JPH11186149A

JPH11186149A - 露光方法、露光装置、及びデバイスの製造方法

Info

Publication number: JPH11186149A
Application number: JP9363989A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ota; 和哉太田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】多層的な露光にあたって、層間における重ね
合わせ精度を向上する。【解決手段】マスクＲに形成されたパターンを感応基
板Ｗの複数の区画領域に順次転写するにあたって、感応
基板Ｗ上の所定の区画領域を露光する際に、その時点の
感応基板Ｗの熱膨張を考慮して直前の区画領域の露光位
置から所定の区画領域の露光位置への感応基板Ｗの移動
を行い、この後に所定の区画領域に対しマスクパターン
を転写する。これにより、露光後の冷却状態において基
板上でショット領域が所望の間隔で並ぶ露光が行われ
る。この結果、次層の重ね合わせ精度の向上を図ること
ができるるとともに、前層と重ね合わせ精度の良い露光
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光方法、露光装
置、及びデバイスの製造方法に係り、さらに詳しくは半
導体素子、液晶表示素子等をリソグラフィ工程で製造す
る際に用いられる露光方法、その露光方法が適用される
露光装置、及びその露光方法又は露光装置を使用した半
導体素子、液晶表示素子等のデバイスの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレ
チクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成された
パターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布された
ウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「感応
基板又はウエハ」という）上に転写する露光装置が用い
られている。この種の装置としては、感応基板としての
ウエハが搭載されたウエハステージを所定量Ｘ、Ｙ２次
元方向に移動させて所定の露光位置へ位置決めするステ
ッピング動作と、その位置決め状態でレチクルのパター
ンを投影光学系を介して感応基板上のショット領域に転
写する露光動作とを繰り返す静止露光型（ステップ・ア
ンド・リピート方式ともいう）の縮小投影型露光装置
（いわゆる「ステッパ」）や、このステッパを改良し、
レチクル上の所定のスリット状領域を照明光で照明しな
がら、レチクルを保持するレチクルステージとウエハス
テージとを投影光学系に対して所定の走査方向に同期移
動させ、レチクル上の前記スリット領域内のパターンを
投影光学系を介してウエハ上に逐次転写することによ
り、ウエハ上の各ショット領域にレチクルパターン全面
を転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露
光装置が実用化されている。

【０００３】かかる露光装置では、ウエハ上に所定の行
間隔及び列間隔でマトリクス状に配列されたショット領
域（第１層の場合は、実際にはショット領域は形成され
ていないが、その場合の仮想的なショット領域をも含
む）を所定の順序で露光する。この所定の順序として
は、露光におけるウエハステージの移動効率、ひいては
装置のスループット向上の観点から、ある行について、
Ｘ方向（又はＹ方向）に順次所定量だけステッピング
し、次の行では、逆方向に順次ステッピングを行い、ウ
エハ上にＸＹ２次元方向でマトリクス状に配置された各
ショット領域の露光を行うこと（いわゆる、行ジグザグ
方式（又は列ジグザグ方式））が、一般的になされてい
る。

【０００４】また、第２層以降の露光の際には、前層ま
での露光によりウエハ上に形成されたショット領域の回
路パターンとレチクルのパターンとの位置合わせ（以
下、「アライメント」という）が行われる。かかるアラ
イメント方式としては、１ショット毎にアライメントを
行うダイバイダイ方式と、ウエハ内数箇所のアライメン
トマーク（回路パターンとともに転写された位置合わせ
マーク）を計測し、最小二乗近似等で各ショット領域の
配列座標を求めた後、露光に際しては、その演算結果を
用いてウエハステージの精度に任せてステッピングを行
うエンハンスト・グローバル・アライメント（以下、
「ＥＧＡ」という）方式とがある。これらの方式の内、
装置のスループットの観点から、ＥＧＡ方式が現在広く
使われている。

【０００５】従来の露光装置では、露光対象とするショ
ット領域を変更するとき、第１層の露光の際には、行方
向に関するスッテピング量を前記所定の行間隔の整数倍
として、また、列方向に関するステッピング量を前記所
定の列間隔の整数倍としている。また、ＥＧＡ方式を使
用する第２層以降の露光の際には、ＥＧＡの演算結果か
らステッピング量を求めている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＥＧＡ
方式を使用しつつ、従来のようにしてスッテピング量を
定めていたのでは、層間での重ね合わせ精度の限界があ
った。この原因は、露光時の照射熱により、ウエハが徐
々に膨脹していたからである。

【０００７】すなわち、ある層の露光にあたり最初のシ
ョット領域を露光すると、ウエハに塗布されたレジスト
剤の反応により出される熱や、レジスト剤の反応に寄与
しなかった、いわゆる余分なエネルギによる熱が発生
し、ウエハ温度を上昇させる。こうして発生した熱の一
部はウエハ表面から空気に逃げていくが、そのほとんど
はウエハに留まる。そして、ウエハ内を伝播したり、ウ
エハ裏面から当該ウエハを保持するウエハホルダに伝導
する。ウエハホルダに伝導した熱はやはりホルダ内を伝
播していくし、ウエハ内を伝播していった熱は、その途
中でホルダに伝わる。すなわち、ウエハとウエハホルダ
が一体となって温まることになる。更に、ホルダの裏
面、すなわちウエハと接触している側の反対側の面はウ
エハステージに接しており、徐々にではあるが熱が逃げ
ていく。

【０００８】こうした過程において、熱の収支は、徐々
にウエハ及びウエハホルダに熱が溜まる方向である。す
なわち、その層の露光における最初のショット領域（第
１ショット領域）の露光が開始されてから、最終ショッ
トの露光が終了するまでウエハ及びウエハホルダには徐
々に熱が溜まっていくことになる。すなわち、ウエハ及
びウエハホルダの温度が徐々に上昇することになるの
で、ウエハ及びウエハホルダが徐々に膨脹することにな
る。Ｓｉウエハの線膨張率が２．４ｐｐｍ／Ｋであるか
ら、温度が０．１℃上昇する間に、直径２００ｍｍのウ
エハは４８ｎｍも伸びることになる。

【０００９】この結果、従来の露光装置による露光で
は、概していうと、露光順序が後のショット領域ほど、
露光後の冷却状態における隣接するショット領域との間
隔は設計上の間隔よりも小さくなり、重ね合わせ精度が
低下することになる。更に、例えば、行ジクザグ方式の
露光順序で露光をした場合には、互いに隣り合う行のシ
ョット領域についてみると、列方向で隣り合う２つのシ
ョット領域の露光時の間におけるウエハの伸びは、行移
動した側の２つのショット領域の露光間が小さく、行移
動した側から離れるにつれて徐々に大きくなっていく。
すなわち、冷却後におけるショット領域の２次元格子か
らのずれは、行毎に前行から移動してきた位置側に偏る
ことになる。これと同様に、列ジクザグ方式の露光順序
で露光をした場合には、列毎に前列から移動してきた位
置側に偏ることになる。

【００１０】したがって、前層の露光を行ジクザグ方式
の露光順序で行い、次層の形成にあたって行うＥＧＡに
おけるサンプルショットを選ぶ際、例えば、偶数行ばか
りから選んだとすれば、奇数行はアライメント結果に反
映されないため、奇数行のショット領域については行方
向のオフセット誤差が生じてしまう。

【００１１】また、一般に半導体回路を作る場合、２０
層以上のリソグラフィ工程が介在し、その都度前層に対
する重ね合わせ精度が重要になる。もちろん、前述のア
ライメント誤差もその重ね誤差の要素の一つであるが、
たとえアライメントがうまくいってもそれだけで層間の
重ね合わせがうまくいく保証はない。なぜなら、各層を
形成するための回路パターンが描かれたレチクルは、形
成されたパターンの形状により透過率や反射率が異なる
ため、ウエハに到達するエネルギは異なるからである。
また、ウエハ表面の反射率も層により異なることがある
し、塗布されるレジストの厚さ等も異なることがあるか
らである。したがって、各層毎にウエハの膨脹量が異な
ることがあるので、露光ショット順を前層と同じにして
も、層間でずれが生じ得ることになる。また、前層は行
ジグザグ方式の露光順で露光され、次層は列ジグザグ方
式の露光順で露光されようものならば、層間のずれはま
すます大きくなってしまう。

【００１２】本発明は、かかる事情の下になされたもの
であり、その第１の目的は、重ね合わせ精度の向上を図
ることが可能な露光方法を提供することにある。

【００１３】また、本発明の第２の目的は、重ね合わせ
精度の向上を図ることが可能な露光装置を提供すること
にある。

【００１４】また、本発明の第３の目的は、高集積度の
デバイスを生産性を向上して製造する方法を提供するこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、マス
ク（Ｒ）に形成されたパターンを感応基板（Ｗ）の複数
の区画領域に順次転写する露光方法であって、前記感応
基板（Ｗ）上の所定の区画領域を露光する際に、その時
点の前記感応基板（Ｗ）の熱膨張を考慮して直前の区画
領域の露光位置から前記所定の区画領域の露光位置への
前記感応基板（Ｗ）の移動を行う第１工程と；前記所定
の区画領域に対し前記マスクパターンを転写する第２工
程とを含む。

【００１６】ここで、感応基板の熱膨張とは、感応基板
単体の膨張を律する感応基板の保持部材等がある場合に
は、この保持部材及び感応基板の全体として熱膨張をい
う。

【００１７】各区画領域毎に行われる露光によって、感
応基板の露光対象となった区画領域部で熱が発生するの
で、各区画領域の露光時毎に感応基板の温度状態がそれ
ぞれ異なり、熱膨張の態様がそれぞれ異なる。これに応
じて、本請求項１の露光方法では、まず、感応基板上の
所定の区画領域（以下、「ショット領域」ともいう）を
露光する際に、その時点におけるの感応基板の熱膨張を
考慮して直前の区画領域の露光位置から所定の区画領域
の露光位置へ感応基板を移動（ステッピング）する（第
１工程）。ここで、感応基板の熱膨張に応じた感応基板
の移動には、感応基板の熱膨張に応じてマスクの位置
（走査露光の場合には走査開始位置）を調整（補正）
し、所定の区画領域の露光位置そのものを変化させるこ
とも含んでいる。こうして感応基板を移動した後、所定
の区画領域に対しマスクパターンを転写する（第２工
程）。

【００１８】したがって、請求項１の露光方法によれ
ば、露光後の冷却状態において基板上でショット領域が
所望の間隔で並ぶような露光が可能となる。この結果、
次層の重ね合わせ精度の向上を図ることができるるとと
もに、前層と重ね合わせ精度の良い露光ができる。

【００１９】請求項２に記載の発明は、請求項１の露光
方法において、前記第１工程の処理に先立って、前記感
応基板（Ｗ）上に前記複数の区画領域とともに形成され
た複数の位置合わせマークの内の予め定めた特定の複数
の位置合わせマークの位置を検出し、この検出結果に基
づいて統計演算により前記感応基板（Ｗ）上に形成され
た前記複数の区画領域の位置を求める第３工程を更に含
み、前記第１工程における前記感応基板（Ｗ）の移動
は、前記感応基板（Ｗ）の熱膨張に基づいて前記第３工
程の演算結果を補正した前記所定の区画領域の露光位置
を目標として行われることを特徴とする。

【００２０】上述のように、一般に半導体回路を作る場
合には２０層以上のリソグラフィ工程が介在し、各層毎
に露光が行われる。こうした、多層的に露光をする場合
には、前層に対してアライメントを行う必要がある。

【００２１】請求項２の露光方法では、例えば、多層的
な露光において、２層目以降の層について実際に露光を
行うのに先立ち、感応基板上に複数の区画領域とともに
形成された複数の位置合わせマークの内の予め定めた特
定の複数の位置合わせマークの位置を検出し、この検出
結果に基づいて最小二乗近似等の統計演算により感応基
板上に形成された複数の区画領域の位置を求める（第３
工程）。すなわち、上述のＥＧＡによるアライメントを
採用する。

【００２２】そして、前記第１工程における感応基板の
移動にあたり、感応基板の熱膨張に基づいて第３工程で
求めた各区画領域の位置を補正した各所定の区画領域の
露光位置を目標として行う。こうして感応基板を移動し
た後、所定の区画領域に対しマスクパターンを転写す
る。

【００２３】これによれば、各層において採用する露光
順序に拘わらず、高い重ね合わせ精度を確保しつつ多層
的な露光を行うことができる。

【００２４】なお、請求項２の露光方法では、例えば、
ＥＧＡの設計上のショット領域の座標値を熱膨張を考慮
したものとして、ＥＧＡ方式によるアライメントを行っ
ても、熱膨張を考慮しない従来例に比べ高い重ね合わせ
精度を確保しつつ多層的な露光を行うことができる。

【００２５】請求項３に記載の発明は、請求項１の露光
方法において、前記第１工程における前記感応基板
（Ｗ）の熱膨張は、その層の露光において既に行われた
露光により前記感応基板（Ｗ）で発生した熱量に基づい
て求められたものであることを特徴とする。

【００２６】マトリクス状に配列された区画領域の露光
において、露光対象とする区画領域を変更するときに、
行方向に関するスッテピング量を一定の行間隔の整数倍
とし、また、列方向に関するステッピング量を一定の列
間隔の整数倍とした場合に、区画領域が正確な直格子状
に並ばないのは、各区画領域の露光時毎に感応基板の温
度状態がそれぞれ異なり、熱膨張の態様がそれぞれ異な
るからである。周囲温度がその層の露光中に変化しなけ
れば、こうした各区画領域温度の相違は、各区画領域の
露光毎に感応基板で発生する熱に起因することになる。
すなわち、周囲温度がその層の露光中に実質的には変化
しない通常の場合には、前記第１工程で考慮する熱膨張
は、その層の露光において既に行われた露光により感応
基板で発生した熱に起因する熱膨張のみで十分である。

【００２７】したがって、請求項３の露光装置によれ
ば、周囲温度がその層の露光中に実質的には変化しない
通常の場合に、露光後の冷却状態において基板上でショ
ット領域を所望の間隔で並べる、すなわち直格子状に並
べるような露光が可能となる。この結果、以後の露光工
程においてＥＧＡ等を採用して高い重ね合わせ精度を確
保することができる。

【００２８】請求項３の露光方法において、感応基板
（Ｗ）の熱膨張の求め方には様々考えられるが、請求項
４に記載の発明のように、前記感応基板（Ｗ）の熱膨張
を、その層において既に露光が行われた前記区画領域の
数を変数とする関数であるとして求めることも可能であ
るし、また、請求項５に記載の発明のように、前記感応
基板（Ｗ）の熱膨張を、その層において既に行われた露
光の内、これから行われる前記区画領域の露光に対して
空間的かつ時間的に近い露光で発生した熱量は前記感応
基板（Ｗ）の局所的な熱膨張に寄与し、空間的又は時間
的に遠い露光で発生した熱量は前記感応基板（Ｗ）全体
の熱膨張に寄与するとして求めることも可能である。

【００２９】請求項４の露光方法では、各区画領域の露
光によって感応基板で発生した熱は直ちに感応基板全体
に伝播するとして、感応基板の熱膨張を求める。この仮
定は現実の熱膨張の態様とは完全には一致しないが、熱
膨張を全く考慮しない場合と比べるとはるかによい近似
である。ところで、区画領域毎に照射される露光光のエ
ネルギはそれぞれ一定であると考えられるので、各区画
領域の露光によって感応基板で発生する熱量は互いに同
一であると考えてよい。すなわち、前述の近似の場合に
は、特定の区画領域の露光にあたって考慮すべき熱膨張
は、その層において既に露光された前記区画領域の数を
変数とする関数であるとすることができる。したがっ
て、請求項４の露光方法によれば、簡易に重ね合わせ精
度を向上することができる。

【００３０】ところで、実際の感応基板では、露光によ
って感応基板の区画領域部で発生した熱の拡散速度が非
常に速いというわけではないので、ある区画領域の露光
によって発生した熱による熱膨張は、まずその区画領域
の近辺で局所的に発生し、徐々に基板全体としての熱膨
張となっていく。すなわち、感応基板における熱拡散に
は時間がかかるのである。

【００３１】そこで、請求項５の露光方法では、各々の
区画領域の露光において考慮する熱膨張を求めるのにあ
たり、こうした感応基板における熱拡散の時間を考慮す
る。こうした仮定は、現実の熱膨張に対して非常に良い
近似となっている。したがって、請求項５の露光方法に
よれば、現実の感応基板の熱膨張を高精度に考慮した露
光が行われるので、重ね合わせ精度を一層向上させるこ
とが可能となる。

【００３２】請求項６に記載の発明は、請求項１の露光
方法において、第１工程の処理に先立って行われる、測
定用感応基板上の転写前における設計上の測定用区画領
域の間隔にのみ基づいて、測定用マスクに形成された測
定用パターンを前記測定用感応基板上の複数の測定用区
画領域に順次転写する第４工程と；前記測定用パターン
が転写された前記測定用感応基板を転写前の温度に冷却
し、前記測定用区画領域の相互間の距離を測定する第５
工程と；前記第５工程における測定結果に基づいて、露
光時における前記感応基板（Ｗ）の熱膨張を求める第６
工程とを更に含む。

【００３３】本請求項６の発明では、デバイス製造のた
めの露光の前に、テスト露光を行って感応基板の熱膨張
の態様を計測する。このテスト露光は、測定用感応基板
上の転写前における設計上の測定用区画領域の間隔にの
み基づいて、測定用マスクに形成された測定用パターン
を測定用感応基板上の複数の測定用区画領域に転写する
（第４工程）ことによって行われる。ここで、テスト露
光における測定用マスク、測定用パターン、測定用感応
基板、測定用区画領域、及び露光順序等は、デバイス製
造時のマスク、パターン、感応基板、区画領域、及び露
光順序等と同等であることが好ましい。

【００３４】こうしてテスト露光された測定用感応基板
を冷却後、測定用基板に転写されたパターンを観測する
ことにより、測定用区画領域の相互間の距離を測定する
（第５工程）。この測定結果は、露光中における感応基
板の熱膨張を反映している。そこで、距離測定の測定結
果に基づいて、露光による感応基板の熱膨張を求める
（第６工程）。

【００３５】したがって、請求項６の露光方法によれ
ば、実際のテスト露光の結果に基づいて、露光中におけ
る感応基板の熱膨張を求めるので、非常に高い重ね合わ
せ精度を確保することができる。

【００３６】請求項７に記載の発明は、請求項１の露光
方法において、前記区画領域の露光順序が、マトリクス
状に配列された前記区画領域について、前記マトリクス
の第１行方向で隣接する前記区画領域へ順次進み、前記
第１行方向に隣接する前記区画領域が存在しない場合に
前記マトリクスの列方向に沿って隣接する行へ進み、そ
の後に前記第１行方向と逆方向である第２行方向へ進む
順序であり、同一の行方向に配列された前記区画領域の
連続的な露光において、直前の区画領域の露光位置から
前記所定の区画領域の露光位置への前記感応基板（Ｗ）
の移動量が、前記直前の区画領域の露光のための前記感
応基板（Ｗ）の移動量よりも小さいことを特徴とする。

【００３７】ここで、行方向とはマトリクス状配列にお
ける１つの配列方向をいい、列方向とは行方向に対して
直交する他の１つの配列方向をいう。

【００３８】本請求項７のように行ジグザグ方式の露光
順序の場合、感応基板全体で見ると、第１行より第２
行、第２行より第３行と進むにしたがって前の行を露光
した際の熱が伝播してくるため、感応基板の熱膨張は徐
々に大きくなる。しかしながら、露光対象となる区画領
域の行が変更された直後における区画領域の露光を考え
ると、時間的に近接した直前行において露光の対象とな
った区画領域ほど空間的に近接している。こうした時間
的に近接した直前行において露光の対象となった区画領
域ほど、これから露光しようとする区画領域と空間的に
も近接しているという傾向は、その行における区画領域
の露光が進むほど小さくなる。ところで、前述のよう
に、感応基板では、ある区画領域の露光によって発生し
た熱による熱膨張は、まずその区画領域の近辺で局所的
に発生した熱に応じて発生し、徐々に発生熱量に応じた
基板全体としての熱膨張となっていく。したがって、前
行に関する露光完了後の次行の露光では、その次行にお
いて露光対象となる区画領域が更新されるほど、前行に
おける露光に起因する局所的な熱膨張の影響が小さくな
っていく場合がある。すなわち、一つの行における露光
にあたり、行方向に沿った区画領域の更新に伴って、考
慮すべき熱膨張が徐々に小さくなる場合があることが考
えられる。

【００３９】請求項７の露光方法によれば、このことを
考慮して、前記第１工程における前記感応基板の移動量
を、一つの行における行方向に沿った前記区画領域の更
新に伴って減少させるので、行ジグザグ方式の露光順序
の場合に高い重ね合わせ精度を確保することが可能とな
る。また、列ジグザグ方式の露光順序の場合にも、請求
項７の露光方法において行と列とを入れ替えた露光方法
により高い重ね合わせ精度を確保することが可能とな
る。

【００４０】請求項８に記載の発明は、マトリクス状に
配置された前記区画領域を順次露光するのにあたって、
第Ｎ行（Ｎは自然数）の最後の区画領域から第（Ｎ＋
１）行の最初の区画領域に移動するときの前記感応基板
の移動量に与えられる補正量は、第（Ｎ−１）行の最後
の区画領域から第Ｎ行の最初の区画領域に移動したとき
の前記感応基板の移動量に与えられる補正量よりも大き
いことを特徴とする。

【００４１】例えば、行ジグザグ方式の露光順序のよう
に、前回の列方向への移動から幾つもの区画領域の露光
を行った後に列方向への移動行う場合には、前回の列方
向への移動時と局所的な熱膨張の影響は同様であるが、
感応基板全体としての熱膨張は、前回の列方向の移動に
おける感応基板全体としての熱膨張よりも大きくなって
いる。したがって、前回の列方向への移動から幾つもの
区画領域の露光を行った後に列方向への移動行う露光順
序の場合には、請求項８の露光方法のように、第Ｎ行の
最後の区画領域から第（Ｎ＋１）行の最初の区画領域に
移動するときに感応基板の移動量に与えられる補正量
を、第（Ｎ−１）行の最後の区画領域から第Ｎ行の最初
の区画領域に移動するときに感応基板の移動量に与えら
れる補正量よりも大きくすることにより、高い重ね合わ
せ精度を維持することができる。

【００４２】請求項９に記載の発明は、請求項１の露光
方法において、前記マスク（Ｒ）に形成された前記パタ
ーンの前記感応基板（Ｗ）への転写は投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して行われ、前記感応基板（Ｒ）の膨張量に応
じて、前記パターンの像倍率を可変制御することを特徴
とする。

【００４３】感応基板上の区画領域に関する露光を順次
進めていくと、前述のように感応基板の熱膨張が進行し
ていく。したがって、マスクに形成されたパターンを投
影光学系を介して感応基板に転写する場合に、像倍率を
一定のままにすると、露光後に冷却された感応基板上で
は、各区画領域ごとに転写されたパターンの大きさ（例
えば、回路パターンの線幅等）が異なることになる。

【００４４】請求項９の露光方法では、このことを考慮
して、各区画領域の露光にあたって、感応基板の熱膨張
に応じて投影光学系の投影倍率やマスクと投影光学系と
の間隔等を変化させることによりパターンの像倍率を可
変制御するので、露光後に冷却された感応基板上の各区
画領域ごとに転写されたパターンの大きさを同一とする
ことができ、高い重ね合わせ精度を確保することができ
る。

【００４５】請求項１０に記載の発明は、請求項１の露
光方法において、前記マスク（Ｒ）に形成された前記パ
ターンの前記感応基板（Ｗ）への転写は前記マスク
（Ｒ）と前記感応基板（Ｗ）とを同期移動させつつ行わ
れ、前記感応基板（Ｗ）の膨張量に応じて、前記区画領
域の露光における前記マスク（Ｒ）及び前記感応基板
（Ｗ）の少なくとも一方の前記同期移動の開始位置及び
前記マスク（Ｒ）と前記感応基板（Ｗ）との同期速度比
を補正することを特徴とする。

【００４６】マスクに形成されたパターンの感応基板へ
の転写をマスクと感応基板とを同期移動させつつ行う走
査露光では、走査方向に関する像倍率はマスクの移動速
度と感応基板の移動速度との比によって決定される。し
たがって、マスクに形成されたパターンを感応基板に転
写する場合に、マスクの移動速度と感応基板の移動速度
との比を一定のままにすると、露光後に冷却された感応
基板上では、各区画領域ごとに転写されたパターンの大
きさが異なることになる。

【００４７】請求項１０の露光方法では、このことを考
慮して、各区画領域の露光にあたって、感応基板の熱膨
張に応じて、マスク及び感応基板の少なくとも一方の同
期移動の開始位置及び前記マスクと前記感応基板との同
期速度比を補正するので、露光後に冷却された感応基板
上の各区画領域ごとに転写された走査方向のパターンの
大きさを同一とすることができ、高い重ね合わせ精度を
確保することができる。

【００４８】なお、走査露光にあたって投影光学系を使
用する場合には、走査方向については、請求項１０の露
光方法により像倍率を補正し、非走査方向（すなわち、
走査方向と垂直な方向）については、投影光学系の投影
倍率やマスクと投影光学系との間隔等を変化させること
によりパターンの像倍率を補正することにより、露光後
に冷却された感応基板上の各区画領域ごとに転写された
パターンの大きさを同一とすることができる。

【００４９】請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１
０のいずれかの露光方法を用いたことを特徴とするデバ
イス製造方法である。

【００５０】これによれば、請求項１〜１０のいずれか
の露光方法を利用するので、高い重ね合わせ精度を確保
することが可能であり、高集積度のデバイスを生産性を
向上して製造することができる。

【００５１】請求項１２に記載の発明は、マスク（Ｒ）
に形成されたパターンを感応基板（Ｗ）の複数の区画領
域に順次転写する露光装置であって、前記感応基板
（Ｗ）上の所定の区画領域を露光する際における、その
時点の前記感応基板（Ｗ）の熱膨張を考慮した直前の区
画領域の露光位置から前記所定の区画領域の露光位置へ
の前記感応基板（Ｗ）の移動量情報を求める処理装置
（２０）と；前記移動量情報に基づいて、前記感応基板
（Ｗ）を駆動して前記感応基板（Ｗ）を露光位置に設定
する駆動装置（２１）とを備える。

【００５２】上述のように、各区画領域の露光時毎に感
応基板の温度状態がそれぞれ異なり、熱膨張の態様がそ
れぞれ異なる。これに応じて、請求項１２の露光装置で
は、処理装置が、感応基板上の所定の区画領域を露光す
る際における、その時点の感応基板の熱膨張を考慮した
直前の区画領域の露光位置から所定の区画領域の露光位
置への感応基板を移動量情報を求める。そして、こうし
て求められた移動量情報に基づいて、駆動装置が、感応
基板を駆動して感応基板を露光位置に設定する。なお、
駆動装置による感応基板の熱膨張に応じた感応基板の露
光位置の設定には、感応基板の熱膨張に応じてマスクの
位置（走査露光の場合には走査開始位置）を調整し、所
定の区画領域の露光位置そのものを変化させることも含
んでいる。

【００５３】したがって、請求項１２の露光装置によれ
ば、露光後の冷却状態において基板上でショット領域が
所望の間隔で並ぶような露光が可能となる。この結果、
次層の重ね合わせ精度の向上を図ることができるるとと
もに、前層と重ね合わせ精度の良い露光ができる。

【００５４】請求項１３に記載の発明は、請求項１２の
露光装置において、前記感応基板（Ｗ）上に前記複数の
区画領域とともに形成された複数の位置合わせマークの
内の予め定めた特定の複数の位置合わせマークの位置を
検出する位置検出系（７０，７２）と；前記位置検出系
（７０，７２）による検出結果に基づいて統計演算によ
り前記感応基板（Ｗ）上に形成された前記複数の区画領
域の位置を求める演算装置（２０）とを更に備え、前記
処理装置（２０）は、前記感応基板（Ｗ）の熱膨張に基
づいて前記演算装置（２０）の演算結果を補正した前記
所定の区画領域の露光位置を目標位置として前記感応基
板（Ｗ）の移動量を求めることを特徴とする。

【００５５】請求項１３の露光装置では、多層的な露光
において、２層目以降の層について実際に露光を行うの
に先立ち、位置検出系が、感応基板上に複数の区画領域
とともに形成された複数の位置合わせマークの内の予め
定めた特定の複数の位置合わせマークの位置を検出す
る。この検出結果に基づいて、演算装置が、最小二乗近
似等の統計演算により感応基板上に形成された複数の区
画領域の位置を求め、前述のＥＧＡによるアライメント
を行う。

【００５６】この後、各区画領域について順次露光を行
うが、露光対象となる区画領域の更新にあたり、処理装
置が、感応基板の熱膨張に基づいて演算装置の演算結果
を補正する。処理装置は、この補正結果に応じた区画領
域の露光位置を目標位置として前記感応基板の移動量を
求める。

【００５７】したがって、請求項１３の露光装置によれ
ば、各層において採用する露光順序に拘わらず、重ね合
わせ精度を確保しつつ多層的な露光を行うことができ
る。

【００５８】請求項１４に記載の露光装置は、請求項１
２の露光装置において、前記区画領域の露光順序は、マ
トリクス状に配列された前記区画領域について、前記マ
トリクスの第１行方向で隣接する前記区画領域へ順次進
み、前記第１行方向に隣接する前記区画領域が存在しな
い場合に前記マトリクスの列方向に沿って隣接する行へ
進み、その後に前記第１行方向と逆方向である第２行方
向へ進む順序であり、前記移動量情報には、同一の行方
向に配列された前記区画領域の連続的な露光において、
直前の区画領域の露光位置から前記所定の区画領域の露
光位置への前記感応基板（Ｗ）の移動量が、前記直前の
区画領域の露光のための前記感応基板（Ｗ）の移動量よ
りも小さい情報が含まれることを特徴とする。

【００５９】ここで、行方向とはマトリクス状配列にお
ける一つの配列方向をいい、列方向とは行方向に対して
直交する一つの配列方向をいう。

【００６０】前述のように、行ジグザグ方式の露光順序
の場合には、一つの行における露光にあたり、行方向に
沿った区画領域の更新に伴って、考慮すべき熱膨張が徐
々に小さくなる場合があることが考えられる。

【００６１】したがって、請求項１４の露光装置によれ
ば、感応基板の熱膨張に応じた感応基板の移動量を、一
つの行における行方向に沿った区画領域の更新に伴って
減少させるので、行ジグザグ方式の露光順序の場合に高
精度な露光を実現できる。

【００６２】なお、行ジグザグ方式の露光順序の場合に
は、列方向に移動するときの移動量は、前回の列方向に
移動したときの移動量よりも大きくなる。これは、局所
的な熱膨張の影響は前回の列方向への移動時と同様であ
る一方、列方向に移動するときの感応基板全体としての
熱膨張は、前回の列方向の移動における感応基板全体と
しての熱膨張よりも大きくなっているからである。

【００６３】請求項１５に記載の発明は、請求項１２の
露光装置において、前記感応基板（Ｗ）の熱膨張に応じ
て、前記マスク（Ｒ）に形成されたパターンの前記感応
基板（Ｗ）上での像倍率を可変制御する投影倍率制御系
（ＰＬ，６８，１９，２１）を更に備える。

【００６４】請求項１５の露光装置によれば、各区画領
域の露光にあたって、投影倍率制御系が、感応基板の熱
膨張に応じて感応基板上でのパターンの像倍率を可変制
御するので、露光後に冷却された感応基板上の各区画領
域ごとに転写されたパターンの大きさを同一とすること
ができ、高い重ね合わせ精度を確保することが可能とな
る。

【００６５】請求項１５の露光装置において、投影倍率
制御系の構成は様々考えられるが、投影倍率制御系を、
マスク（Ｒ）に形成されたパターンを感応基板（Ｗ）上
に結像する投影光学系（ＰＬ）と；感応基板（Ｗ）の熱
膨張に応じて投影光学系（ＰＬ）の投影倍率を可変制御
する結像特性制御機構（６８）とを備えて構成してもよ
いし、また、請求項１６に記載の発明のように、前記投
影倍率制御系を、前記区画領域の露光にあたって、前記
マスク（Ｒ）と前記感応基板（Ｗ）とを同期移動させる
同期移動機構（２１）と；前記感応基板（Ｗ）の膨張量
に応じて、前記区画領域の露光における前記マスク
（Ｒ）及び前記感応基板（Ｗ）の少なくとも一方の前記
同期移動の開始位置及び前記マスク（Ｒ）と前記感応基
板（Ｗ）との同期速度比を制御する同期移動制御機構
（１９）とを備えて構成してもよい。

【００６６】請求項１６の露光装置によれば、走査露光
による各区画領域の露光にあたって、同期移動制御機構
が、感応基板の熱膨張に応じて、マスク及び感応基板の
少なくとも一方の同期移動の開始位置及び同期移動比を
制御するので、露光後に冷却された感応基板上の各区画
領域ごとに転写されたパターンの走査方向に関する大き
さを同一とすることができ、高い重ね合わせ精度を確保
することが可能となる。

【００６７】なお、走査露光にあたって投影光学系を使
用する露光装置では、非走査方向については、投影光学
系の投影倍率やマスクと投影光学系との間隔等を変化さ
せることによりパターンの像倍率を制御することによ
り、露光後に冷却された感応基板上の各区画領域ごとに
転写されたパターンの大きさを同一とすることができ
る。

【００６８】請求項１７に記載の発明は、請求項１２〜
１６のいずれかの露光装置を用いたことを特徴とするデ
バイスの製造方法である。

【００６９】これによれば、請求項１２〜１６のいずれ
かの走査型露光装置を利用するので、高い重ね合わせ精
度を確保することが可能なので、高集積度のデバイスを
生産性を向上して製造することができる。

【００７０】

【発明の実施の形態】《第１の実施形態》以下、本発明
の第１の実施形態の走査型露光装置及び走査露光方法を
図１〜図４に基づいて説明する。

【００７１】図１には、第１の実施形態に係る走査型露
光装置１００の概略的な構成が示されている。この走査
型露光装置１００は、いわゆるステップ・アンド・スキ
ャン露光方式の投影露光装置である。

【００７２】この走査型露光装置１００は、光源１及び
照明光学系（２、３、５〜７）を含む照明系、マスクと
してのレチクルＲを保持するマスクステージとしてのレ
チクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、感応基板とし
てのウエハＷをＸＹ平面内でＸＹ２次元方向に移動する
ウエハステージＷＳＴ、ウエハＷの位置を検出する位置
検出系（７０、７２）、及びこれらを制御する制御系等
を備えている。

【００７３】前記照明系は、光源１、コリメータレン
ズ、フライアイレンズ等（いずれも図示せず）からなる
照度均一化光学系２、リレーレンズ３、レチクルブライ
ンド５、リレーレンズ６及び折り曲げミラー７（この
内、照度均一化光学系２、リレーレンズ３、６及び折り
曲げミラー７によって照明光学系が構成される）等を含
んで構成されている。

【００７４】ここで、この照明系の構成各部についてそ
の作用とともに説明すると、光源１で発生した露光光と
しての照明光ＩＬは不図示のシャッターを通過した後、
照度均一化光学系２により照度分布がほぼ均一な光束に
変換される。照明光ＩＬとしては、例えばＫｒＦエキシ
マレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、あるいはＦ2エ
キシマレーザ（波長＝１５７ｎｍ）等のエキシマレーザ
光、銅蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波、あるいは超
高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）等
が用いられる。

【００７５】照度均一化光学系２から水平に射出された
光束は、リレーレンズ３を介して、レチクルブラインド
５に達する。このレチクルブラインド５は、２枚の可動
ブレード４５Ａ、４５Ｂを有する可動ブラインド（以
下、この可動ブラインドを適宜「可動ブラインド４５
Ａ、４５Ｂ」と呼ぶ）と、この可動ブラインド４５Ａ、
４５Ｂの近傍に配置された開口形状が固定された固定ブ
ラインド４６とから構成される。可動ブラインド４５
Ａ、４５Ｂの配置面はレチクルＲのパターン面と共役と
なっている。固定ブラインド４６は、例えば４個のナイ
フエッジにより矩形の開口を囲んだ視野絞りであり、そ
の矩形開口の上下方向の幅が可動ブラインド４５Ａ、４
５Ｂによって規定されるようになっており、これにより
レチクルＲを照明するスリット状の照明領域ＩＡＲ（図
２参照）のレチクルＲの走査方向の幅を所望の大きさに
設定できるようになっている。可動ブラインド４５Ａ、
４５Ｂは、可動ブラインド駆動機構４３Ａ、４３Ｂによ
って開閉方向に駆動されるようになっており、この駆動
機構４３Ａ、４３Ｂの動作が不図示のメモリに格納され
たプロセスプログラムと呼ばれるファイル内のマスキン
グ情報に応じて主制御装置２０によって制御されるよう
になっている。

【００７６】なお、照度均一化光学系２とリレーレンズ
３との間にはハーフミラー５５が配置されている。照度
均一化光学系２から水平に射出された光束の内、このハ
ーフミラー５５で反射された光束が、照明光ＩＬの光量
モニタ用の光量センサ５３に入射する。光量センサ５３
で検出された照明光ＩＬの光量情報は主制御装置２０に
供給される。

【００７７】レチクルブラインド５を通過した光束は、
リレーレンズ６を通過して折り曲げミラー７に至り、こ
こで鉛直下方に折り曲げられて回路パターン等が描かれ
たレチクルＲの照明領域ＩＡＲ部分（図２参照）を照明
する。

【００７８】前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチク
ルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチク
ルステージＲＳＴは、レチクルＲの位置決めのため、照
明光学系の光軸ＩＸ（後述する投影光学系ＰＬの光軸Ａ
Ｘに一致）に垂直な平面内で２次元的に（Ｘ軸方向及び
これに直交するＹ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回
りの回転方向に）微少駆動可能に構成されている。

【００７９】また、このレチクルステージＲＳＴは、不
図示のレチクルベース上をリニアモータ等で構成された
レチクル駆動部（図示省略）により、所定の走査方向
（ここではＹ軸方向とする）に指定された走査速度で移
動可能となっている。このレチクルステージＲＳＴは、
レチクルＲの全面が少なくとも照明光学系の光軸ＩＸを
横切ることができるだけの移動ストロークを有してい
る。

【００８０】レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルレ
ーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６か
らのレーザビームを反射する移動鏡１５が固定されてお
り、レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置
はレチクル干渉計１６によって、例えば０．５〜１ｎｍ
程度の分解能で常時検出される。ここで、実際には、レ
チクルステージＲＳＴ上には走査方向（Ｙ軸方向）に直
交する反射面を有する移動鏡と非走査方向（Ｘ軸方向）
に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、レチク
ル干渉計１６は走査方向に１軸、非走査方向には２軸設
けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡１
５、レチクル干渉計１６として示されている。

【００８１】レチクル干渉計１６からのレチクルステー
ジＲＳＴの位置情報はステージ制御系１９及びこれを介
して主制御装置２０に送られ、ステージ制御系１９では
主制御装置２０からの指示に応じてレチクルステージＲ
ＳＴの位置情報に基づいてレチクル駆動部（図示省略）
を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。

【００８２】なお、不図示のレチクルアライメント系に
より所定の基準位置にレチクルＲが精度良く位置決めさ
れるように、レチクルステージＲＳＴの初期位置が決定
されるため、移動鏡１５の位置をレチクル干渉計１６で
測定するだけでレチクルＲの位置を十分高精度に測定し
たことになる。

【００８３】前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージ
ＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸ
（照明光学系の光軸ＩＸに一致）の方向がＺ軸方向とさ
れ、ここでは両側テレセントリックな光学配置となるよ
うに光軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚
のレンズエレメントから成る屈折光学系が使用されてい
る。この投影光学系ＰＬは所定の投影倍率、例えば１／
５（あるいは１／４）を有する縮小光学系である。この
ため、照明光学系からの照明光ＩＬによってレチクルＲ
の照明領域ＩＡＲが照明されると、このレチクルＲを通
過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその
照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの縮小像
（部分倒立像）が表面にフォトレジストが塗布されたウ
エハＷ上に形成される。

【００８４】投影光学系ＰＬは、両側テレセントリック
な光学配置になるように、共通の光軸を有する複数枚の
レンズエレメント６０ａ、６０ｂ、……から構成されて
いる。レンズエレメントのうち、レチクルステージＲＳ
Ｔに最も近い一番上のレンズエレメント６０ａは、リン
グ状の支持部材６２により保持され、この支持部材６２
は、伸縮可能な駆動素子、例えばピエゾ素子６４ａ，６
４ｂ，６４ｃ（紙面奥側の駆動素子６４ｃは図示せず）
によって、３点支持されるとともに鏡筒部６６と連結さ
れている。上記の駆動素子６４ａ，６４ｂ，６４ｃによ
って、レンズエレメント６０ａの周辺３点を独立に、投
影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に移動させることができる
ようになっている。すなわち、レンズエレメント６０ａ
を駆動素子６４ａ，６４ｂ，６４ｃの変位量に応じて光
軸ＡＸに沿って平行移動させることができるとともに、
光軸ＡＸと垂直な平面に対して任意に傾斜させることも
できる。そして、これらの駆動素子６４ａ，６４ｂ，６
４ｃに与えられる電圧が、主制御装置２０からの指令に
基づいて結像特性補正コントローラ６８によって制御さ
れ、これによって駆動素子６４ａ，６４ｂ，６４ｃの変
位量が制御されるようになっている。なお、図１中、投
影光学系ＰＬの光軸ＡＸは鏡筒部６６に固定されている
レンズエレメント６０ｂその他のレンズエレメント（図
示省略）の光軸に一致している。

【００８５】また、本実施形態においては、投影光学系
ＰＬの光軸方向中央部近傍の特定のレンズエレメント相
互間には密封室６９が形成されており、この密封室６９
の内圧が不図示の圧力調整機構（例えばべローズポンプ
等）によって調整されるようになっている。この圧力調
整機構も主制御装置２０からの指令に基づいて結像特性
補正コントローラ６８によって制御され、これによって
密封室６９の内圧が調整されるようになっている。

【００８６】ここで、レンズエレメント６０ａの光軸Ａ
Ｘ方向の移動や傾斜により投影光学系ＰＬの倍率を変更
させたり、ディストーションや投影光学系ＰＬの結像面
を変更したりできる。また、投影光学系ＰＬ内部の密封
室６９の内圧を変化させることにより倍率や投影光学系
ＰＬの結像面を変更できる。本実施形態では駆動素子６
４ａ，６４ｂ，６４ｃ、密封室６９及び駆動素子の変位
量、密封室６９の内圧を制御する結像特性補正コントロ
ーラ６８によって主として倍率、ディストーション、レ
チクルＲのパターン像の結像面を制御する結像特性制御
機構が構成されている。

【００８７】前記ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハ
ホルダ２５が載置され、このウエハホルダ２５によって
感応基板としてのウエハＷが真空吸着によって保持され
ている。このウエハステージＷＳＴは、搭載されたウエ
ハＷをＸ、Ｙ及びＺの各方向に移動させる。

【００８８】また、ウエハステージＷＳＴ上にはウエハ
レーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）３１か
らのレーザビームを反射する移動鏡２７が固定され、外
部に配置されたウエハ干渉計３１により、ウエハＷのＸ
Ｙ面内での位置が例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で
常時検出されている。

【００８９】ここで、実際には、ウエハステージＷＳＴ
上には走査方向であるＹ軸方向に直交する反射面を有す
る移動鏡と非走査方向であるＸ軸方向に直交する反射面
を有する移動鏡とが設けられ、ウエハ干渉計３１は走査
方向に１軸、非走査方向には２軸設けられているが、図
１ではこれらが代表的に移動鏡２７、ウエハ干渉計３１
として示されている。ウエハＷの位置情報（又は速度情
報）はステージ制御系１９及びこれを介して主制御装置
２０に送られ、ステージ制御系１９では主制御装置２０
からの指示に応じて前記位置情報（又は速度情報）に基
づいてウエハ駆動装置２１（これは、Ｘ方向、Ｙ方向、
及びＺ方向の各方向に関する駆動系の全てを含む）を介
してウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内で駆動制御す
る。なお、ステージ制御系１９、前記レチクル駆動系、
投影光学系ＰＬ、結像特性補正コントローラ６８、及び
ウエハ駆動装置２１から投影倍率制御系が構成されてい
る。

【００９０】また、ウエハステージＷＳＴには、投影光
学系ＰＬを介した露光用照明光の光量を検出するための
光量センサ４８が組み込まれている。光量センサ４８に
よる光量検出にあたっては、主制御装置２０が、ステー
ジ制御系１９及び基板駆動系２１を介してウエハステー
ジＷＳＴを制御し、光量センサ４８を投影光学系ＰＬの
下方へ移動させる。光量センサ４８は、この位置で検出
された光量情報を主制御装置２０へ通知する。

【００９１】更に、図１の装置には、ウエハＷ表面の前
記露光領域ＩＡ内部分及びその近傍の領域のＺ方向（光
軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射光式のフォ
ーカス検出系（焦点検出系）の一つである多点フォーカ
ス位置検出系が設けられている。この多点フォーカス位
置検出系は、図１に示されるように、照射光学系５１と
受光光学系５２とから構成されている。例えば、照射光
学系５１は、光ファイバ束、集光レンズ、パターン形成
板、レンズ、及び照射対物レンズ等（いずれも不図示）
を備え、また、受光光学系５２は、集光対物レンズ、回
転方向振動板、結像レンズ、受光用スリット板、及び多
数のフォトセンサを有する受光器等（いずれも不図示）
を備える。この多点フォーカス位置検出系の詳細な構成
等については、例えば特開平６−２８３４０３号公報に
開示されている。

【００９２】この多点フォーカス位置検出系（５１、５
２）の作用の概略を説明する。照射光学系５１では、不
図示の照明光源からの露光光とは異なるウエハＷ上のフ
ォトレジストを感光させない波長の照明光が光ファイバ
を介して入射し、集光レンズを経てパターン形成板を照
明する。このパターン形成板上には複数のスリット状の
開口パターンがマトリクス状配置で形成されている。こ
のパターン形成板の各スリット状の開口パターンを透過
した照明光（開口パターンの像光束）は、照射対物レン
ズを経てウエハＷの被露光面に投影され、ウエハＷの被
露光面にはパターン形成板上のスリット状の開口パター
ンの像が投影結像される。これら開口パターンの一部は
ウエハＷの照明領域ＩＡ（図２参照）内に結像され、ま
た開口パターンの他の一部はウエハＷの照明領域ＩＡの
外に結像される。

【００９３】そして、ウエハＷの被露光面からの反射光
束が、光軸ＡＸに対して前記照射光学系５１からの像光
束と対称に所定角度だけ傾斜した方向に進んで、集光対
物レンズ、回転方向振動板及び結像レンズを経て受光器
の手前側に配置された受光用スリット板上に再結像され
る。この再結像された像が受光器で検出され、選択され
た受光器の検出信号の合成信号が同期検波される。そし
て、同期検波して得られた多数のフォーカス信号が主制
御装置２０に供給される。主制御装置２０は、ウエハＷ
の照明領域ＩＡの走査方向側の外側に結像された開口パ
ターンに関するフォーカス信号を、次のフォーカス状態
の予測、すなわちウエハＷ表面が＋Ｚ方向又は−Ｚ方向
のいずれの方向へ変化するかの予測のために用いる。こ
うして行った予測とともに、ウエハＷの照明領域ＩＡ内
に結像された開口パターンに関するフォーカス信号に基
づいて、ウエハＷの照明領域ＩＡのフォーカス合わせや
レベリング調整が行われる。

【００９４】前記位置検出系は、投影光学系ＰＬの側面
に配置され、ウエハＷ上に形成された位置検出用マーク
（アライメントマーク）を観測するオフ・アクシス方式
のアラインメント顕微鏡７０と、アラインメント顕微鏡
７０の観測結果及びウエハ干渉計３１からのウエハＷの
位置情報を入力し、ウエハＷ上における位置検出用マー
クの位置を求める画像処理装置７２とを備えている。画
像処理装置７２で求められた位置検出用マークの位置
は、主制御装置２０に供給される。

【００９５】本実施形態の走査型露光装置１００におい
ては、図２に示されるように、レチクルＲの走査方向
（Ｙ軸方向）に対して垂直な方向に長手方向を有する長
方形（スリット状）の照明領域ＩＡＲでレチクルＲが照
明され、レチクルＲは露光時に−Ｙ方向に速度Ｖ_Rで走
査（スキャン）される。照明領域ＩＡＲ（中心は光軸Ａ
Ｘとほぼ一致）は投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に
投影され、照明領域ＩＡＲに共役なスリット状の投影領
域、すなわち露光領域ＩＡが形成される。ウエハＷはレ
チクルＲとは倒立結像関係にあるため、ウエハＷは速度
Ｖ_Rの方向とは反対方向（＋Ｙ方向）にレチクルＲに同
期して速度Ｖ_Wで走査され、ウエハＷ上のショット領域
ＳＡの全面が露光可能となっている。走査速度の比Ｖ_W
／Ｖ_Rは正確に投影光学系ＰＬの縮小倍率に応じたもの
になっており、レチクルＲのパターン領域ＰＡのパター
ンがウエハＷ上のショット領域ＳＡ上に正確に縮小転写
される。照明領域ＩＡＲの長手方向の幅は、固定ブライ
ンド４６によって、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡよ
りも広く、遮光領域ＳＴの最大幅よりも狭くなるように
設定され、レチクルＲを走査（スキャン）することによ
りパターン領域ＰＡ全面が照明されるようになってい
る。

【００９６】この走査型露光装置１００では、上記の走
査露光の際に、位置検出系（７０、７２）の検出結果に
基づいて主制御装置２０によりステージ制御系１９及び
ウエハ駆動装置２１等を介してレチクルＲとウエハＷと
の位置合わせ（アライメント）が行なわれ、また、多点
フォーカス位置検出系（５１、５２）の検出信号に基づ
いて、投影光学系ＰＬの結像面とウエハＷ表面とが一致
する（ウエハ表面が投影光学系ＰＬの最良結像面の焦点
深度の範囲内に入る）ように、主制御装置２０によりス
テージ制御系１９及びウエハ駆動装置２１を介してウエ
ハＷがＺ軸方向及び傾斜方向に駆動制御されて面位置の
調整が行なわれる。

【００９７】図３には、本実施形態におけるウエハＷ上
における区画領域としてのショット領域の設計上の配置
と露光順序とが示されている。図３に示されるように、
ウエハＷ上には、７行７列のマトリクス状に４９個のシ
ョット領域が配列される。以後、行番号ｉ（ｉ＝１〜
７）かつ列番号ｊ（ｊ＝１〜７）の位置のショット領域
をＳＡ（ｉ，ｊ）と表す。なお、図３においては、引出
し線を省略して、各ショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）内に
（ｉ，ｊ）のみを記入している。図３に示されるよう
に、紙面左右方向（Ｘ軸方向）が行方向であり、最下方
の行が第１行であり、最上方の行が第７行である。ま
た、図３の紙面上下方向（Ｙ軸方向）が列方向であり、
最右方の列が第１列であり、最左方の列が第７列であ
る。なお、ショット領域の形状は正方形であり、ショッ
ト領域間の間隔は、行方向及び列方向の双方共に２０ｍ
ｍに設計されている。

【００９８】ここで、ＸＹ座標を考え、ウエハＷの中心
点を（０，０）とする。このとき、ショット領域ＳＡ
（ｉ，ｊ）の設計上の中心位置（露光設計位置）（Ｘ
ｉ，Ｙｉ）は、（Ｘｉ，Ｙｊ）＝（（４−ｉ）Δｘ₀，（ｊ−４）Δｙ₀） …（１） Δｘ₀：設計上の行方向に関するショット領域間隔（＝
２０ｍｍ） Δｙ₀：設計上の列方向に関するショット領域間隔（＝
２０ｍｍ）で表される。例えば、ショット領域ＳＡ（１，１）の設
計上の中心位置座標は（６０ｍｍ，−６０ｍｍ）、右隣
のショット領域ＳＡ（１，２）の設計上の中心位置座標
は（４０ｍｍ，−６０ｍｍ）ということになる。

【００９９】また、図３では、ショット領域の露光順序
が点線矢印で示されている。すなわち、本実施形態で
は、ショット領域ＳＡ（１，１）が最初に露光対象とな
り、順次ショット領域ＳＡ（１，２）、ショット領域Ｓ
Ａ（１，３）と列番号が増える行方向に露光対象となる
ショット領域を更新する。そして、ショット領域（１，
７）の露光が終了すると、次に露光対象となるショット
領域をショット領域ＳＡ（２，７）に更新する。次い
で、順次ショット領域ＳＡ（２，６）、ショット領域Ｓ
Ａ（２，５）と列番号が減る行方向に露光対象となるシ
ョット領域を更新する。以後、上記と同様にして、ジグ
ザグに露光対象となるショット領域を更新し、最後にシ
ョット領域ＳＡ（７，７）を露光する。

【０１００】本実施形態で想定するウエハＷ及びウエハ
ホルダ２５の露光照射熱による膨脹メカニズムを説明す
る。本実施形態では、露光の結果として発生する露光照
射熱は、直ちにウエハＷ及びウエハホルダ２５内を伝播
するモデル、すなわち、あるショット領域の露光で発生
した熱は、次のショット領域の露光までにウエハＷ及び
ウエハホルダ２５内で広く拡散してしまっているモデル
を採用する。また、以下の説明の前提として、ウエハＷ
とウエハホルダ２５とは真空吸着によりしっかりと結合
しているものとする。ウエハＷの厚みは通常１ｍｍ以
下、一方ウエハホルダ２５の厚みは１０ｍｍ前後であ
り、ウエハＷが膨張しようとしてもウエハホルダ２５に
よって抑制されるが、ウエハホルダ２５が膨張しようと
するときには、ウエハＷはウエハホルダ２５にほぼ倣
う。

【０１０１】１つのショット領域の露光によりウエハＷ
で発生する熱エネルギをＥ［Ｊ］、ウエハホルダ２５及
びウエハＷの合計の熱容量をＣ［Ｊ／Ｋ］、線膨張率を
α［１／Ｋ］とすれば、最初のショット領域ＳＡ（１，
１）の露光によるウエハＷの熱膨脹は（αＥ／Ｃ）であ
る。そして、２番目のショット領域ＳＡ（１，２）の露
光後には（２αＥ／Ｃ）、…、４８番目のショット領域
ＳＡ（７，６）の露光後には（４８αＥ／Ｃ）だけウエ
ハＷ及びウエハホルダ２５が膨脹していると考えられ
る。したがって、行方向に関するスッテピング量を２０
ｍｍとし、列方向に関するステッピング量を２０ｍｍと
して各ショット領域の露光を行うと、ウエハＷが露光前
の温度に戻ったとき、各ショット領域の位置は設計位置
より内側にずれてしまう。図４には、こうしたショット
領域のずれが示されている。なお、図４では、各ショッ
ト領域の中心点を◆で示しており、各ショット領域の形
状の図示を省略している。

【０１０２】以下、上述の走査型露光装置１００による
本実施形態の露光方法を説明する。

【０１０３】以上のようなウエハＷ等の熱膨張を求める
ためには、１つのショット領域の露光によりウエハＷで
発生する熱エネルギＥ、ウエハホルダ２５及びウエハＷ
の合計の熱容量Ｃ、及び線膨張率αを知る必要がある。
これらの内、熱容量Ｃと線膨張率αは、ウエハＷ及びウ
エハホルダ２５の材質から決定されるので、そのウエハ
Ｗに関する露光の前に求めておく。

【０１０４】一方、熱エネルギＥは、ウエハＷに到達す
る露光光のエネルギ、ウエハＷ表面の反射率、並びにウ
エハＷに塗布されたレジスト剤の反応特性及び厚さに依
存する。これらは、製造しようとするデバイスの種類に
よって異なるし、また、同一のデバイス製造のための露
光であっても、多層的な露光をする場合には層ごとに異
なる。したがって、一つの層について露光するごと求め
る必要がある。

【０１０５】ウエハＷに塗布されるレジスト剤の反応特
性及び厚さについては、装置のオペレータが、これから
露光する層に応じて入力し、主制御装置２０に供給す
る。また、ウエハＷ表面の反射率は、ウエハＷに塗布さ
れるレジスト剤毎に反射率を測定するなどしておき、装
置のオペレータが、これから露光する層に応じて入力
し、主制御装置２０に供給する。

【０１０６】ウエハＷに到達する露光光のエネルギが既
知であれば、やはり装置のオペレータが、それらをこれ
から露光する層に応じて入力し、主制御装置２０に供給
する。また、ウエハＷに到達する露光光のエネルギが既
知でなければ、その層の露光前に測定する。ウエハＷに
到達する露光光のエネルギの測定では、例えば、レチク
ルＲをレチクルステージＲＳＴに搭載した状態で、投影
光学系ＰＬの下方に光量センサ４８を移動後、光源１か
ら露光用照明光を出力させる。そして、光量センサ４８
に到達した光の光量を検出することにより、ウエハＷに
到達する露光光のエネルギを測定する。なお、本実施形
態では、ウエハＷに到達する露光光のエネルギを、各層
の露光前に測定することとしている。

【０１０７】本実施形態では、まず、第１層の露光を行
う。第１層の露光にあたり、まず、不図示のレチクルロ
ーダによって、第１層用のパターンが形成されたレチク
ルＲをレチクルステージＲＳＴにロードする。引き続
き、投影光学系ＰＬの下方に光量センサ４８に移動す
る。この移動は、主制御装置２０によりステージ制御系
１９及びウエハ駆動装置２１等を介して行われる。

【０１０８】次に、光源１から照明光を出力し、光量セ
ンサ４８によってウエハステージＷＳＴに到達した露光
光の光量を測定する。この測定結果は、光量センサ４８
から主制御装置２０へ通知される。主制御装置２０は、
光量センサ４８の測定結果等に基づき、１つのショット
領域の露光によりウエハＷで発生する熱エネルギＥを求
め、さらにウエハＷ及びウエハホルダ２５の合計の熱容
量Ｃ及び線膨張率αを使用して、第１層の露光に関し
て、１つのショット領域の露光によるウエハＷの熱膨脹
（αＥ／Ｃ）を求める。

【０１０９】次いで、不図示のウエハローダにより、露
光したいウエハＷをウエハステージＷＳＴにロードす
る。引き続き、主制御装置２０が、ウエハ干渉計３１か
らの位置情報（又は速度情報）に基づき、ステージ制御
系１９及びウエハ駆動装置２１等を介してウエハステー
ジＷＳＴを制御して、ショット領域ＳＡ（１，１）が投
影光学系ＰＬの下方の露光位置となるようにウエハＷを
移動する。すなわち、第１番目の走査露光領域の中心点
が、前記ウエハ座標系で（６０ｍｍ，−６０ｍｍ）とな
るようにウエハＷを移動する。同時に、レチクルＲのＸ
Ｙ位置が、走査開始位置となるように、レチクルステー
ジＲＳＴが移動される。この移動は、主制御装置２０に
よりステージ制御系１９及び不図示のレチクル駆動部等
を介して行われる。

【０１１０】そして、ステージ制御系１９が、レチクル
干渉計１６によって計測されたレチクルＲのＸＹ位置情
報及びウエハ干渉計３１によって計測されたウエハＷの
ＸＹ位置情報に基づき、不図示のレチクル駆動部及びウ
エハ駆動装置２１を介して投影光学系ＰＬの投影倍率に
応じた速度比でレチクルＲとウエハＷとを相対移動させ
る。この相対移動とともに走査露光が行われる。

【０１１１】また、ステージ制御系１９は、多点フォー
カス位置検出系（５１，５２）によって検出されたウエ
ハのＺ位置情報及び傾斜情報に基づき、ウエハ駆動装置
２１を介して基板テーブル１８をＺ軸方向及び傾斜方向
に駆動制御して面位置の調整を行う。

【０１１２】以上のように制御されながら行われる走査
露光により、ショット領域ＳＡ（１，１）に対するレチ
クルパターンの転写が終了すると、ウエハＷを１ショッ
ト領域分だけステッピングさせる。

【０１１３】ところで、第２番目に露光対象となるショ
ット領域ＳＡ（１，２）の中心点の露光設計位置は、上
記のように（４０ｍｍ，−６０ｍｍ）である。ところ
が、第１番目のショット領域ＳＡ（１，１）の露光によ
りウエハＷ及びウエハホルダ２５が（αＥ／Ｃ）だけ膨
脹している。したがって、ショット領域ＳＡ（１，２）
の露光ではこれを考慮して、ショット領域ＳＡ（１，
２）の中心点の位置が、（４０（１＋αＥ／Ｃ）ｍｍ，−６０（１＋αＥ／Ｃ）
ｍｍ）となるようにステッピングを行う。すなわち、ステッピ
ング量を、行方向（−Ｘ方向）に２０（１−（αＥ／
Ｃ））ｍｍ、及び列方向（−Ｙ方向）に６０（αＥ／
Ｃ））ｍｍとして、ウエハＷをステッピングさせる。

【０１１４】また、主制御装置２０が、ショット領域Ｓ
Ａ（１，１）の露光時の投影光学系ＰＬの投影倍率をβ
₁としたとき、ショット領域ＳＡ（１，２）の露光時の
投影光学系ＰＬの投影倍率β₂を、 β₂＝β₁（１＋（αＥ／Ｃ）） …（２）で算出する。そして、主制御装置２０が、結像特性補正
コントローラ６８を介して投影光学系ＰＬを制御し、投
影光学系ＰＬの投影倍率をβ₂に設定する。

【０１１５】次いで、主制御装置２０が、ウエハ干渉計
３１からの位置情報（又は速度情報）に基づき、ステー
ジ制御系１９及びウエハ駆動装置２１等を介してウエハ
ステージＷＳＴを制御して、レチクルＲとウエハＷの移
動速度の比をウエハＷの熱膨張に応じた値としつつ、シ
ョット領域ＳＡ（１，１）と同様にして（走査方向のみ
を逆とすることを除く）走査露光を行う。この結果、設
計上のショット領域ＳＡ（１，２）の予定位置より若干
ウエハＷの中心から遠い位置でショット領域ＳＡ（１，
２）を露光することになる。

【０１１６】ショット領域ＳＡ（１，２）に対するレチ
クルパターンの転写が終了すると、ウエハＷを１ショッ
ト領域分だけステッピングさせる。第３番目に露光対象
となるショット領域ＳＡ（１，３）の中心点の露光設計
位置は、上記のように（−２０ｍｍ，−６０ｍｍ）であ
るが、ショット領域ＳＡ（１，１）及びショット領域Ｓ
Ａ（１，２）の露光によりウエハＷ及びウエハホルダ２
５が（２αＥ／Ｃ）だけ膨脹している。したがって、シ
ョット領域ＳＡ（１，３）の露光ではこれを考慮して、
ショット領域ＳＡ（１，３）の中心点の位置が、（２０（１＋２αＥ／Ｃ）ｍｍ，−６０（１＋２αＥ／
Ｃ）ｍｍ）となるようにステッピングを行う。すなわち、ステッピ
ング量を、行方向（−Ｘ方向）に２０ｍｍ、及び列方向
（−Ｙ方向）に６０（αＥ／Ｃ）ｍｍとして、ウエハＷ
をステッピングする。

【０１１７】また、主制御装置２０が、ショット領域Ｓ
Ａ（１，３）の露光時の投影光学系ＰＬの投影倍率β₃
を、 β₃＝β₁（１＋２（αＥ／Ｃ）） …（３）で算出し、結像特性補正コントローラ６８を介して投影
光学系ＰＬを制御し、投影光学系ＰＬの投影倍率をβ₃
に設定する。そして、主制御装置２０が、ウエハ干渉計
３１からの位置情報（又は速度情報）に基づき、ステー
ジ制御系１９及びウエハ駆動装置２１等を介してウエハ
ステージＷＳＴを制御して、レチクルＲとウエハＷの移
動速度の比をウエハＷの熱膨張に応じた値としつつ、シ
ョット領域ＳＡ（１，１）と同様にして走査露光を行
う。

【０１１８】以下、同様にして、（１）式で求められる
ショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）の設計上の中心点の位置
（Ｘ_i，Ｙ_j）をウエハＷの膨張分だけ補正した位置
（Ｘ’_i，Ｙ’_j）としてステッピングする。ここで、
位置（Ｘ’_i，Ｙ’_j）は、ショット領域ＳＡ（ｉ，
ｊ）が第ｎ番目の露光順序であるとき、Ｘ’_i＝Ｘ_i（１＋（ｎ−１）（αＥ／Ｃ）） …（４）Ｙ’_j＝Ｙ_j（１＋（ｎ−１）（αＥ／Ｃ）） …（５）で算出される。

【０１１９】ここで、行方向（Ｘ軸方向）に３つのショ
ット領域を連続して露光する場合を考える。このとき、
最初の露光するショット領域と次に露光するショット領
域との間隔を（ｄＸ₁，ｄＹ₁）とし、この次に露光す
るショット領域とその次に露光するショット領域との間
隔を（ｄＸ₂，ｄＹ₂）とする。このとき、｜ｄＸ₂−ｄＸ₁｜＝Δｘ₀（αＥ／Ｃ）＝２０（αＥ／Ｃ）［ｍｍ］ …（６）｜ｄＹ₂−ｄＹ₁｜＝０［ｍｍ］ …（７）の関係があることがわかる。すなわち、行方向（Ｘ軸方
向）にショット領域を連続して露光する場合には、任意
番目の行方向へのステッピング量は、その前の行方向へ
のステッピング量より（６）式に表される量だけ大きく
なる。また、列方向のステッピング量は、（７）式に表
されるように一定である。

【０１２０】また、第ｎ番目の露光順序のショット領域
に関する露光における投影倍率β_nを、 β_n＝β₁（１＋（ｎ−１）（αＥ／Ｃ）） …（８）で求め、露光対象のショット領域の更新の都度、結像特
性制御系６８を介して、投影光学系ＰＬの投影倍率を設
定する。

【０１２１】こうして、ウエハＷのステッピング、投影
光学系ＰＬの投影倍率、及びレチクルＲとウエハＷの移
動速度の比の変更をしながら、各ショット領域をショッ
ト領域ＳＡ（１，１）と同様にして（場合によって、走
査方向のみを逆として）順次走査露光を行い、ショット
領域ＳＡ（７，７）まで露光を実行する。

【０１２２】以上のようにして、第１層の層露光が完了
すると、第２層の露光を行う。第２層の露光にあたり、
まず、レチクルローダによって、第２層用のパターンが
形成されたレチクルＲをレチクルステージＲＳＴにロー
ドする。引き続き、第１層の露光の場合と同様にして、
光量センサ４８によってウエハステージＷＳＴに到達し
た露光光の光量を測定し、主制御装置２０が、光量セン
サ４８の測定結果等に基づき、第２層の露光に関して、
１つのショット領域の露光によりウエハＷで発生する熱
エネルギＥを求め、さらにウエハホルダ２５及びウエハ
Ｗの合計の熱容量Ｃ及び線膨張率αを使用して、１つの
ショット領域の露光によるウエハＷの熱膨脹（αＥ／
Ｃ）を求める。

【０１２３】次に、ウエハローダにより、露光したいウ
エハＷをウエハステージＷＳＴにロードする。引き続
き、主制御装置２０により、ウエハステージＷＳＴ上の
不図示の基準マーク板等を用いてレチクルアラインメン
ト、ベースライン計測等の準備作業が所定の手順に従っ
て行われた後、位置検出系（７０，７２）を用いてＥＧ
Ａ（エンハンスト・グローバル・アラインメント）等の
アラインメント計測が実行される。本実施形態では、例
えば特開昭６１−４４４２９号公報に開示されたＥＧＡ
方式を採用する。すなわち、ウエハＷ上の多数のショッ
ト領域から複数のショット領域（同一直線上にない３つ
のショット領域を含む）をアライメントショットとして
選択し、この複数のアライメントショットにそれぞれ付
設されたアライメントマークの位置を検出する。さら
に、この検出されたマーク位置を用いて統計演算（例え
ば最小二乗法）を行うことにより、ウエハＷ上のショッ
ト配列を表すモデル関数のパラメータを算出し、この算
出されたパラメータに基づいて多数のショット領域の座
標位置をそれぞれ決定する。このアライメント計測の終
了後、第１層の露光と同様にして、ウエハＷの熱膨張に
応じてその決定された座標位置を補正し、かつ投影光学
系ＰＬの投影倍率を調整した上で、各ショット領域の露
光が順次実行され、第２層の露光が行われる。以後、第
２層の露光と同様にして、第３層以降の露光を順次行
う。

【０１２４】本実施形態によれば、各ショット領域の露
光にあたり、各ショット領域の露光の際におけるウエハ
Ｗの熱膨張に応じてウエハＷの露光位置を制御するの
で、露光後の冷却状態におけるウエハ上でショット領域
を設計位置に一致させて並べることができるので、高い
重ね合わせ精度を確保することができる。また、各層に
おいて採用する露光順序に拘わらず、重ね合わせ精度を
確保しつつ多層的に露光を行うことができる。

【０１２５】更に、その層の露光において既に行われた
露光されたショット領域の数を変数とする１次関数とい
う簡単な関数の計算によってウエハＷの熱膨張を求める
ので、簡易に露光精度を向上することができる。また、
各ショット領域の露光にあたって、ウエハＷの熱膨張に
応じて投影光学系ＰＬの投影倍率を可変制御するととも
に、ウエハＷの膨張量に応じてレチクルＲの移動速度と
ウエハＷの移動速度との比を可変制御するので、露光後
に冷却されたウエハＷ上の各ショット領域毎に転写され
た第１層のパターンの大きさを同一とすることができ、
第２層以降のパターンでは各ショット領域に既に形成さ
れているパターンとの倍率誤差をほぼ零にすることがで
き、高い重ね合わせ精度を確保することができる。

【０１２６】また、本実施形態では、第１層目のレチク
ルパターンをウエハＷ上の多数のショット領域にそれぞ
れ転写するとき、第１番目のショット領域では、投影光
学系ＰＬの投影倍率を１／５（又は１／４）に設定する
とともに、レチクルＲとウエハＷとの速度比をその投影
倍率に応じた値に設定し、第２番目以降のショット領域
では、露光処理後に収縮するウエハＷ上の各ショット領
域の大きさが同一となるように、ウエハＷの露光処理に
おけるその熱膨張に応じて、投影光学系ＰＬの投影倍率
を調整して、ウエハＷの非走査方向（行方向、すなわち
Ｘ方向）に関するレチクルパターンの転写像の倍率を補
正し、かつ、投影光学系ＰＬの投影倍率及びレチクルＲ
とウエハＷとの速度比を調整してウエハＷの走査方向
（列方向、すなわちＹ方向）に関するその転写像の倍率
を補正する。

【０１２７】一方、第２層目以降のレチクルパターンを
ウエハＷ上のショット領域に形成されたパターンに重ね
合わせて転写するときは、ＥＧＡ方式で算出される前述
のモデル関数のパラメータのうち、ウエハＷの伸縮をあ
らわすスケーリング・パラメータと、ウエハＷの露光処
理におけるその熱膨張とに基づいて、投影光学系ＰＬの
投影倍率を調整して、ウエハの非走査方向に関するレチ
クルパターンの転写像とウエハＷ上のパターンとの倍率
誤差を補正し、かつ、レチクルＲとウエハＷとの速度比
を調整して、ウエハＷの走査方向に関するレチクルパタ
ーンの転写像とウエハＷ上のパターンとの倍率誤差を補
正する。

【０１２８】なお、第１層目、及び第２層目以降のいず
れのレチクルパターンであっても、その転写時における
レチクルＲとウエハＷとのその調整された速度比は必ず
しもその調整された投影倍率と一致しない。また、投影
光学系ＰＬの投影倍率を調整すると、レチクルパターン
の部分投影はウエハＷの非走査方向に関する倍率だけで
なく、ウエハＷの走査方向に関する倍率も変化する。す
なわち、ウエハＷ上での露光用照明光（レチクルパター
ンの部分投影像が形成される矩形領域）の走査方向の幅
が変化するので、ウエハＷ上のショット領域の各点に対
してフォトレジストの感度に応じた適正露光ドーズ量を
与えることができなくなることがある。この場合には、
投影光学系ＰＬの投影倍率の変更に応じてウエハＷの走
査露光条件を調整すればよい。例えば、露光用照明光が
パルス光である場合は、ウエハＷの走査速度、パルス光
を発振する光源の発振周波数、ウエハＷ上でのパルス光
の強度、及びその走査方向の幅の少なくとも１つを調整
する。なお、露光用照明光が連続光である場合には、ウ
エハＷの走査速度、ウエハＷ上での連続光の強度、及び
その走査方向の幅の少なくとも１つを調整する。

【０１２９】また、本実施形態では説明を簡単にするた
め、前述のようにウエハＷの熱膨張に応じて補正される
座標位置（（４）及び（５）式）が、ショット領域の中
心点がそれぞれ投影光学系ＰＬの光軸ＩＸと一致する座
標値であるものとし、ウエハＷ上のショット領域の中心
点がそれぞれその補正座標値と一致するようにウエハＷ
をステッピングさせることとした。しかしながら走査型
露光装置では、走査露光開始前にウエハＷを所定速度ま
で加速しなければならず、その加速のために所定の助走
距離が必要となる。したがって、ウエハＷ上の各ショッ
ト領域が、投影光学系ＰＬの円形イメージフィールド内
でレチクルパターンの部分投影像が形成される矩形距離
（以下、「投影領域」と呼ぶ）に対してその手前側に、
かつ列方向（Ｙ方向）に関して所定の助走距離だけ離れ
て位置決めされるように、ウエハＷはステッピングされ
る。すなわち、１つのショット領域の走査露光終了後、
ウエハＷ（すなわち、ウエハステージＷＳＴ）は減速し
ながら、次にレチクルパターンを転写すべきショット領
域がその投影領域に対して所定の助走距離だけ離れるま
でＹ方向に沿って移動され、さらに次の領域の中心点が
前述のように補正されたＸ方向の座標位置（（４）式）
と一致するようにＸ方向に沿って移動される。これによ
り、次のショット領域は助走開始位置に位置決めされる
ことになる。次に、ウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）
は加速され、所定速度（走査露光時の移動速度）に達し
た後に次のショット領域の走査露光が開始される。

【０１３０】なお、前述の助走距離はウエハステージＷ
ＳＴの加速度と走査露光時のウエハＷの移動速度とによ
って一義的に定められるが、スループットを考慮する
と、その助走距離が最短となるようにウエハステージＷ
ＳＴの加速度をその最大値に設定することが好ましい。
また、ウエハＷ上の各ショット領域のＹ方向に関する助
走開始位置は、前述のように補正されたＹ方向の座標位
置（（４）式）を基に、前述の助走距離、及びショット
領域のＹ方向の大きさから決定される。

【０１３１】また、前述の説明では、ステップ・アンド
・スキャン方式でウエハＷ上の多数のショット領域をそ
れぞれ走査露光するとき、１つのショット領域の走査露
光終了後のウエハＷの減速とウエハＷのＸ方向へのステ
ッピングとの間、及びそのＸ方向へのステッピングと次
のショット領域の走査露光開始前のウエハＷの加速との
間でそれぞれウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）は停止
する。しかしながら、スループットを考慮すると、２つ
のショット領域の走査露光間でウエハＷを停止させるこ
となく移動する、換言すればウエハＷのＸ、Ｙ方向の速
度成分が共に零となることがないように移動することが
好ましい。すなわち、１つのショット領域の走査露光終
了後であって、ウエハＷのＹ方向の速度成分が零となる
前に、ウエハＷのＸ方向へのステッピング（加速）を開
始するとともに、ウエハＷのＸ方向の速度成分が零とな
る前に、ウエハＷのＹ方向への加速を開始する。この結
果、ウエハＷの移動軌跡はほぼ放物線状（Ｕ字状）とな
る。なお、ウエハＷのＸ方向へのステッピングを開始す
るタイミングは、走査露光終了後でウエハＷの減速開始
前でもよいし、あるいは減速開始後でもよい。また、ウ
エハＷのＹ方向への加速を開始するタイミングは、ウエ
ハＷのＸ方向への加速中（減速開始前）でもよいし、あ
るいは減速開始後でもよい。さらに、ウエハＷのＹ方向
の速度成分が零となる前にＹ方向への加速を開始するも
のとしたが、どちらか一方のみを実行するだけでもよ
く、この場合にもスループットを向上させることができ
る。

【０１３２】《第２の実施形態》以下、本発明の第２の
実施形態の走査型露光装置及び走査露光方法を、図５及
び図６に基づいて説明する。本実施形態は、第１の実施
形態が露光によって発生する熱が即座にウエハＷ及びウ
エハホルダ２５内を伝播し、ウエハＷ及びウエハホルダ
２５全体を均一に膨脹させるモデルを使ったのに対し
て、ウエハＷ及びウエハホルダ２５内での熱の伝播に少
し時間が掛かるモデルを考える点に特徴を有する。な
お、以下の説明にあたって、同等の要素には同一符号を
付し、重複する説明を省略する。

【０１３３】本実施形態の走査型露光装置は、第１の実
施形態と同様に、走査露光中に、感応基板としてのウエ
ハを＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に移動させるとともに、マス
クとしてのレチクルＲをウエハと同期移動させて走査露
光する装置であり、図１に示した走査型露光装置１００
と同様に構成されている。

【０１３４】また、第１実施形態と同様に、図３に示さ
れるようなウエハＷ上におけるショット領域の設計上の
配置（７行７列のマトリクス状に４９個のショット領域
の配列）のショット領域が、やはり図３に示されるよう
な露光順序で露光される。

【０１３５】本実施形態を適応するウエハＷ及びウエハ
ホルダ２５の露光照射熱による膨脹メカニズムを説明す
る。本実施形態では、前述のように、ウエハＷ及びウエ
ハホルダ２５内での熱の伝播に少し時間が掛かるモデル
を採用している。したがって、その層において既に行わ
れたショット領域の露光の内、これから行われるショッ
ト領域に関する露光に対して空間的かつ時間的に近いシ
ョット領域の露光で発生した熱による感応基板の熱膨張
は、これから行われるショット領域の露光で考慮する熱
膨張にとって、露光済のショット領域を含む局所的なウ
エハＷの領域の熱膨張として寄与することとする。ま
た、これから行われるショット領域の露光に対して空間
的又は時間的に遠いショット領域の露光で発生した熱に
よるウエハＷの熱膨張は、これから行われるショット領
域の露光で考慮する熱膨張にとってウエハＷ全体の熱膨
張として寄与することとする。実際のウエハＷでは、露
光によってウエハＷのショット領域部で発生した熱の拡
散速度が非常に速いというわけではないので、こうした
仮定は現実の熱膨張に対して非常に良い近似となってい
る。

【０１３６】すなわち、第１番目の露光対象をショット
領域ＳＡ（１，１）とし、次に隣りのショット領域ＳＡ
（１，２）を露光する時、ショット領域ＳＡ（１，１）
の露光で発生した熱はウエハＷ内、及びウエハＷからウ
エハホルダ２５に伝わってウエハホルダ２５内を伝播し
てくるものの、ショット領域ＳＡ（１，２）の位置には
到達せず、ショット領域ＳＡ（１，２）の中心点近辺の
ウエハＷの伸びはまだ小さい。第１行において最後に露
光されるショット領域ＳＡ（１，７）までは同じ傾向で
ある。ところが、第２行に折り返すと、先に露光した第
１行で発生した熱が伝わってきており、その影響でウエ
ハＷ及びウエハホルダ２５が膨脹している。露光順序に
おける第２行の後半の領域に差し掛かると、もちろん第
１行の露光の前半で発生した熱が伝わってきているもの
の、既に時間が経過しているため、第３行、第４行の方
へと拡散してしまっている。すなわち、露光順序におけ
る第２行の前半に比べて第２行の後半の局所的なウエハ
Ｗ及びウエハホルダ２５の温度はむしろ低くなってい
る。したがって、ウエハＷ及びウエハホルダ２５の局所
的な熱膨張も前半に比べてやや小さくなる。同様に、各
行とも折り返し直後のショットが露光される部分のウエ
ハＷ及びウエハホルダ２５の局所的な熱膨張は大きく、
列を移って行くに従って徐々にウエハＷ及びウエハホル
ダ２５の局所的な熱膨張は小さくなっていく。

【０１３７】ウエハＷ全体で見ると、第１行より第２
行、第２行より第３行と進むにしたがって前の行を露光
した際の熱が伝播してくるため、ウエハＷ及びウエハホ
ルダ２５の熱膨張は徐々に大きくなる。以上をまとめて
みると、ウエハＷ及びウエハホルダ２５は大勢として徐
々に膨脹し、局所的には各行の初めの列ほど大きく、終
わりの列に行くのに従って徐々に小さくなる。

【０１３８】図５には、以上の本実施形態の膨脹モデル
により、行方向に関するスッテピング量を２０ｍｍと
し、列方向に関するステッピング量を２０ｍｍとして各
ショット領域の露光を行うとき、露光されたウエハを元
の温度に戻して各ショット位置がどのように配列するか
が示されている。なお、図５においても、図４と同様
に、各ショット領域の中心点を◆で示しており、各ショ
ット領域の形状の図示を省略している。図５に示される
ように、本実施形態のモデルでも、第１の実施形態のモ
デルと同様に、各ショット領域の位置は設計位置より内
側にずれてしまう。

【０１３９】図６には、本実施形態のモデルによる直前
に露光されたショット領域との間隔（Ｘ軸方向のみ）が
示されている。ここで、横軸はショット番号、すなわち
露光順序番号である。図６に示されるように、全体的に
はウエハＷ及びウエハホルダ２５が膨脹し続けるため、
冷却後のショット領域間隔は徐々に狭まっているのは第
１の実施形態と同様である。しかし、同一行内に着目す
ると、徐々にショット間隔は徐々に広がっている。同一
行内でのショット領域間隔の広がり方は、列を移動する
毎に鈍化し、各行の最終列近くになると一つ前のショッ
ト領域間隔との差はごく僅かとなる。なお、Ｙ方向の膨
脹については第１の実施形態と実質的に同様と考えられ
る。

【０１４０】本実施形態では、ウエハＷを露光する間の
全体的な膨脹と、行内レベルの局所的な膨脹と、行から
行へ移動する際の膨脹の三つの値を事前に求めておく必
要がある。これは実際にある条件の下でウエハを露光す
ること（テスト露光）により求めておいて、後でショッ
ト領域配列、露光時間（すなわち、露光光量）、等々に
応じてその場で計算すれば良い。もちろん、実際にウエ
ハＷを露光する以外に、ウエハＷやウエハホルダ２５の
素材や構造に応じた熱伝導率、膨張率、等々からコンピ
ュータシミュレーションで求めることもできる。

【０１４１】なお、テスト露光をする場合には、例え
ば、ウエハＷの熱膨張を考慮することなく、測定用レチ
クルに形成された測定用パターンを測定用ウエハ上の複
数のショット領域に転写する。次に、測定用ウエハを冷
却後、転写されたパターンの相互間の距離を測定する。
そして、この測定結果に基づいて、ウエハＷの熱膨張情
報を求めることができる。

【０１４２】以下、上述の走査型露光装置１００による
本実施形態の露光方法を説明する。

【０１４３】以上のようなウエハＷ等の熱膨張を求める
ため、本実施形態では、事前測定又はコンピュータシミ
ュレーションにより、１つのショット領域の露光により
ウエハＷで発生する熱エネルギをパラメータとして、熱
膨張を計算する用意を各層の露光が開始されるまでに行
っておく。

【０１４４】本実施形態では、まず、第１層の露光を行
う。第１層の露光にあたり、まず、不図示のレチクルロ
ーダによって、第１層用のパターンが形成されたレチク
ルＲをレチクルステージＲＳＴにロードする。引き続
き、投影光学系ＰＬの下方に光量センサ４８に移動す
る。この移動は、主制御装置２０によりステージ制御系
１９及びウエハ駆動装置２１等を介して行われる。

【０１４５】次に、光源１から照明光を出力し、光量セ
ンサ４８によってウエハステージＷＳＴに到達した露光
光の光量を測定し、主制御装置２０が、光量センサ４８
の測定結果等に基づき、１つのショット領域の露光によ
りウエハＷで発生する熱エネルギＥを求め、さらに第１
層に関するウエハＷ及びウエハホルダ２５の熱膨張情報
を求める。

【０１４６】次いで、不図示のウエハローダにより、露
光したいウエハＷをウエハステージＷＳＴにロードす
る。引き続き、主制御装置２０が、ウエハ干渉計３１か
らの位置情報（又は速度情報）に基づき、ステージ制御
系１９及びウエハ駆動装置２１等を介してウエハステー
ジＷＳＴを制御して、第１の実施形態と同様に、第１番
目の走査露光領域の中心点が、前記ウエハ座標系で（６
０ｍｍ，−６０ｍｍ）となるようにウエハＷを移動す
る。同時に、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置と
なるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。

【０１４７】そして、ステージ制御系１９が、多点フォ
ーカス位置検出系（５１，５２）によって検出されたウ
エハのＺ位置情報及び傾斜情報、レチクル干渉計１６に
よって計測されたレチクルＲのＸＹ位置情報、ウエハ干
渉計３１によって計測されたウエハＷのＸＹ位置情報に
基づき、不図示のレチクル駆動部及びウエハ駆動装置２
１を介して、ウエハＷの面位置の調整を行いつつ、レチ
クルＲとウエハＷとを相対移動させて走査露光を行う。

【０１４８】以上のように制御されながら行われる走査
露光により、ショット領域ＳＡ（１，１）に対するレチ
クルパターンの転写が終了すると、ウエハＷを１ショッ
ト領域分ステッピングさせる。

【０１４９】ここで、第１層に関する露光に先立って求
めたウエハＷ及びウエハホルダ２５の熱膨張情報を考慮
して、ステッピングを行う。例えば、熱膨張情報とし
て、図６に示されるような、ショット領域間隔Δｘ_kを
Ｘ軸方向に関する熱膨張情報として求めていた場合に
は、設計ショット領域間隔Δｘ₀（＝２０ｍｍ）とショ
ット領域間隔Δｘ₂とから実際のショット領域間隔δｘ
₂として用いれば良い。すなわち、 δｘ₂＝Δｘ₀ ²／Δｘ₂ …（９）を計算して実際のショット領域間隔δｘ₂を求め、この
分だけＸ軸方向にステッピングする。Ｙ方向についても
熱膨張情報に基づいてステッピングする。

【０１５０】そして、第１の実施形態と同様に、熱膨張
に応じて、投影光学系ＰＬの投影倍率、及びレチクルＲ
とウエハＷの移動速度の比の変更をして、ショット領域
ＳＡ（１，２）をショット領域ＳＡ（１，１）と同様に
して（走査方向のみを逆とすることを除く）走査露光を
行う。

【０１５１】以後、ショット領域ＳＡ（１，３）からシ
ョット領域ＳＡ（７，７）まで、各ショット領域毎に、 δｘ_k＝Δｘ₀ ²／Δｘ_k …（１０）を計算して実際のショット領域間隔δｘ_kを求め、この
分だけＸ軸方向にステッピングする。Ｙ方向についても
熱膨張情報に基づいてステッピングする。

【０１５２】図６と（１０）式から分かるように、本実
施形態における実際のショット領域間隔は、ショット領
域の更新に伴って、ウエハ全体を通してみれば徐々に広
く、同一行内では徐々に狭くなる。また、ある行を露光
し終えて次の行に移った時の最初のショット領域の位置
は、前行のショット領域の位置に対してややウエハＷの
外周側にずらすようにする。理由は、前ショット領域の
露光の終了から当該ショット領域の露光までの間に前行
の露光により発生した熱が多少伝わってウエハＷ及びウ
エハホルダ２５を膨脹させるからである。

【０１５３】そして、熱膨張に応じて、投影光学系ＰＬ
の投影倍率、及びレチクルＲとウエハＷの移動速度の比
の変更をしながら、各ショット領域をショット領域ＳＡ
（１，１）と同様にして（場合によって、走査方向のみ
を逆として）順次走査露光を行う。

【０１５４】以上のようにして、第１層の露光が完了す
ると、第２層の露光を行う。第１の実施形態と同様に、
第２層の露光にあたり、まず、レチクルローダによっ
て、第２層用のパターンが形成されたレチクルＲをレチ
クルステージＲＳＴにロードする。引き続き、第１層の
露光の場合と同様にして、光量センサ４８によってウエ
ハステージＷＳＴに到達した露光光の光量を測定する。
そして、主制御装置２０が、光量センサ４８の測定結果
等に基づき、第２層の露光に関して、１つのショット領
域の露光によりウエハＷで発生する熱エネルギＥを求
め、さらに第２層に関するウエハＷ及びウエハホルダ２
５の熱膨張情報を求める。

【０１５５】次に、第１の実施形態と同様に、ウエハロ
ーダにより、露光したいウエハＷをウエハステージＷＳ
Ｔにロードする。引き続き、主制御装置２０により、ウ
エハステージＷＳＴ上の不図示の基準マーク板等を用い
てレチクルアラインメント、ベースライン計測等の準備
作業が所定の手順に従って行われた後、位置検出系（７
０，７２）を用いてＥＧＡ等のアラインメント計測が実
行される。このアライメント計測の終了後、第１層の露
光と同様にして、各ショット領域の露光が順次実行さ
れ、第２層の露光が行われる。以後、第２層の露光と同
様にして、第３層以降の露光を順次行う。

【０１５６】本実施形態によれば、第１の実施形態と同
様に、各ショット領域の露光にあたり、各ショット領域
の露光の際におけるウエハＷの熱膨張に応じてウエハＷ
の露光位置を制御するので、露光後の冷却状態における
ウエハ上でショット領域が正確に直格子状に並べること
ができる。また、各層において採用する露光順序に拘わ
らず、重ね合わせ精度を確保しつつ多層的に露光を行う
ことができる。

【０１５７】更に、その層の露光において既に行われた
露光で発生した熱の伝播に時間がかかるとして、ウエハ
Ｗの熱膨張を求めるので、非常に高精度の露光をするこ
とができる。また、各ショット領域の露光にあたって、
ウエハＷの熱膨張に応じて投影光学系ＰＬの投影倍率を
可変制御するとともに、ウエハＷの膨張量に応じてレチ
クルＲの移動速度とウエハＷの移動速度との比を可変制
御するので、露光後に冷却されたウエハＷ上の各ショッ
ト領域毎に転写されたパターンの大きさを同一とするこ
とができ、高い重ね合わせ精度を確保することが可能と
なる。

【０１５８】次に、上記説明した走査型露光装置及び方
法を使用したデバイスの製造方法の実施形態を説明す
る。

【０１５９】図７には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半
導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マ
イクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されて
いる。図７に示されるように、まず、ステップ２０１
（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計
（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その
機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、
ステップ２０２（マスク製作ステップ）において、設計
した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、
ステップ２０３（ウエハ製造ステップ）において、シリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。

【０１６０】次に、ステップ２０４（ウエハ処理ステッ
プ）において、ステップ２０１〜ステップ２０３で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成す
る。次いで、ステップ２０５（デバイス組立ステップ）
において、ステップ２０４で処理されたウエハを用いて
デバイス組立を行う。このステップ２０５には、ダイシ
ング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程
（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。

【０１６１】最後に、ステップ２０６（検査ステップ）
において、ステップ２０５で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工
程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【０１６２】図８には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ２０４の詳細なフロー例が示されてい
る。図８において、ステップ２１１（酸化ステップ）に
おいてはウエハの表面を酸化させる。ステップ２１２
（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形
成する。ステップ２１３（電極形成ステップ）において
はウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ２
１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオ
ンを打ち込む。以上のステップ２１１〜ステップ２１４
それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成し
ており、各段階において必要な処理に応じて選択されて
実行される。

【０１６３】ウエハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２
１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップ２１６（露光ステッ
プ）において、上記説明した露光装置及び露光方法によ
ってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、
ステップ２１７（現像ステップ）においては露光された
ウエハを現像し、ステップ２１８（エッチングステッ
プ）において、レジストが残存している部分以外の部分
の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステ
ップ２１９（レジスト除去ステップ）において、エッチ
ングが済んで不要となったレジストを取り除く。

【０１６４】これらの前処理工程と後処理工程とを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。

【０１６５】以上のような、本実施形態のデバイス製造
方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデ
バイスを製造することができる。

【０１６６】本発明は、前述の実施形態に限定されるも
のではなく、変形が可能である。例えば、本発明は、紫
外線を光源にする縮小投影露光装置、波長１０ｎｍ前後
の軟Ｘ線を光源にする縮小投影露光装置、波長１ｎｍ前
後を光源にするＸ線露光装置、ＥＢ（電子ビーム）やイ
オンビームによる露光装置などあらゆるウエハ露光装
置、液晶露光装置等に適応できる。また、ステップ・ア
ンド・リピート機、ステップ・アンド・スキャン機、ス
テップ・アンド・スティッチング機を問わない。

【０１６７】また、前述の各実施形態では熱膨張に応じ
てウエハのみを移動して、各ショット領域の露光位置
（走査型露光装置では走査露光開始位置）を補正するも
のとしたが、各ショット領域の露光位置は補正せず、ウ
エハＷの熱膨張に応じてレチクルＲの位置（走査型露光
装置では走査露光開始位置）を調整してもよいし、ある
いは、レチクルＲ及びウエハＷの両方を移動して、ウエ
ハＷの熱膨張に起因して生じるアライメント誤差を相殺
するようにしてもよい。

【０１６８】さらに、前述の各実施形態では投影光学系
ＰＬの投影倍率を調整して、レチクルパターンの像倍率
を変化させるものとしたが、レチクルＲ側が非テレセン
トリックな投影光学系ＰＬを用いる場合には、レチクル
Ｒをその光軸に沿って移動して、レチクルパターンの像
倍率を変化させるようにしてもよい。例えば、５〜１５
ｎｍ（軟Ｘ線領域）に発振スペクトルを有するＥＵＶ
（Extreme Ultra Violet）光を露光用照明光として使用
するステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光
装置では、反射マスク上での照明領域を円弧スリット状
に規定するとともに、複数（４枚程度）の反射光学素子
（ミラー）のみからなる縮小投影光学系を有し、この縮
小投影光学系の倍率に応じた速度比で反射マスクとウエ
ハとを同期移動して反射マスクのパターンをウエハ上に
転写する。このとき、ＥＵＶ光はその主光線が反射マス
クと直交する軸に対して傾いて反射マスクに照射され
る。したがって、ＥＵＶ光を使用する投影露光装置で
は、反射マスクをそのパターン面と直交する軸に沿って
移動して、ウエハ上でのパターンの像倍率を調整するこ
とになる。

【０１６９】また、前述の各実施形態ではウエハＷ上で
のレチクルパターンの像倍率のみを調整し、特に第２層
目以降のレチクルパターンではその転写像とウエハ上の
パターンとの倍率誤差をほぼ零にするものとしたが、熱
膨張によってウエハＷが歪むときにはレチクルパターン
の像歪みを調整するようにしてもよい。像歪みは、例え
ば、投影光学系ＰＬを構成する少なくとも１つの光学素
子を移動する、あるいはレチクルＲを光軸に沿って移動
することにより調整することができる。また、特に走査
型投影露光装置では、レチクルＲの走査方向、正確には
走査露光によるレチクルＲ上の１点のウエハＷ上での走
査軌跡がウエハＷの走査方向（Ｙ方向）と平行となるよ
うに、レチクルＲとウエハＷとを同期移動する。これに
対してウエハＷ上でのレチクルパターンの転写像を積極
的に歪ませるときは、その走査軌跡とウエハＷの走査方
向とが交差するように、レチクルＲとウエハＷとを同期
移動すればよい。また、走査露光中、レチクルパターン
の部分投影像の非走査方向に関する倍率（幅）を連続的
又は段階的に変化させるようにしてもよい。さらに、レ
チクルパターンとウエハＷ上のショット領域とをわずか
に相対回転させた状態でレチクルＲとウエハＷとを同期
移動するようにしてもよい。

【０１７０】また、前述の各実施形態では行ジグザグ方
式の露光順序について説明したが、列ジグザグ方式の露
光順序にも勿論適応できる。また、ショット領域の配列
を７行７列の正方行列のみ示したが、行方向又は列方向
のショット領域間隔が等しくなくとも良いし、行によっ
て列数が異なっても適応可能である。特に、第１実施形
態はそれまでの露光で発生した熱がウエハホルダ全体に
万遍なく瞬時に伝わるモデルであるから、各式はそのま
ま使える。また、第２実施形態についても、基本的には
そのまま適応できる。

【０１７１】また、１ショット領域の露光による熱エネ
ルギを求めるにあたって、各層の露光前に光量センサ４
８を使用してウエハステージＷＳＴに到達する露光光の
エネルギを検出したが、更に露光中においてウエハステ
ージＷＳＴに到達した露光光のエネルギの変動を光量セ
ンサ５３を使用して検出し、次のステッピングに反映す
ることもできる。

【０１７２】また、第２層以降の露光において、ＥＧＡ
によって露光前におけるウエハＷ上のショット領域の配
列座標を求めて、この座標値から熱膨張を考慮したステ
ッピング量を求めたが、ＥＧＡの設計上のショット領域
の座標値を熱膨張を考慮したものとして、ＥＧＡによる
アライメントを行っても、従来に比べ高い重ね合わせ精
度を確保しつつ多層的な露光を行うことができる。

【０１７３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
〜請求項１０に係る露光方法によれば、各区画領域の露
光にあたり、各区画領域の露光の際における感応基板の
熱膨張に応じて感応基板の露光位置を制御するので、露
光後の冷却状態において基板上でショット領域が所望の
間隔で並ぶような露光が可能となる。この結果、次層の
重ね合わせ精度の向上を図ることができるるとともに、
前層と重ね合わせ精度の良い露光ができる。

【０１７４】また、請求項１２〜請求項１６に係る露光
装置によれば、各区画領域の露光にあたり、各区画領域
の露光の際における感応基板の熱膨張に応じて感応基板
の露光位置を制御するので、露光後の冷却状態において
基板上でショット領域が所望の間隔で並ぶような露光が
可能となる。この結果、次層の重ね合わせ精度の向上を
図ることができるるとともに、前層と重ね合わせ精度の
良い露光ができる露光装置を提供することができる。

【０１７５】更に、請求項１１又は請求項１７に係るデ
バイスの製造方法によれば、本発明の露光方法及び露光
装置を利用するので、従来は製造が難しかった高集積度
のデバイスを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の露光装置の概略構成を示す図
である。

【図２】図１の装置の走査露光の原理を説明するための
図である。

【図３】第１の実施形態におけるショット領域の配列と
露光順序を説明するための図である。

【図４】第１の実施形態の熱膨張モデルにおけるショッ
ト領域の配列ずれを説明するための図である。

【図５】第２の実施形態の熱膨張モデルにおけるショッ
ト領域の配列ずれを説明するための図である。

【図６】図５に示したショット領域の配列ずれにおい
て、ショット領域の行方向間隔の変化を示すグラフであ
る。

【図７】本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説
明するためのフローチャートである。

【図８】図７のステップ２０４における処理のフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１９ステージ制御系（同期移動制御装置；投影倍率
制御系の一部）２０主制御装置（処理装置、演算装置）２１ウエハ駆動装置（同期移動機構；投影倍率制御
系の一部）６８結像特性補正コントローラ（結像特性制御機
構；投影倍率制御系の一部）７０アライメント顕微鏡（位置検出系の一部）７２画像処理装置（位置検出系の一部）Ｒレチクル（マスク）ＲＳＴレチクルステージＰＬ投影光学系ＰＬ（投影倍率制御系の一部）Ｗウエハ（感応基板）ＷＳＴウエハステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンを感応基板
の複数の区画領域に順次転写する露光方法であって、前記感応基板上の所定の区画領域を露光する際に、その
時点の前記感応基板の熱膨張を考慮して直前の区画領域
の露光位置から前記所定の区画領域の露光位置への前記
感応基板の移動を行う第１工程と；前記所定の区画領域
に対し前記マスクパターンを転写する第２工程とを含む
露光方法。
【請求項２】前記第１工程の処理に先立って、前記感
応基板上に前記複数の区画領域とともに形成された複数
の位置合わせマークの内の予め定めた特定の複数の位置
合わせマークの位置を検出し、この検出結果に基づいて
統計演算により前記感応基板上に形成された前記複数の
区画領域の位置を求める第３工程を更に含み、前記第１工程における前記感応基板の移動は、前記感応
基板の熱膨張に基づいて前記第３工程の演算結果を補正
した前記所定の区画領域の露光位置を目標として行われ
ることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】前記第１工程における前記感応基板の熱
膨張は、その層の露光において既に行われた露光により
前記感応基板で発生した熱量に基づいて求められたもの
であることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項４】前記感応基板の熱膨張は、その層におい
て既に露光が行われた前記区画光領域の数を変数とする
関数であるとして求められたものであることを特徴とす
る請求項３に記載の露光方法。
【請求項５】前記感応基板の熱膨張は、その層におい
て既に行われた露光の内、これから行われる前記区画領
域の露光に対して空間的かつ時間的に近い露光で発生し
た熱量は前記感応基板の局所的な熱膨張に寄与し、空間
的又は時間的に遠い露光で発生した熱量は前記感応基板
全体の熱膨張に寄与するとして求められたものであるこ
とを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
【請求項６】第１工程の処理に先立って行われる、測定用感応基板上の転写前における設計上の測定用区画
領域の間隔にのみ基づいて、測定用マスクに形成された
測定用パターンを前記測定用感応基板上の複数の複数の
測定用区画領域に順次転写する第４工程と；前記測定用
パターンが転写された前記測定用感応基板を転写前の温
度に冷却し、前記測定用区画領域の相互間の距離を測定
する第５工程と；前記第５工程における測定結果に基づ
いて、露光時における前記感応基板の熱膨張を求める第
６工程とを更に含む請求項１に記載の露光方法。
【請求項７】前記区画領域の露光順序は、マトリクス
状に配列された前記区画領域について、前記マトリクス
の第１行方向で隣接する前記区画領域へ順次進み、前記
第１行方向に隣接する前記区画領域が存在しない場合に
前記マトリクスの列方向に沿って隣接する行へ進み、そ
の後に前記第１行方向と逆方向である第２行方向へ進む
順序であり、同一の行方向に配列された前記区画領域の連続的な露光
において、直前の区画領域の露光位置から前記所定の区
画領域の露光位置への前記感応基板の移動量が、前記直
前の区画領域の露光のための前記感応基板の移動量より
も小さいことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項８】マトリクス状に配置された前記区画領域
を順次露光するのにあたって、第Ｎ行（Ｎは自然数）の
最後の区画領域から第（Ｎ＋１）行の最初の区画領域に
移動するときの前記感応基板の移動量に与えられる補正
量は、第（Ｎ−１）行の最後の区画領域から第Ｎ行の最
初の区画領域に移動するときの前記感応基板の移動量に
与えられる補正量よりも大きいことを特徴とする請求項
１又は７に記載の露光方法。
【請求項９】前記マスクに形成された前記パターンの
前記感応基板への転写は投影光学系を介して行われ、前記感応基板の膨張量に応じて、前記パターンの像倍率
を可変制御することを特徴とする請求項１に記載の露光
方法。
【請求項１０】前記マスクに形成された前記パターン
の前記感応基板への転写は前記マスクと前記感応基板と
を同期移動させつつ行われ、前記感応基板の膨張量に応じて、前記区画領域の露光に
おける前記マスク及び前記感応基板の少なくとも一方の
前記同期移動の開始位置及び前記マスクと前記感応基板
との同期速度比を補正することを特徴とする請求項１に
記載の露光方法。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかの露光方法
を用いたことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１２】マスクに形成されたパターンを感応基
板の複数の区画領域に順次転写する露光装置であって、前記感応基板上の所定の区画領域を露光する際におけ
る、その時点の前記感応基板の熱膨張を考慮した直前の
区画領域の露光位置から前記所定の区画領域の露光位置
への前記感応基板の移動量情報を求める処理装置と；前
記移動量情報に基づいて、前記感応基板を駆動して前記
感応基板を露光位置に設定する駆動装置とを備える露光
装置。
【請求項１３】前記感応基板上に前記複数の区画領域
とともに形成された複数の位置合わせマークの内の予め
定めた特定の複数の位置合わせマークの位置を検出する
位置検出系と；前記位置検出系による検出結果に基づい
て統計演算により前記感応基板上に形成された前記複数
の区画領域の位置を求める演算装置とを更に備え、前記処理装置は、前記感応基板の熱膨張に基づいて前記
演算装置の演算結果を補正した前記所定の区画領域の露
光位置を目標位置として前記感応基板の移動量を求める
ことを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
【請求項１４】前記区画領域の露光順序は、マトリク
ス状に配列された前記区画領域について、前記マトリク
スの第１行方向で隣接する前記区画領域へ順次進み、前
記第１行方向に隣接する前記区画領域が存在しない場合
に前記マトリクスの列方向に沿って隣接する行へ進み、
その後に前記第１行方向と逆方向である第２行方向へ進
む順序であり、前記移動量情報には、同一の行方向に配列された前記区
画領域の連続的な露光において、直前の区画領域の露光
位置から前記所定の区画領域の露光位置への前記感応基
板の移動量が、前記直前の区画領域の露光のための前記
感応基板の移動量よりも小さい情報が含まれることを特
徴とする請求項１２に記載の露光装置。
【請求項１５】前記感応基板の熱膨張に応じて、前記
マスクに形成されたパターンの前記感応基板上での像倍
率を可変制御する投影倍率制御系を更に備える請求項１
２に記載の露光装置。
【請求項１６】前記投影倍率制御系は、前記区画領域の露光にあたって、前記マスクと前記感応
基板とを同期移動させる同期移動機構と、前記感応基板の膨張量に応じて、前記区画領域の露光に
おける前記マスク及び前記感応基板の少なくとも一方の
前記同期移動の開始位置及び前記マスクと前記感応基板
との同期速度比を制御する同期移動制御機構とを備える
請求項１５に記載の露光装置。
【請求項１７】請求項１２〜１６のいずれかの露光装
置を用いたことを特徴とするデバイスの製造方法。