JP2019159029A - 決定方法、露光方法、露光装置、物品の製造方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学系のベストフォーカス位置を決定するのに有利な決定方法を提供する。【解決手段】マスクのパターンを基板に投影する投影光学系のベストフォーカス位置を決定する決定方法であって、投影光学系を介して投影光学系の像面側の光軸方向の複数の位置においてそれぞれに転写された第１計測パターンの計測結果と、複数の位置のそれぞれとの関係を示す関数を取得する第１工程と、第１フォーカス位置を求める第２工程と、第２フォーカス位置を求める第３工程と、関数と第１レベルと第２レベルとの間の第３レベルとが交差する２つの点の中点となる第３フォーカス位置を求める第４工程と、第３フォーカス位置、第１フォーカス位置と第３フォーカス位置との第１差分、及び第２フォーカス位置と第３フォーカス位置との第２差分に基づいて、ベストフォーカス位置を決定する第５工程と、を有する決定方法を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、決定方法、露光方法、露光装置、物品の製造方法及びプログラムに関する。

半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）などのデバイスは、フォトリソグラフィ工程を経て製造される。フォトリソグラフィ工程は、マスク又はレチクル（原版）のパターンを、レンズやミラーを含む投影光学系を介して、レジスト（感光剤）が塗布されたガラスプレートやウエハなどの基板に投影し、かかる基板を露光する露光工程を含む。

露光工程では、投影光学系のベストフォーカス位置、即ち、マスクのパターンの像が最も高いコントラストで形成される位置と、基板の表面位置（レジストが塗布された面）とを正確に一致させる必要がある。投影光学系のベストフォーカス位置と基板の表面位置とが一致していないと、マスクのパターンの像にボケが生じ、所望のパターンの像を基板上に形成することができない。

投影光学系のベストフォーカス位置を求める技術に関しては、従来から提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術では、まず、レジストが塗布された基板のフォーカス位置を初期値に設定した状態において、フォーカス計測用パターンを介して基板を露光する（フォーカス計測用パターンの像を基板上に形成する）。次いで、基板のフォーカス位置を所定のステップ量だけ変更した状態において、フォーカス計測用パターンを介して基板を露光する。このような基板のフォーカス位置の変更と基板の露光とを、基板のフォーカス位置が変更範囲の下限や上限に達するまで繰り返し、基板のフォーカス位置が変更範囲の下限や上限に達したら、基板を現像する。次に、現像後の基板上に形成されたフォーカス計測用パターンに対応するレジスト像（パターン像）の大きさを計測し、最小自乗法を用いてパターン像の大きさをフォーカス位置の関数で近似する。そして、近似関数の最大値から予め定められた値だけ小さい閾値を設定し、かかる閾値と近似関数とが交差する２つの点（フォーカス位置）を求め、２つの点の中間の位置を投影光学系のベストフォーカス位置とする。このように、特許文献１に開示された技術は、理想的な結像状態においては、基板上に形成されるフォーカス計測用パターンに対応するパターン像の大きさのフォーカス位置による変化がベストフォーカス位置に関して対称となることを利用している。これは、像形成に対するデフォーカスの影響は、プラス側、マイナス側でほぼ同じであるからである。

特開平６−２１６００４号公報

しかしながら、実際には、基板上に形成されるフォーカス計測用パターンに対応するパターン像の大きさのフォーカス位置による変化がベストフォーカス位置に関して非対称となる場合がある。フォーカス計測用パターンに対応するパターン像は、フォーカス位置ごとに基板上の異なる位置に形成される。従って、基板上の位置に依存してパターン像の大きさを変化させる要因が存在する場合、パターン像の大きさのフォーカス位置による変化がベストフォーカス位置に関して非対称となる。このような要因としては、レジスト膜厚の基板上の位置による差、現像時の現像液の液量や滞留時間の基板上の位置による差、フレア光強度の基板上の位置による差などが挙げられる。また、投影光学系が球面収差などの収差を有している場合にも、パターン像の大きさのフォーカス位置による変化がベストフォーカス位置に関して非対称となる。

このような場合には、パターン像の大きさをフォーカス位置の関数で近似して得られる近似関数も非対称な形状となるため、閾値をどこに設定するかに依存して、ベストフォーカス位置が大きく変化してしまう。従って、非対称な形状の近似関数から求まるベストフォーカス位置は、その信頼性が低い（真値との差が大きい）と考えられる。但し、従来技術では、近似関数から求まるベストフォーカス位置の信頼性を定量的に評価することができないため、真値との差が大きいフォーカス位置をベストフォーカス位置としてしまう可能性がある。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、投影光学系のベストフォーカス位置を決定するのに有利な決定方法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決定方法は、マスクのパターンを基板に投影する投影光学系のベストフォーカス位置を決定する決定方法であって、前記投影光学系を介して前記投影光学系の像面側の光軸方向の複数の位置においてそれぞれに転写された第１計測パターンの計測結果と、前記複数の位置のそれぞれとの関係を示す関数を取得する第１工程と、前記関数と第１レベルとが交差する２つの点の中点となる第１フォーカス位置を求める第２工程と、前記関数と前記第１レベルとは異なる第２レベルとが交差する２つの点の中点となる第２フォーカス位置を求める第３工程と、前記関数と前記第１レベルと前記第２レベルとの間の第３レベルとが交差する２つの点の中点となる第３フォーカス位置を求める第４工程と、前記第３フォーカス位置、前記第１フォーカス位置と前記第３フォーカス位置との第１差分、及び、前記第２フォーカス位置と前記第３フォーカス位置との第２差分に基づいて、前記ベストフォーカス位置を決定する第５工程と、を有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、投影光学系のベストフォーカス位置を決定するのに有利な決定方法を提供することができる。

露光装置の構成を示す概略図である。 計測パターンの一例を示す図である。 投影光学系のベストフォーカス位置を決定する決定処理を説明するためのフローチャートである。 図３に示す決定処理のＳ３２２、Ｓ３２４及びＳ３２６、Ｓ３２８、Ｓ３３２及びＳ３３４を具体的に説明するための図である。 図３に示す決定処理のＳ３２２、Ｓ３２４及びＳ３２６、Ｓ３２８、Ｓ３３２及びＳ３３４を具体的に説明するための図である。 図３に示す決定処理のＳ３２２、Ｓ３２４及びＳ３２６、Ｓ３２８、Ｓ３３２及びＳ３３４を具体的に説明するための図である。 投影光学系のベストフォーカス位置を決定する決定処理を説明するための図である。 露光装置の構成を示す概略図である。

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。

本発明の一側面として、物体面からの光を像面に結像させる光学系のベストフォーカス位置を決定する決定方法について説明する。本実施形態では、露光装置に用いられる、マスクのパターンを基板に投影する投影光学系のベストフォーカス位置を決定する際に本発明を適用する場合を例に説明する。ここで、投影光学系のベストフォーカス位置とは、マスクのパターンの像が最も高いコントラストで形成される位置である。

まず、図１を参照して、露光装置１００について説明する。図１は、露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）などのデバイスの製造工程であるフォトリソグラフィ工程に用いられるリソグラフィ装置である。露光装置１００は、マスクを介して基板を露光して、マスクのパターンを基板に転写する。

露光装置１００は、図１に示すように、照明光学系１と、投影光学系７と、マスクステージ２２と、基板ステージ６２と、制御部８０とを有する。ここでは、水平面をＸＹ平面とし、鉛直方向をＺ軸方向とするようにＸＹＺ座標系が定義されている。

露光装置１００は、光源（不図示）から射出された光を、照明光学系１を介してマスク２１に照射し、マスク２１のパターンからの光を、投影光学系７を介して基板６１に結像させる。基板６１には、レジスト（感光剤）が塗布されているため、後工程の現像工程を経ることでマスク２１のパターンが基板６１に転写される。

基板６１を露光する際には、マスク２１を保持するマスクステージ２２と、基板６１を保持する基板ステージ６２とが同期して±Ｙ方向に走査される。これにより、投影光学系７の投影領域よりも大きいサイズの領域（マスクパターン領域）で基板６１を露光することができる。マスクステージ２２及び基板ステージ６２の走査が終了すると、基板ステージ６２をＸ方向及び／又はＹ方向に一定量だけステップ移動させて、基板６１の別のショット領域を露光する。基板６１の全てのショット領域の露光が終了すると、基板６１を露光装置１００から搬出し、新たな基板を露光装置１００に搬入する。

投影光学系７は、本実施形態では、凹面ミラー３と、台形ミラー４と、凸面ミラー５とを含む反射型光学系である。また、投影光学系７は、両側（物体面側及び像面側）にテレセントリックである。換言すれば、投影光学系７から基板６１に入射する光の主光線は、物体面側及び像面側の両方において、Ｚ軸と平行である。

制御部８０は、ＣＰＵやメモリなどを含む情報処理装置（コンピュータ）で構成され、メモリに格納されたプログラムに従って露光装置１００の各部を制御する。制御部８０は、露光装置１００の各部の動作を制御することで、基板６１を露光してマスク２１のパターンを基板６１に転写する露光処理を行う。また、制御部８０は、本実施形態では、投影光学系７のベストフォーカス位置を決定する決定処理を行う処理部としても機能する。但し、かかる決定処理は、必ずしも制御部８０で行う必要はなく、露光装置１００の外部の情報処理装置で行い、情報処理装置から投影光学系７のベストフォーカス位置を取得するようにしてもよい。

投影光学系７を介してマスク２１のパターンを基板６１に投影する際には、投影光学系７のベストフォーカス位置と、基板６１の表面位置（レジストが塗布された面）とを正確に一致させる必要がある。投影光学系７のベストフォーカス位置と基板６１の表面位置とが一致していないと、投影光学系７を介して基板上に形成されるマスク２１のパターンの像にボケが生じてしまうため、所望のパターンの像を基板上に形成することができない。

そこで、本実施形態では、基板６１を露光する前に、投影光学系７のベストフォーカス位置を決定する決定処理を行う。決定処理では、まず、投影光学系７に対するテスト基板の光軸方向、即ち、Ｚ軸方向の位置（フォーカス位置）を変更しながら、投影光学系７を介して、計測パターンの像をテスト基板に投影する。そして、現像工程を経てテスト基板に形成された、計測パターンに対応するレジスト像（パターン像）の線幅を計測し、その計測結果に基づいて、投影光学系７のベストフォーカス位置を決定する。このようにして決定された投影光学系７のベストフォーカス位置と基板６１の表面位置とを一致させて基板６１を露光する。これにより、投影光学系７を介して基板上に形成されるマスク２１のパターンの像にボケが生じることなく、所望のパターンの像を基板上に形成することができる。なお、投影光学系７のベストフォーカス位置を決定する決定処理については、後で詳細に説明する。また、本実施形態では、決定処理では、投影光学系７を介して計測パターンの像を投影する対象をテスト基板としているが、テスト基板の代わりに、マスク２１のパターンが転写される基板６１を用いてもよい。

図２は、複数の計測パターンを含む計測パターン群１０の一例を示す図である。計測パターン群１０は、マスク２１に設けられていてもよいし、マスク２１とは別のフォーカス計測用マスクに設けられていてもよい。計測パターン群１０は、例えば、図２に示すように、パターンの延在する方向が互いに異なる４つの計測パターン１０１、１０２、１０３及び１０４を含む。計測パターン１０１乃至１０４は、それぞれ孤立した単一の線パターンであって、孤立線（アイソ）パターンと呼ばれる。計測パターン１０１乃至１０４は、それぞれが延在する方向のパターンに対する投影光学系７のベストフォーカス位置を決定するために用いられる。従って、マスク２１に形成されたどの方向のパターンに対して投影光学系７のベストフォーカス位置を決定するのかによって、計測パターン１０１乃至１０４のうち用いる計測パターンを決定すればよい。計測パターン１０１乃至１０４は、投影光学系７のベストフォーカス位置と基板６１の表面位置とが一致している場合に、その像の線幅が最大となるように設計されている。従って、投影光学系７を介して投影光学系７の像面側の光軸方向、即ち、Ｚ軸方向の複数の位置のそれぞれに形成される計測パターン１０１乃至１０４の像の線幅を計測することで、投影光学系７のベストフォーカス位置を求めることができる。

以下、図３を参照して、投影光学系７のベストフォーカス位置を決定する決定処理について詳細に説明する。Ｓ３０２では、テスト基板のフォーカス位置を初期フォーカス位置に設定する。具体的には、レジストが塗布されたテスト基板を基板ステージ６２に保持させて、テスト基板のフォーカス位置が初期フォーカス位置となるように基板ステージ６２を移動させる。初期フォーカス位置は、例えば、テスト基板をＺ軸方向に移動させる範囲（移動範囲）の下限位置（Ｚ座標マイナス側のリミット）又は上限位置（Ｚ座標プラス側のリミット）に設定される。本実施形態では、初期フォーカス位置は、移動範囲の下限位置に設定されているものとする。

Ｓ３０４では、投影光学系７を介して計測パターンの像をテスト基板に投影し、テスト基板を露光する。具体的には、図２に示す計測パターン群１０が設けられたマスクをマスクステージ２２に保持させ、投影光学系７を介して、計測パターン１０１乃至１０４のうちの１つの計測パターンの像をテスト基板上に形成する。

Ｓ３０６では、テスト基板のフォーカス位置が移動範囲の上限位置に到達したかどうかを判定する。テスト基板のフォーカス位置が移動範囲の上限位置に到達していない場合には、Ｓ３０８に移行する。

Ｓ３０８では、テスト基板をＺ軸方向にステップ移動する。具体的には、テスト基板を保持する基板ステージを所定のステップ量だけＺ軸方向に移動させる。本実施形態では、初期フォーカス位置が移動範囲の下限位置に設定されているため、テスト基板が上昇するように、基板ステージをＺ座標プラス側に移動させる。Ｓ３０２において、初期フォーカス位置が移動範囲の上限位置に設定されている場合には、テスト基板が下降するように、基板ステージをＺ座標マイナス側に移動させる。

Ｓ３１０では、テスト基板をＸ軸方向及び／又はＹ軸方向にステップ移動する。具体的には、テスト基板の未露光領域が露光されるように、テスト基板を保持する基板ステージを所定のステップ量だけＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に移動させる。

このように、テスト基板のフォーカス位置が移動範囲の上限位置に到達するまで、Ｓ３０４乃至Ｓ３１０が繰り返される。そして、テスト基板のフォーカス位置が移動範囲の上限位置に到達すると、Ｓ３０６において、Ｓ３１２に移行する。

Ｓ３１２では、露光装置１００からテスト基板を搬出する。Ｓ３１４では、露光装置１００から搬出したテスト基板を現像する。

Ｓ３１６では、顕微鏡を用いて、現像後のテスト基板に形成された、計測パターンに対応するレジスト像、即ち、テスト基板に転写された計測パターンの線幅を計測する。テスト基板のフォーカス位置Ｆｉ（ｉ＝０，１，２，・・・）に対応する計測パターンの線幅の計測値（計測結果）をＬｉとする。レジスト像が崩れているなどして計測パターンの線幅が計測できない場合には、そのフォーカス位置Ｆｉに対応する計測パターンの線幅の計測値Ｌｉは無効とする。

Ｓ３１８では、Ｓ３１６で得られた計測パターンの計測値（有効な計測値）の数が所定数以下（例えば、４つ以下）であるかどうかを判定する。計測パターンの計測値の数が所定数以下である場合には、計測条件に問題があるとして、Ｓ３２０に移行する。Ｓ３２０では、投影光学系７のベストフォーカス位置を決定する決定処理がエラーとなったことを通知（エラー通知）し、Ｓ３０２に移行して、投影光学系７を介して計測パターンの像をテスト基板に投影してテスト基板を露光することからやり直す。一方、計測パターンの計測値の数が所定数以下でない場合には、Ｓ３２２に移行する。

Ｓ３２２では、Ｓ３１６で得られた計測パターンの計測値Ｌｉとテスト基板のフォーカス位置Ｆｉとの関係を示す近似関数を取得する。具体的には、Ｓ３１６で得られた計測パターンの計測値Ｌｉを、フォーカス位置の関数として最小自乗法による関数フィッティングを行う。関数フィッティングに用いる関数は、例えば、フォーカス位置の４次の多項式である。なお、本実施形態では、近似関数を例に説明するが、Ｓ３１６で得られた計測パターンの計測値Ｌｉとテスト基板のフォーカス位置Ｆｉとの関係を示す関数であればよい。

Ｓ３２４では、Ｓ３２２で取得された近似関数に基づいて、あるフォーカス範囲内で、近似関数の最大値Ｍ及び最大値Ｍに対応するフォーカス位置ＦＭを求める。

Ｓ３２６では、Ｓ３２２で取得された近似関数に対して、３つのスライス値Ｔ１、Ｔ２及びＴ３を設定して、３つのフォーカス位置Ｆ１Ｃ、Ｆ２Ｃ及びＦ３Ｃを求める。スライス値Ｔ１、Ｔ２及びＴ３は、Ｓ３２２で取得された近似関数に交差するように設定されるスライスレベル（直線）である。

具体的には、まず、スライス値Ｔ３（レベル）を設定し、Ｓ３２２で取得された近似関数とスライス値Ｔ３とが交差する２つの点の中点となるフォーカス位置Ｆ３Ｃを求める。ここでは、Ｓ３２２で取得された近似関数とスライス値Ｔ３とが交差する２つの点のうち、マイナス側の点をフォーカス位置Ｆ３Ａとし、プラス側の点をフォーカス位置Ｆ３Ｂとする。そして、フォーカス位置Ｆ３Ａ及びＦ３Ｂから、その平均であるフォーカス位置Ｆ３Ｃを求める。スライス値Ｔ３は、Ｓ３２４で求められた近似関数の最大値Ｍよりも僅かに小さい値を設定するのが妥当である。例えば、近似関数の最大値Ｍを基準として、Ｔ３＝０．９０×Ｍとする。但し、スライス値Ｔ３は、近似関数の最大値Ｍにかかわらず、固定値としてもよい。

次いで、スライス値Ｔ３とは異なるスライス値Ｔ１及びＴ２を用いて、同様にフォーカス位置を求める。スライス値Ｔ１は、スライス値Ｔ３よりも一定量大きな値であり、スライス値Ｔ２は、スライス値Ｔ３よりも一定量小さな値である。例えば、Ｔ１＝０．９５×Ｍとし、Ｔ２＝０．８５×Ｍとする。そして、Ｓ３２２で取得された近似関数とスライス値Ｔ１とが交差する２つの点の中点となるフォーカス位置Ｆ１Ｃを求める。ここでは、Ｓ３２２で取得された近似関数とスライス値Ｔ１とが交差する２つの点のうち、マイナス側の点をフォーカス位置Ｆ１Ａとし、プラス側の点をフォーカス位置Ｆ１Ｂとする。そして、フォーカス位置Ｆ１Ａ及びＦ１Ｂから、その平均であるフォーカス位置Ｆ１Ｃを求める。同様に、Ｓ３２２で取得された近似関数とスライス値Ｔ２とが交差する２つの点の中点となるフォーカス位置Ｆ２Ｃを求める。ここでは、Ｓ３２２で取得された近似関数とスライス値Ｔ２とが交差する２つの点のうち、マイナス側の点をフォーカス位置Ｆ２Ａとし、プラス側の点をフォーカス位置Ｆ２Ｂとする。そして、フォーカス位置Ｆ２Ａ及びＦ２Ｂから、その平均であるフォーカス位置Ｆ２Ｃを求める。

Ｓ３２８では、Ｓ３２６で求めた３つのフォーカス位置Ｆ１Ｃ、Ｆ２Ｃ及びＦ３Ｃが基準を満たしているかどうかを判定する。Ｓ３２８は、本実施形態では、Ｓ３２６で求めたフォーカス位置Ｆ３Ｃを投影光学系７のベストフォーカス位置として妥当であるか（採用するか）どうかを判定するものである。具体的には、フォーカス位置Ｆ３Ｃとフォーカス位置Ｆ１Ｃとの差分、及び、フォーカス位置Ｆ３Ｃとフォーカス位置Ｆ２Ｃとの差分を求め、これらの差分の絶対値が閾値以下であるか、即ち、以下の式（１）及び式（２）を満たすか判定する。Ｓ３２２で取得された近似関数がフォーカス位置に関して対称な形状であれば、｜Ｆ１Ｃ−Ｆ３Ｃ｜及び｜Ｆ２Ｃ−Ｆ３Ｃ｜の値が小さくなるため、式（１）及び式（２）を満たしやすくなる。一方、Ｓ３２２で取得された近似関数がフォーカス位置に関して非対称な形状であれば、｜Ｆ１Ｃ−Ｆ３Ｃ｜及び｜Ｆ２Ｃ−Ｆ３Ｃ｜の値が大きくなるため、式（１）及び式（２）を満たしにくくなる。

｜Ｆ１Ｃ−Ｆ３Ｃ｜≦Ｕ ・・・（１）
｜Ｆ２Ｃ−Ｆ３Ｃ｜≦Ｕ ・・・（２）
式（１）及び式（２）において、Ｕは、閾値である。

閾値Ｕは、投影光学系７のベストフォーカス位置を決定する精度に基づいて予め設定しておく必要がある。例えば、投影光学系７のベストフォーカス位置を１μｍ程度の精度で決定する必要があれば、Ｕ＝１μｍと設定する。

式（１）及び式（２）の両方を満たしている場合には、フォーカス位置Ｆ３Ｃは投影光学系７のベストフォーカス位置として信頼性が高い（真値に近い）と考えられる。従って、フォーカス位置Ｆ１Ｃ、Ｆ２Ｃ及びＦ３Ｃが基準を満たしていると判定され、Ｓ３３２に移行する。

一方、式（１）及び式（２）のいずれか一方又は両方を満たしていない場合には、フォーカス位置Ｆ３Ｃは、スライス値によって大きく変動するということであるため、投影光学系７のベストフォーカス位置として信頼性が低い（真値から遠い）と考えられる。従って、フォーカス位置Ｆ１Ｃ、Ｆ２Ｃ及びＦ３Ｃが基準を満たしていないと判定され、Ｓ３３０に移行する。

Ｓ３３０では、Ｓ３２２で取得された近似関数とスライス値との交点が１点以下となるか、又は、スライス値が予め設定された変更範囲の限界に達したかどうかを判定する。スライス値が小さくなりすぎると、Ｓ３２２で取得された近似関数とスライス値との交点が１点以下となる場合がある。Ｓ３２２で取得された近似関数とスライス値との交点が１点以下となるか、又は、スライス値が予め設定された変更範囲の限界に達した場合には、Ｓ３２０に移行する。一方、Ｓ３２２で取得された近似関数とスライス値との交点が１点以下ではなく、且つ、スライス値が予め設定された変更範囲の限界に達していない場合には、Ｓ３３２に移行する。

Ｓ３３２では、スライス値Ｔ１、Ｔ２及びＴ３を変更する。具体的には、スライス値Ｔ１、Ｔ２及びＴ３が小さくなるように、それぞれを所定量だけシフトさせる。例えば、スライス値Ｔ３は、Ｔ３＝０．９０×ＭからＴ３＝０．８０×Ｍに変更する。同様に、スライス値Ｔ１は、Ｔ１＝０．９５×ＭからＴ１＝０．８５×Ｍに変更し、スライス値Ｔ２は、Ｔ２＝０．８５×ＭからＴ２＝０．７５×Ｍに変更する。そして、Ｓ３２６に移行して、３つのフォーカス位置Ｆ１Ｃ、Ｆ２Ｃ及びＦ３Ｃを再度求める。

Ｓ３３４では、投影光学系７のベストフォーカス位置を決定する。本実施形態では、上述したように、フォーカス位置Ｆ３Ｃが投影光学系７のベストフォーカス位置として妥当であるかを判定している。従って、Ｓ３３４に移行した場合には、Ｓ３２６で求めたフォーカス位置Ｆ３Ｃを投影光学系７のベストフォーカス位置として決定（採用）する。

図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、図５（ｂ）及び図６を参照して、図３に示す決定処理のＳ３２２、Ｓ３２４及びＳ３２６、Ｓ３２８、Ｓ３３２及びＳ３３４を具体的に説明する。

図４（ａ）は、Ｓ３２２で取得される、Ｓ３１６で得られた計測パターンの計測値Ｌｉとテスト基板のフォーカス位置Ｆｉとの関係を示す近似関数ＣＣの一例を示す図である。図４（ａ）では、縦軸は、計測パターンの計測値Ｌｉ（線幅）を示し、横軸は、テスト基板のフォーカス位置Ｆｉ（投影光学系７のベストフォーカス位置からのデフォーカス量）を示している。また、計測パターンの計測値Ｌｉは、約４μｍのフォーカスピッチで得られている。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す近似関数ＣＣに対してスライス値Ｔ１、Ｔ２及びＴ３を設定することで求められるフォーカス位置Ｆ１Ａ、Ｆ１Ｂ、Ｆ１Ｃ、Ｆ２Ａ、Ｆ２Ｂ、Ｆ２Ｃ、Ｆ３Ａ、Ｆ３Ｂ及びＦ３Ｃの一例を示す図である。図４（ｂ）では、縦軸は、計測パターンの計測値Ｌｉ（線幅）を示し、横軸は、テスト基板のフォーカス位置Ｆｉ（投影光学系７のベストフォーカス位置からのデフォーカス量）を示している。また、スライス値Ｔ１は、Ｔ１＝０．９５×Ｍとし、スライス値Ｔ２は、Ｔ２＝０．８５×Ｍとし、スライス値Ｔ３は、Ｔ３＝０．９０×Ｍとしている。

図４（ｂ）を参照するに、フォーカス位置Ｆ１Ｃ、Ｆ２Ｃ及びＦ３Ｃは、ほぼ同じである。従って、Ｓ３２８において、例えば、閾値ＵをＵ＝１μｍとすると、式（１）及び式（２）を満たす。この場合、Ｓ３３４に移行し、フォーカス位置Ｆ３Ｃを投影光学系７のベストフォーカス位置として決定する。

図５（ａ）は、Ｓ３２２で取得される、Ｓ３１６で得られた計測パターンの計測値Ｌｉとテスト基板のフォーカス位置Ｆｉとの関係を示す近似関数ＣＣ’の一例を示す図である。図５（ａ）では、縦軸は、計測パターンの計測値Ｌｉ（線幅）を示し、横軸は、テスト基板のフォーカス位置Ｆｉ（投影光学系７のベストフォーカス位置からのデフォーカス量）を示している。また、計測パターンの計測値Ｌｉは、約４μｍのフォーカスピッチで得られている。

図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す近似関数ＣＣ’に対してスライス値Ｔ１’、Ｔ２’及びＴ３’を設定することで求められるフォーカス位置Ｆ１Ａ’、Ｆ１Ｂ’、Ｆ１Ｃ’、Ｆ２Ａ’、Ｆ２Ｂ’、Ｆ２Ｃ’、Ｆ３Ａ’、Ｆ３Ｂ’及びＦ３Ｃ’の一例を示す図である。図５（ｂ）では、縦軸は、計測パターンの計測値Ｌｉ（線幅）を示し、横軸は、テスト基板のフォーカス位置Ｆｉ（投影光学系７のベストフォーカス位置からのデフォーカス量）を示している。また、スライス値Ｔ１’は、Ｔ１’＝０．９５×Ｍ’とし、スライス値Ｔ２’は、Ｔ２’＝０．８５×Ｍ’とし、スライス値Ｔ３’は、Ｔ３’＝０．９０×Ｍ’としている。Ｍ’は、近似関数ＣＣ’の最大値である。

図５（ｂ）を参照するに、フォーカス位置Ｆ１Ｃ’、Ｆ２Ｃ’及びＦ３Ｃ’間には、差が生じている。従って、Ｓ３２８において、例えば、閾値ＵをＵ＝１μｍとすると、式（１）及び式（２）を満たさない。この場合、Ｓ３３０に移行し、更に、Ｓ３３２に移行すると、スライス値に変更が加えられる。ここでは、スライス値Ｔ１’は、スライス値Ｔ１’’（＝０．８５×Ｍ’）に変更され、スライス値Ｔ２’は、スライス値Ｔ２’’（＝０．７５×Ｍ’）に変更され、スライス値Ｔ３’は、スライス値Ｔ３’’（＝０．８０×Ｍ’）に変更されるものとする。

図６は、図５（ａ）に示す近似関数ＣＣ’に対してスライス値Ｔ１’’、Ｔ２’’及びＴ３’’を設定した場合を示している。この場合、フォーカス位置Ｆ１Ａ’’、Ｆ１Ｂ’’、Ｆ１Ｃ’’、Ｆ２Ａ’’、Ｆ２Ｂ’’、Ｆ２Ｃ’’、Ｆ３Ａ’’、Ｆ３Ｂ’’及びＦ３Ｃ’’が求まる。図６では、縦軸は、計測パターンの計測値Ｌｉ（線幅）を示し、横軸は、テスト基板のフォーカス位置Ｆｉ（投影光学系７のベストフォーカス位置からのデフォーカス量）を示している。

図６を参照するに、フォーカス位置Ｆ１Ｃ’’、Ｆ２Ｃ’’及びＦ３Ｃ’’は、ほぼ同じである。従って、Ｓ３２８において、式（１）及び式（２）を満たす。この場合、Ｓ３３４に移行し、フォーカス位置Ｆ３Ｃ’’を投影光学系７のベストフォーカス位置として決定する。

このように、本実施形態では、計測パターンの計測結果とフォーカス位置との関係を示す近似関数から求まるベストフォーカス位置の信頼性を定量的に評価している。従って、近似関数が非対称な形状を有している場合であっても、真値との差が大きいフォーカス位置を投影光学系７のベストフォーカス位置とすることを回避し、真値に近いフォーカス位置を投影光学系７のベストフォーカス位置として決定することができる。換言すれば、本実施形態では、従来技術と比較して、投影光学系７のベストフォーカス位置を高精度に求めることができる。

また、本実施形態における投影光学系７のベストフォーカス位置を決定する決定処理は、図３を参照して説明した手法に限定されず、種々の手法を採用することが可能である。例えば、スライス値Ｔ１、Ｔ２及びＴ３の設定は、近似関数の最大値からの割合ではなく、固定値（ベストフォーカス位置の設定値など）からの割合としてもよい。

また、Ｓ３０４乃至Ｓ３１０において、テスト基板のフォーカス位置を変更しながら露光する代わりに、テスト基板を保持している基板ステージ６２を、ＸＹ平面から一定量傾いた方向に走査しながら露光してもよい。これにより、異なるフォーカス位置での露光を１つのショット領域内に一括して行うことができる。

また、Ｓ３０２に戻って、テスト基板への露光をやり直す場合には、同一の計測パターンを再度転写するのではなく、かかる計測パターンと同一の方向に延在し、且つ、異なる線幅を有する計測パターンを転写するようにしてもよい。例えば、現像プロセスなどの要因で計測パターンに対応するレジスト像が正しく形成できていない場合には、より大きい線幅を有する計測パターンを用いることで、計測パターンに対応するレジスト像が正しく形成できる。

また、Ｓ３２８において、式（１）及び式（２）の少なくとも一方を満たさない場合に、Ｓ３３０に移行するのではなく、Ｓ３０２に戻って、テスト基板への露光をやり直してもよい。この場合、上述したように、同一の方向に延在し、且つ、異なる線幅を有する計測パターンを用いてもよい。なお、同一の方向に延在し、且つ、異なる線幅を有する別の計測パターンがテスト基板に既に転写されている場合には、露光は不要であるため、Ｓ３１６に移行して、別の計測パターンの線幅を計測すればよい。

また、Ｓ３２８において、式（１）及び式（２）に代えて、以下の式（３）を用いてもよい。そして、式（３）を満たしている場合には、Ｓ３３２に移行し、式（３）を満たしていない場合には、Ｓ３３０に移行する。

｜Ｆ１Ｃ−Ｆ２Ｃ｜≦Ｕ ・・・（３）
式（３）を用いる場合には、Ｓ３３４において、フォーカス位置Ｆ３Ｃを投影光学系７のベストフォーカス位置としてもよいが、これに限定されるものではない。換言すれば、フォーカス位置Ｆ３Ｃ以外のフォーカス位置を投影光学系７のベストフォーカス位置とすることも可能である。例えば、フォーカス位置Ｆ１Ｃとフォーカス位置Ｆ２Ｃとの間に位置し、且つ、フォーカス位置Ｆ３Ｃではないフォーカス位置を投影光学系７のベストフォーカス位置としてもよい。具体的には、フォーカス位置Ｆ１Ｃとフォーカス位置Ｆ２Ｃとの中点に対応するフォーカス位置を投影光学系７のベストフォーカス位置としてもよい。また、図７に示すように、近似関数ＣＣとスライス値Ｔ３とがなす閉領域４００の重心位置Ｆ４を求め、重心位置Ｆ４に対応するフォーカス位置を投影光学系７のベストフォーカス位置としてもよい。図７に示すように、閉領域４００は、近似関数ＣＣと、近似関数ＣＣとスライス値Ｔ３とが交差する２つの点を結ぶ線分とによって規定され、重心位置Ｆ４を示す直線によって、領域４０１と領域４０２とに分割される。重心位置Ｆ４は、領域４０１の面積と領域４０２の面積とが等しくなるように定められる。

また、図３では、計測パターンをテスト基板に転写する場合を例に説明した。但し、図８に示すように、基板ステージ６２に設けられたセンサ６３によって、計測パターンの像の線幅を計測してもよい。センサ６３は、投影光学系７を介して、計測パターンの像を検出して、かかる計測パターンの像の線幅を出力（計測）する。また、センサ６３は、計測パターンの像の線幅ではなく、計測パターンの像の光強度プロファイル（最大光強度）を計測してもよい。なお、センサ６３は、基板ステージ６２から独立して構成されていてもよい。

露光装置１００における露光処理（露光方法）について説明する。まず、上述した決定方法によって、投影光学系７のベストフォーカス位置を決定する。次いで、投影光学系７のベストフォーカス位置に基づいて、露光装置１００の各部を調整する。具体的には、投影光学系７のベストフォーカス位置と基板６１の表面位置とを一致させるように、露光装置１００の各部を調整する。かかる調整は、基板ステージ６２の位置及び姿勢の少なくとも１つを調整すること、及び、投影光学系７に含まれる光学素子の位置、姿勢及び面形状の少なくとも１つを調整することの少なくとも一方を含む。そして、投影光学系７のベストフォーカス位置と基板６１の表面位置とを一致させた状態で、投影光学系７を介して基板６１を露光してマスク２１のパターンを基板６１に転写する。このように、露光装置１００では、投影光学系７のベストフォーカス位置と基板６１の表面位置とを一致させた状態で露光を行うことができるため、所望のパターンの像を基板上に形成することができる。

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）、カラーフィルタ、光学部品、ＭＥＭＳ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、上述した実施形態の露光方法によって、感光剤が塗布された基板を露光する工程と、露光された感光剤を現像する工程とを含む。また、現像された感光剤のパターンをマスクとして基板に対してエッチング工程やイオン注入工程などを行い、基板上に回路パターンが形成される。これらの露光、現像、エッチングなどの工程を繰り返して、基板上に複数の層からなる回路パターンを形成する。後工程で、回路パターンが形成された基板に対してダイシング（加工）を行い、チップのマウンティング、ボンディング、検査工程を行う。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、レジスト剥離など）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。

本発明は、上述の実施形態の１つ以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１つ以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

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 ７：投影光学系 １０：計測パターン群 ６１：基板 ８０：制御部 １０１乃至１０４：計測パターン

Claims (19)

1. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系のベストフォーカス位置を決定する決定方法であって、
   前記投影光学系を介して前記投影光学系の像面側の光軸方向の複数の位置においてそれぞれに転写された第１計測パターンの計測結果と、前記複数の位置のそれぞれとの関係を示す関数を取得する第１工程と、
   前記関数と第１レベルとが交差する２つの点の中点となる第１フォーカス位置を求める第２工程と、
   前記関数と前記第１レベルとは異なる第２レベルとが交差する２つの点の中点となる第２フォーカス位置を求める第３工程と、
   前記関数と前記第１レベルと前記第２レベルとの間の第３レベルとが交差する２つの点の中点となる第３フォーカス位置を求める第４工程と、
   前記第３フォーカス位置、前記第１フォーカス位置と前記第３フォーカス位置との第１差分、及び、前記第２フォーカス位置と前記第３フォーカス位置との第２差分に基づいて、前記ベストフォーカス位置を決定する第５工程と、
   を有することを特徴とする決定方法。
2. 前記第３レベルは、前記第１レベルと前記第２レベルとの中点であることを特徴とする請求項１に記載の決定方法。
3. 前記第５工程では、前記第１差分及び前記第２差分が閾値以下である場合に、前記第３フォーカス位置を前記ベストフォーカス位置とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の決定方法。
4. 前記第５工程は、前記第１差分及び前記第２差分が閾値より大きい場合に、
   前記関数と前記第１レベルを所定量だけシフトさせた第４レベルとが交差する２つの点の中点となる第４フォーカス位置を求める工程と、
   前記関数と前記第２レベルを前記所定量だけシフトさせた第５レベルとが交差する２つの点の中点となる第５フォーカス位置を求める工程と、
   前記関数と前記第３レベルを前記所定量だけシフトさせた第６レベルとが交差する２つの点の中点となる第６フォーカス位置を求める工程と、
   前記第６フォーカス位置、前記第４フォーカス位置と前記第６フォーカス位置との差分、及び、前記第５フォーカス位置と前記第６フォーカス位置との差分に基づいて、前記ベストフォーカス位置を決定する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の決定方法。
5. 前記第５工程は、前記第１差分及び前記第２差分が閾値より大きい場合に、
   前記投影光学系を介して前記複数の位置のそれぞれに再度転写された前記第１計測パターンの計測結果と、前記複数の位置のそれぞれとの関係を示す新たな関数を取得する工程と、
   前記新たな関数と前記第１レベルとが交差する２つの点の中点となる第７フォーカス位置を求める工程と、
   前記新たな関数と前記第２レベルとが交差する２つの点の中点となる第８フォーカス位置を求める工程と、
   前記新たな関数と前記第３レベルとが交差する２つの点の中点となる第９フォーカス位置を求める工程と、
   前記第９フォーカス位置、前記第７フォーカス位置と前記第９フォーカス位置との差分、及び、前記第８フォーカス位置と前記第９フォーカス位置との差分に基づいて、前記ベストフォーカス位置を決定する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の決定方法。
6. 前記第５工程は、前記第１差分及び前記第２差分が閾値より大きい場合に、
   前記投影光学系を介して前記複数の位置のそれぞれに転写された、前記第１計測パターンと同一の方向に延在し、且つ、前記第１計測パターンの線幅とは異なる線幅を有する第２計測パターンの計測結果と、前記複数の位置のそれぞれとの関係を示す新たな関数を取得する工程と、
   前記新たな関数と前記第１レベルとが交差する２つの点の中点となる第１０フォーカス位置を求める工程と、
   前記新たな関数と前記第２レベルとが交差する２つの点の中点となる第１１フォーカス位置を求める工程と、
   前記新たな関数と前記第３レベルとが交差する２つの点の中点となる第１２フォーカス位置を求める工程と、
   前記第１２フォーカス位置、前記第１０フォーカス位置と前記第１２フォーカス位置との差分、及び、前記第１１フォーカス位置と前記第１２フォーカス位置との差分に基づいて、前記ベストフォーカス位置を決定する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の決定方法。
7. 前記第５工程は、前記投影光学系を介して前記複数の位置のそれぞれに前記第２計測パターンを転写する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の決定方法。
8. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系のベストフォーカス位置を決定する決定方法であって、
   前記投影光学系を介して前記投影光学系の像面側の光軸方向の複数の位置においてそれぞれに転写された第１計測パターンの計測結果と、前記複数の位置のそれぞれとの関係を示す関数を取得する第１工程と、
   前記関数と第１レベルとが交差する２つの点の中点となる第１フォーカス位置を求める第２工程と、
   前記関数と前記第１レベルとは異なる第２レベルとが交差する２つの点の中点となる第２フォーカス位置を求める第３工程と、
   前記第１フォーカス位置と前記第２フォーカス位置との差分に基づいて、前記ベストフォーカス位置を決定する第４工程と、
   を有することを特徴とする決定方法。
9. 前記第４工程では、前記差分が閾値以下である場合に、前記第１フォーカス位置と前記第２フォーカス位置との間の第３フォーカス位置を前記ベストフォーカス位置とすることを特徴とする請求項８に記載の決定方法。
10. 前記第３フォーカス位置は、前記第１フォーカス位置と前記第２フォーカス位置との中点であることを特徴とする請求項９に記載の決定方法。
11. 前記第３フォーカス位置は、前記関数と、前記関数と第３レベルとが交差する２つの点を結ぶ線分とによって規定される閉領域の重心位置であり、
    前記第３レベルは、前記第１レベルと前記第２レベルとの間のレベルであることを特徴とする請求項９に記載の決定方法。
12. 前記計測結果は、前記複数の位置のそれぞれに転写された前記第１計測パターンの線幅又は前記第１計測パターンの光強度プロファイルを含むことを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の決定方法。
13. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置を用いて前記基板を露光する露光方法であって、
    前記投影光学系のベストフォーカス位置を決定する第１工程と、
    前記第１工程で決定したベストフォーカス位置に基づいて、前記露光装置を調整する第２工程と、
    前記第２工程で調整された前記露光装置を用いて前記基板を露光する第３工程と、
    を有し、
    前記第１工程は、
    前記投影光学系を介して前記投影光学系の像面側の光軸方向の複数の位置においてそれぞれに転写された第１計測パターンの計測結果と、前記複数の位置のそれぞれとの関係を示す関数を取得する工程と、
    前記関数と第１レベルとが交差する２つの点の中点となる第１フォーカス位置を求める工程と、
    前記関数と前記第１レベルとは異なる第２レベルとが交差する２つの点の中点となる第２フォーカス位置を求める工程と、
    前記関数と前記第１レベルと前記第２レベルとの間の第３レベルとが交差する２つの点の中点となる第３フォーカス位置を求める工程と、
    前記第３フォーカス位置、前記第１フォーカス位置と前記第３フォーカス位置との第１差分、及び、前記第２フォーカス位置と前記第３フォーカス位置との第２差分に基づいて、前記ベストフォーカス位置を決定する工程と、
    を含むことを特徴とする露光方法。
14. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置を用いて前記基板を露光する露光方法であって、
    前記投影光学系のベストフォーカス位置を決定する第１工程と、
    前記第１工程で決定したベストフォーカス位置に基づいて、前記露光装置を調整する第２工程と、
    前記第２工程で調整された前記露光装置を用いて前記基板を露光する第３工程と、
    を有し、
    前記第１工程は、
    前記投影光学系を介して前記投影光学系の像面側の光軸方向の複数の位置においてそれぞれに転写された第１計測パターンの計測結果と、前記複数の位置のそれぞれとの関係を示す関数を取得する工程と、
    前記関数と第１レベルとが交差する２つの点の中点となる第１フォーカス位置を求める工程と、
    前記関数と前記第１レベルとは異なる第２レベルとが交差する２つの点の中点となる第２フォーカス位置を求める工程と、
    前記第１フォーカス位置と前記第２フォーカス位置との差分に基づいて、前記ベストフォーカス位置を決定する工程と、
    を含むことを特徴とする露光方法。
15. 前記第２工程は、前記基板を保持する基板ステージの位置及び姿勢の少なくとも１つを調整する工程、及び、前記投影光学系に含まれる光学素子の位置、姿勢及び面形状の少なくとも１つを調整する工程の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の露光方法。
16. 基板を露光する露光装置であって、
    マスクのパターンを前記基板に投影する投影光学系と、
    前記投影光学系のベストフォーカス位置を決定する処理を行う処理部と、
    を有し、
    前記処理部は、
    前記投影光学系を介して前記投影光学系の像面側の光軸方向の複数の位置においてそれぞれに転写された第１計測パターンの計測結果と、前記複数の位置のそれぞれとの関係を示す関数を取得し、
    前記関数と第１レベルとが交差する２つの点の中点となる第１フォーカス位置を求め、
    前記関数と前記第１レベルとは異なる第２レベルとが交差する２つの点の中点となる第２フォーカス位置を求め、
    前記関数と前記第１レベルと前記第２レベルとの間の第３レベルとが交差する２つの点の中点となる第３フォーカス位置を求め、
    前記第３フォーカス位置、前記第１フォーカス位置と前記第３フォーカス位置との第１差分、及び、前記第２フォーカス位置と前記第３フォーカス位置との第２差分に基づいて、前記ベストフォーカス位置を決定することを特徴とする露光装置。
17. 基板を露光する露光装置であって、
    マスクのパターンを前記基板に投影する投影光学系と、
    前記投影光学系のベストフォーカス位置を決定する処理を行う処理部と、
    を有し、
    前記処理部は、
    前記投影光学系を介して前記投影光学系の像面側の光軸方向の複数の位置においてそれぞれに転写された第１計測パターンの計測結果と、前記複数の位置のそれぞれとの関係を示す関数を取得し、
    前記関数と第１レベルとが交差する２つの点の中点となる第１フォーカス位置を求め、
    前記関数と前記第１レベルとは異なる第２レベルとが交差する２つの点の中点となる第２フォーカス位置を求め、
    前記第１フォーカス位置と前記第２フォーカス位置との差分に基づいて、前記ベストフォーカス位置を決定することを特徴とする露光装置。
18. 請求項１３乃至１５のうちいずれか１項に記載の露光方法を用いて基板に塗布された感光剤を露光する工程と、
    露光された前記感光剤を現像して前記感光剤のパターンを形成する工程と、
    現像された前記感光剤のパターンをもとに前記基板にパターンを形成して、パターンが形成された基板を加工することによって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。
19. 請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の決定方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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