JP2012004564A - 露光方法、露光装置、デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重ね合わされるパターン間の重ね誤差を減らす。
【解決手段】本発明の露光方法は、パターンの像を基板に投影し、この基板にパターンを露光する露光方法であって、下地パターンの像が投影された第１基板において露光光が照射される複数の照射領域に対して、複数の照射領域にまたがって第１パターンの像を投影することと、下地パターンの像に対する第１パターンの像の重ね誤差を照射領域ごとに求めることと、複数の照射領域のうちで互いに隣り合う第１の及び第２の照射領域における重ね誤差を第１の及び第２の照射領域に振り分けるように、第１の及び第２の照射領域での投影条件を調整することとを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、露光方法、露光装置、デバイス製造方法に関する。

大型の基板に膜パターンを形成するときに、マルチレンズ方式のスキャン露光装置が用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。この種の露光装置は、マスクと基板とを所定の走査方向に同期走査しつつ、マスクのパターンの像を投影光学系によって基板に投影する。投影光学系は、走査方向の交差方向に配設された複数の投影モジュールと、基板上での投影像の位置や形状、寸法等の投影条件を調整する調整手段とを備えている。投影像となる光は、調整手段によって投影条件を調整されつつ基板上を走査し、複数の投影像によってパターンが露光される。

デバイスの製造工程では、デバイスの構成要素を積層して形成し、その過程で複数のパターンを重ねて露光することがある。複数のパターンを重ねて露光するときに、複数のパターン間の相対位置の精度が要求されることがある。複数のパターン間の位置合わせを行う方法としては、露光済のパターンの位置に対して、露光予定のパターンの位置を合わせる方法が知られている。

特開２００１−２１５７１８号公報

複数のパターンを重ねて露光するときに、投影モジュールごとに各投影像の位置を露光済のパターンの位置に合わせて調整すると、複数の投影像間の継ぎ精度が低下する可能性がある。一方で複数の投影像の継ぎ精度を確保しようとすると、重ね誤差を減らすことが難しくなる可能性がある。

本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、重ね合わされるパターン間の重ね誤差を減らすことを目的の１つとする。

本発明の第１の態様である露光方法は、パターンの像を基板に投影し、該基板に前記パターンを露光する露光方法であって、下地パターンの像が投影された第１基板において露光光が照射される複数の照射領域に対して、前記複数の照射領域にまたがって第１パターンの像を投影することと、前記下地パターンの像に対する前記第１パターンの像の重ね誤差を前記照射領域ごとに求めることと、前記複数の照射領域のうちで互いに隣り合う第１の及び第２の照射領域における前記重ね誤差を前記第１の及び第２の照射領域に振り分けるように、前記第１の及び第２の照射領域での投影条件を調整することとを含む。

本発明の第２の態様である露光方法は、マスクが有するパターンの像を、第１方向に関して互いに隣り合う第１及び第２投影領域に分割して基板に投影し、該基板に前記パターンを露光する露光方法であって、下地パターンが露光された第１基板に、第１マスクが有する第１パターンの像を前記第１及び第２投影領域に分割して投影し、前記第１基板に前記第１パターンを露光することと、前記第１投影領域によって前記第１パターンが露光された第１の照射領域、及び前記第２投影領域によって前記第１パターンが露光された第２の照射領域のそれぞれにおける、前記下地パターンと前記第１パターンとの重ね誤差を求めることと、前記第１の及び第２の照射領域のそれぞれにおける前記重ね誤差に基づいて、前記第１の及び第２の照射領域に対して前記重ね誤差が振り分けられるように、前記第１及び第２投影領域における前記パターンの像の投影条件を調整することと、前記投影条件が調整された状態で、第２マスクが有する第２パターンの像を前記第１及び第２投影領域に分割して第２基板に投影し、該第２基板に前記第２パターンを露光することとを含む。

本発明の第３の態様であるデバイス製造方法は、本発明の態様の露光方法を用いて基板を露光することと、露光された前記基板を現像することとを含む。

本発明の第４の態様である露光装置は、露光光が照射される複数の照射領域にまたがって像を投影する投影光学系と、前記投影光学系が第１の前記像を投影した領域に重ねて第２の前記像を投影するときに、前記第１の像に対する前記第２の像の重ね誤差を、前記複数の照射領域のうちで互いに隣り合う第１の及び第２の照射領域に振り分けるように、前記投影光学系による投影条件を前記照射領域ごとに制御する制御装置とを備える。

本発明の第５の態様であるデバイス製造方法は、本発明の態様の露光装置を用いて基板を露光することと、露光された前記基板を現像することとを含む。

本発明によれば、複数の投影像での継ぎ精度を確保しつつ、重ね合わされるパターン間の重ね誤差を減らすことができる。

露光装置の一実施形態を示す斜視図である。 投影モジュールの構成例を示す斜視図である。 基板上の投影領域を示す概念図である。 露光方法の一実施形態を示す図である。 照射領域と測定点との位置関係の一例を示す平面図である。 各測定点での重ね誤差ベクトルの一例を示す概念図である。 （ａ）、（ｂ）は、各照射領域での重ね誤差、補正量及び残留誤差の例を示す図である。 （ａ）は重ね誤差のＸ軸方向成分の値に対する出現頻度の一例を示すグラフ、（ｂ）は重ね誤差のＹ軸方向成分の値に対する出現頻度の一例を示すグラフである。 デバイス製造方法の一実施形態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明の適用範囲は下記の実施形態に限定されない。以下の説明では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系に基づいて各部の位置関係等について説明する。水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

図１は、露光装置の一実施形態を示す斜視図である。本実施形態の露光装置ＥＸは、マスクＭと基板Ｐとを所定の走査方向に同期移動しながら、マスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影して露光を行うマルチレンズ方式のスキャン露光装置である。

図１に示す露光装置ＥＸは、マスクステージ１、基板ステージ２、干渉計システム３、照明システムＩＳ、投影光学系としての投影システムＰＳ、及び制御装置４を備えている。マスクステージ１は、マスクＭを保持して移動可能である。基板ステージ２は、基板Ｐを保持して移動可能である。干渉計システム３は、マスクステージ１の位置と基板ステージ２の位置を測定する。照明システムＩＳは、露光光ＥＬでマスクＭを照明する。投影システムＰＳは、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影する。制御装置４は、露光装置ＥＸ全体の動作を制御する。

マスクステージ１は、マスクＭを保持可能なマスク保持部１０を有する。マスクＭは、パターンが形成されたレチクルを含む。本実施形態のマスク保持部１０は、マスクＭのパターン形成面がＸＹ平面とほぼ平行となるように、マスクＭを保持する。マスクステージ１は、例えばリニアモータ等を含む駆動システムの駆動力によって、第１〜第７照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７に対して移動可能である。本実施形態のマスクステージ１は、上記の駆動システムにより、マスク保持部１０にマスクＭを保持した状態で、Ｘ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向の３つの方向に移動可能である。

基板ステージ２は、基板Ｐを保持可能な基板保持部１１を有する。基板Ｐは、例えば液晶パネルの製造に用いられ、一辺のサイズが例えば５００ｍｍ以上の平面視矩形のものである。本実施形態の基板保持部１１は、基板Ｐの表面（露光面）とＸＹ平面とがほぼ平行となるように、基板Ｐを保持する。基板Ｐは、感光性の基板であって、例えばガラスプレート等の基材、及びこの基材上に設けられたフォトレジスト膜等の感光膜を含む。基材の表層は、例えば反射防止膜等の各種機能膜の一部をなす膜や薄膜トランジスタの一部をなす膜、配線や電極となる膜であってもよい。この膜は、絶縁膜、導電膜、あるいは半導体膜のいずれでもよい。基板ステージ２は、例えばリニアモータ等を含む駆動システムの駆動力によって、第１〜第７投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に対して移動可能である。本実施形態の基板ステージ２は、上記の駆動システムの作動により、基板保持部１１で基板Ｐを保持した状態で、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。

干渉計システム３は、第１干渉計ユニット３Ａ及び第２干渉計ユニット３Ｂを有する。第１干渉計ユニット３Ａは、ＸＹ平面内におけるマスクステージ１（マスクＭ）の位置を光学的に測定可能である。第２干渉計ユニット３Ｂは、ＸＹ平面内における基板ステージ２（基板Ｐ）の位置を光学的に測定可能である。基板Ｐの露光処理を実行するとき、あるいは所定の測定処理を実行するとき、制御装置４は、干渉計システム３の測定結果に基づいて、マスクステージ１と基板ステージ２との相対位置を制御する。

制御装置４は、基板Ｐを露光するときにマスクステージ１及び基板ステージ２を制御して、マスクＭ及び基板ＰをＸＹ平面内の所定の走査方向に移動させる。本実施形態では、基板Ｐの走査方向（同期移動方向）がＸ軸方向であり、マスクＭの走査方向（同期移動方向）もＸ軸方向であるとする。すなわち、制御装置４は、投影システムＰＳの投影領域に対して基板ＰをＸ軸方向に移動させ、基板Ｐの移動と同期して、照明システムＩＳの照明領域に対してマスクＭをＸ軸方向に移動させる。マスクＭと基板Ｐの同期移動時に、照明システムＩＳが露光光ＥＬでマスクＭを照明し、マスクＭを経由した露光光ＥＬを投影システムＰＳが基板Ｐに投影する。

本実施形態の照明システムＩＳは、水銀ランプ５、楕円鏡６、ダイクロイックミラー７、リレー光学系８、ライトガイドユニット９、及び複数の（図中では７つ）の照明モジュールＩＬ１〜ＩＬ７を有する。以下の説明では、照明モジュールＩＬ１〜ＩＬ７のそれぞれを適宜、第１〜第７照明モジュールＩＬ１〜ＩＬ７と称する。本実施形態では、水銀ランプ５から射出された光のうちで所定波長の光、ここではｇ線、ｈ線、ｉ線のうちの１以上をダイクロイックミラー７によって分離して露光光ＥＬに用いる。

水銀ランプ５から射出された光は、楕円鏡６で反射した後に、ダイクロイックミラー７に入射する。ダイクロイックミラー７は、入射光のうちで所定の波長成分を選択的に反射させる特性を有する。ダイクロイックミラー７で反射した露光光ＥＬ（分離された輝線）は、リレー光学系８に入射する。リレー光学系８は、コリメートレンズ及び集光レンズを含む。リレー光学系８を通った露光光ＥＬは、ライトガイドユニット９に入射する。ライトガイドユニット９は、リレー光学系８からの露光光ＥＬを分岐させて第１〜第７照明モジュールＩＬ１〜ＩＬ７のそれぞれに導く。

第１照明モジュールＩＬ１は、コリメートレンズ、フライアイインテグレータ、及びコンデンサレンズを備えている。ライトガイドユニット９からの露光光ＥＬは、コリメートレンズを通ってフライアイインテグレータに入射し、フライアイインテグレータを通ってコンデンサレンズに入射する。コンデンサレンズから射出された露光光ＥＬは、第１照明領域ＩＲ１を照明する。第２〜第７照明モジュールＩＬ２〜ＩＬ７の構成は、第１照明モジュールＩＬ１と同様である。

照明システムＩＳは、互いに異なる複数（図中では７つ）の照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７のそれぞれに、露光光ＥＬを照射可能である。照明領域ＩＲ１は、第１照明モジュールＩＬ１から射出される露光光ＥＬによって照明される。同様に、照明領域ＩＲ２〜ＩＲ７は、第２〜第７照明モジュールＩＬ２〜ＩＬ７によって照明される。以下の説明において、照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７を適宜、第１〜第７照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７と称する。

マスクＭのパターン形成面に対する各照明領域の位置関係は、マスクステージ１の移動に伴って時間変化する。照明システムＩＳは、各時刻における第１〜第７照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７に相当するマスクＭの一部を、均一な照度分布の露光光ＥＬで照明する。

投影システムＰＳは、照明モジュールＩＬ１〜ＩＬ７と同数（図中では７つ）の投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７を有する。以下の説明では、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７のそれぞれを適宜、第１〜第７投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７と称する。なお、投影モジュールの数（照明モジュールと同数）は７つに限定されず、例えば投影システムＰＳが、投影モジュールを１１個有し、照明システムＩＳが、照明モジュールを１１個有してもよい。投影システムＰＳは、互いに異なる複数（図示は７つ）の投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に露光光ＥＬを投影可能である。以下の説明において、投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７を適宜、第１〜第７投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７と称する。

投影システムＰＳの各投影モジュールは、照明システムＩＳの各照明モジュールと１対１で対応している。例えば、第１照明モジュールＩＬ１から射出された露光光ＥＬは、マスクＭ上の第１照明領域ＩＲ１を照明し、マスクＭを経由した後に、第１投影モジュールＰＬ１によって基板Ｐ上の第１投影領域ＰＲ１に投影される。同様に、第２〜第７照明モジュールＩＬ２〜ＩＬ７から射出された露光光ＥＬは、第２〜第７照明領域ＩＲ２〜ＩＲ７を経由して、第２〜第７投影モジュールＰＬ２〜ＰＬ７によって、投影領域ＰＲ２〜ＰＲ７に投影される。

基板Ｐの露光面に対する各投影領域の位置関係は、基板ステージ２の移動に伴って時間変化する。投影システムＰＳは、各時刻における第１〜第７照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７に対応する部分のマスクＭのパターンの像を、この時刻における第１〜第７投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に対応する基板Ｐの一部に、所定の投影倍率で投影する。

図２は、投影モジュールの構成例を示す斜視図である。第１〜第７投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７は、いずれも同様の構成になっており、ここでは代表的に第１投影モジュールＰＬ１の構成について説明する。

図２に示す第１投影モジュールＰＬ１は、第１ダイソン光学系２１、第２ダイソン光学系２２、視野絞り２３、シフト機構２４、ローテーション補正機構２５、倍率補正機構２６及び補償光学系２７を有する。視野絞り２３は、第１ダイソン光学系２１と第２ダイソン光学系２２との間の光路に配置されている。シフト機構２４は、マスクステージ１（マスクＭ）と第１ダイソン光学系２１との間の光路に配置されている。

第１照明モジュールＩＬ１の射出光軸は、Ｚ軸方向と平行になっており、マスクＭを経由した露光光ＥＬは、シフト機構２４を通って第１ダイソン光学系２１に入射する。第１ダイソン光学系２１から射出された露光光ＥＬは、Ｚ軸方向に進行して視野絞り２３に入射し、視野絞り２３を通った露光光ＥＬは第２ダイソン光学系２２に入射する。第２ダイソン光学系２２から射出された露光光ＥＬは、Ｚ軸方向に進行して基板Ｐ上に投影像を形成する。

第１ダイソン光学系２１は、直角プリズム３１、レンズ３２及び凹面鏡３３を有する。直角プリズム３１は、２つの反射面を有している。２つの反射面の一方は、マスクＭのパターン形成面に対して４５゜の角度をなし、他方はマスクＭのパターン形成面に対して−４５°の角度をなしている。レンズ３２の光軸及び凹面鏡３３の光軸は、マスクＭの面内方向と平行である。第２ダイソン光学系２２は、第１ダイソン光学系２１と同様の構成になっており、直角プリズム３４、レンズ３５及び凹面鏡３６を有する。

シフト機構２４、ローテーション補正機構２５及び倍率補正機構２６は、第１投影モジュールＰＬ１の結像特性調整機構を構成している。結像特性調整機構を制御することにより、基板Ｐ上での投影像の投影条件を投影モジュールごとに調整することができる。ここでいう投影条件は、基板Ｐ上での投影領域の併進位置や回転位置、形状、寸法のうちの１以上の項目を含む。投影条件は、同期走査時の基板Ｐに対する投影領域の位置ごとに定めることができる。投影像の投影条件を調整することによって、マスクＭのパターンと比較したときの投影像の歪を補正することが可能である。

シフト機構２４は、投影像をＸ軸方向及びＹ軸方向に互いに独立してシフト可能である。ローテーション補正機構２５は、投影像をθＺ方向に回転可能である。倍率補正機構２６は、投影像の倍率を調整可能である。シフト機構２４、ローテーション補正機構２５、倍率補正機構２６は、制御装置４によって投影モジュールごとに個別に制御される。

シフト機構２４は、透光性を有する平行平板４１、４２を含む。シフト機構２４は、Ｘシフト用の平行平板４１をθＹ方向に回転させることによって、投影像をＸ軸方向にシフト（併進移動）させる。同様に、シフト機構は、Ｙシフト用の平行平板４２によって投影像をＹ軸方向にシフトさせる。

ローテーション補正機構２５は、プリズム台４３及びアクチュエータ４４、４５を有する。直角プリズム３１は、アクチュエータ４４、４５を介してプリズム台４３に取付けられている。アクチュエータ４４、４５は、例えばピエゾ素子により構成される。アクチュエータ４４、４５は、各ピエゾ素子の取付け位置で直角プリズム３１とプリズム台４３との間隔を変化させる。

アクチュエータ４４とアクチュエータ４５とでピエゾ素子の伸縮量を異ならせると、直角プリズム３１が第１照明モジュールＩＬ１の射出光軸（Ｚ軸）周りに回転し、基板Ｐに形成される投影像をθＺ方向に回転する。
アクチュエータ４４とアクチュエータ４５とでピエゾ素子の伸縮量を揃えて、直角プリズム３１とプリズム台４３との間隔を変化させると、直角プリズム３１がＸ軸方向に移動する。
このようにして露光光ＥＬの結像位置を変化させることができ、ローテーション補正機構２５によってフォーカスを調整することも可能である。なお、図２ではアクチュエータを２箇所に配置しているが、３以上のピエゾ素子を用いて直角プリズム３１を３点以上で支持してもよい。

倍率補正機構２６は、例えば直角プリズム３１とレンズ３２との間の光路に配置されたズーム光学系により構成される。ズーム光学系は、例えば複数のレンズ及びアクチュエータを有する。複数のレンズのレンズ間隔をアクチュエータにより変化させることによって、ズーム光学系の焦点距離を可変に制御することができる。補償光学系２７は、第２ダイソン光学系２２のレンズ３５と直角プリズム３４との間の光路に配置されている。補償光学系２７は、倍率補正機構２６による収差等の影響を相殺するように、例えば複数のレンズにより構成される。

図３は、基板上の投影領域を示す概念図である。
本実施形態では、基板Ｐ上での第１〜第７投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７の平面形状が、いずれも台形である。第１、第３、第５、第７投影領域ＰＲ１、ＰＲ３、ＰＲ５、ＰＲ７（以下、第１グループと総称する）は、Ｙ軸方向にほぼ等間隔で並んで配置される。第２、第４、第６投影領域ＰＲ２、ＰＲ４、ＰＲ６（以下、第２グループと総称する）は、Ｙ軸方向にほぼ等間隔で並んで配置される。

第１グループに属する投影領域は、第２グループに属する投影領域に対して、Ｘ軸方向の負側に配置されている。Ｙ軸方向に関して、第１グループに属する投影領域と、第２グループに属する投影領域とが交互に並んでいる。例えば、第１、第３投影領域ＰＲ１、ＰＲ３の間に、第２投影領域ＰＲ２が配置される。第１グループに属する投影領域のＹ軸方向の端部が、第２グループに属する投影領域のＹ軸方向の端部とＹ軸方向に関して重複するように、第１〜第７投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７は配置される。

露光時に基板Ｐを走査方向に移動させると、第１投影領域ＰＲ１に入射する露光光ＥＬが基板Ｐを走査方向に走査して、この露光光ＥＬの走査範囲である第１の照射領域ＰＡ１が露光される。同様に、第２〜第７投影領域ＰＲ１に照射された露光光ＥＬによって、それぞれ、第２〜第７の照射領域ＰＡ２〜ＰＡ７が露光される。第１〜第７の照射領域ＰＡ１〜ＰＡ７は、互いに隣り合う一対の照射領域が重複する重複領域を有している。例えば、第１の照射領域ＰＡ１は、第１重複領域ＰＢ１が第２の照射領域ＰＡ２と重複しており、第１重複領域ＰＢ１を継ぎ部として第２照射領域と和領域を構成する。同様に、第２〜第７の照射領域ＰＡ２〜ＰＡ７は、第２〜第６重複領域ＰＢ２〜ＰＢ６を継ぎ部として、Ｙ方向に隣り合う照射領域と和領域を構成する。第１〜第７投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７のそれぞれは、露光時に基板Ｐを走査方向に移動させたときの各照射領域の積算露光量が等しくなるように配置される。

ところで、デバイスの製造工程では、デバイスの構成要素を積層して形成し、その過程で各種構成要素に応じた複数のパターンを基板上に重ねて露光することがある。投影像の投影条件は、積層構造を構成する各層によって投影モジュールごとに変化することがある。本実施形態では、投影システムＰＳが露光済のパターンに重ねて露光予定のパターンの像を投影するときに、制御装置４は、投影システムＰＳによる投影条件を制御する。

詳しくは、制御装置４は、露光済のパターンと露光予定のパターンとの重ね誤差を、互いに隣り合う一対の照射領域に振り分けるように、各結像特性調整機構を制御して各照射領域での投影条件を制御する。上記の重ね誤差は、露光時の基板Ｐと投影領域との相対位置に応じた値であり、後述するテスト露光で予め測定されている。投影像の投影条件の調整に用いる補正量は、テスト露光での測定結果に基づいて求められている。この補正量は、基板Ｐに対する投影領域の相対位置に関連付けられた値として設定される。この補正量は、制御装置４の内部装置又は外部装置として設けられる記憶装置に、例えばテーブル形式で格納されている。

図４は、露光方法の一実施形態を示す図である。ここでは、上記の露光装置ＥＸの構成に基づいて、露光方法の一実施形態について説明する。
本実施形態の露光方法では、まず、ステップＳ１、Ｓ２でテスト露光を行う。そして、ステップＳ３でテスト露光時の重ね誤差を求め、ステップＳ４で各投影モジュールでの補正情報を求める。そして、ステップＳ４で求めた補正情報を用いてステップＳ５で各投影モジュールによる投影像を補正しながらデバイスを製造するときの本露光を行う。以下、各ステップでの処理について説明する。

ステップＳ１では、第１基板としてのテスト基板上に下地パターンを露光し、テスト基板上での下地パターンの位置情報を求める。この位置情報は、下地パターン上の複数の位置の座標を含む。本実施形態のテスト基板は、材質、寸法及び形状のうちの１以上の項目が、本露光の対象である基板Ｐ（第２基板）と同一である。テスト基板は、例えば基板Ｐと同じロットのものを使用する。下地パターンの形状については、特に限定はなく、例えばアライメントマーク等に用いられるクロスハッチ等の図形を含んだ形状や、露光された下地パターンの位置をパターン認識等により検出可能な形状、製造するデバイスを構成する膜パターンの形状等から適宜選択される。本実施形態の下地パターンは、製造するデバイスにおいて、下地パターンに対応する層の膜パターンと同一の形状である。

下地パターンの位置を求める方法としては、例えば下地パターンを露光するときの各投影領域を光学的に検出する方法や、露光された下地パターンを現像して検出する方法、さらに、現像した下地パターンを利用して例えば金属配線等の反射膜パターンを形成し、この反射膜パターンを光学的に検出する方法、テスト基板の表面の凹凸あるいは変形量等を検出して下地パターンの像の位置をシミュレーション等により推定する方法等が挙げられる。また、下地パターン上の２以上の点についてテスト基板上での座標を求め、補間処理を行うこと等によって、下地パターンの３以上の位置の座標を求めることもできる。

本実施形態では、下地パターンが露光された層の上に１以上の層を積層した後に、ステップＳ２で、露光済の下地パターンに重ねて、第１パターンの像を投影する。例えば、上述した投影システムＰＳを利用して、第１〜第７の照射領域ＰＡ１〜ＰＡ７の和領域に第１パターンの像を投影する。第１パターンの形状は、下地パターンと同様に適宜選択され、下地パターンと同一の形状であってもよいし、下地パターンと異なる形状であってもよい。本実施形態の第１パターンは、製造するデバイスにおいて、第１パターンに対応する層の膜パターンと同一の形状である。

ステップＳ３では、例えばテスト基板上での第１パターンの位置を測定し、テスト基板上の座標を基準として下地パターンに対する第１パターンの重ね誤差を第１〜第７の照射領域ＰＡ１〜ＰＡ７ごとに求める。第１パターンの位置を測定する方法としては、下地パターンの位置の測定と同様の方法を用いることができる。下地パターンに対する第１パターンの重ね誤差は、例えば第１パターンが設計上で下地パターンに重ね合わされるときの第１パターンの位置を基準位置として、テスト露光での第１パターンの位置と基準位置とを結ぶベクトル（以下、誤差ベクトルという）で表される。

図５は、照射領域と測定点との位置関係の一例を示す平面図、図６は各測定点での重ね誤差ベクトルの一例を示す概念図である。図５中の符号Ｍ１は、第１の照射領域ＰＡ１と第２の照射領域ＰＡ２との重複領域のＹ方向の中心線を境界線としたときに、第１投影モジュールＰＬ１に対応して境界線よりも第１の照射領域ＰＡ１側に位置する領域（以下、第１モジュール領域という）を示す。同様に、符号Ｍ２〜Ｍ４は、それぞれ、第２〜第４投影モジュールＰＬ２〜Ｐ４に対応する第２〜第４モジュール領域を示す。

本実施形態では、各照射領域内の重複領域を除いた領域に複数の測定点を設定し、各測定点での第１パターンの重ね誤差を求める。例えば、図３に示した第１重複領域ＰＢ１を除いた第１の照射領域ＰＡ１内であって、第１重複領域ＰＢ１の近傍に測定点ＭＰ１〜ＭＰ３を設定する。なお、測定点の数については、特に限定はなく、重ね誤差の高精細な分布を得る等の観点で測定点の数を増すこともできるし、測定の負荷を減らす等の観点で測定点の数を減らすこともできる。

本実施形態では、露光時に投影領域と基板との相対位置が変化する方向（Ｘ軸方向）に測定点ＭＰ１〜ＭＰ３が並ぶように、測定点ＭＰ１〜ＭＰ３の位置を設定する。また、第１の照射領域ＰＡ１と和領域を構成する第２の照射領域ＰＡ２内については、上記の境界線に関して測定点ＭＰ１〜ＭＰ３と対称的な位置に測定点を設定する。

図６に示す例では、各測定点での誤差ベクトルの向き及び大きさ（絶対値）は、測定点のＸ軸方向の位置又はＹ軸方向の位置によって非線形に変化している。下地パターンに対する第１パターンの重ね誤差が生じる一因として、例えば基板の製造過程や輸送過程、基板を利用したデバイスの製造過程等での基板の変形が挙げられる。デバイスの製造に用いる基板と同じロットの基板をテスト基板に用いると、ロットごとの基板の変形量を加味して後述する補正情報を求めることができる。例えば、デバイスの製造に用いる基板のロットが変わるごとに重ね誤差を求めて、補正情報を求めることもできる。

ステップＳ４では、互いに隣り合う一対の照射領域における重ね誤差を一対の照射領域に振り分けるように、例えば次に説明するように、各照射領域での補正量を示す補正情報を求める。

図７（ａ）は、各照射領域での重ね誤差、補正量及び残留誤差の一例を示す図である。図７（ａ）中の符号ＭＰは、第１モジュール領域Ｍ１と第２モジュール領域Ｍ２の境界線付近の点を示す。また、ベクトルａは、第１の照射領域ＰＡ１の点ＭＰでの重ね誤差に相当する誤差ベクトルを示し、ベクトルｂは、第２の照射領域ＰＡ２の点ＭＰでの重ね誤差に相当する誤差ベクトルを示す。ベクトルｃは、点ＭＰでの位置の補正量に相当する補正量ベクトルを示す。

ここで、重ね誤差がほぼ０になるように、第１、第２の照射領域ＰＡ１、ＰＡ２を補正する手法について考察する。この手法では、第１投影領域ＰＲ１に対応する第１投影モジュールＰＬ１によって点ＭＰが投影される位置が、誤差ベクトルａと同じ大きさで逆向きのベクトルだけシフトするように第１の照射領域ＰＡ１を補正する。また、第２投影領域ＰＲ２に対応する第２投影モジュールＰＬ２によって点ＭＰが投影される位置が、誤差ベクトルｂと同じ大きさで逆向きのベクトルだけシフトするように第２の照射領域ＰＡ１を補正する。一般に、誤差ベクトルａ、ｂは同一ではないので、第１の照射領域ＰＡ１と第２の照射領域ＰＡ２とで補正量が異なることになり、第１の照射領域ＰＡ１と第２の照射領域ＰＡ２の継ぎずれが生じる。

本実施形態では誤差ベクトルａ、ｂの平均ベクトルを補正量ベクトルｃとしている。補正量ベクトルｃは、誤差ベクトルａ、ｂを用いて下記の式（１）で表される。誤差ベクトルａ、ｂは、ステップＳ３での測定結果から得られる。

図７（ａ）に示すように、本実施形態では、第１投影領域ＰＲ１に対応する第１投影モジュールＰＬ１によって点ＭＰが投影される位置が補正量ベクトルｃだけシフトするように、第１の照射領域ＰＡ１を補正する。また、第２投影領域ＰＲ２に対応する第２投影モジュールＰＬ２によって点ＭＰが投影される位置が補正量ベクトルｃだけシフトするように、第２の照射領域ＰＡ２を補正する。投影される点ＭＰの位置の補正量が、第１の照射領域ＰＡ１と第２の照射領域ＰＡ２とで同じになるので、補正後の第１の照射領域ＰＡ１と第２の照射領域ＰＡ２の重複領域での継ぎ精度を補正前と同等にすることができる。

図７（ａ）中のベクトルｄは、第１の照射領域ＰＡ１を補正量ベクトルｃだけ補正したときの、第１の照射領域ＰＡ１の点ＭＰでの重ね誤差に相当する残留誤差ベクトルを示す。ベクトルｅは、第２の照射領域ＰＡ２を補正量ベクトルｃだけ補正したときの、第２の照射領域ＰＡ２の点ＭＰでの重ね誤差に相当する残留誤差ベクトルを示す。残留誤差ベクトルｄは、下記の式（２）で表され、残留誤差ベクトルｅは、下記の式（３）で表される。

式（２）及び式（３）から分かるように、残留誤差ベクトルｄは、残留誤差ベクトルｅと絶対値（大きさ）が同じであり、向きが反対のベクトルになる。すなわち、上記の補正量だけ補正することによって、重ね誤差の分布が対称的になる。また、残留誤差ベクトルｄ、ｅの絶対値は、誤差ベクトルａ、ｂのうちで大きい方の絶対値以下になる。換言すると、上記の補正量だけ補正することによって、重ね誤差の最大値を小さくすることができる。

図７（ｂ）は、各照射領域での誤差、補正量及び残留誤差の他の例を示す図である。図７（ｂ）に示す例では、誤差ベクトルａ、ｂの大きさがほぼ同じであり、誤差ベクトルａ、ｂが第１、第２モジュール領域Ｍ１、Ｍ２の境界線に対して対称的になっている。式（２）及び式（３）から分かるように、誤差ベクトルａ、ｂの差の絶対値が小さくなるほど、残留誤差ベクトルのｄ、ｅの絶対値が小さくなる。図７（ｂ）に示す例では、残留誤差ベクトルのｄ、ｅの成分のうちで、上記の境界線に平行な成分がほぼ０となる。このように、残留誤差ベクトルのｄ、ｅの絶対値が、誤差ベクトルａの絶対値、誤差ベクトルｂの絶対値のいずれよりも小さくなる場合もある。

なお、上記の例では、第１、第２の照射領域ＰＡ１、ＰＡ２における重ね誤差を第１、第２の照射領域ＰＡ１、ＰＡ２に等分して振り分けるように、補正量ベクトルｃを設定しているが、重ね誤差を振り分ける比率については適宜変更可能である。例えば、下記の式（４）に示すように、振り分けの比率ｔに応じて、補正量ベクトルｃを設定してもよい。式（４）中の比率ｔは、０＜ｔ＜１を満たす実数である。式（４）に示した補正量ベクトルｃに基づいて補正したときの、残留誤差ベクトルｄは下記の式（５）で表され、残留誤差ベクトルｅは下記の式（６）で表される。上記の例は、ｔ＝１／２に設定した場合に相当する。原理的には、ｔの値を１／２に近づけるほど、重ね誤差の分布の対称性が高くなる。

上述の補正量の算出方法等を用いて、露光時に投影領域と基板との相対位置が変化するＸ軸方向の複数の点について、補正量ベクトルを求めることにより、露光時の投影領域と基板との相対位置に応じた補正量を示す補正情報が得られる。得られた補正情報は、例えば上述した記憶装置に格納され、露光時に制御装置４に読み出される。投影像の投影条件を調整するには、例えば上記の結像特性調整機構による調整量を設定する。詳しくは、シフト機構による投影像のＸ軸方向またはＹ軸方向のシフト量、ローテーション補正機構による投影像の投影モジュールの光軸周りの回転角、倍率補正機構による投影像の倍率のうちの１以上を設定することにより、上記の補正量を満たすように投影像の投影条件を調整することが可能である。本実施形態では、ステップＳ４で得られた補正情報を用いて、基板Ｐに第２パターンを露光する。第２パターンは、製造するデバイスにおいて、第２パターンに対応する層の膜パターンと同じ形状である。すなわち、本実施形態では、第１パターンと第２パターンとが同一である。また、第１パターンの露光に用いる第１マスクと、第２パターンの露光に用いるマスクとが同一である。

図８（ａ）は重ね誤差のＸ軸方向成分の値に対する出現頻度の一例を示すグラフ、図８（ｂ）は重ね誤差のＹ軸方向成分の値に対する出現頻度の一例を示すグラフである。図８（ａ）、図８（ｂ）中の比較例１は、同一のロット内の基板３枚を用いてテスト露光を行って、重ね誤差を測定した測定値に基づくプロットを示す。比較例２は比較例１の重ね誤差の測定値に対してＥＧＡ（エンハンスメント グローバル アライメント）による線形補正後のデータに基づくプロットを示す。実施例は、比較例１の重ね誤差の測定値を用いて、本実施形態の露光方法に従って投影像の投影条件を調整したときのデータに基づくプロットを示す。実施例では、振り分けの比率ｔを１／２に設定して補正量を算出した。図９（ａ）、図９（ｂ）から分かるように、比較例１と比較して実施例では、Ｘ軸方向成分及びＹ軸方向成分のいずれについても、重ね誤差が０となる軸周りでの対称性が向上しており、また絶対値が大きい重ね誤差の出現頻度が低下している。また、実施例では、比較例２と比較して０付近の重ね誤差の出現頻度が高くなっているとともに、絶対値が大きい重ね誤差の出現頻度が低下している。このことから、本実施形態の露光方法によれば、重ね誤差を低減することが可能であることが分かる。また、重ね誤差が０となる軸周りでの対称性が向上していることから、製造されるデバイス内での特性ばらつきを低減することも期待できる。

以上のように、本実施形態の露光方法によれば、複数の投影像での継ぎ精度を確保しつつ、重ね合わされるパターン間の重ね誤差の最大値を減らすことができる。
また、上述のように重複領域を除いた領域に測定点を設定すれば、各投影モジュールが投影像に及ぼす影響を、他の投影ジュールが投影像に及ぼす影響から分離すること等が容易になる。一方、重複領域内に測定点を設定すれば、１つの測定点で２つの照射領域での重ね誤差を求めることができ、測定点の数を減らすこと等ができる。

また、露光時に投影領域と基板との相対位置が変化する走査方向（Ｘ軸方向）の複数の点で重ね誤差を求めることによって、投影領域と基板との相対位置に応じた補正情報を求めることが可能になる。この補正情報を用いて投影像の投影条件を上記の相対位置に応じて調整することにより、例えば走査方向での重ね誤差の分布が非線形になっている場合でも、重ね誤差を減らすことができる。

なお、基板Ｐとしては、ディスプレイデバイス用のガラス基板のみならず、半導体デバイス製造用の半導体ウエハ、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。

露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを介した露光光ＥＬで基板Ｐを走査露光するステップ・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）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。本発明は、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置に限られず、半導体素子製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ、あるいはレチクル又はマスクなどを製造用の露光装置などにも広く適用できる。

本発明は、米国特許第６３４１００７号明細書、米国特許第６２０８４０７号明細書、米国特許第６２６２７９６号明細書等に開示されているような、複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。また、米国特許第６８９７９６３号明細書、欧州特許出願公開第１７１３１１３号明細書等に開示されているような、基板を保持する基板ステージと、基板を保持せずに、基準マークが形成された基準部材と各種の光電センサの少なくとも一方を搭載した測定ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。また、複数の基板ステージと測定ステージとを備えた露光装置を採用することができる。

上記の実施形態においては、レーザ干渉計を含む干渉計システムを用いて各ステージの位置情報を測定するものとしたが、これに限らず、例えば各ステージに設けられるスケール（回折格子）を検出するエンコーダシステムを用いてもよい。

上記の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を想定しているが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６７７８２５７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可変成形マスク（電子マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれる）を用いてもよい。また、非発光型画像表示素子を備える可変成形マスクに代えて、自発光型画像表示素子を含むパターン形成装置を備えるようにしてもよい。

図９は、本発明に係るデバイス製造方法の一例を示す図である。
図９に示すデバイス製造方法では、まず、例えば液晶パネル等のデバイスの機能・性能設計を行う（ステップ２０１）。次いで、デバイスの設計に基づいて、マスク（レチクル）を製作する（ステップ２０２）。また、デバイスの基材であるガラスウエハー等の基板を、購入や製造等によって準備しておく（ステップ２０３）。次いで、基板上にデバイスを構成する電極や配線、絶縁膜、半導体膜等の膜パターンを形成する（ステップ２０４）。ステップ２０４は、基板上に膜を形成することと、この膜上にレジストパターンを形成することと、このレジストパターンをマスクにして上記膜をエッチングすることと、を含む。レジストパターンを形成するには、レジスト膜を形成することと、上記の実施形態に従って、マスクを経由した露光光で基板を露光することにより、形成予定の膜パターンに応じたパターンの像を基板上のレジスト膜に投影することと、露光されたレジスト膜を現像することと、を行う。次いで、製造するデバイスに応じて、例えば、基板をダイシングすることや、一対の基板を貼り合せるとともに一対の基板間に液晶層を形成すること等を行って、デバイスを組み立てる（ステップ２０５）。次いで、デバイスに検査等の後処理を行う（ステップ２０６）。以上のようにして、デバイスを製造することができる。

１…マスクステージ、２…基板ステージ、４…制御装置、Ｍ…マスク、Ｐ…基板、Ｐｔ…テスト基板、ＰＬ１〜ＰＬ７…投影モジュール、ＰＲ１〜ＰＲ７…投影領域

Claims (16)

1. パターンの像を基板に投影し、該基板に前記パターンを露光する露光方法であって、
   下地パターンの像が投影された第１基板において露光光が照射される複数の照射領域に対して、前記複数の照射領域にまたがって第１パターンの像を投影することと、
   前記下地パターンの像に対する前記第１パターンの像の重ね誤差を前記照射領域ごとに求めることと、
   前記複数の照射領域のうちで互いに隣り合う第１の及び第２の照射領域における前記重ね誤差を前記第１の及び第２の照射領域に振り分けるように、前記第１の及び第２の照射領域での投影条件を調整することとを含む、露光方法。
2. 前記第１の照射領域での前記重ね誤差の大きさと前記第２の照射領域での前記重ね誤差の大きさとが互いに近づくように、前記投影条件を調整する、請求項１に記載の露光方法。
3. 前記投影条件を調整した状態で、前記第１基板と異なる第２基板に第２パターンを露光することを含む、請求項１又は２に記載の露光方法。
4. マスクが有するパターンの像を、第１方向に関して互いに隣り合う第１及び第２投影領域に分割して基板に投影し、該基板に前記パターンを露光する露光方法であって、
   下地パターンが露光された第１基板に、第１マスクが有する第１パターンの像を前記第１及び第２投影領域に分割して投影し、前記第１基板に前記第１パターンを露光することと、
   前記第１投影領域によって前記第１パターンが露光された第１の照射領域、及び前記第２投影領域によって前記第１パターンが露光された第２の照射領域のそれぞれにおける、前記下地パターンと前記第１パターンとの重ね誤差を求めることと、
   前記第１の及び第２の照射領域のそれぞれにおける前記重ね誤差に基づいて、前記第１の及び第２の照射領域に対して前記重ね誤差が振り分けられるように、前記第１及び第２投影領域における前記パターンの像の投影条件を調整することと、
   前記投影条件が調整された状態で、第２マスクが有する第２パターンの像を前記第１及び第２投影領域に分割して第２基板に投影し、該第２基板に前記第２パターンを露光することとを含む、露光方法。
5. 前記投影条件は、前記第１の及び第２の照射領域のそれぞれにおける前記重ね誤差の大きさを、該前記第１の及び第２の照射領域のうちの少なくとも一方における前記重ね誤差の大きさよりも小さくさせるように調整される、請求項４に記載の露光方法。
6. 前記第１パターンと前記第２パターンとが同一である、請求項３〜５のいずれか一項に記載の露光方法。
7. 前記第１マスクと前記第２マスクとが同一である、請求項４又は５に記載の露光方法。
8. 前記第１基板を走査する露光光によって前記パターンの像が投影され、
   前記第１パターンの像が投影されたときの前記露光光の走査方向の複数の位置での前記重ね誤差に基づき、前記走査方向での位置に応じて、前記投影条件を調整する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光方法。
9. 前記第１の及び第２の照射領域のそれぞれは、互いに重複する重複領域を含み、
   前記第１の照射領域における前記重複領域と前記第２の照射領域における前記重複領域との相対位置関係が変化しないように、前記投影条件を調整する、請求項１〜８のいずれか一項に露光方法。
10. 前記第１の及び第２の照射領域のそれぞれは、互いに重複する重複領域を含み、
    前記第１の及び第２の照射領域のそれぞれにおいて、前記重複領域を除いた領域で前記重ね誤差を求める、請求項１〜９のいずれか一項に記載の露光方法。
11. 前記第１の照射領域での前記重ね誤差と前記第２の照射領域での前記重ね誤差とを平均化するように、前記投影条件を調整する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の露光方法。
12. 前記第１の照射領域での前記重ね誤差と前記第２の照射領域での前記重ね誤差との和の半分だけ前記第１の照射領域での前記重ね誤差を減らすように、前記第１の照射領域での投影条件を調整し、かつ前記和の半分だけ前記第２の照射領域での前記重ね誤差を減らすように、前記第２の照射領域での投影条件を調整する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の露光方法。
13. 前記複数の照射領域は、第３の照射領域を含み、
    前記第２の照射領域は、前記第１の照射領域と前記第３の照射領域との間に配置されるとともに、前記第１の照射領域と一端側で重複し、かつ前記第３の照射領域と他端側が重複し、
    前記第１の照射領域での前記重ね誤差と前記第２の照射領域での前記重ね誤差を振り分けるとともに、前記第２の照射領域での前記重ね誤差と前記第３照射領域での前記重ね誤差を振り分けるように、前記第２の照射領域での前記投影条件を調整する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の露光方法。
14. 請求項１から請求項３のいずれか一項記載の露光方法を用いて基板を露光することと、
    露光された前記基板を現像することとを含むデバイス製造方法。
15. 露光光が照射される複数の照射領域にまたがって像を投影する投影光学系と、
    前記投影光学系が第１の前記像を投影した領域に重ねて第２の前記像を投影するときに、前記第１の像に対する前記第２の像の重ね誤差を、前記複数の照射領域のうちで互いに隣り合う第１の及び第２の照射領域に振り分けるように、前記投影光学系による投影条件を前記照射領域ごとに制御する制御装置とを備える露光装置。
16. 請求項１５に記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
    露光された前記基板を現像することとを含むデバイス製造方法。

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