JP3884098B2 - 露光装置および露光方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ等の半導体装置の製造工程で使用される露光装置および露光方法に係り、特に光学式縮小投影露光装置により投影されたパターンの位置検出精度を向上させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の回路パターンの微細化に伴い、パターン転写手段として、高解像性能を有する光学式縮小投影露光装置が広く使用されてきた。この露光装置でデバイスパターンを描画する場合、露光に先だって半導体ウエハを高精度に位置合わせ（アライメント）する必要がある。
【０００３】
このアライメントに際して、通常はウエハ上に形成されたマーク位置を検出しており、このウエハマーク位置の検出方法は、ダイバイダイ方式とグローバル方式とに大きく分類できる。
【０００４】
前者のダイバイダイ方式は、ウエハ上のチップ毎にマーク位置を検出してアラメントを行うので、高精度な位置合わせが可能である。後者のグローバルアライメント方式は、ウエハ上に形成された数個のアライメントマークをアライメント光学系を用いて検出し、検出されたマーク位置からチップの配列を補正して露光を行うものである。
【０００５】
前記ダイバイダイ方式は、高精度な位置決めができる反面、グローバルアライメント方式と比べて生産性が劣るので、グローバル方式が多用されている。
図５は、従来のステッパー型の露光装置におけるアライメント装置の構成とアライメント信号処理系を概略的に示している。
【０００６】
図６は、図５中の半導体ウエハ４上に予め形成されたアライメントマーク９の配置例を示す。
前記ウエハ４は、ウエハステージ５上に搭載されており、ウエハステージ５はウエハステージ駆動機構（図示せず）によってウエハステージ５に平行なｘｙ方向に移動可能である。
【０００７】
電子ビームなどで回路パターンが描画された露光領域を有するレチクル６は、レチクルステージ１０上に搭載されており、レチクルステージ１０はレチクルステージ駆動機構（図示せず）によってレチクルステージ１０に平行なｘｙ方向に移動可能である。
【０００８】
アライメント装置１は、投影レンズ２の付近に配置されており、アライメント光照射部（図示せず）から前記ウエハ４上のアライメントマーク９にＨｅＮｅレーザ３のようなアライメント光を照射し、上記アライメントマーク９で反射回折したアライメント光を受光器（図示せず）で電気信号に変換し、アライメント信号処理回路（図示せず）で位置情報（アライメント出力信号）に変換するものである。
【０００９】
レーザ干渉計７は、前記ウエハステージ５上に取り付けられたミラー７ａにレーザ光を照射し、上記ミラーで反射したレーザ光を検出することによりウエハステージ５の位置を計測するものである。
【００１０】
演算装置８は、前記アライメント装置１で得られたアライメントマーク位置情報と前記レーザ干渉計７で得られたウエハステージ位置情報との演算処理を行い、処理結果に基づいてウエハステージ５の位置を制御するための信号を出力するものである。
【００１１】
次に、露光装置を用いた露光方法について説明する。
ウエハ４を露光する前に、ウエハステージ５上にウエハ４を搭載した状態でアライメントマーク位置をアライメント光学系で測定し、このアライメントマーク計測位置からウエハ面上のショット配列を求める。
【００１２】
ウエハ面上に配置されるショット配列位置は、１次の系統誤差であるウエハ線形誤差Ｌw とウエハ面内ランダム誤差（Ｓwx，Ｓwy）に分離できる。
上記ウエハ線形誤差Ｌw は、図７（ａ）に示すように、ｘｙ方向の平行シフト誤差（αx ，αy ）、ウエハ回転方向の誤差（回転誤差）θw 、ウエハの膨張伸縮を表すスケーリング誤差（Ｅx ，Ｅy ）、直交度誤差θwoを含む。
【００１３】
設計上のマーク位置（Ｘ，Ｙ）と測定によって得られたマーク位置との差を（ｄｘw ，ｄｙw ）とすると、ウエハ上のマーク検出位置誤差はウエハ面内の座標（ｘ，ｙ）の関数となって次式（１）で表わすことができる。
【００１４】
ここで、（αx ，αy ）はｘｙ方向の平行シフト誤差、θw はウエハ回転方向の誤差係数、（Ｅx ，Ｅy ）はウエハの膨張伸縮を表すスケーリング誤差係数、θwoは直交度誤差係数、（Ｓwx，Ｓwy）は残りのランダム誤差を表す。これらのウエハ面内線形誤差係数（αx ，αy ，Ｅx ，Ｅy ，θw ，θwo）は演算装置８で最小二乗法を用いて求める。
【００１５】
アライメント後、実際に露光するショット位置（ｘw ，ｙw ）は設計値の（Ｘ、Ｙ）に対して、次式（２）で表わされる座標位置を用いる。
ｘw = Ｘ + Δｘw
ｙw = Ｙ + Δｙw …（２）
ここで、ウエハ面内誤差Δｘw 、Δｙw は
Δｘw ＝αx −( θw + θwo）・ｙ＋Ｅx ・ｘ
Δｙw ＝αy ＋θw ・ｘ＋Ｅy ・ｙ
を表わす。
【００１６】
一方、ショット内誤差は、図７（ｂ）に示すように、ショット内線形誤差Ｌｓ（回転、倍率、スキュー）とショット内ランダム誤差（Ｓsx，Ｓsy）に分離できる。設計上のマーク位置（Ｘs ，Ｙs ）と測定によって得られたマーク位置との差を（ｄｘs ，ｄｙs ）とすると、ショット内での位置誤差はショット内の座標（ｘs ，ｙs ）の関数となって次式（３）で表わすことができる。
【００１７】
ここで、（Ｍx ，Ｍy ）はショットの膨張伸縮を表すショット倍率誤差係数、θs はショット回転方向の誤差係数、θsoはショットスキュー誤差係数、（Ｓsx，Ｓsy）は残りのショット内ランダム誤差を表す。これらのショット内線形誤差係数（Ｍx ，Ｍy ，θs ，θso）は演算装置８で最小二乗法を用いて求める。
【００１８】
ステップアンドリピートして露光するステッパー型の露光装置では、上記したようなショット内線形誤差Ｌs のうちショット回転（θs ）とショットの等方倍率（Ｍx ＋Ｍy ）／２とは補正することができる。
【００１９】
一方、水銀ランプやエキシマレーザなどの光を光源とし、レチクルステージとウエハステージを移動させることによってレチクルとウエハを相対的に移動しながら露光するレチクルとウエハを相対的に移動しながら露光するスキャン型の露光装置では、スキャン露光をしながらショット内線形誤差Ｌｓ（θs 、Ｍx 、Ｍy 、θso）を補正することができる。
【００２０】
従来、ショット内線形誤差Ｌs の補正は定数補正により行っていたが、ウエハステージ５のヨーイング誤差やウエハステージ位置の基準となるレーザー干渉計７のミラー曲がりなどによって、ショット回転がウエハステージ位置によって変化する誤差などのように、ウエハステージ位置に依存してショット内系統誤差が変化する場合があり、このような変化に伴う誤差を補正してはいない。
しかし、ウエハサイズの大型化に伴い、ウエハステージ位置に依存して変化するショット内系統誤差が無視できなくなってきている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の光学式縮小投影を用いた露光装置および露光方法は、ウエハステージ位置に依存して変化するショット内系統誤差Ｌs を補正していないという問題があった。
【００２２】
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、ウエハステージ位置に依存するショット内の系統誤差を補正でき、露光パターンの重ね合わせ精度を向上させ、あるいは基準位置からのパターンずれを抑制し得る光学式縮小投影方式の露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の露光装置は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する露光装置であって、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似し、前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する補正手段を具備することを特徴とする。
【００２４】
第２の発明の露光装置は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する露光装置であって、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差を求め、前記倍率誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｍ（ｘ，ｙ）で近似し、前記ショットの等方倍率を前記関数Ｍ（ｘ，ｙ）にしたがって調整するように制御する補正手段を具備することを特徴とする。
【００２５】
第３の発明の露光装置は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する露光装置であって、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差および倍率誤差を求め、前記回転誤差および倍率誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）、Ｍ（ｘ，ｙ）で近似し、前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数 θｓ（ｘ，ｙ）、Ｍ（ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするとともに前記ショットの等方倍率を前記関数θｓ（ｘ，ｙ）、Ｍ（ｘ，ｙ）にしたがって調整するように制御する補正手段を具備することを特徴とする。
【００２６】
第４の発明の露光装置は、ウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に電子ビームにより回路パターンを描画する電子ビーム露光装置であって、前記ウエハに対する描画中にショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少なくとも１つを補正する機構と、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する補正手段とを具備することを特徴とする。
【００２７】
第５の発明の露光装置は、マスクステージ上に搭載されたマスク上に回路パターンを露光するマスクパターン露光装置であって、前記マスクに対する露光中にショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少なくとも１つを補正する機構と、前記マスク上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つをマスク面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、前記マスクステージを前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する補正手段とを具備することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の露光方法は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する際、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）を求め、ショット回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方の位置を関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めすることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るステッパー型の露光装置の一例を概略的に示している。
【００３０】
この露光装置は、図５に示した従来例のステッパー型の露光装置と比べて、１次のショット内誤差だけでなく、高次のショット内誤差も補正し得るように（本例ではショット回転誤差を補正し得るように）構成されている点が異なる。
【００３１】
即ち、図１の露光装置は、回路パターンが描画されたレチクル６と、レチクルを搭載したレチクルステージ１０ａと、レチクルＸＹステージ駆動装置１１と、レチクルステージ位置計測装置１５と、上面に位置識別用の複数のアライメントマーク９が形成された半導体ウエハ４を搭載したウエハステージ５ａと、ウエハＸＹステージ駆動装置１２と、ウエハステージ位置計測装置７と、前記レチクル６の回路パターンをウエハ４上に投影してショットを形成する投影光学装置と、ウエハ４上に形成された位置識別用の複数のアライメントマーク９の位置を検出して前記レチクル６およびウエハ４を所望の位置に合わせるためのアライメント装置１ａと、演算装置８ａと、ショット回転調整装置１３と、ショット回転誤差補正手段とを具備する。
【００３２】
前記レチクルステージ１０ａは、レチクル面内のｘ，ｙ座標方向および前記ステージ面内の回転方向（θ方向）に移動可能であり、前記レチクルＸＹステージ駆動装置１１は、レチクルステージ１０ａを平行方向（ｘ，ｙ方向）に駆動するものである。
【００３３】
前記ウエハステージ５ａは、ｘ，ｙ，θ方向に移動可能であり、前記ウエハＸＹステージ駆動装置１２は、ウエハステージ５ａを平行方向に駆動する。
前記ウエハステージ位置計測装置７は、前記ウエハステージ５ａのｘ，ｙ，θ方向の位置を計測するものであり、例えばウエハ干渉計７およびミラー７ａが用いられる。
【００３４】
前記ショット回転調整装置１３は、前記レチクルステージ１０ａおよびウエハステージ５ａの少なくとも一方のθ方向位置を調整するものである。
レチクルステージ位置計測装置１５は、前記レチクルステージ１０ａのｘ，ｙ，θ方向の位置を計測するものであり、例えばレチクル干渉計１５およびミラー１５ａが用いられる。
【００３５】
前記投影光学装置は、例えば水銀ランプやエキシマレーザなどの光を光源とし、前記投影レンズ２を介して前記レチクル６の回路パターンをウエハ４上に投影してショットを形成するものである。
【００３６】
前記アライメント装置１ａは、投影レンズ２の付近からＨｅＮｅレーザ３のようなアライメント光を前記ウエハ４上のアライメントマーク９に照射し、上記アライメントマーク９で反射回折したアライメント光を受光器（図示せず）で電気信号に変換し、アライメント信号処理回路（図示せず）でアライメント出力信号として位置情報に変換するものである。
【００３７】
演算装置８ａは、前記アライメント装置１ａから得られるアライメント出力信号をアライメント信号処理装置（図示せず）で処理した信号と前記レチクル干渉計１５およびウエハ干渉計７から得られた出力信号を演算処理するものである。
【００３８】
前記ショット回転調整装置１３は、前記レチクルステージ１０ａおよびウエハステージ５ａの少なくとも一方を回転方向に駆動するステージ回転駆動装置を有するものであり、本例では、前記レチクルレチクルステージ１０ａを回転方向に駆動するレチクルステージ回転駆動装置（図示せず）と前記ウエハステージ５ａを回転方向に駆動するウエハステージ回転駆動装置（図示せず）とを有する。
【００３９】
前記ショット回転誤差補正手段は、ウエハ４上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似して、前記レチクルステージのステージ面内回転位置およびウエハステージのステージ面内回転位置を前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように前記ショット回転調整装置を制御するものであり、本例では前記アライメント装置１ａ内に設けられている。
【００４０】
次に、図１の露光装置を用いた露光方法について説明する。
この露光方法においては、従来例のステッパー型の露光装置を用いた露光方法と比べて、１次のショット内誤差だけでなく、高次のショット内誤差（本例ではショット回転誤差）も補正するようにした点が異なり、その他は同様である。
【００４１】
即ち、従来例の露光方法と同様に、ウエハ４を露光する前に、ウエハステージ５ａ上のウエハ４上のアライメントマーク９の位置をアライメント光学系で測定し、アライメントマーク計測位置からウエハ４上のショット配列を求める。
【００４２】
ウエハ４上のショット配列の位置は、１次の系統誤差であるウエハ線形誤差Ｌw とウエハ面内ランダム誤差（Ｓwx，Ｓwy）に分離できる。
上記ウエハ線形誤差Ｌw は、図７（ａ）に示したように、ｘｙ方向の平行シフト誤差（αx ，αy ）、ウエハ回転方向の誤差（回転誤差）θw 、ウエハの膨張伸縮を表すスケーリング誤差（Ｅx ，Ｅy ）、直交度誤差θwoを含む。
【００４３】
設計上のアライメントマーク位置（Ｘ，Ｙ）と測定によって得られたアライメントマーク位置との差を（ｄｘw ，ｄｙw ）とすると、ウエハ４上のマーク検出位置誤差はウエハ面内の座標（ｘ，ｙ）の関数となって（１）式で表わすことができる。
【００４４】
ここで、（αx ，αy ）はｘｙ方向の平行シフト誤差、θw はウエハ回転方向の誤差係数、（Ｅx ，Ｅy ）はウエハの膨張伸縮を表すスケーリング誤差係数、θwoは直交度誤差係数、（Ｓwx，Ｓwy）は残りのランダム誤差を表す。
【００４５】
これらのウエハ面内線形誤差係数（αx ，αy ，Ｅx ，Ｅy ，θw ，θwo）は最小二乗法を用いて求める。
アライメント後、実際に露光するショット位置（ｘw ，ｙw ）は設計値の（Ｘ、Ｙ）に対して、（２）式で表わされる座標位置を用いる。
【００４６】
ｘw ＝Ｘ＋Δｘw
ｙw ＝Ｙ＋Δｙw …（２）
ここで、ウエハ面内誤差Δｘw 、Δｙw は
Δｘw ＝αx −（θw ＋θwo）・ｙ＋Ｅx ・ｘ
Δｙw ＝αy ＋θw ・ｘ＋Ｅy ・ｙ
を表わす。
【００４７】
一方、ショット内誤差は、図７（ｂ）に示したように、ショット内線形誤差Ｌｓ（回転、倍率、スキュー）とショット内ランダム誤差（Ｓsx，Ｓsy）に分離できる。この際、設計上のマーク位置（Ｘs ，Ｙs ）と測定によって得られたマーク位置との差を（ｄｘs ，ｄｙs ）とすると、ショット内での位置誤差はショット内の座標（ｘs ，ｙs ）の関数となって（３）式で表わすことができる。
【００４８】
ここで、（Ｍx ，Ｍy ）はショットの膨張伸縮を表すショット倍率誤差係数、θs はショット回転方向の誤差係数、θsoはショットスキュー誤差係数、（Ｓsx，Ｓsy）は残りのショット内ランダム誤差を表す。これらのショット内線形誤差係数（Ｍx ，Ｍy ，θs ，θso）は最小二乗法を用いて求める。
【００４９】
上記したようなショット内線形誤差Ｌs のうちショット回転（θs ）とショットの等方倍率（Ｍx ＋Ｍy ）／２とはアライメント装置１ａにより従来例と同様に補正することができる。
【００５０】
次に、図２を参照して、ウエハ座標に依存する高次（ｎ次）ショット内誤差について説明する。
図７（ｂ）に示したように、ウエハ面内のチップ領域のショット回転誤差は、（４）式に示すように、ウエハ面座標ｘ，ｙのｎ次関数θ（ｘ，ｙ）で近似される。
【００５１】
ここで、右辺第１項のθs は前式（３）で示したショット回転誤差であり、右辺第２項以下の（θ1 、θ2 、θ3 、θ4 、θ5 、…）は、ｎ次関数近似した各次数における係数であり、最小２乗近似などによって求めることができる。
【００５２】
このようにウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似し（つまり、ショット回転誤差のウエハ面座標を関数とする高次成分回転誤差を求め）、前記レチクルステージ１０ａのステージ面内回転位置およびウエハステージ５ａのステージ面内回転位置を前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように前記ショット回転調整装置１３を制御することにより、露光に際して例えば第１層目の回路パターンと第２層目の回路パターンとの重ね合わせ精度の向上を図ることが可能になる。
【００５３】
上記した実施の形態では、ショット回転誤差θ(x,y) のみの補正を行ったが、本発明は、ショット倍率誤差Ｍx ，Ｍy のみの補正、ショット回転誤差θ(x,y) およびショット倍率誤差Ｍx ，Ｍy の補正、ショットスキュー誤差θsoの補正を行う場合にも適用できる。
【００５４】
つまり、上記ショット倍率誤差Ｍx(x,y)，Ｍy(x,y)、ショットスキュー誤差θso(x,y) は、前式（４）式と同様に、ウエハ面座標ｘ，ｙのｎ次関数で次式（５）〜（７）のように近似できる。
【００５５】
上式（５）〜（７）中のｘ，ｙ座標のｎ次関数で表された各係数は、最小２乗近似などによって求めることができる。
【００５６】
このようにショット倍率誤差Ｍx ，Ｍy 、ショットスキュー誤差θsoについてウエハ面座標の関数とする高次成分誤差を求め、等方倍率補正、スキュー補正を行うことにより、露光パターンの重ね合わせ精度の一層の向上を図ることが可能になる。
【００５７】
次に、前式（５）〜（７）で得られたウエハ座標ｘ，ｙに依存するショト内の回転誤差と倍率誤差とを補正する例について説明する。
この場合には、図１の露光装置において、さらに、前記ウエハ上に投影されるショットの等方倍率を調整するための等方倍率調整装置１４を具備する必要がある。
【００５８】
ショット内回転誤差θ（ｘ，ｙ）の補正は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応して前記ショット回転調整装置１３を制御し、ウエハステージ５ａおよびレチクルステージ１０ａを回転することにより補正可能である。
【００５９】
ショット倍率Ｍ(=(Mx+My)/2)の補正は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応して等方倍率調整装置１４を調整する（例えば前記投影光学装置における投影レンズ２の空気圧を変えて倍率を変える）ことにより補正可能である。
【００６０】
図３は、図１の露光装置を用いた露光方法の適用例におけるフローチャートを示している。
図１の露光装置を用いた露光方法においては、露光に先立ってウエハ座標ｘ，ｙのｎ次成分のショット内誤差（θｓ（ｘ，ｙ）、Ｍｘ（ｘ，ｙ）、Ｍｙ（ｘ，ｙ）、θｓｏ（ｘ，ｙ））を求める必要がある。
【００６１】
そこで、例えば２５枚程度のウエハを１ロットとして露光装置により連続して露光する時、ｎ次のショット内誤差は、予め指定された特定のウエハ（例えば最初に露光を行う対象となる１枚目のウエハ）に関しては、露光装置のアライメント装置によって計測して求め、このショット誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、レチクルステージおよびウエハステージの位置を前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めした後、上記特定のウエハおよび他のウエハに対する露光を順次行う。
【００６２】
なお、前述したようなスキャン型の露光装置（水銀ランプやエキシマレーザなどの光を光源とし、レチクルステージとウエハステージを移動させることによってレチクルとウエハを相対的に移動しながら露光する装置）では、スキャン露光をしながらショット内線形誤差Ｌｓ（θs 、Ｍx 、Ｍy 、θso）の全てを補正することができる。
【００６３】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るスキャン型の露光装置の一例を概略的に示している。
このスキャン露光装置は、第１の実施の形態に係るステッパ型の露光装置と比べて、（１）レチクルステージ１０ｂがｘ，ｙ、θ、スキュー（θo ）方向に移動する点、（２）レチクル干渉計１５ｂがｘ，ｙ、θ、θo 方向のレチクルステージ位置を計測する点、（３）補正手段の制御機能が異なり、その他は同じであるので、図１中と同一符号を付している。
【００６４】
次に、図４のスキャン型の露光装置を用いて、前式（４）〜（７）で得られたウエハ座標ｘ，ｙに依存するショト内の回転誤差、倍率誤差、スキュー誤差に関する補正を行う例について説明する。
【００６５】
ショット内回転誤差θ（ｘ，ｙ）の補正は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応してウエハステージ５ａおよびレチクルステージ１０ａを回転することにより補正可能である。
【００６６】
ショット倍率Ｍx 、Ｍy の補正は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応して投影レンズ２の倍率とウエハステージ５ａおよびレチクルステージ１０ａの相対的なスキャンスピードを変えることによりそれぞれ補正可能である。
【００６７】
ショットスキューθo （ｘ，ｙ）の補正は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応してウエハステージ５ａおよびレチクルステージ１０ａの相対的なスキャンスピードを変えることにより補正可能である。
【００６８】
なお、本発明は、上述したように高次のショット内誤差を補正することを特徴とするものであり、露光装置の補正方法に関しては特に限定されるものではなく、次に述べるように実施したすることも可能である。
【００６９】
即ち、露光装置の補正方法に関しては、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似して求め、この結果をオフラインでフィードバックしてレチクルパターンを修正し、あるいはレチクルステージの位置を補正するようにしてもよい。
【００７０】
また、本発明は、電子ビームを用いてパターンを描画する電子ビーム露光装置やマスクパターンを形成するためのマスクパターン露光装置にも適用できる。
電子ビーム露光装置に適用する際には、ウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に電子ビームにより回路パターンを描画する露光装置において、前記ウエハに対する描画中にショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少なくとも１つを補正する機構と、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似して、前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する補正手段とを具備すればよい。
【００７１】
マスクパターン露光装置に適用する際には、マスクステージ上に搭載されたマスク上に回路パターンを露光する露光装置において、前記マスクに対する露光中にショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少なくとも１つを補正する機構と、前記マスク上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つをマスク面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似して、前記マスクステージを前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する補正手段とを具備することにより、マスク上の基準位置からのパターンずれを抑制することができる。
【００７２】
【発明の効果】
上述したように本発明の露光装置によれば、ウエハステージ位置に依存するショット内の系統誤差を補正するために、ショット内誤差（θｓ（ｘ，ｙ）、Ｍｘ（ｘ，ｙ）、Ｍｙ（ｘ，ｙ）、θｓｏ（ｘ，ｙ）のうちの少なくとも１つ）のウエハ座標（ｘ，ｙ）に関するｎ次成分を求めて露光位置を補正することにより、露光パターンの重ね合わせ精度を向上させ、あるいは基準位置からのパターンずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るステッパー型の露光装置の一例を概略的に示す構成説明図。
【図２】図１の露光装置により形成されたショットのウエハ座標に依存するｎ次ショット内誤差を説明するために示す図。
【図３】図１の露光装置を用いた露光方法の適用例を示すフローチャート。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るスキャン型の露光装置の一例を概略的に示す構成説明図。
【図５】従来のステッパー型の光学式縮小投影露光装置を概略的に示す構成説明図。
【図６】ウエハ面内に配置したアライメントマークの一例を示す平面図。
【図７】ウエハ面内誤差およびショット内誤差を説明するために示す図。
【符号の説明】
１ａ…アライメント装置、
２…投影光学装置（投影レンズ）、
４…半導体ウエハ、
５ａ…ウエハステージ、
６…レチクル、
７…ウエハステージ位置計測装置（ウエハ干渉計）、
８ａ…演算装置、
９…アライメントマーク、
１０ａ、１０ｂ…レチクルステージ、
１１…レチクルＸＹステージ駆動装置、
１２…ウエハＸＹステージ駆動装置、
１３…ショット回転調整装置、
１４…等方倍率調整装置、
１５、１５ｂ…レチクルステージ位置計測装置（レチクル干渉計）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ等の半導体装置の製造工程で使用される露光装置および露光方法に係り、特に光学式縮小投影露光装置により投影されたパターンの位置検出精度を向上させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の回路パターンの微細化に伴い、パターン転写手段として、高解像性能を有する光学式縮小投影露光装置が広く使用されてきた。この露光装置でデバイスパターンを描画する場合、露光に先だって半導体ウエハを高精度に位置合わせ（アライメント）する必要がある。
【０００３】
このアライメントに際して、通常はウエハ上に形成されたマーク位置を検出しており、このウエハマーク位置の検出方法は、ダイバイダイ方式とグローバル方式とに大きく分類できる。
【０００４】
前者のダイバイダイ方式は、ウエハ上のチップ毎にマーク位置を検出してアラメントを行うので、高精度な位置合わせが可能である。後者のグローバルアライメント方式は、ウエハ上に形成された数個のアライメントマークをアライメント光学系を用いて検出し、検出されたマーク位置からチップの配列を補正して露光を行うものである。
【０００５】
前記ダイバイダイ方式は、高精度な位置決めができる反面、グローバルアライメント方式と比べて生産性が劣るので、グローバル方式が多用されている。
図５は、従来のステッパー型の露光装置におけるアライメント装置の構成とアライメント信号処理系を概略的に示している。
【０００６】
図６は、図５中の半導体ウエハ４上に予め形成されたアライメントマーク９の配置例を示す。
前記ウエハ４は、ウエハステージ５上に搭載されており、ウエハステージ５はウエハステージ駆動機構（図示せず）によってウエハステージ５に平行なｘｙ方向に移動可能である。
【０００７】
電子ビームなどで回路パターンが描画された露光領域を有するレチクル６は、レチクルステージ１０上に搭載されており、レチクルステージ１０はレチクルステージ駆動機構（図示せず）によってレチクルステージ１０に平行なｘｙ方向に移動可能である。
【０００８】
アライメント装置１は、投影レンズ２の付近に配置されており、アライメント光照射部（図示せず）から前記ウエハ４上のアライメントマーク９にＨｅＮｅレーザ３のようなアライメント光を照射し、上記アライメントマーク９で反射回折したアライメント光を受光器（図示せず）で電気信号に変換し、アライメント信号処理回路（図示せず）で位置情報（アライメント出力信号）に変換するものである。
【０００９】
レーザ干渉計７は、前記ウエハステージ５上に取り付けられたミラー７ａにレーザ光を照射し、上記ミラーで反射したレーザ光を検出することによりウエハステージ５の位置を計測するものである。
【００１０】
演算装置８は、前記アライメント装置１で得られたアライメントマーク位置情報と前記レーザ干渉計７で得られたウエハステージ位置情報との演算処理を行い、処理結果に基づいてウエハステージ５の位置を制御するための信号を出力するものである。
【００１１】
次に、露光装置を用いた露光方法について説明する。
ウエハ４を露光する前に、ウエハステージ５上にウエハ４を搭載した状態でアライメントマーク位置をアライメント光学系で測定し、このアライメントマーク計測位置からウエハ面上のショット配列を求める。
【００１２】
ウエハ面上に配置されるショット配列位置は、１次の系統誤差であるウエハ線形誤差Ｌw とウエハ面内ランダム誤差（Ｓwx，Ｓwy）に分離できる。
上記ウエハ線形誤差Ｌw は、図７（ａ）に示すように、ｘｙ方向の平行シフト誤差（αx ，αy ）、ウエハ回転方向の誤差（回転誤差）θw 、ウエハの膨張伸縮を表すスケーリング誤差（Ｅx ，Ｅy ）、直交度誤差θwoを含む。
【００１３】
設計上のマーク位置（Ｘ，Ｙ）と測定によって得られたマーク位置との差を（ｄｘw ，ｄｙw ）とすると、ウエハ上のマーク検出位置誤差はウエハ面内の座標（ｘ，ｙ）の関数となって次式（１）で表わすことができる。
【００１４】
【００１５】
アライメント後、実際に露光するショット位置（ｘw ，ｙw ）は設計値の（Ｘ、Ｙ）に対して、次式（２）で表わされる座標位置を用いる。
ｘw = Ｘ + Δｘw
ｙw = Ｙ + Δｙw …（２）
ここで、ウエハ面内誤差Δｘw 、Δｙw は
Δｘw ＝αx −( θw + θwo）・ｙ＋Ｅx ・ｘ
Δｙw ＝αy ＋θw ・ｘ＋Ｅy ・ｙ
を表わす。
【００１６】
一方、ショット内誤差は、図７（ｂ）に示すように、ショット内線形誤差Ｌｓ（回転、倍率、スキュー）とショット内ランダム誤差（Ｓsx，Ｓsy）に分離できる。設計上のマーク位置（Ｘs ，Ｙs ）と測定によって得られたマーク位置との差を（ｄｘs ，ｄｙs ）とすると、ショット内での位置誤差はショット内の座標（ｘs ，ｙs ）の関数となって次式（３）で表わすことができる。
【００１７】
【００１８】
ステップアンドリピートして露光するステッパー型の露光装置では、上記したようなショット内線形誤差Ｌs のうちショット回転（θs ）とショットの等方倍率（Ｍx ＋Ｍy ）／２とは補正することができる。
【００１９】
一方、水銀ランプやエキシマレーザなどの光を光源とし、レチクルステージとウエハステージを移動させることによってレチクルとウエハを相対的に移動しながら露光するレチクルとウエハを相対的に移動しながら露光するスキャン型の露光装置では、スキャン露光をしながらショット内線形誤差Ｌｓ（θs 、Ｍx 、Ｍy 、θso）を補正することができる。
【００２０】
従来、ショット内線形誤差Ｌs の補正は定数補正により行っていたが、ウエハステージ５のヨーイング誤差やウエハステージ位置の基準となるレーザー干渉計７のミラー曲がりなどによって、ショット回転がウエハステージ位置によって変化する誤差などのように、ウエハステージ位置に依存してショット内系統誤差が変化する場合があり、このような変化に伴う誤差を補正してはいない。
しかし、ウエハサイズの大型化に伴い、ウエハステージ位置に依存して変化するショット内系統誤差が無視できなくなってきている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の光学式縮小投影を用いた露光装置および露光方法は、ウエハステージ位置に依存して変化するショット内系統誤差Ｌs を補正していないという問題があった。
【００２２】
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、ウエハステージ位置に依存するショット内の系統誤差を補正でき、露光パターンの重ね合わせ精度を向上させ、あるいは基準位置からのパターンずれを抑制し得る光学式縮小投影方式の露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の露光装置は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する露光装置であって、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似し、前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する補正手段を具備することを特徴とする。
【００２４】
第２の発明の露光装置は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する露光装置であって、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差を求め、前記倍率誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｍ（ｘ，ｙ）で近似し、前記ショットの等方倍率を前記関数Ｍ（ｘ，ｙ）にしたがって調整するように制御する補正手段を具備することを特徴とする。
【００２５】
第３の発明の露光装置は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する露光装置であって、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差および倍率誤差を求め、前記回転誤差および倍率誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）、Ｍ（ｘ，ｙ）で近似し、前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数 θｓ（ｘ，ｙ）、Ｍ（ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするとともに前記ショットの等方倍率を前記関数θｓ（ｘ，ｙ）、Ｍ（ｘ，ｙ）にしたがって調整するように制御する補正手段を具備することを特徴とする。
【００２６】
第４の発明の露光装置は、ウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に電子ビームにより回路パターンを描画する電子ビーム露光装置であって、前記ウエハに対する描画中にショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少なくとも１つを補正する機構と、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する補正手段とを具備することを特徴とする。
【００２７】
第５の発明の露光装置は、マスクステージ上に搭載されたマスク上に回路パターンを露光するマスクパターン露光装置であって、前記マスクに対する露光中にショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少なくとも１つを補正する機構と、前記マスク上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つをマスク面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、前記マスクステージを前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する補正手段とを具備することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の露光方法は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する際、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）を求め、ショット回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方の位置を関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めすることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るステッパー型の露光装置の一例を概略的に示している。
【００３０】
この露光装置は、図５に示した従来例のステッパー型の露光装置と比べて、１次のショット内誤差だけでなく、高次のショット内誤差も補正し得るように（本例ではショット回転誤差を補正し得るように）構成されている点が異なる。
【００３１】
即ち、図１の露光装置は、回路パターンが描画されたレチクル６と、レチクルを搭載したレチクルステージ１０ａと、レチクルＸＹステージ駆動装置１１と、レチクルステージ位置計測装置１５と、上面に位置識別用の複数のアライメントマーク９が形成された半導体ウエハ４を搭載したウエハステージ５ａと、ウエハＸＹステージ駆動装置１２と、ウエハステージ位置計測装置７と、前記レチクル６の回路パターンをウエハ４上に投影してショットを形成する投影光学装置と、ウエハ４上に形成された位置識別用の複数のアライメントマーク９の位置を検出して前記レチクル６およびウエハ４を所望の位置に合わせるためのアライメント装置１ａと、演算装置８ａと、ショット回転調整装置１３と、ショット回転誤差補正手段とを具備する。
【００３２】
前記レチクルステージ１０ａは、レチクル面内のｘ，ｙ座標方向および前記ステージ面内の回転方向（θ方向）に移動可能であり、前記レチクルＸＹステージ駆動装置１１は、レチクルステージ１０ａを平行方向（ｘ，ｙ方向）に駆動するものである。
【００３３】
前記ウエハステージ５ａは、ｘ，ｙ，θ方向に移動可能であり、前記ウエハＸＹステージ駆動装置１２は、ウエハステージ５ａを平行方向に駆動する。
前記ウエハステージ位置計測装置７は、前記ウエハステージ５ａのｘ，ｙ，θ方向の位置を計測するものであり、例えばウエハ干渉計７およびミラー７ａが用いられる。
【００３４】
前記ショット回転調整装置１３は、前記レチクルステージ１０ａおよびウエハステージ５ａの少なくとも一方のθ方向位置を調整するものである。
レチクルステージ位置計測装置１５は、前記レチクルステージ１０ａのｘ，ｙ，θ方向の位置を計測するものであり、例えばレチクル干渉計１５およびミラー１５ａが用いられる。
【００３５】
前記投影光学装置は、例えば水銀ランプやエキシマレーザなどの光を光源とし、前記投影レンズ２を介して前記レチクル６の回路パターンをウエハ４上に投影してショットを形成するものである。
【００３６】
前記アライメント装置１ａは、投影レンズ２の付近からＨｅＮｅレーザ３のようなアライメント光を前記ウエハ４上のアライメントマーク９に照射し、上記アライメントマーク９で反射回折したアライメント光を受光器（図示せず）で電気信号に変換し、アライメント信号処理回路（図示せず）でアライメント出力信号として位置情報に変換するものである。
【００３７】
演算装置８ａは、前記アライメント装置１ａから得られるアライメント出力信号をアライメント信号処理装置（図示せず）で処理した信号と前記レチクル干渉計１５およびウエハ干渉計７から得られた出力信号を演算処理するものである。
【００３８】
前記ショット回転調整装置１３は、前記レチクルステージ１０ａおよびウエハステージ５ａの少なくとも一方を回転方向に駆動するステージ回転駆動装置を有するものであり、本例では、前記レチクルレチクルステージ１０ａを回転方向に駆動するレチクルステージ回転駆動装置（図示せず）と前記ウエハステージ５ａを回転方向に駆動するウエハステージ回転駆動装置（図示せず）とを有する。
【００３９】
前記ショット回転誤差補正手段は、ウエハ４上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似して、前記レチクルステージのステージ面内回転位置およびウエハステージのステージ面内回転位置を前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように前記ショット回転調整装置を制御するものであり、本例では前記アライメント装置１ａ内に設けられている。
【００４０】
次に、図１の露光装置を用いた露光方法について説明する。
この露光方法においては、従来例のステッパー型の露光装置を用いた露光方法と比べて、１次のショット内誤差だけでなく、高次のショット内誤差（本例ではショット回転誤差）も補正するようにした点が異なり、その他は同様である。
【００４１】
即ち、従来例の露光方法と同様に、ウエハ４を露光する前に、ウエハステージ５ａ上のウエハ４上のアライメントマーク９の位置をアライメント光学系で測定し、アライメントマーク計測位置からウエハ４上のショット配列を求める。
【００４２】
ウエハ４上のショット配列の位置は、１次の系統誤差であるウエハ線形誤差Ｌw とウエハ面内ランダム誤差（Ｓwx，Ｓwy）に分離できる。
上記ウエハ線形誤差Ｌw は、図７（ａ）に示したように、ｘｙ方向の平行シフト誤差（αx ，αy ）、ウエハ回転方向の誤差（回転誤差）θw 、ウエハの膨張伸縮を表すスケーリング誤差（Ｅx ，Ｅy ）、直交度誤差θwoを含む。
【００４３】
設計上のアライメントマーク位置（Ｘ，Ｙ）と測定によって得られたアライメントマーク位置との差を（ｄｘw ，ｄｙw ）とすると、ウエハ４上のマーク検出位置誤差はウエハ面内の座標（ｘ，ｙ）の関数となって（１）式で表わすことができる。
【００４４】
【００４５】
これらのウエハ面内線形誤差係数（αx ，αy ，Ｅx ，Ｅy ，θw ，θwo）は最小二乗法を用いて求める。
アライメント後、実際に露光するショット位置（ｘw ，ｙw ）は設計値の（Ｘ、Ｙ）に対して、（２）式で表わされる座標位置を用いる。
【００４６】
ｘw ＝Ｘ＋Δｘw
ｙw ＝Ｙ＋Δｙw …（２）
ここで、ウエハ面内誤差Δｘw 、Δｙw は
Δｘw ＝αx −（θw ＋θwo）・ｙ＋Ｅx ・ｘ
Δｙw ＝αy ＋θw ・ｘ＋Ｅy ・ｙ
を表わす。
【００４７】
一方、ショット内誤差は、図７（ｂ）に示したように、ショット内線形誤差Ｌｓ（回転、倍率、スキュー）とショット内ランダム誤差（Ｓsx，Ｓsy）に分離できる。この際、設計上のマーク位置（Ｘs ，Ｙs ）と測定によって得られたマーク位置との差を（ｄｘs ，ｄｙs ）とすると、ショット内での位置誤差はショット内の座標（ｘs ，ｙs ）の関数となって（３）式で表わすことができる。
【００４８】
【００４９】
上記したようなショット内線形誤差Ｌs のうちショット回転（θs ）とショットの等方倍率（Ｍx ＋Ｍy ）／２とはアライメント装置１ａにより従来例と同様に補正することができる。
【００５０】
次に、図２を参照して、ウエハ座標に依存する高次（ｎ次）ショット内誤差について説明する。
図７（ｂ）に示したように、ウエハ面内のチップ領域のショット回転誤差は、（４）式に示すように、ウエハ面座標ｘ，ｙのｎ次関数θ（ｘ，ｙ）で近似される。
【００５１】
【００５２】
このようにウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似し（つまり、ショット回転誤差のウエハ面座標を関数とする高次成分回転誤差を求め）、前記レチクルステージ１０ａのステージ面内回転位置およびウエハステージ５ａのステージ面内回転位置を前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように前記ショット回転調整装置１３を制御することにより、露光に際して例えば第１層目の回路パターンと第２層目の回路パターンとの重ね合わせ精度の向上を図ることが可能になる。
【００５３】
上記した実施の形態では、ショット回転誤差θ(x,y) のみの補正を行ったが、本発明は、ショット倍率誤差Ｍx ，Ｍy のみの補正、ショット回転誤差θ(x,y) およびショット倍率誤差Ｍx ，Ｍy の補正、ショットスキュー誤差θsoの補正を行う場合にも適用できる。
【００５４】
つまり、上記ショット倍率誤差Ｍx(x,y)，Ｍy(x,y)、ショットスキュー誤差θso(x,y) は、前式（４）式と同様に、ウエハ面座標ｘ，ｙのｎ次関数で次式（５）〜（７）のように近似できる。
【００５５】
【００５６】
このようにショット倍率誤差Ｍx ，Ｍy 、ショットスキュー誤差θsoについてウエハ面座標の関数とする高次成分誤差を求め、等方倍率補正、スキュー補正を行うことにより、露光パターンの重ね合わせ精度の一層の向上を図ることが可能になる。
【００５７】
次に、前式（５）〜（７）で得られたウエハ座標ｘ，ｙに依存するショト内の回転誤差と倍率誤差とを補正する例について説明する。
この場合には、図１の露光装置において、さらに、前記ウエハ上に投影されるショットの等方倍率を調整するための等方倍率調整装置１４を具備する必要がある。
【００５８】
ショット内回転誤差θ（ｘ，ｙ）の補正は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応して前記ショット回転調整装置１３を制御し、ウエハステージ５ａおよびレチクルステージ１０ａを回転することにより補正可能である。
【００５９】
ショット倍率Ｍ(=(Mx+My)/2)の補正は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応して等方倍率調整装置１４を調整する（例えば前記投影光学装置における投影レンズ２の空気圧を変えて倍率を変える）ことにより補正可能である。
【００６０】
図３は、図１の露光装置を用いた露光方法の適用例におけるフローチャートを示している。
図１の露光装置を用いた露光方法においては、露光に先立ってウエハ座標ｘ，ｙのｎ次成分のショット内誤差（θｓ（ｘ，ｙ）、Ｍｘ（ｘ，ｙ）、Ｍｙ（ｘ，ｙ）、θｓｏ（ｘ，ｙ））を求める必要がある。
【００６１】
そこで、例えば２５枚程度のウエハを１ロットとして露光装置により連続して露光する時、ｎ次のショット内誤差は、予め指定された特定のウエハ（例えば最初に露光を行う対象となる１枚目のウエハ）に関しては、露光装置のアライメント装置によって計測して求め、このショット誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、レチクルステージおよびウエハステージの位置を前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めした後、上記特定のウエハおよび他のウエハに対する露光を順次行う。
【００６２】
なお、前述したようなスキャン型の露光装置（水銀ランプやエキシマレーザなどの光を光源とし、レチクルステージとウエハステージを移動させることによってレチクルとウエハを相対的に移動しながら露光する装置）では、スキャン露光をしながらショット内線形誤差Ｌｓ（θs 、Ｍx 、Ｍy 、θso）の全てを補正することができる。
【００６３】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るスキャン型の露光装置の一例を概略的に示している。
このスキャン露光装置は、第１の実施の形態に係るステッパ型の露光装置と比べて、（１）レチクルステージ１０ｂがｘ，ｙ、θ、スキュー（θo ）方向に移動する点、（２）レチクル干渉計１５ｂがｘ，ｙ、θ、θo 方向のレチクルステージ位置を計測する点、（３）補正手段の制御機能が異なり、その他は同じであるので、図１中と同一符号を付している。
【００６４】
次に、図４のスキャン型の露光装置を用いて、前式（４）〜（７）で得られたウエハ座標ｘ，ｙに依存するショト内の回転誤差、倍率誤差、スキュー誤差に関する補正を行う例について説明する。
【００６５】
ショット内回転誤差θ（ｘ，ｙ）の補正は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応してウエハステージ５ａおよびレチクルステージ１０ａを回転することにより補正可能である。
【００６６】
ショット倍率Ｍx 、Ｍy の補正は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応して投影レンズ２の倍率とウエハステージ５ａおよびレチクルステージ１０ａの相対的なスキャンスピードを変えることによりそれぞれ補正可能である。
【００６７】
ショットスキューθo （ｘ，ｙ）の補正は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応してウエハステージ５ａおよびレチクルステージ１０ａの相対的なスキャンスピードを変えることにより補正可能である。
【００６８】
なお、本発明は、上述したように高次のショット内誤差を補正することを特徴とするものであり、露光装置の補正方法に関しては特に限定されるものではなく、次に述べるように実施したすることも可能である。
【００６９】
即ち、露光装置の補正方法に関しては、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似して求め、この結果をオフラインでフィードバックしてレチクルパターンを修正し、あるいはレチクルステージの位置を補正するようにしてもよい。
【００７０】
また、本発明は、電子ビームを用いてパターンを描画する電子ビーム露光装置やマスクパターンを形成するためのマスクパターン露光装置にも適用できる。
電子ビーム露光装置に適用する際には、ウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に電子ビームにより回路パターンを描画する露光装置において、前記ウエハに対する描画中にショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少なくとも１つを補正する機構と、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似して、前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する補正手段とを具備すればよい。
【００７１】
マスクパターン露光装置に適用する際には、マスクステージ上に搭載されたマスク上に回路パターンを露光する露光装置において、前記マスクに対する露光中にショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少なくとも１つを補正する機構と、前記マスク上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つをマスク面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似して、前記マスクステージを前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する補正手段とを具備することにより、マスク上の基準位置からのパターンずれを抑制することができる。
【００７２】
【発明の効果】
上述したように本発明の露光装置によれば、ウエハステージ位置に依存するショット内の系統誤差を補正するために、ショット内誤差（θｓ（ｘ，ｙ）、Ｍｘ（ｘ，ｙ）、Ｍｙ（ｘ，ｙ）、θｓｏ（ｘ，ｙ）のうちの少なくとも１つ）のウエハ座標（ｘ，ｙ）に関するｎ次成分を求めて露光位置を補正することにより、露光パターンの重ね合わせ精度を向上させ、あるいは基準位置からのパターンずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るステッパー型の露光装置の一例を概略的に示す構成説明図。
【図２】図１の露光装置により形成されたショットのウエハ座標に依存するｎ次ショット内誤差を説明するために示す図。
【図３】図１の露光装置を用いた露光方法の適用例を示すフローチャート。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るスキャン型の露光装置の一例を概略的に示す構成説明図。
【図５】従来のステッパー型の光学式縮小投影露光装置を概略的に示す構成説明図。
【図６】ウエハ面内に配置したアライメントマークの一例を示す平面図。
【図７】ウエハ面内誤差およびショット内誤差を説明するために示す図。
【符号の説明】
１ａ…アライメント装置、
２…投影光学装置（投影レンズ）、
４…半導体ウエハ、
５ａ…ウエハステージ、
６…レチクル、
７…ウエハステージ位置計測装置（ウエハ干渉計）、
８ａ…演算装置、
９…アライメントマーク、
１０ａ、１０ｂ…レチクルステージ、
１１…レチクルＸＹステージ駆動装置、
１２…ウエハＸＹステージ駆動装置、
１３…ショット回転調整装置、
１４…等方倍率調整装置、
１５、１５ｂ…レチクルステージ位置計測装置（レチクル干渉計）。
Claims (16)
- 回路パターンが描画されるとともに位置識別用の複数のアライメントマークが形成されたレチクルと、
前記レチクルを搭載するレチクルステージと、
前記レチクルステージを平行方向に駆動するレチクルＸＹステージ駆動装置と、
位置識別用の複数のアライメントが形成された半導体ウエハを搭載するウエハステージと、
前記ウエハステージを平行方向に駆動するウエハＸＹステージ駆動装置と、
前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を調整するためのショット回転調整装置と、
前記レチクルステージの位置を計測するレチクルステージ位置計測装置と、
前記ウエハステージの位置を計測するウエハステージ位置計測装置と、
前記レチクルの回路パターンをウエハ上に投影してショットを形成する投影光学装置と、
前記レチクル上およびウエハ上の複数のアライメントマークの位置を検出して前記レチクルおよびウエハを所望の位置に合わせるアライメント装置と、
前記アライメント装置から得られるアライメント出力信号を処理した信号と前記レチクルステージ位置計測装置およびウエハステージ位置計測装置からそれぞれ得られた出力信号を演算処理する演算装置と、
前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似し、前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって前記ショット回転調整装置を制御して前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を調整する補正手段
とを具備することを特徴とする露光装置。 - 前記ショット回転調整装置は、前記レチクルステージを回転方向に駆動するレチクルステージ回転駆動装置および前記ウエハステージを回転方向に駆動するウエハステージ回転駆動装置を有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
- 回路パターンが描画されたレチクルと、
前記レチクルを搭載するレチクルステージと、
前記レチクルステージを平行方向に駆動するレチクルＸＹステージ駆動装置と、
半導体ウエハを搭載するウエハステージと、
前記ウエハステージを平行方向に駆動するウエハＸＹステージ駆動装置と、
前記レチクルステージ位置を計測するレチクルステージ位置計測装置と、
前記ウエハステージ位置を計測するウエハステージ位置計測装置と、
前記レチクルの回路パターンをウエハ上に投影してショットを形成する投影光学装置と、
前記ウエハ上に投影されるショットの等方倍率を調整するための等方倍率調整装置と、
前記レチクル上およびウエハ上に形成された位置識別用の複数のアライメントマークの位置を検出して前記レチクルおよびウエハを所望の位置に合わせるアライメント装置と、
前記アライメント装置から得られるアライメント出力信号を処理した信号と前記レチクルステージ位置計測装置およびウエハステージ位置計測装置からそれぞれ得られた出力信号を演算処理する演算装置と、
前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差Ｍを求め、前記倍率誤差Ｍをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数Ｍ（ｘ，ｙ）で近似し、前記関数Ｍ（ｘ，ｙ）にしたがって前記等方倍率調整装置を制御して前記ショットの等方倍率を調整する補正手段
とを具備することを特徴とする露光装置。 - 回路パターンが描画されたレチクルと、
前記レチクルを搭載するレチクルステージと、
前記レチクルステージを平行方向に駆動するレチクルＸＹステージ駆動装置と、
半導体ウエハを搭載するウエハステージと、
前記ウエハステージを平行方向に駆動するウエハＸＹステージ駆動装置と、
前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を調整するためのショット回転調整装置と、
前記レチクルステージ位置を計測するレチクルステージ位置計測装置と、
前記ウエハステージ位置を計測するウエハステージ位置計測装置と、
前記レチクルの回路パターンをウエハ上に投影してショットを形成する投影光学装置と、
前記ウエハ上に投影されるショットの等方倍率を調整するための等方倍率調整装置と、
前記レチクル上およびウエハ上に形成された位置識別用の複数のアライメントマークの位置を検出して前記レチクルおよびウエハを所望の位置に合わせるアライメント装置と、
前記アライメント装置から得られるアライメント出力信号を処理した信号と前記レチクルステージ位置計測装置およびウエハステージ位置計測装置からそれぞれ得られた出力信号を演算処理する演算装置と、
前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差および倍率誤差を求め、前記回転誤差および倍率誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似し、前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって前記ショット回転調整装置および等方倍率調整装置を制御して前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって調整するとともに前記ショットの等方倍率を調整する補正手段
とを具備することを特徴とする露光装置。 - レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをマスクステージ上に搭載されたマスク上に投影してショットを形成する際にレチクルとウエハとが相対的に移動している時に露光を行なう露光装置であって、
露光中にショットの回転を補正するショット回転補正機構と、
前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差を求め、この回転誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって前記ショット回転補正機構を制御して前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を補正する補正手段
とを具備することを特徴とするスキャン型の露光装置。 - レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをマスクステージ上に搭載されたマスク上に投影してショットを形成する際にレチクルとウエハとが相対的に移動している時に露光を行なう露光装置であって、
露光中にショットの倍率を補正するショット倍率補正機構と、
前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差（Ｍｘ，Ｍｙ）を求め、この倍率誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって前記ショット倍率補正機構を制御してショット倍率を補正する補正手段
とを具備することを特徴とするスキャン型の露光装置。 - レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをマスクステージ上に搭載されたマスク上に投影してショットを形成する際にレチクルとウエハとが相対的に移動している時に露光を行なう露光装置であって、
露光中にショットのスキューを補正するショットスキュー補正機構と、
前記ウエハ上に複数形成されるショット毎のスキュー誤差θsoを求め、このスキュー誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって前記ショットスキュー補正機構を制御して前記ショットスキューを補正する補正手段
とを具備することを特徴とするスキャン型の露光装置。 - レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをマスクステージ上に搭載されたマスク上に投影してショットを形成する際にレチクルとウエハとが相対的に移動している時に露光を行なう露光装置であって、
露光中にショットの回転、倍率、スキューをそれぞれ補正する補正機構と、
前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θs および倍率誤差（Ｍｘ，Ｍｙ）およびスキュー誤差θsoを求め、この回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって前記補正機構を制御して前記ショットの回転、倍率、スキューをそれぞれ補正する補正手段
とを具備することを特徴とするスキャン型の露光装置。 - レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する際、
前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似するステップと、
前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を調整するステップ
とを具備することを特徴とする露光方法。 - レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する際、
前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差θを求め、前記倍率誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似するステップと、
前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって前記ショットの等方倍率を調整するステップ
とを具備することを特徴とする露光方法。 - レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する際、
前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差および倍率誤差を求め、前記回転誤差および倍率誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似するステップと、
前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を調整するとともに前記ショットの等方倍率を調整するステップ
とを具備することを特徴とする露光方法。 - レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する際、
前記ウエハ上に複数形成されるショットの回転誤差θｓ（ｘ，ｙ）、ショットの倍率誤差Ｍｘ（ｘ，ｙ）、Ｍｙ（ｘ，ｙ）、ショットのスキュー誤差θso（ｘ，ｙ）の少なくとも１つについて、予め指定された特定のウエハに対してアライメント装置で計測し、計測誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似するステップと、
前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって前記ショットの回転誤差、倍率誤差、スキュー誤差の少なくとも１つを調整した後、上記特定のウエハおよび他のウエハに対する露光を順次行うステップ
とを具備することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の露光方法。 - マスクステージ上に搭載されたマスク上に回路パターンを露光するマスクパターン露光装置であって、
前記マスクに対する露光中にショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少なくとも１つを補正する機構と、
前記マスク上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つをマスク面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって前記マスクステージを位置決めする補正手段
とを具備することを特徴とする露光装置。 - マスクステージ上に搭載されたマスク上に回路パターンを露光する際、
前記マスク上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つをマスク面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似するステップと、
前記マスクに対する露光中に前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがってショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少なくとも１つを補正するステップ
とを具備することを特徴とする露光方法。 - ウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に電子ビームにより回路パターンを描画するための電子ビーム露光装置を用いて回路パターンを描画する際、
前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次（ｎは１以上の整数）の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似するステップと、
前記ウエハに対する描画中に前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがってショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少なくとも１つを補正するステップ
とを具備することを特徴とする露光方法。 - 前記系統誤差Ｌs は予め露光装置以外の計測機で求められることを特徴とする請求項１５に記載の露光方法。
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