JP2021056416A - 露光装置、露光方法、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過去に取得された段差分布を適用可能か否かを適切に判断するために有利な技術を提供する。【解決手段】基板上の複数の領域であり、共通のパターン構造を有する領域をそれぞれ露光する露光装置は、各領域の表面高さ分布を計測する計測部と、各領域の露光を制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記複数の領域の中から選択された複数のサンプル領域について前記計測部に計測させた表面高さ分布に対し、所定の次数以下の成分を除去する処理を行うことにより、前記パターン構造の段差分布を第１分布として求め、過去に得られた前記パターン構造の段差分布である第２分布に対する前記第１分布の変化量が閾値以下である場合、前記第２分布と前記計測部の計測結果とに基づいて、前記基板の高さを調整しながら各領域の露光を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置、露光方法、および物品の製造方法に関する。

半導体デバイスなどの製造工程（リソグラフィ工程）で用いられる装置の１つとして、投影光学系からの光に対して基板を走査することにより基板上の複数のショット領域をそれぞれ露光する露光装置が知られている。露光装置では、各ショット領域の走査露光中、光の照射に先立って基板の表面高さの計測（フォーカス計測）を行いながら、その計測結果に基づいて、基板の表面を投影光学系の結像面に配置するための基板の高さ調整（フォーカス・レベリング制御）が行われる。

ところで、基板の各ショット領域には、段差分布（例えば凹凸形状）を有するパターン構造が形成されていることがある。この場合において、当該パターン構造に追従するように基板の高さを頻繁に変化させることは、基板の高さの調整遅れを引き起こし、フォーカス・レベリング制御を精度よく行うことを困難にしうる。特許文献１には、ショット領域に形成されたパターン構造の段差分布（段差データ）を事前に計測し、フォーカス計測の結果を当該段差分布で補正した結果に基づいて、フォーカス・レベリング制御を行う方法が開示されている。

特開平９−４５６０８号公報

露光装置では、基板やロットを変更するごとに段差データを取得することはスループットの点で不利である。そのため、基板やロットが変わっても、各ショット領域のパターン構造が同様であるならば、過去に取得した段差分布を適用することが好ましい。しかしながら、段差分布の取得に用いられた基板と、露光の対象である基板とでは、基板ステージによる保持状態などに起因して基板自体の歪みが互いに異なることがあるため、過去に取得した段差分布を適用可能か否かを適切に判断することが困難になりうる。

そこで、本発明は、過去に取得された段差分布を適用可能か否かを適切に判断するために有利な技術を提供することを目的とする。

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、基板上の複数の領域であり、共通のパターン構造を有する領域をそれぞれ露光する露光装置であって、各領域の表面高さ分布を計測する計測部と、各領域の露光を制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記複数の領域の中から選択された複数のサンプル領域について前記計測部に計測させた表面高さ分布に対し、所定の次数以下の成分を除去する処理を行うことにより、前記パターン構造の段差分布を第１分布として求め、過去に得られた前記パターン構造の段差分布である第２分布に対する前記第１分布の変化量が閾値以下である場合、前記第２分布と前記計測部の計測結果とに基づいて、前記基板の高さを調整しながら各領域の露光を制御する、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、過去に取得された段差分布を適用可能か否かを適切に判断するために有利な技術を提供することができる。

露光装置の構成を示す概略図 計測部における複数の計測点の配置を示す図 走査露光を行う対象のショット領域と、露光光が照射される照射領域と、表面高さの計測を行う複数の計測点との位置関係を示す図 基板におけるサンプルショット領域の配置例、および各ショット領域における計測対象箇所の配置例を示す図 補正用分布を取得するための従来の処理を示す図 補正用分布を取得するための第１実施形態の処理を示す図 補正用分布および確認用分布を得るために選択されるサンプルショット領域の配置例を示す図 確認用分布を取得するための第１実施形態の処理を示す図 確認用分布を取得するための第２実施形態の処理を示す図 補正用分布を修正する方法を示す図 走査露光処理の流れを示すフローチャート 表面高さの計測対象となる箇所を示す基板の平面図

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態について説明する。本実施形態の露光装置１００は、投影光学系１４から射出された露光光（スリット光、パターン光）に対して基板１５を走査しながら露光する、所謂ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置である。以下の説明では、投影光学系１４の光軸に平行な方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な平面内で互いに直交する２つの方向をＸ方向およびＹ方向とする。また、マスク１２および基板１５の走査方向（即ち、基板上における照射領域２１の走査方向）をＹ方向とする。

［露光装置の構成］
図１は、第１実施形態の露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、照明光学系１１と、マスクステージ１３と、投影光学系１４と、基板ステージ１６と、計測部１７と、第１検出部１８と、第２検出部１９と、制御部２０とを含む。制御部２０は、ＣＰＵやメモリを含み、露光装置１００全体を制御する。即ち、制御部２０は、マスク１２に形成されたパターンを基板１５に転写する（基板１５を走査露光する）処理を制御する。

照明光学系１１は、それに含まれるマスキングブレードなどの遮光部材により、エキシマレーザなどの光源（不図示）から射出された光を、例えばＸ方向に長い帯状または円弧上のスリット光に整形し、その光でマスク１２の一部を照射する。マスク１２および基板１５は、マスクステージ１３および基板ステージ１６によってそれぞれ保持されており、投影光学系１４を介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系１４の物体面および像面）にそれぞれ配置される。投影光学系１４は、所定の投影倍率を有し、マスク１２に形成されたパターンをスリット光により基板上に投影する。マスク１２のパターンが投影された基板１５の領域（スリット光が照射される領域）を、以下では照射領域２１と呼ぶことがある。

マスクステージ１３および基板ステージ１６は、投影光学系１４の光軸（スリット光の光軸）と垂直な方向（例えばＹ方向）に移動可能に構成されており、互いに同期しながら投影光学系１４の投影倍率に応じた速度比で相対的に走査される。これにより、照射領域２１を基板上で移動（走査）させて、マスク１２のパターンを基板上のショット領域１５ａに転写することができる。そして、このような走査露光を基板上における複数のショット領域１５ａの各々について順次繰り返すことにより、１枚の基板１５における露光処理を完了させることができる。

第１検出部１８は、例えばレーザ干渉計を含み、マスクステージ１３に設けられた反射板１３ａに向けてレーザ光を照射し、反射板１３ａで反射されたレーザ光に基づいて、マスクステージ１３の位置を検出する。また、第２検出部１９は、例えばレーザ干渉計を含み、基板ステージ１６に設けられた反射板１６ａに向けてレーザ光を照射し、反射板１６ａで反射されたレーザ光に基づいて、基板ステージ１６の位置を検出する。制御部２０は、第１検出部１８および第２検出部１９の検出結果に基づいてマスクステージ１３および基板ステージ１６を相対駆動することにより、ＸＹ方向におけるマスク１２と基板１５との相対位置を制御することができる。本実施形態では、第１検出部１８および第２検出部１９は、レーザ干渉計で構成されているが、それに限られず、例えばエンコーダで構成されてもよい。

計測部１７は、基板１５（基板ステージ１６）が移動している状態で基板１５のショット領域１５ａの表面高さを計測する。即ち、計測部１７は、基板１５のショット領域１５ａの表面高さ分布を計測することができる。本実施形態の計測部１７は、基板１５に光を斜めから照射させる斜入射型であり、基板１５に光束を投光する投光系１７ａと、基板１５で反射された光束を受光する受光系１７ｂとを含む。

投光系１７ａは、例えば、光源７０と、コリメータレンズ７１と、スリット部材７２と、光学系７３と、ミラー７４とを含みうる。光源７０は、例えばランプまたは発光ダイオードなどを有し、基板上のレジストが感光しない波長の光を射出する。コリメータレンズ７１は、光源７０から射出された光を、断面の光強度分布がほぼ均一となる平行光にする。スリット部材７２は、互いの斜面が相対するように貼り合わせられた一対のプリズムによって構成されており、貼り合わせ面７２ａには、複数の開口（例えば９個のピンホール）が形成されたクロム等の遮光膜が設けられている。光学系７３は、両側テレセントリック光学系であり、スリット部材７２における複数の開口を通過することで生成された複数の光束（本実施形態では９本の光束）を、ミラー７４を介して基板上に入射させる。

本実施形態では、投光系１７ａは、各光束を基板１５に入射させる角度φ（光束と投影光学系１４の光軸との間の角度）が例えば７０度以上になるように構成されている。また、投光系１７ａは、図２に示すように、基板面と平行な方向（ＸＹ方向）において、基板１５の走査方向（Ｙ方向）に対して角度θ（例えば２２．５度）を成す方向から９本の光束を基板１５に入射させるように構成されている。このように９本の光束を基板１５に斜めから入射させることにより、複数（９個）の計測点３０の各々において基板１５の表面高さを独立して計測することができる。

受光系１７ｂは、例えば、ミラー７５と、受光光学系７６と、補正光学系７７と、光電変換部７８と、処理部７９とを含みうる。ミラー７５は、基板１５で反射された９本の光束を受光光学系７６に導く。受光光学系７６は、両側テレセントリック光学系であり、９本の光束に対して共通に設けられた絞りを含む。そして、受光光学系７６に含まれる絞りによって、基板上に形成された回路パターンに起因して発生する高次の回折光（ノイズ光）が遮断される。補正光学系７７は、９本の光束に対応するように複数（９つ）のレンズを有しており、９本の光束を光電変換部７８の受光面に結像して当該受光面にピンホール像をそれぞれ形成する。光電変換部７８は、９本の光束に対応するように複数（９つ）の光電変換素子を含む。光電変換素子としては、例えばＣＣＤラインセンサやＣＭＯＳラインセンサなどが用いられる。また、処理部７９は、光電変換部７８からの出力（受光面における各ピンホール像の位置）に基づいて、各計測点３０での基板１５の表面高さを算出する。

このように照射系１７ａと受光系１７ｂとを構成することにより、計測部１７は、光電変換部７８の受光面における各ピンホール像の位置に基づいて、各計測点３０（各計測部）での基板面の高さの計測を行うことができる。そして、制御部２０は、計測部１７の計測結果に基づいて基板ステージ１６の駆動を制御し、基板面が目標高さ（結像面）に配置されるように基板１５の高さ調整を行うことができる。ここで、受光系１７ｂでは、基板上の各計測点３０と光電変換部７８の受光面とが、互いに共役になるように倒れ補正が行われる。そのため、光電変換部７８の受光面における各ピンホール像の位置は、各計測点３０の局所的な傾きによっては変化しない。

［ショット領域の走査露光］
上述した露光装置１００における基板１５のショット領域１５ａの走査露光について説明する。図３は、走査露光を行う対象のショット領域１５ａと、投影光学系１４から露光光が照射される照射領域２１と、計測部１７により表面高さの計測（フォーカス計測）を行う複数の計測点３０との位置関係を示す図である。図３において、照射領域２１は、破線で囲まれた矩形形状の領域である。計測点３０ａ（３０ａ_１〜３０ａ_３）は、照射領域２１の内側においてフォーカス計測を行う計測点である。また、計測点３０ｂ（３０ｂ_１〜３０ｂ_３）および計測点３０ｃ（３０ｃ_１〜３０ｃ_３）は、照射領域２１での露光に先立ってフォーカス計測を行う計測点（先読み計測点）である。計測点３０ｂおよび計測点３０ｃは、照射領域２１内の計測点３０ａから走査方向（±Ｙ方向）に距離Ｌｐだけ離れた位置に配置される。本実施形態では、計測点３０ａ、３０ｂ、３０ｃはそれぞれ、走査方向（Ｙ方向）と交差する方向（Ｘ方向）に配列された３個の計測点によって構成されているが、それに限られず、２個の計測点、もしくは４個以上の計測点によって構成されてもよい。また、計測点３０ａは、計測点３０ｂおよび計測点３０ｃでの計測結果の校正を行うために用いられうる。

このように構成された計測部１７では、照射領域２１での露光に先立ってフォーカス計測を行うために使用される計測点が、基板１５の走査方向（移動方向）に応じて切り替えられる。例えば、方向Ｆに基板１５を移動させてショット領域１５ａの走査露光を行う場合には、計測点３０ｂが用いられる。この場合、制御部２０は、照射領域２１内の基板表面が投影光学系１４の結像面に配置されるように、計測点３０ｂでの計測結果に基づいて基板ステージ１６を駆動することで基板１５の高さ調整を行う。一方、方向Ｒに基板１５を移動させてショット領域１５ａの走査露光を行う場合には、計測点３０ｃが用いられる。この場合、制御部２０は、照射領域２１内の基板表面が投影光学系１４の結像面に配置されるように、計測点３０ｂでの計測結果に基づいて基板ステージ１６を駆動することで基板１５の高さ調整を行う。

［従来の段差分布の取得例］
基板１５における複数のショット領域１５ａには、これまでの半導体プロセスにより、段差分布（例えば凹凸形状）を有する共通のパターン構造が形成されていることがある。この場合の走査露光において、計測部１７の計測結果のみに基づいて、パターン構造に追従するように基板１５の高さを頻繁に変化させると、基板１５の高さの調整遅れを引き起こしうる。即ち、走査露光における基板の高さ調整（フォーカス・レベリング制御とも呼ばれる）を精度よく行うことが困難になりうる。そのため、露光装置１００では、各ショット領域に形成された共通のパターン構造の段差分布をパターンオフセットとして事前に取得しておき、当該段差分布により計測部１７の計測結果を補正した結果に基づいて、走査露光における基板の高さ調整を制御する。

以下に、従来におけるパターン構造の段差分布を取得する処理の一例について説明する。図４（ａ）は、基板上における複数のショット領域１５ａの配置例を示す図であり、複数のショット領域１５ａには共通のパターン構造がそれぞれ形成されているものとする。また、図４（ａ）には、パターン構造の段差分布を取得するために使用されるサンプルショット領域２００（サンプル領域）の位置が示されている。サンプルショット領域２００は、パターン構造の段差分布を精度よく取得することができる数および配置で、ユーザにより又は制御部２０により設定されうる。

ここで、各サンプルショット領域２００には、計測部１７により表面高さを計測すべき複数の計測対象箇所が、走査方向（Ｙ方向）に沿って設定されうる。本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、各サンプルショット領域２００に５個の計測対象箇所ｓ１〜ｓ５が設定されている。各計測対象箇所の表面高さを計測する計測部１７の計測点としては、計測点３０ａ〜３０ｃのいずれかが用いられてもよいし、計測点３０ａ〜３０ｃのうちの２つ以上が用いられてもよい。後者の場合では、当該２つ以上の計測点で得られた値の平均値が、各計測対象箇所の表面高さの計測値として用いられうる。

制御部２０は、例えば、基板ステージ１６により基板１５を走査しながら、各サンプルショット領域２００の計測対象箇所ごとに計測部１７に表面高さを計測させる。これにより、図５（ａ）に示すように、各サンプルショット領域２００の表面高さ分布を得ることができる。図５（ａ）に示す例では、５個のサンプルショット領域２００（ｓａｍ１〜ｓａｍ５）の各々の表面高さ分布が、計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに計測部１７で得られた表面高さの計測値として示されている。

次に、制御部２０は、各サンプルショット領域ｓａｍ１〜ｓａｍ５の計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに得られた表面高さの計測値の全てを対象として近似平面ｇｔを求める。そして、計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに、近似平面ｇｔと計測値との差分を求め、サンプルショット領域ｓａｍ１〜ｓａｍ５での当該差分の平均値をパターンオフセットｃ１〜ｃ５として求める。このように計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに求められたパターンオフセットｃ１〜ｃ５は、計測対象箇所ｓ１〜ｓ５における相対的な表面高さを示す分布、即ち、各ショット領域に形成された共通のパターン構造の段差分布を示している。

ここで、近似平面ｇｔは、パターン構造がないと仮定したときの基板表面ｗ１の形状成分（例えば基板の表面形状）とほぼ平行な面であり、目標高さ（投影光学系１４の結像面）に配置する面として機能しうる。つまり、近似平面ｇｔを高さ方向（Ｚ方向）に移動（シフト）させることにより、投影光学系１４の結像面に配置する基板の面を任意に設定することができる。一例として、近似平面ｇｔを基板表面ｗ１に移動させた場合、走査露光において基板表面ｗ１が投影光学系１４の結像面に配置されるように基板の高さ調整を制御することができる。また、パターンオフセットｃ１〜ｃ５に任意の一定値を加算することにより、近似平面ｇｔの位置を変更することも可能である。

図５（ｂ）は、計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに求めたパターンオフセットｃ１〜ｃ５（即ち、パターン構造の段差分布）を示す図である。図５（ｂ）では、近似平面ｇｔの高さ位置を基板表面ｗ１に一致させた場合のパターンオフセットｃ１〜ｃ５を示している。制御部２０は、各ショット領域１５ａの走査露光中、計測部１７（計測点３０ｂまたは３０ｃ）での計測位置に応じたパターンオフセットを用いて計測部１７の計測結果を補正し、その結果に基づいて基板１５の高さ調整を行う。これにより、基板表面ｗ１が投影光学系１４の結像面に配置されるように、基板１５の表面形状に追従させて基板１５の高さ調整を制御することができる。

［本実施形態の段差分布の取得例］
露光装置１００では、基板やロットを変更するごとにパターン構造の段差分布を取得することはスループットの点で不利である。そのため、基板やロットが変わっても、各ショット領域のパターン構造が同様であるならば、過去に取得した段差分布を適用することが好ましい。しかしながら、段差分布の取得に用いられた基板と、露光の対象である基板とでは、基板自体や基板ステージ１６による保持状態（基板チャックの平坦度）などに起因して基板自体の歪み（例えば基板表面の歪み）が互いに異なることがある。そのため、過去に取得した段差分布を適用可能か否かを適切に判断することが困難になりうる。そこで、本実施形態の露光装置１００は、基板表面の歪みを考慮して、過去に取得した段差分布を適用可能か否かの判断を行う。

まず、本実施形態におけるパターン構造の段差分布を取得する処理について説明する。本実施形態の処理は、上述した従来の処理と基本的に同様であるが、基板の表面形状について考慮している点で異なる。具体的には、制御部２０は、基板ステージ１６により基板１５を走査しながら、各サンプルショット領域ｓａｍ１１〜ｓａｍ１５の計測対象箇所ごとに計測部１７に表面高さを計測させる。これにより、図６（ａ）に示すように、各サンプルショット領域ｓａｍ１１〜ｓａｍ１５の表面高さ分布を得ることができる。ここで、当該表面高さ分布には、基板の歪みに起因する成分（即ち、基板表面ｗ１の形状成分）が含まれている。

制御部２０は、図６（ａ）に示すように、サンプルショット領域ｓａｍ１１〜ｓａｍ１５の各々について、計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに得られた表面高さの計測値を対象として近似平面ｇｔ１１〜ｇｔ１５を求める。また、近似平面ｇｔ１１〜ｇｔ１５の平均的な（平均化した）近似平面ｇｔ１を求める。そして、サンプルショット領域ｓａｍ１１〜ｓａｍ１５の各々について、計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに近似平面ｇｔ１と計測値との差分を求め、計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとの当該差分の平均値をパターンオフセットｃ１〜ｃ５として求める。

図６（ｂ）は、計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに求めたパターンオフセットｃ１〜ｃ５（パターン構造の段差分布ｐｔｎ１１）を示す図である。パターン構造の段差分布ｐｔｎ１１には、基板自体や基板ステージ１６による保持状態など基板の歪みに起因する基板表面ｗ１の形状成分が含まれている。この基板表面ｗ１の形状成分は、各ショット領域に形成されたパターン構造と比べて低周波成分である（周期が長い）ことが知られている。そのため、本実施形態では、パターン構造の段差分布ｐｔｎ１１に対し、所定の次数以下の成分（例えば１次成分）を除去するための空間周波数フィルタ処理を行う。例えば、パターン構造の段差分布ｐｔｎ１１（パターンオフセットｃ１〜ｃ５）に対して近似平面を求め、求めた近似平面を基板表面ｗ１の形状成分（１次成分ｇｔ１’）として段差分布ｐｔｎ１１から除去するフィルタ処理を行う。なお、１次成分ｇｔ１’は、近似平面ｇｔ１１〜ｇｔ１５の平均的な近似平面ｇｔ１としてもよい。これにより、図６（ｃ）に示すように、基板の歪みに起因する成分が低減されたパターン構造の段差分布ｐｔｎ１２（以下では「補正用分布ｐｔｎ１２」と呼ぶことがある）を得ることができる。補正用分布ｐｔｎ１２は、サンプルショット領域の数が多いほど、基板表面ｗ１の形状成分の影響を小さくして精度よく得ることができる。

次に、過去に取得したパターン構造の段差分布（補正用分布ｐｔｎ１２）が適用可能か否かの判断を行う処理について説明する。本処理では、露光対象の基板を用いてパターン構造の段差分布を確認用分布（第１分布）として取得し、過去に取得された補正用分布ｐｔｎ１２（第２分布）に対する確認用分布の変化量（差分）を求める。そして、当該変化量が閾値（判定閾値）以下である場合に、当該過去に取得された補正用分布ｐｔｎ１２を適用可能であると判断することができる。

確認用分布の取得は、補正用分布ｐｔｎ１２の取得と同様の処理を用いて行われうる。ただし、確認用分布を得るために選択されるサンプルショット領域２００の数は、補正用分布ｐｔｎ１２を取得するために用いられたサンプルショット領域２００の数より少なくすることがスループットの点で好ましい。例えば、補正用分布ｐｔｎ１２を取得するための複数のサンプルショット領域２００は、図７（ａ）に示すように、基板１５全体において可能な限り多く且つ満遍なく選択されることが好ましい。これにより、基板表面ｗ１の形状成分の影響を小さくしてパターン構造の段差分布を精度よく得ることができる。一方、確認用分布を取得するための複数のサンプルショット領域２００は、スループットの観点から、比較的少ない数で、且つ計測部１７により連続して表面高さ分布を計測することができるように選択されることが好ましい。一例として、確認用分布を取得するための複数のサンプルショット領域２００は、図７（ｂ）に示すように、基板の中央部に配置されているとよく、および／または、基板上で互いに隣り合っているとよい。以下では、確認用分布を取得するための複数のサンプルショット領域２００として、３つのサンプルショット領域ｓａｍ２１〜ｓａｍ２３が選択された例について説明する。

制御部２０は、基板ステージ１６により基板１５を走査しながら、各サンプルショット領域ｓａｍ２１〜ｓａｍ２３の計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに計測部１７に表面高さを計測させる。これにより、図８（ａ）に示すように、各サンプルショット領域ｓａｍ２１〜ｓａｍ２３の表面高さ分布を得ることができる。また、制御部２０は、サンプルショット領域ｓａｍ２１〜ｓａｍ２３の各々について近似平面ｇｔ２１〜ｇｔ２３を求め、それらの平均的な（平均化した）近似平面ｇｔ２を算出する。そして、計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに近似平面ｇｔ２と計測値との差分の平均値をパターンオフセットｃ１’〜ｃ５’として求める。これにより、パターン構造の段差分布ｐｔｎ２１を得ることができる。

図８（ｂ）は、計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに求めたパターンオフセットｃ１’〜ｃ５’（パターン構造の段差分布ｐｔｎ２１）を示す図である。図８（ｂ）に示す段差分布ｐｔｎ２１は、図６（ｂ）に示す段差分布ｐｔｎ１１と同じ結果（同一形状）になることが理想的である。しかしながら、図６（ｂ）に示す段差分布ｐｔｎ１１と図８（ｂ）に示す段差分布ｐｔｎ２１とは、基板表面の形状成分の影響により互いに異なるため、それらの比較によって、過去の補正用分布ｐｔｎ１２が適用可能か否かを判断することは適切ではない。したがって、本実施形態では、図８（ｂ）に示す段差分布ｐｔｎ２１に対し、所定の次数以下の成分（例えば１次成分）を除去するための空間周波数フィルタ処理を行う。そして、当該フィルタ処理により得られた分布と過去の補正用分布ｐｔｎ１２（図６（ｃ））とを比較して、当該過去の補正用分布ｐｔｎ１２が適用可能か否かを判断する。

例えば、パターン構造の段差分布ｐｔｎ２１（パターンオフセットｃ１’〜ｃ５’）に対して近似平面を求め、求めた近似平面を基板表面ｗ２の形状成分（１次成分ｇｔ２’）として段差分布ｐｔｎ２１から除去するフィルタ処理を行う。なお、１次成分ｇｔ２’は、近似平面ｇｔ２１〜ｇｔ２３の平均的な近似平面ｇｔ２としてもよい。これにより、図８（ｃ）に示すように、基板表面ｗ２の形状成分が低減されたパターン構造の段差分布ｐｔｎ２２（以下では「確認用分布ｐｔｎ２２」と呼ぶことがある）を得ることができる。制御部２０は、補正用分布ｐｔｎ１２（図６（ｃ））に対する確認用分布ｐｔｎ２２（図８（ｃ））の変化量を求め、当該変化量が閾値以下である場合には、過去に取得した補正用分布ｐｔｎ１２を露光対象の基板に対して適用可能であると判断することができる。つまり、この場合、制御部２０は、過去に取得した補正用分布ｐｔｎ１２により計測部１７の計測結果を補正した結果に基づいて、基板の高さを調整しながら各ショット領域の走査露光を制御することができる。

上述したように、本実施形態の露光装置は、露光対象の基板について計測された表面高さ分布に対して空間周波数フィルタ処理を行うことにより、パターン構造の段差分布を確認用分布（第１分布）として求める。そして、過去に取得された補正用分布（第２分布）に対する確認用分布の変化量が閾値以下である場合に、当該過去に取得された補正用分布を適用する。これにより、過去に取得した段差分布を適用可能か否かの判断を、基板表面の歪みを考慮して適切に行うことができる。

＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態について説明する。本実施形態では、補正用分布ｐｔｎ１２に対する確認用分布の変化量（差分）に基づいて、補正用分布ｐｔｎ１２を修正する例について説明する。なお、本実施形態は、特に言及がない限り第１実施形態を基本的に引き継ぐものである。

本実施形態における確認用分布の取得は、第１実施形態で説明した確認用分布ｐｔｎ２２と同様の処理を用いて行われうる。具体的には、制御部２０は、基板ステージ１６により基板１５を走査しながら、各サンプルショット領域ｓａｍ３１〜ｓａｍ３３の計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに計測部１７に表面高さを計測させる。これにより、図９（ａ）に示すように、各サンプルショット領域ｓａｍ３１〜ｓａｍ３３の表面高さ分布を得ることができる。また、制御部２０は、サンプルショット領域ｓａｍ３１〜ｓａｍ３３の各々について近似平面ｇｔ３１〜ｇｔ３３を求め、それらの平均的な（平均化した）近似平面ｇｔ３を求める。そして、計測対象箇所ｓ１〜ｓ５ごとに近似平面ｇｔ３と計測値との差分の平均値を求める。これにより、パターン構造の段差分布ｐｔｎ３１（図９（ｂ））を得ることができる。そして、制御部２０は、図９（ｂ）に示す段差分布ｐｔｎ３１に対して空間周波数フィルタ処理を行う。空間フィルタ処理は、例えば、パターン構造の段差分布ｐｔｎ３１に対して近似平面を求め、求めた近似平面を基板表面ｗ３の形状成分（１次成分ｇｔ３’）として段差分布ｐｔｎ３１から除去する処理である。これにより、基板表面の形状分布が低減されたパターン構造の段差分布（確認用分布）ｐｔｎ３２を得ることができる。

図１０は、図６（ｃ）に示す補正用分布ｐｔｎ１２を修正する方法を示す図である。制御部２０は、補正用分布ｐｔｎ１２に対する確認用分布ｐｔｎ３２の変化量ｐｔｎ４を求め、当該変化量ｐｔｎ４が閾値より大きい場合には、過去に取得された補正用分布ｐｔｎ１２を変化量ｐｔｎ４で修正（補正）する。これにより、修正後の補正用分布ｐｔｎ５を得ることができる。制御部２０は、各ショット領域の走査露光において、修正後の補正用分布ｐｔｎ５により計測部１７の計測結果を補正した結果を用いることにより、更に精度よく基板の高さを調整することができる。

ここで、本実施形態では、変化量ｐｔｎ４が閾値を超えた場合に補正用分布ｐｔｎ１２を修正する例を示したが、それに限られず、変化量ｐｔｎ４が閾値以下の場合に補正用分布ｐｔｎ１２を修正してもよい。この場合、基板およびロット間のパターン形状の変化に対して、より敏感に補正することができる。また、過去に取得された補正用分布ｐｔｎ１２を修正する際には、所定のゲインを掛けた変化量ｐｔｎ４を用いてもよい。これにより、一部のサンプルショット領域に異常点があり、変化量ｐｔｎ４がその影響を受けている場合に、当該影響を低減することができる。なお、この場合において、変化量ｐｔｎ４が閾値より大きい場合には、第１実施形態で説明した補正用分布ｐｔｎ１２の取得処理を適用して、パターン構造の段差分布を新たに求めうる。

また、複数の閾値を設けてもよい。例えば、第１閾値と、第１閾値より大きい第２閾値とを設ける場合を想定する。この場合、変化量ｐｔｎ４が第１閾値以下である場合には、過去に取得された補正用分布ｐｔｎ１２をそのまま適用する。一方、変化量ｐｔｎ４が第１閾値より大きく且つ第２閾値以下である場合には、過去に取得された補正用分布ｐｔｎ１２を変化量ｐｔｎ４で修正し、修正後の補正用分布ｐｔｎ５を適用する。また、変化量ｐｔｎ４が第２閾値より大きい場合には、第１実施形態で説明した補正用分布ｐｔｎ１２の取得処理を適用して、パターン構造の段差分布を新たに求める。このように複数の閾値を設けることにより、様々なリスクに対応した処理の変更が可能となる。例えば、閾値を大きく超える場合には、過去に取得された補正用分布ｐｔｎ１２に異常がある可能性が高いことが考えられる。そのため、過去に取得された補正用分布ｐｔｎ１２を修正して適用するよりも、新たに補正用分布を取得する方が、走査露光における基板の高さを精度よく調整することができる。

＜第３実施形態＞
本発明に係る第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態および／または第２実施形態で説明した各ショット領域の走査露光処理の流れの一例について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、走査露光処理の流れの一例を示すフローチャートである。当該フローチャートの各工程は、制御部２０によって制御されうる。

Ｓ１では、制御部２０は、不図示の搬送ハンドを用いて、基板１５を基板ステージ１６上に搬入し、基板ステージ１６に基板１５を保持させる。Ｓ２では、制御部２０は、後述するＳ６のグローバルアライメント工程のための事前計測および補正を実行する（プリアライメント工程）。具体的には、制御部２０は、グローバルアライメントで用いる不図示の高倍アライメントスコープの視野に基板１５のマークが収まるように、不図示の低倍アライメントスコープを用いて基板１５の位置や回転等のずれ量を計測して補正する。また、Ｓ３では、制御部２０は、例えば計測部１７を用いて基板１５の複数個所の表面高さを計測し、基板１５の全体的な傾きを算出して補正する（グローバルチルト工程）。図１２は、一例として、表面高さの計測対象となる箇所（ショット領域２０１）を示す基板１５の平面図である。

Ｓ４−１〜Ｓ４−６は、過去に取得された補正用分布が適用可能か否かを判断する工程であり、第１実施形態および／または第２実施形態で上述した処理が行われうる。本実施形態では、複数の閾値（第１閾値、第２閾値）を設ける例について説明する。なお、第２閾値は、第１閾値より大きい値に設定されうる。

Ｓ４−１では、制御部２０は、過去に取得された補正用分布があるか否かを判断する。過去に取得された補正用分布がない場合にはＳ４−２に進み、ある場合にはＳ４−３に進む。Ｓ４−２では、制御部２０は、第１の数のサンプルショット領域２００の表面高さ分布を計測部１７に計測させ、それにより得られたパターン構造の段差分布に対して空間周波数フィルタ処理を行うことにより補正用分布を新たに求める。一方、Ｓ４−３では、制御部２０は、第１の数より少ない第２の数のサンプルショット領域２００の表面高さ分布を計測部１７に計測させ、それにより得られたパターン構造の段差分布に対して空間周波数フィルタ処理を行うことにより確認用分布を求める。

Ｓ４−４では、過去に取得された補正用分布に対する確認用分布の変化量が第１閾値以下か否かを判断する。当該変化量が第１閾値以下である場合にはＳ４−５に進む。Ｓ４−５では、制御部２０は、走査露光において計測部１７の計測結果を補正するために用いる補正用分布として、過去に取得された補正用分布をそのまま適用する。一方、当該変化量が第１閾値より大きい場合にはＳ４−６に進む。

Ｓ４−６では、過去に取得された補正用分布に対する確認用分布の変化量が第２閾値以下か否かを判断する。当該変化量が第２閾値以下である場合にはＳ４−７に進む。Ｓ４−７では、制御部２０は、走査露光において計測部１７の計測結果を補正するために用いる補正用分布として、過去に取得された補正用分布を当該変化量で修正して得られた分布を適用する。一方、当該変化量が第２閾値より大きい場合にはＳ４−２に進み、補正用分布を新たに求める。

Ｓ５では、制御部２０は、投影光学系１４内の投影レンズの傾きや像面湾曲等の補正値を算出して補正する（投影レンズ補正工程）。補正値の算出には、基板ステージ１６に設けられている光量センサおよび基準マークと、マスクステージ１３に設置されている基準プレートとが用いられうる。具体的には、制御部２０は、光量センサに、基板ステージ１６をＸＹＺの各軸方向に走査したときの露光光の光量変化を計測させる。そして、光量センサの出力である光量変化量に基づいて、基板プレートに対する基準マークのずれ量を求め、当該ずれ量を補正するための補正値を算出する。

Ｓ６では、不図示の高倍アライメントスコープを用いて、基板上のアライメントマークを計測し、基板全体の位置ずれ量（回転ずれ量も含む）および各ショット領域共通の位置ずれ量を算出して補正する（グローバルアライメント工程）。ここで、アライメントマークを精度よく計測するためには、アライメントマークのコントラストがベストコントラスト位置（高さ）になければならない。このベストコントラスト位置の計測には、計測部１７とアライメントスコープとが用いられうる。具体的には、制御部２０は、予め定められた高さ（Ｚ方向）に基板ステージ１６を移動させ、アライメントスコープにコントラストを計測させると同時に、計測部１７に基板１５の表面高さを計測させる工程を数回繰り返す。このとき、制御部２０は、基板１５の表面高さの計測結果と各表面高さに応じたコントラストの計測結果とを関連付けて保存する。そして、制御部２０は、得られた複数のコントラストの計測結果に基づいて、最もコントラストの高い表面高さを求め、ベストコントラスト位置（高さ）に決定する。

Ｓ７では、制御部２０は、各ショット領域の走査露光を行う。本実施形態の走査露光では、制御部２０は、露光対象となるショット領域表面高さを計測部１７に計測させながら、その計測結果を補正用分布で補正した結果に基づいて基板の高さを逐次調整する（フォーカス・レベリング制御を行う）。Ｓ８では、制御部２０は、基板１５における全てのショット領域に対する走査露光が完了した後、基板ステージ１６による基板１５の保持を終了させ、不図示の搬送ハンドを用いて基板ステージ１６から基板１５を搬出する。このようにして、１枚の基板１５に対する一連の走査露光処理が終了する。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像（加工）する工程とを含む。更に、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、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１１：照明光学系、１２：マスク、１３：マスクステージ、１４：投影光学系、１５：基板、１６：基板ステージ、１７：計測部、２０：制御部、１００：露光装置

Claims (9)

1. 基板上の複数の領域であり、共通のパターン構造を有する領域をそれぞれ露光する露光装置であって、
   各領域の表面高さ分布を計測する計測部と、
   各領域の露光を制御する制御部と、を含み、
   前記制御部は、
   前記複数の領域の中から選択された複数のサンプル領域について前記計測部に計測させた表面高さ分布に対し、所定の次数以下の成分を除去する処理を行うことにより、前記パターン構造の段差分布を第１分布として求め、
   過去に得られた前記パターン構造の段差分布である第２分布に対する前記第１分布の変化量が閾値以下である場合、前記第２分布と前記計測部の計測結果とに基づいて、前記基板の高さを調整しながら各領域の露光を制御する、ことを特徴とする露光装置。
2. 前記第１分布を得るために選択される前記複数のサンプル領域の数は、前記第２分布を得るために前記計測部で表面高さ分布が計測されたサンプル領域の数より少ない、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第１分布を得るために選択される前記複数のサンプル領域は、前記基板上で互いに隣り合っている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記第１分布を得るために選択される前記複数のサンプル領域は、前記基板の中央部に配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記制御部は、前記基板について前記計測部で計測された表面高さ分布から、前記基板の歪みに起因する成分を前記所定の次数以下の成分として除去する処理を行うことにより、前記第１分布を求める、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記制御部は、前記変化量により前記第２分布を修正して得られる分布と前記計測部の計測結果とに基づいて、前記基板の高さを調整しながら各領域の露光を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記制御部は、
   前記変化量が前記閾値より大きい場合、前記第２分布を得るために用いられた処理を適用して前記パターン構造の段差分布を新たに求め、
   新たに求めた前記パターン構造の段差分布と前記計測部の計測結果とに基づいて、前記基板の高さを調整しながら各領域の露光を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、
   前記露光工程で露光された前記基板を加工する加工工程と、を含み、
   前記加工工程で加工された前記基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。
9. 基板上の複数の領域であり、共通のパターン構造を有する領域をそれぞれ露光する露光方法であって、
   前記複数の領域の中から選択された複数のサンプル領域について表面高さ分布を計測する計測工程と、
   前記計測工程で計測された表面高さ分布に対し、所定の次数以下の成分を除去する処理を行うことにより、前記パターン構造の段差分布を第１分布として取得する取得工程と、
   過去に得られた前記パターン構造の段差分布である第２分布に対する前記第１分布の変化量が閾値以下である場合、前記第２分布により各領域の表面高さ分布の計測結果を補正した結果に基づいて、前記基板の高さを調整しながら各領域の露光を制御する制御工程と、
   を含むことを特徴とする露光方法。

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