KR20120092662A - 광학 특성 계측 방법, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

Abstract

테스트용 레티클에 형성된 계측용 패턴의 이미지를, 투영 광학계를 개재하여 테스트용 웨이퍼 상에, 그 위치를 투영 광학계의 광축 방향으로 단계적으로 변경하면서 전사한다. 전사된 계측용 패턴의 이미지 (MP''_n) 를 검출하여, 계측 방향에 관한 패턴 이미지의 넓어짐에 대응하는 양을 구한다. 여기서, 계측용 패턴의 이미지 (MP''_n) 에 포함되는 4 개의 이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) 를 각각 영역 (DV_j, DH_j, DR_j, DL_j) 에 있어서 검출하는, 즉 비계측 방향에 대한 양단부를 제외한 잔부를 검출하고, 검출된 잔부의 면적을 대응하는 양으로서 구한다. 구해진 면적에 기초하여 투영 광학계의 광학 특성을 구한다. 구해진 면적은 비계측 방향에 대하여 감도를 가지지 않기 때문에, 투영 광학계의 계측 방향에 대한 광학 특성을 정확하게 구하는 것이 가능해진다.

Description

광학 특성 계측 방법, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법{OPTICAL CHARACTERISTIC MEASUREMENT METHOD, EXPOSURE METHOD AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 광학 특성 계측 방법, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 소정의 면 상에 패턴 이미지를 생성하는 광학계의 광학 특성을 계측하는 광학 특성 계측 방법, 그 광학 특성 계측 방법에 의해 계측된 광학 특성을 고려하여 노광을 실시하는 노광 방법, 및 그 노광 방법을 이용하는 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 소자 (집적 회로) 등은 해마다 고집적화되고 있고, 이것에 따라 반도체 소자 등의 제조 장치인 스테퍼 등의 투영 노광 장치에는, 더욱 고해상력이 요구되어 왔다. 또, 피노광 물체 상에 이미 형성되어 있는 패턴에 대한 차층 (次層) 이후의 패턴의 중합 정밀도를 향상시키는 것도 중요하다. 이 전제로서, 투영 광학계의 광학 특성 (결상 특성을 포함한다) 을 정확히 계측, 평가하고, 그 평가 결과에 기초하여 투영 광학계의 광학 특성을 향상시키는 (조정에 의한 경우를 포함한다) 것이 필요하게 된다.

투영 광학계의 광학 특성, 예를 들어 비점 수차를 구하기 위해서는, 이미지면 내의 평가점 (계측점) 에 있어서, 서로 직교하는 2 개의 계측 방향의 각각에 대한 최량 포커스 위치 (베스트 포커스 위치) 를 정확히 계측할 수 있는 것이 전제가 된다.

투영 광학계의 최량 포커스 위치의 계측 방법의 일례로서, 예를 들어 특허문헌 1 에 개시되는 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는, 소정의 패턴 (예를 들어, 밀집선 패턴 (라인 앤드 스페이스 패턴) 등) 이 테스트 패턴으로서 형성된 레티클을 사용하여 노광을 실시하고, 투영 광학계의 광축 방향에 관한 복수의 위치에서 테스트 패턴을 테스트용 웨이퍼에 전사한다. 그 테스트용 웨이퍼를 현상하여 얻어지는 레지스트 이미지 (전사된 패턴의 이미지) 를, 예를 들어 노광 장치가 구비하는 결상식 얼라인먼트 센서 등으로 촬상하고, 그 촬상 데이터로부터 얻어지는 테스트 패턴의 화상의 콘트라스트값 (예를 들어 화소의 휘도값의 분산 등) 과 투영 광학계의 광축 방향에 관한 웨이퍼의 위치의 관계에 기초하여, 최량 포커스 위치를 구한다. 이 때문에, 이 방법은, 콘트라스트?포커스법이라고도 불리고 있다.

그런데, 최근 들어 현재의 노광 장치가 구비하는 투영 광학계의 비점 수차를, 콘트라스트?포커스법을 이용하여, 요구되는 레벨로 정확하게 구하는 것은 곤란한 것으로 판명되었다. 이것은, 최근의 패턴의 미세화에 의해, 디바이스 제조 프로세스에 있어서의 노광 조건에서는, 테스트용 웨이퍼에 전사되는 밀집선 패턴이 분해되지 않고, 그 화상의 콘트라스트값의 계측 방향 (밀집선의 배열 방향) 에 대한 감도가 둔화되는 것에 더하여, 계측 방향에 직교하는 비계측 방향의 패턴 이미지의 길이가 디포커스와 함께 짧아져, 그 비계측 방향에 대한 감도가 발생하는 것이 요인인 것으로 생각된다.

미국 특허출원공개 제2004/0179190호

본 발명의 제 1 양태에 의하면, 제 1 면 상에 배치된 패턴의 이미지를 제 2 면 상에 생성하는 광학계의 광학 특성을 계측하는 광학 특성 계측 방법으로서, 상기 광학계의 광축 방향에 관해서, 상기 광학계의 상기 제 2 면측에 배치된 물체의 위치를 변경하면서, 소정 방향을 계측 방향으로 하는 계측용 패턴을, 상기 광학계를 개재하여 상기 물체 상에 순차적으로 전사하고, 상기 계측용 패턴의 이미지를 포함하는 구획 영역을 상기 물체 상에 복수 생성하는 것과 ; 상기 물체 상의 복수의 구획 영역 중 소정 수의 구획 영역을 촬상하고, 촬상된 상기 소정 수의 구획 영역의 각각에 생성된 상기 계측용 패턴의 이미지 중, 상기 계측 방향에 교차하는 비계측 방향의 양단부를 제외한 적어도 일부의 이미지에 관한 촬상 데이터를 추출하는 것과 ;

상기 추출된 촬상 데이터를 사용하여, 상기 소정 수의 구획 영역의 각각에 대해 각 화소의 휘도값에 관련된 상기 계측 방향의 평가량을 산출함과 함께, 산출된 상기 복수의 구획 영역의 각각에 대한 상기 평가량에 기초하여 상기 광학계의 광학 특성을 구하는 것을 포함하는 제 1 광학 특성 계측 방법이 제공된다.

이것에 의하면, 광학계의 광축 방향에 관해서, 광학계의 제 2 면측에 배치된 물체의 위치를 변경하면서, 소정 방향을 계측 방향으로 하는 계측용 패턴을, 상기 광학계를 개재하여 상기 물체 상에 순차적으로 전사하고, 상기 계측용 패턴의 이미지를 포함하는 구획 영역을 상기 물체 상에 복수 생성한다. 그리고, 물체 상의 복수의 구획 영역 중 소정 수의 구획 영역을 촬상하고, 촬상된 소정 수의 구획 영역의 각각에 생성된 계측용 패턴의 이미지 중, 계측 방향에 교차하는 비계측 방향의 양단부를 제외한 적어도 일부의 이미지에 관한 촬상 데이터를 추출한다. 따라서, 이 추출된 촬상 데이터는, 디포커스 등에 의한 검출시에 있어서의 비계측 방향에 대한 감도를 거의 가지지 않는다.

그리고, 상기 추출된 촬상 데이터를 사용하여, 상기 소정 수의 구획 영역의 각각에 대해 각 화소의 휘도값에 관련된 계측 방향의 평가량을 산출하고, 산출된 복수의 구획 영역의 각각에 대한 평가량에 기초하여 광학계의 광학 특성을 구한다. 따라서, 광학계의 광학 특성을 양호한 정밀도로 구하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제 2 양태에 의하면, 제 1 면 상에 배치된 패턴의 이미지를 제 2 면 상에 생성하는 광학계의 광학 특성을 계측하는 광학 특성 계측 방법으로서, 상기 광학계의 광축 방향에 관해서, 상기 광학계의 상기 제 2 면측에 배치된 물체의 위치를 변경하면서, 소정 방향을 계측 방향으로 하는 계측용 패턴을, 상기 광학계를 개재하여 상기 물체 상의 복수의 영역에 순차적으로 전사하여 상기 계측용 패턴의 이미지를 각각 생성하는 것과 ; 상기 복수의 영역의 각각에 대하여, 생성되는 상기 계측용 패턴의 이미지의 상기 비계측 방향의 양단부를 제거하기 위한 트림 노광을 실시하는 것과 ; 상기 비계측 방향의 양단부가 제거된 상기 계측용 패턴의 이미지를 각각 포함하는 물체 상의 복수의 구획 영역 중 소정 수의 구획 영역을 촬상하는 것과 ;

상기 촬상에 의해 얻어진 촬상 데이터를 처리하여, 촬상된 상기 소정 수의 구획 영역의 각각에 대해 각 화소의 휘도값에 관련된 상기 계측 방향의 평가량을 산출함과 함께, 산출된 상기 소정 수의 구획 영역의 각각에 대한 상기 평가량에 기초하여 상기 광학계의 광학 특성을 구하는 것을 포함하는 제 2 광학 특성 계측 방법이 제공된다.

이것에 의하면, 트림 노광에 의해, 비계측 방향의 양단부가 제거된 계측용 패턴의 이미지를 각각 포함하는 물체 상의 복수의 구획 영역 중 소정 수의 구획 영역을 촬상한다. 이 때문에, 이 촬상에 의해 얻어지는 촬상 데이터는, 디포커스 등에 의한 검출시에 있어서의 비계측 방향에 대한 감도를 거의 가지지 않는다.

그리고, 그 촬상 데이터를 처리하여, 촬상된 상기 소정 수의 구획 영역의 각각에 대해 각 화소의 휘도값에 관련된 계측 방향의 평가량을 산출하고, 산출된 상기 소정 수의 구획 영역의 각각에 대한 상기 평가량에 기초하여 광학계의 광학 특성을 구한다. 따라서, 광학계의 광학 특성을 양호한 정밀도로 구하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제 3 양태에 의하면, 본 발명의 제 1 및 제 2 광학 특성 계측 방법 중 어느 것을 이용하여 광학계의 광학 특성을 계측하는 것과 ; 그 광학 특성의 계측 결과를 고려하여, 상기 광학계의 광학 특성 및 상기 광학계의 광축 방향에서의 상기 물체의 위치의 적어도 일방을 조정하고, 상기 소정의 면 상에 상기 광학계를 개재하여 소정의 패턴 이미지를 생성함으로써 물체를 노광하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.

이것에 의하면, 상기 기술한 광학 특성 계측 방법을 이용하여 광학계의 광학 특성이 고정밀도로 계측되고, 그 광학 특성의 계측 결과를 고려하여 광학계의 노광 에어리어 내에 고정밀도의 패턴 이미지가 생성된다.

본 발명의 제 4 양태에 의하면, 본 발명의 노광 방법에 의해 물체를 노광하는 것과 ; 노광된 상기 물체를 현상하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.

도 1 은 일 실시형태에 관련된 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 투영 광학계의 광학 특성의 계측에 사용되는 레티클의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3 은 계측용 패턴 (MP_n) 의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4 는 일 실시형태에 관련된 광학 특성의 계측 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 5 는 구획 영역의 배열을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은 웨이퍼 (W_T) 상에 평가점 대응 영역 (DB₁~DB₅) 이 형성된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7(A) 는, 웨이퍼 (W_T) 를 현상 후에 웨이퍼 (W_T) 상에 형성된 평가점 대응 영역 (DB₁) 의 레지스트 이미지의 일례를 나타내는 도면, 도 7(B) 는, 평가점 대응 영역 (DB_n) 내의 구획 영역 (DA_i) 에 형성되는 레지스트 이미지를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 8 은 도 4 의 단계 426 (광학 특성의 산출 처리) 의 상세를 나타내는 플로우 차트이다.
도 9(A) 는, 레지스트 이미지의 계측 방향에 관한 촬상 데이터의 일례를 나타내는 도면, 도 9(B) 는, 비계측 방향에 관한 촬상 데이터의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 은 최량 포커스 위치를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 은 변형예를 설명하기 위한 도면으로서, 웨이퍼 (W_T) 상의 복수의 쇼트 영역에 계측용 패턴의 전사 이미지가 형성된 상태를 나타내는 도면이다.
도 12 는 실시예 1 에서 사용되는 개구 조리개판을 나타내는 도면이다.
도 13 은 실시예 1 에서 사용되는 4 가지의 마크를 나타내는 도면이다.
도 14 는 실시예 1 의 비교예에서 사용되는 4 가지의 마크를 나타내는 도면이다.
도 15 는 비교예에 있어서의 베스트 포커스 계산값의 노광량 의존성을 나타내는 도면이다.
도 16 은 실시예 1 에 있어서의 베스트 포커스 계산값의 노광량 의존성을 나타내는 도면이다.
도 17 은 실시예 2 에서 사용되는 마크를 나타내는 도면이다.
도 18(A) 는, 실시예 2 에서 실시되는 이중 노광에 관해서 설명하기 위한 도면, 도 18(B) 는, 그 이중 노광의 결과 얻어지는 계측 마크를 나타내는 도면이다.
도 19 는 실시예 2 의 결과로서 얻어진 공간 이미지 계산에 의한 베스트 포커스 계산값의 노광량 의존성을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태를 도 1~도 10 에 기초하여 설명한다.

도 1 에는, 일 실시형태에 관련된 광학 특성 계측 방법 및 노광 방법을 실시하는 데에 바람직한 노광 장치 (100) 의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 노광 장치 (100) 는, 스텝?앤드?스캔 방식의 축소 투영 노광 장치 (이른바 스캐닝?스테퍼 (스캐너라고도 불린다)) 이다.

노광 장치 (100) 는, 조명계 (IOP), 레티클 (R) 을 유지하는 레티클 스테이지 (RST), 레티클 (R) 에 형성된 패턴의 이미지를 감광제 (포토레지스트) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상에 투영하는 투영 유닛 (PU), 웨이퍼 (W) 를 유지하여 2 차원 평면 (XY 평면 내) 을 이동하는 웨이퍼 스테이지 (WST), 그 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구동하는 구동계 (22), 및 이들의 제어계 등을 구비하고 있다. 제어계는 장치 전체를 통괄 제어하는 마이크로 컴퓨터 (또는 워크 스테이션) 등으로 이루어지는 주제어 장치 (28) 를 중심으로 하여 구성되어 있다.

조명계 (IOP) 는, 예를 들어 ArF 엑시머 레이저 (출력 파장 193 ㎚) (또는 KrF 엑시머 레이저 (출력 파장 248 ㎚) 등) 로 이루어지는 광원, 그 광원에 송광 광학계를 개재하여 접속된 조명계 하우징 및 그 조명계 하우징 내부의 조명 광학계를 포함한다. 조명 광학계는, 예를 들어 미국 특허출원공개 제2003/0025890호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 옵티컬 인터그레이터 등을 포함하는 조도 균일화 광학계, 빔 스플리터, 릴레이 렌즈, 가변 ND 필터, 레티클 블라인드 등 (모두 도시 생략) 을 포함한다. 이 조명 광학계는, 광원으로부터 출력된 레이저 빔을 정형 (整形) 하고, 이 정형된 레이저 빔 (이하, 조명광이라고도 한다) (IL) 에 의해, 레티클 (R) 상에서 X 축 방향 (도 1 에 있어서의 지면 직교 방향) 으로 가늘고 길게 신장되는 슬릿상(狀)의 조명 영역을 거의 균일한 조도로 조명한다.

레티클 스테이지 (RST) 는, 조명계 (IOP) 의 도 1 에 있어서의 하방에 배치되어 있다. 이 레티클 스테이지 (RST) 상에 레티클 (R) 이 재치되고, 도시를 생략한 버큠 척 등을 개재하여 흡착 유지되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 도시를 생략한 레티클 스테이지 구동계에 의해, 수평면 (XY 평면) 내에서 미소 구동 가능함과 함께, 주사 방향 (여기서는 도 1 의 지면 내 좌우 방향인 Y 축 방향으로 한다) 으로 소정 스트로크 범위로 주사되게 되어 있다. 이 레티클 스테이지 (RST) 의 위치는, 이동경 (또는 경면 가공한 단면) (12) 을 개재하여 레이저 간섭계 (14) 에 의해 계측되고, 이 레이저 간섭계 (14) 의 계측값이 주제어 장치 (28) 에 공급되어 있다.

상기 투영 유닛 (PU) 은, 레티클 스테이지 (RST) 의 도 1 에 있어서의 하방에 배치되고, 경통 (40) 과, 그 경통 (40) 내에 소정의 위치 관계로 유지된 복수의 광학 소자로 이루어지는 투영 광학계 (PL) 를 포함한다. 투영 광학계 (PL) 로는, 여기서는 양측 텔레센트릭한 축소계로서, Z 축 방향의 공통의 광축 (AXp) 을 갖는 복수 장의 렌즈 엘리먼트 (도시 생략) 로 이루어지는 굴절 광학계가 사용되고 있다. 렌즈 엘리먼트 중의 특정한 복수 장은, 주제어 장치 (28) 로부터의 지령에 기초하여, 도시를 생략한 결상 특성 보정 컨트롤러에 의해 제어되고, 이것에 의해 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성 (결상 특성을 포함한다), 예를 들어 배율, 디스토션, 코마 수차, 및 이미지면 만곡 등이 조정되도록 되어 있다.

투영 광학계 (PL) 의 투영 배율은, 일례로서 1/4 로 되어 있다. 이 때문에, 전술한 바와 같이 조명광 (IL) 에 의해 레티클 (R) 이 균일한 조도로 조명되면, 그 조명 영역 내의 레티클 (R) 의 패턴이 투영 광학계 (PL) 에 의해 축소되어, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 (W) 상에 투영되고, 웨이퍼 (W) 상의 피노광 영역 (쇼트 영역) 의 일부에 패턴의 축소 이미지가 형성된다. 이 때, 투영 광학계 (PL) 는 그 시야 내의 일부 (즉, 노광 에어리어로서, 투영 광학계 (PL) 에 관해서 조명 영역과 공액인 직사각형 영역) 에 그 축소 이미지를 형성한다. 또, 전술한 결상 특성 보정 컨트롤러는, 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성, 즉 웨이퍼 (W) 상에서의 패턴 이미지의 결상 상태를 조정하기 위해, 투영 광학계 (PL) 의 적어도 1 개의 광학 소자 (렌즈 엘리먼트 등) 를 이동하는 것으로 했지만, 그 대신에, 또는 그것과 조합하고, 예를 들어 광원의 제어에 의한 조명광 (IL) 의 특성 (예를 들어 중심 파장, 스펙트럼폭 등) 의 변경과, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AXp) 에 평행한 Z 축 방향 (및 XY 평면에 대한 경사 방향) 에 관한 웨이퍼 (W) 의 구동의 적어도 일방을 실시하는 것으로 해도 된다.

상기 웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 리니어 모터 등을 포함하는 구동계 (22) 에 의해 구동되고, XY 평면 내를 이동하는 XY 스테이지 (20) 와, 그 XY 스테이지 (20) 상에 탑재된 웨이퍼 테이블 (18) 을 구비하고 있다. 이 웨이퍼 테이블 (18) 상에 웨이퍼 홀더 (도시 생략) 를 개재하여 웨이퍼 (W) 가 진공 흡착 등에 의해 유지되어 있다. 웨이퍼 테이블 (18) 은, 웨이퍼 (W) 를 유지하는 웨이퍼 홀더를 Z 축 방향 및 XY 평면에 대한 경사 방향으로 미소 구동하는 것으로, Z?틸트 스테이지라고도 칭해진다. 이 웨이퍼 테이블 (18) 의 상면에는, 이동경 (또는 경면 가공한 반사면) (24) 이 형성되어 있고, 이 이동경 (24) 에 레이저 간섭계 (26) 로부터의 레이저 빔 (측장 빔) 이 조사되고, 그 이동경 (24) 으로부터의 반사광에 기초하여 웨이퍼 테이블 (18) 의 XY 평면 내의 위치 정보 및 회전 정보 (요잉 (Z 축 둘레의 회전인 θz 회전), 피칭 (X 축 둘레의 회전인 θx 회전), 및 롤링 (Y 축 둘레의 회전인 θy 회전) 을 포함한다) 가 계측된다.

레이저 간섭계 (26) 의 계측값은 주제어 장치 (28) 에 공급되고, 주제어 장치 (28) 는 이 레이저 간섭계 (26) 의 계측값에 기초하여, 구동계 (22) 를 개재하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 스테이지 (20) 를 제어함으로써, 웨이퍼 테이블 (18) 의 XY 평면 내의 위치 (θz 회전을 포함한다) 를 제어한다.

또, 웨이퍼 (W) 표면의 Z 축 방향의 위치 및 경사량은, 예를 들어 미국특허 제5,448,332호 명세서 등에 개시되는 송광계 (50a) 및 수광계 (50b) 를 갖는 사입사 방식의 다점 초점 위치 검출계로 이루어지는 포커스 센서 (AFS) 에 의해 계측된다. 이 포커스 센서 (AFS) 의 계측값도 주제어 장치 (28) 에 공급되어 있다.

또한, 웨이퍼 테이블 (18) 상에는, 그 표면이 웨이퍼 (W) 의 표면과 동일한 높이가 되는 기준판 (FP) 이 고정되어 있다. 이 기준판 (FP) 의 표면에는, 후술하는 레티클 얼라인먼트계에 의해 한 쌍의 레티클 얼라인먼트 마크와 함께 검출되는 적어도 한 쌍의 제 1 기준 마크, 및 다음에 기술하는 얼라인먼트계 (AS) 의 이른바 베이스 라인 계측에 사용되는 제 2 기준 마크 (제 1 및 제 2 기준 마크는 도시 생략) 등이 형성되어 있다.

본 실시형태에서는, 상기 투영 유닛 (PU) 의 경통 (40) 의 측면에, 웨이퍼 (W) 에 형성된 얼라인먼트 마크를 검출하는 얼라인먼트계 (AS) 가 형성되어 있다. 이 얼라인먼트계 (AS) 로는, 일례로서 할로겐 램프 등의 브로드밴드 (광대역) 광으로 마크를 조명하고, 이 마크 화상을 화상 처리함으로써 마크 위치를 계측하는 화상 처리 방식의 결상식 얼라인먼트 센서의 일종인 FIA (Field Image Alignment) 계가 사용되고 있다. 이 얼라인먼트계 (AS) 의 해상 한계는, 투영 광학계 (PL) 의 해상 한계보다 크다 (해상도가 낮다).

얼라인먼트계 (AS) 의 검출 신호 (DS) 는, 얼라인먼트 제어 장치 (16) 에 공급되고, 그 얼라인먼트 제어 장치 (16) 는, 그 검출 신호 (DS) 를 A/D 변환하고, 이 디지털화된 파형 신호를 연산 처리하여 마크 위치를 검출한다. 이 결과는, 얼라인먼트 제어 장치 (16) 로부터 주제어 장치 (28) 에 공급된다.

또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에서는, 도시는 생략되어 있지만, 레티클 (R) 의 상방에, 예를 들어 미국특허 제5,646,413호 명세서 등에 개시되는, 노광 파장의 광을 사용한 TTR (Through The Reticle) 얼라인먼트계로 이루어지는 한 쌍의 레티클 얼라인먼트계가 형성되고, 그 레티클 얼라인먼트계의 검출 신호는, 얼라인먼트 제어 장치 (16) 를 개재하여 주제어 장치 (28) 에 공급된다.

다음으로, 노광 장치 (100) 에 있어서 투영 광학계의 광학 특성의 계측에 사용되는 레티클의 일례에 관해서 설명한다.

도 2 에는, 투영 광학계의 광학 특성의 계측에 사용되는 레티클 (R_T) 의 일례가 도시되어 있다. 이 도 2 는, 레티클 (R_T) 을 패턴면측 (도 1 에 있어서의 하면측) 으로부터 본 평면도이다. 이 도 2 에 나타내는 바와 같이, 레티클 (R_T) 은, 직사각형 (정확하게는 정사각형) 의 유리 기판 (42) 으로 이루어지고, 그 패턴면에는 도시를 생략한 차광대에 의해 규정되는 대략 직사각형의 패턴 영역 (PA) 이 형성되어 있다. 본 예 (도 2 의 예) 에서는, 크롬 등의 차광 부재에 의해 그 패턴 영역 (PA) 의 거의 전체면이 차광부로 되어 있다. 패턴 영역 (PA) 의 중심 (여기서는 레티클 (R_T) 의 중심 (레티클 센터) 에 일치), 및 레티클 센터를 중심으로 하고, 또한 X 축 방향을 길이 방향으로 하는 가상의 직사각형 영역 (IAR') 내부의 4 모서리 부분의 합계 5 지점에, 소정 폭, 예를 들어 27 ㎛ 이고, 소정 길이, 예를 들어 108 ㎛ 의 X 축 방향으로 가늘고 긴 개구 패턴 (투과 영역) (AP₁~AP₅) 이 형성되고, 개구 패턴 (AP₁~AP₅) 의 내부에 계측용 패턴 (MP₁~MP₅) 이 각각 형성되어 있다. 상기 직사각형 영역 (IAR') 은, 전술한 조명 영역에 거의 일치하는 크기 및 형상으로 되어 있다. 또, 본 예 (도 2 의 예) 에서는 패턴 영역 (PA) 의 거의 전체면을 차광부로 했지만, 상기 직사각형 영역 (IAR') 은 X 축 방향의 양단이 전술한 차광대에서 규정되기 때문에, 예를 들어 Y 축 방향의 양단에 각각 소정 폭 (예를 들어 차광대와 동일한 폭) 의 차광부를 형성하는 것만이어도 된다.

계측용 패턴 (MP_n) (n=1~5) 의 각각은, 도 3 에 확대하여 나타내는 4 종류의 라인 앤드 스페이스 패턴 (이하, 「L/S 패턴」이라고도 표기한다) (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 을 포함한다. L/S 패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 의 각각은, 소정의 선폭, 예를 들어 0.8 ㎛ 이고, 소정의 길이, 예를 들어 24 ㎛ 정도의 8 개의 라인 패턴이 소정의 피치, 예를 들어 1.6 ㎛ 이고 각각의 주기 방향에 배열된 멀티바 패턴에 의해 구성되어 있다. 이 경우, L/S 패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 각각의 주기 방향은, X 축 방향, Y 축 방향, Y 축에 대하여 -45°를 이루는 방향, Y 축에 대하여 +45°를 이루는 방향으로 되어 있다. 또, 각 주기 방향은, 각 L/S 패턴의 계측 방향에 대응한다. 또한, 본 실시형태에서는, L/S 패턴의 비계측 방향의 폭 (개개의 라인 패턴의 길이 (24 ㎛)) 은, 계측 방향의 폭 (라인 패턴의 배열 폭 (12 ㎛)) 보다도 길게 (여기서는 2 배의 길이로) 정해져 있다.

본 실시형태에서는, 도 3 에 나타내는 개구 패턴 (AP_n) 을 4 등분한 실선과 점선으로 둘러싸이는 정사각형 영역 (27 ㎛×27 ㎛) 에, 그 정사각형 영역과 중심을 동일하게 하는, L/S 패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 이 각각 배치되어 있다. 또, 점선으로 나타내는 정사각형 영역끼리의 경계는 실제로는 존재하지 않는다.

또한, 전술한 레티클 센터를 지나는 패턴 영역 (PA) 의 X 축 방향의 양측에는, 한 쌍의 레티클 얼라인먼트 마크 (RM1, RM2) 가 형성되어 있다 (도 2 참조).

다음으로, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 있어서의 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성의 계측 방법에 관해서, 주제어 장치 (28) 내의 CPU 의 처리 알고리즘을 간략화하여 나타내는 도 4 의 플로우 차트를 따라, 또한 적절히 다른 도면을 사용하여 설명한다.

먼저, 도 4 의 단계 402 에 있어서, 도시를 생략한 레티클 로더를 개재하여 레티클 스테이지 (RST) 상에 레티클 (R_T) 을 로드함과 함께, 도시를 생략한 웨이퍼 로더를 개재하여 웨이퍼 테이블 (18) 상에 웨이퍼 (W_T) (도 6 참조) 를 로드한다.

다음 단계 404 에 있어서, 레티클 (R_T) 의 투영 광학계 (PL) 에 대한 위치 맞춤 등의 소정의 준비 작업을 실시한다. 구체적으로는, 전술한 레티클 얼라인먼트계 (도시 생략) 에 의해, 기준판 (FP) 상의 전술한 한 쌍의 제 1 기준 마크 (도시 생략) 와, 레티클 (R_T) 의 한 쌍의 레티클 얼라인먼트 마크 (RM1, RM2) 가 검출되도록, 각각 레이저 간섭계 (14, 26) 의 계측값에 기초하여 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) (XY 스테이지 (20)) 를 이동한다. 그리고, 전술한 레티클 얼라인먼트계의 검출 결과에 기초하여 레티클 스테이지 (RST) 의 XY 평면 내의 위치 (회전을 포함한다) 를 조정한다. 이것에 의해, 전술한 조명 영역 내에 레티클 (R_T) 의 직사각형 영역 (IAR') 이 설정되고, 그 전체면이 조명광 (IL) 으로 조사되게 된다. 또한, 본 실시형태에서는 투영 광학계 (PL) 를 개재하여 그 시야 (특히 노광 에어리어) 내에서 계측용 패턴 (MP_n) 의 투영 이미지 (패턴 이미지) 가 생성되는 위치가, 투영 광학계 (PL) 의 노광 에어리어 내에서 그 광학 특성 (예를 들어 포커스 위치) 을 계측해야 할 평가점이 된다. 본 실시형태에서는, 전술한 노광 에어리어의 중심 및 4 모서리의 합계 5 개의 평가점이 설정되어 있다. 또, 평가점은, 실제로는 더욱 많고, 예를 들어 9×9=81 점 정도 형성되는 경우가 있는데, 여기서는, 도시 및 설명의 편의상에서, 상기 5 점으로 하고 있다. 단, 평가점의 수는 몇 개여도 되고, 1 개여도 된다.

이렇게 하여, 소정의 준비 작업이 종료되면, 다음 단계 406 으로 이행하여, 노광 에너지량의 목표값을 최적값으로 설정한다. 이 노광 에너지량의 최적값은, 미리 실험 또는 시뮬레이션 등에 의해 구해지고 있고, 일례로서 디바이스 제조용 레티클 상의 최소 선폭의 L/S 패턴을 해상할 수 있는 에너지량의 60~70 % 정도의 에너지량이 최적값이 된다.

다음 단계 408 에서는, 제 1 카운터의 카운트값 (i) 을 초기화한다 (i←1). 본 실시형태에서는, 카운트값 (i) 은, 웨이퍼 (W_T) 의 포커스 위치의 목표값 (Z_i) 의 설정과 함께, 후술하는 단계 410 에 있어서의 노광 대상의 구획 영역 (DA_i) 의 설정에도 사용된다 (도 5 참조). 본 실시형태에서는, 예를 들어 투영 광학계 (PL) 에 관한 이미 알려진 최량 포커스 위치 (설계값 등) 를 중심으로 하여, 웨이퍼 (W_T) 의 포커스 위치를 Z₁ 로부터 ΔZ 간격으로 Z_M (일례로서 M=15) 까지 변화시킨다 (Z_i=Z₁~Z₁₅).

따라서, 본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 광축 방향 (Z 축 방향) 에 관한 웨이퍼 (W_T) 의 위치 (포커스 위치) 를 변경하면서, 계측용 패턴 (MP_n) (n=1~5) 을 웨이퍼 (W_T) 상에 순차적으로 전사하기 위한, M 회 (본 예에서는 M=15) 의 노광이 실시되게 된다. 본 실시형태에서는 투영 광학계 (PL) 에 의한 개구 패턴 (AP_n) 의 웨이퍼 (W_T) 상의 투영 영역을 계측 패턴 영역이라고 부르고, 그 계측 패턴 영역 내에 계측용 패턴 (MP_n) 의 투영 이미지가 생성되고, 각 노광에 의해 웨이퍼 (W_T) 상에 개구 패턴 (AP_n) 이 전사되어, 계측용 패턴 (MP_n) 의 전사 이미지를 포함하는 구획 영역이 형성된다. 이 때문에, 투영 광학계 (PL) 의 노광 에어리어 (전술한 조명 영역에 대응) 내의 각 평가점에 대응하는 웨이퍼 (W_T) 상의 영역 (이하 「평가점 대응 영역」이라고 한다) (DB₁~DB₅) (도 6 참조) 에는, 1×M 개의 계측용 패턴 (MP_n) 이 전사되게 된다.

여기서, 설명은 앞뒤가 바뀌지만, 편의상, 후술하는 노광에 의해, 계측용 패턴 (MP_n) 이 전사되는 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 에 관해서, 도 5 를 사용하여 설명한다. 이 도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, M 행 1 열 (예를 들어, 15 행 1 열) 의 매트릭스상으로 배치된 M×1=M (예를 들어 15×1=15) 개의 가상의 구획 영역 (DA_i) (i=1~M (예를 들어 M=15)) 에 계측용 패턴 (MP_n) 이 각각 전사되고, 이들 계측용 패턴 (MP_n) 이 각각 전사된 M 개 (예를 들어 15 개) 의 구획 영역 (DA_i) 으로 이루어지는 평가점 대응 영역 (DB_n) 이 웨이퍼 (W_T) 상에 형성된다. 또, 가상의 구획 영역 (DA_i) 은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, -Y 방향이 행 방향 (i 의 증가 방향) 이 되도록 배열되어 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서 사용되는 첨자 i 및 M 은, 상기 기술한 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 한다.

도 4 로 돌아가, 다음 단계 410 에서는, 포커스 센서 (AFS) 로부터의 계측값을 모니터하면서, 웨이퍼 테이블 (18) 을, Z 축 방향 (및 경사 방향) 으로 구동하여 웨이퍼 (W_T) 를 Z 축 방향의 목표 위치 (Z_i) (여기서는, Z₁) 에 이동함과 함께, XY 평면 내에서 이동하여, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) (n=1, 2, ……5) 내의 가상의 구획 영역 (DA_i) (여기서는 DA₁ (도 7(A) 참조)) 을 노광하여, 그 가상의 구획 영역 (DA_i) (여기서는 DA₁) 에 계측용 패턴 (MP_n) 의 이미지를 각각 전사한다. 이 때, 웨이퍼 (W_T) 상의 1 점에 있어서의 노광 에너지량 (적산 노광량) 이 설정된 목표값이 되도록, 노광량 제어를 실시한다.

이것에 의해, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 구획 영역 (DA₁) 에 각각 계측용 패턴 (MP_n) 을 포함하는 개구 패턴 (AP_n) 의 이미지가 전사된다.

도 4 로 돌아가, 상기 단계 410 의 노광이 종료하면, 단계 416 으로 진행되고, 웨이퍼 (W_T) 의 포커스 위치의 목표값이 Z_M 이상인지 (카운트값 (i) ≥ M 인지) 의 여부를 판단함으로써, 소정의 Z 범위에서의 노광이 종료했는지의 여부를 판단한다. 여기서는, 최초의 목표값 (Z₁) 에서의 노광이 종료했을 뿐이므로, 단계 418 로 이행하고, 카운트값 (i) 을 1 인크리먼트 (i←i+1) 한 후, 단계 410 으로 되돌아간다. 이 단계 410 에 있어서, 웨이퍼 테이블 (18) 을, Z 축 방향 (및 경사 방향) 으로 구동하여 웨이퍼 (W_T) 를 Z 축 방향의 목표 위치 (Z₂) 에 이동함과 함께, XY 평면 내에서 이동하여, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) (n=1, 2, ……5) 내의 가상의 구획 영역 (DA₂) 을 노광하여, 그 가상의 구획 영역 (DA₂) 에 계측용 패턴 (MP_n) 을 포함하는 개구 패턴 (AP_n) 을 각각 전사한다. 이 때, 노광 개시에 앞서, XY 스테이지 (20) 는 소정의 스텝 피치 (SP) (도 5 참조) 만 XY 평면 내에서 소정 방향 (이 경우 +Y 방향) 으로 이동된다. 여기서, 본 실시형태에서는, 상기의 스텝 피치 (SP) 가, 각 개구 패턴 (AP_n) 의 웨이퍼 (W_T) 상의 투영 이미지 (전술한 계측 패턴 영역에 대응) 의 Y 축 방향 치수와 거의 일치하는 약 6.75 ㎛ 로 설정되어 있다. 또, 스텝 피치 (SP) 는, 약 6.75 ㎛ 에 한정되지 않지만, 인접하는 구획 영역에 각각 전사되는 계측용 패턴 (MP_n) 의 이미지가 겹치지 않고, 또한 6.75 ㎛, 즉 각 개구 패턴 (AP_n) 의 웨이퍼 (W_T) 상의 투영 이미지 (전술한 계측 패턴 영역에 대응) 의 Y 축 방향 치수 이하인 것이 바람직하다.

이 경우, 스텝 피치 (SP) 가 개구 패턴 (AP_n) 의 웨이퍼 (W_T) 상의 투영 이미지의 Y 축 방향 치수 이하로 되어 있기 때문에, 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 구획 영역 (DA₁) 과 구획 영역 (DA₂) 의 경계 부분에 개구 패턴 (AP_n) 의 이미지의 일부에 의해 형성되는 테두리선 또는 미노광 영역이 존재하지 않는다.

이후, 단계 416 에 있어서의 판단이 긍정될 때까지, 즉 그 때 설정되어 있는 웨이퍼 (W_T) 의 포커스 위치의 목표값이 Z_M 이라고 판단될 때까지, 단계 416→418→410 의 루프의 처리 (판단을 포함한다) 를 반복한다. 이것에 의해, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 구획 영역 (DA_i) (i=3~M) 에 계측용 패턴 (MP_n) 을 포함하는 개구 패턴 (AP_n) 이 각각 전사된다. 단, 이 경우도, 인접하는 구획 영역 사이의 경계에는, 전술한 것과 동일한 이유에 의해 테두리선 또는 미노광 영역이 존재하지 않는다.

한편, 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 구획 영역 (DA_M) (본 예에서는 DA₁₅) 에 대한 노광이 종료되고, 상기 단계 416 에 있어서의 판단이 긍정되면, 단계 420 으로 이행한다. 단계 416 에 있어서의 판단이 긍정된 단계에서는, 웨이퍼 (W_T) 상의 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 에는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 각각 노광 조건 (본 예에서는 포커스 위치) 이 상이한 M 개 (본 예에서는 M=15) 의 계측용 패턴 (MP_n) 의 전사 이미지 (잠상) 가 형성된다. 또, 실제로는, 상기 기술한 바와 같이 하여, 웨이퍼 (W_T) 상에 계측용 패턴 (MP_n) 의 전사 이미지 (잠상) 가 형성된 M (본 예에서는 15) 개의 구획 영역이 형성된 단계에서, 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 이 형성되는 것이지만, 상기의 설명에서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 평가점 대응 영역 (DB_n) 이 미리 웨이퍼 (W_T) 상에 있는 듯한 설명 방법을 채용한 것이다.

도 4 로 돌아가, 단계 420 에서는, 도시를 생략한 웨이퍼 언로더를 개재하여 웨이퍼 (W_T) 를 웨이퍼 테이블 (18) 상으로부터 언로드함과 함께, 도시를 생략한 웨이퍼 반송계를 사용하여 웨이퍼 (W_T) 를 노광 장치 (100) 에 인라인으로 접속되어 있는 도시를 생략한 코터?디벨로퍼에 반송한다.

상기 코터?디벨로퍼에 대한 웨이퍼 (W_T) 의 반송 후에, 단계 422 로 진행하여 웨이퍼 (W_T) 의 현상이 종료하는 것을 기다린다. 이 단계 422 에 있어서의 대기 시간 사이에, 코터?디벨로퍼에 의해 웨이퍼 (W_T) 의 현상이 실시된다. 이 현상의 종료에 의해, 웨이퍼 (W_T) 상에는, 도 6 에 나타내는 평가점 대응 영역 (DB_n) (n=1~5) 의 레지스트 이미지가 형성되고, 이 레지스트 이미지가 형성된 웨이퍼 (W_T) 가 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성을 계측하기 위한 시료가 된다. 도 7(A) 에는, 웨이퍼 (W_T) 상에 형성된 평가점 대응 영역 (DB₁) 의 레지스트 이미지의 일례가 도시되어 있다.

이 도 7(A) 에서는, 평가점 대응 영역 (DB₁) 은, M (=15) 개의 구획 영역 (DA_i) (i=1~15) 에 의해 구성되고, 인접하는 구획 영역 상호간에 구분 프레임의 레지스트 이미지가 존재하는 것처럼 도시되어 있는데, 이것은 개개의 구획 영역을 알기 쉽게 하기 위해 이와 같이 한 것이다. 그러나, 실제로는, 인접하는 구획 영역 상호간에 구분 프레임의 레지스트 이미지는 존재하지 않는다. 이와 같이 프레임을 없앰으로써, 전술한 얼라인먼트계 (AS) 등에 의한 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 화상 취입시에, 프레임에 의한 간섭에서 기인되어 패턴부의 콘트라스트 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 전술한 스텝 피치 (SP) 를, 각 개구 패턴 (AP_n) 의 웨이퍼 (W_T) 상의 투영 이미지의 Y 축 치수 이하가 되도록 설정한 것이다. 또, 도 7(A) 중에서 각 구획 영역 내에 점선으로 나타내는, L/S 패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 의 이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) (도 7(B) 참조) 가 형성된 영역 (이하, 적절히 「계측 마크 영역」이라고 한다) 끼리의 경계도 실제로는 존재하지 않는다.

상기 단계 422 의 대기 상태에서, 도시를 생략한 코터?디벨로퍼의 제어계로부터의 통지에 의해 웨이퍼 (W_T) 의 현상이 종료된 것을 확인하면, 단계 424 로 이행하고, 도시를 생략한 웨이퍼 로더에 지시를 주어, 전술한 단계 402 와 동일하게 하여 웨이퍼 (W_T) 를 웨이퍼 테이블 (18) 상에 다시 로드한 후, 단계 426 의 투영 광학계의 광학 특성을 산출하는 서브루틴 (이하, 「광학 특성 계측 루틴」이라고도 한다) 으로 이행한다.

이 광학 특성 계측 루틴에서는, 먼저, 도 8 의 단계 502 에 있어서, 검출 대상의 평가점 대응 영역의 번호를 나타내는 제 2 카운터의 카운트값 (n) 을 참조하여, 웨이퍼 (W_T) 상의 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 레지스트 이미지가 얼라인먼트계 (AS) 에서 검출 가능해지는 위치에 웨이퍼 (W_T) 를 이동한다. 이 이동, 즉 위치 결정은, 레이저 간섭계 (26) 의 계측값을 모니터하면서, 구동계 (22) 를 개재하여 XY 스테이지 (20) 를 제어함으로써 실시한다. 여기서, 카운트값 (n) 은, n=1 로 초기화되어 있는 것으로 한다. 따라서, 여기서는, 도 7(A) 에 나타내는, 웨이퍼 (W_T) 상의 평가점 대응 영역 (DB₁) 의 레지스트 이미지가 얼라인먼트계 (AS) 에서 검출 가능해지는 위치에 웨이퍼 (W_T) 가 위치 결정된다. 이하의 광학 특성 계측 루틴의 설명에서는, 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 레지스트 이미지를, 적절히 「평가점 대응 영역 (DB_n)」이라고 약기하는 것으로 한다.

다음 단계 504 에서는, 웨이퍼 (W_T) 상의 평가점 대응 영역 (DB_n) (여기서는 DB₁) 의 레지스트 이미지를, 얼라인먼트계 (AS) 를 사용하여 촬상하고, 그 촬상 데이터를 취입한다. 얼라인먼트계 (AS) 는, 레지스트 이미지를 자신이 갖는 촬상 소자 (CCD 등) 의 픽셀 단위로 분할하고, 픽셀마다 대응하는 레지스트 이미지의 농담을, 예를 들어 8 비트의 디지털 데이터 (픽셀 데이터) 로서 주제어 장치 (28) 에 공급한다. 즉, 상기 촬상 데이터는, 복수의 픽셀 데이터로 구성되어 있다. 이 경우, 레지스트 이미지의 농도가 높아짐 (흑색에 가까워짐) 에 따라 픽셀 데이터의 값은 커지는 것으로 한다. 또, 본 실시형태에서는 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 사이즈가 101.25 ㎛ (Y 축 방향)×27 ㎛ (X 축 방향) 이고, 그 전체가 얼라인먼트계 (AS) 의 검출 영역 내에 설정되기 때문에, 평가점 대응 영역마다 M 개의 구획 영역 (DA_i) 을 동시에 (일괄하여) 촬상 가능하게 되어 있다.

다음 단계 506 에서는, 얼라인먼트계 (AS) 로부터의 평가점 대응 영역 (DB_n) (여기서는 DB₁) 에 형성된 레지스트 이미지의 촬상 데이터를 정리하고, 촬상 데이터 파일을 작성한다.

다음 단계 508 에서는, 그 촬상 데이터를 화상 처리하여 평가점 대응 영역 (DB_n) (여기서는 DB₁) 의 외연 (外緣) 을 검출한다. 이 외연의 검출은, 일례로서, 다음과 같이 하여 실시할 수 있다.

즉, 촬상에 의해 얻어진 촬상 데이터에 기초하여, 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 윤곽으로 이루어지는 외프레임을 구성하는 직선부를 검출 대상으로 하고, 소정 크기의 창 영역을 그 검출 대상의 직선부에 거의 직교하는 방향에 주사하고, 그 주사 중에 창 영역 내의 픽셀 데이터에 기초하여 검출 대상의 직선부의 위치를 검출한다. 이 경우, 외프레임 부분의 픽셀 데이터는, 그 밖의 부분의 픽셀 데이터와 분명히 픽셀값 (화소값) 이 상이하기 때문에, 예를 들어 창 영역의 주사 방향의 위치가 1 화소씩 변화하는 데에 따른 창 영역 내의 픽셀 데이터의 변화에 기초하여, 검출 대상의 직선부 (외프레임의 일부) 의 위치가 확실히 검출된다. 이 경우에 있어서, 주사 방향은, 상기 외프레임의 내측에서 외측을 향하는 방향인 것이 바람직하다. 최초로 전술한 창 영역 내의 픽셀 데이터에 대응하는 픽셀값의 피크가 구해졌을 때, 그 위치가 외프레임의 위치에 확실히 일치하기 때문에, 외프레임 검출을 보다 확실히 실시할 수 있기 때문이다.

이러한 직선부의 검출을, 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 윤곽으로 이루어지는 외프레임을 구성하는 4 변에 관해서 각각 실시한다. 이 외프레임의 검출에 관해서는, 예를 들어 미국 특허출원공개 제2004/0179190호 명세서 등에 상세히 개시되어 있다.

다음 단계 510 에서는, 상기에서 검출한 평가점 대응 영역 (DB_n) 의 외연, 즉 직사각형의 프레임선의 내부를, Y 축 방향에 관해서 M 등분 (예를 들어 15 등분) 함으로써, 구획 영역 (DA₁~DA_M) (DA₁₅) 을 구한다. 즉, 외연을 기준으로 하여, 각 구획 영역 (의 위치 정보) 을 구한다.

다음 단계 512 에서는, 각 구획 영역 (DA_i) (i=1~M) 에 관한 계측 마크 영역마다 검출 영역을 설정한다. 구체적으로는, 주제어 장치 (28) 는, 구획 영역 (DA_i) 내에 형성된 레지스트 이미지에 포함되는 4 개의 이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) (각각 패턴 (MP_n) 내의 L/S 패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 에 대응) 의 각각에 대하여, 검출 영역 (DV_i, DH_i, DR_i, DL_i) 을 정한다 (도 7(B) 참조).

구획 영역 (DA_i) 내에 형성된 L/S 패턴 (LS_Vn) 의 이미지 (레지스트 이미지) (LS''_Vn) 를 예로 하여, 검출 영역 (DV_i) 의 결정에 관해서 설명한다. 레지스트 이미지 (LS''_Vn) 에 대응하는 패턴 (MP_n) 내의 L/S 패턴 (LS_Vn) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 8 개의 라인 패턴이 계측 방향 (X 축 방향) 에 배열된 멀티바 패턴이다. 그러나, 실제의 디바이스 제조 프로세스에 있어서의 노광 조건에서는, 도 7(B) 에 나타내는 2 차원 데이터 및 도 9(A) 에 나타내는 X 축 방향에 관한 1 차원 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼 (W_T) 에 전사된 L/S 패턴 (LS_Vn) 의 이미지 (LS''_Vn) 로부터는 8 개의 라인 패턴을 분해하여 검출할 수 없다. 본 실시형태에서는, 주제어 장치 (28) 는, 종래법에 있어서의 화상의 콘트라스트값 대신에, 레지스트 이미지 (LS''_Vn) 의 계측 방향에 관한 넓어짐을 구한다.

여기서, 검출 감도 등의 관점에서, 계측 방향에 관한 넓어짐에 대응하는 양으로서 레지스트 이미지 (LS''_Vn) 의 면적을 구하는 것은 바람직하다. 그러나, 도 7(B) 에 나타내는 2 차원 데이터 및 도 9(B) 에 나타내는 Y 축 방향 (비계측 방향) 에 관한 1 차원 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 실제의 디바이스 제조 프로세스에 있어서의 노광 조건에서는, 연신 방향 (Y 축 방향) 에 대한 L/S 패턴 (LS_Vn) 의 패턴 분포에 대하여 레지스트 이미지 (LS''_Vn) 의 검출 신호의 분포가 완만해지고, 그 넓어짐이 노광 조건 (포커스 위치 등) 에 의존하여 변화된다. 따라서, 실제의 노광 조건에서는, 레지스트 이미지 (LS''_Vn) 의 면적은 계측 방향에 대한 넓어짐에 대응하지 않는다.

그래서, 본 실시형태에서는, 도 7(B) 에 나타내는 바와 같이, 레지스트 이미지 (LS''_Vn) 에 대하여 검출 영역 (DV_i) 이 정해진다. 즉, 검출 영역 (DV_i) 은, 도 9(A) 에 나타내는 바와 같이 계측 방향 (X 축 방향) 에 관해서 L/S 패턴 (LS_Vn) 의 분포보다 충분히 넓고, 도 9(B) 에 나타내는 바와 같이 비계측 방향 (Y 축 방향) 에 관해서 L/S 패턴 (LS_Vn) 의 분포보다 충분히 좁게 정해진다. 이것에 의해, 노광 조건에 의해 레지스트 이미지 (LS''_Vn) 의 검출 신호의 비계측 방향 (Y 축 방향) 에 관한 분포가 전체적으로 변화되어도, 검출 영역 (DV_i) 내에서는 그 분포는 변하지 않는다. 따라서, 검출 영역 (DV_i) 내의 레지스트 이미지 (LS''_Vn) 의 면적은, 실질적으로 계측 방향에 대한 넓어짐에 대응하기 때문에, 검출 영역 (DV_i) 내의 레지스트 이미지 (LS''_Vn) 면적을, 계측 방향에 대한 넓어짐에 대응하는 양으로서 채용할 수 있다.

패턴 (MP_n) 중의 L/S 패턴 (LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln) 에 대응하는 그 밖의 레지스트 이미지 (LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) 에 대해서도, 동일한 지침에 따라서, 도 7(B) 에 나타내는 바와 같이 검출 영역 (DH_i, DR_i, DL_i) 이 정해진다.

다음 단계 513 에서는, 각 구획 영역 (DA_i) (i=1~M) 내의 4 개의 레지스트 이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) 의 각각에 대하여, 각각 검출 영역 (DV_i, DH_i, DR_i, DL_i) 내에서의 면적을 산출한다. 레지스트 이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) 의 면적 (C_ni) 은, 예를 들어 C_ni=Σ_kθ (x_k-x_th) 로부터 구해진다. 여기서, x_k 는 검출 영역 내의 k 번째의 화소에 대한 검출 신호 (휘도), x_th 는 임계값 (임계 휘도), θ(x) 는 스텝 함수이다. 즉, 면적 (C_ni) 은, 검출 영역 내의 화소 중의 임계 휘도 (x_th) 를 초과하는 휘도 (x_k) 의 화소의 수와 동일하다. 또, 임계 휘도 (x_th) 는, 구해지는 계측 정밀도, 검출 감도 등에 따라서 적절히 정해진다. 구해진 레지스트 이미지의 면적 (C_ni) 은, 4 개의 레지스트 이미지의 종류 (V, H, R, L), 및 구획 영역 (DA_i) (i) 마다, 기억 장치 (도시 생략) 에 기록된다.

다음 단계 514 에서는, 기억 장치 (도시 생략) 에 기록된 4 개의 레지스트 이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) 의 검출 면적 (C_ni) 을 사용하여, 평가점 대응 영역 (DB_n) (n 번째의 평가점) 에 있어서의, 각각의 계측 방향에 대한 최량 포커스 위치를 구한다. 여기서, 주제어 장치 (28) 는, 레지스트 이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) 의 각각에 대해, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 검출 면적 (C_ni) 을 포커스 위치 (Z_i) 에 대하여 플롯한다. 또한, 주제어 장치 (28) 는, 플롯점을, 적당한 시행 함수를 사용하여 최소 제곱 근사한다. 도 10 중에는, 얻어진 근사 곡선 (포커스 곡선이라고 부른다) 이, 포커스 중심 (Z=0) 에서의 근사값을 사용하여 규격화되어 (상대 신호로서) 표시되어 있다. 또, 도 10 에는, 상이한 도즈량 (노광량) 에 관해서 얻어진 포커스 곡선이 이점쇄선으로 함께 도시되어 있다.

도 10 으로부터 분명한 바와 같이, 포커스 곡선의 모양은 도즈량 (P) 에 강하게 의존한다. 예를 들어, 작은 도즈량에 대하여, 포커스 곡선 (예를 들어 곡선 (c₁)) 은 완만한 곡선을 그린다. 이러한 포커스 곡선은, 포커스 위치에 대한 감도가 약하므로, 최량 포커스 위치를 구하기 위해서는 적당하지 않다. 또한, 큰 도즈량에 대하여, 포커스 곡선 (예를 들어 곡선 (c₂) 은 날카로운 피크 곡선을 그린다. 단, 새틀라이트 피크가 나타나 있다. 따라서, 이러한 포커스 곡선도, 최량 포커스 위치를 구하기 위해서는 적당하지 않다. 이들에 대하여, 중간 정도의 도즈량에 대하여, 포커스 곡선 (예를 들어 곡선 (c)) 은 이상적인 산형의 곡선을 그린다. 또, 발명자들은, 계산기 시뮬레이션으로부터, 디바이스 제조 프로세스에 있어서의 도즈량의 50~70 % 의 도즈량에 대하여, 이상적인 모양의 포커스 곡선이 얻어지는 것을 확인하였다.

주제어 장치 (28) 는, 포커스 곡선 (c) 을 사용하여, 그 피크 중심으로부터, 최량 포커스 위치 (Z_best) 를 구한다. 여기서, 피크 중심은, 예를 들어 포커스 곡선과 소정의 슬라이스 레벨의 교점에 대응하는 2 개의 포커스 위치의 중심으로 정의된다.

주제어 장치 (28) 는, 위의 최량 포커스 위치 (Z_best) 의 산출을, 4 개의 레지스트 이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) 의 모두에 관해서 실시한다. 이것에 의해, 4 개의 계측 방향의 각각에 대한 최량 포커스 위치 (Z_best) 가 구해진다. 그리고, 주제어 장치 (28) 는, 4 개의 계측 방향의 각각에 대한 최량 포커스 위치 (Z_best) 의 평균을, 평가점 대응 영역 (DB_n) (n 번째의 평가점) 에 있어서의 최량 포커스 위치로서 산출한다.

다음 단계 516 에서는, 전술한 카운트값 (n) 을 참조하여, 모든 평가점 대응 영역 (DB₁~DB₅) 에 관해서 처리가 종료했는지의 여부를 판단한다. 여기서는, 평가점 대응 영역 (DB₁) 에 대한 처리가 종료했을 뿐이므로, 이 단계 516 에 있어서의 판단은 부정되고, 단계 518 로 진행되어 카운트값 (n) 을 1 인크리먼트 (n←n+1) 한 후, 단계 502 로 돌아가, 평가점 대응 영역 (DB₂) 이 얼라인먼트계 (AS) 에서 검출 가능해지는 위치에, 웨이퍼 (W_T) 를 위치 결정한다.

그리고, 상기 기술한 단계 504~514 까지의 처리 (판단을 포함한다) 를 다시 실시하고, 상기 기술한 평가점 대응 영역 (DB₁) 의 경우와 동일하게 하여, 평가점 대응 영역 (DB₂) 에 관해서 최량 포커스 위치를 구한다.

그리고, 평가점 대응 영역 (DB₂) 에 관해서 최량 포커스 위치의 산출이 종료되면, 단계 516 에서 모든 평가점 대응 영역 (DB₁~DB₅) 에 관해서 처리가 종료되었는지의 여부를 다시 판단하는데, 여기서의 판단은 부정된다. 이후, 단계 516 에 있어서의 판단이 긍정될 때까지, 상기 단계 502~518 의 처리 (판단을 포함한다) 가 반복된다. 이것에 의해, 다른 평가점 대응 영역 (DB₃~DB₅) 에 관해서, 전술한 평가점 대응 영역 (DB₁) 의 경우와 동일하게 하여, 각각 최량 포커스 위치가 구해지게 된다.

이렇게 하여, 웨이퍼 (W_T) 상의 모든 평가점 대응 영역 (DB₁~DB₅) 에 관해서 최량 포커스 위치의 산출, 즉 투영 광학계 (PL) 의 노광 에어리어 내에서 5 개의 계측용 패턴 (MP₁~MP₅) 의 투영 위치가 되는 전술한 각 평가점에서의 최량 포커스 위치의 산출이 이루어지면, 단계 516 에서의 판단이 긍정된다. 여기서 광학 특성 계측 루틴을 종료해도 되는데, 본 실시형태에서는 단계 520 으로 이행하여, 위에서 구한 최량 포커스 위치 데이터에 기초하여 다른 광학 특성을 산출한다.

예를 들어, 이 단계 520 에서는, 일례로서, 평가점 대응 영역 (DB₁~DB₅) 에 있어서의 최량 포커스 위치의 데이터에 기초하여, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 만곡을 산출한다. 또한, 전술한 노광 에어리어 내의 각 평가점에서의 초점 심도 등을 구해도 된다.

여기서, 본 실시형태에서는, 설명의 간략화를 위해, 각 평가점 대응 영역 (각 평가점에 대응하는 위치) 에 있어서 4 개의 계측 방향의 각각에 대한 최량 포커스 위치 (Z_best) 의 평균에 기초하여, 평가점 대응 영역 (DB_n) (n 번째의 평가점) 에 있어서의 최량 포커스 위치를 구하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 주기 방향이 직교하는 1 세트의 L/S 패턴으로 각각 얻어진 최량 포커스 위치로부터 각 평가점에서의 비점 수차를 구하는 것으로 해도 된다. 또한, 투영 광학계 (PL) 의 노광 에어리어 내의 각 평가점에 관해서, 상기 기술한 바와 같이 하여 산출된 비점 수차에 기초하여, 예를 들어 최소 제곱법에 의한 근사 처리를 실시함으로써 비점 수차 면내 균일성을 구함과 함께, 비점 수차 면내 균일성과 이미지면 만곡으로부터 종합 초점차를 구하는 것도 가능하다.

그리고, 상기 기술한 바와 같이 하여 구해진 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성 데이터는, 도시하지 않은 기억 장치에 보존됨과 함께, 도시를 생략한 표시 장치의 화면 상에 표시된다. 이것에 의해, 도 8 의 단계 520 의 처리, 즉 도 4 의 단계 426 의 처리를 종료하고, 일련의 광학 특성의 계측 처리를 종료한다.

다음으로, 디바이스 제조의 경우에 있어서의, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 의한 노광 동작을 설명한다.

전제로서, 상기 기술한 바와 같이 하여 결정된 최량 포커스 위치의 정보, 또는 이것에 더하여 비점 수차 (및 이미지면 만곡) 의 정보가, 도시를 생략한 입출력 장치를 통해 주제어 장치 (28) 에 입력되어 있는 것으로 한다.

예를 들어, 비점 수차 (및 이미지면 만곡) 의 정보가 입력되어 있는 경우에는, 주제어 장치 (28) 는, 노광에 앞서, 이 광학 특성 데이터에 기초하여, 도시하지 않은 결상 특성 보정 컨트롤러에 지시하고, 예를 들어 투영 광학계 (PL) 의 적어도 1 개의 광학 소자 (본 실시형태에서는, 렌즈 엘리먼트) 의 위치 (다른 광학 소자와의 간격을 포함한다) 또는 경사 등을 변경함으로써, 그 비점 수차 (및 이미지면 만곡) 가 보정되도록 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성을 가능한 범위에서 보정한다. 여기서, 위치 또는 경사 등을 변경하는 광학 소자는, 렌즈 엘리먼트에 한정되지 않고, 광학계의 구성에 따라서는, 예를 들어 오목면경 등의 반사 광학 소자, 또는 투영 광학계 (PL) 의 수차 (디스토션, 구면수차 등), 특히 그 비회전 대칭 성분을 보정하는 수차 보정판 등이어도 된다. 또한, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성의 보정 방법으로서, 예를 들어 조명광 (IL) 의 중심 파장을 약간 시프트시키는 방법, 또는 투영 광학계 (PL) 의 일부에서 굴절률을 변화시키는 방법 등을 단독, 또는 광학 소자의 이동과의 조합으로 채용해도 된다.

그리고, 주제어 장치 (28) 에 의해, 도시를 생략한 레티클 로더를 사용하여 전사 대상이 되는 소정의 회로 패턴 (디바이스 패턴) 이 형성된 레티클 (R) 이 레티클 스테이지 (RST) 상에 로드되고, 동일하게, 도시를 생략한 웨이퍼 로더를 사용하여 웨이퍼 (W) 가 웨이퍼 테이블 (18) 상에 로드된다.

다음으로, 주제어 장치 (28) 에 의해, 도시를 생략한 레티클 얼라인먼트계, 웨이퍼 테이블 (18) 상의 기준판 (FP), 얼라인먼트계 (AS) 등을 사용하여, 레티클 얼라인먼트 및 얼라인먼트계 (AS) 의 베이스 라인 계측 등의 준비 작업이 소정의 순서로 실시되고, 이것에 계속하여 예를 들어 EGA (인핸스드?글로벌?얼라인먼트) 방식 등의 웨이퍼 얼라인먼트가 실시된다. 여기서, 레티클 얼라인먼트, 얼라인먼트계 (ALG) 의 베이스 라인 계측에 관해서는, 예를 들어 미국특허 제5,646,413호 명세서 등에 개시되어 있고, 이것에 계속되는 EGA 에 관해서는, 예를 들어 미국특허 제4,780,617호 명세서 등에 개시되어 있다. 또, 레티클 얼라인먼트계 대신에, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 형성된 도시를 생략한 공간 이미지 계측기를 사용하여 레티클 얼라인먼트를 실시해도 된다.

상기 웨이퍼 얼라인먼트가 종료하면, 주제어 장치 (28) 에 의해, 노광 장치 (100) 의 각 부가 제어되고, 웨이퍼 (W) 상의 쇼트 영역의 주사 노광과 쇼트 사이의 스테핑 동작이 반복 실시되고, 웨이퍼 (W) 상의 노광 대상 쇼트 영역 모두에 레티클 (R) 의 패턴이 순차적으로 전사된다.

상기 주사 노광 중에, 주제어 장치 (28) 는, 포커스 센서 (AFS) 에 의해 검출된 웨이퍼 (W) 의 Z 축 방향의 위치 정보에 기초하여, 전술한 광학 특성 보정 후의 투영 광학계 (PL) 의 노광 에어리어 내에서 그 초점 심도의 범위 내에 웨이퍼 (W) (쇼트 영역) 의 표면이 설정되도록, 구동계 (22) 를 개재하여 웨이퍼 테이블 (18) 을 Z 축 방향 및 경사 방향으로 구동하고, 웨이퍼 (W) 의 포커스?레벨링 제어를 실시한다. 본 실시형태에서는, 웨이퍼 (W) 의 노광 동작에 앞서, 전술한 각 평가점에서의 최량 포커스 위치에 기초하여 투영 광학계 (PL) 의 이미지면이 산출되고 있고, 이 산출 결과에 기초하여, 포커스 센서 (AFS) 의 광학적인 캘리브레이션 (예를 들어, 수광계 (50b) 내에 배치되는 평행 평면판의 경사 각도의 조정 등) 이 실시되고 있다. 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 먼저 산출한 이미지면과 포커스 센서 (AFS) 의 검출 기준의 편차에 따른 오프셋을 고려하여, 포커스 동작 (및 레벨링 동작) 을 실시하도록 해도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 광학 특성 계측 방법에 의하면, 투영 광학계 (PL) 의 광축 방향에 관해서, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 배치된 테스트용 웨이퍼 (W_T) 의 위치를 변경하면서, 레티클 (R_T) 에 형성된 계측용 패턴 (MP_n) 을, 투영 광학계 (PL) 를 개재하여 웨이퍼 (W_T) 상에 순차적으로 전사하고, 계측용 패턴 (MP_n) 의 이미지를 포함하는 구획 영역을 테스트용 웨이퍼 (W_T) 상에 복수 생성한다. 그리고, 테스트용 웨이퍼 (W_T) 상의 복수의 구획 영역 중 소정 수의 구획 영역을 촬상하고, 촬상된 소정 수의 구획 영역의 각각에 생성된 계측용 패턴 (MP_n) (내의 L/S 패턴 (LS_Vn, LS_Hn, LS_Rn, LS_Ln)) 의 이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) 의 촬상 데이터를 추출하여, 각 구획 영역에 관해서 각 화소의 휘도값에 관련된 계측 방향의 평가량으로서, 대응하는 계측 방향에 관한 각 L/S 패턴의 이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) 의 넓어짐에 대응하는 양을 구하고, 구한 넓어짐에 대응하는 양에 기초하여 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성을 구한다. 이것에 의해, 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성을 양호한 정밀도로 구하는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태에 관련된 광학 특성 계측 방법에 의하면, 테스트용 웨이퍼 (W_T) 상에 전사된 계측용 패턴 (MP_n) 의 이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) 의 각각에 대하여, 대응하는 비계측 방향에 관한 양단부를 제외한 적어도 일부를 검출하고, 검출된 이미지 (이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) 의 적어도 일부) 의 면적을 계측 방향에 관한 넓어짐에 대응하는 양으로서 구한다. 이것에 의해, 넓어짐에 대응하는 양으로부터 구해지는 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성은 비계측 방향에 대하여 감도를 가지지 않기 때문에, 계측 방향에 대한 광학 특성을 정확하게 구하는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 취급을 용이하게 하기 위해, 계측 방향에 배열된 비계측 방향으로 신장되는 복수의 멀티바 패턴을 계측용 패턴으로서 사용하고 있다.

또한, 본 실시형태에 관련된 광학 특성 계측 방법에 의하면, 검출된 일부의 패턴의 이미지 (LS''_Vn, LS''_Hn, LS''_Rn, LS''_Ln) 의 면적을 계측 방향에 관한 넓어짐에 대응하는 양으로서 구하기 때문에, SEM 등과 비교하여 분해능이 낮은 현미경, 예를 들어 노광 장치 (100) 의 얼라인먼트계 (AS) 등의 계측 장치로도 계측하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해, SEM 을 사용하는 경우와 같은 엄밀한 포커스 맞춤이 불필요해져, 계측 시간의 단축이 가능하다. 예를 들어, 상기 기술한 바와 같이 각 평가점 대응 영역 (DB_n) 을 동시에 촬상하지 않고, 구획 영역 (DA_i) 마다 촬상하는 경우라도, 1 점당 계측 시간의 단축이 가능하다. 또한, 패턴 이미지의 종류 (라인 앤드 스페이스 (고립선, 밀집선), 컨택트 홀, 사이즈 및 배열 방향 등) 에 관계 없이, 또한 계측용 패턴 (MP_n) 의 투영 이미지 (패턴 이미지) 생성시의 조명 조건에 관계 없이, 계측이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에서는, 상기 기술한 계측 방향에 관한 넓어짐에 대응하는 양을 검출하기 때문에, 레티클 (R_T) 의 패턴 영역 (PA) 내에 계측용 패턴 (MP_n) 이외의 패턴 (예를 들어, 비교용 기준 패턴, 위치 결정용 마크 패턴 등) 을 배치할 필요가 없다. 또, 종래의 치수를 계측하는 방법 (CD/포커스법, SMP 포커스 계측법 등) 에 비교하여, 계측용 패턴을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 평가점의 수를 증가시킬 수 있음과 함께, 평가점 사이의 간격을 좁게 하는 것이 가능해진다. 결과적으로, 광학 특성의 계측 정밀도 및 계측 결과의 재현성을 향상시킬 수 있다.

또한, 노광 장치 (100) 에 의하면, 전술한 광학 특성 계측 방법에 의해 양호한 정밀도로 계측된 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성을 고려하여 최적의 전사를 실시할 수 있도록, 투영 광학계 (PL) 를 개재하여 웨이퍼 (W) 상에 투영되는 패턴 이미지의 결상 상태의 조정에 관련된 동작, 예를 들어 투영 광학계 (PL) 의 광학 소자의 이동 등에 의한 결상 특성의 조정, 또는 포커스 센서 (AFS) 의 캘리브레이션 등이 실시된 후, 투영 광학계 (PL) 를 개재하여 레티클 (R) 에 형성된 패턴이 웨이퍼 (W) 상에 전사된다.

따라서, 본 실시형태에 관련된 노광 방법에 의하면, 상기 기술한 광학 특성 계측 방법을 이용하여 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성이 고정밀도로 계측되고, 그 광학 특성의 계측 결과를 고려하여 투영 광학계 (PL) 의 노광 에어리어 내에 고정밀도의 패턴 이미지가 생성되고, 고정밀도의 노광 (패턴 전사) 이 실현된다.

또, 상기 실시형태의 계측용 패턴 (MP_n) 의 각 L/S 패턴을 구성하는 선폭 0.8 ㎛ (웨이퍼상(上) 환산값으로 선폭 0.2 ㎛) 의 라인을, 추가로 분할한 패턴, 예를 들어 라인을 추가로 5 분할한 3 개 라인 & 2 개 스페이스로 구성한 패턴을, 계측용 패턴으로서 채용해도 된다. 이 패턴의 경우, 각 라인 및 각 스페이스의 폭은 웨이퍼 상에서 40 ㎚ 가 된다. 이러한 패턴을 사용하면, 포커스 변화에 대한 「전술한 패턴의 면적 변화」가 커지고, 고감도로 베스트 포커스 위치를 검출할 수 있기 때문에, 보다 바람직하다. 이 경우, L/S 패턴의 각 라인 패턴을 구성하는 복수 개의 라인의 선폭 (또는 피치) 은 웨이퍼상 환산값으로, 전술한 얼라인먼트계 (AS) 등의 계측 장치 (광학계) 의 해상 한계보다도 작게 설정되어 있다. 또, 이러한 해상 한계보다도 작은 L/S 패턴 등을 포함하는 미세 밀집선에서는, 노광량을 줄여 패턴 붕괴를 방지하는 것이 바람직하다. 여기서, 패턴 붕괴는, 패턴 치수에 대한 포토레지스트 막두께의 비인 애스펙트비가 3 이상이 되면 발생하기 쉬운 것으로 여겨지고 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 레티클 (R_T) 상의 계측용 패턴 (MP_n) 으로서 개구 패턴 (AP_n) 내에 배치된 4 종류의 L/S 패턴 (멀티바 패턴) 을 사용하는 경우에 관해서 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 계측용 패턴으로는, 그 수 또는 종류가 1 개인 패턴만을 포함하는 것이어도 되고, L/S 패턴 대신에, 또는 그것과 조합하여 고립선 등을 사용해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는 평가점 대응 영역마다 그 전체를 동시에 촬상하는 것으로 했지만, 예를 들어 1 개의 평가점 대응 영역을 복수로 나눠 각각 촬상하도록 해도 된다. 이 때, 예를 들어 평가점 대응 영역의 전체를 얼라인먼트계 (AS) 의 검출 영역 내에 설정하고, 평가점 대응 영역의 복수 부분을 상이한 타이밍으로 촬상해도 되고, 또는 평가점 대응 영역의 복수 부분을 순차 얼라인먼트계 (AS) 의 검출 영역 내에 설정하여 그 촬상을 실시하도록 해도 된다. 또한, 1 개의 평가점 대응 영역 (DB_n) 을 구성하는 복수의 구획 영역은 서로 인접하여 형성하는 것으로 했는데, 예를 들어 그 일부 (적어도 1 개의 구획 영역) 를, 전술한 얼라인먼트계 (AS) 의 검출 영역의 크기에 대응하는 거리 이상 떼어 형성해도 된다. 또, 상기 실시형태에서는 평가점 대응 영역마다 복수의 구획 영역이 일렬로 배열되는 것으로 했는데, 그 배열 방향 (Y 축 방향) 과 직교하는 방향 (X 축 방향) 에 관한 위치를, 그 복수의 구획 영역에서 부분적으로 상이하게 해도 되고, 예를 들어 배열 방향 (Y 축 방향) 에 관해서 평가점 대응 영역의 길이가 얼라인먼트계 (AS) 의 검출 영역의 사이즈를 초과할 때 등은, 각 평가점 대응 영역에서 구획 영역을 복수 열 (2 차원적) 로 배치해도 된다. 즉, 평가점 대응 영역마다 그 전체를 동시에 촬상 가능하게 하도록, 얼라인먼트계 (AS) 의 검출 영역의 크기에 따라 복수의 구획 영역의 배치 (레이아웃) 를 결정해도 된다. 이 때, 배열 방향과 직교하는 방향 (X 축 방향) 에 관해서 인접하는 구획 영역의 경계 부분에도 전술한 프레임선 또는 미노광 부분이 존재하지 않도록, X 축 방향의 스텝 피치를 결정하는 것이 바람직하다. 또, 상기 실시형태에서는 정지 노광에 의해 계측용 패턴 (MP_n) 을 웨이퍼 (W_T) 상에 전사하는 것으로 했는데, 정지 노광 대신에 주사 노광을 사용해도 되고, 이 경우에는 다이나믹한 광학 특성을 구할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 를 액침형으로 해도 되고, 투영 광학계 및 액체를 개재하여 계측용 패턴 (MP_n) 의 이미지를 웨이퍼 상에 전사함으로써, 그 액체도 포함시킨 투영 광학계의 광학 특성을 계측할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 계측 마크의 이미지의 검출 영역 내의 면적 (전술한 화소수) 을 검출함으로써, 이 검출 결과에 기초하여, 투영 광학계의 베스트 포커스 위치 등을 구하는 경우에 관해서 설명하였다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 미국 특허출원공개 제2008/0208499호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 상기 면적 대신에, 계측 마크 영역마다 (또는 각 구획 영역 (DA_i)) 의 콘트라스트값을 검출하고, 이 검출 결과에 기초하여, 투영 광학계의 베스트 포커스 위치 등을 구하는 경우에도, 상기 실시형태는 바람직하게 적용할 수 있다. 이 경우에도, 주기 방향이 직교하는 1 세트의 L/S 패턴으로 각각 얻어진 최량 포커스 위치로부터 각 평가점에서의 비점 수차를, 보다 확실하게 구하는 것이 가능하게 된다. 이 경우, 계측 마크 영역마다 (또는 각 구획 영역 (DA_i)) 의 콘트라스트값으로서, 계측 마크 영역마다 (또는 각 구획 영역 (DA_i)) 의 각 화소의 휘도값의 분산, 또는 표준 편차, 또는 각 계측 마크 영역 (또는 각 구획 영역) 에 있어서의 각 화소의 휘도값의 소정의 기준값에 대한 편차를 포함하는 그 밖의 통계량을 사용할 수 있다. 이 밖에, 예를 들어 상기 편차를 포함하지 않는, 각 계측 마크 영역 (또는 각 구획 영역) 에 있어서의 각 화소의 휘도값에 관한 정보, 예를 들어 계측 마크 영역 (또는 구획 영역) 중, 계측용 패턴 이미지를 포함하는 소정 면적 (소정 화소수) 의 영역 내에서의 각 화소의 휘도의 총합값, 또는 평균값 등의, 각 화소의 휘도에 관한 어떠한 통계량 등을, 콘트라스트 정보로서 채용해도 된다. 요컨대, 각 계측 마크 영역 (또는 각 구획 영역) 에서, 콘트라스트 정보의 산출에 사용하는, 촬상 에어리어의 면적 (화소수 등) 을 일정하게 하는 경우에는, 각 화소의 휘도값에 관한 어떠한 통계량을 사용해도 된다. 또, 예를 들어 그 촬상 에어리어의 면적을, 계측용 패턴 이미지를 포함하고, 또한 계측 마크 영역 (또는 구획 영역) 의 면적과 동일한 정도 이하로 설정하는 경우, 계측용 패턴의 전사시에 있어서의 웨이퍼 (W_T) 의 스텝 피치 (SP) 는, 각 개구 패턴 (AP_n) 의 웨이퍼 (W_T) 상의 투영 이미지 (전술한 계측 패턴 영역에 대응) 의 Y 축 방향 치수보다 크게 해도 된다.

또, 상기 실시형태에 있어서, 웨이퍼 상의 각 구획 영역에 형성된 이미지를 모두 촬상하는 것으로 했는데, 모두 촬상할 필요는 없다. 예를 들어, 구획 영역을 1 개 간격으로 촬상해도 된다.

또, 상기 실시형태에 있어서, 예를 들어 촬상 대상은, 노광시에 레지스트에 형성된 잠상이어도 되고, 상기 이미지가 형성된 웨이퍼를 현상하고, 추가로 그 웨이퍼를 에칭 처리하여 얻어지는 이미지 (에칭 이미지) 등이어도 된다. 또, 웨이퍼 등의 물체 상에 있어서의 이미지가 형성되는 감광층은, 포토레지스트에 한정되지 않고, 광 (에너지) 의 조사에 의해 이미지 (잠상 및 현상) 가 형성되는 것이면 되고, 예를 들어 광기록층, 광자기 기록층 등이어도 된다.

?변형예?

이 변형예의 노광 장치는, 상기 실시형태의 노광 장치와 동일하게 구성되어 있다. 따라서, 투영 광학계의 광학 특성의 계측은, 기본적으로는, 전술한 실시형태와 동일한 순서에 따라서 실시된다. 단, 본 변형예에서는, 도 4 의 단계 410 에 있어서 2 번째 이후의 구획 영역 (DA_i) 을 주사 노광하기 위해 웨이퍼 (W_T) 를 이동할 때의 스텝 피치 (SP) 가 약 6.75 ㎛ 가 아니라, 스텝?앤드?스캔 방식으로 노광을 실시하고, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트 영역에 각각 디바이스 패턴을 형성할 때의 스테핑 거리, 즉 쇼트 영역의 X 축 방향 사이즈, 예를 들어 25 ㎜ 가 되는 점이 상이하다. 따라서, 웨이퍼 (W_T) 상에는, 도 11 에 나타내는 쇼트 영역 (SA₄~SA₁₈) 과 같은 계측용 패턴 (MP₁~MP₅) 이 각각 형성된 15 개의 쇼트 영역 (레지스트 이미지) 이 형성되게 된다. 또한, 이 경우, 전술한 단계 502~516 의 처리 대신에, 쇼트 영역 (SA₄~SA₁₈) 의 각각에 대해, 계측용 패턴 (MP₁~MP_n) 의 이미지가 형성된 영역의 촬상 데이터의 취입, 촬상 데이터 파일의 작성, 각 영역의 계측 마크 영역마다의 검출 영역의 설정, 각 계측 마크의 면적의 산출, 및 이 산출 결과에 기초하는 평가점마다의 최량 포커스 위치의 산출이 실시된다.

그 밖의 처리는, 상기 실시형태와 동일하기 때문에, 상세 설명은 생략한다.

이상 설명한 본 변형예에 관련된 광학 특성 계측 방법에 의하면, 전술한 실시형태와 동등한 효과를 얻을 수 있는 것 외에, 웨이퍼 상의 특정 위치에 의존하는 포커스 오차 (최량 포커스 위치의 산출 결과에 포함되는 오차), 및 먼지 등에서 기인되는 포커스 오차를 억제하는 것이 가능해진다.

또, 상기 변형예에서는, 계측용 패턴의 전사시에 변경되는 노광 조건이, 투영 광학계 (PL) 의 광축 방향에 관한 웨이퍼 (W_T) 의 위치 (포커스 위치) 인 경우에 관해서 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 상기 노광 조건은, 포커스 위치에 더하여, 예를 들어 노광량 (도즈량) 등을 포함하고 있어도 된다. 이 경우에는, 최량 포커스 위치의 결정에 앞서, 예를 들어 도 10 의 도즈량마다의 복수의 포커스 곡선으로부터, 이상적인 산형 곡선인 포커스 곡선 (예를 들어 곡선 (c)) 을 선택함으로써 최적 도즈량을 결정할 필요가 있다.

또한, 상기 변형예에서는, 주사 노광에 의해 각 구획 영역에 계측용 패턴 (MP_n) 의 이미지를 전사하는 것으로 했는데, 주사 노광 대신에 정지 노광을 사용해도 되고, 이 경우에도 스텝 피치는 동일하게 설정하게 된다.

또, 상기 실시형태에서는 노광 장치의 얼라인먼트계를 사용하여 웨이퍼 상의 각 구획 영역에 형성된 이미지를 촬상하는 것으로 했는데, 노광 장치 이외, 예를 들어 광학적인 검사 장치 등을 사용해도 된다.

?실시예 1?

여기서, 본 발명의 효과를 확인하기 위해, 발명자들이 실시한 공간 이미지 계산 (시뮬레이션) 에 관한 실시예 1 에 관해서 설명한다.

본 예에서는, 전제가 되는 노광 조건으로서, 노광 파장 193 ㎚, 투영 렌즈 NA=1.30, Azimuth 편광의 CrossPole 조명 조건을 사용하는 것으로 하였다. 이 조명 조건은, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 외경 σ=0.95, 내경 σ=0.75 이고 4 개의 개구 (화각, 즉 중심각 35°) 가 90°간격으로 배치된 개구 조리개판으로 설정하는 것으로 하였다. 또한, 투영 광학계 (투영 렌즈) 로서, Fringe Zernike 제 5 항의 크기로서 50 mλ 에 상당하는 양의 저차 비점 수차를 갖는 투영 광학계를 사용하는 것으로 하였다.

이러한 전제 조건하에서, 각종 계측용 마크의 공간 이미지 강도 분포를 포커스를 바꿔 구하고, 이미지 형상 평가시의 슬라이스 레벨보다도 이미지 강도가 작은 경우, 그 이미지 강도차에 비례한 두께의 레지스트가 남는다고 가정하고, 마크 영역 내부 각 점의 레지스트 잔류 두께의 총합 (잔류 레지스트 체적 상당) 을 계산하였다. 그리고, 그 계산 결과를 사용하여, 포커스 변화에 수반되는 잔류 레지스트 체적의 포커스 의존성을 구하고, 그 결과에 기초하여, 최대가 되는 잔류 레지스트 체적의 값을 1 로 한 경우에 상대값 0.8 이 되는, 그 최대값 1 에 대응하는 포커스 위치의 +, - 양측의 포커스 위치를 구하고, 그들 포커스 위치의 중점에 상당하는 점을 베스트 포커스 위치로 하였다.

또한, 상기 조건에서, 선폭 45 ㎚ 의 세로선 L/S 패턴 (라인부와 스페이스부의 폭의 비가 1 : 1) 의 이미지의 콘트라스트가 최대가 되는 포커스 위치를 구한 결과, +10.5 ㎚ 로 계산되었다. 또, 세로선 L/S 패턴이란, 주기 방향이 X 축 방향인 L/S 패턴을 의미한다.

실시예에서는, 투과율 6 % 의 하프톤 레티클에서, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 광투과부 중에 길이 6 ㎛ 의 선폭 45 ㎚ 세로선 L/S 패턴 (마크) 으로서, 그 라인 개수가 33 개 (폭 2.925 ㎛), 22 개 (폭 1.935 ㎛), 16 개 (폭 1.935 ㎛), 11 개 (폭 0.945 ㎛) 의 4 가지의 마크 (MM1, MM2, MM3, MM4) 를 사용하고, 이 중 잔류 레지스트 체적의 평가를, 도 13 의 파선으로 둘러싼 범위인, 마크의 중앙 4 ㎛ 폭에 한정하여 실시하였다.

비교예로서, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 길이 3.0 ㎛ 의 선폭 45 ㎚ 세로선 L/S 패턴으로 그 라인 개수가 33 개, 22 개, 16 개, 11 개의 4 가지의 종래 마크 (MM1', MM2', MM3', MM4') 를 사용하여, 종래의 2 차원 계측을 사용한 경우의 베스트 포커스 계산을 실시하였다.

도 15 에는, 비교예에 있어서의 베스트 포커스 계산값의 노광량 의존성이 나타나 있다. 이 경우, 45 ㎚ L/S 패턴이 라인부와 스페이스부의 폭의 비가 1 : 1 로 해상되는 노광량을 1 로 하고, 그것에 대한 상대 노광량 0.4~1.1 에 대응하는 슬라이스 레벨에서의 베스트 포커스 계산값을 각 마크에 대하여 구하였다. 이 도 15 로부터 분명한 바와 같이, 종래의 2 차원 계측에서는, 비점 수차 존재시에, 세로선 베스트 포커스 계측값에 노광량 의존성이 있고, 노광량이 적을수록 이미지 콘트라스트 최대 포커스 위치 +10.5 ㎚ 와의 괴리가 커진다. 또한, 마크 개수가 적을수록 노광량 의존성은 저하되는데, 계측되는 베스트 포커스 위치는 이미지 콘트라스트 최대의 포커스 위치보다도 제로에 가까워, 비점 수차의 감도가 부족하다.

도 16 에는, 실시예에 있어서의 베스트 포커스 계산값의 노광량 의존성이 나타나 있다. 노광량의 정의는 상기 종래 마크의 경우와 동일하다. 이 도 16 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 노광량이나 마크 개수 의존성이 매우 작고, 전체 조건에서 계측되는 베스트 포커스 위치는, 이미지 콘트라스트 최대의 +10.5 ㎚ 와 거의 일치하고 있다.

이와 같이, 실시예 (본 발명의 광학 특성 계측 방법) 에 의하면, 노광량 및 마크 개수 의존성이 매우 작고, 또한 밀집선 이미지의 콘트라스트 최대의 포커스 위치와의 오프셋 (어긋남) 도 매우 작은, 정밀도가 양호한 비점 수차량의 계측이 가능해진다.

?실시예 2?

다음으로, 실시예 2 로서, 밀집선 마크 (L/S 패턴으로 이루어지는 마크) 의 비계측 방향의 양단의 정보를 제거하기 위해, 이중 노광 (트림 노광) 을 실시하는 경우에 관해서 설명한다.

이 실시예에서는, 도 17 에 나타내는 바와 같이, 6 % 하프톤, 라인수 15 개이고 길이 4.2 ㎛ 의 선폭 45 ㎚ 의 세로선 L/S 패턴으로 이루어지는 제 1 마크 (MM) 와, 1 변이 3 ㎛ 인 정사각형의 투과율 0 % 의 차광부로 이루어지는 제 2 마크 (MM') 를 사용한다. 이 실시예에 있어서도, 상기 실시예 1 과 동일 노광 조건, 비점 수차량이 존재하는 조건인 것으로 하였다.

그리고, 도 18(A) 에 나타내는 바와 같이, 각각 포커스 위치 (F1~F5) 에서 기판 상의 레지스트층의 상이한 영역을 제 1 마크 (MM) 에서 노광하고, 그 제 1 마크 (MM) 의 이미지가 노광 전사된 기판 상의 복수의 영역을 제 2 마크 (MM') 에서 겹쳐 트림 노광하였다. 이 트림 노광은, 제 1 마크 (MM) 와 제 2 마크 (MM') 의 위치 관계가 도 17 에 나타나게 되는 상태에서, 일정한 포커스 위치 (F3) (거의 베스트 포커스) 에서 실시된다. 또, 트림 노광은, 베스트 포커스로부터 어긋난 상태에서 실시해도 된다. 또, 트림 노광의 노광량의 비율은 일정하게 하였다. 이 경우, 도 17 에 나타내는 바와 같이, 제 1 마크 (MM) 는, 중심부가 차광부가 되고, 양단부가 광투과부가 된다. 그리고, 노광 후 그 기판을 현상하면, 도 18(B) 에 그 개략이 나타나는 포커스 위치에 따른 형상의 계측 마크 (M1~M5) 가 형성된다. 이들 계측 마크 (M1~M5) 를 종래의 2 차원 화상 처리에 의해, 2 차원 마크 전체를 사용하여, 공간 이미지 계산에 의한 베스트 포커스 계산값의 노광량 의존성을 구하였다. 또, 제 1 마크 (MM) 와 제 2 마크 (MM') 를 사용하는 노광 순서는, 상기 설명과 반대여도 된다.

도 19 에는, 본 예의 계산 결과가 나타나 있다. 이 도 19 로부터, 트림 노광량이 제 1 마크의 노광량의 20 % 이상이면, 노광량 의존성이 작고, 또한 이미지 콘트라스트 최대가 되는 포커스 위치와의 오프셋이 작은 베스트 포커스 계측이 가능한 것을 알 수 있다. 여기서, 제 1 마크의 노광시의 포커스 단계수는 5 에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제 2 마크 (트림 패턴) 는, 제 1 마크의 쇼트 피치와 쇼트수가 미리 결정되어 있는 경우, 모든 제 1 마크 상에 1 회로 노광할 수 있도록, 다수 또는 단일의 긴 직사각형 패턴으로서 마스크 상에 형성해도 된다.

또, 상기 실시형태 및 변형예에서는, 촬상 방식의 계측 장치 (얼라인먼트계 (AS), 검사 장치 (2000)) 를 사용하여 웨이퍼 상의 패턴 이미지를 검출하는 것으로 했는데, 이 계측 장치는 수광 소자 (센서) 가 CCD 등의 촬상 소자에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 라인 센서 등을 포함하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 라인 센서는 1 차원이어도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는 간섭계 시스템 (26) 을 사용하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보를 계측하는 것으로 했는데, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 상면 및 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 외부의 일방에 형성되는 스케일 (회절 격자) 에 계측 빔을 조사하여 그 반사광 (회절광) 을 수광하는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 상면 및 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 외부의 타방에 형성된 헤드를 포함하는 인코더 시스템을 사용해도 된다. 이 경우, 간섭계 시스템과 인코더 시스템의 양방을 구비하는 하이브리드 시스템으로 하고, 간섭계 시스템의 계측 결과를 사용하여 인코더 시스템의 계측 결과의 교정 (캘리브레이션) 을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 간섭계 시스템과 인코더 시스템을 전환하여 사용하거나, 또는 그 양방을 사용하여, 웨이퍼 스테이지의 위치 제어를 실시하도록 해도 된다.

또한, 전술한 실시형태 등에서는 투영 광학계의 광학 특성으로서 최량 포커스 위치, 이미지면 만곡, 또는 비점 수차를 구하는 것으로 했는데, 그 광학 특성은 이들에 한정되는 것이 아니고 다른 수차 등이어도 된다. 또한, 상기 실시형태의 노광 장치는 반도체 디바이스의 제조용에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 디스플레이 (액정 표시 소자 등), 촬상 소자 (CCD 등), 박막 자기 헤드, 마이크로 머신, DNA 칩 등, 다른 디바이스의 제조에 사용하는 노광 장치 등이어도 된다.

또, 상기 실시형태에 있어서는, 광투과성 기판 상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴?감광 패턴) 을 형성한 광투과형 마스크를 사용했는데, 이 마스크 대신에, 예를 들어 미국특허 제6,778,257호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 노광해야 할 패턴의 전자 데이터에 기초하여, 투과 패턴 또는 반사 패턴, 또는 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크 (가변 성형 마스크라고도 불리고, 예를 들어 비발광형 화상 표시 소자 (공간 광변조기) 의 일종인 DMD (Digital Micro-mirror Device) 등을 포함한다) 를 사용해도 된다. 또, 투영 광학계는 굴절계에 한정되는 것이 아니고, 반사 굴절계 또는 반사계여도 되고, 축소계에 한정되는 것이 아니고 등배계 또는 확대계여도 된다. 또한, 투영 광학계에 의한 투영 이미지는 도립상과 정립상 중 어느 것이어도 된다. 또한, 국제공개 제2001/035168호에 개시되어 있는 바와 같이, 간섭 줄무늬를 웨이퍼 (W) 상에 형성함으로써, 웨이퍼 (W) 상에 디바이스 패턴을 형성하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 상기 실시형태를 적용할 수 있다. 또한, 예를 들어 미국특허 제6,611,316호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 2 개의 레티클의 패턴을, 투영 광학계를 개재하여 웨이퍼 상에서 합성하고, 1 회의 주사 노광에 의해 웨이퍼 상의 1 개의 쇼트 영역을 거의 동시에 이중 노광하는 노광 장치에도 상기 실시형태를 적용할 수 있다. 요컨대, 광학계의 노광 에어리어 내에 계측용 패턴 이미지를 생성함으로써 물체를 노광하는 노광 장치이면 된다.

또, 상기 실시형태에서는 에너지 빔 (조명광 (IL) 등) 이 조사되는, 노광 대상의 감응성 물체 (기판) 는 웨이퍼에 한정되는 것이 아니고, 유리 플레이트, 세라믹 기판, 또는 마스크 블랭크스 등 다른 물체여도 되고, 그 형상은 원형에 한정되지 않고 직사각형 등이어도 된다.

또, 지금까지의 설명에서 인용한 노광 장치 등에 관한 모든 공보, 국제공개, 미국 특허출원공개 명세서 및 미국 특허명세서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

반도체 디바이스는, 디바이스의 기능?성능 설계를 실시하는 단계, 이 설계 단계에 기초한 레티클을 제조하는 단계, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제조하는 단계, 전술한 실시형태의 노광 장치에 의해 전술한 노광 방법을 실행하고, 레티클의 패턴을 웨이퍼에 전사하는 리소그래피 단계, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다), 검사 단계 등을 거쳐 제조된다. 이 경우, 리소그래피 단계에서, 전술한 실시형태의 노광 장치를 사용하여 전술한 노광 방법이 실행되고, 웨이퍼 상에 디바이스 패턴이 형성되기 때문에, 고집적도의 디바이스를 양호한 생산성으로 제조할 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명의 광학 특성 계측 방법은, 소정의 면 상에 패턴 이미지를 생성하는 광학계, 예를 들어 투영 노광 장치의 투영 광학계 등의 광학 특성의 계측에 적합하다. 또한, 본 발명의 노광 방법 및 디바이스 제조 방법은, 마이크로 디바이스의 제조에 적합하다.

Claims (14)

1. 제 1 면 상에 배치된 패턴의 이미지를 제 2 면 상에 생성하는 광학계의 광학 특성을 계측하는 광학 특성 계측 방법으로서,
   상기 광학계의 광축 방향에 관해서, 상기 광학계의 상기 제 2 면측에 배치된 물체의 위치를 변경하면서, 소정 방향을 계측 방향으로 하는 계측용 패턴을, 상기 광학계를 개재하여 상기 물체 상에 순차적으로 전사하고, 상기 계측용 패턴의 이미지를 포함하는 구획 영역을 상기 물체 상에 복수 생성하는 것과 ;
   상기 물체 상의 복수의 구획 영역 중 소정 수의 구획 영역을 촬상하고, 촬상된 상기 소정 수의 구획 영역의 각각에 생성된 상기 계측용 패턴의 이미지 중, 상기 계측 방향에 교차하는 비계측 방향의 양단부를 제외한 적어도 일부의 이미지에 관한 촬상 데이터를 추출하는 것과 ;
   상기 추출된 촬상 데이터를 사용하여, 상기 소정 수의 구획 영역의 각각에 대해 각 화소의 휘도값에 관련된 상기 계측 방향의 평가량을 산출함과 함께, 산출된 상기 복수의 구획 영역의 각각에 대한 상기 평가량에 기초하여 상기 광학계의 광학 특성을 구하는 것을 포함하는, 광학 특성 계측 방법.
2. 제 1 면 상에 배치된 패턴의 이미지를 제 2 면 상에 생성하는 광학계의 광학 특성을 계측하는 광학 특성 계측 방법으로서,
   상기 광학계의 광축 방향에 관해서, 상기 광학계의 상기 제 2 면측에 배치된 물체의 위치를 변경하면서, 소정 방향을 계측 방향으로 하는 계측용 패턴을, 상기 광학계를 개재하여 상기 물체 상의 복수의 영역에 순차적으로 전사하여 상기 계측용 패턴의 이미지를 각각 생성하는 것과 ;
   상기 복수의 영역의 각각에 대하여, 생성되는 상기 계측용 패턴의 이미지의 상기 비계측 방향의 양단부를 제거하기 위한 트림 노광을 실시하는 것과 ;
   상기 비계측 방향의 양단부가 제거된 상기 계측용 패턴의 이미지를 각각 포함하는 물체 상의 복수의 구획 영역 중 소정 수의 구획 영역을 촬상하는 것과 ;
   상기 촬상에 의해 얻어진 촬상 데이터를 처리하여, 촬상된 상기 소정 수의 구획 영역의 각각에 대해 각 화소의 휘도값에 관련된 상기 계측 방향의 평가량을 산출함과 함께, 산출된 상기 소정 수의 구획 영역의 각각에 대한 상기 평가량에 기초하여 상기 광학계의 광학 특성을 구하는 것을 포함하는, 광학 특성 계측 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 계측용 패턴은, 상기 계측 방향의 폭보다 상기 비계측 방향의 길이가 긴, 광학 특성 계측 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 평가량은, 상기 계측용 패턴의 상기 계측 방향에 관한 넓어짐에 대응하는 양을 포함하는, 광학 특성 계측 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 넓어짐에 대응하는 양은, 상기 계측용 패턴의 면적을 포함하는, 광학 특성 계측 방법.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 평가량은, 상기 계측용 패턴의 콘트라스트를 포함하는, 광학 특성 계측 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 계측용 패턴은, 상기 계측 방향에 배열된 그 계측 방향에 직교하는 비계측 방향으로 신장되는 복수의 패턴을 포함하는, 광학 특성 계측 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 복수의 패턴 각각은, 상기 계측 방향에 배열된 상기 비계측 방향으로 신장되는 복수의 미세 패턴의 집합으로 이루어지는, 광학 특성 계측 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 계측용 패턴의 이미지의 생성시에는, 적어도 상기 물체의 상기 광축 방향에 관한 위치를 포함하는 공통의 노광 조건에서, 상기 계측용 패턴의 이미지를 상기 복수의 영역 내의 상이한 위치에 복수 생성하는, 광학 특성 계측 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 특성은, 상기 광학계의 최량 포커스 위치를 포함하는, 광학 특성 계측 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광학 특성은, 상기 광학계의 비점 수차를 추가로 포함하는, 광학 특성 계측 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계측용 패턴의 이미지의 생성시에는, 상기 물체에 대한 노광 도즈량을 더욱 변경하면서, 상기 계측용 패턴을 상기 물체 상에 전사하고,
    상기 평가량에 기초하여, 최적 노광 도즈량을 구하는 것을 추가로 포함하는, 광학 특성 계측 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 광학 특성 계측 방법을 이용하여 광학계의 광학 특성을 계측하는 것과 ;
    그 광학 특성의 계측 결과를 고려하여, 상기 광학계의 광학 특성 및 상기 광학계의 광축 방향에서의 상기 물체의 위치의 적어도 일방을 조정하고, 상기 소정의 면 상에 상기 광학계를 개재하여 소정의 패턴 이미지를 생성함으로써 물체를 노광하는 것을 포함하는, 노광 방법.
14. 제 13 항에 기재된 노광 방법에 의해 물체를 노광하는 것과 ;
    노광된 상기 물체를 현상하는 것을 포함하는, 디바이스 제조 방법.

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