(57)【要約】【課題】  露光後に基板を観察することなく変位計測手段（変位センサ）の原点ずれを校正することが可能な投影露光装置を提供する。【解決手段】  本発明の投影露光装置は、光学要素を有し前記光学要素を制御することにより結像特性を補正する投影光学系を介して、第１物体のパターンを第２物体に投影して露光する投影露光装置であって、前記光学要素の変位を計測する変位計測手段と、前記変位計測手段の計測基準を記憶する記憶手段と、前記投影光学系の結像特性を計測する結像特性計測手段と、前記結像特性計測手段の計測結果に基づいて前記計測基準を校正する校正手段とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学要素を有し、前記光学要素を制御することにより結像特性を補正する投影光学系を介して、第１物体のパターンを第２物体に投影して露光する投影露光装置であって、
前記光学要素の変位を計測する変位計測手段と、
前記変位計測手段の計測基準を記憶する記憶手段と、
前記投影光学系の結像特性を計測する結像特性計測手段と、
前記結像特性計測手段の計測結果に基づいて前記計測基準を校正する校正手段とを有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
前記結像特性計測手段の計測結果に基づいて、前記変位計測手段の出力に対応する前記光学要素の位置と実際の前記光学要素の位置とのずれ量を算出する演算手段を有し、
前記校正手段は、前記演算手段によって算出されたずれ量に基づいて前記計測基準を校正することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】
環境変動による前記投影光学系の結像特性の変化に関する情報に基づいて、前記投影光学系の結像特性を予測して前記光学要素の位置を補正する手段を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の投影露光装置。
【請求項４】
前記結像特性には、焦点位置、像面湾曲、片ボケ、結像倍率、歪曲収差、球面収差、非点収差、コマ収差のうち、少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の投影露光装置。
【請求項５】
投影光学系が有する光学要素の変位を計測する際に用いられる変位計測手段の計測基準の校正方法であって、
前記投影光学系の結像特性を計測する工程と、
前記結像特性の結果に基づいて前記計測基準を校正する工程とを含むことを特徴とする計測基準の校正方法。
【請求項６】
前記結像特性の計測結果に基づいて、前記変位計測手段の出力に対応する前記光学要素の位置と実際の前記光学要素の位置とのずれ量を算出する工程を更に含み、
前記ずれ量に基づいて前記計測基準を校正することを特徴とする請求項５に記載の計測基準の校正方法。
【請求項７】
前記結像特性の計測結果に基づき、前記結像特性の変化が許容値の範囲内であるかどうかを判定する工程を更に含み、
前記結像特性の変化が許容値以上であると判定された場合は、前記変位計測手段の出力に対応する前記光学要素の位置と実際の前記光学要素の位置とのずれ量を算出して前記計測基準を校正することを特徴とする請求項６に記載の計測基準の校正方法。
【請求項８】
前記結像特性の計測が、露光動作中以外に行われることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の計測基準の校正方法。
【請求項９】
前記結像特性の計測が露光動作中に行われる場合は、露光動作による結像特性の変化を予測して得られた結果に基づいて前記計測基準を校正することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の計測基準の校正方法。
【請求項１０】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の投影露光装置を用いて原版のパターンを基板に投影し露光する工程と、
前記露光された基板を現像する工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１１】
請求項５〜９のいずれか１項に記載の計測基準の校正方法が行われる投影光学系を介して原版のパターンを基板に露光する工程と、
前記露光された基板を現像する工程とを含む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】
本発明は投影露光装置及びデバイスの製造方法に関し、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する工程のうちリソグラフィー工程に使用される際に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、その回路パターンの高精度微細加工技術への要求はますます厳しくなってきている。したがって、このデバイス製造に使用される投影露光装置の投影光学系には極めて良好な結像性能が要求される。こうした要求を達成するため、様々な補正手段を有することが提案されている。例えば、レンズやミラーといった光学要素の駆動を流体の体積または圧力を制御する機構によって補正するものや、レンズを保持する部品を弾性部材を介し連結し、その弾性部材に力を加えることでレンズの位置、姿勢を制御するものが提案されている。
【０００３】
このように、光学要素の位置や姿勢を変化等させることで結像特性を補正するものは、光学要素の位置や姿勢、変形等を計測するための変位センサの計測値に基づいて光学要素の制御を行っている。
【０００４】
ところが、経年変化等によって光学要素の変動とは無関係に変位センサの出力値が変化し、その変位計測の基準とする原点位置がずれてしまうと最適位置での保持・制御が出来ず、良好な露光性能が得られなくなる場合がある。
【０００５】
そこで、機械的な突き当て位置を仮原点として設け、実際に露光することによって結像特性の変化から補正手段の原点変動を算出して原点を校正することで光学エレメントを最適位置に保持・制御する方法（特許文献１）が提案されている。
【０００６】
また、実際に露光することなく結像特性の計測を行う方法として、様々な方式が提案されている。例えば、干渉計測方式による波面測定機を搭載した露光装置（特許文献２）や、投影レンズを介してレチクルの像を光電検出器で受光することで像面状態を検出する方式（特許文献３）等がある。
【特許文献１】特開平９−１０６９４４
【特許文献２】特開２０００−２７７４１２
【特許文献３】特開平５−４１３４４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
変位センサの原点校正において、特許文献１では、基板の露光が完了した後に基板の露光状態を観察しないと原点公正が行えないため、手間と時間が掛かりスループット等に影響を及ぼしてしまう可能性がある。
【０００８】
また、特許文献２や３のような装置を用いれば、露光が完了した後の基板を観察することなく、結像特性を計測することで最適な光学要素の位置を決定することが可能となる。そのため、こられによれば変位センサの原点校正を行う必要はなく、原点ずれは露光性能に影響を与えないように思える。しかし、投影露光装置では、周囲の温度や気圧の変化等の環境変動が起きた場合、それによる結像特性の変化を補正するために、予め用意したテーブル等に基づいて光学要素を制御する方法を行っている。この場合に変位センサの原点ずれが起こっていると、変位センサからの出力に対応する光学要素の位置と実際の光学要素の位置とが一致しないため、この方法を用いて良好な露光性能を得ることは難しい。この方法を用いない場合は、環境変動が起こるたびに結像特性の計測を行わなければならず、スループット等に影響を及ぼしてしまう可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明は、露光後に基板を観察することなく変位計測手段（変位センサ）の原点ずれを校正することが可能な投影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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明では、光学要素を有し、前記光学要素を制御することにより結像特性を補正する投影光学系を介して、第１物体のパターンを第２物体に投影して露光する投影露光装置であって、前記光学要素の変位を計測する変位計測手段の計測基準を記憶する記憶手段と、前記投影光学系の結像特性を計測する結像特性計測手段と、前記結像特性計測手段の計測結果に基づいて前記計測基準を校正する校正手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、投影光学系が有する光学要素の変位を計測する際に用いられる変位計測手段の計測基準の校正方法であって、前記投影光学系の結像特性を計測する工程と、前記結像特性の結果に基づいて前記計測基準を校正する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に拠れば、露光後に基板を観察することなく投影光学系の結像特性を計測できるため、変位計測手段の原点の変動を短時間で校正することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明をステップアンドスキャン方式の投影露光装置に適用した際の実施例の要部概略構成を表している。
【００１４】
照明光学系１によって形成された照明光はレチクル２（第１物体）の回路パターンを照明し、投影光学系３を透過してウエハ９（第２物体）上に回路パターンの像が投影露光される。本実施形態において、投影光学系３は、レンズやミラー等の光学要素４と光学要素を駆動する駆動アクチュエータ５とを有する。そして、光学要素の変位を計測する変位センサ６（変位計測手段）と駆動アクチュエータを制御する制御手段７とが備えられている。ウエハステージ１１上には、投影光学系３の結像特性を計測する結像特性計測手段１０が配置されている。補正手段１２は、光学要素４と駆動アクチュエータ５と変位センサ６と制御手段７と計測基準である原点位置を記憶するためのメモリ等の記憶手段（不図示）を含んで構成される。そして、投影光学系３の結像特性は、結像特性計測手段１０による計測結果に基づいて補正手段１２により適切な結像状態にするように制御される。なお、補正手段は１つである必要は無く、露光中の様々な外乱による結像特性の変化の補正や、投影レンズ製造中の調整誤差の低減を目的として複数備えていることが望ましい。
【００１５】
（第１実施形態）
図１、２を用いて本実施形態の説明を行う。
【００１６】
所定の環境下にあり、投影光学系３が補正手段１２により最適な結像特性状態に制御された状態において、露光動作を開始する（Ｓｔｅｐ１）。
【００１７】
このとき露光中に変動した外乱要因、例えば温度・気圧といった環境変動による結像特性の変化は、図１に不図示の装置に内蔵された温度計、気圧計でセンシングされ、その情報がフィードバック制御系８に送られる。フィードバック制御系８には、温度、気圧が変化した際の収差変化テーブルＴが予め備えられている。フィードバック制御系８は、前述の温度計、あるいは気圧計で検出された温度・気圧の変化量ΔＢから、これらにより変化する収差量ΔＡを前述の収差変化テーブルＴから算出（ΔＡ＝ＴΔＢ）する。次に、この変化する収差を補正するための光学要素４の駆動量ΔＣを算出（ΔＣ＝ＤｂΔＰ：Ｄｂは、駆動系を駆動する際の収差敏感度）する。そして、算出された値に基づき、補正手段１２を駆動制御する（Ｓｔｅｐ２）。つまり、このステップでは、環境変動による結像特性の変化を予め備えられた情報を用いて予測し、結像特性の変化を低減するように光学素子４を予測制御する。
【００１８】
結像特性計測手段１０によって、投影光学系３の結像特性を計測する（Ｓｔｅｐ３）。結像特性の計測は、例えばロット先頭毎に定期的に計測される。
【００１９】
そして、結像特性の変化が予め設定されている許容値の範囲内であるかどうかを判定する（Ｓｔｅｐ４）。
【００２０】
計測結果から、許容値以上の結像特性の変化が認められ、変位センサ６の出力に対応する光学要素４の位置と実際の光学要素４の位置との間にずれがあったと判断された場合、そのずれ量を算出する（Ｓｔｅｐ５）。ここで、変位センサ６の出力に対応する光学要素４の位置と実際の光学要素４の位置との間に生じるずれのことを、原点ずれと呼ぶこととする。
【００２１】
さらにその後、フィードバック制御系８を介して原点ずれ量の情報を補正手段１２に渡し、記憶手段に記憶されている原点位置の校正を行う（Ｓｔｅｐ６）。
【００２２】
以上のステップにより、変位センサ６の出力に対応する光学要素４の位置と実際の光学要素４の位置との間のずれをできるだけ小さくする。
【００２３】
以下、原点ずれ量の算出と原点校正について述べる。
【００２４】
例えば光学要素４の位置Ｐを電圧制御している場合、図３に示す特性の系において、光学要素４の位置Ｐは計測基準である原点位置Ｐ０から、前述した環境変動要因等を補正するようにＰ＝Ｐ０＋ＰＴに制御されている。ここで、ＰＴは、環境変動から予測される光学要素４の位置変動量である。これにより、投影光学系３は、環境要因の影響を受けない状態を維持することができる。しかし、環境要因とは別に、装置自身に変動要因を抱えている場合がある。例えば、メカ機構の経時的な姿勢変化、経時的な部品の伸縮、或いは電気素子の経時的な特性変化等で、駆動系の変位を計測するセンサの原点ずれが生じる可能性がある。そのため、定期的にセンサの原点を校正する必要がある。例えば、１ヶ月に１回とか、処理したロットが１００ロットあたりといったような条件で装置に内蔵した波面収差測定機（不図示）にて投影光学系３の画面内複数点の波面収差を測定する。また、センサの原点は、例えば画面内複数点の波面収差ＲＭＳの最大値が最小となる値（以下波面収差ＲＭＳ最小値）の位置に光学要素４がくるように管理されているものとする。
【００２５】
定期的な検査において、波面収差ＲＭＳを最小にするときの駆動手段の位置が前回と比べ、ある値以上ずれてしまった場合、例えば駆動系ストローク全体に対し５％を超える値以上ずれた場合、センサの原点校正を行うよう、あらかじめシステムに設定しておく。複数個の駆動手段がある場合にも、それぞれ「原点ずれ」が発生したと判断する値を設定しておく。
【００２６】
結像特性の計測結果として、予め計測精度や制御精度により設定された所定の許容値以上の結像特性の変化が計測された場合、演算により原点ずれ量△Ｐが算出される。計測基準である原点位置Ｐ０における電圧値Ｖ０を△Ｐに対応した制御電圧値△Ｖで補正し、Ｖ０＋△Ｖに書き換えることで変位センサ６の原点位置を校正する。このようにして、記憶手段に記憶された変位センサの原点位置を校正することにより、該原点位置を基準にして補正手段１２を制御することで、波面収差を最良な状態に保つことが可能となる。前記原点ずれ量△Ｐの算出ステップは、前記光学要素４の位置・姿勢・形状と、結像性能との関係を定めるデータベースを参照することによって算出することが可能である。例えば、補正手段が１つであれば、その原点ずれ量は、例えば結像倍率の変動量△Ｍ［ｐｐｍ］と原点ずれに伴う倍率の変化率Ｂ［ｐｐｍ／ｕｍ］とを用いて△Ｐ＝△Ｍ／Ｂのように算出される。複数の光学要素を有する装置においては、光学要素の個数・自由度に応じて結像特性の変化量ｋｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対する光学要素の位置・姿勢・形状の変化量△Ｐｊ（ｊ＝１〜ｍ）による変化率Ｂｉｊとを用いて、
【００２７】
【数１】
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【００２８】
として算出可能である。ｋｉは焦点位置、像面湾曲、片ボケ、結像倍率、歪曲収差、球面収差、非点収差、コマ収差等の種々の結像特性を選択することが可能である。
【００２９】
また、気圧、温度、湿度等の環境の変動等による結像特性の変動が補正制御されていることで、変位センサ６の原点ずれに起因する変化のみが結像特性の変化として計測される。従って、原点ずれの有無を判定することが出来る。もちろん、環境変動要因を別途計測しておき、計測された結像特性の変化から、環境変動と結像特性の変化との関係を定めるデータベースを用いて環境変動要因を計算上分離し、原点ずれの有無を判定することも可能である。
【００３０】
ここで、Ｓｔｅｐ３〜Ｓｔｅｐ６は装置のスループットに影響を与えないよう、短時間で行えることが望ましい。こうした要望を満たし、簡便に短時間に且つ高精度で結像特性を計測する結像特性計測手段としては、干渉計測方式や光電検出器といった種々の方法を採用することが出来る。
【００３１】
干渉計測方式としては、例えば照明光学系からの光をピンホール、コリメータレンズを用いて平面波を形成、ハーフミラーを用いて分離した光束の一方を投影光学系を透過させ、参照光と干渉させることで干渉縞を得ることが出来る。そして、これを演算処理することで結像特性を計測することが出来る。
【００３２】
光電検出器を用いる場合は、レチクル面に配置した専用のパターンを露光光で照明し、投影光学系を透過させた後、ウエハステージ上に配置した光電検出器で受光、信号を演算処理することで結像特性を得ることが出来る。
【００３３】
非露光光源を用いた計測手段であれば計測タイミングを問わずに実施可能であるが、実露光光源を用いた計測手段であっても、例えばウエハ交換の間、或いはジョブ間に計測を行うことでスループットを低下させずに実施可能である。
【００３４】
光学要素の変動と無関係な変位計測値の変化には種々のケースが考えられるが、１つには変位センサそのものの材料の経年変化等に伴う原理的な計測値の変動が挙げられる。また、変位センサのうち、例えば光学要素を強制的に変形させるような機構によっては変位センサの数・箇所の配置の兼ね合いで光学要素を直接モニタしていない、変形を捉えきれない場合などが考えられる。
【００３５】
また、定期的に変位センサの原点位置の校正を行うことにより、該原点位置を基準に光学要素を制御することで結像特性を最良な状態に保つことが可能となる。
【００３６】
なお、上記実施形態においては、記憶手段に記憶されている原点位置を書換えることで原点校正を行っている。しかし、原点位置を書換えることなく、別に原点ずれ量の情報だけを記憶しておき、変位センサを作動させる際に、原点位置と記憶された原点ずれ量とを用いて原点校正を行っても良い。
【００３７】
（第２実施形態）
図４に示すように投影光学系の結像特性は露光光の照射により，その光を吸収し変化することが知られている。この変化ｋは、時定数Ｋと露光時間ｔ、レンズ系によって決まるパラメータφ及び結像特性の飽和値ｋｍａｘとを用いて
ｋ＝φｋｍａｘ−φｋｍａｘ／ｅｘｐ（ｔ／Ｋ）      （２）
と表すことができる。個々の結像特性毎にその発生要因に応じてＫ、ｋｍａｘは異なり、また、その発生要因が１つで無ければ結像特性の変化量はその総和で表現される。
【００３８】
これらのパラメータを露光エネルギーや照明の条件から予め算出しておき、現状の投影光学系の状態を予測することができる。また、露光を停止すると時間経過に伴い、同様に
ｋ＝φｋｍａｘ／ｅｘｐ（ｔ／Ｋ）      （３）
に従って元に戻る。したがって、結像性能が安定していない非定常状態においては、その稼動履歴から安定状態からの変化を（２）、（３）式を用いて予測し、補正手段を駆動制御することで、結像特性を最適な状態に保つことが好ましい。また、過去の結果を用いた学習機能等を用いて予測し、補正手段を駆動制御することで、結像特性を最適な状態に保つことが好ましい。このとき、結像特性計測結果としては、露光負荷の無い定常状態の結像特性に加え、予測誤差及び補正残渣が計測される。ここでもあらかじめ設定された許容値以上の結像特性の変化が計測された場合、それをセンサの原点ずれとして分離・判定し、原点を校正することが可能である。
【００３９】
このように、露光負荷による結像特性の変化が、所定の許容値より大きい場合には、まず前記露光負荷に起因する結像特性の変化を計算により求める。そして計測された結像特性の基準値からのずれから、前記露光負荷に起因する結像特性の変化量を減算した値を原点ずれによるものとみなして、原点校正を行えばよい。
【００４０】
これにより、装置の稼動状態に起因する誤差がない状態で高精度に校正することができる。
【００４１】
図２は露光装置稼動中における実施例の説明図となっているが、結像特性の計測は当然、稼動中（露光動作中）で無くても良い。原点校正時において露光負荷による結像特性の変化が所定の許容値より小さい場合には、結像特性計測結果の基準値からのずれを全て原点位置の変動によるものとみなして原点校正を行う。これにより、原点校正を容易に行うことが可能となる。
【００４２】
例えば、露光動作中以外のような、露光による負荷がなく結像性能が安定している定常状態にあれば、前述のように環境変動要因を分離することで、センサの原点ずれに起因する結像性能の変化を判定・校正することが容易に行える。
【００４３】
これにより、装置の稼動状態に起因する誤差が少ない状態で高精度に校正することができる。
【００４４】
センサの原点ずれ要因としては、変位センサ自体に用いられる部品の経年変化等に伴う長期的なドリフトや、装置電源のＯＦＦ／ＯＮ、リセットシーケンスからの復帰等に伴う短期的な変動が考えられる。
【００４５】
長期的な変動については、例えば１日に１回、或いは１００ロットに１回というように定期的に原点ずれを判定し、原点校正を行う。
【００４６】
短期的な変動についても例えば装置電源ＯＮ直後、リセット直後に上記にのべたような方法で原点ずれを判定し、原点校正を行う。
【００４７】
これにより、装置稼動時における校正を回避し、スループットの高い装置を提供することができる。
【００４８】
（露光装置の実施例）
以下、露光装置全体の概要について説明する。露光装置本体５０５は図５に示すように、照明装置５０１、レチクル（原版）を搭載したレチクルステージ５０２、投影光学系５０３、ウエハ（基板）を搭載したウエハステージ５０４とを有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式またはステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。
【００４９】
照明装置５０１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザなどを使用することができる。しかし、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
【００５０】
照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。
【００５１】
投影光学系５０３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）を使用することができる。また、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することもできる。
【００５２】
レチクルステージ５０２およびウエハステージ５０４は、たとえばリニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルのパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージおよびレチクルステージの少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。
【００５３】
このような露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用されうる。
【００５４】
（デバイス製造方法の実施例）
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の要部概略図
【図２】実施形態を説明するフローチャート
【図３】原点校正手法を説明するための図
【図４】実施例２を説明するための結像特性の変化を示す図
【図５】露光装置全体を説明するための図
【符号の説明】
【００５６】
１  照明光学系
２  レチクル（第１物体）
３  投影レンズ
４  レンズ
５  駆動アクチュエータ
６  変位計測手段
７  駆動部制御手段
８  フィードバック制御・演算手段
９  ウエハ（第２物体）
１０  結像特性計測手段
１１  ウエハステージ
１２  補正手段
１０１  照明系ユニット
１０２  レチクルステージ
１０３  投影光学系
１０４  ウエハステージ
１０５  露光装置本体
【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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