JP2006261419A - 投影露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光品位の向上を図る。
【解決手段】 レチクルステージ上に載置されたレチクルの面形状を計測し、その計測結果に応じて最適な補正項目および補正方法を選択することにより、レチクルの面形状に起因する露光精度劣化要因を効果的に除去、打消しまたは補償する。
【選択図】図７

Description

本発明は、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微小パターンを有するデバイスの製造に用いられる投影露光装置および方法、ならびに前記デバイスの製造方法に関し、特に、原版ステージ上に載置した原版の面形状に起因する転写誤差の補正に関するものである。

半導体素子の製造に用いられる投影露光装置は、原版としてのレチクル上に形成された回路パターンを基板としてのウエハまたはガラスプレート等の上のフォトレジスト層に高い重ね合わせ精度で転写するために、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）することが求められている。また、プロセスの微細化が加速し、装置に許容されるレベルは厳しくなっている。

レチクル加工技術が向上し、レチクル平坦度は向上している。しかし、レチクルステージ上に載置されたレチクルはレチクル吸着パッドで吸着、保持されるため、吸着変形が生じる。吸着変形により、デフォーカスやディストーション等といったレチクルの面形状に起因するオフセットが無視できない状況となっている。レチクルステージ上に載置されたレチクル面形状を計測および補正する方法として、本出願人は、レチクル裏面を斜入射検出方式のフォーカス検出系により、レチクルステージをステップアンドリピートまたはスキャン駆動しながらレチクル裏面の高さを連続的に計測し、レチクル面形状を計測する方法を提案している（特許文献１）。
特開２００３−２６４１３６号公報

現在、レチクル資源を有効活用するために、デバイスメーカーでは１枚のレチクル全面を露光領域分割し、複数レイヤで使用する露光方法が用いられている。こうした方法で露光処理を行う場合、上記提案のようにレチクル全面の計測値を元にレチクル面形状の補正値を算出すると、レチクル使用領域の面形状差によりオフセットが生じることを本発明者は見出した。 また、算出された補正量に対し、補正駆動を実施する場合、補正駆動可能なユニットの最小分解能に対して、補正量が小さい場合は、補正駆動を実施することによりかえって誤差が増大したり、補正による新たな誤差が生じる可能性がある。

上記の課題を解決するために、本発明の露光装置は、原版ステージに支持された原版に形成されたパターン像を、投影光学系を介して基板ステージに支持された基板上に露光する露光装置であって、
前記投影光学系の光軸方向における所定の基準位置に対する前記原版の実露光領域の複数点の相対位置を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された前記相対位置に基づいて前記原版の面形状を算出する算出手段と、
前記算出手段より算出された前記原版の面形状に基づいて前記基板上に露光されるパターン像を補正するための補正項目および補正方法を選択する補正方法選択手段と、
前記補正方法選択手段にて選択された補正項目および補正方法により補正を実行する補正手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、高品位の露光が可能な露光装置および方法、かかる露光装置を用いたデバイス製造方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、計測手段として計測面に対して斜め方向から計測ビームを入射させ、反射するビームを受光することでレチクル表面のＺ方向位置（高さ）情報を取得し、レチクル面形状計測を実施する。ここで、図１は、本実施形態の露光装置の装置構成を示すブロック図である。

図１において、１は、ランプ、レーザ、ＥＵＶ光源などの露光用の光源である。レチクル上の回路パターンをウエハ上に転写露光する際には、露光装置制御系７０の指令が光源制御系３０に伝えられ、光源制御系３０の指令により露光光源１の動作が制御される。
２はレチクルであり、レチクルステージ４に保持されている。レチクル２には不図示の複数のレチクルマークが設けられている。本実施形態においては、レチクルマークは、第１および第２のレチクルマークを含む。
３はレチクル基準プレートであり、図１においてはレチクルステージ４に保持されているが、光学的にレチクルと等価な他の位置に固定されていてもよい。

レチクルステージ４は、走査型露光装置では投影光学系５の光軸方向（Ｚ方向）およびこの方向に直交する方向（Ｘ、Ｙ方向）に移動可能であり、光軸に対して回転させることも可能である。レチクルステージ４の駆動制御は、露光装置制御系７０の指令がレチクルステージ制御系４０に伝えられ、レチクルステージ制御系４０の指令によりレチクルステージ４は駆動制御される。露光装置制御系７０は、制御部７２、記憶部７４および表示部７６を有する。
レチクル基準プレート３上には、不図示だが複数種類のレチクル基準マークが設けられている。レチクル基準マークは、投影光学系５に対して正確に位置決めされ、上述の第１のレチクルマークに重ね合わせされる。レチクル２上の第２のレチクルマークは、後述のウエハ基準プレート９上に設けられた基準マークとのずれ量の検出に使用される。
投影光学系５は、複数のレンズで構成されており、露光時はレチクル上の回路パターンをウエハ８上に投影光学系５の縮小倍率に対応した倍率で結像させる。５０は投影光学系制御系である。

６、７はオフアクシスのオートフォーカス光学系を形成している。６は投光光学系であり、投光光学系６より発せられた非露光光である光束は、ステージ基準プレート９上（またはウエハ８の上面）の点に集光し、反射される。反射された光束は、検出光学系７に入射する。不図示ではあるが、検出光学系７内には位置検出用受光素子が配置され、位置検出用受光素子とステージ基準プレート９上の光束の反射点が共役となるように構成されており、ステージ基準プレート９の投影光学系５の光軸方向の位置ズレは、検出光学系７内の位置検出用受光素子上での入射光束の位置ズレとして計測される。
検出光学系７により計測されたステージ基準プレート９の所定の基準面からの位置ズレは、ウエハステージ制御系６０に伝達される。ウエハステージ制御系６０は、フォーカスキャリブレーション計測時は、ステージ基準プレート９を所定の基準位置の近傍で投影光学系５の光軸方向（Ｚ方向）に上下駆動する。また、露光時はウエハ８の位置制御も実行する。

８１、８２はオフアクシスのオートフォーカス光学系を形成している。８１は投光光学系であり、投光光学系８１より発せられた非露光光である光束は、レチクル２の下面またはレチクル基準プレート３上の点に集光し、反射される。反射された光束は、検出光学系８２に入射する。不図示ではあるが、検出光学系８２内には位置検出用受光素子が配置され、位置検出用受光素子とレチクル２の下面の光束の反射点が共役となるように構成されており、レチクル２の下面の投影光学系５の光軸方向の位置ズレは、検出光学系８２内の位置検出用受光素子上での入射光束の位置ズレとして計測される。検出光学系８２により計測された所定の基準面または基準位置からのレチクル２の光軸方向のズレは、レチクル面制御系８０に伝達される。

次に、本実施形態において、レチクルステージ４上に載置されたレチクルの面形状計測について説明する。ここで、図２は、レチクルステージ４上でのレチクル２とレチクル吸着パッド４２、およびレチクル下面２ａの投影光学系５に対するＺ方向の位置（高さ）を計測する計測系の関係を示す図である。
図２（ａ）は、レチクルステージ４上にレチクル２が吸着されている時の図で、レチクル２およびレチクル吸着パッド４２の位置関係を示す図である。図２（ａ）に示すように、吸着パッド４２はレチクル２の実素子パターン領域外の四隅に配置されている。また、不図示ではあるが、レチクルステージ４は同図のＹ方向に走査駆動が可能であるため、四隅のパッド４２も走査方向に長く構成されている。

図２（ｂ）は、レチクルステージ４上にレチクル２が吸着されている状態を示す概略断面図で、レチクル２およびレチクル吸着パッド４２と、レチクル下面２ａの投影光学系５に対するＺ方向の位置（高さ）を計測する計測系（８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂ、８１ｃ、８２ｃ）の位置関係を示している。図２（ｂ）に示すように、計測系は吸着パッド４２に計測ビームが干渉しない位置で、かつ、レチクルのＸ方向を広範囲に計測可能な領域に配置されている。
本実施形態ではＸ方向に３点計測可能としているが、計測ビームが干渉しなければＸ方向に何点計測系を配置しても良い。

以下、レチクル下面２ａの投影光学系５に対する高さ（Ｚ方向位置）計測について説明する。ここで、図３は、計測点ＭＰを示す概略平面図である。図３において、黒丸は計測点を示している。レチクル下面２ａの投影光学系５に対する高さは、レチクルステージ４を移動し各々の位置で計測する。計測に関しては、レチクルステージ４を走査駆動させ、走査駆動中の各計測点を連続的に計測してもよいし、レチクルステージ４を各計測点位置に駆動させ、静止した状態で計測してもよい。より精度良く各計測点ＭＰの計測を行う場合には静止した状態で計測を行えばよいし、計測時間を短くする場合には走査駆動中の各計測点を連続的に計測すればよい。
高さ計測後は、後述する実施例に示すように、レチクルの面形状を算出し、その算出結果に基づいて補正項目および補正方法を決定し、決定に従って補正駆動を行う。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、計測手段としてＴＴＲ観察光学系２０を使用する。図４は、本実施形態の露光装置の装置構成を示すブロック図である。構成的には、図１に示す装置構成に対し、オフアクシスのオートフォーカス光学系８１、８２を除去し、代わりにＴＴＲ観察光学系２０を付加したものである。ＴＴＲ観察光学系２０以外は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。

ＴＴＲ観察光学系２０は、ファイバ２１、ハーフミラー２２、対物レンズ２３、ミラー２４、撮像素子２５を有している。ファイバ２１から出射した照明光束はハーフミラー２２を通過し、対物レンズ２３とミラー２４を介してレチクル基準プレート３（またはレチクル２）近傍に集光する。レチクル基準プレート３近傍に集光した照明光束は、投影光学系５を介してステージ基準プレート９上に集光する。ステージ基準プレート９からの反射光は元の光路を戻り、順に投影光学系５、レチクル基準プレート３、ミラー２４、対物レンズ２３を介し、ハーフミラー２２で反射して撮像素子２５に入射する。ＴＴＲ観察光学系２０内には不図示ではあるが、観察面との焦点位置を変えるリレーレンズが構成されている。また、不図示ではあるが、ＴＴＲ観察光学系２０はレチクルステージ４の走査方向に対して左右に配置されている。

本実施形態において、レチクルステージ４上に載置されたレチクル面形状計測について説明する。図５は、レチクルステージ４上でのレチクル２とレチクル吸着パッド４２およびレチクルマーク４４の関係を示す平面図である。
本実施形態のレチクルマーク４４は実素子パターン領域内には配置されていないが、レチクルマーク４４を実素子パターン領域内に配置することも可能である。

以下、図４〜図６を参照しながら、レチクルマーク４４の高さ計測（投影光学系５に対するＺ方向の位置（合焦点位置）計測）について説明する。ここで、図６は、レチクルマーク４４に対するＴＴＲ観察光学系２０の合焦点位置を計測する際の計測シーケンスフローである。図６に示すフローチャートは、例えば、制御系７０内の記憶部７４に格納される。
図６のステップＳ０にて第１のレチクルマーク４４へレチクルステージ４を駆動する。この時、ＴＴＲ観察光学系２０の対物レンズ２３またはミラー２４は、既に第１のレチクルマーク４４を観察可能な位置に駆動されている。

次いで、ステップＳ１において、ＴＴＲ観察光学系２０のリレーレンズを計測開始位置へ駆動する。次いで、ステップＳ２において、ＴＴＲ観察光学系２０によるレチクルマーク４４の計測を行う。ＴＴＲ観察光学系２０のレチクルマーク４４に計測は、ＴＴＲ観察光学系２０で使用するセンサが光電変換素子である場合はマークからの反射光量が計測値となり、センサがＣＣＤに代表される２次元センサである場合はマークのコントラストが計測値となる。

次いで、ステップＳ３において、レチクルマーク４４に対するＴＴＲ観察光学系２０の合焦点位置を算出するために必要な数の計測点（リレーレンズの焦点位置）についての計測が実施されたかを判定する。合焦点位置算出に必要な計測が終了していない場合は、ステップＳ４にてリレーレンズの焦点位置を変更する。その後、ステップＳ２にてマーク計測を実施する。
ステップＳ３にてレチクルマーク４４に対するＴＴＲ観察光学系２０の合焦点位置を算出するために必要な計測点数分の計測が終了した場合は、ステップＳ５にて合焦点位置を算出し、その位置（高さ）を記憶する。次いで、ステップＳ６では、全マークの計測が終了しているかを判定する。

全マークの計測が終了していない場合は、ステップＳ７にて次のレチクルマーク４４にレチクルステージ４を駆動させる。ステップＳ７はレチクルステージ４の可動範囲が狭いステッパ（ステップアンドリピート式投影露光装置）の場合はＴＴＲ観察光学系２０の対物レンズ２３またはミラー２４をマーク観察位置に駆動させればよい。
全マークの計測が終了するまでステップＳ０からステップＳ７を繰り返すことによって、ＴＴＲ観察光学系２０に対する各レチクルマーク４４の合焦点位置（ＭＰ）を求めることができる。
合焦点位置（高さ）計測後は、以下の実施例に示すように、レチクルの面形状を算出し、その算出結果に基づいて補正項目および補正方法を決定し、決定に従って補正駆動を行う。

［第１の実施例］
以下、本発明の第１の実施例として、前記第１および第２の実施形態により得られた高さ（合焦点位置）計測結果を基にレチクル面形状を算出する方法、ならびに算出したレチクル面形状に対する補正項目および補正方法の決定方法について説明する。
図７および図８は、高さ計測完了後のレチクル面形状算出方法およびその算出結果に基づいての補正項目の決定方法のシーケンスフローである。図７および図８に示すフローチャートは、例えば、制御系７０内の記憶部７４に格納される

図７は、図３の計測点ＭＰまたは図５のレチクルマーク４４の全計測結果より、同一Ｙ座標毎に、Ｘ方向計測値を使いレチクル面形状を算出し、チルト（Ｔｉｌｔ）、像面湾曲、フォーカス（Ｆｏｃｕｓ）の補正項目に対し補正のオフ／オンを決定するシーケンスフローである。

ステップＳ１０にて非スキャン（非Ｓｃａｎ）方向（Ｘ方向）の計測値より近似直線を求め、傾き量を閾値判定する。本実施例では閾値を５ｐｐｍとしているが、閾値は、プロセス毎に可変とすることによりプロセスで許容される許容量に合わせて閾値を決定することが可能となる。
閾値については、他にも補正系が補正駆動可能な範囲を閾値としても良いし、補正系の補正駆動誤差を考慮し、装置側が補正駆動誤差を最低限補償可能な補正量を閾値としても良い。
本実施例では、プロセス許容量として、チルトは５ｐｐｍ以下となるよう補正を掛けることとして説明する。ステップＳ１０の閾値判定にて、近似直線傾きが５ｐｐｍを超えている場合には、ステップＳ１１にてチルトｘ（非Ｓｃａｎ方向の傾き補正項目をチルトｘとする）補正をＯｎとし、ステップＳ１２にてチルトｘ補正した際の残留成分を算出する。具体的には、Ｘ方向計測値よりチルトｘ補正した際のフォーカス換算値を各計測点で減算している。

次に、ステップＳ１３にて非Ｓｃａｎ方向の計測値（または補正値を減算した値）より近似関数を求め、近似関数の曲率を閾値判定する。本実施例では閾値を０．５としているが、閾値は、プロセス毎に可変とすることによりプロセスで許容される許容量に合わせて閾値を決定することが可能となる。
閾値については、他にも補正系が補正駆動可能な範囲を閾値としても良いし、補正系の補正駆動誤差を考慮し、装置側が補正駆動誤差を最低限補償可能な補正量を閾値としても良い。
本実施例では、プロセス許容量として、曲率は０．５以下となるよう補正を掛けることとして説明する。ステップＳ１３の閾値判定にて、曲率が０．５を超えている場合には、ステップＳ１４にて像面湾曲補正をＯｎとし、ステップＳ１５にて像面湾曲補正した際の残留成分を算出する。具体的には、Ｘ方向計測値より像面湾曲補正した際のフォーカス換算値を各計測点で減算している。

次に、ステップＳ１６にて非Ｓｃａｎ方向の計測値（または補正値を減算した値）を閾値判定する。本実施例では閾値を１０ｎｍとしているが、閾値は、プロセス毎に可変とすることによりプロセスで許容される許容量に合わせて閾値を決定することが可能となる。
閾値については、他にも補正系が補正駆動可能な範囲を閾値としても良いし、補正系の補正駆動誤差を考慮し、装置側が補正駆動誤差を最低限補償可能な補正量を閾値としても良い。
本実施例では、プロセス許容量として、１０ｎｍ以上フォーカス残があれば補正を掛けることとして説明する。ステップＳ１６の閾値判定にて、フォーカス残が１０ｎｍを超えている場合には、ステップＳ１７にてフォーカス補正をＯｎとする。

本実施例では、前記処理を全Ｙ像高分繰り返すことにより、レチクル面形状算出およびレチクル面形状を元に補正項目を決定する。
なお、上述においては、Ｙ像高（同一Ｙ座標）毎にフォーカス、チルト、像面湾曲補正についてＯｆｆ／Ｏｎ判定を実施するよう説明したが、レチクル面形状に因らず補正項目を決定しても良いし、１像高でも補正Ｏｎとなるような判定をした場合には、全Ｙ像高分全て補正Ｏｎとなるように補正項目を決定しても良い。

図８は図７の判定の前に、全計測値より１次平面を算出し、１次平面補正を実施する処理を追加したシーケンスフローである。始めに１次平面を算出し、１次平面補正した分を全計測値から減算する以外は図７のシーケンスフローと同じであるので、説明は省略する。
本実施例では、フォーカス、チルト、像面湾曲補正についてＯｆｆ／Ｏｎ判定を実施する場合を説明したが、倍率、ディストーション（Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）、シフト（Ｓｈｉｆｔ）、回転補正についても同様な判定処理を実施することにより補正項目を決定することが出来る。

次に、補正値計算について説明する。
図９は、実素子パターン領域がレチクル全面である場合の実素子パターン領域と計測点ＭＰとの関係を示す図である。
図１０は、図３または図５の任意の計測点について図３または図５をＡ方向から見た側面図である。図１０（ａ）はレチクル変形が殆ど無い状態の図であり、この場合の補正項目は補正なしまたはフォーカスのみ補正となる。
フォーカス補正値の算出については、３点のＭＰ値の平均値としても良いし、任意の２点の平均値としても良いし、真中の１点のＭＰ値としても良い。Ｘ方向のＭＰ値が複数点あれば、複数点の平均値としても良い。

図１０（ｂ）は、撓みが大きく、傾き成分が殆ど無い状態の図であり、この場合の補正項目は、フォーカスまたは像面湾曲またはフォーカスおよび像面湾曲の補正となる。
フォーカス補正値の算出については、３点のＭＰ値の平均値としても良いし、任意の２点の平均値としても良いし、真中の１点のＭＰ値としても良い。Ｘ方向のＭＰ値が複数点あれば、複数点の平均値としても良い。
像面湾曲補正値の算出については、３点のＭＰ値を関数フィッティングすることにより湾曲形状を求めても良いし、真中のＭＰ値と両端のＭＰ値との差をもって補正値としても良い。Ｘ方向のＭＰ値が複数点あれば、複数点のＭＰ値を関数フィッティングしても良い。
フォーカスおよび像面湾曲を補正する場合の補正値の算出については、３点のＭＰ値を関数フィッティングし、曲率を像面湾曲補正値、切片をフォーカス補正値としても良いし、真中のＭＰ値をフォーカス補正値、真中のＭＰ値と両端のＭＰ値との差をもって像面湾曲補正値としても良い。

図１０（ｃ）は、撓みは殆ど無く、傾き成分が大きい状態の図であり、この場合の補正項目は、フォーカスまたはチルトまたはフォーカスおよびチルトの補正となる。
フォーカスのみ補正する場合の補正値の算出については、３点のＭＰ値の平均値としても良いし、任意の２点の平均値としても良いし、真中の１点のＭＰ値としてもよい。Ｘ方向のＭＰ値が複数点あれば、複数点の平均値としても良い。
チルトのみ補正する場合の補正値の算出については、任意の２点の傾きとしても良いし、３点のＭＰ値より近似直線を求め、近似直線傾きをチルト補正値としても良い。Ｘ方向のＭＰ値が複数点あれば、複数点のＭＰ値より近似直線を求め、近似直線傾きをチルト補正値としても良い。
フォーカスおよびチルト補正をする場合の補正値の算出については、任意の２点の傾きをチルトの補正とし、その後３点のＭＰ値よりチルト補正分を減算し、減算後の３点のＭＰ値の平均値をフォーカスの補正値としても良いし、減算後の任意の２点の平均値をフォーカスの補正値としても良いし、３点のＭＰ値より近似直線を求め、近似直線傾きをチルトの補正値、切片をフォーカスの補正値としても良い。Ｘ方向のＭＰ値が複数点あれば、複数点のＭＰ値より近似直線を求め、近似直線傾きをチルトの補正値、切片をフォーカスの補正値としても良い。

図１０（ｄ）は、撓みおよび傾き成分が大きい状態の図であり、この場合の補正項目は、フォーカスまたはチルトまたは像面湾曲またはフォーカスおよびチルトまたはフォーカスおよび像面湾曲またはチルトおよび像面湾曲またはフォーカスおよびチルトおよび像面湾曲の補正となる。
フォーカスのみ補正する場合の補正値の算出については、３点のＭＰ値の平均値としても良いし、任意の２点の平均値としても良いし、真中の１点のＭＰ値としてもよい。Ｘ方向のＭＰ値が複数点あれば、複数点の平均値としても良い。
チルトのみ補正する場合の補正値の算出については、任意の２点の傾きとしても良いし、３点のＭＰ値より近似直線を求め、近似直線傾きとしても良い。Ｘ方向のＭＰ値が複数点あれば、複数点のＭＰ値より近似直線を求め、近似直線傾きをチルトの補正値としても良い。
像面湾曲のみ補正する場合の補正値の算出については、３点のＭＰ値を関数フィッティングすることにより湾曲形状を求めても良いし、真中のＭＰ値と両端のＭＰ値との差をもって補正値としても良い。Ｘ方向のＭＰ値が複数点あれば、複数点のＭＰ値を関数フィッティングし、湾曲形状を求めても良い。

フォーカスおよびチルト補正をする場合の補正値の算出については、任意の２点の傾きをチルトの補正値とし、その後３点のＭＰ値よりチルト補正分を減算し、減算後の３点のＭＰ値の平均値をフォーカスの補正値としても良いし、減算後の任意の２点の平均値をフォーカス補正値としても良いし、３点のＭＰ値より近似直線を求め、近似直線傾きをチルトの補正値、切片をフォーカスの補正値としても良い。Ｘ方向のＭＰ値が複数点あれば、複数点のＭＰ値より近似直線を求め、近似直線傾きをチルトの補正値、切片をフォーカスの補正値としても良い。

フォーカスおよび像面湾曲を補正する場合の補正値の算出については、３点のＭＰ値を関数フィッティングし、曲率を像面湾曲補正値、切片をフォーカス補正値としても良いし、真中のＭＰ値をフォーカス補正値、真中のＭＰ値と両端のＭＰ値との差をもって像面湾曲補正値としても良い。Ｘ方向のＭＰ値が複数点あれば、複数点のＭＰ値を関数フィッティングし、曲率を像面湾曲補正値、切片をフォーカス補正値としても良い。

フォーカスおよびチルトおよび像面湾曲を補正する場合の補正値の算出については、任意の２点の傾きをチルトの補正とし、その後３点のＭＰ値よりチルト補正分を減算し、減算後の３点のＭＰ値を関数フィッティングし、曲率を像面湾曲補正値、切片をフォーカス補正値としても良いし、Ｘ方向に３点以上のＭＰ値がある場合は関数フィッティングし、曲率を像面湾曲補正値、傾きをチルト補正値、切片をフォーカス補正値としても良い。
チルトの補正値については、計測により得られた全てのＭＰ値を元に、近似平面を算出し、近似平面傾きをチルトの補正値としても良い。この場合は、全てのＭＰ値よりチルト補正分を減算し、減算後のＭＰ値を元に、前述の補正値計算を行えばよい。

また、ＸＹ平面に平行な方向ズレである倍率・ディストーション・回転・シフトについては、予めシミュレーション等により高さ方向の変化量に対するＸまたはＹ方向のずれ係数Ｃｏｅｆ（ｘ）、Ｃｏｅｆ（ｙ）を求めておき、
ΔＸ＝ΔＺ×Ｃｏｅｆ（ｘ）
ΔＹ＝ΔＺ×Ｃｏｅｆ（ｙ）
なる換算式より、全計測点においてΔＸおよびΔＹを算出する。算出した値を元にレチクル変形により発生する倍率・ディストーション・回転・シフト量が算出可能となる。
他にも、全計測値を元に、レチクル曲面を算出し、算出したレチクル曲面を微分することにより平面方向のレチクル面形状を算出することも可能である。

ＴＴＲ観察光学系２０を使用した計測の場合は、合焦点位置にリレーレンズの焦点位置を変更後、ＴＴＲ観察光学系２０に対するレチクルマーク４４の位置ずれを計測することにより、ΔＸ、ΔＹを計測することも可能である。
前述のように、実素子パターン領域がレチクル全面である場合には、全計測値を元にレチクル面形状に対する補正項目を決定すればよい。

図１１は、実素子パターン領域がレチクル全面でない場合の実素子パターン領域と計測点ＭＰとの関係を示す図である。
図１１（ａ）は、実素子パターン領域がレチクルＸ方向中心に偏っている場合、図１１（ｂ）は、実素子パターン領域がレチクルＹ方向上部に偏っている場合を示している。
図１１（ａ）の場合の補正項目は、前述のように全ＭＰ値を元にレチクル変形状態を算出し、変形量を元に補正項目を決定しても良いし、実素子パターン領域がレチクルＸ方向中心に偏っているため、真中の１点のＭＰ値を元にフォーカスのみ補正しても良い。
また、Ｙ方向の真中１点の全ＭＰ値より近似直線を算出し、近似直線傾きをチルト補正値としても良い。

図１１（ｂ）の場合の補正項目は、前述のように全ＭＰ値を元にレチクル変形状態を算出し、変形量を元に補正項目を決定しても良いし、実素子パターン領域がレチクルＹ方向上部に偏っているため、実素子パターン領域内の全ＭＰ値または実素子パターン領域内および実素子パターン領域近傍の全ＭＰ値を元にレチクル変形状態を算出し、変形量を元に補正項目を決定しても良い。
図１１（ｃ）のように、実素子パターン領域内に計測点がない場合は、前述のように全ＭＰ値を元にレチクル変形状態を算出し、変形量を元に補正項目を決定しても良いし、実素子パターン領域近傍の全ＭＰ値を元にレチクル変形状態を算出し、変形量を元に補正項目を決定しても良い。
実素子パターン領域内に計測点がない場合は、パターン領域と計測点との距離によりＭＰ値に対して重みをつけ、レチクル変形状態を算出しても良い。

補正項目決定後、補正方法を決定する。補正方法については、
（１）ウエハステージ補正駆動
（２）レチクルステージ補正駆動
（３）投影レンズ補正駆動
（４）露光光源波長切替
のいずれかの方法より選択する。
具体的には、フォーカス／像面湾曲／倍率補正を実施する場合には、
（１）ウエハステージ補正駆動
（２）レチクルステージ補正駆動
（３）投影レンズ補正駆動
（４）露光光源波長切替
のいずれかの方法より選択する。
チルト／シフト／回転補正を実施する場合には、
（１）ウエハステージ補正駆動
（２）レチクルステージ補正駆動
のいずれかの方法より選択する。
ディストーション補正を実施する場合には、
（３）投影レンズ補正駆動
（４）露光光源波長切替
のいずれかの方法より選択する。

［第２の実施例］
以下、本発明の第２の実施例として、予めレチクルステージ上に載置されたレチクル面形状を計測し、レチクル面形状に対して補正を掛けない状態で露光を実施し、露光結果に含まれるレチクル面形状エラーを抽出する方法について説明する。
図１２は、露光結果よりレチクル面形状エラーを抽出するための一連のシーケンスフローである。
ステップＳ２１にて、露光処理に使用するレチクルがレチクルステージ上に載置された状態で、前記第１または第２の実施形態の計測方法によりレチクル面形状（高さまたは合焦点位置）を計測する。
ここで、計測したレチクル面形状は、後述する露光結果に含まれるレチクル面形状エラーを抽出する補正計算に使用し、露光時の補正では使用しない。
露光時の補正で使用しない理由は、露光処理結果には、純粋なレチクル面形状成分以外の他成分（レチクル面形状エラー：計測誤差や補正駆動誤差等）が含まれてしまうためである。

ステップＳ２２にて、露光を実施する。露光の前に予め露光に使用するウエハ全面の表面状態をオフアクシスオートフォーカス光学系にて計測しておくことにより、露光結果よりウエハ平坦度によるデフォーカス成分を除去可能となる。
さらに、露光処理中のフォーカス補正誤差量を計測（露光中心位置でオフアクシスオートフォーカス光学系により計測）することにより、露光結果よりフォーカス補正誤差成分を除去可能となる。
ここで、露光領域は、図９のようにレチクル全面が実素子パターン領域であっても良いし、図１１のように実素子パターン領域がレチクル全面でなくても良い。
また、不図示ではあるが、レチクルには図１３のようなマークが実素子パターン領域内または、実素子パターン領域外に配置されている。マークの配置は、前記第１または第２の実施形態の計測方法にて計測する計測位置と同じ位置であることが望ましいが、計測結果よりレチクル面形状が算出可能な位置に配置されていれば良い。

ステップＳ２２により露光処理が終了後、ステップＳ２３以降処理にて露光結果の計測処理を実施するが、露光の際に使用するレジストとして現像が必要なレジストを使い露光した場合には、ステップＳ２２とステップＳ２３の前に現像処理が必要となる。露光の際に潜像レジストやフォトクロレジストといった現像処理が不要なレジストを使い露光した場合には、ステップＳ２２に続きステップＳ２３処理が可能となる。
ステップＳ２３ではアライメント計測を実施する。
ステップＳ２４では、ステップＳ２３のアライメント結果を反映し、計測第１ショットの第１マークを計測位置に駆動する。
ステップＳ２５では、マーク計測を不図示のオフアクシス観察光学系にて実施する。本実施例ではマーク計測をオフアクシス観察光学系としたが、ＴＴＬ観察光学系にてマーク計測を実施しても良い。

計測処理は、図１３の外側Ｂｏｘマークと内側Ｂｏｘマークの相対位置ずれを計測する。
図１３に示す計測マークは、２つのＢｏｘマークの相対位置ずれ量よりデフォーカス量が計測できる特殊なマークであるが、マークに関する詳細説明は省略する。
計測マークの相対位置ずれ量に対するデフォーカス量算出のための敏感度は事前にフォーカスを変化させながらマークを露光し、露光後の相対位置ずれ量を計測することにより算出されている。

ステップＳ２６では、ショット内の全マークの計測が完了しているかを判定する。
ショット内の全マークの計測が完了していない場合は、ステップＳ２７にて次の計測マークを計測するための位置にステージを駆動する。
ショット内の全マークの計測が完了した場合は、ステップＳ２８にて全てのショットの計測が完了したかを判定する。
全てのショットの計測が完了していない場合は、ステップＳ２９にて次のショットを計測するための位置にステージを駆動する。
全てのショットの計測が完了した場合、計測は完了となる。
図１２に示した、レチクル面形状の抽出処理は、プロセス処理時の先行ウエハ処理としても良いし、プロセス処理前に１度計測しておいても良い。

次に、計測結果よりレチクル面形状を抽出する計算方法について説明する。
図１４は、図１２に示す処理により得られた全マークの計測結果より、レチクル面形状エラーを抽出するための処理フローである。
ステップＳ３１では、露光前に計測したウエハ平坦度に起因するデフォーカス成分を計測値より減算する。
ステップＳ３２では、露光時に計測したフォーカス補正誤差分を算出する。具体的には、露光ショット内の各位置の露光位置でのオフアクシスオートフォーカス光学系での計測値（フォーカス値およびチルト値）を元に、ショット内各マークが配置されている座標でのデフォーカス量に換算する。
ステップＳ３３では、ステップＳ３２にて算出したフォーカス補正誤差分を計測値より減算する。
ステップＳ３４では、露光前に計測したレチクル面形状計測値を元に、レチクル面形状に起因するデフォーカス成分を算出する。具体的には、レチクル面形状計測値より、近似平面式を求め、求めた近似平面式に露光ショット内の各マーク座標を代入することによりデフォーカス量に換算する。
ステップＳ３５では、ステップＳ３４にて算出したレチクル面形状分を計測値より減算する。
ここまでの計算結果を”Ａ”とする。

ステップＳ３６にて、１ショット内の全マーク分補正計算が終了していない場合にはステップＳ３７の次のマークの補正計算へ進む。
ステップＳ３６にて、１ショット内の全マーク分補正計算が終了している場合は、ステップＳ３８に進む。
ステップＳ３８にて全ショットの補正計算が終了していない場合には、ステップＳ３９の次ショットの計算処理へ進む。
ステップＳ４０では、ショット内の同一位置マークの平均値を算出する。この値を”Ｂ”とする。”Ｂ”の値は、レンズ像面形状を表している。
“Ｂ”の結果を元に、以後の露光処理においては”Ｂ”の形状を補正するよう補正を掛ければよい。レンズ像面形状は、投影レンズ補正駆動または露光波長切替により補正が可能である。

ステップＳ４１では、計測値より誤差成分を除去した結果である”Ａ”の値より、ステップＳ４０にて算出したレンズ像面形状である”Ｂ”の値を減算している。この結果は、全ショット・全マークの露光処理時および計測時のランダム誤差成分を示している。
ステップＳ４２では、ステップＳ４１にて算出したランダム誤差成分をショット内同一像高（Ｙ座標）毎に平均値を算出している。この値が、１ショット露光する際のレチクル面形状エラーとなる。この値を”Ｃ”とする。
図１４に示した、レチクル面形状エラーの抽出結果である”Ｃ”の値は、露光結果に対する前記第１または第２の実施形態の計測方法により得られた計測値に対する補正値として反映すればよい。
“Ｃ”の結果を反映後の露光処理における補正項目および補正方法は、本発明の第１の実施例にて説明した補正項目決定方法により決定すればよい。

上述の実施形態によれば、レチクルステージ上に載置されたレチクル面形状を元に、最適な補正条件を決定し、補正を実施することが可能となるため、高品位の露光が可能な露光装置および方法、かかる露光装置を用いたデバイス製造方法を提供することができる。

［デバイスの製造の実施例］
次に、この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１５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）の製造のフローを示す。
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（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。
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、上記用意したマスクを設置した露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によっ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４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。

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焼付露光する露光ステップ、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。

本発明の第１の実施形態に係る露光装置のブロック図である。 図１に示す露光装置のレチクルとレチクル吸着パッドおよびレチクル下面計測用斜入射計測系の関係を示す平面図および断面図である。 図２に示すレチクルの下面の計測点ＭＰを示す概略平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る露光装置のブロック図である。 図４に示す露光装置のレチクルとレチクル吸着パッドおよびレチクルマークの関係を示す平面図である。 レチクルマークに対する図４に示すＴＴＲ観察光学系の合焦点位置の計測シーケンスフローである。 レチクル形状算出およびその算出結果に基づく補正項目決定のシーケンスフローである。 レチクル形状算出およびその算出結果に基づく補正項目決定のシーケンスフローである。 実素子パターン領域がレチクル全面である場合の実素子パターン領域と計測点ＭＰとの関係を示す図である。 図３または図５をＡ方向から見た側面図である。 実素子パターン領域がレチクル全面でない場合の実素子パターン領域と計測点ＭＰとの関係を示す図である。 レチクル形状エラー抽出のための露光処理シーケンスフローである。 計測マークを示す図である。 レチクル形状エラーを算出するための計算処理シーケンスフローである。 デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。

符号の説明

２：レチクル、３：レチクル基準プレート、４：レチクルステージ、５：投影光学系、８：ウエハ、１０：ウエハステージ、２０：ＴＴＲ観察光学系、４０：レチクルステージ制御系、４２：レチクル吸着パッド、４４：レチクルマーク、５０：投影光学系制御系、６０：ウエハステージ制御系、７０：露光装置制御系、７２：制御部、７４：記憶部、７６：表示部、８０：レチクル面制御系、８１：投光光学系、８２：検出光学系。

Claims (6)

1. 原版ステージに支持された原版に形成されたパターン像を、投影光学系を介して基板ステージに支持された基板上に露光する露光装置であって、
   前記投影光学系の光軸方向における所定の基準位置に対する前記原版の実露光領域の複数点の相対位置を計測する計測手段と、
   前記計測手段により計測された前記相対位置に基づいて前記原版の面形状を算出する算出手段と、
   前記算出手段より算出された前記原版の面形状に基づいて前記基板上に露光されるパターン像を補正するための補正項目および補正方法を選択する補正方法選択手段と、
   前記補正方法選択手段にて選択された補正項目および補正方法により補正を実行する補正手段とを有することを特徴とする露光装置。
2. 前記補正方法選択手段は、さらに、当該露光装置およびプロセスにより決定される前記原版の面形状許容値、または当該露光装置の補正駆動可能範囲および補正駆動分解能をも加味して前記補正項目および補正方法を決定することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記補正方法選択手段により選択される補正項目は、フォーカス、チルト、像面湾曲、倍率、ディストーション、シフトおよび回転のうち２つ以上を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記補正方法選択手段による選択対象の補正方法は、基板ステージ補正駆動、原版ステージ補正駆動、投影光学系補正駆動および露光光源波長切替えのうち２つ以上を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の露光装置。
5. 前記補正方法選択手段は、複数の補正項目のうち、１つ以上の補正項目の補正を行うか、または全補正項目の補正を行わないかを選択することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の露光装置。
6. 原版ステージに支持された原版に形成されたパターン像を、投影光学系を介して基板ステージに支持された基板上に露光するデバイス製造方法であって、
   前記投影光学系の光軸方向における所定の基準位置に対する前記原版の実露光領域の複数点の相対位置を計測する計測工程と、
   前記計測工程において計測された前記相対位置に基づいて前記原版の面形状を算出する算出工程と、
   前記算出工程において算出された前記原版の面形状に基づいて前記基板上に露光されるパターン像を補正するための補正項目および補正方法を選択する補正方法選択工程と、
   前記補正方法選択工程にて選択された補正項目および補正方法により補正を実行する補正工程と、
   露光した前記基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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