JP5354339B2 - 露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、物体表面の感応層にエネルギビームを照射して前記物体上にパターンを形成する露光方法及び露光装置、並びに前記露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。

従来、半導体素子又は液晶表示素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程では、フォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンを、投影光学系を介して、フォトレジスト等の感応剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の物体（以下、「ウエハ」と総称する）上に転写する投影露光装置、例えばステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが用いられている。

この種の投影露光装置において、ウエハに照射される照明光の量が多い場合、パターンの位置合わせ精度（ウエハ上に形成される複数レイヤにおけるパターン同士の重ね合わせ精度を含む）が低下することが知られている（例えば、特許文献１参照）。その理由の１つとして、ウエハの熱膨張、すなわち、照明光が照射されることによりウエハが局所的に熱膨張し、それによって変形した区画領域にパターンが転写されることが考えられる。そこで、１つの区画領域にパターンを転写する毎に待ち時間を設けてウエハを冷却することにより、一定の位置合わせ精度を維持する手法が考えられる。しかしながら、このようにすると、必要以上のスループットの低下を招くおそれがある。

特開平１０−５０５８８号公報

本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第１の観点からすると、エネルギビームを照射して物体を露光し、前記物体上に２次元配列された複数のパターン領域を形成する露光方法であって、前記物体上の少なくとも１つの配列方向に関して互いに隣接しない複数の第１領域のグループに、前記エネルギビームを照射して露光し、前記複数の第１領域のグループを露光した後、前記物体上の少なくとも１つの配列方向に関して互いに隣接しない複数の第２領域のグループに前記エネルギビームを照射して露光し、前記複数の第２領域のグループの露光に先だって、前記物体上の複数のマークを検出し、該検出結果に基づいて、前記複数の第２領域のグループに対する露光の際の前記物体の位置を制御する露光方法である。

これによれば、少なくとも１つの配列方向に関して互いに隣接しない領域が順次露光されるので、常に、物体の局所的な熱膨張の影響がない、あるいは十分小さい領域に対して露光が行われる。従って、パターンの位置合わせ精度（重ね合わせ精度を含む）の低下を回避することが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の露光方法を用いて、物体上にパターンが形成された前記複数のパターン領域を形成する工程と；前記複数のパターン領域が形成された前記物体を現像する工程と；を含むデバイス製造方法である。

本発明は、第３の観点からすると、エネルギビームを照射して物体上にパターンを転写する露光装置であって、前記物体を保持して移動する移動体と；前記物体上の複数のマークを検出するマーク検出系と；前記物体上に形成された感応層に前記エネルギビームを照射して前記パターンを前記物体上に形成するパターン生成装置と；要求されるパターンの位置合わせ精度と、前記感応層に対する前記エネルギビームの照射量と前記位置合わせ精度との関係とに基づいて、前記移動体と前記パターン生成装置とを用いて、本発明の露光方法により前記物体を露光する制御系と；を備える露光装置である。

これによれば、制御系により、要求されるパターンの位置合わせ精度と、前記感応層に対する前記エネルギビームの照射量と前記位置合わせ精度との関係とに基づいて、本発明の露光方法により前記物体が露光される。従って、パターンの位置合わせ精度（重ね合わせ精度を含む）の低下を回避することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図５に基づいて説明する。

図１には、一実施形態に係る露光装置１００の概略的な構成が示されている。露光装置１００は、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）である。後述するように、本実施形態では、投影光学系ＰＬが設けられており、以下においては、この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸方向、これに直交する２次元平面内の図１における紙面左右方向をＸ軸方向、紙面直交方向をＹ軸方向として説明を行う。

露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルステージ（レチクルホルダ）ＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターンの像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持して２次元平面（ＸＹ平面内）を移動するＸＹステージ２０、ＸＹステージ２０を駆動する駆動系２２、及びこれらを制御する制御系等を備えている。

照明系ＩＯＰは、例えば、紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を出力する超高圧水銀ランプから成る光源と、楕円鏡、反射ミラー、波長フィルタ、フライアイインテグレータ、リレーレンズ系、可変視野絞り（レチクルブラインド）、折り曲げミラー、及びコンデンサレンズ等を含む照明光学系を含む。楕円鏡の第２焦点の近傍には、光路の閉鎖及び開放を行うシャッタが配置されている。かかる照明系の詳細は、例えば特開２００４−１４６７３２号公報などに開示されている。照明系では、光源から射出された光が波長フィルタを通過することで露光用の照明光ＩＬとなり、該照明光ＩＬがフライアイインテグレータにて均一な照度分布の光束に調整された後、可変視野絞りを通過することで、レチクルＲ上の矩形状の照明領域をほぼ均一な照度で照明する。

レチクルステージＲＳＴは、照明系ＩＯＰの図１における下方（−Ｚ側）に配置されている。レチクルステージＲＳＴ上には、バキュームチャック（不図示）等を介して、レチクルＲが吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、駆動系（不図示）によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に微小駆動可能である。これにより、レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲのパターンの中心（レチクルセンタ）が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸｐにほぼ一致する状態でレチクルＲを位置決め（レチクルアライメント）することができる。図１では、このレチクルアライメントが行われた状態が示されている。

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（−Ｚ側）に、その光軸ＡＸｐをＺ軸に対して平行になるように配置されている。投影光学系ＰＬとしては、ここでは両側テレセントリックな縮小系であり、光軸ＡＸｐに平行な方向に沿って所定間隔で配置された複数のレンズエレメントから成る屈折光学系（不図示）が用いられている。複数のレンズエレメントのうち、特定の複数のレンズエレメントは、主制御装置２８からの指令に基づいて、結像特性補正コントローラ（不図示）によって制御され、投影光学系ＰＬは、これによってその光学特性（結像特性を含む）、例えば、倍率、ディストーション、コマ収差、及び像面湾曲等が調整される。

投影光学系ＰＬの投影倍率は、例えば、１／５（あるいは１／４）である。そのため、パルス照明光ＩＬによりレチクルＲが均一に照明されると、レチクルＲのパターンの像が、縮小されて、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上の被露光領域に投影される。それにより、レチクルＲのパターンの縮小像がウエハＷ上に転写される。

ＸＹステージ２０は、投影光学系ＰＬの図１おける下方（−Ｚ側）に配置され、ベース（不図示）の上面に沿ってＸＹ平面内で自在に移動する。ＸＹステージ２０上にウエハテーブル１８が搭載され、ウエハテーブル１８上にウエハホルダ（不図示）を介してウエハＷが真空吸着等によって保持されている。

ウエハテーブル１８は、Ｚ・チルトステージとも称され、ウエハＷを保持するウエハホルダをＺ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向に微小駆動する。ウエハテーブル１８の上面には、移動鏡２４が設けられている。移動鏡２４の反射面に対向して、レーザ干渉計２６が設けられている。レーザ干渉計２６は、移動鏡２４にレーザビームを照射し、その反射光を受光することにより、ウエハテーブル１８のＸＹ平面内の位置を計測する。なお、実際には、Ｘ軸に直交する反射面を有するＸ移動鏡と、Ｙ軸に直交する反射面を有するＹ移動鏡とが設けられ、これに対応して、Ｘ軸方向に関する位置を計測するＸレーザ干渉計とＹ軸方向に関する位置を計測するＹレーザ干渉計とが設けられている。ただし、図１では、これらが移動鏡２４及びレーザ干渉計２６として図示されている。なお、Ｘレーザ干渉計及びＹレーザ干渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハテーブル１８のヨーイング（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転））、ピッチング（Ｘ軸回りの回転（θｘ回転））、ローリング（Ｙ軸回りの回転（θｙ回転））も計測することができる。従って、レーザ干渉計２６は、ウエハテーブル１８の５自由度方向（Ｘ、Ｙ、θｚ、θｙ、及びθｘ方向）の位置情報を計測することができる。

レーザ干渉計２６で計測された位置情報は、主制御装置２８に供給される。主制御装置２８は、その位置情報に基づいて、駆動系２２を介してＸＹステージ２０を制御することにより、ウエハテーブル１８を位置決めする。

また、本実施形態の露光装置１００には、ウエハＷ表面のＺ軸方向の位置及び傾斜を計測するフォーカスセンサＡＦＳが備えられている。フォーカスセンサＡＦＳは、例えば、米国特許第５，５０２，３１１号明細書等に開示される送光系５０ａ及び受光系５０ｂを有する斜入射方式の多点焦点位置検出系から成る。フォーカスセンサＡＦＳの計測結果も、主制御装置２８に供給される。主制御装置２８は、その計測結果に従って駆動系２２を介してウエハテーブル１８をＺ軸方向、θｘ方向、及びθｙ方向に駆動して、投影光学系ＰＬの光軸方向に関するウエハＷの位置及び傾きを制御する。

以上のように、ウエハテーブル１８を駆動することにより、５自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θｘ，θｙ）方向にウエハＷの位置を制御することができる。なお、残りのθｚ方向（ヨーイング）についてのウエハＷの位置は、レーザ干渉計２６により計測されたウエハテーブル１８のヨーイングに従ってレチクルステージＲＳＴとウエハテーブル１８との少なくとも一方を回転させることによって、制御される。

また、ウエハテーブル１８上には、その表面がウエハＷの表面と同じ高さになるように基準板ＦＰが固定されている。基準板ＦＰの表面には、後述するアライメント検出系のベースライン計測等に用いられる基準マークを含む各種の基準マークが形成されている。

さらに、本実施形態では、投影光学系ＰＬの側面に、オフ・アクシス方式のアライメント検出系ＡＳが設けられている。アライメント検出系ＡＳとしては、例えば画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系が用いられている。アライメント検出系ＡＳは、基準板ＦＰに形成された基準マーク及びウエハＷに形成されたアライメントマークの２次元方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）の位置計測を行うことが可能である。

本実施形態では、主制御装置２８が、アライメント検出系ＡＳを用いて、ウエハ上の各被露光領域の位置を正確に計測するファインアライメント等を行なう。この他、アライメント検出系ＡＳとして、例えば、コヒーレントな検出光を対象マークに照射し、その対象マークから発生する２つの回折光（例えば同次数）を干渉させて検出するアライメントセンサを、単独で、あるいはＦＩＡ系等と組み合わせて用いることも可能である。

アライメント制御装置１６は、アライメント検出系ＡＳを構成する各アライメントセンサからの出力信号ＤＳをＡ／Ｄ変換し、変換された信号を演算処理して、マーク位置を検出する。この検出結果は、アライメント制御装置１６から主制御装置２８に供給される。

その他、本実施形態の露光装置１００には、レチクルＲの上方に、一対のレチクルアライメント検出系（不図示）が設けられている。一対のレチクルアライメント検出系は、例えば米国特許第５，６４６，４１３号明細書等に開示されるように、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマーク又はレチクルステージＲＳＴ上の基準マーク（いずれも不図示）と基準板ＦＰ上のマークとを同時に観察するＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る。レチクルアライメント検出系の検出信号は、アライメント制御装置１６を介して、主制御装置２８に供給される。

制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータなどから成る主制御装置２８を中心に構成されている。

ここで、ウエハ上における照明光ＩＬの照射量が多い場合、少ない場合と比べて、パターンの位置合わせ精度（同一レイヤで形成される複数のショット領域に形成されるパターン同士の位置合わせの精度、及びウエハ上に形成される複数レイヤにおけるパターン同士の重ね合わせ精度（以下、重ね合わせ精度と記述する）を含む）が低下する。ここで、ウエハ上における照明光ＩＬの照射量は、種々定義できるが、ここでは、照明光ＩＬのドーズ量（単位面積当たりの量）とレチクルの透過率との積を、照明光ＩＬの照射量と定義する。

図２（Ａ）には、照明光ＩＬの照射量が少ない場合のウエハＷの表面が示されている。図２（Ａ）中の点、例えば点Ｐａ，Ｐｂは、区画領域（ショット領域）の中心を示す。図２（Ａ）には、区画領域Ｓａに照明光ＩＬが照射された状態、すなわち区画領域Ｓａを露光中の状態が示されている。図２（Ａ）において、区画領域Ｓａに隣接する区画領域Ｓｂが、区画領域Ｓａの次に露光される予定の区画領域である。図２（Ａ）に示される状態では、区画領域Ｓａ，Ｓｂともに熱膨張による変形はなく、設計上の矩形状を保っている。

これに対し、図２（Ｂ）には、照明光ＩＬの照射量が図２（Ａ）に示される場合よりも多い場合のウエハＷの表面が示されている。図２（Ｂ）には、区画領域Ｓａ’に照明光ＩＬが照射された状態、すなわち区画領域Ｓａ’ を露光中の状態が示されている。図２（Ｂ）において、区画領域Ｓａ’に隣接する区画領域Ｓｂ’が、区画領域Ｓａ’の次に露光される予定の区画領域である。図２（Ｂ）に示されるように、照明光ＩＬの照射により、ウエハＷは、区画領域Ｓａ’の中心Ｐａ’を中心に、局所的且つ等方的に膨張し、それにより、区画領域Ｓａ’，Ｓｂ’がそれぞれ変形（局所変形）する。なお、図２（Ｂ）では、区画領域Ｓａ’，Ｓｂ’の設計上の形状（矩形状）が破線によって示されている。従って、区画領域Ｓａ’の次の露光では、変形した区画領域Ｓｂ’に、設計上の形状（矩形状）に対応する形状でレチクルのパターンが転写される。

図２（Ｃ）には、図２（Ｂ）に示される場合（照明光ＩＬの照射量が比較的多い場合）における、全ての区画領域に対する露光が終了した後のウエハＷの表面が示されている。上述のように変形した区画領域に転写されたパターンは、ウエハＷが冷えて局所変形が回復することにより、ステッピング方向（例えば、区画領域Ｓ’を含むＸ軸方向に並ぶ区画領域に対して＋Ｘ方向）に底辺を向けた台形状に変形し、またパターンの中心は区画領域の中心Ｐ’から逆方向（−Ｘ方向）にシフトする。このように、パターンの重ね合わせずれ（パターン自体の形状のずれ、及び設計上の露光位置からのずれ）が発生する。さらに、ウエハＷの熱膨張は、照明光ＩＬの照射量（強度及び照射時間）、ウエハＷの熱膨張率、放熱性等に依存するため、パターンの重ね合わせずれは、一定の系統性（例えば、ステッピング方向に関する系統性）があるものの、ほぼランダムに発生する。

本実施形態の露光装置１００では、上述のような熱膨張によるレチクルパターンの重ね合わせ精度の低下を避けるために、ウエハを部分的に露光し、それを複数回繰り返すことによって、全ての区画領域にパターンを転写する露光方法が採用されている。

以下、本実施形態の露光装置１００において主制御装置２８が行う露光制御について説明する。本実施形態では、主制御装置２８は、ウエハ上に配列される区画領域を複数（Ｍ）の組に組分けする。ここでは、一例として、区画領域を２組（Ｍ＝２）に組分けする場合を説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、ウエハ上に設定された２組の区画領域がそれぞれ示されている。図中、区画領域Ｓ_ｊの番号ｊのみが、対応する領域内に付されている。ウエハＷ上には、一例として、４５の区画領域がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って２次元配列されている。主制御装置２８は、これらの区画領域のうち、図３（Ａ）に示される２４の区画領域を第１組とする。第１組には、市松模様状に（対象の区画領域がＸ軸方向及びＹ軸方向にＮ（＝１）置きに）並ぶ、すなわち、２次元の配列方向に関して互いに隣接しない区画領域が抽出されている。主制御装置２８は、図３（Ｂ）に示される残りの２１の区画領域を第２組とする。第２組についても、同様に、２次元の配列方向に関して互いに隣接しない区画領域が抽出されている。このように、主制御装置２８は、区画領域の組分けにおいて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれに関して互いに隣接しない区画領域を同じ組に抽出する。換言すると、ウエハの局所的な熱膨張に起因する変形の度合いが大きい隣接する区画領域同士が、異なる組に振り分けられている。

次に、本実施形態における露光方法の手順を、図４に示されるフローチャートを用いて説明する。このフローチャートは、主制御装置２８内のＣＰＵが行う処理アルゴリズムの概略を示す。ここでは、所定枚数のウエハに対して、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示される２組の区画領域の組に分けた、露光が行われるものとする。

まず、ステップ２００において、主制御装置２８は、レチクルローダ（不図示）を用いて、レチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上にロードする。そして、主制御装置２８は、レチクルアライメント及びアライメント検出系ＡＳのベースラインの計測、並びに照明光ＩＬの照射量の調整等の準備作業を行う。

次のステップ２０２では、主制御装置２８は、ウエハ交換機構（不図示）を用いて、ウエハテーブル１８上のウエハ交換を行う。ただし、ウエハテーブル１８上にウエハが無い場合には、単にウエハＷをウエハテーブル１８上にロードする。ここで、ウエハＷには、少なくとも１層の露光が行われ、複数、例えば４５個の区画領域Ｓ_１〜Ｓ_４５が形成され（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）、その表面には、フォトレジストが塗布されることによって感応層が形成されているものとする。また、各区画領域Ｓ_ｊ（ｊ＝１〜４５）には、少なくとも各１つのアライメントマーク（下地マーク）が付設されているものとする。さらに、主制御装置２８は、初期設定として、ウエハＷ上にパターンを転写する区画領域の組番号を表すカウンタｉに１を設定する（ｉ←１）。

次のステップ２０４では、主制御装置２８は、アライメント検出系ＡＳを用いてウエハＷ上に形成された複数のアライメントマーク（下地マーク）の内の特定の複数のアライメントマーク（サンプルマーク）の位置座標を検出して、例えば米国特許第４，７８０，６１７号明細書等に開示される最小二乗法を利用した統計演算によって、区画領域Ｓ_１〜Ｓ_４５のＸＹ平面内の配列座標を算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）を行う。ここで、ＥＧＡに際しては、主制御装置２８は、レーザ干渉計２６によって計測される位置情報に基づいて、駆動系２２を介して、ＸＹステージ２０を移動させて、ウエハＷ上の複数のサンプルマークを、順次、アライメント検出系ＡＳの検出視野内に位置決めして検出する。そして、主制御装置２８は、アライメント検出系ＡＳによって検出されるその検出中心を基準とする各サンプルマークのＸ、Ｙ位置座標と、その検出時のレーザ干渉計２６の計測情報（ウエハテーブル１８のＸ、Ｙ位置座標）とに基づいて、各サンプルマークのステージ座標系におけるＸＹ位置座標を算出する。

次のステップ２０６では、主制御装置２８は、第ｉ組の区画領域、ここでは図３（Ａ）に示される第１組の区画領域に対する露光を行う。具体的には、主制御装置２８は、レーザ干渉計２６によって計測されるウエハテーブルＷＴＢの位置情報、ＥＧＡによって求められた各区画領域の配列座標、及びベースラインの計測結果に基づいて、駆動系２２を介して、露光中心（光軸ＡＸｐ）が図３（Ａ）に示される番号１，３，５，６，８，１０，１２、１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８，４０，４１，４３，４５が付された区画領域の中心を、順次、露光中心（光軸ＡＸｐ）に位置決めする。そして、主制御装置２８は、位置決めの都度、上記第１組の各区画領域Ｓ_ｊにレチクルＲ及び投影光学系ＰＬを介して照明光ＩＬを照射し、レチクルＲのパターンをそれぞれ転写する。

次のステップ２０８では、主制御装置２８は、全ての区画領域の組（Ｍ（＝２）組）に対する露光が終了したか否かを確認する。ここでは、ｉ（＝１）≠Ｍ（＝２）なので、このステップ２０８での判断は否定され、ステップ２１０に移行する。

ステップ２１０では、主制御装置２８は、ウエハＷをウエハテーブル１８に載置したまま、所定時間が経過するのを待つことで、ウエハＷを冷却するとともに、カウンタｉを１インクリメントする（ｉ←ｉ+１）。ここで、冷却に要する時間（冷却時間）は、ウエハＷの加熱の程度、すなわち、照明光ＩＬの照射量、ウエハＷの放熱性、冷却装置（不図示）の性能等から、あるいはパターンの位置合わせ精度、スループット、所望の結像性能を維持するため露光処理中に定期的に実施される投影光学系ＰＬの冷却時間等から定められる。ここで、パターンの位置合わせ精度は、例えば、ウエハアライメントの結果から評価することができる。そこで、ステップ２１０に先だって、ステップ２０４と同様の手順でＥＧＡを実行し、評価されたパターンの位置合わせ精度に従って冷却時間を定め、ウエハＷを冷却することもできる（この場合、図４に示されるステップ２１０の後に実行されるステップ２０４を省略することができる）。なお、ウエハの加熱の程度によっては、ウエハＷの冷却を要さない場合もある。この場合には、ステップ２１０では、カウンタｉを１インクリメントした後、直ちに直接ステップ２０４に戻る。ただし、ステップ２１０におけるウエハＷの冷却時間は、全ての区画領域を露光するに要する時間の制限、すなわち要求されるスループットより、制限される。

なお、照明光ＩＬの照射量が多い場合、投影光学系ＰＬが加熱されて、所望の結像性能が維持できなくなるので、露光装置１００では、通常の露光を行う場合であっても、所定枚数のウエハに対する露光が終了する都度、一定の待ち時間を設けて投影光学系ＰＬを冷却するようになっている。本実施形態では、ウエハＷの冷却（ステップ２１０）と並行して投影光学系ＰＬの冷却が行われる。すなわち、通常の露光を行う場合に設定されている投影光学系ＰＬの冷却時間が分割され、ウエハＷの冷却（ステップ２１０）のための時間にオーバーラップされる一方、所定枚数のウエハに対する露光が終了する都度設けられていた待ち時間が省略されている。従って、実際問題、ステップ２１０のウエハＷの冷却処理によりスループットが低下することはない。

主制御装置２８は、ウエハＷを冷却した後、ステップ２０４，２０６を繰り返す。ステップ２０４では、第ｉ組の区画領域（この場合ｉ＝２）に対する露光のためのＥＧＡが行われる。ここで、主制御装置２８は、ＥＧＡの結果より、第ｉ組の区画領域の変形、位置ずれ等を評価する。主制御装置２８は、その評価結果に基づいて、例えば、投影光学系ＰＬ内の特定のレンズエレメントを制御してパターンの投影像の形状、位置等を調整し、その上で、ステップ２０６において、第ｉ組の区画領域、ここでは図３（Ｂ）に示される第２組の区画領域を順次露光する。この場合、番号２，４，７，９，１１，１３，１５、１７，１９，２１，２３，２５，２７，２９，３１，３３，３５，３７，３９，４２，４４が付された区画領域に、レチクルＲのパターンが順次転写される。

次のステップ２０８では、主制御装置２８は、全ての区画領域の組（Ｍ（＝２）組）に対する露光が終了したか否かを確認する。ここでは、ｉ（＝２）＝Ｍなので、このステップ２０８での判断は肯定され、ステップ２１２に移行する。

ステップ２１２では、主制御装置２８は、予定枚数のウエハの露光が終了したか否かを判断する。そして、この判断が否定された場合には、ステップ２０２に戻り、ステップ２１２における判断が肯定されるまで、ステップ２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の処理を繰り返す。一方、ステップ２１２における判断が肯定された場合には、主制御装置２８は、一連の処理を終了する。

上記のウエハ交換により、ウエハテーブル１８上からアンロードされた露光済みのウエハＷは、ウエハ搬送系（不図示）を介してコータ・デベロッパ（不図示）に搬送され、現像処理される。この現像後には、ウエハＷ上の４５個の区画領域Ｓ_ｊにレチクルＲのパターンのレジスト像が形成される。

ところで、本実施形態の露光装置１００では、上で説明した図４のフローチャートに従う露光処理（以下、便宜上、対象区画領域分割露光処理と呼ぶ）と、通常露光処理とを、主制御装置２８が、自動切り換えするようになっている。以下、この点について説明する。

図５には、ウエハの加熱の程度と照明光ＩＬの照射量との関係が示されている。重ね合わせ精度（ここでは、その指標値として重ね合わせ誤差をとっている）は、図５に示されるように、照明光ＩＬの照射量が高いほど悪化する（重ね合わせ誤差が大きくなる）。

本実施形態では、図５に示されるような照射量と重ね合わせ精度との関係を示す曲線が、予め求められ、メモリに記憶されている。そして、主制御装置２８は、オペレータによって不図示の入出力装置を介して設定された照射量と、要求される重ね合わせ精度（要求精度）とに基づき、図の曲線を用いて通常露光処理と図４のフローチャートに従う対象区画領域分割露光処理とを切り換える。すなわち、主制御装置２８は、照明光ＩＬの照射量に対し、要求精度が満たされる場合（及びこれより照射量が低い場合）には、通常露光処理を行う（ウエハＷ上に配列された４５の区画領域を順次露光する）。一方、照明光ＩＬの照射量が高く、重ね合わせ精度が要求精度より悪い（重ね合わせ誤差が大きい）場合、主制御装置２８は、図４のフローチャートに従う対象区画領域分割露光処理を行う。

なお、露光装置は、全ての区画領域を露光するに要する時間の制限、すなわち要求されるスループットに制約を受ける。従って、図４に示されるフローチャートに基づく露光制御を行うことによって、極端にスループットが低下することが予想される場合、主制御装置２８は、仮に重ね合わせ精度が要求精度を下回ったとしても、図４に示されるフローチャートに基づくに従う対象区画領域分割露光処理そのものを行わない可能性もある。なお、重ね精度を優先する露光モードと、スループットを優先する露光モードと、を露光開始時にオペレータ等が選択できるように構成しておき、主制御装置２８は、選択された露光モードで露光処理を行うようにしても良い。

以上説明したように、本実施形態の露光方法では、まず、ウエハ上に配列された複数の区画領域の一部が順次露光され（図３（Ａ参照））、その後、露光されていない区画領域の露光が行われる（図３（Ｂ）参照）。ここで、最初の露光対象の区画領域、及び後の露光の対象の区画領域は、それぞれ市松模様状に配置されている。従って、その１つの配列方向に並ぶ区画領域を順次露光する限り、常に、ウエハの局所的な熱膨張の影響がないあるいは十分小さい区画領域に対して露光が行われるので、パターンの位置合わせ精度（重ね合わせ精度を含む）の低下を回避することが可能となる。また、後の露光を行う際には、ウエハ上の複数のサンプルマークを検出し、その結果に従ってウエハを移動させて位置合わせした上で露光を行うので、最初の露光処理によって仮にウエハが膨張（変形）したとしても、このウエハの変形が考慮された露光処理が行われ、パターンの位置合わせ精度（重ね合わせ精度を含む）の低下が抑制される。

さらに、本実施形態の露光装置１００が備える主制御装置２８は、要求される重ね合わせ精度に基づいて、図４に示されるフローチャートに従う露光方法によりウエハを露光するか、ウエハ上に配列された複数の区画領域の全てに順次パターンを転写するか（通常露光をするか）を決定する。従って、本発明の露光方法を適用するか否かが的確に決定されるので、パターンの位置合わせ精度（重ね精度を含む）の低下を回避することが可能となる。

なお、上記実施形態では、ウエハＷには、少なくとも１層の露光が行われていた場合、すなわち第２層目以降の露光を行う場合について例示したが、これに限らず、第１層目の露光を行う際に、図４のフローチャートと同様のフローチャートに従う対象区画領域分割露光処理を行っても良い。ただし、この場合には、ウエハ上に下地マークがないので、第１組目の区画領域に対する露光に際しては、ウエハアライメント（ＥＧＡ）は省略される。また、第２組目以降の区画領域に対する露光に際しては、その前の露光でウエハ上の感応層に形成されたマークの潜像を検出対象として、ＥＧＡを行うこととしても良い。勿論、第２層目以降の露光を行う場合にも、第２組目以降の区画領域に対する露光に際しては、マークの潜像を検出対象として、ＥＧＡを行うこととしても良い。

なお、上記実施形態では、ウエハ上の複数の区画領域が市松模様状に、すなわち露光対象の区画領域がＸ軸方向及びＹ軸方向に１つ置きに抽出されるように２組に組分けする場合、すなわち図４のフローチャート中のＭが２である場合について説明した。しかし、これに限らず、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方向に関して互いに隣接しない区画領域が順次露光されるのであれば、露光対象の区画領域間に配置される非露光対象の区画領域の数はこれに限らず、例えば、２つ置き、３つ置きなどでも良い。すなわち、ウエハ上の複数の区画領域を３以上の組に組分けしても良い。この場合、第２組に属する複数の区画領域に対する露光が終了しても、図４のステップ２０８における判断は否定されるので、主制御装置２８は、ステップ２０８の判断が肯定されるまで、すなわち、全ての組の区画領域に対する露光が終了するまで、ステップ２０４，２０６，２０８，２１０を繰り返すこととなる。

なお、ウエハ上の複数の区画領域をＭ組に組分けする場合、例えば通常露光の際に順番に露光が行われる区画領域について、Ｎ＝（Ｍ−１）置きに、露光が行われることとなる。例えば、３組に組分けする場合、図６に示されるウエハＷ上の区画領域番号（１，４，７，…４０、４３）の第１組と、区画領域番号（２，５，８，…４１，４４）の第２組と、区画領域番号（３，６，９，…４２，４５）の第３組とに分けられ、これらが第１回目、第２回目、第３回目の露光でそれぞれ露光される。この場合、第１回目、第２回目、第３回目のいずれの露光においても、少なくともＸ軸方向に関しては隣接しない区画領域が順次露光される。

ステップ２０４，２０６，２０８，２１０の繰り返しの回数、すなわち、区画領域の組分けの数Ｍは、ウエハＷの加熱の程度、パターンの位置合わせ精度、スループット等から定められる。なお、パターンの位置合わせ精度は、例えば、ウエハアライメントの結果から評価することができる。また、ウエハＷの加熱の程度は、照明光ＩＬの照射量、ウエハＷの放熱性、冷却装置（不図示）の性能等に依存する。すなわち、ウエハＷの加熱の程度は、照明光ＩＬの照射量が高いほど高く、ウエハＷの放熱性及び冷却装置の性能が高いほど低い。主制御装置２８は、加熱の程度が高いほど、Ｍを大きな値に設定する。主制御装置２８は、ウエハの種類ごとに、ウエハの加熱の程度と照明光ＩＬの照射量との関係を予め計測し、その結果に従って露光開始前に組分けの数Ｍを定めることとすることができる。

また、露光対象の領域は、１つ置き、２つ置きなど、規則的に抽出される必要はなく、要は、ウエハ上の少なくとも１つの配列方向に関して互いに隣接しない領域に、順次、重複することなく露光が行われ、最終的に複数（上記実施形態では４５個）のパターンが形成されたパターン領域が形成されれば良い。従って、上記の区画領域の組分けも必ずしも行わなくても良い。

また、上記実施形態では、複数の区画領域の組分け数Ｍを決定するに当たり、パターンの重ね合わせ精度、スループットの両方が考慮されたが、これに限らず、これらの一方のみに基づいて組分け数Ｍが決定されても良い。

なお、上記実施形態の露光装置１００では、レーザ干渉計２６を用いてウエハテーブル１８の位置を、計測することとした。ここで、レーザ干渉計２６に替えてエンコーダ（複数のエンコーダから構成されるエンコーダシステム）を用いても良い。あるいは、レーザ干渉計２６とエンコーダを併用しても良い。また、ウエハ上の複数のマークを検出するアライメント系には、例えば国際公開第２００８／０５６７３５号パンフレットに開示されるような、１つのプライマリアライメント系と４つのセカンダリアライメント系とを含む５つ（５眼）のＦＩＡ系からなるアライメント装置を用いても良い。

また、上記実施形態では、本発明の露光方法を、一例として、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置に適用したが、これに限らず、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に適用することもできる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも、本発明を適用することができる。さらに、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。また、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号パンフレットなどに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも本発明は適用が可能である。

また、投影光学系ＰＬは、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれでも良い。また、縮小系、等倍系、及び拡大系のいずれでも良い。また、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。

さらに、本実施形態の露光装置の光源として、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（波長１５７ｎｍ）、あるいは他の真空紫外域のパルスレーザ光源を用いることもできる。この他、露光用照明光として、例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いることもできる。

また、上記実施形態では、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。

さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回の露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。

なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものではなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。

露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。

さらに、本発明は、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子、プラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、及びＤＮＡチップなどの製造、さらにはマスク又はレチクルの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。

半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、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エッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

本発明の露光方法及び露光装置は、エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。

本発明の一実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、ウエハの熱膨張による区画領域の変形の原理を説明するための図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、ウエハ上に設定された２組の区画領域がそれぞれ示す図である。 本実施形態の露光方法の手順を示すフローチャートである。 照明光の照射量と重ね合わせ精度との関係を示す図である。 変形例を説明するための図である。

符号の説明

ＩＬ…照明光、ＩＯＰ…照明系、２０…ＸＹステージ、２６…レーザ干渉計、２８…主制御装置、１００…露光装置、ＡＳ…アライメント検出系、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ。

Claims (9)

1. エネルギビームを照射して物体を露光し、前記物体上に２次元配列された複数のパターン領域を形成する露光方法であって、
   前記物体上の少なくとも１つの配列方向に関して互いに隣接しない複数の第１領域のグループに、前記エネルギビームを照射して露光し、
   前記複数の第１領域のグループを露光した後、前記物体上の少なくとも１つの配列方向に関して互いに隣接しない複数の第２領域のグループに前記エネルギビームを照射して露光し、
   前記複数の第２領域のグループの露光に先だって、前記物体上の複数のマークを検出し、該検出結果に基づいて、前記複数の第２領域のグループに対する露光の際の前記物体の位置を制御する露光方法。
2. 前記複数の第１領域のグループは、前記複数のパターン領域のうち２次元方向に１つ置きに配列された複数の領域を含み、
   前記複数の第２領域のグループは、前記複数のパターン領域のうち、前記第１の領域グループを除く、残りの複数の領域を含む請求項１に記載の露光方法。
3. 前記露光に先だって検出されるマークは、前記第１領域のグループに対する露光によって前記感応層に形成されたマークの潜像である請求項１又は２に記載の露光方法。
4. 前記露光に先だって検出される複数のマークは、前層までの露光によって前記物体上に形成されたマークである請求項１又は２に記載の露光方法。
5. 前記複数の第２領域のグループに露光を行う際には、前記複数のマークの検出結果から前記複数のパターン領域の位置及び／又は形状の、設計値又は基準となる層からのずれを評価し、該評価の結果を考慮して前記第２領域のグループに対する露光を行う請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光方法。
6. 前記第１領域のグループ及び前記第２領域のグループの分割数は、前記パターンの位置合わせ精度から定められる請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
7. 前記物体は、該物体を保持して移動する移動体に保持され、
   前記複数のパターン領域を形成するための、前記物体上の複数の領域への露光は、前記移動体による前記物体の保持を解除することなく実行される請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上にパターンが形成された前記複数のパターン領域を形成する工程と；
   前記複数のパターン領域が形成された前記物体を現像する工程と；
   を含むデバイス製造方法。
9. エネルギビームを照射して物体上にパターンを転写する露光装置であって、
   前記物体を保持して移動する移動体と；
   前記物体上の複数のマークを検出するマーク検出系と；
   前記物体上に形成された感応層に前記エネルギビームを照射して前記パターンを前記物体上に形成するパターン生成装置と；
   要求されるパターンの位置合わせ精度と、前記感応層に対する前記エネルギビームの照射量と前記位置合わせ精度との関係とに基づいて、前記移動体と前記パターン生成装置とを用いて、請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光方法により前記物体を露光する制御系と；
   を備える露光装置。