエハ、７  干渉計ミラー、８  ウエハステージ、９  干渉計、１０  ステージ制御系、１１  レチクルアライメントスコープ、１２  レチクルセットマーク、１４  制御手段、１５  基準マーク    ２０  レチクルステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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