JP2009212276A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】露光装置において、ユーザーに負担を課さずに高精度かつ高スループットの、パターン変化による転写誤差を低減する方法を提供する。
【解決手段】原版又は原版基準プレートに形成される複数のマークの位置と、原版における露光領域と、転写誤差に関する調整項目が入力される入力部と、複数のマークの位置情報、露光領域の位置情報、調整項目に基づいて計測に使用するマークを複数のマークから選択する選択部と、計測に使用するマークと基板基準マークを計測する計測部と、計測部による計測結果に基づいて、計測に使用するマークと基板基準マークの位置ずれが減少するように、原版ステージの駆動、基板ステージの駆動、投影光学系のレンズの駆動、光源の波長切替のうち少なくとも１つを行う調整部とを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、露光装置に関する。

半導体デバイスの製造に用いられる投影露光装置は、原版としてのレチクル上に形成されたパターンを、基板としてのウエハまたはガラスプレート等の上のフォトレジスト層に高い重ね合わせ精度で転写する。そのために、レチクルとウエハとを高精度に位置合わせ（アライメント）することが求められている。また、プロセスの微細化が加速し、装置に許容されるレベルは厳しくなっている。

一方、レチクルを被覆するクロム等の被覆材料は、露光時のレーザー光を吸収し熱膨張することが知られている。この熱膨張が発生すると、レチクル上のパターンが歪んだ状態でウエハ上に転写されるため、転写誤差が発生する。したがって、デバイスを製造する上では、この誤差を低減することが求められている。

デバイス製造時に用いられるレチクルには、露光パターンが描画される領域の外側にアライメント計測用のマークが複数配置され、その配置は露光パターンの種類に関わらず固定化されていることが多い。これは、マーク配置を露光パターンの種類に応じて最適化すると、検証等に時間がかかってしまうことによる。

しかし、実際には、露光領域の位置や面積，パターン分布によって、レチクル全体の形状の変形は異なり、この変形に由来する転写誤差を最小限に抑えるためには、露光動作に先立ってこの変形を的確に捉える必要がある。

特に、デバイスメーカーでは、レチクル資源を有効活用するために１枚のレチクルに対し、そのレチクル全面を露光領域分割して複数レイヤで使用する露光方法が用いられている。この場合には露光領域の位置がレイヤによって大きく異なるため、レチクル全体の形状の変化も大きく異なる。

レチクルステージ上に載置されたレチクルの面形状を計測および調整する方法としては、本出願人は、レチクルの露光領域近傍のマークを計測し、その計測結果に基づいてショット倍率を調整する方法を提案している（特許文献１）。
特開平１１−３５４４０１

上述したように、レチクル全体の形状変化は状況に応じて様々である。このような、状況によって異なる形状変化を的確に計測・調整するためには、レチクルの露光領域の全体的な変形を代表するような計測値の算出が必要である。そのためには、前述したパターン領域の外側に配置された複数のアライメント計測用マークの中から、露光領域の位置やパターン変化の特性等、そのレイヤでの露光条件に基づいて、最適なマークの位置をその都度ユーザーが選定しなければならない。

しかし、この方法は、設定時間を要することや設定ミスが起きる可能性があることから、ユーザーにとって負担になるという問題がある。

本課題は、露光装置において、ユーザーに負担を課さずにパターン変化による転写誤差を低減する方法を提供することである。

本発明の一側面としての露光装置は、光源からの光を利用して原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、原版基準マークを有する原版基準プレートおよび前記原版を保持する原版ステージと、基板基準マークを有する基板基準プレートおよび前記基板を保持する基板ステージと、を有する露光装置であって、前記原版又は前記原版基準プレートに形成される複数のマークの位置と、前記原版における露光領域と、転写誤差に関する調整項目が入力される入力部と、前記複数のマークの位置情報、前記露光領域の位置情報、前記調整項目に基づいて計測に使用するマークを前記複数のマークから選択する選択部と、前記計測に使用するマークと前記基板基準マークを計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づいて、前記計測に使用するマークと前記基板基準マークの位置ずれが減少するように、前記原版ステージの駆動、前記基板ステージの駆動、前記投影光学系のレンズの駆動、前記光源の波長切替のうち少なくとも１つを行う調整部とを有することを特徴とする。

本発明の方法によれば、ユーザーに負担を課さずにパターン変化による転写誤差を低減することが可能となる。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における露光装置１００の構成を説明するブロック図である。

図１において、１は、ランプ、レーザー、ＥＵＶ光源などの露光用の光源を構成した照明光学系であり、露光領域を規定する不図示の可動ブラインド（いわゆる、マスキングブレード）を有する。露光領域は、例えば、レチクル面に描画された回路パターンの位置、大きさ、形状に合わせて適宜その範囲が選択される。レチクルに描画された回路パターンをウエハ（被露光体）上に転写露光する際には、露光装置制御系７０の指令が照明光学系制御系３０に伝えられ、照明光学系制御系３０の指令により照明光学系１の動作が制御される。

２は下面にクロム被覆による実素子パターン領域を形成した石英ガラスのレチクル（原版）であり、レチクルステージ４に保持されている。なお、レチクル２は、バイナリレチクルでもハーフトーンレチクルでもよい。レチクル２には複数のレチクルマークが設けられ、これらのレチクルマークの座標は、レチクルの管理ＩＤに対応させて、後述する記憶部７４に記憶される。

本実施形態においては、レチクルマークは、図２に示す第１のレチクルマーク４３および第２のレチクルマーク４４ａ〜４４ｚを含む。

３はレチクル基準プレート（原版基準プレート）であり、図１においてはレチクルステージ４に保持されているが、光学的にレチクルと同等な他の位置に固定されていてもよい。

レチクルステージ（原版ステージ）４は、走査型露光装置では投影光学系５の光軸方向（Ｚ方向）に対して前後に直交する方向（Ｙ方向）に駆動可能である。レチクルステージ４の駆動制御は、露光装置制御系７０の指令がレチクルステージ制御系４０に伝えられ、レチクルステージ制御系４０の指令によりレチクルステージ４は駆動制御される。露光装置制御系７０は、制御部７２、演算処理部７３、記憶部７４、表示部７６、入力部７５、選択部７７及び調整部７８を有する。入力部７５では、露光領域の範囲や後述する調整項目を入力する。選択部７７は、後述する方法で計測に使用するマークを選択する。調整部７８では、転写誤差を減少させるため、レチクルステージの駆動、ウエハステージの駆動、投影光学系のレンズの駆動、光源の波長切替を行う。露光装置制御系７０は、露光装置に内蔵していてもよいし、露光装置の外部に構成して、ネットワーク等でつながっていてもよい。また、演算処理部７３で行う演算はコンピュータで実行可能なプログラムを実行することによって実現される。演算に要するプログラムは記憶部７４に記憶され、演算処理部７３は、記憶部７４に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって後述の演算を行うことができる。なお、コンピュータで読取可能な記録媒体に記録されたプログラムをインストールすることによっても、記憶部７４にプログラムが記憶される。

レチクルステージ４上には不図示のレチクル基準マーク（原版基準マーク）が設けられている。レチクル２の面内の複数箇所において、不図示のアライメントスコープによって、レチクルステージ４上のレチクル基準マークに対する、上述の第１のレチクルマーク４３の相対的なずれ量が計測される。計測されたこれらのずれ量に基づいて、レチクルステージ４に対するレチクル２の相対的なずれ量が測定され、ウエハステージ１０を、ずれ量に対して投影倍率を勘案した距離を反対方向に駆動することによって、ずれによる転写誤差を相殺する。

レチクル２の第２のレチクルマーク４４は、後述のウエハ基準プレート９上に設けられた基準マーク（基板基準マーク）１１ａとのずれ量の検出に使用される。

投影光学系５は、複数のレンズで構成されており、露光時はレチクル２に描画された回路パターンをウエハ（基板）８上に投影光学系５の縮小倍率に対応した倍率で結像させる。５０は投影光学系制御系である。

ウエハステージ（基板ステージ）１０上にはウエハ基準プレート（基板基準プレート）９とウエハチャック７が固定され、ウエハ８はウエハチャック７の真空吸着によって保持されている。ウエハステージ１０は、投影光学系５の光軸方向（Ｚ方向）およびこの光軸方向に直交する方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動可能であり、光軸に対して回転させることも可能である。ウエハステージ１０の駆動制御は、露光装置制御系７０の指令がウエハステージ制御系６０に伝えられ、ウエハステージ制御系６０の指令によりウエハステージ１０は駆動制御される。

投影光学系５の底部周辺には、オフアクシススコープ１２が固定されている。重ね合わせ露光を行う際には、ウエハ８上の不図示のマーク計測によってオフアクシススコープ１２でアライメントを行った後、ウエハ８上の露光位置が投影光学系５の光軸上に来るようにウエハステージ１０を駆動する。

ＴＴＲ観察光学系（計測部）２０は、ファイバ２１、ハーフミラー２２、観察面との焦点位置を変えるリレーレンズ２３、ミラー２４、対物レンズ２５、撮像素子２６を有している。ファイバ２１から出射した照明光束はハーフミラー２２を通過し、リレーレンズ２３とミラー２４と対物レンズ２５を介してレチクル２上に集光する。レチクル２上に集光した照明光束は、投影光学系５を介してウエハ基準プレート９上に集光する。ウエハ基準プレート９からの反射光は元の光路を戻り、順に投影光学系５、レチクル２、対物レンズ２５、ミラー２４、リレーレンズ２３を介し、ハーフミラー２２で反射して撮像素子２６に入射する。また、不図示ではあるが、ＴＴＲ観察光学系２０はレチクルステージ４の走査方向（Ｙ方向）に対して左右（Ｘ方向）に配置されていて、２つのＴＴＲ観察光学系２０は両者とも、Ｘ方向に駆動可能である。

レチクルステージ４上に載置された、レチクル２の形状およびレチクル２とウエハステージ１０との相対位置関係の計測について説明する。図２は、レチクルステージ４上でのレチクル２とレチクル吸着パッド４２およびレチクルマーク４４ａ〜４４ｔの関係を示す平面図である。２０個のレチクルマーク４４ａ〜４４ｔは、図１でレチクルマーク４４として示されるマークである。レチクルマーク４４ａ〜４４ｉ，４４ｊ〜４４ｒは等間隔かつ左右対称に配置されている。レチクルマーク４４ａ〜４４ｉのそれぞれのマークは、レチクルのスキャン方向（Ｙ方向）に並んでいる。レチクルマーク４４ｊ〜４４ｒも同様である。また、４４ａ，４４ｓ，４４ｊと４４ｉ，４４ｔ，４４ｒもまた、等間隔かつ上下対称に配置されている。

なお、本実施形態のレチクルマーク４４ａ〜４４ｔは実素子パターン領域内には配置されていないが、実素子パターン領域内に配置することも可能である。

以下、図１〜図５を参照しながら、レチクルマーク４４と基準マーク１１ａの相対ずれ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）計測について説明する。

図３は、レチクルマーク４４と基準マーク１１ａの相対ずれ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を計測する際の計測シーケンスフローである。図３に示すフローチャートは、例えば、制御系７０内の記憶部７４に格納される。

まず、ステップＳ０において、ＴＴＲ観察光学系２０をマーク計測可能位置のＸ座標へ駆動する。

次いで、ステップＳ１において、ウエハ基準プレート９上の基準マーク１１ａが計測光学系の光軸上に来るように、ウエハステージ１０をＸ，Ｙ方向に駆動する。

次いで、ステップＳ２において、レチクル２の計測すべきレチクルマーク４４が計測光学系の光軸上に来るように、レチクルステージ４をＹ方向に駆動する。

なお、計測すべきレチクルマーク４４の選択方法については、後述する。

次いで、ステップＳ３において、リレーレンズ２３を光軸方向に駆動し、レチクル２のマークに焦点を合わせ、リレーレンズ２３の合焦点位置に基づいてレチクルマーク４４のＺ方向の位置（高さ）を算出、記憶する。

次いで、ステップＳ４において、ウエハステージ１０を光軸方向に駆動し、ウエハ基準プレート９上の基準マーク１１ａに焦点を合わせ、ウエハステージ１０の合焦点位置を記憶する。

次いで、ステップＳ５において、ＴＴＲ観察光学系２０によって、レチクルマーク４４と基準マーク１１ａのＸ，Ｙ方向の相対ずれ量を計測、記憶する。

次いで、ステップＳ６では、計測すべき全レチクルマーク４４の計測が終了しているかを判定する。

計測すべき全レチクルマーク４４の計測が終了していない場合は、ステップＳ７にて次に計測すべきレチクルマーク４４が計測系の光軸上に来るようにレチクルステージ４をＹ方向に駆動させてステップＳ５を行う。ステップＳ７はレチクルステージ４の可動範囲が狭いステッパ（ステップアンドリピート式投影露光装置）の場合は、ＸＹ方向に駆動可能なＴＴＲ観察光学系２０をマーク観察位置に駆動させればよい。

計測すべき全レチクルマーク４４の計測が終了するまでステップＳ０からステップＳ７を繰り返し、計測シーケンスを終了する。

次に、調整値計算と必要マーク数について説明する。図４に、調整項目と、その調整項目の調整値を求めるために必要な最小マーク数を示す。以下に述べる調整値計算は、例えば、演算処理部７３で行う。

ベースラインは、Ｘ方向に１個以上、Ｙ方向に１個以上、つまり１個でもマークがあればよい。

ここで、ベースラインとは、オフアクシススコープ１２に対するレチクル２の露光領域中心の相対位置を意味する。レチクルステージ４に対するレチクル２の相対位置に関しては、前述したように既に調整されているので、オフアクシススコープ１２に対するレチクル２の相対位置に基づいて調整値とすればよい。

したがって、調整値の算出については、例えば、レチクル２に対するウエハステージ１０の相対位置をＶ１，レチクルステージ４に対するレチクルの相対位置をＶ２，オフアクシススコープ１２に対するウエハステージ１０の相対位置をＶ３とすると、
ＢＬ＝Ｖ１＋Ｖ２−Ｖ３
の値に基づく。

レチクル２とウエハステージ１０の相対位置関係は、１個のマークを使用するときは、そのマークの計測値に基づく。複数のマークを計測するときは、計測するマークすべての計測値の平均値に基づいても良いし、任意の複数の計測マークの計測値の平均値に基づいてもよいし、または、マークの設計座標に対する計測値に関して近似線を求め、その近似線の切片に基づいてもよい。

レチクルステージ４とレチクル２の相対位置関係の算出法は既述の通りである。オフアクシススコープ１２とウエハステージ１０の相対位置関係は、ウエハ基準プレート９上のオフアクシス観察用の基準マーク１１ｂがオフアクシススコープ１２の下方に来るようにウエハステージ１０を駆動後、オフアクシススコープ１２で計測する。オフアクシススコープ１２とウエハステージ１０の相対位置関係はこの計測値に基づく。

倍率Ｘ（１次倍率）は、マークのＸ方向のスパンに対するＸ方向ずれであるため、Ｘ方向に２個以上、Ｙ方向に１個以上のマークがあればよい。調整値の算出については、例えば、上記の最小マーク数の条件においては、マークＭ１, Ｍ２の設計座標をそれぞれＭ１Ｘ，Ｍ２Ｘ，Ｘ方向の計測値をそれぞれＭ１ｘ，Ｍ２ｘとする。調整値は、マークの計測値の差分（Ｍ２ｘ−Ｍ１ｘ)を設計値の差分（Ｍ２Ｘ−Ｍ１Ｘ)で除した値
ＳｃａｌｅＸ＝（Ｍ２ｘ−Ｍ１ｘ）／（Ｍ２Ｘ−Ｍ１Ｘ）
に基づいて算出される。３個以上のマークを計測するときは、Ｘ方向に並ぶ任意の２個以上のマークの計測値から、マークの設計座標に対する計測値に関して近似線を求め、この近似線を表す関数の１次係数（傾き）の値に基づく。

倍率Ｙに関しても倍率Ｘのときと同様の考え方をすればよい。

回転Ｘは、マークのＸ方向のスパンに対するＹ方向ずれであるため、Ｘ方向に２個以上、Ｙ方向に１個以上のマークがあればよい。調整値の算出については、例えば、上記の最小マーク数の条件においては、マークＭ１， Ｍ２の設計座標をそれぞれＭ１Ｘ，Ｍ２Ｘ，Ｙ方向の計測値をそれぞれＭ１ｙ，Ｍ２ｙとする。調整値は、マークの計測値の差分（Ｍ２ｙ−Ｍ１ｙ)を設計値の差分（Ｍ２Ｘ−Ｍ１Ｘ）で除した値
Ｒｏｔ．Ｘ＝（Ｍ２ｙ−Ｍ１ｙ）／（Ｍ２Ｘ−Ｍ１Ｘ）
に基づいて算出される。３個以上のマークを計測するときは、Ｘ方向に並ぶ任意の２個以上のマークの計測値から、マークの設計座標に対する計測値に関して近似線を求め、この近似線を表す関数の１次係数（傾き）の値に基づく。

回転Ｙに関しても回転Ｘのときと同様の考え方をすればよい。

フォーカスは、Ｘ方向に１個以上、Ｙ方向に１個以上、つまり１個でもマークがあればよい。調整値の算出については、例えば、１個のマークを使用するときは、そのマークのＺ方向の計測値に基づく。複数のマークを計測するときは、計測するマークすべてのＺ方向の計測値の平均値に基づいても良いし、任意の複数の計測マークのＺ方向の計測値の平均値に基づいてもよい。または、マークの設計座標に対する計測値に関して近似線を求め、その近似線の切片に基づいてもよい。または、マークの設計座標に対する計測値に関して近似面を求め、露光中心におけるその近似面上の値に基づいてもよい。

チルトＸは、マークのＸ方向のスパンに対するＺ方向ずれであるため、Ｘ方向に２個以上、Ｙ方向に１個以上のマークがあればよい。調整値の算出については、例えば、上記の最小マーク数の条件においては、マークＭ１，Ｍ２の設計座標をそれぞれＭ１Ｘ，Ｍ２Ｘ，Ｚ方向の計測値をそれぞれＭ１ｚ，Ｍ２ｚとする。調整値は、マークの計測値の差分（Ｍ２ｚ−Ｍ１ｚ）を設計値の差分（Ｍ２Ｘ−Ｍ１Ｘ）で除した値
（Ｍ２ｚ−Ｍ１ｚ）／（Ｍ２Ｘ−Ｍ１Ｘ）
に基づいて算出される。３個以上のマークを計測するときは、Ｘ方向に並ぶ任意の２個以上のマークの計測値から、マークの設計座標に対する計測値に関して近似線を求め、この近似線を表す関数の１次係数（傾き）の値に基づく。

チルトＹに関してもチルトＸのときと同様の考え方をすればよい。

３次倍率Ｘは、マークのＸ方向のスパンに対するＸ方向ずれの３次係数相当であるため、Ｘ方向に４個以上、Ｙ方向に１個以上のマークがあればよい。調整値の算出については、例えば、すべてのマーク、或いはＸ方向に並ぶ任意の４個以上のマークの設計座標に対する計測値に関して３次以上の近似曲線を求め、この近似曲線を表す関数の３次係数の値に基づく。

像面湾曲は、マークのＸ方向のスパンに対するＺ方向ずれの２次係数相当であるため、Ｘ方向に３個以上、Ｙ方向に１個以上のマークがあればよい。調整値の算出については、例えば、Ｘ方向に並ぶ任意の３個以上のマークの設計座標に対する計測値に関して２次以上の近似曲線を求め、この近似曲線を表す関数の２次係数の値に基づく。

これらの調整項目において、特に倍率Ｘ，倍率Ｙにおいては、計測マークの配置場所と実際の露光領域の場所が異なるために、計測マークの間隔の変化に基づいて求めた倍率と実際の露光領域の膨張倍率とに関して乖離が生じることがある。計測マークは露光領域の外周上に配置されるのが望ましいが、それが叶わぬ場合は、この乖離を補償するための係数を設定して、マーク計測の計測結果から求めた倍率にこの係数を乗じることにより、より高精度に計測できる。

なお、図４に示す「Ｘ方向」のマーク数は、Ｘ座標さえ異なっていれば、Ｙ座標が同一である必要は必ずしもない。また、例えば左右同時計測が可能である場合は、同時計測によるスループット低下がないため、ベースライン，倍率Ｙ等の「Ｘ方向」のマーク数を「１」ではなく「２」としてもよい。

これより、図６を参照しながら、マークの位置情報，調整項目，露光領域の位置情報，レチクル変形モデルに基づいて、計測に使用するマークの数及び位置を決定する方法について述べる。以下に述べるマークの数及び位置の決定は、例えば、演算処理部７３で行う。
まず、ステップＳ２２において、ベースライン，倍率Ｘ，倍率Ｙ，回転Ｘ，回転Ｙ，フォーカス，チルトＸ，チルトＹ，３次倍率Ｘ，像面湾曲のそれぞれに関する調整有無を選択する（調整項目選択ステップ）。

「調整あり」に設定する項目については、図４に示すマーク配置条件を満たすマーク４４がレチクル２に配置されていることを確認の上、設定を行う。この確認作業を省略したい場合は、不図示のマーク配置判別部を設け、その調整項目に必要なマーク数がレチクルに配置がされてないと判断された場合には、その調整項目に関して「調整なし」とすればよい。

次いで、ステップＳ２４において、ステップＳ２２で選択した「調整あり」の項目について、図４の表に基づいて、必要最低限のマーク数および、その配置を決定する。

１例として、本実施形態では、ベースライン，倍率Ｘ，回転Ｙの３項目を「調整あり」と設定する。このとき、必要なマーク数は、Ｘ方向に２個，Ｙ方向に２個となり、図５（ａ）のように全体で２個のマークを計測すればよい。しかし、ここでは、Ｙ座標が同一であれば左右同時計測が可能であるとし、図５（ｂ）のように全体で４個のマークを計測する。この場合、図５（ａ）と比較して図５（ｂ）のマーク選択では、スループットの低下はなく、計測精度に平均化効果の期待もできる。

次いで、ステップＳ２６では、ステップＳ２４で決定した計測マークの配置を、記憶部７４に記憶したマーク配置の中から選ぶ組み合わせの数を判定する。

その数が１であれば、ステップＳ２９で計測マークを決定し、後述するステップＳ３０のスパントレランスの判定へ進む。

その数が２以上であれば、ステップＳ２８で１つの調整項目について最も高い計測精度が得られるように、後述するレチクル変形モデルに基づいて計測マークを決定し、後述するステップＳ３０のスパントレランスの判定へ進む。

この実施例では、レチクルが露光熱を吸収することによって熱膨張を起こすものとし、この熱膨張に因る倍率Ｘ変動の調整値が最も高い計測精度を得られるようにマークを選択する。倍率Ｘ以外の調整値算出については、倍率Ｘ変動の調整の観点で選択されたマークを用いて計測を行い、その計測値に基づいて調整値を算出する。

ここで、図５（ｂ）のように４個の計測マークが長方形の頂点を形成するように選択する。この場合、組み合わせは、４４ｓ, ４４ｔを用いた場合は２通り、用いない場合は９個のＹ座標から２個のＹ座標を選ぶから、９Ｃ２＝（９×８）／（２×１）＝３６通りある。

倍率計測には、除数である２個マークの間のスパンが長い方が精度上有利である。したがって、倍率Ｘ計測を行うためには、４個の計測マークに４４ｓ, ４４ｔを含めず、すべてレチクルの左右近傍のマークから選択するのがよい。

次に、図７，図８に、レチクルの熱変形モデル（予測情報）を示す。露光領域内のパターンの熱変形は、レチクルに被覆されたクロムが露光熱を吸収した場合、相似形で変形するのではなく、図７に示すように中央が膨らんだ曲線になることが知られており、例えば、特許公報ＷＯ９９／３１７１６では背景技術として紹介している。

この場合、Ｙ座標に対する倍率Ｘは、図８に示すような曲線になる。このとき、実素子パターン領域の位置するＹ座標範囲に関して倍率Ｘの平均値を求め、この値をＰ１とする。

倍率ＸがＰ１となるＹ座標をＹ１，Ｙ２とすると、Ｙ１，Ｙ２に最も近い場所にある４個のマークは、４４ｃ，４４ｇ，４４ｌ，４４ｐとなり、これらの４個のマークを選択する。

なお、レチクル変形モデルは、有限要素法によるシミュレーションを用いてもよいし、事前に露光を行うなどして、実験から求めてもよい。

シミュレーション等、計算によって変形量を算出する場合は、レチクルの露光領域内がすべてクロムで被覆されているとした比較的簡素なモデルを用いてもよいし、クロムのパターン分布情報に基づいた、より高度なモデルを用いてもよい。クロムのパターン分布情報は、露光装置内部もしくは外部の測定器で測定してもよいし、レチクルの設計図面から求めてもよい。

また、図７，図８で示した曲線は、１つの関数で表されるような連続的な曲線でもよいし、露光領域内を格子状に区切り、この格子点の変動量から求めた折れ線でもよい。また、平均値Ｐ１の求め方としては、Ｙ座標に対する倍率Ｘを表す関数を露光領域内で積分し、Ｙ方向の露光領域の幅で除した値でもよいし、折れ線の場合は各点の平均値から求めてもよい。

また、レチクルの熱膨張を考える上では、Ｙ座標に対する倍率Ｘを表す曲線は、時間とともに変化する（倍率Ｘが大きくなっていく）。このために経過時間によって選択されるマークが異なる場合は、無限時間経過後のモデルで考えてもよいし、任意の一定時間経過後のモデルで考えてもよいし、複数の経過時間のモデルを平均して求めた値を用いてもよい。或いは、後述する実施形態のように、露光領域内でのみ熱膨張が発生し、その膨張量は一定という簡素なモデルを用いてもよい。

また、レチクルの変形要因としては、熱膨張のほか、レチクルを吸着固定する際に、吸着の圧力やレチクル自体の変形によって生じる機械変形があり、機械変形のモデルを利用してもよい。

ここまで、倍率Ｘ変動の調整を最優先にした場合のマーク選択方法を記述したが、ベースライン，倍率Ｙ，回転Ｘ，回転Ｙ，フォーカス，チルトＸ，チルトＹ，３次倍率Ｘ，像面湾曲の調整を最優先にした場合のマーク選択方法の一例は、以下の通りである。なお、この場合、レチクルの変形は、図７のような樽型ではなく、以下のそれぞれの曲線で表される変形モデルとなる。

ベースラインのマーク選択方法は、図８において、縦軸をベースラインとして、上記と同様な方法で選択する。

回転Ｘのマーク選択方法は、図８において、縦軸を回転Ｘとして、上記と同様な方法で４４ｃ，４４ｇ，４４ｌ，４４ｐを選択する。

フォーカスのマーク選択方法は、図８において、縦軸をフォーカスとして、上記と同様な方法で４４ｃ，４４ｇ，４４ｌ，４４ｐを選択する。

チルトＸのマーク選択方法は、図８において、縦軸をチルトＸとして、上記と同様な方法で４４ｃ，４４ｇ，４４ｌ，４４ｐを選択する。

３次倍率Ｘのマーク選択方法は、図８において、縦軸を３次倍率Ｘとして、上記と同様な方法で４４ｃ，４４ｇ，４４ｌ，４４ｐを選択する。

像面湾曲のマーク選択方法は、図８において、縦軸を像面湾曲として、上記と同様な方法で４４ｃ，４４ｇ，４４ｌ，４４ｐを選択する。

また、倍率Ｙ，回転Ｙ，チルトＹは、Ｙ方向のスパンに対する変化量であるため、図８のように、Ｙ座標に対する変化量として考慮することができない。そこで、これらの項目の調整を最優先にマークを選択する場合は、図１６に示すように、Ｘ方向に並んでいるマーク群から選ぶ場合が該当する。

倍率Ｙのマーク選択方法は、図１７において、上記と同様な方法で４４ｖ，４４ｙ，４４γ，４４εを選択する。

回転Ｙのマーク選択方法は、図１７において、縦軸を回転Ｙとして、上記と同様な方法で４４ｖ，４４ｙ，４４γ，４４εを選択する。

チルトＹのマーク選択方法は、図１７において、縦軸をチルトＹとして、上記と同様な方法で４４ｖ，４４ｙ，４４γ，４４εを選択する。

次いで、ステップＳ３０において、倍率Ｘ，倍率Ｙ，回転Ｘ，回転Ｙ，チルトＸ，チルト倍率Ｙ，３次倍率Ｘ，像面湾曲の少なくとも１つ以上に関して調整を行う場合は、マーク間隔と露光領域の幅に関してトレランスチェックを行う。

マーク間隔に関するトレランスチェックは、小さなマーク間隔で除することによって、計測精度が悪化するのを防ぐためである。また、露光領域の幅に関するトレランスチェックは、露光領域の幅が小さいときには調整のメリットが小さいことから、調整による誤差低減よりもスループットを重視するためである。

倍率Ｘ，回転Ｘ，チルトＸに関するマーク間隔のトレランスチェックは、少なくとも１つ以上の調整項目について、計測値の算出に使用する２個（３個以上の場合は最外の２個）のＸ方向の間隔が所定値より小さい場合、不合格とする。そして、その調整項目に関して「調整なし」とし、ステップＳ２４に戻る。

同様に、倍率Ｙ，回転Ｙ，チルトＹに関するマーク間隔のトレランスチェックは、少なくとも１つ以上の調整項目について、計測値の算出に使用する２個（３個以上の場合は最外の２個）のＹ方向の間隔が所定値より小さい場合、不合格とする。そして、その調整項目に関して「調整なし」とし、ステップＳ２４に戻る。

３次倍率Ｘ，像面湾曲に関するマーク間隔のトレランスチェックは、少なくとも１つ以上の調整項目について、計測値の算出に使用する最も近接する２個のＸ方向の間隔が所定値より小さい場合、不合格とする。そして、その調整項目に関して「調整なし」とし、ステップＳ２４に戻る。

倍率Ｘ，回転Ｘ，チルトＸ，３次倍率Ｘ，像面湾曲に関する露光領域の幅のトレランスチェックは、少なくとも１つ以上の調整項目について、露光領域のＸ方向の幅が所定値より小さい場合、不合格とする。そして、その調整項目に関して「調整なし」とし、ステップ２４に戻る。倍率Ｙ，回転Ｙ，チルトＹに関しても同様である。

マーク間隔に関しても露光領域の幅に関しても、いずれの調整項目においてもトレランスチェックで不合格とならなかった場合は、ステップＳ３２に進み、選択した計測マークの座標を露光制御部７２に送信する。

なお、それぞれのトレランスチェックの判断基準となる所定値（閾値）の値は、各トレランスチェックの項目ごとに設定してもよいし、すべて一律の値と規定してもよい。

計測マークの選択後、既述の方法によって計測，調整値算出を行う。調整方法については、
・ ウエハステージ調整駆動
・ レチクルステージ調整駆動
・ 投影レンズ調整駆動
・ 露光光源波長切替
のいずれかの方法を選択する。

具体的には、倍率Ｘ調整，倍率Ｙ調整，３次倍率Ｘ調整，フォーカス調整，像面湾曲調整を実施する場合には、
・ ウエハステージ調整駆動
・ レチクルステージ調整駆動
・ 投影レンズ調整駆動
・ 露光光源波長切替
のいずれかの方法を選択する。

ベースライン調整，回転Ｘ調整，回転Ｙ調整，チルトＸ調整，チルトＹ調整を実施する場合には、
・ ウエハステージ調整駆動
・ レチクルステージ調整駆動
のいずれかの方法を選択する。

以上、説明したとおり、本実施例によればユーザーに負担を課さずにパターン変化による転写誤差を低減することが可能となる。
［第２の実施形態］
以下、第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態は、第１の実施形態において、より簡素化したレチクル変形モデルを用いる場合である。

本実施例においては、第１の実施例でのステップＳ２８の部分のみ以下のように行い、それ以外の部分については第１の実施例で既述した内容と同様なので説明を省略する。

図９，図１０に、レチクル変形モデルを示す。本実施形態は、露光領域がレチクルＹ方向上部に偏っている場合であり、図８において露光領域内のいずれの点においても同量の熱変形を起こし、露光領域外では熱変形を起こさないと考えるモデルである。これは、シミュレーションや実験などによる特徴的な変形モデルを持ち合わせていない場合に有効である。

この変形モデルは、実施形態１のようにレチクルのほぼ全面に露光領域を設定した場合に適用してもよいし、逆に、露光領域が一方向に偏っている場合に図７のように曲線的な変形を起こすモデルを適用してもよい。

図１０にＹ座標に対する倍率Ｘの関係を示す。露光領域内では、いずれのＹ座標においても倍率Ｘ=Ｐ２である。この値を示すマークが存在するＹ座標は３個あるが、回転Ｙの計測精度の観点から、４個のマークは、露光領域内で最外のＹ座標の組み合わせとなる、４４ｂ，４４ｅ，４４ｋ，４４ｎを選択する。
［第３の実施形態］
以下、第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態は、第１もしくは第２の実施例において、ＴＴＲ観察光学系２０の代わりにラインマークと光量センサを用いた計測系を使用する場合である。レチクル２とウエハステージ１０の相対関係を得る手段以外の点については、第１もしくは第２の実施例と同様なので説明を省略する。

図１１に、使用する露光装置１００Ａの構成を示す。この構成は、図１からＴＴＲ観察光学系２０を削除し、レチクル２にラインマーク４５を配置し、基準プレート９にラインマーク１１ｃを構成し、その下方に光量センサ１４を構成したものである。

ラインマーク４５，ラインマーク１１ｃは、図１２に示ように石英ガラスにクロムを被覆することによって作製されたパターンであり、図１２（ａ）に示すＸ計測用マークと図１２（ｂ）に示すＹ計測用マークで構成されている。また、両者の形状は投影光学系５を介して光学的に同等である。

以下、光量センサ計測系の原理を説明する。

照明光学系１から出射した露光光は、ラインマーク４５に入射し、クロムの被覆されていないスリット部からのみ露光光が透過する。透過した露光光は投影光学系５を介してウエハ基準プレート９のラインマーク１１ｃに入射する。ラインマーク１１ｃのクロム部に入射した露光光は遮光され、ガラス部から透過した露光光のみ、下方にある光量センサ１４に入射する。光量センサ１４は、入射した露光光の光量を計測する。

ここで、ウエハステージ１０をＸ方向に駆動すると、光量センサ１４に入射する露光光の光量は、ラインマーク４５とラインマーク１１ｃの重ね合わせ具合によって増減する。図１３（ａ）に、ウエハステージ１０のＸ座標と光量センサ１４が計測する光量の関係を示す。光量が最大値ＩＸ０を示すステージＸ座標Ｘ０に基づいて、ラインマーク４５とラインマーク１１ｃのＸ方向の相対関係を算出する。

また、Ｙ方向についても同様である。

Ｚ方向については、図１３（ｂ）のようにウエハステージ１０をＺ方向に駆動すると、光量センサが計測する光量が増減する。光量が最大値ＩＺ０を示すステージＺ座標Ｚ０に基づいて、ラインマーク４５とラインマーク１１ｃのＺ方向の相対関係を算出する。

複数のラインマーク４５に対してＸ，Ｙ，Ｚ方向の計測を行うことにより、レチクル２とウエハステージ１０の相対関係を得ることができる。
［第４の実施形態］
以下、第４の実施形態について説明する。

第４の実施形態は、第１，第２，もしくは第３の実施例において、レチクル２のマークの代わりにレチクル基準プレート３のマークを用いて計測を行う場合である。マークの選択以降の実施形態については、第１，第２，もしくは第３の実施例と同様なので説明を省略する。

レチクル基準プレート３は、露光光に曝されることが殆どないため、露光光のエネルギー吸収が極めて小さい。また、レチクルのように交換されることがないため、取付による機械変形の形状が変化することはない。したがって、レチクル基準プレートの形状は常時一定の状態であると考えてよい。

そのため、レチクル基準プレート３のマークが光軸とＹ座標が一致するようにレチクルステージ４をＹ方向に駆動し、レチクル基準プレート３のマークを計測することによって、投影光学系５を構成するレンズの熱変形による影響を計測することができる。

特に、透過率の低いレチクルで露光を行う場合には、レチクルの熱変形量は小さく、レンズの熱変形量が大きいので、レンズの熱変形による影響を低減するのが、転写誤差を低減するのに効果的である。

レチクル基準プレート３での計測では、レンズの熱変形によるベースライン，倍率Ｘ，回転Ｘ，フォーカス，チルトＸ，３次倍率Ｘ，像面湾曲を計測することができる。倍率Ｘ，回転Ｘ，フォーカス，チルトＸ，３次倍率Ｘ，像面湾曲の調整値の求め方は、実施形態１で既に説明した通りである。

ここで、ベースラインとは、オフアクシススコープ１２に対するレチクル基準プレート３の相対位置を意味する。

したがって、調整値の算出については、レチクル基準プレート３に対するウエハステージ１０の相対位置をＶ４，オフアクシススコープ１２に対するウエハステージ１０の相対位置をＶ３とすると、
ＢＬ＝Ｖ４−Ｖ３
の値に基づく。

レチクル基準プレート３とウエハステージ１０の相対位置関係の求め方は、実施例１でのレチクル２とウエハステージ１０の相対位置関係の求め方と同様である。

以下、この実施例では倍率Ｘを調整するものとして説明する。

図１４のように、レチクル基準プレート３には、レチクルマーク４６ａ〜４６ｇが同一のＹ座標上に配置され、これらの座標は記憶部７４に記憶されている。

４６ａと４６ｂの間，４６ｆと４６ｇの間には、それぞれ、露光領域の左辺と右辺の延長線が来る。

図１５にこの場合のレンズの熱変形のモデル（予測情報）を示す。転写されたショット内の任意の点のＸ座標に対する、理想的な転写位置からのＸ方向の誤差を図１５に示す曲線に示す。
倍率Ｘは、露光領域内の曲線の近似直線の傾きＰ３から求める。

ここで、倍率ＸがＰ３に最も近くなるような２個の計測マークを選択するためには、図１５の曲線と直線の交点のＸ座標、Ｘ１, Ｘ２にＸ座標が近い２個のマークを選べばよい。その結果、マーク４６ｂと４６ｆを選択する。

以下、前述の露光装置を利用したデバイス（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子等）の製造方法を説明する。デバイスは、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウェハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板（感光剤）を現像する工程と、他の公知の工程と、を経ることにより製造される。本デバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、かかる露光装置を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面として機能するものである。

露光装置のブロック図 レチクルの平面図 ＴＴＲ観察光学系の計測シーケンスフロー表す図 各調整項目の必要マーク数に関する表 レチクルマークの配置概念図 計測マークの決定シーケンスフローを表す図 レチクルの熱変形の概念図 レチクルに熱変形が発生したときのレチクルのＹ座標に対する倍率Ｘの概念グラフ レチクルの熱変形の概念図 レチクルに熱変形が発生したときのレチクルのＹ座標に対する倍率Ｘの概念グラフ 露光装置のブロック図 ラインマークの概念図 Ｘ座標またはＺ座標に対する光量を表す概念グラフ レチクル基準プレートの平面図 レンズの熱変形によるショット内のＸ座標に対するＸ方向の転写誤差を表す概念グラフ Ｘ方向にマーク群が並んだレチクルの平面図 レチクルに熱変形が発生したときのレチクルのＸ座標に対する倍率Ｘの概念グラフ

符号の説明

１：照明光学系
２：レチクル
３：レチクル基準プレート
４：レチクルステージ
５： 投影光学系
７： ウエハチャック
８：ウエハ
９：ウエハ基準プレート
１０： ウエハステージ
１１：ウエハ基準プレート上のマーク
１２：オフアクシススコープ
１４：光量センサ
２０：ＴＴＲ観察光学系
２１：ファイバ
２２：ハーフミラー
２３：リレーレンズ
２４：ミラー
２５：対物レンズ
２６：撮像素子
３０：照明光学系制御系
４０：レチクルステージ制御系
４２：レチクル吸着パッド
４３：第１のレチクルマーク
４４：第２のレチクルマーク
４５：レチクルのラインマーク
４６：レチクル基準プレートのマーク
５０：投影光学系制御系
６０：ウエハステージ制御系
７０：露光装置制御系
７２：制御部
７３：演算処理部
７４：記憶部
７６：表示部

Claims (5)

1. 光源からの光を利用して原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、原版基準マークを有する原版基準プレートおよび前記原版を保持する原版ステージと、基板基準マークを有する基板基準プレートおよび前記基板を保持する基板ステージと、を有する露光装置であって、
   前記原版又は前記原版基準プレートに形成される複数のマークの位置と、前記原版における露光領域と、転写誤差に関する調整項目が入力される入力部と、
   前記複数のマークの位置情報、前記露光領域の位置情報、前記調整項目に基づいて計測に使用するマークを前記複数のマークから選択する選択部と、
   前記計測に使用するマークと前記基板基準マークを計測する計測部と、
   前記計測部による計測結果に基づいて、前記計測に使用するマークと前記基板基準マークの位置ずれが減少するように、前記原版ステージの駆動、前記基板ステージの駆動、前記投影光学系のレンズの駆動、前記光源の波長切替のうち少なくとも１つを行う調整部とを有することを特徴とする露光装置。
2. 前記選択部は、前記原版のパターン分布情報または転写誤差に関する予測情報のうち少なくとも１つに基づいて前記複数のマークの中から前記計測に使用するマークを選択することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記調整項目は、ベースライン、１次倍率、３次倍率、回転、フォーカス、チルト、像面湾曲のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記調整項目による調整は、前記計測に使用するマークの幅又は前記露光領域の幅が閾値より小さいときはその調整項目に関して調整を行わないことを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の露光装置。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   当該露光された基板を現像するステップと、を有することを特徴とするデバイス製造方法。