JP2010080512A - 露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特性計測用マークの位置と光学特性を高精度に管理又は計測したい位置等とが異なっている場合にも、光学特性を高精度に評価する。
【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、レチクルＲ上の倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの像位置を計測してレチクルの伸縮量を計測するステップと、レチクルＲ上の倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄ及び倍率評価点４１Ａ，４１ＢにおけるレチクルＲの伸縮量を予測するステップと、それらの伸縮量の例えば平均値を相殺するように投影倍率を補正するステップとを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学特性の変動量を予測（計算）しながら、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、補正対象の結像特性の初期状態を計測するために、レチクル等に形成された特性計測用マークの像の位置等を計測していた。さらに、例えば定期的に特性計測用マークの像の位置等を計測して、結像特性の残存誤差（オフセット）を求めることによって、結像特性補正機構の校正（キャリブレーション）を行っていた。
特開平４−１３４８１３号公報

露光装置において、レチクルのパターン領域には種々の回路パターンが形成されるため、レチクルのパターン領域内で例えば結像特性を高精度に管理又は計測したい位置又は領域（以下、特性管理領域という）はレチクル（又はウエハ上のレイヤ）毎に異なっている。従って、従来のように、レチクル上の所定の定位置に形成されている特性計測用マークの像の位置等の計測結果に基づいて結像特性を制御すると、その特性管理領域に関する結像特性を高精度に補正できない恐れがあった。

本発明はこのような事情に鑑み、特性計測用マークの位置と結像特性等の光学特性を高精度に管理又は計測したい位置又は領域とが異なっている場合にも、光学特性を高精度に評価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、露光光でマスクのパターンを照明し、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、そのマスク上の複数組の評価点における光学特性の変動量を予測する工程と、その複数組のうちから選択された組の評価点におけるその光学特性の変動量に応じてその投影光学系の結像特性を補正する工程と、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、マスク上の複数組の評価点における光学特性の変動量を予測しているため、例えばその複数組のうちの１組の評価点に特性計測用マークを形成しておくことによって、特性計測用マークの位置と光学特性を高精度に管理又は計測したい位置又は領域（特性管理領域）とが異なっている場合にも、その特性管理領域における光学特性を高精度に評価できる。

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。本実施形態は、走査露光型の投影露光装置であるスキャニング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、露光用の光源６と、光源６からの露光用の照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ（マスク）を照明する照明光学系５と、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、これに垂直な面内でレチクルとウエハとが相対走査される走査方向にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する非走査方向にＸ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。

光源６としてはＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、露光用の光源としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）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、又は水銀ランプ（ｉ線等）なども使用することができる。
露光時に光源６からパルス発光された照明光ＩＬは、ミラー７、不図示のビーム整形光学系、第１レンズ８Ａ、ミラー９、及び第２レンズ８Ｂを経て断面形状が所定形状に整形されて、フライアイレンズ１０（オプティカルインテグレータ）に入射して、照度分布が均一化される。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。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固定ブラインド１８Ａ及び可動ブラインド１８Ｂを順次通過する。ブラインド１８Ａ，１８Ｂ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内の非走査方向（Ｘ方向）に細長い照明領域２１Ｒを均一な照度分布で照明する。

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の強度（露光量）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からの制御情報に基づいて、ウエハＷ上で適正露光量が得られるように光源６の発光動作を制御する。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上の非走査方向に細長い露光領域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は、レチクルＲのパターン面上の倍率校正マーク４０Ｂ（図３（Ａ）参照）の像の位置を空間像計測系２９で計測している状態を示す。また、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の倍率誤差（Ｘ方向及びＹ方向の倍率誤差）や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Ｙ方向に一定速度で移動すると共に、同期誤差を補正するようにＸ方向、Ｙ方向、θｚ方向に微動して、レチクルＲの走査を行う。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（リニアモータなど）を介してレチクルステージ２２の位置及び速度を制御する。

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に戻り、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のＺ位置駆動部３５Ａ〜３５Ｃ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ている。アライメント制御部は、ウエハアライメント系ＡＬＧの計測結果及び予め求められているベースライン（レチクルＲのパターン像の位置とウエハアライメント系ＡＬＧの検出中心との位置関係）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又はパターンの像の位置を計測するための空間像計測系２９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ＦＭが形成されている。スリットパターン３０Ａ，３０Ｂと基準マークＦＭとの既知の位置関係の情報は主制御系１内のアライメント制御部に記憶されている。

図２に示すように、空間像計測系２９は、スリットパターン３０Ｂを通過した照明光ＩＬを集光するレンズ３０Ｃと、集光された光を光電変換するフォトダイオード等の光電センサ３０Ｄとを備え、図１のスリットパターン３０Ａの底面にもレンズ及び光電センサ（不図示）が設けられている。光電センサ３０Ｄ等の検出信号は主制御系１内の信号処理部に供給され、ウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向に走査しながら信号制御部がその検出信号を処理することで、被検マーク又は被検パターンの像のＸ方向、Ｙ方向の位置が検出できる。検出結果はアライメント制御部又は主制御系１内の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、この計測結果からレチクルＲのアライメントを行うことも可能である。また、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、及び照明光ＩＬの照射熱等に起因するレチクルＲのパターンの伸縮（以下、レチクル伸縮という）等の光学特性を計測できる。

また、本実施形態の露光装置が液浸型である場合には、投影光学系ＰＬの下端の光学部材とウエハＷとの間の局所的な液浸領域に液体を供給して回収する液浸装置（不図示）が設けられる。液浸装置としては、国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレットに開示されている液浸機構、あるいは欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書に開示されている液浸機構などを適用することができる。

露光時には、照明光ＩＬを照射して、レチクルＲの照明領域２１Ｒ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上に投影しつつ、レチクルステージ２２及びウエハステージＷＳＴを駆動して、レチクルＲとウエハＷとをＹ方向に投影倍率比で同期移動する走査露光動作と、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。これによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハ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の照射熱によるレチクルＲのパターンの伸縮（以下、レチクル伸縮という。）に起因する投影像の倍率の変動を補正しながら露光する動作の一例につき説明する。
図３（Ａ）は、図１のレチクルステージ２２の照明光を通すための開口２２ａを覆うようにレチクルステージ２２上に吸着保持されたレチクルＲを示す平面図である。図３（Ａ）において、レチクルＲの矩形の枠状の遮光帯３１ａで囲まれたパターン領域３１内に転写用の回路パターンが形成されている。パターン領域３１の中心ＲＣを通りＸ軸に平行な直線に沿って、パターン領域３１を挟むように２次元のアライメントマーク３２Ａ，３２Ｂが形成されている。また、パターン領域３１を＋Ｙ方向側及び−Ｙ方向側でＸ方向に挟むように、２次元マークよりなる倍率校正マーク４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄが形成されている。なお、倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの近傍にそれぞれ同じ形状の複数（図３（Ａ）では２個）の倍率校正マークが形成されている。どの倍率校正マークを計測対象としてもよいが、以下では中心ＲＣからの距離の初期値が共通のｄ２の倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄを計測対象とする。倍率校正マーク４０Ａ，４０Ｂ（又は４０Ｃ，４０Ｄ）のＸ方向の間隔の初期値をＸ２、倍率校正マーク４０Ａ，４０Ｃ（又は４０Ｂ，４０Ｄ）のＹ方向の間隔の初期値をＹ２とする。

さらに、レチクルＲのパターン領域３１内に、中心ＲＣをＸ方向に挟むように対称に、中心ＲＣからの距離の初期値がｄ１（＜ｄ２）の位置に倍率評価点４１Ａ，４１Ｂが設定され、中心ＲＣをＹ方向に挟むように対称に、中心ＲＣからの距離の初期値がｄ１とｄ２との間となる位置に倍率評価点４１Ｃ，４１Ｄが設定されている。倍率評価点４１Ａ〜４１Ｄには、例えば所定形状の２次元の評価用パターンが形成されているが、その評価用パターンとして、回路パターンの一部を用いてもよい。その評価用パターンは、一例として露光及び現像後にウエハ上に形成されるレジストパターンの段階で必要に応じて位置が計測される。

例えば倍率評価点４１Ａ，４１Ｂの像の間隔（倍率）を高精度に管理又は計測したい場合には、倍率評価点４１Ａ，４１Ｂの間の領域がレチクル伸縮に関する特性管理領域となる。また、パターン領域３１の全面でレチクル伸縮に起因する倍率誤差を均一化する場合には、パターン領域３１の全面が特性管理領域となる。レチクル伸縮がない状態でのパターン領域３１の中心ＲＣに対する倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄ及び倍率評価点４１Ａ〜４１Ｄの位置関係の情報（距離ｄ２，ｄ１等）、倍率評価点４１Ａ，４１ＢのＸ方向の間隔Ｘ１、及び倍率評価点４１Ｃ，４１ＤのＹ方向の間隔、並びにアライメントマーク３２Ａ，３２Ｂと倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄとの位置関係の情報は主制御系１に接続された記憶装置１ａに記憶されている。

なお、倍率評価点４１Ａ〜４１Ｄには、特定のマーク又はパターンが形成されていなくともよい。
本実施形態において、照明領域２１Ｒに対してレチクルＲのパターン領域３１を＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に交互に走査して露光を時間ｔだけ継続すると、照明光の照射熱によって、図３（Ｂ）に示すようにレチクルＲ及びパターン領域３１が次第に伸張（膨張）する。なお、レチクルＲに対する照明光の照度は一定であるため、時間ｔによって実質的にレチクルＲに対する照明光の照射熱の積算値が表されている。従って、時間ｔの代わりに図１のインテグレータセンサ１６で計測される照明光ＩＬの照射エネルギー（露光量）の積算値を用いることも可能である。

さらに、レチクルＲが伸張した後、露光を中断した場合には、レチクルＲ及びパターン領域３１は次第に収縮する。なお、パターン領域３１の伸縮（レチクル伸縮）の割合は、例えば０．１ｐｐｍ程度であるが、図３（Ｂ）ではその割合をかなり誇張して表現している。また、パターン領域３１は、照明光によって主に中心付近が加熱されるため、そのレチクル伸縮は、ほぼ中心ＲＣからの距離ｄに関して非線形に変化する。図３（Ｂ）は、レチクル伸縮が距離ｄに関して非線形に次第に減少する例であるが、パターン領域３１内の回路パターンの密度分布によってはレチクル伸縮が距離ｄに関して非線形に次第に増加する場合もある。

図３（Ｂ）において、中心ＲＣから倍率校正マーク４０Ａへの距離をｄ２ｔ、中心ＲＣから倍率評価点４１Ａへの距離をｄ１ｔとすると、図３（Ａ）との比較より、レチクルＲ上の倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの位置におけるレチクル伸縮Ｍ_{VRA_Calc}(t)及び倍率評価点４１Ａ，４１Ｂの位置におけるレチクル伸縮Ｍ_{EXP_Calc}(t)はそれぞれ以下のようになる。

Ｍ_{VRA_Calc}(t)＝ｄ２ｔ／ｄ２−１ …（１Ａ）
Ｍ_{EXP_Calc}(t)＝ｄ１ｔ／ｄ１−１ …（１Ｂ）
この場合、主制御系１内の特性演算部は、時間ｔ［sec ］経過後の倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの位置におけるレチクル伸縮Ｍ_{VRA_Calc}(t)［ｐｐｍ］の値を次式から計算（予測）できる。

ただし、各パラメータは以下のように定義されている。
Δｔ ：レチクル伸縮の計算の間隔［sec］、
Ｐ_R ：レチクル面上の単位時間当たりの照射量［Ｗ］、
Ｓ_{R_n}：レチクル伸縮の飽和値の第ｎ成分（ｎ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）［／Ｗ］、
Ｔ_{R_n}：レチクル伸縮の時定数の第ｎ成分（ｎ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）［sec］、
ｒ_R ：レチクル反射率、
η ：レチクル透過率
また、第ｎ成分（ｎ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）のＡ，Ｂ，Ｃはそれぞれ長期、中期、及び短期の変動成分を表している。これらのパラメータ等は記憶部１ａに記憶されている。

本実施形態では、例えば予め実測又はシミュレーションを行うことによって、レチクル伸縮の中心ＲＣからの距離ｄ及び時間ｔの近似関数、ひいてはレチクル伸縮Ｍ_{VRA_Calc}(t)から倍率評価点４１Ａ，４１Ｂの位置におけるレチクル伸縮Ｍ_{EXP_Calc}(t)を求めるための関数ｆＶＥが求められて、記憶装置１ａに記憶されている。従って、主制御系１内の特性演算部は、必要に応じて次のようにレチクル伸縮Ｍ_{EXP_Calc}(t)を計算できる。

Ｍ_{EXP_Calc}(t)＝ｆＶＥ（Ｍ_{VRA_Calc}(t)） …（３）
なお、レチクル伸縮Ｍ_{EXP_Calc}(t)も式（２）と同様の計算式を用いて計算してもよい。
また、図３（Ｂ）の倍率校正マーク４０Ａ，４０ＢのＸ方向の間隔をＸ２ｔ、倍率校正マーク４０Ａ，４０ＣのＹ方向の間隔をＹ２ｔ、倍率評価点４１Ａ，４１ＢのＸ方向の間隔をＸ１ｔとすると、倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの位置におけるＸ方向のレチクル伸縮ＭＸ_{VRA_Calc}(t)、Ｙ方向のレチクル伸縮ＭＹ_{VRA_Calc}(t)、及び倍率評価点４１Ａ，４１Ｂの位置におけるＸ方向のレチクル伸縮ＭＸ_{EXP_Calc}(t)はそれぞれ以下のようになる。

ＭＸ_{VRA_Calc}(t)＝Ｘ２ｔ／Ｘ２−１ …（４Ａ）
ＭＹ_{VRA_Calc}(t)＝Ｙ２ｔ／Ｙ２−１ …（４Ｂ）
ＭＸ_{EXP_Calc}(t)＝Ｘ１ｔ／Ｘ１−１＝Ｍ_{EXP_Calc}(t) …（４Ｃ）
本実施形態では、照明領域２１ＲはＸ方向に細長いため、一例として後述のレチクル伸縮による投影像の倍率の変動を補正する際に、Ｘ方向のレチクル伸縮ＭＸ_{VRA_Calc}(t)を式（２）のレチクル伸縮Ｍ_{VRA_Calc}(t)と同じとみなすものとする。

また、図１の投影光学系ＰＬのレチクルからウエハへのＸ方向の投影倍率Ｍｘは、結像特性補正装置３９によって設計値であるβ（βは例えば１／４，１／５等）を中心として、次のように所定範囲内で可変のΔβだけ補正可能である。
Ｍｘ＝β（１＋Δβ） …（５）
この場合、図３（Ａ）のレチクルＲの倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの位置におけるレチクル伸縮Ｍ_{VRA_Calc}(t)を相殺するための投影倍率Ｍｘの補正量Δβは、次のようになる。

β＝（１＋Ｍ_{VRA_Calc}(t)）β（１＋Δβ） …（６）
なお、Δβはその絶対値が１よりも非常に小さい（｜Δβ｜≪１）ため、補正量Δβは近似的に次のようにレチクル伸縮の符号を反転した値であればよい。また、投影光学系ＰＬのＹ方向の投影倍率Ｍｙは、例えば倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの位置におけるレチクル伸縮を補正するための値に設定してもよい。

Δβ＝（Ｍｘ／β）−１＝−Ｍ_{VRA_Calc}(t) …（７）
ただし、本実施形態では、レチクルＲのパターン領域３１中で投影像の倍率を目標とする倍率に高精度に合わせることが求められる領域でもある特性管理領域を任意に設定可能であるため、その特性管理領域の選択によって投影倍率の補正量Δβは変化する。
以下、図１の露光装置を用いてレチクル伸縮による倍率誤差を補正しながら、複数ロットのウエハに順次露光を行う場合の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、一例として、特性管理領域をレチクルＲの中心ＲＣからの距離ｄが距離ｄ１及びｄ２の平均値となり、Ｘ軸に平行な直線上にある２点を結ぶ領域であるとする。

先ず、レチクルステージ２２上にレチクルＲがロードされ、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る（ステップ１０１）。その後、ウエハアライメント系ＡＬＧで基準マークＦＭを計測して、ベースラインの計測（ベースラインチェック）を行った後、空間像計測系２９を用いて図３（Ａ）のレチクルＲの倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの投影光学系ＰＬによる像のＸ方向、Ｙ方向の位置を計測する（ステップ１０２）。この際に、照明領域２１Ｒは、１点鎖線の照明領域２１ＲＡで示すように倍率校正マーク４０Ａ，４０Ｂ（又は４０Ｃ，４０Ｄ）を含むようにＸ方向の幅が広げられる。

次のステップ１０３において、主制御系１内の特性演算部は、ステップ１０２の計測値を用いて、図３（Ａ）の倍率校正マーク４０Ａ，４０Ｂの像のＸ方向の間隔ＤＸinを求める。また、特性演算部は、間隔ＤＸinが既知の目標値ＤＸ₀ になるように、投影光学系ＰＬの投影倍率Ｍｘのオフセットを求める。そして、結像特性補正装置３９は、そのオフセット分だけ投影倍率Ｍｘを補正する。このオフセット補正後の投影倍率Ｍｘをβであるとして、式（２）の倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの位置でのレチクル伸縮Ｍ_{VRA_Calc}(t)（ｔ＝０）の初期値を０とする。

次のステップ１０４において、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、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上の全部のショット領域に露光する。次のステップ１０５において、主制御系１内の特性演算部は、図３（Ｂ）の倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの像のＸ方向の間隔の倍率の変動量を予測するために、式（２）から倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの位置でのレチクル伸縮Ｍ_{VRA_Calc}(t)を計算する。さらに、倍率評価点４１Ａ，４１Ｂの像のＸ方向の間隔の変動量を予測するために、式（３）から倍率評価点４１Ａ，４１Ｂの位置でのレチクル伸縮Ｍ_{EXP_Calc}(t)を計算する。さらに、この場合の特性管理領域は、レチクルＲの中心ＲＣからの距離ｄが距離ｄ１及びｄ２の平均値となる２点の間の領域であるため、その特性管理領域の両端部でのレチクル伸縮である補正対象のレチクル伸縮Ｍ_COR(t)は、次のようにレチクル伸縮Ｍ_{VRA_Calc}(t)及びＭ_{EXP_Calc}(t)の平均値で近似できる。

Ｍ_COR(t)＝（Ｍ_{VRA_Calc}(t)＋Ｍ_{EXP_Calc}(t)）／２ …（８）
このレチクル伸縮を用いて、特性演算部は、その特性管理領域の像のＸ方向の幅を目標値に設定するための投影光学系ＰＬのＸ方向の投影倍率Ｍｘの式（５）の補正量Δβを次式から計算する。
Δβ＝−Ｍ_COR(t) …（９）
その後、結像特性補正装置３９では、式（９）の補正量Δβだけ投影光学系ＰＬのＸ方向の投影倍率Ｍｘを補正する（ステップ１０６）。
なお、ステップ１０５における倍率の変動量の予測及びステップ１０６の投影倍率の補正は、例えば１枚のウエハ中の各ショット領域の露光毎に、又は複数のショット領域の露光毎に行ってもよい。
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１０４〜１０６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、動作はステップ１０７からステップ１０８に移行する。

図４（Ａ）の曲線４４Ｃ、４４Ｅ、及び４４Ｔは、それぞれレチクル伸縮Ｍ_{VRA_Calc}(t)、レチクル伸縮Ｍ_{EXP_Calc}(t)、及び式（８）の補正対象のレチクル伸縮Ｍ_COR(t)の計算値（予測値）を表している。図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）の横軸は時間ｔ、図４（Ａ）の縦軸はＸ方向のレチクル伸縮（ｘ−ｍａｇ）である。また、図４（Ｂ）の曲線４６Ｔは、式（９）から計算されるＸ方向の投影倍率の補正量Δβを表し、図４（Ｃ）の曲線４４ＣＴは、Ｙ方向のレチクル伸縮（ｙ−ｍａｇ）を表している。

また、ステップ１０８において、全部のロットへの露光が終了したときに露光工程が終了し、露光対象のロットが残っている場合にはステップ１０９に移行して（ここでは時刻ｔ１とする）、ステップ１０２と同様に、ベースラインの計測及び図３（Ｂ）の倍率校正マーク４０Ａ，４０Ｂの像の位置の計測を行う。次のステップ１１０において、主制御系１内の特性演算部は、図３（Ｂ）の倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの像のＸ方向の間隔ＤＸ（ｔ１）を求め、この間隔ＤＸ（ｔ１）と目標値ＤＸ₀ とを用いて、式（２）から計算されるレチクル伸縮Ｍ_{VRA_Calc}(t1)の実測値からのオフセット（残差）ΔＭｘａ(t1)を次のように計算する。

ΔＭｘａ(t1)＝（ＤＸ（ｔ１）／ＤＸ₀ −１）−Ｍ_{VRA_Calc}(t1) …（１０）
この後は、式（２）にオフセットΔＭｘａ(t1)を加算した値をレチクル伸縮Ｍ_{VRA_Calc}(t) の計算値とする。また、式（２）にオフセットΔＭｘａ(t1)を加算した値を式（３）に代入して計算される倍率評価点４１Ａ，４１Ｂにおけるレチクル伸縮Ｍ_{EXP_Calc}(t1)とその前のレチクル伸縮Ｍ_{EXP_Calc}(t1)との差分から、倍率評価点４１Ａ，４１Ｂにおけるレチクル伸縮のオフセットΔＭｘｂ(t1)を計算する。さらに、レチクルＲの特性管理領域の両端部でのレチクル伸縮である補正対象のレチクル伸縮Ｍ_COR(t1)のオフセットΔＭｘ１は、次のように２つのオフセットΔＭＸａ(t1)及びΔＭＸｂ(t1)の平均値で近似できる。

ΔＭｘ１＝（ΔＭｘａ(t1)＋ΔＭＸｂ(t1)）／２ …（１１）
このレチクル伸縮を用いて、特性演算部は、その特性管理領域の像のＸ方向の幅を目標値に設定するための投影光学系ＰＬのＸ方向の投影倍率Ｍｘの式（５）の補正量ΔβのオフセットΔβｃを次式から計算する。
Δβｃ＝−ΔＭｘ１ …（１２）
その後、結像特性補正装置３９では、式（１２）のオフセットΔβｃだけ投影光学系ＰＬの投影倍率Ｍｘを補正する（ステップ１１１）。その後、動作はステップ１０４に移行して、次の１ロットのウエハの露光が行われる。

図４（Ａ）の曲線４５Ｃ、４５Ｅ、及び４５Ｔは、それぞれレチクル伸縮Ｍ_{VRA_Calc}(t)、Ｍ_{EXP_Calc}(t)、及びＭ_COR(t)の実測値から計算値（予測値）を差し引いたオフセットの変化を表している。また、図４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１において、投影倍率の補正量ΔβはΔＭｘ１だけ補正される。同様に、図４（Ｃ）の曲線４５ＣＴは、Ｙ方向のレチクル伸縮（ｙ−ｍａｇ）のオフセットの変化を表している。

その後、２番目のロットのウエハへの露光が終了した後のステップ１０９〜１１１においては、図４（Ａ）に示すように、補正対象のレチクル伸縮Ｍ_COR(t2)のオフセットΔＭｘ２が求められ、このオフセットΔＭｘ２に対応して図４（Ｂ）に示すように投影倍率の補正量Δβのオフセットが補正される。以下、次のロットに移行する毎にオフセットが更新される。

また、図５（Ａ）は、ウエハＷ上の一つのショット領域ＳＡ上に図３（Ｂ）のレチクルＲのパターン領域３１のパターンの像３１Ｐが露光された状態を示す平面図である。図３（Ｂ）の倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの仮想的な像４０ＡＰ〜４０ＤＰ、及び倍率評価点４１Ａ，４１Ｂの像４１ＡＰ，４１ＢＰが図５（Ａ）に示されている。なお、説明の便宜上、図５（Ａ）では投影光学系ＰＬによる像が正立像であるものとしている。

本実施形態によれば、上記の特性管理領域の像のＸ方向の幅が目標値になるように投影倍率が補正されているため、図５（Ａ）において、倍率校正マークの仮想的な像４０ＡＰ，４０ＢＰのＸ方向の間隔ＸＰ２は、目標値よりも狭く、倍率評価点の像４１ＡＰ，４１ＢＰのＸ方向の間隔ＸＰ１は、目標値よりも広くなる。言い換えると、パターン領域３１の像３１ＰのＸ方向の幅が平均としてショット領域ＳＡの幅に合致するため、重ね合わせ露光の場合に全体として高い重ね合わせ精度が得られる。

なお、図３（Ｂ）の倍率評価点４１Ａ，４１Ｂの間の領域を特性管理領域とした場合には、図５（Ｂ）に示すように、倍率評価点の像４１ＡＰ，４１ＢＰのＸ方向の間隔ＸＰ１が目標値に設定される。従って、その他の領域では、投影像の間隔が目標値よりも全体として狭くなる傾向があるが、例えば像４１ＡＰ，４１ＢＰの間に最も微細なパターンが露光される場合等には、図５（Ｂ）のような露光も可能である。

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、レチクルＲ上の倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄ及び倍率評価点４１Ａ，４１Ｂの位置におけるレチクル伸縮の変動量を予測するステップ１０５と、それら２組の評価点におけるレチクル伸縮の変動量の平均値を相殺するように投影光学系ＰＬの投影倍率を補正するステップ１０６とを含んでいる。

従って、倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄ（特性計測用マーク）の位置とレチクル伸縮（光学特性）を高精度に管理又は計測したい位置又は領域（特性管理領域）とが異なっている場合にも、その特性管理領域におけるレチクル伸縮を高精度に評価できる。従って、そのレチクル伸縮の変動量を相殺して、高精度に露光を行うことができる。
（２）なお、本実施形態では、２組の評価点におけるレチクル伸縮を予測しているが、さらに例えば図３（Ａ）の倍率評価点４１Ｃ，４１Ｄ等を含む３組以上の評価点におけるレチクル伸縮を予測してもよい。

また、倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄ及び倍率評価点４１Ａ，４１Ｂの位置におけるレチクル伸縮の変動量の平均値を相殺するように投影倍率を補正する代わりに、その２つのレチクル伸縮の加重平均値を相殺するように投影倍率を補正してもよい。この場合、例えばより微細なパターンに近い評価点に高い重みを付与してもよい。
（３）また、例えば図３（Ａ）の倍率評価点４１Ａ，４１Ｂにおけるレチクル伸縮の変動量を相殺するように投影倍率を補正してもよい。または、倍率評価点４１Ａ，４１Ｂ及び４１Ｃ，４１Ｄにおけるレチクル伸縮の変動量の平均値を相殺するように投影倍率を補正してもよい。

（４）また、倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄはパターン領域３１の外側に配置され、倍率評価点４１Ａ〜４１Ｄはパターン領域３１の内部に配置されているため、例えば露光中に定期的に倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの像の位置を計測することによって、レチクル伸縮の変動量の予測値（計算値）のオフセットを求めることができる。従って、投影倍率をより高精度に補正できる。

なお、倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄをパターン領域３１内に配置してもよい。また、倍率評価点４１Ａ〜４１Ｄの位置はウエハＷ上のレイヤ、ひいてはレチクルＲのパターンによって異なっていてもよい。
（５）また、本実施形態では倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの像の位置を空間像計測系２９を介して計測しているが、ステップ１０２及び１０９において、倍率校正マーク４０Ａ〜４０Ｄの位置をレチクルアライメント系３４Ａ，３４Ｂによって直接に計測してもよい。この場合には、ステップ１０９で計測される位置の間隔をステップ１０２で計測される位置の間隔で割ることによって、レチクル伸縮の変動量を直接に計測できる。

（６）また、例えば図３（Ａ）の倍率評価点４１Ａ〜４１Ｄに評価用パターンが形成されている場合に、ステップ１０４で露光されたウエハを現像した後に、その評価用パターンに対応するレジストパターンのＸ方向、Ｙ方向の間隔を計測装置で計測してもよい。この場合には、倍率評価点４１Ａ〜４１Ｄにおけるレチクル伸縮の変動量の予測値（計算値）の実測値に対するオフセットを求めることができる。従って、このオフセットを例えば式（３）の計算値に加算することで、倍率評価点４１Ａ〜４１Ｄにおけるレチクル伸縮の予測値の精度を向上できる。

（７）また、本実施形態では、光学特性としてレチクル伸縮の変動量を計測している。しかしながら、光学特性として、例えば図３（Ａ）のレチクルＲの所定の複数組の評価点の像のベストフォーカス位置の変動量を予測してもよい。この場合には、予測されるベストフォーカス位置の加重平均等から求められるベストフォーカス位置が投影光学系ＰＬの像面に合致するように、投影光学系ＰＬの結像特性としてのフォーカス位置を補正すればよい。なお、フォーカス位置を補正する場合には、投影光学系ＰＬのフォーカス位置を固定して、例えばウエハステージＷＳＴを介してウエハＷの表面のＺ方向の位置を補正してもよい。

なお、上記の実施形態では、光学特性としてレチクル伸縮又はフォーカス位置を評価しているが、光学特性として、投影光学系のディストーション、非点収差、若しくは波面収差、又はレチクルのＺ方向への撓み量等を評価（計測）する場合にも本発明を適用できる。

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７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、例えばレチクルのパターン領域内でレチクル伸縮を高精度に管理（評価及び補正）したい位置又は領域でのレチクル伸縮の変動量を相殺するように投影倍率を補正できるため、高精度に電子デバイスを製造できる。

なお、本発明は、上述の走査露光型の露光装置で露光する場合の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ等）で露光する場合にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外のドライ露光型の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。

本発明の実施形態の一例で使用される露光装置の概略構成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中のレチクルＲを示す平面図、（Ｂ）は時間ｔが経過した後のレチクルＲの伸縮の状態を示す平面図である。 （Ａ）は時間ｔの経過に伴うＸ方向のレチクル伸縮の一例を示す図、（Ｂ）は投影倍率の補正量Δβの変化の一例を示す図、（Ｃ）はＹ方向のレチクル伸縮の一例を示す図である。 （Ａ）はウエハ上のショット領域に露光されるレチクルのパターンの像の一例を示す平面図、（Ｂ）はショット領域に露光されるレチクルのパターンの像の別の例を示す平面図である。 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。 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、２９…空間像計測系、３１…パターン領域、３２Ａ，３２Ｂ…アライメントマーク、３９…結像特性補正装置、４０Ａ〜４０Ｄ…倍率校正マーク、４１Ａ〜４１Ｄ…倍率評価点

Claims (12)

1. 露光光でマスクのパターンを照明し、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、
   前記マスク上の複数組の評価点における光学特性の変動量を予測する工程と、
   前記複数組のうちから選択された組の評価点における前記光学特性の変動量に応じて前記投影光学系の結像特性を補正する工程と、
   を含むことを特徴とする露光方法。
2. 前記複数組のうちから選択された２組の評価点における前記光学特性の変動量の加重平均に応じて前記投影光学系の結像特性を補正することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記選択された２組の評価点における前記光学特性の変動量の平均値に応じて前記投影光学系の結像特性を補正することを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
4. 前記複数組のうちから選択された所定の１組の評価点における前記光学特性の変動量に応じて前記投影光学系の結像特性を補正することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
5. 前記予測される光学特性の変動量は前記マスクの伸縮量であり、
   前記補正される結像特性は前記投影光学系の倍率であ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. 前記複数組の評価点のうち第１組の評価点は前記パターンの外側に配置され、第２組の評価点は前記パターンの内部に配置されることを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
7. 前記第２組の評価点の位置は、前記物体上の露光レイヤによって異なることを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
8. 前記第１組の評価点上の前記マスクに第１の評価用パターンが形成され、
   前記第１の評価用パターンの位置情報を計測し、該計測結果より前記第１組の評価点における前記マスクの伸縮量を求める工程を含むことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の露光方法。
9. 前記第２組の評価点上の前記マスクに第２の評価用パターンが形成され、
   前記物体上に露光された前記第２の評価用パターンの像の位置情報を計測し、該計測結果より前記第２組の評価点における前記マスクの伸縮量を求める工程を含むことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の露光方法。
10. 前記予測される光学特性の変動量は前記パターンの像のフォーカス位置の変動量であり、
    前記補正される結像特性は前記投影光学系の像のフォーカス位置であ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。
11. 前記投影光学系の像のフォーカス位置を補正するために、前記マスク及び前記物体の少なくとも一方の前記投影光学系の光軸方向の位置を補正することを特徴とする請求項１０に記載の露光方法。
12. 請求項１から請求項１１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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