JP3282681B2 - 露光方法、露光装置、及び素子製造方法 - Google Patents

露光方法、露光装置、及び素子製造方法

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JP3282681B2 JP23693892A JP23693892A JP3282681B2 JP 3282681 B2 JP3282681 B2 JP 3282681B2 JP 23693892 A JP23693892 A JP 23693892A JP 23693892 A JP23693892 A JP 23693892A JP 3282681 B2 JP3282681 B2 JP 3282681B2
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70716Stages

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば移動鏡が固定さ
れたウエハステージの座標をレーザー干渉測長方式で計
測してウエハステージの位置決めを行いながら、ウエハ
ステージ上のウエハの各ショット領域へ露光を行う投影
露光装置に適用して好適な露光方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィー技術を用いて製造する際に、レチクルの
パターンを投影光学系を介してウエハステージ上の感光
材が塗布されたウエハ上に投影するステップアンドリピ
ート方式の縮小投影露光装置(ステッパー)が使用され
ている。斯かる投影露光装置ではウエハの位置決め座標
を正確に設定するために、ウエハステージの座標がレー
ザー干渉計により計測されている。
【0003】図8は従来の投影露光装置の概略構成を示
し、この図8において、水銀ランプ等の光源1から射出
された露光光ILは、楕円鏡2で焦光された後にインプ
ットレンズ3でほぼ平行な光束に変換されてフライアイ
レンズ4に入射する。フライアイレンズ4の後側焦点面
には多数の2次光源が形成され、これら2次光源から射
出された露光光ILはコンデンサーレンズ系5により適
度に集光されてレチクルRを照明する。図示省略する
も、コンデンサーレンズ系5には可変視野絞りが備えら
れ、この可変視野絞りによりレチクルR上の照明視野を
任意に設定することができる。その露光光ILのもとで
レチクルRのパターンが投影光学系PLを介してウエハ
W上の各ショット領域Sに縮小投影される。
【0004】ウエハWはウエハステージ6上に保持さ
れ、ウエハステージ6は、ウエハWを投影光学系PLの
光軸に垂直な平面内で位置決めするXYステージ、ウエ
ハWを投影光学系PLの光軸方向に位置決めするZステ
ージ及びウエハWの微小回転を行うθテーブル等より構
成されている。また、投影光学系PLの光軸に垂直な平
面の直交座標系をX軸及びY軸とすると、ウエハステー
ジ6上には設計上X軸に垂直な反射面を有するX軸用の
移動鏡7X及び設計上Y軸に垂直な反射面を有するY軸
用の移動鏡7Yが固定されている。
【0005】8XはX軸用のレーザー干渉計、8YはY
軸用のレーザー干渉計を示し、レーザー干渉計8Xから
のレーザービームLB1を移動鏡7Xで反射し、レーザ
ー干渉計8YからのレーザービームLB2を移動鏡7Y
で反射することにより、レーザー干渉計8X及び8Yに
おいて、ウエハステージ6のX座標及びY座標が計測さ
れる。また、図示省略した制御装置からの指令でウエハ
ステージ6を駆動することにより、ウエハステージ6上
のウエハWの座標(X,Y)を任意の座標に設定するこ
とができる。
【0006】9は結像特性制御装置を示し、この結像特
性制御装置9は例えば投影光学系PLの所定のレンズ室
の圧力を調整することにより、投影光学系PLの倍率誤
差等の結像特性を制御する。レンズ室の圧力の制御の他
に、例えば投影光学系PLのレンズ群の間隔を調整す
る、又はレチクルRの傾斜角を調整する等の方法によっ
ても、投影光学系PLの歪曲収差の状態等を或る程度調
整することができる。
【0007】一般に半導体素子等はウエハ上に多数層の
回路パターンを重ねて転写することにより製造される
が、その際に例えば1層目の回路パターンに対する2層
目の回路パターンの重ね合わせ等を高精度に行う必要が
ある。特に、1層目の回路パターンの露光と2層目の回
路パターンの露光とがそれぞれ異なる露光装置で行われ
るような場合には、異なる露光装置間での重ね合わせ精
度(マッチング精度)を良好に維持する必要がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の図
8の投影露光装置では、ウエハステージ6上の移動鏡7
X及び7Yでレーザービームを反射することによりウエ
ハステージ6の座標が計測される。しかしながら、例え
ば図9に示すように、移動鏡7Xの反射面の平面度が悪
いときには、ウエハW上にY方向に形成される一列のシ
ョット領域S(1,1),S(1,2),S(1,
3),‥‥の配列が理想格子配列からX方向にずれるこ
とになる。同様に、移動鏡7Yの反射面の平面度が悪い
ときには、ウエハW上にX方向に形成される一列のショ
ット領域S(1,1),S(2,1),S(3,1),
‥‥の配列がY方向にずれる。また、別の投影露光装置
ではそれら移動鏡7X及び7Yの曲がりの状態が異な
り、ウエハW上に形成されるショット領域の配列のずれ
方も異なると考えられる。
【0009】従って、ウエハWの第1層目に或る投影露
光装置を用いて露光を行った後に、そのウエハWの第2
層目に別の投影露光装置で露光を行うような場合には、
ショット領域の配列のずれ方が異なるために、マッチン
グ精度が悪くなり、ウエハW上に形成される半導体素子
等の不良率が高くなるという不都合があった。本発明は
斯かる点に鑑み、露光装置間のマッチング精度をより高
めるために、移動鏡が固定され2次元平面内で感光基板
を位置決めするステージと、その移動鏡から反射される
光ビームを用いてそのステージの座標を計測する座標計
測手段とを有する露光装置において、その移動鏡の曲が
りによる誤差を補正して露光を行うことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、例えば図1〜図3に示す如く、移動鏡(7Y)が固
定され2次元平面内で感光基板(W)を位置決めするス
テージ(6)と、移動鏡(7Y)から反射される光ビー
ムを用いてステージ(6)の座標を計測する座標計測手
段(8Y)と、露光光でマスク(R)を照明する照明光
学系(1,4,14〜17)と、マスク(R)の像をス
テージ(6)上の感光基板(W)に投影する投影光学系
(PL)とを有する露光装置の露光方法において、マス
ク(R)としてパターン領域の一端近傍に複数の第1の
計測マーク(29A〜31A)が形成されそのパターン
領域の他端近傍に複数の第2の計測マーク(29C〜3
1C)が形成された計測用マスク(R1)を用いて、且
つ移動鏡(7Y)を用いて計測された座標に基づいてス
テージ(6)をステッピングさせながら、計測用マスク
(R1)のパターンをステージ(6)上の感光基板
(W)の複数のショット領域に第1の計測マーク(29
A〜31A)の像と第2の計測マーク(29C〜31
C)の像とがほぼ重なり合うように順次露光する第1の
工程(ステップ100,102)を有する。
【0011】更に、本発明は、感光基板(W)上に露光
された第1の計測マーク(29A〜31A)の像の位置
と第2の計測マーク(29C〜31C)の像の位置との
差より感光基板(W)上のそれら複数のショット領域の
相対的な配列を算出する第2の工程(ステップ105)
と、このように算出されたそれら複数のショット領域の
相対的な配列より移動鏡(7Y)の曲がりを算出する第
3の工程(ステップ107)と、マスク(R)として転
写用のパターンが形成された露光用のマスクを用いて、
移動鏡(7Y)を用いて計測された座標にその第3の工
程で算出された移動鏡(7Y)の曲がりの補正をして得
られた座標に基づいてステージ(6)をステッピングさ
せながら、その露光用のマスクのパターンをステージ
(6)上の感光基板(W)の各ショット領域に露光する
第4の工程(ステップ113)とを有するものである。
【0012】この場合、第2の工程(ステップ105)
と第3の工程(ステップ107)との間で、感光基板
(W)上に露光された第1の計測マーク(29A〜31
A)の像の位置と第2の計測マーク(29C〜31C)
の像の位置との差より感光基板(W)上のそれら複数の
ショット領域に転写される計測用マスク(R1)の像の
回転量を計測する第5の工程(ステップ105)を実行
し、第3の工程(ステップ107)では、感光基板
(W)上に露光された第1の計測マーク(29A〜31
A)の像の位置と第2の計測マーク(29C〜31C)
の像の位置との差及び第2の工程(ステップ105)で
求めた計測用マスク(R1)の像の回転量とより感光基
板(W)上のそれら複数のショット領域の相対的な配列
を算出することが望ましい。
【0013】
【作用】斯かる本発明によれば、絶対配列法という概念
を用いてステージ(6)の移動鏡(7Y)の形状が計測
される。以下に絶対配列法による移動鏡形状の計測方法
を示す。先ず、図4(a)に示すように、移動鏡(7
Y)が曲がっているとして、感光基板(W)上に移動鏡
(7Y)に設計上で平行な軸(これを「X軸」とする)
に沿って一直線上に露光を行う場合、一連のショット領
域のX軸に垂直なY軸方向の位置は、移動鏡(7Y)に
沿って曲がってしまう。この曲がりを求めるために、図
4(b)に示すように、最初のショット領域(33−
1)に隣接するショット領域(33−2)の中心位置と
破線で示した移動予定位置の中心位置とのY方向のずれ
量Δyを計測し、そのずれ量を或る基準となるショット
領域より順に加算していく。このように加算して得られ
たずれ量をX軸に沿ってプロットすると、移動鏡(7
Y)の曲がりの形状が求められる。
【0014】次に、その移動鏡(7Y)の曲がりによる
ステージ(6)の計測座標の誤差を補正しながら、感光
基板(W)上にX軸に沿って一直線上に露光を行うと、
得られる一連のショット領域の間にはY軸方向へのずれ
が無くなる。従って、異なる露光装置間でのマッチング
精度が向上する。
【0015】但し、図4(a)の一連のショット領域の
間にはY軸方向へのずれだけではなく、マスク(R)の
回転やステージ(6)のステッピングの際の誤差等に起
因する回転誤差(傾き誤差)が存在する場合がある。こ
のような回転誤差が存在すると、Y軸方向へのずれ量の
計測が正確にできないので、より正確にY軸方向へのず
れ量を求めるためには、先ず隣接するショット領域間の
回転誤差を計測する必要がある。そのような傾きを計測
するためには、例えば図5に示すように、第1のショッ
ト領域(33−1)の第1の計測マークの像(30A
A,31AA)と第2のショット領域(33−2)の第
2の計測マークの像(31CB,30CB)とのX軸方
向のずれ量Δxc及びΔxaを求める。これらずれ量Δ
xc及びΔxaの差分より第2のショット領域(33−
2)の回転角θが求められ、この回転角θより第1の計
測マークの像(29AA)と第2の計測マークの像(2
9CB)との回転に起因するY軸方向のずれ量Δryが
求められる。
【0016】そこで、第1の計測マークの像(29A
A)と第2の計測マークの像(29CB)との実測され
たY軸方向のずれ量から、そのずれ量Δryを減算する
と、第2のショット領域(33−2)の回転誤差に影響
されない移動鏡(7Y)の曲がりのみに依るY軸方向の
ずれ量が求められる。これにより、より正確に移動鏡
(7Y)の曲がりの形状を計測することができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明による露光方法の一実施例につ
き図1〜図6を参照して説明する。本例はステップアン
ドリピート方式で露光を行う投影露光装置の露光方法に
本発明を適用したものであり、図2において図8に対応
する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略す
る。
【0018】図2は本例の投影露光装置の概略構成を示
し、この図2において、光源1から射出された露光光I
Lは、楕円鏡2で集光された後にインプットレンズ4で
ほぼ平行光束に変換されてフライアイレンズ4に入射す
る。楕円鏡2の第2焦点近傍にはシャッター10を配置
し、シャッター10を駆動モーター11で駆動すること
により、インプットレンズ4への露光光の供給を随時停
止する。また、インプットレンズ4から射出された露光
光ILは、開口絞り12、ビームスプリッター13、第
1リレーレンズ14、可変視野絞り(可変レチクルブラ
インド)15、第2リレーレンズ16、コンデンサーレ
ンズ17及びミラー18を経て、レチクルRを均一な照
度で照明する。開口絞り12は投影光学系PLの瞳面
(フーリエ変換面)とほぼ共役であり、可変視野絞り1
5はレチクルRのパターン形成面とほぼ共役であり、可
変視野絞り15によりレチクルR上の照明領域を任意に
設定することができる。
【0019】その露光光ILのもとで、レチクルRのパ
ターンの像が投影光学系PLを介してウエハW上の各シ
ョット領域に投影される。ウエハWはウエハホルダー1
9を介してウエハステージ6上に載置され、ウエハステ
ージ6上の一端にY軸用の移動鏡7Yが固定され、図示
省略するも、ウエハステージ6上の他端にX軸用の移動
鏡7X(図8参照)が固定されている。本例では移動鏡
7Yの裏面に温度センサー21Yを取り付け、X軸用の
移動鏡7Xの裏面にも温度センサー21X(図示省略)
を取り付ける。
【0020】20は装置全体の動作を制御する主制御系
を示し、温度センサー21Y及び21Xでそれぞれ計測
された移動鏡7Y及び7Xの温度情報を主制御系20に
供給する。また、Y軸用のレーザー干渉計8Yから射出
されたレーザービームを移動鏡7Yにより反射し、レー
ザー干渉計8Y及びX軸用のレーザー干渉計8X(図示
省略、図8参照)で計測されたウエハステージ6の座標
情報を主制御系20及び後述の座標計測回路23に供給
する。主制御系20は、駆動装置22を介してウエハス
テージ6の位置決めを行う。
【0021】また、図2において、ウエハWで反射され
た露光光は投影光学系PL、レチクルR等を経てビーム
スプリッター13に戻り、ビームスプリッター13で更
に反射された露光光が、投影光学系PLの瞳面と共役な
位置に置かれた光電変換素子よりなる反射量モニター2
4の受光面に入射する。反射量モニター24の検出信号
を主制御系20に供給し、主制御系20はその検出信号
よりウエハWの反射率を算出する。主制御系20は、更
に駆動装置25を介して可変視野絞り15の開口部の形
状を所定の形状に設定し、メモリ26に種々の情報を記
憶させる。
【0022】27はオフアクシスのアライメント系を示
し、アライメント系27から射出されたアライメント光
がミラー28で反射されて投影光学系PLに入射し、投
影光学系PLから射出されたアライメント光がウエハW
上に入射する。そして、ウエハW上のマーク等で散乱又
は回折により反射されたアライメント光が、投影光学系
PL及びミラー28を経てアライメント系27に戻る。
アライメント系27の内部の光電変換素子から出力され
た検出信号を座標計測回路23に供給する。ウエハステ
ージ6を駆動してウエハWを投影光学系PLの光軸に垂
直な面内で移動させたときに、アライメント光がウエハ
W上のマーク等を横切るとアライメント系27にアライ
メント光の強い反射光が戻されることから、ウエハW上
のマークの位置を検出することができる。具体的に、座
標計測回路23からウエハW上の各マークの2次元座標
の情報が主制御系20に供給され、主制御系20はその
情報をメモリ26に記憶させる。
【0023】次に、本実施例の露光動作につき図1のフ
ローチャートを参照して説明する。先ず図2のY軸用の
移動鏡7Y及びX軸用の移動鏡7X(図8参照)の曲が
りを計測するが、そのために、図3(a)に示すテスト
レチクルR1を使用する。図3(a)に示すように、テ
ストレチクルR1のパターン領域の左辺の近傍におい
て、中央部にはY方向用の計測マーク29Aを形成し、
その上下にX方向用の計測マーク30A及び31Bを形
成する。計測マーク29Aは、図3(b)に示すよう
に、X方向に所定のピッチで配列された格子状パターン
からなり、計測マーク30A(計測マーク31Aも同
じ)は図3(c)に示すように、Y方向に所定ピッチで
配列された格子状パターンからなる。
【0024】例えば、計測マーク29AのウエハW上で
の像の位置は、X方向に長いスリット状のレーザービー
ムでその像の上をY方向に走査することにより検出する
ことができ、計測マーク30AのウエハW上での像の位
置は、Y方向に長いスリット状のレーザービームでその
像の上をX方向に走査することにより検出することがで
きる。ただし、計測マーク29A,30A及び31A等
はスリット状のパターン又は十字型のパターン等であっ
てもよい。十字型のパターンの場合には、計測マーク2
9A,30A,31AのX方向とY方向との両方の位置
が計測でき、位置計測の情報量が2倍になる。
【0025】同様に、テストレチクルR1のパターン領
域の右辺の近傍にも、中央のY方向用の計測マーク29
Cを挟んでX方向用の計測マーク30C及び31Cが形
成されている。また、そのパターン領域の下辺の近傍に
は、中央のX方向用の計測マーク29Bを挟んでY方向
用の計測マーク30B及び31Bが形成され、そのパタ
ーン領域の上辺の近傍には、中央のX方向用の計測マー
ク29Dを挟んでY方向用の計測マーク30D及び31
Dが形成されている。計測マーク29C,30C,31
C、29B,30B,31B及び29D,30D,31
Dは、計測マーク29A,30A,31Aと同様にスリ
ット状のパターン又は十字状のパターンであってもよ
い。また、計測マーク30A(又は31A)と31C
(又は30C)とのX方向の間隔をLxとし、計測マー
ク30B(又は31B)と31D(又は30D)とのY
方向の間隔をLyとする。このテストレチクルR1を用
いて図2の移動鏡7Y及び移動鏡7X(図8参照)の曲
がりを計測する。
【0026】先ず、図1のステップ100において、図
2のレチクルRとしてテストレチクルR1をセットする
と共に、ウエハホルダー19上にレジスト等の感光材が
塗布された未露光のウエハWをセットし、ステップ10
1において、主制御系20は温度センサー21Yを介し
てY軸用の移動鏡7Yの温度を計測する。これは温度に
より移動鏡7Yの曲がりの程度が変化する場合があるか
らである。その後、ステップ102において、図2のウ
エハステージ6をステッピングさせながら、ウエハW上
の図2の紙面に垂直なX方向の第1列のショット領域に
テストレチクルR1の全面のパターンを順次露光する。
これにより、図4(a)に示すように、ウエハW上のX
方向に沿った第1列32のショット領域33−1,33
−2,33−3,‥‥にテストレチクルR1のパターン
像が転写される。この際に、隣り合うショット領域にお
いて、X方向の端部の計測マーク像が重なるようにす
る。
【0027】次に、ステップ103において、ウエハス
テージ6をステッピングさせながら、ウエハW上のX方
向の第2列のショット領域にテストレチクルR1の全面
のパターンを順次露光する。第2列のショット領域と第
1列のショット領域とは1/2ピッチだけX方向にずれ
ている。これにより、図4(a)に示すように、ウエハ
W上の第1列32に平行な第2列34のショット領域3
5−1,35−2,35−3,‥‥にテストレチクルR
1のパターン像が転写される。この際にも、隣り合うシ
ョット領域において、X方向の端部の計測マーク像が重
なるようにする。
【0028】次に、ステップ104において、ウエハW
に現像等の処理を施して、ステップ102及び103で
露光した潜像を凹又は凸のパターンに変える。その後、
そのウエハWを再び図2のウエハホルダー19上にセッ
トして、アライメント系27を用いてウエハW上の各計
測マークの像の位置の計測を行う。即ち、ステップ10
5において、図4(a)の第1列32のショット領域の
各計測マーク像の位置を計測し、この計測結果に基づい
て各ショット領域の回転量を補正しながら、第1列32
のショット領域のY方向の相対配列の計算を行う。この
ようにして計算された相対配列は、例えば左端のショッ
ト領域33−1を基準にすると絶対配列となる。
【0029】この場合、隣り合うショット領域間に回転
誤差が無いものとすると、図4(b)に示すように、シ
ョット領域33−2の中心36−2の位置が移動鏡7Y
に曲がりが無い場合の中心37の位置からY方向にΔy
だけずれる。このずれ量Δyから移動鏡7Yの曲がり量
が求められる。しかしながら、実際には回転誤差が混入
しているので、図5を参照して回転誤差によるY方向の
ずれ量の算出方法を説明する。
【0030】図5は図4(a)の第1のショット領域3
3−1に対して第2のショット領域33−2が中心36
−2を軸としてθ方向に回転している状態を示し、この
図5において、第1のショット領域33−1には図3
(a)の計測マーク29A〜31Aの像29AA〜31
AAが形成され、第2のショット領域33−2には図3
(a)の計測マーク29C〜31Cの像29CB〜31
CBが形成されている。この場合、θ方向への回転によ
り、計測マーク像30AAと31CBとはX方向にΔx
cだけずれて、計測マーク像31AAと30CBとはX
方向にΔxaだけずれている。但し、ΔxaとΔxcと
は符号が逆である。また、計測マーク像29AAと29
CBとはY方向にΔryだけずれている。このΔryを
回転誤差と呼ぶ。
【0031】次に、ショット領域33−1の中心36−
1から計測マーク像29AAの中心までの既知の間隔を
Lb、中心36−1から計測マーク像30AAの中心ま
での既知の間隔をLcとすると、次の関係がある。
【数1】 Δry={(Δxa−Δxc)/2}(Lb/Lc)
【0032】また、図5において、ショット領域33−
2が更にY方向に位置ずれしても、X方向のずれ量Δx
a及びΔxcは変化しない。一方、ショット領域33−
2がX方向に位置ずれすると、X方向のずれ量Δxa及
びΔxcには同一のオフセットが加算されるが、2個の
ずれ量の差分(Δxa−Δxc)の値は同じである。即
ち、計測マーク像の2個のX方向のずれ量Δxa及びΔ
xcより、(数1)に基づいて回転誤差Δryが常に正
確に算出される。従って、図5の計測マーク像29AA
と計測マーク像29CBとのY方向の実際の計測された
ずれ量をΔybとすると、このずれ量Δybから回転誤
差Δryを減算して得られる値が、ショット領域33−
2のY方向への位置ずれ量である。
【0033】同様の方法で、図4(a)の第1列32の
隣接するショット領域間のY方向の位置ずれ量Δyを順
次求める。そして、或る基準位置、例えば左端のショッ
ト領域33−1の位置を基準として、順にY方向の位置
ずれ量Δyの値を加算しながらX座標に対応させてプロ
ットすると、図6(a)に示すように、傾きαを持った
データ系列が求められる。この傾きαは、全ての隣接す
るショット領域に対するオフセットであり、X軸用の移
動鏡7XとY軸用の移動鏡7Yとの直交度のずれ及びテ
ストレチクルR1の回転等により発生する。この傾きα
を計算により除去すると、図6(b)に示すように、Y
軸用の移動鏡7Yの曲がりの形状が求められる。その傾
きαは、例えば最小自乗法等により決定することができ
る。計測点間の距離は露光時の各ショット領域の大きさ
等により制限されるので、計測点間の移動鏡7Yの形状
は、何等かの補間(例えばスプライン関数による補間)
を用いることにより図6(b)の実線の曲線のように予
測できる。
【0034】しかし、補間を行った場合の計測点間の値
は、信頼性が低い。そこで、より高精度に移動鏡7Yの
曲がりの形状を求めるために、図1のステップ106に
おいて、図4(a)の第2列34のショット領域に関し
て回転量補正をしながらY方向の相対配列(位置ずれ
量)の計算を行う。第2列34は第1列32に対して1
/2ピッチずれているので、第2列34のショット領域
に関するY方向の位置ずれ量を加算してプロットするこ
とにより、図6(c)に示すように、図6(a)の計測
点の中間の計測点のデータ系列が求められる。そのデー
タ系列からも傾きβを除去すると、図6(d)に示すよ
うな移動鏡7Yの曲がりの形状が得られる。
【0035】図6(b)のデータ系列と図6(d)のデ
ータ系列とはオフセットが異なっているため、そのまま
では同一形状に対する計測結果として合わせて用いるこ
とができない。そこで、図1のステップ107におい
て、第1列に関する図6(b)のデータ系列の補間曲線
上のX方向の中間点でのY方向の位置ずれ量と、第2列
に関する図6(d)のデータ系列の計測点でのY方向の
位置ずれ量との差分の自乗和が最小になるように、最小
自乗法で図6(d)のデータ系列に対するオフセット量
を求める。そして、図6(b)のデータ系列と、オフセ
ット量を加算した図6(d)のデータ系列とを重ね合わ
せると、図6(e)のデータ系列が得られる。重ね合わ
せて得られた図6(e)のデータ系列を、改めて1つの
データ系列とみなして最小自乗近似等(例えば、平滑化
スプライン近似)を用いて近似曲線を求めることによ
り、より高い分解能で移動鏡7Yの曲がりの形状計測を
行うことができる。
【0036】この場合、より高精度に且つ高い分解能で
移動鏡7Yの曲がりの形状の計測を行うためには、デー
タ系列の各計測点間のX方向の間隔をできるだけ小さく
し、且つ位置をX方向にずらしたデータ系列のデータの
重ね合わせを行うとよい。次に、図1のステップ108
において、主制御系20はY軸用の移動鏡7Yの曲がり
の形状の情報である図6(e)の実線で示す関数S
(X)を補正係数としてメモリ26に記憶させる。次
に、実際にY軸用の移動鏡7Yを用いてウエハステージ
6をX方向にステップアンドリピート方式で移動させた
場合の各X座標でのY方向の位置ずれ量Δyは、以下の
(数2)により求められる。
【数2】Δy=S(x)
【0037】従って、ウエハステージ6のX方向への移
動時に、Y軸用のレーザー干渉計8Yで計測された座標
値からその位置ずれ量Δyを減算して、これにより得ら
れた座標値に基づいてウエハステージ6を移動させるこ
とにより、あたかもY軸用の移動鏡7Yが真直であるか
の如くウエハステージ6が移動する。
【0038】次に、図1のステップ110において、主
制御系20はX軸用の移動鏡7X(図8参照)の温度計
測を行い、ステップ111において、Y軸用の移動鏡7
Yの場合と同様にX軸用の移動鏡7Xの曲がりの形状の
計測を行う。そして、ステップ112において、主制御
系20はX軸用の移動鏡7Xの曲がり表す図6(e)の
実線のような関数を補正係数としてメモリ26に記憶さ
せる。その後、ステップ113において、図2のレチク
ルRとして実際の露光用のレチクルをセットして、露光
用のウエハWをウエハホルダー19にセットした状態
で、X軸用の移動鏡7X及びY軸用の移動鏡7Yの曲が
りの補正をしながらそのウエハWの各ショット領域への
露光を行う。この場合、あたかも移動鏡7X及び7Yの
反射面がほぼ完全な平面であるかの如くウエハステージ
6が移動するので、一連のショット領域を縦横に真直に
露光することができ、異なる露光装置間でのマッチング
精度が向上する。
【0039】また、図3の計測マーク30A,31A、
計測マーク31C,30Cを十字型のマークとすれば、
計測マーク30Aと31Aとに挟まれた計測マーク29
A及び計測マーク31Cと30Cとに挟まれた計測マー
ク29Cを用いなくとも、移動鏡7Yの曲がりの形状計
測を行うことができる。図7は図4(a)の第1のショ
ット領域33−1に対して第2のショット領域33−2
が中心36−2を軸としてθ方向に回転している状態を
示し、この図7において、第1のショット領域33−1
には十字マーク状の計測マーク30A′,31A′の像
30A′A,31A′Aが形成され、第2のショット領
域33−2には十字状の計測マーク30C′,31C′
の像30C′B,31C′Bが形成されている。この場
合、θ方向への回転により、計測マーク像30A′Aと
31C′BとはX方向にΔxc、Y方向にΔycだけず
れて、計測マーク像31A′Aと30C′BとはX方向
にΔxa、Y方向にΔyaだけずれている。
【0040】この場合、回転角θは次のようになる。
【数3】(Δya−Δyc)/(2Lx)≒θ そして、回転誤差Δryは次のように表される。
【数4】Δry={(Δxa−Δxc)/2}{(Δy
a−Δyc)/(2L)} =(Δxa−Δxc)(Δya−Δyc)/(4L)
【0041】また、Y方向のずれ量Δybは次のように
表される。
【数5】Δyb=(Δya+Δyc)/2 従って、このずれ量から回転誤差Δryを減算して得ら
れるショット領域33−2のY方向への位置ずれ量Δy
は、次のようになる。
【図6】 Δy=Δyb−Δry=(Δya+Δyc)/2 −(Δxa−Δxc)(Δya−Δyc)/(4L)
【0042】同様にして、計測マーク3の計測マーク3
0D,31D,30B,31Bも十字マークとして、X
軸用の移動鏡7Xの曲がりの計測を行う。このように計
測マークとして十字型のマークを使用することにより、
各計測マークは2つずつでよく、図3の計測マーク29
A,29B,29C,29Dは不要となる。
【0043】また、移動鏡7X及び7Yの曲がりの形状
が、ウエハステージ6の移動に伴う発熱及び露光エネル
ギーの吸収等による温度変化により変化する可能性があ
る場合は、予め異なる複数の温度で移動鏡7X及び7Y
の曲がりの形状を求めておく。そして、実際の露光時に
は移動鏡7X及び7Yの温度を随時計測して、計測され
た温度に対応する曲がりの形状のデータを使用してレー
ザー干渉計の計測座標を補正することにより、一連のシ
ョット領域を縦横により真直に露光することができる。
【0044】なお、実際に移動鏡7X及び7Yの曲がり
の計測を行う際には、平均化により計測誤差を低減させ
るために、1枚のウエハ上に例えばX方向に複数列の露
光を行い、X座標の同じ計測点のデータを平均化しても
よい。これにより、より高精度に移動鏡7X及び7Yの
曲がりの形状の計測を行うことができる。また、上述実
施例ではショット領域の回転誤差は計測マーク像の位置
ずれを利用して求めたが、ウエハステージ6の各ステッ
プ毎の回転量を計測できる機構がある場合は、その機構
を利用して回転量を計測してもよい。
【0045】また、図5の隣接するショット領域の重ね
合わせ部分の計測マークの像の位置は通常はウエハWの
現象後に計測する。しかしながら、ウエハWへの露光に
より露光部と非露光部とでレジストの屈折率が変化する
ので、屈折率変化による潜像の段階で各計測マークの像
の位置を計測することにより、現像を行わない分だけ効
率的に移動鏡7X及び7Yの曲がりの形状を計測するこ
とができる。このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。
【0046】
【発明の効果】本発明によれば、移動鏡の曲がりを計測
し、その値に基づき露光位置の補正を行うようにしてい
るため、露光パターンの配列がより真直となり、或る露
光装置で露光したパターン上に異なる露光装置で重ね合
わせ露光を行う場合のマッチング精度が向上する利点が
ある。また、移動鏡を加工する場合の平面度の精度を悪
くしても、移動鏡の曲がりの補正を行うことにより、露
光位置を真直にすることができるため、移動鏡の加工精
度を悪くすることができる。従って、移動鏡が大きい場
合でも移動鏡の加工が容易になり、製造コストを低減さ
せることができる。
【0047】また、計測用マスクの像の回転量の補正を
行うことにより、計測用マスクの傾き又はステッピング
の際のステージの回転等によらずに移動鏡の曲がりのみ
を正確に計測できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の露光動作を示すフローチャ
ートである。
【図2】本発明の一実施例が適用される投影露光装置の
概略を示す一部断面図を含む構成図である。
【図3】(a)はテストレチクルR1のパターンを示す
平面図、(b)は計測マーク29Aの拡大平面図、
(c)は計測マーク30Aの拡大平面図である。
【図4】(a)は移動鏡7Yの曲がりによるウエハW上
のショット領域の配列の曲がりを示す平面図、(b)は
図4(a)のA部の拡大平面図である。
【図5】隣接するショット領域間の回転誤差の説明図で
ある。
【図6】計測データから移動鏡の曲がりを求める手順の
説明に供する特性図である。
【図7】図3の計測パターンの変形例を用いた場合の隣
接するショット領域間の回転誤差の説明図である。
【図8】従来の投影露光装置の構成を示す斜視図であ
る。
【図9】移動鏡の曲がりによるショット領域の配列の曲
がりを示す平面図である。
【符号の説明】
R レチクル R1 テストレチクル PL 投影光学系 W ウエハ 1 光源 4 フライアイレンズ 6 ウエハステージ 7Y Y軸用の移動鏡 8Y Y軸用のレーザー干渉計 17 コンデンサーレンズ 20 主制御系 21Y 温度センサー 23 座標計測回路 27 アライメント系 29A,30A,31A,29C,30C,31C 計
測マーク 33−1,33−2,33−3 ショット領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/68 H01L 21/30 525X (56)参考文献 特開 昭57−210626(JP,A) 特開 昭63−132425(JP,A) 特開 平3−10105(JP,A) 特開 昭62−247529(JP,A) 特開 平4−109251(JP,A) 特開 平4−80912(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動鏡が固定され2次元平面内で感光基
    板を位置決めするステージと、前記移動鏡から反射され
    る光ビームを用いて前記ステージの座標を計測する座標
    計測手段と、露光光でマスクを照明する照明光学系と、
    前記マスクの像を前記ステージ上の感光基板に投影する
    投影光学系とを有する露光装置の露光方法において、 前記マスクとしてパターン領域の一端近傍に複数の第1
    の計測マークが形成され前記パターン領域の他端近傍に
    複数の第2の計測マークが形成された計測用マスクを用
    いて、且つ前記移動鏡を用いて計測された座標に基づい
    て前記ステージをステッピングさせながら、前記計測用
    マスクのパターンを前記ステージ上の感光基板の複数の
    ショット領域に前記第1の計測マークの像と前記第2の
    計測マークの像とがほぼ重なり合うように順次露光する
    第1の工程と、 前記感光基板上に露光された前記第1の計測マークの像
    の位置と前記第2の計測マークの像の位置との差より前
    記感光基板上の前記複数のショット領域の相対的な配列
    を算出する第2の工程と、 該算出された前記複数のショット領域の相対的な配列よ
    り前記移動鏡の曲がりを算出する第3の工程と、 前記マスクとして転写用のパターンが形成された露光用
    のマスクを用いて、前記移動鏡を用いて計測された座標
    に前記第3の工程で算出された前記移動鏡の曲がりの補
    正をして得られた座標に基づいて前記ステージをステッ
    ピングさせながら、前記露光用のマスクのパターンを前
    記ステージ上の感光基板の各ショット領域に露光する第
    4の工程とを有する事を特徴とする露光方法。
  2. 【請求項2】 前記第2の工程と第3の工程との間で、
    前記感光基板上に露光された前記第1の計測マークの像
    の位置と前記第2の計測マークの像の位置との差より前
    記感光基板上の前記複数のショット領域に転写される前
    記計測用マスクの像の回転量を計測する第5の工程を実
    行し、 前記第3の工程では、前記感光基板上に露光された前記
    第1の計測マークの像の位置と前記第2の計測マークの
    像の位置との差及び前記第2の工程で求めた前記計測用
    マスクの像の回転量とより前記感光基板上の前記複数の
    ショット領域の相対的な配列を算出する事を特徴とする
    請求項1記載の露光方法。
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