(57)【要約】【課題】ＴＴＬ計測によるスループットの低下を最小限に抑えた露光装置を提供すること。【解決手段】原版ステージ３に配置された複数の原版側指標板１１と基板ステージ７に配置された複数の基板側指標板１３とを用いて原版ステージ３と基板ステージ７との相対的な位置関係を投影光学系５を介して計測する計測手段１５を有する。基板ステージ７に配置された基板側指標板１３を駆動させる駆動部３２と、各指標板と周囲温度の変化による環境負荷を計測する計測部２１とを備える。駆動部１３と計測部２１を用い、複数の原版側指標板１１と基板側指標板１３の相対的な位置関係を同時に計測できるように、各指標板の環境負荷による位置ずれ量を補正する手段を持つ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版ステージに配置された複数の原版側指標板と基板ステージに配置された複数の基板側指標板とを用いて前記原版ステージと前記基板ステージとの相対的な位置関係を投影光学系を介して計測する計測手段を有し、基板ステージに配置された基板側指標板を駆動させる駆動部と、前記指標板と周囲温度の変化による環境負荷を計測する計測部とを備え、
前記駆動部と前記計測部を用い、複数の原版側指標板と基板側指標板の相対的な位置関係を同時に計測できるように、各指標板の環境負荷による位置ずれ量を補正する手段を持つこと特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記環境負荷を計測する計測部の構成は、原版ステージおよび基板ステージに配置された指標板およびその周辺の温度を計測することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
原版ステージおよび基板ステージに配置された指標板およびその周辺の温度の変化量に応じた位置ずれ量を算出し、補正することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記環境負荷を計測する計測部の構成は、総露光量を計測することを特徴とした請求項１に記載の露光装置。
【請求項５】
総露光量から位置ずれ量を算出し、補正することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【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上に投影露光する露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー技術を用いて、半導体素子、液晶表示素子等のデバイスを製造する際に、レチクルやフォトマスク等の原版に描画されたパターンを投影光学系によってウエハやガラスプレート等の基板に投影して転写する露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
露光装置では、投影光学系の周囲温度変化、大気圧変化、投影光学系に照射される光による温度上昇、あるいは投影光学系を含む装置の発熱による温度上昇などにより焦点位置が移動しこれを補正しなければならない。
【０００４】
そこで、露光装置では原版と基板との焦点位置合わせを行う補正手段として、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｌｅｎｓ）計測が知られている(特許文献１参照）。ＴＴＬ計測では原版またはその近傍に設けられた指標板に形成された原版側計測マークと、基板またはその近傍に設けられた指標板に形成された基板側計測マークとの相対的な位置関係が投影光学系を介して計測される。
【０００５】
ＴＴＬ計測は、投影光学系によってパターンが投影される領域内の複数の点を計測することによって、様々なパラメータを計測することが可能である。例えば、計測点数を増加させる事で歪曲収差を計測することが可能である。同様に、光軸方向における複数点の位置を計測することで、投影光学系の焦点位置、像面の傾き及び湾曲収差を計測することができる。
【０００６】
露光装置はパターンの微細化および高密度化に伴い、より高い解像力で原版のパターンを基板に投影することが要求されている。そのため、投影光学系の照射領域内の複数点において焦点位置の情報を計測し補正しなければならない。
【０００７】
また、露光装置の高解像度化が進むにつれて、焦点深度が急速に減少しており、ＴＴＬ計測に基づいてなされる焦点合わせの精度に対する要求も厳しくなってきている。
【０００８】
よって、高い解像力を維持するためには高精度に複数点のＴＴＬ計測を行うことが求められている。
【０００９】
一方、露光装置は、デバイスを短時間に大量生産するために、高いスループットが要求されているため、ＴＴＬ計測に要する時間の短縮が求められている。
【００１０】
例えば、複数対の原版側計測マークと基板側計測マークを複数対設けることで同時計測が可能になる。２点以上の計測点を同時に計測することで計測時間を短縮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−５３６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、ＴＴＬ計測において、測定時の環境負荷変動の影響により複数対の同時計測は困難になってきている。そのため、１つの対を構成する原版側計測マークおよび基板側計測マークをＴＴＬ計測しながら他の対の計測を行うことが困難になってきている。
【００１３】
そこで、本発明はＴＴＬ計測によるスループットの低下を最小限に抑えた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】
【００１４】
本発明の一側面としての露光装置は、原版ステージに配置された複数の原版側指標板と基板ステージに配置された複数の基板側指標板とを用いて前記原版ステージと前記基板ステージとの相対的な位置関係を投影光学系を介して計測する計測手段を有している。さらに、基板ステージに配置された基板側指標板を駆動させる駆動部と、前記指標板と周囲温度の変化による環境負荷を計測する計測手段とを備えている。そして、前記駆動部と前記計測手段を用い、複数の原版側指標板と基板側指標板の相対的な位置関係を同時に計測できるように、環境負荷によるマークの位置ずれ量を補正する手段を持つこと特徴とする。
【００１５】
ここで、前記環境負荷を計測する計測部の構成は、原版ステージおよび基板ステージに配置された指標板およびその周辺の温度を計測し、温度の変化量に応じた位置ずれ量の算出を行ってもよい。
【００１６】
また、前記環境負荷を計測する計測部の構成は、総露光量を計測し、総露光量に応じた位置ずれ量の算出を行ってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明はＴＴＬ計測によるスループットの低下を最小限に抑えた露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の露光装置の図である。
【図２】原版側計測マーク配置例を示した図である。
【図３】基板側計測マーク配置例を示した図である。
【図４】ＴＴＬ計測における波形例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の露光方法のフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態の露光装置の図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の露光方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［実施例１］
以下に、本発明の実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態の露光装置の図である。なお、明細書および添付図面において投影光学系５の光軸に平行な方向がＺ方向、Ｚ方向に垂直な面内における互いに直交する２つの方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向とする。
【００２０】
図１において、本実施形態の露光装置は、パターンが形成された原版２とそれを保持して移動する原版ステージ３と、感光基板６を支持する基板ステージ７を備える。また、原版ステージ３に支持された原版２を露光光４で照明する照明光学系１を備える。さらに、露光光４で照明された原版２のパターンを基板ステージ７に保持された感光基板６に投影し転写する投影光学系５を備えている。
【００２１】
原版２を保持した原版ステージ３には原版側指標板１１が所定の範囲内に配置されている。一方、基板６を支持する基板ステージ７には基板側指標板１３が所定の範囲内に配置されている。
【００２２】
基板側指標板１３の下部には、基板側指標板１３の位置をＸＹ平面方向に移動させるための駆動機構３２と基板側指標板１３を透過した光量を計測するための、光量センサ８を備えている。光量センサ８によって取得した光量を取得し、焦点位置を取得するための焦点位置計測手段１５を備えている。
【００２３】
原版側指標板１１の温度と原版側指標板１１を保持している原版ステージ３周辺の温度情報を取得するための温度計２０が設置されている。また基板側指標板１３と基板側指標板１３を保持している基板側ステージ７周辺にも温度計２０が設置されている。温度計２０にて計測された温度を取得するための温度取得手段２１を備えている。温度取得手段２１から温度情報を取得して位置補正量を算出し、駆動機構３２に位置補正駆動の指令を送るための位置補正手段３１を備えている。
【００２４】
図２(Ａ)に原版側計測マークの配置例を示す。原版側指標板１１の反射面には図２(Ｂ)に示すように原版側計測マーク１２が形成されている。図２(Ａ)中破線で露光光４が照射される露光領域１６を示す。原版ステージ３には、露光領域１６内の複数の像高が計測できるように複数の指標板が形成されている。図２(Ａ)では一例として、３個の指標板が形成されているが、これに限るものでなく、少なくとも２個の指標板が形成されていれば３個以上の複数個であってもよい。
【００２５】
図３(Ａ)に基板側計測マークの配置例を示す。基板側指標板１３の反射面には図３(Ｂ)に示すように基板側計測マーク１４が形成されている。図３(Ａ)中破線で露光光４が照射される露光領域１６を示す。基板ステージ７には、露光領域１６内の複数の像高が同時に計測できるように複数の指標板が形成されている。各指標板の下部には駆動機構３２を備えている。複数対の同時計測を行うために、原版側指標板１１と同じ数の基板側指標板１３が構成されていることが必要である。図３(Ａ)では一例として、３個の指標板が形成されているが、これに限るものでなく、原版側指標板１１と同様に、少なくとも２個の指標板が形成されていれば３個以上の複数個であってもよい。
【００２６】
図４にＴＴＬ計測における波形例を示す。ＴＴＬ計測は原版指標板１１と基板側指標板１３の相対位置を計測する手段である。
【００２７】
ＴＴＬ計測において、照明光学系１で成形された露光光４は、原版側指標板１１の原版側計測マーク１２を照明する。原版側計測マーク１２を透過した露光光４は、投影光学系５を介して基板側指標板１３の基板側計測マーク１４に入射し、さらにその下の光センサ８に入射する。基板ステージ７をＺ方向又はＸＹ平面方向に駆動する事で、光センサ８に入射する光量を変化させることができる。Ｚ方向に関してＴＴＬ計測を行う場合には、基板ステージ７をＺ方向へ駆動しながら光センサ８に対する入射光量を計測することで、図４に例示される信号を得る事ができる。この信号は、原版側計測マーク１２が投影光学系５を介して基板側計測マーク１４上に投影されるコントラストを示しており、最大コントラストを示すＺ位置が焦点位置を示している。焦点位置計測手段１５によりこれらの焦点位置を得ることができ、原版ステージを最良の焦点位置へ移動させる。
【００２８】
原版側計測マーク１２と基板側計測マーク１４を複数対配置することで露光領域１６内における複数個所での焦点位置情報を得られる。複数個所での焦点位置情報から像面湾曲や非点収差、像面の傾きを求めることができる。
【００２９】
高スループットに対応するために計測時間の短縮が求められている状況では、複数対の原版側計測マーク１２と基板側計測マーク１４を同時にＴＴＬ計測することが有効である。
【００３０】
また、Ｚ方向に関してＴＴＬ計測を行う場合の前提条件として、原版側計測マーク１２と基板側計測マーク１４とのＸＹ方向における位置が予め許容範囲内で一致している必要がある。そのためＺ方向に複数対の同時計測を行う場合、２つ以上の対で原版側計測マーク１２と基板側計測マーク１４のＸＹ方向の相対位置関係がそれぞれ一致していることが必要である。
【００３１】
非露光時の熱的に安定状態にある場合は事前の調整等によりＸＹ方向の相対位置を合わせることは可能である。しかし、デバイス製造中の負荷状況や環境変化により、設計値と誤差が生じる。
【００３２】
例えば、露光光が原版側指標板１１に照射された場合、露光光４による熱で指標板が膨張して、ＸＹ方向に倍率成分が生じてしまう。また基板側指標板１３についても同様にＸＹ方向に倍率成分が生じる。原版側ステージ３に露光光４が照射される場合にも熱により膨張し、ＸＹ方向（図２における指標板間の距離）に位置ずれを生じる。また基板側ステージも同様にＸＹ方向に位置ずれを生じる。その他、原版ステージ３の駆動時の発熱、基板ステージ７の駆動時の発熱、その他の負荷による温度環境の変化によっても位置ずれを生じることが想定される。このため、複数対の同時計測をするためのＸＹ方向の相対位置合わせを行うことは困難である。
【００３３】
この実施形態では、環境負荷による位置ずれ量を補正し、複数対の原版側計測マーク１２と基板側計測マーク１４を同時にＴＴＬ計測することができるように基板側指標板１３の位置を駆動させる。
【００３４】
図５は第一実施形態のフローチャートを示した図である。
【００３５】
図中S１００は補正工程を示している。ステップS１０１では基板側指標板１３の位置補正手段３１は温度取得手段２１に温度の計測を要求し、温度取得手段２１が原版ステージ、基板ステージに配置された温度計２０から温度情報を取得する。  
【００３６】
ステップS１０２では、取得した温度情報から温度変化量ΔＴの算出を行う。位置補正手段３１は前回補正駆動した際の温度情報を保持しており、その保持していた温度情報と取得した温度情報の差分から温度変化量ΔＴを算出する。１回目の計測の場合には熱的に安定状態の温度情報との差分から温度変化量ΔＴを算出する。
【００３７】
ステップS１０３では、算出された温度変化量ΔＴと物体の線膨張係数から線膨張率を算出し、その値に基づき前回の計測からの位置ずれ量を算出する。算出された温度変化量ΔＴと物体の膨張率ΔＬ、物体の線膨張係数α、前回計測時における物体の長さＬと関係は式（１）で示される。
ΔＬ=α・Ｌ・ΔＴ    ・・・式（１）
式（１）に基づき、原版側指標板１１と原版ステージ３および、基板側指標板１３と基板ステージ７の膨張率ΔＬを算出する。算出した各膨張率ΔＬから原版側指標板１１と基板側指標板１３のＸＹ方向の相対的な位置ずれ量を算出する。算出した位置ずれ量に基づき、位置補正手段３１により基板側指標板１３のＸＹ方向の補正駆動を実施する。
【００３８】
ステップS１０４では補正駆動を行う。この際複数ある基板側指標板１３のうち基準となるもの以外の複数点に対して補正駆動を行う。
【００３９】
ステップS１０５では補正駆動された後に、補正駆動を行っていない基板側指標板１３を基準としてＸおよびＹ方向の相対位置計測を行う。
【００４０】
ステップS１０６では取得波形の光量が最大となった位置XおよびY方向に対してZ方向に最良の焦点位置を算出するための駆動を行う。
【００４１】
ステップS１０７では各測定点の焦点位置情報に基づき、面情報を作成する。それに基づいて基板ステージ７のZ方向の位置や傾きを変更して補正され、露光処理が行われる。
【００４２】
［実施例２］
次に、本発明による第二の実施形態について説明する。
【００４３】
図６は、本発明の第二の実施形態の一例を示す図である。
【００４４】
図１の第一の実施形態と同様の動作をする構成部に関しては、同番号を振り、その説明を省略し、新規な構成部のみについて説明を行う。
【００４５】
新規な構成は、露光量管理手段４１である。
【００４６】
第一の実施形態の補正工程S１００では、図１に記載された原版側指標板１１・原版ステージ３・基板側指標板１３・基板ステージ７に搭載された温度計２０から温度取得手段２１が温度を取得し、位置補正手段３１が補正駆動量を算出していた。第二の実施形態では照射光量と露光時間から位置ずれ量を算出することにより補正駆動を行う。
【００４７】
図７は第二実施形態のフローチャートを示した図である。
【００４８】
第二の実施形態の補正工程S２００では、露光量管理手段４１から取得された総露光量の情報を基に位置補正手段３１が補正駆動量の算出を行い補正駆動を行う。
【００４９】
ステップS２０１では基板側指標板１３の位置補正手段３１は露光量管理手段４１に露光装置の露光量情報を要求し、露光量管理手段４１から露光量情報を取得する。露光量管理手段４１は、照明光学系１から照明される光量情報、総露光時間を保持している。
【００５０】
ステップS２０２では取得した露光量情報から温度変化量ΔＴの算出を行う。ここで温度変化量ΔＴは、単位時間辺りの光量Ｗ、総露光時間Ｈ、温度と熱量の係数をＫとすると、式（２）であらわされる。
ΔＴ＝Ｗ・Ｈ・Ｋ ・・・式（２）
式（２）に基づき、原版側指標板１１と原版ステージ３および、基板側指標板１３と基板ステージ７温度変化量ΔＴを算出する。
【００５１】
ステップS２０３では算出された温度変化量と物体の線膨張係数から線膨張率を算出し、その値に基づき前回の計測からの位置ずれ量を算出する。算出された温度変化量ΔＴと物体の膨張率ΔＬ、物体の線膨張係数α、前回計測時における物体の長さＬとの関係は第一実施形態の式（１）に示した通りである。式（１）に基づき、原版側指標板１１と原版ステージ３および、基板側指標板１３と基板ステージ７の膨張率ΔＬを算出する。算出した各膨張率から原版側指標板と基板側指標板のＸＹ方向の相対的な位置ずれ量を算出する。算出した位置ずれ量に基づき、位置補正手段３１により基板側指標板１３のＸＹ方向の補正駆動を実施する。
【００５２】
ステップS２０４では補正駆動を行う。この際複数ある基板側指標板１３のうち基準となるもの以外の複数点に対して補正駆動を行う。
【符号の説明】
【００５３】
１  照明光学系
２  原版
３  原版ステージ
４  露光光
５  投影光学系
６  感光基板
７  基板ステージ
８  光量センサ
１１  原版側指標板
１２  原版側計測マーク
１３  基板側指標板
１４  基板側計測マーク
１５  焦点位置計測手段
１６  露光領域
２０  温度計
２１  温度取得手段
３１  位置補正手段
３２  駆動機構
４１  露光量管理手段
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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