JP5662717B2 - 露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。

フォトリソグラフィー技術を用いて半導体メモリや論理回路などの半導体デバイスを製造する際に、露光装置が使用されている。露光装置は、レチクル（マスク）に形成されたパターンを投影光学系によってウエハ等の基板に投影してパターンを転写する。

露光装置においては、露光が開始されると、投影光学系が露光光の一部を吸収して温度が変化することによって、投影光学系の光学特性が変化する。また、レチクルのパターンは、一般的に、縦方向に長手方向を有するパターン（Ｖパターン）と、横方向に長手方向を有するパターン（Ｈパターン）とを含んでいる。従って、ＶパターンのピッチとＨパターンのピッチとが異なると、Ｈパターンからの光の光路とＶパターンからの光の光路とで、露光光による投影光学系の温度変化が異なることになる。その結果、Ｈパターンからの光の光路における温度変化とＶパターンからの光の光路における温度変化との差に起因して、投影光学系のレンズやミラーの形状や内部屈折率分布が変化し、非点収差が発生してしまう。

非点収差による影響を低減させるための技術については、例えば、特許文献１に開示されている。図８を参照して、特許文献１に開示された技術を説明する。図８は、積算露光時間（横軸）と、Ｈパターンからの光及びＶパターンからの光のそれぞれのフォーカス位置（縦軸）との関係を示す図である。図８に示すように、積算露光時間が増加すると、露光光による投影光学系の温度変化に起因して、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿Ｈ及びＶパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿Ｖが変化する。そこで、特許文献１では、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿ＨとＶパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿Ｖとの平均位置を露光時のフォーカス位置として決定することで、非点収差によるデフォーカスを低減させている。

特開平１１−１４５０５４号公報

しかしながら、Ｈパターンからの光のフォーカス位置とＶパターンからの光のフォーカス位置との平均位置を露光時のフォーカス位置とした場合、かかる平均位置がそれぞれのパターンの焦点深度から外れてしまうという問題が生じる。例えば、レチクルにおけるＨパターンの占有面積がＶパターンの占有面積よりも大きい場合には、Ｈパターンからの光の光路における温度上昇がＶパターンからの光の光路における温度上昇よりも大きくなる。このような場合、Ｈパターンからの光のフォーカス位置の変化量とＶパターンからの光のフォーカス位置の変化量に差が生じることになるため、特に、上述した問題が顕著となる。また、一般的に、実際に基板に転写するパターンにおいては、パターンの方向によって焦点深度が異なる。従って、Ｈパターンからの光のフォーカス位置とＶパターンからの光のフォーカス位置との平均位置（露光時のフォーカス位置）と露光に最適なフォーカス位置との間にずれが生じてしまう。

そこで、本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、レチクルのパターンを基板に投影するときの基板の光軸に沿った方向の位置の決定に有利な技術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、マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を備える露光装置であって、前記基板を移動するためのステージと、前記投影光学系の光軸に直交する第１の方向に長手方向を有する第１のパターン、及び、前記第１の方向と平行ではなく、且つ、前記投影光学系の光軸に直交する第２の方向に長手方向を有する第２のパターンのそれぞれを前記投影光学系の物体面に配置したときの、前記第１のパターンからの光が前記投影光学系を介して結像する前記光軸方向の第１の結像位置、及び、前記第２のパターンからの光が前記投影光学系を介して結像する前記光軸方向の第２の結像位置のそれぞれのデータを取得する取得部と、前記マスクのパターンを前記基板に投影するときの前記基板の前記光軸方向の目標位置に前記基板が位置決めされるように前記ステージを制御する制御部と、を有し、前記取得部は、前記第１の結像位置における焦点深度及び前記第２の結像位置における焦点深度のデータを取得し、前記制御部は、前記第１の結像位置における焦点深度のデータに基づいて比率Ｈｒａｔｉｏを決定し、前記第２の結像位置における焦点深度のデータに基づいて比率Ｖｒａｔｉｏを決定し、前記第１の結像位置をＨ＿Ｃ、前記第２の結像位置をＶ＿Ｃとすると、前記制御部は、前記マスクのパターンとして前記第１の方向に長手方向を有するパターンと前記第２の方向に長手方向を有するパターンとが混在する混在パターンを前記基板に投影する場合には、前記第１の結像位置及び前記第２の結像位置のそれぞれに前記比率Ｈｒａｔｉｏ及びＶｒａｔｉｏ（Ｈｒａｔｉｏ＋Ｖｒａｔｉｏ＝１００％）を乗じたＨ＿Ｃ×Ｈｒａｔｉｏ＋Ｖ＿Ｃ×Ｖｒａｔｉｏとなる位置を前記目標位置として前記基板が位置決めされ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、レチクルのパターンを基板に投影するときの基板の光軸に沿った方向の位置の決定に有利な技術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１の構成を示す図である。 露光非点収差が生じる原理を説明するための図である。 露光レシピとフォーカス位置との関係を示す図である。 レチクルのパターンをウエハに投影するときのウエハの投影光学系の光軸に沿った方向の位置を概念的に示す図である。 ＨパターンとＶパターンとが混在する混在パターンをウエハに投影するときのウエハの投影光学系の光軸に沿った方向の位置の決定を説明するための図である。 レチクルのパターンとして、ＨパターンとＶパターンとが混在する混在パターンの一例を示す図である。 混在パターンをウエハに投影するジョブを開始してからの積算時間と、Ｈパターン及びＶパターンのそれぞれからの光のフォーカス位置との関係を示す図である。 従来技術を説明するための図である。

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１の構成を示す図である。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でレチクルのパターンをウエハに転写する投影露光装置である。

露光装置１は、図１（ａ）に示すように、光源１０から射出される光でレチクル３０（の所定領域）を照明する照明光学系２０と、レチクル３０を保持すると共にレチクル３０を駆動（移動）するレチクルステージ４０とを有する。また、露光装置１は、レチクル３０のパターンをウエハ（基板）６０に投影する投影光学系５０と、ウエハ６０を保持すると共にウエハ６０を駆動（移動）するウエハステージ７０とを有する。また、露光装置１は、計測用パターン８０及び９０と、検出部１００と、制御部１１０とを有する。

計測用パターン８０は、フォーカス位置（即ち、結像位置）を計測する際に、投影光学系５０の物体面に配置され、本実施形態では、レチクル３０に形成されている。但し、計測用パターン８０は、レチクル３０と同じ高さになるようにレチクルステージ４０に配置されたレチクル基準プレートの上に形成されてもよい。計測用パターン８０は、図１（ｂ）に示すように、ライン・アンド・スペースの構造を有するＨパターン及びＶパターンを含む。Ｈパターン及びＶパターンは、例えば、ガラス基板の上にクロム（Ｃｒ）などで遮光部分を形成することによって形成される。なお、Ｈパターンは、投影光学系５０の光軸に直交する第１の方向に長手方向を有する第１のパターンであり、Ｖパターンは、第１の方向と平行ではなく、且つ、投影光学系５０の光軸に直交する第２の方向に長手方向を有する第２のパターンである。

計測用パターン９０は、フォーカス位置を計測する際に、投影光学系５０の像面に配置され、本実施形態では、ウエハ６０と同じ高さになるようにウエハステージ７０に配置されたウエハ基準プレート７５の上に形成されている。計測用パターン９０は、計測用パターン８０を構成するＨパターン及びＶパターンのそれぞれに相当するＨパターン及びＶパターンを含む。

検出部１００は、計測用パターン８０、投影光学系５０及び計測用パターン９０を通過した光の光量を検出する。なお、計測用パターン８０及び９０は、計測用パターン８０を構成するＨパターン（又はＶパターン）からの光が投影光学系５０を介して計測用パターン９０を構成するＨパターン（又はＶパターン）を通過するように配置される。

投影光学系５０の物体面に配置された計測用パターン８０を配置したときに、計測用パターン８０を構成するＨパターンからの光のフォーカス位置（即ち、投影光学系５０を介して結像する第１の結像位置）を計測する場合について説明する。まず、光源１０からの光を用いて照明光学系２０の照明領域に配置された計測用パターン８０を構成するＨパターンを照明する。この際、投影光学系５０の像面には、計測用パターン９０（を構成するＨパターン）が配置されている。次いで、計測用パターン８０を構成するＨパターンを投影光学系５０の光軸に沿った方向に駆動しながら、計測用パターン８０を構成するＨパターン、投影光学系５０及び計測用パターン９０を構成するＨパターンを通過した光の光量を検出部１００で検出する。そして、検出部１００で検出される光量が最大となる計測用パターン９０（を構成するＨパターン）の位置を、計測用パターン８０を構成するＨパターンからの光のフォーカス位置として取得する。なお、計測用パターン８０を構成するＶパターンからの光のフォーカス位置（投影光学系５０を介して結像する第２の結像位置）は、計測用パターン８０を構成するＶパターン及び計測用パターン９０を構成するＶパターンを用いて同様に計測することができる。

制御部１１０は、ＣＰＵやメモリなどを含み、露光装置１の全体（動作）を制御する。制御部１１０は、本実施形態では、レチクル３０のパターンをウエハ６０に投影するときのウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置を決定し、決定した位置にウエハ６０が位置決めされるようにウエハステージ７０によるウエハ６０の駆動を制御する。

ここで、露光中において、Ｈパターンからの光のフォーカス位置の変化量とＶパターンからの光のフォーカス位置の変化量に差（露光非点収差）が生じる原理について説明する。計測用パターン８０において、パターンのピッチがＨパターンとＶパターンとで異なる場合、回折角もＨパターンとＶパターンとで異なるため、投影光学系５０におけるＨパターンからの光が通過する位置とＶパターンからの光が通過する位置とが異なる。図２は、計測用パターン８０を照明σ０．５で照明した場合に、投影光学系５０の瞳面において、Ｈパターンからの光が通過する位置とＶパターンからの光が通過する位置とを示す図である。具体的には、投影光学系５０の瞳面において、ピッチが大きいＶパターンで回折された光が通過する位置を図２（ａ）に、ピッチが小さいＶパターンで回折された光が通過する位置を図２（ｂ）に示している。また、投影光学系５０の瞳面において、ピッチが大きいＨパターンで回折された光が通過する位置を図２（ｃ）に、ピッチが小さいＨパターンで回折された光が通過する位置を図２（ｄ）に示している。また、図２（ａ）乃至図２（ｄ）において、斜線部は、投影光学系５０の瞳面において、Ｈパターン又はＶパターンからの光が通過する位置を示しており、中央の円が０次光であり、左右の円又は上下の円が±１次光である。

図２（ａ）乃至図２（ｄ）を参照するに、ピッチが大きいとパターンでの回折角は小さくなり、投影光学系５０の瞳面において、０次光が通過する位置と±１次光が通過する位置とが近づいている。また、Ｈパターンでは光はｙ方向に、Ｖパターンでは光はｘ方向に回折され、パターンの長手方向によって回折方向が変わっている。

投影光学系における光が通過する領域では、光（露光光）の吸収による温度上昇が発生する。但し、上述したように、パターンのピッチや長手方向によって光の通過する領域が異なるため、投影光学系において温度分布が生じる。このような温度分布に応じて、投影光学系を構成するレンズやミラーの形状や内部屈折率分布が変化するため、非点収差が発生してしまう。

そこで、制御部１１０は、図３に示すように、露光レシピに応じて、レチクル３０のパターンをウエハ６０に投影するときのウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置を決定する。例えば、レチクル３０のパターンとして、Ｈパターンの長手方向と同じ長手方向を有するパターンのみを有するパターン（即ち、Ｈパターン）をウエハ６０に転写する場合（露光レシピＡ）を考える。露光レシピＡの場合、フォーカス位置の計測はＨパターンのみに対して行い、計測されたフォーカス位置（Ｈパターンからの光のフォーカス位置）を、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置として決定する。また、レチクル３０のパターンとして、Ｖパターンの長手方向と同じ長手方向を有するパターンのみを有するパターン（即ち、Ｖパターン）をウエハ６０に転写する場合（露光レシピＢ）を考える。露光レシピＢの場合、フォーカス位置の計測はＶパターンのみに対して行い、計測されたフォーカス位置（Ｖパターンからの光のフォーカス位置）を、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置として決定する。

図４は、露光レシピを露光レシピＡから露光レシピＢから変更して露光を行う場合に、レチクル３０のパターンをウエハ６０に投影するときのウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置を概念的に示す図である。図４では、レチクル３０のパターンをウエハ６０に投影するジョブを開始してからの積算時間を横軸に、フォーカス位置（ウエハ６０の投影光学系５０の光軸方向に沿った位置）を縦軸に採用している。一点鎖線で示す曲線は、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿Ｖを示し、二点鎖線で示す曲線は、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿Ｈを示している。なお、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿ＶやＨパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿Ｈは、上述したように、計測用パターン８０、計測用パターン９０及び検出部１００によって計測することができる。

図４を参照するに、制御部１１０は、露光レシピＡでは、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿Ｈを、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置として決定し、ウエハステージ７０を介して、決定した位置にウエハ６０を位置決めする。実際には、ウエハ６０に投影するレチクル３０のパターンとしてのＨパターンの線幅は、計測用パターン８０を構成するＨパターンの線幅と異なる。従って、ウエハ６０に投影するＨパターンからの光のフォーカス位置Ｅｘｐｏと計測用パターン８０を構成するＨパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿Ｈとの間に誤差が生じる場合がある。このような場合には、互いに異なる線幅を有する複数のＨパターンで計測用パターン８０を構成し、かかる複数のＨパターンのうちウエハ６０に投影するＨパターンの線幅に近い線幅を有するＨパターンを選択してフォーカス位置を計測すれよい。これにより、ウエハ６０に投影するＨパターンからの光のフォーカス位置Ｅｘｐｏと計測用パターン８０を構成するＨパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿Ｈとの間に生じる誤差を低減させることができる。

露光レシピＡを露光レシピＢに変更すると、制御部１１０は、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿Ｖを、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置として決定し、ウエハステージ７０を介して、決定した位置にウエハ６０を位置決めする。この際、露光レシピＢを行う前に露光レシピＡが行われているため、露光光により投影光学系５０の温度が上昇している。従って、図４に示すように、露光レシピＢを開始する際に決定されるウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置は、最初の露光レシピとして露光レシピＢを開始する際に決定されるウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置と異なる。

ここで、従来技術のように、Ｈパターンからの光のフォーカス位置とＶパターンからの光のフォーカス位置との平均位置（Ｍｅａｓ＿Ｈ＋Ｍｅａｓ＿Ｖ）／２を、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置として決定する場合について考える。この場合、露光レシピＢでは、図４に示すように、実際にウエハ６０に投影するＶパターンからの光のフォーカス位置Ｅｘｐｏとの差δが大きくなってしまうことがある。一方、本実施形態では、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｍｅａｓ＿Ｖをウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置として決定しているため、ウエハ６０に投影するＶパターンからの光のフォーカス位置Ｅｘｐｏとの差δ’を低減することができる。

なお、露光レシピＡや露光レシピＢのように、Ｈパターン又はＶパターンのみをウエハ６０に投影する場合には、上述したように、Ｈパターンからの光のフォーカス位置又はＶパターンからの光のフォーカス位置のみを計測すればよい。従って、従来技術と比較して、フォーカス位置の計測に要する時間を短縮することができる。また、Ｈパターンからの光又はＶパターンからの光のフォーカス位置を計測するタイミングは、露光レシピが変更されたときだけに限らず、ウエハごと、ロットごと、或いは、ウエハ上のショットごとであってもよい。

図３に戻って、レチクル３０のパターンとして、ＨパターンとＶパターンとが混在する混在パターンをウエハ６０に転写する場合（露光レシピＣ、Ｄ及びＥ）を考える。図５は、ＨパターンとＶパターンとが混在する混在パターンをウエハ６０に転写する場合において、混在パターンをウエハ６０に投影するときのウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置の決定を説明するための図である。図５では、混在パターンをウエハ６０に投影するジョブを開始してからの積算時間を横軸に、フォーカス位置（ウエハ６０の投影光学系５０の光軸方向に沿った位置）を縦軸に採用している。鎖線で示す曲線は、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｈ＿Ｃを示し、一点鎖線で示す曲線は、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｖ＿Ｃを示している。また、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｈ＿Ｃにおける焦点深度の下端点及び上端点のそれぞれをＨ＿Ｌ及びＨ＿Ｕとし、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｖ＿Ｃにおける焦点深度の下端点及び上端点のそれぞれをＶ＿Ｌ及びＶ＿Ｕとする。

従来技術では、上述したように、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｈ＿ＣとＶパターンからの光のフォーカス位置Ｖ＿Ｃとの平均位置（Ｈ＿Ｃ＋Ｖ＿Ｃ）／２を、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置として決定していた。この場合、積算時間が増加してくると、平均位置（Ｈ＿Ｃ＋Ｖ＿Ｃ）／２は、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｈ＿Ｃにおける焦点深度領域（下端点Ｈ＿Ｌと上端点Ｈ＿Ｕとの間）から外れ、露光不良となってしまう。

そこで、制御部１１０は、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｈ＿Ｃにおける焦点深度、及び、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｖ＿Ｃにおける焦点深度からウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置を決定する。具体的には、まず、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｈ＿Ｃにおける焦点深度の下端点Ｈ＿Ｌ及び上端点Ｈ＿Ｕのうち、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｖ＿Ｃにおける焦点深度に含まれる端点（本実施形態では、上端点Ｈ＿Ｕ）を特定する。次いで、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｖ＿Ｃにおける焦点深度の下端点Ｖ＿Ｌ及び上端点Ｖ＿Ｕのうち、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｈ＿Ｃにおける焦点深度に含まれる端点（本実施形態では、下端点Ｖ＿Ｌ）を特定する。そして、このようにして特定した２つの端点の中点（本実施形態では、（Ｈ＿Ｕ＋Ｖ＿Ｌ）／２）に相当する位置を、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置として決定する。このように、Ｈパターン及びＶパターンのそれぞれからの光のフォーカス位置における焦点深度を考慮して、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置を決定することで、一方のパターンがデフォーカスするという問題を回避することができる。なお、Ｈパターン及びＶパターンのそれぞれからの光のフォーカス位置における焦点深度は、例えば、実際にＨパターン及びＶパターンをウエハに転写し、ウエハに転写されたＨパターン及びＶパターンを測定することで求めることができる。

Ｈパターン及びＶパターンのそれぞれからの光のフォーカス位置における焦点深度を求めることが困難である場合には、Ｈパターンの線幅と、Ｖパターンの線幅と、焦点深度との関係を予め求めておけばよい。例えば、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｈ＿Ｃにおける焦点深度の端点のうち、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｖ＿Ｃにおける焦点深度に含まれる上端点Ｈ＿ＵをＶパターンの線幅ＬＷ＿Ｈの関数ｆ（ＬＷ＿Ｈ）として規定する。同様に、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｖ＿Ｃにおける焦点深度の端点のうち、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｈ＿Ｃにおける焦点深度に含まれる下端点Ｖ＿ＬをＨパターンの線幅ＬＷ＿Ｖの関数ｆ（ＬＷ＿Ｖ）として規定する。この場合、上端点Ｈ＿ＵはＨ＿Ｃ＋ｆ（ＬＷ＿Ｈ）、下端点Ｖ＿ＬはＶ＿Ｃ−ｆ（ＬＷ＿Ｖ）と表され、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置は、｛Ｈ＿Ｃ＋ｆ（ＬＷ＿Ｈ）＋Ｖ＿Ｃ−ｆ（ＬＷ＿Ｖ）｝／２に相当する位置に決定される。

また、Ｈパターン及びＶパターンのそれぞれからの光のフォーカス位置における焦点深度を考慮して、Ｈパターンからの光のフォーカス位置及びＶパターンからの光のフォーカス位置のそれぞれに乗じる比率Ｈｒａｔｉｏ及びＶｒａｔｉｏを予め定めてもよい。この場合、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置は、Ｈ＿Ｃ×Ｈｒａｔｉｏ＋Ｖ＿Ｃ×Ｖｒａｔｉｏに相当する位置に決定される。但し、Ｈｒａｔｉｏ＋Ｖｒａｔｉｏ＝１００％とする。

ここで、図６を参照して、図３に示す露光レシピＣ、Ｄ及びＥについて説明する。図６は、レチクル３０のパターンとして、ＨパターンとＶパターンとが混在する混在パターンの一例を示す図である。図６（ａ）に示す混在パターンは、露光レシピＣに相当するパターンである。図６（ａ）に示す混在パターンは、ＨパターンとＶパターンとの占有面積比（Ｈパターンの露光領域とＶパターンの露光領域との比）が１：１で同じであるが、Ｖパターンの線幅がＨパターンの線幅よりも小さい。その結果、Ｖパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度がＨパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度よりも小さくなる。従って、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置は、上述したように焦点深度を考慮すると、Ｖパターンからの光のフォーカス位置に重みをおいて決定される。図６（ｂ）に示す混在パターンは、露光レシピＤに相当するパターンである。図６（ｂ）に示す混在パターンは、Ｈパターンの線幅とＶパターンの線幅とは同じであるが、Ｈパターンの露光領域がＶパターンの露光領域よりも大きい。従って、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置は、上述したように焦点深度を考慮すると、Ｈパターンからの光のフォーカス位置に重みをおいて決定される。なお、露光レシピＥに相当する混在パターンは、ＨパターンとＶパターンとの占有面積比が１：１で同じであり、且つ、Ｈパターンの線幅とＶパターンの線幅とが同じである。従って、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置は、上述したように焦点深度を考慮すると、Ｈパターンからの光のフォーカス位置とＶパターンからの光のフォーカス位置との平均位置に決定される。なお、混在パターンであっても、Ｈパターンからの光のフォーカス位置又はＶパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度が十分に大きい場合も考えられる。このような場合には、焦点深度が小さい方のパターンからの光のフォーカス位置を、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置として決定してもよい。

また、ＨパターンとＶパターンとが混在する混在パターンをウエハ６０に転写する場合、露光（ジョブ）を開始してからの積算時間に応じて、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置を決定する方法を変更することもできる。本実施形態では、図７に示すように、露光（ジョブ）を行う期間を時間順に第１の時間領域、第２の時間領域及び第３の時間領域とする。図７では、混在パターンをウエハ６０に投影するジョブを開始してからの積算時間を横軸に、フォーカス位置（ウエハ６０の投影光学系５０の光軸方向に沿った位置）を縦軸に採用している。

第１の時間領域は、Ｈパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度の下端点と上端点との間の焦点深度領域の全てがＶパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度の下端点と上端点との間の焦点深度領域に重なる領域である。第１の時間領域では、制御部１１０は、Ｈパターンからの光のフォーカス位置を、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置として決定する。

第２の時間領域は、Ｈパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度領域の一部がＶパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度領域に重なる領域である。第２の時間領域では、制御部１１０は、上述したように、Ｈパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度、及び、Ｖパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度を考慮して、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置を決定する。

第２の時間領域では、具体的には、まず、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｈ＿Ｃにおける焦点深度の下端点Ｈ＿Ｌ及び上端点Ｈ＿Ｕのうち、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｖ＿Ｃにおける焦点深度に含まれる端点を特定する。次いで、Ｖパターンからの光のフォーカス位置Ｖ＿Ｃにおける焦点深度の下端点Ｖ＿Ｌ及び上端点Ｖ＿Ｕのうち、Ｈパターンからの光のフォーカス位置Ｈ＿Ｃにおける焦点深度に含まれる端点を特定する。そして、このようにして特定した２つの端点の中点に相当する位置を、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置として決定する。

第３の時間領域は、Ｈパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度領域とＶパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度領域とが重ならない領域である。第３の時間領域では、Ｈパターン又はＶパターンがデフォーカスしてしまうため、制御部１１０は、レチクル３０のパターンのウエハ６０への投影（即ち、ジョブ）を中断する。そして、Ｈパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度領域の一部がＶパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度領域に重なったら、レチクル３０のパターンのウエハ６０への投影を再開する。

このように、露光（ジョブ）を開始してからの積算時間に応じて、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置を決定する方法を変更することで、露光時におけるフォーカスマージンを最大にすることができる。なお、本実施形態では、露光（ジョブ）を開始してからの積算時間に応じて、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置を決定する方法を変更している。但し、Ｈパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度領域とＶパターンからの光のフォーカス位置における焦点深度領域との重なり関係に応じて、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置を決定する方法を変更してもよい。

なお、簡略化のため、第１の時間領域と第２の時間領域の２つの領域において、焦点深度を考慮してＨパターンからの光のフォーカス位置及びＶパターンからの光のフォーカス位置のそれぞれに乗じる比率Ｈｒａｔｉｏ及びＶｒａｔｉｏを予め定めてもよい。この場合、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置は、Ｈ＿Ｃ×Ｈｒａｔｉｏ＋Ｖ＿Ｃ×Ｖｒａｔｉｏに相当する位置に決定される。但し、Ｈｒａｔｉｏ＋Ｖｒａｔｉｏ＝１００％とする。

また、本実施形態では、Ｈパターンからの光のフォーカス位置の変化がＶパターンのフォーカス位置の変化よりも大きい場合を例に説明した。但し、Ｖパターンからの光のフォーカス位置の変化がＨパターンのフォーカス位置の変化よりも大きい場合であっても、同様に、焦点深度を考慮して、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置を決定することができる。

また、本実施形態では、Ｈパターンからの光のフォーカス位置及びＶパターンからの光のフォーカス位置のそれぞれを取得する取得部として、計測用パターン８０、計測用パターン９０及び検出部１００を例に説明した。但し、Ｈパターンからの光のフォーカス位置及びＶパターンからの光のフォーカス位置のそれぞれを実際に計測するのではなく、シミュレーションや過去の実績から取得することも可能である。

例えば、シミュレーションの場合には、Ｈパターンの線幅及びピッチ、Ｖパターンの線幅及びピッチ、照明条件（σなど）、投影光学系に関する情報（ＮＡなど）に基づいて、Ｈパターン及びＶパターンのそれぞれから投影光学系の像面までの光線追跡を行う。これにより、Ｈパターンからの光のフォーカス位置及びＶパターンからの光のフォーカス位置を求めることができる。

また、過去の実績からＨパターンからの光のフォーカス位置及びＶパターンからの光のフォーカス位置を求める場合には、過去の実績値に対して、照度と露光を開始してからの積算時間及び露光を中断している時間を考慮する必要がある。過去の実績と比較して照度が大きい場合には、投影光学系の温度変化が大きくなり、フォーカス位置の変化も大きくなる。従って、例えば、照度に比例させて過去に得られたフォーカス位置を変化させる。また、露光を中断することによって投影光学系の温度が低下するため、フォーカス位置が変化する。過去の実績から、露光の中断時間と露光再開時のフォーカス位置を求めることで、中断時間とフォーカス位置の変化との関係が求められる。

このように、露光装置１では、Ｈパターン及びＶパターンのそれぞれからの光のフォーカス位置における焦点深度を考慮して、ウエハ６０の投影光学系５０の光軸に沿った方向の位置を決定しているため、デフォーカスを低減させることができる。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。かかるデバイスは、露光装置１を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。

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。

Claims (10)

1. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を備える露光装置であって、
   前記基板を移動するためのステージと、
   前記投影光学系の光軸に直交する第１の方向に長手方向を有する第１のパターン、及び、前記第１の方向と平行ではなく、且つ、前記投影光学系の光軸に直交する第２の方向に長手方向を有する第２のパターンのそれぞれを前記投影光学系の物体面に配置したときの、前記第１のパターンからの光が前記投影光学系を介して結像する前記光軸方向の第１の結像位置、及び、前記第２のパターンからの光が前記投影光学系を介して結像する前記光軸方向の第２の結像位置のそれぞれのデータを取得する取得部と、
   前記マスクのパターンを前記基板に投影するときの前記基板の前記光軸方向の目標位置に前記基板が位置決めされるように前記ステージを制御する制御部と、
   を有し、
   前記取得部は、前記第１の結像位置における焦点深度及び前記第２の結像位置における焦点深度のデータを取得し、
   前記制御部は、前記第１の結像位置における焦点深度のデータに基づいて比率Ｈｒａｔｉｏを決定し、前記第２の結像位置における焦点深度のデータに基づいて比率Ｖｒａｔｉｏを決定し、
   前記第１の結像位置をＨ＿Ｃ、前記第２の結像位置をＶ＿Ｃとすると、
   前記制御部は、前記マスクのパターンとして前記第１の方向に長手方向を有するパターンと前記第２の方向に長手方向を有するパターンとが混在する混在パターンを前記基板に投影する場合には、前記第１の結像位置及び前記第２の結像位置のそれぞれに前記比率Ｈｒａｔｉｏ及びＶｒａｔｉｏ（Ｈｒａｔｉｏ＋Ｖｒａｔｉｏ＝１００％）を乗じたＨ＿Ｃ×Ｈｒａｔｉｏ＋Ｖ＿Ｃ×Ｖｒａｔｉｏとなる位置を前記目標位置として前記基板が位置決めされ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. 前記焦点深度のデータは、前記第１のパターン及び前記第２のパターンを前記基板に転写し、前記基板に転写した前記第１パターン及び前記第２パターンを測定することによって得られることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を備える露光装置であって、
   前記基板を移動するためのステージと、
   前記投影光学系の光軸に直交する第１の方向に長手方向を有する第１のパターン、及び、前記第１の方向と平行ではなく、且つ、前記投影光学系の光軸に直交する第２の方向に長手方向を有する第２のパターンのそれぞれを前記投影光学系の物体面に配置したときの、前記第１のパターンからの光が前記投影光学系を介して結像する前記光軸方向の第１の結像位置、及び、前記第２のパターンからの光が前記投影光学系を介して結像する前記光軸方向の第２の結像位置のそれぞれのデータを取得する取得部と、
   前記マスクのパターンを前記基板に投影するときの前記基板の前記光軸方向の目標位置に前記基板が位置決めされるように前記ステージを制御する制御部と、
   を有し、
   前記第１の結像位置及び前記第２の結像位置は、前記マスクのパターンを前記基板に投影するジョブを開始してからの積算時間に応じて変化し、
   前記マスクのパターンとして前記第１の方向に長手方向を有するパターンのみを有するパターンを前記投影光学系を介して前記基板に投影する期間の後、前記期間が経過した後の前記第２の結像位置を前記目標位置として前記基板が位置決めされるように前記制御部が前記ステージを制御しながら、前記マスクのパターンとして前記第２の方向に長手方向を有するパターンのみを有するパターンを前記基板に投影することを特徴とする露光装置。
4. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を備える露光装置であって、
   前記基板を移動するためのステージと、
   前記投影光学系の光軸に直交する第１の方向に長手方向を有する第１のパターン、及び、前記第１の方向と平行ではなく、且つ、前記投影光学系の光軸に直交する第２の方向に長手方向を有する第２のパターンのそれぞれを前記投影光学系の物体面に配置したときの、前記第１のパターンからの光が前記投影光学系を介して結像する前記光軸方向の第１の結像位置、及び、前記第２のパターンからの光が前記投影光学系を介して結像する前記光軸方向の第２の結像位置のそれぞれのデータを取得する取得部と、
   前記マスクのパターンを前記基板に投影するときの前記基板の前記光軸方向の目標位置に前記基板が位置決めされるように前記ステージを制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記マスクのパターンとして前記第１の方向に長手方向を有するパターンと前記第２の方向に長手方向を有するパターンとが混在する混在パターンを前記投影光学系を介して前記基板に投影する場合に、
   前記第１の結像位置における焦点深度領域の一部又は全部が前記第２の結像位置における焦点深度領域に重なる時間領域では、前記第１の結像位置及び前記第２の結像位置に基づいて前記目標位置を決定し、
   前記第１の結像位置における焦点深度領域と前記第２の結像位置における焦点深度領域とが重ならないときに、前記マスクのパターンの前記基板への投影を中断することを特徴とする露光装置。
5. 前記マスクのパターンを前記基板に投影するジョブを開始してからの積算時間に応じて、前記ジョブを行う期間を時間順に第１の時間領域、第２の時間領域及び第３の時間領域とすると、
   前記第１の時間領域では、前記第１の結像位置における焦点深度の下端点と上端点との間の焦点深度領域の全てが前記第２の結像位置における焦点深度の下端点と上端点との間の焦点深度領域に重なり、
   前記第２の時間領域では、前記第１の結像位置における焦点深度領域の一部が前記第２の結像位置における焦点深度領域に重なり、
   前記第３の時間領域では、前記第１の結像位置における焦点深度領域と前記前記第２の結像位置における焦点深度領域とが重ならず、
   前記制御部は、前記マスクのパターンとして前記第１の方向に長手方向を有するパターンと前記第２の方向に長手方向を有するパターンとが混在する混在パターンを前記基板に投影する場合に、前記第１の時間領域及び前記第２の時間領域では、前記第１の結像位置及び前記第２の結像位置に基づいて前記目標位置を決定し、前記第３の時間領域では、前記マスクのパターンの前記基板への投影を中断することを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記第１の結像位置における焦点深度領域の一部又は全部が前記第２の結像位置における焦点深度領域に重なる時間領域は、前記第１の結像位置における焦点深度領域の全部が前記第２の結像位置における焦点深度領域に重なる第１の時間領域と、前記第１の時間領域とは異なり、前記第１の結像位置における焦点深度領域の一部が前記第２の結像位置における焦点深度領域に重なる第２の時間領域とを含み、
   前記制御部は、
   前記第１の時間領域では、前記第１の結像位置を前記目標位置として決定し、
   前記第２の時間領域では、前記第１の結像位置における焦点深度の下端点と上端点のうち前記第２の結像位置における焦点深度に含まれる端点と、前記第２の結像位置における焦点深度の下端点と上端点のうち前記第１の結像位置における焦点深度に含まれる端点との間に含まれる位置を前記目標位置として決定することを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
7. 前記第１の結像位置における焦点深度領域の一部又は全部が前記第２の結像位置における焦点深度領域に重なる時間領域は、前記第１の結像位置における焦点深度領域の全部が前記第２の結像位置における焦点深度領域に重なる第１の時間領域と、前記第１の時間領域とは異なり、前記第１の結像位置における焦点深度領域の一部が前記第２の結像位置における焦点深度領域に重なる第２の時間領域とを含み、
   前記制御部は、
   前記第１の時間領域では、前記第１の結像位置を前記目標位置として決定し、
   前記第１の結像位置をＨ＿Ｃ、前記第２の結像位置をＶ＿Ｃとすると、
   前記第２の時間領域では、前記第１の結像位置及び前記第２の結像位置のそれぞれに予め定められた比率Ｈｒａｔｉｏ及びＶｒａｔｉｏ（Ｈｒａｔｉｏ＋Ｖｒａｔｉｏ＝１００％）を乗じたＨ＿Ｃ×Ｈｒａｔｉｏ＋Ｖ＿Ｃ×Ｖｒａｔｉｏとなる位置を前記目標位置として決定することを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
8. 前記第１の結像位置をＨ＿Ｃ、前記第２の結像位置をＶ＿Ｃとすると、
   前記制御部は、前記第１の結像位置における焦点深度領域の一部又は全部が前記第２の結像位置における焦点深度領域に重なる時間領域では、前記第１の結像位置及び前記第２の結像位置のそれぞれに予め定められた比率Ｈｒａｔｉｏ及びＶｒａｔｉｏ（Ｈｒａｔｉｏ＋Ｖｒａｔｉｏ＝１００％）を乗じたＨ＿Ｃ×Ｈｒａｔｉｏ＋Ｖ＿Ｃ×Ｖｒａｔｉｏとなる位置を前記目標位置として決定することを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
9. 前記比率Ｈｒａｔｉｏは、前記第１の結像位置における焦点深度に基づいて定められ、
   前記比率Ｖｒａｔｉｏは、前記第２の結像位置における焦点深度に基づいて定められることを特徴とする請求項７又は８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ステップと、
    露光された前記基板を現像するステップと、
    を有することを特徴とするデバイスの製造方法。

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