(57)【要約】【課題】フォーカスモニターマスクを使用して高精度に実デバイスマスクの平坦度を計測することが可能な露光方法及び装置を提供する。【解決手段】マスクのパターンを投影光学系で基板上に投影する露光装置の露光方法であって、第１のマスクの平坦度に関連する情報を計測するステップと、第１のマスクのパターンを投影光学系で投影した際の像面の状態を求めるステップと、像面の状態に基づいて、基板上の結像状態を変化させる露光装置の駆動系の駆動量に関連する情報を求めるステップと、第２のマスクの平坦度に関連する情報を計測するステップと、第１のマスクの平坦度に関連する情報と第２のマスクの平坦度に関連する情報とを用いて、駆動系の駆動量に関連する情報を変更するステップと、変更した駆動量に関連する情報に基づいて駆動系を駆動して、第２のマスクのパターンを投影光学系で基板上に投影するステップとを有する露光方法を提供する。【選択図】図１
2006279029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクに形成されたパターンを投影光学系で基板上に投影する露光装置に用いられる露光方法であって、
第１のマスクの平坦度に関連する情報を計測するステップと、
前記第１のマスクに形成されたパターンを前記投影光学系で投影した際の像面の状態を求めるステップと、
前記像面の状態に基づいて、前記基板上の結像状態を変化させられる前記露光装置の駆動系の駆動量に関連する情報を求めるステップと、
第２のマスクの平坦度に関連する情報を計測するステップと、
前記第１のマスクの平坦度に関連する情報と前記第２のマスクの平坦度に関連する情報とを用いて、前記駆動系の駆動量に関連する情報を変更するステップと、
変更された前記駆動系の駆動量に関連する情報に基づいて前記駆動系を駆動して、前記第２のマスクに形成されたパターンを前記投影光学系で基板上に投影するステップとを有することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記第１のマスクの平坦度に関する情報と前記第２のマスクの平坦度に関連する情報との差分に基づいて、前記駆動系の駆動量に関連する情報を変更するステップを更に有することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記駆動系の駆動量に関連する情報は、前記投影光学系を構成する光学素子の駆動量に関連する情報であることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項４】
前記駆動系の駆動量に関連する情報は、前記基板の前記投影光学系の光軸方向の駆動量に関連する情報であることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項５】
前記露光方法は、マスクと基板とを互いに走査しつつ、前記マスクに形成されたパターンを前記基板に投影し、
前記駆動系の駆動量に関連する情報は、走査方向に関しては、前記基板の前記投影光学系の光軸方向の駆動量に関連する情報であり、走査方向と直交する方向に関しては、前記投影光学系を構成する光学素子の駆動量に関連する情報であることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項６】
請求項１記載の露光方法を実行するモードを有することを特徴とする露光装置。
【請求項７】
請求項８記載の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、
露光された前記被露光体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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、露光方法に係り、特に、投影光学系を介して被露光体に転写されるパターンが形成されたマスク（又はレチクル）の変形計測に関する。本発明の露光方法及び装置は、マスクの平坦度情報に基づいて投影光学系の収差やフォーカス位置を補正する露光方法及び装置に好適である。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際にマスク上のパターンを被露光体に転写する投影露光装置が従来から使用されている。かかる露光装置は、マスクパターンを正確に被露光体に転写することが要求され、このためにベストフォーカス位置で収差を抑えた投影光学系を用いて露光することが重要となる。また、近年の高解像度化の要求から投影光学系の開口数（ＮＡ）が増加し、その結果、焦点深度が低下し、マスク平坦度に基づく駆動補正も必要になってきた。
【０００３】
マスク平坦度を計測する手段としては、光学的に面位置を検出する手段が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。露光装置にかかる手段を搭載して露光に先立ってマスクの平坦度を計測すれば、その結果を駆動系（ウェハステージやマスクステージ）の駆動量や、投影レンズの像面湾曲の補正にフィードバックすることができ、高精度な露光を提供することができる。
【０００４】
また、光学的に検出された結果に基づいて補正されたフォーカスの状態や像面湾曲は誤差を含むため、実際の露光結果に基づいて校正する必要がある。かかる校正方法として位相シフトフォーカスモニター（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｆｏｃｕｓ Ｍｏｎｉｔｏｒ：ＰＳＦＭ）がある（非特許文献１参照）。また、位相格子フォーカスモニター（Ｐｈａｓｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｆｏｃｕｓ  Ｍｏｎｉｔｏｒ：ＰＧＦＭ）もある（非特許文献２参照）。更に、Ｚ−ＳＰＩＮ法なども提案されている（例えば、特許文献３及び４参照）。これらの校正方法は、実デバイス用のマスク（実際に半導体デバイス等を製造する際に使用するマスク）とは異なる、計測用パターンが形成されたマスク（以下、「フォーカスモニターマスク」という。）を使用する。そして、パターンの位置ずれを計測することでベストフォーカス位置や像面湾曲を求める。これらの校正方法は、検査時間が短い、多くの測定点を計測するために補正精度が高い、ステップアンドスキャン方式の露光装置（スキャナー）においては走査中のフォーカス変化をモニターできる、などの特徴を有する。このため、装置のレンズ像面湾曲やスキャン時の姿勢変化に伴う像面位置（スキャン像面湾曲）の調整に有効である。
【特許文献１】特開平０９−１８０９８９号公報
【特許文献２】国際公開第０２／４３１２３号パンフレット
【特許文献３】特開２００２−２８９４９４号公報
【特許文献４】国際公開第０３／０２１３５２号パンフレット
【非特許文献１】インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｅｎｃｈｍａｒｋｔｅｃｈ．ｃｏｍ／ＰＳＦＭ．ｈｔｍ＞
【非特許文献２】Ｈ．Ｎｏｍｕｒａ，“Ｎｅｗ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ”，ＳＰＩＥ，ｖｏｌ．４３４６（２００１），ｐｐ２５−３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マスク平坦度計測手段は計測光学系を使用し、計測光学系の原点の校正を必要とする。原点校正は、通常、絶対的平面度を保障した平板を基準にするが、走査露光では駆動により計測光学系が変動して原点も変動する。かかる変動誤差やその他の誤差により、フォーカスモニターマスクを用いた測定結果（例えば、スキャン像面湾曲）と、実デバイスマスクを用いた測定結果とは必ずしも一致しない。そして、近年の微細化により、その誤差が結像性能に与える影響が無視できなくなってきた。
【０００６】
そこで、本発明は、フォーカスモニターマスクを使用して高精度に実デバイスマスクの平坦度を計測することが可能な露光方法及び装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光方法は、マスクに形成されたパターンを投影光学系で基板上に投影する露光装置に用いられる露光方法であって、第１のマスクの平坦度に関連する情報を計測するステップと、前記第１のマスクに形成されたパターンを前記投影光学系で投影した際の像面の状態を求めるステップと、前記像面の状態に基づいて、前記基板上の結像状態を変化させられる前記露光装置の駆動系の駆動量に関連する情報を求めるステップと、第２のマスクの平坦度に関連する情報を計測するステップと、前記第１のマスクの平坦度に関連する情報と前記第２のマスクの平坦度に関連する情報とを用いて、前記駆動系の駆動量に関連する情報を変更するステップと、変更された前記駆動系の駆動量に関連する情報に基づいて前記駆動系を駆動して、前記第２のマスクに形成されたパターンを前記投影光学系で基板上に投影するステップとを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の別の側面としての露光装置は、上述の露光方法を実行するモードを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、露光された前記被露光体を現像するステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フォーカスモニターマスクを使用して高精度に実デバイスマスクの平坦度を計測することが可能な露光方法及び装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施例の露光方法及び装置を、添付図面を参照して説明する。ここで、図１は、露光装置１００の概略ブロック図である。図１に示すように、露光装置１００は、照明装置１１０と、マスクステージ１２３と、投影光学系１４０と、ウェハステージ１５２とを有する。また、露光装置１００は、スコープ１１５と、マスク平坦度計測装置１３０と、ウェハ面位置検出装置１６０と、制御部１７０と、メモリ１７２とを更に有する。
【００１３】
マスクステージ１２３には、マスクＲがロード（設置）可能である。マスクＲとしては、後述の実デバイスマスク１２０やフォーカスモニターマスク１２４といった種々のマスクが存在する。マスクステージ１２３上には平坦度計測装置１３０の基準としての平面（基準面）１２２が設けられている。
【００１４】
ウェハステージ１５２には、ウェハ１５０がロード可能である。ウェハステージ１５２上には、ステージ基準マーク１５４が設けられている。
【００１５】
本実施例の露光装置１００はスキャナーであるが、ステップアンドリピート方式その他の露光方式を適用してもよい。
【００１６】
照明装置１１０は、不図示の光源と照明光学系とを有し、転写用の回路パターンが形成されたマスク１２０を照明する。光源は、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５３ｎｍのＦ２レーザーなどを使用することができる。照明光学系は、マスク１２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。本実施例では、照明光学系は、所定のスリット上の露光領域を照明する。
【００１７】
スコープ１１５は、マスクＲとウェハ１５０の位置合わせに使用されるアライメントスコープであるが、後述するＺ−ＳＰＩＮ法において露光光に代わる光源としても使用可能である。
【００１８】
マスクＲには、転写されるべきパターンが形成され、マスクステージ１２３に支持及び駆動される。マスクＲから発せられた回折光は投影光学系１４０を通りウェハ１５０に投影される。マスクＲとウェハ１５０とは光学的に共役の関係に配置される。露光装置１００はスキャナーであるため、マスクＲとウェハ１５０を同期走査することによりマスクＲのパターンをウェハ１５０上に転写する。なお、ステップアンドリピート方式の露光装置（即ち、「ステッパー」）であれば、マスクＲとウェハ１５０とを静止させた状態で露光を行う。
【００１９】
マスクＲは、そのパターン形成面を下にして図示しないマスクホルダを介して真空吸着によりマスクステージ１２３に保持される。マスクステージ１２３は図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ１２４及び投影光学系１４０は、例えば、床等に載置されたベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ鏡筒定盤上に設けられる。
【００２０】
フォーカスモニターマスク１２４は、実デバイスマスク１２０とは異なるマスクである。フォーカスモニターマスク１２４は、必要に応じて適宜実デバイスマスク１２０にかえてマスクステージ１２３にロードされ、実デバイスマスク１２０を露光する際の駆動系の補正量算出に使用される。フォーカスモニターマスク１２４は、平坦度が管理されているものが望ましく、Ｚ−ＳＰＩＮ法、ＰＳＦＭ、ＳＧＦＭ等を用いた校正工程において使用される。フォーカスモニターマスク１２４は、像面形状の追い込み手段として効果的である。実際の露光速度における露光動作による露光結果を精度良く検定できるほか、ショット内の複数点の露光結果から、走査位置ごとの最適フォーカス位置、チルト位置、像面湾曲補正量を厳密に算出することが可能である。
【００２１】
投影光学系１４０は、マスクＲに形成されたパターンを経た回折光をウェハ１５０上に結像する機能を有する。投影光学系１４０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有するカタディオプトリック光学系等を使用することができる。
【００２２】
投影光学系１４０は、第１の補正光学系１４２と第２の補正光学系１４６とを含む。第１の補正光学系１４２は駆動手段１４４によって駆動可能に構成され、像面湾曲の補正に使用される。第２の補正光学系１４６は駆動手段１４８によって駆動可能に構成され、他の収差（球面収差、非点収差、コマ収差、ディストーション）を補正するために使用される。なお、本実施例は、第１の補正光学系１４２と第２の補正光学系１４６とを別体で構成しているが、両者は一体であってもよい。
【００２３】
ウェハ１５０は、別の実施形態では液晶基板その他の被露光体に置換される。ウェハ１５０ではフォトレジストが基板上に塗布されている。ウェハ１５０はウェハステージ１５２に支持される。ステージ１５２は、ウェハ１５０をＸＹＺ軸方向及びこれらの軸周りの傾き（チルト）方向に駆動可能である。ステージ１５２は、リニアモータを利用するなど当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。ステージ１５２は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。
【００２４】
露光装置１００は、マスクＲとウェハ１５０を制御部１７０によって同期した状態で走査する。マスクステージ１２３とウェハステージ１５２の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。
【００２５】
マスク平坦度検出系１３０は、マスクパターン面側に設けられている。マスク平坦度検出系１３０は、後述するウェハ面位置検出装置１６０と同様に、斜入射方式の位置検出系から構成されている。斜入射方式の位置検出系は、測定対象面（ここでは実マスク面又はフォーカスモニターマスク面）に対して斜め方向から非露光光を照射し、測定対象面から斜めに反射する反射光を検出する。斜入射方式の位置検出系の検出部は、各反射光に対応した複数個の位置検出用の受光素子で構成されており、各受光素子の受光面と各光束の反射点が略共役になるように配置されている。したがって、マスク面（又はフォーカスモニターマスク面）の変形量は、検出部内の受光素子上で位置ずれとして計測される。
【００２６】
図２は、マスク平坦度検出系１３０による検出の詳細を示す概略斜視図である。同図に示すように、マスクの走査方向と直交する方向（スリットＳの長手方向）に例示的に３つの独立したマスク平坦度検出系１３０が配置され、マスク１２０を走査することによりマスク面の形状を計測する構成となっている。つまり、本実施例ではスリットの長手方向に３点の計測点が設けられていることになる。このような構成により、走査方向と直交する方向のマスクの変形成分（チルトやたわみ）が、３点の計測点で計測される。マスクステージ１２３を走査露光と同様に等速で走査し、その際のマスク位置と計測系の同期をとることで、マスクの走査方向の各位置に応じた変形量（平坦度）を計測することができる。
【００２７】
ウェハ面位置検出装置１６０は、前述のマスク平坦度検出系１３０と同様に、斜入射方式の位置検出系から構成されている。ウェハ面位置検出装置１６０では、ウェハ面（又は基準マーク面）の高さ方向の位置ずれを、検出部内の受光素子上で位置ずれとして計測する。
【００２８】
制御部１７０は、各部の駆動制御を行い、マスクステージ１２３、マスク平坦度計測装置１３０と、ウェハステージ１５２、ウェハ面位置検出装置１６０、メモリ１７２と接続されている。
【００２９】
マスク平坦度を補正する際、制御部１７０は、走査方向に直交する方向のマスク平坦度に関しては、例えばマスクが撓んでいるような場合には、図９に示すように、補正光学系１４２を駆動手段１４４で駆動する。そして、マスクのたわみをキャンセルさせるように像面湾曲を発生させ、ウェハ側でのマスク結像像面形状を平坦化する。また、制御部１７０は、走査方向のマスク平坦度に関しては、マスク側での補正量をウェハ側に換算してウェハステージ１５２をフォーカス、チルト駆動させることにより補正する。フォーカス補正量は投影光学系１４０の結像倍率で決まり、１／４縮小光学系の場合には、（１／４）２倍とすることで良好な補正が可能である。チルト補正量は−１／４倍とすることで良好な補正が可能である。マスクステージ１２３自体にフォーカス及びチルト補正駆動機構を設け、マスクステージ側で補正を行ってもよい。この場合には、駆動補正量は大きくなるが駆動誤差による補正はウェハ側では小さく抑えることができるというメリットがある。但し、装置の駆動機構は増加する方向にあるため装置を安価に抑える点ではウェハ側での補正の方が効果は大きい。
【００３０】
また、制御部１７０は、ウェハ面位置検出装置１６０の検出結果に基づいてウェハステージ１５２を駆動し、ウェハ１５０をショットごと又はスリットごとに最適フォーカス、チルト位置に補正する。
【００３１】
メモリ１７２は、図３及び図４に示す露光方法とそれに使用される基準面校正テーブルとオフセットテーブルを格納する。
【００３２】
以下、図３乃至図４を参照して、本発明の一実施例の露光方法について説明する。ここで、図３は、フォーカスモニターマスク１２４を利用して、後述する基準面校正テーブルとオフセットテーブルを初期作成するためのフローチャートである。
【００３３】
まず、フォーカスモニターマスク１２４を露光装置１００（より正確にはマスクステージ１２３）に搭載する（ステップ１００２）。そして、マスク平坦度計測装置１３０でフォーカスモニターマスク１２４のマスク平坦度をスキャン位置ごとおよび光学計測点毎に計測する（ステップ１００４）。本実施例では、フォーカスモニターマスク１２４はＺ−ＳＰＩＮ法用のマスクを使用する。
【００３４】
制御部１７０は、ステップ１００４で得られた計測値（基準オフセット）をマスク平坦度計測装置１３０から取得してメモリ１７２に格納若しくは格納されている基準面の校正テーブルを更新する（ステップ１００６）。基準面とは図２のマスクステージ１２３に設けられた平面１２２であり、平坦度計測装置１３０の基準となる。
【００３５】
基準面の校正テーブルを更新する理由は、露光装置本体に種々のユニットを載置したとき、又は、経時的な変化で基準面（平面１２２）が変位や変形する可能性があるからである。そこで、マスク平坦度計測装置１３０で得られたフォーカスモニターマスク１２４の平坦度を用いて基準面の校正テーブルの校正を行っている。
【００３６】
次に、フォーカスモニターマスク１２４を用いてウェハ１５０を露光する（ステップ１００８）。なお、かかる実際の露光は必ずしも本発明に必須ではない。例えば、特許文献３にあるように、フォーカスモニターマスク１２４の像面の状態をＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｌｅｎｓ）の像面位置検出系１５４にて検出してもよい。
【００３７】
次に、フォーカスモニターマスク１２４を露光した結果（像面の状態）を計測する（ステップ１０１０）。そして、その結果に基づいて、像面のフォーカス状態、像面のチルト、像面湾曲を算出し、オフセットテーブルを更新する（ステップ１０１２）。オフセットテーブルは、マスク上の各走査位置における（ウェハステージ１５２などの）駆動系の駆動量に対するオフセットを決定するテーブルである。予め格納されていた駆動系の駆動量に対するオフセットを、フォーカスモニターマスク１２４を走査露光するのに最適なように更新する。即ち、ウェハに焼き付けられた走査方向の像面形状が最適像面位置になり、補正光学系１４２が最適位置となり、走査方向の像面形状が最適になるように更新する。メモリ１７２がかかるオフセット量を格納することにより、露光装置１００は、フォーカスモニターマスク１２４に対して最適な像面を形成することができる。
【００３８】
ここで、Ｚ−ＳＰＩＮ法を用いたフォーカスモニターマスク１２４の露光について詳細に説明する。
【００３９】
図５を参照するに、Ｚ−ＳＰＩＮ法では、マスク１２４の上面（テストパターン形成面の反対面）の遮光部１２４ａ及び開口部１２４ｂの配置と、輪帯照明とにより、下面にある位置ずれテストパターン１２４ｃに斜めの光を導光する。テストパターン１２４ｃには回折光を抑制する特殊な格子パターンが施されている。このため、斜入射光の主光線のみを投影光学系１４０を介してウェハ１５０上の像面上に結像させることが可能である。そして、主光線が斜めであるため、ウェハ１５０上の像はそのフォーカス状態に応じてウェハ１５０面内において位置が変化する。言い換えると、結像した像は、ベストフォーカス面ＢＦでの像の位置を基準に、フォーカスがずれた状態では像の位置が横ずれ（シフト）する。デフォーカス量（Ｄｅｆｏｃｕｓ）と位置ずれ量（Ｓｈｉｆｔ）との間には、ｔａｎθ＝Ｓｈｉｆｔ／Ｄｅｆｏｃｕｓの関係を有する。ここで、θは像面に入射する光束と光軸とのなす角度である。従って、走査中のパターンの位置ずれ量を計測することによって、フォーカスの変化を測定することができる。また、走査方向と直交する方向にもパターンを設け、同様に走査中の位置ずれ量を計測することで、像面の傾き（チルト）の変化も計測することができる。
【００４０】
図６（ａ）に、開口部１２４ｂとテストパターン１２４ｃの具体例を示す。ＰＨＣはテストパターンの中心に対応し、ＰＨＡで示す点線は開口部１２４ｂが存在するＰＨＣを中心とする円に対応する。灰色部は遮光部１２４ａに対応する。
【００４１】
テストパターン１２４ｃの具体例としてのテストパターン１２６Ａは、図６（ｂ）に示すように四角形のマーク（Ｓｍａｌｌ−Ｂｏｘマーク）である。この四角の４辺を構成する線分ＴＰＸを拡大すると、図５に示したテストパターン１２４ｃのような遮光部と開口部の比が変化するライン・アンド・スペースとなっている。テストパターン１２６Ａの反対面には開口部１２４ｂの具体例としての開口部１２５Ａが設けられ、これを、通常の照明条件（大σ）で露光するかスコープ１１５にて照射する。ここで、σはｆｉｌｌｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒであり、（照明光学系の開口数）／（投影光学系の開口数）で与えられる値である。
【００４２】
開口部１２５やテストマスク裏面内の位置は、斜入射照明角度がσ＝１に近くなるように設定する。また開口部１２５の形状は、照度が走査速度を考慮して十分な程度に設定する。テストパターン１２６Ａと開口部１２５Ａを１セットとして適当な間隔で走査方向と直交方向に並べ、またその列を走査方向にも適当な間隔でマスク上に配置する。
【００４３】
図６（ｃ）に、図６（ａ）とは別な具体例としてのフォーカスモニターマスクを示す。開口部１２５Ａと、それとテストパターン１２６Ａを中心として点対称な位置に設けられた開口部１２５Ｂとが設けられている。図６（ａ）との違いは、２つの開口部と２つテストパターンの１セットにしているため、フォーカス変動に対する位置ずれの敏感度が２倍になる点である。このため、図６（ａ）に示したフォーカスモニターマスクに比べて、計測精度が向上する。
【００４４】
以下、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して、図６（ｃ）の適用例を説明する。図７（ａ）は、図６（ｃ）と同様の構成であり、一連の開口部１２５Ａ及び１２５Ｂをマスクステージ１２３の走査方向に平行に配列している。また、開口部中心ＰＨＣの反対面側にはテストパターン１２６Ａが配置されている。この際、開口部１２５Ａ及び１２５Ｂをマスクステージ１２３の走査方向に直交して配列してもよい。点線ＰＨＡで囲まれた開口部１２５Ａ及び１２５Ｂはσ１．０以上離れた距離で配置されており、対応する開口部以外の光がテストパターン１２６Ａに影響を及ぼさないよう設計されている。図７（ａ）は、マスク上の別な領域（開口部１２６Ａ及び１２６Ｂの隣）に配置され、テストパターン１２６Ａとはサイズの異なる四角形のマークであるレファレンスマーク１２６Ｂ（Ｌａｒｇｅ−Ｂｏｘマーク）を有する点で図６（ｃ）と異なる。レファレンスマーク１２６Ｂの上部には遮光部は特になくてもよく、また、レファレンスマーク１２６Ｂはテストパターン３０のような特殊なパターンである必要はない。本実施例のレファレンスマーク１２６Ｂは単に２μｍ幅のフレームマークとした。
【００４５】
レファレンスマーク１２６Ｂの反対側のマスク上面には遮光部がないため、テストパターン１２６Ａのように主光線が斜めに入射する光ではなく、通常の露光時と同じように主光線が投影光学系の光軸に平行な光で照明される。このため、フォーカス変動が発生してもマークの投影像がウェハ面内において移動することはない。
【００４６】
照明光学系から供給される照明光の入射角度がσ１．０よりも小さい場合で、より照明の入射角度を必要とする場合、若しくは、フラットな光源分布を必要とする場合を考える。拡散板やＣＧＨなどの光学素子を照明光学系内に挿入したり、テストパターンの反対面に配置させたりすることができる。
【００４７】
計測は走査露光を２回行う。まず、図７のフォーカスモニターマスクを搭載して走査露光することでフォーカスモニターマスク上の全パターンをウェハ１５２上に転写する。一般にこの際の照明条件は大σ条件である。次に、レファレンスマーク１２６Ｂがあった位置にテストパターン１２６Ａが位置するようにマスクステージ１２３を移動させる。また、ウェハステージもレファレンスマーク１２６Ｂの像にテストパターン１２６Ａの像が重なるような位置に移動し、再度走査露光を行う。この走査露光によってテストパターン１２６Ａとレファレンスマーク１２６Ｂが重なるように転写される。転写した像を現像し、各重ね合わされたテストパターン１２６Ａ（Ｓｍａｌｌ−Ｂｏｘマーク）とレファレンスマーク１２６Ｂ（Ｌａｒｇｅ−Ｂｏｘマーク）の位置関係を位置ずれ測定器で求める。レファレンスマーク１２６Ｂは前述の通りフォーカス変動が生じてもマークの位置ずれは生じない。一方、テストパターン１２６Ａはフォーカス変動が生じるとマークの位置ずれが生じる。このため、レファレンスマーク１２６Ｂを基準としてテストパターンの位置ずれを求め、予め判っている換算係数を用いて換算することにより走査露光中の像面のフォーカスの状態及び像面のチルト量を求めることができる。
【００４８】
別の実施例では、図８に示すように、１つの開口部１２５Ｃに対して２つのテストパターン１２６Ａを開口部１２６Ｂの中心から同じ距離だけ離れた場所で、且つ、σが１よりも内側になるよう配置させる。本実施例でも、図７に示す実施例と同様に、レファレンスマーク１２６Ｂを先の２つのテストパターンに重なるよう露光することで計測可能となる。図８に示す実施例は、一連の開口部１２５Ｃをマスクステージ１２３の走査方向に平行に配列しているが、開口部１２５Ｃをマスクステージ１２３の走査方向に直交して配列してもよい。
【００４９】
以上が、Ｚ−ＳＰＩＮ法を用いたフォーカスモニターマスク１２４の露光の説明である。
【００５０】
次に、図４を参照して、実デバイスマスク１２０の露光手順について説明する。図４に示すフローチャートの前に図３に示すフローチャートが実行されているために、メモリ１７２は校正テーブルとオフセットテーブルが格納されている。ここで、図４は、実デバイスマスク１２０の露光手順を説明するためのフローチャートである。
【００５１】
まず、実デバイスマスク１２０を不図示のマスク搬送系にてマスクステージ１２４に搭載し（ステップ１１０２）、マスク平坦度計測装置１３０で実デバイスマスク１２０のマスク平坦度をスキャン位置ごと及び光学計測点毎に計測する（ステップ１１０４）。ステップ１１０４では、ステップ１００４と同様に、実デバイスマスク１２０の平坦度が検出される。
【００５２】
次に、ステップ１１０６で、制御部１７０は、実デバイスマスク１２０の変形補正量を計算する（ステップ１１０６）。変形補正量は、マスク平坦度計測装置１３０で実デバイスマスク１２０を計測した計測値とマスク平坦度計測装置１３０でフォーカスモニターマスク１２４を計測した計測値の差分である。この結果、マスク平坦度計測装置１３０自身が有する計測誤差はキャンセルされ、単純に、両マスク１２０と１２４の変形量の差分となる。そこで、制御部１７０は、各点の測定値から基準オフセットを減算した当該マスクのマスク平坦度を算出し、マスク上の各走査位置での像面湾曲、フォーカス、チルトの最適補正量を算出し、露光装置のオフセットテーブルに加算する（ステップ１１０８）。この結果、フォーカスモニターマスク１２４用に設定された駆動系の駆動量のオフセットを実デバイスマスク１２０用に設定された駆動系の駆動量のオフセットに変換することができる。
【００５３】
制御部１７０は、更新されたオフセットテーブルを各ショットに反映させ（ステップ１１１０）、走査露光時のウェハ駆動、レンズ駆動に補正量を反映させる。
【００５４】
本実施例では、ロットの先頭にマスク平坦度を計測し、ウェハ上の複数ショットの露光に同一補正量を反映させる。
【００５５】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、フォーカスモニターマスク１２４による計測結果と実デバイスマスク１２０による計測結果の補正量の関係を示す。図１０（ａ）はマスクの走査方向の計測結果と補正量の関係を示し、図１０（ｂ）は露光スリット方向の計測値と補正量の関係を示す。露光熱によるマスク平坦度形状の変化分や、マスクステージ１２３の姿勢変動をも厳密に補正する場合には、実デバイスマスク１２０の走査時にもマスク平坦度計測を実行し、繰り返し走査露光による変動分を補正するようにしてもよい。
【００５６】
次いで、実デバイスマスク１２０を露光する（ステップ１１１２）。露光においては、照明装置１１０からの照明光は実デバイスマスク１２０を最適な照明条件で照明する。マスク１２０を通過した光束は投影光学系１４０によって、ウェハ１５０上に所定倍率で縮小投影される。更新されたオフセットテーブルに基づいて、フォーカス、チルト及び像面湾曲の制御が高精度になされているので、ウェハ１５０に対して高精度な露光を確保することができる。これにより、露光装置１００はレジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００５７】
なお、実デバイスマスク１２０のマスク変形を計測した際に生じる差分を補正光学系１４６のオフセットとして計算し、駆動手段１４８を介して反映させることで、投影光学系１４０の像面湾曲以外の収差に関しても補正が可能になる。例えば，マスク面と投影光学系１４０の最終面の間隔を変化させることにより、球面収差や非点収差、コマ収差、ディストーションを補正することが可能になる。また、間隔が像高で異なる場合も像面湾曲やディストーションの変化になる。また、マスク自身のディストーションも計測結果から計算できるため、これらマスク変形によって生じる投影光学系１４０の収差をフォーカスモニターマスク１２４に対して補正してやることが可能である。
【００５８】
これらについて、図１１を参照して説明する。まず、実デバイスマスク１２０を不図示のマスク搬送系にてマスクステージ１２３に搭載する（ステップ１２０２）。次に、マスク平坦度計測装置１３０にて露光に先立ってマスク平坦度計測を実行する（ステップ１２０４）。次いで、記憶された基準オフセット量からの差分値を算出し、マスクでの平坦度計測値から記憶された基準オフセットを減算する（ステップ１２０６）。次に、各点の測定値から基準オフセットを減算した当該マスクのマスク平坦度測定結果を算出し、各マスクスキャンポジションでのディストーション、球面収差、コマ収差、非点収差の最適補正量を算出する。そして、メモリ１７２内のオフセットテーブルに加算する（ステップ１２０８）。ディストーション、球面収差、コマ収差、非点収差の最適補正量を、各走査位置ごとに計算する。そして、その補正量を、走査露光時のウェハ駆動、補正光学系１４２及び１４６の駆動手段１４４及び１４８に補正量に反映させて、露光動作を実行する（ステップ１２１２）。本実施例では、ロットの先頭にマスク平坦度計測を実行し、ウェハ上の複数ショットの露光に同一補正量を反映させる。
【００５９】
本実施例では、マスク平坦度計測手段を有し、フォーカスモニターマスク１２４での実際の走査露光結果を元に像面形状、スリット方向の像面湾曲を追い込む。その後に、フォーカスモニターマスク１２４の平坦度計測結果を原点補正量として各計測点に記憶し、実デバイスマスク１２０の計測結果から前記補正量を加味する。そして、実デバイスマスク１２０の平坦度の補正量を算出、補正することで、実デバイスマスク１２０の平坦度の補正を可能にしている。本実施例により、フォーカス・像面湾曲、更には収差誤差を厳しく抑えた精度の高い露光装置を提供することができる。
【００６０】
次に、図１２及び図１３を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１２は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターン形成に適したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００６１】
図１３は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位なデバイスを製造することができる。
【００６２】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施例では、Ｚ−ＳＰＩＮ法を使用したが、ＰＳＦＭ、ＰＧＦＭなどその他の方法を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示す露光装置のマスク平坦度計測装置による計測の詳細を示す概略斜視図である。
【図３】図１に示す露光装置で実行する露光方法のフローチャートである。
【図４】図１に示す露光装置で実行する露光方法のフローチャートである。
【図５】図３及び図４に示す露光方法に適用可能なＺ−ＳＰＩＮ法を説明するための概略拡大断面図である。
【図６】図５に示すマスクの開口部とテストパターンの具体例を示す概略平面図である。
【図７】図６に示すマスクの適用例を示す概略平面図である。
【図８】図６に示すマスクの変形例を示す概略平面図である。
【図９】走査方向と直交する方向の像面湾曲の補正方法について説明するための図である。
【図１０】フォーカスモニターマスクによる計測結果と実デバイスマスクによる計測結果の関係を示す図である。
【図１１】図３及び図４の露光方法とは別の露光方法のフローチャートである。
【図１２】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１２に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１００            露光装置
１１５            スコープ
１２０            実デバイスマスク
１２４            フォーカスモニターマスク
１３０            マスク平坦度計測装置
１４０            投影光学系
１５０            ウェハ
１６０            ウェハ面位置検出装置
１７０            制御部
【図９】
2006279029.tif 000003
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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