JP2010080511A - 露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転写対象のパターンの密度分布に応じて結像特性を高精度に補正する。
【解決手段】照明光でレチクルＲのパターン及び投影光学系を介してウエハを露光する露光方法において、そのパターンを照明領域２１ＲＸと同じ大きさの領域を単位として複数の部分領域に分け、各部分領域のパターン密度に対応する情報として各部分領域を透過する照射量を計測して、パターン密度の分布情報を計測する工程と、その分布情報からレチクル透過エリア３１ｅｆの大きさを求め、この大きさに応じて露光条件を設定する工程と、その設定された露光条件に基づいてウエハを露光する工程と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、設定された露光条件のもとで転写用のパターンを介して物体を露光する露光技術、及び露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

例えば半導体デバイス又は液晶表示素子等のデバイス（電子デバイス、マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程中で、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンを投影光学系を介してレジスト（感光材料）が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために、ステッパ等の一括露光型の投影露光装置又はスキャニングステッパ等の走査露光型の投影露光装置等の露光装置が使用されている。これらの露光装置においては、露光光の照射エネルギー等による投影光学系の結像特性（収差特性）の変動を抑制するために、例えば投影光学系を構成する光学部材の位置及び傾斜角を調整することによって結像特性を調整する結像特性補正機構が備えられている。

従来は、例えば所定のパラメータを含む予測モデルを用いて露光光の照射量等に伴う結像特性の変動量を予測し、この予測された変動量を相殺するように結像特性補正機構を介して結像特性を補正していた（例えば、特許文献１参照）。また、その予測モデルに含まれるパラメータは、例えばレチクルを照明する照明領域の大きさ等に基づいて設定されていた。
特開平４−１３４８１３号公報

露光装置において、レチクルの例えば透過パターンの密度分布はレチクルによって様々であり、その密度分布によってレチクルを透過する露光光の光量分布、ひいては投影光学系内の光学部材の温度分布が変化するため、投影光学系の結像特性の時間経過による変動量が変化する。
このパターンの密度分布による結像特性の変動量の差は僅かであるが、今後、結像特性補正機構を介して結像特性をより高精度に補正するためには、そのような要因も考慮することが好ましい。

本発明はこのような事情に鑑み、転写対象のパターンの密度分布に応じて結像特性を高精度に補正できる露光技術及びデバイス製造技術を提供することを目的とする。

本発明による露光方法は、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光方法において、そのパターンを複数の領域に分け、各領域のパターン密度情報を計測し、そのパターンの密度分布情報を計測する工程と、そのパターンの密度分布情報に応じて露光条件を設定する工程と、その設定された露光条件に基づいてその露光光でそのパターン及びその投影光学系を介して物体を露光する工程と、を含むものである。

また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理することと、を含むものである。

本発明によれば、転写対象のパターンの密度分布情報を計測しているため、そのパターンの密度分布に応じて結像特性を高精度に補正できる。

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図６を参照して説明する。本実施形態は、一括露光型（静止露光型）の投影露光装置であるステッパ型の露光装置で露光を行う場合に本発明を適用したものである。
図１は、本実施形態に係る露光装置の概略構成を示す。図１において、この露光装置は、アーク放電型の水銀ランプよりなる放電ランプ４と、放電ランプ４から発生する光を集光する楕円鏡４Ｍと、楕円鏡４Ｍで集光された光を開閉するシャッタ（不図示）と、シャッタを通過した光から露光用の照明光（露光光）ＩＬを選択する干渉フィルタ６と、照明光ＩＬによりレチクルＲ（マスク）を照明する照明光学系５とを備えている。さらに、その露光装置は、レチクルＲを保持するレチクルステージ２２と、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをフォトレジスト（感光材料）が塗布されたウエハＷ（物体）上に投射する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系１と、その他の駆動系等とを備えている。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに垂直な面内の直交する２方向にＸ軸及びＹ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の周りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

照明光ＩＬとしては、例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）が使用されているが、ｉ線の他に、ｇ線、ｈ線、若しくはこれらの混合光等が使用できる。さらに、露光用の光源としては、放電ランプの他に、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）若しくはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）などの紫外パルスレーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置なども使用することができる。

露光時に開状態のシャッタ（不図示）及び干渉フィルタ６を通過した照明光ＩＬは、ミラー７及びインプットレンズ８を経て、照度分布を均一化するためのフライアイレンズ１０（オプティカルインテグレータ）に入射する。フライアイレンズ１０の射出面（照明光学系５の瞳面）には、通常照明用の開口絞り１３Ａ、４極照明用の開口絞り１３Ｂ、輪帯照明用の開口絞り１３Ｃ、及び小さいコヒーレンスファクタ（小σ照明）用の開口絞り１３Ｄ等が周囲に配置された照明系開口絞り部材１１が、駆動モータ１２によって回転可能に配置されている。主制御系１が照明系開口絞り部材１１を回転して、所望の開口絞りを照明光ＩＬの光路上に設置することによって、照明条件が設定される。

照明系開口絞り部材１１中の一つの開口絞りを通過した照明光ＩＬは、反射率の小さいビームスプリッタ１４及びリレーレンズ１７Ａを経て、レチクルＲのパターン面（レチクル面）とほぼ共役な面上に配置されたレチクルブラインド（可変視野絞り）１８の開口を通過する。レチクルブラインド１８は、レチクル面上の照明領域２１ＲのＸ方向の幅及び位置を規定する２枚の矩形の遮光板１８Ｘ１，１８Ｘ２と、照明領域２１ＲのＹ方向の幅及び位置を規定する２枚の矩形の遮光板１８Ｙ１，１８Ｙ２とを含んでいる。

この場合、一例として、図３（Ａ）に示すように、遮光板１８Ｙ１，１８Ｙ２は、リニアモータの可動子４２Ｙ１，４２Ｙ２によってガイド部材４１Ｙに沿って互いに独立に移動可能である。主制御系１がブラインド駆動系４４を介して可動子４２Ｙ１，４２Ｙ２及び遮光板１８Ｙ１，１８Ｙ２の位置及び間隔を制御する。さらに、図４（Ａ）に示すように、遮光板１８Ｘ１，１８Ｘ２は、リニアモータの可動子４２Ｘ１，４２Ｘ２によってガイド部材４１Ｘに沿って互いに独立に移動可能である。主制御系１がブラインド駆動系４４を介して可動子４２Ｘ１，４２Ｘ２及び遮光板１８Ｘ１，１８Ｘ２の位置及び間隔を制御する。

図１において、露光時に、レチクルブラインド１８の開口を通過した照明光ＩＬは、サブコンデンサレンズ１７Ｂ、ミラー１９、及びメインコンデンサレンズ２０を経て、レチクルＲのパターン領域３１の全面を覆う矩形（又はほぼ正方形）の照明領域２１Ｒを均一な照度分布で照明する。
一方、ビームスプリッタ１４で反射された照明光は、集光レンズ１５を介して光電センサよりなるインテグレータセンサ１６に受光される。インテグレータセンサ１６の検出信号は露光量制御系３に供給され、露光量制御系３は、その検出信号を用いてレチクルＲ上及びウエハＷ上での照明光ＩＬの照射量（露光量）又は照度を間接的に算出する。露光量制御系３は、その算出結果の積算値を主制御系１に供給するとともに、露光中には、主制御系１からの制御情報（照明光ＩＬの照射量、及びウエハ上のフォトレジストのドーズ（設定露光量）等の情報）に基づいて、ウエハＷ上で適正露光量が得られるように放電ランプ４の発光動作及びシャッタ（不図示）の開閉動作を制御する。ミラー７からメインコンデンサレンズ２０までの光学部材を含んで照明光学系５が構成されている。

照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域２１Ｒ内の回路パターンは、両側テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率（例えば１／４，１／５等の縮小倍率）で、ウエハＷ上の一つのショット領域ＳＡ上の露光領域２１Ｗ（照明領域２１Ｒと共役な領域）に投影される。投影光学系ＰＬは例えば屈折系であるが、反射屈折系等も使用できる。レチクルＲのパターン面（レチクル面）及びウエハＷの表面がそれぞれ投影光学系ＰＬの物体面及び像面に配置される。

本実施形態の投影光学系ＰＬには、図２に示すように、所定の結像特性を補正（調整）するための結像特性補正装置３９が備えられている。
図２においては、説明の便宜上、投影光学系ＰＬ内の光軸ＡＸに沿って配置された多数のレンズエレメントのうちの８枚のレンズ４３₁、４３₂、…、４３₈ のみを図示している。この場合、レンズ４３₁〜４３₈ の一部、例えばレンズ４３₁、４３₂は、それぞれ複数の駆動素子（例えばピエゾ素子など）３７によって光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）、θｘ方向、及びθｙ方向に微小駆動可能に構成されている。各駆動素子３７に与えられる駆動電圧（駆動素子の駆動量）は、主制御系１からの指令に応じて結像特性制御系３６により制御される。

更に、投影光学系ＰＬ中の例えば瞳面ＰＰＬに近い所定のレンズ４３₄ に対して、不図示の光源から供給される例えば近赤外域の加熱用の光を導波路３８Ａ及び３８Ｂを介して照射できるように構成され、その照射時間も結像特性制御系３６によって制御される。このように、駆動素子３７、導波路３８Ａ，３８Ｂ、及び結像特性制御系３６を含んで結像特性補正装置３９が構成されている。この場合、駆動素子３７によって、投影光学系ＰＬのディストーション（倍率誤差を含む）、及びコマ収差等の結像特性が補正される。また、導波路３８Ａ，３８Ｂからの光の照射によって、例えば光軸上で残存する非点収差であるいわゆるセンターアスの補正も行うことができる。

なお、その可動レンズの数は任意で良い。但し、例えば可動レンズの数が、フォーカスを除く、投影光学系ＰＬの結像特性の補正可能な種類に対応しており、補正対象の結像特性の種類に応じて、可動レンズの数又は可動レンズの全体としての駆動の自由度を定めれば良い。
図１に戻り、レチクルＲはレチクルステージ２２上に吸着保持され、レチクルステージ２２はレチクルベース２３上でＸ方向、Ｙ方向、θｚ方向に微動して、レチクルＲの位置及び回転角の微調整を行う。レチクルステージ２２の位置は、この上に設けられた移動鏡（不図示）及びレーザ干渉計（不図示）によって計測され、この計測値及び主制御系１からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系２は不図示の駆動機構（ボイスコイルモータなど）を介してレチクルステージ２２の位置等を制御する。

また、レチクルステージ２２の上方に、照明光学系５の光軸をＸ方向に挟むように外側に退避可能にミラー３３Ａ，３３Ｂ（３３Ｂは不図示）が配置され、ミラー３３Ａ等を介して例えば画像処理方式のレチクルアライメント系３４Ａ，３４Ｂが配置されている。レチクルアライメント系３４Ａ，３４Ｂは、必要に応じて、例えばレチクルＲのパターン領域３１をＸ方向に挟むように形成されているアライメントマーク３２Ａ，３２Ｂの位置を計測し、計測結果を主制御系１内のアライメント制御部に供給する。アライメント制御部は、その計測結果を用いてレチクルＲのアライメントを行う。

一方、ウエハＷは、ウエハホルダ２４を介してウエハステージＷＳＴ上に吸着保持され、ウエハステージＷＳＴはウエハベース２７上でＹ方向に一定速度で移動すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動するＸＹステージ２６と、Ｚチルトステージ２５とを備えている。Ｚチルトステージ２５は、図２に示すように、３つのＺ位置駆動部３５Ａ，３５Ｂ，３５ＣによってＸＹステージ２６上に３点で支持されている。これらのＺ位置駆動部３５Ａ〜３５Ｃの駆動によって、Ｚチルトステージ２５（ウエハＷ）の光軸ＡＸ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向の回転角を制御する。更に、照射系２８ａ及び受光系２８ｂから成る、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（以下、ＡＦセンサと略述する）２８が設けられている。受光系２８ｂの検出信号を不図示の信号処理部で処理することで、被検面（例えばウエハＷの表面）の投影光学系ＰＬの像面に対するＺ方向へのデフォーカス量、及びθｘ、θｙ方向の傾斜角が求められて、ステージ駆動系２及び主制御系１に供給される。

図１において、ステージ駆動系２は、露光中にはＡＦセンサ２８の計測結果に基づいて、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、オートフォーカス方式でＺチルトステージ２５を駆動する。
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置、及びθｘ、θｙ、θｚ方向の回転角はＺチルトステージ２５の反射面（又は移動鏡）及びレーザ干渉計（不図示）によって計測され、この計測値及び主制御系１からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系２は不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介してウエハステージＷＳＴの動作を制御する。

更に、投影光学系ＰＬの側面には、ウエハＷ上のアライメントマークの位置を計測するためのオフ・アクシス方式で例えば画像処理型のウエハアライメント系ＡＬＧが配置されており、この計測結果が主制御系１内のアライメント制御部に供給される。アライメント制御部は、ウエハアライメント系ＡＬＧの計測結果を用いてウエハＷ上の複数のショット領域のアライメントを行う。

また、ウエハステージＷＳＴ上のウエハホルダ２４の近傍には、投影光学系ＰＬによって投影される所定のマークの像の位置を計測するための空間像計測系２９、及び投影光学系ＰＬを介して照射される照明光ＩＬの照射量（露光量）又は照度を計測するための照射量センサ４０が設置されている。空間像計測系２９の表面にはＸ方向及びＹ方向に細長いスリットをそれぞれ含む２つのスリットパターン３０Ａ及び３０Ｂが形成され、スリットパターン３０Ａ，３０Ｂの間にウエハアライメント系ＡＬＧ用の基準マーク（不図示）が形成されている。空間像計測系２９のスリットパターン３０Ａ，３０Ｂで被検マークをＸ方向、Ｙ方向に走査し、スリットパターン３０Ａ，３０Ｂを通過した光量を検出することで、被検マークの位置及びコントラストの情報を検出できる。この検出結果が主制御系１内のアライメント制御部及び特性演算部に供給される。

空間像計測系２９によってレチクルＲのアライメントマーク３２Ａ，３２Ｂの像の位置を計測し、レチクルＲのアライメントを行うことも可能である。さらに、空間像計測系２９の計測結果から投影光学系ＰＬのディストーション（倍率誤差を含む）、ベストフォーカス位置、非点収差、像面湾曲等の結像特性を計測できる。
また、照射量センサ４０は、全開した露光領域２１Ｗより大きい受光面４０ａを有し、受光面４０ａを介して検出される照明光ＩＬの照射量又は照度の情報を含む検出信号は露光量制御系３及び主制御系１の特性演算部に供給される。インテグレータセンサ１６及び照射量センサ４０の検出信号より露光量制御系３は、インテグレータセンサ１６の検出信号からウエハＷ上の照射量を計算するための係数を求める。さらに、照明領域２１Ｒ（露光領域２１Ｗ）を所定の狭い領域に制限して照射量センサ４０の検出信号を取り込むことによって、主制御系１の特性演算部はレチクルＲのパターンの密度分布情報を求めることができる（詳細後述）。

露光時には、ブラインド駆動系４４及びレチクルブラインド１８を介してレチクルＲのパターン領域３１を覆うように照明領域２１Ｒの形状を設定する。その後、放電ランプ４を発光させ、シャッタ（不図示）を開き、レチクルＲのパターン領域３１内のパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の一つのショット領域に転写露光する露光動作と、シャッタを閉じ、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。このようにステップ・アンド・リピート方式でウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が露光される。

次に、本実施形態の露光装置において、照明光ＩＬの照射熱による結像特性の変動を補正しながら露光する動作の一例につき、図６のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御系１によって制御される。また、レチクルＲのパターン領域３１には、一例として図３（Ｂ）に示すように、クロム膜等の遮光膜４５Ｃを背景として２つのほぼ矩形の回路パターン領域４５Ａ，４５ＢがＹ方向に近接して配置され、回路パターン領域４５Ａ，４５Ｂにそれぞれ照明光ＩＬを透過する多数の微小パターン（透過パターン）を組み合わせて転写用の回路パターンが形成されているものとする。

先ず、図１のレチクルステージ２２上にレチクルＲがロードされ、主制御系１は記憶装置１ａからレチクルＲ及び対応するウエハ上のフォトレジストの露光データファイルを読み出し、図３（Ａ）のブラインド駆動系４４にレチクルＲのパターン領域３１の形状データを供給し、露光量制御系３にフォトレジストのドーズ及び露光時の照明光ＩＬの照度の情報を供給する（ステップ１０１）。その後、レチクルアライメント系３４Ａ，３４Ｂ又は空間像計測系２９を用いてレチクルＲのアライメントが行われ、レチクルＲの中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸにほぼ位置決めされる。また、ウエハアライメント系ＡＬＧで例えば空間像計測系２９の上部の基準マーク（不図示）を計測して、ベースライン（レチクルＲのパターン像の中心とウエハアライメント系ＡＬＧの検出中心との位置関係）の計測を行う。

さらに、ウエハステージＷＳＴを駆動して照射量センサ４０の受光面４０ａの中心を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに合わせた後、照明領域２１ＲがレチクルＲのパターン領域３１を覆うようにレチクルブラインド１８を制御する。そして、放電ランプ４の発光を開始し、シャッタ（不図示）を開き、レチクルＲのパターン領域３１及び投影光学系ＰＬを通過した照明光ＩＬを照射量センサ４０で受光して、主制御系１内の特性演算部は照明光ＩＬの照射量Ｐ［Ｗ］を計測する（ステップ１０２）。次に、特性演算部は、計測された照射量Ｐと予め設定されている最低照射量の閾値Ｐmin とを比較し（ステップ１０３）、照射量Ｐが閾値Ｐmin 以下であるときには、照射量Ｐによる結像特性の変動量が小さいため、レチクルＲのパターンの密度分布情報の計測を行うことなくステップ１１２に移行する。

一方、ステップ１０３において、照射量Ｐが閾値Ｐmin より大きいときには、ステップ１０４に移行して、特性演算部は、レチクルＲを用いるウエハＷ上のレイヤへの露光が、この露光装置で初めての露光なのか、又は予め設定された一定期間以上未露光のレイヤへの露光なのかを判定する。この露光が、初めての露光ではなく、又は一定期間以上未露光のレイヤへの露光でもなく、既にレチクルＲのパターンの密度分布情報の計測が行われたことがある場合には、その過去に計測されて記憶装置１ａに記憶されているパターンの密度分布情報を利用することとして、動作はステップ１１１に移行する。一方、ステップ１０４において、その露光が、初めての露光、又は一定期間以上未露光のレイヤへの露光である場合には、レチクルＲのパターンの密度分布情報を計測するために動作はステップ１０５に移行する。そして、ウエハステージＷＳＴを駆動して、照射量センサ４０の受光面４０ａの中心を投影光学系ＰＬによるレチクルＲのパターン領域３１の像の中心（露光中心）に移動する。なお、この動作は実質的にステップ１０２で行われているため、省略することも可能である。

次に、ブラインド駆動系４４を介してレチクルブラインド１８の遮光板１８Ｘ１，１８Ｘ２及び１８Ｙ１，１８Ｙ２を図３（Ａ）に示すように駆動して、図３（Ｂ）に示すようにレチクルＲ上にＹ方向の幅がｄでＸ方向の幅がパターン領域３１と同じスリット状の照明領域２１ＲＹを設定する。幅ｄは、レチクルＲのパターン密度分布の計測分解能であり、幅ｄは、例えばパターン領域３１のＹ方向の幅の数１０分の１程度である。そして、照明領域２１ＲＹの中心のＹ方向の位置ＹＲｉをパターン領域３１の−Ｙ方向の端部のＹ１（下限）に設定する（ステップ１０６）。次に、シャッタを開いて照明領域２１ＲＹに照明光ＩＬを照射し、図２に示すように、投影光学系ＰＬを通過した照明光ＩＬの照射量ＰＹ１を照射量センサ４０によって計測する（ステップ１０７）。そして、主制御系１の特性演算部は、照射量ＰＹｉ（ここではｉ＝１）及びレチクル上の計測位置である照明領域２１ＲＹの位置ＹＲｉ（ここではｉ＝１）を記憶装置１ａに記憶する（ステップ１０８）。

図３（Ｂ）の折れ線４６Ｙは、位置ＹＲｉを横軸に、照射量ＰＹｉを縦軸に取った場合の計測結果の一例を示す。その照射量ＰＹｉは、位置ＹＲｉにおけるレチクルＲの照明領域２１ＲＹ内の透過パターンの割合（密度情報）を表しており、折れ線４６Ｙは透過パターンの密度分布情報を表している。
次にステップ１０９において、レチクルＲ上の計測位置（照明領域の位置）が上限に達したかどうかを判定する。計測位置が上限に達していない場合には動作はステップ１０６に戻り、レチクルブラインド１８を駆動して、図３（Ｂ）の照明領域２１ＲＹのレチクルＲ上の位置ＹＲｉを幅ｄだけ＋Ｙ方向に移動した後、ステップ１０７及び１０８を実行する。このようにして、照明領域２１ＲＹの位置ＹＲｉがパターン領域３１の＋Ｙ方向の端部の上限Ｙ２に達するまでステップ１０６〜１０９が繰り返される。

その後、動作はステップ１０６に戻り、レチクルブラインド１８の遮光板１８Ｘ１，１８Ｘ２及び１８Ｙ１，１８Ｙ２を図４（Ａ）に示すように駆動して、図４（Ｂ）に示すようにレチクルＲ上にＸ方向の幅がｄでＹ方向の幅がパターン領域３１と同じスリット状の照明領域２１ＲＸを設定する。なお、照明領域２１ＲＸの幅は照明領域２１ＲＹの幅と異なってもよい。そして、照明領域２１ＲＸの中心のＸ方向の位置ＸＲｉをパターン領域３１の−Ｘ方向の端部のＸ１（下限）に設定する。次に、照明領域２１ＲＸ及び投影光学系ＰＬを通過した照明光ＩＬの照射量ＰＸｉ（ここではｉ＝１）を照射量センサ４０によって計測する（ステップ１０７）。主制御系１の特性演算部は、照射量ＰＸｉ及び照明領域２１ＲＸの位置ＸＲｉ（計測位置）を記憶装置１ａに記憶する（ステップ１０８）。

図４（Ｂ）の折れ線４６Ｘは、位置ＸＲｉを縦軸に、照射量ＰＸｉを横軸に取った場合の計測結果の一例を示す。その照射量ＰＸｉは、位置ＸＲｉにおけるレチクルＲの照明領域２１ＲＸ内の透過パターンの割合（密度情報）を表している。
次にステップ１０９において、レチクルＲ上の計測位置（照明領域の位置）が上限に達したかどうかを判定する。計測位置が上限に達していない場合には動作はステップ１０６に戻り、レチクルブラインド１８を駆動して、図４（Ｂ）の照明領域２１ＲＸの位置ＸＲｉを幅ｄだけ＋Ｘ方向に移動した後、ステップ１０７及び１０８を実行する。このようにして、照明領域２１ＲＸの位置ＸＲｉがパターン領域３１の＋Ｘ方向の端部の上限Ｘ２に達するまでステップ１０６〜１０９が繰り返される。そして、照明領域２１ＲＸの位置が上限Ｘ２に達したときに、動作はステップ１０９からステップ１１０に移行して、主制御系１の特性演算部は、ステップ１０８で記憶した計測結果を用いてレチクルＲのパターン領域３１内で、透過パターンの割合（密度）に対応する照射量ＰＹｉ，ＰＸｉが所定の基準値よりも大きくなる領域であるレチクル透過エリア３１ｅｆを求める。

一例として、図３（Ｂ）の折れ線４６Ｙから照射量ＰＹｉの平均値Ｐave を求め、その平均値Ｐave に０．１〜０．９程度（図３（Ｂ）では０．５程度）の係数αを掛けて照射量の閾値Ｐthr （＝α×Ｐave)を算出する。そして、照射量ＰＹｉ（ｉ＝１，２，…）が最初に閾値Ｐthr 以上になるときの位置ＹＲｉをＹmin 、照射量ＰＹｉが最後に閾値Ｐthr より小さくなるときの位置ＹＲｉをＹmax として、位置Ｙmax と位置Ｙmin との差分を次のようにレチクル透過エリア３１ｅｆのＹ方向の幅ｙとする。

ｙ＝Ｙmax −Ｙmin …（１Ｙ）
同様に、図４（Ｂ）の折れ線４６Ｘから照射量ＰＸｉの平均値Ｐave を求め、その平均値Ｐave に係数αを掛けて閾値Ｐthr(＝α×Ｐave)を算出する。そして、照射量ＰＸｉが最初に閾値Ｐthr 以上になるときの位置ＸＲｉであるＸmin と、照射量ＰＹｉが最後に閾値Ｐthr より小さくなるときの位置ＸＲｉであるＸmax との差分を次のようにレチクル透過エリア３１ｅｆのＸ方向の幅ｘとする。

ｘ＝Ｘmax −Ｘmin …（１Ｘ）
また、一例として、図１の投影光学系ＰＬのレチクル側の最大の視野に内接するときの照明領域２１Ｒを基準照明領域として、この基準照明領域のＸ方向の幅ｘ₀及びＹ方向の幅ｙ₀の平均値（＝（ｘ₀＋ｙ₀）／２）をその基準照明領域の大きさとみなす。また、図４（Ｂ）のパターン領域３１を覆うように設定される照明領域２１Ｒ（通常は基準照明領域よりも小さい）のＸ方向の幅ｘ₁（≦ｘ₀）及びＹ方向の幅ｙ₁（≦ｙ₀）の平均値を照明領域２１Ｒの大きさとみなし、レチクル透過エリア３１ｅｆのＸ方向及びＹ方向の幅の平均値（＝（ｘ＋ｙ）／２）をレチクル透過エリア３１ｅｆの大きさとみなす。そして、特性演算部は、レチクル透過エリア３１ｅｆの大きさと照明領域２１Ｒの大きさとを比較し、より小さい領域としてレチクル透過エリア３１ｅｆを選択する（ステップ１１１）。

その後、補正対象の結像特性を一例として投影像の倍率の変動量Ｍａｇであるとして、特性演算部は、レチクル透過エリア３１ｅｆの大きさ（（ｘ＋ｙ）／２）［ｍｍ］及び基準照明領域の大きさ（（ｘ₀＋ｙ₀）／２）［ｍｍ］を用いて、その変動量Ｍａｇを露光時間ｔの関数として予測するためのパラメータ（照射パラメータ）の一つである飽和値のｍ成分（ｍ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）Ｓｍ［／Ｗ］を次のように計算する（ステップ１１２）。計算値は記憶装置１ａに記憶される。なお、Ａ成分、Ｂ成分、Ｃ成分はそれぞれ時定数が長い成分、中程度の成分、及び短い成分である。また、ステップ１０３からステップ１１２に移行した場合には、式（２）の大きさ（（ｘ＋ｙ）／２）として照明領域２１Ｒの大きさが使用される。

ただし、各係数は以下のように定義されている。
Ｓ_0m：レチクル透過エリア３１ｅｆが基準照明領域と同じ大きさである場合の飽和値
ａ_2m：２次成分の係数［／（Ｗ・ｍｍ²）］
ａ_1m：１次成分の係数［／（Ｗ・ｍｍ²）］
２次成分の係数ａ_2mによって、飽和値Ｓｍは図５（Ａ）の実線の曲線５１Ａのように変化し、１次成分の係数ａ_1m（例えば負の値）によって、飽和値Ｓｍは図５（Ａ）の点線の直線５１Ｂのように変化する。一例として、飽和値Ｓｍは、レチクル透過エリア３１ｅｆの大きさ（（ｘ＋ｙ）／２）が小さくなるほど大きくなる。

次に、１ロットの先頭のウエハＷをウエハステージＷＳＴ上にロードしてウエハアライメント系ＡＬＧでアライメントを行った後（ステップ１１３）、照明領域２１Ｒに照明光ＩＬを照射して、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上の一つのショット領域に露光する（ステップ１１４）。次のステップ１１５において、主制御系１内の特性演算部は、ステップ１１２で計算された照射パラメータの飽和値Ｓｍを用いて、照明光ＩＬの照射熱による投影像の倍率の変動量Ｍａｇを次式から計算（予測）する。

Ｍａｇ＝Ｓｍ×Ｐmesu×［１−exp（−ｔ／Ｔｄｍ）］ …（３）
なお、Ｐmesuは、インテグレータセンサ１６で計測されるウエハ上での照明光ＩＬの照度であり、Ｔｄｍは、予め記憶されているｍ成分（ｍ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）の時定数である。また、実際には、変動量Ｍａｇは、例えば３つのｍ成分Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_Cの加重平均で表されるとともに、照明光ＩＬの照射が中断した場合にexp（−ｔ／Ｔｄｍ）に比例して減少する成分が加算されるが、以下では説明を簡単にするため変動量Ｍａｇを式（３）で表すものとする。

また、投影光学系ＰＬの目標とする投影倍率をβ（例えば１／４，１／５等）とすると、その倍率の変動量Ｍａｇを補正するために図２の結像特性補正装置３９によって制御される投影倍率の補正量Δβは次の関係を満たす。
β＝β×（１＋Ｍａｇ）×（１＋Δβ） …（４）
この場合、変動量Ｍａｇはその絶対値が例えば１ｐｐｍ程度以下の小さい量であるため、投影倍率の補正量Δβは、近似的に次のようになる。

Δβ＝−Ｍａｇ …（５）
従って、結像特性補正装置３９では、式（５）の補正量Δβだけ投影光学系ＰＬの投影倍率を補正する。その後、ステップ１１６において未露光のショット領域がある場合には、ステップ１１４及び１１５が繰り返される。そして、ウエハ上の全部のショット領域への露光が終了したときに、ウエハのウエハのアンロードが行われる（ステップ１１７）。その後、１ロットの全部のウエハへの露光が終了するまで、ステップ１１３〜１１７の動作が繰り返され、１ロットのウエハへの露光が終了したときに、露光工程が終了する。

この場合、倍率の変動量Ｍａｇは、照明光ＩＬの照射熱によって露光時間ｔの経過とともに、例えば図５（Ｂ）の実線の曲線５２Ａのように次第に増加し、この増加量を相殺するように投影倍率の補正量Δβが変化するため、常に目標とする投影倍率でレチクルＲのパターンの像がウエハの各ショット領域に転写される。また、レチクルＲとは別のレチクルを用いて露光を行う場合、このレチクルのレチクル透過エリアの大きさ（（ｘ＋ｙ）／２）がレチクルＲよりも小さいときには、図５（Ａ）より飽和値Ｓｍが大きくなる。従って、露光時間ｔの経過による倍率の変動量Ｍａｇは、図５（Ｂ）の点線の曲線５２Ｂに示すように大きくなるが、本実施形態ではステップ１１２でレチクル透過エリアの大きさに基づいて飽和値Ｓｍを算出しているため、投影倍率の補正を常に正確に行うことができる。

本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の露光装置による露光方法は、照明光ＩＬでレチクルＲのパターン領域３１内のパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光する露光方法において、そのパターンを幅ｄの複数の部分領域に分け、各部分領域のパターン密度情報に対応する照射量ＰＹｉ，ＰＸｉを計測し、その照射量の分布を計測するステップ１０６〜１０９と、その照射量の分布からレチクル透過エリア３１ｅｆの大きさを求め、この大きさに応じて倍率の変動量Ｍａｇを表す飽和値Ｓｍ（露光条件）を設定するステップ１１１，１１２と、その設定された飽和値Ｓｍに基づいて倍率を補正しながら照明光ＩＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光するステップ１１３〜１１６とを含んでいる。

従って、転写対象のレチクルＲのパターンの密度分布に応じて投影像の倍率を高精度に補正できるため、露光継続中に常に高精度にレチクルＲのパターンの像をウエハの各ショット領域に露光できる。
（２）また、そのパターン密度情報は、レチクルＲ上の幅ｄの各部分領域内の透過パターンの割合に対応する照射量ＰＹｉ，ＰＸｉであるため、露光装置に備えられている照射量センサ４０を用いて容易に計測できる。また、照射量ＰＹｉ，ＰＸｉが閾値Ｐthr を超える部分領域で囲まれる領域をレチクル透過エリア３１ｅｆとみなし、レチクル透過エリア３１ｅｆの大きさ（Ｘ方向、Ｙ方向の幅の平均値）に応じて飽和値Ｓｍを設定しているため、簡単な計算で飽和値Ｓｍを設定できる。

なお、例えば図３（Ｂ）の折れ線４６Ｙのように照射量ＰＹｉが閾値Ｐthr を超える領域が複数個ある場合には、これら複数の領域のＹ方向の幅の合計をレチクル透過エリア３１ｅｆのＹ方向の幅とみなすことも可能である。また、レチクルＲの中心に対するレチクル透過エリア３１ｅｆの中心のＸ方向、Ｙ方向への偏芯量Δｘｓ、Δｙｓを求め、これらの偏芯量Δｘｓ、Δｙｓも飽和値Ｓｍ（露光条件）を設定するためのパラメータとしてもよい。

（３）また、本実施形態では、レチクルブラインド１８によってレチクルＲ上の照明領域をスリット状の照明領域２１ＲＹ，２１ＲＸに制限し、照明領域２１ＲＹ，２１ＲＸとレチクルＲとをＹ方向、Ｘ方向に相対移動して照射量を計測しているため、レチクル透過エリア３１ｅｆを計測するための計測機構を別に備える必要がない。
なお、本実施形態では、レチクルブラインド１８を駆動して照明領域２１ＲＹ，２１ＲＸをレチクルＲに対して相対移動しているが、レチクルステージ２２の移動量に余裕がある場合には、照明領域２１ＲＹ，２１ＲＸに対してレチクルＲ側を移動して照射量を計測してもよい。

（４）また、ステップ１０６〜１０９は、Ｘ方向にパターン領域３１と同じ長さを持つスリット状の照明領域２１ＲＹとレチクルＲとをＹ方向に相対移動して照射量を計測するステップと、Ｙ方向にパターン領域３１と同じ長さを持つスリット状の照明領域２１ＲＸとレチクルＲとをＸ方向に相対移動して照射量を計測するステップとを含んでいる。従って、照明領域２１ＲＹ，２１ＲＸとレチクルＲとを２回相対移動するのみで、レチクル透過エリア３１ｅｆの大きさを迅速に計測できる。

なお、照明領域を幅及び長さがそれぞれｄの小さい領域として、この領域とレチクルＲとを複数回相対移動してレチクルＲを透過する照明光の照度（透過パターンの密度）の分布を計測してもよい。
次に、本発明の実施形態の他の例を図７及び図８を参照して説明する。本実施形態で使用する露光装置は、図１の露光装置と同じであるが、照明光ＩＬの照射熱による結像特性の変動量を補正するための動作が異なっている。

即ち、本実施形態では、図６のステップ１１２において、レチクル透過エリア３１ｅｆ又は照明領域２１Ｒの大きさに基づいて、倍率の変動量Ｍａｇを計算するためのパラメータとしての飽和値Ｓｍを計算したときに、さらに、飽和値ＳｍにウエハＷ上のフォトレジストのドーズ（設定露光量）ＤＯＳ［Ｊ／ｍｍ²］に応じて変化する係数を乗算する。
主制御系１の特性演算部は、一例として、図７（Ａ）に示すように、ドーズがＤＯＳ１及びＤＯＳ２（＞ＤＯＳ１）のときに予め実測してある飽和値ＳｍをそれぞれＳｍａ及びＳｍｂ（＜Ｓｍａ）として、ドーズがｄｘのときの飽和値Ｓｍｘは、例えば次式の直線補間によって計算してもよい。

Ｓｍｘ−Ｓｍｂ＝｛（Ｓｍａ−Ｓｍｂ）／（ＤＯＳ１−ＤＯＳ２）｝（ｄｘ−ＤＯＳ２） …（６）
この実施形態において、例えば或るドーズに対して露光時間ｔに伴って倍率の変動量Ｍａｇが図７（Ｂ）の実線の曲線５３Ａに示すように変化する場合、ドーズが小さくなると、飽和値Ｍａｇが大きくなるため、倍率の変動量Ｍａｇは点線の曲線５３Ｂに示すように大きくなる。

また、図６のステップ１１２において、飽和値Ｓｍを計算するとともに、又は飽和値Ｓｍとしては照明領域２１Ｒの大きさによって決まる値を使用して、倍率の変動量Ｍａｇが所定値よりも大きくなることを抑制するための積算露光量ＥであるエネルギーリミットＥlim をフォトレジストのドーズＤＯＳに応じて設定してもよい。
一例として、主制御系１の特性演算部は、図８（Ａ）に示すように、エネルギーリミットＥlim をドーズＤＯＳが増加したときに増加するように設定する。このとき、飽和値Ｓｍが図７（Ａ）に示すようにドーズＤＯＳが増加したときに減少する場合、図８（Ｂ）に示すように、エネルギーリミットＥlim は飽和値Ｓｍが増加したときに減少するように設定される。なお、飽和値Ｓｍが最小値Ｓ_0mのときのエネルギーリミットＥlim をＥ₀ とすると、ドーズＤＯＳに対してエネルギーリミットＥlim は次のように設定してもよい。

Ｅlim ＝（Ｅ₀ ・Ｓ_0m）／Ｓｍ …（７）
このとき、図６のステップ１１３〜１１８のように露光を継続しているときに、図８（Ｃ）に示すように、露光時間ｔが時刻ｔ１に達したときにそれまでの積算露光量Ｅが上記のエネルギーリミットＥlim に達した場合、倍率の変動量Ｍａｇがそれ以上大きくなることを抑制するために、露光が一時的に中断される。なお、この場合でも図２の結像特性補正装置３９によって投影像の倍率は目標値であるβに維持されている。その後、投影光学系ＰＬが冷却されて倍率の変動量Ｍａｇが所定レベルまで低下したと予測されるときに露光が再開され、以後、変動量Ｍａｇを抑制するように露光の中断と再開とが繰り返される。

この際に本実施形態では、ドーズＤＯＳ又は飽和値Ｓｍに応じてエネルギーリミットＥlim を変化させているため、ドーズＤＯＳ又は飽和値Ｓｍが変化しても結像特性の残存誤差をほぼ一定にできる。従って、常に所定の高精度でレチクルＲのパターンの像をウエハ上に露光できる。
なお、上記の実施形態では、結像特性として倍率誤差を考慮しているが、その他に結像特性としてディストーション、いわゆるＣ字ディストーション、コマ収差、フォーカス位置、非点収差、像面湾曲、球面収差、波面収差及び／又は偏光特性等を考慮してもよい。

また、結像特性の変動量を予測するために、レチクル透過エリア３１ｅｆの大きさ及び／又はドーズに依存するパラメータ（照射パラメータ）として飽和値Ｓｍ及び／又はエネルギーリミットを計算しているが、それとともに又はそれとは別にレチクル透過エリア３１ｅｆの大きさ及び／又はドーズの関数として時定数ｔｄｍ等を計算してもよい。
また、上記の実施形態の露光方法（露光装置）を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図９に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたレチクル（マスク）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光方法によりレチクルのパターンを基板（感光基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。

言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光方法を用いて基板（ウエハ）を露光することと、露光された基板を処理すること（ステップ２２４）とを含んでいる。この際に、上記の実施形態の露光方法によれば、例えばレチクル透過エリアの大きさに応じて結像特性の露光時間に伴う変動量を高精度に予測して補正できるため、常に高精度に電子デバイスを製造できる。

なお、本発明は、上述の一括露光型の露光装置で露光する場合の他に、スキャニングステッパー等の走査露光型の露光装置で露光する場合にも適用できる。さらに、本発明は、例えば国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレット、又は欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書等に開示されている液浸型露光装置で露光する場合にも同様に適用することができる。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の露光工程にも適用することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

実施形態の一例で使用される露光装置を示す斜視図である。 図１中の投影光学系ＰＬの結像特性補正装置３９を示す一部を切り欠いた図である。 （Ａ）は図１のレチクルブラインド１８の遮光板１８Ｙ１，１８Ｙ２の駆動機構の要部を示す図、（Ｂ）はレチクルＲ上の照明領域２１ＲＹを示す図である。 （Ａ）は図１のレチクルブラインド１８の遮光板１８Ｘ１，１８Ｘ２の駆動機構の要部を示す図、（Ｂ）はレチクルＲ上の照明領域２１ＲＸを示す図である。 （Ａ）はレチクル透過エリアの大きさと飽和値Ｓｍとの関係の一例を示す図、（Ｂ）は露光時間に対する倍率の変化の一例を示す図である。 実施形態の露光工程の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）は実施形態の他の例におけるドーズと飽和値Ｓｍとの関係の一例を示す図、（Ｂ）は露光時間に対する倍率の変化の一例を示す図である。 （Ａ）は実施形態の他の例におけるドーズとエネルギーリミットとの関係の一例を示す図、（Ｂ）は飽和値とエネルギーリミットとの関係の一例を示す図、（Ｃ）は露光時間に対する倍率の変化の一例を示す図である。 電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、５…照明光学系、１８…レチクルブラインド、１８Ｘ１，１８Ｘ２，１８Ｙ１，１８Ｙ２…遮光板、２１Ｒ，２１ＲＹ，２１ＲＸ…照明領域、３１…パターン領域、３１ｅｆ…レチクル透過エリア、３９…結像特性補正装置、４０…照射量センサ、４４…ブラインド駆動系

Claims (9)

1. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光方法において、
   前記パターンを複数の領域に分け、各領域のパターン密度情報を計測し、前記パターンの密度分布情報を計測する工程と、
   前記パターンの密度分布情報に応じて露光条件を設定する工程と、
   前記設定された露光条件に基づいて前記露光光で前記パターン及び前記投影光学系を介して物体を露光する工程と、
   を含むことを特徴とする露光方法。
2. 前記パターン密度情報は、前記領域中の前記露光光を通過させるパターンの割合を示し、
   前記露光条件を設定する工程は、前記パターン密度情報が基準値を超える前記領域に応じて前記露光条件を設定することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記パターンの密度分布を計測する工程は、
   可変視野絞りを用いて前記露光光による前記パターン上の照明領域を所定領域に制限し、前記所定領域と前記パターンとを相対移動しつつ、前記パターン及び前記投影光学系を通過した前記露光光の光量を計測することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の露光方法。
4. 前記パターンは、直交する第１及び第２方向にそれぞれ第１の長さ及び第２の長さを持ち、
   前記パターンの密度分布を計測する工程は、
   前記所定領域を前記第１方向に前記第１の長さを持つスリット状の領域として、前記所定領域と前記パターンとを前記第２方向に相対移動しつつ前記露光光の光量を計測する工程と、
   前記所定領域を前記第２方向に前記第２の長さを持つスリット状の領域として、前記所定領域と前記パターンとを前記第１方向に相対移動しつつ前記露光光の光量を計測する工程と、を含むことを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
5. 露光条件を設定する工程は、
   前記パターンの密度分布情報及び前記物体に対する設定露光量に応じて露光条件を設定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の露光方法。
6. 前記露光条件は、前記露光光の照射による前記投影光学系の結像特性の変動量を予測するためのパラメータを含み、
   前記物体を露光する工程は、前記パラメータを用いて予測される前記投影光学系の結像特性の変動を補正する工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の露光方法。
7. 前記露光条件は、前記露光光の照射による前記投影光学系の結像特性の変動量を抑制するための許容積算露光量の情報を含み、
   前記物体を露光する工程は、積算露光量が前記許容積算露光量に達したときに、露光を中断する工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の露光方法。
8. 前記物体に対する設定露光量が多いほど、前記許容積算露光量を大きく設定することを特徴とする請求項７に記載の露光方法。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
   前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。

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