JPH0684753A

JPH0684753A - 露光方法

Info

Publication number: JPH0684753A
Application number: JP23693892A
Authority: JP
Inventors: Takashi Masuyuki; 崇舛行; Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1994-03-25
Anticipated expiration: 2017-05-20
Also published as: JP3282681B2

Abstract

(57)【要約】【目的】移動鏡の曲がりによる誤差を補正して露光を
行う。【構成】計測マークが形成されたレチクルのパターン
をウエハＷ上のＸ方向の第１列３２のショット領域に順
次露光し、隣り合うショット領域間のＹ方向の位置ずれ
量Δｙを求める。その際に、各ショット領域の回転誤差
の補正を行う。位置ずれ量ΔｙをＸ方向に加算していく
とＹ軸用の移動鏡７Ｙの曲がりの形状が分かる。実際の
露光時にはその曲がり分だけ計測された座標値の補正を
行ってウエハＷの位置決めを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば移動鏡が固定さ
れたウエハステージの座標をレーザー干渉測長方式で計
測してウエハステージの位置決めを行いながら、ウエハ
ステージ上のウエハの各ショット領域へ露光を行う投影
露光装置に適用して好適な露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィー技術を用いて製造する際に、レチクルの
パターンを投影光学系を介してウエハステージ上の感光
材が塗布されたウエハ上に投影するステップアンドリピ
ート方式の縮小投影露光装置（ステッパー）が使用され
ている。斯かる投影露光装置ではウエハの位置決め座標
を正確に設定するために、ウエハステージの座標がレー
ザー干渉計により計測されている。

【０００３】図８は従来の投影露光装置の概略構成を示
し、この図８において、水銀ランプ等の光源１から射出
された露光光ＩＬは、楕円鏡２で焦光された後にインプ
ットレンズ３でほぼ平行な光束に変換されてフライアイ
レンズ４に入射する。フライアイレンズ４の後側焦点面
には多数の２次光源が形成され、これら２次光源から射
出された露光光ＩＬはコンデンサーレンズ系５により適
度に集光されてレチクルＲを照明する。図示省略する
も、コンデンサーレンズ系５には可変視野絞りが備えら
れ、この可変視野絞りによりレチクルＲ上の照明視野を
任意に設定することができる。その露光光ＩＬのもとで
レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介してウエハ
Ｗ上の各ショット領域Ｓに縮小投影される。

【０００４】ウエハＷはウエハステージ６上に保持さ
れ、ウエハステージ６は、ウエハＷを投影光学系ＰＬの
光軸に垂直な平面内で位置決めするＸＹステージ、ウエ
ハＷを投影光学系ＰＬの光軸方向に位置決めするＺステ
ージ及びウエハＷの微小回転を行うθテーブル等より構
成されている。また、投影光学系ＰＬの光軸に垂直な平
面の直交座標系をＸ軸及びＹ軸とすると、ウエハステー
ジ６上には設計上Ｘ軸に垂直な反射面を有するＸ軸用の
移動鏡７Ｘ及び設計上Ｙ軸に垂直な反射面を有するＹ軸
用の移動鏡７Ｙが固定されている。

【０００５】８ＸはＸ軸用のレーザー干渉計、８ＹはＹ
軸用のレーザー干渉計を示し、レーザー干渉計８Ｘから
のレーザービームＬＢ１を移動鏡７Ｘで反射し、レーザ
ー干渉計８ＹからのレーザービームＬＢ２を移動鏡７Ｙ
で反射することにより、レーザー干渉計８Ｘ及び８Ｙに
おいて、ウエハステージ６のＸ座標及びＹ座標が計測さ
れる。また、図示省略した制御装置からの指令でウエハ
ステージ６を駆動することにより、ウエハステージ６上
のウエハＷの座標（Ｘ，Ｙ）を任意の座標に設定するこ
とができる。

【０００６】９は結像特性制御装置を示し、この結像特
性制御装置９は例えば投影光学系ＰＬの所定のレンズ室
の圧力を調整することにより、投影光学系ＰＬの倍率誤
差等の結像特性を制御する。レンズ室の圧力の制御の他
に、例えば投影光学系ＰＬのレンズ群の間隔を調整す
る、又はレチクルＲの傾斜角を調整する等の方法によっ
ても、投影光学系ＰＬの歪曲収差の状態等を或る程度調
整することができる。

【０００７】一般に半導体素子等はウエハ上に多数層の
回路パターンを重ねて転写することにより製造される
が、その際に例えば１層目の回路パターンに対する２層
目の回路パターンの重ね合わせ等を高精度に行う必要が
ある。特に、１層目の回路パターンの露光と２層目の回
路パターンの露光とがそれぞれ異なる露光装置で行われ
るような場合には、異なる露光装置間での重ね合わせ精
度（マッチング精度）を良好に維持する必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の図
８の投影露光装置では、ウエハステージ６上の移動鏡７
Ｘ及び７Ｙでレーザービームを反射することによりウエ
ハステージ６の座標が計測される。しかしながら、例え
ば図９に示すように、移動鏡７Ｘの反射面の平面度が悪
いときには、ウエハＷ上にＹ方向に形成される一列のシ
ョット領域Ｓ（１，１），Ｓ（１，２），Ｓ（１，
３），‥‥の配列が理想格子配列からＸ方向にずれるこ
とになる。同様に、移動鏡７Ｙの反射面の平面度が悪い
ときには、ウエハＷ上にＸ方向に形成される一列のショ
ット領域Ｓ（１，１），Ｓ（２，１），Ｓ（３，１），
‥‥の配列がＹ方向にずれる。また、別の投影露光装置
ではそれら移動鏡７Ｘ及び７Ｙの曲がりの状態が異な
り、ウエハＷ上に形成されるショット領域の配列のずれ
方も異なると考えられる。

【０００９】従って、ウエハＷの第１層目に或る投影露
光装置を用いて露光を行った後に、そのウエハＷの第２
層目に別の投影露光装置で露光を行うような場合には、
ショット領域の配列のずれ方が異なるために、マッチン
グ精度が悪くなり、ウエハＷ上に形成される半導体素子
等の不良率が高くなるという不都合があった。本発明は
斯かる点に鑑み、露光装置間のマッチング精度をより高
めるために、移動鏡が固定され２次元平面内で感光基板
を位置決めするステージと、その移動鏡から反射される
光ビームを用いてそのステージの座標を計測する座標計
測手段とを有する露光装置において、その移動鏡の曲が
りによる誤差を補正して露光を行うことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、例えば図１〜図３に示す如く、移動鏡（７Ｙ）が固
定され２次元平面内で感光基板（Ｗ）を位置決めするス
テージ（６）と、移動鏡（７Ｙ）から反射される光ビー
ムを用いてステージ（６）の座標を計測する座標計測手
段（８Ｙ）と、露光光でマスク（Ｒ）を照明する照明光
学系（１，４，１４〜１７）と、マスク（Ｒ）の像をス
テージ（６）上の感光基板（Ｗ）に投影する投影光学系
（ＰＬ）とを有する露光装置の露光方法において、マス
ク（Ｒ）としてパターン領域の一端近傍に複数の第１の
計測マーク（２９Ａ〜３１Ａ）が形成されそのパターン
領域の他端近傍に複数の第２の計測マーク（２９Ｃ〜３
１Ｃ）が形成された計測用マスク（Ｒ１）を用いて、且
つ移動鏡（７Ｙ）を用いて計測された座標に基づいてス
テージ（６）をステッピングさせながら、計測用マスク
（Ｒ１）のパターンをステージ（６）上の感光基板
（Ｗ）の複数のショット領域に第１の計測マーク（２９
Ａ〜３１Ａ）の像と第２の計測マーク（２９Ｃ〜３１
Ｃ）の像とがほぼ重なり合うように順次露光する第１の
工程（ステップ１００，１０２）を有する。

【００１１】更に、本発明は、感光基板（Ｗ）上に露光
された第１の計測マーク（２９Ａ〜３１Ａ）の像の位置
と第２の計測マーク（２９Ｃ〜３１Ｃ）の像の位置との
差より感光基板（Ｗ）上のそれら複数のショット領域の
相対的な配列を算出する第２の工程（ステップ１０５）
と、このように算出されたそれら複数のショット領域の
相対的な配列より移動鏡（７Ｙ）の曲がりを算出する第
３の工程（ステップ１０７）と、マスク（Ｒ）として転
写用のパターンが形成された露光用のマスクを用いて、
移動鏡（７Ｙ）を用いて計測された座標にその第３の工
程で算出された移動鏡（７Ｙ）の曲がりの補正をして得
られた座標に基づいてステージ（６）をステッピングさ
せながら、その露光用のマスクのパターンをステージ
（６）上の感光基板（Ｗ）の各ショット領域に露光する
第４の工程（ステップ１１３）とを有するものである。

【００１２】この場合、第２の工程（ステップ１０５）
と第３の工程（ステップ１０７）との間で、感光基板
（Ｗ）上に露光された第１の計測マーク（２９Ａ〜３１
Ａ）の像の位置と第２の計測マーク（２９Ｃ〜３１Ｃ）
の像の位置との差より感光基板（Ｗ）上のそれら複数の
ショット領域に転写される計測用マスク（Ｒ１）の像の
回転量を計測する第５の工程（ステップ１０５）を実行
し、第３の工程（ステップ１０７）では、感光基板
（Ｗ）上に露光された第１の計測マーク（２９Ａ〜３１
Ａ）の像の位置と第２の計測マーク（２９Ｃ〜３１Ｃ）
の像の位置との差及び第２の工程（ステップ１０５）で
求めた計測用マスク（Ｒ１）の像の回転量とより感光基
板（Ｗ）上のそれら複数のショット領域の相対的な配列
を算出することが望ましい。

【００１３】

【作用】斯かる本発明によれば、絶対配列法という概念
を用いてステージ（６）の移動鏡（７Ｙ）の形状が計測
される。以下に絶対配列法による移動鏡形状の計測方法
を示す。先ず、図４（ａ）に示すように、移動鏡（７
Ｙ）が曲がっているとして、感光基板（Ｗ）上に移動鏡
（７Ｙ）に設計上で平行な軸（これを「Ｘ軸」とする）
に沿って一直線上に露光を行う場合、一連のショット領
域のＸ軸に垂直なＹ軸方向の位置は、移動鏡（７Ｙ）に
沿って曲がってしまう。この曲がりを求めるために、図
４（ｂ）に示すように、最初のショット領域（３３−
１）に隣接するショット領域（３３−２）の中心位置と
破線で示した移動予定位置の中心位置とのＹ方向のずれ
量Δｙを計測し、そのずれ量を或る基準となるショット
領域より順に加算していく。このように加算して得られ
たずれ量をＸ軸に沿ってプロットすると、移動鏡（７
Ｙ）の曲がりの形状が求められる。

【００１４】次に、その移動鏡（７Ｙ）の曲がりによる
ステージ（６）の計測座標の誤差を補正しながら、感光
基板（Ｗ）上にＸ軸に沿って一直線上に露光を行うと、
得られる一連のショット領域の間にはＹ軸方向へのずれ
が無くなる。従って、異なる露光装置間でのマッチング
精度が向上する。

【００１５】但し、図４（ａ）の一連のショット領域の
間にはＹ軸方向へのずれだけではなく、マスク（Ｒ）の
回転やステージ（６）のステッピングの際の誤差等に起
因する回転誤差（傾き誤差）が存在する場合がある。こ
のような回転誤差が存在すると、Ｙ軸方向へのずれ量の
計測が正確にできないので、より正確にＹ軸方向へのず
れ量を求めるためには、先ず隣接するショット領域間の
回転誤差を計測する必要がある。そのような傾きを計測
するためには、例えば図５に示すように、第１のショッ
ト領域（３３−１）の第１の計測マークの像（３０Ａ
Ａ，３１ＡＡ）と第２のショット領域（３３−２）の第
２の計測マークの像（３１ＣＢ，３０ＣＢ）とのＸ軸方
向のずれ量Δｘｃ及びΔｘａを求める。これらずれ量Δ
ｘｃ及びΔｘａの差分より第２のショット領域（３３−
２）の回転角θが求められ、この回転角θより第１の計
測マークの像（２９ＡＡ）と第２の計測マークの像（２
９ＣＢ）との回転に起因するＹ軸方向のずれ量Δｒｙが
求められる。

【００１６】そこで、第１の計測マークの像（２９Ａ
Ａ）と第２の計測マークの像（２９ＣＢ）との実測され
たＹ軸方向のずれ量から、そのずれ量Δｒｙを減算する
と、第２のショット領域（３３−２）の回転誤差に影響
されない移動鏡（７Ｙ）の曲がりのみに依るＹ軸方向の
ずれ量が求められる。これにより、より正確に移動鏡
（７Ｙ）の曲がりの形状を計測することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明による露光方法の一実施例につ
き図１〜図６を参照して説明する。本例はステップアン
ドリピート方式で露光を行う投影露光装置の露光方法に
本発明を適用したものであり、図２において図８に対応
する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略す
る。

【００１８】図２は本例の投影露光装置の概略構成を示
し、この図２において、光源１から射出された露光光Ｉ
Ｌは、楕円鏡２で集光された後にインプットレンズ４で
ほぼ平行光束に変換されてフライアイレンズ４に入射す
る。楕円鏡２の第２焦点近傍にはシャッター１０を配置
し、シャッター１０を駆動モーター１１で駆動すること
により、インプットレンズ４への露光光の供給を随時停
止する。また、インプットレンズ４から射出された露光
光ＩＬは、開口絞り１２、ビームスプリッター１３、第
１リレーレンズ１４、可変視野絞り（可変レチクルブラ
インド）１５、第２リレーレンズ１６、コンデンサーレ
ンズ１７及びミラー１８を経て、レチクルＲを均一な照
度で照明する。開口絞り１２は投影光学系ＰＬの瞳面
（フーリエ変換面）とほぼ共役であり、可変視野絞り１
５はレチクルＲのパターン形成面とほぼ共役であり、可
変視野絞り１５によりレチクルＲ上の照明領域を任意に
設定することができる。

【００１９】その露光光ＩＬのもとで、レチクルＲのパ
ターンの像が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の各シ
ョット領域に投影される。ウエハＷはウエハホルダー１
９を介してウエハステージ６上に載置され、ウエハステ
ージ６上の一端にＹ軸用の移動鏡７Ｙが固定され、図示
省略するも、ウエハステージ６上の他端にＸ軸用の移動
鏡７Ｘ（図８参照）が固定されている。本例では移動鏡
７Ｙの裏面に温度センサー２１Ｙを取り付け、Ｘ軸用の
移動鏡７Ｘの裏面にも温度センサー２１Ｘ（図示省略）
を取り付ける。

【００２０】２０は装置全体の動作を制御する主制御系
を示し、温度センサー２１Ｙ及び２１Ｘでそれぞれ計測
された移動鏡７Ｙ及び７Ｘの温度情報を主制御系２０に
供給する。また、Ｙ軸用のレーザー干渉計８Ｙから射出
されたレーザービームを移動鏡７Ｙにより反射し、レー
ザー干渉計８Ｙ及びＸ軸用のレーザー干渉計８Ｘ（図示
省略、図８参照）で計測されたウエハステージ６の座標
情報を主制御系２０及び後述の座標計測回路２３に供給
する。主制御系２０は、駆動装置２２を介してウエハス
テージ６の位置決めを行う。

【００２１】また、図２において、ウエハＷで反射され
た露光光は投影光学系ＰＬ、レチクルＲ等を経てビーム
スプリッター１３に戻り、ビームスプリッター１３で更
に反射された露光光が、投影光学系ＰＬの瞳面と共役な
位置に置かれた光電変換素子よりなる反射量モニター２
４の受光面に入射する。反射量モニター２４の検出信号
を主制御系２０に供給し、主制御系２０はその検出信号
よりウエハＷの反射率を算出する。主制御系２０は、更
に駆動装置２５を介して可変視野絞り１５の開口部の形
状を所定の形状に設定し、メモリ２６に種々の情報を記
憶させる。

【００２２】２７はオフアクシスのアライメント系を示
し、アライメント系２７から射出されたアライメント光
がミラー２８で反射されて投影光学系ＰＬに入射し、投
影光学系ＰＬから射出されたアライメント光がウエハＷ
上に入射する。そして、ウエハＷ上のマーク等で散乱又
は回折により反射されたアライメント光が、投影光学系
ＰＬ及びミラー２８を経てアライメント系２７に戻る。
アライメント系２７の内部の光電変換素子から出力され
た検出信号を座標計測回路２３に供給する。ウエハステ
ージ６を駆動してウエハＷを投影光学系ＰＬの光軸に垂
直な面内で移動させたときに、アライメント光がウエハ
Ｗ上のマーク等を横切るとアライメント系２７にアライ
メント光の強い反射光が戻されることから、ウエハＷ上
のマークの位置を検出することができる。具体的に、座
標計測回路２３からウエハＷ上の各マークの２次元座標
の情報が主制御系２０に供給され、主制御系２０はその
情報をメモリ２６に記憶させる。

【００２３】次に、本実施例の露光動作につき図１のフ
ローチャートを参照して説明する。先ず図２のＹ軸用の
移動鏡７Ｙ及びＸ軸用の移動鏡７Ｘ（図８参照）の曲が
りを計測するが、そのために、図３（ａ）に示すテスト
レチクルＲ１を使用する。図３（ａ）に示すように、テ
ストレチクルＲ１のパターン領域の左辺の近傍におい
て、中央部にはＹ方向用の計測マーク２９Ａを形成し、
その上下にＸ方向用の計測マーク３０Ａ及び３１Ｂを形
成する。計測マーク２９Ａは、図３（ｂ）に示すよう
に、Ｘ方向に所定のピッチで配列された格子状パターン
からなり、計測マーク３０Ａ（計測マーク３１Ａも同
じ）は図３（ｃ）に示すように、Ｙ方向に所定ピッチで
配列された格子状パターンからなる。

【００２４】例えば、計測マーク２９ＡのウエハＷ上で
の像の位置は、Ｘ方向に長いスリット状のレーザービー
ムでその像の上をＹ方向に走査することにより検出する
ことができ、計測マーク３０ＡのウエハＷ上での像の位
置は、Ｙ方向に長いスリット状のレーザービームでその
像の上をＸ方向に走査することにより検出することがで
きる。ただし、計測マーク２９Ａ，３０Ａ及び３１Ａ等
はスリット状のパターン又は十字型のパターン等であっ
てもよい。十字型のパターンの場合には、計測マーク２
９Ａ，３０Ａ，３１ＡのＸ方向とＹ方向との両方の位置
が計測でき、位置計測の情報量が２倍になる。

【００２５】同様に、テストレチクルＲ１のパターン領
域の右辺の近傍にも、中央のＹ方向用の計測マーク２９
Ｃを挟んでＸ方向用の計測マーク３０Ｃ及び３１Ｃが形
成されている。また、そのパターン領域の下辺の近傍に
は、中央のＸ方向用の計測マーク２９Ｂを挟んでＹ方向
用の計測マーク３０Ｂ及び３１Ｂが形成され、そのパタ
ーン領域の上辺の近傍には、中央のＸ方向用の計測マー
ク２９Ｄを挟んでＹ方向用の計測マーク３０Ｄ及び３１
Ｄが形成されている。計測マーク２９Ｃ，３０Ｃ，３１
Ｃ、２９Ｂ，３０Ｂ，３１Ｂ及び２９Ｄ，３０Ｄ，３１
Ｄは、計測マーク２９Ａ，３０Ａ，３１Ａと同様にスリ
ット状のパターン又は十字状のパターンであってもよ
い。また、計測マーク３０Ａ（又は３１Ａ）と３１Ｃ
（又は３０Ｃ）とのＸ方向の間隔をＬｘとし、計測マー
ク３０Ｂ（又は３１Ｂ）と３１Ｄ（又は３０Ｄ）とのＹ
方向の間隔をＬｙとする。このテストレチクルＲ１を用
いて図２の移動鏡７Ｙ及び移動鏡７Ｘ（図８参照）の曲
がりを計測する。

【００２６】先ず、図１のステップ１００において、図
２のレチクルＲとしてテストレチクルＲ１をセットする
と共に、ウエハホルダー１９上にレジスト等の感光材が
塗布された未露光のウエハＷをセットし、ステップ１０
１において、主制御系２０は温度センサー２１Ｙを介し
てＹ軸用の移動鏡７Ｙの温度を計測する。これは温度に
より移動鏡７Ｙの曲がりの程度が変化する場合があるか
らである。その後、ステップ１０２において、図２のウ
エハステージ６をステッピングさせながら、ウエハＷ上
の図２の紙面に垂直なＸ方向の第１列のショット領域に
テストレチクルＲ１の全面のパターンを順次露光する。
これにより、図４（ａ）に示すように、ウエハＷ上のＸ
方向に沿った第１列３２のショット領域３３−１，３３
−２，３３−３，‥‥にテストレチクルＲ１のパターン
像が転写される。この際に、隣り合うショット領域にお
いて、Ｘ方向の端部の計測マーク像が重なるようにす
る。

【００２７】次に、ステップ１０３において、ウエハス
テージ６をステッピングさせながら、ウエハＷ上のＸ方
向の第２列のショット領域にテストレチクルＲ１の全面
のパターンを順次露光する。第２列のショット領域と第
１列のショット領域とは１／２ピッチだけＸ方向にずれ
ている。これにより、図４（ａ）に示すように、ウエハ
Ｗ上の第１列３２に平行な第２列３４のショット領域３
５−１，３５−２，３５−３，‥‥にテストレチクルＲ
１のパターン像が転写される。この際にも、隣り合うシ
ョット領域において、Ｘ方向の端部の計測マーク像が重
なるようにする。

【００２８】次に、ステップ１０４において、ウエハＷ
に現像等の処理を施して、ステップ１０２及び１０３で
露光した潜像を凹又は凸のパターンに変える。その後、
そのウエハＷを再び図２のウエハホルダー１９上にセッ
トして、アライメント系２７を用いてウエハＷ上の各計
測マークの像の位置の計測を行う。即ち、ステップ１０
５において、図４（ａ）の第１列３２のショット領域の
各計測マーク像の位置を計測し、この計測結果に基づい
て各ショット領域の回転量を補正しながら、第１列３２
のショット領域のＹ方向の相対配列の計算を行う。この
ようにして計算された相対配列は、例えば左端のショッ
ト領域３３−１を基準にすると絶対配列となる。

【００２９】この場合、隣り合うショット領域間に回転
誤差が無いものとすると、図４（ｂ）に示すように、シ
ョット領域３３−２の中心３６−２の位置が移動鏡７Ｙ
に曲がりが無い場合の中心３７の位置からＹ方向にΔｙ
だけずれる。このずれ量Δｙから移動鏡７Ｙの曲がり量
が求められる。しかしながら、実際には回転誤差が混入
しているので、図５を参照して回転誤差によるＹ方向の
ずれ量の算出方法を説明する。

【００３０】図５は図４（ａ）の第１のショット領域３
３−１に対して第２のショット領域３３−２が中心３６
−２を軸としてθ方向に回転している状態を示し、この
図５において、第１のショット領域３３−１には図３
（ａ）の計測マーク２９Ａ〜３１Ａの像２９ＡＡ〜３１
ＡＡが形成され、第２のショット領域３３−２には図３
（ａ）の計測マーク２９Ｃ〜３１Ｃの像２９ＣＢ〜３１
ＣＢが形成されている。この場合、θ方向への回転によ
り、計測マーク像３０ＡＡと３１ＣＢとはＸ方向にΔｘ
ｃだけずれて、計測マーク像３１ＡＡと３０ＣＢとはＸ
方向にΔｘａだけずれている。但し、ΔｘａとΔｘｃと
は符号が逆である。また、計測マーク像２９ＡＡと２９
ＣＢとはＹ方向にΔｒｙだけずれている。このΔｒｙを
回転誤差と呼ぶ。

【００３１】次に、ショット領域３３−１の中心３６−
１から計測マーク像２９ＡＡの中心までの既知の間隔を
Ｌｂ、中心３６−１から計測マーク像３０ＡＡの中心ま
での既知の間隔をＬｃとすると、次の関係がある。

【数１】 Δｒｙ＝｛（Δｘａ−Δｘｃ）／２｝（Ｌｂ／Ｌｃ）

【００３２】また、図５において、ショット領域３３−
２が更にＹ方向に位置ずれしても、Ｘ方向のずれ量Δｘ
ａ及びΔｘｃは変化しない。一方、ショット領域３３−
２がＸ方向に位置ずれすると、Ｘ方向のずれ量Δｘａ及
びΔｘｃには同一のオフセットが加算されるが、２個の
ずれ量の差分（Δｘａ−Δｘｃ）の値は同じである。即
ち、計測マーク像の２個のＸ方向のずれ量Δｘａ及びΔ
ｘｃより、（数１）に基づいて回転誤差Δｒｙが常に正
確に算出される。従って、図５の計測マーク像２９ＡＡ
と計測マーク像２９ＣＢとのＹ方向の実際の計測された
ずれ量をΔｙｂとすると、このずれ量Δｙｂから回転誤
差Δｒｙを減算して得られる値が、ショット領域３３−
２のＹ方向への位置ずれ量である。

【００３３】同様の方法で、図４（ａ）の第１列３２の
隣接するショット領域間のＹ方向の位置ずれ量Δｙを順
次求める。そして、或る基準位置、例えば左端のショッ
ト領域３３−１の位置を基準として、順にＹ方向の位置
ずれ量Δｙの値を加算しながらＸ座標に対応させてプロ
ットすると、図６（ａ）に示すように、傾きαを持った
データ系列が求められる。この傾きαは、全ての隣接す
るショット領域に対するオフセットであり、Ｘ軸用の移
動鏡７ＸとＹ軸用の移動鏡７Ｙとの直交度のずれ及びテ
ストレチクルＲ１の回転等により発生する。この傾きα
を計算により除去すると、図６（ｂ）に示すように、Ｙ
軸用の移動鏡７Ｙの曲がりの形状が求められる。その傾
きαは、例えば最小自乗法等により決定することができ
る。計測点間の距離は露光時の各ショット領域の大きさ
等により制限されるので、計測点間の移動鏡７Ｙの形状
は、何等かの補間（例えばスプライン関数による補間）
を用いることにより図６（ｂ）の実線の曲線のように予
測できる。

【００３４】しかし、補間を行った場合の計測点間の値
は、信頼性が低い。そこで、より高精度に移動鏡７Ｙの
曲がりの形状を求めるために、図１のステップ１０６に
おいて、図４（ａ）の第２列３４のショット領域に関し
て回転量補正をしながらＹ方向の相対配列（位置ずれ
量）の計算を行う。第２列３４は第１列３２に対して１
／２ピッチずれているので、第２列３４のショット領域
に関するＹ方向の位置ずれ量を加算してプロットするこ
とにより、図６（ｃ）に示すように、図６（ａ）の計測
点の中間の計測点のデータ系列が求められる。そのデー
タ系列からも傾きβを除去すると、図６（ｄ）に示すよ
うな移動鏡７Ｙの曲がりの形状が得られる。

【００３５】図６（ｂ）のデータ系列と図６（ｄ）のデ
ータ系列とはオフセットが異なっているため、そのまま
では同一形状に対する計測結果として合わせて用いるこ
とができない。そこで、図１のステップ１０７におい
て、第１列に関する図６（ｂ）のデータ系列の補間曲線
上のＸ方向の中間点でのＹ方向の位置ずれ量と、第２列
に関する図６（ｄ）のデータ系列の計測点でのＹ方向の
位置ずれ量との差分の自乗和が最小になるように、最小
自乗法で図６（ｄ）のデータ系列に対するオフセット量
を求める。そして、図６（ｂ）のデータ系列と、オフセ
ット量を加算した図６（ｄ）のデータ系列とを重ね合わ
せると、図６（ｅ）のデータ系列が得られる。重ね合わ
せて得られた図６（ｅ）のデータ系列を、改めて１つの
データ系列とみなして最小自乗近似等（例えば、平滑化
スプライン近似）を用いて近似曲線を求めることによ
り、より高い分解能で移動鏡７Ｙの曲がりの形状計測を
行うことができる。

【００３６】この場合、より高精度に且つ高い分解能で
移動鏡７Ｙの曲がりの形状の計測を行うためには、デー
タ系列の各計測点間のＸ方向の間隔をできるだけ小さく
し、且つ位置をＸ方向にずらしたデータ系列のデータの
重ね合わせを行うとよい。次に、図１のステップ１０８
において、主制御系２０はＹ軸用の移動鏡７Ｙの曲がり
の形状の情報である図６（ｅ）の実線で示す関数Ｓ
（Ｘ）を補正係数としてメモリ２６に記憶させる。次
に、実際にＹ軸用の移動鏡７Ｙを用いてウエハステージ
６をＸ方向にステップアンドリピート方式で移動させた
場合の各Ｘ座標でのＹ方向の位置ずれ量Δｙは、以下の
（数２）により求められる。

【数２】Δｙ＝Ｓ（ｘ）

【００３７】従って、ウエハステージ６のＸ方向への移
動時に、Ｙ軸用のレーザー干渉計８Ｙで計測された座標
値からその位置ずれ量Δｙを減算して、これにより得ら
れた座標値に基づいてウエハステージ６を移動させるこ
とにより、あたかもＹ軸用の移動鏡７Ｙが真直であるか
の如くウエハステージ６が移動する。

【００３８】次に、図１のステップ１１０において、主
制御系２０はＸ軸用の移動鏡７Ｘ（図８参照）の温度計
測を行い、ステップ１１１において、Ｙ軸用の移動鏡７
Ｙの場合と同様にＸ軸用の移動鏡７Ｘの曲がりの形状の
計測を行う。そして、ステップ１１２において、主制御
系２０はＸ軸用の移動鏡７Ｘの曲がり表す図６（ｅ）の
実線のような関数を補正係数としてメモリ２６に記憶さ
せる。その後、ステップ１１３において、図２のレチク
ルＲとして実際の露光用のレチクルをセットして、露光
用のウエハＷをウエハホルダー１９にセットした状態
で、Ｘ軸用の移動鏡７Ｘ及びＹ軸用の移動鏡７Ｙの曲が
りの補正をしながらそのウエハＷの各ショット領域への
露光を行う。この場合、あたかも移動鏡７Ｘ及び７Ｙの
反射面がほぼ完全な平面であるかの如くウエハステージ
６が移動するので、一連のショット領域を縦横に真直に
露光することができ、異なる露光装置間でのマッチング
精度が向上する。

【００３９】また、図３の計測マーク３０Ａ，３１Ａ、
計測マーク３１Ｃ，３０Ｃを十字型のマークとすれば、
計測マーク３０Ａと３１Ａとに挟まれた計測マーク２９
Ａ及び計測マーク３１Ｃと３０Ｃとに挟まれた計測マー
ク２９Ｃを用いなくとも、移動鏡７Ｙの曲がりの形状計
測を行うことができる。図７は図４（ａ）の第１のショ
ット領域３３−１に対して第２のショット領域３３−２
が中心３６−２を軸としてθ方向に回転している状態を
示し、この図７において、第１のショット領域３３−１
には十字マーク状の計測マーク３０Ａ′，３１Ａ′の像
３０Ａ′Ａ，３１Ａ′Ａが形成され、第２のショット領
域３３−２には十字状の計測マーク３０Ｃ′，３１Ｃ′
の像３０Ｃ′Ｂ，３１Ｃ′Ｂが形成されている。この場
合、θ方向への回転により、計測マーク像３０Ａ′Ａと
３１Ｃ′ＢとはＸ方向にΔｘｃ、Ｙ方向にΔｙｃだけず
れて、計測マーク像３１Ａ′Ａと３０Ｃ′ＢとはＸ方向
にΔｘａ、Ｙ方向にΔｙａだけずれている。

【００４０】この場合、回転角θは次のようになる。

【数３】（Δｙａ−Δｙｃ）／（２Ｌｘ）≒θ そして、回転誤差Δｒｙは次のように表される。

【数４】Δｒｙ＝｛（Δｘａ−Δｘｃ）／２｝｛（Δｙ
ａ−Δｙｃ）／（２Ｌ）｝＝（Δｘａ−Δｘｃ）（Δｙａ−Δｙｃ）／（４Ｌ）

【００４１】また、Ｙ方向のずれ量Δｙｂは次のように
表される。

【数５】Δｙｂ＝（Δｙａ＋Δｙｃ）／２従って、このずれ量から回転誤差Δｒｙを減算して得ら
れるショット領域３３−２のＹ方向への位置ずれ量Δｙ
は、次のようになる。

【図６】 Δｙ＝Δｙｂ−Δｒｙ＝（Δｙａ＋Δｙｃ）／２ −（Δｘａ−Δｘｃ）（Δｙａ−Δｙｃ）／（４Ｌ）

【００４２】同様にして、計測マーク３の計測マーク３
０Ｄ，３１Ｄ，３０Ｂ，３１Ｂも十字マークとして、Ｘ
軸用の移動鏡７Ｘの曲がりの計測を行う。このように計
測マークとして十字型のマークを使用することにより、
各計測マークは２つずつでよく、図３の計測マーク２９
Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄは不要となる。

【００４３】また、移動鏡７Ｘ及び７Ｙの曲がりの形状
が、ウエハステージ６の移動に伴う発熱及び露光エネル
ギーの吸収等による温度変化により変化する可能性があ
る場合は、予め異なる複数の温度で移動鏡７Ｘ及び７Ｙ
の曲がりの形状を求めておく。そして、実際の露光時に
は移動鏡７Ｘ及び７Ｙの温度を随時計測して、計測され
た温度に対応する曲がりの形状のデータを使用してレー
ザー干渉計の計測座標を補正することにより、一連のシ
ョット領域を縦横により真直に露光することができる。

【００４４】なお、実際に移動鏡７Ｘ及び７Ｙの曲がり
の計測を行う際には、平均化により計測誤差を低減させ
るために、１枚のウエハ上に例えばＸ方向に複数列の露
光を行い、Ｘ座標の同じ計測点のデータを平均化しても
よい。これにより、より高精度に移動鏡７Ｘ及び７Ｙの
曲がりの形状の計測を行うことができる。また、上述実
施例ではショット領域の回転誤差は計測マーク像の位置
ずれを利用して求めたが、ウエハステージ６の各ステッ
プ毎の回転量を計測できる機構がある場合は、その機構
を利用して回転量を計測してもよい。

【００４５】また、図５の隣接するショット領域の重ね
合わせ部分の計測マークの像の位置は通常はウエハＷの
現象後に計測する。しかしながら、ウエハＷへの露光に
より露光部と非露光部とでレジストの屈折率が変化する
ので、屈折率変化による潜像の段階で各計測マークの像
の位置を計測することにより、現像を行わない分だけ効
率的に移動鏡７Ｘ及び７Ｙの曲がりの形状を計測するこ
とができる。このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、移動鏡の曲がりを計測
し、その値に基づき露光位置の補正を行うようにしてい
るため、露光パターンの配列がより真直となり、或る露
光装置で露光したパターン上に異なる露光装置で重ね合
わせ露光を行う場合のマッチング精度が向上する利点が
ある。また、移動鏡を加工する場合の平面度の精度を悪
くしても、移動鏡の曲がりの補正を行うことにより、露
光位置を真直にすることができるため、移動鏡の加工精
度を悪くすることができる。従って、移動鏡が大きい場
合でも移動鏡の加工が容易になり、製造コストを低減さ
せることができる。

【００４７】また、計測用マスクの像の回転量の補正を
行うことにより、計測用マスクの傾き又はステッピング
の際のステージの回転等によらずに移動鏡の曲がりのみ
を正確に計測できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の露光動作を示すフローチャ
ートである。

【図２】本発明の一実施例が適用される投影露光装置の
概略を示す一部断面図を含む構成図である。

【図３】（ａ）はテストレチクルＲ１のパターンを示す
平面図、（ｂ）は計測マーク２９Ａの拡大平面図、
（ｃ）は計測マーク３０Ａの拡大平面図である。

【図４】（ａ）は移動鏡７Ｙの曲がりによるウエハＷ上
のショット領域の配列の曲がりを示す平面図、（ｂ）は
図４（ａ）のＡ部の拡大平面図である。

【図５】隣接するショット領域間の回転誤差の説明図で
ある。

【図６】計測データから移動鏡の曲がりを求める手順の
説明に供する特性図である。

【図７】図３の計測パターンの変形例を用いた場合の隣
接するショット領域間の回転誤差の説明図である。

【図８】従来の投影露光装置の構成を示す斜視図であ
る。

【図９】移動鏡の曲がりによるショット領域の配列の曲
がりを示す平面図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＲ１テストレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ１光源４フライアイレンズ６ウエハステージ７ＹＹ軸用の移動鏡８ＹＹ軸用のレーザー干渉計１７コンデンサーレンズ２０主制御系２１Ｙ温度センサー２３座標計測回路２７アライメント系２９Ａ，３０Ａ，３１Ａ，２９Ｃ，３０Ｃ，３１Ｃ計
測マーク３３−１，３３−２，３３−３ショット領域

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｋ 8418−4ＭＦ 8418−4Ｍ

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露光方法において、前記マスクとしてパターン領域の一端近傍に複数の第１
の計測マークが形成され前記パターン領域の他端近傍に
複数の第２の計測マークが形成された計測用マスクを用
いて、且つ前記移動鏡を用いて計測された座標に基づい
て前記ステージをステッピングさせながら、前記計測用
マスクのパターンを前記ステージ上の感光基板の複数の
ショット領域に前記第１の計測マークの像と前記第２の
計測マークの像とがほぼ重なり合うように順次露光する
第１の工程と、前記感光基板上に露光された前記第１の計測マークの像
の位置と前記第２の計測マークの像の位置との差より前
記感光基板上の前記複数のショット領域の相対的な配列
を算出する第２の工程と、該算出された前記複数のショット領域の相対的な配列よ
り前記移動鏡の曲がりを算出する第３の工程と、前記マスクとして転写用のパターンが形成された露光用
のマスクを用いて、前記移動鏡を用いて計測された座標
に前記第３の工程で算出された前記移動鏡の曲がりの補
正をして得られた座標に基づいて前記ステージをステッ
ピングさせながら、前記露光用のマスクのパターンを前
記ステージ上の感光基板の各ショット領域に露光する第
４の工程とを有する事を特徴とする露光方法。
【請求項２】前記第２の工程と第３の工程との間で、
前記感光基板上に露光された前記第１の計測マークの像
の位置と前記第２の計測マークの像の位置との差より前
記感光基板上の前記複数のショット領域に転写される前
記計測用マスクの像の回転量を計測する第５の工程を実
行し、前記第３の工程では、前記感光基板上に露光された前記
第１の計測マークの像の位置と前記第２の計測マークの
像の位置との差及び前記第２の工程で求めた前記計測用
マスクの像の回転量とより前記感光基板上の前記複数の
ショット領域の相対的な配列を算出する事を特徴とする
請求項１記載の露光方法。