(57)【要約】【課題】ウエハの熱膨張による重ね精度の低下を回避する。【解決手段】ステップ２０６において、基準量の１／Ｎの量の照明光をウエハに照射して、ウエハ上に配列された複数の区画領域を露光する。これを、Ｎ回繰り返す。繰り返しの回数Ｎは、パターンの位置合わせ精度（重ね合わせ精度）又はパターンの転写に要する時間に基づいて定められる。これにより、パターンの重ね合わせ精度の低下、又はスループットの低下を回避することが可能となる。【選択図】図３
2010147203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギビームを照射して物体を露光する露光方法であって、
物体上に形成された感応層に基準量よりも少ない量の前記エネルギビームを照射して、前記物体上の複数箇所を順次露光することを、前記感応層に対する前記エネルギビームの照射量が前記基準量に達するまで、要求されるパターンの位置合わせ精度とスループットとの少なくとも一方に基づいて定められる回数繰り返し、前記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を含む露光方法。
【請求項２】
前記基準量は、一度の露光により前記感応層に前記パターンの潜像を形成するのに十分な前記エネルギビームの照射量である請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記基準量よりも少ない前記量は、前記基準量のＮ分の１であり、
前記工程では、前記物体上の複数箇所の露光を、Ｎ回繰り返す請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記基準量よりも少ない前記量は、前記パターンの位置合わせ精度と前記スループットとの少なくとも一方に基づいて定められる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項５】
前記エネルギビームは、光学系を介して、前記感応層に照射され、
前記繰り返し回数は、前記光学系の冷却に要する時間を考慮して定められる請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項６】
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、
前記工程は、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１〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
請求項１〜６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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光方法及び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、及び該露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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光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。
【０００３】
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。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−５０５８８号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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する露光方法であって、物体上に形成された感応層に基準量よりも少ない量の前記エネルギビームを照射して、前記物体上の複数箇所を順次露光することを、前記感応層に対する前記エネルギビームの照射量が前記基準量に達するまで、要求されるパターンの位置合わせ精度とスループットとの少なくとも一方に基づいて定められる回数繰り返し、前記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を含む露光方法である。
【０００６】
これによれば、物体上に形成された感応層に基準量よりも少ない量のエネルギビームを照射して、物体上の複数箇所を順次露光することが、感応層に対するエネルギビームの照射量が基準量に達するまでの回数、繰り返され、物体上にパターンが形成された複数のパターン領域が形成される。従って、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状態において繰り返し露光が行われる。これにより、前述のような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。ここで、上記繰り返しの回数は、要求されるパターンの位置合わせ精度とスループットとの少なくとも一方に基づいて定められる。従って、パターンの位置合わせ精度の低下を回避すること、及び／又はスループットの低下を抑制することが可能となる。
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図６（Ｂ）に基づいて説明する。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、露光後にウエハを現像した場合にパターンのレジスト像が形成されるのに十分な照明光ＩＬの照射量（すなわちウエハ表面に塗布されたレジストのレジスト感度；基準量とも呼ぶ））よりも少ない照射量の照明光ＩＬでウエハを繰り返し露光（多重露光）することによって、ウエハ上にパターンを転写（形成）する露光方法が採用されている。
【００３１】
具体的には、本実施形態では、基準量よりも少ない照明光ＩＬの量は、基準量のＮ分の１とされ、この基準量の１／Ｎの露光量による露光処理が、Ｎ回繰り返されることによってウエハ上にパターンが転写される。
【００３２】
次に、本実施形態における露光方法の手順を、図３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、露光が行われるものとする。
【００３３】
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。
【００３４】
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Ｓ１〜Ｓ４５が形成され（図４参照）、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レジスト層（感応層）が形成されているものとする。また、各区画領域Ｓｊ（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にパターンを転写（形成）するための、露光の回数を表すカウンタｉに１を設定する（ｉ←１）。
【００３５】
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Ｓ１〜Ｓ４５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。
【００３６】
次のステップ２０６では、主制御装置２８は、図４に示される順序で、ウエハ上の全４５個の区画領域について、ｉ回目（ここでは、１回目）の露光を行う。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４に示される番号１，２，３，……，４４，４５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、各区画領域ＳｊにレチクルＲ及び投影光学系ＰＬを介して、基準量よりも少ない量、ここでは基準量の１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）の照明光ＩＬを照射する。このようにして、全ての区画領域に、基準量の１／Ｎの量の照明光ＩＬが照射され、レチクルＲのパターンが縮小投影される。ただし、この場合、照明光の強度が基準量の１／Ｎなのでパターンの潜像は形成されず、この１回目の露光後に、ウエハＷを現像してもレジスト像は形成されない。２回目〜（Ｎ−１）回目の露光終了後においても同様である。
【００３７】
ステップ２０８では、主制御装置２８は、Ｎ回の露光が終了したか否かを確認する。ここでは、ｉ（＝１）≠Ｎなので、ステップ２１０に移行する。
【００３８】
ステップ２１０では、主制御装置２８は、カウンタｉを１インクリメントし（ｉ←ｉ+１）、ステップ２０４に戻る。
【００３９】
そして、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、Ｎ回の露光が終了し、レジスト層（感応層）に照射される照明光ＩＬの量が基準量に達するまで、ステップ２０４，２０６，２０８，２１０を繰り返す。これにより、ウエハＷに対する２回目〜Ｎ回目の露光が、前述の１回目の露光と同様にして行われる。各回の露光では、前述と同様に、図４に示される番号１，２，３，……，４４，４５が付された区画領域に、順次、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬを介して、基準量の１／Ｎの照明光ＩＬが照射され、レチクルＲのパターンが縮小投影される。
【００４０】
このようにして、Ｎ回の露光が終了し、ステップ２０８の判断が肯定されると、ステップ２１２に移行する。
【００４１】
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。
【００４２】
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ＳｊにレチクルＲのパターンのレジスト像が形成される。
【００４３】
本実施形態では、１回の露光あたりの照明光ＩＬの照射量、すなわち露光回数Ｎは、パターンの位置合わせ精度（重ね合わせ精度を含む）、スループット等から定められる。
【００４４】
ここで、本実施形態の露光装置１００では、図３に示されるフローチャートに基づく露光処理（多重露光）を行う際のモードとして、パターンの位置合わせ精度を優先して露光回数Ｎが決定される精度優先モードと、スループットを優先して露光回数Ｎが決定されるスループット優先モードと、が選択可能に用意されている。そして、図３のフローチャートに従う処理の開始に先立って、選択されたモードに応じて、主制御装置２８により、最適露光回数Ｎが設定される。
【００４５】
以下、精度優先モード、及びスループット優先モードそれぞれにおける露光回数（多重回数）Ｎの最適化手法について説明する。
【００４６】
まず、精度優先モードでの露光回数Ｎの決定の原理について説明する。
ａ．  この場合、図５（Ａ）に示されるように、所定の基準量をＮ回（例えば、１、２，５，１０回など）に分けて多重露光した場合の重ね合わせ精度（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）を、横軸を露光回数Ｎとして、二次元グラフ上にプロットし、近似関数を用いた最小自乗演算を行って図５（Ａ）に示されるような近似曲線を求める。勿論、プロット点間を適当な補完演算により補完しても良い。図５（Ａ）に示されるように、露光回数Ｎが増える程、すなわち１回あたりの露光量ＩＬが減る程、ウエハの熱膨張が抑制されるので、重ね合わせ精度は向上する（重ね合わせ誤差が小さくなる）。
ｂ．  次に、図５（Ａ）に基づいて、要求される重ね合わせ精度が満たされる最低限の露光回数、すなわち最適な露光回数Ｎを求める。
ｃ．  ａ．及びｂ．の処理を、互いに異なる複数の基準量について繰り返して、基準量毎の最適な露光回数Ｎを、求める。そして、図５（Ｂ）に示されるように、基準量毎の最適な露光回数Ｎを、横軸を基準量として、二次元グラフ上にプロットし、近似関数を用いた最小自乗演算を行って図５（Ｂ）に示されるような近似曲線を求める。
【００４７】
本実施形態では、図５（Ｂ）に示されるような基準量と最適露光回数Ｎ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精度優先モードが選択された場合、そのときのレジスト感度（基準量）及び図５（Ｂ）に示されるグラフに基づいて、最適な露光回数Ｎを設定する。主制御装置２８は、図５（Ｂ）に示されるように、基準量が大きいほど、露光回数Ｎを大きな値に設定する。
【００４８】
次に、スループット優先モードでの露光回数Ｎの決定の原理について説明する。
ｄ．この場合、図６（Ａ）に示されるように、所定の基準量をＮ回（例えば、１、２，５，１０回など）に分けて多重露光した場合の、スループット（ここでは、その指標値としてトータル露光時間をとっている）を、横軸を露光回数Ｎとして、二次元グラフ上にプロットし、近似関数を用いた最小自乗演算を行って図６（Ａ）に示されるような近似曲線を求める。勿論、プロット点間を適当な補完演算により補完しても良い。図６（Ａ）に示されるように、露光回数Ｎが増える程、すなわち１回あたりの照明光ＩＬの照射量が減る程、スループットは低下する（トータル露光時間は長くなる）。
ｅ．次に、図６（Ａ）に基づいて、要求されるスループット（投影光学系ＰＬの冷却時間などを含む実際の露光時間として許容されている露光時間）満たされる最低限の露光回数Ｎを求める。露光装置１００では、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、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。従って、実際の露光装置の要求スループットは、その冷却時間を含めて定められる。
ｆ．  ｄ．及びｅ．の処理を、互いに異なる複数の基準量について繰り返して、基準量毎の最適な露光回数Ｎを、求める。そして、図６（Ｂ）に示されるように、基準量毎の最適な露光回数Ｎを、横軸を基準量として、二次元グラフ上にプロットし、近似関数を用いた最小自乗演算を行って図６（Ｂ）に示されるような近似曲線を求める。
【００４９】
本実施形態では、図６（Ｂ）に示されるような基準量と最適露光回数Ｎ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スループット優先モードが選択された場合、そのときのレジスト感度（基準量）及び図６（Ｂ）に示されるグラフに基づいて、最適な露光回数Ｎを設定する。主制御装置２８は、図６（Ｂ）に示されるように、基準量が大きいほど、露光回数Ｎを大きな値に設定する。
【００５０】
なお、精度優先モードで露光回数Ｎを設定するに当たり、主制御装置２８は、ウエハＷの放熱効率（ウエハ自体の放熱性、露光装置１００の冷却装置の能力など）を考慮することとしても良い。すなわち、ウエハの放熱効率が高い程、熱膨張が小さく、位置合わせ精度が向上するので、主制御装置２８は、その分露光回数を低減することとしても良い。これによって、スループットが向上する。また、精度優先モードで露光回数Ｎを設定するに当たり、主制御装置２８は、ウエハ上の区画領域の面積をも考慮することとしても良い。すなわち、区画領域の面積が小さい程、光量が少なくなるので、区画領域毎の熱膨張が小さくなる。従って、重ね合わせ精度が向上するので、主制御装置２８は、その分露光回数を低減する。これによって、スループットが向上する。
【００５１】
また、主制御装置２８は、精度優先モードで露光回数Ｎを設定するに当たり、前述の投影光学系ＰＬの冷却時間をも考慮しても良い。
【００５２】
また、主制御装置２８は、精度優先モードでは、投影光学系ＰＬの冷却時間を考慮して、ステップ２１０において、ウエハＷの冷却のための待ち時間を設けても良い。冷却に要する時間は、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（重ね精度）等をも考慮して定めることが望ましい。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待ち時間を定め、ウエハＷを冷却することもできる。また、主制御装置２８は、上記の待ち時間の設定と共に、露光回数Ｎの設定を、投影光学系ＰＬの冷却時間を考慮して行っても良いことは勿論である。
【００５３】
以上詳細に説明したように、本実施形態の露光方法では、まず、基準量（本実施形態ではレジスト感度）の１／Ｎの量の照明光がウエハ上の感光層に照射され、ウエハ上に配列された複数の区画領域が露光される。そして、この基準量の１／Ｎの量の照明光による露光がＮ回繰り返される。このように、本実施形態の露光方法によれば、多重露光を行うことによって、１回あたりの照明光の光量を小さくすることができるので、ウエハの熱膨張を抑制でき、パターンの位置合わせ精度（重ね合わせ精度を含む）を向上させることができる。ここで、多重露光を行う際の露光の繰り返しの回数は、パターンの位置合わせ精度（重ね合わせ精度を含む）、又はパターンの転写に要する時間（スループット）に基づいて定められる。従って、パターンの位置合わせ精度の低下を回避すること、又はスループットの低下を抑制することが可能となる。
【００５４】
なお、上記実施形態では、基準量をＮ等分した一定の照射量の照明光ＩＬで繰り返し露光（多重露光）を行ったが、複数回の露光を行う際の照明光ＩＬの照射量は、各回で異なっても良い。例えば、照明光ＩＬの照射量は、パターンの重ね合わせ精度に応じて露光毎に変更されても良い。この場合、感光層に照射される照明光ＩＬの量が基準量に達するまで、露光を繰り返す。また、上記実施形態では、多重露光時の露光回数の決定手法として、パターンの位置合わせ精度が優先される手法と、スループットが優先される手法が用意されたが、これに限らず、位置合わせ精度、スループットの両方のバランスをとって露光回数を定めても良い。例えば、精度優先モードにおいて、露光回数が増加することによってスループットが著しく低下するような場合には、スループット（露光時間）に閾値を設け、スループットがこの閾値以下となるように、露光回数を低減させても良い。また、スループット優先モードにおいて、露光回数を低減させることによって位置合わせ精度が著しく低下するような場合には、位置合わせ精度（重ね合わせ誤差）に閾値を設け、重ね合わせ誤差がこの閾値以下となるように、露光回数を増加させても良い。
【００５５】
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３のフローチャートと同様のフローチャートに従う多重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、ステップ２０４のウエハアライメント（ＥＧＡ）は省略される。
【００５６】
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。
【００５７】
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。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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の露光方法は、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。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】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】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】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。
【図４】本実施形態の露光方法における区画領域の露光順を説明するための図である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、精度優先モードでの露光回数の決定手法を説明するための図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、スループット優先モードでの露光回数の決定手法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６８】
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。
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図４】
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