JP4029210B2 - 繋ぎ合わせ測定装置および分割露光用マスク - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子の製造工程において、分割露光によって基板の異なる位置に転写された複数の分割パターン領域どうしの繋ぎ合わせ状態を測定する繋ぎ合わせ測定装置、および分割露光用マスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子などの高集積化に伴うパターンの微細化に対応するため、電子ビーム(ＥＢ)縮小露光や、ＥＢ近接露光、極紫外(ＥＵＶ)露光など、様々な露光方式が提案されている。
これらの露光方式では、１つの大きなパターン領域（例えば半導体素子の１チップ）を複数の小さなパターン領域（以下「サブフィールド」という）に分割して、これらを繋ぎ合わせながら露光する技術も提案されている（例えば特許文献１参照）。この分割露光によれば、一回に露光する範囲が狭くなるので、マスク自体に歪みが存在している場合でも、マスクのパターンを精度良く基板に転写することができる。
【０００３】
分割露光によってマスクのパターンを基板に転写した場合は、分割露光後に、基板上で隣接するサブフィールドどうしの繋ぎ合わせ状態を測定し、その繋ぎ合わせ状態が正しいか否かを判定することが必要になる。
このため従来では、隣接するサブフィールドどうしの重なり領域に周知の２重マーク（例えば図１２に示す正方形状の２重マーク５０）を形成し、２重マークの中心位置のずれ量に基づいてサブフィールドどうしの繋ぎ合わせ状態を測定していた。ちなみに、２重マークのうち外側マークは一方のサブフィールドと共に形成され、内側マークは他方のサブフィールドと共に形成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１２４１１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、隣接するサブフィールドどうしの重なり領域は非常に小さく、その重なり領域に形成される２重マークのうち内側マークも非常に小さなものとなってしまうため(例えば２μｍ角)、内側マークの中心位置を正確に検出することが困難であり、結果として、サブフィールドどうしの繋ぎ合わせ状態を精度良く測定することはできなかった。
【０００６】
なお、繋ぎ合わせ測定の精度を優先して内側マークを大きくすることが考えられるが、外側マークもそれだけ大きくしなければならない。このように２重マークを大きくすることは、サブフィールドどうしの重なり領域を大きく確保することに相当し、サブフィールド内の重なり領域以外（本来のパターンの転写領域）が小さくなるため、好ましくない。
【０００７】
本発明の目的は、サブフィールド（分割パターン領域）どうしの重なり領域が小さくても、精度良く繋ぎ合わせ状態を測定できる繋ぎ合わせ測定装置、および分割露光用マスクを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、細長い重なり領域を介して隣接して基板に転写された第１の分割パターン領域と第２の分割パターン領域との前記重なり領域に、前記第１の分割パターン領域の基準位置を示す矩形状の第１マークと前記第２の分割パターン領域の基準位置を示す矩形状の第２マークとを、前記重なり領域の長手方向に沿って異なる位置に配列してなるマーク部に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせ状態を測定する繋ぎ合わせ測定装置であって、前記マーク部の画像を取り込み、前記第１マークと前記第２マークとの間隔を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された間隔に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせずれ量を算出する算出手段とを備えたものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、細長い重なり領域を介して隣接して基板に転写された第１の分割パターン領域と第２の分割パターン領域との前記重なり領域に、前記第１の分割パターン領域の基準位置を示す矩形状の第１マークおよび第２マークと前記第２の分割パターン領域の基準位置を示す矩形状の第３マークとを、前記重なり領域の長手方向に沿って異なる位置に配列し、かつ、前記第１マークと前記第２マークとの間に前記第３マークを配置してなるマーク部に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせ状態を測定する繋ぎ合わせ測定装置であって、前記マーク部の画像を取り込み、前記第１マークと前記第３マークとの間隔を検出すると共に、前記第２マークと前記第３マークとの間隔を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された２つの間隔を比較することにより、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせずれ量を算出する算出手段とを備えたものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、分割露光によって基板の異なる位置に転写される複数の分割パターン領域が２次元配列された分割露光用マスクであって、前記分割パターン領域は、所定方向に細長い形状を有すると共に該所定方向に垂直な方向に対向配置された２つの外縁領域を含み、前記２つの外縁領域のうち一方には、当該分割パターン領域の基準位置を示すと共に繋ぎ合わせ測定用の矩形状の第１マークが設けられ、前記２つの外縁領域のうち他方には、前記所定方向に沿って前記第１マークとは異なる位置に、当該分割パターン領域の基準位置を示すと共に繋ぎ合わせ測定用の矩形状の第２マークが設けられ、前記第１マークと前記第２マークとは、予め定められた間隔を有するものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、分割露光によって基板の異なる位置に転写される複数の分割パターン領域が２次元配列された分割露光用マスクであって、前記分割パターン領域は、所定方向に細長い形状を有すると共に該所定方向に垂直な方向に対向配置された２つの外縁領域を含み、前記２つの外縁領域のうち一方には、当該分割パターン領域の基準位置を示すと共に繋ぎ合わせ測定用の矩形状の第１マークおよび第２マークが設けられ、前記２つの外縁領域のうち他方には、前記所定方向に沿って前記第１マークおよび前記第２マークとは異なる位置でかつ前記第１マークと前記第２マークとの間に、当該分割パターン領域の基準位置を示すと共に繋ぎ合わせ測定用の矩形状の第３マークが設けられ、前記第１マークと前記第３マークとは、予め定められた間隔を有し、前記第２マークと前記第３マークとは、予め定められた間隔を有するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第１実施形態)
本発明の第１実施形態は、請求項１,請求項３に対応する。
第１実施形態の繋ぎ合わせ測定装置１０は、図１に示すように、ウエハ１１を支持する検査ステージ１２と、ウエハ１１側に向けて照明光Ｌ１を射出する照明光学系(１３〜１５)と、ウエハ１１の像を形成する結像光学系(１６,１７)と、撮像素子１８と、画像処理部１９とで構成されている。
【００１３】
繋ぎ合わせ測定装置１０は、分割露光によってウエハ１１の異なる位置に転写された複数のサブフィールド（後述する）のうち、隣接するサブフィールドどうしの繋ぎ合わせ状態を測定する装置である。サブフィールドは、請求項の「分割パターン領域」に対応する。ウエハ１１は「基板」に対応する。
繋ぎ合わせ測定装置１０について具体的に説明する前に、図２〜図５を用い、測定対象のウエハ１１および繋ぎ合わせ測定用マーク２６の説明を行う。
【００１４】
ウエハ１１は、最上層に形成されているレジスト膜への分割露光および現像後で、かつ、レジスト膜の直下に隣接している所定の材料膜へのエッチング加工前の状態にある。ちなみに、レジスト膜の直下の材料膜は、繋ぎ合わせ測定装置１０による繋ぎ合わせ測定(後述する)の結果が良好な場合に、レジスト膜を介して実際に加工される。
【００１５】
また、ウエハ１１には、図２(ａ)に示すように、複数のチップ２３が２次元配列されている。また、１つのチップ２３は、図２(ｂ)に示すように、複数のサブフィールド２４に分割されている（図では１２個）。１つのサブフィールド２４の大きさと形状は、図３(ａ)に示す通りである。
【００１６】
つまり、ウエハ１１の各チップ２３（図２(ｂ)）において、複数のサブフィールド２４は、重なり領域２５（斜線ハッチング部）を介して繋ぎ合わされている。なお、サブフィールド２４の大きさＸｓ,Ｙｓは例えば１００μｍ程度であり、重なり領域２５の幅Ｌｏは、サブフィールド２４の大きさＸｓ,Ｙｓと比較して非常に小さい。
【００１７】
また、隣接する２つのサブフィールド２４どうしの重なり領域２５は、図２(ｂ)に太線枠２５ａで示すように、細長い形状となっている。以下、太線枠２５ａ内の細長い重なり領域２５を単に“重なり領域２５ａ”という。
ここで、Ｘ方向に隣接するサブフィールド２４どうしの場合、重なり領域２５ａの長手方向はＹ方向に一致する。同様に、Ｙ方向に隣接するサブフィールド２４どうしの場合、重なり領域２５ａの長手方向はＸ方向に一致する。重なり領域２５ａの長手方向は、後述する繋ぎ合わせずれ量Δの測定方向に対応する。重なり領域２５ａは、請求項の「重なり領域」に対応する。
【００１８】
そして、隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａには、図３(ｂ)に示すように、各々、３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６が形成されている。３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６は、構成が同じであり、重なり領域２５ａの長手方向に沿って、互いに重ならないような間隔Ｓ１,Ｓ２をあけて、順に配列されている。
【００１９】
繋ぎ合わせ測定用マーク２６の間隔Ｓ１,Ｓ２は、等しくても相違しても構わない。間隔Ｓ１,Ｓ２が等しい場合、繋ぎ合わせ測定用マーク２６は一定間隔で配列されたことになる。間隔Ｓ１,Ｓ２が相違している場合、繋ぎ合わせ測定用マーク２６は不定間隔で配列されたことになる。３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６の配列（間隔Ｓ１,Ｓ２）は、後述する繋ぎ合わせずれ量Δの有無に拘わらず不変である。
【００２０】
Ｘ方向に細長い重なり領域２５ａの繋ぎ合わせ測定用マーク２６と、Ｙ方向に細長い重なり領域２５ａの繋ぎ合わせ測定用マーク２６とは、一方を９０度回転させると他方に一致するような構成のため、以下、Ｙ方向に細長い重なり領域２５ａの繋ぎ合わせ測定用マーク２６を例にして、繋ぎ合わせ測定用マーク２６の構成説明を行う。
【００２１】
ちなみに、Ｙ方向に細長い重なり領域２５ａの繋ぎ合わせ測定用マーク２６は、その重なり領域２５ａを介してＸ方向に隣接する２つのサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態を測定するために形成されたマークである。
図３(ｃ)に示すように、繋ぎ合わせ測定用マーク２６は、２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂにより構成されている。矩形マーク２６Ａ,２６Ｂのうち一方は、隣接する２つのサブフィールド２４のうち一方と共に形成され、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂのうち他方は、他方のサブフィールド２４と共に形成される。つまり、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの各々は、Ｘ方向に隣接する２つのサブフィールド２４の各々の基準位置を示している。
【００２２】
また、２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂは、ウエハ１１の最上層のレジスト膜に形成されたボックス状の凹凸構造である。このため、重なり領域２５ａの長手方向(Ｙ方向)に関して、矩形マーク２６Ａは、左側のエッジＥ１Lと右側のエッジＥ１Rにより構成された１つのエッジ対を含み、矩形マーク２６Ｂは、左側のエッジＥ２Lと右側のエッジＥ２Rにより構成された１つのエッジ対を含んでいる。
【００２３】
さらに、２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂは、重なり領域２５ａの長手方向(Ｙ方向)に沿って異なる位置に配列されている。つまり、矩形マーク２６Ａの矩形マーク２６Ｂ側のエッジＥ１Rと矩形マーク２６Ｂの矩形マーク２６Ａ側のエッジＥ２Lとが互いに重ならないように配置されている。ただし、エッジＥ１RとエッジＥ２Lとの間隔は、隣接する２つのサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態が矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの配列方向（Ｙ方向）にずれた場合、その繋ぎ合わせずれ量Δに応じて変化し得る。
【００２４】
このように、２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂを長手方向(Ｙ方向)に沿って異なる位置に配列したため、これら２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂを同寸法とすることができる。本実施形態において、重なり領域２５ａの短手方向(Ｘ方向)に関する寸法Ｌｘは、重なり領域２５ａの幅Ｌｏより若干小さく(例えば５μｍ)、重なり領域２５ａの長手方向(Ｙ方向)に関する寸法Ｌｙは、例えば短手方向(Ｘ方向)の寸法Ｌｘと同程度である（正方形状）。これは、従来の２重マーク（例えば図１２の２重マーク５０参照）のうち外側マークと同程度の大きさである。
【００２５】
なお、矩形マーク２６Ａの中心位置Ｃ１と矩形マーク２６Ｂの中心位置Ｃ２との間隔φは、隣接する２つのサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態がＹ方向にずれた場合、その繋ぎ合わせずれ量Δに応じて変化し、予め定められた設計値（後述する図５の分割露光用マスク２７における間隔φｏ）とは異なることになる。つまり、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの間隔φには、設計値(φｏ)の成分と、分割露光時に発生した繋ぎ合わせずれ量Δの成分とが含まれる。
【００２６】
１つの重なり領域２５ａに形成された３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６は構成が同じであるため、各々の繋ぎ合わせ測定用マーク２６の矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの間隔φも、基本的には同じである。このため、本実施形態では、繋ぎ合わせ測定用マーク２６ごとに間隔φを検出し、各々の間隔φから繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出し、得られた３つの結果を用いることで、繋ぎ合わせ測定の精度をさらに向上させることができる。
【００２７】
ここで、上記の矩形マーク２６Ａは、請求項１の「矩形状の第１マーク」に対応する。矩形マーク２６Ｂは「矩形状の第２マーク」に対応し、繋ぎ合わせ測定用マーク２６は「マーク部」に対応する。
また、上記のウエハ１１および繋ぎ合わせ測定用マーク２６は、図４に示す露光装置３０と図５に示す分割露光用マスク２７とを用いた分割露光後、現像工程を経て作製される。
【００２８】
露光装置３０には、図４(ａ)に示すように、未露光のウエハ１１を支持するウエハステージ３１と、分割露光用マスク２７を支持するマスクステージ３２と、投影レンズ３３と、ステージ制御装置３４と、不図示の照明光源とが設けられている。未露光のウエハ１１には、最上層にレジスト膜が形成されている。
この露光装置３０は、電子ビーム(ＥＢ)やイオンビームなどの荷電粒子線または極紫外(ＥＵＶ)の光を用い、投影レンズ３３を介して、分割露光用マスク２７のパターンをウエハ１１に転写する装置である。分割露光時、ウエハステージ３１とマスクステージ３２とは、ステージ制御装置３４により同期制御される（後述する）。
【００２９】
分割露光用マスク２７には、図５(ａ)に示すように、ウエハ１１の１つのチップ２３（図２(ｂ)）を形成するために必要な複数のサブフィールド２８が２次元配列されている（図では１２個）。分割露光用マスク２７に形成されたサブフィールド２８のＸＹ方向の配列ピッチをＸｐ,Ｙｐとする。この配列ピッチＸｐ,Ｙｐは、分割露光時のマスクステージ３２の移動量として利用される。
【００３０】
また、各々のサブフィールド２８の外縁領域（斜線ハッチング部）のうちＸ方向またはＹ方向に細長い部分２８ａには、図５(ｂ)に示すように、繋ぎ合わせ測定用のマーク群(３５Ａ),(３５Ｂ),(３６Ａ),(３６Ｂ)が各々形成されている。図５(ｂ)は、図５(ａ)の円形枠２７ａの部分を拡大した図である。以下、外縁領域（斜線ハッチング部）のうち細長い部分２８ａを単に“外縁領域２８ａ”という。外縁領域２８ａは、請求項の「外縁領域」に対応する。
【００３１】
なお、Ｘ方向に対向配置されたマーク群(３５Ａ),(３５Ｂ)と、Ｙ方向に対向配置されたマーク群(３６Ａ),(３６Ｂ)とは、何れか一方を９０度回転させると、同じ構成になる。このため、Ｙ方向に対向配置されたマーク群(３６Ａ),(３６Ｂ)の説明を省略する。
図５(ｂ)を参照し、Ｘ方向に対向配置された繋ぎ合わせ測定用のマーク群(３５Ａ),(３５Ｂ)について具体的に説明する。マーク群(３５Ａ),(３５Ｂ)は、各々、Ｘ方向に対向配置されたＹ方向に細長い外縁領域２８ａの各々に形成されている。また、マーク群(３５Ａ),(３５Ｂ)は、各々、３つの矩形マーク３５Ａ,３５Ｂからなる。矩形マーク３５Ａ,３５Ｂの各々は、サブフィールド２８の基準位置を示している。
【００３２】
３つの矩形マーク３５Ａは、互いに同寸法であり、外縁領域２８ａの長手方向(Ｙ方向)に沿って間隔Ｓ３,Ｓ４をあけて順に配列されている。この３つの矩形マーク３５Ａは、分割露光時、投影レンズ３３(図４(ａ))を介してウエハ１１に転写されると、上述した３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６(図３(ｂ))に含まれる３つの矩形マーク２６Ａとなる。
【００３３】
同様に、３つの矩形マーク３５Ｂも、互いに同寸法であり、長手方向(Ｙ方向)に沿って間隔Ｓ３,Ｓ４をあけて順に配列されている。この３つの矩形マーク３５Ｂは、投影レンズ３３を介してウエハ１１に転写されると、上述した３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６(図３(ｂ))に含まれる３つの矩形マーク２６Ｂとなる。
さらに、マーク群(３５Ａ),(３５Ｂ)のうち、１対の矩形マーク３５Ａ,３５Ｂ（つまり１つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６(図３(ｂ))を構成する２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂに対応するもの）どうしは、外縁領域２８ａの長手方向(Ｙ方向)に沿って異なる位置に形成され、予め定められた設計値の間隔φｏを有する。
【００３４】
なお、矩形マーク３５Ａ,３５Ｂの寸法は同じである。間隔φｏは、矩形マーク３５Ａ,３５ＢのＹ方向の寸法よりも大きく、間隔Ｓ３,Ｓ４のうち小さい方と矩形マーク３５Ａ,３５ＢのＹ方向の寸法との差よりも小さい任意の値に設定されている。
このように、３つの矩形マーク３５Ａと３つの矩形マーク３５Ｂとは、間隔Ｓ３,Ｓ４が互いに等しく、対をなすものどうしの間隔φｏが予め定められているため、投影レンズ３３を介してウエハ１１に転写されると、構成が同じ３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６となる(図３(ｂ))。
【００３５】
なお、上記の矩形マーク３５Ａは、請求項３の「矩形状の第１マーク」に対応する。矩形マーク３６Ｂは「矩形状の第２マーク」に対応する。
そして、上記構成の露光装置３０(図４(ａ))と分割露光用マスク２７(図５)とを用いた分割露光は、次のようにして行われる。例えば、分割露光用マスク２７のＸ方向に配列された複数のサブフィールド２８を、ウエハ１１のチップ２３(図２(ｂ))内の異なるＸ位置に順次転写する場合について説明する。
【００３６】
▲１▼ まず、分割露光用マスク２７の複数のサブフィールド２８のうち、投影レンズ３３の光軸３３ａ（図４(ａ)）上に位置する１つのサブフィールド２８を照明し、そのパターン（３つの矩形マーク３５Ａ,３５Ｂも含む）を光軸３３ａ上のウエハ１１の所定領域に転写する。
これにより、ウエハ１１の所定領域には、光軸３３ａ上のサブフィールド２８のパターン（３つの矩形マーク３５Ａ,３５Ｂも含む）に対応する所定のパターン（３つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂも含む）が転写され、サブフィールド２４が形成される。
【００３７】
▲２▼ 次に、露光装置３０のステージ制御装置３４により、ウエハステージ３１とマスクステージ３２とを、共にＸ方向へステップ移動させる。
ウエハステージ３１の移動量は、図２(ｂ)に示すウエハ１１側のサブフィールド２４の大きさＸｓと、確保すべき重なり領域２５ａの幅Ｌｏとの差（Ｘｓ−Ｌｏ）に等しい。マスクステージ３２の移動量は、図５(ａ)に示す分割露光用マスク２７側のサブフィールド２８の配列ピッチＸｐに等しい。
【００３８】
マスクステージ３２を“Ｘｐ”だけステップ移動させることにより、光軸３３ａ上には、分割露光用マスク２７の次のサブフィールド２８が位置決めされる（図４(ｂ)参照）。なお図４(ｂ)では、ステップ移動の前後に光軸３３ａ上に位置するサブフィールド２８を区別するため、移動前のものをサブフィールド２８(１)、移動後のものをサブフィールド２８(２)とした。以下、説明でも同じ符号を用いる。
【００３９】
また、ウエハステージ３１を“Ｘｓ−Ｌｏ”だけステップ移動させることにより、光軸３３ａ上には、ウエハ１１の次の転写領域２９（図４(ｂ)参照）が位置決めされる。ただし、転写領域２９は、ウエハステージ３１の移動方向(Ｘ方向)の前端部分２９ａが、上記▲１▼で形成されたサブフィールド２４の後端部分２４ａ（既に３つの矩形マーク２６Ｂが転写済の部分）と重なっている。
【００４０】
▲３▼ そして、上記▲２▼のようにウエハステージ３１およびマスクステージ３２をステップ移動させた後、分割露光用マスク２７のサブフィールド２８(２)を照明し、そのパターン（３つの矩形マーク３５Ａ,３５Ｂも含む）をウエハ１１の転写領域２９に転写する。
これにより、ウエハ１１の転写領域２９には、サブフィールド２８(２)のパターン（３つの矩形マーク３５Ａ,３５Ｂも含む）に対応する所定のパターン（３つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂも含む）が転写され、サブフィールド２４が形成される。具体的には、転写領域２９の前端部分２９ａに３つの矩形マーク２６Ａが転写され、後端部分に３つの矩形マーク２６Ｂが転写される（図４(ｃ)参照）。
【００４１】
その結果、転写領域２９の前端部分２９ａでは、今回の転写による３つの矩形マーク２６Ａと前回の転写による３つの矩形マーク２６Ｂとが重なった状態となり、図３(ｂ)に示すような３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６が形成される。ただし実際に凹凸パターンとなるのは現像後である。なお、転写領域２９の前端部分２９ａは、既に説明した“重なり領域２５ａ”に対応する。
【００４２】
ちなみに、分割露光用マスク２７の２つのサブフィールド２８(１),(２)は、ウエハ１１にパターン転写されたときに重なり領域２５ａ（図２(ｂ)）を介して隣接する。また、サブフィールド２８(１)のうちウエハ１１上での重なり領域２５ａに対応する箇所には矩形マーク３５Ｂ、サブフィールド２８(２)のうち重なり領域２５ａに対応する箇所には矩形マーク３５Ａが設けられている。
【００４３】
▲４▼ 次に、上記▲２▼と同様にして、ウエハステージ３１およびマスクステージ３２をステップ移動させ、その後、上記▲３▼と同様にして、分割露光用マスク２７の次のサブフィールド２８のパターン転写を行う。
このように、露光装置３０と分割露光用マスク２７を用いた分割露光は、分割露光用マスク２７のサブフィールド２８のパターン転写（上記▲１▼,▲３▼,…）と、ウエハステージ３１およびマスクステージ３２のステップ移動（上記▲２▼,▲４▼,…）とを、交互に繰り返すことにより行われる。
【００４４】
すなわち、分割露光用マスク２７に形成された複数のサブフィールド２８は、ウエハ１１のチップ２３(図２(ｂ))内の異なるＸ位置に、細長い重なり領域２５ａを介して繋ぎ合わされながら、順に転写されていく。
そして、上記した分割露光後のウエハ１１を現像することにより、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａには、繋ぎ合わせ測定用マーク２６（図３(ｂ),(ｃ)）が凹凸パターンとして現れることになる。この状態で、ウエハ１１は、第１実施形態の繋ぎ合わせ測定装置１０（図１）の検査ステージ１２上に載置され、隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態が測定される。
【００４５】
さて次に、繋ぎ合わせ測定装置１０（図１）の具体的な構成説明を行う。
検査ステージ１２は、図示省略したが、ウエハ１１を水平状態に保って支持するホルダと、このホルダを水平方向(ＸＹ方向)に駆動するＸＹ駆動部とで構成されている。検査ステージ１２のホルダの法線方向をＺ方向とする。
検査ステージ１２のホルダをＸＹ方向に移動させることにより、ウエハ１１の各チップ２３(図２)のうち、１つ以上の繋ぎ合わせ測定用マーク２６(図３(ｂ))が形成された観察領域を結像光学系(１８〜２０)の視野領域内に位置決めすることができる。
【００４６】
照明光学系(１３〜１５)は、光軸Ｏ１に沿って順に配置された光源１３と照明レンズ１４とプリズム１５とで構成されている。プリズム１５は、反射透過面１５ａが光軸Ｏ１に対して略４５°傾けられ、結像光学系(１６,１７)の光軸Ｏ２上にも配置されている。照明光学系(１３〜１５)の光軸Ｏ１は、結像光学系(１６,１７)の光軸Ｏ２に垂直である。
【００４７】
結像光学系(１６,１７)は、光軸Ｏ２に沿って順に配置された対物レンズ１６と結像レンズ１７とで構成されている（光学顕微鏡部）。結像光学系(１６,１７)の光軸Ｏ２は、Ｚ方向に平行である。結像レンズ１７は、第２対物レンズとして機能する。なお、対物レンズ１６と結像レンズ１７との間には、照明光学系(１３〜１５)のプリズム１５が配置されている。
【００４８】
上記の照明光学系(１３〜１５)および結像光学系(１６,１７)において、光源１３から射出された光は、照明レンズ１４を介してプリズム１５に導かれ、その反射透過面１５ａで反射した後（照明光Ｌ１）、対物レンズ１６側に導かれる。そして、対物レンズ１６を通過した後（照明光Ｌ２）、検査ステージ１２上のウエハ１１に入射する。このとき、視野領域内に位置決めされた観察領域（１つ以上の繋ぎ合わせ測定用マーク２６(図３(ｂ))を含む）は、照明光Ｌ２により略垂直に照明される。
【００４９】
そして、照明光Ｌ２が照射されたウエハ１１の観察領域からは、そこでの凹凸構造（１つ以上の繋ぎ合わせ測定用マーク２６）に応じて反射光Ｌ３が発生する。この反射光Ｌ３は、対物レンズ１６とプリズム１５とを介して結像レンズ１７に導かれ、対物レンズ１６と結像レンズ１７の作用によって撮像素子１８の撮像面上に結像される。その結果、撮像素子１８の撮像面上には、反射光Ｌ３に基づく観察領域の拡大像（反射像）が形成される。
【００５０】
撮像素子１８は、複数の画素が２次元配列されたエリアセンサ（例えばＣＣＤカメラ）であり、撮像面上の拡大像を撮像し、画像信号を画像処理部１９に出力する。画像信号は、複数のサンプル点からなり、撮像素子１８の撮像面における各画素ごとの輝度値に関する分布（輝度分布）を表している。
【００５１】
なお、上記の照明光学系(１３〜１５)と結像光学系(１６,１７)と撮像素子１８と画像処理部１９とは、総じて請求項の「検出手段」に対応する。画像処理部１９は、請求項の「算出手段」に対応する。
画像処理部１９は、撮像素子１８からの画像信号に基づいて、ウエハ１１の観察領域（１つ以上の繋ぎ合わせ測定用マーク２６を含む）の拡大像を画像として取り込む。ここで、ウエハ１１の観察領域に含まれる１つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６の画像（以下「マーク画像６ａ」という）には、図６(ａ)に示すように、Ｙ方向に関して４本のエッジ像Ｆ１L,Ｆ１R,Ｆ２L,Ｆ２Rが現れる。
【００５２】
このうち、図中左方の２本のエッジ像Ｆ１L,Ｆ１Rは、図３(ｃ)に示す矩形マーク２６ＡのエッジＥ１L,Ｅ１Rに対応する。図中右方の２本のエッジ像Ｆ２L,Ｆ２Rは、矩形マーク２６ＢのエッジＥ２L,Ｅ２Rに対応する。
そして、画像処理部１９は、マーク画像６ａ（エッジ像Ｆ１L,Ｆ１R,Ｆ２L,Ｆ２R）に基づいて、ウエハ１１のＸ方向に隣接するサブフィールド２４どうしのＹ方向の繋ぎ合わせずれ量Δを算出し、この算出結果に基づいて繋ぎ合わせ状態を測定する。
【００５３】
繋ぎ合わせずれ量Δの算出は、図７のフローチャートの手順にしたがって行われる。画像処理部１９は、ステップＳ１１において、マーク画像６ａ（図６(ａ)参照）の中に、エッジ像Ｆ１L,Ｆ１Rの中央部分を含むような測定枠４１L,４１Rを各々指定し、図６(ｂ)に示すエッジ波形５１L,５１Rを各々生成する。エッジ波形５１L,５１Rは、矩形マーク２６Ａに関わるエッジ波形である。
【００５４】
さらに、次のステップＳ１２において、マーク画像６ａの中に、エッジ像Ｆ２L,Ｆ２Rの中央部分を含むような測定枠４２L,４２Rを各々指定し、図６(ｂ)に示すエッジ波形５２L,５２Rを各々生成する。エッジ波形５２L,５２Rは、矩形マーク２６Ｂに関わるエッジ波形である。
【００５５】
なお、図６(ｂ)の横軸はエッジ波形５１L,５１R,５２L,５２Rのサンプル点（画素）の位置を表し、縦軸は輝度値を表している。図６(ｂ)にて、エッジ波形５１L,５１R,５２L,５２Rの輝度値が極小となるボトム付近は、各々、図６(ａ)のエッジ像Ｆ１L,Ｆ２L,Ｆ２R,Ｆ１Rに対応する。
次に、画像処理部１９は、ステップＳ１１で生成したエッジ波形５１L,５１Rの中心位置Ｃ１ｙを、矩形マーク２６Ａの中心位置Ｃ１（図３(ｃ)参照）のＹ方向成分として検出する（ステップＳ１３）。ここで、既に説明したように、矩形マーク２６Ａの大きさは、従来の２重マーク（例えば図１２の２重マーク５０）のうち外側マークと同程度であるため、矩形マーク２６Ａの中心位置Ｃ１のＹ方向成分を正確に検出することができる。
【００５６】
また、画像処理部１９は、ステップＳ１２で生成したエッジ波形５２L,５２Rの中心位置Ｃ２ｙを、矩形マーク２６Ｂの中心位置Ｃ２のＹ方向成分として検出する（ステップＳ１４）。ここで、矩形マーク２６Ｂの大きさも、従来の２重マーク（例えば図１２の２重マーク５０）のうち外側マークと同程度であるため、矩形マーク２６Ｂの中心位置Ｃ２のＹ方向成分を正確に検出できる。
【００５７】
その後、画像処理部１９は、ステップＳ１３,Ｓ１４における各々の検出結果の差(＝Ｃ２ｙ−Ｃ１ｙ)を、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの間隔φ（図３(ｃ)も参照）として算出する（ステップＳ１５）。ステップＳ１３,Ｓ１４の検出結果が正確であるため、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの間隔φの算出結果も正確と言える。
そして最後に、ステップＳ１５で算出した間隔φと予め定めた設計値（図５の分割露光用マスク２７における間隔φｏ）とを比較し、例えば間隔φから設計値の間隔φｏを減算することにより、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしのＹ方向の繋ぎ合わせずれ量Δを算出する（ステップＳ１６）。繋ぎ合わせずれ量Δの算出結果も正確と言える。なお、比較対象である設計値の間隔φｏとは、分割露光用マスク２７上での間隔φｏではなく、ウエハ１１上に投影されたときの間隔φｏである。
【００５８】
このようにして画像処理部１９で算出した繋ぎ合わせずれ量Δは、図３(ｃ)のように矩形マーク２６Ａ,２６ＢがＹ方向に沿って配列された繋ぎ合わせ測定用マーク２６を利用して算出したものであり、露光装置３０と分割露光用マスク２７を用いた分割露光時、ウエハステージ３１およびマスクステージ３２をＹ方向にステップ移動させたときの移動誤差が主な原因と考えられる。
【００５９】
このため、画像処理部１９で算出したＹ方向の正確な繋ぎ合わせずれ量Δ（繋ぎ合わせ測定装置１０の測定結果）を露光装置３０のステージ制御装置３４にフィードバックして、次回の分割露光時、繋ぎ合わせずれ量Δに基づいてマスクステージ３２のＹ方向の移動量(Ｙｐ)を微調整することにより、高精度なＹ方向のステップ移動が実現する。
【００６０】
同様に、矩形マーク２６Ａ,２６ＢがＸ方向に沿って配列された繋ぎ合わせ測定用マーク２６を利用し、画像処理部１９で算出したＸ方向の正確な繋ぎ合わせずれ量Δを露光装置３０のステージ制御装置３４にフィードバックして、次回の分割露光時、繋ぎ合わせずれ量Δに基づいてマスクステージ３２のＸ方向の移動量(Ｘｐ)を微調整することにより、高精度なＸ方向のステップ移動が実現する。
【００６１】
上記した第１実施形態の繋ぎ合わせ測定装置１０では、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａに、その長手方向に沿って異なる位置に効率良く配列された矩形マーク２６Ａ,２６Ｂ（繋ぎ合わせ測定用マーク２６）を利用するため、重なり領域２５ａが非常に小さくても、隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態を精度よく測定できる。その結果、繋ぎ合わせ測定の信頼性が向上する。
【００６２】
さらに、１つの重なり領域２５ａに形成された３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６（図３(ｂ)）の各々で間隔φを検出し、各々の間隔φから繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出し、得られた３つの測定結果を平均化することで、繋ぎ合わせ測定の精度をさらに向上させることができる。
【００６３】
また、繋ぎ合わせ測定装置１０では、繋ぎ合わせ測定の精度を高く維持しつつ、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａを小さくできるため、サブフィールド２４内の重なり領域２５ａ以外（本来のパターンの転写領域）を大きく確保することができ、良好な分割露光が可能となる。
（第１実施形態の変形例）
なお、１つの重なり領域２５ａに設けた３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６が同じ構成である例を説明したが、各々の繋ぎ合わせ測定用マーク２６の構成が異なる場合にも本発明を適用できる。
【００６４】
構成が異なる場合としては、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの設計値の間隔φｏが繋ぎ合わせ測定用マーク２６ごとに異なる場合が考えられる。また、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの中心位置Ｃ１,Ｃ２を正確に検出可能な範囲であれば、その寸法Ｌｘ,Ｌｙを異ならせても構わない。
さらに、１つの重なり領域２５ａに３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６を設けたが、その数は１つ以上であれば何個でも構わない。
【００６５】
また、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの中心位置Ｃ１,Ｃ２の差に基づいて間隔φを求め、間隔φから繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出する処理例を説明したが、本発明はこれに限定されない。矩形マーク２６Ａの矩形マーク２６Ｂ側のエッジＥ１Rと矩形マーク２６Ｂの矩形マーク２６Ａ側のエッジＥ２Lとの間隔を求め、このエッジの間隔から繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出しても良い。
【００６６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、請求項２,請求項４に対応する。
第２実施形態では、図８に示す分割露光用マスク３７と露光装置３０(図４)とを用いた分割露光によって作製されたウエハ１１を測定対象とし、このウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態を測定する場合について説明する。
【００６７】
分割露光用マスク３７には、図８に示すように、各々のサブフィールド２８の細長い外縁領域２８ａに繋ぎ合わせ測定用のマーク群(３８Ａ),(３８Ｂ),(３９Ａ),(３９Ｂ)が各々形成されている。図８(ｂ)は、図８(ａ)の円形枠３７ａの部分を拡大した図である。なお、Ｙ方向に対向配置されたマーク群(３９Ａ),(３９Ｂ)は、９０度回転でＸ方向に対向配置されたマーク群(３８Ａ),(３８Ｂ)と一致するため、その説明を省略する。
【００６８】
マーク群(３８Ａ),(３８Ｂ)は、各々、３つの矩形マーク３８Ａ,３８Ｂからなる。矩形マーク３８Ａ,３８Ｂの各々は、サブフィールド２８の基準位置を示している。３つの矩形マーク３８Ａは互いに同寸法である。３つの矩形マーク３８Ｂも互いに同寸法である。矩形マーク３８Ａ,３８Ｂの寸法も同じである。つまり、矩形マーク３８Ａ,３８Ｂは、上述の矩形マーク３５Ａ,３５Ｂ（図５(ｂ)）と同寸法である。
【００６９】
また、３つの矩形マーク３８Ａは、外縁領域２８ａの長手方向(Ｙ方向)に沿って等しい間隔Ｓ５で順に配列され、３つの矩形マーク３８Ｂも、同様に等しい間隔Ｓ５で順に配列されている。矩形マーク３８Ａは、分割露光によりウエハ１１に転写されると、図９に示す繋ぎ合わせ測定用マーク４６の矩形マーク４３Ａとなる。また、矩形マーク３８Ｂは、ウエハ１１に転写されると、繋ぎ合わせ測定用マーク４６の矩形マーク４３Ｂとなる。
【００７０】
さらに、１対の矩形マーク３８Ａ,３８Ｂ（つまり１つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６(図９)を構成する２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂに対応するもの）どうしは、長手方向(Ｙ方向)に沿って異なる位置に形成され、予め定められた設計値の間隔φｏを有すると共に、この間隔φｏが矩形マーク３８Ａ,３８Ｂの間隔Ｓ５の半分（つまりφｏ＝(Ｓ５)/２）となるように配列されている。
【００７１】
このため、３つの矩形マーク３８Ａと３つの矩形マーク３８Ｂとは、半位相分だけずれた状態（換言すれば逆位相の状態）で配列されたことになる。
このように構成された分割露光用マスク３７(図８)と露光装置３０(図４)とを用いた分割露光後のウエハ１１を現像することにより、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａには、各々、図９に示すような３つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６が凹凸パターンとして現れることになる。
【００７２】
この場合、３つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６は、構成が同じであり、重なり領域２５ａの長手方向(Ｙ方向)に沿って、互いに重ならないような等しい間隔Ｓ６をあけて、順に配列される。このような３つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６の配列（間隔Ｓ６）は、繋ぎ合わせずれ量Δの有無に拘わらず不変である。
また、各々の繋ぎ合わせ測定用マーク４６は、２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂにより構成されている。２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂは、重なり領域２５ａの長手方向(Ｙ方向)に沿って異なる位置に配列され、Ｘ方向に隣接する２つのサブフィールド２４の各々の基準位置を示している。
【００７３】
２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂは、長手方向(Ｙ方向)に沿って異なる位置に配列されるため、互いに同寸法とすることができる。本実施形態においても、重なり領域２５ａの短手方向(Ｘ方向)に関する寸法Ｌｘは、重なり領域２５ａの幅Ｌｏより若干小さく(例えば５μｍ)、重なり領域２５ａの長手方向(Ｙ方向)に関する寸法Ｌｙは、例えば短手方向(Ｘ方向)の寸法Ｌｘと同程度である（正方形状）。これは、従来の２重マーク（例えば図１２の２重マーク５０参照）のうち外側マークと同程度の大きさである。
【００７４】
矩形マーク４３Ａの中心位置Ｃ１と矩形マーク４３Ｂの中心位置Ｃ２との間隔φ１（図９(ｂ)参照）は、隣接する２つのサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態がＹ方向にずれた場合、その繋ぎ合わせずれ量Δに応じて変化し、予め定められた設計値（図８の分割露光用マスク３７における間隔φｏ）とは異なることになる。すなわち、間隔φ１には、設計値(φｏ＝(Ｓ５)/２)の成分と、分割露光時に発生した繋ぎ合わせずれ量Δの成分とが含まれる。
【００７５】
また、隣接する２つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６において、一方の繋ぎ合わせ測定用マーク４６（以下では符号を４６(１)とする)(図９(ｃ)参照）のうち他方の繋ぎ合わせ測定用マーク４６（以下では符号を４６(２)とする)側に位置する矩形マーク４３Ｂと、繋ぎ合わせ測定用マーク４６(２)のうち繋ぎ合わせ測定用マーク４６(１)側に位置する矩形マーク４３Ａとに注目すると、この２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂの中心位置Ｃ１,Ｃ２の間隔φ２は、次のように変化する。
【００７６】
隣接する２つのサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態がＹ方向にずれた場合、間隔φ２は、その繋ぎ合わせずれ量Δに応じて変化し、予め定められた設計値（図８の分割露光用マスク３７における間隔(Ｓ５−φｏ)）とは異なることになる。つまり、間隔φ２には、設計値(Ｓ５−φｏ＝(Ｓ５)/２)の成分と、分割露光時に発生した繋ぎ合わせずれ量Δの成分とが含まれる。
【００７７】
このように、図９(ｂ)の間隔φ１と図９(ｃ)の間隔φ２とは、何れも、隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせずれ量Δに応じて変化することになるが、間隔φ１と間隔φ２との和は常に一定値、つまり繋ぎ合わせ測定用マーク４６どうしの間隔Ｓ６（図９(ａ)）と等しくなるように保たれる（Ｓ６＝φ１＋φ２）。
【００７８】
したがって、第２実施形態における繋ぎ合わせずれ量Δの算出は、例えば、図９(ｃ)に示す繋ぎ合わせ測定用マーク４６(１)の２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂ（以下では符号を４３Ａ(１),４３Ｂ(１)とする)、および、繋ぎ合わせ測定用マーク４６(２)のうち繋ぎ合わせ測定用マーク４６(１)側に位置する矩形マーク４３Ａ（以下では符号を４３Ａ(２)とする)を用いて行われる。
【００７９】
つまり、第２実施形態における繋ぎ合わせずれ量Δの算出は、２つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６(１),４６(２)のうち隣接する３つの矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)を用いて行われる（図１０）。
【００８０】
なお、矩形マーク４３Ａ(１)は、請求項２の「矩形状の第１マーク」に対応する。矩形マーク４３Ａ(２)は「矩形状の第２マーク」に対応し、矩形マーク４３Ｂ(１)は「矩形状の第３マーク」に対応する。繋ぎ合わせ測定用マーク４６(１),４６(２)は総じて「マーク部」に対応する。
さらに、矩形マーク４３Ａ(１)に対応する分割露光用マスク３７（図８）上の矩形マーク３５Ａは、請求項４の「矩形状の第１マーク」に対応する。矩形マーク４３Ａ(２)に対応する矩形マーク３５Ａは「矩形状の第２マーク」に対応する。矩形マーク４３Ｂ(１)に対応する矩形マーク３５Ｂは「矩形状の第３マーク」に対応する。
【００８１】
次に、図１１のフローチャートを用い、第２実施形態における繋ぎ合わせずれ量Δの算出手順について説明する。第２実施形態でも、繋ぎ合わせずれ量Δの算出は画像処理部１９（図１）が実行する。このとき視野領域内には２つ以上の繋ぎ合わせ測定用マーク４６を含む観察領域が位置決めされ、その観察領域の画像が取り込まれる。
【００８２】
そして画像処理部１９は、観察領域の画像の中に現れたエッジ像に基づいて、図１０の矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)に関わるエッジ波形を各々生成する（ステップＳ２１）。次に、得られたエッジ波形に基づいて、矩形マーク４３Ａ(１),４３Ａ(２)の中心位置Ｃ１のＹ方向成分、および、矩形マーク４３Ｂ(１)の中心位置Ｃ２のＹ方向成分を検出する（ステップＳ２２）。
【００８３】
ここで、既に説明したように、矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)の大きさは、従来の２重マーク（例えば図１２の２重マーク５０）のうち外側マークと同程度であるため、矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)の中心位置Ｃ１,Ｃ２のＹ方向成分を正確に検出することができる。
その後、画像処理部１９は、ステップＳ２２における検出結果を用いて、矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１)の間隔φ１を算出する（ステップＳ２３）と共に、矩形マーク４３Ａ(２),４３Ｂ(１)の間隔φ２を算出する（ステップＳ２４）。ステップＳ２２の検出結果が正確であるため、間隔φ１,φ２の算出結果も正確と言える。
【００８４】
そして最後に、ステップＳ２３,Ｓ２４で算出した間隔φ１,φ２を比較し、間隔φ１,φ２の減算値を１/２倍することにより、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしのＹ方向の繋ぎ合わせずれ量Δを算出する（ステップＳ２５）。繋ぎ合わせずれ量Δの算出結果も正確と言える。
この場合にも、算出したＹ方向の正確な繋ぎ合わせずれ量Δを露光装置３０のステージ制御装置３４にフィードバックして、次回の分割露光時、繋ぎ合わせずれ量Δに基づいてマスクステージ３２のＹ方向の移動量(Ｙｐ)を微調整することにより、高精度なＹ方向のステップ移動が実現する。
【００８５】
同様に、Ｘ方向に沿って配列された矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)を利用し、画像処理部１９で算出したＸ方向の正確な繋ぎ合わせずれ量Δをフィードバックして、次回の分割露光時、繋ぎ合わせずれ量Δに基づいてマスクステージ３２のＸ方向の移動量(Ｘｐ)を微調整することにより、高精度なＸ方向のステップ移動が実現する。
【００８６】
上記した第２実施形態によれば、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａに、その長手方向に沿って異なる位置に効率良く配列された矩形マーク４３Ａ,４３Ｂ（繋ぎ合わせ測定用マーク４６）を利用するため、重なり領域２５ａが非常に小さくても、隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態を精度よく測定できる。その結果、繋ぎ合わせ測定の信頼性が向上する。
【００８７】
さらに、１つの重なり領域２５ａに形成された３つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６（図９）のうち、隣接する３つの矩形マーク（例えば図１０の４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)参照）の組み合わせを任意に複数通り選択して（図９では最大４通り）、各々の組み合わせで間隔φ１,φ２を検出し、得られた間隔φ１,φ２から繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出し、複数の測定結果(Δ)を平均化することにより、測定精度をさらに向上させることができる。
【００８８】
また、第２実施形態では、繋ぎ合わせずれ量Δの算出（図１１のステップＳ２５）に当たって、予め定められた設計値（間隔φｏ）との比較が不要なため、繋ぎ合わせ測定の前処理として“ウエハ１１上に投影されたときの間隔φｏ”を精度良く求める必要がない。このため、繋ぎ合わせ測定を簡易に実行できる。
さらに、第２実施形態でも、繋ぎ合わせ測定の精度を高く維持しつつ、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａを小さくできるため、サブフィールド２４内の重なり領域２５ａ以外（本来のパターンの転写領域）を大きく確保することができ、良好な分割露光が可能となる。
【００８９】
（第２実施形態の変形例）
なお、１つの重なり領域２５ａに設けた３つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６が同じ構成である例を説明したが、矩形マーク４３Ａ,４３Ｂの中心位置Ｃ１,Ｃ２を正確に検出可能な範囲であれば、各々の繋ぎ合わせ測定用マーク２６の矩形マーク４３Ａ,４３Ｂの寸法Ｌｘ,Ｌｙを異ならせても構わない。
【００９０】
さらに、１つの重なり領域２５ａに３つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６を設けたが、その数は２つ以上であれば何個でも構わない。
また、図１０に示すように、１つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６と、これに隣接する１つの矩形マーク４３Ａ（または４３Ｂ）とを組み合わせた構成にも、本発明は適用できる。
【００９１】
さらに、３つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂ,４３Ａ（または４３Ｂ,４３Ａ,４３Ｂ）の中心位置Ｃ１,Ｃ２の差に基づいて間隔φ１,φ２を求め、間隔φ１,φ２から繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出する処理例を説明したが、本発明はこれに限定されない。隣接する矩形マーク４３Ａ,４３Ｂのエッジどうしの間隔（例えば図３(ｃ)のエッジＥ１RとエッジＥ２Lの間隔参照）を求め、得られた２つのエッジ間隔Ｍ１,Ｍ２から繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出しても良い（Δ＝(Ｍ１−Ｍ２)/２）。
【００９２】
（全体の変形例）
なお、繋ぎ合わせ測定用マーク２６を構成する２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂが同寸法である例、および、繋ぎ合わせ測定用マーク４６を構成する２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂが同寸法である例を説明したが、各々の中心位置Ｃ１,Ｃ２やエッジ位置を正確に検出可能な範囲であれば、矩形マーク２６Ａと矩形マーク２６Ｂの寸法を異ならせても構わないし、矩形マーク４３Ａと矩形マーク４３Ｂの寸法を異ならせても構わない。
【００９３】
また、各々の矩形マーク（２６Ａ,２６Ｂ,４３Ａ,４３Ｂ）の寸法Ｌｙと寸法Ｌｘが同程度である例（正方形状の矩形マーク）を説明したが、中心位置Ｃ１,Ｃ２やエッジ位置を正確に検出可能な範囲であれば、寸法Ｌｙと寸法Ｌｘを異ならせても構わない（長方形状の矩形マーク）。
さらに、繋ぎ合わせ測定マーク２６,４６を構成する２つの矩形マークが、ボックス状の凹凸構造である例（エッジ対が１つ）を説明したが、例えばフレーム状の凹凸構造のようにエッジ対が２つ存在する場合にも、本発明は適用できる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サブフィールド（分割パターン領域）どうしの重なり領域が小さくても、精度良く繋ぎ合わせ状態を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】繋ぎ合わせ測定装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】ウエハ１１上のチップ２３の配列(ａ)と、複数のサブフィールド２４の配列(ｂ)を説明する図である。
【図３】１つのサブフィールド２４の構成(ａ)と、繋ぎ合わせ測定用マーク２６の配列(ｂ)および構成(ｃ)を示す図である。
【図４】露光装置３０の概略構成図(ａ)と、分割露光を説明する図(ｂ),(ｃ)である。
【図５】分割露光用マスク２７上のサブフィールド２８の配列(ａ)と、マーク群(３５Ａ),(３５Ｂ)などの配列(ｂ)を示す図である。
【図６】１つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６の画像(ａ)と、エッジ波形(ｂ)の例を示す図である。
【図７】繋ぎ合わせ測定装置１０における測定手順を示すフローチャートである。
【図８】分割露光用マスク３７上のサブフィールド２８の配列(ａ)と、マーク群(３８Ａ),(３８Ｂ)などの配列(ｂ)を示す図である。
【図９】繋ぎ合わせ測定用マーク４６の配列(ｂ)および構成(ｃ)を示す図である。
【図１０】第２実施形態の繋ぎ合わせ測定に用いる３つの矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)を説明する図である。
【図１１】第２実施形態の繋ぎ合わせ測定の手順を示すフローチャートである。
【図１２】従来の２重マークの一例を説明する概略図である。
【符号の説明】
１０ 繋ぎ合わせ測定装置
１１ ウエハ
１２ 検査ステージ
１３ 光源
１４ 照明レンズ
１５ プリズム
１６ 対物レンズ
１７ 結像レンズ
１８ 撮像素子
１９ 画像処理部
２３ チップ
２４，２８ サブフィールド
２５，２５ａ 重なり領域
２６，４６ 繋ぎ合わせ測定用マーク
２６Ａ，２６Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ，３８Ａ，３８Ｂ，３９Ａ，３９Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ 矩形マーク
２７，３７ 分割露光用マスク
２８ａ 外縁領域
２９ 転写領域
３０ 露光装置
３１ ウエハステージ
３２ マスクステージ
３３ 投影レンズ
３４ ステージ制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子の製造工程において、分割露光によって基板の異なる位置に転写された複数の分割パターン領域どうしの繋ぎ合わせ状態を測定する繋ぎ合わせ測定装置、および分割露光用マスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子などの高集積化に伴うパターンの微細化に対応するため、電子ビーム(ＥＢ)縮小露光や、ＥＢ近接露光、極紫外(ＥＵＶ)露光など、様々な露光方式が提案されている。
これらの露光方式では、１つの大きなパターン領域（例えば半導体素子の１チップ）を複数の小さなパターン領域（以下「サブフィールド」という）に分割して、これらを繋ぎ合わせながら露光する技術も提案されている（例えば特許文献１参照）。この分割露光によれば、一回に露光する範囲が狭くなるので、マスク自体に歪みが存在している場合でも、マスクのパターンを精度良く基板に転写することができる。
【０００３】
分割露光によってマスクのパターンを基板に転写した場合は、分割露光後に、基板上で隣接するサブフィールドどうしの繋ぎ合わせ状態を測定し、その繋ぎ合わせ状態が正しいか否かを判定することが必要になる。
このため従来では、隣接するサブフィールドどうしの重なり領域に周知の２重マーク（例えば図１２に示す正方形状の２重マーク５０）を形成し、２重マークの中心位置のずれ量に基づいてサブフィールドどうしの繋ぎ合わせ状態を測定していた。ちなみに、２重マークのうち外側マークは一方のサブフィールドと共に形成され、内側マークは他方のサブフィールドと共に形成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１２４１１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、隣接するサブフィールドどうしの重なり領域は非常に小さく、その重なり領域に形成される２重マークのうち内側マークも非常に小さなものとなってしまうため(例えば２μｍ角)、内側マークの中心位置を正確に検出することが困難であり、結果として、サブフィールドどうしの繋ぎ合わせ状態を精度良く測定することはできなかった。
【０００６】
なお、繋ぎ合わせ測定の精度を優先して内側マークを大きくすることが考えられるが、外側マークもそれだけ大きくしなければならない。このように２重マークを大きくすることは、サブフィールドどうしの重なり領域を大きく確保することに相当し、サブフィールド内の重なり領域以外（本来のパターンの転写領域）が小さくなるため、好ましくない。
【０００７】
本発明の目的は、サブフィールド（分割パターン領域）どうしの重なり領域が小さくても、精度良く繋ぎ合わせ状態を測定できる繋ぎ合わせ測定装置、および分割露光用マスクを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、細長い重なり領域を介して隣接して基板に転写された第１の分割パターン領域と第２の分割パターン領域との前記重なり領域に、前記第１の分割パターン領域の基準位置を示す矩形状の第１マークと前記第２の分割パターン領域の基準位置を示す矩形状の第２マークとを、前記重なり領域の長手方向に沿って異なる位置に配列してなるマーク部に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせ状態を測定する繋ぎ合わせ測定装置であって、前記マーク部の画像を取り込み、前記第１マークと前記第２マークとの間隔を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された間隔に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせずれ量を算出する算出手段とを備えたものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、細長い重なり領域を介して隣接して基板に転写された第１の分割パターン領域と第２の分割パターン領域との前記重なり領域に、前記第１の分割パターン領域の基準位置を示す矩形状の第１マークおよび第２マークと前記第２の分割パターン領域の基準位置を示す矩形状の第３マークとを、前記重なり領域の長手方向に沿って異なる位置に配列し、かつ、前記第１マークと前記第２マークとの間に前記第３マークを配置してなるマーク部に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせ状態を測定する繋ぎ合わせ測定装置であって、前記マーク部の画像を取り込み、前記第１マークと前記第３マークとの間隔を検出すると共に、前記第２マークと前記第３マークとの間隔を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された２つの間隔を比較することにより、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせずれ量を算出する算出手段とを備えたものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、分割露光によって基板の異なる位置に転写される複数の分割パターン領域が２次元配列された分割露光用マスクであって、前記分割パターン領域は、所定方向に細長い形状を有すると共に該所定方向に垂直な方向に対向配置された２つの外縁領域を含み、前記２つの外縁領域のうち一方には、当該分割パターン領域の基準位置を示すと共に繋ぎ合わせ測定用の矩形状の第１マークが設けられ、前記２つの外縁領域のうち他方には、前記所定方向に沿って前記第１マークとは異なる位置に、当該分割パターン領域の基準位置を示すと共に繋ぎ合わせ測定用の矩形状の第２マークが設けられ、前記第１マークと前記第２マークとは、予め定められた間隔を有するものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、分割露光によって基板の異なる位置に転写される複数の分割パターン領域が２次元配列された分割露光用マスクであって、前記分割パターン領域は、所定方向に細長い形状を有すると共に該所定方向に垂直な方向に対向配置された２つの外縁領域を含み、前記２つの外縁領域のうち一方には、当該分割パターン領域の基準位置を示すと共に繋ぎ合わせ測定用の矩形状の第１マークおよび第２マークが設けられ、前記２つの外縁領域のうち他方には、前記所定方向に沿って前記第１マークおよび前記第２マークとは異なる位置でかつ前記第１マークと前記第２マークとの間に、当該分割パターン領域の基準位置を示すと共に繋ぎ合わせ測定用の矩形状の第３マークが設けられ、前記第１マークと前記第３マークとは、予め定められた間隔を有し、前記第２マークと前記第３マークとは、予め定められた間隔を有するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第１実施形態)
本発明の第１実施形態は、請求項１,請求項３に対応する。
第１実施形態の繋ぎ合わせ測定装置１０は、図１に示すように、ウエハ１１を支持する検査ステージ１２と、ウエハ１１側に向けて照明光Ｌ１を射出する照明光学系(１３〜１５)と、ウエハ１１の像を形成する結像光学系(１６,１７)と、撮像素子１８と、画像処理部１９とで構成されている。
【００１３】
繋ぎ合わせ測定装置１０は、分割露光によってウエハ１１の異なる位置に転写された複数のサブフィールド（後述する）のうち、隣接するサブフィールドどうしの繋ぎ合わせ状態を測定する装置である。サブフィールドは、請求項の「分割パターン領域」に対応する。ウエハ１１は「基板」に対応する。
繋ぎ合わせ測定装置１０について具体的に説明する前に、図２〜図５を用い、測定対象のウエハ１１および繋ぎ合わせ測定用マーク２６の説明を行う。
【００１４】
ウエハ１１は、最上層に形成されているレジスト膜への分割露光および現像後で、かつ、レジスト膜の直下に隣接している所定の材料膜へのエッチング加工前の状態にある。ちなみに、レジスト膜の直下の材料膜は、繋ぎ合わせ測定装置１０による繋ぎ合わせ測定(後述する)の結果が良好な場合に、レジスト膜を介して実際に加工される。
【００１５】
また、ウエハ１１には、図２(ａ)に示すように、複数のチップ２３が２次元配列されている。また、１つのチップ２３は、図２(ｂ)に示すように、複数のサブフィールド２４に分割されている（図では１２個）。１つのサブフィールド２４の大きさと形状は、図３(ａ)に示す通りである。
【００１６】
つまり、ウエハ１１の各チップ２３（図２(ｂ)）において、複数のサブフィールド２４は、重なり領域２５（斜線ハッチング部）を介して繋ぎ合わされている。なお、サブフィールド２４の大きさＸｓ,Ｙｓは例えば１００μｍ程度であり、重なり領域２５の幅Ｌｏは、サブフィールド２４の大きさＸｓ,Ｙｓと比較して非常に小さい。
【００１７】
また、隣接する２つのサブフィールド２４どうしの重なり領域２５は、図２(ｂ)に太線枠２５ａで示すように、細長い形状となっている。以下、太線枠２５ａ内の細長い重なり領域２５を単に“重なり領域２５ａ”という。
ここで、Ｘ方向に隣接するサブフィールド２４どうしの場合、重なり領域２５ａの長手方向はＹ方向に一致する。同様に、Ｙ方向に隣接するサブフィールド２４どうしの場合、重なり領域２５ａの長手方向はＸ方向に一致する。重なり領域２５ａの長手方向は、後述する繋ぎ合わせずれ量Δの測定方向に対応する。重なり領域２５ａは、請求項の「重なり領域」に対応する。
【００１８】
そして、隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａには、図３(ｂ)に示すように、各々、３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６が形成されている。３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６は、構成が同じであり、重なり領域２５ａの長手方向に沿って、互いに重ならないような間隔Ｓ１,Ｓ２をあけて、順に配列されている。
【００１９】
繋ぎ合わせ測定用マーク２６の間隔Ｓ１,Ｓ２は、等しくても相違しても構わない。間隔Ｓ１,Ｓ２が等しい場合、繋ぎ合わせ測定用マーク２６は一定間隔で配列されたことになる。間隔Ｓ１,Ｓ２が相違している場合、繋ぎ合わせ測定用マーク２６は不定間隔で配列されたことになる。３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６の配列（間隔Ｓ１,Ｓ２）は、後述する繋ぎ合わせずれ量Δの有無に拘わらず不変である。
【００２０】
Ｘ方向に細長い重なり領域２５ａの繋ぎ合わせ測定用マーク２６と、Ｙ方向に細長い重なり領域２５ａの繋ぎ合わせ測定用マーク２６とは、一方を９０度回転させると他方に一致するような構成のため、以下、Ｙ方向に細長い重なり領域２５ａの繋ぎ合わせ測定用マーク２６を例にして、繋ぎ合わせ測定用マーク２６の構成説明を行う。
【００２１】
ちなみに、Ｙ方向に細長い重なり領域２５ａの繋ぎ合わせ測定用マーク２６は、その重なり領域２５ａを介してＸ方向に隣接する２つのサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態を測定するために形成されたマークである。
図３(ｃ)に示すように、繋ぎ合わせ測定用マーク２６は、２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂにより構成されている。矩形マーク２６Ａ,２６Ｂのうち一方は、隣接する２つのサブフィールド２４のうち一方と共に形成され、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂのうち他方は、他方のサブフィールド２４と共に形成される。つまり、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの各々は、Ｘ方向に隣接する２つのサブフィールド２４の各々の基準位置を示している。
【００２２】
また、２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂは、ウエハ１１の最上層のレジスト膜に形成されたボックス状の凹凸構造である。このため、重なり領域２５ａの長手方向(Ｙ方向)に関して、矩形マーク２６Ａは、左側のエッジＥ１Lと右側のエッジＥ１Rにより構成された１つのエッジ対を含み、矩形マーク２６Ｂは、左側のエッジＥ２Lと右側のエッジＥ２Rにより構成された１つのエッジ対を含んでいる。
【００２３】
さらに、２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂは、重なり領域２５ａの長手方向(Ｙ方向)に沿って異なる位置に配列されている。つまり、矩形マーク２６Ａの矩形マーク２６Ｂ側のエッジＥ１Rと矩形マーク２６Ｂの矩形マーク２６Ａ側のエッジＥ２Lとが互いに重ならないように配置されている。ただし、エッジＥ１RとエッジＥ２Lとの間隔は、隣接する２つのサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態が矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの配列方向（Ｙ方向）にずれた場合、その繋ぎ合わせずれ量Δに応じて変化し得る。
【００２４】
このように、２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂを長手方向(Ｙ方向)に沿って異なる位置に配列したため、これら２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂを同寸法とすることができる。本実施形態において、重なり領域２５ａの短手方向(Ｘ方向)に関する寸法Ｌｘは、重なり領域２５ａの幅Ｌｏより若干小さく(例えば５μｍ)、重なり領域２５ａの長手方向(Ｙ方向)に関する寸法Ｌｙは、例えば短手方向(Ｘ方向)の寸法Ｌｘと同程度である（正方形状）。これは、従来の２重マーク（例えば図１２の２重マーク５０参照）のうち外側マークと同程度の大きさである。
【００２５】
なお、矩形マーク２６Ａの中心位置Ｃ１と矩形マーク２６Ｂの中心位置Ｃ２との間隔φは、隣接する２つのサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態がＹ方向にずれた場合、その繋ぎ合わせずれ量Δに応じて変化し、予め定められた設計値（後述する図５の分割露光用マスク２７における間隔φｏ）とは異なることになる。つまり、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの間隔φには、設計値(φｏ)の成分と、分割露光時に発生した繋ぎ合わせずれ量Δの成分とが含まれる。
【００２６】
１つの重なり領域２５ａに形成された３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６は構成が同じであるため、各々の繋ぎ合わせ測定用マーク２６の矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの間隔φも、基本的には同じである。このため、本実施形態では、繋ぎ合わせ測定用マーク２６ごとに間隔φを検出し、各々の間隔φから繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出し、得られた３つの結果を用いることで、繋ぎ合わせ測定の精度をさらに向上させることができる。
【００２７】
ここで、上記の矩形マーク２６Ａは、請求項１の「矩形状の第１マーク」に対応する。矩形マーク２６Ｂは「矩形状の第２マーク」に対応し、繋ぎ合わせ測定用マーク２６は「マーク部」に対応する。
また、上記のウエハ１１および繋ぎ合わせ測定用マーク２６は、図４に示す露光装置３０と図５に示す分割露光用マスク２７とを用いた分割露光後、現像工程を経て作製される。
【００２８】
露光装置３０には、図４(ａ)に示すように、未露光のウエハ１１を支持するウエハステージ３１と、分割露光用マスク２７を支持するマスクステージ３２と、投影レンズ３３と、ステージ制御装置３４と、不図示の照明光源とが設けられている。未露光のウエハ１１には、最上層にレジスト膜が形成されている。
この露光装置３０は、電子ビーム(ＥＢ)やイオンビームなどの荷電粒子線または極紫外(ＥＵＶ)の光を用い、投影レンズ３３を介して、分割露光用マスク２７のパターンをウエハ１１に転写する装置である。分割露光時、ウエハステージ３１とマスクステージ３２とは、ステージ制御装置３４により同期制御される（後述する）。
【００２９】
分割露光用マスク２７には、図５(ａ)に示すように、ウエハ１１の１つのチップ２３（図２(ｂ)）を形成するために必要な複数のサブフィールド２８が２次元配列されている（図では１２個）。分割露光用マスク２７に形成されたサブフィールド２８のＸＹ方向の配列ピッチをＸｐ,Ｙｐとする。この配列ピッチＸｐ,Ｙｐは、分割露光時のマスクステージ３２の移動量として利用される。
【００３０】
また、各々のサブフィールド２８の外縁領域（斜線ハッチング部）のうちＸ方向またはＹ方向に細長い部分２８ａには、図５(ｂ)に示すように、繋ぎ合わせ測定用のマーク群(３５Ａ),(３５Ｂ),(３６Ａ),(３６Ｂ)が各々形成されている。図５(ｂ)は、図５(ａ)の円形枠２７ａの部分を拡大した図である。以下、外縁領域（斜線ハッチング部）のうち細長い部分２８ａを単に“外縁領域２８ａ”という。外縁領域２８ａは、請求項の「外縁領域」に対応する。
【００３１】
なお、Ｘ方向に対向配置されたマーク群(３５Ａ),(３５Ｂ)と、Ｙ方向に対向配置されたマーク群(３６Ａ),(３６Ｂ)とは、何れか一方を９０度回転させると、同じ構成になる。このため、Ｙ方向に対向配置されたマーク群(３６Ａ),(３６Ｂ)の説明を省略する。
図５(ｂ)を参照し、Ｘ方向に対向配置された繋ぎ合わせ測定用のマーク群(３５Ａ),(３５Ｂ)について具体的に説明する。マーク群(３５Ａ),(３５Ｂ)は、各々、Ｘ方向に対向配置されたＹ方向に細長い外縁領域２８ａの各々に形成されている。また、マーク群(３５Ａ),(３５Ｂ)は、各々、３つの矩形マーク３５Ａ,３５Ｂからなる。矩形マーク３５Ａ,３５Ｂの各々は、サブフィールド２８の基準位置を示している。
【００３２】
３つの矩形マーク３５Ａは、互いに同寸法であり、外縁領域２８ａの長手方向(Ｙ方向)に沿って間隔Ｓ３,Ｓ４をあけて順に配列されている。この３つの矩形マーク３５Ａは、分割露光時、投影レンズ３３(図４(ａ))を介してウエハ１１に転写されると、上述した３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６(図３(ｂ))に含まれる３つの矩形マーク２６Ａとなる。
【００３３】
同様に、３つの矩形マーク３５Ｂも、互いに同寸法であり、長手方向(Ｙ方向)に沿って間隔Ｓ３,Ｓ４をあけて順に配列されている。この３つの矩形マーク３５Ｂは、投影レンズ３３を介してウエハ１１に転写されると、上述した３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６(図３(ｂ))に含まれる３つの矩形マーク２６Ｂとなる。
さらに、マーク群(３５Ａ),(３５Ｂ)のうち、１対の矩形マーク３５Ａ,３５Ｂ（つまり１つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６(図３(ｂ))を構成する２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂに対応するもの）どうしは、外縁領域２８ａの長手方向(Ｙ方向)に沿って異なる位置に形成され、予め定められた設計値の間隔φｏを有する。
【００３４】
なお、矩形マーク３５Ａ,３５Ｂの寸法は同じである。間隔φｏは、矩形マーク３５Ａ,３５ＢのＹ方向の寸法よりも大きく、間隔Ｓ３,Ｓ４のうち小さい方と矩形マーク３５Ａ,３５ＢのＹ方向の寸法との差よりも小さい任意の値に設定されている。
このように、３つの矩形マーク３５Ａと３つの矩形マーク３５Ｂとは、間隔Ｓ３,Ｓ４が互いに等しく、対をなすものどうしの間隔φｏが予め定められているため、投影レンズ３３を介してウエハ１１に転写されると、構成が同じ３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６となる(図３(ｂ))。
【００３５】
なお、上記の矩形マーク３５Ａは、請求項３の「矩形状の第１マーク」に対応する。矩形マーク３６Ｂは「矩形状の第２マーク」に対応する。
そして、上記構成の露光装置３０(図４(ａ))と分割露光用マスク２７(図５)とを用いた分割露光は、次のようにして行われる。例えば、分割露光用マスク２７のＸ方向に配列された複数のサブフィールド２８を、ウエハ１１のチップ２３(図２(ｂ))内の異なるＸ位置に順次転写する場合について説明する。
【００３６】
▲１▼ まず、分割露光用マスク２７の複数のサブフィールド２８のうち、投影レンズ３３の光軸３３ａ（図４(ａ)）上に位置する１つのサブフィールド２８を照明し、そのパターン（３つの矩形マーク３５Ａ,３５Ｂも含む）を光軸３３ａ上のウエハ１１の所定領域に転写する。
これにより、ウエハ１１の所定領域には、光軸３３ａ上のサブフィールド２８のパターン（３つの矩形マーク３５Ａ,３５Ｂも含む）に対応する所定のパターン（３つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂも含む）が転写され、サブフィールド２４が形成される。
【００３７】
▲２▼ 次に、露光装置３０のステージ制御装置３４により、ウエハステージ３１とマスクステージ３２とを、共にＸ方向へステップ移動させる。
ウエハステージ３１の移動量は、図２(ｂ)に示すウエハ１１側のサブフィールド２４の大きさＸｓと、確保すべき重なり領域２５ａの幅Ｌｏとの差（Ｘｓ−Ｌｏ）に等しい。マスクステージ３２の移動量は、図５(ａ)に示す分割露光用マスク２７側のサブフィールド２８の配列ピッチＸｐに等しい。
【００３８】
マスクステージ３２を“Ｘｐ”だけステップ移動させることにより、光軸３３ａ上には、分割露光用マスク２７の次のサブフィールド２８が位置決めされる（図４(ｂ)参照）。なお図４(ｂ)では、ステップ移動の前後に光軸３３ａ上に位置するサブフィールド２８を区別するため、移動前のものをサブフィールド２８(１)、移動後のものをサブフィールド２８(２)とした。以下、説明でも同じ符号を用いる。
【００３９】
また、ウエハステージ３１を“Ｘｓ−Ｌｏ”だけステップ移動させることにより、光軸３３ａ上には、ウエハ１１の次の転写領域２９（図４(ｂ)参照）が位置決めされる。ただし、転写領域２９は、ウエハステージ３１の移動方向(Ｘ方向)の前端部分２９ａが、上記▲１▼で形成されたサブフィールド２４の後端部分２４ａ（既に３つの矩形マーク２６Ｂが転写済の部分）と重なっている。
【００４０】
▲３▼ そして、上記▲２▼のようにウエハステージ３１およびマスクステージ３２をステップ移動させた後、分割露光用マスク２７のサブフィールド２８(２)を照明し、そのパターン（３つの矩形マーク３５Ａ,３５Ｂも含む）をウエハ１１の転写領域２９に転写する。
これにより、ウエハ１１の転写領域２９には、サブフィールド２８(２)のパターン（３つの矩形マーク３５Ａ,３５Ｂも含む）に対応する所定のパターン（３つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂも含む）が転写され、サブフィールド２４が形成される。具体的には、転写領域２９の前端部分２９ａに３つの矩形マーク２６Ａが転写され、後端部分に３つの矩形マーク２６Ｂが転写される（図４(ｃ)参照）。
【００４１】
その結果、転写領域２９の前端部分２９ａでは、今回の転写による３つの矩形マーク２６Ａと前回の転写による３つの矩形マーク２６Ｂとが重なった状態となり、図３(ｂ)に示すような３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６が形成される。ただし実際に凹凸パターンとなるのは現像後である。なお、転写領域２９の前端部分２９ａは、既に説明した“重なり領域２５ａ”に対応する。
【００４２】
ちなみに、分割露光用マスク２７の２つのサブフィールド２８(１),(２)は、ウエハ１１にパターン転写されたときに重なり領域２５ａ（図２(ｂ)）を介して隣接する。また、サブフィールド２８(１)のうちウエハ１１上での重なり領域２５ａに対応する箇所には矩形マーク３５Ｂ、サブフィールド２８(２)のうち重なり領域２５ａに対応する箇所には矩形マーク３５Ａが設けられている。
【００４３】
▲４▼ 次に、上記▲２▼と同様にして、ウエハステージ３１およびマスクステージ３２をステップ移動させ、その後、上記▲３▼と同様にして、分割露光用マスク２７の次のサブフィールド２８のパターン転写を行う。
このように、露光装置３０と分割露光用マスク２７を用いた分割露光は、分割露光用マスク２７のサブフィールド２８のパターン転写（上記▲１▼,▲３▼,…）と、ウエハステージ３１およびマスクステージ３２のステップ移動（上記▲２▼,▲４▼,…）とを、交互に繰り返すことにより行われる。
【００４４】
すなわち、分割露光用マスク２７に形成された複数のサブフィールド２８は、ウエハ１１のチップ２３(図２(ｂ))内の異なるＸ位置に、細長い重なり領域２５ａを介して繋ぎ合わされながら、順に転写されていく。
そして、上記した分割露光後のウエハ１１を現像することにより、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａには、繋ぎ合わせ測定用マーク２６（図３(ｂ),(ｃ)）が凹凸パターンとして現れることになる。この状態で、ウエハ１１は、第１実施形態の繋ぎ合わせ測定装置１０（図１）の検査ステージ１２上に載置され、隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態が測定される。
【００４５】
さて次に、繋ぎ合わせ測定装置１０（図１）の具体的な構成説明を行う。
検査ステージ１２は、図示省略したが、ウエハ１１を水平状態に保って支持するホルダと、このホルダを水平方向(ＸＹ方向)に駆動するＸＹ駆動部とで構成されている。検査ステージ１２のホルダの法線方向をＺ方向とする。
検査ステージ１２のホルダをＸＹ方向に移動させることにより、ウエハ１１の各チップ２３(図２)のうち、１つ以上の繋ぎ合わせ測定用マーク２６(図３(ｂ))が形成された観察領域を結像光学系(１８〜２０)の視野領域内に位置決めすることができる。
【００４６】
照明光学系(１３〜１５)は、光軸Ｏ１に沿って順に配置された光源１３と照明レンズ１４とプリズム１５とで構成されている。プリズム１５は、反射透過面１５ａが光軸Ｏ１に対して略４５°傾けられ、結像光学系(１６,１７)の光軸Ｏ２上にも配置されている。照明光学系(１３〜１５)の光軸Ｏ１は、結像光学系(１６,１７)の光軸Ｏ２に垂直である。
【００４７】
結像光学系(１６,１７)は、光軸Ｏ２に沿って順に配置された対物レンズ１６と結像レンズ１７とで構成されている（光学顕微鏡部）。結像光学系(１６,１７)の光軸Ｏ２は、Ｚ方向に平行である。結像レンズ１７は、第２対物レンズとして機能する。なお、対物レンズ１６と結像レンズ１７との間には、照明光学系(１３〜１５)のプリズム１５が配置されている。
【００４８】
上記の照明光学系(１３〜１５)および結像光学系(１６,１７)において、光源１３から射出された光は、照明レンズ１４を介してプリズム１５に導かれ、その反射透過面１５ａで反射した後（照明光Ｌ１）、対物レンズ１６側に導かれる。そして、対物レンズ１６を通過した後（照明光Ｌ２）、検査ステージ１２上のウエハ１１に入射する。このとき、視野領域内に位置決めされた観察領域（１つ以上の繋ぎ合わせ測定用マーク２６(図３(ｂ))を含む）は、照明光Ｌ２により略垂直に照明される。
【００４９】
そして、照明光Ｌ２が照射されたウエハ１１の観察領域からは、そこでの凹凸構造（１つ以上の繋ぎ合わせ測定用マーク２６）に応じて反射光Ｌ３が発生する。この反射光Ｌ３は、対物レンズ１６とプリズム１５とを介して結像レンズ１７に導かれ、対物レンズ１６と結像レンズ１７の作用によって撮像素子１８の撮像面上に結像される。その結果、撮像素子１８の撮像面上には、反射光Ｌ３に基づく観察領域の拡大像（反射像）が形成される。
【００５０】
撮像素子１８は、複数の画素が２次元配列されたエリアセンサ（例えばＣＣＤカメラ）であり、撮像面上の拡大像を撮像し、画像信号を画像処理部１９に出力する。画像信号は、複数のサンプル点からなり、撮像素子１８の撮像面における各画素ごとの輝度値に関する分布（輝度分布）を表している。
【００５１】
なお、上記の照明光学系(１３〜１５)と結像光学系(１６,１７)と撮像素子１８と画像処理部１９とは、総じて請求項の「検出手段」に対応する。画像処理部１９は、請求項の「算出手段」に対応する。
画像処理部１９は、撮像素子１８からの画像信号に基づいて、ウエハ１１の観察領域（１つ以上の繋ぎ合わせ測定用マーク２６を含む）の拡大像を画像として取り込む。ここで、ウエハ１１の観察領域に含まれる１つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６の画像（以下「マーク画像６ａ」という）には、図６(ａ)に示すように、Ｙ方向に関して４本のエッジ像Ｆ１L,Ｆ１R,Ｆ２L,Ｆ２Rが現れる。
【００５２】
このうち、図中左方の２本のエッジ像Ｆ１L,Ｆ１Rは、図３(ｃ)に示す矩形マーク２６ＡのエッジＥ１L,Ｅ１Rに対応する。図中右方の２本のエッジ像Ｆ２L,Ｆ２Rは、矩形マーク２６ＢのエッジＥ２L,Ｅ２Rに対応する。
そして、画像処理部１９は、マーク画像６ａ（エッジ像Ｆ１L,Ｆ１R,Ｆ２L,Ｆ２R）に基づいて、ウエハ１１のＸ方向に隣接するサブフィールド２４どうしのＹ方向の繋ぎ合わせずれ量Δを算出し、この算出結果に基づいて繋ぎ合わせ状態を測定する。
【００５３】
繋ぎ合わせずれ量Δの算出は、図７のフローチャートの手順にしたがって行われる。画像処理部１９は、ステップＳ１１において、マーク画像６ａ（図６(ａ)参照）の中に、エッジ像Ｆ１L,Ｆ１Rの中央部分を含むような測定枠４１L,４１Rを各々指定し、図６(ｂ)に示すエッジ波形５１L,５１Rを各々生成する。エッジ波形５１L,５１Rは、矩形マーク２６Ａに関わるエッジ波形である。
【００５４】
さらに、次のステップＳ１２において、マーク画像６ａの中に、エッジ像Ｆ２L,Ｆ２Rの中央部分を含むような測定枠４２L,４２Rを各々指定し、図６(ｂ)に示すエッジ波形５２L,５２Rを各々生成する。エッジ波形５２L,５２Rは、矩形マーク２６Ｂに関わるエッジ波形である。
【００５５】
なお、図６(ｂ)の横軸はエッジ波形５１L,５１R,５２L,５２Rのサンプル点（画素）の位置を表し、縦軸は輝度値を表している。図６(ｂ)にて、エッジ波形５１L,５１R,５２L,５２Rの輝度値が極小となるボトム付近は、各々、図６(ａ)のエッジ像Ｆ１L,Ｆ２L,Ｆ２R,Ｆ１Rに対応する。
次に、画像処理部１９は、ステップＳ１１で生成したエッジ波形５１L,５１Rの中心位置Ｃ１ｙを、矩形マーク２６Ａの中心位置Ｃ１（図３(ｃ)参照）のＹ方向成分として検出する（ステップＳ１３）。ここで、既に説明したように、矩形マーク２６Ａの大きさは、従来の２重マーク（例えば図１２の２重マーク５０）のうち外側マークと同程度であるため、矩形マーク２６Ａの中心位置Ｃ１のＹ方向成分を正確に検出することができる。
【００５６】
また、画像処理部１９は、ステップＳ１２で生成したエッジ波形５２L,５２Rの中心位置Ｃ２ｙを、矩形マーク２６Ｂの中心位置Ｃ２のＹ方向成分として検出する（ステップＳ１４）。ここで、矩形マーク２６Ｂの大きさも、従来の２重マーク（例えば図１２の２重マーク５０）のうち外側マークと同程度であるため、矩形マーク２６Ｂの中心位置Ｃ２のＹ方向成分を正確に検出できる。
【００５７】
その後、画像処理部１９は、ステップＳ１３,Ｓ１４における各々の検出結果の差(＝Ｃ２ｙ−Ｃ１ｙ)を、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの間隔φ（図３(ｃ)も参照）として算出する（ステップＳ１５）。ステップＳ１３,Ｓ１４の検出結果が正確であるため、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの間隔φの算出結果も正確と言える。
そして最後に、ステップＳ１５で算出した間隔φと予め定めた設計値（図５の分割露光用マスク２７における間隔φｏ）とを比較し、例えば間隔φから設計値の間隔φｏを減算することにより、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしのＹ方向の繋ぎ合わせずれ量Δを算出する（ステップＳ１６）。繋ぎ合わせずれ量Δの算出結果も正確と言える。なお、比較対象である設計値の間隔φｏとは、分割露光用マスク２７上での間隔φｏではなく、ウエハ１１上に投影されたときの間隔φｏである。
【００５８】
このようにして画像処理部１９で算出した繋ぎ合わせずれ量Δは、図３(ｃ)のように矩形マーク２６Ａ,２６ＢがＹ方向に沿って配列された繋ぎ合わせ測定用マーク２６を利用して算出したものであり、露光装置３０と分割露光用マスク２７を用いた分割露光時、ウエハステージ３１およびマスクステージ３２をＹ方向にステップ移動させたときの移動誤差が主な原因と考えられる。
【００５９】
このため、画像処理部１９で算出したＹ方向の正確な繋ぎ合わせずれ量Δ（繋ぎ合わせ測定装置１０の測定結果）を露光装置３０のステージ制御装置３４にフィードバックして、次回の分割露光時、繋ぎ合わせずれ量Δに基づいてマスクステージ３２のＹ方向の移動量(Ｙｐ)を微調整することにより、高精度なＹ方向のステップ移動が実現する。
【００６０】
同様に、矩形マーク２６Ａ,２６ＢがＸ方向に沿って配列された繋ぎ合わせ測定用マーク２６を利用し、画像処理部１９で算出したＸ方向の正確な繋ぎ合わせずれ量Δを露光装置３０のステージ制御装置３４にフィードバックして、次回の分割露光時、繋ぎ合わせずれ量Δに基づいてマスクステージ３２のＸ方向の移動量(Ｘｐ)を微調整することにより、高精度なＸ方向のステップ移動が実現する。
【００６１】
上記した第１実施形態の繋ぎ合わせ測定装置１０では、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａに、その長手方向に沿って異なる位置に効率良く配列された矩形マーク２６Ａ,２６Ｂ（繋ぎ合わせ測定用マーク２６）を利用するため、重なり領域２５ａが非常に小さくても、隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態を精度よく測定できる。その結果、繋ぎ合わせ測定の信頼性が向上する。
【００６２】
さらに、１つの重なり領域２５ａに形成された３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６（図３(ｂ)）の各々で間隔φを検出し、各々の間隔φから繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出し、得られた３つの測定結果を平均化することで、繋ぎ合わせ測定の精度をさらに向上させることができる。
【００６３】
また、繋ぎ合わせ測定装置１０では、繋ぎ合わせ測定の精度を高く維持しつつ、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａを小さくできるため、サブフィールド２４内の重なり領域２５ａ以外（本来のパターンの転写領域）を大きく確保することができ、良好な分割露光が可能となる。
（第１実施形態の変形例）
なお、１つの重なり領域２５ａに設けた３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６が同じ構成である例を説明したが、各々の繋ぎ合わせ測定用マーク２６の構成が異なる場合にも本発明を適用できる。
【００６４】
構成が異なる場合としては、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの設計値の間隔φｏが繋ぎ合わせ測定用マーク２６ごとに異なる場合が考えられる。また、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの中心位置Ｃ１,Ｃ２を正確に検出可能な範囲であれば、その寸法Ｌｘ,Ｌｙを異ならせても構わない。
さらに、１つの重なり領域２５ａに３つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６を設けたが、その数は１つ以上であれば何個でも構わない。
【００６５】
また、矩形マーク２６Ａ,２６Ｂの中心位置Ｃ１,Ｃ２の差に基づいて間隔φを求め、間隔φから繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出する処理例を説明したが、本発明はこれに限定されない。矩形マーク２６Ａの矩形マーク２６Ｂ側のエッジＥ１Rと矩形マーク２６Ｂの矩形マーク２６Ａ側のエッジＥ２Lとの間隔を求め、このエッジの間隔から繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出しても良い。
【００６６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、請求項２,請求項４に対応する。
第２実施形態では、図８に示す分割露光用マスク３７と露光装置３０(図４)とを用いた分割露光によって作製されたウエハ１１を測定対象とし、このウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態を測定する場合について説明する。
【００６７】
分割露光用マスク３７には、図８に示すように、各々のサブフィールド２８の細長い外縁領域２８ａに繋ぎ合わせ測定用のマーク群(３８Ａ),(３８Ｂ),(３９Ａ),(３９Ｂ)が各々形成されている。図８(ｂ)は、図８(ａ)の円形枠３７ａの部分を拡大した図である。なお、Ｙ方向に対向配置されたマーク群(３９Ａ),(３９Ｂ)は、９０度回転でＸ方向に対向配置されたマーク群(３８Ａ),(３８Ｂ)と一致するため、その説明を省略する。
【００６８】
マーク群(３８Ａ),(３８Ｂ)は、各々、３つの矩形マーク３８Ａ,３８Ｂからなる。矩形マーク３８Ａ,３８Ｂの各々は、サブフィールド２８の基準位置を示している。３つの矩形マーク３８Ａは互いに同寸法である。３つの矩形マーク３８Ｂも互いに同寸法である。矩形マーク３８Ａ,３８Ｂの寸法も同じである。つまり、矩形マーク３８Ａ,３８Ｂは、上述の矩形マーク３５Ａ,３５Ｂ（図５(ｂ)）と同寸法である。
【００６９】
また、３つの矩形マーク３８Ａは、外縁領域２８ａの長手方向(Ｙ方向)に沿って等しい間隔Ｓ５で順に配列され、３つの矩形マーク３８Ｂも、同様に等しい間隔Ｓ５で順に配列されている。矩形マーク３８Ａは、分割露光によりウエハ１１に転写されると、図９に示す繋ぎ合わせ測定用マーク４６の矩形マーク４３Ａとなる。また、矩形マーク３８Ｂは、ウエハ１１に転写されると、繋ぎ合わせ測定用マーク４６の矩形マーク４３Ｂとなる。
【００７０】
さらに、１対の矩形マーク３８Ａ,３８Ｂ（つまり１つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６(図９)を構成する２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂに対応するもの）どうしは、長手方向(Ｙ方向)に沿って異なる位置に形成され、予め定められた設計値の間隔φｏを有すると共に、この間隔φｏが矩形マーク３８Ａ,３８Ｂの間隔Ｓ５の半分（つまりφｏ＝(Ｓ５)/２）となるように配列されている。
【００７１】
このため、３つの矩形マーク３８Ａと３つの矩形マーク３８Ｂとは、半位相分だけずれた状態（換言すれば逆位相の状態）で配列されたことになる。
このように構成された分割露光用マスク３７(図８)と露光装置３０(図４)とを用いた分割露光後のウエハ１１を現像することにより、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａには、各々、図９に示すような３つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６が凹凸パターンとして現れることになる。
【００７２】
この場合、３つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６は、構成が同じであり、重なり領域２５ａの長手方向(Ｙ方向)に沿って、互いに重ならないような等しい間隔Ｓ６をあけて、順に配列される。このような３つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６の配列（間隔Ｓ６）は、繋ぎ合わせずれ量Δの有無に拘わらず不変である。
また、各々の繋ぎ合わせ測定用マーク４６は、２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂにより構成されている。２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂは、重なり領域２５ａの長手方向(Ｙ方向)に沿って異なる位置に配列され、Ｘ方向に隣接する２つのサブフィールド２４の各々の基準位置を示している。
【００７３】
２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂは、長手方向(Ｙ方向)に沿って異なる位置に配列されるため、互いに同寸法とすることができる。本実施形態においても、重なり領域２５ａの短手方向(Ｘ方向)に関する寸法Ｌｘは、重なり領域２５ａの幅Ｌｏより若干小さく(例えば５μｍ)、重なり領域２５ａの長手方向(Ｙ方向)に関する寸法Ｌｙは、例えば短手方向(Ｘ方向)の寸法Ｌｘと同程度である（正方形状）。これは、従来の２重マーク（例えば図１２の２重マーク５０参照）のうち外側マークと同程度の大きさである。
【００７４】
矩形マーク４３Ａの中心位置Ｃ１と矩形マーク４３Ｂの中心位置Ｃ２との間隔φ１（図９(ｂ)参照）は、隣接する２つのサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態がＹ方向にずれた場合、その繋ぎ合わせずれ量Δに応じて変化し、予め定められた設計値（図８の分割露光用マスク３７における間隔φｏ）とは異なることになる。すなわち、間隔φ１には、設計値(φｏ＝(Ｓ５)/２)の成分と、分割露光時に発生した繋ぎ合わせずれ量Δの成分とが含まれる。
【００７５】
また、隣接する２つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６において、一方の繋ぎ合わせ測定用マーク４６（以下では符号を４６(１)とする)(図９(ｃ)参照）のうち他方の繋ぎ合わせ測定用マーク４６（以下では符号を４６(２)とする)側に位置する矩形マーク４３Ｂと、繋ぎ合わせ測定用マーク４６(２)のうち繋ぎ合わせ測定用マーク４６(１)側に位置する矩形マーク４３Ａとに注目すると、この２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂの中心位置Ｃ１,Ｃ２の間隔φ２は、次のように変化する。
【００７６】
隣接する２つのサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態がＹ方向にずれた場合、間隔φ２は、その繋ぎ合わせずれ量Δに応じて変化し、予め定められた設計値（図８の分割露光用マスク３７における間隔(Ｓ５−φｏ)）とは異なることになる。つまり、間隔φ２には、設計値(Ｓ５−φｏ＝(Ｓ５)/２)の成分と、分割露光時に発生した繋ぎ合わせずれ量Δの成分とが含まれる。
【００７７】
このように、図９(ｂ)の間隔φ１と図９(ｃ)の間隔φ２とは、何れも、隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせずれ量Δに応じて変化することになるが、間隔φ１と間隔φ２との和は常に一定値、つまり繋ぎ合わせ測定用マーク４６どうしの間隔Ｓ６（図９(ａ)）と等しくなるように保たれる（Ｓ６＝φ１＋φ２）。
【００７８】
したがって、第２実施形態における繋ぎ合わせずれ量Δの算出は、例えば、図９(ｃ)に示す繋ぎ合わせ測定用マーク４６(１)の２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂ（以下では符号を４３Ａ(１),４３Ｂ(１)とする)、および、繋ぎ合わせ測定用マーク４６(２)のうち繋ぎ合わせ測定用マーク４６(１)側に位置する矩形マーク４３Ａ（以下では符号を４３Ａ(２)とする)を用いて行われる。
【００７９】
つまり、第２実施形態における繋ぎ合わせずれ量Δの算出は、２つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６(１),４６(２)のうち隣接する３つの矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)を用いて行われる（図１０）。
【００８０】
なお、矩形マーク４３Ａ(１)は、請求項２の「矩形状の第１マーク」に対応する。矩形マーク４３Ａ(２)は「矩形状の第２マーク」に対応し、矩形マーク４３Ｂ(１)は「矩形状の第３マーク」に対応する。繋ぎ合わせ測定用マーク４６(１),４６(２)は総じて「マーク部」に対応する。
さらに、矩形マーク４３Ａ(１)に対応する分割露光用マスク３７（図８）上の矩形マーク３５Ａは、請求項４の「矩形状の第１マーク」に対応する。矩形マーク４３Ａ(２)に対応する矩形マーク３５Ａは「矩形状の第２マーク」に対応する。矩形マーク４３Ｂ(１)に対応する矩形マーク３５Ｂは「矩形状の第３マーク」に対応する。
【００８１】
次に、図１１のフローチャートを用い、第２実施形態における繋ぎ合わせずれ量Δの算出手順について説明する。第２実施形態でも、繋ぎ合わせずれ量Δの算出は画像処理部１９（図１）が実行する。このとき視野領域内には２つ以上の繋ぎ合わせ測定用マーク４６を含む観察領域が位置決めされ、その観察領域の画像が取り込まれる。
【００８２】
そして画像処理部１９は、観察領域の画像の中に現れたエッジ像に基づいて、図１０の矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)に関わるエッジ波形を各々生成する（ステップＳ２１）。次に、得られたエッジ波形に基づいて、矩形マーク４３Ａ(１),４３Ａ(２)の中心位置Ｃ１のＹ方向成分、および、矩形マーク４３Ｂ(１)の中心位置Ｃ２のＹ方向成分を検出する（ステップＳ２２）。
【００８３】
ここで、既に説明したように、矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)の大きさは、従来の２重マーク（例えば図１２の２重マーク５０）のうち外側マークと同程度であるため、矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)の中心位置Ｃ１,Ｃ２のＹ方向成分を正確に検出することができる。
その後、画像処理部１９は、ステップＳ２２における検出結果を用いて、矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１)の間隔φ１を算出する（ステップＳ２３）と共に、矩形マーク４３Ａ(２),４３Ｂ(１)の間隔φ２を算出する（ステップＳ２４）。ステップＳ２２の検出結果が正確であるため、間隔φ１,φ２の算出結果も正確と言える。
【００８４】
そして最後に、ステップＳ２３,Ｓ２４で算出した間隔φ１,φ２を比較し、間隔φ１,φ２の減算値を１/２倍することにより、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしのＹ方向の繋ぎ合わせずれ量Δを算出する（ステップＳ２５）。繋ぎ合わせずれ量Δの算出結果も正確と言える。
この場合にも、算出したＹ方向の正確な繋ぎ合わせずれ量Δを露光装置３０のステージ制御装置３４にフィードバックして、次回の分割露光時、繋ぎ合わせずれ量Δに基づいてマスクステージ３２のＹ方向の移動量(Ｙｐ)を微調整することにより、高精度なＹ方向のステップ移動が実現する。
【００８５】
同様に、Ｘ方向に沿って配列された矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)を利用し、画像処理部１９で算出したＸ方向の正確な繋ぎ合わせずれ量Δをフィードバックして、次回の分割露光時、繋ぎ合わせずれ量Δに基づいてマスクステージ３２のＸ方向の移動量(Ｘｐ)を微調整することにより、高精度なＸ方向のステップ移動が実現する。
【００８６】
上記した第２実施形態によれば、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａに、その長手方向に沿って異なる位置に効率良く配列された矩形マーク４３Ａ,４３Ｂ（繋ぎ合わせ測定用マーク４６）を利用するため、重なり領域２５ａが非常に小さくても、隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態を精度よく測定できる。その結果、繋ぎ合わせ測定の信頼性が向上する。
【００８７】
さらに、１つの重なり領域２５ａに形成された３つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６（図９）のうち、隣接する３つの矩形マーク（例えば図１０の４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)参照）の組み合わせを任意に複数通り選択して（図９では最大４通り）、各々の組み合わせで間隔φ１,φ２を検出し、得られた間隔φ１,φ２から繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出し、複数の測定結果(Δ)を平均化することにより、測定精度をさらに向上させることができる。
【００８８】
また、第２実施形態では、繋ぎ合わせずれ量Δの算出（図１１のステップＳ２５）に当たって、予め定められた設計値（間隔φｏ）との比較が不要なため、繋ぎ合わせ測定の前処理として“ウエハ１１上に投影されたときの間隔φｏ”を精度良く求める必要がない。このため、繋ぎ合わせ測定を簡易に実行できる。
さらに、第２実施形態でも、繋ぎ合わせ測定の精度を高く維持しつつ、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａを小さくできるため、サブフィールド２４内の重なり領域２５ａ以外（本来のパターンの転写領域）を大きく確保することができ、良好な分割露光が可能となる。
【００８９】
（第２実施形態の変形例）
なお、１つの重なり領域２５ａに設けた３つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６が同じ構成である例を説明したが、矩形マーク４３Ａ,４３Ｂの中心位置Ｃ１,Ｃ２を正確に検出可能な範囲であれば、各々の繋ぎ合わせ測定用マーク２６の矩形マーク４３Ａ,４３Ｂの寸法Ｌｘ,Ｌｙを異ならせても構わない。
【００９０】
さらに、１つの重なり領域２５ａに３つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６を設けたが、その数は２つ以上であれば何個でも構わない。
また、図１０に示すように、１つの繋ぎ合わせ測定用マーク４６と、これに隣接する１つの矩形マーク４３Ａ（または４３Ｂ）とを組み合わせた構成にも、本発明は適用できる。
【００９１】
さらに、３つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂ,４３Ａ（または４３Ｂ,４３Ａ,４３Ｂ）の中心位置Ｃ１,Ｃ２の差に基づいて間隔φ１,φ２を求め、間隔φ１,φ２から繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出する処理例を説明したが、本発明はこれに限定されない。隣接する矩形マーク４３Ａ,４３Ｂのエッジどうしの間隔（例えば図３(ｃ)のエッジＥ１RとエッジＥ２Lの間隔参照）を求め、得られた２つのエッジ間隔Ｍ１,Ｍ２から繋ぎ合わせずれ量Δの成分を抽出しても良い（Δ＝(Ｍ１−Ｍ２)/２）。
【００９２】
（全体の変形例）
なお、繋ぎ合わせ測定用マーク２６を構成する２つの矩形マーク２６Ａ,２６Ｂが同寸法である例、および、繋ぎ合わせ測定用マーク４６を構成する２つの矩形マーク４３Ａ,４３Ｂが同寸法である例を説明したが、各々の中心位置Ｃ１,Ｃ２やエッジ位置を正確に検出可能な範囲であれば、矩形マーク２６Ａと矩形マーク２６Ｂの寸法を異ならせても構わないし、矩形マーク４３Ａと矩形マーク４３Ｂの寸法を異ならせても構わない。
【００９３】
また、各々の矩形マーク（２６Ａ,２６Ｂ,４３Ａ,４３Ｂ）の寸法Ｌｙと寸法Ｌｘが同程度である例（正方形状の矩形マーク）を説明したが、中心位置Ｃ１,Ｃ２やエッジ位置を正確に検出可能な範囲であれば、寸法Ｌｙと寸法Ｌｘを異ならせても構わない（長方形状の矩形マーク）。
さらに、繋ぎ合わせ測定マーク２６,４６を構成する２つの矩形マークが、ボックス状の凹凸構造である例（エッジ対が１つ）を説明したが、例えばフレーム状の凹凸構造のようにエッジ対が２つ存在する場合にも、本発明は適用できる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サブフィールド（分割パターン領域）どうしの重なり領域が小さくても、精度良く繋ぎ合わせ状態を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】繋ぎ合わせ測定装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】ウエハ１１上のチップ２３の配列(ａ)と、複数のサブフィールド２４の配列(ｂ)を説明する図である。
【図３】１つのサブフィールド２４の構成(ａ)と、繋ぎ合わせ測定用マーク２６の配列(ｂ)および構成(ｃ)を示す図である。
【図４】露光装置３０の概略構成図(ａ)と、分割露光を説明する図(ｂ),(ｃ)である。
【図５】分割露光用マスク２７上のサブフィールド２８の配列(ａ)と、マーク群(３５Ａ),(３５Ｂ)などの配列(ｂ)を示す図である。
【図６】１つの繋ぎ合わせ測定用マーク２６の画像(ａ)と、エッジ波形(ｂ)の例を示す図である。
【図７】繋ぎ合わせ測定装置１０における測定手順を示すフローチャートである。
【図８】分割露光用マスク３７上のサブフィールド２８の配列(ａ)と、マーク群(３８Ａ),(３８Ｂ)などの配列(ｂ)を示す図である。
【図９】繋ぎ合わせ測定用マーク４６の配列(ｂ)および構成(ｃ)を示す図である。
【図１０】第２実施形態の繋ぎ合わせ測定に用いる３つの矩形マーク４３Ａ(１),４３Ｂ(１),４３Ａ(２)を説明する図である。
【図１１】第２実施形態の繋ぎ合わせ測定の手順を示すフローチャートである。
【図１２】従来の２重マークの一例を説明する概略図である。
【符号の説明】
１０ 繋ぎ合わせ測定装置
１１ ウエハ
１２ 検査ステージ
１３ 光源
１４ 照明レンズ
１５ プリズム
１６ 対物レンズ
１７ 結像レンズ
１８ 撮像素子
１９ 画像処理部
２３ チップ
２４，２８ サブフィールド
２５，２５ａ 重なり領域
２６，４６ 繋ぎ合わせ測定用マーク
２６Ａ，２６Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ，３８Ａ，３８Ｂ，３９Ａ，３９Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ 矩形マーク
２７，３７ 分割露光用マスク
２８ａ 外縁領域
２９ 転写領域
３０ 露光装置
３１ ウエハステージ
３２ マスクステージ
３３ 投影レンズ
３４ ステージ制御装置
Claims (4)
- 細長い重なり領域を介して隣接して基板に転写された第１の分割パターン領域と第２の分割パターン領域との前記重なり領域に、前記第１の分割パターン領域の基準位置を示す矩形状の第１マークと前記第２の分割パターン領域の基準位置を示す矩形状の第２マークとを、前記重なり領域の長手方向に沿って異なる位置に配列してなるマーク部に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせ状態を測定する繋ぎ合わせ測定装置であって、
前記マーク部の画像を取り込み、前記第１マークと前記第２マークとの間隔を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された間隔に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせずれ量を算出する算出手段とを備えた
ことを特徴とする繋ぎ合わせ測定装置。 - 細長い重なり領域を介して隣接して基板に転写された第１の分割パターン領域と第２の分割パターン領域との前記重なり領域に、前記第１の分割パターン領域の基準位置を示す矩形状の第１マークおよび第２マークと前記第２の分割パターン領域の基準位置を示す矩形状の第３マークとを、前記重なり領域の長手方向に沿って異なる位置に配列し、かつ、前記第１マークと前記第２マークとの間に前記第３マークを配置してなるマーク部に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせ状態を測定する繋ぎ合わせ測定装置であって、
前記マーク部の画像を取り込み、前記第１マークと前記第３マークとの間隔を検出すると共に、前記第２マークと前記第３マークとの間隔を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された２つの間隔を比較することにより、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせずれ量を算出する算出手段とを備えた
ことを特徴とする繋ぎ合わせ測定装置。 - 分割露光によって基板の異なる位置に転写される複数の分割パターン領域が２次元配列された分割露光用マスクであって、
前記分割パターン領域は、所定方向に細長い形状を有すると共に該所定方向に垂直な方向に対向配置された２つの外縁領域を含み、
前記２つの外縁領域のうち一方には、当該分割パターン領域の基準位置を示すと共に繋ぎ合わせ測定用の矩形状の第１マークが設けられ、
前記２つの外縁領域のうち他方には、前記所定方向に沿って前記第１マークとは異なる位置に、当該分割パターン領域の基準位置を示すと共に繋ぎ合わせ測定用の矩形状の第２マークが設けられ、
前記第１マークと前記第２マークとは、予め定められた間隔を有する
ことを特徴とする分割露光用マスク。 - 分割露光によって基板の異なる位置に転写される複数の分割パターン領域が２次元配列された分割露光用マスクであって、
前記分割パターン領域は、所定方向に細長い形状を有すると共に該所定方向に垂直な方向に対向配置された２つの外縁領域を含み、
前記２つの外縁領域のうち一方には、当該分割パターン領域の基準位置を示すと共に繋ぎ合わせ測定用の矩形状の第１マークおよび第２マークが設けられ、
前記２つの外縁領域のうち他方には、前記所定方向に沿って前記第１マークおよび前記第２マークとは異なる位置でかつ前記第１マークと前記第２マークとの間に、当該分割パターン領域の基準位置を示すと共に繋ぎ合わせ測定用の矩形状の第３マークが設けられ、
前記第１マークと前記第３マークとは、予め定められた間隔を有し、
前記第２マークと前記第３マークとは、予め定められた間隔を有する
ことを特徴とする分割露光用マスク。
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