(57)【要約】【課題】僅かな気圧変化や急激な気圧変化によって発生する収差を補正し高精度な露光を可能とする露光装置を提供する。【解決手段】露光装置は、気圧を検出する気圧計１２０と投影光学系１０１のレンズを駆動するレンズ駆動部５０と露光光源８０の波長を変える光源波長駆動部７０と、ウエハステージ１３０を光軸方向へ駆動可能なステージ駆動部６５を有し、気圧の変動により発生する収差をレンズ駆動部５０と光源波長駆動部７０及びステージ駆動部６５によって補正することが可能である。ここで、当該露光装置のショット露光中はレンズ駆動部５０（及びステージ駆動部６５）を用いて収差が補正され、非露光時（ショット間）では光源波長駆動部７０（及びレンズ駆動部５０とステージ駆動部６５）を用いて収差が補正される。【選択図】  図１
2004281697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系の近傍或いは内部の気圧を計測する気圧計測手段と、
前記投影光学系のレンズ駆動による収差調整を含み、前記気圧計測手段によって計測された気圧に基づいて、所定数の収差に対する補正を繰返し実行する第１補正手段と、
露光光源の波長変更による収差調整を含み、前記気圧計測手段によって計測された気圧に基づいて、前記第１補正手段による収差補正の繰り返しよりも長い時間間隔で、前記所定数よりも多い種類の収差補正を実行する第２補正手段とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記第１補正手段は少なくともショット露光中に実行され、前記第２補正手段は非ショット露光時に実行され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】
前記第１補正手段はウエハに対する露光処理の開始から全ショットに対する露光の終了までの間に実行され、前記第２補正手段は前記露光の終了から当該ウエハの交換中に実行され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】
前記第２補正手段は、前記波長変更または前記波長変更と前記レンズ駆動を用いて収差補正を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
【請求項５】
ウエハステージの光軸方向への駆動を行なって収差を調整するステージ駆動手段を更に備え、
前記第１補正手段及び前記第２補正手段は更に前記ステージ駆動手段を用いて収差補正を実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置。
【請求項６】
前記気圧計測手段は、
気圧の絶対値を検出する第１気圧計と、
気圧の絶対値または相対値を前記第１気圧計よりも高速に検出する第２気圧計と、
前記第１気圧計の出力を用いて前記第２気圧計の出力を校正し、校正結果を前記計測された気圧値として出力する校正手段とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の露光装置。
【請求項７】
気圧の絶対値を検出する第１気圧計と、
気圧の絶対値または相対値を前記第１気圧計よりも高速に検出する第２気圧計と、
前記第１気圧計の出力を用いて前記第２気圧計の出力を校正し、校正結果を計測された気圧値として出力する校正手段と、
前記校正手段によって出力された気圧値に基づいて収差補正を行なう収差補正手段とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項８】
前記収差補正手段は、露光光源の波長を変更して収差を調整する波長変更手段を用いた収差補正、投影光学系のレンズを駆動して収差を調整するレンズ駆動手段を用いた収差補正、ウエハステージの光軸方向への駆動を行なって収差を調整するステージ駆動手段を用いた収差補正の少なくともいずれかを用いて収差補正を行なうことを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
前記第２気圧計はレーザ干渉計により構成されることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の露光装置。
【請求項１０】
投影光学系の近傍或いは内部の気圧を計測する気圧計測手段からの計測された気圧値に基づいて収差を補正する収差補正方法であって、
前記投影光学系のレンズ駆動による収差調整を含み、前記気圧計測手段によって計測された気圧値に基づいて、所定数の収差に対する補正を繰返し実行する第１補正工程と、
露光光源の波長変更による収差調整を含み、前記気圧計測手段によって計測された気圧に基づいて、前記第１補正工程による収差補正の繰り返しよりも長い時間間隔で、前記所定数よりも多い種類の収差補正を実行する第２補正工程とを備えることを特徴とする収差補正方法。
【請求項１１】
露光装置において気圧変動に伴う収差を補正する方法であって、
気圧の絶対値を検出する第１気圧計の出力を用いて、気圧の絶対値または相対値を前記第１気圧計よりも高速に検出する第２気圧計の出力を校正し、校正結果を計測された気圧値として出力する校正工程と、
前記校正工程によって出力された気圧値に基づいて収差補正を行なう収差補正工程とを備えることを特徴とする収差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気圧変化によって発生する投影光学系の収差を補正し高精度な露光処理を実現可能とする技術に関するものであり、特に、半導体露光装置やデバイス製造装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体露光装置において、気圧が変化すると光学特性誤差である収差が発生する。日常の緩やかな気圧変化によって発生する収差の補正方法に関しては、例えば特許文献１に開示されたものがある。特許文献１では、主には投影光学系を単一硝材として構成し、ウエハ毎に気圧を測定して、気圧変化に応じて露光光源の波長を変えることにより収差を補正するとともに、プロセス間での倍率差を補正するために投影レンズを光軸方向に駆動して投影倍率補正を行っている。
【０００３】
近年のＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路は、益々パターンが微細化し、それに伴い露光結像特性の高精度化が要求されている。このため、僅かな気圧の変化であっても許容することは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、人的要因等による僅かではあるが急激な気圧変化によって発生する収差の補正方法に関しては、例えば特許文献２に開示されたものがある。特許文献２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があるため、応答性の良いレーザ干渉計を用いた気圧計により気圧変化を検出し、投影レンズを光軸方向に駆動して収差を補正する方法や、露光光源の波長を変えて収差を補正する方法が示されている。
【０００４】
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が非常に大きく、補正により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。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３０５０３４号公報
【特許文献２】
特開２００１−０８５２９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら先に示した特許文献１においては、露光中の気圧変化によって発生する収差に対しては補正する手段を有していない。また、投影光学系が単一硝材で構成されていない場合の収差補正手段についても考慮されていない。また、特許文献２では、応答性の良いレーザ干渉計を用いた気圧計により補正する方法が述べられているが、レーザ干渉計による気圧計は、温度や湿度の環境条件変化により気圧誤差が発生するため正確な収差の補正を行うことができない場合がある。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、僅かな気圧変化や急激な気圧変化によって発生する光学系の収差を補正し、高精度な露光処理を可能とすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による露光装置は以下の構成を備える。すなわち、
投影光学系の近傍或いは内部の気圧を計測する気圧計測手段と、
前記投影光学系のレンズ駆動による収差調整を含み、前記気圧計測手段によって計測された気圧に基づいて、所定数の収差に対する補正を繰返し実行する第１補正手段と、
露光光源の波長変更による収差調整を含み、前記気圧計測手段によって計測された気圧に基づいて、前記第１補正手段による収差補正の繰り返しよりも長い時間間隔で、前記所定数よりも多い種類の収差補正を実行する第２補正手段とを備える。
また、上記の目的を達成するための本発明の他の態様による露光装置は以下の構成を備える。すなわち、
気圧の絶対値を検出する第１気圧計と、
気圧の絶対値または相対値を前記第１気圧計よりも高速に検出する第２気圧計と、
前記第１気圧計の出力を用いて前記第２気圧計の出力を校正し、校正結果を計測された気圧値として出力する校正手段と、
前記校正手段によって出力された気圧値に基づいて収差補正を行なう収差補正手段とを備える。
【０００９】
また、上記の目的を達成するための本発明の収差補正方法は、
投影光学系の近傍或いは内部の気圧を計測する気圧計測手段からの計測された気圧値に基づいて収差を補正する収差補正方法であって、
前記投影光学系のレンズ駆動による収差調整を含み、前記気圧計測手段によって計測された気圧値に基づいて、所定数の収差に対する補正を繰返し実行する第１補正工程と、
露光光源の波長変更による収差調整を含み、前記気圧計測手段によって計測された気圧に基づいて、前記第１補正工程による収差補正の繰り返しよりも長い時間間隔で、前記所定数よりも多い種類の収差補正を実行する第２補正工程とを備える。
更に、上記の目的を達成するための本発明の他の態様による収差補正方法は、
露光装置において気圧変動に伴う収差を補正する方法であって、
気圧の絶対値を検出する第１気圧計の出力を用いて、気圧の絶対値または相対値を前記第１気圧計よりも高速に検出する第２気圧計の出力を校正し、校正結果を計測された気圧値として出力する校正工程と、
前記校正工程によって出力された気圧値に基づいて収差補正を行なう収差補正工程とを備える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る露光装置の構成図である。図１において、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、レチクルステージ１４２に設置されたレチクル１４０を照射する。レチクル１４０を透過した露光光は、投影光学系１０１におけるレンズ群１０２、１０４、１０６、１０８、１１０を透過して、ウエハステージ１３０に設置されたウエハ１３２に到達する。こうして、レチクル１４０上に描かれた微細なパターンをウエハ１３２上の各チップに焼き付ける。なお、本構成図においては、レンズ群として５枚のレンズが示されているが、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。
【００１２】
露光光源８０にはＫｒＦやＡｒＦのレーザ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９に示すような構成で表される。
【００１３】
図９に従い露光光源８０と照明光学系９０の構成を説明する。露光光源８０は、レーザ共振器８２、透過ミラー８４、波長選択素子８６、および波長選択素子駆動機構８８より構成される。波長選択素子８６として、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が可能となり、波長選択駆動機構８８によって波長選択素子８６の角度を変えることによりレーザ光の波長を変えることができる。波長選択駆動機構８８はステップモータや圧電素子等によって構成することができる。露光光源８０から出射されたレーザ光は、照明光学系９０のコンデンサレンズ９２を透過した後、ミラー９４によりレチクルを照射するよう導かれる。
【００１４】
図１に戻り説明を続ける。レーザ駆動部７０は、先に述べた図９の波長選択駆動機構８８を駆動して露光光源８０のレーザ光の波長を変えることができる。レンズ駆動部５０は、レンズ駆動機構１００を駆動してレンズ１０４を光軸方向に変位させる。レンズ駆動機構１００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することができる。なお、本構成図においては、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。
【００１５】
露光装置全体は、主制御部６０により制御され、ウエハステージ１３０は、ステージ駆動部６５によりステップアンドリピート、またはステップアンドスキャン駆動が行われる。
【００１６】
気圧計１２０は、露光装置内の気圧を測定するためのもので、露光装置内の何れかの場所、または、投影光学系１０１の付近、または、投影光学系１０１の内部に設置されてもよい。気圧計１２０の出力信号は、補正演算部１０に入力される。補正演算部１０は気圧計１２０より入力された測定値に基づいてレーザ駆動部７０にレーザ光の波長の変更を指示し、レンズ駆動部５０にレンズの光軸方向への駆動を指示し、ステージ駆動部６５にステージのＺ方向の駆動を指示する。
【００１７】
次に補正演算部１０の構成および動作について図２および図３を参照して説明する。
【００１８】
図２は補正演算部１０の構成図である。モデル演算部２０は、気圧計１２０で測定された気圧データと投影光学系１０１のレンズ群１０２、１０４、１０６、１０８、１１０の雰囲気圧力との応答ずれを補償する。一般に、投影光学系内のレンズ群の雰囲気圧力は、露光装置内の気圧変化に対して１次遅れ特性を示す。このため、気圧計１２０が投影光学系の外部に設置されている場合は、予め気圧計１２０における気圧特性とレンズ群の雰囲気圧力特性とを測定してモデル化しておく。そして、モデル演算部２０は、このモデルを参照して、気圧計１２０の計測値を補償してレンズ群の雰囲気圧力を得る。また、気圧計１２０を投影光学系内部に設置した場合は、応答ずれが小さいため、モデル演算部２０を省略することも可能である。なお、気圧計１２０の検出ノイズが大きい場合は、必要に応じてフィルタリング等の平滑化演算を行ってもよい。
【００１９】
データ保持部２２は、主制御部６０からのタイミング信号により、モデル演算部２０からの信号を保持する。タイミング信号は、露光終了直後であることが好ましく、これらの動作について図３を用いて説明する。
【００２０】
図３は補正演算部１０の動作を表したタイミングチャートである。図３（ａ）は、気圧計１２０により検出された気圧データで、モデル演算部２０で応答ずれの補償演算が成されている場合は、モデル演算部２０の出力とする。（ｂ）は露光、即ちショットのＯＮ／ＯＦＦを表している。非露光時の収差補正は、露光が終了してＯＦＦとなっているときの気圧データを用いる。上述したように露光終了直後の気圧データ（（ａ）の×印）を用いることが好ましい。（ｅ）は、データ保持部２２における気圧データ保持の様子を示し、図２の主制御部６０からのタイミング信号により露光終了直後の気圧データを保持している。（ｄ）については後述する。
【００２１】
図２に戻り補正演算部１０の動作説明を続ける。データ保持部２２において保持された露光終了直後の気圧データは、加減算器２６にて気圧の基準値２４と比較され、その差が演算され、収差補正演算部２８に入力される。収差補正演算部２８では、露光終了直後に更新される加減算器２６からの気圧差データに基づいて収差の補正に必要な光源の波長駆動量やレンズ駆動量を算出する。
【００２２】
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が非常に大きく、補正により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。
【００２３】
投影光学系のレンズは、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可能となる。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１００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、レンズ設計によって異なるため、一概には規定できないが、やはり、大きく変化する収差と、僅かしか変化しない収差とが存在する。
【００２４】
また、上述のように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場合は、ｎ＋１個の収差を補正することができる。
【００２５】
例えば、３群のレンズ駆動と露光光の波長を変えて４つの収差、仮に、投影倍率、歪曲、コマ、像面湾曲を補正する場合を考えてみる。通常、気圧変化により発生する各収差は、気圧に対して線型であるよう光学設計が成される。そこで、気圧変化に対して各収差は線型に変化すると仮定して、投影倍率感度：δＭａｇ、歪曲：δＤｉｓｔ、コマ：δＣｍ、像面湾曲：δＦｃの各気圧感度を有するものとする。このとき、気圧が基準値よりΔＰ変化したとすると、気圧変化により発生する収差は、以下の（１）式よりΔＭａｇ、ΔＤｉｓｔ、ΔＣｍ、ΔδＦｃと予測される。これらの収差を補正するのに必要な３群のレンズ駆動量と露光光の波長駆動量を、ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３、Δλ、とし、各レンズ駆動と波長駆動による各収差感度を４行４列の行列Ａとして表すと、行列演算（２）式、（３）式より、気圧変化により発生する収差の補正に必要な各駆動量、ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３、Δλは、行列演算（４）式を解法することにより算出される。ここに、Ａ−１は、４行４列の行列Ａの逆行列である。
【００２６】
【数１】
2004281697.tif 000003
【００２７】
収差補正演算部２８では、露光終了直後に繰り返し送られてくる加減算器２６からの気圧差データに基づいて（１）式により気圧変化により発生する収差を予測し、（４）式より収差の補正に必要なレンズ駆動量と露光光の波長駆動量を算出する。算出されたレンズ駆動量は、加算器３４に入力された後、レンズ駆動部５０に出力される。レンズ駆動部５０は、このレンズ駆動量に従ってレンズ駆動機構部によりレンズを光軸方向に変位させる。また、収差補正演算部２８によって上述の如く算出された露光光の波長駆動量はレーザ駆動部７０に入力される。レーザ駆動部７０は、入力された波長駆動量に従って、露光光源８０の波長選択駆動機構８８により露光光の波長を変更する。以上のｎ群のレンズ駆動と波長変更によりｎ＋１個の収差が補正される。
【００２８】
尚、フォーカスに対する補正は、ウエハステージ１３０を光軸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。ウエハステージ１３０による補正は次のように行われる。まず、気圧変化によって発生するフォーカス誤差と、上記レンズ駆動や波長駆動によってフォーカス誤差が発生する場合にはそのフォーカス誤差とを別途収差補正演算部２８において計算し、フォーカス補正のためのウエハステージ駆動量を得る。このウエハステージ駆動量を加算器３６に入力し、ステージ駆動部６５に出力する。ステージ駆動部６５は、ウエハステージ１３０を光軸方向に変位させてフォーカスを補正する。上述したｎ群のレンズ駆動と波長変更による収差補正に加え、このようなウエハステージ光軸方向駆動による収差補正を加えることにより、ｎ＋２個の収差を補正することが可能となる。
【００２９】
以上のように収差補正演算部２８は、露光が終了する度に気圧変化によって発生する収差の補正に必要なレンズ駆動量や露光光の波長駆動量（及びウエハステージの光軸方向駆動量）を算出する。これら駆動量によって図３の（ｃ）に示すようなタイミングで補正が行われることになる。これをショット間補正と呼ぶことにする。ショット間補正は、露光終了直後の気圧データを基にショットとショットの間毎に行われることになる。
【００３０】
なお、投影光学系のレンズが単一硝材により構成されている場合は、露光光の波長を変えることにより全ての収差を補正することが可能である。この場合、収差補正演算部２８は、露光終了直後に繰り返し送られてくる加減算器２６からの気圧差データに基づいて、光学設計上、線型近似された基準気圧からの気圧変化に対する露光光の波長駆動量特性式より波長駆動量を算出する。そして、この波長駆動量をレーザ駆動部７０に入力し、露光光源８０の波長選択駆動機構８８により波長を変え、気圧変動によって発生した収差を補正するよう構成する。この場合、ショット間補正は露光光の波長駆動に対してのみ行うだけでよく、レンズ駆動やウエハステージの光軸方向の駆動を行う必要はない。
【００３１】
次に露光中の気圧変化に対するリアルタイム補正について説明する。
【００３２】
図３の（ａ）に示すように、気圧は常に変化しており、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場合もある。例えば、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もある。このため、上述のショット間補正によって気圧変化に起因する収差を補正したとしても、図３（ａ）のように、露光中に気圧が変化してしまうと、これにより、収差が発生し、高精度な露光を行うことができなくなってしまう。したがって、本実施形態の補正演算部１０では、露光中（ショット中）の気圧変動に応じたリアルタイムな補正駆動を実現する。
【００３３】
図２の補正演算部１０において、データ保持部２２の出力は、加減算器２６に入力されるとともに、加減算器３０にも入力される。加減算器３０において、データ保持部２２の出力はモデル演算部２０からの気圧データと比較され、その気圧差分値が出力される。この気圧差分値は、図３の（ｄ）に示すように、ショット間補正をした後の気圧変化分を表しており、時々刻々と、即ちリアルタイムに収差補正演算部３２に入力される。なお、本実施形態では、気圧補正のためのレンズ駆動位置を非露光時に中立位置に戻すように露光光源の波長等他の要因を調整するようにする。このよにすれば、気圧補正のためのレンズ駆動量は、非露光時にリセットされることになり、レンズ駆動量の積算値が抑制され、少ないレンズ駆動範囲にて気圧変化による収差を補正することができ、レンズ駆動機構の簡略化や小型／軽量化が可能となる。
【００３４】
収差補正演算部３２では、ｍ群のレンズを光軸方向に変位させ、ｍ個の収差を補正するためのレンズ駆動量を算出する。なお、ｍは１群以上で、ショット間補正に用いたｎ群以下の群数である。
【００３５】
例えば、ｍ＝３群のレンズ駆動により３つの収差、仮に、投影倍率、歪曲、コマを補正する場合を考えてみる。収差補正演算部３２に入力される気圧変化分をΔＰＲＴとすると、この気圧変化により発生する収差は、以下の（５）式よりΔＭａｇＲＴ、ΔＤｉｓｔＲＴ、ΔＣｍＲＴ、と予測される。これらの収差を補正するのに必要な３群のレンズ駆動量を、ΔＬ１ＲＴ、ΔＬ２ＲＴ、ΔＬ３ＲＴとし、各レンズ駆動による各収差感度を３行３列の行列ＡＲＴとして表すと、行列演算（６）式、（７）式より、気圧変化により発生する収差の補正に必要な各駆動量ΔＬ１ＲＴ、ΔＬ２ＲＴ、ΔＬ３ＲＴは、行列演算（８）式を解法することにより算出される。ここに、ＡＲＴ−１は、３行３列の行列ＡＲＴの逆行列である。
【００３６】
【数２】
2004281697.tif 000004
【００３７】
以上のように、収差補正演算部３２には、ショット間補正をした後の気圧変化データ、すなわち気圧差分値が加減算器３０からリアルタイムに送られてくる。そして、収差補正演算部３２は、リアルタイムに送られてくる気圧変化データ（本実施形態では前回のショット終了時からの気圧変化分）に基づいて（５）式により気圧変化により発生する収差をリアルタイムに予測し、（８）式より収差の補正に必要なレンズ駆動量をリアルタイムに算出する。算出されたレンズ駆動量は、加算器３４に入力され、先に説明したショット間補正によるレンズ駆動量が加算され、レンズ駆動部５０に出力される。レンズ駆動部５０はレンズ駆動機構部によりレンズを光軸方向にリアルタイムに変位させ、気圧変化によって発生した収差をリアルタイムに補正する。
【００３８】
尚、フォーカスに対する補正は、ウエハステージを光軸方向に駆動することによっても実現することが可能である。したがって、ウエハステージ１３０を光軸方向に変位させてフォーカスを補正するよう構成してもよい。この場合、気圧変化データによって発生するフォーカス誤差や、上記レンズ駆動によってフォーカス誤差が発生する場合にはそのフォーカス誤差を別途、収差補正演算部３２において計算し、リアルタイムにフォーカスを補正するためのウエハステージ駆動量を得る。このウエハステージ駆動量を加算器３６に入力し、収差補正演算部２８からのフォーカス補正信号（ショット間用の補正信号）を加算してステージ駆動部６５に出力する。こうして、ウエハステージ１３０を光軸方向に変位させてフォーカスを補正するよう構成する。
【００３９】
なお、この場合は、ｍ群のレンズ駆動とウエハステージ光軸方向駆動により、ｍ＋１個の収差を補正することが可能となり、ｍ＝ｎ群とすると、ｎ＋１個の収差をリアルタイムに補正することができる。
【００４０】
以上のように収差補正演算部３２は、露光中における気圧変化によって発生する収差の補正に必要なレンズ駆動量（及びウエハステージ光軸方向駆動量）を算出する。これら駆動量によって、露光処理中の気圧変動による収差補正、すなわち図３の（ｄ）に示すようなタイミングで収差補正が行なえる。これをリアルタイム補正と呼ぶ。このように、本実施形態では、露光終了直後はショット間補正により収差の補正が成され、ショット間に発生する気圧変化による収差はリアルタイム補正により補正される。
【００４１】
以上説明したように、第１実施形態によれば、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されていない場合は、ｎ群のレンズ駆動と光源の波長駆動とウエハステージの光軸方向駆動により、気圧変化によって発生する収差のうちショット間ではｎ＋２個の収差を補正し、ショット中ではリアルタイムにｎ＋１個の収差を補正することが可能となる。また、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されている場合は、ｎ群のレンズ駆動と光源の波長駆動とウエハステージの光軸方向駆動により、気圧変化によって発生する収差のうち、ショット間では露光光の波長を駆動することにより全ての収差を補正し、ショット中にはｎ群のレンズ駆動とウエハステージの光軸方向駆動によりリアルタイムにｎ＋１個の収差を補正することが可能となる。
【００４２】
これらにより、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されている場合、およびそうでない場合においても、露光中および非露光時の僅かな気圧変化や急激な気圧変化によって発生する収差をリアルタイムに補正することができ、高精度な露光を可能とする露光装置を構成することができる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態では、ショット間とショット中で収差補正動作を切り換えたが、第２実施形態では粗い時間間隔での収差補正と、細かい時間間隔での収差補正として、収差補正動作を切り換える。
【００４４】
以下で説明する第２実施形態においては、細かい時間間隔での収差補正ではレンズの光軸方向駆動により収差を補正し、粗い時間間隔での収差補正は露光光の波長駆動またはレンズの光軸方向駆動と露光光の波長駆動により収差を補正する。ここで、細かい時間間隔での収差補正はウエハへの露光処理における露光中および非露光時に繰返し実行され、粗い時間間隔での収差補正はウエハ交換処理時に実行される。
【００４５】
第２実施形態における補正演算部１０の構成は、第１実施形態（図２）と同じである。第２実施形態では、主制御部６０からのタイミング信号が異なる。
【００４６】
即ち、図２におけるデータ保持部２２に対する主制御部６０からのタイミング信号は、１ウエハ分の露光処理が全て終了した後に発せられ、このタイミングでモデル演算部２０からの信号がデータ保持部２２に保持される。ウエハ交換時間が長い場合は、この間に数回のタイミング信号を発してデータ保持部２２の気圧データを更新してもよい。このタイミング信号に応じて実行される収差補正を粗い時間間隔の収差補正とする。したがって、粗い時間間隔の収差補正は第１実施形態におけるショット間補正と同様である。
【００４７】
ウエハ交換が終了し、新たにロードされたウエハへの露光処理が開始されると、主制御部６０からのタイミング信号は当該ウエハに対する露光処理が全て終了するまで出力されない。したがって、データ保持部２２の気圧データは保持されたままで、１ウエハ分の露光中および非露光時における気圧変化による収差の補正は、第１実施形態のリアルタイム補正と同様の補正が繰返し行われることになる。この収差補正を細かい時間間隔の収差補正とする。
【００４８】
以上のように、第２実施形態においても、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されていない場合は、ｎ群のレンズの駆動と光源の波長駆動とウエハステージの光軸方向駆動により、気圧変化によって発生する収差のうち、ウエハ交換時にはｎ＋２個の収差を補正し、ショット中及びショット間にはリアルタイムにｎ＋１個の収差を補正することが可能となる。また、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されている場合は、ｎ群のレンズ駆動と光源の波長駆動とウエハステージの光軸方向駆動により、気圧変化によって発生する収差のうち、ウエハ交換時には露光光の波長を駆動することにより全ての収差を補正し、ショット中及びショット間においてはリアルタイムにｎ＋１個の収差を補正することが可能となる。
【００４９】
これらにより、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されている場合、およびそうでない場合においても、露光中および非露光時の僅かな気圧変化や急激な気圧変化によって発生する収差をリアルタイムに補正することができ、高精度な露光を可能とする露光装置を構成することができる。
【００５０】
（第３実施形態）
次に、本発明による第３実施形態について説明する。第３実施形態では、第１及び第２実施形態による収差補正をより迅速且つ高精度に行なうために、気圧変動を検出するための気圧計の高精度化及び高速化を図る。
【００５１】
図４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。第１実施形態（図１）と同様の動作をする構成部に関しては、同一番号を付し、その説明を省略する。以下、第１実施形態と異なる構成部について詳細に説明する。
【００５２】
第３実施形態（図４）では、図１の構成に対して、新たな気圧計１２２が加えられ、補正演算部１０ａが設けられている。ここで、説明の便宜上、気圧計１２０を第１気圧計、気圧計１２２を第２気圧計と称する。
【００５３】
第１気圧計１２０は気圧の絶対値を高精度に測定する気圧計（環境に応じた校正機能を有する気圧計）であり、第２気圧計１２２は第１気圧計よりも高速に気圧の絶対値または相対値を測定する気圧計である。一般に、気圧の絶対値を測定する気圧計は、高精度に気圧を測定することが可能であるが、温度や湿度の影響を除去した上で気圧測定値を出力するため、センサとしての応答速度は遅い。一方、気圧の絶対値または相対値を測定する気圧計、例えば、レーザ干渉計により構成される波長トラッカ（Ｗａｖｅ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｔｒａｃｋｅｒ）による気圧測定の応答速度は極めて高速である。波長トラッカは、媒質、即ち、空気の屈折率をレーザ光を利用して測定する計測器で、気圧、温度、および湿度に対する屈折率を高速に出力する。
【００５４】
ＨｅＮｅレーザにより構成される波長トラッカの出力式は、ｎ：屈折率、圧力：Ｐ［Ｔｏｒｒ］、温度：Ｔ［℃］、相対湿度：Ｈ［％］とおくと、Ｅｌｄｅｎの公式より、以下のように表される。
【００５５】
【数３】
2004281697.tif 000005
【００５６】
上記（９）式より、温度Ｔと相対湿度Ｈが一定であれば、気圧Ｐによって波長トラッカ出力の屈折率ｎが変化するため、この屈折率ｎより逆算して気圧Ｐを算出することができ、波長トラッカを気圧計として構成することが可能となる。
【００５７】
しかしながら、波長トラッカは、温度と相対湿度に対しても感度を有するため、気圧計として使用する際は、これらの環境条件が一定である必要がある。波長トラッカは、温度変動０．０１℃に対して気圧計としての気圧誤差は０．０３４ｈＰａ、湿度変動１％に対して気圧計としての気圧誤差は０．０４５ｈＰａとなる。このため、気圧測定誤差を低減してより高精度な気圧変化による収差補正を行うには、少なくとも、温度変化を０．０１℃以下、湿度変化を１％以下に抑える必要がある。
【００５８】
一般に、露光装置内部は装置精度を維持するため０．０１℃前後以下の精度で温度制御が行われているため、温度変化は十分に小さく、温度変化に起因する波長トラッカの計測誤差は無視できると考えられる。一方、湿度に関しては、アクティブな制御が行われていない場合が多く、僅かではあるが、緩やかに変化する場合がある。この場合、（９）式、（１０）式より明らかなように、湿度変化により波長トラッカから出力される屈折率が変化してしまい、気圧誤差が発生してしまう。
【００５９】
また、湿度の変動が小さい場合においても、湿度は屈折率に対してオフセットとして現れるため、より正確に湿度値を検出して（９）式、（１０）式より湿度による屈折率のオフセットを補正しないと、正確な気圧値を算出することができない。
【００６０】
そこで、第３実施形態では、第１気圧計１２０に気圧の絶対値を検出する気圧計を設置し、第２気圧計１２２に気圧の絶対値または相対値を検出する気圧計を設置し、応答速度は遅いが高精度に気圧の絶対値を検出することができる第１気圧計１２０の出力により、応答速度は速いが湿度等の気圧以外の環境変化に対しても感度を有する気圧の絶対値または相対値を検出する第２気圧計１２２の出力を校正する。これにより、露光中および非露光時の僅かな気圧変化や急激な気圧変化を高速かつ高精度に検出して気圧変化による収差をリアルタイムに補正し、高精度な露光を可能とする露光装置を構成する。
【００６１】
図５は、第３実施形態に係る補正演算部１０ａの構成図である。第１実施形態の補正演算部１０（図２）と同様の動作をする構成部に関しては、同じ参照番号を付し、その説明を省略する。補正演算部１０ａには、校正演算部１８が新たに設けられている。
【００６２】
図６を参照して校正演算部１８の動作を説明する。第１気圧計１２０の出力は平均化処理部１４に入力され、第２気圧計１２２の出力は平均化処理部１２に入力される。平均化処理部１２、１４によって各気圧データは平均化され、演算部１５に入力される。演算部１５では、第１気圧計１２０の出力に基づいた平均化処理部１４の出力データに対する、第２気圧計１２２出力の平均化処理部１２の出力データのオフセット分を算出する。具体的には、平均化処理部１４と平均化処理部１２からの各データの差を計算する。演算部１５で算出されたオフセットは、校正部１６に入力される。校正部１６は、第２気圧計１２２より時々刻々と、即ち、リアルタイムに送信されてくる気圧データに対して演算部１５からのオフセット信号を用いて校正を施し、正確な気圧データとしてモデル演算部２０に出力する。
【００６３】
ここで、平均化処理部１２および１４における平均化時間は、数十秒〜数分前後でもよいし、数十分〜数時間でもよい。例えば、湿度変動が数分〜数十分の速さで変化する可能性のある場合は、１ウエハ分の露光処理が行われている間に各気圧データを平均化し、ウエハ交換が行われている間に演算部１５にてオフセットを算出してその値を更新する。そして、ウエハ露光処理では、この更新されたオフセットを用いて第２気圧計１２２からのデータを校正する。このようにすれば、１ウエハ毎に校正データであるオフセット値を演算部１５により算出して更新し、第２気圧計１２２のデータを校正することができる。また、湿度変動が小さい場合には、レチクルを交換する際や、露光装置が稼動する際に、平均化処理部１２および１４にて数分前後の平均化処理を行い、演算部１５にてオフセットを算出してその値を更新し、第２気圧計１２２のデータを校正部１６にて校正すればよい。
【００６４】
上述のように、構成演算部１８によれば、応答速度は遅いが高精度に気圧の絶対値を測定することが可能な第１気圧計１２０からのデータを用いて、応答速度は速いが気圧の絶対値には誤差を有する可能性があり、また湿度変化によっても気圧測定誤差を生じる第２気圧計１２２からのデータを校正し、結果として、応答速度が速くかつ高精度な気圧データが得られる。また、図５に示すように、モデル演算部２０以降の構成は第１及び第２実施形態と同様である。
【００６５】
したがって、校正演算部１８から高速かつ高精度に得られる気圧データを用いて、第１実施形態において説明したように、気圧変化による収差をショット間およびリアルタイムで、かつ精密に補正することが可能となる。或いは第２実施形態において説明したように、粗い時間間隔と細かい時間間隔で収差補正を実行することが可能となる。
【００６６】
例えば、第３実施形態に第１実施形態の収差補正方法を適用すれば、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されていない場合は、ｎ群のレンズ駆動と光源の波長駆動とウエハステージの光軸方向駆動により、気圧変化によって発生する収差のうちｎ＋２個の収差をショット間において補正し、ショット中にはｎ群のレンズ駆動とウエハステージの光軸方向駆動によりリアルタイムにｎ＋１個の収差を補正することが可能となる。また、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されている場合は、ショット間においては露光光の波長を駆動することにより気圧変化によって発生する全ての収差を補正し、ショット中においてはｎ群のレンズ駆動とウエハステージの光軸方向駆動によりリアルタイムにｎ＋１個の収差を補正することが可能となる。
【００６７】
特に、第３実施形態の気圧計測によれば、応答速度は遅いが高精度に気圧の絶対値を検出することができる第１気圧計１２０の出力を用いて、応答速度は速いが湿度等の気圧以外の環境変化に対しても感度を有する気圧の絶対値または相対値を検出する第２気圧計１２２の出力を校正することにより、露光中および非露光時の僅かな気圧変化や急激な気圧変化を高速かつ高精度に検出できる。よって、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されている場合であってもそうでない場合であっても、露光中および非露光時の僅かな気圧変化や急激な気圧変化によって生する収差をリアルタイムに補正することができる。
【００６８】
なお、第３実施形態に第２実施形態の収差方法を適用できることはいうまでもない。この場合、細かい時間間隔でレンズ駆動及びウエハステージの光軸方向への駆動により収差を補正し、粗い時間間隔で露光光の波長駆動またはレンズ駆動と露光光の波長駆動により収差を補正するよう構成される。また、ここで、細かい時間間隔は、ウエハへの露光処理に際する露光中および非露光時に行われる補正間隔とすることができる。また、粗い時間間隔は、ウエハ交換処理に際する非露光時に行われる補正間隔としてもよい。
【００６９】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態では、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されているか、もしくは、単一硝材とみなせる特性を有する場合の収差補正について説明する。したがって、第４実施形態では、レーザの波長駆動により、全ての収差について常にリアルタイムに補正を行なう。
【００７０】
図７は第４実施形態に係る補正演算部１０ｂの構成図である。第４実施形態の補正演算部は第３実施形態（図５）の補正演算部１０ａよりデータ保持部２２、加減算部３０、収差補正演算部３２を除いた構成となっている。また、収差補正演算部２８ｂは収差補正演算部２８と類似であるが、レーザ駆動部７０に対して波長駆動のための信号を出力するのみである。
【００７１】
第４実施形態の投影光学系１０１を構成するレンズは、単一硝材で構成されているか、もしくは、単一硝材とみなせる特性を有する。レンズが単一硝材であるとみなせるため、露光光の波長を駆動することにより気圧変化によって発生する全ての収差を補正することが可能となる。
【００７２】
校正演算部１８によりリアルタイムに送信されてくる第２気圧計１２２からのデータが第１気圧計１２０からのデータに基づいて校正され、必要に応じてモデル演算部２０にて所定のモデル化演算が施される。そして、気圧の基準値２４と比較され、加減算器２６により差がとられる。収差補正演算部２８ｂは、気圧の計測値（モデル演算部２０の出力）の、基準気圧（基準値２４）からの変化に対する露光光の波長駆動量特性式より波長駆動量を算出する。算出された波長駆動量はレーザ駆動部７０に入力される。レーザ駆動部７０は、波長駆動量に応じて、露光光源８０の波長選択駆動機構８８により波長を変えて気圧によって発生した収差を補正する。この場合、リアルタイム補正は、露光光の波長駆動に対してのみ行えばよく、レンズ駆動やウエハステージの光軸方向の駆動を行う必要はない。
【００７３】
以上のように、第４実施形態によれば、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されている場合において、気圧変化による収差補正をショット間およびリアルタイム補正ともに露光光の波長駆動により行う。特に、応答速度は遅いが高精度に気圧の絶対値を検出することができる第１気圧計１２０の出力を用いて、応答速度は速いが湿度等の気圧以外の環境変化に対しても感度を有する気圧の絶対値または相対値を検出する第２気圧計１２２の出力を校正することにより、露光中および非露光時の僅かな気圧変化や急激な気圧変化を高速かつ高精度に検出できるので、気圧変化による収差をリアルタイムに補正し、高精度な露光を可能とする露光装置を構成できる。
【００７４】
（第５実施形態）
次に、本発明による第５実施形態について説明する。第５実施形態は、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されていない場合を説明する。
【００７５】
図８は第５実施形態に係る補正演算部１０ｃの構成図である。第５実施形態の補正演算部は第４実施形態（図７）の補正演算部１０ｂの収差補正演算部２８ｂを収差補正演算部２８ｃで置換した構成となっている。収差補正演算部２８ｃは収差補正演算部２８と同様であり、気圧変動によおる収差を補正するために、レンズ駆動部に対してレンズ駆動信号を、ステージ駆動部６５に対してウエハステージの光軸方向駆動信号を、レーザ駆動部７０に対して波長駆動のための信号を出力する。
【００７６】
第５実施形態では、投影光学系のレンズが単一硝材で構成されていない。そこで、収差補正演算部２８ｃでは、リアルタイムに送られてくる加減算器２６からの気圧差データに基づいて（１）式により気圧変化により発生する収差を予測し、（４）式より収差の補正に必要なレンズ駆動量と露光光の波長駆動量を算出する。算出されたレンズ駆動量は、レンズ駆動部５０に出力され、レンズ駆動機構部によりレンズを光軸方向に変位させ、気圧変化によって発生した収差を補正する。また、算出された露光光の波長駆動量はレーザ駆動部７０に入力され、露光光源８０の波長選択駆動機構８８により波長を変えて気圧によって発生した収差を補正する。
【００７７】
尚、フォーカスに対する補正は、ウエハステージ１３０を光軸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。ウエハステージ１３０による補正は次のように行われる。まず、気圧変化によって発生するフォーカス誤差と、上記レンズ駆動や波長駆動によってフォーカス誤差が発生する場合にはそのフォーカス誤差とを別途収差補正演算部２８ｃにおいて計算し、フォーカス補正のためのウエハステージ駆動量を得る。このウエハステージ駆動量はステージ駆動部６５に出力される。ステージ駆動部６５は、ウエハステージ１３０を光軸方向に変位させてフォーカスを補正する。上述したｎ群のレンズ駆動と波長変更による収差補正（ｎ＋１個の収差補正）に加え、このようなウエハステージ光軸方向駆動による収差補正を加えることにより、ｎ＋２個の収差を補正することが可能となる。
【００７８】
第５実施形態の収差補正演算部２８ｃは、露光中および非露光時を問わず、常に気圧変化によって発生する収差の補正に必要なレンズ駆動量や露光光の波長駆動量（及びウエハステージ光軸方向駆動量）を算出する。特に、応答速度は遅いが高精度に気圧の絶対値を検出することができる第１気圧計１２０の出力を用いて、応答速度は速いが湿度等の気圧以外の環境変化に対しても感度を有する気圧の絶対値または相対値を検出する第２気圧計１２２の出力を校正することにより、露光中および非露光時の僅かな気圧変化や急激な気圧変化を高速かつ高精度に検出できる。したがって、気圧変化による収差をリアルタイムに補正し、高精度な露光を可能とする露光装置を構成することができる。
【００７９】
［半導体製造装置への適用］
次に上記説明した露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施形態を説明する。図１０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）の製造フローを示す。
【００８０】
ステップ１０１（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１０２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを制作する。一方、ステップ１０３（ウエハ製造）ではシリコン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）では前工程  と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次にステップ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。
【００８１】
図１１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。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、僅かな気圧変化や急激な気圧変化によって発生する光学系の収差を補正し、高精度な露光処理を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態による露光装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態による補正演算部の構成例を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る収差補正のタイミングチャートを示す図である。
【図４】第３実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。
【図５】第３実施形態による補正演算部の構成例を示すブロック図である。
【図６】第３実施形態による校正演算部の構成例を示すブロック図である。
【図７】第４実施形態における補正演算部の構成例を示すブロック図である。
【図８】第５実施形態における補正演算部の構成例を示すブロック図である。
【図９】第１実施形態における照明光学系および露光光源の構成例を示すブロック図である。
【図１０】半導体デバイスの製造フローを示す図である。
【図１１】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。
【図１】
2004281697.tif 000006
【図２】
2004281697.tif 000007
【図３】
2004281697.tif 000008
【図４】
2004281697.tif 000009
【図５】
2004281697.tif 000010
【図６】
2004281697.tif 000011
【図７】
2004281697.tif 000012
【図８】
2004281697.tif 000013
【図９】
2004281697.tif 000014
【図１０】
2004281697.tif 000015
【図１１】
2004281697.tif 000016