JP6399739B2 - 露光装置、露光方法、およびデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置、露光方法、およびそれらを用いたデバイスの製造方法に関する。

露光装置は、半導体デバイスや液晶表示デバイスなどの製造工程に含まれるリソグラフィー工程において、原版（レチクルなど）のパターンを投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハなど）に露光する装置である。このうち、特にステップ・アンド・スキャン方式の露光装置では、原版と基板とを同期走査させながら露光する。基板上で走査（スキャン）露光１回で露光される領域は、ショット（パターン形成領域）と呼ばれ、露光装置は、基板上に予め設定されている複数のショットを順次露光する。なお、このような露光装置に採用され得る投影光学系の投影倍率は、一般的に１／４倍である。以下、１／４倍の投影倍率である投影光学系を備えた露光装置を「１／４倍投影露光装置」という。

ここで、露光装置に要求される性能の１つに、重ね合わせ精度がある。この重ね合わせ精度を高くするためには、原版と基板とを高精度に同期走査させる必要がある。特許文献１は、異なる露光装置同士の重ね合わせ精度であるミックス・アンド・マッチ精度の向上のために、同期走査に伴う装置側要因の重ね合わせ誤差に対して、ショット内の走査位置に応じてスキャンの目標位置を補正する走査露光装置を開示している。

また、一度露光されているショットの配列状態にも誤差が生じ得るため、そのときのショットの位置情報に基づいて配列状態を計測し、予めステップ位置を補正することが望ましい。この補正（計測）は、一般的にグローバルアライメント計測（ＡＧＡ計測）と呼ばれている。さらに、露光装置に要求されるスループット（単位時間あたりの基板の露光処理枚数）向上のため、例えば１／２倍の投影光学系を採用した、縮小倍率が小さい露光装置（以下「１／２倍投影露光装置」という。）がある。この１／２倍投影露光装置は、例えば１／４倍投影露光装置と比較すると、同じ大きさの原版を露光する場合、１回の走査露光で基板上により大きな領域を露光することができるので、走査露光回数を減らし、スループットをより向上させることができる。

特開２０００−２２８３４４号公報

しかしながら、１／２倍投影露光装置と１／４倍投影露光装置とのミックス・アンド・マッチを行う場合には、それぞれの露光装置で露光されるショットの大きさが異なることに起因して、重ね合わせ誤差が生じ得る。例えば、１／４倍投影露光装置では、ステップ移動を挟んで２回の走査露光により露光された２ショットの領域には、ステップ誤差を含み得る。これに対して、１／２倍投影露光装置では、同じ領域を１回の走査で露光するため、ステップ誤差が生じない。このような差異が存在するため、１／２倍投影露光装置と１／４倍投影露光装置とのミックス・アンド・マッチでは、さらなる対策を取らないならば、高精度に重ね合わせることが難しい。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、投影倍率が異なる投影光学系を採用した他の露光装置とのミックス・アンド・マッチを精度良く行うのに有利な露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、原版に形成されているパターンを、第１の投影倍率を有する第１の投影光学系を介して、第１のパターン形成領域として基板上に露光する露光装置であって、原版を保持する原版保持部と、基板を保持する基板保持部と、原版保持部と基板保持部との走査を制御し、基板上に予め第１の投影倍率とは異なる第２の投影倍率を有する第２の投影光学系を介して露光された第２のパターン形成領域に、第１のパターン形成領域を重ね合わせて露光させる制御部と、を備え、原版には、第１のパターン形成領域として基板上に露光されるパターンが複数形成され、制御部は、原版保持部と基板保持部とを走査させ、複数のパターンを複数の第２のパターン形成領域に一括して重ね合わせる走査露光を行う間に、基板上に予め形成された第２のパターン形成領域の状態、または複数のパターンの状態に基づいて、原版保持部または基板保持部の動作を、第２のパターン形成領域と他の第２パターン形成領域との間を走査する間に変更させることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、投影倍率が異なる投影光学系を採用した他の露光装置とのミックス・アンド・マッチを精度良く行うのに有利な露光装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。 第１実施形態における補正対象を説明するための図である。 第１実施形態におけるステージの相対速度を示すグラフである。 第２実施形態における補正対象を説明するための図である。 第２実施形態におけるステージの移動軌跡を示すグラフである。 第３実施形態における補正対象を説明するための図である。 第３実施形態におけるステージの移動軌跡を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る露光装置について説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置１の構成を示す概略図である。特に、図１（ａ）は、露光装置１の全体側面図である。露光装置１は、一例として、半導体デバイスの製造工程に使用され、ステップ・アンド・スキャン方式にてレチクルＲに形成されているパターンをウエハＷ上（基板上）に露光（転写）する投影型露光装置とする。露光装置１は、照明系２と、レチクルＲを保持するレチクルステージ４と、投影光学系５と、ウエハＷを保持するウエハステージ６と、制御部７とを備える。なお、図１では、投影光学系５の光軸（本実施形態では鉛直方向）に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で露光時のレチクルＲおよびウエハＷの走査方向にＹ軸を取り、Ｙ軸に直交する非走査方向にＸ軸を取っている。

照明系２は、光源３から出射された光を受け、Ｘ軸方向に長い帯状または円弧状の露光領域（特定の照明形状）をレチクルＲに形成する。この露光領域を成形するために、照明系２またはその近傍には、不図示であるが遮光板が設置される。レチクルＲは、ウエハＷ上に転写されるべきパターン（例えば回路パターン）が形成された、例えば石英ガラス製の原版である。なお、レチクルＲに形成されているパターン（デバイスパターンＤＰ）については、後述する。レチクルステージ（原版保持部）４は、レチクルＲを保持しつつ、ＸＹの各軸方向に移動可能である。投影光学系５は、照明系２からの光で照明されたレチクルＲ上のパターンの像を所定の投影倍率、特に本実施形態では１／２倍の投影倍率でウエハＷ上に投影する。ウエハＷは、表面上にレジスト（感光剤）が塗布された、例えば単結晶シリコンからなる基板である。ウエハステージ（基板保持部）６は、ウエハＷを不図示のチャックを介して保持しつつ、ＸＹＺの各軸方向に移動可能である。レチクルＲとウエハＷとは、レチクルステージ４とウエハステージ６とにより、投影光学系５を介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系５の物体面、像面）に配置される。レチクルステージ４とウエハステージ６との双方が、投影光学系５の光軸に対して垂直な平面内で投影光学系５の投影倍率に応じた速度比で走査している間、レチクルＲのパターンがウエハＷ上に投影されることで、ウエハＷ上のレジストが感光する。ここで、走査露光により露光されるウエハＷ上の１つのパターン形成領域を「ショット」という。なお、説明の簡単化のために、以下「ショット」は、ウエハＷ上に露光されるパターンと同義とする。レチクルステージ４の位置は、レチクルステージ４側に固定された不図示の参照ミラーとの間の距離をレーザー干渉計８で計測することで求められる。同様に、ウエハステージ６の位置は、ウエハステージ６側に固定された不図示の参照ミラーとの間の距離をレーザー干渉計９で計測することで求められる。なお、このような位置計測器としては、レーザー干渉計以外に、例えばエンコーダや静電容量センサーなども採用し得る。

１／２倍の投影光学系５を採用した露光装置１では、１／４倍の投影光学系を採用した別の露光装置（１／４倍投影露光装置）と比較すると、外形が同じレチクルＲを用いた場合、１回の走査露光でウエハＷ上により大きな領域を露光することができる。なお、ここでいうレチクルＲは、外形が同じでも、デバイスサイズは異なっている。図１（ｂ）は、レチクルＲとレチクルステージ４上の構成とを示す概略平面図である。レチクルＲは、デバイスパターンを複数有し、特に本実施形態では、一例として、２つのデバイスパターンＤＰ１、ＤＰ２を有するものとする。例えば、１／４倍投影露光装置で１回の走査露光でウエハＷに露光することができる最大のデバイスサイズを有するデバイスパターンＤＰ１を、露光装置１のような１／２倍投影露光装置では、１回の走査露光で２つ分露光することができる。ここで、デバイスパターンＤＰ２は、デバイスパターンＤＰ１と同じデバイスサイズである。なお、デバイスパターンＤＰ２に構成されるパターンは、デバイスパターンＤＰ１と同じであることが一般的であるが、異なるデバイスサイズや異なるパターンであってもよい。また、ここではデバイスパターンＤＰ１とデバイスパターンＤＰ２との間隔をＤｒとしている。

また、レチクルステージ４の表面上で、保持されているレチクルＲの近傍には、レチクルＲ側の指標となるパターン（マーク）がパターン面に形成された第１指標板１０が配置されている。第１指標板１０のパターン面は、レチクルＲのパターン面と略同一面内に位置する。第１指標板１０のパターン面には、不図示であるが、レチクルＲ側の計測用マークであって、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａなどの金属による薄膜で形成される第１マークが設置されている。なお、図１（ｂ）に示す例では、第１指標板１０の設置数を１つとしているが、複数としてもよい。さらに、第１マークは、第１指標板１０にではなく、レチクルＲに形成されていてもよい。

同様に、ウエハステージ６の表面上で、保持されているウエハＷの近傍には、ウエハＷ側の指標となるパターンが形成された第２指標板１１が配置されている。ここで、第２指標板１１のパターン面は、ウエハＷの上面と略同一面内に位置する。第２指標板１１のパターン面には、不図示であるが、ウエハＷ側の計測用マークであって、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａなどの金属による薄膜で形成される第２マークが設置されている。ウエハステージ６において、第２指標板１１の下部には、光量センサー１２が設置されている。光量センサー１２は、第２マークが形成された第２指標板１１を透過した光を検出することができる。この検出光を用いて、一般にＴＴＲ計測と呼ばれる計測方法により、レチクルＲまたは後述するＲＦＳ１４と、第２指標板１１との相対位置を計測することができる。また、ＴＴＲ計測により、投影光学系５の結像特性なども計測することができる。なお、図１（ａ）に示す例では、第２指標板１１および光量センサー１２の設置数を１つとしているが、複数としてもよい。

制御部７は、露光装置１の各構成要素の動作制御および演算処理などを実行する。制御部７は、記憶装置を含む、例えばコンピューターなどで構成され、露光装置１の各構成要素に回線を介して接続されて、プログラムなどにしたがって各構成要素の制御を実行し得る。また、制御部７は、露光装置１の他の部分と一体で（共通の筐体内に）構成してもよいし、露光装置１の他の部分とは別体で（別の筐体内に）構成してもよい。

また、露光装置１は、第１指標板１０とレチクルＲとの相対位置を計測する計測器として、レチクルアライメントセンサー（以下「ＲＡＳ」と表記する。）１３と、レチクルフォーカスセンサー（以下「ＲＦＳ」と表記する。）１４とを備える。ＲＡＳ１３は、例えば、２次元撮像素子または光量センサーと、光学素子とを含む。ＲＡＳ１３またはレチクルステージ４を移動させることで、ＲＡＳ１３とレチクルＲとのＸ、Ｙ軸方向における相対位置を計測することができる。なお、図１（ａ）に示す例では、ＲＡＳ１３の設置数を１つとしているが、複数としてもよい。例えば、Ｘ軸方向に間隔を持たせて２つのＲＡＳ１３を配置し、それぞれの計測値の相対的な差異を算出することで、Ｘ軸方向の倍率やＺ軸周りの回転などを計測することができる。

一方、ＲＦＳ１４は、例えば斜入射方式のセンサーとし得る。ＲＦＳ１４またはレチクルステージ４を移動させることで、第１指標板１０とレチクルＲのＺ軸方向の相対位置を計測することができる。なお、図１（ａ）に示す例では、ＲＦＳ１４の設置数を１つとしているが、複数としてもよい。例えば、Ｘ軸方向に複数のＲＦＳ１４を並べて配置し、レチクルステージ４をＹ軸方向へ移動させることで、第１指標板１０とレチクルＲとのＺ軸方向の相対位置をＸＹ平面上の凹凸として計測することができる。また、ＲＡＳ１３とＲＦＳ１４とは、ここでは別体としているが、一体としてもよい。

さらに、露光装置１は、第２指標板１１とウエハＷとの相対位置を計測する計測器として、ウエハアライメントセンサー（以下「ＷＡＳ」と表記する。）１５と、ウエハフォーカスセンサー（以下「ＷＦＳ」と表記する。）１６とを備える。ＷＡＳ１５は、例えば、２次元撮像素子または光量センサーと、光学素子とを含む。ＷＡＳ１５は、ウエハＷ上に露光されているパターン、および第２指標板１１上の第２マークを計測することで、ＸＹ平面内の位置を計測することができる。また、ＷＡＳ１５またはウエハステージ６を移動させることで、第２指標板１１とウエハＷとのＸ、Ｙ軸方向における相対位置を計測することができる。また、ＷＡＳ１５がショット内の複数点を計測し、制御部７がその計測座標と計測値とを統計的に処理することで、ショットの回転成分、倍率成分、および歪み成分を求めることができる。以下、この計測を「ショット内多点計測」という。また、ＷＡＳ１５がウエハＷ内の複数ショット（サンプルショット）に形成されたマークを計測し、制御部７がその計測座標と計測値とを統計的に処理することで、ウエハＷ上に露光後のショット配列の回転成分、倍率成分、および歪み成分を求めることができる。なお、図１（ａ）に示す例では、ＷＡＳ１５の設置数を１つとしているが、複数としてもよい。例えば、Ｘ軸方向に間隔を持たせて２つのＷＡＳ１５を配置し、それぞれの計測値の相対的な差異を算出することで、Ｘ軸方向の倍率やＺ軸周りの回転などを計測することができる。これに対して、Ｙ軸方向に間隔を持たせて２つのＷＡＳ１５を配置し、同様にそれぞれの計測値の相対的な差異を算出することで、Ｙ軸方向の倍率やＺ軸周りの回転などを計測することができる。

一方、ＷＦＳ１６は、例えば斜入射方式のセンサーとし得る。ＷＦＳ１６またはウエハステージ６を移動させることで、第２指標板１１とウエハＷとのＺ軸方向の相対位置を計測することができる。なお、図１（ａ）に示す例では、ＷＦＳ１６の設置数を１つとしているが、複数としてもよい。例えば、Ｘ軸方向に複数のＷＦＳ１６を並べて配置し、ウエハステージ６をＹ軸方向へ移動させることで、第２指標板１１とウエハＷとのＺ軸方向の相対位置をＸＹ平面上の凹凸として計測することができる。また、ＷＦＳ１６を走査露光する方向に沿って複数配置することで、ウエハＷ上の露光すべき箇所が投影光学系５の光軸上に到達する前に、Ｚ軸方向の位置を計測することができる。このように予めＺ軸方向の位置を計測しておくことには、ウエハステージ６のＺ軸方向の位置補正が行いやすくなるという利点がある。なお、ＷＡＳ１５とＷＦＳ１６とは、ここでは別体としているが、一体としてもよい。

次に、１／４倍投影露光装置と高精度にミックス・アンド・マッチを行う方法について説明する。ここで、「ミックス・アンド・マッチ」とは、ウエハ上に下層と上層とのショットを、それぞれ異なった方式、すなわち、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置とステップ・アンド・リピート方式の露光装置とで形成する（露光する）露光方法をいう。従来、特に半導体デバイス製造のリソグラフィー工程では、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置、いわゆるステッパーが用いられることが多い。これに対して、素子寸法の微細化や高集積化に伴って、チップサイズが拡大する状況では、レチクルとウエハとを同期走査させながらスリット状の照明領域を露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置、いわゆるスキャナーを用いる方が有利となり得る。しかしながら、一般的にスキャナーは、ステッパーよりもスループットが若干劣る。そこで、露光装置を含む既存の設備を有効に活用する点も考慮し、この場合、ミックス・アンド・マッチ露光が有用となり得る。

図２は、本実施形態における補正対象となるショットの露光位置を説明するための図である。まず、図２（ａ）は、１／４倍投影露光装置により、ウエハＷ上に予め形成されている（露光されている）複数のショットをそれぞれ長方形の実線として示した平面図である。各ショットには、便宜上、Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｍ、Ｓｎ、・・・と符号を付す。なお、このショット符号は、露光する順序などとは異なるものである。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す、Ｙ軸方向に隣り合って並んでいる２つのショットＳｍ、Ｓｎを拡大した図である。図２（ｂ）では、前の露光工程ですでに形成されているショットの状態を実線で示し、本実施形態を適用せずに重ね合わせた場合のショットの状態を破線で示している。ここで、「重ね合わせ」とは、すでに、ある露光装置を用いて基板上の複数のショット（第２のパターン形成領域）が露光されている場合に、今回、そのショット上にさらにショット（第１のパターン形成領域）を露光する（重ね合わせる）ことをいう。実線は、破線に対してＹ軸方向に拡大しており、許容範囲を超えたショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇが発生している。なお、ショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇは、ＷＡＳ１５をショットの形状を計測する計測器として用いて、ショット内多点計測から求め得る。また、制御部７は、ショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇを、一度先行ウエハ（パイロットウエハ）で重ね合わせ露光した結果をオフセットとして記憶装置に記憶させておき、適宜参照するものとしてもよい。従来の１／４倍投影露光装置同士でミックス・アンド・マッチを行う際には、レチクルステージとウエハステージとの相対的な走査速度を調整することで、ショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇを補正することができる。特にこの場合には、実線で示されているショットの状態が、破線で示されているショットの状態に対して拡大しているため、レチクルステージの走査速度よりもウエハステージの走査速度を速くすればよい。例えば、ショットＳｍを露光した後に、次の露光対象としてのショットＳｎへ移動する場合には、所定量ステップ移動して、ショットＳｍのときと同じ走査速度で露光すれば、ショットＳｎについても好適に露光することができる。

これに対して、従来の１／２倍投影露光装置の場合には、上記のように１回の走査露光時の走査速度を変えるだけでは、別の不具合が生じる。図２（ｃ）は、このときの２つのショットＳｍ’、Ｓｎ’を拡大した図である。ショットＳｍ’の状態は、図２（ｂ）のショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇを補正するために走査速度を調整した結果であり、好適に露光することができている。しかしながら、１／２倍投影露光装置の場合、２ショット分の領域を一括で走査露光するので、ショットＳｍ’からショットＳｎ’への移動も、ステップではなく、一括走査露光中に行われる。したがって、ショットＳｎ’は、ショットＳｍ’で調整された走査速度のまま露光されてしまうため、ショットＳｍ’とショットＳｎ’との間隔も合わせて変化し、結果的に、ショットＳｎの中心に対してＹ軸方向にΔＷ_ｍａｇ分の誤差が生じる。そこで、本実施形態では、以下のように一括走査露光されるショットＳｍ’とショットＳｎ’との間隔を考慮して、走査速度を補正する。

まず、レチクルステージ４とウエハステージ６とについて相対速度が一定であるとすると、式（１）の関係が成り立つ。

ただし、Ｖｒは、レチクルステージ４の速度であり、Ｖｗは、ウエハステージ６の速度であり、βは、投影光学系５の投影倍率である。また、ショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇが生じている状態で走査速度を調整した場合、ショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇと関係を持つ変数α_ｃｍａｇを導入すると、式（１）は、式（２）となる。

この条件でショットＳｍ、Ｓｎを走査露光する際には、式（１）に対して速度Ｖｗを速く、または速度Ｖｒを遅くする必要があるため、α_ｃｍａｇ＜１となる。さらに、ショットＳｍとショットＳｎとの間隔Ｄｗについても、速度を変更する必要がある。この速度は、式（３）で表される。

図３は、変更（補正）された相対速度（走査速度）を例示するグラフである。走査方向であるＹ軸方向にショットＳｍ、Ｓｎが存在し、ショットＳｍ上とショットＳｎ上とでは式（２）で表される速度で走査を行い、各ショットＳｍ、Ｓｎ間では式（３）で表される速度で走査を行う。図３（ａ）は、走査方向の位置に連動し、瞬間的に相対速度を変更する理想的な状態を示している。しかしながら、実際には、レチクルステージ４およびウエハステージ６の速度を変更するときに、加速または減速の期間を要する。また、走査露光を行う際の露光領域は、遮光板により有限の大きさに成形されているため、厳密には、各ショットＳｍ、Ｓｎと、ショットＳｍとショットＳｎとの間の境界領域とを完全に分けることはできない。そこで、境界領域の相対速度は、式（２）と式（３）とに示される速度をつなぐように、段階的に変化させることが望ましい。

図３（ｂ）は、式（２）と式（３）とに示される速度をつなぐように段階的に変化させた相対速度を例示するグラフである。図３（ｂ）では、式（２）と式（３）との速度を直線でつないだ実線と、曲線でつないだ破線とを示している。また、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置では、走査速度と露光量とは密接な関係にあり、走査速度を速くすると、露光量が減少する。したがって、露光量を一定に保つためには、図３（ｂ）に示すような変化においては、相対速度が速くなるショットＳｍの走査露光の終了位置付近と、ショットＳｎの走査露光の開始位置付近とでは、露光量を増加させるのが望ましい。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す相対速度に対して、式（２）と式（３）とに示される速度をつなぐように段階的に変化させた相対速度を例示するグラフである。ここでは、ショットＳｍの走査露光の終了位置付近において、レチクルステージ４とウエハステージ６との相対速度を加速させる前に一旦減速させることで、照度を変えずに露光量を上げ、加速した場合の露光量低下との平均化を行っている。なお、平均化を行う範囲は、遮光板により成形される露光領域全体である。同様に、ショットＳｎの走査露光の開始位置付近においても、相対速度を変化させることで露光量の平均化を行う。なお、図３（ｃ）では、相対速度の加減速を曲線で表しているが、直線、または曲線と直線との組み合わせで表されるものとしてもよい。なお、図３に示される相対速度は、制御部７により、上記のとおり式（２）、（３）から求められ、レチクルステージ４の速度Ｖｒとウエハステージ６の速度Ｖｗとをそれぞれ制御することで調整される。すなわち、速度制御は、異なる２つのショットＳｍ、Ｓｎから得られる情報に基づいて管理される。よって、相対速度は、図３では１／βより小さい値となっているが、これに限るものではなく、１／βより大きくなることもあり得る。

このように、露光装置１は、投影倍率が異なる投影光学系を採用した他の露光装置とのミックス・アンド・マッチを行うとき、特にショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇが発生する場合でも精度良く実施することができる。

以上のように、本実施形態によれば、投影倍率が異なる投影光学系を採用した他の露光装置とのミックス・アンド・マッチを精度良く行うのに有利な露光装置を提供することができる。

なお、本実施形態では、各ショットＳｍ、Ｓｎで生じ得るショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇが同じであることを前提としている。これに対して、ショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇが各ショットＳｍ、Ｓｎで異なる場合には、ショットＳｍを露光するときとショットＳｎを露光するときとで、走査速度をそれぞれ最適化すればよい。さらに、投影光学系５の投影倍率も、各ショットＳｍ、Ｓｎのショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇに応じて変更することが望ましい。また、本実施形態では、レチクルＲ上の各デバイスパターンＤＰ１、ＤＰ２に起因するショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇが同じであることを前提としている。これに対して、ショット倍率誤差ΔＣ_ｍａｇが各デバイスパターンＤＰ１、ＤＰ２で異なる場合には、デバイスパターンＤＰ１を露光するときとデバイスパターンＤＰ２を露光するときとで、走査速度をそれぞれ最適化すればよい。ここで、「各デバイスパターンＤＰ１、ＤＰ２で異なる場合」には、デバイスサイズ自体が異なる場合のほか、レチクルＲの製造時の製造誤差を有する場合も含む。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る露光装置について説明する。第１実施形態では、ショットに倍率誤差が発生している場合について説明した。これに対して、本実施形態に係る露光装置の特徴は、第１実施形態と同様に、投影倍率が異なる投影光学系を採用した他の露光装置とのミックス・アンド・マッチを行うものであって、特にショットの回転誤差が発生している場合に応用する点にある。なお、本実施形態に係る露光装置の構成は、第１実施形態に係る露光装置１の構成と同一であり、以下の説明では同一の符号を用いる。

図４は、本実施形態における補正対象となるショットの露光位置を説明するための図である。図４（ａ）は、１／４倍投影露光装置により、ウエハＷ上に予め形成されている複数のショットをそれぞれ長方形の実線として示した平面図であり、特にそれらのショットが許容範囲を超えた角度θの回転誤差を有している状態を示している。なお、角度θは、ウエハＷの表面上、より具体的には、投影光学系５の光軸方向に対する垂直平面内における角度である。また、ショットの配列誤差はないものとする。投影光学系が同じ投影倍率である露光装置同士が露光した各ショットを重ね合せる場合には、レチクルＲもしくはウエハＷ、またはレチクルＲとウエハＷとの両方を回転させて露光することで、好適に重ね合わせることができる。

これに対して、１／２倍投影露光装置と１／４倍投影露光装置とのミックス・アンド・マッチを行う場合には、図４（ｂ）に示すような不具合が生じ得る。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す、Ｙ軸方向に隣り合って並んでいる２つのショットＳｍ、Ｓｎを拡大した図である。図４（ｂ）では、１／４倍投影露光装置を用いた前の露光工程ですでに露光されているショットの状態を実線で示している。１／２倍投影露光装置でショット回転誤差θを補正するために、レチクルＲもしくはウエハＷ、またはレチクルＲとウエハＷとの両方を回転させ露光した場合、図４（ｂ）に示すように、ショットＳｍの重ね合わせは良好である。しかしながら、ショットＳｎは、破線で示された状態で露光されるため、実線で示された実際に形成されたショットとの距離を示すＤｘ分の誤差が生じる。そこで、本実施形態では、走査露光中のＹ座標に応じてＸ軸方向の位置を各ショットＳｍ、Ｓｎの状態に合わせて変化させることで、誤差Ｄｘを低減する。なお、ショット回転誤差θおよび誤差Ｄｘは、ショット内多点計測を用いて求めるか、または、一度先行ウエハ（パイロットウエハ）で重ね合わせ露光した結果をオフセットとして制御部７内の記憶装置に記憶させておき、適宜参照するものとしてもよい。

図５は、ＸＹ座標上におけるウエハステージ６の移動軌跡を例示するグラフである。図５（ａ）は、各ショットＳｍ、Ｓｎがショット回転誤差θを有する状態を示す図である。この場合、ウエハステージ６は、各ショットＳｍ、Ｓｎの走査露光中、Ｙ軸方向に対してθの角度を持って移動する。また、ウエハステージ６は、ショットＳｍとショットＳｎとの間隔Ｄｗの区間では、ショットＳｍの走査露光の終了位置と、ショットＳｎの走査露光の開始位置とを結ぶように移動する。なお、間隔Ｄｗの区間の走査速度がレチクルＲ上のデバイスパターンＤＰ１とデバイスパターンＤＰ２との間隔Ｄｒと関連することは、第１実施形態にて前述したとおりである。各ショットＳｍ、Ｓｎが回転誤差を有し、かつショット配列誤差を有していない状態では、上記のようにウエハステージ６を駆動させることで、図４（ｂ）中の実線で示すショットＳｍ、Ｓｎのように良好なミックス・アンド・マッチを実現できる。

しかしながら、間隔Ｄｗが小さい場合には、ウエハステージ６の移動方向に急激な変化を要する。この移動方向の急激な変化に対応するためには、ウエハステージ６に大きな駆動力が必要となり、その角度によっては駆動力を満たせない場合も生じ得る。また、走査露光中の露光領域は、遮光板によって有限の大きさに成形されているため、Ｙ軸方向に関して間隔Ｄｗが露光領域よりも小さい場合、ショットＳｍとショットＳｎとが同時に露光される状態となる。この場合、ショットＳｍとショットＳｎとの領域を明確に分けることが難しいため、ウエハステージ６の移動軌跡も明確に分けることが難しい。

そこで、間隔Ｄｗが小さい場合にも対応するため、例えば、以下のようにウエハステージ６の移動軌跡を設定してもよい。図５（ｂ）は、この間隔Ｄｗが小さい場合にも対応可能なウエハステージ６の移動軌跡を例示するグラフである。図５（ｂ）の実線で示される移動軌跡は、図５（ａ）に示す移動軌跡から変わって、ショットＳｍの走査露光の終了前から、間隔Ｄｗを挟み、ショットＳｎの走査露光の開始後までの間隔Ｄｓの区間を直線で結んだものとなる。また、図５（ｂ）の破線で示される移動軌跡は、間隔Ｄｓの区間を曲線で結んだものである。このような移動軌跡とすれば、ウエハステージ６の駆動力が不足している場合であっても、間隔Ｄｗが小さい場合にも対応し、全体として良好な重ね合わせ精度を得ることができる。

一方、間隔Ｄｗが小さい場合で、ウエハステージ６の移動軌跡を図５（ｂ）に示すように設定した場合に比べて、ショットＳｍの走査露光の終了位置付近、およびショットＳｎの走査露光の開始位置付近の重ね合わせ精度をより向上させたいときもあり得る。このような場合には、例えば、以下のようにウエハステージ６の移動軌跡を設定してもよい。図５（ｃ）は、この重ね合わせ精度をより向上させたいときに設定し得るウエハステージ６の移動軌跡を例示するグラフである。上記の図５（ｂ）に示す移動軌跡では、ショットＳｍの走査露光の終了位置付近では、ウエハステージ６がＸ軸の正の方向へだけ移動するので、一方向へのデバイスパターンのずれが生じ得る。これに対して、図５（ｃ）に示す移動軌跡では、ショットＳｍからショットＳｎへの移動は、Ｘ軸を正の方向へ移動する必要があるが、例えばショットＳｍの走査露光時では、走査露光の終了位置付近で一旦Ｘ軸を負の方向へ走査させてから正の方向へ走査する。このようにＸ軸の正の方向と負の方向との両方へ交互にウエハステージ６を移動させることで、走査露光されるデバイスパターンの形状が平均化され、デバイスパターンのずれを抑えることができる。なお、平均化され得る範囲は、遮光板により成形される露光領域である。同様に、ショットＳｎの走査露光の開始位置付近でもＸ軸の正の方向と負の方向との両方へ交互にウエハステージ６を移動させることで、ショットＳｎについてのデバイスパターンのずれを抑えることができる。

なお、図５（ｃ）では、移動軌跡を曲線で表しているが、直線、または曲線と直線との組み合わせで表されるものとしてもよい。図５（ｂ）および図５（ｃ）における実線および破線で示す移動軌跡は、制御部７が、走査露光中の露光領域、ウエハステージ６の応答速度、走査露光中のウエハステージ６の速度、間隔Ｄｗの大きさ、およびショット回転誤差θを参照してもとめ得る。上記説明では、ショットＳｍとショットＳｎとの配列誤差はないものとしたが、配列誤差がある場合には、制御部７は、これについても移動軌跡を求める条件に含ませることが望ましい。走査露光中のウエハステージ６の速度は、一定であっても、変化するものであってもよい。上記の説明では、ウエハステージ６の移動軌跡をＸ、Ｙ軸の各方向のみ考慮したが、回転成分を考慮した駆動制御を実行するものであってもよい。上記説明は、ウエハステージ６の移動軌跡の設定に関するものであるが、走査露光ではレチクルステージ４とウエハステージ６との相対駆動を要する。したがって、レチクルステージ４の移動軌跡、またはウエハステージ６とレチクルステージ４との両方の移動軌跡を上記のように設定するものとしてもよい。このとき、上記のように回転成分を考慮する場合も、レチクルステージ４の回転成分、またはウエハステージ６とレチクルステージ４と両方の回転成分を考慮した駆動制御を実行するものであってもよい。

このように、本実施形態によれば、投影倍率が異なる投影光学系を採用した他の露光装置とのミックス・アンド・マッチを、ショット回転誤差が発生している場合でも、精度良く行うのに有利な露光装置を提供することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る露光装置について説明する。上記各実施形態では、ウエハＷ側（ショット側）に各種誤差が発生している場合について説明した。これに対して、本実施形態に係る露光装置の特徴は、第１実施形態と同様に、投影倍率が異なる投影光学系を採用した他の露光装置とのミックス・アンド・マッチを行うものであって、特にレチクルＲ側に誤差が発生している場合に応用する点にある。なお、本実施形態に係る露光装置の構成も、第１実施形態に係る露光装置１の構成と同一であり、以下の説明では同一の符号を用いる。

図６は、製造誤差が生じている２つのデバイスパターンＤＰ１、ＤＰ２を有するレチクルＲの状態を例示する概略平面図である。ここで、デバイスパターンＤＰ１は、Ｙ軸に対して製造誤差であるθ１の回転誤差を有する形成状態となっている。また、回転誤差θ１の回転中心と、デバイスパターンＤＰ１の中心とが一致しているものとし、デバイスパターンＤＰ１の走査露光の開始位置では、Ｘ軸方向にＤＰ１ｘの誤差がある。一方、デバイスパターンＤＰ２の平面形状は、理想的には長方形となるべきところが、θ２の角度を持つ平行四辺形となっている。すなわち、ショットＳｎの走査露光の開始位置では、Ｘ軸方向にＤＰ２ｘの誤差がある。レチクルＲにこのような製造誤差が生じていると、走査露光を行ったときのレチクルステージ４とウエハステージ６との相対駆動が良好であったとしても、実際にウエハＷに露光されたショットには、重ね合わせ誤差が生じる。そこで、本実施形態では、この場合の重ね合わせ誤差を抑えるために、レチクルステージ４の移動軌道を以下のように設定する。なお、デバイスパターンＤＰ１、ＤＰ２の製造誤差は、例えば、一度先行ウエハで重ね合わせ露光した結果を計測してオフセットとして制御部７内の記憶装置に記憶させておき、適宜参照するものとしてもよい。または、レチクルＲ上のデバイスパターンＤＰ１、ＤＰ２の形成位置に合わせてマークを構成し、ＴＴＲ計測、または位置計測器としてのＲＡＳ１３を用いた位置計測を行い、その結果を上記の記憶装置に記憶させておくものとしてもよい。

図７は、ＸＹ座標上におけるレチクルステージ４の移動軌跡を例示するグラフである。図７（ａ）は、図６に示す誤差が生じている状態を示すグラフである。まず、ショットＳｍについては、走査位置としての走査露光の開始位置のＸ座標は、ショットＳｍがショット中心を基準としてθ１回転しているために生じる誤差ＤＰ１ｘだけずらす。そして、レチクルステージ４は、走査露光の開始位置から終了位置まで、Ｙ軸に対してθ１の角度で移動する。次に、図６に示すショットＳｍとショットＳｎとの間隔Ｄｒに対応する区間では、レチクルステージ４は、ショットＳｍの走査露光の終了位置からショットＳｎの走査露光の開始位置まで直線を結ぶように移動する。なお、間隔Ｄｒを走査するときのレチクルステージ４の速度は、間隔Ｄｗと関連することについては、第１実施形態で説明した式（３）に示すとおりである。さらに、ショットＳｎについては、走査位置としての走査露光の開始位置のＸ座標は、ショットＳｎが有している角度θ２により生じる誤差ＤＰ２ｘだけずらす。そして、レチクルステージ４は、走査露光の開始位置から終了位置まで、Ｙ軸に対してθ２の角度で移動する。

なお、本実施形態では、上記のようにレチクルステージ４の移動について補正制御を行うものであり、その間、ウエハステージ６は、Ｙ軸に沿って走査させればよい。上記の説明では、例えばショットＳｍの走査露光を行う際には、レチクルステージ４は、Ｙ軸に対して角度を持たせて走査される。これに代えて、レチクルステージ４またはレチクルＲをθ１回転させ、ショットＳｍの走査露光の開始位置となるＸ座標を角度θ１と誤差ＤＰ１ｘとから求めた座標とした上で、Ｙ軸に沿って走査露光を行うものとしてもよい。一方、ショットＳｎは、回転誤差を有していない。そのため、ショットＳｎの走査露光を行う際には、レチクルステージ４またはレチクルＲの回転を、ショットＳｍの走査露光を開始する前の状態に戻してから、Ｙ軸に対してθ２の角度の方向へ走査露光させればよい。

また、ショットＳｎの走査露光を行う際には、ショットＳｍの走査露光を行うときと同様に、レチクルステージ４またはレチクルＲをθ１回転させた状態で行ってもよい。図７（ｂ）は、この場合のレチクルステージ４の移動軌跡を例示するグラフである。移動軌跡は、図７（ａ）に示すものと異なるが、同様の考え方で求めることができる。また、レチクルステージ４またはレチクルＲを同じ回転量として各ショットＳｍ、Ｓｎの走査露光する際には、角度θ１、θ２の量に基づいて最適な回転量θ３を求めればよい。回転量θ３は、例えば、角度θ１と角度θ２との平均値とし得る。

また、遮光板の大きさ、レチクルステージ４およびウエハステージ６の応答速度、間隔Ｄｒ、Ｄｗの関係などにより、レチクルステージ４およびウエハステージ６の駆動制御、またはレチクルＲおよびウエハＷの回転制御が困難である場合もあり得る。この場合、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す直線の駆動軌跡を、上記各実施形態で説明したように、曲線に置き換えてもよい。ここで、曲線に置き換える距離は、間隔Ｄｒ、Ｄｗよりも長くてよい。また、ショットＳｍの走査露光の終了位置付近、およびジョットＳｎの走査露光の開始位置付近において、上記各実施形態と同様に、遮光板により成形された露光領域内の走査露光時の平均化を行ってもよい。

また、上記の説明では、補正時に、レチクルステージ４またはレチクルＲを回転させるとしているが、レチクルステージ４とレチクルＲとの両方を回転させてもよい。上記の説明では、レチクルＲ側の誤差を、レチクルステージ４の駆動方向および回転、またはレチクルＲの回転の駆動により補正するものとしているが、ウエハステージ６の駆動方向および回転、またはウエハＷの回転により補正するものとしてもよい。

このように、本実施形態によれば、投影倍率が異なる投影光学系を採用した他の露光装置とのミックス・アンド・マッチを、レチクル側に誤差が発生している場合でも、精度良く行うのに有利な露光装置を提供することができる。

なお、上記各実施形態では、露光装置を１／２倍投影露光装置とし、他の露光装置を１／４倍露光装置と例示したが、この例とはそれぞれ異なる投影倍率の投影光学系を有する露光装置同士にも適用可能である。また、上記各実施形態をそれぞれ独立して実施するのみならず、それぞれ組み合わせて実施するものとしてもよい。

（デバイスの製造方法）
次に、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイスなど）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。

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ず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ 露光装置
４ レチクルステージ
５ 投影光学系
６ ウエハステージ
７ 制御部
Ｒ レチクル
Ｗ ウエハ

Claims (10)

1. 原版に形成されているパターンを、第１の投影倍率を有する第１の投影光学系を介して、第１のパターン形成領域として基板上に露光する露光装置であって、
   前記原版を保持する原版保持部と、
   前記基板を保持する基板保持部と、
   前記原版保持部と前記基板保持部との走査を制御し、前記基板上に予め前記第１の投影倍率とは異なる第２の投影倍率を有する第２の投影光学系を介して露光された第２のパターン形成領域に、前記第１のパターン形成領域を重ね合わせて露光させる制御部と、を備え、
   前記原版には、前記第１のパターン形成領域として前記基板上に露光される前記パターンが複数形成され、
   前記制御部は、前記原版保持部と前記基板保持部とを走査させ、前記複数の前記パターンを前記複数の第２のパターン形成領域に一括して重ね合わせる走査露光を行う間に、前記基板上に予め形成された前記第２のパターン形成領域の状態、または前記複数の前記パターンの状態に基づいて、前記原版保持部または前記基板保持部の動作を、前記第２のパターン形成領域と他の前記第２パターン形成領域との間を走査する間に変更させる、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記第２のパターン形成領域の状態には、前記第２のパターン形成領域の形状または配列を含む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２のパターン形成領域の状態に基づいて、前記第１のパターン形成領域と前記第２のパターン形成領域との間で、倍率誤差または回転誤差が許容範囲を超えて発生しているときに、前記原版保持部または前記基板保持部の前記動作を変更させることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記パターンの状態には、前記パターンの形状または前記複数のパターンの配列を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 前記制御部は、前記原版に形成された前記パターンの製造誤差が許容範囲を超えて発生しているときに、前記原版保持部または前記基板保持部の前記動作を変更させることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
6. 前記原版保持部または前記基板保持部の前記動作の変更には、走査速度、走査方向および走査位置、または前記複数の第２のパターン形成領域に前記第１のパターン形成領域を投影する投影光学系の光軸方向に対する垂直平面内における角度の少なくともいずれかの変更を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記基板に形成された前記複数の第２のパターン形成領域の前記形状または前記配列を計測する計測器を備えることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
8. 前記原版は、前記複数のパターンの形成位置に合わせたマークを有し、
   前記マークの位置を計測する位置計測器を備え、
   前記制御部は、前記位置計測器が計測した前記マークの位置から前記パターンの形状または前記複数のパターンの配列を求める、
   ことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
9. 原版に形成されているパターンを、第１の投影倍率で第１のパターン形成領域として基板上に露光する露光方法であって、
   前記原版を保持する原版保持部と、前記基板を保持する基板保持部とを走査させつつ、前記基板上に予め前記第１の投影倍率とは異なる第２の投影倍率で露光された第２のパターン形成領域に、前記第１のパターン形成領域を重ね合わせて露光する工程を含み、前記原版が前記第１のパターン形成領域として前記基板上に露光される前記パターンを複数有する場合、
   前記工程では、前記原版保持部と前記基板保持部とを走査させ、前記複数の前記パターンを前記複数の第２のパターン形成領域に一括して重ね合わせる走査露光を行う間に、前記基板上に予め形成された前記第２のパターン形成領域の状態、または前記複数の前記パターンの状態に基づいて、前記原版保持部または前記基板保持部の動作を、前記第２のパターン形成領域と他の前記第２のパターン形成領域との間を走査する間に変更する、ことを特徴とする露光方法。
10. 請求項１ないし８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工程と、その露光した基板を現像する工程と、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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