(57)【要約】【課題】  レチクルステージに吸着固定した状態におけるレチクルのピッチ誤差を補正し、パターンの重ね合わせ精度を改善する。【解決手段】  レチクルステージ１は、レチクル２を吸着保持する吸着装置３と、吸着装置３により吸着保持されたレチクル２の表面の歪を検出する歪検出装置１１と、レチクルステージ１を少なくともレチクル２の表面と平行な方向に変位させる変位装置と、歪検出装置１１の検出結果に基づいて露光領域内におけるレチクル２のピッチ誤差を縮小するようにレチクルステージ１の変位量を計算すると共に、該変位量と等価な変位を与えるように変位装置を制御する制御器１６とを備えている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクルを吸着保持する吸着装置を備えたレチクルステージであって、
前記吸着装置により吸着保持されたレチクル表面の歪を検出する歪検出装置と、
レチクルステージを少なくともレチクルの表面と平行な方向に変位させる変位装置と、
前記歪検出装置の検出結果に基づいて露光領域内におけるレチクルのピッチ誤差を縮小するようにレチクルステージの変位量を計算すると共に、該変位量と等価な変位を与えるように前記変位装置を制御する制御器とを備える、レチクルステージ。
【請求項２】
前記変位装置は、レチクルステージを熱膨張および／または熱収縮させる温度調節装置である、請求項１に記載のレチクルステージ。
【請求項３】
前記温度調節装置はペルチェ素子を含む、請求項２に記載のレチクルステージ。
【請求項４】
レチクルステージの厚みは、吸着保持されるレチクルの厚みの２倍以上かつ１０倍以下とされている、請求項１から３のいずれかに記載のレチクルステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置の製造に用いられる露光装置で使用され、レチクルが載置されるレチクルステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型露光装置におけるレチクルステージは、レチクルの露光領域に相当する開口部を有している。この開口部の周縁部に近接して、真空吸着や静電吸着などの方法を用いた吸着装置が設けられている。これにより、レチクルステージ上に装着されたレチクルを確実に固定する。
【０００３】
ところで、レチクルのパターンは、真空蒸着法やスパックリング法で形成されることが多い。これらの方法で形成されたパターンには内部応力が存在する。この内部応力の影響によってレチクルは微妙に撓んでいる。レチクルステージにおける吸着前のレチクルの撓みは、５００ｎｍから１０００ｎｍ程度である。
【０００４】
撓んでいるレチクルをレチクルステージに吸着固定すると、レチクルステージの曲げ剛性が小さい場合には、レチクルの撓みの影響によりレチクルステージが微小変形するため、レチクルには微小な撓みが残留する。レチクルステージが変形しない場合であっても、レチクルの吸着時には、レチクルの自重により中央部が若干撓む。
【０００５】
吸着固定時におけるレチクルの残留撓みは、レーザ干渉計や静電容量センサーなどの検出装置により計測することができる。通常、吸着固定時のレチクルの残留撓みは、およそ２００ｎｍから５００ｎｍの範囲に分布している。
【０００６】
レチクルの撓みが生じるとパターン精度が劣化する。これは、撓みにより勾配が発生し、レチクル基板の厚みに比例してパターンが位置ずれする（ピッチ誤差が発生する）ためである。上記の残留撓みに対して、一辺が１５０ｍｍの正方形で厚みが６．２５ｍｍのガラス基板からなるレチクルでは、数十ｎｍレベルのピッチ誤差が生じる。このように残留たわみは微小な変形であるが、ｎｍレベルの微細パターンの形成においては極めて重大な誤差であり、パターンの重ね合せ精度を劣化させる原因となる。
【０００７】
特許文献１（特開２０００−１００７０９号公報）に記載されたレチクルステージでは、レチクルの撓みを計測し、この撓み量に応じて、ウェハを保持するステージの高さを調整することで、フォーカスに与える影響を補正している。これにより、撓みにより生じるフォーカスずれの補正は可能であるが、ピッチ誤差の補正には効果が無い。
【０００８】
特許文献２（特開平８−８１７３号公報）に記載されたレチクルステージでは、レチクルの歪状態に応じて、ステージの吸着力を調整することで、レチクルの撓みを修正するようにしている。
【０００９】
特許文献３（特開平５−３４６３０６号公報）は、レチクルなどの表面に形成された、パターンの位置を測定する装置が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１００７０９号公報
【特許文献２】特開平８−８１７３号公報
【特許文献３】特開平５−３４６３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１および３に記載されたレチクルステージでは、レチクルの撓みにより生じるピッチ誤差を補正することはできない。
【００１１】
また、特許文献２に記載されたレチクルステージのように、レチクルの吸着力を調整するだけでは、自重による撓みが残ってしまうため、自重よりも小さな撓みの補正は困難である。
【００１２】
このように、従来のレチクルステージでは、吸着状態におけるレチクルの残留変形に起因するパターンの位置ずれ（ピッチ誤差）を軽減し、パターンの重ね合せ精度を改善することが十分にできなかった。
【００１３】
したがって、この発明はレチクルステージに吸着固定した状態におけるレチクルのピッチ誤差を補正し、パターンの重ね合わせ精度を改善することが可能なレチクルステージ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】
この発明に基づいたレチクルステージに従えば、レチクルを吸着保持する吸着装置を備えたレチクルステージであって、上記吸着装置により吸着保持されたレチクル表面の歪を検出する歪検出装置と、レチクルステージを少なくともレチクルの表面と平行な方向に変位させる変位装置と、上記歪検出装置の検出結果に基づいて露光領域内におけるレチクルのピッチ誤差を縮小するようにレチクルステージの変位量を計算すると共に、該変位量と等価な変位を与えるように上記変位装置を制御する制御器とを備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るレチクルステージによると、レチクルステージに吸着した状態におけるレチクルのピッチ誤差を補正することができ、これによりパターンの重ね合わせ精度を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１におけるレチクルステージについて、図１から図７を参照して説明する。なお、図１は、本実施の形態におけるレチクルステージの構造を示す平面図であり、図２は、図１におけるII−II矢視断面図であり、図３は、ピッチ誤差の補正および露光工程を示すフローチャートであり、図４から６は、レチクルステージの変形例を示す平面図であり、図７は、レチクルの撓みの状態の一例を示す縦断面図である。
【００１７】
本実施の形態のレチクルステージ１は、レチクル２を吸着保持する吸着装置３と、吸着装置３により吸着保持されたレチクル２の表面の歪を検出する歪検出装置１１と、レチクルステージ１を少なくともレチクル２の表面と平行な方向に変位させる変位装置と、歪検出装置１１の検出結果に基づいて露光領域内におけるレチクル２のピッチ誤差を縮小するようにレチクルステージ１の変位量を計算すると共に、該変位量と等価な変位を与えるように変位装置を制御する制御器１６とを備えている。
【００１８】
図１に示す本実施の形態のレチクルステージ１は、透過型露光装置で使用されるレチクルステージであり、変位装置として、温度調節装置４が設けられている。レチクルステージ１の露光領域には、開口部５が設けられている。開口部５の、図１に示すＹ軸方向に平行な一対の辺に沿って、吸着装置３が設けられている。吸着装置３は、真空吸着や静電吸着などの方法により、レチクルステージ１にレチクルを吸着固定するものである。
【００１９】
レチクルステージ１の下面側には、Ｙ軸方向に沿って温度調節装置４が設けられている。温度調節装置４は、吸着装置３より外側でレチクルステージ１の外形線に沿って設けられている。レチクルステージ１の厚みは、レチクル２の２倍以上かつ１０倍以下となるようにされている。
【００２０】
温度調節装置４は、本実施の形態では、複数のぺルチェ素子で構成している。ここでは、同じ大きさのペルチェ素子を一列に並べており、個々のペルチェ素子に対して温度制御が可能である。一列に並べた複数個のペルチェ素子を個々に温度調節することで、ペルチェ素子を並べた方向に任意の温度分布を作り出すことができる。ここで用いるペルチェ素子は、供給する電流を制御することで、±０．１℃刻みでの温度制御が可能である。電流の流れの向きを変えることで高温側と低温側を作り出すことができる。
【００２１】
レチクルステージ１に吸着固定されたレチクル２の表面の歪を検出する歪検出装置としては、従来から用いられている、図２および図７に示すような、レーザ干渉計や静電容量センサーなどの歪検出装置１１を用いることができる。歪検出装置１１での検出結果を元に、レチクル２の力学的平衡状態における、レチクル面内の変位分布を計算する。この変位の計算は、弾性力学を用いた周知の方法を用いて制御器１６により行なう。
【００２２】
レチクル２の表面に予め形成したアライメントマークが設計上の位置からどの程度ずれているかを、光学系からなる歪検出装置で検出して、これに基づいてレチクル面内の変位分布を計算してもよい。
【００２３】
図２に示すように、温度調節装置４および歪検出装置１１には、制御器１６が接続されている。制御器１６は、歪検出装置１１の検出結果に基づいて露光領域内におけるレチクル２のピッチ誤差を縮小するようにレチクルステージ１の変位量を計算すると共に、該変位量と等価な変位を与えるように温度調節装置４を制御する。
【００２４】
次に、本実施の形態のレチクルステージ１の動作を、図３に示すフローチャートに従って説明する。まず、レチクルステージ１にレチクル２を吸着固定し、続いてレチクルの撓み分布を歪検出装置１１によって検出する。この検出結果を元に、レチクルの力学的平衡状態における、レチクル面内の変位分布を計算する。この変位の計算は、弾性力学を用いた周知の方法を用いて制御器１６により行なう。
【００２５】
ここで言うレチクル面内の変位とは、平面における理想（設計）格子点からのずれを意味する。以下これをピッチ誤差と称す。レチクル２が図７に示すように撓んだ状態において、レチクル２の表面のパターンは収縮した状態となる。計算により求めたピッチ誤差から、露光領域内における最大のピッチ誤差を最小とするための、レチクルステージ１の変位量を、制御器１６により計算する。
【００２６】
次に、この計算により求められた変位量と等価な熱膨張をレチクルステージ１に発生させるための温度変化量を計算する。必要な熱膨張量から温度変化量を計算する場合には、レチクルステージを構成する材料の物性値を用いる。ここでは予め測定されている、レチクル２を吸着固定した状態のレチクルステージ１の温度変化量と熱膨張量の関係から目標温度を決定する。
【００２７】
この計算結果に基づき、制御器１６によりレチクルステージ１の温度を制御する。温度が上昇するに従って、レチクルステージ１の開口部５の周囲が熱膨張により拡大する。これによりレチクルステージ１に吸着固定されたレチクル２は、レチクルステージ１の膨張に伴って引き伸ばされる。レチクルステージ１が目標温度に達すると、レチクル２の露光領域における、最大のピッチ誤差が最小となる。
【００２８】
この段階で、依然として最大のピッチ誤差が許容範囲よりも大きければ、再度ピッチ誤差の計算へ戻り、レチクルステージ１に与える変位量および温度変化量を計算する。その計算結果に基づき、温度調節装置４によりレチクルステージ１の温度を目標値まで制御する。ピッチ誤差が許容範囲内であれば露光処理を開始する。
【００２９】
一例として、レチクルステージ１の熱膨張係数が０．５ｐｐｍ／Ｋ、温度調節装置４からレチクル２までの距離が５０ｍｍ、レチクルステージ１に与える変位量が１０ｎｍの場合には、レチクルステージ１に必要な温度変化量は０．４℃である。この程度の温度変化量であれば他の機器への影響はほとんど無く、レチクルステージ１にのみ影響する。
【００３０】
露光処理を継続すると、露光時のレチクル２の蓄熱により、新たなピッチ誤差が発生する。レチクル２に発生したピッチ誤差が許容範囲内か否かを適宜判定し、露光処理を継続する場合には、ピッチ誤差を補正するためのレチクルステージ１の変位量を計算し、温度調節装置４によりレチクルステージ１に変位を与える。
【００３１】
このとき温度調節装置４を構成するペルチェ素子は、電流の流れの向きを変更することで発熱源から吸熱源に変化する。したがって、ペルチェ素子を温度調節装置４として用いることで、加熱と冷却とを両方行なうことができる。レチクルステージ１の温度を目標値まで制御し、ピッチ誤差が許容範囲であれば露光処理を開始する。ピッチ誤差が許容範囲から外れていれば、フイードバックによりレチクルステージ１の温度を調整する。露光処理が終了するまで、露光中はこのような流れを繰り返す。
【００３２】
ところで、レチクルステージ１の曲げ剛性は、その厚みの三乗に比例して増加する。したがって、レチクルステージ１の変形は、レチクルステージ１の厚みを増加させることによって小さくすることができる。レチクルステージ１の厚みをレチクル２の二倍にすると、レチクルステージ１の変形量は、レチクルステージ１の厚みがレチクル２の厚みと同じ場合の変形量に比べて１／８に減少する。同様に、レチクルステージ１の厚みをレチクル２の厚みの１０倍にすると、ステージの変形は１／１０００にまで減少する。
【００３３】
このようにレチクル２の厚みの２倍から１０倍の厚みを有するレチクルステージ１を用いることによって、レチクルステージ１におよぼすレチクルの変形の影響を１／８から１／１０００にまで抑えることができる。ここで、レチクルステージ１の厚みが、レチクル２の厚みの２倍未満であると、レチクル２の撓みの影響が大きくなる。一方、１０倍を越えると、レチクルステージ１の温度調節に時間が掛かるという問題がある。
【００３４】
以上のように、本実施の形態のレチクルステージ１を用いることによって、レチクルステージ１に吸着固定されたレチクル２のピッチ誤差を格段に小さくすることができ、レチクル２のピッチ誤差を所定のレベルまで補正することができる。その結果、半導体デバイスの製造歩留まりが改善され、低コストの半導体デバイスを提供することができる。
【００３５】
上記実施の形態では、吸着装置３が、開口部５のＹ軸に平行な一対の辺に沿って設けられている。また、温度調節装置４も、上記一対の辺に平行に設けられている。図４に示すように、レチクル２の外周の４辺すべてに温度調節装置４を設けるようにしてもよい。さらに、図５に示すように、開口部５の４辺全てに沿って吸着装置３を設けるようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態は、透過型露光装置に用いられるレチクルステージ１を示しているが、図６のように反射型露光装置のレチクルステージ１にも適用できる。レチクルステージ１の中央には、レチクル２を全面に亙り吸着する吸着装置３が設けられている。レチクルステージ１の周囲にレチクル２のピッチ誤差を補正するための温度調節装置４が配列されている。
【００３７】
上記実施の形態では、温度調節装置４をレチクルステージ１の下面に組み込んでいるが、レチクルステージ１の上面に組み込んだり、側面に組み込んでも同様の効果を得られる。さらに、実施の形態では、変位装置としてペルチェ素子からなる温度調節装置を用いているが、他の温度調節装置を用いてもよい。また、変位装置として、パルスモータのような微小変位を電気的に制御できる装置を用いても良い。
【００３８】
レチクル２の撓み分布の検出する場合に、特開平５−３４６３０６号公報に示されるように、撓みの測定値からパターンの高さを減算して、正確なレチクル２の撓みを算出することで、一層正確なピッチ誤差の補正が可能となる。
【００３９】
なお、今回開示した上記実施の形態は例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明に基づいた実施の形態におけるレチクルステージの構造を示す平面図である。
【図２】図１におけるII−II矢視断面図である。
【図３】ピッチ誤差の補正および露光工程を示すフローチャートである。
【図４】レチクルステージの変形例を示す平面図である。
【図５】レチクルステージの変形例を示す平面図である。
【図６】レチクルステージの変形例を示す平面図である。
【図７】レチクルの撓みの状態の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  レチクルステージ、２  レチクル、３  吸着装置、４  温度調節装置、５  開口部、１１  歪検出装置、１６  制御器。
【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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