JPH0629172A

JPH0629172A - 計測方法

Info

Publication number: JPH0629172A
Application number: JP4203073A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西; Shinichi Takagi; 伸一高木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1994-02-04
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JP3344426B2

Abstract

(57)【要約】【目的】移動鏡の曲がりを正確に計測する。【構成】Ｘ方向の一列のショット領域１７Ａ，１７
Ｂ，１７Ｃ，‥‥に端部を重ねた状態でそれぞれテスト
レチクルの全面のパターンを露光する。ショット領域１
７Ａとショット領域１７Ｂとが重なった領域で、計測マ
ーク像１５ＣＢと計測マーク像１６ＡＡとのＸ方向の位
置ずれΔＸ１及び計測マーク像１６ＣＢと計測マーク像
１５ＡＡとの位置ずれΔＸ２よりステッピングの回転誤
差を求める。次に、計測マーク像１４ＡＡと計測マーク
像１４ＣＢとのＹ方向の位置ずれΔＹ１にステッピング
の回転誤差を補正して、ショット配列のずれを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば露光装置のウエ
ハステージの座標計測用の移動鏡の曲がりの計測を行う
場合又は露光装置の投影光学系の歪曲収差の計測を行う
場合に適用して好適な計測方法に関する。

【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６は従来の投影露光装置の概略構成を示
し、この図６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】そのウエハ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】また、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。そのような重ね合わせ精度に大きく影響する要因の
一つに投影光学系ＰＬの歪曲収差がある。従来は以下の
ようにして投影光学系ＰＬの歪曲収差を計測していた。

【０００８】即ち、先ず図７（ａ）に示す計測マークが
形成されたレチクルＲを用意する。図７（ａ）におい
て、レチクルＲ上の１６個のマーク領域１０−１〜１０
ー１６にそれぞれＸ方向用の計測マーク及びＹ方向用の
計測マークが形成されている。そして、先ず図６のウエ
ハＷ上にそのレチクルＲのパターンをフルフィールドで
露光する。この場合、図７（ａ）の例えばマーク領域１
０−１０に対応するウエハＷ上の領域には、図７（ｂ）
に示すように、Ｘ方向用の計測マーク像１１Ｘ及びＹ方
向用の計測マーク像１１Ｙが投影される。計測マーク像
１１ＸはＹ方向に所定ピッチで配列された格子状パター
ンであり、計測マーク像１１ＹはＸ方向に所定ピッチで
配列された格子状パターンである。同様に他のマーク領
域１０−ｉ（ｉ≠１０）に対応してそれぞれＸ方向用の
計測マーク像及びＹ方向用の計測マーク像が投影され
る。

【０００９】次に、ウエハＷを順次所定量だけステッピ
ングしながら、例えば図７（ａ）のマーク領域１０−３
のみに照明視野を絞って、そのマーク領域１０−３の計
測マークの像を最初にフルフィールドで露光した各マー
ク領域１０−ｊ（ｊ≠３）の像の上に重ねて露光する。
この際に、マーク領域１０−３の像を例えばマーク領域
１０−１０の像の上に重ねて露光するには、マーク領域
１０−３とマーク領域１０−１０とのレチクルＲ上のＹ
方向の距離をＬ、投影光学系ＰＬの投影倍率をβとする
と、ウエハＷをＹ方向にβＬだけステッピングさせてそ
のマーク領域１０−３の像を重ねて露光する。

【００１０】この結果、図７（ｂ）に示すように、マー
ク領域１０−１０の計測マーク像１１Ｘ及び１１Ｙの近
傍にマーク領域１０−３のＸ方向用の計測マーク像１２
Ｘ及びＹ方向用の計測マーク像１２Ｙが投影される。次
にその重ねて露光したウエハＷに現像等の処理を施す
と、投影された多数の計測マーク像がウエハＷ上に凸又
は凹のパターンとして定着される。その後、図６の投影
露光装置に装着されているパターン計測装置又は独立し
た計測装置からそのウエハＷ上にスリット状の計測ビー
ムを照射してそのウエハＷと計測ビームとを相対的に走
査する。

【００１１】例えば図７（ｂ）の計測マーク像を例にと
ると、Ｙ方向にスリット状に伸びたＸ方向用の計測ビー
ム１３ＸがウエハＷ上に投影されている。この状態で計
測ビーム１３ＸとウエハＷとをＸ方向に相対的に走査す
ると、計測ビーム１３Ｘが計測マーク像１２Ｘ又は計測
マーク像１１Ｘ上を横切るときにそれぞれ所定の方向に
強い回折光が射出されることから、その計測ビーム１３
Ｘが計測マーク像１２Ｘ又は計測マーク像１１Ｘの中心
に合致したときの相対的な座標を検出することができ
る。従って、計測マーク像１２Ｘと計測マーク像１１Ｘ
とのＸ方向の位置ずれΔＸを検出できる。

【００１２】同様に図示省略したＸ方向にスリット状に
伸びたＹ方向用の計測ビームとウエハＷとをＹ方向に相
対的に走査することにより、計測マーク像１２Ｙと計測
マーク像１１ＹとのＹ方向の位置ずれΔＹを検出でき
る。これら位置ずれΔＸ及びΔＹがそれぞれ投影光学系
ＰＬの歪曲収差であり、他のマーク領域１０−ｉ（ｉ≠
１０）についてもそれぞれ計測マーク像のＸ方向及びＹ
方向の位置ずれを検出することにより、投影光学系ＰＬ
の全露光領域における歪曲収差を計測することができ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の図
６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８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。

【００１４】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。

【００１５】また、図７を参照して示した従来の歪曲収
差の計測方法では、例えば図７（ｂ）の計測マーク像１
２Ｘと計測マーク像１１Ｘとの重ね合わせ部分の計測精
度は良好である。しかしながら、ウエハＷをステッピン
グさせながら例えば図７（ａ）のマーク領域１０−３の
みを重ねて露光する際のステッピングの位置決め精度が
悪い場合には、例えば計測マーク像１２Ｘと計測マーク
像１１Ｘとの位置ずれ量ΔＸの計測結果にステッピング
誤差が混入して歪曲収差の計測精度が悪化するという不
都合があった。そして、異なる露光装置間でそれぞれ歪
曲収差の計測結果に異なる誤差が混入している場合に
は、露光装置間のマッチング精度も悪化する。

【００１６】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ことを目的とする。より具体
的に、本発明は、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のその移動鏡の曲がりに
よる誤差を補正してマッチング精度を高める前提とし
て、その露光装置の移動鏡の曲がりを正確に計測する計
測方法を提供することを目的とする。更に、本発明は、
投影光学系の歪曲収差を補正してマッチング精度を高め
る前提として、ステッピング誤差に影響されずに露光装
置の投影光学系の歪曲収差を正確に計測できる計測方法
を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の計測
方法は、例えば図１〜図３に示す如く、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、露光光でマスクを
照明する照明光学系と、そのマスクの像をそのステージ
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
のその移動鏡の曲がりを計測する方法において、そのマ
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（１４Ａ〜１６Ａ）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（１４Ｃ〜１６
Ｃ）が形成された計測用マスクＲ１を用いて、且つその
移動鏡に基づいて計測された座標に基づいてそのステー
ジをステッピングさせながら、その計測用マスクＲ１の
パターンをそのステージ上の感光基板の複数のショット
領域（１７Ａ，１７Ｂ）にそれら第１の計測マークの像
（１４ＡＡ〜１６ＡＡ）とそれら第２の計測マークの像
（１４ＣＢ〜１６ＣＢ）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）を有する。

【００１８】更に、本発明は、その感光基板上に露光さ
れたそれら第１の計測マークの像（１４ＡＡ〜１６Ａ
Ａ）の位置とその第２の計測マークの像（１４ＣＢ〜１
６ＣＢ）の位置との差よりその感光基板上のそれら複数
のショット領域（１７Ａ，１７Ｂ）に転写されるその計
測用マスクＲ１の像の回転量を計測する第２の工程（ス
テップ１０２）と、その感光基板上に露光されたそれら
第１の計測マークの像の位置とそれら第２の計測マーク
の像の位置との差及びその第２の工程で求めたその計測
用マスクＲ１の像の回転量とよりその感光基板上のそれ
ら複数のショット領域の相対的な配列を算出する第３の
工程（ステップ１０４）とを有し、この算出された複数
のショット領域の相対的な配列よりその移動鏡の曲がり
を求めるものである。

【００１９】また、本発明の第２の計測方法は、例えば
図１、図４及び図５に示すように、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、そのマスクの像をその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その投影
光学系の歪曲収差を計測する方法において、そのマスク
として第１の計測マーク（１８Ｅ）、この第１の計測マ
ーク（１８Ｅ）の近傍に配置された第２の計測マーク
（１９Ａ〜１９Ｈ）及び歪曲収差計測点に対応する位置
に配置された第２の計測マーク（１８Ｄ）が形成された
計測用マスクＲ２を用いて、この計測用マスクＲ２の全
パターンをそのステージ上の感光基板上に露光する第１
の工程（ステップ１０７）を有する。

【００２０】更に、本発明は、そのステージをステッピ
ングさせて、その計測用マスクＲ２のその第１の計測マ
ーク（１８Ｅ）及び第２の計測マーク（１９Ａ〜１９
Ｈ）をその感光基板上のその第３の計測マークの像（１
８ＤＡ）の近傍に露光する第２の工程（ステップ１０
８）と、その感光基板上にその第１の工程で露光された
その第２の計測マークの像（１９ＡＡ，１９ＨＡ）の位
置とその第２の工程で露光されたその第２の計測マーク
の像（１９ＤＢ，１９ＥＢ）の位置との差よりそのステ
ージのステッピング誤差を計測する第３の工程（ステッ
プ１１０）とを有し、その感光基板上にその第１の工程
で露光されたその第３の計測マークの像（１８ＤＡ）の
位置とその第２の工程で露光されたその第１の計測マー
クの像（１８ＥＢ）の位置との差、その第２工程におけ
るそのステージのステッピング量及びその第３の工程で
求めたそのステッピング誤差とよりその投影光学系の歪
曲収差を求めるものである（ステップ１１１）。

【００２１】

【作用】斯かる本発明の第１の計測方法によれば、隣り
合ったショット領域（１７Ａ，１７Ｂ）の重なり部分に
存在する第１の計測マークの像及び第２の計測マークの
像の位置を計測することにより、隣り合ったショット領
域（１７Ａ，１７Ｂ）間のステッピングのオフセット及
び回転量が求められる。このオフセット及び回転量の補
正を行うことにより、移動鏡の曲がりのみに起因する隣
り合ったショット領域（１７Ａ，１７Ｂ）間の相対的な
位置ずれが算出される。

【００２２】この動作を繰り返すことにより、例えば感
光基板の中心付近のショット領域を基準として、隣接す
るショット領域とのステッピングのオフセット及び回転
量の誤差を感光基板の外周方向に順次求めていき、これ
ら誤差の積算和を算出することにより、一連のショット
領域の相対的な位置すれ量を求めることができる。従っ
て、ステージのステッピング時に生じる誤差を正確に補
正することができ、理想的なショット領域の配列からの
実際の配列のずれ量から移動鏡の曲がりを高精度に算出
できる。

【００２３】また、本発明の第２の計測方法によれば、
第２の計測マーク（１９Ａ〜１９Ｈ）をほぼ重ね合わせ
て露光することによって、投影光学系の歪曲収差を含ま
ないステージのステッピング時の誤差だけを求めること
ができる。従って、第１の計測マーク（１８Ｅ）の像と
第３の計測マーク（１８Ｄ）の像との位置の差にそのス
テッピングに起因する誤差の補正を行うことにより、投
影光学系の歪曲収差のみに起因する誤差を高精度に求め
ることができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。本例は図６の投影露光装置において、移動
鏡７Ｘ及び７Ｙの曲がりの計測を行う場合及び投影光学
系ＰＬの歪曲収差の計測を行う場合に本発明を適用した
ものである。

【００２５】［移動鏡の曲がりの計測方法の実施例］先
ず、図６の移動鏡７Ｘ及び７Ｙの曲がりを計測する方法
の一例を示す。この場合、図２（ａ）に示すテストレチ
クルＲ１を使用する。図２（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１４Ａを形成し、その上
下にＸ方向用の計測マーク１５Ａ及び１５Ｂを形成す
る。計測マーク１４Ａは、図２（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１５Ａ及び１５Ｂは図２（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。これらの計測マークの像の位置の検出方法
は、図７（ｂ）を参照して説明した通りである。ただ
し、計測マーク１４Ａ及び１５Ｂ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。

【００２６】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１４
Ｃを挟んでＸ方向用の計測マーク１５Ｃ及び１６Ｃが形
成され、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１４Ｂを挟んでＹ方向用の計測マー
ク１５Ｂ及び１６Ｂ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１４Ｄを挟
んでＹ方向用の計測マーク１５Ｄ及び１６Ｄが形成され
ている。このテストレチクルＲ１を用いて図８の移動鏡
７Ｘ及び７Ｙの曲がりを計測する場合の動作につき図１
（ａ）の流れ図及び図３を参照して説明する。

【００２７】先ず、図１（ａ）のステップ１００におい
て、図６のウエハステージ６をステッピングさせなが
ら、レジスト等の感光材が塗布されたウエハＷ上のＸ方
向及びＹ方向の一列のショット領域に図２（ａ）のテス
トレチクルＲ１の全面のパターンを順次露光する。この
際に、図３に示すように、Ｘ方向の一列のショット領域
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，‥‥に露光するときには、Ｘ
方向の端部の計測マーク像が重なるようにする。また、
図示省略するも、Ｙ方向の一列のショット領域に露光す
るときには、Ｙ方向の端部の計測マーク像が重なるよう
にする。

【００２８】次に、そのウエハＷに現像等の処理を施し
て、ステップ１００で露光した潜像を凹又は凸のパター
ンに変える（ステップ１０１）。その後、Ｘ方向の一列
のショット領域についてステッピングの際の回転量及び
オフセットの誤差を順次計測し（ステップ１０２）、Ｙ
方向の一列のショット領域についてステッピングの際の
回転量及びオフセットの誤差を順次計測する（ステップ
１０３）。具体的に、Ｘ方向の隣り合うショット領域間
のステッピングの回転量及びオフセットの計測を行う方
法について図３を参照して説明する。

【００２９】図３において、Ｘ方向の先頭のショット領
域１７Ａの右端部には図２の計測マーク１４Ａ〜１６Ａ
の像１４ＡＡ〜１６ＡＡが形成されており、次のショッ
ト領域１７Ｂのショット領域１７Ｂの左端部には図２の
計測マーク１４Ｃ〜１６Ｃの像１４ＣＢ〜１６ＣＢが形
成されている。これらの像の内で、計測マーク像１５Ｃ
Ｂと計測マーク像１６ＡＡとのＸ方向の間隔ΔＸ１、計
測マーク像１６ＣＢと計測マーク像１５ＡＡとのＸ方向
の間隔ΔＸ２、及び計測マーク像１４ＡＡと計測マーク
像１４ＣＢとのＹ方向の間隔ΔＹ１を図７（ｂ）を参照
して説明した方法で計測する。

【００３０】この場合、ショット領域１７Ａからショッ
ト領域１７Ｂに移る過程で回転及びオフセットが生じな
い場合には、所定の間隔ΔＸ０を用いて次式が成立す
る。 ΔＸ１＝ΔＸ２＝ΔＸ０（１）従って、間隔ΔＸ１と間隔ΔＸ２との差分がステッピン
グの際の回転量ΔＲ１であり、それらの間隔の平均値の
間隔ΔＸ０からの差分がステッピングの際のオフセット
ΔＯ１であり、次式が成立する。 ΔＲ１＝ΔＸ１−ΔＸ２（２） ΔＯ１＝（ΔＸ１＋ΔＸ２）／２−ΔＸ０（３）同様に、ショット領域１７Ｂとショット領域１７Ｃとの
間のステッピングの回転量及びオフセットも求めること
ができる。

【００３１】次にステップ１０４において、回転量補正
を行いながら、一列のショット領域間の相対配列の計算
を行う。具体的に図３の場合には、ショット領域１７Ａ
とショット領域１７ＢとのＹ方向のずれ量の近似値は、
計測マーク像１４ＡＡと計測マーク像１４ＣＢとのＹ方
向のずれ量ΔＹ１と所定の基準量ΔＹ０との差分であ
る。そして、この差分に（２）式の回転量ΔＲ１の補正
を行ったものがＹ方向の配列のずれ量ΔＰ１であり、所
定の係数ｋを用いて次式が成立する。 ΔＰ１＝ΔＹ１−ΔＹ０−ｋ・ΔＲ１（４）

【００３２】同様に、ショット領域１７Ｂとショット領
域１７ＣとのＹ方向の配列のずれ量ΔＰ２は、計測マー
ク像１４ＡＢと計測マーク像１４ＣＣとのＹ方向のずれ
量に回転量の補正を行って算出される。また、Ｙ方向に
並んだショット領域間のＸ方向の配列のずれ量も、図２
（ａ）の計測マーク１４Ｄの像と計測マーク１４Ｂの像
とのＸ方向のずれ量にそれぞれ回転量の補正を行うこと
により算出される。これにより、Ｘ方向及びＹ方向に配
列された一連のショット領域の理想的な格子状の配列か
らのずれ量が算出される。

【００３３】その後、ステップ１０５において、移動鏡
７Ｘ及び７Ｙの曲がりの算出を行う。これら移動鏡７Ｘ
及び７Ｙの曲がり量は、ステップ１０４で求めたショッ
ト領域間の相対配列を順次積算して求めることができ
る。これら移動鏡７Ｘ及び７Ｙの曲がり量を投影露光装
置に補正係数として入力し（ステップ１０６）、投影露
光装置は図６のレーザー干渉計８Ｘ及び８Ｙの計測値に
対するオフセット補正を行う。これにより、図６の投影
露光装置ではウエハＷ上のショット領域の配列が理想格
子の配列にほぼ等しくなり、露光装置間のマッチング精
度が向上する。

【００３４】［投影光学系の歪曲収差の計測方法の実施
例］次に、図６の投影光学系ＰＬの歪曲収差を計測する
方法の一例を示す。この場合、図４（ａ）に示すテスト
レチクルＲ２を使用する。図４（ａ）に示すように、テ
ストレチクルＲ２のパターン領域には格子状の配列の各
格子点にそれぞれ主計測マーク１８Ａ，１８Ｂ，‥‥，
１８Ｉを形成する。例えば主計測マーク１８Ａは、Ｘ方
向用の計測マーク１８ＡＸ及びＹ方向用の計測マーク１
８ＡＹよりなり、計測マーク１８ＡＸ及び１８ＡＹはそ
れぞれ図２（ｃ）及び図２（ｂ）のような格子状のパタ
ーンである。他の主計測マーク１８Ｂ以下も同様にＸ方
向用及びＹ方向用の計測マークからなる。

【００３５】また、テストレチクルＲ２の中央の主計測
マーク１８Ｅの周囲に、８個の副計測マーク１９Ａ〜１
９Ｈを形成する。これら副計測マーク１９Ａ〜１９Ｈも
それぞれＸ方向用及びＹ方向用の計測マークからなる。
副計測マーク１９Ａ及び１９Ｈは、主計測マーク１８Ｄ
と主計測マーク１８Ｅとの中央の線上に位置し、副計測
マーク１９Ｄ及び１９Ｅは、主計測マーク１８Ｆと主計
測マーク１８Ｅとの中央の線上に位置する。他の副計測
マーク１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｆ，１９Ｇもそれぞれ中央
の線上に位置する。これらの主計測マーク及び副計測マ
ークの像の位置の検出方法は、図７（ｂ）を参照して説
明した通りである。このテストレチクルＲ２を用いて図
６の投影光学系ＰＬの歪曲収差を計測する場合の動作に
つき図１（ｂ）の流れ図及び図５を参照して説明する。

【００３６】先ず、図１（ｂ）のステップ１０７におい
て、図６のレジスト等の感光材が塗布されたウエハＷ上
にテストレチクルＲ２の全面のパターンを露光する。こ
れにより、図５（ａ）のショット領域２０において実線
で示す像が露光される。次に、ステップ１０８におい
て、図４（ｂ）に示すように、テストレチクルＲ２の計
測マークの内の中央の主計測マーク１８Ｅ及びその回り
の副計測マーク１９Ａ〜１９Ｈだけに露光光の照明視野
を制限する。この状態で、図６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上のステップ１０７に
おいて露光された主計測マーク１８Ａ〜１８Ｄ、１８Ｆ
〜１８Ｉの像の上にその主計測マーク１８Ｅの像が重な
るように順次部分露光を行う。これにより図５（ａ）に
おいて点線で示す像が露光される。

【００３７】次に、そのウエハＷに現像等の処理を施し
て、ステップ１０７及び１０８で露光した潜像を凹又は
凸のパターンに変える（ステップ１０９）。その後、ス
テッピングの際の移動誤差を順次計測する（ステップ１
１０）。具体的に、図４（ａ）の主計測マーク１８Ｄの
像と主計測マーク１８Ｅの像とが重なった領域でのステ
ッピングの移動誤差の計測方法について図５を参照して
説明する。

【００３８】図５（ａ）のショット領域２０において、
主計測マーク１８Ｄの像１８ＤＡの近傍に主計測マーク
１８Ｅの像１８ＥＢが形成されている。図４（ａ）のテ
ストレチクルＲ２上での主計測マーク１８Ｅと主計測マ
ーク１８ＤとのＸ方向の間隔をＭ、投影光学系の投影倍
率をβとする。そして、Ｘ方向にβＭだけウエハＷをス
テッピングさせてその主計測マーク像１８ＥＢを露光し
た場合、投影光学系の歪曲収差及びステッピングの移動
誤差が無いものとすると、主計測マーク像１８ＤＡと主
計測マーク像１８ＥＡとは一致する。実際には、投影光
学系の歪曲収差及びステッピングの移動誤差により両者
の位置はＸ方向及びＹ方向にずれている。

【００３９】また、ステップ１０７における主計測マー
ク１８Ｅの像１８ＥＡとステップ１０８における主計測
マーク１８Ｄの像１８ＤＡとの中間には、ステップ１０
７における副計測マーク１９Ｈの像１９ＨＡ及び副計測
マーク１９Ａの像１９ＨＡとステップ１０８における副
計測マーク像１９Ｅの像１９ＥＢ及び副計測マーク１９
Ｄの像１９ＤＢとがほぼ重なるように形成されている。
これらを拡大したものが図５（ｂ）である。この図５
（ｂ）において、副計測マーク像１９ＨＡと副計測マー
ク像１９ＥＢとはほぼ同一の位置に投影されているの
で、両者の位置ずれには投影光学系の歪曲収差の影響は
ない。

【００４０】従って、副計測マーク像１９ＨＡと副計測
マーク像１９ＥＢの位置ずれ量の基準量からの差分はス
テッピングの移動誤差に起因するものである。同様に、
副計測マーク像１９ＤＢと副計測マーク像１９ＡＡとの
位置ずれ量の基準量からの差分もステッピング誤差に起
因するものであり、これによりステッピング誤差を求め
ることができる。同様に、他の主計測マーク像と主計測
マーク１８Ｅの像とが重なった領域でもそれぞれ副計測
マーク像のずれ量よりステッピングの移動誤差を求める
ことができる。

【００４１】次にステップ１１１において、ステッピン
グの移動誤差を補正しながら投影光学系の歪曲収差を計
測する。具体的に例えば図５（ｂ）において、主計測マ
ーク像１８ＥＢと主計測マーク像１８ＤＡとのＸ方向の
位置ずれ量をΔＸ３とすると、そのずれ量ΔＸ３にステ
ッピングの移動誤差を補正して得られた結果が、図６の
投影光学系ＰＬのＸ方向の歪曲収差である。同様にＹ方
向の歪曲収差も計測される。また、他の主計測マーク１
８Ａ，１８Ｂ，‥‥の位置に対してそれぞれ投影光学系
ＰＬのＸ方向及びＹ方向の歪曲収差が求められる。その
後、ステップ１１２において、投影光学系ＰＬの歪曲収
差を投影露光装置にフィードバックする。具体的には、
図６の投影露光装置は結像特性制御装置９を介して投影
光学系ＰＬの歪曲収差の特性を所定の状態に設定する。
これにより露光装置間のマッチング精度が向上する。

【００４２】なお、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こ
とは勿論である。

【００４３】

【発明の効果】本発明の第１の計測方法によれば、ステ
ッピングによる誤差を補正しながらショット領域の相対
的な配列を算出しているので、移動鏡の曲がりだけを正
確に計測できる利点がある。従って、移動鏡の曲がりの
影響を補正しながら感光基板上にショット領域を配列す
ることにより、それらショット領域の配列が理想格子の
配列に近づき、異なる露光装置間でのマッチング精度が
向上する。

【００４４】本発明の第２の計測方法によれば、ステッ
ピングによる誤差を補正しながら投影光学系の歪曲収差
を算出しているので、その歪曲収差だけを正確に計測で
きる利点がある。そして、投影光学系の歪曲収差を所定
の状態に設定しながら感光基板上に露光を行うことによ
り、異なる露光装置間でのマッチング精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例の移動鏡の曲がりの
計測方法を示すフローチャート、（ｂ）はその実施例の
投影光学系の歪曲収差の計測方法を示すフローチャート
である。

【図２】（ａ）は実施例のテストレチクルＲ１のパター
ンを示す平面図、（ｂ）は計測マーク１４Ａの拡大平面
図、（ｃ）は計測マーク１５Ａの拡大平面図である。

【図３】実施例で移動鏡の曲がりを計測する際の露光状
態を示すウエハ上の要部の平面図である。

【図４】（ａ）は実施例のテストレチクルＲ２のパター
ンを示す平面図、（ｂ）はテストレチクルＲ２の一部を
遮光した場合を示す平面図である。

【図５】（ａ）は実施例で投影光学系の歪曲収差を計測
する際の露光状態を示すウエハ上のショット領域の平面
図、（ｂ）は図５（ａ）の要部の拡大平面図である。

【図６】従来の投影露光装置の概略の構成を示す斜視図
である。

【図７】（ａ）は従来のテストレチクルＲのパターンを
示す平面図、（ｂ）は従来の計測マーク像の位置の検出
方法の説明図である。

【図８】従来の投影露光装置の移動鏡の曲がりを示す平
面図である。

【符号の説明】

１光源４フライアイレンズ５コンデンサーレンズ系ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ６ウエハステージ７Ｘ，７Ｙ移動鏡８Ｘ，８Ｙレーザー干渉計９結像特性制御装置１４Ａ〜１６Ａ，１４Ｃ〜１６Ｃ計測マーク１４ＡＡ〜１６ＡＡ，１４ＣＢ〜１６ＣＢ計測マーク
像１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃショット領域１８Ａ〜１８Ｉ主計測マーク１９Ａ〜１９Ｈ副計測マーク２０ショット領域１８ＥＡ，１８ＥＢ，１８ＤＡ主計測マーク像１８ＥＢ，１９ＨＡ，１９ＤＢ，１９ＡＡ副計測マー
ク像

Claims

【特許請求の範囲】

【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前記移動鏡の曲がりを
計測する方法において、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、且つ前記移動鏡に基づ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２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
な配列を算出する第３の工程とを有し、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求める事を特徴とする計測方
法。
【請求項２】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前記投影光学系の歪曲収差を
計測する方法において、前記マスクとして第１の計測マーク、該第１の計測マー
クの近傍に配置された第２の計測マーク及び歪曲収差計
測点に対応する位置に配置された第３の計測マークが形
成された計測用マスクを用いて、該計測用マスクの全パ
ターンを前記ステージ上の感光基板上に露光する第１の
工程と、前記ステージをステッピングさせて、前記計測用マスク
の前記第１の計測マーク及び第２の計測マークを前記感
光基板上の前記第３の計測マークの像の近傍に露光する
第２の工程と、前記感光基板上に前記第１の工程で露光された前記第２
の計測マークの像の位置と前記第２の工程で露光された
前記第２の計測マークの像の位置との差より前記ステー
ジのステッピング誤差を計測する第３の工程とを有し、前記感光基板上に前記第１の工程で露光された前記第３
の計測マークの像の位置と前記第２の工程で露光された
前記第１の計測マークの像の位置との差、前記第２工程
における前記ステージのステッピング量及び前記第３の
工程で求めた前記ステッピング誤差とより前記投影光学
系の歪曲収差を求める事を特徴とする計測方法。