KR20100014357A - 계측 방법, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

Abstract

계측 장치의 계측 분해능을 초과하는 선폭 (스페이스폭 A) 의 L/S 패턴을 포함하는 개구 패턴 (AP_n) 의 이미지 (잠상) 를, 광학계를 통하여 웨이퍼 상의 각 구획 영역 (DA_i) 에 각각 생성한다 (단계 410). 그리고, 개구 패턴 (AP_n) 의 이미지가 생성된 웨이퍼 상의 각 구획 영역 (DA_i) 의 일부를 투영 광학계 (PL) 를 통하여 각각 노광하고, L/S 패턴의 이미지의 일부가 제거된 패턴 (AP_n) 의 이미지를 각 구획 영역 (DA_i) 에 형성한다 (단계 412). 이로써, 이 웨이퍼의 현상 후에, 패턴 (MP_n) 의 일부가 제거된 패턴의 이미지 (레지스트 이미지) 가 각 구획 영역 (DA_i) 에 형성된다. 그리고, 그 웨이퍼를 시료로 하여 간이한 계측 장치로 계측을 실시하여 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성 (베스트 포커스 위치, 상면 만곡, 비점 수차 등) 을 구한다 (단계 426). 이로써, 간이한 계측 장치로 광학계의 광학 특성을 단시간에 고정밀도로 계측한다.

노광 장치, 웨이퍼, 레지스트, 계측 장치, 투영 광학계

Description

계측 방법, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법{MEASURING METHOD, EXPOSURE METHOD, AND DEVICE FABRICATING METHOD}

기술분야

본 발명은 계측 방법, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 소정의 면 상에 패턴 이미지를 생성하는 광학계의 광학 특성을 계측하는 계측 방법, 그 계측 방법에 의해 계측된 광학 특성을 고려하여 노광을 실시하는 노광 방법 및 그 노광 방법을 이용한 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.

배경기술

반도체 소자 (집적 회로) 등은 해마다 고집적화되고 있고, 이것에 수반하여 반도체 소자 등의 제조 장치인 스테퍼 등의 투영 노광 장치에는 한층 더 고해상력이 요구되도록 되어 왔다. 또, 고해상력과 함께, 목적으로 하는 패턴을 설계값대로 충실히 웨이퍼 등의 피노광 물체 상에 형성하는 것 및 피노광 물체 상에 이미 형성되어 있는 패턴에 대한 차층 (次層) 이후의 패턴의 중첩 정밀도를 향상시키는 것도 중요하다. 이를 위해서는, 투영 광학계의 광학 특성을 향상시킬 필요가 있고, 그 전제로서 투영 광학계의 광학 특성 (결상 특성을 포함한다) 을 정확하게 계측하여, 평가하는 것이 중요해지고 있다.

투영 광학계의 광학 특성, 예를 들어 패턴의 이미지면의 정확한 계측은 투영 광학계의 시야 내의 각 평가점 (계측점) 에 있어서의 최선 포커스 위치를 정확하게 계측할 수 있는 것이 전제가 된다.

종래의 투영 광학계의 최선 포커스 위치의 계측 방법으로는, 이른바 CD/포커스법이 대표적으로 알려져 있다. 이 방법에서는, 소정의 레티클 패턴 (예를 들어, 라인 앤드 스페이스 패턴 등) 을 테스트 패턴으로 하여, 이 테스트 패턴을 투영 광학계의 광축 방향에 관한 복수의 위치에서 테스트용 웨이퍼에 전사한다. 그리고, 그 테스트용 웨이퍼를 현상하여 얻어지는 레지스트 이미지 (전사된 패턴의 이미지) 의 선폭값을 주사형 전자 현미경 (SEM) 등을 사용하여 계측하고, 그 선폭치와 투영 광학계의 광축 방향에 관한 웨이퍼 위치 (이하, 적절히 「포커스 위치」 라고도 말한다) 의 관계에 기초하여 최선 포커스 위치를 산출한다.

그러나, 상기 서술한 CD/포커스법에서는, 예를 들어 레지스트 이미지의 선폭값을 SEM 으로 계측하기 때문에, SEM 의 포커스 맞춤을 엄밀하게 실시할 필요가 있어, 1 점당 계측 시간이 매우 길고, 다수점에서의 계측을 하기 위해서는 수 시간 내지 수십 시간이 필요하였다. 이 때문에, 계측 결과가 얻어질 때까지의 스루풋이 대폭 저하되었다. 이것에 더하여, 측정 오차나 측정 결과의 재현성에 대해서도 보다 높은 레벨이 요구되게 되어, 종래의 계측 방법으로는 그 대응이 곤란하였다.

이 외에, 특허 문헌 1 등에 개시되는, 복수의 포커스 위치에서, 쐐기형 마크의 레지스트 이미지를 웨이퍼 상에 형성하고, 얼라인먼트계 등의 마크 검출계를 사용하여 레지스트 이미지의 긴 방향의 길이 (포커스 위치의 차이에 의한 레지스트 이미지의 선폭값의 변화를 증폭시킨 것) 를 계측하고, 이 계측 결과를 사용하는, 이른바 SMP 포커스 계측법도 알려져 있다. 그러나, 이 SMP 포커스 계측법에서는, 통상적으로 계측을 단색광으로 실시하기 때문에, 레지스트 이미지의 형상 차이에 의해 간섭의 영향이 상이하고, 그것이 계측 오차 (치수 오프셋) 로 연결됨과 함께, 현 상황의 화상 입력 기기 (CCD 카메라 등) 의 분해능으로는 아직 충분하지 않다. 또, 테스트 패턴이 크기 때문에, 평가점의 수를 증가시키는 것이 곤란하였다.

이와 같은 이유에 의해, 분해능이 낮은 계측계, 예를 들어 노광 장치의 결상식 얼라인먼트 센서 등의 계측 장치를 사용하여, 광학계의 광학 특성을 고스루풋으로 계측하는 것이 가능한 계측 방법의 제안이 기대되고 있었다.

특허 문헌 1 : 미국 특허 제 4,908,656호 명세서

발명의 개시

과제를 해결하기 위한 수단

발명자는, 상기 기대에 부응하기 위해 예의 연구를 실시한 결과, 패턴 이미지의 사이즈 (선폭이나 길이) 등이 아닌, 패턴 이미지를 촬상한 촬상 신호를 처리하여 얻어지는 어떠한 양 (예를 들어, 각 화소의 휘도값의 정보를 포함하는 양) 을 지표치로 하면 된다는 결론에 달하였다. 그리고, 계측용 패턴 이미지로서 어떠한 패턴 이미지가 적절한지를 결정하기 위해서 더욱 연구를 실시하였다. 이 결과, 계측용 패턴 이미지로서 예를 들어 라인 앤드 스페이스 패턴의 이미지를 채용한 경우에는, 그 선폭 (정확하게는, 라인부의 폭 및 스페이스부의 폭 중 큰 것) 이 계측계의 해상 한계와 동일한 정도 이하가 되면, 실제로는 존재하지 않는 프레임선 이 패턴의 주위에 출현하여, 계측 오차의 요인이 되는 것이 판명되었다.

본 발명은 이러한 사정 하에서 이루어진 것으로, 제 1 관점에서 보면, 제 1 패턴 이미지를 광학계를 통하여 물체 상에 생성함으로써 그 물체를 노광하는 제 1 공정과; 상기 제 1 패턴 이미지가 생성된 상기 물체 상의 영역의 일부를 상기 광학계를 통하여 노광하는 제 2 공정과; 상기 제 2 공정의 처리 후에 상기 물체 상에 형성된 패턴 이미지를 계측 장치를 사용하여 계측하는 제 3 공정과; 상기 패턴 이미지의 계측 결과를 사용하여 상기 광학계의 광학 특성을 산출하는 제 4 공정을 포함하는 제 1 계측 방법이다.

이에 의하면, 제 1 패턴 이미지를 광학계를 통하여 물체 상에 생성함으로써 그 물체가 노광된다. 그리고, 이 노광에 의해 제 1 패턴 이미지가 생성된 물체 상의 영역의 일부를 광학계를 통하여 노광함으로써, 그 제 1 패턴 이미지의 일부를 제거할 수 있게 된다. 그리고, 그 일부가 제거된 패턴 이미지를 계측 장치를 사용하여 계측하고, 그 계측 결과를 사용하여 광학계의 광학 특성을 산출한다. 따라서, 만일 제 1 패턴 이미지의 선폭이 계측 장치의 계측 분해능 이하가 되는 경우라도, 그 제 1 패턴 이미지의 일부가 제거된 패턴 이미지는 계측 장치를 사용하여 계측하는 것이 가능해지고, 그 계측 결과를 사용하여 광학계의 광학 특성을 산출함으로써, 광학 특성을 고정밀도로 또한 단시간에 계측하는 것이 가능해진다.

본 발명은, 제 2 관점에서 보면, 제 1 면의 패턴을 제 2 면 상에 투영하는 광학계의 광학 특성을 계측하는 방법으로서, 상기 광학계의 광축 방향에 관해 상이한 위치에서 각각 상기 광학계를 통하여 물체 상에 밀집 패턴 이미지를 형성하기 위한 노광과, 상기 밀집 패턴 이미지의 일부를 제거하기 위한 노광에 의해, 상기 물체 상의 복수의 영역을 각각 다중 노광하는 것과; 상기 각 영역의 패턴 이미지의 명암 정보를 계측하는 것을 포함하는 제 2 계측 방법이다.

이것에 의하면, 만일 밀집 패턴 이미지의 선폭이 계측 장치의 계측 분해능 이하가 되는 경우라도, 그 밀집 패턴 이미지의 일부가 제거된 패턴 이미지는 계측 장치의 분해능 이하로는 되지 않아, 실제로는 존재하지 않는 프레임선이 패턴의 주위에 출현하여 계측 오차의 요인이 된다는 현상이 발생되지 않는다. 또, 각 영역의 패턴 이미지의 명암 정보를 계측한다. 그 결과, SEM 등과 비교하여 분해능이 낮은 계측계, 예를 들어 노광 장치의 결상식 얼라인먼트 센서 등의 계측 장치를 사용하여, 광학계의 광학 특성을 고정밀도로 또한 고스루풋으로 계측하는 것이 가능해진다.

본 발명은, 제 3 관점에서 보면, 본 발명의 제 1, 제 2 계측 방법 중 어느 방법에 의해 광학계의 광학 특성을 계측하는 공정과; 광학 특성의 계측 결과를 고려하여, 상기 광학계의 광학 특성 및 상기 광학계의 광축 방향에 관한 상기 광학계에 대한 상기 물체의 위치 중 적어도 일방을 조정함과 함께, 상기 패턴을 형성하기 위해서 상기 광학계를 통하여 상기 물체를 노광하는 공정을 포함하는 노광 방법이다.

이것에 의하면, 본 발명의 계측 방법에 의해 광학계의 광학 특성이 고정밀도로 또한 단시간에 계측되고, 이 광학 특성의 계측 결과를 고려하여, 광학계의 광학 특성 및 광학계의 광축 방향에 관한 광학계에 대한 물체의 위치 중 적어도 일방이 조정됨과 함께, 패턴을 형성하기 위해서 광학계를 통하여 물체가 노광된다. 따라서, 물체 상에 패턴을 양호한 정밀도로 형성하는 것이 가능해진다.

본 발명은, 제 4 관점에서 보면, 본 발명의 노광 방법을 이용하여 물체 상에 패턴을 형성하는 공정과; 패턴이 형성된 상기 물체를 처리하는 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법이다.

도면의 간단한 설명

도 1 은, 일 실시형태에 관련된 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

도 2 는, 레티클 (R_T1) 을 패턴면측에서 봤을 때의 평면도이다.

도 3 은, 레티클 (R_T1) 에 형성된 패턴 (MP_n) 의 구성을 나타내는 도면이다.

도 4 는, 레티클 (R_T2) 을 패턴면측에서 봤을 때의 평면도이다.

도 5 는, 레티클 (R_T2) 에 형성된 패턴 (MP'_n) 의 구성을 나타내는 도면이다.

도 6 은, 일 실시형태에 관련된 광학 특성의 계측 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.

도 7 은, 구획 영역의 배열을 설명하기 위한 도면이다.

도 8 은, 웨이퍼 (W_T) 상에 평가점 대응 영역 (DB₁ ∼ DB₅) 이 형성된 상태를 나타내는 도면이다.

도 9 는, 웨이퍼 (W_T) 를 현상 후에 웨이퍼 (W_T) 상에 형성된 평가점 대응 영역 (DB₁) 의 레지스트 이미지의 일례를 나타내는 도면이다.

도 10 은, 도 9 에 나타내는 구획 영역 (DA₇) 에 형성되어 있는 레지스트 이미지를 확대하여 나타내는 도면이다.

도 11(A) ∼ 도 11(C) 는, 도 10 에 나타내는 레지스트 이미지 (MP"_n) 가 형성되는 원리에 대해 설명하기 위한 도면이다.

도 12 는, 도 10 의 레지스트 이미지 (LS"_Vn, LS"_Hn, LS"_Rn, LS"_Ln) 를 대표적으로 나타내는 패턴 이미지를 확대하여 나타내는 도면이다.

도 13 은, 도 6 의 단계 426 (광학 특성의 산출 처리) 의 상세를 나타내는 플로우 차트이다.

도 14 는, 최선 포커스 위치를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 15(A) 및 도 15(B) 는, 발명자가 실시한 시뮬레이션 결과의 일례를 나타내는 도면이다.

실시예

이하, 본 발명의 일 실시형태를 도 1 ∼ 도 15(B) 에 기초하여 설명한다.

도 1 에는, 본 발명의 광학 특성 계측 방법 및 노광 방법을 실시하는데 바람직한 일 실시형태에 관련된 노광 장치 (100) 의 개략적인 구성이 나타나 있다. 이 노광 장치 (100) 는, 스텝 앤드 스캔 방식의 축소 투영 노광 장치 (이른바 스캐 닝 스테퍼 (스캐너라고도 불린다)) 이다.

이 노광 장치 (100) 는 조명계 (IOP), 레티클 (R) 을 유지하는 레티클 스테이지 (RST), 레티클 (R) 에 형성된 패턴의 이미지를 감광제 (여기서는, 포지티브 레지스트로 한다) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상에 투영하는 투영 유닛 (PU), 웨이퍼 (W) 를 유지하고 XY 평면 내를 이동하는 XY 스테이지 (20), XY 스테이지 (20) 를 구동하는 구동계 (22) 및 이들의 제어계 등을 구비하고 있다. 제어계는 장치 전체를 총괄 제어하는 마이크로 컴퓨터 (또는 워크 스테이션) 등을 포함하는 주제어 장치 (28) 를 중심으로 하여 구성되어 있다.

조명계 (IOP) 는, 예를 들어 ArF 엑시머 레이저 (출력 파장 193㎚) (또는 KrF 엑시머 레이저 (출력 파장 248㎚) 등) 로 이루어지는 광원 및 그 광원에 송광 광학계를 통하여 접속된 조명 광학계를 포함한다. 조명 광학계로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 제2001-313250호 (대응되는 미국 특허 출원 공개 제 2003/0025890호 명세서) 등에 개시되어 있는 바와 같이, 옵티컬 인터그레이터 등을 포함하는 조도 균일화 광학계, 빔 스플리터, 레티클 블라인드 등 (모두 도시 생략) 을 포함한다. 이 조명 광학계는, 광원으로부터 사출된 레이저 빔을 정형하고, 이 정형된 레이저 빔 (이하, 조명광이라고도 한다; IL) 에 의해 레티클 (R) 상에서 X 축 방향 (도 1 에 있어서의 지면 직교 방향) 으로 가늘고 길게 연장되는 슬릿상의 조명 영역을 균일한 조도로 조명한다.

레티클 스테이지 (RST) 는, 조명계 (IOP) 의 도 1 에 있어서의 하방에 배치되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 상에 레티클 (R) 이 탑재되어 있다. 레 티클 (R) 은, 도시를 생략한 진공 척 등을 통하여 레티클 스테이지 (RST) 에 흡착 유지되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 도시를 생략한 레티클 스테이지 구동계에 의해 수평면 (XY 평면) 내에서 미소 구동 가능함과 함께, 주사 방향 (여기서는 도 1 에 있어서의 지면 좌우 방향인 Y 축 방향으로 한다) 으로 소정 스트로크 범위에서 주사된다. 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보는, 그 단부에 고정된 이동경 (12) 을 통하여 외부의 레이저 간섭계 (14) 에 의해 계측되고, 이 레이저 간섭계 (14) 의 계측값이 주제어 장치 (28) 에 공급되고 있다. 또한, 이동경 (12) 대신에, 레티클 스테이지 (RST) 의 단면 (端面) 을 경면 가공하여 반사면 (이동경 (12) 의 반사면에 상당) 을 형성해도 된다.

투영 유닛 (PU) 은, 레티클 스테이지 (RST) 의 도 1 에 있어서의 하방에 배치되어 있다. 투영 유닛 (PU) 은, 경통 (40) 과 그 경통 (40) 내에 소정의 위치 관계로 유지된 복수의 광학 소자를 포함하고, 제 1 면 (물체면) 의 패턴을 제 2 면 (결상면) 상에 투영하는 투영 광학계 (PL) 를 포함한다. 투영 광학계 (PL) 로는, 여기서는 양측 텔레센트릭한 축소계로서, 광축 (AXp) 방향 (Z 축 방향) 으로 배열된 복수 장의 렌즈 엘리먼트 (도시 생략) 를 포함하는 굴절 광학계가 사용되고 있다. 렌즈 엘리먼트 중 특정한 복수 장은 각각 가동 (可動) 이며, 주제어 장치 (28) 로부터의 지령에 기초하여 도시를 생략한 결상 특성 보정 컨트롤러에 의해 제어되고, 이로써 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성 (결상 특성을 포함한다), 예를 들어, 배율, 디스토션, 코마 수차 및 상면 만곡 등이 조정된다.

투영 광학계 (PL) 의 투영 배율은, 일례로서 1/4 로 되어 있다. 이 때문 에, 전술한 바와 같이 조명광 (IL) 에 의해 레티클 (R) 이 균일한 조도로 조명되면, 그 조명 영역 내의 레티클 (R) 의 패턴이 투영 광학계 (PL) 에 의해 축소되어 웨이퍼 (W) 상에 투영되고, 웨이퍼 (W) 상의 피노광 영역 (쇼트 영역) 의 일부에 패턴의 축소 이미지가 형성된다. 이 때, 투영 광학계 (PL) 는 그 시야 내의 일부 (즉, 노광 에어리어로서, 투영 광학계 (PL) 에 관해서 조명 영역과 공액인 슬릿상 영역) 에 그 축소 이미지를 형성한다. 또한, 전술한 결상 특성 보정 컨트롤러는 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성, 즉 웨이퍼 (W) 상에서의 패턴의 이미지의 결상 상태를 조정하기 위해서, 투영 광학계 (PL) 의 적어도 1 개의 광학 소자 (렌즈 엘리먼트 등) 를 이동하는 것으로 하였으나, 그 대신에, 또는 그것과 조합하여, 예를 들어 광원의 제어에 의한 조명광 (IL) 의 특성 (예를 들어, 중심 파장, 스펙트럼폭 등) 의 변경과, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AXp) 에 평행한 Z 축 방향에 관한 웨이퍼 (W) 의 이동 (및 XY 평면에 대한 경사) 중 적어도 일방을 실시하는 것으로 해도 된다.

XY 스테이지 (20) 상에 웨이퍼 테이블 (18) 이 탑재되고, 웨이퍼 테이블 (18) 상에 도시를 생략한 웨이퍼 홀더를 통하여 웨이퍼 (W) 가 진공 흡착 등에 의해 유지되어 있다. 웨이퍼 테이블 (18) 은, 웨이퍼 (W) 를 유지하는 웨이퍼 홀더를 Z 축 방향 및 XY 평면에 대한 경사 방향으로 미소 구동시키는 것으로써, Z·틸트 스테이지라고도 칭해진다. 웨이퍼 테이블 (18) 의 이동경 (24) 에 레이저 간섭계 (26) 로부터의 레이저 빔 (측정 빔) 이 투사되고, 이동경 (24) 으로부터의 반사광에 기초하여 웨이퍼 테이블 (18) 의 6 자유도 방향의 위치 정보, 즉 X 축, Y 축 및 Z 축 방향의 위치 정보와 X 축, Y 축 및 Z 축 둘레의 회전 정보 (요잉 (Z 축 둘레의 회전인 θz 회전), 피칭 (X 축 둘레의 회전인 θx 회전), 롤링 (Y 축 둘레의 회전인 θy 회전) 을 포함한다) 이 계측된다. 또한, 웨이퍼 테이블 (18) 의 단면 (측면) 을 경면 가공하여 반사면 (이동경 (24) 의 반사면에 상당) 을 형성해도 된다.

레이저 간섭계 (26) 의 계측값은 주제어 장치 (28) 에 공급되고, 주제어 장치 (28) 는 레이저 간섭계 (26) 의 계측값에 기초하여 구동계 (22) 를 통하여 XY 스테이지 (20) 및 웨이퍼 테이블 (18) 을 제어함으로써, 웨이퍼 (W) 의 6 자유도 방향의 위치를 제어한다.

또, 웨이퍼 (W) 표면의 Z 축 방향의 위치 및 경사량은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평6-283403호 (대응되는 미국 특허 제5,448,332호 명세서) 등에 개시되는 송광계 (50a) 및 수광계 (50b) 를 갖는 사입사 방식의 다점 초점 위치 검출계로 이루어지는 포커스 센서 (AFS) 에 의해 계측된다. 이 포커스 센서 (AFS) 의 계측값도 주제어 장치 (28) 에 공급되고 있다.

또, 웨이퍼 테이블 (18) 상에는, 그 표면이 웨이퍼 (W) 의 표면과 동일한 높이가 되는 기준판 (FP) 이 고정되어 있다. 이 기준판 (FP) 의 표면에는, 다음에 설명하는 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 베이스 라인 계측 등에 사용되는 기준 마크 등이 형성되어 있다.

본 실시형태에서는, 웨이퍼 (W) 에 형성된 얼라인먼트 마크를 검출하는 오프액시스 방식의 얼라인먼트 검출계 (AS) 가 형성되어 있다. 이 얼라인먼트 검출 계 (AS) 로는, 일례로서 할로겐 램프 등의 브로드밴드 (광대역) 광으로 마크를 조명하고, 이 마크 화상을 화상 처리함으로써 마크 위치를 계측하는 화상 처리 방식의 얼라인먼트 센서의 일종인 FIA (Field Image Alignment) 계가 사용되고 있다.

얼라인먼트 검출계 (AS) 의 검출 신호 (DS) 는, 얼라인먼트 제어 장치 (16) 에 공급되고, 얼라인먼트 제어 장치 (16) 는 그 검출 신호 (DS) 를 A/D 변환하고, 이 디지털화된 파형 신호를 연산 처리하여 마크 위치를 검출한다. 이 검출 결과는 얼라인먼트 제어 장치 (16) 로부터 주제어 장치 (28) 에 공급된다.

또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 도시는 생략되어 있지만, 레티클 (R) 의 상방에, 예를 들어 일본 공개특허공보 평7-176468호 (대응되는 미국 특허 제5,646,413호 명세서) 등에 개시되는, 노광 파장의 광을 사용한 TTR (Through The Reticle) 방식의 한 쌍의 레티클 얼라인먼트 검출계가 형성되고, 그 레티클 얼라인먼트 검출계의 검출 신호는 얼라인먼트 제어 장치 (16) 를 통하여 주제어 장치 (28) 에 공급된다.

다음으로, 노광 장치 (100) 에서 투영 광학계의 광학 특성을 계측하는데 사용되는 레티클의 일례에 대해 설명한다.

본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성을 계측하기 위해서, 후술하는, 제 1 패턴의 이미지의 일부의 제거를 목적으로 하여, 제 1 패턴의 이미지를, 제 2 패턴을 통하여 노광하는 트림 노광 (이중 노광의 제 2 노광에 상당) 이 실시되기 때문에, 2 장의 레티클 (R_T1, R_T2) 이 사용된다. 도 2 에는, 그 중 1 장의 레티클 (R_T1) 이 나타나 있다. 도 2 는, 레티클 (R_T1) 을 패턴면측 (도 1 에 있어서의 하면측) 에서 본 평면도이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 레티클 (R_T1) 은, 직사각형 (정확하게는 정사각형) 의 유리 기판 (42) 으로 이루어지고, 그 패턴면에는 도시를 생략한 차광대에 의해 규정되는 대략 직사각형의 패턴 영역 (PA) 이 형성되고, 본 예에서는 크롬 등의 차광 부재에 의해 그 패턴 영역 (PA) 의 거의 전체면이 차광부로 되어 있다. 패턴 영역 (PA) 의 중심 (여기서는 레티클 (R_T1) 의 중심 (레티클 센터) 에 일치) 및 레티클 센터를 중심으로 하고, 또한 X 축 방향을 길이 방향으로 하는 가상의 직사각형 영역 (IAR') 내부의 4 개 모서리 부분의 합계 5 지점에, 소정 폭, 예를 들어 27㎛ 이고, 소정 길이, 예를 들어 108㎛ 의 개구 패턴 (투과 영역) (AP₁ ∼ AP₅) 이 형성되고, 개구 패턴 (AP₁ ∼ AP₅) 에 패턴 (MP₁ ∼ MP₅) 이 각각 형성되어 있다. 상기 직사각형 영역 (IAR') 은 전술한 조명 영역에 거의 일치하는 크기 및 형상으로 되어 있다. 또한, 본 예 (도 2 의 예) 에서는 패턴 영역 (PA) 의 거의 전체면을 차광부로 하였으나, 패턴 영역 (PA) 을 광 투과부로 해도 된다. 이 경우, 상기 직사각형 영역 (IAR') 은 X 축 방향의 양단이 전술한 차광대에 의해 규정되기 때문에, Y 축 방향의 양단에 각각 소정 폭 (예를 들어, 차광대와 동일한 폭) 의 차광부를 형성해도 된다.

패턴 (MP_n; n = 1 ∼ 5) 의 각각은 밀집 패턴, 예를 들어 도 3 에 확대하여 나타내는 4 종류의 라인 앤드 스페이스 패턴 (이하, 「L/S 패턴」이라고 기술한다, LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 을 포함한다. L/S 패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 의 각각은, 소정의 선폭, 예를 들어 0.6㎛ 이고, 소정의 길이, 예를 들어 9㎛ 정도의 8 개의 라인 패턴이 소정의 피치, 예를 들어 1.2㎛ 로 각각의 주기 방향으로 배열된 멀티바 패턴에 의해 구성되어 있다. 이 경우, L/S 패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 각각의 주기 방향은 X 축 방향, Y 축 방향, Y 축에 대해 +45˚를 이루는 방향, Y 축에 대해 -45˚를 이루는 방향으로 되어 있다.

본 실시형태에서는, 도 3 에 나타내는 개구 패턴 (AP_n) 을 4 등분한 실선과 점선으로 둘러싸이는 정사각형 영역 (27㎛ × 27㎛) 에, 그 정사각형 영역과 중심을 같이 하는 L/S 패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 이 각각 배치되어 있다. 또한, 점선으로 나타내는 정사각형 영역끼리의 경계는 실제로는 존재하지 않는다.

또, 전술한 레티클 센터를 지나는 패턴 영역 (PA) 의 X 축 방향의 양측에는 한쌍의 레티클 얼라인먼트 마크 (RM1, RM2) 가 형성되어 있다 (도 2 참조).

도 4 에는, 다른 1 장의 레티클 (R_T2) 이 나타나 있다. 도 4 는, 레티클 (R_T2) 을 패턴면측 (도 1 에 있어서의 하면측) 에서 본 평면도이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 레티클 (R_T2) 은 전술한 레티클 (R_T1) 과 동일하게, 유리 기판 (42) 을 가지며, 그 패턴면에 도시를 생략한 차광대에 의해 규정되는 전술한 패턴 영역 (PA) 과 동일한 형상 또한 크기의 패턴 영역 (PA') 이 형성되고, 그 패턴 영역 (PA') 의 거의 전체면이 차광부로 되어 있다. 단, 본 예에서는, 개구 패턴 (AP₁ ∼ AP₅) 과 동일한 크기 및 배치의 개구 패턴 (AP'₁ ∼ AP'₅) 내부에 패턴 (MP'₁ ∼ MP'₅) 이 각각 형성되어 있다. 또한, 패턴 영역 (PA') 은 그 전체면이 광투과부이어도 된다.

패턴 (MP'_n; n = 1 ∼ 5) 의 각각은, 도 5 에서 확대하여 나타내는 바와 같은 4 종류의 패턴 (WL_Vn, WL_Hn, WL_Rn, WL_Ln) 을 포함한다. 패턴 (WL_Vn, WL_Hn, WL_Rn, WL_Ln) 의 각각은, 소정의 선폭, 예를 들어 1.2㎛ 이고, 소정의 길이, 예를 들어 9㎛ 정도의 2 개의 라인 패턴이 소정의 간격, 예를 들어 4.8㎛ 의 간격을 두고 평행하게 배치된 패턴이다. 이 경우, 패턴 (WL_Vn, WL_Hn, WL_Rn, WL_Ln) 각각의 2 개의 라인 패턴이 나열되는 방향이 X 축 방향, Y 축 방향, Y 축으로 대해 +45˚를 이루는 방향, Y 축에 대해 -45˚를 이루는 방향으로 되어 있다.

본 실시형태에서는, 도 5 에 나타나는 개구 패턴 (AP'_n) 을 4 등분한 실선과 점선으로 둘러싸이는 정사각형 영역 (27㎛ × 27㎛) 에, 그 정사각형 영역과 중심을 같이 하는 패턴 (WL_Vn, WL_Hn, WL_Rn, WL_Ln) 이 각각 배치되어 있다. 또한, 이 경우에도 점선으로 나타내는 정사각형 영역끼리의 경계는 실제로는 존재하지 않는다.

다음으로, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 있어서의 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성의 계측 방법에 대해, 주제어 장치 (28) 내의 CPU 의 처리 알고리즘을 간략화하여 나타내는 도 6 의 플로우 차트를 따라, 또한 적절히 다른 도면을 사용하 여 설명한다.

먼저, 도 6 의 단계 400 에 있어서, 제 1 카운터의 카운트값 (k) 을 1 로 초기화한다 (k←1). 카운트값 (k) 은, 계측용 레티클의 번호를 나타낸다. 레티클 (R_T1) 의 번호가 1 이고, 레티클 (R_T2) 의 번호가 2 이다.

다음으로, 단계 402 에 있어서, 도시를 생략한 웨이퍼 로더를 통하여 웨이퍼 (W_T; 도 8 참조) 를 웨이퍼 테이블 (18) 상에 로드한다.

다음으로, 단계 404 에 있어서, 도시를 생략한 레티클 교환 기구를 통하여 레티클 스테이지 (RST) 상의 레티클과 k 번째, 여기서는 1 번째 레티클 (R_T1) 을 교환한다. 또한, 레티클 스테이지 (RST) 상에 레티클이 없는 경우에는, 단순히 레티클 (R_T1) 을 로드한다.

다음의 단계 406 에 있어서, 레티클 (R_T1) 의 투영 광학계 (PL) 에 대한 위치 맞춤 등의 소정의 준비 작업을 실시한다. 구체적으로는, 전술한 레티클 얼라인먼트 검출계 (도시 생략) 에 의해, 웨이퍼 테이블 (18) 에 형성된 기준판 (FP) 의 한쌍의 기준 마크 (도시 생략) 와, 레티클 (R_T1) 의 한 쌍의 레티클 얼라인먼트 마크 (RM1, RM2) 가 검출되도록, 각각 레이저 간섭계 (14, 26) 의 계측값에 기초하여 레티클 스테이지 (RST) 와 XY 스테이지 (20) 를 이동시킨다. 그리고, 전술한 레티클 얼라인먼트 검출계의 검출 결과에 기초하여 레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 내의 위치 (회전을 포함한다) 를 조정한다. 이로써, 전술한 조명 영역 내에 레티클 (R_T1) 의 직사각형 영역 (IAR') 이 설정되고, 그 전체면이 조명광 (IL) 에 의해 조사되게 된다. 또, 본 실시형태에서는 투영 광학계 (PL) 를 통하여 그 시야 (특히 노광 에어리어) 내에서 패턴 (MP_n) 의 투영 이미지 (패턴 이미지) 가 생성되는 위치가, 투영 광학계 (PL) 의 노광 에어리어 내에서 그 광학 특성 (예를 들어, 포커스) 을 계측하기 위한 평가점이 된다. 또한, 그 평가점의 수는 적어도 1 개이어도 상관없지만, 본 실시형태에서는 전술한 노광 에어리어의 중심 및 4 개 모서리의 합계 5 개의 평가점이 설정되어 있다.

이와 같이 하여, 소정의 준비 작업이 종료되면, 다음 단계 407 에서, 제 2 카운터의 카운트값 (i) 을 1 로 초기화한다 (i←1). 이 카운트값 (i) 은, 후술하는 단계 410 에 있어서의 웨이퍼 (W_T) 의 포커스 위치 (투영 광학계 (PL) 의 광축 방향 (Z 축 방향) 에 관한 위치) 의 목표값 (Z_i) 의 설정 및 노광 대상인 구획 영역 (DA_i) 의 설정 (도 7 참조), 그리고 후술하는 단계 412 에 있어서의, 노광 대상인 구획 영역 (DA_i) 의 설정에 사용된다. 본 실시형태에서는, 단계 410 에 있어서, 예를 들어 투영 광학계 (PL) 에 관한 이미 알려진 최선 포커스 위치 (설계값 등) 를 중심으로 하여 웨이퍼 (W_T) 의 포커스 위치를 Z₁ 로부터 ΔZ 단위로 Z_M (일례로서 M = 15) 까지 변화시킨다 (Z_i = Z₁ ∼ Z₁₅). 따라서, 본 실시형태에서는, 웨이퍼 (W_T) 의 포커스 위치를 변경하면서, 패턴 (MP_n; n = 1 ∼ 5) 을 웨이퍼 (W_T) 상에 순차 전사하기 위한 M 회 (여기서는 M = 15) 의 노광을 실시하게 된다. 본 실시형태에서는 투영 광학계 (PL) 에 의한 개구 패턴 (AP_n) 의 투영 영역을 계측 패턴 영역으로 부르고, 그 계측 패턴 영역 내에 패턴 (MP_n) 의 투영 이미지가 생성되고, 각 노광에 의해 웨이퍼 (W_T) 상에 개구 패턴 (AP_n) 이 전사되어, 패턴 (MP_n) 의 전사 이미지를 포함하는 구획 영역이 형성된다. 이 때문에, 투영 광학계 (PL) 의 노광 에어리어 (전술한 조명 영역에 대응) 내의 각 평가점에 대응되는 웨이퍼 (W_T) 상의 영역 (이하 「평가점 대응 영역」이라고 한다) (DB₁ ∼ DB₅) (도 8 참조) 에는, 1 × M 개의 패턴 (MP_n) 이 전사되게 된다.

여기서, 설명이 뒤바뀌지만, 편의상, 후술하는 노광에 의해 패턴 (MP_n) 이 전사되는 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 에 대해, 도 7 을 이용하여 설명한다. 이 도 7 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 1 행 M 열 (예를 들어, 1 행 15 열) 의 매트릭스 형상으로 배치된 1 × M = M (예를 들어 1 × 15 = 15) 개의 가상의 구획 영역 (DA_i; i = 1 ∼ M (예를 들어 M = 15)) 에 패턴 (MP_n) 이 각각 전사되고, 이들 패턴 (MP_n) 이 전사된 M 개 (예를 들어 15 개) 의 구획 영역 (DA_i) 으로 이루어지는 평가점 대응 영역 (DB_n) 이 웨이퍼 (W_T) 상에 형성된다. 또한, 가상의 구획 영역 (DA_i) 은, 도 7 에 나타내는 바와 같이, +X 방향이 열 방향 (i 의 증가 방향) 이 되도록 배열되어 있다. 또, 이하의 설명에 있 어서 사용되는 첨자 i 및 M 은, 상기 서술한 바와 동일한 의미를 갖는 것으로 한다.

도 6 으로 돌아와, 단계 408 에서는, 카운트값 (k) 이 1 인지의 여부를 판단한다. 이 경우, 제 1 카운터의 카운트값 (k) 은 1 로 초기화되어 있기 때문에, 여기서의 판단은 긍정되어 단계 410 으로 진행된다.

단계 410 에서는, 포커스 센서 (AFS) 로부터의 계측값을 모니터하면서 웨이퍼 테이블 (18) 을 Z 축 방향으로 구동하여 웨이퍼 (W_T) 를 Z 축 방향의 목표 위치 (Z_i) (여기서는, Z₁) 로 이동시킴과 함께, XY 평면 내에서 이동시켜, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n; n = 1, 2……5) 내의 가상의 구획 영역 (DA_i; 여기서는 DA₁ (도 7 참조)) 을 노광하고, 그 가상의 구획 영역 (DA_i; 여기서는 DA₁) 에 패턴 (MP_n) 의 이미지를 각각 전사한다. 이 때, 웨이퍼 (W_T) 상의 1 점에 있어서의 노광 에너지량 (적산 노광량) 이 목표값이 되도록, 노광량을 제어한다. 본 실시형태에서는, 이 경우의 노광 에너지량의 목표값으로서 제 1 값이 설정된다. 제 1 값은, 예를 들어 미리 실험 또는 시뮬레이션 등에 의해 구해지는 노광 에너지량의 최적값이다.

이로써, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 구획 영역 (DA_i) 에 각각 계측용 패턴 (MP_n) 을 포함하는 개구 패턴 (AP_n) 의 이미지가 전사된다.

도 6 으로 돌아와, 상기 단계 410 의 노광이 종료되면, 단계 413 으로 진행되고, 카운트값 i

M 인지의 여부를 판단함으로써, 예정수 (M) 의 구획 영역에 대한 노광이 종료되었는지를 판단한다. 여기서는, 제 1 번째 구획 영역 (DA₁) 에 대해 노광이 종료되었을 뿐이기 때문에, 단계 414 로 이행하고, 카운트값 (i) 을 1 인크리먼트 (i←i+1) 한 후, 단계 408 로 돌아온다. 단계 408 에 있어서, 카운트값 (k) 이 1 인지의 여부가 판단되는데, 이 때 k = 1 이기 때문에, 여기서의 판단은 긍정되어 단계 410 로 진행되고, 웨이퍼 테이블 (18) 을 Z 축 방향으로 구동하여 웨이퍼 (W_T) 를 포커스 위치의 목표값 (Z₂) 으로 이동시킴과 함께, XY 평면 내에서 이동시켜, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n; n = 1, 2,……5) 내의 가상의 구획 영역 (DA₂) 을, 노광량의 목표값을 제 1 값으로 하여 노광하여, 그 가상의 구획 영역 (DA₂) 에 패턴 (MP_n) 을 포함하는 개구 패턴 (AP_n) 을 각각 전사한다. 이 때, 노광 개시에 앞서, XY 스테이지 (20) 는 소정의 스텝 피치 (SP 로 한다 (도 7 참조)) 만큼 XY 평면 내에서 소정 방향 (이 경우 -X 방향) 으로 이동된다. 여기서, 본 실시형태에서는 상기의 스텝 피치 (SP) 가, 각 개구 패턴 (AP_n) 의 웨이퍼 (W_T) 상의 투영 이미지 (전술한 계측 패턴 영역에 대응) 의 X 축 방향 치수와 거의 일치하는 약 6.75㎛ 로 설정되어 있다. 또한, 스텝 피치 (SP) 는 약 6.75㎛ 로 한정되지 않지만, 인접하는 구획 영역에 각각 전사되는 패턴 (MP_n) 의 이 미지가 겹치지 않고, 또한 6.75㎛, 즉 각 개구 패턴 (AP_n) 의 웨이퍼 (W_T) 상의 투영 이미지 (전술한 계측 패턴 영역에 대응) 의 X 축 방향 치수 이하인 것이 바람직하다.

이 경우, 스텝 피치 (SP) 가 개구 패턴 (AP_n) 의 웨이퍼 (W_T) 상의 투영 이미지의 X 축 방향 치수 이하로 되어 있기 때문에, 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 구획 영역 (DA₁) 과 구획 영역 (DA₂) 의 경계 부분에 개구 패턴 (AP_n) 의 이미지의 일부에 의해 형성되는 프레임선 또는 미노광 영역이 실제로는 존재하지 않는다.

이후, 단계 413 에 있어서의 판단이 긍정이 될 때까지, 단계→413→414→408→410 의 루프 처리 (판단을 포함한다) 를 반복한다. 이로써, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 구획 영역 (DA_i; i = 3 ∼ M) 에, 웨이퍼의 포커스 위치를 Z_i 로 하고, 패턴 (MP_n) 을 포함하는 개구 패턴 (AP_n) 이 각각 전사된다. 단, 이 경우도, 인접하는 구획 영역 사이의 경계에는 전술한 바와 동일한 이유에 의해 프레임선 또는 미노광 영역이 존재하지 않는다.

한편, 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 구획 영역 (DA_M; 본 실시형태에서는 DA₁₅) 에 대한 노광이 종료되고, 상기 단계 413 에 있어서의 판단이 긍정되면, 단계 416 으로 이행된다. 단계 413 에 있어서의 판단이 긍정된 단계에서는, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 에는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 각각 노 광 조건 (본 실시형태에서는, 웨이퍼 (W_T) 의 포커스 위치) 이 상이한 M 개 (여기서는 M = 15) 의 패턴 (MP_n; 개구 패턴 (AP_n)) 의 전사 이미지 (잠상) 가 형성된다. 또한, 실제로는, 상기 서술한 바와 같이 하여, 웨이퍼 (W_T) 상에 패턴 (MP_n) 의 전사 이미지 (잠상) 가 형성된 M (여기서는 15) 개의 구획 영역이 형성된 단계에서 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 이 형성되는 것인데, 상기의 설명에서는 설명을 알기 쉽게 하기 위해서, 평가점 대응 영역 (DB_n) 이 미리 웨이퍼 (W_T) 상에 있는 것과 같은 설명 방법을 채용한 것이다.

도 6 으로 돌아와, 단계 416 에서는, 제 1 카운터의 카운트값 (k) 이 2 인지의 여부를 판단한다. 이 경우, k = 1 이기 때문에 여기서의 판단은 부정이 되고, 단계 418 로 이행되어 카운트값 (k) 을 1 인크리먼트 (k←k+1) 한 후, 단계 404 로 돌아온다. 이 단계 404 에서는, 레티클 스테이지 상에 탑재되어 있는 (k-1) 번째 레티클을 k 번째 레티클로 교환한다. 여기서는, 레티클 스테이지 (RST) 상의 1 번째 레티클 (R_T1) 과, 2 번째 레티클 (R_T2) 을 교환한다. 그 후, 단계 406 에 있어서, 전술한 준비 작업을 실시하고, 단계 407 에 있어서, 제 2 카운터의 카운트값 (i) 을 1 로 초기화한 후, 제 1 카운터의 카운트값 k = 1 인지의 여부를 판단한다. 이 경우, k = 2 이기 때문에 여기서의 판단은 부정되고, 단계 412 로 이행된다.

단계 412 에서는, 웨이퍼 (W_T) 를 XY 평면 내에서 이동시키고, 패턴 (MP'_n) 을 포함하는 개구 패턴 (AP'_n) 을 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n; n = 1, 2,……5) 내의 구획 영역 (DA_i; 여기서는 DA₁ (도 7 참조)) 에 위치 맞춤하고, 개구 패턴 (AP'_n) 을 통하여 구획 영역 (DA_i) 을 노광한다. 이로써, 구획 영역 (DA_i) 은 다중 노광, 즉 전술한 개구 패턴 (AP_n) 에 의한 노광을 제 1 노광으로 하고, 개구 패턴 (AP'_n) 에 의한 노광을 제 2 노광으로 하는 이중 노광이 실시된다. 본 실시형태에서는, 제 2 노광에서의 노광 에너지량의 목표값으로서 제 2 값이 설정된다. 제 2 값은, 미리 설정된 값으로, 상기 제 1 값과 동일해도 되는데, 본 실시형태에서는 상기 제 1 값과 다르게 한다. 예를 들어, 제 2 값은, 이중 노광에 의해, 과노광의 정도가 지나치게 커지지 않는 값 (제 1 값에 비해 작은 값) 이다. 또, 이 때, 웨이퍼 (W_T) 의 포커스 위치는, 예를 들어 Z₇ 로 설정된다. 이 단계 412 의 처리에 의해, 이미 패턴 (MP_n) 의 잠상이 형성되어 있는 그 구획 영역 (DA_i; 여기서는 DA₁) 에 패턴 (MP'_n) 의 이미지가 중첩되어 전사되고, 현상 후에 패턴 (MP_n) 의 이미지의 일부가 제거되게 된다. 이 점에 대해서는 후술한다.

상기 단계 412 의 노광이 종료되면, 단계 413 으로 진행되어 카운터값 i

M 인지의 여부를 판단함으로써, 예정수 (M) 의 구획 영역에 대한 노광이 종료되었는지의 여부를 판단한다. 여기서는, 제 1 번째 구획 영역 (DA₁) 에 대해 노광이 종료되었을 뿐이기 때문에, 단계 414 로 이행되어, 카운트값 (i) 을 1 인크리먼트 (i←i+1) 한 후, 단계 408 로 돌아온다. 단계 408 에 있어서, 카운트값 (k) 이 1 인지의 여부를 판단하는데, 이 때 k = 2 이기 때문에, 여기서의 판단은 부정되어 단계 412 로 진행된다. 그리고, 웨이퍼를 XY 평면 내에서 이동시키고, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n; n = 1, 2,……5) 내의 구획 영역 (DA₂) 을, 노광량의 목표값을 제 2 값으로 해서 노광하여, 이미 패턴 (MP_n) 의 잠상이 형성되어 있는 그 구획 영역 (DA₂) 에 패턴 (MP'_n) 을 포함하는 개구 패턴 (AP'_n) 을 중첩하여 전사한다. 이 경우도, 웨이퍼 (W_T) 의 포커스 위치는, 예를 들어 Z₇ 로 설정된 상태 그대로이다. 이 때, 노광 개시에 앞서, XY 스테이지 (20) 는 소정의 스텝 피치 (SP 로 한다 (도 7 참조)) 만큼 XY 평면 내에서 소정 방향 (이 경우 -X 방향) 으로 이동된다.

이후, 단계 413 에 있어서의 판단이 긍정될 때까지, 단계→413→414→408→412 의 루프 처리 (판단을 포함한다) 를 반복한다. 이로써, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 구획 영역 (DA_i; i = 3 ∼ M) 에 웨이퍼의 포커스 위치를 Z₇ 로 하고, 패턴 (MP'_n) 을 포함하는 개구 패턴 (AP'_n) 이 각각 전사된다. 이로써, 이미 패턴 (MP_n) 의 잠상이 형성되어 있는 그 구획 영역 (DA_i; i = 3 ∼ M) 에 패턴 (MP'_n) 의 이미지가 각각 중첩되어 전사되고, 현상 후에 패턴 (MP_n) 의 이미지의 일부가 제거되게 된다.

단계 413 에 있어서의 판단이 긍정되면, 단계 416 에 있어서, 제 2 카운터의 카운트값 (k) 이 2 인지의 여부가 재판단된다. 이 경우, k = 2 이기 때문에, 여기서의 판단은 긍정이 되고, 단계 420 으로 진행되어 도시를 생략한 웨이퍼 언로더를 통하여 웨이퍼 (W_T) 를 웨이퍼 테이블 (18) 상으로부터 언로드함과 함께, 도시를 생략한 웨이퍼 반송계를 사용하여 웨이퍼 (W_T) 를 노광 장치 (100) 에 인라인으로 접속되어 있는, 도시를 생략한 코터 디벨로퍼로 반송한다.

상기의 코터 디벨로퍼에 대한 웨이퍼 (W_T) 의 반송 후에, 단계 422 로 진행되어 웨이퍼 (W_T) 의 현상이 종료되는 것을 기다린다. 이 단계 422 에 있어서의 대기 시간 동안에, 코터 디벨로퍼에 의해 웨이퍼 (W_T) 의 현상이 실시된다. 이 현상의 종료에 의해, 웨이퍼 (W_T) 상에는, 개구 패턴 (AP_n) 의 잠상에 개구 패턴 (AP'_n) 의 이미지를 중첩시킨 각 구획 영역 (DA_i) 에 형성된 평가점 대응 영역(DB_n; n = 1 ∼ 5) 의 레지스트 이미지가 형성되고, 이 레지스트 이미지가 형성된 웨이퍼 (W_T) 가 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성을 계측하기 위한 시료가 된다. 도 9 에는, 웨이퍼 (W_T) 상에 형성된 평가점 대응 영역 (DB₁) 의 레지스트 이미지의 일례가 나타나 있다.

도 9 에서는, 평가점 대응 영역 (DB₁) 은 M (= 15) 개의 구획 영역 (DA_i; i = 1 ∼ 15) 에 의해 구성되고, 인접하는 구획 영역 사이에 구획 프레임의 레지스트 이미지가 존재하는 것처럼 도시되어 있지만, 이것은 개개의 구획 영역을 알기 쉽게 하기 위해서 이와 같이 한 것이다. 그러나, 실제로는, 인접하는 구획 영역 사이에 구획 프레임의 레지스트 이미지는 존재하지 않는다. 이와 같이 프레임을 없앰으로써, 전술한 얼라인먼트 검출계 (AS) 등에 의한 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 화상을 받아들일 때에, 프레임에 의한 간섭에서 기인하여 패턴부의 콘트라스트 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 전술한 스텝 피치 (SP) 를, 각 개구 패턴 (AP_n) 의 웨이퍼 (W_T) 상의 투영 이미지의 X 축 방향 치수 이하가 되도록 설정한 것이다. 예를 들어, 도 9 에 나타나는 구획 영역 (DA₈) 에는, 도 10 에 확대하여 나타내는 2 개의 라인 패턴의 레지스트 이미지 (LS"_Vn, LS"_Hn, LS"_Rn, LS"_Ln) 가 각각 형성된 4 개의 영역 (이하, 적절히 「계측 마크 영역」 이라고 부른다) 을 포함하는, 레지스트 이미지 (MP"_n) 가 형성된다. 또한, 도 9 중에서 각 구획 영역 내에 점선으로 나타내는, 계측 마크 영역끼리의 경계도 실제로는 존재하지 않는다.

여기서, 도 10 에 나타내는 레지스트 이미지 (MP"_n) 가 형성되는 원리에 대해 한층 더 상세히 서술한다.

예를 들어, 베스트 포커스 상태에서 레티클 (R_T1) 을 사용한 노광 (제 1 노광) 만이 실시된 경우에는, 표면에 포지티브 레지스트가 도포된 웨이퍼 (W_T) 의 현 상 후에는, 각 구획 영역 (DA_i) 의 각 계측 마크 영역에, 도 11(A) 에 모식적으로 나타내는 단면 형상의 레지스트 이미지가 형성된다. 한편, 예를 들어 베스트 포커스 상태에서 레티클 (R_T2) 을 사용한 노광 (제 2 노광) 만이 실시된 경우에는, 표면에 포지티브 레지스트가 도포된 웨이퍼 (W) 의 현상 후에는, 각 구획 영역 (DA_i) 의 각 계측 마크 영역에, 도 11(B) 에 모식적으로 나타내는 단면 형상의 레지스트 이미지가 형성된다.

그런데, 본 실시형태에서는 전술한 이중 노광, 즉 전술한 단계 410 에 있어서, 레티클 (R_T1) 을 사용한 1 회째의 노광이 실시되고, 단계 412 에 있어서, 레티클 (R_T2) 을 사용한 2 번째 노광이 실시된다. 따라서, 1 회째에 거의 베스트 포커스 상태에서 노광이 실시된 것으로 하면, 웨이퍼의 현상 후에는, 도 11(A) 의 이미지와 도 11(B) 의 이미지를 중첩시킨 이미지, 다른 표현으로 하면, 도 11(A) 의 이미지와 도 11(B) 의 이미지의 공통 부분인, 도 11(C) 에 나타내는 단면 형상을 갖는 레지스트 이미지가 얻어진다. 이 도 11(C) 의 레지스트 이미지의 평면에서 봤을 때의 형상은, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 선폭 a (= 0.15㎛), 길이 b (= 2.25㎛) 인 2 개의 라인 패턴이 간격 c (= 1.35㎛) 를 두고 배치된 패턴 이미지가 된다. 도 12 의 패턴 이미지는 레지스트 이미지 (LS"_Vn, LS"_Hn, LS"_Rn, LS"_Ln) 를 대표적으로 나타내는 것이다. 단, 디포커스 상태의 노광으로 형성된 레지스트 이미지 (MP"_n) 는 그 형태가 붕괴되거나 또는 선폭이 변화된다. 그 결과, 도 9 에 나타내는 바와 같은, 레지스트 이미지가 얻어진다. 도 11(A) ∼ 도 11(C) 를 보면 알 수 있는 바와 같이, 도 10 에 나타내는 각 레지스트 이미지 (MP"_n) (레지스트 이미지 (LS"_Vn, LS"_Hn, LS"_Rn, LS"_Ln) 는 패턴 (MP) (패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln)) 의 일부 라인 패턴의 이미지이고, 패턴 (MP) (패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln)) 의 이미지와 동일한 특성 (선폭 등) 을 가지고 있다.

도 6 으로 돌아와, 단계 422 의 대기 상태에서, 도시를 생략한 코터 디벨로퍼의 제어계로부터의 통지에 의해 웨이퍼 (W_T) 의 현상이 종료된 것을 확인하면, 단계 424 로 이행하고, 도시를 생략한 웨이퍼 로더에 지시를 내려, 전술한 단계 402 와 동일하게 하여 웨이퍼 (W_T) 를 웨이퍼 테이블 (18) 상에 재차 로드한 후, 단계 426 의 투영 광학계의 광학 특성을 산출하는 서브 루틴 (이하, 「광학 특성 계측 루틴」이라고도 부른다) 으로 이행한다.

이 광학 특성 계측 루틴에서는, 먼저 도 13 의 단계 501 에 있어서, 검출 대상의 평가점 대응 영역의 번호를 나타내는 제 3 카운터의 카운트값 (n) 을 1 로 초기화한다 (n←1).

다음으로, 단계 502 에 있어서, 제 3 카운터의 카운트값 (n) 을 참조하여, 웨이퍼 (W_T) 상의 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 레지스트 이미지가 얼라인먼트 검출계 (AS) 에서 검출 가능해지는 위치로 웨이퍼 (W_T) 를 이동시킨다. 이 이동, 즉, 위치 결정은, 레이저 간섭계 (26) 의 계측값을 모니터하면서, 구동계 (22) 를 통하 여 XY 스테이지 (20) 를 제어함으로써 실시한다. 이 때, n = 1 이기 때문에, 도 7 에 나타내는, 웨이퍼 (W_T) 상의 평가점 대응 영역 (DB₁) 의 레지스트 이미지가 얼라인먼트 검출계 (AS) 에서 검출 가능해지는 위치로 웨이퍼 (W_T) 가 위치 결정된다. 이하의 광학 특성 계측 루틴의 설명에서는, 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 레지스트 이미지를, 적절히 「평가점 대응 영역 (DB_n)」이라고 약술하는 것으로 한다.

다음의 단계 504 에서는, 웨이퍼 (W_T) 상의 평가점 대응 영역 (DB_n; 여기서는, DB₁) 의 레지스트 이미지를 얼라인먼트 검출계 (AS) 를 사용하여 촬상하고, 그 촬상 데이터를 입력한다. 얼라인먼트 검출계 (AS) 는, 레지스트 이미지를 촬상 소자 (CCD 등) 의 픽셀 단위로 분할하고, 픽셀마다 대응되는 레지스트 이미지의 농담을, 예를 들어 8 비트의 디지털 데이터 (픽셀 데이터) 로서 주제어 장치 (28) 에 공급한다. 즉, 상기 촬상 데이터는, 복수의 픽셀 데이터로 구성되어 있다. 이 경우, 레지스트 이미지의 농도가 높아짐 (흑에 가깝게 됨) 에 따라 픽셀 데이터의 값은 커지는 것으로 한다. 또한, 본 실시형태에서는 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 사이즈가 101.25㎛ (X 축 방향) × 27㎛ (Y 축 방향) 이고, 그 전체가 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 검출 영역 내로 설정되기 때문에, 평가점 대응 영역마다 M 개의 구획 영역 (DA_i) 을 동시에 (일괄하여) 촬상 가능하게 되어 있다.

다음의 단계 506 에서는, 얼라인먼트 검출계 (AS) 로부터의 평가점 대응 영 역 (DB_n; 여기서는, DB₁) 에 형성된 레지스트 이미지의 촬상 데이터를 정리하고, 촬상 데이터 파일을 작성한다.

다음의 단계 508 에서는, 그 촬상 데이터를 화상 처리하여 평가점 대응 영역 (DB_n; 여기서는, DB₁) 의 외연 (外緣) 을 검출한다. 이 외연의 검출은, 일례로서 다음과 같이 하여 실시할 수 있다.

즉, 촬상에 의해 얻어진 촬상 데이터에 근거하여, 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 윤곽으로 이루어지는 외(外)프레임을 구성하는 직선부를 검출 대상으로 하고, 소정 크기의 창 영역을 그 검출 대상의 직선부에 거의 직교하는 방향으로 주사하여, 그 주사 중에 창 영역 내의 픽셀 데이터에 기초하여 검출 대상의 직선부의 위치를 검출한다. 이 경우, 외프레임 부분의 픽셀 데이터는, 그 밖의 부분의 픽셀 데이터와 분명하게 픽셀값 (화소값) 이 상이하기 때문에, 예를 들어 창 영역의 주사 방향의 위치가 1 화소씩 변화하는데 따른 창 영역 내의 픽셀 데이터의 변화에 근거하여, 검출 대상의 직선부 (외프레임의 일부) 의 위치가 확실하게 검출된다. 이 경우에 있어서, 주사 방향은 상기 외프레임의 내측으로부터 외측을 향하는 방향인 것이 바람직하다. 최초로 전술한 창 영역 내의 픽셀 데이터에 대응되는 픽셀값의 피크가 구해졌을 때, 그 위치가 외프레임의 위치에 확실하게 일치하여, 외프레임 검출을 보다 확실하게 실시할 수 있기 때문이다.

이와 같은 직선부의 검출을, 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 윤곽으로 이루어지는 외프레임을 구성하는 4 변에 대해 각각 실시한다. 이 외프레임의 검출에 대 해서는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평2004-146702호, 미국 특허출원공개 제 2004/0179190호 명세서 등에 상세하게 개시되어 있다.

다음의 단계 51O 에서는, 상기에서 검출한 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 외연, 즉 직사각형의 프레임선의 내부를 X 축 방향에 관해서 M 등분 (예를 들어 15 등분) 함으로써, 구획 영역 (DA₁ ∼ DA_M (DA₁₅)) 을 구한다. 즉, 외연을 기준으로 하여 각 구획 영역 (의 위치 정보) 을 구한다.

다음의 단계 512 에서는, 각 구획 영역 (DA_i; i = 1 ∼ M) 에 대한 계측 마크 영역마다의 명암 정보, 예를 들어 콘트라스트값 (또는 구획 영역 (DA_i) 마다의 콘트라스트값) 을 산출한다.

여기서, 계측 마크 영역마다의 콘트라스트값이란, 다음 식 (1) 로 나타내는 통계량, 즉 계측 마크 영역에 대한 각 화소의 휘도값의 분산을 가리킨다.

여기서, x_k 는 계측 마크 영역 내부의 k 번째 화소의 휘도값, x^* 은 소정의 기준치이다. 소정의 기준치로는, 본 실시형태에서는 웨이퍼 (W_T) 상의 적어도 1 개의 구획 영역 (또는 계측 마크 영역) 내부에 있어서의 패턴 이미지 (MP"_n; 계측용 패턴 이미지) 가 존재하지 않는 영역의 휘도값의 평균값이 사용된다. 또, N 은, 계측 마크 영역 내부의 화소의 총수이다.

또한, 콘트라스트값으로서 다음 식 (2) 로 나타내는 계측 마크 영역에 대한 각 화소의 휘도값의 표준 편차를 사용해도 된다.

또는, 콘트라스트값으로서, 각 계측 마크 영역 (또는 각 구획 영역) 에 대해 각 화소의 휘도값의 상기 소정의 기준값에 대한 편차를 포함하는 그 밖의 통계량을 사용해도 된다.

또한, 단계 512 에서는, 각 구획 영역에 대해 콘트라스트값을 산출하는 경우에도, 상기 서술과 동일한 각 화소의 휘도값의 분산, 표준 편차, 또는 그 밖의 통계량을 사용한다.

즉, 단계 512 에서는, 상기 촬상 데이터 파일로부터 각 구획 영역 (DA_i) 의 촬상 데이터를 추출하고, 상기 식 (1) 또는 식 (2) 를 사용하여, 각 구획 영역 (DA_i; i = 1 ∼ M) 에 있어서의 계측 마크 영역마다의 콘트라스트값 (또는 구획 영역마다의 콘트라스트값) 을 산출한다.

다음의 단계 514 에서는, 상기 단계 512 에서 산출한 콘트라스트값에 기초하 여, 평가점 대응 영역 (DB_n) 에 있어서의 최선 포커스 위치를 다음과 같이 하여 산출하고, 그 최선 포커스 위치를 도시되어 있지 않은 기억 장치에 보존한다. 즉, 평가점 대응 영역 (DB_n) 에 대해, 상기 단계 512 에서 산출한 계측 마크 영역마다의 콘트라스트값에 기초하여, 4 개의 레지스트 이미지 (LS"_Vn, LS"_Hn, LS"_Rn, LS"_Ln) 를 각각 사용하는 경우의 콘트라스트값의 평균값을, 각 구획 영역 (DA_i; i = 1 ∼ M) 의 콘트라스트값으로서 산출한다. 이어서, 평가점 대응 영역 (DB_n) 에 대해서, 산출된 각 구획 영역 (DA_i; i = 1 ∼ M) 의 콘트라스트값 (또는 상기 단계 512 에서 산출한 구획 영역마다의 콘트라스트값) 을, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 가로축을 포커스값 (Z) 으로 하는 그래프 상에 플롯하고, 그 M 개의 점 (여기서는 15 점) 의 플롯점 중, 콘트라스트값이 최대가 되는 점 (C_i) (도 14 에서는 C₈) 에 대응되는 Z_i (도 14 에서는 Z₈) 를 최선 포커스 위치 (Z_best) 로 한다. 또는, 평가점 대응 영역 (DB_n) 에 대해, 예를 들어, 도 14 에 나타내는 바와 같이 각 플롯점을 최소 제곱법으로 근사시킨 근사 곡선 (이하, 콘트라스트 커브라고 부른다) 을 그리고, 그 근사 곡선과 소정의 슬라이스 레벨과의 2 교점의 평균값을 최선 포커스 위치 (Z_best) 로 해도 된다.

다음의 단계 516 에 있어서, 전술한 카운트값 (n) 을 참조하여, 모든 평가점 대응 영역 (DB₁ ∼ DB₅) 에 대해 처리가 종료되었는지의 여부를 판단한다. 여기 서는 평가점 대응 영역 (DB₁) 에 대한 처리가 종료되었을 뿐이기 때문에, 이 단계 516 에 있어서의 판단은 부정되고, 단계 518 로 진행되어 카운트값 (n) 을 1 인크리먼트 (n←n+1) 한 후, 단계 502 로 돌아와, 평가점 대응 영역 (DB₂) 이 얼라인먼트 검출계 (AS) 에서 검출 가능해지는 위치로, 웨이퍼 (W_T) 를 위치 결정한다.

그리고, 상기 서술한 단계 504 ∼ 514 까지의 처리 (판단을 포함한다) 를 재차 실시하고, 상기 서술한 평가점 대응 영역 (DB₁) 의 경우와 동일하게 하여, 평가점 대응 영역 (DB₂) 에 대해 최선 포커스 위치를 구한다.

그리고, 평가점 대응 영역 (DB₂) 에 대해 최선 포커스 위치의 산출이 종료되면, 단계 516 에서 모든 평가점 대응 영역 (DB₁ ∼ DB₅) 에 대해 처리가 종료되었는지의 여부를 재차 판단하는데, 여기서의 판단은 부정된다. 이후, 단계 516 에 있어서의 판단이 긍정될 때까지, 상기 단계 502 ∼ 518 의 처리 (판단을 포함한다) 가 반복된다. 이로써, 다른 평가점 대응 영역 (DB₃ ∼ DB₅) 에 대해, 전술한 평가점 대응 영역 (DB₁) 의 경우와 동일하게 하여, 각각 최선 포커스 위치가 구해지게 된다.

이와 같이 하여, 웨이퍼 (W_T) 상의 모든 평가점 대응 영역 (DB₁ ∼ DB₅) 에 대해 최선 포커스 위치의 산출, 즉 투영 광학계 (PL) 의 노광 에어리어 내에서 5 개의 계측용 패턴 (MP₁ ∼ MP₅) 의 투영 위치가 되는 전술한 각 평가점에서의 최선 포커스 위치의 산출이 이루어지면, 단계 516 에서의 판단이 긍정된다. 여기서 광학 특성 계측 루틴을 종료해도 상관없지만, 본 실시형태에서는 단계 520 으로 이행되어, 위에서 구한 최선 포커스 위치 데이터에 기초하여 다른 광학 특성을 산출한다.

예를 들어, 이 단계 520 에서는, 일례로서 평가점 대응 영역 (DB₁ ∼ DB₅) 에 있어서의 최선 포커스 위치의 데이터에 기초하여, 투영 광학계 (PL) 의 상면 만곡을 산출한다. 또, 전술한 노광 에어리어 내의 각 평가점에서의 초점 심도 등을 구해도 된다.

여기서, 본 실시형태에서는, 설명을 간략하게 하기 위해, 각 평가점 대응 영역 (각 평가점에 대응되는 위치) 에 있어서 4 종류의 레지스트 이미지 (LS"_Vn, LS"_Hn, LS"_Rn, LS"_Ln) 의 콘트라스트값의 평균값에 기초하여 단일의 최선 포커스 위치를 구하는 것으로 하였으나, 이것에 한정되지 않고, 레지스트 이미지마다의 콘트라스트값에 기초하여, 각 2 개의 라인 패턴이 나열되는 방향 (베이스가 되는 L/S 패턴의 주기 방향) 마다 최선 포커스 위치를 구하는 것으로 해도 된다. 또는 나열되는 방향이 직교하는 1 세트의 레지스트 이미지 (예를 들어, 레지스트 이미지 (LS"_Vn, LS"_Ln)) 에서 각각 얻어진 최선 포커스 위치로부터 각 평가점에 있어서의 비점 수차를 구하는 것으로 해도 된다. 또한, 투영 광학계 (PL) 의 노광 에어리어 내의 각 평가점에 대해, 상기 서술한 바와 같이 하여 산출된 비점 수차에 기초하여, 예를 들어 최소 제곱법에 의한 근사 처리를 실시함으로써 비점 수차 면내 균 일성을 구함과 함께, 비점 수차 면내 균일성과 상면 만곡으로부터 종합 초점차를 구할 수도 있다.

그리고, 상기 서술한 바와 같이 하여 구해진 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성 데이터는, 도시하지 않은 기억 장치에 보존됨과 함께, 도시를 생략한 표시 장치의 화면 상에 표시된다. 이로써, 도 13 의 단계 520 의 처리, 즉 도 6 의 단계 426 의 처리를 종료하고, 일련의 광학 특성의 계측 처리를 종료한다.

도 15(A) 및 도 15(B) 에는, 발명자가 실시한 시뮬레이션 결과의 일례가 나타나 있다. 이들은, 광원으로서 파장 248㎚ 의 KrF 엑시머 레이저 광원을 가정하고, 투영 광학계의 NA 를 O.82, 코히어런트 팩터 (σ 값) 를 0.9 의 통상적인 조명 조건으로 가정한 노광 시뮬레이션의 결과이다. 이 중, 도 15(A) 는 웨이퍼 상의 환산값으로 선폭 180㎚ 인 L/S 패턴 (듀티비 (라인부의 폭과 스페이스부의 폭의 비) = 1:1) 의 하프톤 마스크를 사용한, 트림 노광 (제 2 노광) 없이 1 회 노광을 도 6, 도 13 의 플로우 차트 (마스크는 1 장만 사용하기 때문에, 카운트값 (k) 에 관련된 단계는 존재하지 않는다) 와 동일한 순서로 실시한 경우의, 도 14 와 동일한 콘트라스트 커브이다. 도 15(B) 는, 전술한 실시형태와 동일하게 하여 이중 노광을 실시하고, 웨이퍼 상에 선폭 150㎚, 듀티비 = 1:9 의 L/S 패턴을 형성한 경우에 얻어지는 콘트라스트 커브이다. 이 경우, 제 1 노광의 노광 에너지량의 목표값을 35mJ, 제 2 노광의 노광 에너지량의 목표값을 4mJ 로 하였다.

도 15(A) 의 콘트라스트 커브가 매끈한 산 형상이 아니라는 점에서, 도 15(A) 의 시뮬레이션에서는, 계측 대상이 되는 레지스트 이미지의 선폭이, 상정한 계측 장치의 해상 한계에 가까운 선폭인 것을 알 수 있다. 그런데, 도 15(B) 에서는, 도 15(A) 보다 선폭이 가는 패턴, 즉 상정한 계측 장치의 해상 한계 이하의 선폭인 패턴의 레지스트 이미지를 형성하는데도 불구하고, 콘트라스트 커브로서 매끈한 산 형상의 커브가 얻어져, 베스트 포커스 위치를 양호한 정밀도로 구할 수 있는 것을 알 수 있다.

다음으로, 디바이스 제조의 경우에 있어서의, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 의한 노광 동작을 설명한다.

전제로서, 상기 서술한 바와 같이 하여 결정된 최선 포커스 위치의 정보, 또는 이것에 더하여 상면 만곡의 정보가, 도시를 생략한 입출력 장치를 통하여 주제어 장치 (28) 에 입력되어 있는 것으로 한다.

예를 들어, 상면 만곡의 정보가 입력되어 있는 경우에는, 주제어 장치 (28) 는 노광에 앞서, 이 광학 특성 데이터에 기초하여, 도시하지 않은 결상 특성 보정 컨트롤러에 지시하여, 예를 들어 투영 광학계 (PL) 의 적어도 1 개의 광학 소자 (본 실시형태에서는 렌즈 엘리먼트이지만, 광학계의 구성에 따라서는, 예를 들어 오목면경 등의 반사 광학 소자, 또는 투영 광학계 (PL) 의 수차 (디스토션, 구면 수차 등), 특히 그 비회전 대칭 성분을 보정하는 수차 보정판 등이어도 된다) 의 위치 (다른 광학 소자와의 간격을 포함한다) 또는 경사 등을 변경함으로써, 그 상면 만곡이 보정되도록 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성을 가능한 범위에서 보정한다. 여기서, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성의 보정 방법으로서, 예를 들어 조명광 (IL) 의 중심 파장을 약간 시프트시키는 방법, 또는 투영 광학계 (PL) 의 일 부에서 굴절률을 변화시키는 방법 등을 단독으로, 또는 광학 소자의 이동과 조합하여 채용해도 된다.

그리고, 주제어 장치 (28) 에 의해, 도시를 생략한 레티클 로더를 사용하여 전사 대상이 되는 소정의 회로 패턴 (디바이스 패턴) 이 형성된 레티클 (R) 이 레티클 스테이지 (RST) 상에 로드되고, 마찬가지로 도시를 생략한 웨이퍼 로더를 사용하여 웨이퍼 (W) 가 웨이퍼 테이블 (18) 상에 로드된다.

다음으로, 주제어 장치 (28) 에 의해, 도시를 생략한 레티클 얼라인먼트 검출계, 웨이퍼 테이블 (18) 상의 기준판 (FP), 얼라인먼트 검출계 (AS) 등을 사용하여, 레티클 얼라인먼트, 베이스 라인 계측 등의 준비 작업이 소정의 순서로 실시되고, 이것에 이어서 예를 들어 EGA (Enhanced Global Alignment) 방식 등의 웨이퍼 얼라인먼트가 실시된다.

상기 웨이퍼 얼라인먼트가 종료되면, 주제어 장치 (28) 에 의해, 노광 장치 (100) 의 각 부가 제어되고, 웨이퍼 (W) 상의 쇼트 영역의 주사 노광과 쇼트간 스테핑 동작이 반복적으로 실시되어, 웨이퍼 (W) 상의 노광 대상으로 하는 쇼트 영역 전부에 레티클 (R) 의 패턴이 순차 전사된다.

상기의 주사 노광 중에, 주제어 장치 (28) 는 포커스 센서 (AFS) 에 의해 검출된 웨이퍼 (W) 의 Z 축 방향의 위치 정보에 근거하여, 전술한 광학 특성 보정 후의 투영 광학계 (PL) 의 노광 에어리어 내에서 그 초점 심도의 범위 내에 웨이퍼 (W; 쇼트 영역) 의 표면이 설정되도록, 구동계 (22) 를 통하여 웨이퍼 테이블 (18) 을 Z 축 방향 및 경사 방향 (θx, θy 방향) 으로 구동하여, 웨이퍼 (W) 의 포커스 ·레벨링 제어를 실시한다. 본 실시형태에서는, 웨이퍼 (W) 의 노광 동작에 앞서, 전술한 각 평가점에 있어서의 최선 포커스 위치에 기초하여 투영 광학계 (PL) 의 이미지면이 산출되고, 이 산출 결과에 기초하여, 포커스 센서 (AFS) 의 광학적인 캘리브레이션 (예를 들어, 수광계 (50b) 내에 배치되는 평행 평면판의 경사 각도의 조정 등) 이 실시된다. 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 먼저 산출된 이미지면과 포커스 센서 (AFS) 의 검출 기준과의 편차에 따른 오프셋을 고려하여, 포커스 동작 (및 레벨링 동작) 을 실시하도록 해도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 전술한 단계 410 의 처리를 실시함으로써, 레티클 (R_T1) 에 형성된 패턴 (MP_n) 를 포함하는 개구 패턴 (AP_n) 의 이미지 (잠상) 가, 투영 광학계 (PL) 를 통하여 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 각 구획 영역 (DA_i) 에 각각 생성되고, 각 구획 영역 (DA_i) 이 노광된다. 이 경우, 패턴 (MP_n) 이외의 개구 패턴 (AP_n) 의 영역은 광 투과부이기 때문에, 실제로는 웨이퍼 (W_T) 상에 형성된 레지스트층 (포지티브 레지스트) 의 각 구획 영역 (DA_i) 에는 패턴 (MP_n) 의 이미지 (잠상) 가 형성된다. 그리고, 전술한 단계 412 의 처리를 실시함으로써, 개구 패턴 (AP_n) 의 이미지 (패턴 (MP_n) 의 이미지 (잠상)) 가 생성된 웨이퍼 (W_T) 상의 각 구획 영역 (DA_i) 의 일부가 투영 광학계 (PL) 를 통하여 각각 노광되고, 패턴 (MP_n) 의 이미지 (잠상) 의 일부가 제거 된다 (패턴 (MP_n) 의 잠상의 일부가 소거된 잠상이 각 구획 영역 (DA_i) 에 형성된다). 따라서, 이 웨이퍼 (W_T) 의 현상 후에, 패턴 (MP_n) 의 일부가 제거된 패턴의 이미지 (레지스트 이미지; MP"_n) 가 각 구획 영역 (DA_i) 에 형성된다. 본 실시형태에서는, 상기 단계 410 의 처리가, 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 구획 영역 (DA_i) 마다 웨이퍼 (W_T) 의 포커스 위치를 다르게 하여 실시되는 결과, 웨이퍼 (W_T) 의 현상 후에, 웨이퍼 (W_T) 의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 에는, 도 9 에 나타나는 평가점 대응 영역 (DB₁) 과 동일한 레지스트 이미지가 형성된다.

그리고, 단계 426 의 광학 특성 계측 루틴에 있어서, 그 현상 후의 웨이퍼 (W_T) 를 시료로 하여 단계 501 ∼ 520 의 처리를 실시함으로써, 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성 (베스트 포커스 위치, 상면 만곡, 비점 수차 등) 이 구해진다.

여기서, 예를 들어 레지스트 이미지 (DB'₁) 를 구성하는 패턴 (MP_n) 의 일부가 제거된 패턴의 이미지 (레지스트 이미지 ; MP"_n, 도 10 참조) 는, 패턴 (MP_n) 의 이미지 (MP'_n) 의 일부가 제거된 이미지이기 때문에, 만일 이미지 (MP'_n) 가 계측 장치 (본 실시형태에서는 얼라인먼트 검출계 (AS)) 의 계측 분해능 이하의 선폭이 되는 경우라도, 패턴의 이미지 (레지스트 이미지 ; MP"_n) 는 계측 장치를 사용하여 계측하는 것이 가능하다. 따라서, 그 계측 결과에 기초하여 투영 광학계의 광 학 특성을 산출함으로써, 광학 특성을 단시간에 계측하는 것이 가능해진다.

또, 레지스트 이미지 (MP"_n) 는 계측 분해능 이하 선폭의 L/S 패턴으로 이루어지는 패턴 (MP_n) 의 각 L/S 패턴의 일부를 제거한 패턴으로 이루어지는 패턴 이미지이기 때문에, 패턴 (MP_n) 의 각 L/S 패턴 이미지의 특성을 그대로 갖고 있다. 따라서, 예를 들어, 레지스트 이미지 (MP"_n) 에 대해 계측한 베스트 포커스 위치는 패턴 (MP_n) 의 이미지의 베스트 포커스 위치와 일치한다. 따라서, 본 실시형태에 의하면 계측 분해능이 SEM 등과 비교하여 낮은 계측 장치, 예를 들어 노광 장치 (100) 의 얼라인먼트 검출계 (AS) 등의 계측 장치를 사용하여, 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성을 고정밀도로 계측하는 것이 가능해진다. 이로써, SEM 을 사용하는 경우와 같은 엄밀한 포커스 맞춤이 불필요해져, 계측 시간의 단축이 가능하다.

또, 본 실시형태에 의하면 패턴 (MP_n) 의 이미지의 일부가 제거된 이미지 (MP"_n) 가 형성된 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 복수의 구획 영역 (DA_i) 에 대해, 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 촬상에 의해 얻어진 촬상 데이터에 포함되는 각 화소의 휘도값의 소정의 기준값에 대한 편차를 포함하는 소정의 통계량, 예를 들어 분산 또는 표준 편차를 콘트라스트로서 산출하고, 그 산출된 각 영역의 콘트라스트 산출 결과에 기초하여 투영 광학계 (PL) 의 각 평가점에 있어서의 최선 포커스 위치 (또한, 상면 만곡, 비점 수차) 등의 광학 특성을 구한다. 이 때문에, 전술한 통계량을 콘트라스트로서 산출하기 때문에, SEM 등과 비교하여 계측 분해능이 낮은, 예를 들어 노광 장치 (100) 의 얼라인먼트 검출계 (AS) 등의 계측 장치로도 계측하는 것이 가능해진다. 이로써, 계측 시간을 단축시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 서술한 바와 같이 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 을 동시에 촬상하지 않고 구획 영역마다 촬상하는 경우라도, 1 점당 계측 시간의 단축이 가능하다. 또, 패턴 (MP_n) 의 투영 이미지 (패턴 이미지) 의 종류 (라인 앤드 스페이스 (고립선, 밀집선), 컨택트홀, 사이즈 및 배열 방향 등) 를 불문하고, 패턴 이미지의 생성시의 조명 조건을 불문하고, 계측이 가능해진다.

또, 본 실시형태에서는, 상기 서술한 콘트라스트를 검출하기 때문에, 레티클 (R_T1) 등의 패턴 영역 (PA) 내에 패턴 (MP_n) 이외의 패턴 (예를 들어, 비교용 기준 패턴, 위치 결정용 마크 패턴 등) 을 배치할 필요가 없다. 또, 종래의 치수를 계측하는 방법 (CD/포커스법, SMP 포커스 계측법 등) 에 비해, 계측용 패턴을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 평가점의 수를 증가시킬 수 있음과 함께, 평가점 사이의 간격을 좁게 하는 것이 가능해진다. 결과적으로, 광학 특성의 측정 정밀도 및 측정 결과의 재현성을 향상시킬 수 있다.

또, 노광 장치 (100) 에 의하면 전술한 계측 방법에 의해 양호한 정밀도로 계측된 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성을 고려하여 최적의 패턴 생성을 실시할 수 있도록, 투영 광학계 (PL) 를 통하여 웨이퍼 (W) 상에 투영되는 패턴 이미지의 결상 상태의 조정에 관련된 동작, 예를 들어 투영 광학계 (PL) 의 광학 소자의 이동 등에 의한 결상 특성의 조정 또는 포커스 센서 (AFS) 의 캘리브레이션 등이 실시된 후, 투영 광학계 (PL) 를 통하여 레티클 (R) 에 형성된 패턴이 웨이퍼 (W) 상에 전사된다.

따라서, 본 실시형태에 관련된 노광 방법에 의하면, 상기 서술한 광학 특성 계측 방법을 이용하여 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성이 고정밀도로 계측되고, 그 광학 특성의 계측 결과를 고려하여 투영 광학계 (PL) 의 노광 에어리어 내에 고정밀의 패턴 이미지가 생성되어, 고정밀도의 노광 (패턴 전사) 이 실현된다.

또한, 고립 패턴을 계측용 패턴으로서 사용하는 경우에는, 그 패턴 이미지는 1 회의 노광으로 형성된다. 이것에 대해, 본 실시형태에서는, 전술한 이중 노광에 의해 결과적으로 고립 패턴의 이미지와 동일한 패턴 이미지가 얻어지는데, 이 패턴 이미지는 밀집 패턴의 특성은 남기면서, 그 계측은 고립 패턴과 동일하게 실시할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 레티클 (R_T1) 상의 패턴 (MP_n; 밀집 패턴) 으로서 개구 패턴 (AP_n) 내에 배치된 4 종류의 L/S 패턴 (멀티바 패턴) 을 사용하는 경우에 대해 설명하였으나, 이것에 한정되지 않고, 패턴 (MP_n) 으로는, 그 수 또는 종류가 1 개인 패턴만을 포함하는 것이어도 되고, L/S 패턴 대신에 또는 그것과 조합하여, 고립선이나 컨택트홀 등을 사용해도 된다. 또, 계측용 패턴 (MP_n) 으로서 주기 패턴을 사용하는 경우, 그 주기 패턴은 L/S 패턴뿐만 아니라, 예를 들어 도트 마크를 주기적으로 배열한 패턴이어도 된다. 이것은 이미지의 선폭 등을 계측하는 종래의 방법과는 달리, 전술한 콘트라스트를 검출하고 있기 때문이다.

또, 상기 실시형태에서는 평가점 대응 영역마다 그 전체를 동시에 촬상하는 것으로 하였으나, 예를 들어 1 개의 평가점 대응 영역을 복수로 나누어 각각 촬상하도록 해도 된다. 이 때, 예를 들어 평가점 대응 영역의 전체를 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 검출 영역 내로 설정하여, 평가점 대응 영역의 복수의 부분을 상이한 타이밍에 촬상해도 되고, 또는 평가점 대응 영역의 복수의 부분을 순차 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 검출 영역 내로 설정하여 그 촬상을 실시하도록 해도 된다. 또한, 1 개의 평가점 대응 영역 (DB_n) 을 구성하는 복수의 구획 영역은 서로 인접하여 형성하는 것으로 하였으나, 예를 들어 그 일부 (적어도 1 개의 구획 영역) 를 전술한 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 검출 영역의 크기에 대응되는 거리 이상 떨어뜨려 형성해도 된다. 또, 상기 실시형태에서는 평가점 대응 영역마다 복수의 구획 영역이 일렬로 배열되는 것으로 하였으나, 그 배열 방향 (X 축 방향) 과 직교하는 방향 (Y 축 방향) 에 관한 위치를 그 복수의 구획 영역에서 부분적으로 상이하게 해도 되고, 예를 들어 배열 방향 (X 축 방향) 에 관해서 평가점 대응 영역의 길이가 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 검출 영역의 사이즈를 초과할 때 등에는 각 평가점 대응 영역에서 구획 영역을 복수열 (2 차원적) 로 배치해도 된다. 즉, 평가점 대응 영역마다 그 전체를 동시에 촬상 가능하게 하도록, 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 검출 영역의 크기에 따라 복수의 구획 영역의 배치 (레이 아웃) 를 결정해도 된다. 이 때, 배열 방향과 직교하는 방향 (Y 축 방향) 에 관하여 인접하는 구획 영역의 경계 부분에도 전술한 프레임선 또는 미노광 부분이 존재하지 않도록, Y 축 방향의 스텝 피치를 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 실시형태에서는 정지 노광에 의해 계측용 패턴 (MP_n) 을 웨이퍼 (W_T) 상에 전사하는 것으로 하였으나, 정지 노광 대신에 주사 노광을 사용해도 되고, 이 경우에는 다이나믹한 광학 특성을 구할 수 있다.

또, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 를 예를 들어 국제 공개 제99/49504호 팜플렛, 미국 특허출원공개 제2005/0259234호 명세서 등에 개시되는 액침형으로 해도 되며, 투영 광학계 및 액체를 통하여 계측용 패턴 (MP_n) 의 이미지를 웨이퍼 상에 전사함으로써, 그 액체도 포함하는 투영 광학계의 광학 특성을 계측할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 계측 마크 영역마다 (또는 각 구획 영역 (DA_i)) 의 콘트라스트값으로서, 계측 마크 영역마다 (또는 각 구획 영역 (DA_i)) 의 각 화소의 휘도값의 분산, 또는 표준 편차, 또는 각 계측 마크 영역 (또는 각 구획 영역) 에 있어서의 각 화소의 휘도값의 소정 기준값에 대한 편차를 포함하는 그 밖의 통계량을 사용하는 경우에 대해 설명하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 편차를 포함하지 않는, 각 계측 마크 영역 (또는 각 구획 영역) 에 있어서의 각 화소의 휘도값에 관한 정보, 예를 들어 계측 마크 영역 (또는 구획 영역) 중, 계측용 패턴 이미지를 포함하는 소정 면적 (소정 화소수) 의 영역 내에서의 각 화소의 휘도의 총합값, 또는 평균값 등의, 각 화소의 휘도에 관한 어떠한 통계량 등을 콘트라스트 정보로서 채용해도 된다. 요점은, 각 계측 마크 영역 (또는 각 구획 영역) 에서, 콘트라스트 정보의 산출에 사용하는 촬상 에어리어의 면적 (화소수 등) 을 일정하게 하는 경우에는, 각 화소의 휘도값에 관한 임의의 통계량을 사용해도 된다. 또, 예를 들어 그 촬상 에어리어의 면적을, 계측용 패턴 이미지를 포함하고, 또한 계측 마크 영역 (또는 구획 영역) 의 면적과 동일한 정도 이하로 설정하는 경우, 계측용 패턴의 전사시에 있어서의 웨이퍼 (W_T) 의 스텝 피치 (SP) 는, 각 개구 패턴 (AP_n) 의 웨이퍼 (W_T) 상의 투영 이미지 (전술한 계측 패턴 영역에 대응) 의 X 축 방향 치수보다 크게 해도 된다.

또한, 상기 실시형태에 있어서, 예를 들어 촬상의 대상은, 노광시에 레지스트에 형성된 잠상이어도 되고, 상기 이미지가 형성된 웨이퍼를 현상하고, 또한 그 웨이퍼를 에칭 처리하여 얻어지는 이미지 (에칭 이미지) 등이어도 된다. 또, 웨이퍼 등의 물체 상에 있어서의 이미지가 형성되는 감광층은 포토 레지스트로 한정되지 않고, 광 (에너지) 의 조사에 의해 이미지 (잠상 및 현상 (顯像)) 가 형성되는 것이면 되고, 예를 들어, 광 기록층, 광 자기 기록층 등이어도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 콘트라스트 계측에 의해 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성 (베스트 포커스 위치 등) 을 구하는 것으로 하였으나, 이것에 한정되지 않고, 이미지의 선폭 등을 계측하는 방법이어도, 전술한 트림 노광 (제 2 노광) 에 의해 계측 분해능 이하인 선폭 (스페이스폭) 의 패턴 이미지의 일부를 제거한 패턴 이미지를 계측 대상으로 하는 수법을 채용하는 것은 유효하다. 이러한 경우에도, 계측 장치의 분해능 이하 선폭의 패턴 이미지를 SEM 등에 비하여 계측 시간의 단축이 가능한 계측 장치를 사용하여 양호한 정밀도로 계측하는 것이 가능해진다.

또, 상기 실시형태에서는 레티클 (R_T1) 과 레티클 (R_T2) 을 사용하여, 전술한 광학 특성 계측에 사용되는 시료를 제작하기 위한 이중 노광을 실시하는 것으로 하였으나, 본 발명이 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 패턴 (MP_n) 을 포함하는 개구 패턴 (AP_n) 이 배치된 패턴 영역과 패턴 (MP'_n) 을 포함하는 개구 패턴 (AP'_n) 이 배치된 패턴 영역을, 동일한 레티클의 상이한 부분에 형성하고, 이 레티클을 사용하여, 전술한 이중 노광을 실시하는 것으로 해도 된다. 이러한 이중 노광은 전술한 플로우 차트를 약간 변경함으로써 실현할 수 있다. 또는, 레티클 (R_T2) 을 사용한 2 번째 노광 대신에, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역의 각 구획 영역의 일부에 에너지 빔을 조사하여, 각 구획 영역에 형성된 패턴 (MP_n) 의 이미지 (잠상) 를 제거하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 상기 2 번째 노광에서는 투영 광학계를 사용하지 않아도 되고, 1 번째 노광과 2 번째 노광에서 상이한 노광 장치를 사용해도 된다.

또, 전술한 단계 410 와 단계 412 의 처리 순서를 반대로 해도 된다. 즉, 레티클 (R_T2) 를 사용하여 상기 실시형태와 동일하게 웨이퍼의 포커스 위치를 일정하게 유지한 상태에서, 각 구획 영역 (DA_i) 에 패턴 (MP'_n) 의 이미지를 각각 형성한 후에, 레티클 (R_T1) 을 사용하여 포커스 위치를 변경하면서, 각 구획 영역 (DA_i) 에 중첩 노광을 실시하는 것으로 해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 레티클 (R_T1) 에 라인부의 폭과 상기 스페이스부의 폭의 비인 듀티비 1 의 L/S 패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 을 포함하는 패턴 (MP_n) 이 형성되고, 제 1 회째 노광에 의해 웨이퍼 (W_T) 상에 패턴 (MP_n) 의 이미지가 제 1 패턴 이미지로서 형성되는 것으로 하였으나, 이것에 한정되지 않고, 제 1 패턴 이미지는, 듀티비가 1/3 보다 작은 고립 라인 패턴의 이미지이어도 된다. 이러한 경우라도, 스페이스부의 폭이 계측 장치 (예를 들어, 얼라인먼트 검출계 (AS)) 의 해상 한계와 거의 동일한 폭 이하이면, 전술한 패턴 이미지 일부의 제거를 목적으로 하는 트림 노광은 유효하다.

또, 상기 실시형태에서는, 2 번째 노광에 의해 L/S 패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 의 이미지의 8 개의 라인부 중, 양단 각 1 개, 중앙 4 개의 합계 6 개의 라인부가 제거되는 것으로 하였으나, 본 발명이 이것으로 한정되는 것은 아니고, 적어도 1 개의 라인부가 제거되면 된다. 제거되는 라인부가 1 개여도, 라인폭 등에 따라서는 고립 패턴과 동등하게 간주할 수 있어, 고립 패턴과 동일한 방법에 의해 계측이 가능해지기 때문에, 전술한 패턴 이미지의 일부의 제거를 목적으로 하는 트림 노광은 유효하다. 1 개의 라인부를 제거하는 경우, L/S 패턴 이미지를 솎아내듯이 제거해야 하는 라인부를 설정할, 즉 제거해야 할 라인부를 L/S 패턴 이미지의 양단 이외로 할 필요가 있다. 2 개의 라인부를 제거하는 경우에는, 그 적어도 일방을 양단 이외로 할 필요가 있다. 또, 상기 실시형태에서는, 트림 노광 의 결과, 2 개의 라인부가 현상 후에 남는 것으로 하였으나, 이것에 한정되지 않고, 제 1 패턴 이미지 (상기 실시형태에서는, L/S 패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 의 이미지) 의 라인부가 적어도 1 개 남도록, L/S 패턴의 이미지가 생성된 웨이퍼 (W_T) 상의 각 구획 영역의 일부를 투영 광학계 (PL) 를 통하여 노광하는 것으로 해도 된다.

또한, 전술한 단계 412 의 제 2 노광을 실시할 때에, 반드시 웨이퍼 (W_T) 의 포커스 위치를 일정하게 하지 않아도 된다. 요점은 제 1 패턴 이미지의 일부를 확실하게 제거할 수 있는 것이면, 포커스 위치를 바꾸어도 상관없다.

또한, 상기 실시형태에서는 노광 장치의 얼라인먼트 검출계를 사용하여 웨이퍼 상의 각 구획 영역에 형성된 이미지를 촬상하는 것으로 하였으나, 노광 장치 이외에, 예를 들어 광학적인 검사 장치 등을 사용해도 된다. 또, 상기 실시형태에서는 촬상 방식의 계측 장치 (얼라인먼트 검출계 (AS) 등) 를 사용하여 웨이퍼 상의 패턴 이미지를 검출하는 것으로 하였으나, 이 계측 장치는 수광 소자 (센서) 가 CCD 등의 촬상 소자로 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 라인 센서 등을 포함하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 라인 센서는 1 차원이어도 되지만, 2 차원으로 배치되는 라인 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 전술한 콘트라스트 정보의 산출에서 사용하는 데이터 (계측 장치에 의한 패턴 이미지의 계측 결과) 는 촬상 데이터로 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 실시형태에서는 전술한 통계량 (콘트라스트 정보, 명암 정보) 의 산출에 있어서, 소정의 기준값으로서 웨이퍼 상의 적어도 1 개의 구획 영역 (또는 계측 마크 영역) 내에서 계측용 패턴 이미지가 존재하지 않는 영역의 복수 화소의 휘도값의 평균값 (또는 단일 화소의 휘도값) 을 사용하는 것으로 하였으나, 소정의 기준값은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 구획 영역 (또는 계측 마크 영역) 이외의 다른 영역에 있어서의 휘도값 (평균값을 포함한다), 또는 구획 영역 (또는 계측 마크 영역) 에 있어서의 휘도값의 평균값 등을 사용해도 된다. 또, 전술한 바와 같이 상기 편차를 포함하지 않는 통계량을 콘트라스트 정보로서 사용해도 되는데, 예를 들어 계측용 패턴 이미지의 선폭 (또는 피치) 이 계측 장치의 해상 한계 (광학계의 검출 분해능) 와 동일한 정도 또는 가까운 경우, 계측 장치가 계측용 패턴 이미지의 선폭 변화를 민감하게 검출하는 것이 곤란해지기 때문에, 계측용 패턴 이미지가 존재하지 않는 영역의 휘도값 (또는 그 평균값) 을 소정의 기준값으로 하여 상기 편차가 구해지는 전술한 통계량을 콘트라스트 정보로서 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 계측용 패턴 이미지의 각 L/S 패턴 전체에서 얻어지는 미묘한 오프셋 변화가 콘트라스트값으로서 고려됨으로써, 계측 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는 간섭계 시스템 (26) 을 사용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 계측하는 것으로 하였으나, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 상면에 형성되는 스케일 (회절 격자) 을 검출하는 인코더 시스템을 사용해도 된다. 이 경우, 간섭계 시스템과 인코더 시스템의 양방을 구비하는 하이브리드 시스템으로 하고, 간섭계 시스템의 계측 결과를 사용하여 인코더 시스템의 계측 결과의 교정 (캘리브레이션) 을 실시하는 것이 바람직하 다. 또, 간섭계 시스템과 인코더 시스템을 전환하여 사용하거나, 또는 그 양방을 사용하여, 웨이퍼 스테이지의 위치 제어를 실시하도록 해도 된다.

또, 상기 실시형태에서는 투영 광학계의 광학 특성으로서 최선 포커스 위치, 상면 만곡, 또는 비점 수차를 구하는 것으로 하였으나, 그 광학 특성은 이들에 한정되는 것이 아니고 다른 수차 등이어도 된다 또한, 상기 실시형태의 노광 장치는 반도체 디바이스 제조용으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 디스플레이 (액정 표시 소자 등), 촬상 소자 (CCD 등), 박막 자기 헤드, 마이크로 머신, DNA 칩 등, 다른 디바이스의 제조에 사용하는 노광 장치 등이어도 되고, 이들 노광 장치에 본 발명을 적용해도 된다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 광투과성의 기판 상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴·감광 패턴) 을 형성한 광 투과형 마스크 (레티클) 를 사용하였으나, 이 마스크 대신에, 예를 들어 미국 특허 제 6,778,257호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 노광해야 할 패턴의 전자 데이터에 기초하여, 투과 패턴 또는 반사 패턴 또는 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크 (가변 성형 마스크로도 불리고, 예를 들어 비발광형 화상 표시 소자 (공간 광 변조기) 의 일종인 DMD (Digital Micro-mirror Device) 등을 포함한다) 를 사용해도 된다. 또, 투영 광학계는 굴절계로 한정되는 것이 아니고, 반사 굴절계 또는 반사계이어도 되고, 축소계로 한정되는 것이 아니고 등배계 또는 확대계이어도 된다. 또한, 투영 광학계에 의한 투영 이미지는 도립상과 정립상 중 어느 것이어도 된다. 또, 예를 들어 국제 공개 제2001/035168호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같이, 간섭 무늬를 웨이퍼 (W) 상에 형성함으로써, 웨이퍼 (W) 상에 디바이스 패턴을 형성하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 예를 들어 미국 특허 제6,611,316호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 2 개의 레티클의 패턴을, 투영 광학계를 통하여 웨이퍼 상에서 합성하고, 1 회의 주사 노광에 의해 웨이퍼 상의 하나의 쇼트 영역을 거의 동시에 이중 노광하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 요점은, 광학계의 노광 에어리어 내에 계측용 패턴 이미지를 생성함으로써 물체를 노광하는 노광 장치이면 된다. 또, 상기 실시형태에서는 에너지 빔 (조명광 (IL) 등) 이 조사되는 노광 대상인 감응성의 물체 (기판) 는 웨이퍼로 한정되는 것이 아니고, 유리 플레이트, 세라믹 기판, 또는 마스크 블랭크스 등 다른 물체이어도 되고, 그 형상은 원형으로 한정되지 않고 직사각형 등이어도 된다.

또한, 상기 실시형태에서 인용한 노광 장치 등에 관한 모든 공보, 국제 공개 팜플렛, 미국 특허 출원 공개 명세서 및 미국 특허 명세서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.

반도체 디바이스는 디바이스의 기능·성능 설계를 실시하는 단계, 이 설계 단계에 근거한 레티클을 제작하는 단계, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제작하는 단계, 전술한 실시형태의 노광 장치에 의해 레티클의 패턴 이미지를 웨이퍼에 생성하는 단계, 그 웨이퍼를 현상하는 단계, 현상 후의 웨이퍼에 에칭을 실시하는 단계, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다), 검사 단계 등을 거쳐 제조된다. 이 경우, 리소그래피 단계에서, 상기 각 실시형태의 노광 장치를 사용하여 전술한 노광 방법이 실행되고, 웨이퍼 상에 디바이스 패턴이 형성되기 때문에, 고집적도의 디바이스를 양호한 생산성으로 제조할 수 있다.

산업상이용가능성

본 발명의 계측 방법은, 광학계의 광학 특성을 계측하는데 적합하다. 또, 본 발명의 노광 방법 및 디바이스의 제조 방법은 마이크로 디바이스의 제조에 적합하다.

Claims (26)

1. 제 1 패턴 이미지를 광학계를 통하여 물체 상에 생성함으로써 그 물체를 노광하는 제 1 공정과;

   상기 제 1 패턴 이미지가 생성된 상기 물체 상의 영역의 일부를 상기 광학계를 통하여 노광하는 제 2 공정과;

   상기 제 2 공정의 처리 후에 상기 물체 상에 형성된 패턴 이미지를 계측 장치를 사용하여 계측하는 제 3 공정과;

   상기 패턴 이미지의 계측 결과를 사용하여 상기 광학계의 광학 특성을 산출하는 제 4 공정을 포함하는, 계측 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 공정에서는, 상기 제 1 패턴 이미지에 중첩시켜 제 2 패턴 이미지를 생성함으로써, 상기 물체 상의 영역의 일부를 상기 광학계를 통하여 노광하는, 계측 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1, 제 2 공정에서는, 상기 제 1, 제 2 패턴 이미지를, 상기 물체 상의 상이한 복수의 영역에 각각 생성하는, 계측 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 공정에서는, 생성 조건을 변경하면서, 상기 제 1 패턴 이미지를, 상기 물체 상의 상이한 복수의 영역에 순차 생성하고,

   상기 제 2 공정에서는, 동일한 생성 조건을 유지하여, 상기 제 2 패턴 이미지를, 상기 물체 상의 상기 복수의 영역에 순차 생성하는, 계측 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 공정에서 변경되는 상기 생성 조건에는, 상기 광학계의 광축 방향에 관한 상기 광학계에 대한 상기 물체의 위치가 포함되고,

   상기 제 4 공정에서 산출되는 상기 광학계의 광학 특성에는, 베스트 포커스 위치가 포함되는, 계측 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 2 공정에서는, 상기 광학계의 광축 방향에 관한 상기 광학계에 대한 상기 물체의 위치가 동일 위치에 유지되는, 계측 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 패턴 이미지는, 라인부와 스페이스부가 소정 주기로 배치된 라인 앤드 스페이스 패턴의 이미지인, 계측 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제 1 패턴 이미지는, 상기 라인부의 폭과 상기 스페이스부의 폭의 비인 듀티비가 1/3 보다 작은, 계측 방법.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

   상기 라인 앤드 스페이스 패턴의 이미지는, 상기 스페이스부의 폭이 상기 계측 장치의 해상 한계와 거의 동일한 폭 이하인, 계측 방법.
10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 2 공정에서는, 상기 라인부가 적어도 1 개 제거되도록, 상기 라인 앤드 스페이스 패턴의 이미지가 생성된 상기 물체 상의 영역의 일부를 상기 광학계를 통하여 노광하는, 계측 방법.
11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 2 공정에서는, 상기 라인부가 적어도 1 개 남도록, 상기 라인 앤드 스페이스 패턴의 이미지가 생성된 상기 물체 상의 영역의 일부를 상기 광학계를 통하여 노광하는, 계측 방법.
12. 제 3 항에 있어서,

    상기 제 1 공정에서는, 동일한 생성 조건을 유지하여, 상기 제 1 패턴 이미 지를 상기 물체 상의 상이한 복수의 영역에 순차 생성하고,

    상기 제 2 공정에서는, 생성 조건을 변경하면서, 상기 제 2 패턴 이미지를 상기 물체 상의 상기 복수의 영역에 순차 생성하는, 계측 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 제 2 공정에서 변경되는 상기 생성 조건에는, 상기 광학계의 광축 방향에 관한 상기 광학계에 대한 상기 물체의 위치가 포함되고,

    상기 제 4 공정에서 산출되는 상기 광학계의 광학 특성에는, 베스트 포커스 위치가 포함되는, 계측 방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 제 1 공정에서는, 상기 광학계의 광축 방향에 관한 상기 광학계에 대한 상기 물체의 위치가 동일 위치에 유지되는, 계측 방법.
15. 제 2 항, 제 3 항, 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 2 패턴 이미지는, 라인부와 스페이스부가 소정 주기로 배치된 라인 앤드 스페이스 패턴의 이미지인, 계측 방법.
16. 제 13 항에 있어서,

    상기 제 2 패턴 이미지는, 상기 라인부의 폭과 상기 스페이스부의 폭의 비인 듀티비가 1/3 보다 작은, 계측 방법.
17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,

    상기 라인 앤드 스페이스 패턴의 이미지는, 상기 스페이스부의 폭이 상기 계측 장치의 해상 한계와 거의 동일한 폭 이하인, 계측 방법.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 3 공정에서는, 상기 제 2 공정의 처리 후에 상기 물체 상에 형성된 패턴 이미지를 상기 계측 장치를 사용하여 촬상하고,

    상기 제 4 공정에서는, 상기 촬상에 의해 얻어진 촬상 데이터를 사용하여 상기 광학계의 광학 특성을 산출하는, 계측 방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 제 4 공정에서는, 상기 제 1 패턴 이미지가 생성된 상기 물체 상의 영역의 콘트라스트 정보를 산출하고, 산출된 콘트라스트 정보에 기초하여 상기 광학계의 광학 특성을 산출하는, 계측 방법.
20. 제 1 면의 패턴을 제 2 면 상에 투영하는 광학계의 광학 특성을 계측하는 방법으로서,

    상기 광학계의 광축 방향에 관해 상이한 위치에서 각각 상기 광학계를 통하 여 물체 상에 밀집 패턴 이미지를 형성하기 위한 노광과 상기 밀집 패턴 이미지의 일부를 제거하기 위한 노광에 의해, 상기 물체 상의 복수의 영역을 각각 다중 노광하는 것과;

    상기 각 영역의 패턴 이미지의 명암 정보를 계측하는 것을 포함하는, 계측 방법.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 노광된 물체를 현상하는 것을 포함하고, 상기 현상 후에 상기 각 영역에 형성되는 패턴 이미지의 명암 정보를 계측하는, 계측 방법.
22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,

    상기 계측 대상의 패턴 이미지는 고립적인 패턴인, 계측 방법.
23. 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 밀집 패턴 이미지는 그 폭이 상기 패턴 이미지의 계측 장치의 해상 한계 이하인, 계측 방법.
24. 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 밀집 패턴 이미지는 라인 앤드 스페이스 패턴 이미지이고, 상기 계측 대상의 패턴 이미지는, 상기 라인 앤드 스페이스 패턴 이미지 중 양단 이외의 적어 도 1 개의 라인부가 제거된 이미지인, 계측 방법.
25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 기재된 계측 방법에 의해 광학계의 광학 특성을 계측하는 공정과;

    광학 특성의 계측 결과를 고려하여, 상기 광학계의 광학 특성 및 상기 광학계의 광축 방향에 관한 상기 물체의 위치 중 적어도 일방을 조정함과 함께, 상기 광학계를 통하여 상기 물체를 노광하는 공정을 포함하는, 노광 방법.
26. 제 25 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 물체 상에 패턴을 형성하는 공정과;

    상기 패턴이 형성된 상기 물체를 처리하는 공정을 포함하는, 디바이스 제조 방법.

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