JP2013175500A - 露光装置、及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの実施形態は、例えば、位置合わせ精度を向上できる露光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】１つの実施形態によれば、取得部と計算部とを有する露光装置が提供される。取得部は、複数の計測値を取得する。複数の計測値は、互いに異なる複数のフォーカスオフセット量に対して計測されたものである。複数の計測値は、それぞれ、ショット領域内の位置ずれ分布を示す。計算部は、複数の計測値から複数のディストーション誤差を求める。計算部は、複数のフォーカスオフセット量及び複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量と位置合わせ補正値との相関関係を求める。位置合わせ補正値は、ディストーション誤差を補正するための値である。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、露光装置、及び露光方法に関する。

露光装置では、マスクのパターンを基板へ転写する露光処理を行う。このとき、基板上におけるマスクのパターンの転写位置が予定した位置からずれるとパターン不良を発生させる可能性がある。そこで、位置合わせ精度を向上させることが望まれる。

特開２００２−５０５６２号公報 特許第３４１２９８１号公報

１つの実施形態は、例えば、位置合わせ精度を向上できる露光装置、及び露光方法を提供することを目的とする。

１つの実施形態によれば、取得部と計算部とを有する露光装置が提供される。取得部は、複数の計測値を取得する。複数の計測値は、互いに異なる複数のフォーカスオフセット量に対して計測されたものである。複数の計測値は、それぞれ、ショット領域内の位置ずれ分布を示す。計算部は、複数の計測値から複数のディストーション誤差を求める。計算部は、複数のフォーカスオフセット量及び複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量と位置合わせ補正値との相関関係を求める。位置合わせ補正値は、ディストーション誤差を補正するための値である。

第１の実施形態にかかる露光装置の構成を示す図。 第１の実施形態におけるマスクの歪みを示す図。 第１の実施形態における絞りのアンバランスを示す図。 第１の実施形態における位置ずれ分布の計測値を示す図。 第１の実施形態におけるＱＣ用マスクのパターンを示す図。 第１の実施形態におけるＱＣ用基板のパターンを示す図。 第１の実施形態における位置ずれ分布についての複数の計測値を示す図。 第１の実施形態における相関関係の計算結果を示す図。 第１の実施形態における相関テーブルのデータ構造を示す図。 第１の実施形態にかかる露光装置の動作を示すフローチャート。 第１の実施形態の変形例にかかる露光装置を含むシステムの構成を示す図。 第１の実施形態の変形例における相関関係データベースのデータ構造を示す図。 第２の実施形態にかかる露光装置の構成を示す図。 第２の実施形態における絞りの構成を示す図。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる露光装置、及び露光方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかる露光装置１００について図１を用いて説明する。図１は、露光装置１００の構成を示す図である。

露光装置１００は、半導体デバイスの製造におけるリソグラフィー工程に使用される。露光装置１００は、例えば走査型の露光装置であり、Ｘ方向に沿ってマスクＭＫ及び基板ＳＢを同期走査させながら、マスクＭＫのパターンを基板ＳＢへ転写する露光処理を行う。以下の説明では、基板ＳＢの表面ＳＢａに沿った面内でＸ方向に垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向をＺ方向とする。

このとき、半導体デバイスの微細化要求に対して、リソグラフィーの微細化、すなわち露光装置の高解像化で対応を行うことを考えた場合、液浸型の露光装置のパターン解像限界を所定のレンズ開口数（例えば、ＮＡ＝１．３５）以上に向上することが困難になりつつある。

そこで、本実施形態では、露光装置１００として、光源ＬＳからの光の波長を従来（例えば、ＡｒＦ光）より短くし、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒａ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｒｅｔ）光を露光光とした縮小投影型のＥＵＶ露光装置を採用する。ＥＵＶ光の波長は、例えば、λ＝１３．５ｎｍである。

ＥＵＶ露光装置では、露光光（ＥＵＶ光）の空気中の透過率が非常に低いので、露光光が通過する箇所を真空にする必要がある。すなわち、露光装置１００は、露光光が通過する箇所が真空チャンバ内に配され、真空チャンバ内が真空排気される。そのため、露光装置１００では、マスクステージ１０におけるマスクＭＫを吸着する機構として真空チャックが使えないため、マスクステージ１０は静電チャック１１でマスクＭＫを吸着する。

また、ＥＵＶ露光装置では、露光光の波長が非常に短いため、屈折光学系を構成する適切なレンズ材料（高透過率、屈折率差）が存在せず、反射光学系と反射型マスクとを用いる必要がある。すなわち、露光装置１００では、照明光学系ＩＯＳ及び投影光学系ＰＯＳは、いずれも、反射光学系であり、マスクＭＫは、反射型マスクである。例えば、投影光学系ＰＯＳは、複数のミラーＭ１〜Ｍ７を有する。例えば、照明光学系ＩＯＳからマスクＭＫに照射された露光光は、マスクＭＫの表面ＭＫａで反射され、複数のミラーＭ１〜Ｍ７を介して基板ＳＢの表面ＳＢａに導かれる。

このとき、図２に示すように、マスクＭＫに対して露光光が非テレセン（例えば、６度斜入射）となっている。そのため、マスクＭＫの表面ＭＫａの平坦度や静電チャック１１の表面１１ａの平坦度の影響を受けて、基板ＳＢ上で露光パターンの転写位置が、図１に実線で示す位置から一点鎖線で示す位置へずれる位置ずれ誤差が発生する可能性がある。例えば、マスクＭＫの表面ＭＫａが本来の位置から距離ｄで凹んだ場合、露光光の重心は、マスクＭＫで反射した直後にマスクＭＫの表面ＭＫａに沿った方向に例えばｄｔａｎ６°≒ｄ／９．５で位置ずれを起こし、基板ＳＢの表面ＳＢａ上で基板ＳＢの表面ＳＢａに沿った方向に例えばｄ／３８で位置ずれを起こす。

本発明者は、検討を行ったところ、この位置ずれのショット領域内における分布（位置ずれ分布）が、マスクＭＫの表面ＭＫａから基板ＳＢの表面ＳＢａまでの距離、すなわち露光装置１００のフォーカスオフセット量ＦＯに依存することを見出した。

また、照明光学系ＩＯＳの瞳位置には、例えば、図３（ａ）に示すような開口形状の絞りＩＯＳａが配され、露光装置１００の解像力を向上させるためのダイポール照明を実現している。このダイポール照明の輝度バランスが図３（ｂ）に示すように崩れると、マスクＭＫに対して露光光が非テレセンになっているため、その影響を受けやすく、基板ＳＢ上で露光パターンの転写位置が、図１に実線で示す位置から一点鎖線で示す位置へずれる位置ずれ誤差が発生する可能性がある。

本発明者は、検討を行ったところ、この位置ずれのショット領域内における分布（位置ずれ分布）も、マスクＭＫの表面ＭＫａから基板ＳＢの表面ＳＢａまでの距離、すなわち露光装置１００のフォーカスオフセット量ＦＯに依存することを見出した。

また、本発明者は、検討を行ったところ、露光装置１００のＱＣ（品質管理）を行って求めた装置のベストフォーカス位置（フォーカスオフセット量ＦＯ＝Ｅ）が、図４に示すように、実際の半導体デバイス（製品ロット）のベストフォーカス位置（フォーカスオフセット量ＦＯ＝Ｆ）と異なる傾向にあることを見出した。すなわち、装置のベストフォーカス位置を求める際には、平坦な基板の表面上にＱＣ用マスクパターン（図５参照）を転写するのに対して、実際の半導体デバイス（製品ロット）では、下地レイヤのパターンにより平坦でない基板の表面上にマスクパターンを転写するため、両者のベストフォーカス位置が異なるものと考えられる。このため、実際の半導体デバイスの露光処理において、半導体デバイスごとに、ショット領域内の位置ずれ分布が様々に変動し、歪み（ディストーション誤差）として顕在化する可能性がある。

例えば、図４の左図ＳＨ−Ｅに示すように、露光装置１００のＱＣを行い、フォーカスオフセット量ＦＯ＝ＥのＺ位置をベストフォーカス位置としてＺ＝０の基準位置に設定した後に、製品基板を図４の右図ＳＨ−Ｆに示すＺ≠０のＺ位置で露光を行うと、露光装置１００のＱＣでは見えなかった新たなショット内のディストーション誤差が顕在化してしまい、製品ウェハーの露光の時にショット内の位置合わせ精度が低下する可能性がある。

すなわち、基板ＳＢ上におけるマスクＭＫのパターンの転写位置が予定した位置からずれるとパターン不良を発生させる可能性がある。これにより、リワーク率が上昇したり基板の歩留まりが低下したりする傾向にあり、半導体デバイスの生産性が低下する可能性がある。

そこで、露光装置１００は、ディストーション誤差の影響を抑制し、マスクＭＫと基板ＳＢとの位置合わせの精度を向上させるために、互いに異なる複数のフォーカスオフセット量に対してショット領域内の位置ずれ分布を計測してディストーション誤差を求め、フォーカスオフセット量とディストーション誤差を補正するための位置合わせ補正値との相関関係を求める。

具体的には、露光装置１００は、光源ＬＳ、照明光学系ＩＯＳ、投影光学系ＰＯＳ、マスクステージ１０、基板ステージ２０、計測器４０、８０、及び制御系３０を備える。
光源ＬＳは、例えば、ＥＵＶ光を露光光として発生させる。光源ＬＳは、発生された露光光を照明光学系ＩＯＳへ入射させる。

照明光学系ＩＯＳは、露光光に対して、絞りＩＯＳａ等による調整を行う。照明光学系ＩＯＳは、調整された露光光でマスクＭＫを照明する。マスクＭＫに照明された露光光は、マスクＭＫの表面ＭＫａで反射され、投影光学系ＰＯＳへ導かれる。
投影光学系ＰＯＳは、導かれた露光光をさらに基板ＳＢの表面ＳＢａへ導く。

マスクステージ１０は、マスクＭＫを保持する。マスクステージ１０は、例えば、静電チャック１１を有し、静電チャック１１でマスクＭＫを吸着することでマスクＭＫを保持する。マスクステージ１０は、例えば装置ＱＣを行う際に基板ＳＢ上に形成すべき複数の位置合わせ計測マークに対応したＱＣ用マスクパターン（図５参照）を有するＱＣ用マスクをマスクＭＫとして保持する。マスクステージ１０は、例えば実デバイスの露光処理を行う際に実デバイスのパターンに対応したマスクパターンを有するマスクをマスクＭＫとして保持する。
また、マスクステージ１０は、例えば６方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｘ軸回りの回転方向、Ｙ軸回りの回転方向、Ｚ軸回りの回転方向）に駆動される。

基板ステージ２０は、基板ＳＢを保持する。基板ステージ２０は、例えば、静電チャック２１を有し、静電チャック２１で基板ＳＢを吸着することで基板ＳＢを保持する。
また、基板ステージ２０は、例えば６方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｘ軸回りの回転方向、Ｙ軸回りの回転方向、Ｚ軸回りの回転方向）に駆動される。

計測器４０は、位置合わせ計測を行う。計測器４０は、例えば、光学顕微鏡を有し、装置ＱＣを行う際に、ＱＣ用の基板ＳＢ上に形成された複数の位置合わせ計測用マークＰＴ１〜ＰＴｎ（図５参照）の光学像（位置合わせ計測マーク）を光学顕微鏡で取得して制御系３０へ供給する。なお、計測器４０は、基準計測用マークＭ（図５参照）の光学像を光学顕微鏡でさらに取得して制御系３０へ供給してもよい。ＱＣ用の基板ＳＢは、例えば、基準となるゴールデン基板であってもよいし、あるいは、所定のベア基板であってもよい。

計測器８０は、フォーカス計測を行う。計測器８０は、例えば、投射系８０ａ及び受光系８０ｂを有している。投射系８０ａ及び受光系８０ｂは、互いに対向する位置において、それぞれ計測対象（例えば、基板ＳＢ）の斜め上方に位置している。投射系８０ａから照射された光は、光軸に沿って基板ＳＢ側に進んで基板ＳＢ上で所定形状の像として結像するとともに反射する。その反射光は、光軸に沿って基板ＳＢから離れる方向に進んで受光系８０ｂで所定形状の像として再結像する。これにより、計測器８０は、基板ＳＢのＺ位置を検出するフォーカス計測を行う。

制御系３０は、露光装置１００の各部を全体的に制御する。具体的には、制御系３０は、マスクステージ制御部３１、基板ステージ制御部３２、計測制御部３３、及び主制御部３４を有する。
マスクステージ制御部３１は、マスクステージ１０の駆動を制御する。マスクステージ制御部３１は、マスクステージ１０を、例えばＸ方向に駆動する。

基板ステージ制御部３２は、基板ステージ２０の駆動を制御する。基板ステージ制御部３２は、基板ステージ２０を、例えば６方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｘ軸回りの回転方向、Ｙ軸回りの回転方向、Ｚ軸回りの回転方向）に駆動する。

このとき、主制御部３４は、露光処理時において、マスクステージ１０及び基板ステージ２０をＸ方向に沿って同期走査するように、マスクステージ制御部３１及び基板ステージ制御部３２を制御する。

計測制御部３３は、計測器４０を制御する。例えば、計測制御部３３は、計測器４０を制御して、相対的な方法又は絶対的な方法を用いて、複数の位置合わせ計測用マークＰＴ１〜ＰＴｎ（図５参照）の位置ずれ量を求める。

相対的な方法を用いる場合、計測制御部３３は、複数の位置合わせ計測用マークＰＴ１〜ＰＴｎの光学像を取得する。計測制御部３３は、複数の位置合わせ計測用マークＰＴ１〜ＰＴｎの光学像に対して所定の演算を施すことにより、各位置合わせ計測用マークＰＴ１〜ＰＴｎの位置ずれ量を求める。

例えば、図５に示すように、例えば位置合わせ計測用マークＰＴ１を基準計測用マークとして、位置合わせ計測用マークＰＴｋの本来の位置を示す相対位置ベクトルＲＰ１を予め取得しておく。そして、上記の取得された光学像から、例えば、位置合わせ計測用マークＰＴｋが実線で示す位置から破線で示す位置へずれた場合の相対位置ベクトルＲＰ２を求める。そして、相対位置ベクトルＲＰ２から相対位置ベクトルＲＰ１をベクトル的に引くことにより、位置ずれ量（例えば、ベクトル量）を求める。この方法は、位置合わせ計測用マークＰＴ１を基準としているため、絶対的な位置ずれ量は把握できないが、複数の位置合わせ計測用マークＰＴ１〜ＰＴｎの間の相対的な位置ずれを把握できる。

あるいは、絶対的な方法を用いる場合、計測制御部３３は、複数の位置合わせ計測用マークＰＴ１〜ＰＴｎの光学像と基準計測用マークＭの光学像とを取得する。計測制御部３３は、基準計測用マークＭの光学像を用いながら、複数の位置合わせ計測用マークＰＴ１〜ＰＴｎの光学像に対して所定の演算を施すことにより、各位置合わせ計測用マークＰＴ１〜ＰＴｎの位置ずれ量を求める。

例えば、図５に示すように、例えば基準計測用マークＭを基準として、位置合わせ計測用マークＰＴｋの本来の位置を示す絶対位置ベクトルＳＰ１を予め取得しておく。そして、上記の取得された光学像から、例えば、位置合わせ計測用マークＰＴｋが実線で示す位置から破線で示す位置へずれた場合の絶対位置ベクトルＳＰ２を求める。そして、絶対位置ベクトルＳＰ２から絶対位置ベクトルＳＰ１をベクトル的に引くことにより、位置ずれ量（例えば、ベクトル量）を求める。この方法は、基準計測用マークＭを基準としているため、各位置合わせ計測用マークＰＴ１〜ＰＴｎについて絶対的な位置ずれ量も把握できる。

そして、計測制御部３３は、求められた位置ずれ量（例えば、ベクトル量）の２次元的な分布情報（図７参照）を、ショット領域内の位置ずれ分布を示す計測値として取得する。計測制御部３３は、このような計測値を、互いに異なる複数のフォーカスオフセット量について例えば順次に取得する。計測制御部３３は、取得された計測値を主制御部３４へ供給する。計測制御部３３は、例えば複数の計測値（例えば、図７のＳＨ−Ａ〜ＳＨ−Ｃ参照）を順次に主制御部３４へ供給する。

また、計測制御部３３は、計測器８０を制御する。例えば、計測制御部３３は、計測器８０を制御して、フォーカス計測を行ってフォーカス計測の結果を取得し、フォーカス計測の結果に基づいて、例えば基準のＺ位置に対するフォーカス計測の結果との差分をとることなどにより、フォーカスオフセット量ＦＯを求める。そして、計測制御部３３は、求められたフォーカスオフセット量ＦＯを計測値として主制御部３４へ供給する。

主制御部３４は、マスクステージ制御部３１、基板ステージ制御部３２、及び計測制御部３３を全体的に制御する。具体的には、主制御部３４は、フォーカス制御部３５、位置合わせ制御部３６、記憶部３７、及び露光処理部３８を有する。

フォーカス制御部３５は、フォーカス計測の計測値、すなわちフォーカスオフセット量ＦＯを計測制御部３３から受ける。フォーカス制御部３５は、フォーカスオフセット量ＦＯと目標のフォーカスオフセット量とを比較する。

例えば、フォーカス制御部３５は、目標のフォーカスオフセット量を決定する第１の決定部３５ａを有する。第１の決定部３５ａは、例えば装置ＱＣを行う際に、互いに異なる複数のフォーカスオフセット量のうち未選択のフォーカスオフセット量を、目標のフォーカスオフセット量として決定する。第１の決定部３５ａは、例えば実デバイスの基板を露光する際に、実デバイスのレシピ情報等に基づいて、実デバイスの製造条件に対応したフォーカスオフセット量を目標のフォーカスオフセット量として決定する。

そして、フォーカス制御部３５は、フォーカスオフセット量ＦＯが目標のフォーカスオフセット量に近づくようなフォーカス補正値を求める。フォーカス制御部３５は、求められたフォーカス補正値を用いて、基板ステージ制御部３２を介して基板ＳＢをＺ方向等に移動させる。
位置合わせ制御部３６は、計算部３６ａ及び第２の決定部３６ｂを有する。計算部３６ａは、誤差計算部３６ａ１及び相関関係計算部３６ａ２を有する。

誤差計算部３６ａ１は、ショット領域内の位置ずれ分布をそれぞれ示す複数の計測値を例えば順次に計測制御部３３から受ける。誤差計算部３６ａ１は、複数の計測値のそれぞれに対して、位置ずれ分布の歪みを表すディストーション誤差を求める。例えば、誤差計算部３６ａ１は、各計測値に含まれる複数の位置ずれ量（例えば、ベクトル量）をベクトル的に単純加算することで、ディストーション誤差（例えば、ベクトル量）を求める。誤差計算部３６ａ１は、求められたディストーション誤差を相関関係計算部３６ａ２へ供給する。

相関関係計算部３６ａ２は、例えば装置ＱＣを行う際フォーカスオフセット量ＦＯが変わるたびに、フォーカス計測の計測値、すなわちフォーカスオフセット量ＦＯを計測制御部３３から受け、ディストーション誤差を誤差計算部３６ａ１から受ける。すなわち、相関関係計算部３６ａ２は、複数のフォーカスオフセット量及び複数のディストーション誤差を、両者の対応関係が分かる形で受ける。相関関係計算部３６ａ２は、複数のフォーカスオフセット量及び複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量と位置合わせ補正値との相関関係を求める。位置合わせ補正値は、ディストーション誤差を補正するための補正値である。

例えば、相関関係計算部３６ａ２は、ディストーション誤差（例えば、ベクトル量）を受けたら、ディストーション誤差を打ち消すようなベクトル（Ｄｘ，Ｄｙ）を求める。そして、相関関係計算部３６ａ２は、例えば、そのベクトルに対応した係数Ｋ_１〜Ｋ_２０を位置合わせ補正値として求める。相関関係計算部３６ａ２は、このような処理を、複数の異なるフォーカスオフセット量ＦＯ＝Ａ〜Ｃについて繰り返し行い、複数の位置合わせ補正値Ｋ_１〜Ｋ_２０のそれぞれについて相関関係Ｇ_１〜Ｇ_２０を得る（図８（ｂ）参照）。相関関係計算部３６ａ２は、得られた相関関係Ｇ_１〜Ｇ_２０に応じた相関情報を記憶部３７に記憶させる。

第２の決定部３６ｂは、記憶部３７を参照し、相関関係に応じた相関情報を取得する。また、第２の決定部３６ｂは、実デバイスの基板を露光する際の目標のフォーカスオフセット量として決定されたフォーカスオフセット量を第１の決定部３５ａから受ける。第２の決定部３６ｂは、相関情報に応じて、実デバイスの基板のフォーカスオフセット量に対する位置合わせ補正値を決定する。第２の決定部３６ｂは、決定された位置合わせ補正値を露光処理部３８へ供給する。

露光処理部３８は、装置ＱＣを行う際に、第１の決定部３５ａにより決定されたフォーカスオフセット量ＦＯに応じて、基板ステージ２０を介して基板ＳＢをＺ方向に移動させた後、移動後の位置で基板ＳＢが露光されるように制御する。

また、露光処理部３８は、実デバイスの露光時に、決定されたフォーカスオフセット量ＦＯ及び位置合わせ補正値を用いて、基板ＳＢを露光する。すなわち、露光処理部３８は、第１の決定部３５ａにより決定されたフォーカスオフセット量ＯＦに応じて、基板ステージ２０を介して基板ＳＢをＺ方向に移動させた後、第２の決定部３６ｂにより決定された位置合わせ補正値に応じて、基板ステージ２０を介して基板ＳＢをＸ方向及びＹ方向に移動させ、移動後の位置で基板ＳＢが露光されるように制御する。
記憶部３７は、相関関係計算部３６ａ２により求められた相関関係に応じた相関情報を記憶する。

ここで、得られた相関関係Ｇ_１〜Ｇ_２０のデータ量が多い場合これをそのまま記憶部３７に記憶させると記憶部３７の記憶容量を大容量にしなければならなくなる。露光装置１００のコストを低減させるためにも、データ量を低減するための工夫が望まれる。

そこで、例えば、相関関係計算部３６ａ２は、得られた相関関係Ｇ_１〜Ｇ_２０から、実デバイスで使用することが予想されるフォーカスオフセット量Ａ、Ｂ、Ｃに対応した値を抽出し、例えば図９に示すような相関テーブル３７１を生成する。相関テーブル３７１は、例えば、フォーカスオフセット欄３７１１、Ｋ_１の値欄３７１２−１、Ｋ_２の値欄３７１２−２、・・・、Ｋ_２０の値欄３７１２−２０を有する。相関テーブル３７１を参照することにより、例えば、フォーカスオフセット量Ａに対応した位置合わせ補正値Ｋ_１ａ〜Ｋ_２０ａを特定することができる。相関テーブル３７１を参照することにより、例えば、フォーカスオフセット量Ｂに対応した位置合わせ補正値Ｋ_１ｂ〜Ｋ_２０ｂを特定することができる。相関テーブル３７１を参照することにより、例えば、フォーカスオフセット量Ｃに対応した位置合わせ補正値Ｋ_１ｃ〜Ｋ_２０ｃを特定することができる。相関関係計算部３６ａ２は、生成した相関テーブル３７１を記憶部３７に記憶させる。

あるいは、例えば、相関関係計算部３６ａ２は、得られた相関関係Ｇ_１〜Ｇ_２０から、フォーカスオフセット量と位置合わせ補正値との関係を示す関数式を求める。すなわち、相関関係計算部３６ａ２は、フォーカスオフセット量ＦＯから位置合わせ補正値Ｋ_１ｂ〜Ｋ_２０ｂを求めるための関数式Ｋ_１＝Ｆ_１（ＯＦ）、Ｋ_２＝Ｆ_２（ＯＦ）、・・・、Ｋ_２０＝Ｆ_２０（ＯＦ）を求める。例えば、フォーカスオフセット量ＦＯと位置合わせ補正値Ｋ_１ｂ〜Ｋ_２０ｂとの関係が装置ＡＰ２について図８（ｂ）に示すように直線近似できる場合、関数Ｆ_１〜Ｆ_２０として１次関数を用いることができる。あるいは、例えば、フォーカスオフセット量ＦＯと位置合わせ補正値Ｋ_１ｂ〜Ｋ_２０ｂとの関係が２次関数で近似できる場合、関数Ｆ_１〜Ｆ_２０として２次関数を用いることができる。あるいは、例えば、フォーカスオフセット量ＦＯと位置合わせ補正値Ｋ_１ｂ〜Ｋ_２０ｂとの関係が３次関数で近似できる場合、関数Ｆ_１〜Ｆ_２０として３次関数を用いることができる。あるいは、例えば、フォーカスオフセット量ＦＯと位置合わせ補正値Ｋ_１ｂ〜Ｋ_２０ｂとの関係がｎ次関数（ｎ≧４）で近似できる場合、関数Ｆ_１〜Ｆ_２０としてｎ次関数を用いることができる。相関関係計算部３６ａ２は、求められた関数式を記憶部３７に記憶させる。

次に、露光装置１００の動作について主として図１０を用いて説明する。図１０は、露光装置１００の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１０では、露光装置１００が、装置ＱＣを行う。具体的には、以下のステップＳ１１、ステップＳ１２の処理が行われる。

ステップＳ１１では、露光装置１００が、ＱＣ露光を行う。

具体的には、図５に示すようなマスクパターンを有する露光装置の位置合わせＱＣ用のマスクＭＫを用意する。露光装置の位置合わせＱＣ用のマスクＭＫは、図５に示すように、ショット領域（露光可能領域）内に複数の位置合わせ計測用マークＰＴ１〜ＰＴｎのパターンが配置されており、ショット領域内の歪み成分（ディストーション誤差）を計測することが可能なものである。

そして、露光装置１００は、位置合わせＱＣ用のマスクＭＫを用いて、位置合わせＱＣ用の基板ＳＢ上に露光を行い複数の位置合わせ計測マークを形成する。ＱＣ用の基板ＳＢは、例えば、基準となるゴールデン基板であってもよいし、あるいは、所定のベア基板であってもよい。

このとき、従来の位置合わせＱＣ露光では、フォーカスオフセット量は固定（ゼロもしくは、１条件）で行うが、本実施形態では、複数のフォーカスオフセット条件で例えば順次に露光を行う。例えば、図６に示すように、「Ａ」で示される複数のショット領域のそれぞれに対して、フォーカスオフセット量ＦＯ＝Ａの条件でＱＣ露光を行い、その後、「Ｂ」で示される複数のショット領域のそれぞれに対して、フォーカスオフセット量ＦＯ＝Ｂの条件でＱＣ露光を行い、その後、「Ｃ」で示される複数のショット領域のそれぞれに対して、フォーカスオフセット量ＦＯ＝Ｃの条件でＱＣ露光を行う。

ステップＳ１２では、露光装置１００が、位置合わせ計測を行う。すなわち、露光装置１００は、複数のフォーカスオフセット条件（フォーカスオフセット量ＦＯ＝Ａ〜Ｃ）で露光したＱＣ用の基板ＳＢに対して、位置合わせ計測を行う。位置合わせ計測は、ショット領域内に複数配置された位置合わせ計測マークを計測する。なお、位置合わせ計測マークと別に形成した基準計測マークをさらに計測してもよい。また、高精度な位置合わせ計測を行うために、図６に示す場合、フォーカスオフセット量毎に、複数のショット領域に対して位置合わせ計測を行い複数のショット領域の計測結果を平均して得られた値を、そのフォーカスオフセット量に対する計測結果とすることが好ましい。
なお、位置合わせ計測は、露光装置１００が行う代わりに、露光装置１００の外部の位置合わせ検査装置（図示せず）が行ってもよい。
ステップＳ２０では、露光装置１００が、計算処理を行う。具体的には、以下のステップＳ２１〜ステップＳ２３の処理が行われる。

ステップＳ２１では、露光装置１００が、上記した相対的な方法又は絶対的な方法を用いて、複数の位置合わせ計測用マークの位置ずれ量を求める。そして、計測制御部３３は、求められた位置ずれ量（例えば、ベクトル量）の２次元的な分布情報（図７参照）を、ショット領域内の位置ずれ分布を示す計測値として取得する。すなわち、各計測値は、ショット領域内の位置ずれ分布を示すものであり、例えば、ショット領域内における位置ずれ量（例えば、ベクトル量）の２次元的な分布情報（図７参照）を含む。

ステップＳ２２では、露光装置１００が、各計測値から、フォーカスオフセット量毎にショット領域内の歪み成分（ディストーション誤差）を算出する（図７参照）。例えば、露光装置１００は、各計測値に含まれる複数の位置ずれ量（例えば、ベクトル量）をベクトル的に単純加算することで、ディストーション誤差（例えば、ベクトル量）を求める。

ステップＳ２３では、露光装置１００が、複数のフォーカスオフセット量及び複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量と位置合わせ補正値との相関関係を求める。例えば、露光装置１００は、ステップＳ２２の算出結果に対して、例えば図８（ａ）に示す３次の高次関数式で最小二乗近似を行い、フォーカスオフセット量毎にディストーション誤差を補正するための位置合わせ補正値Ｋ_１〜Ｋ_２０を算出する。

具体的には、露光装置１００は、ディストーション誤差（例えば、ベクトル量）を受けたら、ディストーション誤差を打ち消すようなベクトル（Ｄｘ，Ｄｙ）を求める。そして、相関関係計算部３６ａ２は、例えば図８（ａ）に示す３次の高次関数式で最小二乗近似を行い、そのベクトルに対応した係数Ｋ_１〜Ｋ_２０を位置合わせ補正値として求める。相関関係計算部３６ａ２は、このような処理を、複数の異なるフォーカスオフセット量ＯＦ＝Ａ〜Ｃについて繰り返し行い、複数の位置合わせ補正値Ｋ_１〜Ｋ_２０のそれぞれについて相関関係Ｇ_１〜Ｇ_２０を得る（図８（ｂ）参照）。露光装置１００は、得られた相関関係Ｇ_１〜Ｇ_２０に応じた相関情報を生成し記憶部３７に記憶させる。

ステップＳ３０では、露光装置１００が、実デバイスの基板ＳＢに対して、露光処理を行う。具体的には、以下のステップＳ３１〜ステップＳ３３の処理が行われる。

ステップＳ３１では、露光装置１００が、フォーカス制御を行う。例えば、露光装置１００は、実デバイスのレシピ情報等に基づいて、実デバイスの製造条件に対応したフォーカスオフセット量を決定する。そして、露光装置１００は、決定されたフォーカスオフセット量に近づくように、基板ＳＢをＺ方向等に移動させる。

ステップＳ３２では、露光装置１００が、位置合わせ制御を行う。すなわち、露光装置１００は、算出されたフォーカスオフセット量毎の位置合わせ補正値Ｋ_１〜Ｋ_２０の情報、すなわち相関情報（例えば、図９に示す相関テーブル３７１）を使い、実際に露光する製品のフォーカスオフセット量に対応した位置合わせ補正値Ｋ_１〜Ｋ_２０でショット領域内の歪み成分（ディストーション誤差）を補正する。

具体的には、露光装置１００は、記憶部３７を参照し、相関関係に応じた相関情報を取得する。露光装置１００は、相関情報に応じて、実デバイスの基板のフォーカスオフセット量に対する位置合わせ補正値Ｋ_１〜Ｋ_２０を決定する。露光装置１００は、決定された位置合わせ補正値Ｋ_１〜Ｋ_２０に応じて、例えば図８（ａ）に示す関数式からＸ方向及びＹ方向の移動量を決定し、基板ＳＢをＸ方向及びＹ方向に移動させる。
ステップＳ３３では、露光装置１００が、基板ＳＢの露光を行う。

以上のように、第１の実施形態では、露光装置１００において、計測制御部３３が、互いに異なる複数のフォーカスオフセット量に対して計測された複数の計測値であり、ショット領域内の位置ずれ分布をそれぞれ示す複数の計測値を取得する。計算部３６ａは、複数の計測値から複数のディストーション誤差を求め、複数のフォーカスオフセット量及び複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量と位置合わせ補正値との相関関係を求める。これにより、半導体デバイスごとにフォーカスオフセット量が変動する場合に、ディストーション誤差を補正するための位置合わせ補正値を調整することができる。この結果、実デバイスのベストフォーカス位置が装置ＱＣ時のベストフォーカス位置からずれ、ディストーション誤差の顕在化が危惧される場合に、ディストーション誤差を補正でき、ショット領域内の位置合わせ精度を向上できる。

また、第１の実施形態では、露光装置１００において、第１の決定部３５ａが、実デバイスの基板を露光する際におけるフォーカスオフセット量を決定し、第２の決定部３６ｂが、計算部３６ａにより求められた相関関係に応じて、実デバイスのフォーカスオフセット量に対する位置合わせ補正値を決定し、露光処理部３８が、その決定された位置合わせ補正値を用いて、基板ＳＢを露光する。これにより、実デバイスの露光の時にショット内の位置合わせ精度を向上できるので、パターン不良の発生を抑制でき、リワーク率を低減でき、基板の歩留まりを向上できる。この結果、半導体デバイスの生産性を向上できる。

また、例えば、第１の実施形態では、計算部３６ａが、複数のフォーカスオフセット量及び複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量と位置合わせ補正値とが複数のフォーカスオフセット量について対応付けられた相関テーブル３７１を求める。これにより、相関テーブル３７１を参照することで、フォーカスオフセット量に対応する位置合わせ補正値を容易に決定できる。また、フォーカスオフセット量に対応する位置合わせ補正値を決定する際に参照するデータの容量を小さく抑制できる。

あるいは、例えば、第１の実施形態では、計算部３６ａが、複数のフォーカスオフセット量及び複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量と位置合わせ補正値との関係を示す関数式を求める。これにより、関数式に代入して計算することで、フォーカスオフセット量に対応する位置合わせ補正値を容易に決定できる。また、フォーカスオフセット量に対応する位置合わせ補正値を決定する際に参照するデータの容量を小さく抑制できる。

なお、第１の実施形態では、相関関係の計算が露光装置内で行われる場合について例示的に説明しているが、相関関係の計算は、露光装置外部で行われてもよく、得られた相関情報は、例えば、直接手入力や記憶媒体を通じて露光装置へ入力する方法でもよいし、オンライン等によるデータ通信方法で露光装置に入力されてもよい。

例えば、図１１に示すように、相関関係の計算は、管理センタ５０ｉで行われてもよい。この場合、露光管理システム７０ｉにおいて、管理センタ５０ｉが通信回線６０ｉを介して複数の露光装置ＡＰ１、ＡＰ２、・・・、ＡＰｋ（露光装置１００ｉ）に接続され、管理センタ５０ｉが複数の露光装置ＡＰ１〜ＡＰｋを統合的に管理しており各露光装置ＡＰ１〜ＡＰｋの相関関係の計算を一括して行っていてもよい（図８（ｂ）参照）。

具体的には、管理センタ５０ｉは、計算部５１、記憶部５２、及び通信Ｉ／Ｆ５３を有する。計算部５１は、誤差計算部５１ａ及び相関関係計算部５１ｂを有する。誤差計算部５１ａ及び相関関係計算部５１ｂの機能は、それぞれ、露光装置１００（図１参照）における誤差計算部３６ａ１及び相関関係計算部３６ａ２の機能と同様である。それに応じて、各露光装置ＡＰ１〜ＡＰｋは、計算部３６ａ（図１参照）が省略された構成であってもよい。

また、管理センタ５０ｉの記憶部５２には、相関関係データベース５２ａが記憶されている。相関関係データベース５２ａは、例えば、図１２に示すように、露光装置１００（図１参照）における相関テーブル３７１（図９参照）と同様のデータ構造をベースとして、さらに装置の識別子が対応付けられたデータ構造を有している。すなわち、相関関係データベース５２ａは、例えば、装置識別子欄５２ａ３、フォーカスオフセット欄５２ａ１、Ｋ_１の値欄５２ａ２−１、Ｋ_２の値欄５２ａ２−２、・・・、Ｋ_２０の値欄５２ａ２−２０を有する。相関関係データベース５２ａを参照することにより、例えば、露光装置ＡＰ１のフォーカスオフセット量Ａに対応した位置合わせ補正値Ｋ_１ａ〜Ｋ_２０ａを決定することができる。また、相関関係データベース５２ａを参照することにより、例えば、露光装置ＡＰｋのフォーカスオフセット量Ｃに対応した位置合わせ補正値Ｋ_１ｃｋ〜Ｋ_２０ｃｋを決定することができる。

管理センタ５０ｉの通信Ｉ／Ｆ５３は、通信回線６０ｉを介して複数の露光装置ＡＰ１〜ＡＰｋと通信を行う。それに応じて、各露光装置ＡＰ１〜ＡＰｋは、その制御系内に通信Ｉ／Ｆ３９が追加された構成であってもよい。

例えば、各露光装置ＡＰ１〜ＡＰｋは、ショット領域内の位置ずれ分布をそれぞれ示す複数の計測値を取得して自身の記憶部に記憶させておく。管理センタ５０ｉは、例えば定期的に各露光装置ＡＰ１〜ＡＰｋの記憶部に通信回線６０ｉ経由でアクセスし、複数のフォーカスオフセット量と、ショット領域内の位置ずれ分布をそれぞれ示す複数の計測値と、露光装置の識別情報とを、各露光装置ＡＰ１〜ＡＰｋから通信回線６０ｉを介して通信Ｉ／Ｆ５３で受信する。計算部５１の誤差計算部５１ａは、複数の計測値を通信Ｉ／Ｆ５３から受け、複数の計測値から複数のディストーション誤差を求めて相関関係計算部５１ｂへ供給する。相関関係計算部５１ｂは、複数のフォーカスオフセット量を通信Ｉ／Ｆ５３から受け、複数のディストーション誤差を誤差計算部５１ａから受け、複数のフォーカスオフセット量及び複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量と位置合わせ補正値との相関関係を求め、求められた相関関係に応じた相関情報をさらに生成する。相関関係計算部５１ｂは、露光装置の識別情報を通信Ｉ／Ｆ５３からさらに受け、生成した相関情報を露光装置の識別情報に対応付けて記憶部５２に例えば相関関係データベース５２ａ（図１２参照）として記憶する。そして、管理センタ５０ｉは、相関関係の取得要求を通信回線６０ｉ経由で露光装置ＡＰ１〜ＡＰｋから受信した場合、各装置と対応した相関情報を記憶部５２から読み出して通信回線６０ｉ経由で露光装置ＡＰ１〜ＡＰｋへ送信する。これにより、各露光装置ＡＰ１〜ＡＰｋそれぞれにおいて複数の計測値を最新のものに更新して記憶しておくだけで、必要なタイミングで最新の相関情報を取得することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態にかかる露光装置１００ｊについて説明する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

露光装置１００ｊは、光源ＬＳｉが例えばＡｒＦ光を発生させる液浸露光装置である。これに応じて、照明光学系ＩＯＳｊ及び投影光学系ＰＯＳｊは、ともに、屈折光学系であり、基板ステージ２０ｊに保持された基板ＳＢと投影光学系ＰＯＳｊの間には、水供給・回収機構１１０により水が満たされる構成となっている。また、マスクステージ１０ｊに保持されるマスクＭＫｊは、透過型マスクである。液浸露光装置でも、照明光学系ＩＯＳｊの瞳位置に配される絞りＩＯＳｊａの開口形状を制御して例えば図１４（ａ）、（ｂ）に示すようなダイポール照明が用いられる場合、マスクＭＫｊに対して露光光が非テレセンになっていなくても、照明輝度分布の影響でテレセンズレが起きる可能性がある。これにより、基板ＳＢ上で露光パターンの転写位置が、基板ＳＢの表面ＳＢａに沿った方向にずれる位置ずれ誤差が発生する可能性がある。

そこで、第２の実施形態においても、露光装置１００ｊは、ディストーション誤差の影響を抑制し、マスクＭＫｊと基板ＳＢとの位置合わせの精度を向上させるために、互いに異なる複数のフォーカスオフセット量に対してショット領域内の位置ずれ分布を計測してディストーション誤差を求め、フォーカスオフセット量とディストーション誤差を補正するための位置合わせ補正値との相関関係を求める。すなわち、露光装置１００ｊは、第１の実施形態と同様の制御系３０を備える。

このように、第２の実施形態では、露光装置１００ｊにおいて、計測制御部３３が、互いに異なる複数のフォーカスオフセット量に対して計測された複数の計測値であり、ショット領域内の位置ずれ分布をそれぞれ示す複数の計測値を取得する。計算部３６ａは、複数の計測値から複数のディストーション誤差を求め、複数のフォーカスオフセット量及び複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量と位置合わせ補正値との相関関係を求める。すなわち、第２の実施形態によっても、半導体デバイスごとにフォーカスオフセット量が変動する場合に、ディストーション誤差を補正するための位置合わせ補正値を調整することができる。この結果、実デバイスのベストフォーカス位置が装置ＱＣ時のベストフォーカス位置からずれ、ディストーション誤差の顕在化が危惧される場合に、ディストーション誤差を補正でき、ショット領域内の位置合わせ精度を向上できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ マスクステージ、１１ 静電チャック、２０ 基板ステージ、２１ 静電チャック、３０ 制御系、３１ マスクステージ制御部、３２ 基板ステージ制御部、３３ 計測制御部、３４ 主制御部、３５ フォーカス制御部、３５ａ 第１の決定部、３６ 位置合わせ制御部、３６ａ 計算部、３６ａ１ 誤差計算部、３６ａ２ 相関関係計算部、３６ｂ 第２の決定部、３７ 記憶部、３８ 露光処理部、３９ 通信Ｉ／Ｆ、４０ 計測器、５０ｉ 管理センタ、５１ 計算部、５１ａ 誤差計算部、５１ｂ 相関関係計算部、５２ 記憶部、５２ａ 相関関係データベース、５３ 通信Ｉ／Ｆ、６０ｉ 通信回線、７０ｉ 露光管理システム、８０ 計測器、８０ａ 投射系、８０ｂ 受光系、１００、１００ｉ、１００ｊ 露光装置、３７１ 相関テーブル。

Claims (5)

1. 互いに異なる複数のフォーカスオフセット量に対して計測された複数の計測値であり、ショット領域内の位置ずれ分布をそれぞれ示す前記複数の計測値を取得する取得部と、
   前記複数の計測値から複数のディストーション誤差を求め、前記複数のフォーカスオフセット量及び前記複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量とディストーション誤差を補正するための位置合わせ補正値との相関関係を求める計算部と、
   基板を露光する際におけるフォーカスオフセット量を決定する第１の決定部と、
   前記相関関係に応じて、決定されたフォーカスオフセット量に対する位置合わせ補正値を決定する第２の決定部と、
   決定された位置合わせ補正値を用いて、前記基板を露光する処理部と、
   を備えたことを特徴とする露光装置。
2. 互いに異なる複数のフォーカスオフセット量に対して計測された複数の計測値であり、ショット領域内の位置ずれ分布をそれぞれ示す前記複数の計測値を取得する取得部と、
   前記複数の計測値から複数のディストーション誤差を求め、前記複数のフォーカスオフセット量及び前記複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量とディストーション誤差を補正するための位置合わせ補正値との相関関係を求める計算部と、
   を備えたことを特徴とする露光装置。
3. 前記計算部は、前記複数のフォーカスオフセット量及び前記複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量と位置合わせ補正値とが複数のフォーカスオフセット量について対応付けられた相関テーブルを求める
   ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記計算部は、前記複数のフォーカスオフセット量及び前記複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量と位置合わせ補正値との関係を示す関数式を求める
   ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
5. 互いに異なる複数のフォーカスオフセット量に対して計測された複数の計測値であり、ショット領域内の位置ずれ分布をそれぞれ示す前記複数の計測値を取得することと、
   前記複数の計測値から複数のディストーション誤差を求めることと、
   前記複数のフォーカスオフセット量及び前記複数のディストーション誤差に応じて、フォーカスオフセット量とディストーション誤差を補正するための位置合わせ補正値との相関関係を求めることと、
   を備え、
   基板を露光する際、フォーカス制御を行うとともに、前記相関関係を参照して基板位置を制御する
   ことを特徴とする露光方法。

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