(57)【要約】【課題】  投影光学系の収差の変動による露光性能の悪化を効果的に防止する。【解決手段】  光学素子としてミラーＭ１〜Ｍ６を含んで構成される投影光学系２１を有し、原版であるレチクル１のパターンを基板であるウエハ１１上に投影露光する露光装置において、ミラーＭ１〜Ｍ６の６自由度の位置のうち少なくとも一つ以上の位置を計測するレーザ干渉計２３と、前記位置の変化をパラメータとして、投影光学系２１の収差の変動を算出する演算手段とを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つ以上の光学素子を含んで構成される投影光学系を有し、原版のパターンを基板上に投影露光する露光装置において、前記光学素子の６自由度の位置のうち少なくとも一つ以上の位置を計測する計測手段と、前記位置の変化をパラメータとして、前記投影光学系の収差の変動を算出する演算手段とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記光学素子の６自由度の位置のうち少なくとも一つ以上の方向へ駆動する素子駆動手段を有し、前記演算手段によって算出された投影光学系の収差の変動を補償するように前記光学素子を駆動することを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
【請求項３】
原版を保持する原版ステージと、前記原版ステージを駆動する原版駆動手段と、基板を保持する基板ステージと、前記基板ステージを駆動する基板駆動手段とを有し、前記演算手段によって算出された投影光学系の収差の変動を補償するように少なくとも前記原版ステージおよび基板ステージのいずれかを駆動することを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
【請求項４】
少なくとも一つ以上の光学素子を含んで構成される投影光学系を有し、原版のパターンを基板上に投影露光する露光装置において、前記光学素子の６自由度の位置のうち少なくとも一つ以上の位置を計測する計測手段と、前記位置の変化をパラメータとして前記投影光学系の収差の変動を算出する演算手段と、前記光学素子の６自由度の位置のうち少なくとも一つ以上の方向へ駆動する素子駆動手段と、原版を保持する原版ステージと、前記原版ステージを駆動する原版駆動手段と、基板を保持する基板ステージと、前記基板ステージを駆動する基板駆動手段とを有し、前記演算手段によって算出された投影光学系の収差の変動を補償するように前記光学素子と少なくとも前記原版ステージおよび基板ステージのいずれかとを駆動することを特徴とする投影露光装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の露光装置を用いて半導体デバイスを製造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、半導体素子または液晶表示素子等をリソグラフィ工程で製造する際に、レチクル等の原版のパターンを逐次ウエハ等の基板上に転写露光する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子製造におけるフォトリソグラフィ工程には、レチクルの微細パターンを感光剤の塗布されたシリコンウエハ上に投影光学系を介して転写する光露光装置が使用されている。従来からの露光方式は、ウエハの一領域を投影光学系の露光フィールド内へ逐次移動させて、レチクルパターン全体の一括露光を繰り返すステップ・アンド・リピート方式である。近年では、半導体素子の大型化に伴う露光面積の増大と微細化への要求により、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が使用されるようになった。これは、スリット状の照明光をレチクルの端から部分的に照射し、レチクルを保持するレチクルステージとウエハを保持するウエハステージを、同期駆動させながらレチクル全体のパターンをウエハ上に走査露光していく方式である。
【０００３】
これら露光装置では、解像力を向上させるために露光に用いる光の短波長化も進められている。例えば、現在主流のＫrＦレーザ（波長248nm）やＡrＦレーザ（波長193nm）以降はＦ2レーザ（波長157nm）が光源として利用されようとしている。さらに、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）と呼ばれる波長13.5nmの軟Ｘ線領域の光を用いて真空中で露光を行う次々世代のＥＵＶ露光装置の開発が開始されている。光源の短波長化に伴い露光装置の投影光学は、その中に配置される光学素子がレンズのみで構成される屈折型光学系、レンズとミラーで構成される反射屈折型光学系へと変遷し、ＥＵＶ露光装置用には光学素子がミラーのみで構成される反射型の投影光学系の開発が進められている。
【０００４】
図５にステップ・アンド・スキャン露光装置の例を示す。レチクル101は６自由度の運動方向(Ｘ、Ｙ、Ｚおよびθx、θy、θz方向)について駆動可能なレチクルステージ102に保持され、ウエハ111も６自由度の運動方向について駆動可能なウエハステージ112に保持されている。投影光学系121、ステージ位置を６自由度の運動方向に計測するレーザ干渉計103，113、及びウエハ像面計測のためのフォーカスセンサ107が鏡筒定盤131に設置され、投影光学系121に対して両ステージ102,112は各々６自由度の運動方向について位置合わせが行われる。投影光学系121を支持する鏡筒定盤131はアクティブダンパマウント132で支持され、設置床130の振動絶縁と鏡筒定盤131の振動制御を行っている。
【０００５】
露光中のレチクルステージ102とウエハステージ112の駆動方向は一般に逆方向であり、両ステージ102,112を所望の位置、速度にて駆動するため、レーザ干渉計103，113での計測情報に基づいてリニアモータ104，114を駆動する制御器105，115を有する。さらにウエハステージ112をマスタ、レチクルステージ102をスレーブとする、いわゆるマスタスレーブ方式の同期制御器106を構成して両ステージ102,112の相対位置ずれを低減して高速・高精度な動作を実現している。そして照明光学系122から出射されたスリット状の照明光は微細パターンの形成されたレチクル101に照射され、そのパターンは、投影光学系121を介してウエハ111上に露光転写される。
【非特許文献１】Henry N, Chapman et al.： "Rigrous Method for Compensation Selection and Alignment of Microlithographic Optical Systems", SPIE Vol.3331, pages 102-113, 1998
【非特許文献２】Shigeo Irie et al.： "Development for the alignment procedure of three-aspherical-mirror optics", Emerging Lithographic Technologies IV, Proc. SPIE Vol. 3997, pages 807-813, 2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特にＥＵＶ露光装置用の反射光学素子（通常６枚のミラー）で構成された投影光学系では、許容される収差が非常に厳しく、収差を最小化するために各ミラーの位置（Ｘ、Ｙ、Ｚおよびθx、θy、θz方向の６自由度の位置）をサブナノメータオーダで調整しておく必要がある。さらに露光中も熱や振動などの外乱によりミラー位置がサブナノメータオーダでは容易に変動し、それが投影光学系の収差となって露光性能を悪化させるという問題がある。ミラー位置の変化による収差の変化を説明する簡単な例を図４に示す。投影光学系21は、６枚のミラー(M1〜M6)で構成されている。照明露光光ILは、レチクルステージ２で保持されたレチクル１に向かって同図右下から照射され、レチクル１で反射後６枚のミラーM1〜M6で反射を繰り返し、最終的にウエハステージ1２で保持されたウエハ11が露光される。この時、外乱により最終段の第６ミラーM6がε[rad]だけ傾いたとすると、距離Ｌだけ離れたウエハ11上では露光位置が２εＬ（ただしεは微小角とする）だけＹ方向にずれることになる。スキャン露光中の各瞬間に結像点が所望の位置よりずれることを考えると、第６ミラーM6の傾きの変動は直接的に転写パターン像の歪となる。一般には、非球面反射面を含む６枚のミラーが各々６自由度の位置変動を持つことを考えると、単純な像点ずれ即ち歪だけでなく、球面収差や非点収差、コマ収差など、低次から高次に至る各種の光学収差が発生することになる。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、投影光学系の収差の変動による露光性能の悪化を効果的に防止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】
【０００８】
上記問題点を解決して目的を達成するために、本発明は、少なくとも一つ以上の光学素子を含んで構成される投影光学系を有し、原版のパターンを基板上に投影露光する露光装置において、前記光学素子の６自由度の位置のうち少なくとも一つ以上の位置を計測する計測手段と、前記位置の変化をパラメータとして、前記投影光学系の収差の変動を算出する演算手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、前記光学素子の６自由度の位置のうち少なくとも一つ以上の方向へ駆動する素子駆動手段を有し、前記演算手段によって算出された投影光学系の収差の変動を補償するように前記光学素子を駆動することができ、原版を保持する原版ステージと、前記原版ステージを駆動する原版駆動手段と、基板を保持する基板ステージと、前記基板ステージを駆動する基板駆動手段とを有し、前記演算手段によって算出された投影光学系の収差の変動を補償するように前記原版ステージおよび/または基板ステージを駆動することもできる。
【００１０】
また、本発明は、少なくとも一つ以上の光学素子を含んで構成される投影光学系を有し、原版のパターンを基板上に投影露光する露光装置において、前記光学素子の６自由度の位置のうち少なくとも一つ以上の位置を計測する計測手段と、前記位置の変化をパラメータとして前記投影光学系の収差の変動を算出する演算手段と、前記光学素子の６自由度の位置のうち少なくとも一つ以上の方向へ駆動する素子駆動手段と、原版を保持する原版ステージと、前記原版ステージを駆動する原版駆動手段と、基板を保持する基板ステージと、前記基板ステージを駆動する基板駆動手段とを有し、前記演算手段によって算出された投影光学系の収差の変動を補償するように前記光学素子と前記原版ステージおよび/または基板ステージを駆動することを特徴としてもよい。
【００１１】
本発明の露光装置は、例えば、先ず投影光学系を構成するミラーなどの各光学素子の６自由度の位置を計測するためのセンサを設け、露光中の光学素子の位置の変動をパラメータとして、投影光学系に発生する収差の変動を算出する演算手段を具備する。次に算出された各収差成分を低減するのに最も有効な補償動作を各光学素子と、レチクルステージおよび/あるいはウエハステージとで分担して行うよう制御系を構成する。
【００１２】
そして、本発明は、上記いずれかの露光装置を用いて半導体デバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、外乱等による投影光学系の収差成分の変動に注目して最適な補償動作を、ミラーおよびステージに分担させるよう動作させることが可能になり、ミラーやステージなどの露光装置の構成要素個々が独立に補償動作を行うよりも露光性能の悪化を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について、反射型の投影光学系を搭載したＥＵＶ露光装置であって、原版がレチクル、基板がウエハである場合を例として、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る露光装置の構成を示す。同図において、投影光学系21は、６枚のミラーM1〜M6を含んで構成されている。各ミラーM1〜M6の６自由度の位置は、例えばレーザ干渉計などの位置計測センサ23によって計測されている。好ましくは各ミラーを６自由度の運動方向に駆動可能な不図示のアクチュエータを備え、さらにセンサ23によって計測された位置情報に基づいてミラーを駆動する制御器を有するが、位置計測センサ23だけでもよい。図７はミラーM6をアクチュエータ61で駆動する例を示す。そして図５で説明したステップ・アンド・スキャン露光装置と同様に、レチクル１は６自由度の運動方向(Ｘ、Ｙ、Ｚおよびθx、θy、θz方向)について駆動可能なレチクルステージ２に保持され、ウエハ11も６自由度の運動方向について駆動可能なウエハステージ12に保持され、投影光学系21に対して両ステージ2,12は、各々６自由度の運動方向について位置合わせが行われる。露光中のレチクルステージ２とウエハステージ12の駆動方向は逆方向であり、両ステージ2,12を所望の位置、及び速度にて移動させるためレーザ干渉計3,13で得られる６自由度の計測情報に基づいてリニアモータ(不図示)を６自由度の運動方向に駆動する。そして照明光学系から出射された円弧状の照明光ILは微細パターンの形成されたレチクル１に照射され、投影光学系21を構成する６枚のミラーM1〜M6で反射を繰り返し、最終的にレチクル１のパターンはウエハ11上に露光転写される。この時例えば第６のミラーM6が振動などにより微小角ε[rad]だけ傾くと、距離Ｌだけ離れたウエハ11上では露光位置が２ＬεだけＹ方向にずれてしまう。ここで本発明の特徴的な動作として、ミラー自身の制御器によってその傾きを小さくするようミラーのアクチュエータを駆動するとともに、ミラー制御器が補償しきれない傾きの制御残差εは、ウエハステージ12をΔＹ=２ＬεだけＹ方向に付加的に移動させることでＹ方向への像ズレを補償する。これによって投影光学系の収差（この場合は像ズレによる歪）が効果的に低減される。
【００１６】
図２では上記動作を、第６のミラーとウエハステージの制御系ブロック線図を用いて説明する。Ｗ(s)はウエハステージのＹ方向の動特性を示し、その入力は力Ｆ、出力はステージ変位Ｙである。Ｃ(s)はウエハステージの制御器とリニアモータを含めた動特性を示し、その入力は目標位置Ｒと変位Ｙの差分(位置偏差)ｅであり、出力はリニアモータ推力Ｆである。
【００１７】
M6(s)は第６ミラーのθx方向の動特性を示し、その入力はモーメント力Mx、出力はミラー角度θxである。Ｃ6(s)は第６ミラーの制御器とアクチュエータを含めた動特性を示し、その入力は目標角度Ｒ6(通常停止させたいので＝０)と角度θxとの差分（角度偏差）εであり、出力はアクチュエータのモーメント力Mxである。同図において、第６ミラーM6に外乱Ｄが作用して該ミラーが傾くと、制御器Ｃ6(s)によってそれを小さくするような補償力が働く。ところがミラー制御器が補償しきれない傾きの制御残差εが生じた場合は、Ｚ(s)を介してウエハステージ目標値に加算される。Ｚ(s)は、より一般的にはミラーの位置の変化をパラメータとして投影光学系の収差の変動を算出する演算手段であり、この場合は具体的には像ズレによる歪としてΔＹ=２Ｌεの演算を行う。ΔＹはウエハステージの目標位置Ｒと等価になるのでウエハステージはΔＹだけ付加的にＹ方向に補償動作を行うことになる。これによって投影光学系の収差（この場合は像ズレによる歪）が効果的に低減できる。
【００１８】
なおミラーによってはアクチュエータと制御器を持たずに投影光学系鏡筒に固定されることもあるので、その場合はミラーの位置を計測するセンサ23の計測値そのものをＺ(s)に入力するよう構成すればよい。またウエハステージでなくレチクルステージを動かしてもよいし、両者をともに動かして補償動作をさせてもよい。あるいはひとつのミラーの位置変動を他のミラー制御器への目標位置に加算して他のミラーを動かして補償させてもよい。
【００１９】
なお本実施例は反射型の投影光学系を搭載したＥＵＶ露光装置で説明したが、反射屈折型の投影光学系や屈折型の投影光学系を搭載した露光装置においても、同様の方法で収差の補償が可能である。
【実施例２】
【００２０】
実施例１では第６ミラーの傾き変動のみを考えたが、実際には非球面反射面を含む６枚のミラーが各々６自由度の位置変動を起こし得ることを考えると、単純な像ズレ即ち歪みだけでなく、球面収差や非点収差、コマ収差など、低次から高次に至る各種の光学収差が発生することになる。そこで６枚のミラーが各々６自由度の位置変動を起こした場合の補償動作を図３にて説明する。
【００２１】
ブロックＧm(s)は、ミラー位置制御系の動特性を示す。Ｇm(s)には投影光学系を構成する６枚のミラーの全てを含み、各々６自由度について構成された位置制御系の特性の全てが含まれる。ミラーがアクチュエータを有し、位置制御系を構成する場合は位置制御残差が出力され、位置制御系を構成しない場合（固定されている場合など）は単にミラー計測位置が出力される。ブロックＺ(s)は２つの演算器の動特性の直列結合を示し、ひとつはミラーの位置変化を入力パラメータとして投影光学系の収差を算出する投影光学系収差演算器１の動特性であり、もうひとつは収差に基づいてステージによる補償動作量を決定するステージ目標位置演算器２の動特性である。
【００２２】
これら演算器の演算内容、即ち各ミラーの位置変動と収差変動の関係は予め得ておく必要があるが、光学設計段階で感度解析を行い両者の関係を予め求めておいて、加工・組み立て・動作上の誤差を波面収差計測実験にて確認して補正する方法が実用的である。以下の文献が参考になる。「Henry N, Chapman et al.： "Rigrous Method for Compensation Selection and Alignment of Microlithographic Optical Systems", SPIE Vol.3331, pages 102-113, 1998」、及び「Shigeo Irie et al.： "Development for the alignment procedure of three-aspherical-mirror optics", Emerging Lithographic TechnologiesIV, Proc. SPIE Vol. 3997, pages 807-813, 2000」
【００２３】
また各ミラーの位置変動と収差変動の関係は、露光装置動作中の温度変化や気圧変化あるいは投影光学系の変形や鏡筒定盤に対する相対変位などの誤差要因の変化に対しても補正されることが望ましい。よってＺ(s)への入力はミラー位置のみでなく、温度、気圧、投影光学系の変形や鏡筒定盤に対する相対変位を含んでも良い。このような複雑な計算を高速で行うための演算器はＤＰＳ(digital signal processor)であることが好ましい。
【００２４】
ブロックＧw(s)は、ステージ位置制御系の動特性を示す。Ｇw(s)にはステージの６自由度の各位置について構成された位置制御系の特性の全てが含まれる。Ｇw(s)はウエハステージあるいはレチクルステージの位置制御系のみでも良く。また両者を含んでも良い。
【００２５】
以上の３つのブロックＧm(s)、Ｚ(s)、Ｇw(s)の典型的な動作は次のようになる。先ず外乱などにより６枚のミラーに各々６自由度の位置変動が引き起こされると、ミラー位置制御系により自身の位置補償動作が行われるが、ミラー制御系が補償しきれない残差がＧm(s)から出力され、Ｚ(s)に入力される。Ｚ(s)では第１段階として演算器１によりミラー制御残差を入力のパラメータとして投影光学系の収差を算出する。第２段階では演算器１により算出された収差成分に基づいてステージによる補償動作量が演算器２により算出され、Ｇw(s)に出力される。Ｇw(s)では補償動作量が目標値として入力されるので、それに基づきステージが駆動され投影光学系の収差の補償が行われる。収差成分によってはステージでなく、他のミラーによる補償動作が適切な場合もあるので、Ｚ(s)ではミラーによる補償動作量を追加的に算出しても良く、再度ミラー位置制御系Ｇm(s)に出力するパス（不図示）が追加されても良い。
【００２６】
以上述べた動作により、６枚のミラーが各々６自由度の位置変動を起こした場合でも投影光学系の収差の変動に注目して最適な補償動作をミラーおよびステージに分担させることにより露光性能の悪化を効果的に防止することができる。
【００２７】
なお、本実施例は反射型の投影光学系を搭載したＥＵＶ露光装置で説明したが、反射屈折型の投影光学系や屈折型の投影光学系を搭載した露光装置においても、同様の方法で収差の補償が可能である。
【実施例３】
【００２８】
次に、本発明に係る露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図６は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（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２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。
【００２９】
一方、ステップ３（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４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ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５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５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６（検査）ではステップ５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７でこれを出荷する。
【００３０】
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。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、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、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、現像ステップで現像したレジスト像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。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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１に係る露光装置の要部を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係る制御系ブロック線図である。
【図３】本発明の実施例２に係る制御系ブロック線図である。
【図４】従来例を示す露光装置の構成図である。
【図５】ステップアンドスキャン露光装置の構成図である。
【図６】本発明に係る露光装置を利用した半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。
【図７】実施例１の一変形例に係る露光装置の要部を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：レチクル、２：レチクルステージ、３：レーザ干渉計、11：ウエハ、12：ウエハステージ、13：レーザ干渉計、21：投影光学系、23：位置計測センサ（レーザ干渉計）、61：アクチュエータ、101：レチクル、102：レチクルステージ、103：レーザ干渉計、104：リニアモータ、105：制御器、106：同期制御器、111：ウエハ、112：ウエハステージ、113：レーザ干渉計、114：リニアモータ、115：制御器、121：投影光学系、122：照明光学系、130：設置床、131：鏡筒定盤、132：アクティブダンパマウント、M1〜M6：ミラー、IL：照明露光光。
【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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