(57)【要約】【課題】フォーカス位置の計測結果に誤差が含まれる場合であっても適切な近似平面を再現性良く算出する。【解決手段】原版のパターン像を投影光学系を介して基板に投影して露光する露光装置であって、前記基板及び原版を相対的に移動可能に保持するステージと、前記基板の平面度情報を検出するフォーカス位置検出手段と、前記フォーカス位置検出手段により計測される基板の平面度情報を用いて、当該基板の平面度の誤差を最小化して近似平面を算出する算出手段と、算出された前記近似平面の傾きが所定の制約条件を超えている場合、前記所定の制約条件を満たすような近似平面にするための前記近似平面の傾き成分を演算する演算手段と、演算された前記近似平面の傾き成分に基づいて前記基板の傾きを補正するように前記ステージを制御する制御手段と、を有する。【選択図】図１
2011060790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版のパターン像を投影光学系を介して基板に投影して露光する露光装置であって、
前記基板及び原版を相対的に移動可能に保持するステージと、
前記基板の平面度情報を検出するフォーカス位置検出手段と、
前記フォーカス位置検出手段により計測される基板の平面度情報を用いて、当該基板の平面度の誤差を最小化して近似平面を算出する算出手段と、
算出された前記近似平面の傾きが所定の制約条件を超えている場合、前記所定の制約条件を満たすような近似平面にするための前記近似平面の傾き成分を演算する演算手段と、
演算された前記近似平面の傾き成分に基づいて前記基板の傾きを補正するように前記ステージを制御する制御手段と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記所定の制約条件は、前記投影光学系のフォーカス深度と、前記基板の露光領域とから設定されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記投影光学系のフォーカス位置方向の最大値と最小値の差分を最小化することにより前記近似平面の傾き成分を演算することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記フォーカス位置検出手段は、前記基板の局所領域における平面度情報を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記フォーカス位置検出手段は、前記基板の全面における平面度情報を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
原版のパターン像を基板に投影して露光する投影光学系と、前記基板及び前記原版を相対的に移動可能に保持するステージと、前記基板の平面度情報を検出するフォーカス位置検出手段とを有する露光装置における基板の傾き補正方法であって、
前記フォーカス位置検出手段により計測される基板の平面度情報を用いて、当該基板の平面度の誤差を最小化して近似平面を算出する算出工程と、
算出された前記近似平面の傾きが所定の制約条件を超えている場合、前記所定の制約条件を満たすような近似平面にするための前記近似平面の傾き成分を演算する演算工程と、
演算された前記近似平面の傾き成分に基づいて前記基板の傾きを補正するように前記ステージを制御する制御工程と、を有することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至５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ステップと、
露光された前記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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置および基板の傾きを補正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィ工程で製造する際に、原版（レチクル又はマスク）のパターン像を投影光学系を介して感光基板（以下、基板）上に結像する投影露光装置が使用されている。
【０００３】
投影露光装置において、基板の平面度情報は、基板自身の歪曲成分の他に基板を搭載する基板ステージ２８上の基板保持面の形状により変化する。基板の平面度情報は、フォーカス位置検出系により計測され、計測値に基づき露光時に最適な近似平面が算出される。そして、露光時に基板ステージを算出された最適近似平面に基づき傾けるように駆動制御している。
【０００４】
従来の最適近似平面の算出は、一般にフォーカス位置検出系で計測された平面度情報から最小二乗法により近似平面を算出する方法が広く知られている。また、特許文献１には、フォーカス位置検出系による計測値の最大値と最小値の平均値を求め、これに基づき最適近似平面を算出する方法が記載されている。更に特許文献２には、フォーカス位置検出系による計測値と最小二乗近似平面との乖離が一定以上あった場合に、該乖離した値を排除し、残りの値で最適近似平面を算出する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８４６９３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３８６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、露光装置に搭載される投影光学系は特定のフォーカス深度を持っており、装置の解像力を保証しつつ露光を行うためには、全露光領域についてフォーカス深度内であることが必要である。しかしながら、従来技術による最小二乗近似平面による傾き補正では、投影光学系のフォーカス位置方向での最大値と最小値の差（以下、レンジ）が最小となるとは限らない。
【０００７】
また、特許文献１では、フォーカス位置方向のレンジを最小化する演算を行うことは可能であるが、光学的に最適な平面である最小二乗近似平面に対してかけ離れた傾きを持つ近似平面が算出される場合がある。特にフォーカス位置検出系に計測誤差が含まれる場合には、誤差成分が直接近似平面の演算に影響する（つまり、計測値の最大値と最小値の２つの値のみで最適平面を求めようとする）ため、最適近似平面の再現性が悪くなる。
【０００８】
また、特許文献２では、最適平面を算出する際の計測点の数が少なくなってしまう可能性や、本来必要な計測値を排除してしまう可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、フォーカス位置の計測結果に誤差が含まれる場合であっても適切な近似平面を再現性良く算出できる技術を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の露光装置は、原版のパターン像を投影光学系を介して基板に投影して露光する露光装置であって、前記基板及び原版を相対的に移動可能に保持するステージと、前記基板の平面度情報を検出するフォーカス位置検出手段と、前記フォーカス位置検出手段により計測される基板の平面度情報を用いて、当該基板の平面度の誤差を最小化して近似平面を算出する算出手段と、算出された前記近似平面の傾きが所定の制約条件を超えている場合、前記所定の制約条件を満たすような近似平面にするための前記近似平面の傾き成分を演算する演算手段と、演算された前記近似平面の傾き成分に基づいて前記基板の傾きを補正するように前記ステージを制御する制御手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フォーカス位置の計測結果に誤差が含まれる場合であっても、光学的に適切で且つ再現性良く近似平面を算出することができ、良好なフォーカス状態で露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施形態の露光装置の構成を示す図である。
【図２】フォーカス位置検出系による基板の平面度情報の計測方法を説明する図である。
【図３】本実施形態により算出されたローリング成分と制約条件とを示す図である。
【図４】本実施形態による基板の傾き補正処理を含む露光処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本発明は、後述する実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を露光装置に供給し、そのコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても達成される。
【００１４】
［露光装置の構成］先ず、図１を参照して、本発明に係る実施形態の露光装置の構成について説明する。図１に示すように、本実施形態の露光装置１００は、原版１と基板２とを相対的に移動させるように同期走査して原版１のパターン像を投影光学系２５を介して基板２上に露光する。投影光学系２５に対して、Ｚ方向の上方に原版ステージ２３、下方に基板ステージ２８がそれぞれ配置されている。原版ステージ２３と基板ステージ２８は原版ステージ駆動モータ３１と基板ステージ駆動モータ３２によりそれぞれ独立して走査可能である。
【００１５】
基板ステージ２８は、不図示の基板チャックによって液晶パネル製造用のガラスプレートやデバイス製造用のウエハ等の基板２を保持する。また、基板ステージ２８は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向、Ｘ軸まわりの回転（傾き）方向（以下、ローリング成分）及びＹ軸まわりの回転（傾き）方向（以下、ピッチング成分）に移動可能に本体ベース２４上に配置される。これにより、基板２は、基板ステージ２８によりＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能であると共に、Ｘ方向の傾き方向とＹ方向の傾き方向とに微小駆動することが可能である。これにより、走査露光を行う際に観察光学系２２やフォーカス位置検出系５０での計測結果に応じてＺ方向や傾き方向に微小駆動を行い、所謂フォーカスレベリングを行うことが可能であり、基板２の被露光面を投影光学系２５の結像位置と一致させる。
【００１６】
原版ステージ２３は、本体ベース２４上にＸ、Ｙ、θ方向に移動可能に配置され、投影されるべきパタ−ンを有する原版１を保持する。つまり、原版１は、Ｘ、Ｙ方向に移動可能であると共に、Ｘ−Ｙ面内で回転可能に保持される。また、原版ステージ２３の上方には、原版１と基板２の像を投影光学系２５を介して観察できる観察光学系２２が配置され、更にその上方には照明光学系２１が配置されている。コントローラ３４は、情報処理装置３５を介して照明光学系２１を制御することによって所望の光量の露光光を生成する。
【００１７】
情報処理装置３５は、例えばパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣ）であり、オペレータが予め設定した露光レイアウトから露光領域を決定する。
【００１８】
倍率制御系２６は投影光学系２５に搭載され、投影光学系２５の結像倍率を制御する。
【００１９】
原版ステージ２３及び基板ステージ２８の位置はレーザ干渉計２９，３０によりそれぞれ計測される。コントローラ３４は、レーザ干渉計２９，３０による計測結果に基づいて各モータ３１，３２を介して各ステージ２３，２８を適切な位置に制御することにより走査露光が実現される。
【００２０】
ロボット４０は処理済の基板２を把持して基板ステージ２８上から次工程に搬出すると共に、未処理の基板２を基板ステージ２８上に搬入する。
【００２１】
基板２は、基板生産時の要因等により基板自体に歪曲成分が含まれている。基板２の歪曲成分は、基板全体として見た場合には周期的なうねりがあるが、基板ごとに歪曲成分に法則性はなく様々な形状となっている。
【００２２】
基板ステージ２８における基板保持面の形状は、部品の製造誤差、組立時の取り付け誤差や材質の経時変化等を要因として理想的な平面度を持つことが少ない。また、基板保持面の形状は、基板２を保持した状態では基板２の歪曲成分となる。
【００２３】
基板２が基板ステージ２８に保持された状態での基板２の平面度を表す情報（以下、平面度情報）は、基板２の歪曲成分に基板ステージ２８の基板保持面の形状を合わせたものになり、フォーカス位置検出系５０で検出することが可能である。
【００２４】
次に、図２を参照して、フォーカス位置検出系５０による基板の平面度情報を計測する方法について説明する。図２において、基板２の平面度情報は、基板２を保持した基板ステージ２８をフォーカス位置検出系５０の計測範囲に駆動した後、フォーカス位置検出系５０から基板２へ計測光１０４を照射し反射光を受光することにより計測する。基板２の平面度情報を計測する際に、基板ステージ２８は、予め決められた駆動順序１０３に従って基板２の４隅のいずれかの計測開始位置へ駆動される。そして、基板ステージ２８が所定の間隔ごとに駆動開始と駆動停止を繰り返しながら、各計測点１０２で駆動を停止してフォーカス位置検出系５０で基板２の平面度情報を計測する。
【００２５】
また、フォーカス位置検出系５０で基板２のフォーカス位置を計測する場合は、基板ステージ２８の駆動を停止せずに、定速駆動しながら所定のサンプリング時間ごとにフォーカス位置検出系５０でフォーカス位置を計測できる。
【００２６】
上記所定の間隔は、フォーカス位置検出系５０の取り付け位置の間隔や基板２の大きさと計測点の数から算出し決定される。例えば、フォーカス位置検出系５０が複数搭載され、取り付け位置の間隔がＸ方向に４８０ｍｍであった場合、その４分の１である１２０ｍｍをＸ方向側の駆動間隔として定める。また、基板２に任意の数の検出点をマトリクス上に配置させた際にＸ方向及びＹ方向に一意に決まる計測点の間隔を駆動間隔として定めても良い。上記計測結果としての基板の平面度情報は、ＰＣ３５の主記憶装置に保存される。
【００２７】
次に、ＰＣ３５は、上記主記憶装置に保存した基板の平面度情報から、今回の走査露光に適した平面度情報を抽出する。ここでの平面度情報の抽出は、上記ＰＣ３５により予め設定された露光レイアウトから決まる露光領域に基づいて自動的に選択される計測点に応じて、基板２の局所領域の露光に適した値が抽出される。
【００２８】
次に、図４を参照して、本実施形態による基板の傾き補正処理を含む露光処理について説明する。図４において、Ｓ２０１では、コントローラ３４が基板ステージ２８を駆動制御することで、パソコン３５により予め設定された露光レイアウトから決まる露光領域（以下、露光ショット）のうち、最初の露光ショット位置に基板２を移動させる。Ｓ２０２では、フォーカス位置検出系５０により投影光学系２５と基板２の被露光面との距離（フォーカス位置）を計測し、その計測値に応じて投影光学系２５の結像位置を基板２の被露光面と一致させる（オートフォーカス処理）。
【００２９】
Ｓ２０３では、露光ショット領域について原版１と基板２との位置合わせを行い、その際に観察光学系２２により原版１と基板２との間のＸ，Ｙ，Ｚ方向、Ｘ軸まわりの回転（傾き）方向（ローリング成分）及びＹ軸まわりの回転（傾き）方向（ピッチング成分）の誤差成分を計測する（アライメント計測処理）。ここでは、例えば原版１と基板２に相互の位置合わせのためのアライメントマークを形成し、観察光学系２２により原版１のマークと、投影光学系２５を通して基板２のマークとを撮像し、得られた画像データを解析することで最適位置からの誤差量を算出する。
【００３０】
Ｓ２０４では、Ｓ２０３のアライメント計測処理を複数回行う（リピート判定）。ここでは、複数回のアライメント計測結果のぞれぞれから算出された誤差量の平均値を誤差成分とすることで位置合わせの精度を向上させる効果がある。Ｓ２０５では、コントローラ３４は、Ｓ２０４で算出された誤差量が所定の閾値範囲内に収まるように原版ステージ２３及び基板ステージ２８を駆動制御して原版１と基板２とを対象の露光ショット位置に移動させる。ここでの対象の露光ショットは、上記Ｓ２０１〜Ｓ２０４の処理を行ったショットである。
【００３１】
Ｓ２０６では、コントローラ３４は、照明光学系２１を発光制御して露光処理を実行する。Ｓ２０７では、コントローラ３４は、複数の露光ショットがある場合に、基板ステージ２８を駆動制御して次の露光ショット位置に基板２を移動させる。Ｓ２０８では、上記Ｓ２０２〜Ｓ２０７までの処理を全ての露光ショットについて繰り返し行い、全露光ショットについて終了したならば、Ｓ２０９に移行する。Ｓ２０９では、ロボット４０が処理済の基板２を把持して基板ステージ２８上から次工程に搬出すると共に、未処理の基板２を基板ステージ２８上に搬入する。Ｓ２１０では、次の基板２が露光装置に搬入された場合に、当該基板２について上記Ｓ２０１〜Ｓ２０９までの処理を繰り返し行い、未処理の基板２が無くなったところで、本処理を終了する。
【００３２】
［平面度情報の算出］図４のＳ２０２において得られた平面度情報は、露光装置が図４のフローチャートを実行する露光モードになった時点で用いられる。即ち、Ｓ２０２においてフォーカス位置検出系５０により基板２の露光ショットごとに計測されたフォーカス位置から後述する制約条件付きレンジ最小化演算方法を用いて露光ショットごとに最適な傾き成分を算出する。そして、Ｓ２０５において演算結果を基板ステージ２８の駆動制御に反映させるようにＺ方向や傾き方向に微小駆動を行う。
【００３３】
［制約条件付きレンジ最小化演算方法］次に、本実施形態による制約条件付きレンジ最小化演算方法について説明する。図４のＳ２０２において計測された平面度情報に基づく露光ショットに最適な近似平面は最小二乗法により算出される。最小二乗法により誤差が平均化されて算出された近似平面は、露光ショットに最適なフォーカス位置とした場合、傾き成分を考慮する必要がある。但し、近似平面の傾き成分について微小駆動を行う範囲に一定の制限を設ける必要がある。その理由は以下の通りである。即ち、露光装置は、照明光学系２１から照射された照明光が、原版１と、投影光学系２５を通過し基板２に到達するまでに、例えば、レンズやガラス等の光学部品を通過する。これらの光学部品は露光装置に高い解像力を付与するために、ＮＡが大きくなるような形状や配置がされている。そして、ＮＡが大きくなるということは、投影光学系２５のフォーカス深度が狭くなることを意味する。よって、投影光学系２５のフォーカス深度を超えないように制限を設けることが必要になるのである。
【００３４】
上記制約条件は、投影光学系２５のフォーカス深度と露光領域の関係から算出することが可能である。例えば、投影光学系２５と基板２との間のフォーカス位置が平面度情報に基づいて１０μｍの範囲で変位可能であり、露光領域が１２００ｍｍであった場合、傾き成分の微小駆動範囲は、計測誤差を考慮すれば±０．５〜０．８秒以内の制約条件が必要である。反対に、その制約条件を超えてしまった場合には、レンジ最小化演算が最適にできない可能性がある。
【００３５】
一方、制約条件を満たす傾き成分であれば、計測誤差（所謂、不定データ）を含んで算出された最小二乗近似平面をフォーカス位置として最適な平面として適用することができる。
【００３６】
本実施形態において、フォーカス位置の傾き成分のレンジを最小化するための最適なローリング成分を算出するには、先ず最小二乗法により算出された近似平面において、制約条件の範囲内でローリング成分を微小量変化させる。次にローリング成分を微小量変化させた近似平面と、基板２の全ての計測点で計測した値とからレンジを算出する。そして、このレンジが最小となるローリング成分の値を算出する。ピッチング成分を算出する方法は、上記ローリング成分の算出手順と同様であるため説明は省略する。
【００３７】
本実施形態のレンジ最小化に用いる数式について説明する。
【００３８】
（式１）
ｆ＝ａｘｉ＋ｂｙｉ＋ｃ
ｉ＝１，２，３…
（式２）
ｆ＝ａｘｉ＋ｂｙｉ＋ｃ−ｚｉ
ｉ＝１，２，３…
（式３）
ａ−ａ’≦ａ≦ａ＋ａ’
（式４）
ｂ−ｂ’≦ｂ≦ｂ＋ｂ’
上記式１は、フォーカス位置検出系５０による計測値から最小二乗法で算出された近似平面を表している。第１項の”ａ”は、近似平面のＸ軸まわりの傾き成分（ローリング成分）であり、”ｘｉ”は計測点のＸ方向成分である。第２項の”ｂ”は、近似平面のＹ軸まわりの傾き成分（ピッチング成分）であり、ｙｉは計測点のＹ方向成分である。第３項の”ｃ”は、近似平面の切片であり、Ｚ方向成分である。
【００３９】
上記式２は、フォーカス位置検出系５０による計測値と式１による算出値との差分を算出している。式２の第１項から第３項は、上記式１と同様であるため説明は省略する。第４項の”ｚｉ”は、各計測点においてフォーカス位置検出系５０により計測されたフォーカス位置（ｚ方向の値）である。この式２により計測点ごとに算出された値を用いてレンジ（所謂、最大値と最小値の差分）を演算する。
【００４０】
上記式３は、ローリング成分の傾き範囲であり、ａ’はローリング成分についての制約条件として求められる値である。
【００４１】
上記式４は、ピッチング成分の傾き範囲であり、ｂ’はピッチング成分における制約条件として求められる値である。
【００４２】
図３は本実施形態により算出されたローリング成分と制約条件とを示しており、３０１は、上述した制約条件付きレンジ最小化演算方法において最小二乗法により得られた近似平面のローリング成分を示している。３０２と３０３は、制約条件の範囲でローリング成分をａ’又は−ａ’だけ傾けたときの最適平面を示している。
【００４３】
数３のａ’と数４のｂ’を設定する条件としては、投影光学系２５と基板２との間のフォーカス位置が１０μｍの範囲で変位可能である場合、露光領域が１２００ｍｍならば、傾き成分の微小駆動範囲は、計測誤差を考慮すれば±０．５〜０．８秒以内となる。これが制約条件となる。
【００４４】
なお、基板２の全面について最小二乗法による平面度情報を計測し、最適なフォーカス位置を算出することが可能である。この場合の算出方法は上述した実施形態と同様であるため説明は省略する。
【００４５】
上記実施形態によれば、フォーカス位置検出系５０により計測される平面度情報に基づいて最小二乗法による近似平面を算出し、算出された近似平面から一定の傾きの範囲内で、フォーカス位置方向のレンジを最小化する演算を行う。これにより、フォーカス位置検出系５０による計測値に誤差成分が含まれる場合であっても光学的に適切な近似平面を再現性良く算出することができるので、良好なフォーカス状態で露光を行うことができる。
【００４６】
なお、デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、上述の実施形態の露光装置を用いて感光剤を塗布した基板を露光する工程と、その感光剤を現像する現像工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。
【図１】
2011060790.tif 000003
【図２】
2011060790.tif 000004
【図３】
2011060790.tif 000005
【図４】
2011060790.tif 000006