(57)【要約】【課題】  計測光学系内の対物レンズやリレーレンズを駆動させ停止した際に固有振動数に応じた振動が発生し収まるまでの時間（整定時間）が長く、その間測定ができないためスループットが悪化する。【解決手段】  駆動停止後に固有振動数に応じたタイミングで振動を打ち消すためのダミー駆動を入れることにより整定時間を短くする。【選択図】  図４
2007088159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光源からの露光光により照明光学系を介してマスクを照明し、前記マスクに形成されたパタ−ンを投影光学系を介して感光基板上に投影露光する露光装置であって、パルスモーターを使用した駆動ユニットにおいて駆動停止後にユニットの固有振動数に応じたタイミング、長さ、パルスレートで短い駆動（以下ダミー駆動）を入れることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
振動を検知するセンサーを駆動ユニット内の所望の場所に設け、停止後の振動が最短時間で減衰するようダミー駆動のタイミング、長さ、パルスレートの最適化を手動または自動で行うことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
駆動させるのは装置内計測光学系を構成する対物レンズまたはリレーレンズであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する露光装置。
【請求項４】
駆動させるのは装置内計測光学系を構成する対物レンズまたはリレーレンズであり、計測再現性をモニターし、停止後一定時間での計測再現性が最良となるようダミー駆動のタイミング、長さ、パルスレートの最適化を手動または自動で行うことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項５】
駆動させたい駆動量からあらかじめダミー駆動分を差し引くまたは足した量を駆動した後にダミー駆動を入れることによりダミー駆動後に所望の駆動量となることを特徴とした請求項１〜請求項４のいずれかに記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の露光装置において、マスクと基板の位置あわせや露光照明光の最適化を行うために各種駆動部が内蔵されており、その駆動部にモーター、特にパルスモーターを用いた半導体の露光装置において、駆動ユニットを駆動、停止させた際の駆動部の振動が早く収まり露光動作に早く移れ生産性向上が計れる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩなどの極微細パターンから形成される半導体素子の製造工程において、マスクに描かれた回路パターンを感光剤が塗布された基板上に縮小投影して焼き付け形成する縮小型投影露光装置が使用されている。半導体素子の実装密度の向上に伴いパターン線幅のより一層の微細化が要求され、レジストプロセスの発展と同時に露光装置の微細化への対応として解像力の向上がなされてきた。
【０００３】
解像力の向上と同時にこれら半導体素子の集積度を上げていくにつれ、マスクパタ−ンと感光基板パタ−ンとの整合状態の許容範囲も年々厳しくなってきている。感光基板、所謂ウエハの位置情報を得る為のウエハ面上のアライメント（位置合わせ）マ−クの観察方式としては、従来以下の３通りの方式が用いられている。
【０００４】
１．投影光学系を介してウエハのアライメントマークの位置を測定するＴＴＬ方式
２．投影光学系を介することなく直接ウエハのアライメントマークの位置を計測するオフアクシス方式
３．投影光学系を介してウエハとレチクルを同時に観察し、両者の相対位置関係を検出するＴＴＲ方式等がある。
【０００５】
上記のＴＴＬ方式の例として、ＴＴＬ−ＡＡ（Through the Lens Auto Alignment）と呼ばれる投影光学系を介して、非露光光のアライメント波長の光を用いてウエハ上のアライメントマークを検出する方法がある。このＴＴＬ−ＡＡのメリットとしては次の点が挙げられる。投影光学系の光軸とＴＴＬ−ＡＡの光軸を結ぶライン（所謂、ベースライン）の距離を非常に短く配置出来る為、アライメント計測時と露光時のウエハステージの駆動量が少ない。従って、ウエハステージ回りの環境変化による投影光学系の光軸とＴＴＬ−ＡＡの光軸までの距離の変動で発生する測定誤差を小さく抑える事が出来る。つまり、ベースラインの変動が少ないと言うメリットがある。
【０００６】
ところが、露光光がＡｒＦレーザーやＦ2レーザーを光源とした短波長光に移行すると、使用硝材が限定される為、投影光学系のアライメント波長に対する色収差の補正が困難になる。従って、投影光学系の色収差の影響を受けないオフアクシス方式のウエハ観察顕微鏡（以下、オフアクシス顕微鏡と呼ぶ。）が有効になる。
【０００７】
また、オフアクシス顕微鏡の場合、投影光学系を介さない為、任意の波長を用いることができ、加えて広い波長域の光源を使用出来ると言うメリットもある。広帯域の波長光を使用するメリットとしては、ウエハ上に塗布された感光材（レジスト）に対して、薄膜干渉の影響を除去できるといった事が上げられる。従って、広帯域の波長光に対して収差補正可能なオフアクシス顕微鏡は重要なアライメント検出系と言える。
【０００８】
観察位置と露光位置の関係を直接測定することができないオフアクシス顕微鏡を使用して、レチクルとウエハとのアライメントを行う場合、予めオフアクシス顕微鏡の計測中心とレチクル上パターンの投影像中心（露光中心）との間隔である、いわゆるベースライン量を求める必要がある。そして、オフアクシス顕微鏡測定によってウエハ上ショット内のアライメントマークの計測中心からのずれ量が検出され、このずれ量とベースライン量を加味した距離だけウエハをオフアクシス顕微鏡観察位置から移動することによって当該ショット領域の中心が露光中心に正確に位置合わせされる。ところが、露光装置を使用していく過程で、経時変化により次第にベースライン量が変動することがある。このようなベースライン変動が生じると、ウエハ上ショット中心をレチクル上パターンの投影像中心に送り込むことができないためアライメント精度（重ね合わせ精度）が低下することになる。従って、定期的にオフアクシス顕微鏡の計測中心とレチクル上パターンの投影像中心との間隔を正確に計測するためのベースライン計測を行う必要がある。
【０００９】
図2は、投影露光装置のベースライン計測の原理を模式的に示した図である。擬似レチクルＲ2には、投影光学系露光エリア内にマークＭ1が設けられている。図2に示すように、擬似レチクルＲ2はレチクル駆動ステージ1上に保持され、このレチクル駆動ステージ1は擬似レチクルＲ2の中心を投影光学系2の光軸ＡＸに合致させるように移動される。ウエハ駆動ステージ3上には、ウエハＷ1の表面に形成されたアライメントマークと同等のマークＭ2を有する擬似ウエハＷ2がウエハＷ1と干渉しない位置に付設され、このマークＭ2が投影光学系2の投影エリア内の所定位置にくるように不図示のレーザー干渉計によりウエハ駆動ステージ3を位置決めすると、擬似レチクルＲ2の上方に設けられたＴＴＲ（Through the Reticle）方式の観察顕微鏡4（以下ＴＴＲ顕微鏡と呼ぶ）によって、擬似レチクルＲ2のマークＭ1と擬似ウエハのマークＭ2とが同時に検出され相対位置測定が行われる。
【００１０】
投影光学系2の外側（露光エリア外）には、オフアクシス顕微鏡5が配置されている。オフアクシス顕微鏡5の光軸は、投影像側面では投影光学系2の光軸ＡＸと平行である。そしてオフアクシス顕微鏡5の内部には、ウエハＷ1上のマーク、または擬似ウエハ上マークＭ2の位置測定をする際の基準となる指標マークＭ3がガラス板に設けられ、投影像面（ウエハＷ1表面または擬似ウエハＷ2表面）とほぼ共役に配置されている。図2に示すように、ＴＴＲ顕微鏡4を用いて擬似レチクルＲ2のマークＭ1と擬似ウエハＷ2上のマークＭ2とが位置合わせされた時のウエハ駆動ステージ3の位置を不図示のレーザー干渉計で計測する。この値をＸ1とする。オフアクシス顕微鏡5の指標マークＭ3とマークＭ2とが位置合わせされたときのウエハステージ3の位置をレーザ干渉計で計測する。このときの値をＸ2とするとベースライン量ＢＬは、差（Ｘ1−Ｘ2）を計算することで求められる。このベースライン量ＢＬは、後でウエハＷ1上のアライメントマークをオフアクシス顕微鏡5で計測して投影光学系2の直下に送り込むときの基準量となるものである。すなわち、ウエハＷ1上の１ショット（被露光領域）の中心とアライメントマークとの間隔をＸＰ、ウエハＷ1上のアライメントマークがオフアクシス顕微鏡の指標マークＭ3と合致したときのウエハ駆動ステージ3の位置をＸ3とすると、ショット中心とレチクル中心Ｃとを合致させるためには、ウエハ駆動ステージ3を次式の位置に移動させればよい。（Ｘ3−ＢＬ−ＸＰ）
このように、オフアクシス顕微鏡を用いてウエハＷ1上のアライメントマーク位置を測定した後、ベースライン量ＢＬに関連する一定量だけウエハ駆動ステージ3を送り込むだけで、直ちにレチクルＲ1のパターンをウエハＷ1上のショット領域に正確に重ね合わせて露光することができる。但しレチクルセットマークＭ4と擬似レチクルＲ2上マークＭ1間寸法は別手段により測定しておきレチクルセットマークＭ4にレチクルＲ1を位置合わせしておく必要がある。なお、ここでは１次元方向についてのみ考えたが、実際には２次元で考える必要がある。さらにここでは単純化のためマーク1個でベースライン測定を行ったが実際には露光領域複数点で計測しレチクル、ウエハ間の角度ずれについても補正を行う。
【００１１】
以上のようにオフアクシス顕微鏡を使用した場合、ベースライン量を定期的に測定し、その値を反映することによりレチクルとウエハの正確な位置合わせが可能となっている。
【００１２】
又、別の従来例としては、特許文献１をあげることが出来る。
【特許文献１】特開平07-307279号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ベースライン測定を行うためには擬似レチクル、擬似ウエハ上のマークを同時観察するＴＴＲ顕微鏡を用いた測定が入る。ＴＴＲ顕微鏡を用いて計測を行うためにはレチクル上にＴＴＲ顕微鏡の対物レンズを配置する必要があるが配置した状態ではこの対物レンズは通常露光時には露光光を遮ってしまう。このため、通常露光時には対物レンズを露光光を遮らない位置である退避位置に逃がしておき測定時のみレチクル上に移動して計測する必要がある。したがってＴＴＲ顕微鏡による計測を行うにはこの対物レンズの駆動のための時間が必要となる。この対物レンズ駆動に必要な時間には実際にレンズを駆動する実駆動時間と駆動した後に駆動による振動が収まるのに必要な時間所謂整定時間の両方が含まれる。ＴＴＲ顕微鏡のような計測光学系の場合対物レンズが振動した状態では計測対象のマークが画像取り込み中にぶれてしまい計測精度劣化を招いてしまう、そのため駆動後に整定時間以上待機した後にＴＴＲ顕微鏡の計測を始める。駆動停止後のこの対物レンズ整定時間がこれらベースライン計測に必要な時間を長くして生産性を悪化させる。高精度化とともに生産性が露光装置に求められているため、上記のようなパルスモーターを用いた駆動機構を駆動した際の整定時間を極力短くすることが現状の露光装置が抱えている課題となっている。本発明は斯かる点に鑑み、ベースライン計測時の駆動機構やその他装置内の駆動機構全般について駆動後の整定時間を短くし、装置待機時間を減らすことにより生産性の高い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】
上記の目的を達成するため本発明ではモーター、特にパルスモーターを用いた駆動機構を駆動させ停止させた後に駆動するパーツの固有振動数に応じたタイミング、長さ、パルスレートで駆動パーツが振動するのを打ち消す方向にパルスモーターを短時間駆動させるダミー駆動を入れる。駆動パーツの固有振動数はシミュレーションなどから求められる値を用いるか、または振動を計測するための加速度計またはレーザー変位計を設けて、振動が最も速く収まるダミー駆動のタイミング、長さ、パルスレートをトライ＆エラーで求める方法が考えられる。これにより通常の停止動作のように単純に駆動パルスレートを0にしただけの場合に比べ、駆動させた物体の停止後の振動が短い時間で収まり、すぐに計測や露光など次の動作に移ることができ、装置の処理速度が上がり生産性が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体素子製造における焼き付け工程に用いられる投影露光装置において、計測系や照明系内の駆動ユニットを動かした後の振動が収まる時間、整定時間を短くできるのですぐに計測や露光に移ることができる。このため生産性の向上につながり半導体素子製造コスト低減につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1は本発明を実施する露光装置の概略図である。各部の名称、機能のうち図2と同様のものに対しては同符号をつけ詳細説明を割愛する。本実施例の露光装置は一般にエキシマレーザーからなる光源6と、光源6から発せられた照明光であるレ−ザ光Ｌ１を所定の形状の光束に成形する光学系である光源レンズ系7と、該光源レンズ系7によって所定の形状に形成されたレ−ザ光Ｌ１をレチクルＲ1を経て基板であるウエハＷ1に結像させる投影光学系2からなる。レチクルＲ1およびウエハＷ1はそれぞれレチクル駆動ステージ1、ウエハ駆動ステージ3に搭載されており、投影光学系2の倍率分駆動量比率を変えて２つのステージを同期させて駆動することにより走査露光を可能としている。２つのステージは不図示のレーザー干渉計により位置測定ができる。２つのステージ上にはそれぞれベースライン計測時に用いるために擬似レチクルＲ2上にマークＭ1、擬似ウエハＷ2上にマークＭ2が設置されている。さらにマークＭ1、Ｍ2を同時に観察し、その位置関係を計測する機能として露光光を用いたＴＴＲ顕微鏡4が備わっている。ＴＴＲ顕微鏡4の光源は光源レンズ系7内に光路切り換えミラー機構8を設けておきＴＴＲ顕微鏡4使用時にはミラーをレーザー光Ｌ1光路中に入れてＴＴＲ顕微鏡4光源用レーザー光Ｌ2を取り出す。レーザー光Ｌ2はレーザー導入光学系9を経てＴＴＲ顕微鏡4に入射される。ＴＴＲ顕微鏡4には露光時に露光光を遮らないよう可動式の対物レンズ10が設けられている。ベースライン計測方法などは従来技術において述べたためここでは割愛する。
【００１８】
従来例で述べた通りベースライン計測においてはレチクル上からＴＴＲで計測する都合上ＴＴＲ顕微鏡の対物レンズ10を露光光の光路中に挿入する必要がある。更に駆動後停止した際の振動が収まらなければ計測精度に悪影響を及ぼすために振動が収まるまでの時間＝整定時間を待ってＴＴＲ計測を始める必要がある。したがって実駆動時間に加えてこの整定時間の間ＴＴＲ計測を行えない状態となる。そこで本発明ではＴＴＲ顕微鏡内の対物レンズ10をパルスモーターを用いた駆動機構で駆動して停止した後に対物レンズ近傍の振動固有値に応じたダミー駆動を入れることにより整定時間の短縮を図る。図3は対物レンズおよび駆動機構の模式図である。図3において対物レンズ鏡筒11がミラー12とともに移動板13に固定されており移動板13はリニアガイド14によりTTR顕微鏡構造体に固定されている。また移動板13はボールネジ15、カップリング16を介してパルスモーター17に接続されており紙面左右方向に駆動できる構造となっている。図3においてパルスモーター17を駆動し移動板13ごと対物レンズ鏡筒11を紙面左方向に駆動し、その後停止した場合、停止した瞬間に対物レンズは矢印の方向に変位しその後逆方向に変位するこれを固有振動数に応じた周期で繰り返し減衰していく。図4は対物レンズ先端の振動の様子とパルスモーターの駆動パターンを模式的に示したものである。上段がパルスモーターの駆動パターンを示すグラフでる。横軸が時間、縦軸が駆動パルスレートを表している。下段は対物レンズ鏡筒先端の変位を示すグラフである。横軸が時間を示し、この時間は上段のグラフとシンクロしている。縦軸は対物レンズ鏡筒先端の変位を示している。対物レンズ先端の変位については紙面上方向を図3の矢印の方向とする。図4(a)下段のグラフは図3において紙面左方向に駆動していた対物レンズ鏡筒を駆動状態から通常の停止動作を行った後の対物レンズ先端振動の状態を示したものである。パルスモーターを駆動パルスレートＮから0にして駆動停止した瞬間レンズの先端が図3の矢印方向に揺れて戻りその後対物レンズ鏡筒および移動版の固有振動数により決まる一定周期で振動し減衰する様子を模式的に示したものである。このようにあるパルスレートＮで駆動させていた移動板をｔ1にてパルスレートをゼロにすると停止時に対物レンズ鏡筒が振動し徐々に減衰していく。完全に減衰するのに要する時間は対物レンズ鏡筒の剛性にもよるが、数十〜数百msecかかる。この間は鏡筒が揺れているため揺れによる画像ぶれのために計測精度が悪化してしまう。対物レンズ揺れが計測精度に影響を及ぼさない振幅量に下がるまでの時間＝整定時間の間計測せず待機する必要があり、この時間が生産性を落とす要因の一つとなる。一方図4(b)は駆動停止後に対物レンズ鏡筒の振動を打ち消すタイミング、方向でパルスモーターを駆動する所謂ダミー駆動を入れたものである。パルスモーター17によりパルスレートＮにてレンズ鏡筒部を駆動後t1のタイミングに一度パルスレートを0にして停止させる。この瞬間図3矢印方向に対物レンズが変形し揺り返しする際に数パルスから数十パルスのダミー駆動を入れる、これによりレンズ鏡筒の振動が打ち消され、図4(a)に比べて短い時間ｔ2で振動が減衰している、つまり整定時間が短くなっている。これによりt2以降速やかに計測に移ることができ、装置の待機時間が減り生産性が向上する。ダミーパルス分を駆動させたい所望の駆動パルス数から差し引いておくことによりダミーパルス後に所望の駆動パルス量となり所望の位置に対物レンズが移動させられることとなる。なお本実施例では振動に対してより敏感なＴＴＲ計測系の対物レンズ駆動について述べたが、本発明の用途はこれに限られるものではなく。あらゆる駆動ユニットに用いることができる。例えば照明モード切替のための絞り切り換えや投影光学系光学系内の絞り切り換えやその他各種円板状の駆動物や光路切り換え等駆動を伴う機構全般の整定時間短縮に用いることができる。
【実施例２】
【００１９】
図5は第２実施例の装置の概念図である。図5は実施例1の図2と同様の露光装置の中で同様の機能を持ったＴＴＲ顕微鏡を模式的に表したものである。各部の名称、機能のうち実施例1の図3と同様のものに対しては同符号をつけ詳細説明を割愛する。実施例1では計算上または測定上求められた対物レンズの固有振動数を元にダミー駆動のパルスモーター駆動パターンを決めていたのに対して、本実施例では振動を検知するセンサーやＴＴＲ顕微鏡の計測再現性をモニターしながらダミー駆動の駆動パターンを変化させて整定時間が最短となる条件を見つけ出すことを特徴としている。図5を基に本実施例を説明する。図5では対物レンズ鏡筒の振動を検知するため加速度センサー18が鏡筒に取り付けてあり対物レンズ駆動、停止後の振動の状態を検知する。検知した出力は計測、演算装置19にてデータ処理される。以上の構成でパルスモーターをある駆動パルスレートから0にして駆動停止した後の対物レンズ鏡筒先端の加速度をモニターしながら初期値としてあらかじめ決められた時間の後にパルスモーターダミー駆動を行い加速度センサーの出力値が決められた値以下になる時間を測定し、これを整定時間として計測する。次にダミー駆動を入れるタイミングを数msec程度ずつずらしながら上記方法により振動の整定時間を順次計測していき整定時間が最短となるタイミングを決める。次にダミー駆動のパルスレートを増減させながら上記方法により整定時間を計測し、整定時間が最短となるパルスレートを決定する。以上のことを自動または手動で行う。これによりレンズ鏡筒部品の加工誤差による固有振動数のばらつきに関わらず常に最短の整定時間になるようダミーパルスの駆動パターンを設定することが可能となる。本実施例では鏡筒先端の振動を計測する手段として加速度計を用いたが、静電容量センサー、レーザー変位計などの変位センサーを用いてもよい。また本実施例のように駆動対象が計測光学系の中の対物レンズである場合、計測精度からダミー駆動パターンの最適化を行うこともできる。
【００２０】
レンズ駆動後通常の停止動作を行い整定時間よりも短い、ある一定時間経過時点での計測再現性を測定する。次にあらかじめ決められた初期値タイミングでダミー駆動を行い上記と同様のある一定時間経過時点での計測再現性を計測する。ダミー駆動を入れるタイミングを数msec程度ずつずらしながら計測再現性を測定し計測再現性が最良で、なおかつ停止後一番短いダミー駆動タイミングを見つけ出す。次にダミー駆動のパルスレートを増減させて計測再現性を測定し計測再現性が最良となるパルスレートを見つけ出す。以上によりダミー駆動の最適な駆動パターンを見つけ出すことができる。次に停止後の待機時間を充分に長く（数秒）とった後の計測再現性を測定し、待機時間を徐々に短くしていき計測再現性の悪化し始める待機時間を見つけ出す。この悪化し始める待機時間がすなわち駆動停止後の振動が減衰する整定時間であるため計測までの待機時間をこの整定時間以上とる必要がある。以上により計測光学系の場合は別途加速度センサーなどを設けることなく簡易的にダミーパルス駆動パターンの最適化および整定時間の計測を行うことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術のベースライン計測方法を示す概略図である。
【図２】本発明の第一の実施例を表す概略図である。
【図３】本発明の第一の実施例のTTR顕微鏡内対物レンズ駆動機構概略図である。
【図４】(a)は従来技術のパルスモーター駆動パターン、対物レンズ振動を示すグラフである。(b)は本発明のパルスモーター駆動パターン、対物レンズ振動を示すグラフである。
【図５】本発明の第二の実施例のTTR顕微鏡内対物レンズ駆動機構概図である。
【符号の説明】
【００２２】
ＡＸ  投影光学系光軸
ＢＬ  ベースライン
Ｌ1  露光光源レ−ザ光
Ｌ２  計測用光源レーザー光
Ｒ１  レチクル
Ｒ２  擬似レチクル
Ｗ１  ウエハ
Ｗ２  擬似ウエハ
Ｍ１  擬似レチクル上位置合わせマーク
Ｍ２  擬似ウエハ上位置合わせマーク
Ｍ３  オフアクシス顕微鏡指標マーク
Ｍ４  レチクルセットマーク
１  レチクル駆動ステージ
２  投影光学系
３  ウエハ駆動ステージ
４  ＴＴＲ顕微鏡
５  オフアクシス顕微鏡
６  光源レーザー
７  光源レンズ系
８  光路切り換えミラー機構
９  ＴＴＲ顕微鏡レーザー導入光学系
１０  可動式対物レンズ
１１  対物レンズ鏡筒
１２  対物レンズ上ミラー
１３  対物レンズ移動版
１４  リニアガイド
１５  ボールネジ
１６  カップリング
１７  パルスモーター
１８  加速度センサー
１９  計測、演算装置
【図１】
2007088159.tif 000003
【図２】
2007088159.tif 000004
【図３】
2007088159.tif 000005
【図４】
2007088159.tif 000006
【図５】
2007088159.tif 000007