(57)【要約】【課題】  レチクル面形状、ウエハ面形状、レンズ収差の補正残渣を最小とし、露光精度の向上を図る。【解決手段】  レチクル面形状、ウエハ面形状、レンズ収差を計測し、計測値を元にレチクル面形状、ウエハ面形状、レンズ収差を算出し、総合面形状を求め、これをレチクルステージ、ウエハステージ及び投影光学系の駆動に適宜振り分けて補正することにより補正残渣を最小とする。【選択図】  図１
2009010139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版のパターンを介して基板を露光する露光装置であって、
前記パターンからの光を投影して前記パターンの像を前記基板上に形成する投影光学系と、
前記基板上に形成される前記パターンの像を調整する調整部と、
を有し、
前記パターンの像を決める複数の状態量のそれぞれを計測し、
該計測された複数の状態量を加算し、
該加算された状態量に基づき、前記調整部による調整量を決定する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記調整部は、前記投影光学系中の光学素子の駆動、前記原版を保持する原版ステージの駆動、および前記基板を保持する基板ステージの駆動の少なくとも１つを行う、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記複数の状態量は、前記原版の形状、前記基板の形状、および前記投影光学系の像面の形状のうち少なくとも２つを含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
原版のパターンを介して基板を露光する露光装置であって、
前記パターンからの光を投影して前記パターンの像を前記基板上に形成する投影光学系と、
前記基板上に形成される前記パターンの像を調整する第１の調整部と、
前記基板上に形成される前記パターンの像を調整する第２の調整部と、
を有し、
前記パターンの像を決める複数の状態量のそれぞれを計測し、
該計測された複数の状態量のうち少なくとも１つの一部の状態量を加算し、
該加算された状態量に基づき、前記第１の調整部による調整量を決定し、
該加算された状態量から前記第１の調整部による調整量を減算した量と、該計測された複数の状態量のうち残りの状態量とを加算し、
該加算された量に基づき、前記第２の調整部による調整量を決定する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項５】
前記第１の調整部は、前記投影光学系中の光学素子の駆動、前記原版を保持する原版ステージの駆動、および前記基板を保持する基板ステージの駆動のうち一部を行う、ことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記第２の調整部は、前記投影光学系中の光学素子の駆動、前記原版を保持する原版ステージの駆動、および前記基板を保持する基板ステージの駆動のうち他の一部を行う、ことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記複数の状態量は、前記原版の形状、前記基板の形状、および前記投影光学系の像面の形状のうち少なくとも２つを含む、ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の露光装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
該露光された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、半導体デバイス等のデバイスの製造に用いられる露光装置、及び該露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造に用いられる投影露光装置は、原版上に形成された回路パターンを基板上のフォトレジスト層に転写する。このため、原版と基板とを高精度に位置合わせ（アライメント）することが求められている。また、プロセスの微細化が加速し、装置に許容される露光誤差（露光残渣）は厳しくなっている。ここで、原版はマスクまたはレチクル等であり、基板は半導体ウエハまたはガラスプレート等である。
【０００３】
現在では、レチクル加工技術が向上し、レチクル平坦度は向上している。しかし、レチクルステージ上に載置されたレチクルはレチクル吸着パッドで吸着、保持される為、吸着変形が生じる。吸着変形により、デフォーカスやディストーション等といったレチクルの面形状に起因するオフセットが無視できない状況となっている。
【０００４】
レチクルステージ上に載置されたレチクル面形状を計測する方法を記述する。レチクル裏面を斜入射検出方式のフォーカス検出系により、レチクルステージをステップ駆動または走査駆動しながらレチクル裏面の高さを連続的に計測し、レチクル面形状を計測する方法がある。同方法は特許文献１で開示されている。
【０００５】
レチクルに計測マークを複数設け、計測光学系基準に対する計測マークの位置ズレを計測する方法がある。計測マークを照明し、投影光学系を介してウエハステージに設けたステージ基準マークに投影する。ステージ基準マークとの相対位置ズレを計測することでレチクル面形状を計測する。この方法は特許文献２で開示されている。
【０００６】
投影光学系の収差を計測する方法を記述する。レチクルと等価な位置に配置したレチクル基準プレートに複数設けた計測マークを照明し、投影光学系を介してウエハステージに設けたステージ基準マークに投影する。レチクル基準プレートの計測マークとステージ基準マークとの相対位置ズレ（光軸方向及び水平方向）を計測することで投影光学系の収差を計測する。同方法は特許文献３で開示されている。
【０００７】
光軸方向のウエハ面形状を計測する方法を記述する。ウエハ表面を斜入射検出方式のフォーカス検出系により、ウエハステージをステップ駆動または走査駆動しながらウエハ表面の高さを連続的に計測し、ウエハ面形状を計測する。同方法は特許文献４で開示されている。
平面方向のウエハ面形状を計測する方法を記述する。所謂アライメント計測がある。
前記形状計測により各々補正量を算出し、最終的な補正は各々の補正量を全て加算し補正を実施していた。
【特許文献１】特開２００４−３４２９００号公報
【特許文献２】特開２００４−１８６３１３号公報
【特許文献３】特開２００４−３０３８３０号公報
【特許文献４】特開２０００−１１４１６２号公報
【特許文献５】特開２００３−１７８９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
現在、装置に要求される高精度化に対して、露光エラーとなる要素別にエラー量の計測及び補正量の算出が可能となっている。しかし、要素別に補正量を算出する時点で補正残渣が残ってしまう。補正残渣を最小とすることが求められている。
本発明は、基板上に形成される原版パターンの像の調整精度を向上させることを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため本発明に係る第１の露光装置は、原版のパターンを介して基板を露光する露光装置であって、前記パターンからの光を投影して前記パターンの像を前記基板上に形成する投影光学系と、前記基板上に形成される前記パターンの像を調整する調整部と、を有し、前記パターンの像を決める複数の状態量のそれぞれを計測し、該計測された複数の状態量を加算し、該加算された状態量に基づき、前記調整部による調整量を決定する、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る第２の露光装置は、原版のパターンを介して基板を露光する露光装置であって、前記パターンからの光を投影して前記パターンの像を前記基板上に形成する投影光学系と、前記基板上に形成される前記パターンの像を調整する第１の調整部と、前記基板上に形成される前記パターンの像を調整する第２の調整部と、を有し、前記パターンの像を決める複数の状態量のそれぞれを計測し、該計測された複数の状態量のうち少なくとも１つの一部の状態量を加算し、該加算された状態量に基づき、前記第１の調整部による調整量を決定し、該加算された状態量から前記第１の調整部による調整量を減算した量と、該計測された複数の状態量のうち残りの状態量とを加算し、該加算された量に基づき、前記第２の調整部による調整量を決定する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例えば、基板上に形成される原版パターンの像の調整精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態において、本発明は、原版のパターンを介して基板を露光する露光装置であって、前記パターンからの光を投影して前記パターンの像を前記基板上に形成する投影光学系を有するものに適用される。
本発明の第１の実施形態に係る露光装置は、前記基板上に形成される前記パターンの像を調整する調整部を有する。そして、前記パターンの像を決める複数の状態量のそれぞれを計測し、該計測された複数の状態量を加算し、該加算された状態量に基づき、前記調整部による調整量を決定する。
【００１３】
ここで、原版は例えばマスクまたはレチクルであり、基板は例えば半導体ウエハまたはガラスプレートである。
また、前記調整部は、前記投影光学系中の光学素子の駆動、前記原版を保持する原版ステージの駆動、および前記基板を保持する基板ステージの駆動の少なくとも１つを行う。
さらに、前記複数の状態量は、前記原版の形状（原版面形状）、前記基板の形状（基板面形状）、および前記投影光学系の像面の形状（投影光学系像面形状）のうち少なくとも２つを含む。以下においては、投影光学系像面形状をレンズ収差または投影光学系面形状とも称する。
具体例としては、レチクル面形状（原版面形状）、ウエハ面形状（基板面形状）、レンズ収差を計測し、計測値を元にレチクル面形状、ウエハ面形状、レンズ収差を算出し、総合像面形状または総合面形状を求め補正することにより補正残渣を最小としている。
【００１４】
本発明の第２の実施形態に係る露光装置は、前記基板上に形成される前記パターンの像を調整する第１の調整部と、前記基板上に形成される前記パターンの像を調整する第２の調整部とを有する。そして、前記パターンの像を決める複数の状態量のそれぞれを計測し、該計測された複数の状態量のうち少なくとも１つの一部の状態量を加算し、該加算された状態量に基づき、前記第１の調整部による調整量を決定する。さらに、該加算された状態量から前記第１の調整部による調整量を減算した量と、該計測された複数の状態量のうち残りの状態量とを加算し、該加算された量に基づき、前記第２の調整部による調整量を決定する。
【００１５】
ここで、前記第１の調整部は、前記投影光学系中の光学素子の駆動、前記原版を保持する原版ステージの駆動、および前記基板を保持する基板ステージの駆動のうち一部を行う。
また、前記第２の調整部は、前記投影光学系中の光学素子の駆動、前記原版を保持する原版ステージの駆動、および前記基板を保持する基板ステージの駆動のうち他の一部を行う。
また、前記複数の状態量は、前記原版の形状、前記基板の形状、および前記投影光学系の像面の形状のうち少なくとも２つを含む。
【００１６】
具体例としては、前記レチクルの面形状を計測する原版面形状計測手段と、前記ウエハの面形状を計測する基板面形状計測手段と、前記投影光学系の収差を計測する投影光学系像面形状計測手段とを有する。また、前記原版面形状計測手段と基板面形状計測手段と投影光学系像面形状計測手段により計測された計測値を元に、レチクル面形状、ウエハ面形状、レンズ収差を算出する形状算出手段を有する。少なくとも１つの形状に関し、前記補正量算出手段より算出された補正量と前記形状算出手段より算出された形状を元に補正残渣を算出する補正残渣算出手段を有する。前記補正残渣算出手段より算出された補正残渣の全てまたは該補正残渣と他の形状の前記補正量を加算し算出した補正残渣形状を元に第２補正量を算出する補正残渣補正量算出手段を有する。前記補正量算出手段及び前記補正残渣補正量算出手段より算出された補正量を元に補正項目及び補正方法を決定する補正方法選択手段と、前記補正方法選択手段にて選択された補正項目及び補正方法により補正を行う補正手段を有する。
【００１７】
ここで、前記補正項目は、例えば、レチクル面形状の一次及び二次成分の補正、ウエハ面形状の一次及び二次成分の補正並びに投影光学系像面形状の一次及び二次成分の補正である。また、前記補正方法は、例えば、走査型露光装置であれば、走査方向をＹ方向として、原版及び基板の走査中における原版または基板の光軸（Ｚ）方向及び走査軸周り（Ｘチルト）の駆動並びに投影光学系の光軸方向の駆動である。また、前記面形状は、例えば、前記投影光学系の光軸方向の面形状及び光軸方向に垂直な方向の面形状である。
【００１８】
以下、本発明の実施形態をより具体的に説明する。
レチクル面形状計測はオフアクシスのオートフォーカス光学系による計測とＴＴＲ観察光学系による計測を実施する。ウエハ面形状計測はオフアクシスのオートフォーカス光学系による計測と、オフアクシスのアライメント観察光学系による計測を実施する。投影光学系収差計測は、ＴＴＲ観察光学系による計測を実施する。以下、投影光学系収差を投影光学系面形状または投影光学系の面形状と称することもある。
【００１９】
図１は、本発明を適用できる露光装置の装置構成を示すブロック図である。
図１において、１はランプ、レーザ、ＥＵＶ光などの露光用の光源である。レチクル上の回路パターンをウエハ上に転写露光する際には、露光装置制御系７０の指示が光源制御系３０に伝えられ、光源制御系３０の指示により露光光源１の動作が制御される。
【００２０】
２はレチクルであり、レチクルステージ４に保持されている。レチクル２には不図示だが計測マークが複数設けられている。
３はレチクル基準プレートであり、図１においてはレチクルステージ４に保持されているが、光学的にレチクルと等価な位置に固定されている。レチクル基準プレート３上には、不図示だがレチクル基準マークが複数設けられている。
【００２１】
レチクルステージ４は、走査型露光装置では投影光学系５の光軸方向（Ｚ方向）及び光軸に垂直なＸＹ方向（ここでは水平方向）に移動可能であり、光軸に対して回転させることも可能である。レチクルステージ４の駆動制御は、露光装置制御系７０の指示がレチクルステージ制御系４０に伝えられ、レチクルステージ制御系４０の指示によりレチクルステージ４は駆動制御される。
【００２２】
投影光学系５は、複数のレンズで構成されており、露光時はレチクル上の回路パターンをウエハ８上に投影光学系５の縮小倍率に対応した倍率で結像させている。投影光学系５は不図示だが収差補正光学系が設けられている。
【００２３】
６、７はオフアクシスのオートフォーカス計測系を形成している。６は投光光学系であり、投光光学系６より発せられた非露光光である光束は、ステージ基準プレート９上の点（またはウエハ８の上面）に集光し、反射される。反射された光束は、検出光学系７に入射する。不図示だが、検出光学系７内には位置検出用受光素子が配置され、位置検出用受光素子とステージ基準プレート９上の光束の反射点が共役となるように構成されている。ステージ基準プレート９の投影光学系５に対する光軸方向の位置ズレは、検出光学系７内の位置検出用受光素子上での入射光束の位置ズレとして計測される。
【００２４】
検出光学系７により計測されたステージ基準プレート９の所定の基準面からの位置ズレは、ウエハステージ制御系６０に伝達される。ウエハステージ制御系６０は、フォーカスキャリブレーション計測時は、ステージ基準プレート９を所定の基準位置の近傍で投影光学系５の光軸方向（Ｚ方向）に上下駆動を行う。また、露光時はウエハ８の位置制御も実施している。
【００２５】
ＴＴＲ観察光学系２０は、ファイバ２１、ハーフミラー２２、対物レンズ２３、ミラー２４、撮像素子２５を有している。ファイバ２１から射出した照明光束はハーフミラー２２を通過し、対物レンズ２３とミラー２４を介してレチクル基準プレート３（またはレチクル２）近傍に集光する。レチクル基準プレート３近傍に集光した照明光束は、投影光学系５を介してステージ基準プレート９上に集光する。ステージ基準プレート９からの反射光は元の光路を戻り、順に投影光学系５、レチクル基準プレート３、ミラー２４、対物レンズ２３を介し、ハーフミラー２２で反射して撮像素子２５に入射する。ＴＴＲ観察光学系２０内には不図示ではあるが、観察面との焦点位置を変えるリレーレンズが構成されている。また、不図示ではあるが、ＴＴＲ観察光学系２０はレチクルステージ４のＸ方向に複数個配置されている。
【００２６】
１１もＴＴＲ観察光学系（以下、センサと称する）である。光源１またはＴＴＲ観察光学系２０からの照明光束は、レチクル２またはレチクル基準プレート３上に配置されたレチクルマークを照明し、投影光学系５を介してステージ基準プレート９上に投影される。ステージ基準プレート９上には不図示だが投影されたマークと同じ大きさのスリットが構成されており、スリットを透過した光はセンサ１１に到達する。センサ１１は光量積算センサであり、投影したマークと受光するスリットの相対位置が変化するとセンサで受光する光量が変化する。センサ１１での計測はこの現象を利用することで実施される。レチクルマークを照明した状態でステージ１０を計測方向に動かすことにより、投影したマークとスリットが一致した時に光量が最大（または最小）となる。ステージ１０の位置と光量の関係よりレチクルマークとステージ基準プレートとの相対位置が求まる。
【００２７】
８１、８２はオフアクシスオートフォーカス光学系を形成している。８１は投光光学系であり、投光光学系８１より発せられた非露光光である光束は、レチクル２の下面２ａまたはレチクル基準プレート３上の点に集光し、反射される。反射された光束は、検出光学系８２に入射する。不図示ではあるが、検出光学系８２内には位置検出用受光素子が配置され、位置検出用受光素子とレチクル２の下面２ａに投影された光束の反射点が共役となるように構成されている。レチクル２の下面２ａと投影光学系５の光軸方向の位置ズレは、検出光学系８２内の位置検出用受光素子上での入射光束の位置ズレとして計測される。検出光学系８２により計測されたレチクル２の所定の基準面または基準位置からの光軸方向のズレは、レチクル面制御系８０に伝達される。
【００２８】
９０はオフアクシスアライメント光学系である。オフアクシスアライメント光学系内には不図示ではあるが、光源、撮像素子等を有している。
【００２９】
レチクルステージ４上に載置されたレチクル面形状計測について説明する。ここで、図２及び図３は、レチクルステージ４上でのレチクル２とレチクル吸着パッド４２及びレチクル下面２ａの投影光学系５に対する光軸方向位置を計測する計測系の関係を示す図である。
【００３０】
図２は、レチクルステージ４上にレチクル２が吸着されている時の図で、レチクル２及びレチクル吸着パッド４２の位置関係を示す図である。図２に示すように、吸着パッド４２はレチクル２の実素子パターン領域外の四隅に配置されている。また、不図示ではあるが、レチクルステージ４は同図のＹ方向に走査駆動が可能であるため、四隅のパッド４２も走査方向に長く構成されている。
【００３１】
図３は、レチクルステージ４上にレチクル２が吸着されている状態を示す概略断面図である。レチクル２及びレチクル吸着パッド４２とレチクル下面２ａの投影光学系５に対する光軸方向の高さを計測する計測系（８１ａ、８２ａ、８１ｂ、８２ｂ、８１ｃ、８２ｃ）の位置関係を示している。図３に示すように、計測系は吸着パッド４２に計測ビームが干渉しない位置で、かつ、レチクルのＸ方向を広範囲に計測可能な領域に配置されている。
本実施形態ではレチクル下面２ａの高さをＸ方向に３点計測可能としているが、計測ビームが干渉しなければＸ方向に何点計測系を配置しても良い。
【００３２】
以下、レチクル下面２ａの投影光学系５に対するＺ方向の高さ計測について説明する。
ここで、図４は、計測点ＭＰを示す概略平面図である。図４において、黒丸点は計測点を示している。レチクル下面２ａの投影光学系５に対する光軸方向の高さは、レチクルステージ４を移動し各々の位置で計測する。計測に関しては、レチクルステージ４を走査駆動させ、走査駆動中の各計測点を連続的に計測してもよいし、レチクルステージ４を各計測点位置に駆動させ、静止した状態で計測してもよい。より精度良く各計測点ＭＰの計測を行う場合には静止した状態で計測を行えばよいし、計測時間を短くする場合には走査駆動中の各計測点を連続的に計測すればよい。
【００３３】
ＴＴＲ観察光学系２０による、レチクルステージ４上に載置されたレチクル面形状計測について説明する。ここで、図５は、レチクルステージ４上でのレチクル２とレチクル吸着パッド４２及びレチクルマーク４４の関係を示す平面図である。
図５ではレチクルマーク４４は実素子パターン領域内には配置されていないが、レチクルマーク４４を実素子パターン領域内に配置しても良い。
【００３４】
以下、レチクルマーク４４の投影光学系５に対する光軸方向計測について説明する。ここで、図６は、レチクルマーク４４に対するＴＴＲ観察光学系２０の合焦点位置を計測する際の計測シーケンスフローである。図６に示すフローチャートは、制御系７０内の記憶部に格納される。かかるフローチャートを具現化するプログラムまたはソフトウェアも本発明の一側面を構成する。
【００３５】
図６のステップＳ０にて第１のレチクルマーク４４へレチクルステージ４を駆動する。この時、ＴＴＲ観察光学系２０の対物レンズ２３は、既に第１のレチクルマーク４４を観察可能な位置に駆動している。
ステップＳ１において、ＴＴＲ観察光学系２０のリレーレンズを計測開始位置へ駆動する。
【００３６】
ステップＳ２において、ＴＴＲ観察光学系２０によるレチクルマーク４４の計測を行う。計測値は、ＴＴＲ観察光学系２０で使用するセンサが光電変換素子である場合はマークからの反射光量が計測値となり、センサがＣＣＤに代表される二次元センサである場合はマークのコントラストが計測値となる。
【００３７】
ステップＳ３において、レチクルマーク４４に対するＴＴＲ観察光学系２０の合焦点位置を算出するために必要な計測点数分の計測が完了したか確認する。合焦点位置算出に必要な計測が完了していない場合は、ステップＳ４にてリレーレンズの焦点位置を変更する。その後、ステップＳ２にてマーク計測を実施する。ステップＳ３にてレチクルマーク４４に対するＴＴＲ観察光学系２０の合焦点位置を算出するために必要な計測点数分計測が完了した場合は、ステップＳ５にて合焦点位置を算出し、記憶する。次いで、ステップＳ６では、全マークの計測が終了しているかを確認する。
【００３８】
全マークの計測が完了していない場合は、ステップＳ７にて次のレチクルマーク４４にレチクルステージ４を駆動させる。ステップＳ７はレチクルステージ４の可動範囲が狭いステッパ（一括型露光装置）の場合はＴＴＲ観察光学系２０の対物レンズ２３をマーク観察位置に駆動させればよい。
全マークの計測が終了するまでステップＳ０からステップＳ７を繰り返すことによって、ＴＴＲ観察光学系２０に対するレチクルマーク４４の合焦点位置（ＭＰ）を求められる。
【００３９】
以上、ＴＴＲ観察光学系２０での光軸方向計測に関して記述した。各マークの合焦点位置が求まった後に、リレーレンズをレチクルマークの合焦点位置に駆動し、レチクルマークの位置ズレを求めることにより水平方向計測が完了する。
【００４０】
ＴＴＲ観察光学系に対するレチクルマークの位置ズレを計測値としても良いし、ＴＴＲ観察光学系でレチクルマークとステージ基準マークを同時観察し、レチクルマークとステージ基準マークの相対位置ズレを計測値としても良い。
ＴＴＲ観察光学系の構成は、レチクルマークを露光用光源で照明し、投影像をステージ基準マークに設けたスリットを透過した光量を計測する構成としても良い。
【００４１】
オフアクシスオートフォーカス光学系とＴＴＲ観察光学系を使い、レチクル面形状計測を実施する方法について説明する。オフアクシスオートフォーカス光学系による計測は前述の方法によりレチクル面の投影光学系に対する光軸方向面形状を計測する。ここでの計測は、レチクルをレチクルステージに吸着ＯＮした状態での計測と吸着ＯＦＦした状態での計測を実施する。吸着ＯＮ／ＯＦＦでの計測を実施する理由は、吸着ＯＮ／ＯＦＦによるレチクル面形状の差を計測することが目的である為である。
【００４２】
ＴＴＲ観察光学系による計測は前述の方法によりレチクル面の投影光学系に対する光軸方向及び水平方向面形状を計測する。ここでの計測も吸着ＯＮ／ＯＦＦでの計測を実施する。ＴＴＲ観察光学系の構成は、専用ファイバによるマーク照射方式、露光用光源によるマーク照射方式のどちらでも良い。
【００４３】
（ｘ，ｙ）をレチクル内計測座標、（ｏｎ）を吸着ＯＮ時の計測値、（ｏｆｆ）を吸着ＯＦＦ時の計測値とする。また、オフアクシスオートフォーカス光学系で計測した吸着ＯＮ／ＯＦＦ差を
ΔＺ１（ｘ，ｙ）＝Ｚ１（ｏｎ）−Ｚ１（ｏｆｆ）        （式１）
とする。さらに、ＴＴＲ観察光学系で計測した吸着ＯＮ／ＯＦＦ差を
ΔＺ２（ｘ，ｙ）＝Ｚ２（ｏｎ）−Ｚ２（ｏｆｆ）        （式２）
ΔＸ２（ｘ，ｙ）＝Ｘ２（ｏｎ）−Ｘ２（ｏｆｆ）        （式３）
ΔＹ２（ｘ，ｙ）＝Ｙ２（ｏｎ）−Ｙ２（ｏｆｆ）        （式４）
とする。そして、（式２）、（式３）、（式４）の結果から光軸方向と水平方向関係式を求める。
【００４４】
関係式は全点の計測値より近似面を求めても良いし、計測点毎に係数を求めても良い。また、関係式は、光軸方向近似面と平面方向近似面を別々に求めても良いし、光軸方向位置と平面方向位置との関数としてもよい。
【００４５】
次に、（式１）、（式２）の結果からオフアクシスオートフォーカス光学系とＴＴＲ観察光学系の敏感度を求める。
敏感度は全点の計測値より近似関数を求めても良いし、計測点毎に係数を求めても良い。また、敏感度は、光軸方向近似面と平面方向近似面を別々に求めても良いし、光軸方向位置と平面方向位置との関数としてもよい。
【００４６】
前述の様に、光軸方向と平面方向の関係と、計測系の相違による敏感度を求めることにより、オフアクシスオートフォーカス光学系計測結果を元に投影光学系に対する水平方向位置を算出することが可能となる。
【００４７】
次に、ウエハステージ１０上に載置されたウエハ面形状計測について説明する。
図７は、ウエハ８とウエハ８内の露光領域を示す図で、ウエハ８内の露光領域は複数の領域に分かれている。
図８は、ウエハ８内の露光領域８００とオフアクシスオートフォーカス計測系６，７の位置を示している。図８ではオフアクシスオートフォーカス計測系６，７は露光領域８００に対して１点計測しかしない図となっているが、計測ビームが干渉しなければＸ方向及びＹ方向に何点光学系を配置しても良い。
【００４８】
ウエハ８表面の光軸方向面形状計測は、オフアクシスオートフォーカス計測系６，７の計測位置にウエハステージ１０を駆動し、ウエハ８表面を計測する。計測は、ウエハ８全面の計測を実施しても良いし、図７の様に露光領域８００が分っている場合は露光領域８００のみ計測を実施しても良い。
【００４９】
計測方法については、ウエハステージ１０が静止した状態で計測し、その後次の計測位置に駆動し、ウエハステージ１０が静止した状態で計測という動作を繰り返しても良いし、ウエハステージ１０を走査駆動し、走査駆動中のウエハ８表面を計測しても良い。
【００５０】
図９、図１０はオフアクシスオートフォーカス計測系６，７によりウエハ８表面の光軸方向面形状計測を実施した時の計測点を示している。
図９はウエハ８全面を計測した場合の計測点を示している。ウエハ８全面の光軸方向面形状計測を実施した場合、ウエハ８全面の計測値を元にウエハ８表面の局所的な面形状を算出することが可能となる為、高精度にウエハ面形状計測が実施できる。
【００５１】
図１０はウエハ８の内、露光領域のみ計測した場合の計測点を示している。露光領域のみの光軸方向面形状計測を実施した場合、露光領域毎の面形状が計測出来る。また、計測領域がウエハ８全面を計測するより狭い為、短時間で計測が完了する。
より高精度にウエハ８の光軸方向面形状計測を実施する場合には、より多くのオフアクシスオートフォーカス光学系を配置するか、ウエハ上をより多くの計測点で計測を実施すれば良い。
【００５２】
次に、ウエハ８の平面方向面形状計測に関して説明する。ウエハ８の平面方向面形状計測は、所謂アライメント計測を実施すれば良い。アライメント計測は、オフアクシスアライメント光学系９０に対するウエハ８に描画されたアライメントマークの位置ズレを計測する。
【００５３】
ウエハ８の平面方向面形状は、ウエハ全体の平面方向面形状と露光領域の平面方向面形状に分離することも可能である。図１１はウエハ８とウエハ８内の露光領域にアライメント計測を実施するサンプルショット８００ｓを示す図である。ここで、サンプルショットとは、露光領域８００のうち、アライメント計測を実施するアライメントマークが描画された露光領域である。
【００５４】
図１１は、ウエハ８内をウエハ８の中心を基準としＸ軸及びＹ軸で区切り、第一から第四象現に分けた場合に、各象現でウエハ８中心から一定距離以上離れた位置に存在する露光領域８００をサンプルショット８００ｓとしている。サンプルショット８００ｓの数は本実施形態では４としているが、ウエハ８の平面方向面形状を求めるには最低３以上のサンプルショットがあればよい。更に高精度にウエハ８の平面方向面形状を求めたい場合は、サンプルショットの数を増やせば良い。
【００５５】
図１２及び図１３はサンプルショットを示す図である。図１２はサンプルショット中心付近にアライメントマーク（図の黒丸点はアライメントマークを示す）が描画されている。図１３はサンプルショットの四隅にアライメントマークが描画されている。
【００５６】
ウエハ８の平面方向面形状は、図１２のアライメントマークを図１１のサンプルショット数分計測し、計測値を元に投影光学系に対する水平方向面形状を算出することが可能となる。ここで、ウエハ８の平面方向面形状とは、ウエハシフト、ウエハ倍率、ウエハ直交度、ウエハ回転を含んでいる。
【００５７】
図１３のアライメントマークを計測することにより、露光領域の平面方向面形状を算出することが可能となる。ここで、露光領域の平面方向面形状とは、シフト、倍率、直交度、回転、歪みを含んでいる。本実施形態ではアライメントマークの数を４としたが、更に高精度に露光領域の平面方向面形状を求めたい場合は、アライメントマークの数を増やせば良い。
【００５８】
これまでは、ウエハステージ１０が装置内に一つ構成されている所謂シングルステージでの実施形態に関して説明を行った。
図１４は、ウエハステージ１０が２つ装置内に配置されている場合の図である。２つのウエハステージ１０は投影光学系５の下とオフアクシスオートフォーカス計測系６，７（及びオフアクシスアライメント光学系９０）の下に各々移動可能な構成となっている。ウエハステージ１０が２つ構成されていること及びオフアクシスオートフォーカス計測系６，７が投影光学系５の直下に計測点を持っていないこと以外の構成は図１と同じである為、説明は省略する。
【００５９】
投影光学系５の下にオフアクシスオートフォーカス計測系６，７及びオフアクシスアライメント光学系を配置しても良い。この場合、予め２つのオフアクシスオートフォーカス光学系及びオフアクシスアライメント光学系のオフセットを計測しておけばよい。
投影光学系、オフアクシスオートフォーカス光学系、オフアクシスアライメント光学系を各々２つ構成しても良い。この場合、予め２つの投影光学系、オフアクシスオートフォーカス光学系、オフアクシスアライメント光学系のオフセットを計測しておけばよい。
【００６０】
図１４の装置構成では、投影光学系５の下では露光処理、オフアクシスオートフォーカス計測系６，７及びオフアクシスアライメント光学系９０の下ではウエハ８の光軸方向及び平面方向のウエハ面形状計測を並列処理することが可能となる。従って、ウエハ面形状計測は露光処理が完了するまでの間計測を実施することが可能である為、計測点数を増やすことが可能となり、より詳細な計測結果を得ることが出来る。
【００６１】
図１５は、２つのウエハステージ１０での露光処理の処理シーケンスを示すフローチャートである。
ステップＳ１０においてウエハステージ１０を露光位置へ駆動する。露光位置とは所謂ステッパでは投影光学系５の下であり、所謂スキャナ（走査型露光装置）では投影光学系５の下から等速駆動に必要な加速が必要な距離離れた位置である。
ステップＳ１５において露光処理が行われる。露光処理は、ウエハ８上の一つの露光領域単位で実施される。
【００６２】
ステップＳ２０において全ての露光領域に対する露光処理の完了を確認する。露光処理が未完了の場合は次の露光位置の算出を行いステップＳ１０へ戻る。露光処理が完了したら終了となる。図１５では不図示ではあるが、露光処理が完了後はウエハ８を回収し、図１６の計測処理が完了したウエハを図１５の露光処理シーケンスフローに従い露光処理を行う。
【００６３】
図１５の露光処理と並列処理で、計測処理が実施される。
図１６は図１５のウエハステージ１０とは異なるウエハステージ１０による計測処理の処理シーケンスフローである。
【００６４】
ステップＳ５０においてフォーカス計測を実施する。フォーカス計測とは、前述のオフアクシスオートフォーカス計測系６，７によるウエハ８の光軸方向面形状計測である。計測方法については、オフアクシスオートフォーカス光学系に対してウエハステージを走査駆動させ、走査駆動中のウエハ８の光軸方向計測を実施する。または、ウエハステージをオフアクシスオートフォーカス光学系の下に駆動し、ウエハステージを静止させた状態で計測後、次の計測位置に駆動し計測という動作を繰り返す。結果的に図７に示すウエハ全面または全露光領域の光軸方向位置が計測出来ればよい。
【００６５】
ステップＳ５５において、フォーカスマップを作成する。フォーカスマップとは、ウエハ８上の平面位置（Ｘ，Ｙ位置）での光軸方向計測値を元に作成する。マップはウエハ全体のマップとしても良いし、露光領域毎のマップとしても良い。光軸方向の補正量を算出しマップとしても良い。
【００６６】
ステップＳ６０において、アライメント計測を行う位置にウエハステージを駆動する。ここで、アライメント計測を行う位置とは、図１１に示すサンプルショット及び図１２に示すアライメントマークのみでも良いし、図１１に示す全ての露光領域及び図１３に示すアライメントマークでも良い。ウエハ８上に描画されている全てのアライメントマークを計測しても良い。
【００６７】
ステップＳ６５において、アライメントマークの計測を実施する。ここでのアライメントマークの計測は、ステップＳ５５にて作成したフォーカスマップに従い、計測するアライメントマークの光軸方向位置を求める。ウエハステージを求めた光軸方向位置に駆動後、平面方向位置計測を実施する。他の方法としては、アライメントマークを光軸方向に駆動させ、オフアクシスアライメント光学系にて光量またはコントラストを計測し、光軸方向位置に対する光量またはコントラスト計測値の変化を元に合焦点位置を求める。その後、合焦点位置にステージを駆動後、平面方向位置計測を実施しても良い。
【００６８】
ステップＳ７０において、アライメントマークのズレ量を算出する。ズレ量は、ウエハ上に露光した各アライメントマークが設計上の座標に対してずれて露光された量を求める。
ステップＳ７５において、計測予定の全てのアライメント計測が完了したかを確認する。未計測マークがある場合は、次のアライメントマークの位置を算出し、ステップＳ６０へ戻る。全てのアライメントマーク計測が完了した場合は計測終了となる。
【００６９】
全ての計測が完了後、ステップＳ８０において、アライメントマップを作成する。アライメントマップは、設計座標に対する実座標でのズレ量の相対関係をマップとする。マップはウエハ全体のマップとしても良いし、露光領域毎のマップとしても良い。平面方向の補正量を算出し、マップとしても良い。
【００７０】
図１５及び図１６のシーケンスフローについて説明したが、図１４の様にウエハステージが２つ搭載された装置では、露光処理と計測処理が並列処理されている。
図１４の装置構成以外でも、予めウエハまたは露光領域の光軸方向及び平面方向面形状が求まっており、露光処理の前までに面形状が露光装置に通知される構成となっていれば装置内にウエハステージを２つ構成する必要はない。
【００７１】
図１７は図１６の計測シーケンスフローにより計測したウエハ上の光軸方向面形状計測位置を示す図である。光軸方向面形状は、ウエハ上の露光領域全面及び露光領域内のみでなく、外周及び露光領域近傍に計測点があることが特徴である。走査露光を実施する場合には露光領域近傍及び外周部分と露光領域内では光軸方向に段差があることが殆どである。従って、予め近傍の形状を知っておくことが重要である為、外周及び近傍に計測点を設けている。
【００７２】
図１８は図１６の計測シーケンスフローにより計測したウエハ上の平面方向面形状計測位置を示す図である。平面方向面形状は、ウエハ上の露光領域内に計測点があることが特徴である。平面方向計測の場合は、既に露光によりアライメントマークが焼き付けられており、同マークを計測する為である。
【００７３】
次に、投影光学系５の収差計測について説明する。投影光学系の波面収差を計測する方法としては、特許文献５に開示されている方法が最も高精度に投影光学系５の収差を計測することが出来る。しかし、前記方法では波面収差を求める為に露光処理及び計測処理が必要である為、時間が掛かってしまう。
本実施形態における投影光学系の収差計測は、ＴＴＲ観察光学系による簡易的な収差計測に関し説明する。
【００７４】
図１９及び図２０はＴＴＲ観察光学系による投影光学系の光軸方向面形状計測のシーケンスフローを示している。
図１９はＴＴＲ観察光学系２０による投影光学系の光軸方向面形状計測のシーケンスフローを示している。
【００７５】
ステップＳ１００においてＴＴＲ観察光学系内のリレーレンズを計測開始位置に駆動する。不図示ではあるが、同時に計測準備として対物レンズの駆動も実施している。
ステップＳ１０５において、レチクル側マークの計測を実施する。ここでの計測は、リレーレンズの投影光学系に対する光軸方向位置に対するマークコントラストを計測する。
【００７６】
ステップＳ１１０において、レチクル側マークの計測が完了したかを確認する。計測が完了していない場合は、ステップＳ１１５においてリレーレンズの光軸方向位置を変更しステップＳ１０５へ戻る。
ステップＳ１０５のレチクル側マークの計測は、ＴＴＲ観察光学系の焦点位置をレチクル側マークに合わせる為に実施する。前回計測した合焦点位置を記憶しておき、記憶している合焦点位置が変化しない場合は計測処理を省略しても良い。
【００７７】
ステップＳ１２０において、リレーレンズをレチクル側マークの合焦点位置に駆動する。
ステップＳ１２５において、ウエハ側マークを計測位置に駆動する。
ステップＳ１３０において、ウエハ側マークの計測を実施する。ここでの計測は、リレーレンズの投影光学系に対する光軸方向位置に対するマークコントラストを計測する。
【００７８】
ステップＳ１３５において、ウエハ側マークの計測が完了したかを確認する。計測が完了していない場合は、ステップＳ１４０においてウエハステージの光軸方向位置を変更しステップＳ１３０へ戻る。
ステップＳ１４５において、計測したウエハステージの光軸方向位置と各位置におけるマークコントラストを元に最適焦点位置を算出する。
【００７９】
不図示ではあるが、ＴＴＲ観察光学系を複数構成している場合は、図１９のシーケンスフローにより投影光学系の複数箇所の最適焦点位置計測が完了する。
高精度に投影光学系の最適焦点位置計測を実施する場合には、ＴＴＲ観察光学系の対物レンズを駆動し、投影光学系内の複数箇所計測を実施すればよい。
【００８０】
図２０はＴＴＲ観察光学系１１による投影光学系の光軸方向面形状計測のシーケンスフローを示している。
ステップＳ１５０において、計測準備を実施する。ここで計測準備とは、レチクル側マークに対して照明光の照射領域を限定する為の遮光板の駆動や、光量積算センサが搭載されたウエハステージの計測位置への駆動を指す。
【００８１】
ステップＳ１５５において、ウエハステージを光軸方向に駆動しながら計測を実施する。計測は、照明光はレーザの様にパルス発光される為、パルス発光時のステージの光軸方向位置及びその時積算した光量が記憶される。
ステップＳ１６０において、計測したウエハステージの光軸方向位置と各位置における光量を元に最適焦点位置を算出する。
【００８２】
不図示ではあるが、ＴＴＲ観察光学系を複数構成している場合は、図２０のシーケンスフローにより投影光学系の複数箇所の最適焦点位置計測が完了する。
高精度に投影光学系の最適焦点位置計測を実施する場合には、その都度遮光板をレチクルマークに合わせて駆動し、ウエハステージを計測位置に駆動し、複数箇所計測を実施すればよい。
【００８３】
本実施形態では露光用光源によりレチクル側マークを照明する構成を説明したが、ＴＴＲ観察光学系２０によりレチクル側マークを照明しても良い。
【００８４】
図２１及び図２２はＴＴＲ観察光学系による投影光学系の平面方向面形状計測のシーケンスフローを示している。
図２１はＴＴＲ観察光学系２０による投影光学系の平面方向面形状計測のシーケンスフローを示している。
【００８５】
ステップＳ２００において、ＴＴＲ観察光学系のリレーレンズをレチクル側マークに対する合焦点位置に駆動する。
ステップＳ２０５において、ウエハ側マークを合焦点位置に駆動する。
【００８６】
ステップＳ２００及びＳ２０５における合焦点位置は、図１９にて求めた合焦点位置としても良い。他の方法として、これから計測を実施するマークに対して図１９のシーケンスフローによりレチクルマークに対するリレーレンズの合焦点位置を求めた後にウエハ側マークの合焦点位置を計測しても良い。ステップＳ２００とステップＳ２０５は並列処理にて駆動が行われる。
【００８７】
ステップＳ２１０において、平面方向位置計測を実施する。平面方向位置計測は、ＴＴＲ観察光学系によりレチクル側マーク及びウエハ側マークを同時観察し、ＴＴＲ観察光学系に対するレチクル側マークとウエハ側マークの位置ズレ量を計測する。
ステップＳ２１５において、平面方向位置の算出を実施する。平面方向位置は投影光学系の計測像高におけるレチクル側マークとウエハ側マークの相対位置ズレ量を算出する。
【００８８】
不図示ではあるが、ＴＴＲ観察光学系を複数構成している場合は、図２１のシーケンスフローにより投影光学系の複数箇所の平面方向位置計測が完了する。
高精度に投影光学系の平面方向位置計測を実施する場合には、ＴＴＲ観察光学系の対物レンズを駆動し、投影光学系内の複数箇所計測を実施すればよい。
【００８９】
図２２はＴＴＲ観察光学系１１による投影光学系の平面方向面形状計測のシーケンスフローを示している。
ステップＳ２５０において、計測準備を実施する。ここで計測準備とは、レチクル側マークに対して照明光の照射領域を限定する為の遮光板の駆動や、光量積算センサが搭載されたウエハステージの計測位置への駆動を指す。
【００９０】
ステップＳ２５５において、ウエハステージを平面方向に駆動しながら計測を実施する。計測は、照明光はレーザの様にパルス発光される為、パルス発光時のステージの平面方向位置及びその時積算した光量が記憶される。
ステップＳ２６０において、計測したウエハステージの平面方向位置と各位置における光量を元に設計座標に対する平面方向位置ズレ量を算出する。
【００９１】
不図示ではあるが、ＴＴＲ観察光学系を複数構成している場合は、図２２のシーケンスフローにより投影光学系の複数箇所の平面方向位置計測が完了する。
高精度に投影光学系の平面方向位置計測を実施する場合には、その都度遮光板をレチクルマークに合わせて駆動し、ウエハステージを計測位置に駆動し、複数箇所計測を実施すればよい。
【００９２】
本実施形態では露光用光源によるレチクル側マークを照明する構成を説明したが、ＴＴＲ観察光学系２０によりレチクル側マークを照明しても良い。
前述の様に、レチクルの光軸方向面形状及び平面方向面形状、ウエハの光軸方向面形状及び平面方向面形状、投影光学系の光軸方向面形状及び平面方向面形状を各々求めることが出来る。
【実施例】
【００９３】
［第１の実施例］
本発明の第１の実施例として、前記実施形態により得られたレチクルの光軸方向面形状、ウエハの光軸方向面形状、投影光学系の光軸方向面形状を元に、面形状に対する補正項目及び補正方法の決定方法について説明する。
【００９４】
図２３は、レチクルの光軸方向面形状を示している。レチクルはＺ方向（光軸方向）に撓んでいることが分る。
図２４は、図２３のレチクルの光軸方向面形状に対して、装置が補正可能な項目（本実施例では光軸方向位置：Ｚ、Ｘ方向傾き：チルトＸ、像面湾曲成分）での補正量を示している。
【００９５】
図２５は、図２３のレチクルの光軸方向面形状から図２４の補正量を減算した補正残（補正残渣）を示している。
上記の様に、レチクルの光軸方向面形状を高精度に計測し、補正を実施した場合でも残渣をゼロには出来ない。
【００９６】
図２６は、投影光学系の光軸方向面形状を示している。投影光学系はＺ方向（光軸方向）に撓んでいることが分る。
図２７は、図２６の投影光学系の光軸方向面形状に対して、装置が補正可能な項目（本実施例では光軸方向位置：Ｚ、Ｘ方向傾き：チルトＸ、像面湾曲成分）での補正量を示している。
【００９７】
図２８は、図２６の投影光学系の光軸方向面形状から図２７の補正量を減算した補正残を示している。
上記の様に、投影光学系の光軸方向面形状を高精度に計測し、補正を実施した場合でも残渣をゼロには出来ない。
【００９８】
図２９は、ウエハ内の露光領域の光軸方向面形状を示している。露光領域は複雑な形状をしていることが分る。
図３０は、図２９の露光領域の光軸方向面形状に対して、装置が補正可能な項目（本実施例では光軸方向位置：Ｚ、Ｘ方向傾き：チルトＸ、像面湾曲成分）での補正量を示している。
【００９９】
図３１は、図２９の露光領域の光軸方向面形状から図３０の補正量を減算した補正残を示している。
上記の様に、露光領域の光軸方向面形状を高精度に計測し、補正を実施した場合でも残渣をゼロには出来ない。
【０１００】
図３２は、上記図２５、図２８及び図３１の補正残を加算した光軸方向面形状の残渣を示している。レチクル、投影光学系、露光領域の光軸方向面形状が高精度に計測出来、個々に補正量を算出し補正を実施したとしても残渣をゼロには出来ない。補正残渣は露光領域内で±１０ｎｍ程度である。
【０１０１】
一方、図３３は、図２３、図２６及び図２９の光軸方向面形状を加算した総合像面形状を示している。総合像面形状とは、レチクル、ウエハ（露光領域）、投影光学系各々の光軸方向計測値を同じ平面方向位置（Ｘ，Ｙ座標）で加算して出来上がる面形状を指す。総合像面形状は、露光を実施した時の結像面形状を表している。従って、総合像面形状を補正することにより、補正残渣を小さくすることが可能となる。
【０１０２】
図３４は、図３３の総合像面形状に対して、装置が補正可能な項目（本実施例では光軸方向位置：Ｚ、Ｘ方向傾き：チルトＸ、像面湾曲成分）での補正量を示している。
図３５は、図３３の総合像面形状から図３４の補正量を減算した補正残を示している。図３５と図３２を比較しても分るように補正残は少なくなっている。図３２では露光領域内で±１０ｎｍ程度あった補正残渣が図３５では露光領域内で±３ｎｍ程度まで減少する。
【０１０３】
上記の様に、露光前にレチクル、投影光学系、露光領域の光軸方向面形状が高精度に計測されている場合には、各成分より総合像面形状を求め、補正を実施した方が補正残渣を少なくすることが出来る。
【０１０４】
補正項目及び補正方法について説明する。上記により求めた総合像面形状から一次成分（Ｚ及びチルトＸ、チルトＹ）を求める。走査型露光装置の場合は、一次成分をウエハ上露光領域内の走査方向（Ｙ方向）座標毎にＺ及びチルトＸを算出し補正量とすれば良い。補正方法はウエハステージまたはレチクルステージを補正量に従い走査駆動中にＺ方向及びチルトＸ方向に補正駆動すれば良い。ウエハステージまたはレチクルステージの走査駆動中の制御位置と総合像面形状の計測位置が異なる場合は、予め総合像面形状を元に近似関数を求め、近似関数に走査駆動中の制御位置を与えて補正量を算出すれば良い。一括型露光装置の場合は、一次成分をウエハ上露光領域毎に一次平面（Ｚ及びチルトＸ、チルトＹ）を算出し補正量とすれば良い。補正方法はウエハステージまたはレチクルステージを補正量に従いＺ方向及びチルトＸ、チルトＹ方向に補正駆動すれば良い。
【０１０５】
次に、総合像面形状から上記により求めた一次成分を減算する。減算後の総合像面形状から二次成分を求める。走査型露光装置の場合は、ウエハ上露光領域内の走査方向毎に二次成分を算出し、補正量とすれば良い。補正方法は投影光学系で二次成分を走査駆動と同期させ補正駆動すれば良い。投影光学系の補正駆動が走査駆動と同期できない場合には、露光領域毎に算出した二次成分の平均値を算出し、露光領域毎の露光前に投影光学系で二次成分を補正駆動すれば良い。一括型露光装置の場合は、ウエハ上露光領域内の計測値でＹ座標が同じ計測位置での計測値より二次成分を算出し、算出した二次成分の平均値を補正値とすれば良い。補正方法は、露光領域毎の露光前に投影光学系で二次成分を補正駆動すれば良い。
【０１０６】
［第１の実施例の変形例］
別の方法としては、レチクル、ウエハ（露光領域）、投影光学系の光軸方向面形状を元に、各々一次成分及び二次成分を算出する。各々の補正残渣を加算し、補正残渣の総合像面形状を算出する。算出した総合像面形状を元に、一次成分及び二次成分を算出しても良い。補正方法に関しては前述している為省略する。
【０１０７】
第一の実施例ではレチクル、ウエハ、投影光学系の光軸方向面形状を全て加算したが、レチクルステージ及びウエハステージが各々独立に光軸方向に補正駆動が可能である場合は、以下方法により面形状を算出しても良い。
【０１０８】
レチクルの光軸方向面形状より一次成分及び二次成分を算出する。算出した補正量を元にレチクルステージによる補正駆動を実施する。レチクルの補正残渣を投影光学系及び露光領域の光軸方向面形状に加算し、総合像面形状を算出する。算出した総合像面形状を元に、一次成分及び二次成分を算出しても良い。補正方法に関しては前述している為省略する。
【０１０９】
本実施例では、一次成分及び二次成分を補正しているが、補正量が小さい場合は補正駆動をしないという補正方法もある。これは、補正量を算出し、補正手段を決定後、補正手段の補正分解能と補正量を比較し、補正量が補正分解能以下の場合は補正誤差が大きくなる為である。
【０１１０】
［第１の実施例の効果］
前記補正量算出と補正手段決定及び補正を実施することにより補正残渣を最小とすることが可能となる。
【０１１１】
［第２の実施例］
本発明の第２の実施例として、前記実施形態により得られたレチクルの平面方向面形状、ウエハの平面方向面形状、投影光学系の平面方向面形状を元に、面形状に対する補正項目及び補正方法の決定方法について説明する。
【０１１２】
図３６は、レチクルの平面方向面形状を示している。細線は理想平面形状を示している。黒丸点は計測値を示し、黒丸点を繋いだ太線が計測値より求めたレチクルの平面方向面形状を示している。
【０１１３】
図３７は、図３６のレチクルの平面方向面形状を補正した後の補正残を示している。図３６と比較し、理想平面形状に近くなっているが、残渣があることが分る。
上記の様に、レチクルの平面方向面形状を高精度に計測し、補正を実施した場合でも残渣をゼロには出来ない。
【０１１４】
図３８は、投影光学系の平面方向面形状を示している。細線は理想平面形状を示している。黒丸点は計測値を示し、黒丸点を繋いだ太線が計測値より求めた投影光学系の平面方向面形状を示している。
【０１１５】
図３９は、図３０の投影光学系の平面方向面形状を補正した後の補正残を示している。図３０と比較し、理想平面形状に近くなっているが、残渣があることが分る。
上記の様に、投影光学系の平面方向面形状を高精度に計測し、補正を実施した場合でも残渣をゼロには出来ない。
【０１１６】
図４０は、ウエハ内の露光領域の平面方向面形状を示している。細線は理想平面形状を示している。黒丸点は計測値を示し、黒丸点を繋いだ太線が計測値より求めたウエハの平面方向面形状を示している。
【０１１７】
図４１は、図４０の露光領域の平面方向面形状を補正した後の補正残を示している。図４０と比較し、理想平面形状に近くなっているが、残渣があることが分る。
上記の様に、露光領域の平面方向面形状を高精度に計測し、補正を実施した場合でも残渣をゼロには出来ない。
【０１１８】
図４２は、上記図３７、図３９及び図４１の補正残を加算した平面方向面形状の残渣を示している。図４２を見てもわかるように、レチクル、投影光学系、露光領域の光軸方向が高精度に計測出来、個々に補正量を算出し補正を実施したとしても残渣が生じる。補正残渣は露光領域内で±４ｎｍ程度である。
【０１１９】
一方、図４３は、図３６、図３８及び図４０の平面方向面形状を加算した総合平面形状を示している。総合平面形状とは、レチクル、ウエハ（露光領域）、投影光学系各々の平面方向計測値を同じ平面方向位置（Ｘ，Ｙ座標）で加算して出来上がる面形状を指す。総合平面形状は、露光を実施した時の結像面形状を表している。従って、総合平面形状を補正することにより、補正残渣を小さくすることが可能となる。
【０１２０】
図４４は、図４３の総合平面形状を補正した後の補正残を示している。補正残渣は露光領域内で±１．９ｎｍと補正残渣が減少する。
【０１２１】
補正項目及び補正方法について説明する。上記により求めた総合平面形状から一次成分（Ｘ及びＹ倍率）と三次成分（Ｘ及びＹディストーション）とオフセット（Ｘ及びＹシフト）を求める。走査型露光装置の場合は、ウエハ上露光領域内の走査方向（Ｙ方向）毎に補正量を求めれば良い。オフセットの補正方法はウエハステージまたはレチクルステージを補正量に従い走査駆動中にＸ方向及びＹ方向に補正駆動すれば良い。ウエハステージまたはレチクルステージの走査駆動中の制御位置と総合平面形状の計測位置が異なる場合は、予め総合平面形状を元に近似関数を求める。その後、求めた近似関数に走査駆動中の制御位置を与えて補正量を算出すれば良い。一次及び三次成分の補正方法は、投影光学系で一次及び三次成分を走査駆動と同期させ補正駆動すれば良い。投影光学系の補正駆動が走査駆動と同期できない場合には、露光領域毎に算出した一次及び三次成分の平均値を算出し、露光領域毎の露光前に投影光学系で補正駆動すれば良い。
【０１２２】
一括型露光装置の場合は、ウエハ上露光領域単位で一次、三次、オフセットを算出し補正量とすれば良い。オフセットの補正方法はウエハステージまたはレチクルステージを補正量に従いＸ方向及びＹ方向に補正駆動すれば良い。一次及び三次成分の補正方法は、露光領域毎に算出した一次及び三次成分の補正量を、露光領域毎の露光前に投影光学系で補正駆動すれば良い。
【０１２３】
［第２の実施例の変形例］
別の方法としては、レチクル、ウエハ（露光領域）、投影光学系の平面方向面形状を元に、各々オフセット、一次成分及び三次成分を算出する。各々の補正残渣を加算し、補正残渣の総合平面形状を算出する。算出した総合平面形状を元に、オフセット、一次成分及び三次成分を算出しても良い。補正方法に関しては前述している為省略する。
【０１２４】
第二の実施例ではレチクル、ウエハ、投影光学系の平面方向面形状を全て加算したが、レチクルステージ及びウエハステージが各々独立に平面方向に補正駆動が可能である場合は、以下方法により面形状を算出しても良い。
【０１２５】
レチクルの平面方向面形状よりオフセット及び一次成分を算出する。算出した補正量を元にレチクルステージによる補正駆動を実施する。ここで、レチクルステージで補正する一次成分とは走査方向（Ｙ方向）の倍率成分のみとする。レチクルの補正残渣を投影光学系及び露光領域の平面方向面形状に加算し、総合平面形状を算出する。算出した総合平面形状を元に、オフセット、一次成分及び三次成分を算出しても良い。補正方法に関しては前述している為省略する。
【０１２６】
本実施例では、オフセット、一次成分及び三次成分を補正しているが、補正量が小さい場合は補正駆動をしないという補正方法もある。これは、補正量を算出し、補正手段を決定後、補正手段の補正分解能と補正量を比較し、補正量が補正分解能以下の場合は補正誤差が大きくなる為である。
【０１２７】
［第２の実施例の効果］
前記補正量算出と補正手段決定及び補正を実施することにより補正残渣を最小とすることが可能となる。
【０１２８】
［デバイス製造方法の実施例］
次に、図４５および図４６を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図４５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方法を例に説明する。
ステップ１（回路設計）では半導体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に基づいてマスク（原版またはレチクルともいう）を製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組立）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエ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）等の組立工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
【０１２９】
図４６は、ステップ４のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置を用い、マスクに形成されたパターンを介してウエハを露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。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エハ上に多重に回路パターンが形成される。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置のブロック図である。
【図２】図１の装置におけるレチクルとレチクル吸着パッドの関係を示す平面図である。
【図３】図２におけるレチクルとレチクル吸着パッド及びレチクル下面計測用斜入射計測系の関係を示す断面図である。
【図４】図２におけるレチクルの下面の計測点ＭＰを示す概略平面図である。
【図５】図２におけるレチクルとレチクル吸着パッド及びレチクルマークの関係を示す平面図である。
【図６】図５のレチクルマークに対するＴＴＲ観察光学系の合焦点位置の計測シーケンスフローである。
【図７】ウエハとウエハ内露光領域配置の関係を示す平面図である。
【図８】図７の露光領域とオフアクシスオートフォーカス光学系の配置の関係を示す平面図である。
【図９】図７のウエハとウエハ内露光領域及びオフアクシスオートフォーカス計測点の一例を示す平面図である。
【図１０】図７のウエハとウエハ内露光領域及びオフアクシスオートフォーカス計測点の別の例を示す平面図である。
【図１１】ウエハとウエハ内露光領域及びサンプルショット配置の関係を示す平面図である。
【図１２】サンプルショット内のアライメントマーク配置の一例を示す平面図である。
【図１３】サンプルショット内のアライメントマーク配置の他の例を示す平面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る、ウエハステージを２つ構成した露光装置のブロック図である。
【図１５】図１４の露光装置での露光処理シーケンスフローである。
【図１６】図１４の露光装置での計測処理シーケンスフローである。
【図１７】ウエハ上の光軸方向面形状計測位置を示す平面図である。
【図１８】ウエハ上の平面方向面形状計測位置を示す平面図である。
【図１９】投影光学系の光軸方向面形状計測の処理シーケンスフローである。
【図２０】投影光学系の光軸方向面形状計測の処理シーケンスフローである。
【図２１】投影光学系の平面方向面形状計測の処理シーケンスフローである。
【図２２】投影光学系の平面方向面形状計測の処理シーケンスフローである。
【図２３】レチクルの光軸方向面形状を示す図である。
【図２４】レチクルの光軸方向面形状補正量を示す図である。
【図２５】レチクルの光軸方向面形状補正残渣を示す図である。
【図２６】投影光学系の光軸方向面形状を示す図である。
【図２７】投影光学系の光軸方向面形状補正量を示す図である。
【図２８】投影光学系の光軸方向面形状補正残渣を示す図である。
【図２９】ウエハ内の露光領域の光軸方向面形状を示す図である。
【図３０】ウエハ内の露光領域の光軸方向面形状補正量を示す図である。
【図３１】ウエハ内の露光領域の光軸方向面形状補正残渣を示す図である。
【図３２】光軸方向の全補正残渣を示す図である。
【図３３】総合像面形状を示す図である。
【図３４】総合像面形状補正量を示す図である。
【図３５】総合像面形状補正後の補正残渣を示す図である。
【図３６】レチクルの平面方向面形状を示す図である
【図３７】レチクルの平面方向面形状補正残渣を示す図である。
【図３８】投影光学系の平面方向面形状を示す図である。
【図３９】投影光学系の平面方向面形状補正残渣を示す図である。
【図４０】ウエハ内の露光領域の平面方向面形状を示す図である。
【図４１】ウエハ内の露光領域の平面方向面形状補正残渣を示す図である。
【図４２】平面方向の全補正残渣を示す図である。
【図４３】総合平面形状を示す図である。
【図４４】総合平面形状補正後の補正残渣を示す図である。
【図４５】露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。
【図４６】図４５に示すフローチャートにおけるステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３１】
１    光源
２    レチクル
３    レチクル基準プレート
４    レチクルステージ
５    投影光学系
６    ウエハ側オフアクシスオートフォーカス計測系（投光光学系）
７    ウエハ側オフアクシスオートフォーカス計測系（検出光学系）
８    ウエハ
９    ステージ基準プレート
１０  ウエハステージ
１１  ＴＴＲ観察光学系（センサ）
２０  ＴＴＲ観察光学系
４０  レチクルステージ制御系
５０  投影光学系制御系
６０  ウエハステージ制御系
７０  露光装置制御系
８０  レチクル面制御系
８１  レチクル側オフアクシスオートフォーカス光学系（投光光学系）
８２  レチクル側オフアクシスオートフォーカス光学系（検出光学系）
９０  オフアクシスアライメント光学系
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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