JP3064372B2 - 投影露光装置、投影露光方法および回路製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路の製造工程、特にリソグラ
フィー工程における投影露光装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の装置として、特開昭60−28613号公報
に示されるように、複数のレンズエレメントで構成され
る投影レンズのレンズエレメント間の内圧を変化させる
ことにより投影像の倍率を変化させ、環境（大気圧、温
度、湿度等）の変化やウェハの伸縮等によって生じるパ
ターンの歪に合わせ込んで露光を行う投影露光装置（ス
テッパー）が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の如き従来の技術においては、倍
率やディストーション特性の等方的成分（光軸に対称な
成分）についてのコントロールしか出来なかった。

ところで、IC製造工程中の熱処理等により非等方的な
変形を受けたウェハや前層の露光において非等方的な像
歪みがある状態で焼付が行われたウェハに重合わせ露光
を行う場合、従来の技術のような等方的な補正のみで
は、投影像とウェハ上のパターンとの十分な重ね合わせ
精度が得られないという問題点があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、投影像
の非等方的なディストーションをもコントロールするこ
とができ、より高い重ね合わせ精度を持った投影露光装
置を提供することを目的とする。また露光対象としての
基板上に投影されるパターン像とその基板上に既に形成
されているパターンとの重ね合わせを高精度に行うこと
のできる投影露光装置および方法を提供することを目的
とする。

〔課題を解決する為の手段〕

かかる問題を解決するために、例えば請求項１に係る
発明は、マスク（４）に形成されたパターンの像を投影
光学系（PL）を介して基板（５）上に投影し、基板
（５）を露光する投影露光装置において、その投影光学
系の一部を構成する第１レンズ群（29,30）と、その投
影光学系の一部を構成する第２レンズ群（32）と、その
第１レンズ群を、その投影光学系の光軸（AX）方向に移
動可能で、かつその投影光学系の光軸に対して傾斜可能
な第１駆動手段（35a,35b,35c）と、その第１駆動手段
とは別に、その第２レンズ群をその投影光学系の光軸方
向に移動可能で、かつその投影光学系の光軸に対して傾
斜可能な第２駆動手段（36a,36b,36c）と、その投影光
学系の結像特性を調整するために、その第１駆動手段と
その第２駆動手段とを制御する制御手段（17）とを備え
ることとした。

〔作 用〕

本発明によれば、投影光学系（PL）の一部を構成する
第１のレンズ群（29,30）、および第２のレンズ群（3
2）の各々を、第１駆動手段（35a,35b,35c）および第２
駆動手段（36a,36b,36c）によって、投影光学系（PL）
の光軸（AX）方向に移動可能に、かつ投影光学系（PL）
の光軸（AX）に対して傾斜可能にしたので、ウェハ（基
板）面上にパターンニングされたパターンが非等方的に
変形していても、レチクル（マスク）上に形成されたパ
ターンの投影像を高い精度で重ね合わせすることが可能
となる。従って、複数の工程を繰り返して完成する半導
体素子を高い重ね合わせ精度で作成することができる。

〔実 施 例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について記述す
る。第１図は本発明の第１実施例に好適な構成を表した
平面図である。

超高圧水銀ランプ、エキシマレーザ装置等の照明光源
１より射出した光束は、フライアイレンズ，コンデンサ
レンズ等を含む照明光学系２に入射する。ここで光束の
一様化が行われた照明光は、レチクル４の上方に投影レ
ンズPLの光軸AXに対して45゜傾いて設けられた反射ミラ
ー３で垂直に下方に反射され、レチクル４を均一な照度
で照明する。レチクル４のパターン領域PAを通過した光
束は投影レンズPLに入射し、投影レンズPLは、パターン
領域PAに形成された回路パターンの像を投影レンズPLの
結像面とほぼ一致するように保持されたウェハ５上に投
影する。ここで、投影レンズPLは射出側，入射側ともに
テレセントリックな光学系（所謂両側テレセン）である
ものとする。

一方、駆動部６によってX,Y方向に移動可能なX,Yステ
ージ７と、駆動部８によってこのX,Yステージ７に対し
てＺ方向（投影レンズPLの光軸AXの方向）に上下動可能
なＺステージ９と、Ｚステージ９上に設けられウェハ５
を真空吸着するウェハホルダー10とによって２次元ステ
ージ（以下、ウェハステージと呼ぶ）が構成されてい
る。レーザ干渉計13は反射ミラー12にレーザ光を投射し
てウェハステージの位置を検出する。また、投影レンズ
PLの結像面とウェハ５の表面との間隔を検出するギャッ
プセンサとして、投光器15と受光器16とが各々設けられ
ている。このセンサの構成等については、例えば特開昭
60−168112号公報に開示されており、投光器15は投影レ
ンズPLの結像面に向けてピンホール又はスリットの像を
光軸AXに対して斜めに照射し、受光器16は、ウェハ５か
らの前記スリット光像の反射光を受光して、ウェハ５の
Ｚ方向の位置、即ち、投影レンズPLとウェハ５との間隔
を検出する機能を有するものである。更に、受光器16
は、ウェハ５からの反射光の受光位置の変化を検出する
ことによって、ウェハ５の表面位置を表すような焦点信
号を出力する。この出力信号は主制御系17に入力され、
主制御系17は、この焦点信号に基づいてＺステージ９を
上下動させる駆動部８をサーボ制御するための制御信号
を出力する。これにより、Ｚステージ９の位置が調整さ
れて、ウェハ５の表面と結像面とが正確に一致する。

ウェハ面と略同一面上には発光型パターンFM（フィデ
ィシャルマークFM）が設けられている。このパターンFM
はX,Y方向にそれぞれ延びた２組の光透過性のスリット
パターンであって、光ファイバー（不図示）を用いてパ
ターンFMの下へ伝達された照明光（露光光）によって下
方（ステージ内側）から照明されるように構成されてい
る。このパターンFMを透過した照明光は投影レンズPLを
介してレチクル４の裏面（パターン面）にパターンFMの
投影像を結像する。図示していないが本実施例ではレチ
クル４に設けられたスリット状のアライメントマークを
通過した照明光を受光する光電検出器が照明光学系２内
の投影レンズPLの瞳面とほぼ共役な面に配置されてい
る。そしてステージ７を移動させることによりパターン
FMの像をアライメントマーク上に走査させる。パターン
の像とマークが重なったときに光電検出器の光量が最大
（又は最小）となる。このときのステージ位置を計測す
ることによりレチクル４とステージ７の相対位置が分か
る。

次にウェハ５の位置合わせ光学系（アライメント光学
系）について説明する。レーザ光源18からのレーザ光
は、ビーム拡大器，シリンドリカルレンズより構成され
るビーム整形系19により所定のビーム径に拡大され、断
面が細長い楕円ビームに整形される。そして、この整形
されたレーザビームはミラー20で反射され、レンズ21、
ビームスプリッタ22、レンズ23を通りミラー24a,24b,25
によって投影レンズPLに入射する。投影レンズPLを通っ
たレーザビームはシリンドリカルレンズの働きでウェハ
５上でＸ方向に延びた細長い帯状のスポット光LAyに結
像される。ウェハ５上には予め位置合わせ用の回折格子
状のパターンPy（アライメントパターン）が形成されて
いるので、スポット光LAyがこのアライメントパターン
を走査すると、アライメントパターンからはスポット光
LAyの回折光が生じる。これらアライメントパターンか
らの光情報は投影レンズPLに逆入射し、入射瞳EPを通っ
てミラー24a,24b,25で反射され、レンズ23を通ってビー
ムスプリッタ22で反射され、空間フィルター26に達す
る。空間フィルター26は投影レンズPLの入射瞳EPと略共
役な位置に設けられ、ウェハ５からの０次回折光のみを
遮断する。空間フィルター26は高次の回折光のみを通
し、集光レンズ27はそれらの回折光を受光素子28に集光
する。受光素子28は回折光の強度に応じた光電信号SAを
出力し、この光電信号SAは主制御系17に入力する。主制
御系17は干渉計13からの位置情報（時系列的なアップダ
ウンパルス信号等）も入力して、アライメントパターン
からの回折光に応じた光電信号SAの発生位置（走査位
置）を検出する。具体的には、ステージ７の単位移動量
（0.01μｍ）毎に発生するアップダウンパルス信号に同
期して光電信号SAをサンプリングし、各サンプリング値
をデジタル値に変換してメモリに番地順に記憶させた
後、所定の演算によって、アライメントパターンの位置
座標を算出するものである。主制御系17はこのアライメ
ントパターンの位置情報に基づいて駆動部６を制御し、
レチクルパターンの投影像中心とウェハ５上の回路パタ
ーン（チップ）中心とを重ね合わせるべくウェハステー
ジを位置決めする。投影レンズPLの光軸AXを直交座標系
xyの原点を通るように定めたとき、スポット光LAyはｘ
軸上でｘ方向に細長く、ウェハ５上でｘ方向に延びたア
ライメントパターンのｙ方向の位置検出に使われる。又
第１図では、アライメント光学系の１組のみを示したが
実際には第１図の紙面と垂直な方向に同様の構成のアラ
イメント光学系が設けられている。もう１組のアライメ
ント光学系によるスポット光LAxはｙ軸上でｙ方向に細
長く、ウェハ５上でｙ方向に延びたアライメントパター
ンPxのｘ方向の位置検出に使われる。

さて、次にウェハ形状歪みに対応するためにその構成
要素の一部が移動可能となっている投影レンズPLの構成
を説明する。第１図に示すように、レチクル４に最も近
い第１群のレンズエレメント29,30はレンズ支持部材31
により固定されており、第２群のレンズエレメント32は
レンズ支持部材33により固定されている。又、レンズエ
レメント34より下部のレンズエレメントは夫々投影レン
ズPLの鏡筒部に固定されている（投影レンズPLの光軸AX
とはこの鏡筒部に固定されているレンズエレメントの光
軸を言うものとする）。レンズ支持部材33は伸縮可能な
駆動素子36a,36b,36cによって投影レンズPLの鏡筒部と
連結されている。また、レンズ支持部材31は伸縮可能な
駆動素子35a,35b,35cによってレンズ支持部材33に連結
されている。ここで、レチクルに近いレンズエレメント
29,30、32を移動可能としており、これらのエレメント
は倍率、ディストーション特性に与える影響が他のレン
ズエレメントに比べて制御しやすいものを選択してあ
る。

尚、レンズエレメントの移動は、投影レンズPLの他の
諸収差（例えば非点収差等）に及ぼす影響が無視できる
範囲内で行うものとする。若しくは、レンズエレメント
相互の間隔を調整することによって、倍率，ディストー
ション特性を制御しつつ、他の諸収差をも補正するとい
う方法も考えられる。又、形状歪みに十分対応するため
には他の諸収差を押さえつつレンズエレメントの移動
範囲を大きくする必要があり、種々の形状歪み（台
形，菱形，樽型，糸巻型等）に対応できるようにする必
要がある。このためには移動可能なレンズ群は、２群構
成に限らず，の条件を満たすような例えば３群以上
のレンズ群で構成するようにすればよい。

第２図は投影光学系PLを上方から見た図で、駆動素子
35a,35b,35cは夫々120゜ずつ回転した位置に配置されて
いて駆動素子35a,35b,35cを主制御部17により独立制御
可能となっている。駆動素子36a,36b,36cも同様に夫々1
20゜ずつ回転した位置に配置されている。35aと36aとは
それぞれ互いに60゜ずれた位置となるように配置されて
おり、35bと36b,35cと36cについても同様に夫々互いに6
0゜ずれた位置となるように配置されている。駆動素子3
5,36は例えば電歪素子，磁歪素子を用いる。駆動素子に
与える電圧又は磁界に応じた駆動素子の変位量は予め求
めておくものとする。駆動素子のヒステリシス性を考慮
し、位置検出装置として容量型位置センサ，差動トラン
スを駆動素子の近傍に設置してやれば、駆動素子に与え
る電圧又は磁界に対応した駆動素子の位置をモニターす
ることができるので高精度な駆動が可能である。

これにより、２群のレンズエレメント（29,30）、（3
2）の周辺３点を、投影レンズPLの光軸（AX）方向に夫
々の駆動素子の駆動量に応じて移動させることができ
る。その結果、夫々のレンズエレメント群（29,30）、
（32）を該光軸（AX）に垂直な面に対して傾斜させるこ
とが可能となる。尚、レンズはレンズエレメント（29,2
0,32）の仮想的な光軸（傾斜がなかった場合の光軸）を
中心として傾斜するものとする。

さて、上述のように２群構成のレンズ群を駆動させる
ことにより投影レンズのディストーション特性を変化さ
せるわけである。これら２つのレンズ群は例えば第１群
は駆動素子35aと35cの垂直２等分線を仮想的な回転軸Ｒ
としてレンズを傾けた場合、第３図（ａ）に示すように
回転軸Ｒから離れた像部分を該回転軸Ｒと垂直な方向に
大きく変形させるような特性を持つレンズ群である。そ
して例えば第２群は同じ仮想的な回転軸Ｒでレンズを傾
けた場合第３図（ｂ）に示すように回転軸Ｒに近い像部
分を該回転軸Ｒと垂直な方向に大きく変形させる特性を
持つレンズ群である。これらのレンズ群の夫々は等価的
に無数の仮想的な回転軸を与えることができるから、像
変形についても夫々無数の方向性を持っている。従って
夫々のレンズ群によって決められた像変形の特定の方向
性をベクトル和として求めることで、各レンズ群のディ
ストーション特性が決まる。さらに第１群，第２群夫々
のディストーション特性を組み合わせる（ベクトル和を
求める）ことにより、台形歪み，菱形歪みといったウェ
ハの非等方的な形状歪みに対しても投影像を重ね合わせ
ることが可能となる。

又、これらのレンズエレメント（29,30,32）を光軸AX
と垂直なxy平面内に２次元移動させることによっても投
影レンズのディストーション特性を非等方的に変化させ
ることができる。この場合、駆動素子はxy面内で変位す
るような方向に配置し、レンズエレメントをxy面内に移
動可能とすればよい。例えば、ｘ方向に変位可能な駆動
素子２つをｘ軸に沿って対向する位置に設け、ｙ方向に
変位可能な駆動素子２つをｙ軸に沿って対向する位置に
設けるものとする。

さて、ウェハ５にはアライメントパターンPx,Pyの他
に第４図（ａ）に示すような形状歪み計測用のパターン
M1〜M4が各ショットエリアSA周辺にパターンニングされ
ている。パターンM1〜M4は露光フィールドifの中心とシ
ョットエリアSAの中心が一致している時露光フィールド
if内に入っているものとする。

第４図（ｂ）はこの形状歪み計測用パターンM1〜M4の
拡大図であり、十字に並んだ回折格子パターンがパター
ンニングされている。この形状歪み計測用パターンM1〜
M4の位置情報を前述のアライメント系を使って検出す
る。そして投影レンズPLの所定の光学特性（ディストー
ション特性等）で投影されるレチクル上の形状歪み計測
用パターンの投影像に対するウェハ５上に形成された形
状歪み計測用パターンの変形量を主制御系17で計算によ
り求める。ここで、光学計算や実測によって予め求めて
おいた駆動素子35,36の駆動量と投影レンズPLの持つデ
ィストーション特性との関係を、テーブル（又は数式）
の形で主制御系17に記憶させておくものとする。そし
て、このテーブル値とアライメント系によって求めた変
形量に基づいて駆動素子35,36の駆動量を決め、駆動部3
5,36に駆動制御信号を送る。これによって、非等方的を
変形を受けたウェハ５に合わせて重合わせ露光を行うこ
とが可能となる。形状歪み計測用のパターンはウェハ５
上の各ショットエリアの外側部分に設けられた少なくと
も４つパターンを使うことが望ましい。

又、形状歪み計測用パターンをアライメント用として
兼用するようにしてもよい。

次に本実施例における変形量補正の動作について説明
する。

〔ステップ１〕 まず最初に、ウェハ上に形成されている形状歪み計測
用のパターン位置を計測する。この計測はアラインメン
ト用のセンサを使って行われる。

主制御系17,干渉計13によってウェハステージを位置
決めして、スポット光LAxとｙ方向に並んだ形状歪み計
測用の回折格子状パターン例えばM1をｘ方向に相対走査
させる。するとスポット光LAxと形状歪み計測用パター
ンが一致する位置で回折光が発生する。この回折光は投
影レンズPLに入射し、その後受光素子28に集光する。受
光素子28は回折光の強度に応じた光電信号SAを出力し、
この光電信号SAは主制御系17に入力する。光電信号SAは
時系列的な波形となる。主制御系17は干渉計13からのア
ップダウンパルスに応じて光電信号SAをサンプリング
し、サンプリングされた波形をメモリに記憶する。アッ
プダウンパルスに応じて光電信号SAを記憶するメモリ番
地とステージ位置とは対応関係にある。そして主制御系
17は、例えば波形中のピーク位置を形状歪み計測用パタ
ーンM1の座標位置P1xとして検出する。同様にｙ方向に
ついてもスポット光LAyと形状歪み計測用パターンM1を
ｙ方向に相対走査し、形状歪み計測用パターンの座標位
置をP1yとして検出する。ウェハ５上のショットエリアS
A周辺には形状歪み計測用パターンM1の他M2〜M4の複数
の形状歪み計測用パターンが第４図（ａ）のように設け
られている。これら複数の形状歪み計測用パターン夫々
について同様にして座標位置を求める。

〔ステップ２〕 次に、ウェハ５の変形に対応する為の投影レンズPLの
光学特性を補正する補正量の計算法の一例を説明する。

まず、投影レンズPLの持つディストーション特性等
（投影レンズPLが最初に持つ所定の光学特性）をテスト
レチクルを使った試し焼き等により予め求めておき、投
影光学系PLによるディストーション量▲▼として予
め求めておく。

次に形状歪み計測用パターンM1〜M4の座標位置（実際
に露光され熱処理等の工程を経たウェハ上の形状歪み計
測用パターン位置）P1x〜P4x,P1y〜P4yと形状歪み計測
用パターンの設計値座標との差をとることによって、設
計値に対するウェハ５の非等方的変形量（例えば台形歪
み等の非等方的な変形量）▲▼を求める。

そしてディストーション量▲▼と変形量▲▼
との差▲▼がレチクル４上に形成されている形状歪
み計測用パターンの投影像に対するウェハ５上に形成さ
れた形状歪み計測用パターンの変形量として求まり、こ
の値が補正量となる。

この補正量▲▼の計算は主制御系17で行われ、こ
の補正量をメモリに記憶する。

〔ステップ３〕 次に、投影レンズPLの光学特性を変化させ、ウェハ５
の変形量を実質的に零に近づけるように補正する方法に
ついて述べる。

駆動素子35,36を駆動することにより、レンズエレメ
ント29,30,32を投影レンズPLの光軸に垂直な面に対して
傾斜させる。これによって、投影レンズPLの光学特性を
非等方的に変化させ、変形量が実質的に零に近づくよう
にパターン投影像に強制的にディストーションを与えて
補正を行うものである。ステップ２で求めた補正量▲
▼に基づいて各駆動素子35,36の駆動量（レンズエレ
メントの移動量）が決められる。ここで、駆動素子35,3
6の駆動量とそれによって発生する投影像のディストー
ション量（強制的に変形されたパターン投影像の形状歪
み量）との関係は、光学計算或いは試し焼き等によっ
て、予めテーブル或いは数式の形で求めておき、主制御
系17に記憶させておく。主制御系17は、メモリに記憶さ
れている補正量▲▼とテーブル値（或いは数式）か
ら駆動素子35,36の駆動量を計算する。この計算は、例
えば、複数のパターン夫々の補正量の絶対値の最大値が
最小となる駆動量、若しくは夫々のパターンの補正量の
２乗和が最小となる駆動量を演算によって求める。

〔ステップ４〕 前記駆動量に基づいて主制御系17は駆動素子35（a,b,
c）,36（a,b,c）に駆動制御信号を送り、レンズエレメ
ント29,30,32を傾斜させることにより、投影レンズPLの
光学特性を非等方的に変化可能となり、ウェハ５の非等
方的な変形に対して補正が可能となる。もちろんレンズ
エレメント29,30,32を光軸方向に移動させて線型的な変
形に対しても補正可能であることは言うまでもない。

さて、第５図は前記の変形量補正の例を示している。
ウェハ５上に形成された形状歪み計測用パターンの位置
が菱形状に歪んでいる場合レンズエレメント29,30,32を
駆動素子35,36によって移動し、P1′〜P4′の点をウェ
ハ上のパターンの変形量に合ったポイントP1〜P4へ移動
させている。

本実施例によれば、このような非等方的な変形に対し
ても対応ができる。

又、レンズエレメント29,30,32を投影レンズPLの光軸
AXに垂直な面内方向に２次元移動させて、非等方的な変
形量を補正する場合も同様の動作によって補正可能とす
ることができる。

他にもレチクル４を投影レンズPLの光軸に垂直な面に
対して傾斜させる方法も考えられるが、両側テレセント
リックな投影レンズの場合レチクルを傾斜させただけで
は十分に対応できない為レンズを駆動させるものであ
る。又、レンズエレメントの一部を駆動させることによ
り、湾曲収差やウェハ５のそり等に等に対応することが
できる。そり等に対応する場合変形量の測定にはギャッ
プセンサ15,16を用いてウェハ上の数点において投影レ
ンズPLの結像面に対する変位量を測定し、この値を変形
量とする。駆動素子35,36の駆動量と変形量との関係を
予め求めておけば上述と同様の動作により補正可能とな
る。ここで、レンズエレメントを傾斜又は光軸と垂直な
面内方向に移動させることにより焦点変動が生じる場合
は、ギャップセンサ15,16の測定値に変動量をオフセッ
ト量として加味すればよい。

以上では、投影レンズPLの持つ所定の光学特性は試し
焼きによって求めることとしていたが、何層目かのレチ
クル４上に形成されているディストーション計測用のマ
ークを計測して設計値と比較することにより、所定の光
学特性を求めてもよい。又、２個取りのレチクルを使っ
た場合、パターン領域とパターン領域の間にも形状歪み
計測用のパターンを設けることができる。従って、これ
らのウェハ計測点を使ってより高精度にウェハ５の変形
量を計測することが可能となる。

〔第１実施例の変形例１〕 前記の実施例では、必要に応じて投影レンズPLの光学
特性（ディストーション量▲▼）を予め求めてお
き、干渉計13を使って求めたウェハ５上に形成された形
状歪み計測用パターンM1〜M4のウェハ５上での位置座標
とレチクル４上の形状歪み計測用パターンの投影像のウ
ェハ５上での位置座標（設計値）との間の変形量▲
▼を求め、▲▼と▲▼の差から補正量▲▼
を求めた。

しかし、変形例として、レチクル4,投影レンズPLを介
してウェハ５上に形成された形状歪み計測用パターンと
レチクル上に形成されているの形状歪み計測用パターン
とを直接測定するTVカメラを使ったスルー・ザ・レチク
ル（TTR）方式で変形量を求めることも考えられる。こ
の方式によれば、レチクル４上のパターンとウェハ５上
に形成されたパターンとの投影レンズPLを介して同時に
観察することができるので、干渉計を使ってウェハ座標
系での座標値を比較する場合と違い、投影光学系の持つ
ディストーション特性を予め求めておく必要がないとい
う利点がある。従って、レチクル４上に形成されている
形状歪み計測用パターンとウェハ５上に形成された形状
歪み計測用パターンとの間の偏差の絶対値を計測すれ
ば、レチクル上４に形成されている形状歪み計測用パタ
ーンが所定の光学特性で投影される投影像に対するウェ
ハ５上に形成された形状歪み計測用パターンの変形量の
絶対値が直接求まる。よって、レチクル上のパターンに
対するウェハ上のパターンの偏差量を直接補正量として
駆動量計算に適用することができる。また、偏差を実測
しながらレチクル４上のパターンとウェハ５上のパター
ンとが最適に重ね合わされるよう追い込みながら駆動素
子を微動させ所望のディストーション特性とすることも
出来る。

〔第２実施例〕 次に第２実施例について説明する。

第１実施例では露光時にウェハ５上の１ショットごと
に変形量の計測、補正を繰り返す為スループットが低下
する。そこで、ウェハ５上の一部のショットを選び統計
的処理に基づいてウェハ５上のショット位置を求める方
法と同様の方法によりウェハ５の変形量を測定するとい
う方法も考えられる。以下簡単にこの方法を説明する。
この方法の原理は、本来ウェハパターンの重ね合わせの
ためのショット位置測定（所謂アライメント）に用いら
れるものである。測定時間の短縮化及び統計処理による
測定誤差の平均化による精度向上を目的としている。こ
の方法はエンハンスト・グローバルアライメント（EG
A）方式と呼ばれ、詳細については特開昭61−44429号公
報に開示されているので、その原理についてはここでは
第６図を参照にして簡単に説明する。EGA方式では、ウ
ェハ５上の複数（３〜９）個のショット領域S_n（この場
合S₁〜S₈）のマークMY_n,MX_nの位置を計測（サンプル・
アライメント）する。しかる後、その計測値に基づい
て、ウェハ５のステージ（7,9）の走行座標系、すなわ
ち干渉計13によって規定されるxy座標計内での微小回転
誤差θ、ウェハ５上のショット配列（又はステージの走
行）の直行度ｗ、ウェハ５の線型な微小伸縮によるスケ
ーリング誤差Rx、Ry、そしてウェハ５のx,y方向の微小
位置ずれ、すなわちオフセット誤差Ox,Oyの夫々に関す
るパラメータを介在として統計的演算を用いて、設計上
のショット配列座標を実際に露光すべきショット配列座
標（ウェハステージのステッピング位置座標）に変換す
る。そして、この算出した配列座標に従ってウェハステ
ージを一義的に移動し、ウェハ５上の各ショット領域S_n
へレチクル４のパターン領域PAの像を順次重合わせ露光
していくものである。

このEGA方法を使って、ウェハの変形量を計測しよう
とするものである。

具体的には、ウェハ全体である傾向を持ってショット
配列座標が非等方的に変形した場合は、前述のパラメー
タの他に非等方的な要素を入れて統計的演算を行い変形
量を求めることも可能である。例えば、第７図に示す様
に配列座標が台形に歪んだウェハ５の変形量を求める場
合は、ショット座標の平行度のずれ（非等方的な要素）
の成分をパラメータとして加えて統計的演算を行う。こ
の変形量に基づいてレンズを駆動させればよい。これに
より、第１実施例のように１ショット毎に測定した場合
に比べ、測定スパンが長く高精度な計測が可能であ
る，平均化効果が得られる，スループットが向上す
る等の利点がある。

ウェハ全体が変形した場合ではなく局所的に変形した
場合は、ウェハ５の表面をいくつかの領域（ブロック）
に分割し、個々のブロック毎についてウェハ５の変形量
を求める。

そして、各ブロックごとに計測された変形量に基づい
て駆動素子の駆動量を決定し、レンズを駆動させてウェ
ハ上のパターンに投影像を重合わせるようにすれば、平
均化要素を残したまま、高いスループットでウェハが局
所的に変形した場合の形状歪みにも対応することができ
る。このようなEGA方式を利用した場合、レンズを駆動
させたことに起因する像中心のシフト量を上記駆動量か
ら演算にて求め、EGAの誤差パラメータにオフセットと
して乗せておけばより精度の高い重合わせ露光を実現す
ることができる。

尚、第１実施例のような方法で幾つかのショットの変
形量を求め、EGAによる計算によって得られた変形量と
比較することにより演算結果の確認が可能となる。この
確認結果で誤差がでた場合は、この誤差量に応じてパラ
メータ（非等方的な要素）を修正すればより高精度に変
形量が求まる。

又、ウェハの伸縮係数は温度，材質等によって一義的
に定まる。そこで、例えば伸縮係数が予めわかっている
ものとすると、ウェハの中心を基点として放射方向に伸
縮した場合その伸縮量はウェハ中心からの距離で一義的
に定まる。このため各ショットのウェハ５の中心からの
距離（設計値）からその変形量を求める方法も考えられ
る。予め実験等によってウェハ，レジスト，下地の種類
や厚さ，プロセス条件（熱処理条件等）毎に伸縮係数
（又はウェハ中心からの距離と伸縮との関係）を求めて
おき、メモリに数式もしくはテーブルの形で持たせてお
くことが望ましい。

又、アライメント方式にEGA方式を使った場合、EGA演
算で求めたショットの中心位置を使ってウェハ中心との
距離を求め変形量を求めるようにしてもよい。このとき
ショット中心と一義的な伸縮係数から演算で計測マーク
位置を求め、このマーク位置とEGA計測に使ったマーク
位置とを比較し、誤差がある場合は伸縮係数を補正する
ようにすればより精度が向上する。尚、この補正は前述
の設計値中心と伸縮係数を使って補正量を求める場合に
アライメント方式にEGA方式を用いたときにも同様に適
用可能である。

更に、伸縮係数を使った変形量計算をブロックごとに
行うようにすれば放射方向の伸縮が局所的に異なってい
る場合にも対応することができる。

又、ウェハ５を幾つかのブロックに分け、第１実施例
のような方法でブロック内の幾つかのショットの変形量
を算出する。そして各ショットの変形量が最小となるよ
うな変形量を演算で求め、この変形量でレンズをブロッ
クごとに駆動させることも可能である。

さて、上記実施例ではウェハごとに変形量を計測して
露光していたが、露光時に変形量を計測することなく露
光前に求めた変形量を使って、駆動素子を制御し、変形
に対応した露光を行うこととしてもよい。

EGAを使う場合、ウェハグローバルアライメント時に
ロットの１枚目のウェハについて前記のように変形量を
ウェハ全体又はブロックごとに計測する。ウェハのプロ
セスによる伸縮等の変形はロットごとに近似の傾向が見
られることより、EGAによる計測はロットの最初のウェ
ハについてだけ行うようにすればよい。そして露光時に
は変形量の計測はおこなわずに、この値を使ってレンズ
を駆動させ露光を行うものである。この方法によれば、
露光時に形状歪み量の計測を行うことなく高い重ね合わ
せ精度で、高スループットに露光を行うことができる。
尚、このようなロットの最初のウェハ計測値のみを使う
方法はEGAに限るものではなく、第１実施例の場合でも
同様に適用可能である。

〔第３実施例〕 次に第３実施例について説明する。

前記の実施例はプロセスにより非等方な変形を受けた
ウェハ５上のパターンに投影像を重合わせる方法につい
て述べてきた。本実施例はテストレチクルを使いプロセ
スによる変形量を予め求めておき、実際にウェハ５を露
光する際には、ここで求めた変形量に基づいて、プロセ
スによって変形するとほぼ所望のパターンとなるように
最初からディストーションを加えることによって投影像
を強制的に歪ませて露光するものである。そして形状歪
みを持ったパターンをプロセスによる変形を利用して、
ほぼ理想的なパターンとして形成するものである。この
方法を施したあと前記第1,第２実施例と同様の動作を施
せばウェハ５の変形補正時のレンズ駆動量を少なくする
ことができ、スループットが向上する。この際、最初に
パターン投影時に加えられる強制的なディストーション
量にこの補正量を加味するようにすればより理想的なパ
ターンを形成することができる。また、EGA的な計測を
行う際にも結果的に形状歪みのでたブロックを選別して
計測すればスループットを向上させることができる。

〔第４実施例〕 次に第４実施例について説明する。

光学系の倍率、等方的なディストーションを変化させ
る方法として、レンズエレメント間の圧力を変える方法
が知られている。この方法と前述の第1,第2,第３の実施
例で述べたレンズエレメントを駆動させる方法とを組み
合わせ、例えば倍率変動やウェハ５の等方的な変形は圧
力を変えることによって対応し、ウェハ５の非等方的な
変形に対してはレンズエレメントを駆動させることによ
って対応するものである。

又、レチクル４を投影レンズPLの光軸AX方向に上下動
させることによっても等方的なディストーションを変化
させることが可能である。

従って、例えば倍率変動は圧力を変えることによって
対応し、ウェハ５の等方的な変形はレチクル４を上下動
させることによって、ウェハ５の非等方的な変形はレン
ズエレメントを駆動させることによって対応することも
可能である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、熱処理等によってウェ
ハ等に非等方的な変形が生じても高い重ね合わせ精度で
露光を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による全体構成を示す斜視
図、第２図は投影レンズPLを上方より見た平面図、第３
図（ａ），（ｂ）は駆動可能なレンズエレメントの特性
を示す図、第４図（ａ）はウェハ上に形成されたパター
ンを示す図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）に示した像歪
み計測用パターンの一つを拡大した図、第５図は本発明
の第１実施例による変形量補正の一例を示す図、第６図
はEGA計測するショット領域を示す図、第７図はウェハ
全体が非等方的に歪んだ場合を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ４……レチクル、５……ウェハ、17……主制御系、28…
…受光素子、29,30,32……一部の光学要素、35,36……
駆動手段、M1〜M8……ウェハ上に形成されたパターン、
LAy,LAx……スポット光、PL……投影レンズ、AX……光
軸

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−291920（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−35619（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−81019（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−213341（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−199419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−32613（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−7129（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−24624（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−21051（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−30411（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−88317（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−256636（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マスクに形成されたパターンの像を投影光
   学系を介して基板上に投影し、該基板を露光する投影露
   光装置において、 前記投影光学系の一部を構成する第１レンズ群と、 前記投影光学系の一部を構成する第２レンズ群と、 前記第１レンズ群を、前記投影光学系の光軸方向に移動
   可能で、かつ前記投影光学系の光軸に対して傾斜可能な
   第１駆動手段と、 前記第１駆動手段とは別に、前記第２レンズ群を、前記
   投影光学系の光軸方向に移動可能で、かつ前記投影光学
   系の光軸に対して傾斜可能な第２駆動手段と、 前記投影光学系の結像特性を調整するために、前記第１
   駆動手段と前記第２駆動手段とを制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】前記第１駆動手段と前記第２駆動手段の各
   々は、独立に制御可能な複数の駆動素子を有することを
   特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】前記第１駆動手段の駆動素子と前記第２駆
   動手段の駆動素子は各々３つ設けられていることを特徴
   とする請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】前記制御手段は、前記第１駆動手段及び前
   記第２駆動手段を制御して、前記投影光学系のディスト
   ーション特性を調整可能であることを特徴とする請求項
   １から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 【請求項５】前記制御手段は、前記第１駆動手段及び前
   記第２駆動手段を制御して、前記投影光学系の投影倍率
   を調整可能であることを特徴とする請求項１から４のい
   ずれか一項に記載の装置。
6. 【請求項６】前記制御手段は、前記第１駆動手段及び前
   記第２駆動手段を制御して、前記投影光学系の湾曲収差
   を調整可能であることを特徴とする請求項１から５のい
   ずれか一項に記載の装置。
7. 【請求項７】前記制御手段は、前記基板の変形情報に基
   づいて前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段を制御す
   ることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記
   載の装置。
8. 【請求項８】前記制御手段は、前記基板の非等方的な形
   状歪みに応じて前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段
   を制御することを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 【請求項９】前記投影光学系の結像面と前記基板表面と
   を位置合わせするための焦点合わせ手段をさらに備え、 前記焦点合わせ手段は、前記第１駆動手段及び前記第２
   駆動手段により前記投影光学系の結像特性を調整したと
   きに生じる焦点変動を考慮して前記投影光学系の結像面
   と前記基板表面とを位置合わせすることを特徴とする請
   求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 【請求項１０】前記制御手段は、前記第１レンズ群によ
    り調整される特性と前記第２レンズ群により調整される
    特性との組み合せにより前記投影光学系の結像特性の調
    整を行うことを特徴とする請求項１から９のいずれか一
    項に記載の装置。
11. 【請求項１１】請求項１から10のいずれか一項に記載の
    装置を用いる回路製造方法。
12. 【請求項１２】マスクに形成されたパターンの像を投影
    光学系を介して基板上に投影し、該基板上の複数のショ
    ット領域の各々を順次露光する投影露光方法において、 前記基板の表面を複数のブロックに分割し、各ブロック
    毎に前記基板の変形情報を求め； 前記基板上の各ショット領域を露光する際、前記求めら
    れた変形情報に基づいて、前記投影光学系を構成する一
    部を光学部材を動かして前記基板上に投影されるパター
    ンの像の歪み状態を前記各ブロック毎に調整することを
    特徴とする投影露光方法。
13. 【請求項１３】マスクに形成されたパターンの像を投影
    光学系を介して基板上に投影し、該基板を露光する投影
    露光方法において、 前記基板がプロセスにより変形したときに前記基板上に
    ほぼ所望のパターンが形成されるように、前記投影光学
    系の一部を構成する光学素子を動かして前記基板上に投
    影されるパターン投影像を歪ませて前記基板を露光する
    ことを特徴とする投影露光方法。
14. 【請求項１４】前記プロセスによる前記基板の変形量を
    予め求め、 該求められた変形量に基づいて、前記基板上に投影され
    るパターン投影像を歪ませることを特徴とする請求項13
    に記載の方法。