JPH04134813A - 投影露光装置、投影露光方法および回路製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
される投影し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）か知られている。

〔発明か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
やデイスト−ジョン特性の等方向成分（光軸に対称な成
分）についてのコントロールしか８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
歪みかある状態て焼付か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向な補正のみては
、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屯かあった。

本発明は以上の仁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ノヨンをもコントロールすること
によって、より高い重ね合わせ精度を持った投影露光装
置を得ることを目的としている。

〔課題を解決する為の手段〕

かかる問題点を解決するため本発明においては、マスク
上に形成されたパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して
所定の結像面に形成し、該結像面とほぼ一致するように
配置された基板に前記パタンの像を投影する装置におい
て、 前記投影光学系の少なくとも一部の光学要素（２９，３
０，３２）を、前記投影光学系の光軸（ＡＸ）方向とほ
ぼ垂直な面に対して傾斜させる駆動手段（３５，３６）
と： 前記結像面に前記投影光学系の所定の光学特性で結像さ
れる前記パターンの投影像に対する基板上に形成された
パターン（Ｍｌ−Ｍ４）の非等方的変形量を計測する計
測手段（１７等）と前記変形量に基づいて前記駆動手段
を駆動させることにより、前記パターンの投影像を前記
基板上に形成されたパターンに合致させるよう、該投影
光学系の光学特性を非等方的に変化させる補正手段（＋
７．３５．３６）と を設ける。

〔作　用〕

本発明によれば、投影光学系の構成要素の一部を投影光
学系の光軸方向にほぼ垂直な面に対して傾斜することが
てきるのて、ウェハ（基板）面上にパターン領域グされ
たパターンか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て重
ね合わせすることか可能となる。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
作成することかてきる。

〔実　施　例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳述する
。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、エキツ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
化か行われた照明光は、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て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ＸＹ
ステーノアと、駆動部８によってこのＸＹステーン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）か構成
されている。レーサ干渉計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とか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６０１６８１１２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１
７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をサーホ制陣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の位置か調整されて、ウ
ェハ５の表面と結像面とが正確に一致する。

ウェハ面と路間−面上には発光型パターンＦＭ（フィデ
ィシャルマークＦＭ）か設けられている。

このパターンＦＭはＸ、　Ｘ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
していないか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
る光電検出器か照明光学系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か重なっ
たときに光電検出器の光量か最大（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の相対位置か分かる。

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２　シリンドリカルレンズより構成され
るヒーム整形系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て反射され、レンズ
２１．ビムスプリッタ２２、レンズ２３を通りミラー２
４ａ、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上て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）か形成されているので、スポット光ＬＡ
ｙか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の回折光か生しる
。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て反射され、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２
８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した光電信号Ｓ
Ａ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（００１μｍ）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を制面し、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
合わせるへ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軸上てＸ方
向に細長く、ウェハ５上てＸ方向に延びたアライメント
パターンのＸ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軸上てＸ方向に細長く、ウ
ェハ５上てＸ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
素の一部か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）。しンズ支持
部材３３は伸縮可能な駆動素子３６ａ、３６ｂ、、３６
ｃ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、レチクルに近いしンズエレメント２
９．３０．３２を移動可能としており、これらのエレメ
ントは倍率、ディストーノヨン特性に与える影響か他の
レンズエレメントに比へて制御しやすいものを選択しで
ある。

尚、レンズエレメントの移動は、投影レン、２１’ＰＬ
の他の諸収差（例えば非点収差等）に及はす影響か無視
て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、デイ
スト−ジ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かあり、■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
群構成に限らす■、■の条件を満たすような例えば３群
以上のレンズ群て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、３６ｂ３６ｃも同様に夫々１２０°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６０°ずれた位置となるように配置されている
。駆動素子３５．３６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した駆動素子
の変位量は予め求めておくものとする。駆動素子のヒス
テリシス性を考虜し、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
モニターすることかできるので高精度な駆動か可能であ
る。

これにより、２群のレンズエレメント（２９３０）、（
３２）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して移動させることか
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
傾斜させることか可能となる。尚、レンズはレンズエレ
メント（２９，２０，３２）の仮想的な光軸（傾斜かな
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ンヨン特性を変化させ
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ｆａ）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てレンズ
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。これらのしンズ群の夫々は等
価的に無数の仮想的な回転軸を与えることかできるから
、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
方向性をへクトル和として求めることて、各レンズ群の
ディストーンヨン特性か決まる。さらに第１群、第２群
夫々のデイスト−ジ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
せることか可能となる。

又、これらのレンズエレメント（２９，３０３２）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イスト−ジョン特性を非等方的に
変化させることかできる。

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ｙ
軸に沿って対向する位置に設け、Ｘ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Ｐｘｐｙの他
に第４図（ａｌに示すような形状歪み計測用のパターン
Ｍｌ−Ｍ４か各ショットエリア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ｉ
ｆ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ｌｆ内に入っているものとする。

第４図（ｂｌはこの形状歪み計測用パターンＭｌ〜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Ｍ
１〜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（
デイスト−ジョン特性等）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１
７て計算により求める。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の持つデイスト−ジ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
・（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３５．３
６の駆動量を決め、駆動部３５．３６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か可能となる。

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ｌ〕

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Ｘ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Ｍｌ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
用パターンか一致する位置で回折光か発生する。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した光電信
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
モリ番地とステーン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Ｐｌｘとして検出する。同
様にＸ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Ｘ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Ｐｌｙとして検出する。ウェハ５
上のショットエリアＳＡ周辺には形状歪み計測用パター
ンＭｌの他Ｍ２〜Ｍ４の複数の形状歪み計測用パターン
か第４図ｆａｌ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の持つディストーンヨン特性等（
投影レンズＰＬか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によるデイスト−ジョン量Ｄｉ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）Ｐｌｘ−Ｐ４ｘ、Ｐｌｙ−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）Ｄ２を求める
。

そしてデイスト−ジョン量ＤＩと変形量Ｄ２との差■了
かしチクル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エノ１５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、この値か補正量
となる。

この補正量Ｄ３の計算は主制御系１７て行われ、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
ついて述へる。

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Ｐ
Ｌの光学特性を非等方的に変化させ、変形量か実質的に
零に近つくようにパターン投影像に強制的にデイスト−
ジョンを与えて補正を行うものである。ステップ２て求
めた補正量Ｄ３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）か決められる。

ここで、駆動素子３５．３６の駆動量とそれによって発
生する投影像のデイスト−ジョン量（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■了とテー
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か最小となる駆動量、若しく
は夫々のパターンの補正量の２乗和か最小となる駆動量
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２９．３０３２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か
可能となる。もちろんレンズエレメント２９，３０．３
２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か
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、ＰＩ’〜Ｐ
４°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
も対応かできる。

又、レンズエレメント２９，３０．３２を投影レンズＰ
Ｌ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
正可能とすることかできる。

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か、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かで
きる。

そり等に対応する場合変形量の測定にはギヤツブセンサ
１５１６を用いてウェハ上の数点において投影レンズＰ
Ｌ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か生しる場合
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か、何層口かのレチ
クル４上に形成されているデイスト−ジョン計測用のマ
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かてきる。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
量を計測することか可能となる。

〔第１実施例の変形例１〕 前記の実施例では、必要に応して投影レンズＰＬの光学
特性（ディストーンヨン量ＤＩ）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■了を
求め、ＤＩとＤ２の差から補正量Ｄ３を求めた。

しかし、変形例として、レチクル４．投影しンズ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を投影レンズＰＬを介し
て同時に観察することかできるので、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）・−ンヨン特性を予め求めておく必要
かないという利点かある。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
測用パターンか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
変形量の絶対値か直接求まる。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かできる。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
のパターンとか最適に重ね合わされるよう追い込みなか
ら駆動素子を微動させ所望のデイスト−ジョン特性とす
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シヨツトごとに
変形量の計測、補正を繰り返す為スルーブツトか低下す
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上のノヨ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（ＥＧＡ
）方式と呼ばれ、詳細については特開昭６１−４４４２
９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）個のソヨット領域Ｓ
、（この場合８１〜Ｓ、）のマークＭＹゎＭＸゎの位置
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ｘ
ｙ座標計内ての微小回転誤差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Ｓ１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
列座標か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か台形に歪んだウェ
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
ヨツト毎に測定した場合に比へ、■測定スパンか長く高
精度な計測が可能である。■平均化効果か得られる。■
スルーブツトか向上する等の利点かある。

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、高いスルーブツトでウェハが局所
的に変形した場合の形状歪みにも対応することかできる
。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
することかできる。

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か可能となる。この
確認結果て誤差かでた場合は、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
形量か求まる。

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、例えば伸縮係数か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
とか望ましい。

又、アライメント方式にＥＧＡ方式を使った場合、ＥＧ
Ａ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、誤差かある場合は伸縮係数を補
正するようにすればより精度か向上する。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か局所的に異なっている
場合にも対応することかできる。

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
光していたか、露光時に変形量を測定することなく露光
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
ロフトの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か見
られることより、ＥＧＡによる計測はロットの最初のウ
ェハについてた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、高スループツトに露光を行うことかできる
。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
述へてきた。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
初からデイスト−ジ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、は
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
ことかでき、スルーブツトが向上する。この際、最初に
パターン投影時に加えられる強制的なデイスト−ジョン
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かできる。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ブツトを向上させることかできる。

〔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、等方向なデイスト−ジョンを変化させる
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
施例で述へ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の等方向な変形は
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向なデイスト−ジョンを変
化させることか可能である。

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の等方向な変形はレチクル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か生じても高い重ね合わせ精度で露
光を行うことかできる。

【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ｉ１＋、　ｆｂ）は駆動可能なレンズエレメントの
特性を示す図、第４図（ａｔ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
ウェハ全体か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〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　マスク上に形成されたパターンを投影光学系を介して
   所定の結像面に形成し、該結像面とほぼ一致するように
   配置された基板に前記パターンの像を投影する装置にお
   いて、 前記投影光学系の少なくとも一部の光学要素を、前記投
   影光学系の光軸とほぼ垂直な面に対して傾斜させる駆動
   手段と； 前記結像面に前記投影光学系の所定の光学特性で結像さ
   れる前記パターンの投影像に対する基板上に形成された
   パターンの非等方的変形量を計測する計測手段と； 前記変形量に基づいて前記駆動手段を駆動させることに
   より、前記パターンの投影像を前記基板上に形成された
   パターンに合致させるよう、該投影光学系の光学特性を
   非等方的に変化させる補正手段と； を有することを特徴とする投影露光装置。