JP2018031980A - 計測方法、計測装置、露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】像の歪みの計測方法を提供する。【解決手段】光学系を介して基板に投影される像の歪みの計測方法であって、光学系の物体面に配置された第１方向及び直交する第２方向に一定のピッチで配列された複数の第１マークを含む第１マーク群を、第１転写によって基板に転写される複数の第１マークのマーク間に、第２転写によって複数の第１マークが転写されるように、基板を第１方向及び第２方向にずらしながら転写する第１工程と、物体面に配置された第１方向及び第２方向に第１マークのピッチよりも小さいピッチで配列された複数の第２マークを含む第２マーク群を、複数の第２マークのそれぞれが複数の第１マークのそれぞれと対を構成するように、基板を第１方向及び第２方向にずらしながら基板に転写する第２工程と、基板に転写された第１マークと第２マークとのずれ量に基づいて歪みを求める第３工程と、を有する計測方法。【選択図】図４

Description

本発明は、ディストーションを計測する計測方法、計測装置、露光装置及び物品の製造方法に関する。

露光装置の投影光学系のディストーション（マスクのパターン像を基板に投影（転写）する際に生じる歪み成分）を計測する計測方法として、Ｂｏｘ−ｉｎ−Ｂｏｘパターンを用いた技術が従来から提案されている（特許文献１参照）。

従来技術では、例えば、まず、ショット領域内の全面に分布した複数の第１マーク（大方形マーク）を基板に一括転写する。次いで、基板に投影された複数の第１マークのそれぞれに対して第２マーク（小方形マーク）を重ね合わせるように、基板を保持するステージをステップ移動させながら、第２マークを１つずつ基板に転写する。そして、基板に投影された第１マークと第２マークとのずれ量を計測し、かかるずれ量に基づいてディストーションを求めている。

特公昭６３−０３８６９７号公報

しかしながら、従来技術では、第２マークを基板に転写する際のステージのステップ移動の誤差がディストーションの計測結果に影響を与えてしまう。ステージのステップ移動の誤差が不規則に変動するのであれば、複数回の計測から平均値を求めることで、高精度化を図ることが可能である。但し、複数回の計測に要する時間が長くなるため、計測コストの増大を招いてしまう。また、ステージのステップ移動の誤差が規則的な誤差である場合には、複数回の計測による高精度化は期待できない。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、ディストーションを計測するのに有利な計測方法を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測方法は、光学系を介して、基板に投影される像の歪みを示すディストーションを計測する計測方法であって、前記光学系の物体面に配置された、第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に一定のピッチで配列された複数の第１マークを含む第１マーク群を、前記第１マーク群の第１転写によって前記基板に転写される前記複数の第１マークのマーク間に、前記第１転写に続く前記第１マーク群の第２転写によって前記複数の第１マークが転写されるように、前記基板を前記第１方向及び前記第２方向にずらしながら、前記基板に転写する第１工程と、前記物体面に配置された、前記第１方向及び前記第２方向に前記第１マークのピッチよりも小さいピッチで配列された複数の第２マークを含む第２マーク群を、前記基板に転写される前記複数の第２マークのそれぞれが前記第１工程で前記基板に転写される前記複数の第１マークのそれぞれと対を構成するように、前記基板を前記第１方向及び前記第２方向にずらしながら、前記基板に転写する第２工程と、前記基板に転写された前記第１マークと前記第２マークとのずれ量に基づいて前記ディストーションを求める第３工程と、を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、ディストーションを計測するのに有利な計測方法を提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 ディストーションを計測する計測処理に用いられるマスクの構成を示す図である。 ディストーションを計測する計測処理を説明するためのフローチャートである。 ディストーションを計測する計測処理を説明するための図である。 ディストーションを計測する計測処理の原理を説明するための図である。 ディストーションを計測する計測処理の原理を説明するための図である。 ディストーションを計測する計測処理に用いられるマスクの構成を示す図である。 ディストーションを計測する計測処理を説明するための図である。 ディストーションを計測する代表的な計測処理を説明するための図である。 Ｂｏｘ−ｉｎ−Ｂｏｘパターンを説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、投影光学系などの光学系を介して、ステージに保持され基板に投影される像の歪みを示すディストーションを計測する代表的な計測処理について説明する。かかる計測処理では、例えば、図９（ａ）に示すようなＢｏｘ−ｉｎ−Ｂｏｘパターンのマスク４８０を、光学系の物体面に配置する。マスク４８０は、第１マーク１０と、第２マーク１１とを含む。第１マーク１０は、マスク面上において、ディストーションを計測すべき複数の箇所に配置されている。第２マーク１１は、マスク面上において、中心付近の１箇所に配置されている。

次いで、図９（ｂ）に示すように、マスク４８０及び光学系を介して基板４９０を露光し、第１マーク１０を基板４９０に転写する。この際、第１マーク１０だけが基板４９０に転写されるように、第２マーク１１を遮光板などで遮光しながら基板４９０を露光してもよい。次に、図９（ｃ）に示すように、マスク４８０及び光学系を介して基板４９０を露光し、第２マーク１１を基板４９０に転写する。この際、基板４９０に転写された第１マーク１０のそれぞれに対して第２マーク１１を重ね合わせるように、基板４９０を保持するステージをステップ移動させながら、第２マーク１１を基板４９０に転写する。そして、図９（ｄ）に示すように、基板４９０に転写された第１マーク１０と第２マーク１１とのずれ量を計測し、かかるずれ量に基づいてディストーションを求めている。

図９（ａ）乃至図９（ｄ）では、Ｂｏｘ−ｉｎ−Ｂｏｘパターンを簡略化して示しているが、実際には、第１マーク１０及び第２マーク１１のそれぞれは、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すような構成を有している。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）において、斜線部は遮光部を示し、白色部は透過部を示している。図１０（ａ）に示す第１マーク１０と図１０（ｂ）に示す第２マーク１１とを重ね合わせて基板４９０に転写すると、図１０（ｃ）に示すような重ね合わせマークが形成される。かかる重ね合わせマークにおいて、第１マーク１０と第２マーク１１とのずれ量を計測することでディストーションを求めることができる。但し、このような計測方法では、例えば、第２マーク１１を基板４９０に転写する際のステージのステップ移動の誤差がディストーションの計測結果に影響を与えてしまう。そこで、本実施形態では、ステージのステップ移動の誤差による影響を低減し、ディストーションを高精度に計測するのに有利な計測方法を実現する。

本実施形態において、ディストーションの計測対象である投影光学系を有する露光装置について説明する。図１は、本発明の一側面としての露光装置４０の構成を示す概略図である。露光装置４０は、投影光学系を介して基板を露光するリソグラフィ装置である。露光装置４０は、照明光学系４２と、マスクステージ４３と、遮光板４４と、投影光学系４５と、基板ステージ４６と、計測部４７と、制御部５０とを有する。

照明光学系４２は、光源４１からの光でデバイス製造用のマスクＭＳ又はディストーション計測用のマスク４８を照明する光学系である。マスクステージ４３は、マスクＭＳやマスク４８を保持するステージである。マスクＭＳは、デバイスを製造するのに必要となる回路パターンに対応するパターンを有し、マスク４８は、後述するように、ディストーションを計測するのに必要となるＢｏｘ−ｉｎ−Ｂｏｘパターンを形成するためのマークを有する。本実施形態では、マスクステージ４３は、図１に示すように、マスクＭＳとマスク４８とを交換可能に保持する。

遮光板４４は、マスク４８における所定の領域（マーク）を１ショットとするように照明光学系４２からの光を制限する機能を実現する。遮光板４４は、互いに独立して移動可能な複数の遮光板を含む。遮光板４４は、本実施形態では、マスクステージ４３に設けられているが、照明光学系４２の内部に設けてもよい。

投影光学系４５は、照明光学系４２によって照明されたマスクＭＳのパターンの像、或いは、照明光学系４２によって照明されたマスク４８のマークの像を基板４９に投影する光学系である。基板ステージ４６は、基板４９を保持して移動するステージである。なお、本実施形態では、マスクＭＳのパターンが転写されるデバイス製造用の基板とマスク４８のマークが転写されるディストーション計測用の基板とを区別することなく、基板４９と称するものとする。

計測部４７は、例えば、顕微鏡などを含み、基板４９に形成された種々のマーク（例えば、アライメントマークや重ね合わせマーク）を検出する。計測部４７は、本実施形態では、マスク４８を介して基板４９を露光することで形成される重ね合わせマーク、即ち、後述する第１マークと第２マークとの対で構成される重ね合わせマークを検出し、第１マークと第２マークとのずれ量を計測する。

制御部５０は、ＣＰＵ５１やメモリ５２などを含み、露光装置４０の全体を制御する。ＣＰＵ５１は、メモリ５２に格納されたディストーション計測処理プログラム５２ａを実行することで、基板ステージ４６や計測部４７を制御して、投影光学系４５のディストーションを計測する計測処理を行う（処理部として機能する）。また、ＣＰＵ５１は、計測処理によって得られたディストーションを低減（補正）するように、基板４９を露光する露光処理を制御するための露光制御用の補正値５２ｂを演算してメモリ５２に格納する。メモリ５２には、計測処理や露光処理における各種パラメータを含むジョブ５２ｃも格納されている。

図２を参照して、ディストショーションを計測する計測処理に用いられるマスク４８について詳細に説明する。マスク４８は、Ｘ方向（第１方向）及びＹ方向（第１方向に直交する第２方向）に一定のピッチで配列された第１マーク（大方形マーク）２０を含む第１マーク群を有する。第１マーク群は、本実施形態では、Ｘ方向にピッチ（第１ピッチ）Ｐｘ１で、Ｙ方向にピッチ（第２ピッチ）Ｐｙ１で配列されたｍ_１行ｎ_１列（ｍ_１、ｎ_１：３以上の整数）の複数の第１マーク２０を含む。なお、行の位置はＹ方向における位置を表し、列の位置はＸ方向における位置を表す。また、マスク４８は、Ｘ方向及びＹ方向に第１マーク２０のピッチよりも小さいピッチで配列された第２マーク（小方形マーク）２１を含む第２マーク群を有する。第２マーク群は、本実施形態では、Ｘ方向にピッチＰｘ１をｎ_２（２以上の整数）で除したピッチ（第３ピッチ）Ｐｘ２で、Ｙ方向にピッチＰｙ１をｍ_２（２以上の整数）で除したピッチ（第４ピッチ）Ｐｙ２で配列された複数の第２マーク２１を含む。第２マーク２１は、本実施形態のようにｍ_２及びｎ_２が２である場合には、Ｘ方向及びＹ方向に３つ以上配列する（即ち、３行３列以上にする）必要がある。換言すれば、第２マーク群は、ｍ_２＋１行ｎ_２＋１列の第２マーク２１を含む。本実施形態では、ｍ_１及びｎ_１を３、ｍ_２及びｎ_２を２、第２マーク２１の配列を３行３列として説明する。更に、マスク４８は、第１マーク２０のそれぞれからＸ方向に沿ってピッチＰｘ２で、第１マーク２０のそれぞれからＹ方向に沿ってピッチＰｙ２で配列された遮光部２２を含む。第１マーク２０、第２マーク２１及び遮光部２２が形成されていないマスク上の領域には、その他のマークを形成してもよいし、遮光部としてもよい。

本実施形態では、第１マーク２０及び第２マーク２１の両方が形成されたマスク４８を用いているが、第１マーク２０が形成されたマスクと、第２マーク２１が形成されたマスクとを用いてもよい。また、本実施形態では、第１マーク２０及び第２マーク２１から得られる重ね合わせマークとしてＢｏｘ−ｉｎ−Ｂｏｘのパターンを例に説明しているが、Ｂａｒ−ｉｎ−Ｂａｒのパターンであってもよい。

図３及び図４（ａ）乃至図４（ｄ）を参照して、本実施形態におけるディストーションを計測する計測処理について説明する。Ｓ１０１では、露光装置４０にマスク４８及びレジストが塗布された基板４９を搬入して、マスク４８をマスクステージ４３に保持させるとともに、基板４９を基板ステージ４６に保持させる。

Ｓ１０２では、２行２列（ｍ_２行ｎ_２列）の第１マーク群（の像）を基板４９に転写する。ここで、第１マーク群における「行」は、Ｙ方向に沿って第１マーク群（本実施形態では、３行３列の複数の第１マーク２０）を転写する数を表し、第１マーク群における「列」は、Ｘ方向に沿って第１マーク群を転写する数を表す。具体的には、まず、図４（ａ）に示すように、３行３列（ｍ_１行ｎ_１列）の複数の第１マーク２０を１ショットとするように（即ち、３行３列（ｍ_１行ｎ_１列）の第１マーク２０が露光されるように）、遮光板４４を移動させる。次いで、図４（ｂ）に示すように、基板ステージ４６によって基板４９をＸ方向及びＹ方向にずらしながら（即ち、基板ステージ４６をステップ移動させながら）、３行３列の第１マーク２０の像を基板４９に転写する。図４（ｂ）を参照するに、本実施形態では、例えば、まず、３行３列の第１マーク２０の像を基板４９の左上に転写する。次いで、基板ステージ４６（基板４９）を＋Ｘ方向にピッチＰｘ２だけステップ移動させて、３行３列の第１マーク２０の像を基板４９の右上に転写する。次に、基板ステージ４６を＋Ｙ方向にピッチＰｙ２だけステップ移動させて、３行３列の第１マーク２０の像を基板４９の右下に転写する。そして、基板ステージ４６を−Ｘ方向にピッチＰｘ２だけステップ移動させて、３行３列の第１マーク２０の像を基板４９の左下に転写する。換言すれば、第１マーク群の第１転写によって基板４９に転写される第１マーク２０のマーク間に、第１転写に続く第１マーク群の第２転写によって第１マーク２０が転写されるように、基板ステージ４６のステップ移動を制御する。

Ｓ１０３では、２行２列の第２マーク群（の像）を基板４９に転写する。ここで、第２マーク群における「行」は、Ｙ方向に沿って第２マーク群（本実施形態では、３行３列の複数の第２マーク２１）を転写する数を表し、第２マーク群における「列」は、Ｘ方向に沿って第２マーク群を転写する数を表す。具体的には、まず、図４（ｃ）に示すように、３行３列（ｍ_２＋１行ｎ_２＋１列）の第２マーク２１を１ショットとするように（即ち、３行３列の第２マーク２１が露光されるように）、遮光板４４を移動させる。次いで、図４（ｄ）に示すように、基板ステージ４６によって基板４９をＸ方向及びＹ方向にずらしながら（即ち、基板ステージ４６をステップ移動させながら）、３行３列の第２マーク２１の像を基板４９に転写する。図４（ｄ）を参照するに、本実施形態では、例えば、まず、３行３列の第２マーク２１の像を、基板４９に転写された第１マーク２０と重ね合わせるように、基板４９の左上に転写する。次いで、基板ステージ４６（基板４９）を＋Ｘ方向にピッチＰｘ２×３だけステップ移動させて、３行３列の第２マーク２１の像を、基板４９に転写された第１マーク２０と重ね合わせるように、基板４９の右上に転写する。次に、基板ステージ４６を＋Ｙ方向にピッチＰｙ２×３だけステップ移動させて、３行３列の第２マーク２１の像を、基板４９に転写された第１マーク２０と重ね合わせるように、基板４９の右下に転写する。そして、基板ステージ４６を−Ｘ方向にピッチＰｘ２×３だけステップ移動させて、３行３列の第２マーク２１の像を、基板４９に転写された第１マーク２０と重ね合わせるように、基板４９の左下に転写する。このように、基板ステージ４６をステップ移動させる必要最低限の範囲は、本実施形態では、Ｘ方向にＰｘ２×３、Ｙ方向にＰｙ２×３であるが、第２マーク２１の配列や遮光板４４の配置によって変化する。

なお、Ｓ１０２及びＳ１０３では、露光処理によって第１マーク群の像及び第２マーク群の像を基板４９に転写させているが、その間に現像処理は介在していない。また、本実施形態では、第１マーク群の像を転写した後に第２マーク群の像を転写しているが、第２マーク群の像を転写した後に第１マーク群の像を転写してもよい。換言すれば、Ｓ１０２とＳ１０３のどちらを先に行うかは任意である。

Ｓ１０４では、Ｓ１０２及びＳ１０３で露光処理が行われた基板４９を現像する現像処理を行う。これにより、Ｓ１０２で転写された第１マーク２０のそれぞれと、Ｓ１０３で転写された第２マーク２１のそれぞれとの対で構成される３６個の重ね合わせマーク３２が基板４９に形成される。

Ｓ１０５では、Ｓ１０４での現像処理を経て基板４９に形成された重ね合わせマーク３２のそれぞれについて、第１マーク２０と第２マーク２１とのずれ量を計測する。本実施形態では、露光装置４０が有する計測部４７によって第１マーク２０と第２マーク２１とのずれ量を計測するが、外部の計測器によって第１マーク２０と第２マーク２１とのずれ量を計測してもよい。

Ｓ１０６では、Ｓ１０５で計測された第１マーク２０と第２マーク２１とのずれ量に基づいてディストーションを求める。本実施形態では、以下の式（１）乃至式（１４）に示す方程式に、Ｓ１０５で計測された第１マーク２０と第２マーク２１とのずれ量を代入して、かかる方程式を解くことでディストーションを求める。これらの演算は、演算部としても機能する制御部５０（ＣＰＵ５１）で行われる。

ここで、式（１）乃至式（１４）における各符号は、以下の通りである。
δｘ（ｎ），δｙ（ｎ）：ｎ番目の重ね合わせマークの計測値（第１マーク２０と第２マーク２１とのずれ量）
ｄｘ１（ｉ），ｄｙ１（ｉ）：ｉ番目の第１マークのショット内座標に対応したディストーション（ディストーション量）
ｄｘ２（ｊ），ｄｙ２（ｊ）：ｊ番目の第２マークのマスク製造上の位置誤差
ｅｘ１（ｋ），ｅｙ１（ｋ），θ１（ｋ）：第１マークのｋ番目のショットの配列誤差
ｅｘ２（ｌ），ｅｙ２（ｌ），θ２（ｌ）：第２マークのｌ番目のショットの配列誤差
Ｘ１（ｉ），Ｙ１（ｉ）：ｉ番目の第１マークのショット内座標
Ｘ２（ｊ），Ｙ２（ｊ）：ｊ番目の第２マークのショット内座標
εｘ（ｎ），εｙ（ｎ）：丸めによる量子化誤差
ＳＸ（ｌ），ＳＹ（ｌ）：第２マークのショット位置座標
ｐ：マスクに配列された第２マークの数
ｑ：基板に転写した第２マークのショットの数（第２マーク群の数）
式（１）乃至式（１４）に示す方程式を解くことで、ディストーションｄｘ１及びｄｙ１だけではなく、ショットの配列誤差ｅｘ１、ｅｙ１、ｅｘ２及びｅｙ２やマスク製造上の位置誤差ｄｘ２及びｄｙ２も求めることができる。従って、本実施形態では、Ｓ１０６で求められるディストーションに、ショットの配列誤差が含まれることがない。

Ｓ１０７では、Ｓ１０６で求められたディストーションを低減（補正）するための補正値５２ｂを演算してメモリ５２に格納する。メモリ５２に格納された補正値５２ｂは、デバイスを製造する際の露光処理に用いたり、投影光学系４５の調整に用いたりする。

本実施形態では、ｍ_１及びｎ_１を３として説明したが、それぞれ同じ数でなくてもよいし、３以上であってもよい。また、ｍ_２及びｎ_２を２として説明したが、例えば、３としてもよいし、それぞれを異なる数にしてもよい。

ここで、図５（ａ）乃至図５（ｕ）を参照して、本実施形態におけるディストーションを計測する計測処理の原理について説明する。まず、図５（ａ）乃至図５（ｇ）を参照して、図９（ａ）乃至図９（ｄ）に示すような代表的な計測処理における問題を説明する。

図５（ａ）は、ディストーションがない状態で基板に転写されたマスク４８０の第１マーク１０の像を示している。図５（ｂ）は、基板を保持するステージのステップ移動の誤差がない状態で基板に転写されたマスク４８０の第２マーク１１の像を示している。上述したように、基板上の位置Ｐ１、Ｐ２及びＰ３のそれぞれに第２マーク１１の像が転写されるように、基板を保持するステージをステップ移動させながら基板を露光する。図５（ａ）に示す第１マーク１０の像と図５（ｂ）に示す第２マーク１１の像とを重ね合わせると、即ち、ディストーションがなく、且つ、ステージのステップ移動の誤差がない状態では、図５（ｃ）に示すような重ね合わせマークが得られる。

図５（ｄ）は、基板上の位置Ｐ３に転写されるべき第１マーク１０の像がディストーションによってずれて転写された状態を示している。このような場合、ステージのステップ移動の誤差がない状態では（即ち、図５（ｄ）に示す第１マーク１０の像と図５（ｂ）に示す第２マーク１１の像とを重ね合わせると）、図５（ｅ）に示すような重ね合わせマークが得られる。従って、基板上の位置Ｐ３に形成された重ね合わせマークにおいて、第１マーク１０の像と第２マーク１１の像とのずれ量を計測することで、ディストーションを求めることができる。

また、図５（ａ）に示すようにディストーションがない状態において、図５（ｆ）に示すように基板上の位置Ｐ３に第２マーク１１の像を転写する際にステージのステップ誤差が発生した場合には、図５（ｇ）に示すような重ね合わせマークが得られる。しかしながら、図５（ｇ）に示す重ね合わせマークは、図５（ｅ）に示す重ね合わせマークと同じである。従って、図９（ａ）乃至図９（ｄ）に示すような代表的な計測処理では、ステージのステップ移動の誤差がある場合に、かかる誤差（の影響）とディストーションとを分離することができない。

次いで、図５（ｈ）乃至図５（ｕ）を参照して、本実施形態における計測処理を説明する。図５（ｈ）は、ディストーションがない状態で基板に転写されたマスク４８の第１マーク２０（第１マーク群）の像を示している。図５（ｉ）は、図５（ｈ）に示す状態から第１マーク２０のピッチの半分の距離だけ基板をずらして（基板ステージ４６をステップ移動させて）第１マーク２０（第１マーク群）の像を基板に転写した状態を示している。図５（ｉ）に示すように、基板上の位置Ｐ１’、Ｐ２’及びＰ３’に新たな第１マーク２０の像が転写される。

図５（ｊ）は、ディストーションがない状態で基板に転写されたマスク４８の第２マーク２１（第２マーク群）の像を示している。第２マーク群は、第１マーク２０のピッチの半分のピッチで配列された３つの第２マーク２１を含んでいるため、図５（ｊ）に示すように、基板上の位置Ｐ１、Ｐ１’及びＰ２に第１マーク２１の像が一度に転写される。図５（ｋ）は、基板ステージ４６のステップ移動の誤差がない状態で基板上の位置Ｐ２’、Ｐ３及びＰ３’に第２マーク２１の像を一度に転写した状態を示している。

図５（ｉ）に示す第１マーク２０の像と図５（ｋ）に示す第２マーク２１の像とを重ね合わせると、即ち、ディストーションがなく、且つ、基板ステージ４６のステップ移動の誤差がない状態では、図５（ｌ）に示すような重ね合わせマークが得られる。

図５（ｍ）は、例えば、図５（ｄ）に示すようなディストーションが発生し、基板ステージ４６のステップ誤差がない状態において、本実施形態で基板に転写される第１マーク２０の像及び第２マーク２１の像を示している。図５（ｍ）に示すように、基板上の位置Ｐ３及びＰ３’に転写されるべき第１マーク１０の像がディストーションによってずれて転写される。

図５（ｎ）は、ディストーションがなく、基板上の位置Ｐ１、Ｐ１’及びＰ２から位置Ｐ２’、Ｐ３及びＰ３’への基板ステージ４６のステップ移動に誤差がある状態で、本実施形態で基板に転写される第１マーク２０の像及び第２マーク２１の像を示している。

図５（ｍ）と図５（ｎ）とを比較するに、基板に転写される第１マーク２０の像及び第２マーク２１の像（重ね合わせマーク）には、当然のことながら、違いがある。具体的には、図５（ｍ）では、基板上の位置Ｐ３及びＰ３’に形成される重ね合わせマークにずれがあるが、図５（ｎ）では、基板上の位置Ｐ２’、Ｐ３及びＰ３’に形成される重ね合わせマークにずれがある。このように、本実施形態における計測処理によれば、上述した代表的な計測処理とは異なり、基板ステージ４６のステップ移動の誤差とディストーションとを分離することができる。

また、本実施形態における計測処理では、第１マーク２０を転写する際に基板ステージ４６のステップ移動の誤差があっても、かかる誤差とディストーションとを分離することができる。図５（ｏ）は、第１マーク２０を転写する際に基板ステージ４６のステップ移動の誤差がある場合に、本実施形態で基板に転写される第１マーク２０の像及び第２マーク２１の像を示している。ここでは、基板上の位置Ｐ１、Ｐ２及びＰ３から位置Ｐ１’Ｐ２’及びＰ３’への基板ステージ４６のステップ移動に誤差がある場合を想定している。図５（ｏ）を参照するに、基板に転写される第１マーク２０の像及び第２マーク２１の像（重ね合わせマーク）は、図５（ｍ）や図５（ｎ）とも異なる。従って、基板ステージ４６のステップ移動の誤差とディストーションとを分離することができる。

本実施形態における計測処理では、第２マーク２１の像がディストーションによってずれて転写されても、基板ステージ４６のステップ移動の誤差とディストーションとを分離することができる。図５（ｐ）は、基板上の位置Ｐ１’及びＰ３に転写されるべき第２マーク２１の像がディストーションによってずれて転写された状態を示している。このような場合、本実施形態では、図５（ｑ）に示すような第１マーク２０の像及び第２マーク２１の像が基板に転写される。図５（ｑ）を参照するに、基板に転写される第１マーク２０の像及び第２マーク２１の像（重ね合わせマーク）は、図５（ｍ）、図５（ｎ）及び図５（ｏ）とも異なる。従って、第１マーク２０の転写時及び第２マーク２１の転写時のそれぞれにおけるディストーションと、第１マーク２０の転写時及び第２マーク２１の転写時のそれぞれにおける基板ステージ４６のステップ移動の誤差とを分離することができる。

但し、本実施形態では、基板ステージ４６のステップ移動の誤差に、倍率成分と直交度誤差とを含まないことが条件となる。例えば、ステップ移動の誤差に倍率成分が含まれていると、第１マーク２０の像と第２マーク２１の像とのずれ量は、ディストーションによる倍率がある場合と同様に計測されるため、それらを分離することができない。基板ステージ４６のステップ移動の誤差に倍率成分と直交度誤差とを含まない（それぞれがゼロである）条件は、上述した式（８）乃至式（１１）で表されている。

例えば、第１マーク２０の転写時に、図６（ａ）に示すようなディストーションが発生し、更に、基板ステージ４６のステップ移動の誤差が発生して、図６（ｂ）に示すように第１マーク２０の像及び第２マーク２１の像が基板に転写された場合を考える。また、第２マーク２１の転写時に、図６（ｃ）に示すようなディストーションが発生し、更に、基板ステージ４６のステップ移動の誤差が発生して、図６（ｄ）に示すように第１マーク２０の像及び第２マーク２１の像が基板に転写された場合を考える。図６（ｂ）及び図６（ｄ）を参照するに、第１マーク２０の像と第２マーク２１の像とのずれ量は同じように計測されるため、これらを分離することができない。そこで、本実施形態では、上述したように、基板ステージ４６のステップ移動の誤差に含まれる倍率成分及び直交度誤差をゼロとしている。

また、これまでの説明で理解されるように、第２マーク２１を第１マーク２０のピッチの半分のピッチで配列する場合、第２マーク２１は、Ｘ方向及びＹ方向に３つ以上必要である。例えば、図５（ｒ）に示すように、２つの第２マーク２１が配列された第２マーク群を考える。この場合、図５（ｓ）に示すように、基板上の位置Ｐ３及びＰ３’に第２マーク２１を転写する際に基板ステージ４６のステップ移動の誤差が発生したとすると、図５（ｔ）に示すように第１マーク２０の像及び第２マーク２１の像が基板に転写される。図５（ｔ）を参照するに、基板に転写される第１マーク２０の像及び第２マーク２１の像（重ね合わせマーク）は、図５（ｍ）と同じようになるため、基板ステージ４６のステップ移動の誤差とディストーションとを分離することができない。

第２マーク群に含める第２マーク２１の数は、基本的には、基板に転写すべき第１マーク群の像の数（例えば、ｍ_２行ｎ_２列）に１を加えた数にすればよい。例えば、基板に転写すべき第１マーク群の数が３である場合には、４つ以上の第２マーク２１の像を同時に転写できるように、第２マーク群に含める第２マーク２１の数を決定すればよい。図５（ｕ）に示すように、第１マーク群の像（Ａ乃至Ｃ）を３つ転写する場合、４つの第２マーク２１を同時に、３回のステップ移動（Ｉ乃至Ｋ）で転写できるように、第２マーク群を構成すればよい。また、第１マーク２０の行数又は列数を、第２マーク２１の行数又は列数で除した際に余りが生じる場合には、ディストーションとステップ移動の誤差とを分離できるように、第２マーク２１を転写する際の数を減らせばよい。

このように、本実施形態では、基板ステージ４６のステップ移動の誤差に影響させることなく、ディストーションを高精度に計測することができる。

以下、具体的な例として、ディストーションの計測範囲をＸ方向に７５０［ｍｍ］、Ｙ方向に４００［ｍｍ］とし、計測ピッチをＸ方向に１８７．５［ｍｍ］、Ｙ方向に２００［ｍｍ］とした場合の計測方法を説明する。なお、ｍ_１を５、ｎ_１を３、ｍ_２及びｎ_２を２とする。

図７に示すように、マスク４８は、Ｘ方向に１８７．５［ｍｍ］のピッチで、Ｙ方向に２００［ｍｍ］のピッチで配列された３行５列の第１マーク２０を含む第１マーク群を有する。また、マスク４８は、Ｘ方向に９３．７５［ｍｍ］のピッチで、Ｙ方向に１００［ｍｍ］のピッチで配列された３行３列の第２マーク２１を含む第２マーク群を有する。更に、マスク４８は、第１マーク２０のそれぞれからＸ方向に沿って９３．７５［ｍｍ］のピッチで、第１マーク２０のそれぞれからＹ方向に沿って１００［ｍｍ］のピッチで配列された遮光部２２を有する。

計測処理では、まず、図８（ａ）に示すように、３行５列の第１マーク２０を１ショットとするように（即ち、３行５列の第１マーク２０が露光されるように）、遮光板４４を移動させる。次いで、図８（ｅ）に示すように、基板ステージ４６によって基板４９をＸ方向に９３．７５［ｍｍ］、Ｙ方向に１００［ｍｍ］のピッチでずらしながら（ステップ移動させながら）、２行２列の第１マーク群の像を基板４９に転写する。これにより、Ｘ方向については、１０個の第１マーク２０の像が転写されるが、Ｙ方向に配列された第２マーク２１の数、即ち、３で除すると余りが生じる。この場合、例えば、１回に転写する第２マーク２１の像のＸ方向の数を３と２とに分ける。

本実施形態では、Ｘ方向について、３つの第２マーク２１を転写する処理を３回、２つの第２マーク２１を転写する処理を２回行うものとする。また、基板４９に転写される第２マーク２１の像の偏りを低減するために、２つの第２マーク２１を転写する処理では、幾つかのショットパターンを設けてもよい。例えば、図７に示すマスク４８では、Ｘ方向に３つ配列された第２マーク２１のうち、左側から２つの第２マーク２１を含むショットと、右側から２つの第２マーク２１を含むショットとを設けて、第２マーク２１の像の偏りを低減してもよい。本実施形態では、左側から２つの第２マーク２１を含むショットで２回の転写を行い、右側から２つの第２マーク２１を含むショットで２回の転写を行う。

図８（ｂ）に示すように、３行３列の第２マーク２１を１ショットとするように（即ち、３行３列の第２マーク２１が露光されるように）、遮光板４４を移動させる。そして、図８（ｆ）に示すように、基板ステージ４６によって基板４９をＸ方向及びＹ方向にずらしながら（ステップ移動させながら）、基板４９の４隅に第２マーク群の像を転写する。

次に、図８（ｃ）に示すように、３行２列の第２マーク２１を１ショットとするように（即ち、左側から２つの第２マーク２１を含む３行２列の第２マーク２１が露光されるように）、遮光板４４を移動させる。そして、図８（ｇ）に示すように、基板ステージ４６によって基板４９をＸ方向及びＹ方向にずらしながら（ステップ移動させながら）、第２マーク群の像を転写する。

次いで、図８（ｄ）に示すように、３行２列の第２マーク２１を１ショットとするように（即ち、右側から２つの第２マーク２１を含む３行２列の第２マーク２１が露光されるように）、遮光板４４を移動させる。そして、図８（ｈ）に示すように、基板ステージ４６によって基板４９をＸ方向及びＹ方向にずらしながら（ステップ移動させながら）、第２マーク群の像を転写する。

これにより、基板４９を現像する現像処理に経て基板４９に形成された第１マーク２０の像と第２マーク２１の像との対で構成される６０個の重ね合わせマーク３２が得られる。これらの重ね合わせマーク３２のそれぞれについて、第１マーク２０の像と第２マーク２１の像とのずれ量を計測してディストーションを求める。

本実施形態の露光装置４０によれば、投影光学系４５のディストーションを高精度に計測することが可能であるため、かかるディストーションが低減するように、例えば、投影光学系４５を高精度に調整することができる。従って、露光装置４０は、ディストーションの影響を十分に低減して、高精度な露光処理を行うことができる。

本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、デバイス（半導体素子、磁気記憶媒体、液晶表示素子など）などの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、露光装置４０を用いて、感光剤が塗布された基板を露光する工程と、露光された基板を現像する工程を含む。また、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

４０：露光装置 ４５：投影光学系 ４８：マスク ４６：基板ステージ ４７：計測部 ４９：基板 ５０：制御部

Claims (8)

1. 光学系を介して、基板に投影される像の歪みを示すディストーションを計測する計測方法であって、
   前記光学系の物体面に配置された、第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に一定のピッチで配列された複数の第１マークを含む第１マーク群を、前記第１マーク群の第１転写によって前記基板に転写される前記複数の第１マークのマーク間に、前記第１転写に続く前記第１マーク群の第２転写によって前記複数の第１マークが転写されるように、前記基板を前記第１方向及び前記第２方向にずらしながら、前記基板に転写する第１工程と、
   前記物体面に配置された、前記第１方向及び前記第２方向に前記第１マークのピッチよりも小さいピッチで配列された複数の第２マークを含む第２マーク群を、前記基板に転写される前記複数の第２マークのそれぞれが前記第１工程で前記基板に転写される前記複数の第１マークのそれぞれと対を構成するように、前記基板を前記第１方向及び前記第２方向にずらしながら、前記基板に転写する第２工程と、
   前記基板に転写された前記第１マークと前記第２マークとのずれ量に基づいて前記ディストーションを求める第３工程と、
   を有することを特徴とする計測方法。
2. 前記第１マーク群は、前記第１方向に第１ピッチで、前記第２方向に第２ピッチで配列されたｍ_１行ｎ_１列（ｍ_１、ｎ_１：３以上の整数）の前記複数の第１マークを含み、
   前記第１工程では、ｍ_２行ｎ_２列（ｍ_２、ｎ_２：２以上の整数）の前記第１マーク群を、前記第１ピッチをｎ_２で除した第３ピッチずつ前記第１方向に前記基板をずらしながら、前記第２ピッチをｍ_２で除した第４ピッチずつ前記第２方向に前記基板をずらしながら、前記基板に転写し、
   前記第２マーク群は、前記第１方向に前記第３ピッチで、前記第２方向に前記第４ピッチで配列された前記複数の第２マークを含むことを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
3. 前記第２マーク群は、ｍ_２＋１行ｎ_２＋１列の前記第２マークを含むことを特徴とする請求項２に記載の計測方法。
4. 前記第１工程及び前記第２工程では、前記第１マーク群及び前記第２マーク群が形成されたマスクを用いることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測方法。
5. 前記第１工程及び前記第２工程では、前記第１マーク群及び前記第２マーク群が形成されたマスクを用い、
   前記マスクは、前記第１マークのそれぞれから前記第１方向に沿って前記第３ピッチで、前記第１マークのそれぞれから前記第２方向に沿って前記第４ピッチで配列された遮光部を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の計測方法。
6. 光学系を介して、ステージに保持された基板に投影される像の歪みを示すディストーションを計測する計測装置であって、
   第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に一定のピッチで配列された複数の第１マークを含む第１マーク群と、前記第１方向及び前記第２方向に前記第１マークのピッチよりも小さいピッチで配列された複数の第２マークを含む第２マーク群とを有し、前記光学系の物体面に配置されるマスクと、
   前記第１マーク群を、前記第１マーク群の第１転写によって前記基板に転写される前記複数の第１マークのマーク間に、前記第１転写に続く前記第１マーク群の第２転写によって前記複数の第１マークが転写されるように、前記ステージによって前記基板を前記第１方向及び前記第２方向にずらしながら、前記基板に転写する処理と、第２マーク群を、前記基板に転写される前記複数の第２マークのそれぞれが前記処理で前記基板に転写される前記複数の第１マークのそれぞれと対を構成するように、前記ステージによって前記基板を前記第１方向及び前記第２方向にずらしながら、前記基板に転写する処理と、を行う処理部と、
   前記基板に転写された前記第１マークと前記第２マークとのずれ量を計測する計測部と、
   前記計測部で計測されたずれ量に基づいて前記ディストーションを求める演算部と、
   を有することを特徴とする計測装置。
7. 投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、
   前記基板を保持するステージと、
   前記投影光学系を介して、前記ステージに保持された基板に投影される像の歪みを示すディストーションを計測する請求項６に記載の計測装置と、
   前記計測装置で計測されたディストーションを低減するように、前記基板を露光する露光処理を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする露光装置。
8. 請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   露光した前記基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とする物品の製造方法。

Images