(57)【要約】【課題】マスクの熱変形等による転写用のパターンの変形量を、その転写用のパターンに影響を与えることなく高精度に求める。【解決手段】レチクルＲは、デバイス用パターンＤＰが形成されたパターン面５０ａにデバイス用パターンＤＰを囲むように形成された枠状の遮光帯５４と、パターン面５０ａの遮光帯５４の外側の領域に形成された複数のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２と、パターン面５０ａに少なくとも一部が遮光帯５４にかかるように形成された複数の歪み計測用マーク５６と、を備える。【選択図】図３
2013175541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写用のパターンが形成されたマスクにおいて、
前記転写用のパターンが形成されたパターン面に前記パターンを囲むように形成された枠状の遮光帯と、
前記パターン面の前記遮光帯の外側の領域に形成された位置合わせ用の複数の第１マークと、
前記パターン面に少なくとも一部が前記遮光帯にかかるように形成された位置計測用の複数の第２マークと、
を備えることを特徴とするマスク。
【請求項２】
前記遮光帯は、第１方向に沿って互いに平行に配置された第１及び第２の辺部と、前記第１方向に直交する第２方向に沿って互いに平行に配置された第３及び第４の辺部と、を有し、
複数の前記第２マークは、前記第１方向に沿ってそれぞれ前記第１及び第２の辺部に少なくとも一部がかかるように形成された第１組及び第２組の複数のマークと、前記第２方向に沿ってそれぞれ前記第３及び第４の辺部に形成された第３組及び第４組の複数のマークと、を有することを特徴とする請求項１に記載のマスク。
【請求項３】
前記第２マークは、それぞれ前記第１方向に周期的に形成された第１周期パターンと、前記第２方向に周期的に形成された第２周期パターンと、を有することを特徴とする請求項２に記載のマスク。
【請求項４】
前記第２マークは、前記遮光帯中の幅方向の中心よりも前記パターンに対して外側に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマスク。
【請求項５】
前記第１及び第２の辺部は、前記第３及び第４の辺部よりも短く形成され、
前記第１組及び第２組の複数のマークは、それぞれ前記第１及び第２の辺部の前記パターンに対して外側の輪郭の近傍に形成されたことを特徴とする請求項２又は３に記載のマスク。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のマスクの変形量計測方法において、
前記マスクの複数の前記第２マークのうち少なくとも一部の複数の計測対象マーク又はこの像の位置を計測することと、
複数の前記計測対象マーク又はこの像の位置の計測結果から前記遮光帯で囲まれた前記パターンの変形量を求めることと、
を含むことを特徴とするマスクの変形量計測方法。
【請求項７】
複数の前記第２マークは、第１方向に沿って形成された第１組及び第２組の複数のマークと、前記第１方向に直交する第２方向に沿って形成された第３組及び第４組の複数のマークとを有し、
前記遮光帯で囲まれた前記パターンの変形量を求めることは、前記変形量の状態に応じて、前記第１組及び第２組の複数のマークと、前記第３組及び第４組の複数のマークとのうち少なくとも一方のマーク群から前記複数の計測対象マークを選択することを含むことを特徴とする請求項６に記載のマスクの変形量計測方法。
【請求項８】
前記遮光帯で囲まれた前記パターンの変形量を求めることは、複数の前記計測対象マーク又はこの像の位置の計測結果から、前記パターンの変形量を表す関数の係数を求めることを含むことを特徴とする請求項６又は７に記載のマスクの変形量計測方法。
【請求項９】
露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影系を介して物体を露光する露光方法において、
前記パターンとして、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマスクの転写用のパターンを設置することと、
前記マスクの複数の前記第２マークのうち少なくとも一部の複数の計測対象マーク又はこの像の位置を計測することと、
複数の前記計測対象マーク又はこの像の位置の計測結果から前記遮光帯で囲まれた前記パターンの変形量を求めることと、
求められた前記パターンの変形量に応じて、前記物体に露光されるパターンの形状を補正することと、
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１０】
前記計測対象マーク又はこの像の位置を計測することは、前記物体を移動するステージ側に設けられた検出器と、前記計測対象マークの前記投影系による像とを相対走査して前記計測対象マークの像の位置を計測することを含み、
前記物体に露光されるパターンの形状を補正することは、前記投影系の結像特性を補正することを含むことを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
【請求項１１】
前記露光光で前記マスクのパターン及び前記投影系を介して前記物体を露光することは、前記マスクを移動する第１ステージと前記物体を移動する第２ステージとを走査方向に前記投影系の投影倍率に応じた速度比で同期して移動することを含み、
前記物体に露光されるパターンの形状を補正することは、前記物体の露光時に、前記第１ステージと前記第２ステージとの前記走査方向の速度比を補正することを含むことを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
【請求項１２】
露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影系を介して物体を露光する露光装置において、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のマスクを、前記マスクの前記転写用のパターンが前記露光光の照明領域に配置されるように保持する第１ステージと、
前記物体を保持して移動する第２ステージと、
前記マスクの複数の前記第２マークのうち少なくとも一部の複数の計測対象マーク又はこの像の位置を計測するマーク計測系と、
前記マーク計測系の計測結果から前記マスクの前記遮光帯で囲まれた前記パターンの変形量を求める演算装置と、
前記演算装置によって求められた前記パターンの変形量に応じて、前記物体に露光されるパターンの形状を補正する補正機構と、
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
前記マーク計測系は、前記第２ステージに設けられて、前記計測対象マークの前記投影系による像をスリットを介して検出する検出系を有し、
前記補正機構は、前記投影系の結像特性を補正すること特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記露光光で前記マスクのパターン及び前記投影系を介して前記物体を露光するときに、前記第１ステージは、前記第２ステージと同期して走査方向に移動し、
前記補正機構は、前記第１ステージ及び前記第２ステージの前記走査方向の速度比を補正する機構を有することを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
【請求項１５】
請求項９〜１１のいずれか一項に記載の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
【請求項１６】
請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された基板を処理することと、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、転写用のパターンが形成されたマスク、このマスクの変形量計測技術、この変形量計測技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等のデバイス（電子デバイス又はマイクロデバイス）を生産するためのフォトリソグラフィ工程で用いられる、いわゆるステッパー又はスキャニングステッパーなどの露光装置においては、従来より、露光光の積算照射エネルギー及び環境（気圧等）の変動による投影光学系の結像特性の変動を抑制するために、例えば投影光学系中の所定の光学素子の位置等を調整して結像特性を補正する結像特性補正機構が備えられている。
【０００３】
また、最近の露光装置は、スループット（生産性）を高め、微細なパターンを解像させるためのフォトレジスト（感光材料）の低感度化に対応するために、露光光の照度が高くなっている。このため、露光光の照射エネルギーによるレチクルの発熱量が増大し、レチクルのパターンの変形量が大きくなり、この変形量が重ね合わせ精度悪化の要因として無視できないレベルになりつつある。そこで、レチクルの温度を計測し、この温度に基づいてレチクルの変形量を予測し、露光中にその予測されるレチクルの変形量に応じて投影光学系の結像特性を補正するようにした露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８４０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のようにレチクルの温度からそのパターンの変形量を予測する方法は、そのパターンの実際の変形量とレチクルの温度との関係を求めておくために、例えば最初にレチクルの温度が変化するごとにテスト露光を行い、露光後のウエハを現像してレジストパターンを形成し、重ね合わせ計測装置等でそのレジストパターンの形状を計測する必要があった。そのため、新たなレチクルを用いたプロセスを構築するまでに長い時間と多くの設備が必要になっていた。
【０００６】
また、レチクルに形成されている複数のアライメントマークの位置を計測することで、レチクルのパターンの変形量を計測又は予測することも可能である。しかしながら、通常、レチクルのアライメントマークと転写用のパターンとは離れているとともに、アライメントマークが形成されている位置は特定の位置であるため、複数のアライメントマークの位置のみからでは転写用のパターン全体の変形量を高精度に計測又は予測することは困難である。
【０００７】
さらに、実露光用のレチクルのパターン領域にはデバイス用のパターン及び異なるレイヤ間の位置合わせを行うためのマーク等が配置されているため、そのパターン領域内の特定の位置に別途、変形量計測用のマーク等を付加するのは困難である。
本発明の態様は、このような事情に鑑み、マスクの熱変形等による転写用のパターンの変形量を、その転写用のパターンに影響を与えることなく高精度に求めるか又は予測できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、転写用のパターンが形成されたマスクが提供される。このマスクは、その転写用のパターンが形成されたパターン面にそのパターンを囲むように形成された枠状の遮光帯と、そのパターン面のその遮光帯の外側の領域に形成された位置合わせ用の複数の第１マークと、そのパターン面に少なくとも一部がその遮光帯にかかるように形成された位置計測用の複数の第２マークと、を備えるものである。
【０００９】
また、第２の態様によれば、第１の態様のマスクの変形量計測方法が提供される。この変形量計測用は、そのマスクの複数のその第２マークのうち少なくとも一部の複数の計測対象マーク又はこの像の位置を計測することと、複数のその計測対象マーク又はこの像の位置の計測結果からその遮光帯で囲まれたパターンの変形量を求めることと、を含むものである。
【００１０】
また、第３の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影系を介して物体を露光する露光方法が提供される。この露光方法は、そのパターンとして、第１の態様のマスクの転写用のパターンを設置することと、そのマスクの複数のその第２マークのうち少なくとも一部の複数の計測対象マーク又はこの像の位置を計測することと、複数のその計測対象マーク又はこの像の位置の計測結果からその遮光帯で囲まれたパターンの変形量を求めることと、求められたそのパターンの変形量に応じて、その物体に露光されるパターンの形状を補正することと、を含むものである。
【００１１】
また、第４の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影系を介して物体を露光する露光装置が提供される。この露光装置は、第１の態様のマスクを、そのマスクのその転写用のパターンがその露光光の照明領域に配置されるように保持する第１ステージと、その物体を保持して移動する第２ステージと、そのマスクの複数のその第２マークのうち少なくとも一部の複数の計測対象マーク又はこの像の位置を計測するマーク計測系と、そのマーク計測系の計測結果からそのマスクのその遮光帯で囲まれたパターンの変形量を求める演算装置と、その演算装置によって求められたそのパターンの変形量に応じて、その物体に露光されるパターンの形状を補正する補正機構と、を備えるものである。
【００１２】
また、第５の態様によれば、第３の態様の露光方法又は第４の態様の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の態様によれば、少なくとも一部がその遮光帯にかかるように形成された位置計測用の複数の第２マークの少なくとも一部のマーク又はこの像の位置の計測結果から、その遮光帯で囲まれた転写用のパターンの変形量を求めることができる。従って、マスクの熱変形等による転写用のパターンの変形量を、その転写用のパターンに影響を与えることなく高精度に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の一例に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の露光装置の制御系を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）は実施形態で使用されるレチクルを示す平面図、（Ｂ）は図３（Ａ）中の遮光帯５４の第３辺部５４ｃ中の歪み計測用マーク５６を示す拡大図、（Ｃ）は図３（Ａ）中の遮光帯５４の第１辺部５４ａ中の歪み計測用マーク５６を示す拡大図である。
【図４】（Ａ）は図１の空間像計測装置を示す拡大斜視図、（Ｂ）は空間像計測装置の基準部材に投影される歪み計測用マーク５６の像を示す拡大平面図である。
【図５】（Ａ）はレチクルのパターンの熱変形の一例を示す平面図、（Ｂ）は図５（Ａ）のレチクルのパターンの像の歪みを補正して得られる格子パターン像を示す平面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｊ）は、レチクルのパターンの変形の状態とこの変形の状態を表す関数との組み合わせの例を示す図である。
【図７】全部の歪み計測用マークの像の位置ずれ量に基づいて補正されたレチクルのパターンの像の一例を示す図である。
【図８】（Ａ）はウエハの露光枚数とレチクルの熱変形量との関係を求める動作の一例を示すフローチャート、（Ｂ）はレチクルの熱変形量を補正しながら露光を行う動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】（Ａ）はＸ軸の歪み計測用マークの像の位置ずれ量に基づいて補正されたレチクルのパターンの像の一例を示す図、（Ｂ）はＹ軸の歪み計測用マークの像の位置ずれ量に基づいて補正されたレチクルのパターンの像の一例を示す図である。
【図１０】最適化した組み合わせの歪み計測用マークの像の位置ずれ量に基づいて補正されたレチクルのパターンの像の一例を示す図である。
【図１１】電子デバイスの製造工程の一例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】
【００１５】
本発明の実施形態の一例につき図１〜図８（Ｂ）を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置ＥＸの概略構成を示す。露光装置ＥＸは、一例としてスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査露光型の投影露光装置である。露光装置ＥＸは投影光学系ＰＬ（投影ユニットＰＵ）を備えており、以下においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面（ほぼ水平面に平行な面）内でレチクルとウエハとが相対走査される方向（走査方向）に沿ってＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向（非走査方向）に沿ってＸ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。
【００１６】
露光装置ＥＸは、照明系１０、照明系１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬにより照明されるレチクルＲ（マスク）を保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＩＬをウエハＷ（基板）に投射する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、及び装置全体の動作を制御するコンピュータよりなる主制御装置２０（図２参照）等を備えている。レチクルＲは、照明光ＩＬを透過するほぼ正方形（又は矩形でもよい）の平板状のガラス基板５０のパターン面５０ａ（ここでは下面）に転写用のパターンを形成したものである。
【００１７】
照明系１０は、例えば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、光源と、照明光学系とを含み、照明光学系は、回折光学素子又は空間光変調器等を含み通常照明、複数極照明、又は輪帯照明等のための光量分布を形成する光量分布形成光学系、オプティカルインテグレータを含む照度均一化光学系、視野絞り（固定レチクルブラインド及び可動レチクルブラインド）、及びコンデンサ光学系（いずれも不図示）等を有する。照明系１０は、固定レチクルブラインドで規定されたレチクルＲのパターン面５０ａのＸ方向に細長いスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。可動レチクルブラインドによって、走査露光時にその照明領域ＩＡＲはＹ方向（走査方向）に開閉されるとともに、照明領域ＩＡＲのＸ方向の幅は調整可能である。
【００１８】
照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザ若しくは固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。
レチクルＲはレチクルステージＲＳＴの上面に真空吸着等により保持され、レチクルＲのパターン面（下面）には、回路パターンなどが形成されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図４のレチクルステージ駆動系１１によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００１９】
レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１６によって、移動鏡１５（又は鏡面加工されたステージ端面）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６の計測値は、図２の主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、その計測値に基づいてレチクルステージ駆動系１１を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
【００２０】
図１において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。照明系１０からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影ユニットＰＵを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲのデバイス用パターン（回路パターン）の像が、ウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。ウエハＷは、例えばシリコン等からなる直径が２００ｍｍから４５０ｍｍ程度の円板状の基材の表面に、フォトレジスト（感光剤）を所定の厚さ（例えば２００ｎｍ程度）で塗布した基板を含む。
【００２１】
また、本実施形態では、投影ユニットＰＵの結像特性を補正するために、例えば米国特許出願公開第２００６／２４４９４０号明細書に開示されているように、投影ユニットＰＵ中の所定の複数の光学素子の光軸方向の位置、及び光軸に垂直な平面内の直交する２つの軸の回りの傾斜角を制御する結像特性補正機構４３が設けられている。図２の結像特性制御系４２が結像特性の補正量に応じて結像特性補正機構４３を駆動することで、投影ユニットＰＵの結像特性が所望の状態に維持される。結像特性制御系４２には、一例として、照明系１０中にあるインテグレータセンサ（不図示）で計測される照明光ＩＬの積算照射エネルギーの情報が供給されている。
【００２２】
また、露光装置ＥＸは、液浸法を適用した露光を行うため、投影ユニットＰＵを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ４１を保持する鏡筒４０の下端部の周囲を取り囲むように、局所液浸装置８の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。ノズルユニット３２は、露光用の液体Ｌｑ（例えば純水）を供給可能な供給口と、液体Ｌｑを回収可能な多孔部材（メッシュ）が配置された回収口とを有する。ノズルユニット３２の供給口は、供給流路及び供給管３１Ａを介して、液体Ｌｑを送出可能な液体供給装置８６（図２参照）に接続されている。
【００２３】
液浸法によるウエハＷの露光時に、液体供給装置８６から送出された液体Ｌｑは、図１の供給管３１Ａ及びノズルユニット３２の供給流路を流れた後、その供給口より照明光ＩＬの光路空間を含むウエハＷ上の液浸領域に供給される。また、液浸領域からノズルユニット３２の回収口を介して回収された液体Ｌｑは、回収流路及び回収管３１Ｂを介して図２の液体回収装置８９に回収される。なお、液浸タイプの露光装置としない場合には、上記の局所液浸装置８は設けなくともよい。
【００２４】
図１において、ウエハステージＷＳＴは、不図示の複数のエアパッドを介して、ベース盤１２のＸＹ面に平行な上面１２ａ上に非接触で支持されている。また、ウエハステージＷＳＴは、例えば平面モータ、又は直交する２組のリニアモータを含むステージ駆動系９２（図２参照）によってＸ方向及びＹ方向に駆動可能である。露光装置ＥＸは、ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するためにレーザ干渉計よりなるウエハ干渉計１８及びエンコーダシステム（図２のＹリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃ及びＸリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄ）を含む位置計測システムを備えている。Ｙリニアエンコーダ７０Ａ，７０Ｃは、ウエハステージＷＳＴの上面にウエハＷをＸ方向に挟むように設けられたＹ方向を周期方向とする１対の回折格子と、これら１対の回折格子に計測光を照射して発生する回折光を検出してその回折格子のＹ方向の相対変位を検出する２組の検出ヘッドとを有する。そして、Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄは、ウエハステージＷＳＴの上面にウエハＷをＹ方向に挟むように設けられたＸ方向を周期方向とする１対の回折格子と、これら１対の回折格子に計測光を照射して発生する回折光を検出してその回折格子のＸ方向の相対変位を検出する２組の検出ヘッドとを有する。なお、ウエハ干渉計１８及びエンコーダシステムは、そのうちの一方を備えているだけでもよい。
【００２５】
ウエハステージＷＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む）は、ウエハ干渉計１８及び／又はエンコーダシステムによって例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出され、その計測値は、図２の主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、その計測値に基づいてステージ駆動系９２を制御することで、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。
【００２６】
ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動されるステージ本体９１と、ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体９１内に設けられて、ステージ本体９１に対するウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向のチルト角を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。ウエハテーブルＷＴＢの中央の上部には、ウエハＷを真空吸着等によってほぼＸＹ平面に平行な吸着面上に保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。
【００２７】
また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（又は保護部材）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きい円形の開口が形成された高平面度の平板状のプレート体２８が設けられている。
また、ウエハステージＷＳＴの上部に、レチクルＲのパターン面に形成されているマーク等の投影ユニットＰＵによる像の位置を計測するための空間像計測装置４５が配置されている。
【００２８】
図４（Ａ）に示すように、空間像計測装置４５は、ウエハステージＷＳＴの上面のウエハＷに近接した位置に、表面がウエハＷの表面と同じ高さになるように固定された基準部材４６を有する。基準部材４６の表面には、遮光膜中にＹ方向に平行にスリット状に形成された開口パターン（以下、Ｘ軸スリットという）４７Ｘ、及びＸ軸スリット４７Ｘを９０°回転した形状のＹ軸スリット４７Ｙが形成されている。また、ウエハステージＷＳＴ内に、投影ユニットＰＵから射出されてＸ軸スリット４７Ｘ及びＹ軸スリット４７Ｙを通過した照明光をそれぞれ集光するレンズ４８Ｘ及び４８Ｙと、レンズ４８Ｘ及び４８Ｙで集光された照明光を検出する光電検出器４９Ｘ及び４９Ｙが設けられている。光電検出器４９Ｘ，４９Ｙの検出信号は、信号ラインを介して外部の信号処理部３４に供給されている。基準部材４６、レンズ４８Ｘ，４８Ｙ、光電検出器４９Ｘ，４９Ｙ、及び信号処理部３４から空間像計測装置４５が構成されている。
【００２９】
信号処理部３４にはウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置を示す位置情報も供給されている。信号処理部３４において、一例としてその２つの検出信号を個別に所定の閾値で２値化して、２値化された信号からウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置を求めることで、投影ユニットＰＵによって基準部材４６の表面に形成されるマークの像の位置を計測できる。この計測結果は主制御装置２０に供給される。
【００３０】
図１において、露光装置ＥＸは、ウエハＷの各ショット領域に付設されているアライメントマークの位置を検出するための例えば画像処理方式のアライメント系ＡＬを有する。さらに、露光装置ＥＸは、図２に示すように、照射系９０ａ及び受光系９０ｂから成る、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（以下、多点ＡＦ系と呼ぶ。）９０を備えている。ＡＦ系９０によって、ウエハＷの表面の例えばＸ方向に配列された複数の計測点でＺ方向の位置を計測できる。この計測情報に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＺ・レベリング機構を駆動することで、露光中にウエハＷの表面が投影ユニットＰＵの像面に合焦される。
【００３１】
ウエハＷの露光時に、基本的な動作として、ウエハＷのアライメントが行われた後、ウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向への移動（ステップ移動）によって、ウエハＷの露光対象のショット領域が投影ユニットＰＵの露光領域の手前に移動する。そして、主制御装置２０の制御のもとで、レチクルＲのパターンの一部の投影ユニットＰＵによる像でウエハＷの当該ショット領域を露光しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期して駆動することによって、投影ユニットＰＵに対してレチクルＲ及びウエハＷを例えば投影倍率を速度比としてＹ方向に走査することによって、当該ショット領域の全面にレチクルＲの転写用パターンの像が走査露光される。以下、そのステップ移動と走査露光とを繰り返すことによって、ウエハＷの全部のショット領域にレチクルＲのパターンの像が露光される。
【００３２】
さて、このように例えば複数ロットのウエハを露光していくと、照明光ＩＬの照射エネルギーに起因する熱変形（熱膨張）よってレチクルＲの転写用のパターンが次第に変形する。このようにパターンが変形した状態でウエハＷを露光すると、ウエハＷの各ショット領域に形成される回路パターンの重ね合わせ精度の低下、及びパターン忠実度又は線幅均一性の低下等が生じて、最終的に製造される半導体デバイスの歩留まりの低下等を招く恐れがある。そこで、本実施形態の露光装置ＥＸは、レチクルＲの転写用のパターンの変形量を計測又は予測する機構を備えている。なお、照明光ＩＬの積算照射エネルギー及び環境（例えば温度及び気圧）の変動に起因する投影ユニットＰＵ自体の結像特性の変動量は、高精度に予測することが可能であり、その変動に対する補正は、例えば結像特性補正機構４３によって高精度に行うことができる。
【００３３】
まず、図３（Ａ）は、本実施形態で半導体デバイス製造用に使用される図１のレチクルＲのガラス基板５０のパターン面５０ａを示す。なお、図３（Ａ）は透視図であり、レチクルＲのパターン面５０ａは実際には紙面の裏側の方向の面を表している。また、図３（Ａ）の座標系（Ｘ，Ｙ）は、レチクルＲを図１のレチクルステージＲＳＴにロードした状態の露光装置ＥＸの座標系と同じであり、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）が走査露光時のレチクルＲの走査方向である。
【００３４】
レチクルＲの一辺の幅ＬＭのほぼ正方形のパターン面５０ａに、金属膜等の照明光ＩＬを遮光する遮光膜より、Ｘ方向の幅ＬＸ及びＹ方向の長さＬＹで、幅ａのＹ方向に細長い長方形の枠状の遮光帯５４が形成され、遮光帯５４の内側のパターン領域５２に、転写用のパターンとしてのデバイス用パターンＤＰが形成されている。デバイス用パターンＤＰ内には、このパターンに応じた回路パターンが形成されるレイヤと他のレイヤとの重ね合わせ用のマークを形成するためのパターン又はマーク（不図示）が形成されていてもよい。一例として、パターン面５０ａ（ガラス基板５０）の幅ＬＭは１５２ｍｍ程度、遮光帯５４の幅ＬＸは１１０ｍｍ程度、長さＬＹは１４０ｍｍ程度で、遮光帯５４の幅ａは３〜４ｍｍ程度である。以下の説明では、一例として遮光帯５４の幅ａは３．５ｍｍ程度であるとする。
【００３５】
また、レチクルＲのパターン面５０ａの遮光帯５４の外側の領域において、遮光帯５４をＸ方向に対称に挟むように、Ｙ方向に沿った第１列の複数のアライメントマークＲＭ１及び第２列の複数のアライメントマークＲＭ２が形成され、遮光帯５４をＹ方向に対称に挟むように、Ｘ方向に沿った第３列の２つのアライメントマークＲＭ３及び第４列の２つのアライメントマークＲＭ４が形成されている。レチクルＲのアライメントマーク（以下、レチクルマークという。）ＲＭ１〜ＲＭ４は、それぞれ例えばＸ方向に周期的なライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという。）とＹ方向に周的なＬ＆Ｓパターンとを組み合わせた２次元マークである。一例として、第１列及び第２列のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２は、それぞれ遮光帯５４の−Ｙ方向の端部の外側の３箇所、中央の外側の一箇所、及び＋Ｙ方向の端部の外側の３箇所に形成されている。なお、レチクルマークＲＭ１〜ＲＭ４の配置及びその個数は任意である。
【００３６】
レチクルマークＲＭ１〜ＲＭ４の少なくとも一部はレチクルＲのアライメントに使用される。レチクルマークＲＭ１〜ＲＭ４は、遮光帯５４と、パターン領域５２に微細な塵等が付着するのを防止するためのペリクル（防塵膜）（不図示）を支持するペリクルフレーム（不図示）の内枠（点線の枠５１で示されている）とで囲まれた、幅が数ｍｍの領域に形成されている。なお、遮光帯５４をＹ方向に挟むように形成されている第３列及び第４列のレチクルマークＲＭ３，ＲＭ４は、遮光帯５４のパターン領域５２に対して外側のエッジ部付近に、一部が遮光帯５４にかかるように形成されていてもよい。
【００３７】
本実施形態の遮光帯５４は、パターン領域５２をＹ方向に挟むようにＸ方向に平行に配置された幅ａの第１辺部５４ａ及び第２辺部５４ｂと、パターン領域５２をＸ方向に挟むようにＹ方向に平行に配置された幅ａの第３辺部５４ｃ及び第４辺部５４ｄとを有する。そして、一例として、第１辺部５４ａ及び第２辺部５４ｂ内のパターン領域５２と反対側のエッジ部の近傍に、それぞれＸ方向にピッチ（周期）ｂで第１組５５Ａ及び第２組５５Ｂの複数の変形量計測用のマーク（以下、歪み計測用マークという。）５６が形成されている。また、一例として、第３辺部５４ｃ及び第４辺部５４ｄ内に、それぞれＹ方向にピッチｂで第３組５５Ｃ及び第４組５５Ｄの複数の歪み計測用マーク５６が形成されている。
【００３８】
遮光帯５４内のデバイス用パターンＤＰの変形量を多数の評価点で高精度に計測又は予測するためには、第１組５５Ａ〜第４組５５Ｄの歪み計測用マーク５６の配列のピッチｂはできるだけ小さいこと、即ち歪み計測用マーク５６の個数はできるだけ多いことが好ましい。このため、歪み計測用マーク５６の個数は、デバイス用パターンＤＰの変形量の必要な計測精度に応じて定められる。一例として、歪み計測用マーク５６の配列のピッチｂは５〜１０ｍｍ程度である。なお、第１組５５Ａ〜第４組５５Ｄの歪み計測用マーク５６の配列のピッチは互いに異なっていてもよく、歪み計測用マーク５６は不等間隔で配置されていてもよい。これらの場合、第１組５５Ａ〜第４組５５Ｄの歪み計測用マーク５６の配列の個数は例えば５〜７個程度であってもよい。
【００３９】
代表的に、図３（Ａ）中の遮光帯５４の第３辺部５４ｃ中の歪み計測用マーク５６は、一例として図３（Ｂ）に示すように、第３辺部５４ｃの幅ａの範囲内で、Ｙ軸に平行な中心線Ｂ１に対してパターン領域５２と反対側の−Ｘ方向側（幅ａ／２の範囲内）に形成されている。そして、歪み計測用マーク５６は、Ｙ方向に細長い透過部よりなる複数のラインパターン５８Ｘａを、Ｘ方向に所定ピッチで、かつＸ軸（又はＹ軸）に対して４５°で交差する特定方向に沿ってＹ方向に次第にずらして配列してなるＸ軸のＬ＆Ｓパターン５８Ｘと、Ｘ方向に細長い透過部よりなる複数のラインパターン５８Ｙａを、Ｙ方向に所定ピッチで、かつその特定方向に沿ってＸ方向に次第にずらして配列したＹ軸のＬ＆Ｓパターン５８Ｙとを対向するように形成したものである。Ｌ＆Ｓパターン５８Ｘ及び５８Ｙのピッチは互いに同じであり、ラインパターン５８Ｘａ，５８Ｙａの線幅はそのピッチの１／２である。一例として、ラインパターン５８Ｘａ，５８Ｙａの線幅は、それらの像５８ＸａＰ，５８ＹａＰ（図４（Ｂ）参照）の線幅ｄの段階で１００ｎｍ〜１μｍ程度であり、Ｌ＆Ｓパターン５８Ｘ，５８Ｙを構成するラインパターンの本数は数１０本である。
【００４０】
一例として投影ユニットＰＵの投影倍率を１／４倍、ラインパターンの像の線幅をほぼ最大値の１μｍ（ピッチで２μｍ）、Ｌ＆Ｓパターン５８Ｘ，５８Ｙを構成するラインパターンの本数を５０本とすると、遮光帯５４中でのＬ＆Ｓパターン５８Ｘ（ひいては歪み計測用マーク５６）のＸ方向の幅はほぼ４００（＝２・４・５０）μｍとなる。本実施形態では、遮光帯５４の幅ａは３．５ｍｍ程度であるため、歪み計測用マーク５６は、遮光帯５４の幅ａの第３辺部５４ｃ内で中心線Ｂ１に対して−Ｘ方向側の領域に容易に形成できる。同様に、図３（Ａ）の第４辺部５４ｄ内の歪み計測用マーク５６は、第３辺部５４ｃ内の歪み計測用マーク５６とほぼ対称な位置に、即ち中心線に対して＋Ｘ方向側に形成されている。なお、遮光帯５４の幅ａが狭いような場合には、歪み計測用マーク５６を第３辺部５４ｃ及び第４辺部５４ｄの中央付近に形成することも可能である。
【００４１】
また、図３（Ａ）中の遮光帯５４の第１辺部５４ａ中の歪み計測用マーク５６は、一例として図３（Ｃ）に示すように、第１辺部５４ａの幅ａの範囲内でＸ軸に平行な中心線Ｂ２に対してパターン領域５２と反対側である＋Ｙ方向側の領域（幅ａ／２の領域）、及び第１辺部５４ａのパターン領域５２と反対側のエッジ部に設けられた遮光膜よりなる凸部５７の中に形成されている。同様に、図３（Ａ）の第２辺部５４ｂに少なくとも一部がかかる歪み計測用マーク５６は、図３（Ｃ）の歪み計測用マーク５６とほぼ対称な位置に、即ち第２辺部５４ｂの中心線に対して−Ｙ方向側の領域、及び第２辺部５４ｂのパターン領域５２と反対側のエッジ部に設けられた遮光膜よりなる凸部の中に形成されている。なお、凸部５７を省略して、第１辺部５４ａ及び第２辺部５４ｂ内の中心線に対してパターン領域５２と反対側の領域内に歪み計測用マーク５６を形成してもよい。この場合、遮光帯５４の幅が狭いときには、歪み計測用マーク５６を第１辺部５４ａ及び第２辺部５４ｂ内の中心付近に形成することも可能である。
【００４２】
図３（Ａ）において、通常の走査露光時には、図１の照明系１０からの照明光ＩＬによる照明領域ＩＡＲは、レチクルＲのパターン面５０ａで遮光帯５４の第３辺部５４ｃ及び第４辺部５４ｄ内に両端のエッジ部が入る大きさに設定される。そして、照明領域ＩＡＲに対してレチクルＲは走査方向（Ｙ方向）に走査される。この場合、第３辺部５４ｃ及び第４辺部５４ｄ内の歪み計測用マーク５６の像がウエハＷに投影されないように、照明領域ＩＡＲの±Ｘ方向の両端のエッジ部は、相対的に第３辺部５４ｃ及び第４辺部５４ｄ内で歪み計測用マーク５６の内側を通ることが好ましい。
【００４３】
また、通常の走査露光時に、照明領域ＩＡＲの±Ｙ方向の一方のエッジ部が、遮光帯５４の第１辺部５４ａ又は第２辺部５４ｂ内にかかると、他方のエッジ部は照明領域ＩＡＲを閉じるように移動する。従って、遮光帯５４の第１辺部５４ａ及び第２辺部５４ｂにおいて中心線に関してパターン領域５２に対して反対側の領域内にある第１組５５Ａ及び第２組５５Ｂの歪み計測用マーク５６の像がウエハＷに投影されることはない。
【００４４】
また、露光装置ＥＸにおいて、レチクルＲのアライメント又はレチクルＲの熱変形量を計測する場合には、照明系１０中の可動レチクルブラインド（不図示）の制御によって、照明光ＩＬはレチクルＲのパターン面５０ａにおいて、図３（Ａ）に示すように、Ｘ方向に広い計測用の照明領域ＩＡＲＡを照明する。照明領域ＩＡＲＡのＸ方向の幅は、遮光帯５４及びレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２を含む範囲に設定されている。この照明領域ＩＡＲＡに対して、レチクルＲをＹ方向に移動して、目標とするレチクルマークＲＭ１〜ＲＭ４又は歪み計測用マーク５６を照明領域ＩＡＲＡ内に収め、それらのマークの像の位置を空間像計測装置４５で計測することで、レチクルＲのアライメント又はレチクルＲの熱変形量を計測できる。なお、Ｙ方向の外側のレチクルマークＲＭ３，ＲＭ４のみを計測する場合には、露光時の照明領域ＩＡＲを使用することが可能であり、歪み計測用マーク５６のみを計測する場合には、照明領域ＩＡＲのＸ方向の両端は遮光帯５４の±Ｘ方向の外側のエッジ部付近まで広げるだけでよい。
【００４５】
空間像計測装置４５によって歪み計測用マーク５６の像の位置を計測する場合には、ウエハステージＷＳＴの駆動によって、図４（Ｂ）に示すように、歪み計測用マーク５６の投影ユニットＰＵによる像５６Ｐが投影される位置に、空間像計測装置４５の基準部材４６が移動する。なお、説明の便宜上、図４（Ｂ）及び以下の説明では、投影ユニットＰＵによる像は正立像であるものとしている。その状態で、ウエハステージＷＳＴを矢印Ｂ３で示すようにＸ軸に対して４５°で交差する方向に移動して、基準部材４６のスリット４７Ｘ及び４７Ｙでそれぞれ歪み計測用マーク５６のＸ軸のＬ＆Ｓパターン５８Ｘの像５８ＸＰ及びＹ軸のＬ＆Ｓパターン５８Ｙの像５８ＹＰを走査しながら、図４（Ａ）の光電検出器４９Ｘ，４９Ｙの検出信号を信号処理部３４に取り込む。そして、信号処理部３４で、複数のラインパターンの像５８ＸＰ及び５８ＹＰの位置の例えば平均位置を求めることで、歪み計測用マーク５６の像５６ＰのウエハステージＷＳＴの座標系（Ｘ，Ｙ）上での位置（ＤＭＸ，ＤＭＹ）を求めることができる。この際に、像５６Ｐに対して基準部材４６を斜め方向に１回走査するのみで、像５６ＰのＸ方向及びＹ方向の位置を求めることができるため、複数の歪み計測用マーク５６の像の位置を効率的に計測できる。
【００４６】
次に、図５（Ａ）は、本実施形態において照明光ＩＬの照射エネルギーによる熱膨張によって、パターン領域５２のデバイス用パターンＤＰが大きく変形したレチクルＲを示す。なお、図５（Ａ）等では、レチクルＲ又はこの像ＲＰの変形量を誇張して示している。また、照明光ＩＬの照射エネルギーの積算値がある程度以上になると、レチクルＲの変形量は飽和することが知られている。図５（Ａ）において、点線の格子パターン６０中のＸ方向にＩ列でＹ方向にＪ列（Ｉ，Ｊは２以上の整数）に配列された複数の格子点が、変形する前のデバイス用パターンＤＰの評価点Ａ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜Ｉ，ｊ＝１〜Ｊ）である。格子パターン６０をＹ方向及びＸ方向に挟むように配列された遮光帯５４の２つの辺部５４ａ，５４ｂ及び２つの辺部５４ｃ，５４ｄは直線で表され、辺部５４ａ〜５４ｄに沿って第１組５５Ａ〜第４組５５Ｄの歪み計測用マーク５６が配置されている。この場合、デバイス用パターンＤＰの評価点Ａ（ｉ，ｊ）の配列数Ｉ，Ｊは、第１組５５Ａ（Ｘ方向）及び第３組５５Ｃ（Ｙ方向）の歪み計測用マーク５６の配列数と同じである。
【００４７】
また、熱膨張によって変形したデバイス用パターンＤＰの各評価点Ｂ（ｉ，ｊ）は変形する前は評価点Ａ（ｉ，ｊ）の位置にあった点であり、変形後の評価点Ｂ（ｉ，ｊ）を格子点とする実線の格子パターン６１Ａが変形後のデバイス用パターンＤＰを表している。なお、変形の線形成分は補正済みである。そして、格子パターン６１ＡをＹ方向に挟む２つの実線の曲線６３Ａ，６３Ｂ（変形後の遮光帯５４の辺部５４ａ，５４ｂ）に沿って、第１組５５Ａ及び第２組５５Ｂの変位した後の歪み計測用マーク５６Ｈが配置され、格子パターン６１ＡをＸ方向に挟む２つの実線の曲線６３Ｃ，６３Ｄ（変形後の遮光帯５４の辺部５４ｃ，５４ｄ）に沿って、第３組５５Ｃ及び第４組５５Ｄの変位した後の歪み計測用マーク５６Ｈが配置されている。歪み計測用マーク５６Ｈは、デバイス用パターンＤＰの変形に応じて変位した後の歪み計測用マーク５６を表している。
【００４８】
本実施形態では、変形した格子パターン６１Ａを囲む変位した後の第１組５５Ａ〜第４組５５Ｄの歪み計測用マーク５６Ｈの投影ユニットＰＵによる像の位置を空間像計測装置４５によって計測し、この計測結果から計算によって変形後の格子パターン６１Ａの各評価点Ｂ（ｉ，ｊ）の像の位置を求め、求めた位置を図２の演算装置４４に供給する。演算装置４４では、その求められた像の位置から以下で説明するようにデバイス用パターンＤＰの変形量を求め、この変形量の情報を結像特性制御系４２に供給する。結像特性制御系４２では、その変形量を補正（相殺）するように結像特性補正機構４３で投影ユニットＰＵの結像特性を補正する。
【００４９】
本実施形態では、デバイス用パターンＤＰを複数の評価点Ａ（ｉ，ｊ）で表し、レチクルＲの熱変形によって評価点Ａ（ｉ，ｊ）がＸ方向及びＹ方向に変位して評価点Ｂ（ｉ，ｊ）に移動するものとする。そして、評価点Ａ（ｉ，ｊ）から評価点Ｂ（ｉ，ｊ）へのＸ方向の変位ｄｘ及びＹ変位の分布ｄｙを、それぞれＸ方向及びＹ方向の位置ｘ及びｙの関数ｆｍ（ｘ，ｙ）及びｇｍ（ｘ，ｙ）と係数ｋ（２ｍ−１）及びｋ２ｍ（ｍは１以上の整数）とを用いて次のように表す。なお、関数ｇｍ（ｘ，ｙ）は関数ｆｍ（ｘ，ｙ）において位置ｘ，ｙを入れ替えたものである。また、実際には、投影像として計測されるため、関数ｆｍ（ｘ，ｙ）及びｇｍ（ｘ，ｙ）を投影倍率に応じて縮小した関数が使用される。
【００５０】
ｄｘ＝ｋ（２ｍ−１）・ｆｍ（ｘ，ｙ）  …（１Ａ）
ｄｙ＝ｋ２ｍ・ｇｍ（ｘ，ｙ）  …（１Ｂ）
図６（Ａ）〜（Ｊ）は、整数ｍの値が１〜１０の場合の関数ｆｍ（ｘ，ｙ）及びｇｍ（ｘ，ｙ）の具体的な形の例を示す。整数ｍの値が１１以上の場合の関数も同様に定義できる。例えば、図６（Ａ）（ｍ＝１）では、ｄｘ＝ｋ１・ｆ１（ｘ，ｙ）＝ｋ１，ｄｙ＝ｋ２・ｇ１（ｘ，ｙ）＝ｋ２（オフセット）であり、図６（Ｂ）（ｍ＝２）では、ｄｘ＝ｋ３・ｆ２（ｘ，ｙ）＝ｋ３・ｘ，ｄｙ＝ｋ４・ｇ２（ｘ，ｙ）＝ｋ４・ｙ（線形倍率誤差）であり、図６（Ｃ）（ｍ＝３）では、ｄｘ＝ｋ５・ｆ３（ｘ，ｙ）＝ｋ５・ｙ，ｄｙ＝ｋ６・ｇ３（ｘ，ｙ）＝ｋ６・ｘ（横ずれ）であり、図６（Ｄ）（ｍ＝４）では、ｄｘ＝ｋ７・ｆ４（ｘ，ｙ）＝ｋ７・ｘ2，ｄｙ＝ｋ８・ｇ４（ｘ，ｙ）＝ｋ８・ｙ2（非線形の倍率誤差）であり、図６（Ｅ）（ｍ＝４）では、ｄｘ＝ｋ９・ｆ４（ｘ，ｙ）＝ｋ９・ｘ・ｙ，ｄｙ＝ｋ１０・ｇ４（ｘ，ｙ）＝ｋ１０・ｙ・ｘ（ディストーション）である。関数ｆｍ（ｘ，ｙ）及びｇｍ（ｘ，ｙ）としては互いに直交している関数を使用してもよい。さらに、関数ｆｍ（ｘ，ｙ）及びｇｍ（ｘ，ｙ）としては他の任意の位置ｘ，ｙの関数を使用可能である。
【００５１】
そして、本実施形態の演算装置４４では、一例として、図５（Ａ）のデバイス用パターンＤＰを囲む第１組５５Ａ〜第４組５５Ｄの歪み計測用マーク５６Ｈ（変位後の歪み計測用マーク５６）の像の位置のＸ方向及びＹ方向へのずれ量を表す関数Ｆ（ｘ，ｙ）及びＧ（ｘ，ｙ）を、式（１Ａ）及び（１Ｂ）の関数ｆｍ（ｘ，ｙ）及びｇｍ（ｘ，ｙ）に分解（フィッティング）し、分解された関数ｆｍ（ｘ，ｙ）及びｇｍ（ｘ，ｙ）の係数ｋ（２ｍ−１）及びｋ２ｍ（ｍ＝１，２，…）を求める。これらの係数ｋ（２ｍ−１）及びｋ２ｍの集合によってレチクルＲのデバイス用パターンＤＰの変形の状態が表されている。
【００５２】
ここでは比較のために、図５（Ａ）の変形した格子パターン６１Ａの像の全部の位置データに基づいて、関数ｆｍ（ｘ，ｙ）及びｇｍ（ｘ，ｙ）の係数ｋ（２ｍ−１）及びｋ２ｍ（ｍ＝１，２，…）を求め、これらの係数に基づいて図１の結像特性補正機構４３を用いて投影ユニットＰＵの結像特性を補正する場合のシミュレーションの結果を示す。このとき、整数ｍの値が１〜９の範囲の係数ｋ１〜ｋ１８の値に基づいて結像特性補正機構４３を介して結像特性を補正した投影ユニットＰＵを用いて、図５（Ａ）のレチクルＲのパターンを投影して得られるレチクルＲの像ＲＰを図５（Ｂ）に示す。なお、図５（Ｂ）及び後述の図７等では、説明の便宜上、レチクルＲの像ＲＰは等倍の正立像で表されている。図５（Ｂ）において、評価点Ｑ（ｉ，ｊ）を格子点とする格子パターン像６１ＡＰ（パターン領域の像５２Ｐ内のデバイス用パターンの像ＤＰＰ）は、図５（Ａ）の変形後の格子パターン６１Ａ（デバイス用パターンＤＰ）の、結像特性が補正された投影ユニットＰＵによる像である。また、格子パターン像６１ＡＰを囲む実線の曲線６３ＡＰ，６３ＢＰ，６３ＣＰ，６３ＤＰに沿った歪み計測用マーク５６の像５６ＨＰは、図５（Ａ）の格子パターン６１Ａを囲む歪み計測用マーク５６Ｈの像である。以下では、格子パターン像（以下、「理想格子パターン像」という。）６１ＡＰを基準として、レチクルＲの熱歪みによる投影像の変形を補正した後に得られるレチクルＲのパターンの像を説明する。
【００５３】
そして、図５（Ａ）の第１組５５Ａ〜第４組５５Ｄの歪み計測用マーク５６Ｈの像の全部の位置のずれ量を表す関数Ｆ（ｘ，ｙ）及びＧ（ｘ，ｙ）から関数ｆｍ（ｘ，ｙ）及びｇｍ（ｘ，ｙ）の係数ｋ１〜ｋ１８の値を求め、これらの値に基づいて結像特性補正機構４３を介して結像特性を補正した投影ユニットＰＵを用いて、図５（Ａ）のレチクルＲのパターンを投影して得られる像ＲＰを図７に示す。図７において、点線の格子パターン像６１Ｃが歪み計測用マーク５６Ｈの像の位置のずれ量に基づいて補正した後のデバイス用パターンＤＰの像に対応しており、実線の格子パターンが理想格子パターン像６１ＡＰである。これによって、レチクルＲの熱変形によってデバイス用パターンＤＰが図５（Ａ）のように変形した場合でも、投影ユニットＰＵの結像特性の補正によってデバイス用パターンＤＰの像を比較的に理想格子パターン像６１ＡＰに近い状態まで補正できることが分かる。
【００５４】
このようにレチクルＲの遮光帯５４中の歪み計測用マーク５６の像の位置を計測し、この計測結果に基づいてレチクルＲのデバイス用パターンＤＰの像を補正することは、例えば所定枚数のウエハの露光毎に実行することも可能である。また、実際にウエハを露光する前に予め照明光ＩＬの照射エネルギーの積算値と、レチクルＲの熱変形によるデバイス用パターンＤＰの像の変形量との関係を計測しておいてもよい。この際に、照明光ＩＬの照射エネルギーの積算値は、ウエハの露光枚数にほぼ比例するため、ウエハの露光枚数を照射エネルギーの積算値の代わりに使用することも可能である。
【００５５】
そこで、本実施形態の露光装置ＥＸにおいて、予めレチクルＲのパターンの熱変形量の変化をウエハの露光枚数との関係で求めておく動作の一例を図８（Ａ）のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御装置２０によって制御される。まず、図８（Ａ）のステップ１０２において、図１のレチクルステージＲＳＴにレチクルＲをロードし、空間像計測装置４５を用いてレチクルＲのレチクルマークＲＭ１〜ＲＭ４のうち所定のマークの像の位置を計測し、この計測結果に基づいてレチクルＲのアライメントを行う。次に、ウエハステージＷＳＴに実露光用のウエハＷと同じ形状のダミー露光用のウエハ（ダミーウエハ）ＤＷをロードし（ステップ１０４）、主制御装置２０において、ウエハ枚数カウンターをリセットする（ステップ１０６）。これにより、ウエハ枚数ｎが０にセットされる。
【００５６】
次のステップ１０８において、ウエハ枚数ｎに１を加算した後、ステップ１１０において、結像特性制御系４２は、照明光ＩＬの積算照射エネルギー（露光光の積算エネルギー）及び周囲の気圧等に応じて、予め記憶されている特性に基づいて結像特性補正機構４３を介して投影ユニットＰＵ（投影光学系ＰＬ）の結像特性を理想状態に設定する。次のステップ１１２において、実際のウエハＷの露光時と同様に、ダミーウエハＤＷの全部のショット領域に対してｎ回目（ここでは１回目）の露光を行う。次のステップ１１４において、レチクルＲの変形量（熱歪み）の計測を行うかどうかを判定する。一例として、ダミーウエハＤＷをｋ回（ｋは１以上の整数）露光する毎に熱歪みを計測するものとすると、ウエハ枚数カウンターの計数値（ウエハ枚数）ｎが（１＋ｎ’ｋ）（ｎ’＝０，１，２，…）に達する毎に熱歪みが計測される。レチクルＲの熱歪みを計測しないときには、動作はステップ１０８に戻る。
【００５７】
ステップ１１４でレチクルＲの熱歪みを計測すると判定されたときには、動作はステップ１１６に移行して、空間像計測装置４５を用いてレチクルＲの第１組５５Ａ〜第４組５５Ｄの全部の歪み計測用マーク５６の像の位置を計測し、計測結果をウエハ枚数ｎに対応させて演算装置４４の記憶装置に記憶する。次のステップ１１８において、レチクルＲの熱歪みが飽和したかどうかを判定する。熱歪みが飽和すると、デバイス用パターンＤＰの像の変形量の変化がほとんどなくなり、歪み計測用マーク５６の像の位置がほとんど変化しなくなる。そこで、演算装置４４は、全部の歪み計測用マーク５６の像の位置の前回の計測結果と今回の計測結果との差分の自乗和（位置ずれ量）を計算し、この位置ずれ量が予め定められている許容値より小さくなったときに、熱歪みが飽和したものと判定する。熱歪みが飽和していないときには動作はステップ１０８に戻り、ウエハ枚数ｎの加算が行われ、投影ユニットＰＵの結像特性の理想状態への補正（ステップ１１０）及びダミーウエハの露光（ステップ１１２）が行われる。そして、ステップ１１４でレチクルＲの熱歪みを計測すると判定されたときにはステップ１１６で歪み計測用マーク５６の像の位置が計測される。
【００５８】
そして、ステップ１１８で、レチクルＲの熱歪みが飽和したと判定されたときに、動作はステップ１２０に移行する。そして、演算装置４４は、ウエハ枚数ｎが（１＋ｎ’ｋ）に達した毎に計測されて記憶されていたレチクルＲの第１組５５Ａ〜第４組５５Ｄの歪み計測用マーク５６の像の全部の位置の計測結果から、デバイス用パターンＤＰの変形量を表す式（１Ａ）及び（１Ｂ）の関数ｆｍ（ｘ，ｙ）及びｇｍ（ｘ，ｙ）の係数（例えば係数ｋ１〜ｋ１８）の値を求める。そして、例えば補間によって、レチクルＲの熱歪みが飽和するまでの全部のウエハ枚数ｎに関して、デバイス用パターンＤＰの変形量を表す係数の値を求め、この係数の値をウエハ枚数ｎに対応させて結像特性制御系４２の記憶装置に記憶させる。これで、レチクルＲのパターンの熱変形量の変化の計測が終了する。
【００５９】
次に、ステップ１２０で記憶したレチクルＲのパターンの熱変形量の係数を用いて、レチクルＲのパターンの熱変形による投影像の変形を補正しながら、所定ロット数の実際のウエハにレチクルＲのパターンの像を露光する動作の一例につき図８（Ｂ）のフローチャートを参照して説明する。この動作も主制御装置２０によって制御される。図８（Ｂ）において、図８（Ａ）と同じ動作の工程には同じ符号を付している。まず、図８（Ｂ）のステップ１０２において、レチクルステージＲＳＴへのレチクルＲのロード及びアライメントが行われる。次のステップ１０６において、ウエハ枚数カウンターをリセットした後、ステップ１２２において、ウエハステージＷＳＴにフォトレジストが塗布された未露光のウエハＷをロードする。そして、ウエハ枚数ｎに１を加算した後、アライメント系ＡＬを用いてウエハＷのアライメントを行う。
【００６０】
次のステップ１２４において、結像特性制御系４２は、照明光ＩＬの積算照射エネルギー（露光光の積算エネルギー）及び周囲の気圧等に応じて、予め記憶されている特性（投影ユニットＰＵ自体の結像特性の変動特性）に基づいて結像特性補正機構４３を介して投影ユニットＰＵ（投影光学系ＰＬ）の結像特性を補正する。さらに結像特性制御系４２は、ステップ１２０で記憶されたウエハ枚数ｎに応じたレチクルＲの熱変形量を示す係数（例えば係数ｋ１〜ｋ１８）の値を用いて、レチクルＲの熱変形によるデバイス用パターンＤＰの像の変形を相殺するように投影ユニットＰＵの結像特性を補正する。これによって、レチクルＲが熱変形していても、レチクルＲのパターンの投影ユニットＰＵによる像は、レチクルＲが熱変形する前のデバイス用パターンＤＰの像と同じになる。この状態で、ステップ１２６において、ウエハＷの全部のショット領域にレチクルＲのパターンの像が走査露光される。露光後のウエハＷはアンロードされて現像装置（不図示）に搬送される。そして、ステップ１２８で次のウエハに露光する場合には、動作はステップ１２２に戻り、結像特性の補正及び次のウエハへの露光が行われる。
【００６１】
このように本実施形態によれば、レチクルＲの歪み計測用マーク５６の像の位置の計測結果に基づいてデバイス用パターンＤＰの変形量を算出し（予測し）、そのデバイス用パターンＤＰの像の変形量を補正するように投影ユニットＰＵの結像特性を補正している。このため、照明光ＩＬの照射エネルギーによってレチクルＲが熱変形しても、常にレチクルＲのパターンの像を高精度にウエハに露光できる。従って、ウエハＷの各ショット領域に微細な回路パターンを高精度に形成できる。
【００６２】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
本実施形態のレチクルＲは、デバイス用パターンＤＰが形成されたパターン面５０ａにデバイス用パターンＤＰを囲むように形成された枠状の遮光帯５４と、パターン面５０ａの遮光帯５４の外側の領域に形成された複数のレチクルマークＲＭ１，ＲＭ２（第１マーク）と、パターン面５０ａで遮光帯５４内に形成された複数の歪み計測用マーク５６（第２マーク）と、を備えている。
【００６３】
また、露光装置ＥＸを用いて実行されるレチクルＲの変形量計測方法は、レチクルＲの全部の歪み計測用マーク５６の像の位置を計測するステップ１１６と、その歪み計測用マーク５６の像の位置の計測結果から遮光帯５４で囲まれたデバイス用パターンＤＰの変形量を求めるステップ１２０と、を含んでいる。
本実施形態によれば、遮光帯５６中に形成された歪み計測用マーク５６の像の位置の計測結果から遮光帯５６で囲まれたデバイス用パターンＤＰの変形量を求めることができる。従って、レチクルＲの熱変形等によるデバイス用パターンＤＰの変形量を、そのデバイス用パターンＤＰに影響を与えることなく高精度に求めることができる。
【００６４】
なお、レチクルＲの熱歪みを計測する際に、必ずしも遮光帯５４中の第１組５５Ａ〜第４組５５Ｄの全部の歪み計測用マーク５６の像の位置を計測する必要はなく、例えばレチクルＲの熱歪みの計測精度が低くともよい場合には、第１組５５Ａ〜第４組５５Ｄから選択された複数の歪み計測用マーク５６の像の位置を計測するだけでもよい。
また、レチクルＲの歪み計測用マーク５６の少なくとも一部は、レチクルＲのパターン面５０ａにおいて遮光帯５４のデバイス用パターンＤＰ（パターン領域５２）に対して反対側のエッジ部に一部がかかるように形成されていてもよい。
【００６５】
また、本実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法は、露光用の照明光（露光光）ＩＬでパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターン及び投影ユニットＰＵ（投影光学系ＰＬ）を介してウエハＷ（物体）を露光する装置又は方法である。そして、露光装置ＥＸは、レチクルＲをデバイス用パターンＤＰがそのパターンとなるように保持する（ステップ１０２を実行する）レチクルステージＲＳＴと、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴと、レチクルＲの歪み計測用マーク５６の像の位置を計測する（ステップ１１６を実行する）空間像計測装置４５（マーク計測系）と、空間像計測装置４５の計測結果からレチクルＲの遮光帯５４で囲まれたデバイス用パターンＤＰの変形量を求める（ステップ１２０を実行する）演算装置４４と、演算装置４４によって求められたデバイス用パターンＤＰの変形量に応じて、ウエハＷに露光されるパターンの形状を補正する（ステップ１２４を実行する）結像特性補正機構４３と、を備えている。
【００６６】
本実施形態によれば、照明光ＩＬの照射エネルギーによってレチクルＲが熱変形した場合でも、その変形量の計測結果に応じて、投影ユニットＰＵの結像特性を補正することで、常に高精度にレチクルＲのパターンの像をウエハＷに露光できる。また、レチクルＲの熱変形によるデバイス用パターンＤＰの投影像の変形を投影ユニットＰＵの結像特性補正機構で補正しているため、別途補正機構を設ける必要がない。
【００６７】
なお、本実施形態では、以下のような変形が可能である。
まず、例えばレチクルＲの熱変形がＹ方向（走査方向）の倍率誤差である場合には、その熱変形によるデバイス用パターンＤＰの像の変形を補正するために、主制御装置２０の制御のもとで走査露光時のレチクルＲ（レチクルステージＲＳＴ）とウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）とのＹ方向の走査速度比を調整してもよい。この場合にも、別途補正機構を設ける必要がない。
【００６８】
また、上記の実施形態では、レチクルＲの熱歪みを計測するために歪み計測用マーク５６の投影ユニットＰＵによる像の位置を計測している。この他に、例えばレチクルステージＲＳＴの上方にレチクルアライメント顕微鏡のようなマーク計測系を配置して、このマーク計測系で歪み計測用マーク５６の変位後の位置を直接計測してもよい。この場合には、投影ユニットＰＵの結像特性の影響を受けることなく、歪み計測用マーク５６の位置の計測結果からより高精度にデバイス用パターンＤＰの変形量を求めることができる。
【００６９】
また、上記の実施形態では、ステップ１２０で歪み計測用マーク５６の像の位置の計測結果からデバイス用パターンＤＰの変形量を表す式（１Ａ）及び（１Ｂ）の関数の係数（例えばｋ１〜ｋ１８）を求める際に、第１組５５Ａ〜第４組５５Ｄの全部の歪み計測用マーク５６の像の位置の計測データを用いている。これに関して、実際には、デバイス用パターンＤＰの変形の状態によっては、図３（Ａ）の第１組５５Ａ及び第２組５５Ｂの歪み計測用マーク５６、即ちＸ方向に配列されたＸ群の歪み計測用マーク５６と、第３組５５Ｃ及び第４組５５Ｄの歪み計測用マーク５６、即ちＹ方向に配列されたＹ群の歪み計測用マーク５６とで、検出感度（変形量に対する係数ｋ１〜ｋ１８等の大きさ）が異なる場合がある。
【００７０】
例えば、図６（Ｄ）及び図６（Ｇ）の変位ｄｙと図６（Ｉ）の変位ｄｘとはＹ群のマークの感度が高く、図６（Ｉ）の変位ｄｙはＸ群のマークの感度が高く、図６（Ｅ）の変位ｄｘはＸ群及びＹ群のマークの感度が同じ程度である。そこで、ステップ１２０でデバイス用パターンＤＰの変形量を表す係数を求める際に、その変形の状態を表す係数ｋ１〜ｋ１８等毎にＸ群及びＹ群のマークのうちで感度が高い方のマークの計測データのみを用いてもよい。
【００７１】
具体的に、レチクルＲが図５（Ａ）のように熱変形している場合に、Ｘ群の歪み計測用マーク５６の像の位置の計測データのみから係数ｋ１〜ｋ１８を求め、この係数に応じて投影ユニットＰＵの結像特性を補正して得られる格子パターン像が図９（Ａ）の格子パターン像６１ＤＸである。同様に、Ｙ群の歪み計測用マーク５６の像の位置の計測データのみから求めた係数ｋ１〜ｋ１８に応じて投影ユニットＰＵの結像特性を補正して得られる格子パターン像が図９（Ｂ）の格子パターン像６１ＤＹである。また、係数ｋ１〜ｋ１８毎にＸ群及びＹ群のうち感度の高い方の歪み計測用マーク５６の計測データを用いて使用するデータを最適化してその係数の値を求め、この係数に応じて投影ユニットＰＵの結像特性を補正して得られた格子パターン像が、図１０の最適化された格子パターン像６１Ｅである。図１０には理想格子パターン像６１ＡＰも示されている。得られた格子パターン像６１Ｅは理想格子パターン像６１ＡＰに近く、使用するマークの最適化によってより高精度にデバイス用パターンＤＰの変形量を求めることができることが分かる。
【００７２】
また、上記の実施形態では、レチクルのパターンの変形量を関数の係数で表しているため、変形量の補正が容易である。しかしながら、レチクルのパターンの変形量は、関数にフィッティングすることなく、例えば歪み計測用マークの変形量の補間等で表すことも可能である。
また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１１に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたレチクル（マスク）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（露光方法）によりレチクルのパターンを基板（感光基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００７３】
言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置ＥＸ（露光方法）を用いてレチクルのパターンの像を基板（ウエハ）に転写することと、そのパターンの像が転写されたその基板をそのパターンの像に基づいて加工すること（ステップ２２４の現像、エッチング等）とを含んでいる。この際に、上記の実施形態によれば、レチクルＲの熱変形の影響を軽減して高精度に露光を行うことができるため、電子デバイスを高精度に製造できる。
【００７４】
なお、本発明は、上述のステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置（スキャナ）の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ等）にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外のドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子や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スウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップなど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。
【００７５】
このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【符号の説明】
【００７６】
ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＲＭ１〜ＲＭ４…レチクルマーク、４３…結像特性補正機構、４４…演算装置、４５…空間像計測装置、５０…マスク基板、５２…パターン領域、５４…遮光帯、５６…歪み計測用マーク、６１ＡＰ…理想格子像
【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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