JP2019008029A - 露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板ステージの高さ方向への駆動の制御に有利な露光装置を提供する。【解決手段】マスクと基板とを移動させながら基板を露光する露光装置であって、基板を保持して移動させるステージと、ステージを制御する制御部と、ステージに保持された基板のショット領域がショット領域に対する露光が行われる露光領域に到達する前に、ショット領域の高さ方向の位置を計測する第１計測部と、第１計測部に先立ってショット領域の高さ方向の位置を計測する第２計測部と、を有し、制御部は、第２計測部で得られる第１計測値に基づいて基板を高さ方向に移動させるための第１駆動と、第１駆動に続いて第１計測部で得られる第２計測値と第１計測値とに基づいて基板を高さ方向に移動させるための第２駆動とによって、ショット領域が露光領域に到達するまでに基板の高さ方向の位置が最終目標位置となるようにステージを制御することを特徴とする露光装置を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、露光装置及び物品の製造方法に関する。

フォトリソグラフィ技術を用いて半導体デバイスなどを製造する際に、マスクと基板とを走査しながらマスクのパターンを基板に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャナー）が使用されている。このような露光装置において、基板ステージに保持された基板の表面位置（高さ方向の位置）を計測する計測部を複数設けることが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、露光スリットの投影位置より走査方向に対して離れた位置を計測する第１計測部（先読センサ）と、露光スリットの投影位置から第１計測部よりも更に離れた位置を計測する第２計測部（先先読センサ）とを有する露光装置が開示されている。

また、走査露光における基板の露光対象領域の最適露光位置への合わせ込みは、第２計測部の計測結果に基づいて基板ステージを駆動する第１駆動と、第１計測部の計測結果に基づいて基板ステージを駆動する第２駆動とによって行われている。ここで、最適露光位置とは、適切な高さ方向の位置であり、露光スリット（像面）のベストフォーカス位置及び当該ベストフォーカス位置に対して許容焦点深度の範囲内の位置である。

更に、基板ステージに保持された基板の表面位置を計測する計測部として、時間平均型センサを用いる技術が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２では、基板ステージに保持された基板の表面位置の計測において、走査露光における走査速度に応じて時間平均型センサによる計測開始時刻及び計測終了時刻を調整することで、計測対象となる基板の表面位置の領域を一定に維持している。

特開２０１４−１４３４２９号公報 特開２００３−２５４７１０号公報

露光装置の生産性を向上させるために、走査露光の際の基板ステージの走査速度を速くして露光に要する時間を短くすることが考えられる。この場合、基板の表面位置の計測から基板の露光を開始するまでの時間が短くなるため、基板の露光対象領域の最適露光位置への合わせ込みに要する時間を短くする必要がある。

走査露光における基板ステージの走査速度が速くなった場合でも、計測対象となる基板の表面位置の領域を一定に維持するためには、走査速度と、走査距離と、走査時間との関係から、基板の表面位置の計測に要する時間を短くする必要がある。しかしながら、基板の表面位置の計測に要する時間を短くすると、Ｓ／Ｎ比が低下し、基板の露光対象領域の最適露光位置への合わせ込みに誤差を生じる要因となる。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、基板ステージの基板の高さ方向への駆動の制御に有利な露光装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、マスクと基板とを移動させながら前記基板を露光することで前記基板上にパターンを転写する露光装置であって、前記基板を保持して移動させるステージと、前記ステージを制御する制御部と、前記ステージに保持された前記基板のショット領域が前記ショット領域に対する露光が行われる露光領域に到達する前に、前記ショット領域の高さ方向の位置を計測する第１計測部と、前記第１計測部に先立って前記ショット領域の前記高さ方向の位置を計測する第２計測部と、を有し、前記制御部は、前記第２計測部で前記ショット領域の前記高さ方向の位置を計測して得られる第１計測値に基づいて前記基板を前記高さ方向に移動させるための第１駆動と、前記第１駆動に続いて前記第１計測部で前記ショット領域の前記高さ方向の位置を計測して得られる第２計測値と前記第１計測値とに基づいて前記基板を前記高さ方向に移動させるための第２駆動とによって、前記ショット領域が前記露光領域に到達するまでに前記ステージに保持された前記基板の前記高さ方向の位置が最終目標位置となるように前記ステージを制御することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、基板ステージの基板の高さ方向への駆動の制御に有利な露光装置を提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 計測部が基板のショット領域に形成する計測点と、露光スリットとの関係を示す図である。 基板ステージの駆動に関する制御を説明するための図である。 本実施形態における基板ステージの駆動に関する制御を説明するための図である。 本実施形態における基板ステージの駆動に関する制御を説明するための図である。 第２駆動における駆動目標値を求める処理を説明するためのフローチャートである。 基板の表面の凹凸と計測光との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、マスク１０２と基板１０４とを移動させながらマスク１０２を照明し、基板上にパターンを転写する。本実施形態では、露光装置１００は、露光領域を矩形又は円弧のスリット形状とし、マスク１０２と基板１０４とを相対的に高速に移動させて大画角で高精度に露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャナー）である。露光装置１００は、図１に示すように、投影光学系１０１と、マスクステージ１０３と、基板ステージ１０５と、照明光学系１０６と、主制御部１２７と、計測部ＭＵと、表示部１３１と、入力部１３２とを有する。

投影光学系１０１の光軸ＡＸと平行な方向にＺ軸を定義し、投影光学系１０１の像面はＺ軸方向と垂直な関係にある。マスク１０２は、マスクステージ１０３に保持される。マスク１０２のパターンは、投影光学系１０１の倍率（例えば、１／４、１／２、１／５）で投影され、投影光学系１０１の像面に像を形成する。

基板１０４は、例えば、その表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハである。基板１０４には、先の露光処理で形成された同一のパターン構造を有する複数のショット領域が配列されている。基板ステージ１０５は、基板１０４を保持して移動するステージであって、基板１０４を吸着（固定）するチャックを有する。また、基板ステージ１０５は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに水平移動可能なＸＹステージや投影光学系１０１の光軸ＡＸと平行なＺ軸方向（基板１０４の高さ方向）に移動可能なＺステージを含む。更に、基板ステージ１０５は、Ｘ軸及びＹ軸の回りに回転可能なレベリングステージやＺ軸の回りに回転可能な回転ステージも含む。このように、基板ステージ１０５は、マスク１０２のパターンの像を基板１０４のショット領域に一致させるための６軸駆動系を構成している。基板ステージ１０５のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置は、基板ステージ１０５に配置されたバーミラー１２３と、干渉計１２４とによって常に計測されている。

計測部ＭＵは、基板１０４の表面位置（高さ方向の位置）及び傾きを計測する機能を有し、本実施形態では、基板ステージ１０５に保持された基板１０４のショット領域の計測対象箇所の高さ方向の位置を計測する。計測部ＭＵは、光源１１０、コリメータレンズ１１１、スリット部材１１２、投光側光学系１１３、投光側ミラー１１４、受光側ミラー１１５、受光側光学系１１６、ストッパ絞り１１７、補正光学系１１８、光電変換素子１１９を３つずつ含む。計測部ＭＵは、これらの構成を１つずつ備えた第１計測部、第２計測部及び第３計測部を含む。

第１計測部、第２計測部及び第３計測部は、互いに計測対象のＸＹ平面内の位置が異なる。第３計測部は、露光スリットの投影位置を計測する。第１計測部は、露光スリットの投影位置より走査方向に対して離れた位置を計測し、第２計測部は、第１計測部よりも露光スリットの投影位置から更に離れた位置を計測する。このように、第２計測部は、第１計測部に先立って露光対象のショット領域のＺ軸方向の高さを計測する。計測部ＭＵの計測結果に基づいて、後述の基板ステージ１０５のＺ軸方向の制御が行われる。

光源１１０は、ランプ又は発光ダイオードなどを含む。コリメータレンズ１１１は、光源１１０からの光を、断面の強度分布がほぼ均一な平行光に変換する。スリット部材１１２は、一対のプリズム（プリズム形状の部材）を互いの斜面が相対するように貼り合わせて構成され、かかる貼り合わせ面には、複数の開口（本実施形態では、１５個のピンホール）がクロムなどの遮光膜を用いて形成されている。投光側光学系１１３は、両側テレセントリック系であって、スリット部材１１２の１５個のピンホールを通過した光のそれぞれを、投光側ミラー１１４を介して、基板１０４のショット領域の１５個の計測対象箇所に導光する。

投光側光学系１１３に対して、ピンホールが形成された平面（貼り合わせ面）と基板１０４の表面を含む平面とは、シャインプルーフの条件を満たすように設定されている。本実施形態において、投光側光学系１１３からの光の基板１０４への入射角（光軸ＡＸとなす角）Φは、７０度以上である。投光側光学系１１３を通過した１５個の光は、基板上の互いに独立した各計測対象箇所に入射して結像する。また、投光側光学系１１３からの光は、基板上の１５個の計測対象箇所が互いに独立して観察可能なように、Ｘ軸方向からＸＹ平面内でθ度（例えば、２２．５度）回転した方向から入射する。

受光側光学系１１６は、両側テレセントリック系である。基板１０４の各計測対象箇所で反射された１５個の光（反射光）は、受光側ミラー１１５を介して、受光側光学系１１６に入射する。ストッパ絞り１１７は、受光側光学系１１６の内部に配置され、１５個の各計測対象箇所に対して共通に設けられている。ストッパ絞り１１７は、基板１０４に形成されているパターンによって発生する高次の回折光（ノイズ光）を遮断する。

受光側光学系１１６を通過した光は、その光軸が互いに平行となっている。補正光学系１１８は、１５個の補正レンズを含み、受光側光学系１１６を通過した１５個の光を、光電変換素子１１９の光電変換面（受光面）に対して、互いに同一の大きさを有するスポット光として再結像する。また、受光側光学系１１６、ストッパ絞り１１７及び補正光学系１１８は、本実施形態では、基板上の各計測対象箇所と光電変換素子１１９の光電変換面とが互いに共役となるように倒れ補正を行っている。従って、基板上の各計測対象箇所の局所的な傾きに起因する光電変換面でのピンホール像の位置の変化はなく、各計測対象位置の光軸ＡＸと平行な方向での高さの変化に応じて、光電変換面でピンホール像が変化する。ここで、光電変換素子１１９は、例えば、１５個の１次元ＣＣＤラインセンサで構成されるが、２次元センサを複数個配置して構成してもよい。

上述したように、マスク１０２は、マスクステージ１０３に保持される。マスクステージ１０３は、投影光学系１０１の光軸ＡＸに垂直な面内で、Ｘ軸方向（矢印１０３ａの方向）に一定速度で駆動する。この際、マスクステージ１０３は、マスクステージ１０３のＹ軸方向の位置が常に目標位置を維持するように補正駆動される。マスクステージ１０３のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置は、マスクステージ１０３に配置されたバーミラー１２０と、干渉計１２１とによって常に計測されている。

照明光学系１０６は、エキシマレーザなどのパルス光を発生する光源からの光を用いて、マスク１０２を照明する。照明光学系１０６は、ビーム整形光学系、オプティカルインテグレータ、コリメータレンズ、ミラー及びマスキングブレードなどを含み、遠紫外領域のパルス光を効率的に透過又は反射する。ビーム整形光学系は、入射光の断面形状（寸法）を予め定められた形状に整形する。オプティカルインテグレータは、光の配光特性を均一にしてマスク１０２を均一な照度で照明する。マスキングブレードは、チップサイズに対応する矩形の照明領域を規定する。かかる照明領域で部分照明されたマスク１０２のパターンは、投影光学系１０１を介して、基板１０４に投影される。

主制御部１２７は、ＣＰＵやメモリなどを含み、露光装置１００の各部を統括的に制御する。主制御部１２７は、マスク１０２のパターンからの光を基板１０４の所定領域に結像させるために、マスク１０２を保持するマスクステージ１０３や基板１０４を保持する基板ステージ１０５を制御する。例えば、主制御部１２７は、マスクステージ１０３や基板ステージ１０５を介して、マスク１０２や基板１０４のＸＹ面内の位置（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置、及び、Ｚ軸に対する回転）やＺ軸方向の位置（Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれに対する回転）を調整する。また、主制御部１２７は、マスクステージ１０３と基板ステージ１０５とを、投影光学系１０１に対して同期させて走査する。このように、主制御部１２７は、基板ステージ１０５により基板１０４を走査しながら基板１０４のショット領域のそれぞれを露光領域において露光する露光処理を制御する。

マスクステージ１０３を矢印１０３ａの方向に走査する場合、基板ステージ１０５は、矢印１０５ａの方向に、投影光学系１０１の倍率（縮小倍率）だけ補正した速度で走査する。マスクステージ１０３の走査速度は、照明光学系１０６におけるマスキングブレードの走査方向の幅、及び、基板１０４の表面に塗布されたレジストの感度に基づいて、生産性が有利となるように決定される。

マスク１０２のパターンのＸＹ面内での位置合わせは、マスクステージ１０３の位置、基板ステージ１０５の位置、及び、基板ステージ１０５に対する基板上の各ショット領域の位置に基づいて行われる。マスクステージ１０３の位置及び基板ステージ１０５の位置のそれぞれは、上述したように、干渉計１２１及び１２４によって計測される。基板ステージ１０５に対する基板上の各ショット領域の位置は、アライメント顕微鏡（不図示）で基板ステージ１０５に設けられたマークの位置及び基板１０４に形成されたアライメントマークの位置を検出することで得られる。

マスク１０２のパターンのＺ軸方向の位置合わせ、即ち、投影光学系１０１の像面への位置合わせは、計測部ＭＵの計測結果に基づいて、基板ステージ１０５（に含まれるレベリングステージ）を制御することで実現される。

図２は、計測部ＭＵが基板１０４のショット領域２０１に形成する計測点２０３乃至２１７と、露光スリット２０２との関係を示す図である。露光スリット２０２は、図２に破線で示す矩形の露光領域である。換言すれば、露光領域は、露光スリット２０２の投影されるＸＹ平面内の領域である。露光スリット２０２のＸＹ面内での位置は、投影光学系１０１の最終レンズと対向する位置である。計測点２０３、２０４及び２０５は、露光スリット２０２に形成された計測点である。計測点２０６、２０７及び２０８、及び、計測点２１２、２１３及び２１４は、露光スリット２０２から距離Ｌｐ１だけ離れた位置に形成された計測点である。計測点２０９、２１０及び２１１、及び、計測点２１５、２１６及び２１７は、露光スリット２０２から距離Ｌｐ２だけ離れた位置に形成された計測点である。ここで、距離Ｌｐ１と距離Ｌｐ２との関係は、Ｌｐ１＜Ｌｐ２である。

本実施形態において、計測点２０６、２０７及び２０８、及び、計測点２１２、２１３及び２１４は、計測部ＭＵの第１計測部の計測点である。計測点２０９、２１０及び２１１、及び、計測点２１５、２１６及び２１７は、計測部ＭＵの第２計測部の計測点である。計測点２０３、２０４及び２０５は、計測部ＭＵの第３計測部の計測点である。第１計測部は、露光処理において、ショット領域２０１が露光スリット２０２に到達する前に、基板ステージ１０５に保持された基板１０４のショット領域２０１の計測対象箇所の高さ方向の位置を計測する。第２計測部は、露光処理において、第１計測部に先立って基板１０４のショット領域２０１の計測対象箇所の高さ方向の位置を計測する。第３計測部は、露光処理において、ショット領域２０１が露光スリット２０２に到達した際に、基板ステージ１０５に保持された基板１０４のショット領域２０１の計測対象箇所の高さ方向の位置を計測する。

主制御部１２７は、露光スリット２０２と各計測点２０３乃至２１７との距離、及び、基板ステージ１０５の走査方向及び走査速度に基づいて、計測部ＭＵによる各計測点２０３乃至２１７の計測タイミングを制御することができる。計測点２０３、２０６、２０９、２１２及び３１５は、同一のＸ座標位置に形成されている。また、計測点２０４、２０７、２１０、２１３及び２１６は、同一のＸ座標位置に形成されている。更に、計測点２０５、２０８、２１１、２１４及び２１７は、同一のＸ座標位置に形成されている。従って、例えば、基板ステージ１０５をＹ軸方向に走査する場合には、各計測点２０３乃至２１７の計測タイミングを調整（制御）することで、ショット領域２０１の同一の座標位置（計測対象箇所）を、異なる計測点において計測することができる。

図３（ａ）乃至図３（ｄ）を参照して、基板１０４の高さ方向（Ｚ軸方向）の位置を最適露光位置に位置させるための基板ステージ１０５の駆動に関する制御について説明する。図３（ａ）乃至図３（ｄ）は、基板ステージ１０５の高さ方向の位置と時間との関係、即ち、基板ステージ１０５の移動軌跡を示している。図３（ａ）乃至図３（ｄ）では、縦軸は基板ステージ１０５の高さ方向の位置を示し、横軸は時間（時刻）を示している。主制御部１２７は、基板１０４のショット領域が露光スリット２０２に到達するまでに、基板１０４のショット領域が最終露光位置（最終目標位置）に位置するように、基板ステージ１０５をＺ軸方向に移動させる。ここで、最適露光位置とは、マスク１０２のパターンの結像面、即ち、投影光学系１０１の像面の位置（ベストフォーカス位置）である。但し、最適露光位置とは、投影光学系１０１の像面の位置に完全に一致する位置を意味するものではなく、許容焦点深度の範囲内を含むものである。

図３（ａ）は、第１計測部及び第２計測部のそれぞれによる基板１０４の高さ方向の位置の計測に計測誤差が含まれず、基板１０４の高さ方向の位置を理想的に計測した場合での基板ステージ１０５の移動軌跡を示している。時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間３０１は、基板ステージ１０５に保持された基板１０４の高さ方向の位置を第２計測部で計測する期間である。時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間は、第２計測部で基板１０４の高さ方向の位置を計測して得られる第１計測値（第２計測部の計測結果）に基づいて基板ステージ１０５により基板１０４を高さ方向に駆動する期間である。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間３０２は、基板ステージ１０５に保持された基板１０４の高さ方向の位置を第１計測部で計測する期間である。ここで、第１計測部で基板１０４の高さ方向の位置を計測する際の基板１０４のＸＹ位置と、第２計測部で基板１０４の高さ方向の位置を計測する際の基板１０４のＸＹ位置とは、略同一位置となるように調整されている。換言すれば、第１計測部と第２計測部とが基板１０４の同一の計測対象箇所の高さ方向の位置を計測するように、第１計測部及び第２計測部のそれぞれで基板１０４の高さ方向の位置を計測するタイミング（計測タイミング）が制御されている。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間は、第１計測部で基板１０４の高さ方向の位置を計測して得られる第２計測値（第１計測部の計測結果）に基づいて基板ステージ１０５により基板１０４を高さ方向に駆動する期間である。Ｚｔａｒｇｅｔは、最適露光位置である。

また、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間における基板ステージ１０５の駆動及び時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間における基板ステージ１０５の駆動には、それぞれ、駆動制限量Ｚｌｉｍｉｔ１及びＺｌｉｍｉｔ２が設けられている。基板ステージ１０５の応答性を超える駆動量で基板ステージ１０５を駆動させると、基板ステージ１０５の制御偏差が大きくなる。基板１０４が最適露光位置Ｚｔａｒｇｅｔに到達した際に、基板ステージ１０５の制御偏差が収束せずに残存していると、デフォーカスによる解像不良を引き起こす原因となる。従って、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間及び時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間のそれぞれにおいて、基板ステージ１０５の駆動量を、基板ステージ１０５の応答性の範囲内で制限することが必要となる。

例えば、主制御部１２７は、期間３０１で得られた第１計測値に基づいて、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間で基板１０４を目標位置に位置させるための基板ステージ１０５の駆動量（駆動目標値）を求める。かかる駆動目標値が駆動制限量Ｚｌｉｍｉｔ１を超える場合には、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間における基板ステージ１０５の駆動量を駆動制限量Ｚｌｉｍｉｔ１に制限する。同様に、主制御部１２７は、期間３０２で得られた第２計測値に基づいて、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間で基板１０４を目標位置に位置させるための基板ステージ１０５の駆動量（駆動目標値）を求める。かかる駆動目標値が駆動制限量Ｚｌｉｍｉｔ２に収まる場合には、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間における基板ステージ１０５の駆動量を駆動制限量Ｚｌｉｍｉｔ２に制限しない。この場合、駆動目標値は、基板１０４を最適露光位置Ｚｔａｒｇｅｔに位置させるための基板ステージ１０５の駆動量となる。

図３（ａ）に示すように、第１計測部及び第２計測部による計測に計測誤差が含まれていない場合、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間における駆動目標値と時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間における駆動目標値との間に、ばらつきは生じない。従って、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間で基板ステージ１０５を駆動した後の基板１０４の高さ方向の位置と、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間で基板ステージ１０５を駆動した後の基板１０４の高さ方向の位置との間にも、ばらつきは生じない。

図３（ｂ）は、従来技術における基板ステージ１０５の移動軌跡を示している。実際には、第１計測部及び第２計測部のそれぞれによる基板１０４の高さ方向の位置の計測には、計測誤差が含まれている。このような場合、第２計測値から求められる時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間における駆動目標値は、第１計測部による計測に含まれる計測誤差と、第２計測部による計測に含まれる計測誤差とを含むことになる。従って、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間では、このような計測誤差を含む駆動目標値に基づいて、基板ステージ１０５が駆動されることになる。このため、基板ステージ１０５を駆動した後の基板１０４の高さ方向の位置は、図３（ｂ）に示すように、最終露光位置Ｚｔａｒｇｅｔに対して、Δｚｂの範囲でばらついてしまう。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す状態よりも走査速度が速くなった場合における基板ステージ１０５の移動軌跡を示している。走査速度が速くなると、図３（ｃ）に示すように、第２計測部による基板１０４の高さ方向の位置の計測時間、即ち、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間３０１が図３（ｂ）に示す期間３０１よりも短くなる。同様に、第１計測部による基板１０４の高さ方向の位置の計測時間、即ち、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間３０２も図３（ｂ）に示す期間３０２よりも短くなる。

図３（ｃ）に示すように、第１計測部や第２計測部による計測時間が短くなると、Ｓ／Ｎ比が低下するため、第１計測値及び第２計測値に含まれる計測誤差が大きくなる。従って、基板ステージ１０５を駆動した後の基板１０４の高さ方向の位置は、最終露光位置Ｚｔａｒｇｅｔに対して、Δｚｃの範囲でばらついてしまう。Δｚｃは、Δｚｂよりも大きい。このように、ばらつきが大きくなると、デフォーカスによる解像不良を引き起こす原因となる。

そこで、本実施形態では、基板１０４の高さ方向の位置を最適露光位置に位置させるための基板ステージ１０５の駆動の制御に有利な技術を提供する。図３（ｄ）は、本実施形態における基板ステージ１０５の移動軌跡を示している。本実施形態では、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間３０１において、基板ステージ１０５に保持された基板１０４の高さ方向の位置を第２計測部で計測して第１計測値を取得する。かかる第１計測値に基づいて、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間における基板１０４の高さ方向の目標位置を求め、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間で基板１０４を目標位置に位置させるための基板ステージ１０５の駆動量（駆動目標値）を求める。かかる駆動目標値が駆動制限量Ｚｌｉｍｉｔ１を超える場合には、上述したように、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間における基板ステージ１０５の駆動量を駆動制限量Ｚｌｉｍｉｔ１に制限する。そして、駆動目標値、或いは、駆動制限量Ｚｌｉｍｉｔ１で制限された駆動目標値に従って、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間において、基板ステージ１０５により基板１０４を高さ方向に移動させるための第１駆動を行う。

次いで、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間３０２において、基板ステージ１０５に保持された基板１０４の高さ方向の位置を第１計測部で計測して第２計測値を取得する。上述したように、第１計測部と第２計測部とが基板１０４の同一の計測対象箇所の高さ方向の位置を計測するように、第１計測部及び第２計測部のそれぞれで基板１０４の高さ方向の位置を計測するタイミング（計測タイミング）が制御されている。かかる第２計測値と期間３０１で得られた第１計測値とに基づいて、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間における基板１０４の高さ方向の目標位置を求める。例えば、第１計測値と第２計測値との平均値から時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間における基板１０４の高さ方向の目標位置を求める。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間で基板１０４を目標位置に位置させるための基板ステージ１０５の駆動量（駆動目標値）を求める。かかる駆動目標値が駆動制限量Ｚｌｉｍｉｔ２を超える場合には、上述したように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間における基板ステージ１０５の駆動量を駆動制限量Ｚｌｉｍｉｔ２に制限する。ここでは、駆動目標値が駆動制限量Ｚｌｉｍｉｔ２に収まっているものとする。従って、駆動目標値は、最適露光位置Ｚｔａｒｇｅｔに基板１０４を位置させるための基板ステージ１０５の駆動量となる。そして、駆動目標値に従って、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、基板ステージ１０５により基板１０４を高さ方向に移動させるための第２駆動を行う。

このように、本実施形態では、第１駆動と第２駆動とによって、基板１０４のショット領域が露光領域に到達するまでに基板１０４の高さ方向の位置が最適露光位置Ｚｔａｒｇｅｔとなるように基板ステージ１０５を制御する。なお、第１駆動とは、期間３０１において第２計測部で得られる第１計測値に基づいて基板１０４を高さ方向に駆動することである。また、第２駆動とは、期間３０２において第１計測部で得られる第２計測値と、期間３０１において第２計測部で得られた第１計測値とに基づいて基板１０４を高さ方向に駆動することである。本実施形態では、第２駆動における基板１０４の高さ方向の目標位置を、第１計測値及び第２計測値の両方を用いて求めることで、平均化効果により駆動目標値に含まれる計測誤差の割合を減少させている。従って、図３（ｄ）に示すように、基板ステージ１０５を駆動した後の基板１０４の高さ方向の位置は、最終露光位置Ｚｔａｒｇｅｔに対して、Δｚｄの範囲でばらつくものの、ΔｚｄはΔｚｃよりも小さくなるため、デフォーカスの発生を抑制することができる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、本実施形態における基板ステージ１０５の駆動に関する制御の別の例について説明する。図４（ａ）は、露光スリット２０２、計測点２０３乃至２１１、ショット領域４０１、４０２及び４０３、及び、基板ステージ１０５の移動軌跡を示す図である。図４（ａ）において、ショット領域４０１は、露光処理が行われたショット領域である。ショット領域４０２は、ショット領域４０１の次に露光処理を行うショット領域であり、ショット領域４０３は、ショット領域４０２の次に露光処理を行うショット領域である。また、図４（ａ）において、破線で示す矢印は、ＸＹ平面における基板ステージ１０５の移動軌跡である。

図４（ａ）に示すように、ショット領域４０１の露光処理が終了すると、基板ステージ１０５は、Ｙ軸方向に減速しながらＸ軸方向に移動し、次に露光処理を行うショット領域４０２に移動する。基板ステージ１０５がＹ軸方向への加速開始点に到達する（即ち、Ｘ軸方向への移動が終了する）と、ショット領域４０１を走査した方向とは逆の方向に基板ステージ１０５を加速移動させる。基板ステージ１０５の速度（走査速度）が一定速度となると、露光スリット２０２がショット領域４０２を通過するまで等速での移動を続ける。ショット領域４０２の露光処理が終了すると、基板ステージ１０５は、Ｙ軸方向に減速しながらＸ軸方向に移動し、次に露光処理を行うショット領域４０３に移動する。基板ステージ１０５がＹ軸方向への加速開始点に到達する（即ち、Ｘ軸方向への移動が終了する）と、ショット領域４０２を走査した方向とは逆の方向に基板ステージ１０５を加速移動させる。このように、基板ステージ１０５が加速、等速、減速を繰り返しながら、ショット領域４０１乃至４０３を順次露光する。

図４（ｂ）は、ショット領域４０２を露光する際の基板ステージ１０５のＹ軸方向の速度と時間との関係を示す図である。図４（ｂ）では、縦軸は基板ステージ１０５のＹ軸方向の速度を示し、横軸は時間（時刻）を示している。時刻ｔ０１から時刻ｔ１１までの期間は、ショット領域４０１の露光が完了し、基板ステージ１０５を減速する期間である。時刻ｔ１１から時刻ｔ２１までの期間は、ショット領域４０２を露光するために、基板ステージ１０５を加速する期間である。時刻ｔ２１から時刻ｔ３１は、基板ステージ１０５を一定の速度Ｖ（等速）に維持し、ショット領域４０２を露光する期間である。時刻ｔ３１から時刻ｔ４１までの期間は、次のショット領域４０３に移動するために、基板ステージ１０５を減速する期間である。

生産性を向上させるため、時刻ｔ１１から時刻ｔ２１までの期間における基板ステージ１０５の加速度を大きくすることによって、時刻ｔ１１から時刻ｔ２１までの期間を短くすることが求められている。時刻ｔ１１から時刻ｔ２１までの期間を短くすると、時刻ｔ１１から時刻ｔ２１までの期間（加速期間）において、第２計測部が基板１０４の高さ方向の位置を計測しなければならない場合がある。基板ステージ１０５が加速している状態では、露光装置１００の本体構造体や基板ステージ１０５の変形が発生する。そのため、時刻ｔ１１から時刻ｔ２１までの期間で得られる第２計測部の計測結果は、基板ステージ１０５が等速である期間で得られる第１計測部の計測結果と比較して、計測誤差が大きくなる（計測精度が低い）。

上述したように、本実施形態では、第２駆動における基板１０４の高さ方向の目標位置を、第１計測値及び第２計測値の両方を用いて求めている。ここで、時刻ｔ１１から時刻ｔ２１までの期間で得られる第１計測値には、露光装置１００の本体構造体や基板ステージ１０５の変形に起因する誤差成分が含まれている。一方、第１計測部による基板１０４の高さ方向の位置の計測は、時刻ｔ２１乃至時刻ｔ３１の期間（等速期間）で行うことができる場合が多い。このような場合には、加速期間で得られた第１計測値よりも等速期間で得られた第２計測値に重みを与えて、第２駆動における基板１０４の高さ方向の目標位置を求める。これにより、第２駆動における駆動目標値に含まれる計測誤差の割合を減少させることができる。

また、時刻ｔ１１から時刻ｔ２１までの期間を短くすると、時刻ｔ１１から時刻ｔ２１までの期間（加速期間）において、第１計測部が基板１０４の高さ方向の位置を計測しなければならない場合もある。このような場合、第２計測部が基板１０４の高さ方向の位置を計測するときの基板ステージ１０５の速度は、第１計測部が基板１０４の高さ方向の位置を計測するときの基板ステージ１０５の速度よりも遅い。従って、第２計測部の計測結果は、第１計測部の計測結果と比較して、計測誤差が小さくなる（計測精度が高い）。そこで、第２計測値よりも第１計測値に重みを与えて、第２駆動における基板１０４の高さ方向の目標位置を求める。これにより、第２駆動における駆動目標値に含まれる計測誤差の割合を減少させることができる。

また、加速期間に基板１０４の高さ方向の位置を計測すると、基板ステージ１０５の制御偏差が大きくなる場合がある。このような場合には、第１計測部で基板１０４の高さ方向の位置を計測したときの基板ステージ１０５の制御偏差と、第２計測部で基板１０４の高さ方向の位置を計測したときの基板ステージ１０５の制御偏差とを比較する。そして、第１計測値及び第２計測値のうち、基板ステージ１０５の制御偏差が小さい方の計測値に重みを与えて、第２駆動における基板１０４の高さ方向の目標位置を求める。これにより、第２駆動における駆動目標値に含まれる計測誤差の割合を減少させることができる。

このように、基板ステージ１０５が加速している状態で基板１０４の高さ方向の位置を計測する場合でも、第１計測値及び第２計測値のそれぞれに重みを与えて第２駆動における基板１０４の高さ方向の目標位置を求めればよい。なお、第１計測値及び第２計測値のそれぞれに与える重みは、上述したように、第１計測部の計測時の基板ステージ１０５の加速度と、第２計測部の計測時の基板ステージ１０５の加速度との関係に基づいて決定すればよい。同様に、第１計測部の計測時の基板ステージ１０５の制御偏差と、第２計測部の計測時の基板ステージ１０５の制御偏差との関係に基づいて、第１計測値及び第２計測値のそれぞれに与える重みを決定してもよい。また、ユーザの入力に応じて、第１計測値及び第２計測値のそれぞれに与える重みを決定してもよい。この場合、ユーザは、例えば、表示部１３１に表示される設定画面（ユーザインタフェース）を確認しながら、マウスやキーボードなどを含む入力部１３２を操作することで、第１計測値及び第２計測値のそれぞれに与える重みを指定することができる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して、本実施形態における基板ステージ１０５の駆動に関する制御の別の例について説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、露光スリット２０２、計測点２０３乃至２１１、ショット領域４０１、４０２及び４０３、及び、基板ステージ１０５の移動軌跡を示す図である。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）において、破線で示す矢印は、ＸＹ平面における基板ステージ１０５の移動軌跡である。

図５（ａ）に示すように、ショット領域４０１の露光処理が終了すると、次のショット領域４０２を露光するために、基板ステージ１０５は、Ｘ軸方向に移動する。但し、基板ステージ１０５の移動軌跡によっては、基板ステージ１０５のＸ軸方向への移動が終了する前に、第２計測部が基板１０４の高さ方向の位置を計測しなければならない場合がある。この場合、第２計測部は、計測対象箇所５０１、５０２及び５０３に対してＸ軸方向にずれた計測点２０９、２１０及び２１０で基板１０４の高さ方向の位置を計測することになる。計測対象箇所に対してずれた位置で基板１０４の高さ方向の位置を計測すると、最適露光位置への基板１０４の合わせ込みに誤差を生じることになる。

一方、第１計測部は、計測対象箇所５０１、５０２及び５０３に対してずれていない計測点２０６、２０７及び２０８で基板１０４の高さ方向の位置を計測することができる。そこで、本実施形態では、計測対象箇所に対してずれた位置で計測して得られた第１計測値よりも計測対象箇所に対してずれなく計測して得られた第２計測値に重みを与えて、第２駆動における基板１０４の高さ方向の目標位置を求める。これにより、第２駆動における駆動目標値に含まれる計測誤差の割合を減少させることができる。

このように、計測対象箇所に対してずれた位置で第２計測部が基板１０４の高さ方向の位置を計測する場合には、第１計測値及び第２計測値のそれぞれに重みを与えて第２駆動における基板１０４の高さ方向の目標位置を求めればよい。なお、第１計測値及び第２計測値のそれぞれに与える重みは、第１計測部で計測する基板１０４のＸＹ平面内の位置と、第２計測部で計測する基板１０４のＸＹ平面内の位置とのずれ量に基づいて決定すればよい。ここで、基板１０４のＸＹ平面内の位置とは、基板１０４の高さ方向及び走査方向に直交する方向における基板１０４の位置である。

図６は、第２計測部で得られる第１計測値及び第１計測部で得られる第２計測値のそれぞれに重みを与える場合において、第２駆動における駆動目標値を求める処理を説明するためのフローチャートである。かかる処理は、主制御部１２７が露光装置１００の各部を統括的に制御することで行われる。

Ｓ６０１において、基板ステージ１０５に保持された基板１０４の高さ方向の位置を第２計測部で計測して第１計測値を取得する。Ｓ６０２において、Ｓ６０１で基板１０４の高さ方向の位置を第２計測部で計測したときの基板ステージ１０５の制御偏差（第１制御偏差）を取得する。基板ステージ１０５の制御偏差は、基板ステージ１０５の駆動プロファイル及び干渉計１２４によって計測される基板ステージ１０５の位置から求めることができる。

Ｓ６０３において、基板ステージ１０５に保持された基板１０４の高さ方向の位置を第１計測部で計測して第２計測値を取得する。Ｓ６０４において、Ｓ６０３で基板１０４の高さ方向の位置を第１計測部で計測したときの基板ステージ１０５の制御偏差（第２制御偏差）を取得する。

Ｓ６０５において、Ｓ６０２で取得した第１制御偏差及びＳ６０４で取得した第２制御偏差に基づいて、Ｓ６０１で取得した第１計測値及びＳ６０３で取得した第２計測値のそれぞれに重みを与える。例えば、第１制御偏差及び第２制御偏差に応じて、それに反比例するように、第１計測値及び第２計測値のそれぞれに重みを与える。Ｓ６０６において、Ｓ６０５で重みを与えた第１計測値及び第２計測値に基づいて、第２駆動における駆動目標値を求める。

ここでは、第１計測値及び第２計測値のそれぞれに与える重みについて、基板ステージ１０５の制御偏差を例に説明した。但し、基板ステージ１０５の加速度（速度）や第１計測部と第２計測部との計測位置のＸＹ面における位置ずれについても同様に、第１計測値及び第２計測値のそれぞれに与える重みを決定することが可能である。

図７は、基板１０４の表面７０１の凹凸と、第１計測部、第２計測部及び第３計測部のそれぞれからの計測光（光源１１０からの光）７０２、７０３及び７０４との関係を示す図である。図７に示すように、第１計測部、第２計測部及び第３計測部のそれぞれからの計測光７０２、７０３及び７０４が基板１０４の表面７０１に入射する位置（Ｙ軸方向の位置）は、各計測部で異なっている。これは、各計測部の取り付け位置の調整に、製造上のばらつきがあるからである。一般的に、各計測部の取り付け位置の調整では、露光スリットの投影位置を計測する第３計測部を基準として、第１計測部及び第２計測部の取り付け位置を調整する。従って、第３計測部に対して、第１計測部及び第２計測部に位置ずれが生じる。

例えば、図７では、第３計測部からの計測光７０４と第２計測部からの計測光７０３との間にずれΔＬ１が生じ、第３計測部からの計測光７０４と第１計測部からの計測光７０２との間にずれΔＬ２が生じている。基板１０４の表面７０１の凹凸が大きいと、図７に示すように、第２計測部からの計測光７０３が凹凸で遮光され、受光側光学系１１６に到達しなくなる。このような場合には、第２計測部では、基板１０４の高さ方向の位置を正しく計測することができない。従って、第２駆動における基板１０４の高さ方向の目標位置を、第１計測値及び第２計測値の両方を用いるのではなく、第１計測部で得られる第２計測値のみを用いて求めるとよい。

図７では、ΔＬ１＞ΔＬ２となる場合を例に説明したが、ΔＬ１＜ΔＬ２となる場合もある。ΔＬ１＜ΔＬ２となる場合には、第１計測部で得られる第２計測値を用いずに、第２計測部で得られる第１計測値のみを用いて第２駆動における基板１０４の高さ方向の目標位置を求めればよい。

基板１０４の表面の凹凸の状態は、ショット領域ごとに異なる場合がある。従って、第２駆動における基板１０４の高さ方向の目標位置を求める際に、第１計測値及び第２計測値の両方を用いるのか、或いは、第１計測値及び第２計測値のいずれか一方を用いるのかは、ショット領域ごとに変更してもよい。

具体的には、露光装置１００に対して、基板ステージ１０５を制御するモードとして、第１モード及び第２モードを含む２つのモードを選択可能に設定する。例えば、第１モードは、第１駆動と第２駆動とによって、基板ステージ１０５に保持された基板１０４の高さ方向の位置が最終目標位置となるように基板ステージ１０５を制御するモードとする。一方、第２モードは、第１駆動と第３駆動とによって、基板ステージ１０５に保持された基板１０４の高さ方向の位置が最終目標位置となるように基板ステージ１０５を制御するモードとする。ここで、第３駆動とは、第１計測値及び第２計測値の両方ではなく、第１計測値及び第２計測値のいずれか一方に基づいて基板１０４を高さ方向に駆動することである。
なお、基板ステージ１０５を第１モードで制御するか、或いは、基板ステージ１０５を第２モードで制御するかは、主制御部１２７が自動的に決定してもよいし、ユーザの入力に応じて決定してもよい。ユーザは、例えば、表示部１３１に表示される設定画面（ユーザインタフェース）を介して、基板ステージ１０５を制御するモードを選択（指定）することができる。

このように、第１計測部又は第２計測部で基板１０４の高さ方向の位置を正しく計測できない場合でも、第１計測値及び第２計測値のいずれか一方を用いることで、第２駆動における駆動目標値に含まれる計測誤差の割合を減少させることができる。

本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、デバイス（半導体素子、磁気記憶媒体、液晶表示素子など）などの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、露光装置１００を用いて、感光剤が塗布された基板を露光する工程と、露光された基板を現像する工程を含む。また、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００：露光装置 １０２：マスク １０４：基板 １０５：基板ステージ １２７：主制御部 ＭＵ：計測部

Claims (10)

1. マスクと基板とを移動させながら前記基板を露光することで前記基板上にパターンを転写する露光装置であって、
   前記基板を保持して移動させるステージと、
   前記ステージを制御する制御部と、
   前記ステージに保持された前記基板のショット領域が前記ショット領域に対する露光が行われる露光領域に到達する前に、前記ショット領域の高さ方向の位置を計測する第１計測部と、
   前記第１計測部に先立って前記ショット領域の前記高さ方向の位置を計測する第２計測部と、を有し、
   前記制御部は、前記第２計測部で前記ショット領域の前記高さ方向の位置を計測して得られる第１計測値に基づいて前記基板を前記高さ方向に移動させるための第１駆動と、前記第１駆動に続いて前記第１計測部で前記ショット領域の前記高さ方向の位置を計測して得られる第２計測値と前記第１計測値とに基づいて前記基板を前記高さ方向に移動させるための第２駆動とによって、前記ショット領域が前記露光領域に到達するまでに前記ステージに保持された前記基板の前記高さ方向の位置が最終目標位置となるように前記ステージを制御することを特徴とする露光装置。
2. 前記制御部は、前記第１計測部と前記第２計測部とが前記ショット領域の同一の計測対象箇所の前記高さ方向の位置を計測するように、前記第１計測部及び前記第２計測部のそれぞれで前記ショット領域の前記高さ方向の位置を計測するタイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御部は、前記第１計測値と前記第２計測値との平均値から前記第２駆動における前記基板の前記高さ方向の目標位置を求め、前記第２駆動では、前記ステージに保持された前記基板の前記高さ方向の位置が前記目標位置となるように前記ステージを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記制御部は、前記第１計測値及び前記第２計測値のそれぞれに重みを与えて前記第２駆動における前記基板の前記高さ方向の目標位置を求め、前記第２駆動では、前記ステージに保持された前記基板の前記高さ方向の位置が前記目標位置となるように前記ステージを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
5. 前記制御部は、前記第１計測部で前記ショット領域の前記高さ方向の位置を計測するときの前記ステージの加速度と、前記第２計測部で前記ショット領域の前記高さ方向の位置を計測するときの前記ステージの加速度との関係に基づいて、前記第１計測値及び前記第２計測値のそれぞれに与える重みを決定することを特徴とする請求項３又は４に記載の露光装置。
6. 前記制御部は、前記第１計測部で前記ショット領域の前記高さ方向の位置を計測するときの前記ステージの制御偏差と、前記第２計測部で前記ショット領域の前記高さ方向の位置を計測するときの前記ステージの制御偏差との関係に基づいて、前記第１計測値及び前記第２計測値のそれぞれに与える重みを決定することを特徴とする請求項３又は４に記載の露光装置。
7. 前記制御部は、前記第１計測部で計測する、前記高さ方向及び前記基板の走査方向に直交する方向における前記ショット領域の位置と、前記第２計測部で計測する、前記高さ方向及び前記基板の走査方向に直交する方向における前記ショット領域の位置とのずれ量に基づいて、前記第１計測値及び前記第２計測値のそれぞれに与える重みを決定することを特徴とする請求項３又は４に記載の露光装置。
8. 前記制御部は、ユーザの入力に応じて、前記第１計測値及び前記第２計測値のそれぞれに与える重みを決定することを特徴とする請求項３又は４に記載の露光装置。
9. 前記制御部は、前記第１駆動と前記第２駆動とによって、前記ショット領域が前記露光領域に到達するまでに前記ステージに保持された前記基板の前記高さ方向の位置が前記最終目標位置となるように前記ステージを制御する第１モード、又は、前記第１駆動と前記第１計測値及び前記第２計測値のいずれか一方に基づいて前記基板を前記高さ方向に駆動する第３駆動とによって、前記ショット領域が前記露光領域に到達するまでに前記ステージに保持された前記基板の前記高さ方向の位置が前記最終目標位置となるように前記ステージを制御する第２モードで、前記ステージを制御することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の露光装置。
10. 請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    露光した前記基板を現像する工程と、
    現像された前記基板から物品を製造する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。

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