JP2022027019A - 計測方法、露光装置、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系のディストーションを精度よく計測するために有利な技術を提供する。【解決手段】光学系により基板に投影される像のディストーションを計測する計測方法は、第１行ピッチおよび第１列ピッチで第１マークが配列された第１パターンを、第２行ピッチおよび第２列ピッチで前記光学系と前記基板とを相対的にずらしながら前記基板上に繰り返し転写する第１工程と、前記第２行ピッチおよび前記第２列ピッチで第２マークが配列された第２パターンを、前記光学系と前記基板とを相対的にずらしながら前記基板上に繰り返し転写する第２工程と、前記第１マークと前記第２マークとのずれ量に基づいて前記ディストーションを求める第３工程と、を含み、前記第２工程で前記基板上に転写された複数の第２パターンは、行方向に互いに隣り合い且つ列方向に前記第２列ピッチだけ互いにずれるように前記基板上に転写された少なくとも２個の前記第２パターンを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、ディストーションを計測する計測方法、露光装置、および物品の製造方法に関する。

露光装置の投影光学系のディストーション（マスクのパターン像を基板に投影（転写）する際に生じる歪み成分）を計測する計測方法が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された計測方法では、まず、光学系の物体面にピッチＰｘ_１，Ｐｙ_１で配列された複数の第１マークを含む第１マーク群を、ピッチＰｘ_１，Ｐｙ_１より小さいピッチＰｘ_２，Ｐｘ_２で基板をずらしながら基板上に繰り返し転写する。次いで、光学系の物体面にピッチＰｘ_２，Ｐｘ_２で配列された複数の第２マークを含む第２マーク群を、基板上に転写された各第１マークと各第２マークとが対を構成するように、基板をずらしながら基板上に繰り返し転写する。このように基板上に転写された各第１マークと各第２マークとのずれ量を計測することにより、光学系のディストーションを求めることができる。

特開２０１８－３１９８０号公報

露光装置では、基板ステージを位置決めする際に誤差（位置決め誤差）が生じうるが、このような位置決め誤差は、所定の方向における基板ステージの位置に応じて異なる（変化する）ことがある。例えば、基板ステージの位置の計測に干渉計が用いられる場合、干渉計からの光を反射する基板ステージの反射面に歪み等が生じていると、干渉計の計測方向（光の射出方向）と垂直な方向における基板ステージの位置に応じて位置合わせ誤差が異なることとなる。このような場合、第１マークと第２マークとのずれ量に、光学系のディストーションに起因する成分に加えて、当該位置決め誤差に起因する成分が生じうる。特許文献１に記載された計測方法では、光学系のディストーションに起因する成分を、位置決め誤差に起因する成分と切り分けて求めることが困難であった。

そこで、本発明は、光学系のディストーションを精度よく計測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計測方法は、光学系により基板に投影される像のディストーションを計測する計測方法であって、前記光学系の物体面において第１行ピッチおよび第１列ピッチで第１マークが配列された第１パターンを、前記第１行ピッチの１／ｐ（ｐは２以上の整数）の第２行ピッチおよび前記第１列ピッチの１／ｑ（ｑは２以上の整数）の第２列ピッチで前記光学系と前記基板とを相対的にずらしながら前記基板上に繰り返し転写する第１工程と、前記物体面において前記第２行ピッチおよび前記第２列ピッチで第２マークが配列された第２パターンを、前記基板上に転写された複数の前記第１マークの各々について少なくとも１つの第２マークが対を成すように、前記光学系と前記基板とを相対的にずらしながら前記基板上に繰り返し転写する第２工程と、各対について得られる前記第１マークと前記第２マークとのずれ量に基づいて前記ディストーションを求める第３工程と、を含み、前記第２工程で前記基板上に転写された複数の前記第２パターンは、行方向に互いに隣り合い且つ列方向に前記第２列ピッチだけ互いにずれるように前記基板上に転写された少なくとも２個の前記第２パターンを含む、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、光学系のディストーションを精度よく計測するために有利な技術を提供することができる。

露光装置の構成例を示す概略図 第１実施形態の計測処理で用いられるマスクの構成例を示す図 第１実施形態の計測処理を示すフローチャート 第１実施形態の計測処理で基板上に形成されるパターンを示す図 第１実施形態の計測処理による効果を説明するための図 第１実施形態の計測処理で基板上に形成される重ね合わせマークを示す図 第１従来例の計測処理を説明するための図 第２従来例の計測処理を説明するための図 位置合わせ誤差を説明するための図 第２従来例の計測処理における課題を説明するための図 第２実施形態の計測処理で用いられるマスクの構成例を示す図 第２実施形態の計測処理で基板上に形成されるパターンを示す図 第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた例を示す図

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、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。本実施形態では、ディストーションの計測対象である投影光学系を有する露光装置について説明する。図１は、本実施形態の露光装置１００の構成例を示す概略図である。露光装置１００は、投影光学系を介して基板を露光するリソグラフィ装置である。露光装置１００は、照明光学系１２と、マスクステージ１３と、遮光板１４と、投影光学系１５と、基板ステージ１６と、計測部１７と、制御部２０とを備えうる。

照明光学系１２は、光源１１からの光でデバイス製造用のマスクＭＳ又はディストーション計測用のマスク１８を照明する光学系である。マスクステージ１３は、マスクＭＳやマスク１８を保持するステージである。マスクＭＳは、デバイスを製造するのに必要となる回路パターンに対応するパターンを有し、マスク１８は、後述するように、ディストーションを計測するのに必要となるＢｏｘ－ｉｎ－Ｂｏｘパターンを形成するためのマークを有する。本実施形態のマスクステージ１３は、図１に示すように、マスクＭＳとマスク１８とを交換可能に保持する。図１では、マスクステージ１３にマスク１８が保持された状態が示されているが、マスクＭＳを用いる場合には、マスク１８の代わりにマスクＭＳがマスクステージ１３によって保持されうる。

遮光板１４（遮光部）は、マスク１８における所定の領域（マーク）を１ショットとするように照明光学系１２からの光を制限する機能を実現する。遮光板１４は、互いに独立して移動可能な複数の遮光板を含む。遮光板１４は、本実施形態では、マスクステージ１３に設けられているが、照明光学系１２の内部に設けられてもよい。

投影光学系１５は、照明光学系１２によって照明されたマスクＭＳまたはマスク１８のパターンの像（パターン像）を基板１９に投影する光学系である。基板ステージ１６は、基板１９を保持して移動可能なステージである。なお、本実施形態では、マスクＭＳのパターンが転写されるデバイス製造用の基板とマスク１８のマークが転写されるディストーション計測用の基板とを区別することなく、基板１９と称するものとする。

計測部１７は、例えば、顕微鏡などを含み、基板１９に形成された種々のマーク（例えば、アライメントマークや重ね合わせマーク）を検出する。計測部１７は、本実施形態では、マスク１８のマークを基板上に転写することで基板上に形成される重ね合わせマーク、即ち、後述する第１マークと第２マークとの対で構成される重ね合わせマークを検出し、第１マークと第２マークとのずれ量を計測しうる。

制御部２０は、ＣＰＵ２１やメモリ２２などを含み、露光装置１００の全体を制御する。ＣＰＵ２１は、メモリ２２に格納されたディストーション計測処理プログラム２２ａを実行することで、基板ステージ１６や計測部１７を制御して、投影光学系１５のディストーションを計測する計測処理を行いうる。即ち、ＣＰＵ２１は、計測処理を実行する処理部として機能しうる。また、ＣＰＵ２１は、計測処理によって得られたディストーションが低減（補正）されるように、基板１９を露光する露光処理を制御するための露光制御用の補正値２２ｂを演算してメモリ２２に格納する。メモリ２２には、計測処理や露光処理における各種パラメータを含むジョブ２２ｃも格納されうる。投影光学系１５のディストーションの補正は、例えば、投影光学系１５に含まれる光学素子（レンズ、ミラー等）の駆動や、基板１９の露光時におけるマスクＭＳと基板１９との相対的な走査速度の変更などによって行われうる。

［従来の計測処理］
ここで、従来におけるディストーションの計測処理（計測方法）について説明する。
図７には、ディストーションの計測処理の第１従来例が示されている。第１従来例では、図７（ａ）に示されるように、一定のピッチでｍ_１行ｎ_１列（図中ではｍ_１＝ｎ_１＝３）に第１マーク４１ａが配列された第１パターン４１を投影光学系１５の物体面に配置する。例えば、第１パターン４１は、マスクステージ１３に保持されたマスク１８に形成されうる。そして、投影光学系１５と基板１９（基板ステージ１６）とを相対的にステップ移動させながら（ずらしながら）、第１パターン４１同士が互いに重なり合わないように、第１パターン４１を基板上に繰り返し転写する。これにより、図７（ｂ）に示されるように、複数の第１パターン４１が基板上に転写（形成）されうる。図中では、複数の第１パターン４１が、基板上にｍ_２行ｎ_２列（ｍ_２＝ｎ_２＝２）で配置されている。

次いで、図７（ｃ）に示されるように、第１パターン４１における第１マーク４１ａと同じピッチでｍ_２行ｎ_２列に第２マーク４２ａが配列された第２パターン４２を投影光学系１５の物体面に配置する。例えば、第２パターン４２は、マスクステージ１３に保持されたマスク１８に形成されうる。そして、基板上に転写された各第１マーク４１ａについて１つの第２マーク４２ａが対を成すように、投影光学系１５と基板１９（基板ステージ１６）とを相対的にステップ移動させながら、第２パターン４２を基板上に繰り返し転写する。これにより、図７（ｄ）に示されるように、Ｎ（＝ｍ_１×ｎ_１×ｍ_２×ｎ_２）個の重ね合わせマーク４３（即ち、第１マーク４１ａと第２マーク４２ａとの対）を基板上に形成することができる。このＮ個の重ね合わせマーク４３の各々について第１マーク４１ａと第２マーク４２ａとのずれ量（目標相対位置からのずれ量）を計測することで、そのずれ量に基づいて投影光学系１５のディストーションを求めることができる。

図８には、ディストーションの計測処理の第２従来例が示されている。第２従来例では、図８（ａ）に示されるように、一定のピッチでｍ_１行ｎ_１列（図中ではｍ_１＝ｎ_１＝３）に第１マーク５１ａが配列された第１パターン５１を投影光学系１５の物体面に配置する。例えば、第１パターン５１は、マスクステージ１３に保持されたマスク１８に形成されうる。そして、第１マーク５１ａの配列ピッチより小さいピッチで投影光学系１５と基板１９（基板ステージ１６）とを相対的にステップ移動させながら、第１パターン５１を基板上に繰り返し転写する。投影光学系１５と基板１９とを相対的にずらすピッチは、例えば、第１パターン５１における第１マーク５１ａの配列ピッチの１／ａ（ａは２以上の整数）でありうる。これにより、図８（ｂ）に示すように、複数の第１パターン５１が基板上に転写（形成）されうる。図中では、複数の第１パターン５１が基板上にｍ_２行ｎ_２列（ｍ_２＝ｎ_２＝２）で配置されている。

次いで、図８（ｃ）に示されるように、第１パターン５１における第１マーク５１ａの配列ピッチの１／ａ（ａは２以上の整数）のピッチでｍ_２行ｎ_２列に第２マーク５２ａが配列された第２パターン５２を投影光学系１５の物体面に配置する。例えば、第２パターン５２は、マスクステージ１３に保持されたマスク１８に形成されうる。そして、基板上に転写された各第１マーク５１ａについて１つの第２マーク５２ａが対を成すように、投影光学系１５と基板１９（基板ステージ１６）とを相対的にステップ移動させながら、第２パターン５２を基板上に繰り返し転写する。これにより、図８（ｄ）に示されるように、Ｎ（＝ｍ_１×ｎ_１×ｍ_２×ｎ_２）個の重ね合わせマーク５３（即ち、第１マーク５１ａと第２マーク５２ａとの対）を基板上に形成することができる。このＮ個の重ね合わせマーク５３の各々について第１マーク５１ａと第２マーク５２ａとのずれ量（目標相対位置からのずれ量）を計測することで、そのずれ量に基づいて投影光学系１５のディストーションを求めることができる。このような第２従来例では、第１従来例と比べて、投影光学系１５と基板１９との相対的な移動範囲、即ち、基板ステージ１６の移動範囲を狭めることができる。

露光装置１００では、基板ステージ１６を位置決めする際に生じる誤差（以下では、「位置決め誤差」と呼ぶことがある）が、所定の方向における基板ステージ１６の位置に応じて異なる（変化する）ことがある。例えば、図９に示すように、干渉計ＩＭを用いて、Ｘ軸方向における基板ステージ１６の位置（一例として、－Ｘ方向側の端部の位置）を目標位置ＴＰに制御する例を想定する。この例において、干渉計ＩＭからの光を反射する基板ステージ１６の反射面１６ａに歪みが生じていると、干渉計ＩＭの計測方向（光の射出方向）と垂直な方向（Ｙ軸方向）における基板ステージ１６の位置に応じて位置決め誤差ＡＥが異なることとなる。このような場合、第１マーク５１ａと第２マーク５２ａとのずれ量に、投影光学系１５のディストーションに起因する成分に加えて、位置決め誤差に起因する成分が生じうる。上述した従来の計測処理では、投影光学系１５のディストーションに起因する成分を、位置決め誤差に起因する成分と切り分けて求めることが困難であった。

例えば、図１０は、上述した第２従来例を用いて複数の第１パターン５１と複数の第２パターン５２とを基板上に転写した例を示している。投影光学系１５に行方向（Ｘ軸方向）依存の２次ディストーションが生じている場合（位置決め誤差は生じていないものとする）、基板上に転写される複数の第１パターン５１は、図１０（ａ）に示されるようになる。この場合において、複数の第１パターン５１と複数の第２パターン５２とを基板上に転写した結果（各第１マーク５１ａと各第２マーク５２ａとのずれ）は、図１０（ｂ）に示されるようになる。一方、行方向（Ｘ軸方向）依存の位置決め誤差が生じている場合（投影光学系１５のディストーションは生じていないものとする）、基板上に転写される複数の第２パターン５２は、図１０（ｃ）に示されるようになる。この場合において、複数の第１パターン５１と複数の第２パターン５２とを基板上に転写した結果（各第１マーク５１ａと各第２マーク５２ａとのずれ）は、図１０（ｄ）に示されるようになる。

このように、各第１マーク５１ａと各第２マーク５２ａとのずれは、図１０（ｂ）では投影光学系１５のディストーションに起因する成分によるものであるが、図１０（ｄ）では基板１９（基板ステージ１６）の位置決め誤差に起因する成分によるものである。しかしながら、これら２種類の成分は、図１０（ｂ）（ｄ）に示すように、各第１マーク５１ａと各第２マーク５２ａとのずれに同様の傾向をもたらしうる。そのため、当該２種類の成分の両方が生じた場合、従来の計測処理では当該２種類の成分を切り分けて求めることが困難であった。即ち、従来の計測処理では、投影光学系１５のディストーションを精度よく計測することが困難であった。

そこで、本実施形態の計測処理では、投影光学系１５のディストーションに起因する成分と基板１９の位置決め誤差に起因する成分とを切り分けて求めることができるように、複数の第２パターンを基板上に転写する。以下に、本実施形態の計測処理（計測方法）について説明する。

［本実施形態の計測処理］
図２には、本実施形態における投影光学系１５のディストーションの計測処理で用いられるマスク１８の構成例が示されている。マスク１８には、複数の第１マーク３１ａを有する第１パターン３１と、複数の第２マーク３２ａを有する第２パターン３２とが形成されている。第１パターン３１では、行方向（Ｘ軸方向）に第１行ピッチＰｘ_１および列方向（Ｙ軸方向）に第１列ピッチＰｙ_１でｍ_１行ｎ_１列に複数の第１マーク３１ａが配列されている。また、第２パターン３２では、行方向に第２行ピッチＰｘ_２および列方向に第２列ピッチＰｙ_２でｍ_２行ｎ_２列に複数の第２マーク３２ａが配列されている。第２行ピッチＰｘ_２は、第１行ピッチＰｘ_１より小さい値に設定され、例えば第１行ピッチＰｘ_１の１／ｐ（ｐは２以上整数）に設定されうる。第２列ピッチＰｙ_２は、第１列ピッチＰｙ_１より小さい値に設定され、例えば第１列ピッチＰｙ_１の１／ｑ（ｑは２以上の整数）である。本実施形態では、ｍ_１＝ｎ_１＝３、ｍ_２＝ｎ_２＝２、ｐ＝ｑ＝２とする例について説明する。

ここで、行方向および列方向は、基板の面と平行な面上で互いに交差（例えば直交）する第１方向および第２方向としてそれぞれ定義されうる。以下では、行方向（第１方向）をＸ軸方向、列方向（第２方向）をＹ軸方向として説明するが、行方向をＹ軸方向、列方向をＸ軸方向としてもよい。また、本実施形態では、第１パターン３１および第２パターン３２の両方が形成されたマスク１８を用いているが、それに限られず、第１パターン３１および第２パターン３２が別々に形成された複数のマスクが用いられてもよい。例えば、第１パターン３１が形成された第１マスクと、第２パターン３２が形成された第２マスクとが用いられてもよい。さらに、本実施形態では、第１マーク３１ａと第２マーク３２ａとから成る重ね合わせマーク３３として、Ｂｏｘ－ｉｎ－Ｂｏｘマークを例に説明するが、それに限られず、Ｂａｒ－ｉｎ－Ｂａｒマークなど、他の種類のマークが用いられてもよい。

図３には、本実施形態における投影光学系１５のディストーションの計測処理のフローチャートが示されている。上述したように第１パターン３１および第２パターン３２が形成されたマスク１８は、図３のフローチャートが開始される前に露光装置１００内に搬入され、マスクステージ１３によって保持されうる。また、基板１９は、その上面（被露光面）にレジスト等の感光材が塗布された状態で、図３のフロチャートが開始される前に露光装置１００内に搬入され、基板ステージ１６によって保持されうる。

ステップＳ１０１では、投影光学系１５の物体面に配置されたマスク１８の第１パターン３１を、投影光学系１５と基板１９（基板ステージ１６）とを相対的にステップ移動させながら（ずらしながら）基板上に繰り返し転写（形成）する。例えば、図４（ａ）に示すように、ｍ_１行ｎ_１列（３行３列）の第１マーク３１ａが１ショットになるように（即ち、１回の露光処理でｍ_１行ｎ_１列の第１マーク３１ａが基板上に転写されるように）遮光板１４を駆動する。次いで、第２行ピッチＰｘ_２および第２列ピッチＰｙ_２で投影光学系１５と基板１９とを相対的にずらしながら、第１パターン３１を基板上に繰り返し転写する（即ち、露光処理を繰り返し行う）。これにより、図４（ｂ）に示すように、複数の第１マーク３１ａを、潜在パターンとして基板上の感光材に転写することができる。図４（ｂ）では、複数の第１パターン３１が基板上にｍ_２行ｎ_２列（２行２列）で転写された例を示している。

ステップＳ１０２では、マスク１８の第２パターン３２を、基板上に転写された各第１マーク３１ａについて少なくとも１つの第２マーク３２ａが対を成すように、投影光学系１５と基板１９とを相対的にステップ移動させながら基板上に繰り返し転写する。例えば、図４（ｃ）に示すように、ｍ_２行ｎ_２列（２行２列）の第２マーク３２ａが１ショットになるように（即ち、１回の露光処理でｍ_２行ｎ_２列の第２マーク３２ａが基板上に転写されるように）遮光板１４を駆動する。即ち、ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１と比べてマスク１８の遮光部分が変更されうる。次いで、基板上に転写された各第１マーク３１ａについて１つの第２マーク３２ａが重なり合うように、投影光学系１５と基板１９とを相対的にステップ移動させながら、第２パターン３２を基板上に繰り返し転写する（即ち、露光処理を繰り返し行う）。これにより、図４（ｄ）に示すように、複数の第２マーク３２を、潜在パターンとして基板上の感光材に転写することができる。

本実施形態のステップＳ１０２では、行方向（Ｘ軸方向）に互いに隣り合う少なくとも２個の第２パターン３２において列方向（Ｙ軸方向）に第２列ピッチＰｙ_２だけ互いにずれるように、複数の第２パターン３２が基板上に転写されうる。図４（ｄ）に示す例では、列方向に沿って２以上の第２パターン３２が配列された３個の列（第１列Ｒ_１、第２列Ｒ_２、第３列Ｒ_３）が形成されている。そして、第２列Ｒ_２における２以上の第２パターン３２は、第１列Ｒ_１および第３列Ｒ_３の各々における２以上の第２パターン３２に対し、列方向（Ｙ方向）に第２列ピッチＰｙ_２だけずらして転写されている。この場合、第２列Ｒ_２における第２パターン３２の転写数は、第１列Ｒ_１および第３列Ｒ_３の各々における第２パターン３２の転写数より１回多くなりうる。なお、図４（ｄ）に示す例では、第２列Ｒ_２において第１マーク３１ａと対を成さない第２マーク３２ａ（第１パターン３１から列方向にはみ出した第２マーク３２ａ）が基板１９の内側に転写されているが、基板１９の内側に転写されなくてもよい。

図４（ｄ）に示すように複数の第２パターン３２を配置することにより、投影光学系１５のディストーションに起因する成分と基板１９の位置決め誤差に起因する成分とを切り分けて求めることが可能となる。例えば、投影光学系１５に行方向（Ｘ軸方向）依存の２次ディストーションが生じている場合（位置決め誤差は生じていないものとする）、基板上に転写される第１パターン３１は、図５（ａ）に示されるようになる。この場合において、複数の第１パターン３１と複数の第２パターン３２とを基板上に転写した結果（第１マーク３１ａと第２マーク３２ａとのずれ）は、図５（ｂ）に示されるようになる。なお、図５（ａ）～（ｂ）は、図１０（ａ）～（ｂ）と同様である。

一方、行方向（Ｘ軸方向）依存の位置決め誤差が生じている場合（投影光学系１５のディストーションは生じていないものとする）、基板上に転写される複数の第２パターン３２は、図５（ｃ）に示されるようになる。つまり、本実施形態では、第２列Ｒ_２における第２パターン３２を、第１列Ｒ_１および第３列Ｒ_３の各々における第２パターン３２に対して列方向（Ｙ軸方向）に第２列ピッチＰｙ_２だけずらしている。これにより、第２列Ｒ_２における第２パターン３２の位置決め誤差を、第１列Ｒ_１および第３列Ｒ_３の各々における第２パターン３２の位置決め誤差と異ならせることができる。この場合、基板上に転写された各第１マーク３１ａと各第２マーク３２ａとのずれに、基板１９の位置決め誤差特有の成分が付加されうる。そのため、投影光学系１５のディストーションに起因する成分を、基板１９の位置決め誤差に起因する成分と切り分けて求めることができる。

ここで、本実施形態のステップＳ１０１およびＳ１０２では、現像処理を行っていない（介在していない）ため、複数の第１マーク３１ａおよび複数の第２マーク３２ａが基板上の感光材に潜在パターンとして転写される。そのため、複数の第１マーク３１ａおよび複数の第２マーク３２ａは、後述の現像処理（Ｓ１０３）が行われるまで視認できないが、図４（ｂ）、（ｄ）では説明を分かり易くするため実線で表されている。また、本実施形態では、ステップＳ１０１の後にステップＳ１０２が行われたが、ステップＳ１０１およびＳ１０２のいずれを先に行うかは任意でありうる。即ち、ステップＳ１０２の後にステップＳ１０１が行われてもよい。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０１およびＳ１０２で複数の第１マーク３１ａおよび複数の第２マーク３２ａが転写された基板１９の現像処理を行う。この現像処理により、ステップＳ１０１およびＳ１０２で基板上の感光材に潜在パターンとして転写された複数の第１マーク３１ａおよび複数の第２マーク３２ａを視認することができるようになる。本実施形態の場合、基板上には、第１マーク３１ａと第２マーク３２ａとの対である（ｍ_１×ｎ_１×ｍ_２×ｎ_２）個の重ね合わせマーク３３が形成されることとなる。図６では、基板上に形成された重ね合わせマーク３３のみを示しており、対を成さなかった（即ち、重ね合わせマーク３３を形成しなかった）第１マーク３１ａまたは第２マーク３２ａの図示を省略している。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３の現像処理を経て基板上に形成された複数の重ね合わせマーク３３の各々について、第１マーク３１ａと第２マーク３２ａとのずれ量を計測する。本実施形態では、露光装置１００が備える計測部１７によって第１マーク３１ａと第２マーク３２ａとのずれ量を計測するが、外部の計測装置によって第１マーク３１ａと第２マーク３２ａとのずれ量を計測してもよい。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４の計測結果（即ち、複数の重ね合わせマーク３３の各々について得られた第１マーク３１ａと第２マーク３２ａとのずれ量の計測値）に基づいて、投影光学系１５のディストーションを求める。一例として、本実施形態では、以下の式（１）～（２）に示す方程式に、ステップＳ１０４の計測結果（ずれ量の計測値）を代入し、かかる方程式を解くことにより、投影光学系１５のディストーションを求めることができる。これらの演算は、演算部として機能しうる制御部２０（ＣＰＵ２１）で実行されうる。

ここで、式（１）～（２）における各符号は、以下の通りである。
・δｘ（ｎ），δｙ（ｎ）：ｎ番目の重ね合わせマークの計測値（第１マークと第２マークａとのずれ量）
・ｄｘ_１（ｉ），ｄｙ_１（ｉ）：ｉ番目の第１マークの目標座標からのずれ
・ｄｘ_２（ｊ），ｄｙ_２（ｊ）：ｊ番目の第２マークの目標座標からのずれ
・ｅｘ_１（ｋ），ｅｙ_１（ｋ），ｔ_１（ｋ）：ｋ番目の第１パターンの配列誤差（Ｘ方向シフト、Ｙ方向シフト、ＸＹ方向（θＺ方向）のローテーション）
・ｅｘ_２（ｌ），ｅｙ_２（ｌ），ｔ_２（ｌ）：ｌ番目の第２パターンの配列誤差（Ｘ方向シフト、Ｙ方向シフト、ＸＹ方向（θＺ方向）のローテーション）
・Ｘ_１（ｉ），Ｙ_１（ｉ）：ｉ番目の第１マークのショット内座標（ショット中心（第１パターンの中心）に対するマーク位置座標）
・Ｘ_２（ｊ），Ｙ_２（ｊ）：ｊ番目の第２マークのショット内座標（ショット中心（第２パターンの中心）に対するマーク位置座標）
・ε_ｘ（ｎ）、ε_ｙ（ｎ）、：計測誤差
なお、ε_ｘ（ｎ）、ε_ｙ（ｎ）が十分小さいとして無視できるとすれば、未知な変数は、以下のものである。
・（ｍ_１×ｎ_１）個のｄｘ_１（ｉ）、ｄｙ_１（ｉ）
・（ｍ_１×ｎ_１＋１）個のｅｘ_２（ｌ）、ｅｙ_２（ｌ）、ｔ_２（ｌ）
・（ｍ_２×ｎ_２）個のｄｘ_２（ｊ）、ｄｙ_２（ｊ）、ｅｘ_１（ｋ）、ｅｙ_１（ｋ）、ｔ_１（ｋ）よって、未知数の数は（５×ｍ_１×ｎ_１＋５×ｍ_２×ｎ_２＋３）である。

一方、複数の重ね合わせマーク３３は、（ｍ_１×ｎ_１）個の第１マークｉと、（ｍ_２×ｎ_２）個の第２マークｊと、（ｍ_２×ｎ_２）個の第１パターンｋ（露光ショット）と、（ｍ_１×ｎ_１＋１）個の第２パターンｌ（露光ショット）とを変数として表されうる。つまり、符号ｉ、ｊ、ｋ、ｌは、重ね合わせマーク３３ごとに異なる組み合わせになり、式（１）～（２）で、２×（ｍ_１×ｎ_１×ｍ_２×ｎ_２）個の連立方程式になる。この場合、以下に示す式（３）～（１４）の条件を付加することにより、式（１）～（２）の連立方程式は不定ではなくなり、ε_ｘ（ｎ）、ε_ｙ（ｎ）の２乗和を最小にする解が得られる。ここで、式（１１）～（１４）におけるＣ_ｘ（ｌ），Ｃ_ｙ（ｌ）は、ｌ番目の第２パターンの配列座標（基板１９の中心（例えば、複数の第１パターンの転写領域の中心）に対する第２パターンの中心の位置座標）を表す。

上記の連立方程式を解くと、投影光学系１５のディストーション評価量ｄｘ_１、ｄｙ_１だけでなく、基板１９（基板ステージ１６）の位置決め誤差ｅｘ_１、ｅｙ_１、ｔ_１、ｅｘ_２、ｅｙ_２、ｔ_２や、マスク製造上の誤差ｄｘ_２、ｄｙ_２、も同時に求められうる。つまり、投影光学系１５のディストーションを、基板１９の位置決め誤差、およびマスク製造誤差（第２パターン３２の形状変化）と切り分けて（分離させて）求めることができる。

上述したように、本実施形態におけるディストーションの計測処理では、第２パターン３２の複数列（複数のショット列）のうち一部の列の第２パターン３２を、他の列の第２パターン３２に対して列方向（Ｙ軸方向）に第２列ピッチＰｙ_２だけずらしている。つまり、第２パターン３２の複数列のうちの一部の列において、他の列に対する列方向（Ｙ軸方向）の位相シフトを、投影光学系１５のディストーションと基板１９の位置決め誤差とを切り分けるための空間的位相調整として加えている。これにより、投影光学系１５のディストーションを、基板１９の位置決め誤差と切り分けて精度よく計測することができる。

＜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。第１実施形態では、第２パターン３２の複数列のうちの一部の列において、他の列に対する列方向（Ｙ軸方向）の位相シフトを空間的位相調整として加える例を説明した。しかしながら、それに限られず、列方向の位相シフトに加えて又は代わりに、第２パターン３２の複数列のうちの一部の列において、他の列に対する行方向（Ｘ軸方向）の位相シフトを空間的位相調整として加えてもよい。本実施形態では、当該一部の列に行方向の位相シフトを空間的位相調整として加える例について説明する。なお、本実施形態は、基本的に第１実施形態を引き継ぐものであり、以下で特に言及されない限り、露光装置１００の構成および処理等は第１実施形態と同様である。

図１１には、本実施形態における投影光学系１５のディストーションの計測処理で用いられるマスク１８の構成例が示されている。マスク１８には、複数の第１マーク３１ａを有する第１パターン３１と、複数の第２マーク３２ａを有する第２パターン３２とが形成されている。第１パターン３１では、行方向（Ｘ軸方向）に第１行ピッチＰｘ_１および列方向（Ｙ軸方向）に第１列ピッチＰｙ_１でｍ_１行ｎ_１列に複数の第１マーク３１ａが配列されている。また、第２パターン３２では、行方向に第２行ピッチＰｘ_２および列方向に第２列ピッチＰｙ_２でｍ_２行ｎ_２列に複数の第２マーク３２ａが配列されている。第２行ピッチＰｘ_２は、第１行ピッチＰｘ_１より小さい値に設定され、例えば第１行ピッチＰｘ_１の１／ｐ（ｐは２以上整数）に設定されうる。本実施形態では、第１実施形態と比べ、マスク１８に形成されている第２マーク３２ａの数および配列が異なり、ｍ_２＝２、ｎ_２＝３である。マスク１８に形成されている第１マーク３１ａの数および配列、第１行ピッチＰｘ_１、第１列ピッチＰｙ_１、第２行ピッチＰｘ_２および第２列ピッチＰｙ_２については第１実施形態と同様であり、ｍ_１＝ｎ_１＝３、ｍ_２＝ｎ_２＝２、ｐ＝ｑ＝２である。

本実施形態における投影光学系１５のディストーションの計測処理は、図３のフローチャート（ステップＳ１０１～Ｓ１０５）に従って行われうる。本実施形態におけるステップＳ１０１～Ｓ１０２では、以下で特に言及されないことについては第１実施形態と同様である。また、本実施形態におけるステップＳ１０３～Ｓ１０５は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

ステップＳ１０１では、マスク１８の第１パターン３１を、投影光学系１５と基板１９（基板ステージ１６）とを相対的にステップ移動させながら基板上に繰り返し転写する。例えば、図１２（ａ）に示すように、ｍ_１行ｎ_１列（３行３列）の第１マーク３１ａが１ショットになるように（即ち、１回の露光処理でｍ_１行ｎ_１列の第１マーク３１ａが基板上に転写されるように）遮光板１４を駆動する。次いで、第２行ピッチＰｘ_２および第２列ピッチＰｙ_２で投影光学系１５と基板１９とを相対的にステップ移動させながら、第１パターン３１を基板上に繰り返し転写する（即ち、露光処理を繰り返し行う）。これにより、図１２（ｂ）に示すように、複数の第１マーク３１ａを、潜在パターンとして基板上の感光材に転写することができる。図１２（ｂ）では、複数の第１パターン３１が基板上にｍ_２行ｎ_２列（２行２列）で転写された例を示している。

ステップＳ１０２では、マスク１８の第２パターン３２を、基板上に転写された各第１マーク３１ａについて少なくとも１つの第２マーク３２ａが対を成すように、投影光学系１５と基板１９とを相対的にステップ移動させながら基板上に繰り返し転写する。これにより、複数の第２マーク３１ａを、潜在パターンとして基板上の感光材に転写することができる。ここで、本実施形態のステップＳ１０２では、行方向（Ｘ軸方向）に隣り合う少なくとも２個の第２パターン３２において第２マーク３２ａの数が互いに異なるように、複数の第２パターン３２が基板上に転写されうる。

例えば、まず、図１２（ｃ）に示すように、ｍ_２行ｎ_２列（２行３列）の第２マーク３２ａが１ショットになるように（即ち、１回の露光処理でｍ_２行ｎ_２列の第２マーク３２ａが基板上に転写されるように）遮光板１４を駆動する。即ち、ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１と比べてマスク１８の遮光部分が変更されうる。これにより、ｍ_２行ｎ_２列（２行３列）に第２マーク３２ａが配列された第２パターン３２’が規定される。そして、基板上に転写された各第１マーク３１ａについて１つの第２マーク３２ａが重なり合うように、投影光学系１５と基板１９とを列方向（Ｙ軸方向）に相対的にステップ移動させながら、第２パターン３２’を基板上に繰り返し転写する。これにより、図１２（ｄ）に示すように、第２パターン３２’の第１列Ｒ_１が構成（形成）されうる。

次に、図１２（ｅ）に示すように、ｍ_２行ｎ_２－１列（２行２列）の第２マーク３２ａが１ショットになるように（即ち、１回の露光処理でｍ_２行ｎ_２－１列の第２マーク３２ａが基板上に転写されるように）遮光板１４を駆動する。これにより、ｍ_２行ｎ_２－１列（２行２列）に第２マーク３２ａが配列された第２パターン３２”が規定される。そして、基板上に転写された各第１マーク３１ａについて１つの第２マーク３２ａが重なり合うように、投影光学系１５と基板１９とを相対的にステップ移動させながら、第２パターン３２”を基板上に繰り返し転写する。これにより、図１２（ｆ）に示すように、第２パターン３２”の第２列Ｒ_２および第３列Ｒ_３が構成（形成）されうる。なお、図１２（ｆ）に示す例では、第３列Ｒ_３において第１マーク３１ａと対を成さない第２マーク３２ａ（第１パターン３１から行方向にはみ出した第２マーク３２ａ）が基板１９の内側に転写されているが、基板１９の内側に転写されなくてもよい。

上述したように、本実施形態におけるディストーションの計測処理では、第２パターン３２の複数列（複数のショット列）のうち一部の列の第２パターン３２を、他の列の第２パターン３２に対して第２マーク３２ａの数を異ならせている。つまり、第２パターン３２の複数列のうちの一部の列において、他の列に対する行方向（Ｘ軸方向）の位相シフトを空間的位相調整として加えている。これにより、投影光学系１５のディストーションを、基板１９の位置決め誤差と切り分けて精度よく計測することができる。

ここで、図１３に示すように、第１実施形態における第２パターン３２の配列と第２実施形態における第２パターン３２の配列とを組み合わせてもよい。図１３に示す第２パターン３２の配列例では、第１実施形態で説明したように、第１列Ｒ_１の第２パターン３２と第２列Ｒ_２の第２パターン３２とを列方向（Ｙ軸方向）に第２列ピッチＰｙ_２だけずらしている。また、第２実施形態で説明したように、第１列Ｒ_１の第２パターン３２と第２列Ｒ_２の第２パターン３２とで行方向（Ｘ軸方向）の第２マーク３２ａの数を異ならせている。これにより、行方向（Ｘ軸方向）に依存する投影光学系１５のディストーションと、列方向（Ｙ軸方向）に依存する投影光学系１５のディストーションとを、互いに切り分けて精度よく計測することができる。

＜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。

１３：マスクステージ、１４：遮光板、１５：投影光学系、１６：基板ステージ、１７：計測部、１８：マスク、１９：基板、２０：制御部、３１：第１パターン、３１ａ：第１マーク、３２：第２パターン、３２ａ：第２マーク、１００：露光装置

Claims (10)

1. 光学系により基板に投影される像のディストーションを計測する計測方法であって、
   前記光学系の物体面において第１行ピッチおよび第１列ピッチで第１マークが配列された第１パターンを、前記第１行ピッチの１／ｐ（ｐは２以上の整数）の第２行ピッチおよび前記第１列ピッチの１／ｑ（ｑは２以上の整数）の第２列ピッチで前記光学系と前記基板とを相対的にずらしながら前記基板上に繰り返し転写する第１工程と、
   前記物体面において前記第２行ピッチおよび前記第２列ピッチで第２マークが配列された第２パターンを、前記基板上に転写された複数の前記第１マークの各々について少なくとも１つの第２マークが対を成すように、前記光学系と前記基板とを相対的にずらしながら前記基板上に繰り返し転写する第２工程と、
   各対について得られる前記第１マークと前記第２マークとのずれ量に基づいて前記ディストーションを求める第３工程と、
   を含み、
   前記第２工程で前記基板上に転写された複数の前記第２パターンは、行方向に互いに隣り合い且つ列方向に前記第２列ピッチだけ互いにずれるように前記基板上に転写された少なくとも２個の前記第２パターンを含む、ことを特徴とする計測方法。
2. 前記第２工程で前記基板上に転写された複数の前記第２パターンは、前記列方向に沿って２以上の前記第２パターンが配列された第１列と、前記行方向において前記第１列に隣り合い、前記列方向に沿って２以上の前記第２パターンが配列された第２列とを含み、
   前記第１列における２以上の前記第２パターンと、前記第２列における２以上の前記第２パターンとは、前記列方向に前記第２列ピッチだけ互いにずれるように前記基板上に転写される、ことを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
3. 前記少なくとも２個の第２パターンは、それぞれに含まれる前記第２マークの数が互いに異なる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の計測方法。
4. 光学系により基板に投影される像のディストーションを計測する計測方法であって、
   前記光学系の物体面において第１行ピッチおよび第１列ピッチで第１マークが配列された第１パターンを、前記第１行ピッチの１／ｐ（ｐは２以上の整数）の第２行ピッチおよび前記第１列ピッチの１／ｑ（ｑは２以上の整数）の第２列ピッチで前記光学系と前記基板とを相対的にずらしながら前記基板上に繰り返し転写する第１工程と、
   前記物体面において前記第２行ピッチおよび前記第２列ピッチで第２マークが配列された第２パターンを、前記基板上に転写された複数の前記第１マークの各々について少なくとも１つの第２マークが対を成すように、前記光学系と前記基板とを相対的にずらしながら前記基板上に繰り返し転写する第２工程と、
   それぞれ対を成すように前記基板上に転写された各第１マークと各第２マークとのずれ量に基づいて前記ディストーションを求める第３工程と、
   を含み、
   前記第２工程で前記基板上に転写された複数の前記第２パターンは、列方向に互いに隣り合い且つ前記第２マークの数が互いに異なる少なくとも２個の前記第２パターンを含む、ことを特徴とする計測方法。
5. 前記少なくとも２個の第２パターンは、前記列方向に配列された第２マークの数が互いに異なる、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の計測方法。
6. 前記第２工程では、前記物体面に配置された複数の前記第２マークのうち遮光するマークを変更することにより、前記少なくとも２個の第２パターンにおける前記第２マークの数を異ならせる、ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の計測方法。
7. 前記第２工程では、複数の前記第２マークが形成されたマスクを用いて前記第２パターンを前記基板上に転写する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の計測方法。
8. 前記第１工程および前記第２工程では、複数の前記第１マークおよび複数の前記第２マークが形成されたマスクを用い、前記基板上に転写するパターンに応じて前記マスクの遮光部分を変更する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の計測方法。
9. 基板を露光する露光装置であって、
   マスクのパターン像を基板上に投影する投影光学系と、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の計測方法の各工程を実行することにより、前記投影光学系により前記基板に投影される像のディストーションを求め、前記ディストーションが低減されるように前記基板を露光する処理を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
10. 請求項９に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、を含み、
    現像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。

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