JP6818501B2 - リソグラフィ装置、および物品製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置、および物品製造方法に関する。

半導体露光装置等のリソグラフィ装置において、投影光学系は、露光光による発熱や、大気圧、環境温度等の変動などで、焦点位置が変動しうる。そのため、基板を露光する前に定期的にベストフォーカス位置を較正する必要がある。通常、上記変動要因による影響を事前に予測し、ベストフォーカス位置の較正を実施するが、より高精度な較正のためには、実際に投影光学系のベストフォーカス位置を計測し、較正する必要がある。従来、ＴＴＬ（Through The Lens）方式などの技術による、原版ステージ上の基準マークと基板ステージ上の基準マークの計測により、投影光学系のベストフォーカス位置を較正していた（特許文献１，２参照）。

特開２００８−１０３４３２号公報 特開２０１１−０６０９１９号公報

しかし、従来技術では、実際に基板ステージの高さ位置（Ｚ方向の位置）を駆動してベストフォーカス位置を計測する必要があるため、計測時間が長い、という課題がある。更に、駆動に伴う振動の影響で、駆動速度を上げると計測精度が低下しやすく、駆動高速化により計測時間を短縮することが困難である。なお、駆動を必要としない焦点位置合わせ技術として、デジタルカメラ等で一般的な位相差ＡＦ方式なども考えられるが、同方式では焦点方向の空間分解能が低く、必要とする計測精度を達成することができない。

本発明は、投影光学系のベストフォーカス位置の較正の高速化に有利な技術を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面によれば、原版のパターンを基板に投影する投影光学系を有するリソグラフィ装置であって、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、前記原版または前記原版保持部に配置された原版側マークの像とともに、前記投影光学系を介して前記基板または前記基板保持部に配置された基板側マークの像を検出する検出部と、制御部とを有し、前記検出部は、前記原版側マークの像と前記基板側マークの像とを含むリフォーカス可能なライトフィールド画像データを生成し、前記制御部は、前記検出部から取得した前記ライトフィールド画像データに基づいて、それぞれフォーカス方向の位置が互いに異なる複数の画像を生成するリフォーカス演算を行い、前記リフォーカス演算によって生成された前記複数の画像に基づいて、前記原版保持部および前記基板保持部の少なくともいずれかの位置を調整することを特徴とする。

本発明によれば、投影光学系のベストフォーカス位置の較正の高速化に有利な技術が提供される。

実施形態に係る露光装置の構成を示す図。 実施形態における光検出部の構成を示す図。 実施形態におけるＲＦＰマークとＷＦＰマークの画像を例示する図。 ステップ駆動方式で算出される、焦点調節レンズ位置とＲＦＰマークのコントラスト値との関係を例示する図。 ステップ駆動方式で算出される、ウエハステージのＺ位置とＷＦＰマークのコントラスト値との関係を例示する図。 実施形態における、投影光学系のベストフォーカス較正処理を示すフローチャート。 ＲＦＰマークとライトフィールドカメラの各フォーカスプレーンＦＰとの関係を示す図。 ライトフィールドカメラの各フォーカスプレーンＦＰとＲＦＰマークのコントラスト値との関係を例示する図。 ＷＦＰマークとライトフィールドカメラの各フォーカスプレーンＦＰとの関係を示す図。 ライトフィールドカメラの各フォーカスプレーンＦＰとＷＦＰマークのコントラスト値との関係を例示する図。 ＲＦＰマークとＷＦＰマークと各フォーカスプレーンＦＰとの関係を示す図。 実施形態におけるＲＦＰマークの像のコントラストカーブの補正テーブルを作成する手順を示すフローチャート。 実施形態におけるＷＦＰマークの像のコントラストカーブの補正テーブルを作成する手順を示すフローチャート。 ＷＳＺ位置ごとのＷＦＰマークの像のコントラストカーブを示す図。 ＷＳＺ位置とＷＦＰマークの像のコントラストカーブのピーク位置との関係を示す図。 ＷＳＺ位置ごとのＦＰ位置とＷＳＺ位置との差分を示す図。 焦点調節レンズ位置とＲＦＰマークの像のコントラストカーブのピーク位置との関係を示す図。 焦点調節レンズ位置ごとのＦＰ位置と焦点調節レンズ位置との差分を示す図。 実施形態における、コントラストカーブのピーク位置の補正する工程を含む、投影光学系のベストフォーカス較正処理を示すフローチャート。 実施形態におけるＲＦＰマークとＷＦＰマークを例示する図。 実施形態における投影光学系のベストフォーカスとＸＹ位置の較正処理を示すフローチャート。 実施形態におけるＲＦＰマークの像のコントラストカーブの補正テーブルとＸＹ位置の補正テーブルを作成する手順を示すフローチャート。 実施形態におけるＷＦＰマークの像のコントラストカーブの補正テーブルとＸＹ位置の補正テーブルを作成する手順を示すフローチャート。 実施形態における投影光学系のベストフォーカス較正処理およびＸＹ位置較正処理を示すフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、以下の実施形態は本発明の実施の具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。

＜第１実施形態＞
以下の実施形態では、リソグラフィ装置の一例として、原版および投影光学系を介して感光性の基板を露光する露光装置について説明する。図１は、本実施形態における露光装置１の構成を示す図である。露光装置１は、照明光学系ＩＬ、原版であるレチクルＲＴを保持する原版保持部としてのレチクルステージＲＳ、投影光学系ＰＯ、及び基板であるウエハＷＦを保持する基板保持部としてのウエハステージＷＳを備える。露光装置１はまた、キャリブレーション計測系ＡＳ、アライメント検出系ＯＡＳ、フォーカス検出系ＦＳ及び制御部ＣＴＲを備えうる。制御部ＣＴＲは、露光装置１の各部を統括的に制御する。

制御部ＣＴＲは例えば、ＣＰＵ１１およびメモリ１２を含みうる。メモリ１２は、ＣＰＵ１１によって実行される制御プログラムや各種データを記憶している。制御部ＣＴＲは、例えば、マルチコアＣＰＵやＧＰＵ、ＦＰＧＡを搭載した制御ボード等でも実現されうる。ただし、その構成はこれらに限定するものではない。

露光光源ＬＳ、照明光学系ＩＬ、レチクルステージＲＳ、投影光学系ＰＯ、ウエハステージＷＳは、光軸ＰＡを中心に配置されている。光軸ＰＡは、露光光源ＬＳからウエハステージＷＳへ露光光の主光線が進む方向を示す軸である。露光光源ＬＳには、例えば、水銀ランプや、極端紫外光であるＫＲＦエキシマレーザー、ＡＲＦエキシマレーザーなどが使用されうる。露光光源ＬＳから発せられた光束は、照明光学系ＩＬを介して、レチクルＲＴの所定の領域を照明する。レチクルＲＴには、転写すべき微細回路のパターンが形成されている。レチクルＲＴは、レチクルステージＲＳに保持される。レチクルステージＲＳを駆動する駆動部ＲＳＤは、制御部ＣＴＲによって駆動制御される。駆動部ＲＳＤは、高さ位置（Ｚ方向の位置）を投影光学系ＰＯに対して一定に保った状態でレチクルステージＲＳを駆動する。

ウエハＷＦは、投影光学系ＰＯを介してレチクルＲＴと光学的にほぼ共役な位置におかれる。ウエハＷＦは、ウエハステージＷＳに保持される。ウエハステージＷＳを駆動する駆動部ＷＳＤは、不図示のレ−ザ干渉計と制御部ＣＴＲとによって、投影光学系ＰＯの光軸ＰＡ方向（Ｚ方向）及び光軸ＰＡ方向と直交する平面（ＸＹ平面）方向に駆動制御される。さらに、駆動部ＷＳＤは、光軸ＰＡ回りに回転方向（θ方向）、及び光軸ＰＡに垂直な平面に対して傾く方向（チルト方向）に駆動制御される。すなわち、駆動部ＷＳＤは、不図示のレ−ザ干渉計と制御部ＣＴＲとによって、駆動制御される。ウエハステージＷＳには、レーザ干渉計からのビームを反射する移動鏡が固定されている。その移動鏡を介して、レーザ干渉計は、ウエハステージＷＳの位置、移動量を逐次計測する。制御部ＣＴＲは、ウエハステージＷＳの位置、移動量の情報をレーザ干渉計から受け取り、ＷＳ駆動部ＷＳＤを介してウエハステージＷＳを駆動させる。

露光時は、光軸ＰＡに対してウエハステージＷＳを露光位置に駆動させる。これにより、レチクルＲＴに入射した光は、そのパターンで回折されて、投影光学系ＰＯを介してウエハＷＦの上に露光パターンとして結像される。これにより、ウエハＷＦに潜像パターンが形成される。

投影光学系ＰＯは、限界に近い解像力が求められている。そのため、解像力に影響する要因（例えば、大気圧、環境温度等）を測定する測定部（図示せず）と、投影光学系ＰＯのレンズの結像特性を補正する機構（オートフォーカス機構、図示せず）とが、投影光学系ＰＯに備えられている。制御部ＣＴＲは、解像力に影響する要因の測定値を測定部から受け取り、その測定値に基づいて、オートフォーカス機構を制御して投影光学系ＰＯのレンズの結像特性を補正する。

次に、フォーカス検出系ＦＳがウエハＷＦのＺ位置及びレベリング（傾き）を検出する際の動作を説明する。フォーカス検出系ＦＳは、投光系と受光系とを有し、斜入射方式でウエハＷＦの高さ位置（Ｚ方向の位置）を検出する。フォーカス検出系ＦＳの投光系は、投影光学系の光軸に対して斜め方向から光（スリット像）を照射する。フォーカス検出系ＦＳの受光系は、ウエハＷＳの表面（あるいはウエハ側基準プレートＷＦＰの表面）で反射された反射光（スリット像）を検出する。フォーカス検出系ＦＳの受光系には、反射光に対応したＺ位置検出用の受光素子が備えられており、受光素子の受光面とウエハＷＦの表面の反射点とがほぼ共役になるように配置されている。そのため、ウエハＷＦ（あるいはウエハ側基準プレートＷＦＰ）のＺ方向の位置ずれは、受光素子におけるスリット像の結像の位置ずれとして検出される。これにより、フォーカス検出系ＦＳは、フォーカス計測を行い、フォーカス計測値を得る。また、フォーカス検出系ＦＳの投光系は、レベリング（傾き）を検出するため、複数の光束（スリット像）をウエハＷＦの表面（あるいはウエハ側基準プレートＷＦＰの表面）に照射する。フォーカス検出系ＦＳの受光系には、それに応じた複数個の受光素子が備えられている。各受光素子の受光面とウエハＷＦの表面の各反射点とがほぼ共役になるように配置されている。これにより、複数のスリット像の受光面における位置を検出して、ウエハＷＦ（あるいはウエハ側基準プレートＷＦＰ）の傾きを検出するようにしている。

フォーカス検出系ＦＳの原点と投影光学系ＰＯのベストフォーカス位置（鉛直方向の結像位置）とのずれがあると、フォーカス計測値に基づいてウエハＷＦの表面をベストフォーカス位置に合わせることが困難になるおそれがある。そこで、フォーカス検出系ＦＳの原点を較正するために、ＴＴＬ（Through The Lens）方式のキャリブレーション計測系ＡＳが設けられている。キャリブレーション計測系ＡＳは、レチクル側基準プレートＲＦＰ、ウエハ側基準プレートＷＦＰ及び光検出部ＤＴを備える。光検出部ＤＴは、レチクルステージＲＳを間にして投影光学系ＰＯと対向する位置に配置される。光検出部ＤＴは、露光波長と同等な波長の光（観察光源）を用いたＴＴＬ観察顕微鏡と、カメラを含みうる。ウエハ側基準プレートＷＦＰには、反射型の（例えば、凹凸の）パターンとしてウエハ側基準マーク（図示せず）が形成されている。これらにより、光検出部ＤＴが落射照明によりレチクル側基準プレートＲＦＰ及び投影光学系ＰＯを介してウエハ側基準マークを照明し、反射光を光検出部ＤＴ内のカメラで、画像として検出する。そして、検出された画像からマークの像のコントラストを算出しながら、コントラストが最大となるベストフォーカス位置、つまり投影光学系ＰＯのベストフォーカス位置が計測される。これにより、フォーカス検出系ＦＳの原点が投影光学系ＰＯのベストフォーカス位置に較正される。

本実施形態において、キャリブレーション計測系ＡＳの光検出部ＤＴは、ライトフィールド（light field）カメラを含みうる。ライトフィールドカメラは、プレノプティック（Plenoptic）カメラとも呼ばれる。ライトフィールドカメラは、図２に示されるように、撮像素子２１の前方の撮影レンズＬ１（主レンズ）の結像面Ｐに配置されたマイクロレンズアレイＬ２を通過した光を撮像する。これによりライトフィールドカメラは、被写体の異なる焦点面での２次元画像を演算処理によって再構成すること（リフォーカス）が可能である。マイクロレンズアレイは単焦点や多焦点のものが存在し、例えば、特許第５４１１３５０号公報では、多焦点プレノプティック光学系により再構成画像の空間分解能を向上した例などが記載されている。ここでは、ライトフィールドカメラで再構成するための、フォーカス方向（光検出部ＤＴの光軸方向、Ｚ方向）における、ある位置にある面（焦点面）を、フォーカスプレーン（ＦＰ）と呼び、再構成された２次元画像をＦＰ画像と呼ぶ。本実施形態において、光検出部ＤＴの光軸方向は、投影光学系の光軸と平行な方向（すなわちＺ方向（第１方向））である。また、キャリブレーション計測系ＡＳは、Ｚ方向（光検出部ＤＴの光軸方向）に移動することで焦点調節を行う焦点調節レンズＬＡを有する。なお、焦点調節レンズＬＡはライトフィールドカメラにおける撮影レンズＬＡ（図２）に含まれていてもよい。焦点調節レンズＬＡの駆動は、焦点調節レンズ駆動部ＬＡＤを介して制御部ＣＴＲによって制御されうる。

以下では、ＦＰ画像からベストフォーカス位置を計測する方法を説明するため、まず、従来技術であるステップ駆動方式の計測方法を説明し、それと対比させるかたちで、本実施形態による計測方法を説明する。

ステップ駆動方式では、キャリブレーション計測系ＡＳで、レチクル側基準プレートＲＦＰ上のレチクル基準マーク（原版側マーク）（以下「ＲＦＰマーク」という。）と、ウエハ側基準プレートＷＦＰ上のウエハ基準マーク（基板側マーク）（以下「ＷＦＰマーク」という。）を同一視野で撮像し、２次元画像を取得する。ＲＦＰマークとＷＦＰマークは、投影光学系ＰＯを介してほぼ共役となるように配置されている。また、ＲＦＰマークは、一部が素ガラスになっており、投影光学系ＰＯを介して、ＷＦＰマークを素ガラス部で観察可能になっている。図３にキャリプレーション計測系ＡＳで撮像した２次元画像の例を示す。

ＲＦＰマークのベストフォーカス位置を計測するため、キャリブレーション計測系ＡＳ内の焦点調節レンズＬＡの位置を変更しながら、ＲＦＰマーク画像が取得される。そして、各焦点調節レンズ位置の画像それぞれから、ＲＦＰマークの像のコントラスト値が算出される。この焦点調節レンズ位置とＲＦＰマークの像のコントラスト値との関係が、レチクルイメージオートフォーカス（ＲＩＡＦ）のコントラストカーブにより表される。図４にＲＩＡＦのコントラストカーブの例を示す。このＲＩＡＦコントラストカーブのピークとなる焦点調節レンズ位置が算出される。コントラストカーブにおける各コントラスト値は、一般的な画像コントラストの定義式を使用して算出されうる。マーク画像がデフォーカスすると、コントラスト値は低下する。つまり、ベストフォーカス位置でコントラストはピークとなる。ＲＩＡＦコントラストカーブより、ＲＦＰマークがベストフォーカスとなる焦点調節レンズの位置が決定される。

次に、焦点調節レンズの位置を上記位置に固定した状態で、ＷＦＰマークの像のコントラストピークが計測される。具体的には、ウエハステージＷＳのＺ位置（以下「ＷＳＺ位置」）を変更しながら、ＷＦＰマーク画像が取得される。そして、各ＷＳＺ位置のＷＦＰマーク画像それぞれから、ＷＦＰマークの像のコントラスト値が算出される。このＷＳＺ位置とＷＦＰマークの像のコントラスト値との関係が、ウエハイメージオートフォーカス（ＷＩＡＦ）のコントラストカーブにより表される。図５にＷＩＡＦのコントラストカーブの例を示す。ＲＩＡＦ計測と同様に、このＷＩＡＦコントラストカーブからピークとなるＷＳＺ位置が算出される。

以上のステップ駆動方式により、ＲＦＰマークのベストフォーカス位置を基準とした際の、ＷＦＰマークがベストフォーカスとなるＷＳＺ位置を求めることができる。

次に、図６のフローチャートを参照して、本実施形態における、ライトフィールドカメラを使用したベストフォーカス計測の処理シーケンスを説明する。本処理シーケンスは、制御部ＣＴＲにより行われる。具体的には、図６のフローチャートに対応するプログラムは、メモリ１２に含まれ、ＣＰＵ１１により実行される。

Ｓ１０１で、ライトフィールドカメラを構成する光検出部ＤＴは、制御部ＣＴＲの制御により、初期焦点調節レンズ位置、初期ＷＳＺ位置でＲＦＰマークとＷＦＰマークを撮像する。制御部ＣＴＲは、光検出部ＤＴより、撮像により生成されたライトフィールド画像データ（以下「原画像データ」という。）を取得する。Ｓ１０２で、制御部ＣＴＲは、取得した原画像データを用いてリフォーカス演算を行う。すなわち制御部ＣＴＲは、取得した原画像データから、フォーカス方向（光検出部ＤＴの光軸方向、Ｚ方向）における互いに異なるＺ位置に相当する各フォーカスプレーン位置ＦＰ１〜ＦＰ７におけるＲＦＰマークのＦＰ画像を、演算処理により再構成する。ＲＦＰマークとＦＰ１〜ＦＰ７の位置関係を図７に示す。

Ｓ１０３で、制御部ＣＴＲは、フォーカスプレーンＦＰ１〜ＦＰ７のＦＰ画像それぞれから、ＲＦＰマークの像のコントラスト値とＷＦＰマークの像のコントラスト値を算出する。これにより、図８に示されるような、ステップ駆動方式で焦点調節レンズ位置を変更したときに得られる図４に相当する、ＲＦＰマーク近傍の各ＦＰ位置に対するＲＩＡＦコントラストカーブが得られる。

また、ＦＰ１〜ＦＰ７は、同時に図９に示すＷＦＰマーク近傍の異なるＺ位置にも相当している。したがって、Ｓ１０３で算出したＷＦＰマークの像のコントラスト値により、図１０に示されるような、ステップ駆動方式でＷＳＺ位置を変更した時に得られる図５に相当する、ＷＦＰマーク近傍の各ＦＰ位置に対するＷＩＡＦコントラストカーブが得られる。

あらためて図１１に、ＲＦＰマークとＷＦＰマークと各ＦＰ位置との関係を示す。ＲＦＰマークとＷＦＰマークはほぼ共役の位置関係にあるため、ＦＰ１〜ＦＰ７の範囲に、ＲＩＡＦとＷＩＡＦのコントラストカーブのピークがどちらも存在している。

Ｓ１０４で、制御部ＣＴＲは、ＲＩＡＦとＷＩＡＦのコントラストカーブのピーク位置をそれぞれ算出する。焦点調節レンズ位置とＷＳＺ位置が、ＲＦＰマークとＷＦＰマークのフォーカス位置が完全に共役となる位置にない場合、ＦＰ１〜ＦＰ７のＦＰ画像から算出されたＲＩＡＦとＷＩＡＦのコントラストカーブのピーク位置は異なる。

Ｓ１０５で、制御部ＣＴＲは、焦点調節レンズ位置を決定するとともに、ＲＩＡＦコントラストカーブのピーク位置とＷＩＡＦコントラストカーブのピーク位置との差分を算出する。この差分は、ＲＦＰマークのベストフォーカス位置を基準とした際における、投影光学系ＰＯがベストフォーカスとなるＷＳＺ位置の調整量に相当する。これにより、制御部ＣＴＲは、この差分に基づいて、ＷＳＺ位置（すなわち、投影光学系の光軸方向における基板保持部の位置）を調整することができる。

本実施形態によれば、リフォーカス可能なライトフィールド画像データを取得し、演算処理によってフォーカス検出系ＦＳの原点を投影光学系ＰＯのベストフォーカス位置に較正することができる。したがって、本実施形態によれば、調整量の決定のために、従来のように焦点調節レンズとウエハステージＷＳのステップ駆動を行う必要がなくなる。

また、本実施形態ではＦＰ位置の数を７点としているが、ＦＰ位置の数はこの値に限定するものではなく、ライトフィールドカメラで再構成可能な数であれば、何点を使用してもよい。また、ＲＦＰマークやＷＦＰマークの形状もコントラストが算出できるものであれば、本構成（図３の例）に限定されない。また、ＲＦＰマークは、レチクル基準側プレート上のマークに限定せず、レチクルＲＴ上にマークが存在する場合は、そのマークを使用してもよい。また、ＷＦＰマークは、ウエハ基準側プレート上のマークに限定せず、ウエハＷＦ上にマークが存在する場合は、そのマークを使用してもよい。

＜第２実施形態＞
以下では、コントラストカーブのピーク位置の補正を含む方法について説明する。本実施形態では、図１２、図１３に示されるフローチャートに従い、ＷＦＰマークのコントラストカーブの補正テーブルおよびＲＦＰマークのコントラストカーブの補正テーブルが作成される。本処理は、制御部ＣＴＲにより行われる。具体的には、図１２、図１３のフローチャートに対応するプログラムは、メモリ１２に含まれ、ＣＰＵ１１により実行される。

まず、ＷＦＰマークの像のコントラストカーブの補正テーブルの作成方法について説明する。まず、Ｓ２０１で、制御部ＣＴＲは、ＷＳＺ位置をＦＰ１の位置へ駆動する。Ｓ２０３では、ＷＦＰマークをライトフィールドカメラで撮像し、原画像データを取得する。Ｓ２０４で、制御部ＣＴＲは、リフォーカス演算により各ＦＰ画像を再構成し、ＷＦＰマークの像のコントラスト値を算出し、ＷＩＡＦコントラストカーブを求める。Ｓ２０５で、制御部ＣＴＲは、ＷＩＡＦコントラストカーブのピーク位置を算出する。

Ｓ２０２〜Ｓ２０６の工程が、ＷＳＺ位置をＺ１からＺ７まで所定量駆動しながら繰り返し実施される。これにより取得される各ＷＳＺ位置での各コントラストカーブの例を図１４に示す。各コントラストカーブからＦＰ上のコントラストカーブのピーク位置を算出することで、ＷＳＺ位置（Ｚ１〜Ｚ７）と、ＷＦＰマークのコントラストカーブのピーク位置との関係が取得できる。その結果を図１５に示す。図１５は、図１４のグラフから、ＷＳＺ位置（Ｚ１〜Ｚ７）を横軸にとり、コントラストカーブのピーク位置を横軸にとったものである。これは、ＷＦＰマークの像のコントラストカーブにおけるピーク位置の投影光学系の光軸方向における基板保持部の位置に対する依存性を表す特性を示している。図１５に示されるように、この特性は基本的には線形となる。しかし、ライトフィールドカメラの各ＦＰで再構成されるＦＰ画像には、ライトフィールドカメラ内マイクロレンズの収差の影響で、非線形な特性が含まれうる。そのため、Ｓ２０７で、制御部ＣＴＲは、図１５の関係より取得されるＷＳＺ位置とＷＦＰマークのコントラストカーブのピーク位置との差分（誤差）を計算する。その結果、図１６に示されるような非線形な残差が発生する。制御部ＣＴＲは、この誤差の情報を、ＷＦＰマークのコントラストカーブの補正テーブルとしてメモリ１２に保存する。補正テーブルの使用方法については図１９を参照して後述する。

次に、ＲＦＰマークのコントラストカーブ補正テーブルの作成方法について説明する。まず、Ｓ３０１で、制御部ＣＴＲは、焦点調節レンズＬＡをＦＰ１の位置へ駆動する。Ｓ３０３では、ＲＦＰマークをライトフィールドカメラで撮像し、原画像データを取得する。Ｓ３０４で、制御部ＣＴＲは、リフォーカス演算により各ＦＰ画像を再構成し、ＲＦＰマークの像のコントラスト値を算出し、ＲＩＡＦコントラストカーブを求める。Ｓ３０５で、制御部ＣＴＲは、ＲＩＡＦコントラストカーブのピーク位置を算出する。

Ｓ３０２〜Ｓ３０６の工程が、焦点調節レンズＬＡの位置をＺ１からＺ７まで所定量駆動しながら繰り返し実施される。これにより取得される各焦点調節レンズ位置での各コントラストカーブは、図１４と同様である。各コントラストカーブからＦＰ上のコントラストピーク位置を算出することで、焦点調節レンズ位置（Ｚ１〜Ｚ７）と、ＲＦＰマークのコントラストカーブのピーク位置との関係が取得できる。その結果を図１７に示す。これは、ＲＦＰマークの像のコントラストカーブにおけるピーク位置の光検出部ＤＴの光軸方向における焦点調節レンズＬＡの位置に対する依存性を表す特性を示している。次に、Ｓ３０７で、制御部ＣＴＲは、図１７の関係より取得される焦点調節レンズ位置とＲＦＰマークのコントラストカーブのピーク位置との差分（誤差）を算出する。その結果、図１８に示されるような、図１６と同様に非線形な残差が発生する。制御部ＣＴＲは、この誤差の情報を、ＲＦＰマークのコントラストカーブの補正テーブルとしてメモリ１２に保存する。

Ｓ２０７，Ｓ３０７で作成されたコントラストカーブの補正テーブルは、高精度な位置決めが可能なＷＳＺ位置や焦点調節レンズ位置基準で見た際の、各ＦＰ位置の基準位置からの誤差に相当する。つまり、ＷＳＺ位置や焦点調節レンズ位置基準との差分を事前にコントラストカーブの補正テーブルとして取得することで、非線形な特性を含む各ＦＰの位置を高精度な基準位置に補正することが可能になる。なお、コントラストカーブの補正テーブルを作成する際には、ＷＳや焦点調節レンズの振動や駆動誤差の影響は発生しうる。しかし、複数回撮像や複数回駆動を実施し、出力の平均値を使用することにより、上記誤差の影響を無視できるまで軽減して補正テーブルを作成することができる。

図１９に、上記処理により作成された補正テーブルを使用した、投影光学系のベストフォーカス較正処理のフローチャートを示す。図６のフローチャートに対して同じ処理ステップには同じ参照符号を付してその説明は省略する。図６との違いは、Ｓ１０４とＳ１０５の間に、Ｓ４０５が追加されている点である。Ｓ４０５では、制御部ＣＴＲは、Ｓ１０４で算出されたＷＩＡＦのコントラストカーブのピーク位置を、Ｓ２０７で作成されたコントラストカーブの補正テーブルを用いて補正する。これにより、Ｓ１０５で求められるＷＳＺ位置の調整量が補正される（第１補正処理）。また、制御部ＣＴＲは、Ｓ１０４で算出されたＲＩＡＦのコントラストカーブのピーク位置を、Ｓ３０７で作成されたコントラストカーブの補正テーブルを用いて補正する。これにより、Ｓ１０５で決定される焦点調節レンズ位置が補正される（第２補正処理）。

以上の補正を追加することで、リフォーカス演算によって再構成される複数の画像の精度を、フォーカス検出系ＦＳの精度に合わせ込むことができ、ベストフォーカス位置の較正精度の低下を防止できる。

＜第３実施形態＞
ライトフィールドカメラでリフォーカス可能な範囲をリフォーカスレンジ（以下「ＦＰレンジ」）という。通常、ライトフィールドカメラＦＰレンジは、撮影レンズＬ１とマイクロレンズアレイＬ２の仕様に依存した幅に限定される。そのため、投影光学系ＰＯのベストフォーカス位置の変化量が、そのＦＰレンジを超えてしまうと、ライトフィールドカメラの各ＦＰ画像内にコントラストピークが存在せず、コントラストカーブのピーク位置を算出できなくなる。

そこで第３実施形態では、各マークのコントラストカーブのピーク位置がＦＰレンジ内に位置することを保証する処理が追加される。まず、最初の計測時は、上記した第１実施形態に沿って、ライトフィールドカメラからコントラストカーブのピーク位置を算出する。最初にコントラストカーブのピーク位置がＦＰレンジ内にない場合は、ＷＳＺ位置と焦点調節レンズ位置を走査して、コントラストカーブのピーク位置がＦＰレンジ内となる初期位置を探索する。次に、この探索により、初期位置として決定されたコントラストカーブのピーク位置とＦＰレンジの中央の位置との差分を算出し、これを次回計測時のＷＳＺ位置と焦点調節レンズ位置に反映させる。

これにより、次回計測時のコントラストピーク位置をＦＰレンジの中央のフォーカスプレーン位置にすることができる。本実施形態によれば、例えば、投影光学系ＰＯのベストフォーカス位置が緩やかにドリフトしているような場合に、ベストフォーカス位置がＦＰレンジ外となることを防止することができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態では、投影光学系ＰＯのベストフォーカス位置の較正に加え、ＸＹ位置を較正する方法について説明する。本実施形態の露光装置の構成は、概ね図１と同じであるが、ＲＦＰマークとＷＦＰマークは、例えば図２０に示されるような形状のものを使用する。ＲＦＰマークは、Ｘ位置計測用およびフォーカス計測用のマークＲＦＰＸ１〜ＲＦＰＸ４と、Ｙ位置計測用およびフォーカス計測用のマークＲＦＰＹ１〜ＲＦＰＹ６とを含む。ＷＦＰマークは、Ｘ位置計測用およびフォーカス計測用のマークＷＦＰＸ１〜ＷＦＰＸ４と、Ｙ位置計測用およびフォーカス計測用のマークＷＦＰＹ１〜ＷＦＰＹ３を含む。これにより、ＦＰ画像から、各マークのコントラストに加えて、各マークのＸＹ位置を算出することが可能である。具体的には、マークＲＦＰＸ１〜ＲＦＰＸ４の画像上の位置の平均値をＲＦＰマークＸ位置２０１，２０２として算出し、ＲＦＰＹ１〜ＲＦＰＹ６の画像上の位置の平均値をＲＦＰマークＹ位置２０３，２０４として算出する。また、ＷＦＰＸ１〜ＷＦＰＸ４の画像上の位置の平均値をＷＦＰマークＸ位置２０５として算出し、ＷＦＰＹ１〜ＷＦＰＹ３の画像上の位置の平均値をＷＦＰマークＹ位置２０６として算出する。マークのＸＹ位置の算出には、マークパターンの相関演算等、一般的なパターンマッチング手法を使用可能であるが、目的を達するのであれば特定の手法に限定されない。また、マーク形状も特定の形状に限定されない。

以下、図２１のフローチャートを参照して、投影光学系ＰＯのベストフォーカス位置とＸＹ位置の較正方法について説明する。まず、図６と同様の、Ｓ１０１〜Ｓ１０５の各ステップが実施される。次に、Ｓ５０６で、制御部ＣＴＲは、ＲＦＰマークの像のコントラストカーブのピーク位置に対応するＦＰ画像（例えばピーク位置近傍のＦＰ画像）からＲＦＰマークのＸＹ位置（第１位置）を検出する。Ｓ５０７で、制御部ＣＴＲは、ＷＦＰマークの像のコントラストカーブのピーク位置に対応するＦＰ画像（例えばピーク位置近傍のＦＰ画像）からＷＦＰマークのＸＹ位置（第２位置）を検出する。Ｓ５０８で、制御部ＣＴＲは、ＲＦＰマークのＸＹ位置とＷＦＰマークのＸＹ位置との差を算出する。このＸＹ位置差が、ＲＦＰマークを基準とした際のＷＦＰマークのＸＹ位置となり、これは、ＲＦＰマークを基準とした際の投影光学系ＰＯのＸＹ位置に相当する。したがって、ＸＹ位置差に基づいて、原版保持部および基板保持部の少なくともいずれかのＸＹ平面における位置の調整量を決定することができる。これにより、このＸＹ位置差が一定となるように較正することで、投影光学系ＰＯのＸＹ位置の較正が、ベストフォーカス位置の較正と同時に行うことが可能となる。

＜第５実施形態＞
以下では、上記した第１補正処理および第２補正処理を光軸ＰＡ方向と直交する平面（ＸＹ平面）の各位置に関して行う実施形態を説明する。以下では、図２２および図２３のフローチャートを参照して、第４実施形態との差分箇所について説明する。

本実施形態では、図２２、図２３のフローチャートに示される手順で、ＷＦＰマークの像のコントラストカーブおよびＸＹ位置補正テーブル、ＲＦＰマークの像のコントラストカーブおよびＸＹ位置補正テーブルが作成される。

まず、Ｓ６０１で、制御部ＣＴＲは、初期位置として、ＷＳＺ位置をＦＰ１の位置へ駆動し、ウエハステージＷＳのＸＹ位置（以下「ＷＳＸＹ位置」）をライトフィールドカメラ視野中心へ駆動する。Ｓ６０４で、制御部ＣＴＲは、ＷＦＰマークをライトフィールドカメラに撮像させ、原画像データを取得する。Ｓ６０５で、制御部ＣＴＲは、各ＦＰ画像を再構成してＷＦＰマークの像のコントラスト値を算出し、ＷＩＡＦコントラストカーブを求める。Ｓ６０６で、制御部ＣＴＲは、ＷＩＡＦコントラストカーブのピーク位置を算出する。Ｓ６０７で、制御部ＣＴＲは、ＷＦＰマークのコントラストカーブのピーク近傍のＦＰ画像から、ＷＦＰマークのＸＹ位置を算出する。Ｓ６０２〜Ｓ６０９のステップが、ＷＳＺ位置（Ｓ６０２）およびＷＳＸＹ位置（Ｓ６０３）を振りながら実施される。

次に、Ｓ６１０で、制御部ＣＴＲは、各ＦＰ位置で算出したコントラストカーブのピーク位置とＷＳＺ位置の関係との差分、各コントラストカーブのピーク位置でのＷＦＰマークのＸＹ位置とＷＳＸＹ位置の関係との差分を算出する。これらはメモリ１２に補正テーブルとして保存される。補正テーブルの使用方法については図２４を参照して後述する。

次に、ＲＦＰマークの補正テーブルの作成方法について説明する。まず、Ｓ７０１で、制御部ＣＴＲは、初期位置として、焦点調節レンズＬＡをＦＰ１の位置へ駆動する。Ｓ７０３で、制御部ＣＴＲは、ＲＦＰマークをライトフィールドカメラに撮像させ、原画像データを取得する。Ｓ７０４で、制御部ＣＴＲは、各ＦＰ画像を再構成してＲＦＰマークの像のコントラスト値を算出し、ＲＩＡＦコントラストカーブを求める。Ｓ７０５で、制御部ＣＴＲは、ＲＩＡＦコントラストカーブのピーク位置を算出する。Ｓ７０６で、制御部ＣＴＲは、ＲＦＰマークのコントラストカーブのピーク近傍のＦＰ画像からＲＦＰマークのＸＹ位置を算出する。Ｓ７０２〜Ｓ７０７のステップが、焦点調節レンズ位置を振りながら（Ｓ７０２）実施される。

次に、Ｓ７０８で、制御部ＣＴＲは、各ＦＰ位置で算出したコントラストカーブのピーク位置と焦点調節レンズ位置の関係との差分、各コントラストカーブのピーク位置でのＲＦＰマークのＸＹ位置とＦＰ０位置との差分を算出する。これらはメモリ１２に補正テーブルとして保存される。

なお、Ｓ６０７とＳ７０６で使用するＦＰ画像は、コントラストカーブのピーク近傍の画像に限定するものではなく、ＦＰ位置間のコントラストカーブのピーク位置のＦＰ画像を、近傍画像の線形補間や多項式近似等で推定し使用してもよい。Ｓ６１０とＳ７０７で作成された補正テーブルは、高精度な位置決めが可能なＷＳＺ位置や焦点調節レンズ位置基準で見た際の、各ＦＰ位置の理想位置からの誤差と、ＷＳＸＹ位置基準で作る理想格子に対する、各ＦＰ位置のディストーション誤差に相当する。なお、補正テーブルは、ＸＹＺの離散３次元データのため、近傍値の線形補間や多項式近似等で任意の値を算出し使用する。なお、補正テーブルを作成する際には、ＷＳや焦点調節レンズの振動や駆動誤差の影響は発生しうる。しかし、複数回撮像や複数回駆動を実施し、出力の平均値を使用することにより、上記誤差の影響を影響が無視できるまで軽減して補正テーブルを作成することができる。

図２４に、上記処理により作成された補正テーブルを使用した、投影光学系のベストフォーカス較正処理のフローチャートを示す。まず、図６と同様のＳ１０１〜Ｓ１０５の処理が行われる。その後、Ｓ８０６で、制御部ＣＴＲは、ＲＦＰマークの像のコントラストカーブのピーク近傍のＦＰ画像からＲＦＰマークのＸＹ位置を算出する。Ｓ８０７で、制御部ＣＴＲは、ＷＦＰマークの像のコントラストカーブのピーク近傍のＦＰ画像からＷＦＰマークのＸＹ位置を算出する。Ｓ８０９で、制御部ＣＴＲは、Ｓ６１０とＳ７０８で作成された補正テーブルにより、ＲＦＰマークのＸＹ位置とＷＦＰマークのＸＹ位置を、ＷＳＸＹ位置基準に補正する。そして、Ｓ８１０で、制御部ＣＴＲは、ＲＦＰマークのＸＹ位置とＷＦＰマークのＸＹ位置の差を算出し、計測を終了する。

＜第６実施形態＞
第６実施形態では、各マークのコントラストカーブがＦＰレンジ内に位置することを保証し、かつ、各マークがライトフォールドカメラの視野内に位置することを保証する方法について説明する。フォーカス位置の保証方法は第３実施形態と同様であるため、ここではＸＹ位置の保証方法について説明する。

ライトフィールドカメラで計測可能な各マークのＸＹ計測レンジは、ライトフィールドカメラの観察視野内に限定される。そのため、投影光学系ＰＯのＸＹ位置の変化量が、上記視野範囲を超えてしまうと、ライトフィールドカメラの各ＦＰ画像からマークのＸＹ位置の計測ができなくなる。

そこで本実施形態では、次の処理を追加することによりこの問題を回避する。まず、最初の計測時は、上述した第４実施形態に沿って、ライトフィールドカメラからマークＸＹ位置を算出する。最初にマークが観察視野内にない場合は、ＷＳＸＹ位置を走査して、マークのＸＹ位置が観察視野内となる初期位置を探索し決定する。そこで、ライトフィールドカメラで算出したマークＸＹ位置と観察視野中心位置との差分を算出し、次回計測時のＷＳＸＹ位置に反映させる。

これにより、次回のライトフィールドカメラで計測するマークＸＹ位置を観察視野中心にすることができる。本実施形態によれば、例えば、投影光学系ＰＯのＸＹ位置が緩やかにドリフトしているような場合に、マークのＸＹ位置が観察視野外となることを防止することができる。

上述の実施形態ではリソグラフィ装置の一例である露光装置について説明した。しかし本発明は、露光装置のみならず、他のリソグラフィ装置（インプリント装置、荷電粒子線描画装置等）にも適用することができる。なおインプリント装置は、基板の上に供給されたインプリント材に型（原版、モールド）を接触させた状態で該インプリント材を硬化させることによって基板の上にパターンを形成する装置である。荷電粒子線描画装置は、基板の上に供給されたフォトレジストに荷電粒子線によってパターンを描画することによって該フォトレジストに潜像を形成する装置である。

＜物品製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態における物品製造方法は、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。本実施形態の物品製造方法は、上記のリソグラフィ装置（露光装置やインプリント装置、描画装置など）を用いて基板に原版のパターンを転写する工程と、かかる工程でパターンが転写された基板を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。

１：露光装置、ＡＳ：キャリブレーション計測系、ＦＳ：フォーカス検出系、ＩＬ：照明光学系、ＬＳ：露光光源、ＯＡＳ：アライメント検出系、ＰＯ：投影光学系、ＷＳ：ウエハステージ

Claims (14)

1. 原版のパターンを基板に投影する投影光学系を有するリソグラフィ装置であって、
   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、
   前記原版または前記原版保持部に配置された原版側マークの像とともに、前記投影光学系を介して前記基板または前記基板保持部に配置された基板側マークの像を検出する検出部と、
   制御部と、
   を有し、
   前記検出部は、前記原版側マークの像と前記基板側マークの像とを含むリフォーカス可能なライトフィールド画像データを生成し、
   前記制御部は、
   前記検出部から取得した前記ライトフィールド画像データに基づいて、それぞれフォーカス方向の位置が互いに異なる複数の画像を再構成するリフォーカス演算を行い、
   前記リフォーカス演算によって再構成された前記複数の画像に基づいて、前記原版保持部および前記基板保持部の少なくともいずれかの位置を調整する
   ことを特徴とするリソグラフィ装置。
2. 前記制御部は、前記複数の画像それぞれにおける前記原版側マークの像のコントラスト値から得られるコントラストカーブにおけるピーク位置と、前記複数の画像それぞれにおける前記基板側マークの像のコントラスト値から得られるコントラストカーブにおけるピーク位置との差分に基づいて、前記投影光学系の光軸と平行な第１方向における前記基板保持部の位置を調整することを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 前記検出部は、焦点調節レンズを含み、
   前記制御部は、
   前記原版側マークの像の前記コントラストカーブにおけるピーク位置に応じて、前記第１方向における前記焦点調節レンズの位置を決定し、
   前記差分に基づいて、前記焦点調節レンズの前記決定された位置を基準とする前記第１方向における前記基板保持部の位置の調整量を決定する
   ことを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記投影光学系の光軸に対して斜め方向から前記基板の表面に光を照射し、前記基板の表面で反射された光を検出することで前記第１方向における前記基板の位置を検出するフォーカス検出系を更に有することを特徴とする請求項３に記載のリソグラフィ装置。
5. 前記制御部は、前記基板側マークの像の前記コントラストカーブにおけるピーク位置の前記第１方向における前記基板保持部の位置に対する依存性を表す特性における、前記フォーカス検出系により検出される前記第１方向における前記基板保持部の位置に対する前記ピーク位置の誤差の情報に基づいて、前記基板保持部の前記決定された調整量を補正する第１補正処理を行うことを特徴とする請求項４に記載のリソグラフィ装置。
6. 前記制御部は、前記基板保持部を前記第１方向における各位置に駆動し、それぞれの位置で、前記検出部に前記ライトフィールド画像データを再構成させて、前記特性を得ることを特徴とする請求項５に記載のリソグラフィ装置。
7. 前記制御部は、更に、前記原版側マークの像の前記コントラストカーブにおけるピーク位置の前記第１方向における前記焦点調節レンズの位置に対する依存性を表す特性における、前記第１方向における前記焦点調節レンズの位置に対する前記ピーク位置の誤差の情報に基づいて、前記焦点調節レンズの前記決定された位置を補正する第２補正処理を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載のリソグラフィ装置。
8. 前記制御部は、前記焦点調節レンズを前記第１方向における各位置に駆動し、それぞれの位置で、前記検出部に前記ライトフィールド画像データを再構成させて、前記特性を得ることを特徴とする請求項７に記載のリソグラフィ装置。
9. 前記制御部は、前記原版側マークの像の前記コントラストカーブにおけるピーク位置が前記ライトフィールド画像データによりリフォーカス可能な範囲を示すリフォーカスレンジの中央のフォーカスプレーン位置になるように、前記第１方向における前記焦点調節レンズの位置を決定することを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
10. 前記制御部は、前記基板側マークの像の前記コントラストカーブにおけるピーク位置が前記ライトフィールド画像データによりリフォーカス可能な範囲を示すリフォーカスレンジの中央のフォーカスプレーン位置になるように、前記第１方向における前記基板保持部の位置の調整量を決定することを特徴とする請求項３乃至９のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
11. 前記制御部は、更に、
    前記複数の画像のうち前記原版側マークの像の前記コントラストカーブにおけるピーク位置に対応する画像から、前記原版側マークの像の前記第１方向と直交する平面における位置を示す第１位置を検出し、
    前記複数の画像のうち前記基板側マークの像の前記コントラストカーブにおけるピーク位置に対応する画像から、前記基板側マークの像の前記平面における位置を示す第２位置を検出し、
    前記第１位置と前記第２位置との差に基づいて、前記原版保持部および前記基板保持部の少なくともいずれかの前記平面における位置の調整量を決定する
    ことを特徴とする請求項４に記載のリソグラフィ装置。
12. 前記制御部は、前記基板側マークの像の前記コントラストカーブにおけるピーク位置の前記第１方向における前記基板保持部の位置に対する依存性を表す特性における、前記フォーカス検出系により検出される前記第１方向における前記基板保持部の位置に対する前記ピーク位置の誤差の情報に基づいて、前記基板保持部の前記決定された調整量を補正する第１補正処理を、前記第１方向と直交する平面の各位置に関して行うことを特徴とする請求項１１に記載のリソグラフィ装置。
13. 前記制御部は、更に、前記原版側マークの像の前記コントラストカーブにおけるピーク位置の前記第１方向における前記焦点調節レンズの位置に対する依存性を表す特性における、前記第１方向における前記焦点調節レンズの位置に対する前記ピーク位置の誤差の情報に基づいて、前記焦点調節レンズの前記決定された位置を補正する第２補正処理を、前記第１方向と直交する平面の各位置に関して行うことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のリソグラフィ装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンが形成された基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とする物品製造方法。