(57)【要約】【課題】  単位露光領域内の非線形的な変形を高精度に計測し、基板上でのパターンの重ね合わせを高精度に行う露光方法。【解決手段】  投影光学系を用いて基板上に明暗パターンを露光する本発明の露光方法は、基板の単位露光領域内の複数の微小領域の位置を検出する位置検出工程（Ｓ１３）と、位置検出工程で得られた複数の微小領域の位置に関する情報に基づいて単位露光領域内の変形状態を算出する変形算出工程（Ｓ１４）と、変形算出工程で得られた変形状態に基づいて基板に露光されるべき明暗パターンの形状を変更する形状変更工程（Ｓ１５）とを含む。位置検出工程で検出する微小領域は、単位露光領域内に形成された回路パターンを含む。【選択図】  図６
2008300821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系を用いて基板上の各単位露光領域に明暗パターンを露光する露光方法において、
前記基板の１つの単位露光領域内に存在する複数の微小領域の、前記基板の面内方向における位置を検出する位置検出工程と、
前記位置検出工程で得られた前記複数の微小領域の位置に関する情報に基づいて、前記単位露光領域内の変形状態を算出する変形算出工程と、
前記変形算出工程で得られた前記変形状態に基づいて、前記基板に露光されるべき明暗パターンの形状を変更する形状変更工程とを備え、
前記位置検出工程で検出する前記複数の微小領域のうちの少なくとも１つは、前記１つの単位露光領域内に形成された回路パターンを含む、露光方法。
【請求項２】
前記位置検出工程で検出する前記複数の微小領域のうちの少なくとも１つは、前記基板上の隣接する領域とは実質的に異なる明暗度を有する領域を含む請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記位置検出工程で検出する前記複数の微小領域のうちの少なくとも１つは、当該微小領域に隣接する領域との間で、前記基板上に形成された所定の材質の薄膜の有無の点において異なる請求項１または２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記位置検出工程で検出する前記複数の微小領域のうちの少なくとも１つは、当該微小領域に隣接する領域との間で、回路パターン疎密度の点において実質的に異なる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの微小領域は、前記位置検出工程で使用する位置検出系の解像度よりも小さなピッチを有する周期的パターンを含む請求項４に記載の露光方法。
【請求項６】
前記位置検出工程で検出する前記複数の微小領域のうちの少なくとも１つは、前記位置検出のための走査方向に直交する方向に第１の所定長以上の長さに渡って伸びる一対の辺を含み、該一対の辺は、前記走査方向に第２の所定長以上の幅を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項７】
前記位置検出工程は、前記単位露光領域にほぼ等しい範囲内に入る複数の所定位置を検出する位置検出系を用いて、前記複数の微小領域の位置を検出することを含む請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項８】
前記位置検出工程は、少なくとも４つの微小領域の位置を検出する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項９】
前記位置検出工程は、並列配置された複数の位置検出機構を介して前記複数の微小領域の位置を検出することを含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１０】
各位置検出機構は、１つの検出鏡筒部と１つの検出部とを有する請求項９に記載の露光方法。
【請求項１１】
前記複数の位置検出機構のうちの少なくとも１つは、１つの検出鏡筒部と、該検出鏡筒部の検出範囲内に設けられた複数の検出部とを有する請求項９に記載の露光方法。
【請求項１２】
前記位置検出工程は、共通の検出鏡筒部と並列配置された複数の検出部とを用いて前記位置検出を行うことを含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１３】
前記位置検出工程は、前記共通の検出鏡筒部に対して前記基板を相対移動させつつ前記複数の微小領域の位置を検出することを含む請求項１２に記載の露光方法。
【請求項１４】
前記位置検出工程は、前記投影光学系を介することなく前記複数の微小領域の位置を検出することを含む請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１５】
前記形状変更工程は、前記明暗パターンの形状を非線形に変形することを含む請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１６】
前記形状変更工程は、前記投影光学系の収差を変更する収差変更工程を含む請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１７】
前記形状変更工程は、前記投影光学系中の少なくとも１つの光学面の面形状を変更することにより前記明暗パターンの形状を変更する請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの光学面は、前記投影光学系の物体面の近傍位置、前記物体面と光学的に共役な位置またはその近傍位置、あるいは前記投影光学系の像面の近傍位置に設けられた光学面である請求項１７に記載の露光方法。
【請求項１９】
前記基板上に形成される前記明暗パターンはマスク上に描画されたパターンの像である請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項２０】
前記形状変更工程は、前記投影光学系の物体面に設置されるマスクのパターン面の面形状を変更するマスク面形状変更工程を含む請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項２１】
縮小倍率を有する前記投影光学系を用いて前記基板上に前記明暗パターンを露光する請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項２２】
前記投影光学系に対して前記基板を所定方向に沿って相対移動させつつ前記明暗パターンを前記基板へ露光する走査露光工程を更に備え、
前記形状変更工程は、前記走査露光中の前記基板の相対移動に応じて前記明暗パターンの形状を変更することを含む請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項２３】
リソグラフィー工程を含む電子デバイスの製造方法であって、
前記リソグラフィー工程において、請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の露光方法を用いる電子デバイス製造方法。
【請求項２４】
基板上の単位露光領域内に形成されたパターンに対応するパターンデータから、前記位置検出工程で検出する前記微小領域の位置を特定する領域特定工程を含む請求項２３に記載の電子デバイス製造方法。
【請求項２５】
前記パターンデータは、以前のリソグラフィー工程のうちの任意の１つのリソグラフィー工程で形成した回路パターンの設計データである請求項２４に記載の電子デバイス製造方法。
【請求項２６】
前記パターンデータは、以前のリソグラフィー工程のうちの複数のリソグラフィー工程で形成した複数の回路パターンの設計データである請求項２４に記載の電子デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、露光方法、および電子デバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明の実施形態は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスを製造するリソグラフィー工程で用いられる露光方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子デバイスの製造に際しては、感光材料の塗布されたウェハ（またはガラスプレート等の基板）上に複数層の回路パターンを重ねて形成する。このため、露光装置には、転写すべきパターンが描画されたマスクと回路パターンが既に形成されたウェハとの位置合わせ（アライメント）を行うためのアライメント装置が備えられている。この種のアライメント装置として、例えば撮像方式のアライメント装置が知られている。
【０００３】
撮像方式のアライメント装置は、例えば、ハロゲンランプ等の光源から射出される波長帯域幅の広い光で、ウェハ上の位置検出マーク（ウェハアライメントマーク）を照明する。そして、結像光学系を介してウェハアライメントマークの拡大像を撮像素子上に形成し、得られた撮像信号を画像処理することによりウェハアライメントマークの位置を検出する。
【０００４】
１枚のウェハ上には複数の単位露光領域が縦横に設定され、各単位露光領域には１回の露光動作（一括露光動作、走査露光動作など）によりＬＳＩ（大規模集積回路）のような機能素子の回路パターン等が形成される。すなわち、露光装置では、投影光学系に対してウェハをステッピング移動させつつ、１つの単位露光領域に対する露光動作を複数回に亘って繰り返す。このとき、各単位露光領域には、１つまたは複数のアライメントマークが、１つまたは複数のＬＳＩの回路パターンと共に転写される。
【０００５】
従来の位置検出装置には、１つの位置検出機構（アライメント顕微鏡等）が装着されているか、あるいはＸ方向計測用の位置検出機構とＹ方向計測用の位置検出機構とが別々に装着されていた。パターンが露光されたウェハは、エッチング工程、成膜工程等のウェハプロセスを経ることにより、面内方向に変形する可能性がある。すなわち、ウェハプロセスなどに起因して、ウェハが全体的にまたは局所的に伸縮する可能性がある。
【０００６】
このようなパターンを露光した後のウェハの変形のうち、ウェハ面内での各単位露光領域の配列に関する変形に対しては、これを補正する手段としてＥＧＡ（Enhanced Global Alignment）手法が提案されている。また、各単位露光領域内の線形的な変形、すなわち各単位露光領域の面内における直交座標であるＸ，Ｙ座標の一次関数で表わされる全体的な伸縮および回転に対しては、これを補正するために、投影光学系の倍率を補正する倍率補正手法や、マスクを回転させるマスク回転手法が提案されている。
【０００７】
また、従来、位置合わせのための位置検出マーク（ウェハアライメントマークともいう）としては、回路パターンとは異なる専用のマークが使用されていた。専用のマークは、回路パターンと共に単位露光領域に転写されることによりウェハ上に形成される。なお、ウェハアライメントマークは、ＬＳＩの回路設計の自由度を実質的に損なうことがないように、単位露光領域内の周辺部（単位露光領域の外形境界線に沿った内側領域）に形成されていた。あるいは、１つの単位露光領域に複数のＬＳＩの回路パターンが形成される場合には、単位露光領域内の周辺部に加えて、あるいは単位露光領域内の周辺部に代えて、ストリートラインと呼ばれる互いに隣り合う２つのＬＳＩ回路パターンの間に形成されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、ＬＳＩの回路パターンの微細化に伴い、基板上でのパターンの重ね合わせについて益々高い精度が要求されている。したがって、将来的には、従来技術で補正の対象にならなかった「単位露光領域内の非線形的な変形」についても対応することが必要になるものと考えられる。ここで、「非線形的な変形」とは、Ｘ，Ｙ座標の一次関数で表わすことのできない「高次の変形」である。
【０００９】
ところで、単位露光領域内の非線形的な変形を計測するには、例えば単位露光領域内に離散的に形成された多数のマークの位置を検出する必要がある。
【００１０】
各単位露光領域内に配置されるＬＳＩの数は、その品種にもよるが、多くとも１２個程度である。例えばＸ方向に３列およびＹ方向に４列で合計１２個のＬＳＩが並列配置される場合、従来技術においては位置検出マークが形成可能な領域は、単位露光領域の周辺部かストリートライン上に限られていたため、Ｘ方向に沿って離散的に並ぶ４箇所およびＹ方向に沿って離散的に並ぶ５箇所に限られる。この場合、位置検出マークの分布が粗すぎて、単位露光領域内の非線形的な変形、とりわけＬＳＩの回路パターン内の非線形的な変形を高精度に計測することは困難である。
【００１１】
本発明の実施形態は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、単位露光領域内の非線形的な変形を迅速に且つ高精度に計測し、基板上でのパターンの重ね合わせを高精度に行うことのできる露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、投影光学系を用いて基板上に明暗パターンを露光する露光方法において、基板の単位露光領域内の複数の微小領域の基板の面内方向の位置を検出する位置検出工程と、位置検出工程で得られた複数の微小領域の位置に関する情報に基づいて、単位露光領域内の変形状態を算出する変形算出工程と、変形算出工程で得られた変形状態に基づいて、基板に露光されるべき明暗パターンの形状を変更する形状変更工程とを含むとともに、位置検出工程で検出する複数の微小領域のうちの少なくとも１つは、単位露光領域内に形成された回路パターンを含むことを特徴とする露光方法を提供する。なお、本明細書において、「単位露光領域」とは、１回の露光動作（一括露光動作、走査露光動作など）により明暗パターンが形成される基板上の単位的な露光領域を意味している。さらに、「回路パターン」とは、基板上に形成された電気回路又は形成途上の電気回路の少なくとも一部を構成するパターンであって、同一のリソグラフィー工程で形成されたパターン、または、複数のリソグラフィー工程で形成された複数のパターンが合成されて成るものを意味している。
【００１３】
本発明の第２形態では、リソグラフィー工程を含む電子デバイスの製造方法であって、
前記リソグラフィー工程において、第１形態の露光方法を用いることを特徴とする電子デバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施形態の露光方法では、ウェハ単位露光領域内に形成された既存の回路パターンを含む複数の微小領域の基板面内方向の位置を検出する。そして、位置検出マークとして機能する複数の微小領域の位置に関する情報に基づいて、単位露光領域内の変形状態を算出する。換言すれば、単位露光領域における複数の位置に関する情報に基づいて、単位露光領域に形成された既存のパターンの非線形的な変形を計測する。
【００１５】
本発明の実施形態では、単位露光領域に形成された既存のパターンの変形に対応するように、基板上の単位露光領域に露光されるべき明暗パターンの形状を変更することにより、基板上でのパターンの重ね合わせ精度を向上させる。こうして、本発明の実施形態の露光方法では、密な間隔で配置が可能な複数の微小領域の位置を検出することにより、単位露光領域内の非線形的な変形を高精度に計測し、基板上でのパターンの重ね合わせを高精度に行うことができ、ひいては電子デバイスを高精度に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。添付図面は、本発明の一実施形態を示すことを意図しており、本発明を限定することを意図するものではない。図１は、本発明の実施形態にかかる露光方法の実施に用いられる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１では、Ｘ軸およびＹ軸がウェハＷの表面（露光面）と平行な面内において互いに直交するように設定され、Ｚ軸がウェハＷの表面の法線方向に設定されている。さらに具体的には、ＸＹ平面が水平に設定され、＋Ｚ軸が鉛直方向に沿って上向きに設定されている。
【００１７】
図１の露光装置は、たとえば露光光源であるＡｒＦエキシマレーザ光源を含み、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）、視野絞り、コンデンサレンズ等から構成される照明系１を備えている。照明系１は、光源から射出された露光光ＩＬにより、転写すべきパターンが形成されたマスク（レチクル）Ｍを照明する。照明系１は、本例の露光装置がステップ・アンド・リピート方式の露光装置であれば、例えばマスクＭの矩形状のパターン領域全体を照明する。あるいは、本例の露光装置がステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であれば、パターン領域全体のうち走査方向であるＹ方向と直交するＸ方向に沿って細長いスリット状の領域（例えば矩形状の領域）を照明する。
【００１８】
マスクＭのパターンからの光は、所定の縮小倍率を有する投影光学系ＰＬを介して、基板の一例である感光性のフォトレジストが塗布されたウェハＷの単位露光領域にマスクＭのパターン像（明暗パターン）を形成する。すなわち、マスクＭ上での照明領域（視野）に光学的に対応するように、ウェハＷの単位露光領域において、マスクＭのパターン領域全体と相似な矩形状の領域、あるいはＸ方向に細長い矩形状の領域（静止露光領域）にマスクパターン像が形成される。
【００１９】
マスクＭは、マスクステージＭＳ上においてＸＹ平面と平行に保持されている。マスクステージＭＳには、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ軸廻りの回転方向にマスクＭを微動させる機構が組み込まれている。マスクステージＭＳには図示を省略した移動鏡が設けられ、この移動鏡を用いるマスクレーザ干渉計（不図示）が、マスクステージＭＳ（ひいてはマスクＭ）のＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置をリアルタイムに計測する。
【００２０】
ウェハＷは、ウェハホルダ（不図示）を介して、Ｚステージ２上においてＸＹ平面と平行に保持されている。Ｚステージ２は、投影光学系ＰＬの像面と平行なＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージ３上に取り付けられ、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角（ＸＹ平面に対するウェハＷの表面の傾き）を調整する。Ｚステージ２には移動鏡４が設けられ、移動鏡４を用いるウェハレーザ干渉計５は、Ｚステージ２のＸ方向、Ｙ方向およびＺ軸廻りの回転方向の位置をリアルタイムに計測する。ＸＹステージ３は、ベース６上に載置され、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置を調整する。
【００２１】
マスクレーザ干渉計の出力およびウェハレーザ干渉計５の出力は、主制御系７に供給される。主制御系７は、マスクレーザ干渉計の計測結果に基づいて、マスクＭのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の制御を行う。即ち、主制御系７は、マスクステージＭＳに組み込まれている機構に制御信号を送信し、この機構が制御信号に基づいてマスクステージＭＳを微動させることにより、マスクＭのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。
【００２２】
主制御系７は、オートフォーカス方式及びオートレベリング方式により、ウェハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込む（像面と一致させる）ために、ウェハＷのフォーカス位置および傾斜角の制御を行う。即ち、主制御系７は、ウェハステージ駆動系８に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系８が制御信号に基づいてＺステージ２を駆動することにより、ウェハＷのフォーカス位置および傾斜角の調整を行う。
【００２３】
主制御系７は、ウェハレーザ干渉計５の計測結果に基づいて、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の制御を行う。即ち、主制御系７は、ウェハステージ駆動系８に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系８が制御信号に基づいてＸＹステージ３を駆動することにより、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。
【００２４】
ステップ・アンド・リピート方式では、ウェハＷ上に縦横に設定された複数の単位露光領域のうちの１つの単位露光領域に、マスクＭのパターン像を一括的に露光する。その後、主制御系７は、ウェハステージ駆動系８に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系８によりＸＹステージ３をＸＹ平面に沿ってステップ移動させることにより、ウェハＷの別の単位露光領域を投影光学系ＰＬに対して位置決めする。こうして、マスクＭのパターン像をウェハＷの単位露光領域に一括露光する動作を繰り返す。
【００２５】
ステップ・アンド・スキャン方式では、主制御系７は、マスクステージＭＳに組み込まれた機構に制御信号を送信すると共に、ウェハステージ駆動系８に制御信号を送信し、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比でマスクステージＭＳおよびＸＹステージ３を移動させつつ、マスクＭのパターン像をウェハＷの１つの単位露光領域に走査露光する。その後、主制御系７は、ウェハステージ駆動系８に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系８によりＸＹステージ３をＸＹ平面に沿ってステップ移動させることにより、ウェハＷの別の単位露光領域を投影光学系ＰＬに対して位置決めする。こうして、マスクＭのパターン像をウェハＷの単位露光領域に走査露光する動作を繰り返す。
【００２６】
すなわち、ステップ・アンド・スキャン方式では、ウェハステージ駆動系８およびウェハレーザ干渉計５などを用いてマスクＭおよびウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状（一般にはスリット状）の静止露光領域の短辺方向であるＹ方向に沿って、マスクステージＭＳとＸＹステージ３とを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してマスクパターンが走査露光される。
【００２７】
図１の露光装置は、ウェハＷの単位露光領域内の非線形的な変形を計測し且つウェハＷ上でのパターンの重ね合わせ精度を向上させるために、位置検出系１０と、変形算出部１１と、光学面形状変更部１２とを備えている。位置検出系１０は、投影光学系ＰＬを介することなく、ウェハＷの単位露光領域内の複数の微小領域の位置を検出する。変形算出部１１は、位置検出系１０の検出結果に基づいて、ウェハＷの単位露光領域内の変形状態を算出する。光学面形状変更部１２は、変形算出部１１の算出結果に基づいて、ウェハＷに露光されるべきパターン像（明暗パターン）の形状を変更するために、投影光学系ＰＬ中の少なくとも１つの光学面の面形状を変更する。
【００２８】
位置検出系１０は、図２に示すように、ＸＹ平面に沿って二次元的に並列配置された複数の位置検出機構を備えている。図２では、図面の明瞭化のために、位置検出系１０を構成する複数の位置検出機構の一部である５つの位置検出機構１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅがジグザグ状に並列配置されている様子を示している。ここで、ジグザグ状に並列配置とは、Ｘ方向に沿って、第１列側（＋Ｙ方向）と第２列側（−Ｙ方向）とに互いに交互に配列することである。たとえば、図２においては、位置検出機構１０ａ，１０ｃ，１０ｅは第１列側に所定の間隔で配置され、位置検出機構１０ｂ，１０ｄは第２列側に所定の間隔で配置されている。５つの位置検出機構１０ａ〜１０ｅは、その基準検出位置１０ａａ〜１０ｅａがウェハＷの単位露光領域にほぼ等しい矩形状の範囲１０ｆ内に入るように構成されている。図２では、位置検出機構１０ａ〜１０ｅの各検出領域の中心を基準検出位置として十字マークにより示している。
【００２９】
位置検出機構１０ａ〜１０ｅは、例えば光学的な撮像方式の位置検出機構であって、互いに同じ基本構成を有する。光学的な撮像方式の位置検出機構１０ａ〜１０ｅでは、図３に示すように、照明系３１からの照明光がハーフプリズム３２で反射された後、第１対物レンズ３３を介して、ウェハＷの単位露光領域内の微小領域ＲＭを照明する。微小領域ＲＭは、位置検出マークとして機能するが、単位露光領域に形成すべきパターンとは別に設けられたものではなく、単位露光領域内に形成された回路パターンを含むものである。微小領域ＲＭの具体的な構成例については後述する。照明系３１は、各位置検出機構に個別に設けられても良いし、複数の位置検出機構に共通に設けられても良い。
【００３０】
照明光に対する微小領域ＲＭからの反射光（回折光を含む）は、第１対物レンズ３３、ハーフプリズム３２、および第２対物レンズ３４を介して、ＣＣＤカメラのような撮像素子３５の撮像面に微小領域ＲＭの像を形成する。すなわち、ＣＣＤカメラ３５は、第１対物レンズ３３と第２対物レンズ３４とからなる結像光学系を介して形成された微小領域ＲＭの像を光電検出するための光電検出器（光検出部）として機能する。第１対物レンズ３３、ハーフプリズム３２、および第２対物レンズ３４は、検出鏡筒部の一例である。撮像素子３５は検出部の一例である。
【００３１】
ＣＣＤカメラ３５は、微小領域ＲＭの像の光電検出信号を内部の信号処理部（不図示）において処理（波形処理）することにより、微小領域ＲＭの位置情報として、例えば微小領域ＲＭの中心位置のＸ座標およびＹ座標を得る。ＣＣＤカメラ３５の出力である微小領域ＲＭの位置情報は、位置検出機構１０ａ〜１０ｅの出力（ひいては位置検出系１０の出力）として、変形算出部１１に供給される。
【００３２】
変形算出部１１は、位置検出系１０の検出結果、すなわちウェハＷの単位露光領域内の複数の微小領域ＲＭの位置情報（複数の位置検出値）に基づいて、単位露光領域内の変形状態を算出する。具体的には、変形算出部１１は、ウェハＷの単位露光領域内の複数の微小領域ＲＭの基準位置からの位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量に関する情報に基づいて、例えばＸ座標とＹ座標とで定義される非線形関数により単位露光領域内の変形を近似的に表現する。
【００３３】
ここで、Ｘ座標とＹ座標との高次関数で定義される単位露光領域の高度な変形を想定し、設計上の微小領域ＲＭの座標位置（以下、設計値とする）を（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）、実際の検出により得られた微小領域ＲＭの座標位置（以下、実測値とする）を（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）とし、設計値と実測値との位置ずれの要因としてａ〜ｆ（一次成分の変数）の変数要素、ｇ〜ｊ（高次成分の変数）の変数要素を用いると、例えば以下の式（１）のように表わせる。ただし、ｎは整数で、単位露光領域に形成された微小領域ＲＭの番号とする。
【００３４】
【数１】
2008300821.tif 000003
【００３５】
しかし実際には、設計値（Ｄｘｎ，Ｄｙｎ）と実測値（Ｆｘｎ，Ｆｙｎ）との位置ずれ量、すなわち残差項（Ｅｘｎ，Ｅｙｎ）が存在し、式（２）のような関係が成り立つ。
【００３６】
【数２】
2008300821.tif 000004
【００３７】
ここで、式（２）におけるｘ成分は式（３）のように表わせる。
【００３８】
【数３】
2008300821.tif 000005
【００３９】
また、式（２）におけるｙ成分についても同様に式（４）のように表わせる。
【００４０】
【数４】
2008300821.tif 000006
【００４１】
そして、例えば最小二乗法を用いて、残差項の二乗和を最小にするように、各変数要素を決定する。以上のようにして、単位露光領域内の変形は、高次関数を用いて近似的に表現することができる。
【００４２】
なお、上述の高次関数を用いた近似表現においては、高次成分として二次成分及び三次成分を用いたが、四次成分以上の高次成分を用いることも可能である。また、単位露光領域内の変形は、光学系の波面収差をゼルニケ展開などの級数展開で表わす如く、極座標表示による関数系により近似的に表現することもできる。
【００４３】
ここで、微小領域ＲＭの基準位置とは、微小領域ＲＭの設計上の位置、または微小領域ＲＭを形成した直後にウェハプロセスを経ることなく計測された実際の位置である。従って、変形算出部１１において複数の微小領域ＲＭの基準位置からの位置ずれ量に関する情報に基づいて単位露光領域内の非線形的な変形を近似的に関数表現することは、ウェハＷの単位露光領域内に形成された既存の回路パターンの非線形的な変形を近似的に関数表現することに他ならない。
【００４４】
光学面形状変更部１２は、投影光学系ＰＬ中の少なくとも１つの光学面の面形状を変更することにより、投影光学系ＰＬの収差を変更する機能を有する。以下、図４に示すような２回結像型で反射屈折型の投影光学系ＰＬを例にとって、光学面形状変更部１２の具体的な構成例を説明する。図４の投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンの中間像を形成するための反射屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、中間像からの光に基づいてマスクパターンの最終縮小像をウェハＷ上に形成するための屈折型の第２結像光学系Ｇ２とを備えている。
【００４５】
マスクＭから第１結像光学系Ｇ１への光路中には例えばデフォーマブルミラーからなる平面反射鏡Ｍ１が設けられ、第１結像光学系Ｇ１から第２結像光学系Ｇ２への光路中にも同じくデフォーマブルミラーからなる平面反射鏡Ｍ２が設けられている。平面反射鏡Ｍ１の反射面はマスクＭの近傍に位置決めされ、平面反射鏡Ｍ２の反射面は中間像の形成位置またはその近傍の位置に位置決めされている。平面反射鏡Ｍ１，Ｍ２は、図５に示すように、例えば表面反射面を有する反射部材Ｍ１ａ，Ｍ２ａと、反射部材Ｍ１ａ，Ｍ２ａの反射面に対応するように二次元的に並列配置された複数の駆動素子Ｍ１ｂ，Ｍ２ｂとを有する。
【００４６】
光学面形状変更部１２は、平面反射鏡Ｍ１，Ｍ２に加えて、例えば平面反射鏡Ｍ１とＭ２とに共通に設けられたミラー基材１２ａと、複数の駆動素子Ｍ１ｂ，Ｍ２ｂを個別に駆動するための駆動部１２ｂとを備えている。駆動部１２ｂは、変形算出部１１の出力を受けた主制御系７からの制御信号に基づいて、複数の駆動素子Ｍ１ｂ，Ｍ２ｂを個別に駆動する。複数の駆動素子Ｍ１ｂ，Ｍ２ｂは、共通のミラー基材１２ａに取り付けられ、互いに独立した押し／引き動作により反射部材Ｍ１ａの反射面およびＭ２ａの反射面を所望の面形状に変更する。
【００４７】
こうして、光学面形状変更部１２は、投影光学系ＰＬの物体面の近傍位置に設けられた平面反射鏡Ｍ１の反射面、および投影光学系ＰＬの物体面と光学的に共役な位置またはその近傍位置に設けられた平面反射鏡Ｍ２の反射面のうちの少なくとも一方の面形状を適宜変更することにより、投影光学系ＰＬの収差状態を変更し、とりわけ歪曲収差（ディストーション）を積極的に発生させる。その結果、光学面形状変更部１２の作用により、ウェハＷの単位露光領域に露光されるべきマスクパターン像（明暗パターン）の形状が変化する。なお、明暗パターンの形状とは、単位露光領域内の明暗パターンの全体についての変形、すなわち、いわゆる明暗パターンの単位露光領域内のディストーションを言うものである。
【００４８】
図６は、本発明の実施形態にかかる露光方法の露光シーケンスを概略的に示すフローチャートである。以下、本発明の理解を容易にするために、本実施形態の露光方法では、図１の露光装置を用いてマスクＭのパターンをウェハＷの各単位露光領域に一括露光するものとする。図６を参照すると、本実施形態の露光方法では、回路パターンが既に露光され且つウェハプロセスを経たウェハＷを、Ｚステージ２上にローディング（載置）する（Ｓ１１）。
【００４９】
ローディング工程Ｓ１１によりＺステージ２上に載置されたウェハＷの各単位露光領域には、図７に示すように、例えばＸ方向に３列およびＹ方向に３列で合計９個のＬＳＩのような機能素子の回路パターン４１が形成されている。ここで、機能素子とは、１つの独立した電子デバイスとして機能する最小単位、すなわち１つのチップである。次いで、投影光学系ＰＬ（ひいてはマスクＭ）に対するウェハＷのアライメント（位置合わせ）を行う（Ｓ１２）。アライメント工程Ｓ１２では、ウェハＷの外形などに関する情報に基づいて、ＸＹステージ３を適宜駆動することにより、投影光学系ＰＬに対するウェハＷのプリアライメント（粗精度のアライメント）を行う。
【００５０】
さらに、アライメント工程Ｓ１２では、例えば図１の位置検出系１０を用いて、ウェハＷ上の複数のウェハアライメントマークの位置を検出し、その位置情報に基づいてＸＹステージ３を適宜駆動することにより、投影光学系ＰＬに対するウェハＷのファインアライメント（細精度のアライメント）を行う。アライメント工程Ｓ１２を経て、転写すべきパターンが描画されたマスクＭと回路パターンが既に形成されたウェハＷとが、ひいてはマスクＭのパターン領域とウェハＷの単位露光領域ＥＲとが投影光学系ＰＬを介して光学的に位置合わせされる。
【００５１】
次いで、本実施形態の露光方法では、ウェハＷの少なくとも１つの単位露光領域ＥＲ内に存在する複数の微小領域ＲＭのウェハ面内方向の位置を検出する（Ｓ１３）。位置検出工程Ｓ１３で検出する微小領域ＲＭは、単位露光領域ＥＲ内に形成された既存の回路パターンの一部、すなわちＬＳＩの回路パターン４１の一部を含んでいる。単位露光領域ＥＲ内の複数の微小領域ＲＭは、図８に示すように、ＬＳＩの回路パターン４１の範囲内において所要の分布にしたがって存在している。
【００５２】
ここで所要の分布とは、例えば、回路パターン４１内に、微小領域ＲＭが概均一な密度で分布するような分布である。あるいは、回路パターン４１内の周辺部に、多くの微小領域ＲＭが分布するような分布であってもよい。概均一な密度での分布は、例えば、回路パターン４１をＸ方向及びＹ方向について複数個に分割し、分割したそれぞれの部分について１つの微小領域ＲＭを配置する（あるいは選択する）ようにすることで実現できる。
【００５３】
また、周辺部により多くの微小領域ＲＭを分布させるには、例えば、上記のＸ方向及びＹ方向についての複数個の分割に際し、中心付近では分割の幅を大きくし、周辺付近では分割の幅を小さくすることで実現できる。なお、図８では、図面の明瞭化のために、ＬＳＩの回路パターン４１の全体的なサイズに比して、位置検出マークとして選択された微小領域ＲＭの大きさを誇張して描いている。
【００５４】
なお、位置検出マークとしての微小領域ＲＭは、その数が多いほど、位置検出の精度、特に単位露光領域内の高次の変形に関する検出精度が向上するため好ましい。しかしながら、あまりに多くの微小領域ＲＭを検出する場合、その検出に多くの時間を要し、露光装置の処理能力（スループット）の低下を招きかねない。そこで、高スループットと高精度の位置検出とを両立させるために、最低限４個の微小領域ＲＭを使用して位置検出を行うことが好ましい。単位露光領域の変形のうち、高次の変形を高精度に検出するには、微小領域ＲＭが３個以下では精度が不足する恐れがあるからである。
【００５５】
ところで、ＬＳＩの回路パターン４１の中には、所定のラインパターン（ライン部）に隣接してライン部とは明暗の異なるスペースパターン（スペース部）が配置されるようないわゆるライン・アンド・スペースの如き周期的パターンも多く含まれているのが一般的である。したがって、微小領域ＲＭとして、例えばライン・アンド・スペースパターンの如き周期的パターンの比較的幅広い１つの矩形状（長尺形）のライン部、あるいは比較的幅広い１つの矩形状のスペース部を用いることもできる。この場合、微小領域ＲＭとして選択されるライン部またはスペース部の幅寸法（短手方向の寸法）は、使用する位置検出機構（位置検出系）の解像力程度以上あることが望ましい。例えば、現行の開口数０．３、使用波長５００ｎｍ程度の撮像方式のアライメント系（位置検出系）であれば０．８μｍ程度以上であることが好ましい。換言すれば、位置検出マークとして、ウェハ上の隣接する領域（必ずしも接している領域ではなく隣り合う領域を含む広い概念）とは実質的に異なる明暗度を有する微小領域を利用することができる。ここで、明暗度とは、たとえば検出波長が４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度である光学顕微鏡を使用して、当該領域及びその周辺を撮像した際に得られる像の強度分布の明暗状態をいう。または、当該領域及びその周辺に、波長が４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度のレーザー光を照射した際の反射率をいう。
【００５６】
また、ウェハＷ上には、以前の露光工程により、既に多数層の薄膜パターンが形成されているのが一般的である。たとえば図８に示した微小領域ＲＭとしての回路パターンの形状は、それらの多数層の薄膜のうち、所定の薄膜に関する形状を表わすものである。具体的には、直前の露光工程で形成した薄膜の形状を用いて位置検出を行ってもよい。あるいは、ウェハＷ上の既存の薄膜のうち、その有無によって最も大きな明暗差（コントラスト）を生成する薄膜の形状を用いて位置検出を行ってもよい。
【００５７】
また、ＬＳＩの種類によっては、回路パターン４１内に、図９に示すように、比較的大きいピッチを有する粗いライン・アンド・スペースパターン４３，４４と、比較的小さいピッチを有する細かいライン・アンド・スペースパターン４５，４６とが交互に隣り合って存在する場合がある。この場合、微小領域ＲＭとして、例えば粗いライン・アンド・スペースパターン４３と４４とに挟まれた細かいライン・アンド・スペースパターン４５を用いることができる。あるいは、微小領域ＲＭとして、例えば細かいライン・アンド・スペースパターン４５と４６とに挟まれた粗いライン・アンド・スペースパターン４４を用いることができる。微小領域ＲＭとして選択される細かいライン・アンド・スペースパターン４５や粗いライン・アンド・スペースパターン４４の幅寸法（ピッチ方向の寸法）Ｗｐは、使用する位置検出系の解像力程度以上であることが好ましい。ところで、例えば、図９のライン・アンド・スペースパターン４５のうち、少なくとも１つのライン部の幅寸法（ピッチ方向の寸法）は、使用する位置検出系の解像力程度以下であってもよい。この場合、位置検出系の解像力程度以下の幅寸法を有するライン部によって、検出される回路パターンの疎密度が変わる。従って、微小領域ＲＭとして、位置検出系の解像力程度以下のライン部を含むライン・アンド・スペースパターン４５を用いることもできる。
【００５８】
また、ＬＳＩの回路パターン４１では、図１０に示すように、ＳＲＡＭやＤＲＡＭのための多数のメモリーセル群（例えば１２８×１２８セル）４７が、微小な間隔を隔てて縦横に形成されていることがある。この場合、微小領域ＲＭとして、２つの隣り合うメモリーセル群４７の間の余白領域（回路パターンが描画されていない余りの部分）を用いることができる。この余白領域の幅寸法Ｗｓは、使用する位置検出系の解像力程度以上であることが好ましい。換言すれば、図９および図１０に示すように、位置検出マークとして、ウェハ上の隣接する領域（必ずしも接している領域ではなく隣り合う領域を含む広い概念）とは実質的に異なるパターン疎密度を有する微小領域を利用することができる。すなわち、図１０に示した例においては、余白領域のパターン疎密度は０である（パターンが存在しない）としたが、両端のメモリーセル群４７に比べてパターンの密度が低い領域を微小領域ＲＭとして使用することもできる。
【００５９】
ところで、図示を省略したが、図７の回路パターン４１の露光に用いられたマスクＭのパターン領域には、９個のＬＳＩの回路パターン４１に対応する回路パターンが描画されている。位置検出マークとして利用する複数の微小領域ＲＭを選択するには、本実施形態の露光方法に先立って、単位露光領域ＥＲ内に形成されたパターンに対応するマスクＭのパターンから、例えば矩形状のパターン部（パターン中のスペース部、２つの隣り合うメモリーセル群間の余白領域などを含む広い概念）を含む複数の微小領域を抽出しておくとよい。この領域抽出工程（領域特定工程）は、位置検出マークとして機能可能な複数の微小領域を、単位露光領域内ＥＲに形成された回路パターンに対応するパターンデータから選び出す工程である。
【００６０】
この領域抽出工程で抽出する微小領域ＲＭは、単位露光領域ＥＲ内に形成された回路パターンに対応するパターンデータであって、このパターンデータは、以前のリソグラフィー工程のうちの任意の１つのリソグラフィー工程で形成した１つの回路パターンの設計データである。あるいは、上記パターンデータは、以前のリソグラフィー工程のうちの複数のリソグラフィー工程で形成した複数の回路パターンの設計データである。
【００６１】
再び図６を参照すると、位置検出工程Ｓ１３では、ＸＹステージ３を駆動することにより、位置検出系１０の検出範囲１０ｆに対してウェハＷの特定の単位露光領域ＥＲを位置合わせする（Ｓ１３ａ）。そして、位置検出系１０の複数の位置検出機構により、当該単位露光領域ＥＲ内に存在する複数の微小領域ＲＭのウェハ面内方向の位置を検出する（Ｓ１３ｂ）。検出工程Ｓ１３ｂでは、単位露光領域ＥＲ内のすべての微小領域ＲＭの位置を、微小領域ＲＭの数と同数の位置検出機構により一括的に（ほぼ同時に）検出しても良いし、すべての微小領域ＲＭの位置を複数回に分けて検出しても良い。
【００６２】
また、検出工程Ｓ１３ｂでは、単位露光領域ＥＲ内のすべての微小領域ＲＭから選択された複数の微小領域ＲＭの位置を、これと同数の位置検出機構により一括的に検出しても良いし、複数回に分けて検出しても良い。さらに、必要に応じて、ウェハＷの他の単位露光領域ＥＲを位置検出系１０の検出範囲１０ｆに位置合わせし、この単位露光領域ＥＲ内の複数の微小領域ＲＭの位置検出を繰り返す（Ｓ１３ｃ）。
【００６３】
次いで、本実施形態の露光方法では、位置検出工程Ｓ１３で得られた位置情報に基づいて、ウェハＷの単位露光領域ＥＲ内の変形状態を算出する（Ｓ１４）。変形算出工程Ｓ１４では、位置検出系１０の検出結果を受けた変形算出部１１が、ウェハＷの単位露光領域ＥＲ内に存在する複数の微小領域ＲＭの基準位置からの位置ずれ量を算出し、この位置ずれ量に関する情報に基づいて単位露光領域ＥＲ内の非線形的な変形を近似的に関数表現する。変形算出工程Ｓ１４における変形状態の算出は、例えば位置検出工程Ｓ１３の対象になった単位露光領域毎に行われる。
【００６４】
このように、位置検出工程Ｓ１３では、単位露光領域ＥＲ内に所要の分布にしたがって存在する所要数の微小領域ＲＭの位置を複数の位置検出機構により例えば一括的に検出するので、変形算出工程Ｓ１４において単位露光領域ＥＲ内の非線形的な変形、とりわけＬＳＩの回路パターン内の非線形的な変形を迅速に且つ高精度に計測（算出）することができる。なお、ウェハＷ上の複数の単位露光領域ＥＲについて位置検出工程１３を行うのであれば、前述のアライメント工程Ｓ１２は省略することもできる。
【００６５】
次いで、本実施形態の露光方法では、変形算出工程Ｓ１４で得られた変形状態の情報に基づき、必要に応じて、ウェハＷ上の単位露光領域ＥＲに露光されるべき明暗パターンの形状を変更する（Ｓ１５）。ウェハプロセスなどを経てウェハＷの単位露光領域ＥＲが変形していると、この単位露光領域ＥＲに形成された既存の回路パターンも所望の設計パターンから変形していることになる。したがって、単位露光領域ＥＲ内の変形状態が許容範囲を超えて大きい場合、当該単位露光領域ＥＲ内の既存の回路パターンに重ねて新たな回路パターン（明暗パターン）をそのまま露光すると、既存の回路パターンと新たに露光される回路パターンとの間で所望の重ね合わせ精度を得ることができない。
【００６６】
本実施形態の露光方法では、形状変更工程Ｓ１５において、主制御系７からの指令に基づいて平面反射鏡Ｍ１およびＭ２のうちの少なくとも一方の反射面の面形状を適宜変更することにより、投影光学系ＰＬに例えば所要量の歪曲収差を積極的に発生させる。その結果、単位露光領域ＥＲ内の既存の回路パターンの変形に対応するように、当該単位露光領域ＥＲに露光されるべき明暗パターンの形状が変化する。
【００６７】
最後に、本実施形態の露光方法では、ウェハＷ上の各単位露光領域ＥＲに対する投影露光を繰り返す（Ｓ１６）。各単位露光領域ＥＲには、原則として、同じ回路パターンが露光される。したがって、単位露光領域ＥＲ内の変形がウェハＷ上での単位露光領域ＥＲの位置に実質的に依存することなく、主として単位露光領域ＥＲに露光される回路パターンの面内密度分布等の特性に依存する場合、投影露光工程Ｓ１６では、変形算出工程Ｓ１４で得られた１つの代表的な単位露光領域内の変形状態に基づき、形状変更工程Ｓ１５により投影光学系ＰＬの収差を所要の状態に設定し、各単位露光領域ＥＲに対する投影露光を繰り返す。あるいは、この場合、投影露光工程Ｓ１６では、変形算出工程Ｓ１４で得られた複数の単位露光領域内の変形状態の平均値などに基づき、形状変更工程Ｓ１５により投影光学系ＰＬの収差を所要の一定状態に保ったまま、各単位露光領域ＥＲに対する投影露光を繰り返す。
【００６８】
一方、単位露光領域ＥＲ内の変形がウェハＷ上での単位露光領域ＥＲの位置（中央位置、周縁位置など）に依存する場合、投影露光工程Ｓ１６では、ウェハＷ上での位置が異なる複数の単位露光領域内の変形状態に基づき、投影光学系ＰＬの収差を適宜変化させつつ、各単位露光領域ＥＲに対する投影露光を繰り返す。あるいは、この場合、投影露光工程Ｓ１６では、ウェハＷ上のすべての単位露光領域内の変形状態に基づき、投影光学系ＰＬの収差を単位露光領域毎に調整しつつ、各単位露光領域ＥＲに対する投影露光を繰り返す。
【００６９】
以上のように、本実施形態の露光方法では、ウェハＷの単位露光領域ＥＲにほぼ等しい範囲内に入る複数の位置を検出する位置検出系（複数の位置検出機構）１０を用いて、単位露光領域ＥＲ内に形成された既存の回路パターンを含む複数の微小領域ＲＭのウェハ面内方向の位置を検出する。そして、位置検出マークとして機能する複数の微小領域ＲＭの位置情報（位置検出値）に基づいて、単位露光領域ＥＲ内の変形状態を算出し、ひいては単位露光領域ＥＲに形成された既存の回路パターンの非線形的な変形を計測する。
【００７０】
したがって、本実施形態では、単位露光領域ＥＲ内の既存の回路パターンの変形に対応するように、単位露光領域に露光されるべき明暗パターンの形状を変更することにより、ウェハＷ上での既存の回路パターンと新たに露光されるパターンとの間の重ね合わせ精度が向上する。こうして、本実施形態の露光方法では、所要の分布にしたがって存在する所要数の微小領域ＲＭに基づいて、単位露光領域ＥＲ内の非線形的な変形を迅速に且つ高精度に計測し、ウェハＷ上でのパターンの重ね合わせを高精度に行うことができる。
【００７１】
なお、上述の実施形態では、単位露光領域ＥＲ内に形成された既存の回路パターンを含む複数の微小領域ＲＭのウェハ面内方向の位置を検出することにより、単位露光領域ＥＲ内の変形状態を算出している。しかしながら、これらの複数の微小領域の位置検出に加えて、単位露光領域のストリートライン（チップ間の「切断しろ」の領域）に形成された複数の位置検出マークや、単位露光領域内に存在する機能素子の回路パターン中の余白領域に設けられた複数の位置検出マークの位置を検出することにより、単位露光領域内の変形状態を算出することもできる。
【００７２】
また、上述の実施形態では、二次元的に並列配置された複数の検出光学系（３２〜３４）と、これと同数の光電検出器３５とにより、複数の位置検出機構が構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、位置検出機構の数、配置、構成などについて様々な変形例が可能である。具体的には、図１１に示すように、位置検出マークとして機能する複数の微小領域の位置検出に共通に用いられる共通の検出鏡筒部の一例である１つの共通検出光学系５１と、共通検出光学系５１の検出範囲内（すなわち、良像視野内）に設けられた、検出部の一例である複数の撮像素子（光検出器）５２とにより複数の位置検出機構を構成することができる。なお、図１１の構成例では、互いに独立した複数の撮像素子５２を用いているが、複数の個別の撮像素子５２に代えて、例えば１つの撮像素子の撮像面上の複数の領域を複数の光検出器として用いることもできる。また、図１１の構成例では、共通検出光学系５１を複数個設けたり、図２に示す形態の１つまたは複数の位置検出機構を混在させたりすることもできる。
【００７３】
また、図１２に示すように、位置検出マークとして機能する複数の微小領域の位置検出に共通に用いられる１つの共通検出光学系５３と、共通検出光学系５３を介した光を検出するために例えば一方向に並列配置された複数の撮像素子５４ａからなるラインセンサ（光検出器）５４とにより複数の位置検出機構を構成することができる。この場合、ＸＹステージ３の作用により、複数の撮像素子５４ａの配列方向と直交する方向に沿って共通検出光学系５３に対してウェハＷを移動させつつ複数の微小領域の位置をスキャン検出することになる。図１２の構成例では、共通検出光学系５３を複数個設けたり、１つのラインセンサ５４において複数の撮像素子５４ａを二次元的に並列配置したり、複数のラインセンサ５４を並列配置したりすることもできる。
【００７４】
また、上述の実施形態では、光学的な撮像方式の位置検出機構を用いているが、これに限定されることなく、位置検出機構の検出方式について様々な変形例が可能である。具体的に、例えばラインパターンのような位置検出マークをスリット状のレーザービームスポットでスキャン（走査）し、位置検出マークからの散乱光をフォトディテクターで受光することにより、位置検出マークの位置を検出するレーザースキャン方式の位置検出機構を用いることができる。また、例えばライン・アンド・スペースパターンのような位置検出マークに対して検出光を照射し、位置検出マークからの回折光をフォトディテクターで受光することにより、位置検出マークの位置を計測する格子アライメント方式の位置検出機構を用いることもできる。そして、検出光の波長は可視光や紫外線に限られることもなく、Ｘ線等を使用することもできる。さらには、電子顕微鏡の如く、電子線を用いた撮像方式や電子線照射により生じる散乱電子等を検出する電子線型の位置検出機構を用いることもできる。
【００７５】
また、上述の実施形態では、光学面形状変更部１２において、デフォーマブルミラーからなる平面反射鏡Ｍ１およびＭ２の反射面の面形状を適宜変更している。しかしながら、これに限定されることなく、デフォーマブルミラー以外の他の適当な手段を用いて、投影光学系中の光学面の面形状を適宜変更することができる。また、上述の実施形態では、光学面形状変更部１２が、平面反射鏡Ｍ１またはＭ２の反射面の面形状を適宜変更することにより、投影光学系ＰＬの収差を変更し、ウェハＷに露光されるべき明暗パターンの形状を変更している。しかしながら、これに限定されることなく、投影光学系の物体面の近傍位置、物体面と光学的に共役な位置またはその近傍位置、あるいは投影光学系の像面の近傍位置に設けられた少なくとも１つの光学面の面形状を適宜変更することにより、所要量の歪曲収差を発生させることができる。この場合の光学面の他の例として、上記の各位置に平行平板ガラスを配置し、その平行平板ガラスを変形する（すなわち平行平板ガラスの表面を変形する）ことにより、平行平板ガラスの屈折作用によって、所要量の歪曲収差を発生させることができる。
【００７６】
このように、投影光学系中の少なくとも１つの光学面の面形状を変更することにより、投影光学系の収差を変更して、基板に露光されるべき明暗パターンの形状を変化させることができる。さらに、投影光学系の収差を変更することによっても、基板に露光されるべき明暗パターンの形状を変化させることができる。また、投影光学系の収差の変更に加えて、あるいは投影光学系の収差の変更に代えて、マスクのパターン面の面形状を変更することにより、基板に露光されるべき明暗パターンの形状を変化させることもできる。
【００７７】
また、上述の説明では、マスクＭのパターンをウェハＷの各単位露光領域に一括露光する一括型の露光方法に対して本発明の実施形態を適用しているが、これに限定されることなく、マスクＭのパターンをウェハＷの各単位露光領域に走査露光する走査型の露光方法に対しても同様に本発明の実施形態を適用することができる。この場合、走査露光中の基板の相対移動に応じて、基板に露光されるべき明暗パターンの形状を変更してもよい。
【００７８】
また、上述の説明では、転写すべきパターンが描画されたマスクＭを用いる露光方法に対して本発明の実施形態を適用しているが、これに限定されることなく、いわゆるマスクレスの露光方法に対しても同様に本発明の実施形態を適用することができる。この場合、通常のマスクに代えて、例えば所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する、いわゆる可変成形マスクを用いることができる。なお、可変成形マスクとしては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される反射型空間光変調器（例えば、デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。反射型空間光変調器を用いた露光装置は、例えば米国特許第５５２３１９３号に開示されている。また、反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。可変成形マスクを用いる場合には、可変成形マスクに入力する電子データを加工することで、可変成形マスク上のパターンの形状を変更し、これにより、投影光学系内の所定の面を変形することなく、明暗パターンの形状を変更することができるという利点がある。
【００７９】
上述の実施形態にかかる露光方法の実施に用いられる露光装置は、上述した各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように組み立てることにより製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続などが含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は、温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００８０】
上述の実施形態にかかる露光方法では、照明装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、電子デバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光方法を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、電子デバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１３のフローチャートを参照して説明する。
【００８１】
先ず、図１３のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光方法を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。
【００８２】
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【００８３】
また、本実施形態の露光方法では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、電子デバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１４のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１４において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光方法を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００８４】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【００８５】
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００８６】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採りうることは勿論である。また、出願人Ｎａｏｍａｓａ  Ｓｈｉｒａｉｓｈｉによる２００７年４月２７日付けの米国仮出願６０／９２４，０６１に開示される内容を、本件の実施形態の一部として取り込むことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光方法の実施に用いられる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の位置検出系の内部構成を概略的に示す図である。
【図３】図１の位置検出系を構成する各位置検出機構の内部構成を概略的に示す図である。
【図４】図１の投影光学系の一例として、２回結像型で反射屈折型の投影光学系の構成を概略的に示す図である。
【図５】図１の光学面形状変更部の内部構成を概略的に示す図である。
【図６】本発明の実施形態にかかる露光方法の露光シーケンスを概略的に示すフローチャートである。
【図７】ウェハの単位露光領域に複数のＬＳＩの回路パターンが形成されている様子を模式的に示す図である。
【図８】単位露光領域内に位置検出マークとして機能する複数の微小領域が存在している様子を模式的に示す図である。
【図９】微小領域としてライン・アンド・スペースパターンを選択する様子を示す図である。
【図１０】微小領域として２つの隣り合うメモリーセル群の間の余白領域を選択する様子を示す図である。
【図１１】位置検出系の変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１２】位置検出系の別の変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１３】電子デバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図１４】電子デバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８８】
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
１  照明系
２  Ｚステージ
３  ＸＹステージ
５  ウェハレーザ干渉計
７  主制御系
８  ウェハステージ駆動系
１０  位置検出系（複数の位置検出機構）
１１  変形算出部
１２  光学面形状変更部
【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９】
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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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【図１４】
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