JP2021105665A - 露光装置および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光および現像を行うことなく、投影光学系の結像特性を計測するために有利な技術を提供する。【解決手段】露光装置は、被照明面に配置されたマスクを照明する照明系と、マスクの像を基板に投影する投影光学系と、基板を支持する基板ステージと、基板ステージに搭載されるセンサと、センサを制御する制御部とを備える。制御部は、被照明面に配置される複数のマークから選択される少なくとも２つのマークの結像位置をセンサを使って検出する検出処理を複数回にわたって実施し、検出処理と検出処理との間において、センサが搭載された基板ステージを移動させる移動処理を実施する。移動処理における基板ステージの移動は、移動処理の前の検出処理において前記複数のマークから選択される少なくとも２つのマークの一部と前記移動処理の後の前記検出処理において前記複数のマークから選択される少なくとも２つのマークの一部とが共通するように実施される。【選択図】図３

Description

本発明は、露光装置および物品製造方法に関する。

露光装置の投影光学系の結像特性（例えば、ディストーション、焦点位置など）を計測するためのいくつかの方法が知られている。特許文献１には、露光装置の投影光学系のディストーションを計測方法が記載されている。図８を参照しながら特許文献１に記載された計測方法について説明する。まず、感光材が塗布された基板１００に対して露光によって第１マーク１０１と第２マーク１０２とを重ねて転写し、該感光材を現像する。これによって、基板１００上には、第１マーク１０１に対応するマークと第２マーク１０２に対応するマークとが形成される。その後、第１マーク１０１に対応するマークと第２マーク１０２に対応するマークとのずれ量を顕微鏡を使って計測し、計測結果で作られる連立方程式を解くことで、投影光学系のディストーションを得ることができる。この方法によれば、ステージの駆動誤差の影響を除去して高精度にディストーションを求めることができる。

特許文献２には、ウエハを露光することなく投影光学系の結像特性（ディストーション、焦点位置など）を計測する方法が記載されている。図９を参照しながら特許文献２に記載された計測方法について説明する。特許文献２に記載された計測方法では、図９（ａ）に示すように、スリット状の第１マーク１１３を有するレチクル１１２をレチクルステージ１１０によって保持し、スリット状の第２マーク１１６を有するパターン板１１７をウエハステージ１１１に配置する。そして、露光光１１４を第１マーク１１３に照射し、第１マーク１１３を通った露光光１１４を投影光学系１１５を介して第２マーク１１６に照射し、第２マーク１１６を通過した露光光１１４を光電センサ１１８で受光する。この状態で、ウエハステージ１１１を投影光学系１１５の光軸方向（Ｚ方向）、または、光軸に直交する方向（Ｘ／Ｙ方向）に駆動する。これにより、図９（ｂ）に示すように、ウエハステージ１１１の位置と光電センサ１１８の出力（光量）との関係が得られる。例えば、ウエハステージ１１１を光軸方向に駆動しながら光電センサ１１８で露光光を受光することにより、光量が最大の時のウエハステージ１１１の位置を焦点位置として求めることができる。また、ウエハステージ１１１を光軸と直交する方向に駆動しながら光電センサ１１８で露光光を受光することにより、投影光学系と直交する方向における第１マーク１１３の結像位置（Ｘ／Ｙ位置）を求めることができる。このような計測をマスク上の複数の第１マーク１１３について行うことで、ウエハの露光および現像を行うことなく、投影光学系の結像特性を求めることができる。更に、特許文献２には、図１０に示すように、パターン板１２０に多数の第２マーク１２３および多数の光電センサ１２１を配置し、複数の位置における結像特性の計測を同時に行うことが記載されている。

特開２００４−６３９０５号公報 特開平８−２２７８４７号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、感光材が塗布された基板を用意し、露光、現像を行った後に顕微鏡を用いて計測を行う必要がある。よって、特許文献１の方法は、露光および現像には相応の時間がかかるため、定期的な計測には向かない。また、塗布および現像を行うためには、露光装置以外の設備が必要である。特許文献２の方法では、光電センサが１つしかない場合、計測結果がウエハステージの駆動誤差の影響を受ける。また、ウエハステージ上に多数の光電センサを配置することは、ウエハステージを大型化させるし、コストを増大させる。

本発明は、露光および現像を行うことなく、投影光学系の結像特性を低コストで高精度に計測するために有利な技術を提供する。

本発明の１つの側面は、被照明面に配置されたマスクを照明する照明系と、前記マスクの像を基板に投影する投影光学系と、前記基板を支持する基板ステージとを有する露光装置に係り、前記露光装置は、前記基板ステージに搭載されるセンサと、前記センサを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記被照明面に配置される複数のマークから選択される少なくとも２つのマークの結像位置を前記センサを使って検出する検出処理を複数回にわたって実施し、前記検出処理と前記検出処理との間において、前記センサが搭載された前記基板ステージを移動させる移動処理を実施する。前記移動処理における前記基板ステージの移動は、前記移動処理の前の前記検出処理において前記複数のマークから選択される少なくとも２つのマークの一部と前記移動処理の後の前記検出処理において前記複数のマークから選択される少なくとも２つのマークの一部とが共通するように実施される。

本発明によれば、露光および現像を行うことなく、投影光学系の結像特性を低コストで高精度に計測するために有利な技術が提供される。

第１実施形態の露光装置の構成を示す図。 マークを例示する図。 第１実施形態の計測方法を説明するための図。 光電変換部の出力と基板ステージの位置との関係を例示する図。 第１実施形態の計測方法に従う他の例を説明するための図。 第２実施形態の露光装置の構成を示す図。 第２実施形態の露光装置のイメージセンサの出力を模式的に示す図。 従来の露光装置を説明するための図（特許文献１）。 従来の露光装置を説明するための図（特許文献２）。 従来の露光装置を説明するための図（特許文献２）

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

図１には、第１実施形態の露光装置ＥＸの構成が示されている。第１実施形態の露光装置ＥＸは、走査露光装置として構成されているが、本発明に係る露光装置は、走査露光装置に限定されず、ステッパ等にも適用されうる。以下では、露光装置ＥＸの投影光学系の光軸に平行な方向をＺ軸、該光軸に直交する平面をＸＹ平面とするＸＹＺ座標系によって方向および姿勢が説明される。ＸＹ平面、Ｘ方向およびＹ方向は、投影光学系の像面に平行な方向でもある。

露光装置ＥＸは、照明系ＩＬ、マスクステージ２０３、投影光学系２０４、基板ステージ２０６および制御部２３２を備えうる。照明系ＩＬは、被照明面（投影光学系２０４の物体面）に配置されたマスク２０２を照明光（露光光）２１０によって照明する。走査露光装置として構成される露光装置ＥＸでは、照明系ＩＬは、走査方向（Ｙ方向）における寸法が走査方向に直交する方向（Ｘ方向）における寸法より小さいスリット状の被照明領域を照明する。スリット状の被照明領域は、第１実施形態では、Ｙ方向の寸法がＸ方向の寸法より小さい矩形領域であるが、例えば、円弧形状等の他の形状を有する領域であってもよい。照明系ＩＬは、例えば、光源２００と、光源２００からの光を使ってマスク２０２を照明する照明光学系２０１とを含みうる。

マスクステージ２０３は、マスク２０２を保持する。マスクステージ２０３の位置および姿勢は、レーザー干渉計またはレーザースケール等の計測器２３０によって計測される。制御部２３２は、目標指令値および計測器２３０による計測結果に基づいて、ＰＩＤ演算等によって、マスクステージ駆動機構２３１を制御するための制御信号を発生する。マスクステージ駆動機構２３１は、この駆動信号にしたがってマスクステージ２０３を駆動し、マスクステージ２０３の位置および姿勢を制御する。これによってマスク２０２が駆動される。マスク２０２の駆動は、走査露光のためにマスク２０２を走査方向（Ｙ方向）に走査する駆動を含む。マスクステージ２０３の位置は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の位置を含みうる。マスクステージ２０３の姿勢は、θ（Ｚ軸周りの回転）、ピッチ（Ｘ軸周りの回転）およびロール（Ｙ軸周りの回転）を含みうる。

基板ステージ２０６は、基板２０５を保持する基板チャック２０７を有する。基板チャック２０７は、例えば、真空吸引によって基板２０５を保持しうる。基板ステージ２０６の位置および姿勢は、レーザー干渉計またはレーザースケール等の計測器２７０によって計測される。制御部２３２は、目標指令値および計測器２７０による計測結果に基づいて、ＰＩＤ演算等によって、基板ステージ駆動機構２７１を制御するための制御信号を発生する。基板ステージ駆動機構２７１は、この駆動信号にしたがって基板ステージ２０６を駆動し、基板ステージ２０６の位置および姿勢を制御する。これによって基板２０５が駆動される。基板２０５の駆動は、走査露光のために基板２０５を走査方向（Ｙ方向）に走査する駆動を含む。基板ステージ２０６の位置は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の位置を含みうる。基板ステージ２０６の姿勢は、θ（Ｚ軸周りの回転）、ピッチ（Ｘ軸周りの回転）およびロール（Ｙ軸周りの回転）を含みうる。

投影光学系２０４は、マスク２０２のうち被照明領域の像を基板２０５に投影する。走査露光において、被照明領域に対してマスク２０２が走査方向（Ｙ方向）に走査され、これに同期して基板２０５も走査方向（Ｙ方向）に走査される。したがって、走査露光によって、マスク２０２のパターン領域の全域の像が基板２０５の感光材に転写される。制御部２３２は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。

次に、投影光学系２０４の結像特性を計測するためのシステムについて説明する。マスク２０２は、図２（ｂ）に例示されるように、第１マーク群２２０を有しうる。第１マーク群２２０は、複数の第１マーク２５０を含みうる。複数の第１マーク２５０は、互いに同一の形状を有しうる。複数の第１マーク２５０は、所定の配列ピッチで配列されうる。各第１マーク２５０は、図２（ａ）に例示されるように、Ｘ方向寸法がＹ方向寸法より大きいスリットマーク（以下、Ｈマーク）２５１と、Ｙ方向寸法がＸ方向寸法より大きいスリットマーク（以下、Ｖマーク）２５２とを含みうる。Ｈマーク２５１は、Ｙ方向に関する結像特性（ディストーション）を計測するためのサブマークであり、Ｘ方向に延びたサブマークとしても理解されうる。Ｖマーク２５２は、Ｘ方向に関する結像特性を計測するためのサブマークであり、Ｙ方向に延びたサブマークとしても理解されうる。Ｘ方向は、第１方向として、Ｙ方向は、第１方向に交差する第２方向として理解することができる。図２において、斜線が付された領域は、光を遮断する遮光膜である。第１マーク群２２０は、投影光学系２０４の物体面における検査領域をカバーあるいは包含するように配置されうる。該検査領域は、被照明領域であることができ、この場合、複数の第１マーク２５０は、被照明領域に配置される。

図２（ｂ）の例では、検査領域は、Ｘ方向寸法が７５０［ｍｍ］、Ｙ方向寸法が７５［ｍｍ］の矩形領域であり、第１マーク２５０の配列ピッチが２５［ｍｍ］でありうる。Ｘ方向の配列ピッチとＹ方向の配列ピッチは、互いに異なってもよいが、図２（ｂ）の例では、互いに同じである。図２（ｂ）の例では、Ｙ方向の配列数が４、Ｘ方向の配列数が３１で、合計で１２４個の第１マーク２５０が配列されている。配列ピッチおよび第１マーク２５０の個数などの仕様は、任意に定めることができる。第１マーク群２２０は、基板２０５を露光するためのマスク２０２に設けられてもよいし、基板２０５を露光するためのマスク２０２とは異なるマスク（計測マスク）に設けられてもよいし、マスクステージ２０３に設けられてもよい。第１マーク群２２０は、例えば、パターニングされた遮光材料をガラスプレートに設けることによって製造されうる。

露光装置ＥＸは、基板ステージ２０６に搭載されるセンサＳＥを更に備えうる。センサＳＥは、基板チャック２０７とは異なる領域に配置されうる。センサＳＥは、図２（ｃ）、（ｄ）に例示されるように、複数の第１マーク２５０の各々の形状と相似な形状を有する複数の第２マーク（開口）２６０を有するプレート２４１を含みうる。また、センサＳＥは、複数の第２マーク（開口）２６０を通過した光束を検出する複数の光電変換部２４２を含みうる。複数の第２マーク２６０は、第２マーク群２４０を構成する。プレート２４１は、その表面の高さ（Ｚ方向の位置）が投影光学系２０４の設計上の像面に一致するように配置されうる。各第２マーク２６０は、図２（ｃ）に例示されるように、Ｘ方向寸法がＹ方向寸法より大きいスリットマーク（以下、Ｈマーク）２６１と、Ｙ方向寸法がＸ方向寸法より大きいスリットマーク（以下、Ｖマーク）２６２とを含みうる。Ｈマーク２６１は、Ｙ方向に関する結像特性（ディストーション）を計測するためのサブマークであり、Ｘ方向に延びたサブマークとしても理解されうる。Ｖマーク２６２は、Ｘ方向に関する結像特性を計測するためのマークであり、Ｙ方向に延びたとしても理解されうる。

図２（ｄ）の例では、Ｙ方向の配列数が２、Ｘ方向の配列数が２で、合計で４個の第２マーク２６０が配列されている。第２マーク２６０の配列ピッチは、第１マーク２５０の配列ピッチと投影光学系２０４の倍率とに応じて定められる。第１実施形態では、投影光学系２０４は、等倍光学系であり、第２マーク２６０の配列ピッチは、第１マーク２５０の配列ピッチと同じ、即ち、２５［ｍｍ］である。投影光学系２０４は、縮小光学系または拡大光学系でもよく、その場合、投影光学系２０４の倍率に応じて第２マーク２６０の配列ピッチが定まる。第１実施形態では、第２マーク群２４０が占有する領域は、図２（ｄ）に例示されるように、２５［ｍｍ］に周辺遮光部を加えた程度である。よって、第２マーク群２４０が占有する領域は、第１マーク群２２０の占有領域（図２（ｂ）に例示されるように、７５０［ｍｍ］×７５［ｍｍ］をカバーする領域）に比べて小さい。

各第２マークの下には、光電変換部２４２が配置されている。各光電変換部２４２によって検出された信号は、制御部２３２に提供される。制御部２３２は、各光電変換部２４２から提供される信号と、計測器２７０によって計測される基板ステージ２０６の位置情報とを関連付けて取り込むことができる。

第１実施形態では、Ｈマーク２６１およびＶマーク２６２の組に対して１つの光電変換部２４２が設けられている。したがって、Ｈマーク２６１（およびＨマーク２５１）を使った計測と、Ｖマーク２６２（およびＶマーク２５２）を使った計測とは、互いに異なるタイミングで実施される。第１マーク２５０のＨマーク２５１、Ｖマーク２５２、および、マーク２６０のＨマーク２６１、Ｖマーク２６２の配置は、次のような条件を満たしうる。該条件は、Ｈマーク２５１とＨマーク２６１とが重なる時はＶマーク２５２とＶマーク２６２とが重ならず、Ｖマーク２５２とＶマーク２６２とが重なる時はＨマーク２５１とＨマーク２６１とが重ならないものである。換言すると、該条件は、Ｈマーク２５１とＨマーク２６１とを使って計測を行う時はＶマーク２５２とＶマーク２６２とが重ならず、Ｖマーク２５２とＶマーク２６２とを使って計測を行う時はＨマーク２５１とＨマーク２６１とが重ならないものである。図２（ｅ）には、Ｖマーク２５２とＶマーク２６２とを使って計測を行う際に、Ｈマーク２５１とＨマーク２６１とが重ならない構成が例示されている。

第１実施形態では、理解を容易にするために、投影光学系２０４によって像が反転されない構成（第１マーク２５０がＸ方向およびＹ方向に関して反転せずに投影光学系２０４の像面に投影される構成）が説明されている。投影光学系２０４によって像が反転される場合は、像の反転に合わせて第２マーク２６０が反転される。例えば、Ｘ方向に像を反転させる投影光学系であれば、Ｘ方向に反転した第２マークが設けられる。また、第１実施形態では、ＨマークおよびＶマークの組み合わせが例示されているが、投影光学系の特性を詳しく知るために、例えば、走査露光における走査方向に対して４５度傾いたマークおよび１３５度傾いたマークが追加で設けられてもよい。この場合においても、第１マーク２５０を構成する複数のマークの１つと第２マーク２６０を構成する複数のマークの１つのマークのみが互いに重なる配置が採用されうる。また、第１実施形態では、第２マーク２６０を構成する複数のマークに対して共通の１つの光電変換部が設けられているが、第２マーク２６０を構成する複数のマークに対して個別の光電変換部を設けてもよい。この場合、第２マーク２６０を構成する複数のマークについて同時に計測を行うことができる。

次に、投影光学系２０４の結像特性（ディストーション）の計測方法について説明する。制御部２３２は、被照明面（投影光学系２０４物体面）に配置されるマスク２０２の複数の第１マーク２５０から選択される少なくとも２つの第１マーク２５０の結像位置をセンサＳＥを使って検出する検出処理を複数回にわたって実施する。また、制御部２３２は、検出処理と検出処理との間において、センサＳＥが搭載された基板ステージ２０６を移動させる移動処理を実施する。ここで、移動処理における基板ステージ２０６の移動は、該移動処理の前の検出処理（例えば、第１検出処理として理解されうる。）において複数のマーク２５０から選択される少なくとも２つのマーク２５０の一部と、該移動処理の後の検出処理（例えば、第１検出処理の後の第２検出処理として理解されうる。）において複数のマーク２５０から選択される少なくとも２つのマーク２５０の一部と、が共通するように実施される。

図３を参照して説明する。説明の便宜のために、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、第１マーク２５０に対してＭ１１、Ｍ１２等のように番号を割り当て、また、第２マーク２６０に対してＰ１１、Ｐ１２等のように番号を割り当てる。まず、制御部２３２は、マスク２０２の第１マーク群２２０が投影光学系２０４の検査領域に配置されるように、マスクステージ２０３の位置を制御する。マスクステージ２０３の位置は、投影光学系２０４の結像特性の計測が終了するまで維持されうる。

次いで、制御部２３２は、図３（ｃ）のように、第１マークＭ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２の結像位置に第２マークＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２の位置がほぼ一致するように基板ステージ駆動機構２７１を制御する。この時の基板ステージ２０６の駆動目標位置は、第１マークＭ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２の設計上の結像位置からディストーションの計測範囲に応じた距離のずれを有する位置とされうる。例えば、ディストーションの計測範囲が±１０［ｕｍ］であれば、制御部２３２は、設計上の結像位置から１０［ｕｍ］のずれを有する位置に第２マークを位置決めする。

基板ステージ２０６のＺ方向の位置に関しては、投影光学系２０４の焦点位置が予め分かっていれば、制御部２３２は、投影光学系２０４の焦点位置に第２マークが一致するように基板ステージ２０６の位置を制御する。投影光学系２０４の焦点位置が予め分かっていない場合には、制御部２３２は、まずデフォルトのＺ位置（例えば、設計上の焦点位置など）に第２マークが一致するように基板ステージ２０６を位置決めする。そして、制御部２３２は、Ｘ、Ｙ方向の結像位置を計測する処理を実行した後、第２実施形態で説明する焦点位置（ベストフォーカス位置）の計測処理を実行し、焦点位置に第２マークを位置決めした後にＸ、Ｙ方向の結像位置を計測する処理を再度実行すればよい。つまり、投影光学系２０４の焦点位置が予め分かっていない場合には、Ｘ、Ｙ方向の結像位置の粗計測、焦点位置の計測および焦点位置への第２マークの位置決め、Ｘ、Ｙ方向の結像位置の精密計測の順で計測がなされうる。

設計上の結像位置から１０［ｕｍ］のずれを有する位置に第２マークが位置決めされた後、制御部２３２は、検出処理を実行する。具体的には、制御部２３２は、照明光２１０が照射された状態でＹ方向に基板ステージ２０６が走査駆動されるように基板ステージ駆動機構２７１を制御する。走査駆動の範囲は、計測範囲が±１０［ｕｍ］であれば、２０［ｕｍ］である。例えば、設計上の結像位置からマイナス方向に−１０［ｕｍ］のずれを有する位置に第２マークが位置するように基板ステージ２０６を位置決めし、その後、プラス方向に基板ステージ２０６を＋２０［ｕｍ］の走査範囲で走査駆動すればよい。この走査駆動の期間において、制御部２３２は、各光電変換部２４２から提供される信号と計測器２３０から提供される基板ステージ２０６の位置情報を取り込む。これにより、制御部２３２は、図４（ａ）に例示されるように、基板ステージ２０６のＹ方向の位置Ｙと光電変換部２４２の出力との関係を示す情報を得ることができる。光電変換部２４２の出力が最大値を示す基板ステージ２０６のＹ方向の位置（ＰＳｙ）は、第１マーク２５０（Ｈマーク２５１）のＹ方向の結像位置と第２マーク２６０（Ｈマーク２６１）のＹ方向の位置とが一致する基板ステージ２０６のＹ方向の位置である。

そして、第１マークＭ１１（第１マーク２５０のＨマーク２５１）を使った検出処理の結果から、制御部２３２は、Ｙ方向に関する計測データＭ１１ｙを次の式に従って得ることができる。

Ｍ１１ｙ ＝ ＰＳｙ − Ｐ１１ｙ
ここで、第２マークＰ１１（第２マーク２６０）の下に配置された光電変換部２４２の出力が最大値を示す基板ステージ２０６のＹ方向の位置をＰＳｙ、基板ステージ２０６の基準位置から第２マークＰ１１のＨマーク２６１までのＹ方向の距離をＰ１１ｙとする。

計測データＭ１１ｙ（後述の式のδｙ）は、ほぼ第１マークＭ１１の結像位置（後述の式のｄｙ１）と等しい。しかし、計測データＭ１１ｙは、基板ステージ２０６の位置誤差（後述の式のｅｙ，ｅθ）と、第２マークの製造時の位置誤差（後述の式のｄｙ２）と、光電変換部２４２の量子化誤差（εｙ）とを含みうる。図４（ａ）は、１つの光電変換部２４２の出力を例示しているが、第１実施形態では、第２マーク群２４０が４つの第２マーク２６０（および４つの光電変換部２４２）を有する。したがって、制御部２３２は、１回の検出処理によって４つの第１マーク２５０、つまり、第１マークＭ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２ｙについて計測データＭ１１ｙ、Ｍ１２ｙ、Ｍ２１ｙ、Ｍ２２ｙを得ることができる。

上記と同様に、制御部２３２は、第１マークＭ１１（第１マーク２５０のＶマーク２５２）を使った検出処理の結果から、Ｘ方向の計測データＭ１１ｘを次の式に従って得る。

Ｍ１１ｘ ＝ ＰＳｘ − Ｐ１１ｘ
ここで、第２マークＰ１１（第２マーク２６０）の下に配置された光電変換部２４２の出力が最大値を示す基板ステージ２０６のＸ方向の位置をＰＳｘ、基板ステージ２０６の基準位置から第２マークＰ１１のＶマーク２６２までのＸ方向の距離をＰ１１ｘとする。また、Ｍ１１ｘと同様に、制御部２３２は、他の第１マークＭ１２、Ｍ２１、Ｍ２２ｙについてＭ１２ｘ、Ｍ２１ｘ、Ｍ２２ｘを得ることができる。Ｘ方向についての計測データ（後述の式のδｘ）も、基板ステージ２０６の位置の誤差（ｅｘ，ｅθ）と、第２マークの製造時の位置誤差（ｄｘ２）と、光電変換部２４２の量子化誤差（εｘ）とを含みうる。

次に、制御部２３２は、図３（ｄ）に例示されるように、Ｙ方向に基板ステージ２０６が移動するように基板ステージ駆動機構２７１を制御する移動処理を実行する。この移動処理における基板ステージ２０６の移動距離は、第１マーク２５０の配列ピッチである２５［ｍｍ］である。このような基板ステージ２０６の移動処理によって、第１マークＭ２１、Ｍ２２、Ｍ３１、Ｍ３２の結像位置に、第２マークＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２がほぼ一致する。そして、上記と同様の検出処理によって、制御部２３２は、第１マークＭ２１、Ｍ２２、Ｍ３１、Ｍ３２について計測データを得る。

次に、制御部２３２は、図３（ｅ）に例示されるように、Ｘ方向に基板ステージ２０６が２５［ｍｍ］の移動距離で移動するように基板ステージ駆動機構２７１を制御する移動処理を実行し、その後、検出処理を実行する。制御部２３２は、以上のような移動処理および検出処理を繰り返す。検出処理の回数は、Ｘ／Ｙ方向とも「計測点数−１」となるので、第１実施形態では、Ｙ方向に関して３種類の位置、Ｘ方向に関して３０種類の位置、合計９０箇所でＸ、Ｙ方向に関する検出処理を行う。また、１箇所について４つの計測データがＸ，Ｙ方向のそれぞれについて得られるので、全部で９０×４×２＝７２０個の計測データが得られる。これらの計測データを（δｘ，δｙ）とする。

制御部２３２は、以上のようにして得られた７２０個の計測データ（δｘ，δｙ）を以下で説明する（数式１）から（数式１１）に第１マークの結像位置を代入した連立方程式を重回帰分析によって解く。

ここで、各変数は、以下のように定義される。

δｘ（ｎ），δｙ（ｎ）：ｎ番目の計測データ
ｄｘ１（ｉ），ｄｙ１（ｉ）：第１マークの結像位置
ｄｘ２（ｊ），ｄｙ２（ｊ）：第２マークのマスク製造上の位置誤差
ｅｘ（ｌ），ｅｙ（ｌ），ｅθ（ｌ）：計測時の基板ステージの位置誤差
Ｘ２（ｊ），Ｙ２（ｊ）：第２マークの位置
εｘ（ｎ），εｙ（ｎ）：光電変換部の量子化誤差
ＳＸ（ｌ），ＳＹ（ｌ）：計測時の基板ステージの位置
ｐ：マスクに配置された第２マークの数（第１実施要形態では４）
ｑ：計測数（第１実施形態では９０回）。

この連立方程式は一例である。上記の例では、基板ステージ２０６のＸ、Ｙ方向の直交度および、駆動倍率を０として解いているが、例えば、第２マークの配置の直交度と配列の倍率を０として解いても良く、方程式は状況に合わせて任意に変えて良い。

第１マークの結像位置ｄｘ１、ｄｙ１には、第１マークの配置誤差が含まれるため、あらかじめ第１マークの配置誤差を精密に計測しておけば、結像位置から配置誤差を減算することで、投影光学系のディストーションをより正確に求めることができる。

以上のように、第１実施形態によれば、露光および現像を行うことなく、投影光学系２０４の結像特性（ディストーション）を高精度に計測することができる。また、第１実施形態によれば、移動処理および検出処理を繰り返すようにセンサＳＥを使用することにより、センサＳＥを検査領域の投影領域（検査領域を投影光学系によってその像面に投影した領域）よりも小さくすることができ、これは低コスト化に有利である。

投影光学系２０４は、結像特性（ディストーション）を調整する調整部を備えることができ、定期的あるいは任意のタイミングで投影光学系２０４の結像特性を計測し、その結果に基づいて該調整部によって結像特性を調整することができる。

以下、第２実施形態を説明する。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第１実施形態では、投影光学系２０４の像面に平行な方向におけるマークの結像位置を検出するが、第２実施形態では、投影光学系２０４の光軸に平行な方向におけるマークの結像位置を検出する。第２実施形態では、基板ステージ２０６をＺ方向に駆動しながら光電変換部の出力が取得される。

まず、制御部２３２は、第１マーク２５０のＸ、Ｙ方向における結像位置と第２マーク２６０のＸ、Ｙ方向における位置とが一致するように基板ステージ駆動機構２７１によって基板テージ２０６を位置決めする。この際に、基板ステージ２０６のＸ、Ｙ方向の位置は、第１実施形態で計測された第１マーク２５０のＸ、Ｙ方向の結像位置に第２マーク２６０のＸ、Ｙ方向の位置が一致するように決定されうる。ここで、投影光学系２０４のディストーションなどによって、第２マーク群２４０を構成する４つの第２マーク２６０がそれらに対応する４つの第１マーク２５０の位置に一致しない場合には、個別に検出処理を行えばよい。

Ｘ、Ｙ方向の位置決めが終了した後に、制御部２３２は、検出処理を実行する。検出処理では、第１マーク２５０のＸ、Ｙ方向の結像位置に第２マーク２６０のＸ、Ｙ方向の位置が一致した状態で基板ステージ２０６（第２マーク２６０）がＺ方向に駆動される。これにより、第２マーク２６０において第１マーク２５０の像がデフォーカスし、第２マーク２６０を通過する光量が減少する。したがって、図４（ｂ）に例示されるように、制御部２３２は、基板ステージ２０６のＺ方向の位置Ｚと光電変換部２４２の出力との関係を示す情報を得ることができる。光電変換部２４２の出力が最大値を示す基板ステージ２０６のＺ方向の位置（ＰＳｚ）は、第１マーク２５０のＺ方向の結像位置と第２マーク２６０のＺ方向の位置とが一致する基板ステージ２０６のＺ方向の位置である。制御部２３２は、このＰＳｚを計測データとして得る。この計測データ（後述の式のδｚ）は、ほぼ第１マークのＺ方向の結像位置（ｄｚ１）と等しい。しかし、第２マーク２６０が設けられたプレート２４１の製造上の高さ方向の誤差（ｄｚ２）と、基板ステージ２０６の位置誤差（ｅｚ）と、光電変換部２４２の量子化誤差（εｚ）を含みうる。

以下、制御部２３２は、第１実施形態と同様にＸ方向および／またはＹ方向に基板ステージ２０６を移動させる移動処理と、移動処理の後の検出処理とを繰り返す。これにより、３×３０＝９０箇所のそれぞれで４つの計測データが得られるので、合計で３６０個の計測データが得られる。

制御部２３２は、以上のようにして得られた３６０個の計測データ（δｚ）を以下の（数式２１）から（数式２５）に代入した連立方程式を重回帰分析によって解く。

ここで、各変数は、以下のように定義される。

δｚ（ｎ）：ｎ番目の計測データ
ｄｚ１（ｉ）：第１マークの結像位置
ｄｚ２（ｊ）：プレートの製造上の高さ方向の誤差
ｅｚ（ｌ）：計測時の基板ステージのＺ方向の位置誤差
εｚ（ｎ）：光電変換部の量子化誤差
ＳＸ（ｌ），ＳＹ（ｌ）：計測時の基板ステージの位置
ｐ：マスクに配置された第２マークの数（第２実施形態では４マーク）
ｑ：計測数（第２実施形態では９０回）
第２実施形態では、第２マーク群２４０を構成する第２マーク２６０の個数が４であり、それに対応して光電変換部２４２の個数が４であるが、これは一例に過ぎず、他の個数が採用されてもよい。例えば、図５（ａ）のようにＸ方向における配列数を３、Ｙ方向における配列数を３とした構成を採用することができる。この場合は、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように計測することとなり、計測回数はＸ方向＝２９回、Ｙ方向＝２回となり、１回あたり９データで、合計５２２の計測データを得ることができる。基板ステージ２０６の駆動誤差をＺ方向だけでなく、ピッチ方向とロール方向の誤差を分離して計算してもよい。その他、露光装置の構成および状況に合わせて方程式は変えてよい。

また、マスク２０２のマーク面の高さ方向の誤差がある場合、計算される焦点位置にその誤差が含まれるため、予めマスク２０２の面の高さ方向の誤差を計測しておき、その誤差に基づいて計算結果を補正してもよい。

以上のように、第２実施形態によれば、露光および現像を行うことなく、投影光学系２０４の結像特性（焦点位置）を高精度に計測することができる。また、第２実施形態によれば、移動処理および検出処理を繰り返すようにセンサＳＥを使用することにより、センサＳＥを検査領域の投影領域（検査領域を投影光学系によってその像面に投影した領域）よりも小さくすることができ、これは低コスト化に有利である。

以下、第３実施形態を説明する。第３実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第３実施形態では、光量センサとしての光電変換部に代えて、イメージセンサ（二次元イメージセンサ）が使用される。図６には、第３実施形態の露光装置ＥＸの構成が示されている。第３実施形態では、第２マーク群および光電変換部の代わりに、イメージセンサ３００が設けられている。第３実施形態の露光装置ＥＸは、他の点では第１実施形態の露光装置ＥＸと同様でありうる。

第３実施形態では、図４（ａ）に例示されるようなデータを得る検出処理において基板ステージ２０６をＸ方向またはＹ方向に移動させる必要がないので、検出処理に要する時間を短縮することができる。また、第３実施形態は、ディストーション等の結像特性を評価するための評価点の配置間隔が狭い場合などのように第１実施形態を採用しにくい場合にも有用である。

イメージセンサ３００は、マークの配列ピッチ＝２５［ｍｍ］に対応するために、例えば、約２６［ｍｍ］角以上の有効領域（撮像領域）を有しうる。基板ステージ２０６に光学系を配置して、投影光学系２０４の像面に形成された第１マークの像を縮小または拡大した像をイメージセンサ３００の撮像面に形成してもよい。イメージセンサ３００の有効領域のサイズは、要求仕様に応じて適宜変更されうる。計測時間を短縮するために、イメージセンサ３００は、より多くのマークの像を同時に撮像可能に構成されてもよい。

以下、投影光学系２０４のディストーションの計測方法について説明する。まず、制御部２３２は、複数の第１マーク２５０から選択される４つの第１マーク２５０の結像位置を撮像可能な位置にイメージセンサ３００が位置決めされるように基板ステージ駆動機構２７１を制御する。イメージセンサ３００は、その撮像面に結像した第１マーク２５０の光学像に対応する画像データ４００を生成し制御部２３２に提供する。画像データ４００は、図７（ａ）、（ｂ）に模式的に示されている。画像データ４００は、４つの第１マーク２５０の画像４０１を含む。第１マーク２５０の画像４０１は、Ｈマークの画像４０２およびＶマークの画像４０３を含む。

制御部２３２は、画像データ４００を処理することによって第１マーク２５０のＸ、Ｙ方向の結像位置を決定する。画像データ４００の処理は、例えば、光量が最も大きい位置を結像位置として決定する処理を含みうる。その際、Ｘ方向の結像位置を決定する際にはＶマークの画像４０３の部分４０４、４０５、４０６のそれぞれから得られる結像位置を平均化してもよい。また、Ｙ方向の結像位置を決定する際にはＨマークの画像４０２の部分４０７、４０８、４０９のそれぞれから得られる結像位置を平均してもよい。１つの画像データ４００の４箇所のそれぞれについて、Ｘ方向の位置およびＹ方向の位置を決定することができ、合計で８個の計測データを得ることができる。

制御部２３２は、第１マークＭ１１のＹ方向の計測データＭ１１ｙを以下の式に従って得ることができる。

Ｍ１１ｙ ＝ ＰＳｙ − ＩＳｙ ＋ ＩＭＧｙ
ここで、イメージセンサ３００による撮像時の基板ステージ２０６のＹ方向の位置をＰＳｙ、基板ステージ２０６の基準位置からイメージセンサ３００の中心までの距離をＩＳｙとする。また、処理の結果（イメージセンサ３００の中心から第１マークＭ１１のＨマークの結像位置までの距離）をＩＭＧｙとする。そして、第１マークの配列ピッチ（２５［ｍｍ］）をＸ、Ｙ方向の移動距離として基板ステージ２０６を移動させる移動処理と、その後の検出処理とを繰り返す。これにより、Ｘ方向に関して３０種類の位置、Ｙ方向に関して３種類の位置、合計９０箇所で検出処理がなされる。１箇所について４つの計測データがＸ，Ｙ方向のそれぞれについて得られるので、全部で９０×４×２＝７２０個の計測データが得られる。

制御部２３２は、以上のようにして得られた７２０個の計測データ（δｘ，δｙ）を第１実施形態で説明した（数式１）から（数式１１）に第１マークの結像位置を代入した連立方程式を重回帰分析によって解く。

ただし、第３実施形態における以下の変数は、以下のように第１実施形態とは相違する。

ｄｘ２（ｊ），ｄｙ２（ｊ）：イメージセンサの歪みによる計測誤差
Ｘ２（ｊ），Ｙ２（ｊ）：設計上の第１マークの結像位置（イメージセンサの中心座標基準）
εｘ（ｎ），εｙ（ｎ）：イメージセンサの量子化誤差
第３実施形態によれば、露光および現像を行うことなく、投影光学系２０４の結像特性（ディストーション）を高精度に計測することができる。

以下、第４実施形態を説明する。第４実施形態として言及しない事項は、第２および第３実施形態に従いうる。第４実施形態の露光装置ＥＸは、第３実施形態の露光装置ＥＸと同様の構成を有しうる。第４実施形態では、制御部２３２は、複数の第１マーク２５０から選択される４つの第１マーク２５０の結像位置を撮像可能な位置にイメージセンサ３００が位置決めされるように基板ステージ駆動機構２７１を制御する。次いで、制御部２３２は、Ｚ方向への基板ステージ２０６（イメージセンサ３００）の駆動とイメージセンサ３００による画像取得とを繰り返す。焦点位置（ベストフォーカス位置）ではイメージセンサ３００によって撮像される画像データのコントラストが高く、デフォーカスした位置ではイメージセンサによって撮像される画像データのコントラストが低い。そこで、制御部２３２は、イメージセンサ３００によって撮像された画像データのコントラストを検出し、このコントラストが最も高い時の基板ステージ２０６のＺ方向の位置を計測データとして得る。

以後は、制御部２３２は、第１マークの配列ピッチ（２５［ｍｍ］）をＸ、Ｙ方向の移動距離として基板ステージ２０６を移動させる移動処理と、その後の検出処理とを繰り返す。これにより、Ｘ方向に関して３０種類の位置、Ｙ方向に関して３種類の位置、合計９０箇所で検出処理がなされる。１箇所について４つの計測データが得られるので、全部で３６０個の計測データが得られる。制御部２３２は、これらの計測データに基づいて作成される連立方程式を解くことによって、投影光学系２０４の焦点位置と、基板ステージ２０６のＺ方向の駆動誤差と、イメージセンサ３００の撮像面の高さ方向の誤差とに分離する。

方程式の作成には、第２実施形態で説明した（数式２１）から（数式２５）を使用することができる。

ただし、第４実施形態における以下の変数は、以下のように第２実施形態と相違する。

ｄｚ２（ｊ）：イメージセンサの撮像面の高さ方向の誤差
εｚ （ｎ）：イメージセンサの量子化誤差
以下、上記の第１乃至第４実施形態に代表される露光装置を用いて物品を製造する物品製造方法を説明する。一実施形態の物品製造方法は、例えば、デバイス（半導体素子、磁気記憶媒体、液晶表示素子など）、カラーフィルターなどの物品を製造するのに好適である。該製造方法は、上記の露光装置を用いて、感光剤が塗布された基板を露光する露光工程と、露光工程で露光された基板を現像する現像工程を含む。また、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

ＥＸ：露光装置、ＩＬ：照明系、２０６：基板ステージ、ＳＥ：センサ、２３２：制御部

Claims (13)

1. 被照明面に配置されたマスクを照明する照明系と、前記マスクの像を基板に投影する投影光学系と、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、
   前記基板ステージに搭載されるセンサと、
   前記センサを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記被照明面に配置される複数のマークから選択される少なくとも２つのマークの結像位置を前記センサを使って検出する検出処理を複数回にわたって実施し、前記検出処理と前記検出処理との間において、前記センサが搭載された前記基板ステージを移動させる移動処理を実施し、
   前記移動処理における前記基板ステージの移動は、前記移動処理の前の前記検出処理において前記複数のマークから選択される少なくとも２つのマークの一部と前記移動処理の後の前記検出処理において前記複数のマークから選択される少なくとも２つのマークの一部とが共通するように実施される、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 走査露光装置として構成され、
   前記照明系は、スリット状の被照明領域を照明し、
   前記複数のマークは、前記被照明領域に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記結像位置の検出は、前記投影光学系の光軸に直交する方向における前記結像位置を検出するようになされる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記結像位置の検出は、前記投影光学系の光軸に平行な方向における前記結像位置を検出するようになされる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
5. 前記複数のマークは、同一の形状を有し、
   前記センサは、前記複数のマークの各々の形状と相似な形状を有する複数の開口を有するプレートと、前記複数の開口を通過した光束を検出する複数の光電変換部と、を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記複数のマークの各々は、第１サブマークおよび第２サブマークを含み、
   前記複数の開口の各々は、第３サブマークおよび第４サブマークを含み、
   前記第３サブマークおよび前記第４サブマークは、前記第１サブマークと前記第３サブマークとが重なる時は前記第２サブマークと前記第４サブマークとが重ならず、前記第２サブマークと前記第４サブマークとが重なる時は前記第１サブマークと前記第３サブマークとが重ならないように配置されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記第１サブマークは、第１方向に延びたマークであり、前記第２サブマークは、前記第１方向とは異なる第２方向に延びたマークである、
   ことを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 前記センサは、イメージセンサを含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
9. 前記複数のマークは、所定の配列ピッチで配列されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置。
10. 前記基板ステージは、基板を保持する基板チャックを含み、
    前記センサは、前記基板チャックとは異なる領域に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の露光装置。
11. 前記制御部は、複数回にわたる前記検出処理の結果に基づいて前記投影光学系の結像特性を得る、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の露光装置。
12. 前記制御部は、前記結像特性に基づいて前記投影光学系の結像特性を調整する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、
    前記露光工程で露光された前記基板を現像する現像工程と、
    を含み、前記現像工程で現像された前記基板から物品を得ることを特徴とする物品製造方法。

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