(57)【要約】【課題】パターンの線幅ばらつき（コンタクトホールパターンの場合のホール径のばらつきなど）が抑制された状態で、パターンを物体上に形成する。【解決手段】フォーカスセンサＡＦＳの目標値、及びウエハステージ駆動系５６を介してウエハステージＷＳＴを制御して、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置から−Ｚ側にずれた第１位置にウエハＷを配置しつつＹ軸方向に移動する第１露光と、ベストフォーカス位置から＋Ｚ側にずれた第２位置にウエハＷを配置しつつ第１露光と同じ方向に移動する第２露光とが、主制御装置５０によって実行される。これにより、１回目の走査露光と２回目の走査露光とで、ウエハ表面を位置決めすべき投影光学系の光軸方向に関する目標位置をベストフォーカス位置の一側と他側にそれぞれ設定し、かつ走査方向を同じにした露光が行われる。【選択図】図１
2008171947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を走査方向に移動しつつ光学系を介して生成されるパターンで前記物体を露光する露光方法であって、
前記光学系のベストフォーカス位置から一側にずれた第１位置に前記物体を配置しつつ前記走査方向に移動して前記物体をパターンで露光する第１露光工程と；
前記ベストフォーカス位置から他側にずれた第２位置に前記物体を配置しつつ前記第１露光工程と同じ方向に移動して前記物体を前記パターンで露光する第２露光工程と；を含む露光方法。
【請求項２】
前記第１位置と第２位置とは、ベストフォーカス位置から同一量だけずれている請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記第１露光工程と前記第２露光工程とで、目標露光量が同一に設定される請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記パターンは、前記物体の移動に同期して前記走査方向に移動されるマスクに形成され、かつ前記光学系によって投影されるパターンの像である請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項５】
前記パターンは、前記物体の移動に同期してパターン発生装置によって生成され、かつ前記光学系によって投影されるパターンの像である請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項６】
前記パターンは、コンタクトホールパターンを含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
前記物体は、前記第１及び第２露光を含む多重露光が行われる請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項８】
前記第１露光工程と前記第２露光工程とで、前記物体上の同一の感光層が前記パターンで露光される請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の露光方法を用いてパターンで物体を露光する工程と；
前記物体に処理を施す工程と；を含むデバイス製造方法。
【請求項１０】
光学系を介して生成されるパターンで物体を露光する露光装置であって、
物体を保持して少なくとも一軸方向に移動可能な物体ステージと；
前記光学系の光軸方向に関する前記パターンと前記物体との位置関係を調整する調整装置と；
前記物体ステージと前記調整装置とを制御して、前記光学系のベストフォーカス位置から一側にずれた第１位置に前記物体を配置しつつ前記一軸方向に移動する第１露光と、前記ベストフォーカス位置から他側にずれた第２位置に前記物体を配置しつつ前記第１露光と同じ方向に移動する第２露光とを実行する制御装置と；を備える露光装置。
【請求項１１】
前記第１位置と第２位置とは、ベストフォーカス位置から同一量だけずれている請求項１０に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記第１露光と前記第２露光とで、目標露光量を同一に設定する請求項１０又は１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記パターンは、前記物体の移動に同期して前記一軸方向に移動されるマスクに形成され、かつ前記光学系によって投影されるパターンの像であり、前記マスクを保持して前記一軸方向に移動可能なマスクステージを更に備える請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記物体の移動に同期して変化するパターンを生成するパターン発生装置を更に備え、前記パターンは、前記パターン発生装置によって生成され、かつ前記光学系によって投影されるパターンの像である請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１５】
前記パターンは、コンタクトホールパターンを含む請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記物体は、前記第１及び第２露光を含む多重露光が行われる請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１７】
前記第１露光と前記第２露光とで、前記物体上の同一の感光層が前記パターンで露光される請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、特に半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程で好適に用いることができる露光方法及び露光装置、前記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】
近年、半導体素子、又は液晶表示素子などの電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））が比較的多く用いられている。このスキャニング・ステッパでは、特に孤立的なパターンの露光の際の投影光学系の実効的な焦点深度を確保する方法として、ＣＤＰと呼ばれる方法が採用されている。このＣＤＰは、走査露光中に、レチクルに同期して基板（基板ステージ）を走査方向に移動しつつ、露光開始から露光終了までの期間において投影光学系の光軸方向に関する基板（基板ステージ）の位置を連続的に変化させる方法である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、半導体素子は年々高集積化しており、これに伴って半導体素子の製造装置である露光装置にも解像力の更なる向上が要請されるようになってきた。このため、露光波長の短波長化とともに、開口数（ＮＡ）の大きな投影光学系が用いられるようになってきた。
【０００４】
最近では、上記の解像力の更なる向上を実現するため、ＮＡが１．０を超える投影光学系がいわゆる液浸露光技術により実現されている。
【０００５】
一方、最近になって、例えばＡｒＦエキシマレーザを光源とし、ＮＡが例えば０．７を超える高ＮＡの投影光学系を用いた走査型露光装置で、コンタクトホールパターンを対象パターンとして走査露光を行う際にＣＤＰを行うと、露光後にウエハ上のレジスト層に形成されるコンタクトホールパターン（レジスト像）の直径のばらつきが許容できないほど大きくなる場合があることが判明した。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２７７６１２号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者は、上述したコンタクトホールパターンの直径のばらつきが生じる要因を究明すべく、鋭意研究を行った。そして、そのコンタクトホールパターンの直径のばらつきが生じる主な要因は、ＣＤＰ中のオートフォーカス・レベリング制御により（周期的な）凹凸のあるウエハ表面をベストフォーカス面に合致させる際の、ウエハのＺ振動ではないかと推測にするに至った。そこで、発明者は、次のようなシミュレーションを行った。
【０００８】
露光用照明光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を用い、コヒーレンスファクタ（σ値）が０．８５の通常照明条件で、透過率６％のハーフトーンマスク上に形成された直径１６０ｎｍのコンタクトホールパターンを露光対象のパターンとし、ＮＡ０．７８で等倍の投影光学系を用いて、基板（以下、ウエハという）の露光を行い、現像後にウエハ上に直径１１０ｎｍのコンタクトホールパターン（レジスト像）を形成する、という条件を仮定した。また、露光開始から露光終了までに、フォーカス位置（投影光学系の光軸方向に関するウエハ表面の位置（Ｚ位置））を連続的に変更するＣＤＰを行うものとし、Ｚ振り幅をベストフォーカス位置Ｚbestを中心とする６００ｎｍの範囲として、ウエハ表面のＺ位置を（Ｚbest−３００ｎｍ）〜（Ｚbest＋３００ｎｍ）で連続的に変化させることとした。また、その際に、サインカーブＺ＝Ａｓｉｎωｔに従う、投影光学系の光軸方向に関する振動（Ｚ振動）が、ウエハ表面のＺ位置変化に重畳されるとのＣＤＰのシミュレーションを、Ｚ振動の振動数（周波数）ωを所定間隔で変更して、Ａ＝＋４０ｎｍの場合と、Ａ＝−４０ｎｍの場合とについて、繰り返し行った。ここで、振動数ωは、ウエハ上の１点が、露光用照明光の照射領域（所定幅Ｄ、例えば幅８ｍｍのスリット状の露光領域）を横切る間の振動の繰り返し回数である。
【０００９】
その結果、振動数ωが約０．７５の場合に、コンタクトホールの直径（以下、適宜「ホール径」と略述する）の目標値からの誤差（直径のばらつき）が最大になるという結果が得られた。
【００１０】
図４には、そのシミュレーションの結果が示されている。この図４において、横軸はＺ振動（Ｚ＝Ａｓｉｎωｔ）の振動数ωであり、縦軸はホール径ＣＤ（ｎｍ）を示す。
【００１１】
図４において、長いほうの曲線がＡ＝＋４０ｎｍの場合を示し、短いほうの曲線がＡ＝−４０ｎｍの場合を示す。また、この図４において、目標とするホール径１１０ｎｍ近傍の２本の直線は、上側の破線がHigh Frequency（走査露光中に数１０回以上の振動をする高い振動数）の場合のホール径ＣＤを示し、下側の一点鎖線が常に２０ｎｍのデフォーカスがあり、振動がない場合のホール径を示す。また、ホール径１１４ｎｍにほぼ一致している直線（点線）は、ＣＤＰのＺ振り幅が目標とする６００ｎｍより４０ｎｍ少ない５６０ｎｍの場合のホール径を示し、ホール径１０６ｎｍ近傍の直線は、ＣＤＰのＺ振り幅が目標とする６００ｎｍより４０ｎｍ多い６４０ｎｍの場合のホール径を示す。この図４のシミュレーション結果から、次のａ.〜ｃ.のことが言える。
ａ.  レジスト像線幅（この場合ホール径）ＣＤに対するウエハ表面のＺ位置の誤差の影響量は、Ｚ振動の振動数ωに依存する。
ｂ.  振動数ωが約０．７５の場合に、その影響は最大であり、影響量は、ＣＤＰのＺ振り幅が目標とする６００ｎｍから±４０ｎｍずれた場合より大きい。周波数が約０．７５の場合、Ａ＝＋４０ｎｍの場合とＡ＝−４０ｎｍ場合とで、＋／−２０ｎｍのＺ誤差により、１１ｎｍのレジスト像線幅（この場合ホール径）ＣＤの差を生じさせる。
ｃ.  振動数ωが１．５以上の場合、Ｚ振動の影響は支配的ではない。
【００１２】
上述のシミュレーションの結果から、発明者は、ＣＤＰ中のオートフォーカス・レベリング制御により周期的な凹凸のあるウエハ表面をベストフォーカス面に合致させる際にウエハに周波数が１．５より小さいＺ振動が生じているものと判断するに至った。
【００１３】
そこで、発明者は、ウエハのＺ振動を伴わない、実効的な焦点深度を確保するための技術であるＤＰ法（フレックス法とも呼ばれる）についても、上記露光条件の下で、ＤＰのＺ振り幅を３００ｎｍとして、振り幅誤差を与えたり、デフォーカスを与えたりして、線幅（この場合、ホール径）ＣＤの誤差を求めるシミュレーションを行った。この場合において、実際に走査露光中にウエハのＺ位置を第１位置（Ｚbest−１５０ｎｍ）から第２位置（Ｚbest＋１５０ｎｍ）へ、あるいは第２位置から第１位置へ瞬時に移動することはできないが、シミュレーションでは可能である。そこで、ＤＰのシミュレーションでは、走査露光期間を前半と後半に分け、前半ではウエハ表面のＺ位置を第１位置（又は第２位置）に設定し、後半ではウエハ表面のＺ位置を第２位置（又は第１位置）に設定して、走査露光を行うことを仮定した。
【００１４】
そして、ＣＤＰとＤＰとのシミュレーション結果を比較した。図５には、その比較結果の一例が示されている。
【００１５】
図５において、「Ａｍｐ.−２０ｎｍ」、「Ａｍｐ.＋２０ｎｍ」は、それぞれＺ振り幅が目標としたＺ振り幅より２０ｎｍ少ない場合、２０ｎｍ多い場合を示す。また、図５において、「Ｄｅｆｏｃｕｓ  ２０ｎｍ」は、２０ｎｍのデフォーカスがある場合を示す。また、図５において、「Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ（ｍｉｎ）」、「Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ（ｍａｘ）」は、ＣＤＰにおける、ω＝０．７５かつＡ＝＋４０ｎｍのＺ振動（Ｚ＝Ａｓｉｎωｔ）が重畳された場合、ω＝０．７５かつＡ＝−４０ｎｍの振動（Ｚ＝Ａｓｉｎωｔ）が重畳された場合をそれぞれ示す。また、ＤＰにおけるＺ振動は常にほぼ零とした。
【００１６】
この図５の比較結果から明らかなように、デフォーカスが要因となって生じる線幅誤差（この場合ホール径の誤差、すなわちホール径のばらつき）ΔＣＤは、ＣＤＰとＤＰとで同程度であるが、走査露光中のウエハのＺ振動が要因となって生じるΔＣＤは、ＣＤＰの場合は、ＤＰに比べて格段に大きくなる。一方、Ｚ振り幅誤差が要因となって生じるΔＣＤは、ＣＤＰの方がＤＰに比べて小さい（約半分程度）。
【００１７】
しかるに、実際の露光装置で、Ｚ振り幅誤差が２０ｎｍもあることは稀であるとともに、Ｚ振り幅誤差は、露光装置毎に異なるものである。
【００１８】
以上のことを前提に思考を重ねた結果、発明者は、露光を２回に分けて、かつ１回目の走査露光と２回目の走査露光とで、ウエハ表面を位置決めすべき投影光学系の光軸方向に関する目標位置を異ならせる、例えば１回目の走査露光と２回目の走査露光とで、ベストフォーカス位置の一側と他側に目標位置をそれぞれ設定することで、上記のＤＰと実質的に同じ効果の露光を実現でき、さらに上記の１回目の走査露光と２回目の走査露光とで、走査方向を同じにすることで、ホール径のばらつき低減も可能であるとの結論に至った。ホール径のばらつき低減が可能な理由は、実際の走査型露光装置では、走査露光中に前述したＺ振動は発生するが、そのＺ振動はウエハ表面の周期的な凹凸に起因する、オートフォーカス・オートレベリング時のウエハのＺ・ピッチング動作によるものであるから、オートフォーカスが正確に行われており、かつ走査方向（ウエハの移動方向）が同じであれば、計測再現性の範囲内に収まるはずである。従って、仮に振動数が小さい（低周波の）Ｚ振動が生じる場合であっても、１回目の走査露光中のＺ振動によるフォーカス誤差と２回目のＺ振動によるフォーカス誤差とが相殺されるものと考えられるからである。
【００１９】
本発明は、上述した発明者が得た新規知見に基づいてなされたもので、第１の観点からすると、物体を走査方向に移動しつつ光学系を介して生成されるパターンで前記物体を露光する露光方法であって、前記光学系のベストフォーカス位置から一側にずれた第１位置に前記物体を配置しつつ前記走査方向に移動して前記物体をパターンで露光する第１露光工程と；前記ベストフォーカス位置から他側にずれた第２位置に前記物体を配置しつつ前記第１露光工程と同じ方向に移動して前記物体を前記パターンで露光する第２露光工程と；を含む露光方法である。
【００２０】
これによれば、パターンの線幅ばらつき（コンタクトホールパターンの場合のホール径のばらつきなど）が抑制された状態で、パターンを物体上に形成することが可能になる。
【００２１】
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パターンで物体を露光する工程と；前記物体に処理を施す工程と；を含むデバイス製造方法である。
【００２２】
本発明は、第３の観点からすると、光学系を介して生成されるパターンで物体を露光する露光装置であって、物体を保持して少なくとも一軸方向に移動可能な物体ステージと；前記光学系の光軸方向に関する前記パターンと前記物体との位置関係を調整する調整装置と；前記物体ステージと前記調整装置とを制御して、前記光学系のベストフォーカス位置から一側にずれた第１位置に前記物体を配置しつつ前記一軸方向に移動する第１露光と、前記ベストフォーカス位置から他側にずれた第２位置に前記物体を配置しつつ前記第１露光と同じ方向に移動する第２露光とを実行する制御装置と；を備える露光装置である。
【００２３】
これによれば、制御装置によって、物体ステージと調整装置とを制御して、光学系のベストフォーカス位置から一側にずれた第１位置に前記物体を配置しつつ前記一軸方向に移動する第１露光と、前記ベストフォーカス位置から他側にずれた第２位置に前記物体を配置しつつ前記第１露光と同じ方向に移動する第２露光とが、実行される。これにより、１回目の走査露光と２回目の走査露光とで、物体表面を位置決めすべき投影光学系の光軸方向に関する目標位置をベストフォーカス位置の一側と他側にそれぞれ設定し、かつ走査方向を同じにした露光が行われ、パターンの線幅ばらつき（コンタクトホールパターンの場合のホール径のばらつきなど）が抑制された状態で、パターンを物体上に形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３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１０の概略構成が示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（いわゆるスキャナ）である。
【００２５】
露光装置１０は、光源１６、照明光学系１２、この照明光学系１２からの露光用照明光（以下、露光光という）ＩＬにより照明されるレチクル（マスク）Ｒを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲを介した露光光ＩＬをウエハ（物体）Ｗ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、及びこれらを制御する主制御装置５０等を備えている。
【００２６】
前記光源１６は、一例として波長１９３．４ｎｍの紫外パルス光を射出するエキシマレーザが用いられている。この光源１６内部のビームモニタの出力は、光源１６内部のレーザコントローラに供給されている。レーザコントローラは、主制御装置５０からの指令情報に基づいて光源１６を制御する。なお、光源として、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）を用いても良い。
【００２７】
前記照明光学系１２は、例えばビーム・マッチング・ユニットを含む送光光学系を介して光源１６に接続されている。照明光学系は、例えば特開２００１−３１３２５０号公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書）などに開示されるように、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を含む。また、例えば照明光学系内には、フライアイレンズの入射側に配置される、例えば交換可能な回折光学素子、光軸方向の間隔が可変である複数のプリズム（アキシコンなど）、及びズーム光学系を含む成形光学系が設けられている。この成形光学系内の光学素子の移動及び／又は交換が主制御装置５０によって制御されることで、照明光学系１２の瞳面（本例ではフライアイレンズの射出側焦点面と一致）に生成される２次光源の形状が変更可能になるとともに、その２次光源の大きさ、すなわちコヒーレンスファクタ（σ値：投影光学系のレチクル側開口数に対する２次光源からの照明光束の開口数の比）を連続的に可変とすることができる。これにより、レチクルＲの照明条件を任意に設定可能となっている。なお、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズの他、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）あるいは回折光学素子等を用いることもできる。
【００２８】
照明光学系１２から射出された露光光ＩＬは、ミラーＭ及びコンデンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴに保持されたレチクルＲ上でＸ軸方向（図１における紙面直交方向）に細長く伸びるスリット状の照明領域４２Ｒに均一な照度分布で照射される。なお、前述の照明光学系はミラーＭ及びコンデンサレンズ３２も含むものとしても良い。
【００２９】
前記レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが載置され、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、レチクルステージ駆動系４９によって走査方向（ここでは図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に所定ストローク範囲で走査される。この走査中のレチクルステージＲＳＴの位置及び回転量は、レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡５２Ｒ（又はその側面に形成される反射面）を介してレーザ干渉計５４Ｒによって計測され、このレーザ干渉計５４Ｒの計測値が主制御装置５０に供給される。
【００３０】
前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列される複数枚のレンズエレメントを含む。また、この投影光学系ＰＬは、開口数（ＮＡ）の最大値（最大ＮＡ）が例えば０．８５で、不図示の開口絞りを介して主制御装置５０によって開口数が調整可能となっている。また、投影光学系ＰＬの投影倍率βは、例えば１／４である。このため、露光光ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域４２Ｒが照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小投影され、パターンの縮小像（部分像）が表面にレジスト（感光材）が塗布された（レジスト層が形成された）ウエハＷ上の前記照明領域４２Ｒに共役な露光領域４２Ｗに生成（形成）される。
【００３１】
前記ウエハステージＷＳＴ上に、ウエハＷが、ウエハホルダ（不図示）を介して真空吸着等により保持されている。ウエハステージＷＳＴは、例えばウエハステージ駆動系５６を構成するリニアモータ等によってＸＹ平面内で自在に駆動される（Ｚ軸回りの回転（θｚ回転）を含む）とともに、ウエハステージ駆動系５６を構成する例えば３つのアクチュエータ（ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど）によってＺ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向（Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）、Ｙ軸回りの回転方向（θｙ方向））にも微小駆動される。ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報及び回転情報（Ｘ軸回りの回転（θｘ回転）、Ｙ軸回りの回転（θｙ回転）、及びＺ軸回りの回転（θｚ回転））は、ウエハステージＷＳＴに固定された移動鏡５２Ｗを介してレーザ干渉計５４Ｗにより計測され、このレーザ干渉計５４Ｗの計測値が主制御装置５０に供給される。なお、上述の６自由度ステージ（ウエハステージＷＳＴ）の代わりに、ＸＹ平面内で自在に移動するＸＹステージと、該ＸＹステージ上に搭載され、Ｚ軸方向、ＸＹ平面に対する傾斜方向に微小駆動可能なＺチルトステージとを含むウエハステージを用いても良い。また、移動鏡５２Ｗの代わりに、ウエハステージＷＳＴの端面を鏡面加工して反射面（移動鏡５２Ｗの反射面に相当）を形成しても良い。
【００３２】
また、ウエハステージＷＳＴ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な基準板ＦＰが固定されている。この基準板ＦＰの表面には、次に述べるアライメント検出系ＡＳのベースライン計測等に用いられる基準マークなどが形成されている。
【００３３】
露光装置１０には、ウエハＷに形成されたアライメントマークを検出する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。このアライメント検出系ＡＳとしては、一例としてハロゲンランプ等のブロードバンド（広帯域）光でマークを照明し、このマーク画像を画像処理することによってマーク位置を計測する画像処理方式のアライメントセンサが用いられている。アライメント検出系ＡＳの検出信号は、不図示のアライメント制御装置を介して主制御装置５０に供給される。
【００３４】
また、ウエハＷ表面のＺ軸方向の位置及び傾斜量は、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応する米国特許第５，４４８，３３２号明細書）等に開示される送光系９０ａ及び受光系９０ｂ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によって計測される。このフォーカスセンサＡＦＳの計測値も主制御装置５０に供給されている。なお、フォーカスセンサＡＦＳはその複数の計測点の少なくとも一部が前述の露光領域４２Ｗ内に設定されている。
【００３５】
さらに、本実施形態の露光装置１０では、図示が省略されているが、レチクルＲの上方に、例えば特開平７−１７６４６８号公報（対応する米国特許第５，６４６，４１３号明細書）等に開示される、露光波長の光を用いたＴＴＲ（Through The Reticle）アライメント系から成る一対のレチクルアライメント検出系が設けられ、該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を介して主制御装置５０に供給される。
【００３６】
主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を備えており、これまでに説明した各種の制御を行う他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を制御する。また、主制御装置５０は、走査露光の際の露光量の制御を行う等の他、装置全体を統括制御する。
【００３７】
具体的には、主制御装置５０は、例えば走査露光時には、レチクルステージＲＳＴを介してレチクルＲが照明領域４２Ｒに対して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶR＝Ｖで走査されるのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷが露光領域４２Ｗに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度ＶW＝β・Ｖ（βはレチクルＲからウエハＷに対する投影倍率）で走査されるように、レーザ干渉計５４Ｒ、５４Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ駆動系４９、ウエハステージ駆動系５６をそれぞれ介してレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度をそれぞれ制御する。また、ステッピングの際には、主制御装置５０はレーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づいてウエハステージ駆動系５６を介してウエハステージＷＳＴの位置を制御する。
【００３８】
次に、露光装置１０によって、１ロット（例えば２５枚又は５０枚）のウエハＷ上に、孤立のコンタクトホールパターンを含むパターンを転写する際の一連の動作について、主制御装置５０の処理アルゴリズムを示す図３のフローチャートに沿って説明する。なお、各ウエハＷ上には、既に１層以上の露光が行われ、図２に示されるように、複数、ここでは７６個のショット領域Ｓ1〜Ｓ76が形成されており、ショット領域Ｓ1〜Ｓ76に対して、孤立のコンタクトホールパターンを含むパターンを重ね合わせて形成するものとする。
【００３９】
ここで、レチクルＲとしては、例えば直径４４０ｎｍのコンタクトホールパターンが、例えば１．３μｍより大きな間隔で、複数形成された透過率６％のハーフトーンレチクルを用いるものとする。
【００４０】
まず、図３のステップ１０２において、主制御装置５０は、不図示のレチクルローダを介してレチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲをロードする。
【００４１】
次のステップ１０４では、主制御装置５０は、レチクルＲに応じた照明条件、ここでは、コヒーレンスファクタ（σ値）が０．８５の通常照明条件を、照明光学系１２内部の前述の成形光学系を介して設定する。また、主制御装置５０は、前述の開口絞りを介して投影光学系ＰＬのＮＡを０．７８に設定する。
【００４２】
次のステップ１０６において、主制御装置５０は、露光量目標値を、通常露光でウエハＷ上に与えるべき露光量の１／２に設定する。
【００４３】
次のステップ１０８において、主制御装置５０は、レチクルアライメント検出系、基準板ＦＰ及びアライメント系ＡＳ等を用いて、通常のスキャニング・ステッパ（スキャナ）と同様の手順で、レチクルアライメント及びアライメント系ＡＳのベースライン計測を行う。
【００４４】
次のステップ１１０では、主制御装置５０は、ロット内のウエハ番号を示す第１カウンタのカウント値ｍを１に初期化する（ｍ←１）。
【００４５】
次のステップ１１２では、主制御装置５０は、同一層（レイヤ）に対する何回目の露光かを示す第２カウンタのカウント値ｎを１に初期化する（ｎ←１）。
【００４６】
次のステップ１１４において、主制御装置５０は、不図示のウエハアンローダ及びウエハローダを用いてウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの交換を行う。ただし、ウエハステージＷＳＴ上にウエハＷが無い場合には、単にウエハＷをロードする。
【００４７】
次のステップ１１６において、主制御装置５０は、ウエハアライメント（例えば特開昭６１−４４４２９号公報に開示されるエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）など）を行う。
【００４８】
次のステップ１１８では、主制御装置５０は、第２カウンタのカウント値ｎが１であるか否かを判断する。この場合、ｎは１に初期化されているので、ここでの判断は肯定され、ステップ１２０に移行する。
【００４９】
ステップ１２０では、主制御装置５０は、走査露光時の目標フォーカス位置、すなわちウエハＷ表面のＺ軸方向に関する位置の目標値を、（Ｚbest−ΔＺ）に設定する。ここで、Ｚbestは、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置（予め求めた値）、ΔＺは、Ｚ振り幅の１／２、例えばＺ振り幅が３００ｎｍの場合、１５０ｎｍである。
【００５０】
次にステップ１２４において、ステップ１０４，１０６，１２０でそれぞれ設定された照明条件、露光量目標値、及び目標フォーカス位置で、上述したレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期移動を行う走査露光動作と、ショット領域の露光終了後次ショット領域の露光開始までの間にウエハステージＷＳＴを図２に示されるような経路に沿って移動するショット間移動（ステッピング）動作と、を交互に繰り返すステップ・アンド・スキャン方式の露光動作を実行する。ここで、上記の走査露光に際し、主制御装置５０は、先に設定した露光量目標値に応じたパルスエネルギ、レーザ発光の繰り返し周波数などの指令値を、レーザ光源１６内のレーザコントローラに与える。
【００５１】
図２には、このステップ・アンド・スキャン方式の露光動作中の、ウエハＷに対する露光領域４２Ｗの中心（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）の移動軌跡（経路）が示されている。ここで、実際には、露光領域４２Ｗは固定で、ウエハＷが移動するが、図２では、便宜上、固定のウエハＷ上を露光領域４２Ｗの中心が移動するように図示されている。このようにして、ウエハＷ上のショット領域Ｓ1〜Ｓ76に対するレチクルＲを用いた第１回目の走査露光が行われる。各ショット領域Ｓi（ｉ＝１〜７６）の走査露光中、主制御装置５０は、目標フォーカス位置を（Ｚbest−ΔＺ）として、フォーカスセンサＡＦＳの計測値に基づいてウエハＷ表面のＺ軸方向の位置及び傾斜量を制御する、すなわちフォーカス・レベリング制御を行う。
【００５２】
第1回目の走査露光終了後、ステップ１２６に進み、主制御装置５０は、前述したカウント値ｎが２であるか否かを判断する。この場合、カウント値ｎは１であるから、ここでの判断は否定され、主制御装置５０は、ステップ１２８でカウント値ｎを１インクリメント（ｎ←ｎ＋１）した後、ステップ１１８に戻り、第２カウンタのカウント値ｎが１であるか否かを判断する。この場合、ｎは２であるので、ここでの判断は否定され、ステップ１２２に移行する。
【００５３】
ステップ１２２では、主制御装置５０は、走査露光時の目標フォーカス位置、すなわちウエハＷ表面のＺ軸方向に関する位置の目標値を、（Ｚbest＋ΔＺ）に設定する。
【００５４】
次にステップ１２４において、主制御装置５０は、ウエハステージＷＳＴをショット領域Ｓ1の露光のための走査（加速）開始位置に戻した後、ステップ１０４，１０６，１２２でそれぞれ設定された照明条件、露光量目標値、及び目標フォーカス位置で、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作を実行する。この第２回目の露光動作に際し、主制御装置５０により、図２に示される第1回目と同じ移動軌跡（経路）に沿ってウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）が露光領域４２Ｗに対して相対移動される。また、各ショット領域Ｓi（ｉ＝１〜７６）の走査露光中、主制御装置５０は、目標フォーカス位置を（Ｚbest＋ΔＺ）として、フォーカスセンサＡＦＳの計測値に基づいてウエハＷ表面のＺ軸方向の位置及び傾斜量を制御する、すなわちフォーカス・レベリング制御を行う。
【００５５】
このようにして、異なる目標フォーカス位置での走査露光による、ウエハＷ上のショット領域Ｓ1〜Ｓ76に対するレチクルＲのパターンの二重露光が終了する。
【００５６】
第２回目の露光動作終了後、すなわち二重露光動作の終了後、主制御装置５０は、ステップ１２６で、前述したカウント値ｎが２であるか否かを判断する。この場合、カウント値ｎは２であるから、ここでの判断は肯定され、ステップ１３０に移行する。
【００５７】
ステップ１３０で、主制御装置５０は、前述した第１カウンタのカウント値ｍがＭ（Ｍは２５又は５０）であるか否かを判断する。この場合、ｍは１に初期化されているので、ここでの判断は否定され、ステップ１３２で、主制御装置５０は、カウント値ｍを１インクリメント（ｍ←ｍ＋１）した後、ステップ１１２に戻り、以後、上記ステップ１１２以下の処理を、ステップ１３０における判断が肯定されるまで、繰り返す。そして、ロット内の第Ｍ枚目のウエハＷに対する第２回目の露光が終了すると、ステップ１３０における判断が肯定され、本ルーチンの一連の処理を終了する。
【００５８】
これにより、ロット内の第２枚目以降のウエハＷに対して前述と同様の二重露光が行われ、レチクルＲのパターン（複数の孤立のコンタクトホールパターンを含むパターン）がウエハＷ上の複数のショット領域にそれぞれ形成される。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態の露光装置１０によると、主制御装置５０によって、フォーカスセンサＡＦＳ、及びウエハステージ駆動系５６を介してウエハステージＷＳＴが制御され、投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置から−Ｚ側にずれた第１位置（Ｚbest−ΔＺ）にウエハＷの露光対象のショット領域Ｓiを配置しつつＹ軸方向に移動する第１露光と、ベストフォーカス位置から＋Ｚ側にずれた第２位置（Ｚbest＋ΔＺ）にウエハＷの露光対象のショット領域Ｓiを配置しつつ第１露光と同じ方向に移動する第２露光とが、各ショット領域Ｓiについて実行される。これにより、第１露光と第２露光とで、ウエハＷ表面を位置決めすべき投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に関する目標位置を、ベストフォーカス位置の一側と他側にそれぞれ設定し、かつ走査方向を同じにした露光が行われ、投影光学系ＰＬによって投影されるレチクルＲ上のパターンの投影像で、表面にレジスト（感光材）が塗布されたウエハＷ上の各ョット領域Ｓ1〜Ｓ76を露光することができる。この場合、上記第１位置と第２位置とをそれぞれ目標フォーカス位置として、第１露光と第２露光とが、ウエハＷ上の各ショット領域に対して走査方向を同じにして行われるので、実効的な焦点深度を確保し、かつウエハＷ表面の周期的な凹凸に起因するフォーカス・レベリング時のウエハＷの振動の影響も殆どない高解像力な露光が可能になる。従って、このウエハＷを現像装置で現像することで、パターンの線幅ばらつき（コンタクトホールパターンの場合のホール径のばらつきなど）が抑制された状態で、パターン（この場合レジスト像）をウエハＷ上の各ショット領域Ｓiに形成することが可能になる。
【００６０】
なお、上記実施形態では、１回目の露光動作と２回目の露光動作とで、全く同一の移動軌跡（経路）に沿って、ウエハＷを露光領域４２Ｗに対して移動して、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行うものとしたが、本発明がこれに限定されるものではない。要は、ウエハＷ上の各ショット領域Ｓiについて、１回目の露光と２回目の露光とでその走査方向が同じであれば、全体的なウエハの移動経路は、１回目の露光と２回目の露光とで異なっていても良い。上記実施形態の方法では、１回目の露光と２回目の露光とで、ウエハＷのＸ軸方向の位置の違いも生じないので、フォーカス・レベリング時のウエハのＺ・ピッチング動作に起因するＺ振動を計測再現性の範囲内に確実に収めることができる。従って、Ｘ軸方向の位置の違いがあっても、その影響を無視できるのであれば、ウエハＷの移動経路は、特に問わない。
【００６１】
また、上記実施形態では、第１位置と第２位置とが、ベストフォーカス位置Ｚbestから同一量ΔＺだけずれている場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、第１位置と第２位置とは、それぞれベストフォーカス位置から−Ｚ側、＋Ｚ側にずれていれば良い。
【００６２】
また、上記実施形態では、前述の第１露光と第２露光とで、同一照明条件、同一の目標露光量とする場合について説明したが、例えば目標露光量は、必ずしも同一に設定する必要はない。
【００６３】
また、上記実施形態では、第１露光と第２露光とを行う場合、すなわち同一パターンを用いた２重露光を行う場合について説明したが、これに限らず、上記の第１露光と第２露光と同様の同一パターンを用いた２回の露光を含むのであれば、３重露光以上の多重露光を行っても良い。この場合、少なくとも一回の露光で照明条件及び目標露光量の少なくとも一方を異ならせても良い。
【００６４】
また、上記実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）のＺ軸方向の位置又はＸＹ平面に対する傾斜を調整することで、投影光学系ＰＬによるパターンの投影像とウエハＷの表面との投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に関する位置関係を調整する場合について説明したが、これに代えて、あるいはこれとともに、レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）及び投影光学系ＰＬの光学素子の少なくとも１つを駆動することで、走査露光中の投影光学系ＰＬによるパターンの投影像とウエハＷの表面とのＺ軸方向に関する位置関係を調整する構成を採用しても良い。さらに、露光光ＩＬの中心波長を僅かにシフトさせてパターンの投影像のウエハＷの表面との位置関係を調整してもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、フォーカスセンサＡＦＳの計測値を用いて、パターンの投影像（投影光学系ＰＬの像面）とウエハＷの表面とのＺ軸方向に関する位置関係を調整するものとしたが、他のセンサ、例えば投影光学系ＰＬとウエハステージＷＳＴとのＺ軸方向に関する位置関係を計測する干渉計を設け、この干渉計の計測値を用いて投影像とウエハとの位置関係を調整してもよい。この場合、フォーカスセンサＡＦＳを設けなくてもよいが、例えばフォーカスセンサＡＦＳを投影光学系ＰＬから離して配置し、露光動作に先立ってフォーカスセンサＡＦＳによりウエハＷの表面の位置情報を計測することとし、露光動作ではこの計測した位置情報も用いることが好ましい。
【００６６】
また、上記実施形態では、７６個のショット領域がウエハＷ上に形成される場合について説明したが、パターンが形成される物体、例えばウエハ上には、少なくとも１つのショット領域が形成されれば良い。要は、同一のショット領域に対して１回目の露光と２回目の露光とで、第１位置、第２位置をそれぞれ光軸方向のウエハの制御目標位置とし、かつ走査方向を同じにできれば良い。
【００６７】
また、上記実施形態において、露光光として、例えば国際公開第１９９９／４６８３５号パンフレット及びこれに対応する米国特許第７,０２３,６１０号明細書などに開示されているように、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ても良い。
【００６８】
また、光源としては、波長１５７ｎｍのＦ2レーザ光、波長１４６ｎｍのＫｒ2レーザ光、波長１２６ｎｍのＡｒ2レーザ光などの真空紫外光を発生する光源、あるいはｇ線、ｉ線などの輝線を発生する水銀ランプなどを使用しても良い。
【００６９】
また、投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良い。投影光学系は屈折系のみならず、反射系、及び反射屈折系（例えば、国際公開第２００４／１０７０１１号パンフレット（対応する米国特許出願公開第２００６／０１２１３６４号明細書）などに開示されるインライン型の反射屈折系など）のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
【００７０】
なお、上記実施形態では、本発明がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、本発明は、ステップ・アンド・スティッチ方式（ステップ・アンド・スキャン方式）の露光装置にも好適に適用することができる。
【００７１】
この他、例えば国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレット（対応する米国特許出願公開第２００５／０２５２５０６号明細書）、欧州特許公開第１,４２０,２９８号公報、国際公開第２００４／０５５８０３号パンフレット、米国特許第６,９５２,２５３号などに開示される、投影光学系とウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用しても良い。また、例えば特開平１０−１６３０９９号公報（対応する米国特許第６,５９０,６３４号明細書）、特表２０００−５０５９５８号公報（対応する米国特許第５,９６９,４４１号明細書）、米国特許第６,２０８,４０７号などに開示されるように、複数のステージを備えるマルチステージ型の露光装置、あるいは、例えば特開平１１−１３５４００号公報（対応する国際公開第１９９９／２３６９２号パンフレット）、特開２０００−１６４５０４号公報（対応する米国特許第６,８９７,９６３号明細書）などに開示されるように、計測部材（基準マーク、センサなど）を有する計測ステージを備える露光装置などにも本発明を適用することができる。
【００７２】
なお、上記実施形態においては、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、このマスクに代えて、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）を用いても良い。可変成形マスクとして、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器とも呼ばれる）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を用いることができる。可変成形マスクを用いる場合、その可変成形マスクを含んでウエハなどの物体（その物体を保持する物体ステージ）の移動に同期して変化するパターンを生成するパターン発生装置を構成し、そのパターン発生装置によって生成され、光学系によって投影されるパターンの像で物体を露光するようにすることができる。このようなパターン発生装置を備えた露光装置にも、本発明を好適に適用することができる。
【００７３】
また、国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハＷ上に形成することによって、ウエハＷ上にデバイスパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。
【００７４】
また、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等に形成される液晶表示素子などのディスプレイを製造するための露光装置、薄膜磁気ヘッド、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。なお、露光対象となる物体はウエハに限られるものでなく、例えばガラスプレート、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でも良いし、その形状も円形に限らず矩形などでも良い。
【００７５】
半導体デバイスは、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により前述の露光方法を実行し、レチクルのパターンの投影光学系による像でウエハを露光し、その露光後のウエハを現像するリソグラフィステップ、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。なお、露光装置として、前述した可変成形マスクを備えた露光装置を用いる場合、その可変成形マスクで生成されたパターンの光学系による像でウエハが露光される。この場合も、前述と同様の異なる目標フォーカス位置での２回の走査露光（二重露光）により、ウエハ上にデバイスパターンを形成することで、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】
【００７６】
以上説明したように、本発明の露光方法及び露光装置、並びにデバイス製造方法は、電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】一実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】ウエハ上のショット領域の配置と、ウエハに対する露光領域中心の相対的な移動軌跡（経路）とを示す図である。
【図３】１ロットのウエハ上に、孤立のコンタクトホールパターンを含むパターンを転写する際の一連の動作に際しての、主制御装置５０の処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】発明者が行ったＣＤＰに関するシミュレーション結果を示す図であって、ウエハ表面の投影光学系の光軸方向に関する位置Ｚを所定のＺ振り幅で連続的に変化させる際に、Ｚ＝Ａｓｉｎωｔ（Ａ＝＋４０ｎｍ、又はＡ＝−４０ｎｍ）に従う投影光学系の光軸方向に関する振動（Ｚ振動）が、Ｚ（ウエハ表面の位置）の変化に重畳されるとのＣＤＰのシミュレーションを、振動数ωを所定間隔で変更した場合に得られた結果を示す図である。
【図５】発明者が行った、ＣＤＰに関するシミュレーション結果とＤＰに関するシミュレーション結果とを比較した比較結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０…露光装置、５０…主制御装置、５６…ウエハステージ駆動系、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＡＦＳ…フォーカスセンサ、Ｒ…レチクル、ＲＳＴ…レチクルステージ。
【図１】
2008171947.tif 000003
【図２】
2008171947.tif 000004
【図３】
2008171947.tif 000005
【図４】
2008171947.tif 000006
【図５】
2008171947.tif 000007