JPH07219243A

JPH07219243A - 露光装置の評価方法

Info

Publication number: JPH07219243A
Application number: JP1244794A
Authority: JP
Inventors: Takashi Masuyuki; 崇舛行
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】ウエハステージを駆動して露光装置の各種特
性の評価を行う評価方法において、ウエハステージのス
テッピング誤差を軽減すると共に、評価に要する時間を
短縮し、且つ評価用のウエハの枚数を削減する。【構成】適正露光量をＥＡとして、ウエハ上のＸ方向
に配列されたショット領域１７Ａ〜１７Ｆ上にそれぞれ
露光量ＥＡ／ｎで評価用マーク像１５Ａ，１６Ａ〜１５
Ｆ，１６Ｆを露光するという動作をｎ回繰り返す。評価
用マーク像１５Ｂ〜１５Ｆと評価用マーク像１６Ａ〜１
６ＥとのＹ方向への横ずれ量を計測すると、これがステ
ッピング誤差の低減されたＹ軸用の移動鏡の曲がり量を
表す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マスクパターンを感光
基板上に露光する露光装置の評価方法に関し、例えば露
光装置の感光基板側のステージの位置決め精度の計測、
又は露光装置に装着された投影光学系のディストーショ
ン計測等に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子、又は液晶表示素子等
をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フォトマス
ク又はレチクル（以下、一例として「レチクル」を使用
する）のパターンをウエハ（又はガラスプレート等）上
に露光する露光装置が使用されている。斯かる露光装置
では、ウエハステージを駆動してウエハの各ショット領
域をそれぞれ正確にレチクルのパターンの露光位置に位
置決めするため、ウエハステージの位置決め精度を高く
維持する必要がある。ウエハステージの位置決め精度に
寄与する要因には種々の要因があるが、ウエハステージ
の移動座標を計測するためのレーザ干渉計の移動鏡の曲
がりもその一つの要因である。以下では、ウエハステー
ジが移動する２次元平面の直交座標系をＸ軸及びＹ軸と
する。

【０００３】この場合、ウエハステージの座標計測用の
レーザ干渉計は、ウエハステージ上に固定された互いに
直交する２つの平面鏡よりなるＸ軸用及びＹ軸用の移動
鏡と、Ｘ軸用の移動鏡に対向して配置されたＸ軸用の干
渉計本体部と、Ｙ軸用の移動鏡に対向して配置されたＹ
軸用の干渉計本体部、及びθ軸用の干渉計本体部とより
構成されている。Ｘ軸用の干渉計本体部、及びＹ軸用の
干渉計本体部によりそれぞれウエハステージのＸ座標及
びＹ座標が計測され、後者のＹ軸用の干渉計本体部での
計測値とθ軸用の干渉計本体部での計測値との差分か
ら、ウエハステージの回転角が計測される。

【０００４】この状態で、ウエハステージ上に固定され
た例えばＸ軸用の移動鏡の反射面に、Ｙ軸に沿った曲が
りが生じていると、仮にウエハステージを正確にＹ軸に
平行に移動させたとしても、Ｘ軸用の干渉計本体部での
計測値が変動してしまう。言い換えると、Ｘ軸用の干渉
計本体部での計測値が変動しないようにウエハステージ
をＹ軸に沿って移動させても、実際のウエハステージの
移動軌跡は曲がってしまう。従って、何等かの手法でＸ
軸用の移動鏡の曲がりを計測して計測値を補正しない
と、レーザ干渉計で計測された座標値と実際のウエハス
テージの座標とがずれて、位置決め精度が低下してしま
う。

【０００５】従来の移動鏡の曲がりの計測方法の一例
は、ウエハステージを例えばＹ軸に平行にステッピング
移動させて、ウエハ上のＹ軸に沿った配列されると共
に、Ｙ軸方向の端部が重なった一列のショット領域にそ
れぞれ計測用パターンを露光し、隣接するショット領域
に露光されたパターンのＸ方向への位置ずれ量を順次計
測するという方法である。この場合、ウエハステージの
駆動機構の位置決め誤差、及びレーザ干渉計における空
気揺らぎ等に起因する計測値のばらつき等からなるウエ
ハステージのステッピング誤差を軽減するために、ウエ
ハ上でＹ軸に沿って配列された複数列のショット領域に
それぞれ計測用パターンを露光すると共に、更に複数枚
のウエハにも同様な露光を行い、それぞれの計測結果を
平均化していた。

【０００６】一方、露光装置の中で投影光学系を備えた
投影露光装置においては、その投影光学系に要求される
結像特性の許容範囲は極めて厳しいものである。その結
像特性の中で、特に投影光学系のディストーション特性
（倍率誤差及び投影像の歪曲収差を含む結像特性）につ
いては、その投影光学系を投影露光装置に組み込んだ状
態で最も良好になるように調整が行われる。この際、そ
のディストーション特性を計測する必要があるが、従来
は以下のような計測方法が使用されていた。

【０００７】即ち、先ず１回の露光により、投影光学系
の露光フィールド内の複数の計測点に計測用パターンを
露光し、次に、ウエハステージをステッピング移動させ
てそれら各計測点の近傍にそれぞれ１個の計測用パター
ンを露光する。そして、各計測点において、１回目に露
光された計測用パターンと、次のステッピング駆動によ
り露光された計測用パターンとの位置ずれ量を計測し、
これら位置ずれ量から投影光学系のディストーションを
計測する。この場合、ウエハステージの移動量を基準と
して投影光学系のディストーションを計測する方式であ
るため、ウエハテージのステッピング誤差を軽減するた
めに、ウエハ上の複数のショット領域、更には複数枚の
ウエハに対して露光を繰り返して、計測結果を平均化し
ていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の技
術においては、ウエハステージのステッピング誤差を軽
減するため、ウエハ上の多くのショット領域、更には多
数のウエハ上のショット領域への露光を繰り返すことに
より、計測結果を平均化していた。そのため、計測に長
い時間がかかると共に、テストプリント用のウエハが多
く使用されて不経済であるという不都合があった。

【０００９】また、最近は、ウエハステージの位置決め
に対する要求精度が高くなり、且つ投影光学系のディス
トーションに対する許容誤差が小さくなりつつあるた
め、計測精度を高めることが求められている。しかしな
がら、計測精度を高めるためには、更にステッピング誤
差を軽減する必要があるため、計測パターンの露光回数
を多くしなければならなくなる。そのため、全体の計測
時間が更に長くなると共に、使用するウエハの枚数も多
くなってしまうという不都合がある。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、ウエハステージ
を駆動して露光装置の各種特性の評価を行う評価方法に
おいて、ウエハステージのステッピング誤差を軽減する
と共に、評価に要する時間を短縮し、且つ使用するウエ
ハの枚数を低減することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の露光
装置の評価方法は、２次元平面内で移動自在なステージ
（５）上に載置された感光基板上に、マスク上の転写用
のパターンを露光する露光装置のステージ（５）の位置
決め精度を評価する方法において、そのマスクとして評
価用マーク（１５，１６）が形成されたマスク（１Ａ）
を用い、ステージ（５）上に評価用感光基板（Ｗ）を載
置し、ステージ（５）を駆動してその評価用感光基板
（Ｗ）上の複数の計測領域（１７Ａ〜１７Ｆ）上にそれ
ぞれ評価用マーク（１５，１６）を多重露光し、その評
価用感光基板上のそれら複数の計測領域上に多重露光に
より形成されたマークの位置を計測し、この計測結果に
基づいてこのステージの位置決め精度を評価するもので
ある。

【００１２】また、本発明による第２の露光装置の評価
方法は、２次元平面内で移動自在なステージ（５）上に
載置された感光基板上に、投影光学系（ＰＬ）を介して
マスク上の転写用のパターンの像を露光する露光装置の
投影光学系（ＰＬ）のディストーションを評価する方法
において、そのマスクとして複数の評価用マーク（２２
〜２６）が形成されたマスク（１Ｂ）を用い、ステージ
（５）上に評価用感光基板（Ｗ）を載置し、それら複数
の評価用マークの像を投影光学系（ＰＬ）を介して評価
用感光基板（Ｗ）上の複数の計測領域（２２Ａ〜２６
Ａ）上に露光する第１工程と；ステージ（５）を駆動し
て、それら複数の評価用マークの内の１個の評価用マー
ク（２２）の像をそれぞれ評価用感光基板（Ｗ）上の複
数の計測領域（２２Ａ〜２６Ａ）に対して所定の位置関
係の領域（２２Ｂ〜２２Ｆ）にそれぞれ多重露光する第
２工程と；その第１工程で露光されたそれら評価用マー
ク（２２〜２６）の像の位置とその第２工程で露光され
たその評価用マーク（２２）の像の位置との差から投影
光学系（ＰＬ）のディストーションを求める第３工程
と；を有するものである。この場合、その第１工程で、
評価用感光基板（Ｗ）上に複数の評価用マーク（２２〜
２６）の像を多重露光してもよい。

【００１３】

【作用】斯かる本発明の第１の露光装置の評価方法によ
れば、ステージ（５）の位置決め精度を計測するため
に、例えば図３（ａ）に示すように、ステージ（５）を
駆動して感光基板上の複数の計測領域（１７Ａ〜１７
Ｆ）にそれぞれ評価用マーク（１５，１６）の像を多重
露光する。この多重露光の際には、感光基板（Ｗ）上で
の適正積算露光量をＥＡとして、ｎ回（ｎは２以上の整
数）の多重露光を行うものとすると、１回の露光ではＥ
Ａ／ｎだけの露光量を与える。また、多重露光の方法と
しては、図３（ａ）に示すように、ステージ（５）を駆
動して最初の計測領域（１７Ａ）から最後の計測領域
（１７Ｆ）まで順次露光を行うシーケンスをｎ回繰り返
してもよい。又は、例えば各計測領域（１７Ａ）におい
て、所定の時間間隔をおいてｎ回の露光を連続して行っ
てもよい。

【００１４】その結果、図５に示すように、感光基板
（Ｗ）上にはｎ回の露光が行われるが、ステージ（５）
のステッピング誤差により各回の露光位置（Ａ１〜Ａ
ｎ）がずれるようになる。そして、ｎ回の露光が重ねて
行われた位置（２０）のみに適正積算露光量が与えられ
るため、評価用マークの露光位置（２０）はステッピン
グ誤差を平均化した位置とみなされる。従って、本発明
によれば、多重露光によりステッピング誤差を平均化し
て小さくした状態で各計測領域に評価用マークが露光さ
れる。そして、各計測領域（１７Ａ〜１７Ｆ）での評価
用マーク（１５Ａ〜１５Ｆ，１６Ａ〜１６Ｆ）の位置ず
れ量から、ステッピング誤差を小さくした状態でのステ
ージ（５）の位置決め精度が評価される。

【００１５】この場合、多重露光の各回での露光時間は
通常の露光時間の１／ｎで済み、多重露光に要する時間
はそれ程長くならないと共に、感光基板（Ｗ）上の１つ
の計測領域に重ねて露光が行われるため、評価用感光基
板（Ｗ）の使用枚数を削減できる。また、計測対象のマ
ークの個数が大幅に減少するため、計測時間が大幅に短
縮される。

【００１６】次に、本発明の第２の露光装置の評価方法
においては、投影光学系（ＰＬ）のディストーションが
計測される。即ち、先ずマスク（１Ｂ）上の複数の評価
用マーク（２２〜２６）の像を投影光学系（ＰＬ）を介
して評価用感光基板（Ｗ）上の複数の計測領域（２２Ａ
〜２６Ａ）上に一括露光する。次に、ステージ（５）を
ステッピング駆動して、マスク（１Ｂ）上の１個の評価
用マーク（２２）の像をそれぞれ評価用感光基板（Ｗ）
上の複数の計測領域（２２Ａ〜２６Ａ）の例えば近傍の
領域（２２Ｂ〜２２Ｆ）にそれぞれ多重露光する。この
多重露光でも、感光基板（Ｗ）上での適正積算露光量を
ＥＡとして、ｎ回の多重露光を行うものとすると、１回
の露光ではＥＡ／ｎだけの露光量を与える。従って、多
重露光によりステッピング誤差が平均化効果により低減
される。

【００１７】次に、最初の一括露光で露光されたそれら
評価用マーク（２２〜２６）の像の位置と、多重露光に
より露光されたその評価用マーク（２２）の像の位置と
の差から、ステージ（５）のステッピング誤差を低減さ
せた状態で投影光学系（ＰＬ）のディストーションが評
価される。この場合も、露光時間は短く済み、マークの
位置計測の時間が大幅に短縮され、且つ使用する評価用
感光基板の枚数も少なくできる。また、第１工程でも多
重露光することにより、ステージ（５）のステッピング
誤差の影響がより軽減される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明による露光装置の評価方法の第
１実施例につき図１〜図４及び図８を参照して説明す
る。本実施例は、ステップ・アンド・リピート方式でレ
チクルのパターンを投影光学系を介してウエハ上に転写
する投影露光装置（ステッパ）において、ウエハステー
ジの位置決め精度に影響を与える移動鏡の曲がり計測に
本発明を適用したものである。

【００１９】先ず、図８を参照して、本実施例の評価方
法を実施するためのステッパの一例を説明する。図８に
おいて、テストレチクル１Ａのパターン領域２内には評
価用マークが形成され、テストレチクル１Ａのパターン
領域２の投影像が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に
投影される。また、テストレチクル１Ａのパターン領域
２の周囲には、テストレチクル１Ａの位置決めを行うた
めの３個のアライメントマーク３Ａ〜３Ｃが形成され、
これらアライメントマーク３Ａ〜３Ｃの位置をそれぞれ
レチクルアライメント系４Ａ〜４Ｃで検出することによ
り、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに対してテストレチクル
１Ａのアライメントが行われる。

【００２０】また、ウエハＷはウエハステージ５上に吸
着保持され、ウエハステージ５上のウエハＷの近傍には
種々のアライメントマークが形成された基準マーク集合
体６が固定されている。ここで、投影光学系ＰＬの光軸
に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な２次元平面の直交座
標系をＸ軸及びＹ軸とする。ウエハステージ５は、Ｘ方
向及びＹ方向にステッピング移動してウエハＷの位置決
めを行うと共に、Ｚ方向に対するウエハＷの位置決め
（フォーカシング等）をも行う。ウエハステージ５上に
は、Ｘ軸にほぼ垂直な反射面を有するＸ軸用の移動鏡７
Ｘ、及びＹ軸にほぼ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。

【００２１】そのＸ軸用の移動鏡７Ｘには図示省略した
レーザ干渉計本体部からのレーザビームＬＢｘが照射さ
れ、Ｙ軸用の移動鏡７Ｙには図示省略したレーザ干渉計
本体部からのレーザビームＬＢｙ及びＬＢθが照射され
ている。レーザビームＬＢｘ及びＬＢｙによるＸ座標及
びＹ座標の計測結果に基づいて、ウエハステージ５のＸ
Ｙ平面内でのステッピング動作の制御が行われ、レーザ
ビームＬＢｙ及びＬＢθによる座標計測結果の差分か
ら、ウエハステージ５の回転角の補正が行われる。

【００２２】また、投影光学系ＰＬの側面部には、オフ
・アクシス方式のアライメント系８、このアライメント
系８用の対物レンズ９、及び光路偏向用のミラー１０が
配置され、アライメント系８内の指標マークに対してウ
エハＷ上のパターンの像を位置決めした状態で、ウエハ
ステージ５の座標を検出することにより、そのパターン
の位置検出を行うことができる。また、投影光学系ＰＬ
とテストレチクル１Ａとの間から、レーザ・ステップ・
アライメント方式（以下、「ＬＳＡ」方式という）のＸ
方向用のアライメント系１１Ｘ及びＹ方向用のアライメ
ント系１１Ｙからのアライメント光が、それぞれミラー
１２Ｘ等及びミラー１２Ｙ等を介して投影光学系ＰＬに
入射する。

【００２３】そして、テストレチクル１Ａのパターン領
域２Ａ内のパターン像が、投影光学系ＰＬを介してウエ
ハＷ上の所定のショット領域１３上に投影露光されるも
のとすると、アライメント系１１Ｘからのアライメント
光は、投影光学系ＰＬを介してショット領域１３の近傍
にＹ方向に長いスリット状スポット光１４Ｘとして集光
され、アライメント系１１Ｙからのアライメント光は、
投影光学系ＰＬを介してショット領域１３の近傍にＸ方
向に長いスリット状スポット光１４Ｙとして集光され
る。

【００２４】この状態でウエハステージ５をＸ方向に走
査すると、そのスリット状スポット光１４Ｘと被検パタ
ーンとが合致したときに所定の方向への反射光又は回折
光が大きくなる。この反射光又は回折光を投影光学系Ｐ
Ｌを介してアライメント系１１Ｘで受光することによ
り、そのスリット状スポット光１４Ｘとその被検パター
ンとが合致するときのウエハステージ５のＸ座標が求め
られる同様に、ウエハステージ５をＹ方向に走査する
ことにより、スリット状スポット光１４Ｙと被検パター
ンとが合致するときのウエハステージ５のＹ座標が求め
られる。これらＬＳＡ方式のアライメント系１１Ｘ及び
１１Ｙにより、テストレチクル１ＡからウエハＷ上に露
光される評価用マークの像の現像後の位置が計測され
る。但し、例えばオフ・アクシス方式のアライメント系
９を用いても、その評価用マークの像の位置を計測でき
る。

【００２５】次に、本実施例でウエハステージ５上のＹ
軸用の移動鏡７Ｙの曲がりの計測を行う場合の動作の一
例につき図１〜図５を参照して説明する。先ず、本実施
例では図２に示すように、テストレチクル１Ａのパター
ン領域２Ａには、Ｘ方向に対向するように２つのそれぞ
れＸ方向に所定ピッチで形成されたドットパターンより
なる評価用マーク１５及び１６を形成しておく。但し、
評価用マーク１５及び１６はＹ方向に所定間隔だけ離れ
ている。一例として評価用マーク１５及び１６の部分が
開口パターンであり、周囲は遮光パターンであるとす
る。また、図８の投影光学系ＰＬは実際には倒立像を形
成するが、以下では説明の便宜上、投影光学系ＰＬによ
る投影像を正立像であるとして説明する。

【００２６】そして、図１のステップ１０１において、
図２のテストレチクル１Ａを図８のステッパにロード
し、ステップ１０２において、図８のウエハステージ５
上に評価用のフォトレジストが塗布され且つ未露光のウ
エハを載置する。次に、ウエハＷ上のフォトレジストに
対する適正露光量をＥＡ、２以上の所定の整数をｎとし
て、ステップ１０３において、図３（ａ）に示すよう
に、ウエハＷ上の或るショット領域１７Ａにテストレチ
クル１Ａのパターン領域２Ａ内のパターン像をＥＡ／ｎ
の露光量分だけ露光する。これにより、ショット領域１
７Ａには、それぞれ図２の評価用マーク１５及び１６の
投影像である評価用マーク像１５Ａ及び１５Ｂが露光さ
れる。

【００２７】その後、図８のウエハステージ５をＹ座標
（Ｙ軸用のレーザ干渉計により計測される座標値）を固
定したままＸ方向にステッピング移動させる。そして、
図３（ａ）に示すように、ショット領域１７ＡとＸ方向
の端部が重なったショット領域１７Ｂに、テストレチク
ル１Ａのパターン像をＥＡ／ｎの露光量分だけ露光す
る。これにより、ショット領域１７Ｂにも、評価用マー
ク像１５Ｂ及び１６Ｂが露光される。そして、以下同様
に、Ｘ方向に端部が重なるように配列されたショット領
域１７Ｃ〜１７Ｆに対して、それぞれＥＡ／ｎの露光量
分だけテストレチクル１Ａのパターン像を露光する。こ
れにより、ショット領域１７Ｃ〜１７Ｆにも、それぞれ
評価用マーク１５Ｃ，１６Ｃ〜１５Ｆ，１６Ｆが露光さ
れる。

【００２８】次に、図１のステップ１０４において、図
３（ａ）の一連のショット領域１７Ａ〜１７Ｆへの露光
をｎ回繰り返したかどうかをチェックする。ここではま
だ１回の露光が終了しただけであるため、動作はステッ
プ１０３に戻り、再びウエハステージ５をステッピング
駆動しながら、ウエハＷ上のショット領域１７Ａ〜１７
Ｆに対して、それぞれＥＡ／ｎの露光量でテストレチク
ル１Ａのパターン像を露光する。本実施例ではそのステ
ップ１０３の動作をｎ回繰り返して、ウエハＷ上のフォ
トレジストに対して適正露光量ＥＡだけの露光量を与え
る。繰り返しの回数ｎは例えば１０回である。

【００２９】その後、ステップ１０５において、ウエハ
Ｗを別のプロセス装置内で現像し、再び図８のウエハス
テージ５上に載置する。その後、ステップ１０６におい
て、図３（ａ）の一連のショット領域１７Ａ〜１７Ｅ上
に形成された評価用マーク像１６Ａ〜１６Ｅのレジスト
パターンと、それに隣接するショット領域１７Ｂ〜１７
Ｆ上に形成された評価用マーク像１５Ｂ〜１５Ｆのレジ
ストパターンとののＹ方向への位置ずれ量を計測する。
この位置ずれ量の計測を行うには、図８のＹ軸用のＬＳ
Ａ方式のアライメント系１１Ｙを用いる。例えば図３
（ｂ）に示すように、評価用マーク像１５Ｂと１６Ａと
のＹ方向への位置ずれ量を計測するものとすると、評価
用マーク像１５Ｂは実際の露光パターン１５Ｂｂの一部
がレジストパターン１５Ｂａとなり、評価用マーク像１
６Ａも実際の露光パターン１６Ａｂの一部がレジストパ
ターン１６Ａａとなっている。そこで、アライメント系
１１Ｙからのスリット状スポット光１４Ｙに対して、ウ
エハステージ５をＹ方向に駆動して、レジストパターン
１５Ｂａ及び１６Ａａをスリット状スポット光１４Ｙに
対して走査する。

【００３０】この場合、スリット状スポット光１４Ｙか
らの所定の方向への回折光をアライメント系１１Ｙで受
光して光電変換すると、図３（ｃ）の曲線２１に示すよ
うな光電信号Ｉが得られ、この光電信号Ｉが２つのピー
クを取るときのウエハステージ５のＹ座標を評価用マー
ク像１５Ｂ及び１６ＡのＹ座標として検出する。これら
２つのＹ座標より、２つのマーク像の位置ずれ量ΔＹ１
が算出される。同様に、図３（ａ）において、隣接する
ショット領域間のＹ方向への位置ずれ量ΔＹ２〜ΔＹ５
が計測される。

【００３１】その後、ステップ１０７において、図３
（ａ）のＹ方向への位置ずれ量ΔＹ１〜ΔＹ５より図８
のＹ軸用の移動鏡７ＹのＸ方向への曲がり量を求める。
具体的に、位置ずれ量ΔＹ１〜ΔＹ５から、テストレチ
クル１Ａ上の２つの評価用マーク１５及び１６のＹ方向
への間隔で定まるオフセットを差し引いて得られる値
が、対応するＸ座標での移動鏡７ＹのＹ方向への曲がり
量となる。また、この曲がり量の内の線形成分から移動
鏡７ＹのＸ軸に対する傾斜角も求められる。

【００３２】次に、本実施例において図１のステップ１
０３及び１０４で多重露光を行っていることの意味につ
き説明する。先ず、図４は、ウエハＷ上の例えばショッ
ト領域１７Ａでの積算露光量Ｅの変化を示す。図４で
は、レチクルのパターンを露光する露光光として、水銀
ランプの輝線（ｇ線、ｉ線等）のような連続光を使用す
る場合の積算露光量の変化を示している。通常の露光時
でフォトレジスト上に適正露光量を与えるための露光時
間をＴとすると、本実施例では、図４に示すように最初
の期間Ｔ１（＝Ｔ／ｎ）において、ショット領域１７Ａ
にＥＡ／ｎだけの露光量を与える。その後、それぞれ露
光時間Ｔの１／ｎである期間Ｔ２〜Ｔｎにショット領域
１７Ａに対して、ＥＡ／ｎだけの露光量を与えることに
より、最終的にショット領域１７Ａに対して適正露光量
ＥＡだけの露光量を与える。

【００３３】なお、ここでは露光光が連続光（例えば水
銀ランプからのｉ線）であることを前提として、露光量
を露光時間（シャッターの開時間）で制御しているが、
露光用の光源の照射パワーの制御、又は照明光学系の光
路に配置した適当なフィルタ等の透過率を制御する方法
でも可能である。また、露光光がエキシマレーザ光等の
パルス光である場合、ＥＡ／ｎの露光量を与えるために
は、パルス数と１パルス当たりのエネルギー量との少な
くとも一方を制御するようにすればよい。

【００３４】図５は多重露光の平均化効果に関する模式
図であり、図５において、露光パターンＡ１〜Ａｎは、
それぞれｎ回の多重露光中の１回目〜ｎ回目の露光によ
りウエハＷ上に投影される露光パターンを表している。
図５は、各露光毎のウエハステージのＹ座標を共通化し
た場合の図であり、露光パターンＡ１〜Ａｎを投影する
露光光１９は、常に一定の位置にあるが、ウエハＷの位
置はウエハステージ５のステッピング誤差（駆動機構の
位置決め誤差、及びレーザ干渉計における空気揺らぎ等
に起因する計測値のばらつき等からなる誤差）により各
露光毎にＹ方向にばらついている。

【００３５】しかしながら、露光パターンＡ１〜Ａｎが
全て重なる領域２０では、適正積算露光量ＥＡが与えら
れるため、通常の露光時と同様なパターンが露光され
る。一方、領域２０以外の領域では、露光パターンの重
なりが少なくフォトレジスト１８は殆ど感光されない。
従って、フォトレジスト１８がポジタイプであるとする
と、現像後には領域２０のフォトレジストだけが除去さ
れ、レジストパターンが形成される。即ち、本実施例の
多重露光により、ウエハステージ５のステッピング誤差
が平均化により低減され、得られるレジストパターンの
位置はステッピング誤差が低減された正確な位置とな
り、計測再現性も向上している。

【００３６】但し、ステッピング誤差の平均化による低
減のためには、多重露光の各分割露光間には適当な時間
間隔が必要である。このような多重露光を用いた場合に
最終的にウエハ上に得られる露光パターン（適正露光量
が得られる部分）の、ウエハステージのステッピング誤
差に依存する位置決め誤差を、標準偏差の３倍で３σｓ
とする。そして、ウエハステージのステッピング誤差
（標準偏差の３倍）を３σｉとして、多重露光の回数を
ｎ回とすると、位置決め誤差３σｓは次のようになる。

【００３７】

【数１】３σｓ＝３σｉ／ｎ^1/2 即ち、本実施例のｎ回の多重露光を用いることにより、
通常の露光をｎ回行って、得られた計測値を平均化する
場合と同程度にウエハステージのステッピング誤差の影
響が軽減される。しかも、本実施例では、ｎ回の多重露
光の全体の露光量は通常の１回の露光量と同じであり、
且つ、計測対象とするマーク像の個数は図３（ａ）のよ
うな露光をｎ回繰り返す場合の１／ｎであるため、計測
時間は大幅に短縮される。しかも、ウエハＷの各ショッ
ト領域に対して多重露光が行われるため、仮に複数枚の
ウエハ上にそれぞれ多重露光して位置決め誤差の評価を
行う場合でも、評価用に使用するウエハの枚数は少なく
て済む。

【００３８】なお、上述実施例では、各露光毎に適正露
光量の１／ｎの露光量を与えているが、使用するフォト
レジストにより露光量は適正露光量の１／ｎ以外となる
場合もある。また、上記実施例では、ウエハステージを
ステッピング駆動しながら、ウエハ上の異なるショット
領域に順次ＥＡ／ｎの露光量で露光し、それをｎ回繰り
返している。しかしながら、露光工程のスループットを
問題としない場合には、ウエハ上の各ショット領域毎に
それぞれＥＡ／ｎの露光量で、ｎ回の合計露光量が適正
露光量ＥＡになるまでウエハステージを駆動せずに露光
を行い、適正露光量になったら次のショット領域を露光
位置に移動させて露光する方法でも良い。この場合に
は、ウエハステージのステッピング誤差の平均化による
軽減のために、それぞれＥＡ／ｎの露光量を与える露光
間の時間間隔を適当な時間にする必要がある。これは、
主にウエハステージの座標計測用干渉計の揺らぎの周期
によって決定される。

【００３９】次に、本発明の第２実施例につき図６及び
図７を参照して説明する。本実施例でも図８のステッパ
を使用するが、本実施例では図８の投影光学系ＰＬのデ
ィストーション特性の計測を行う。図６（ａ）は本実施
例で使用するテストレチクル１Ｂのパターンを示し、こ
の図６（ａ）において、パターン領域２Ｂ内の中央に計
測用マーク２２が形成され、４隅に評価用マーク２３〜
２６が形成されている。計測用マーク２２〜２６は同一
パターンであり、計測用マーク２２は、図６（ｂ）に示
すように、Ｙ方向に所定ピッチで配列されたドットパタ
ーンをＸ方向に３列配列してなるＸ軸用マーク２７Ｘ、
及びＸ方向に所定ピッチで配列されたドットパターンを
Ｙ方向に３列配列してなるＸ軸用マーク２７Ｘより構成
されている。従って、本実施例の計測用マーク２２〜２
６は、図２の評価用マーク１５を複数列形成したマーク
と、このマークを９０°回転して得られるマークとを組
合せたマークと等価であり、計測用マーク２２〜２６の
投影像のＸ方向及びＹ方向の位置は、それぞれ図８のＬ
ＳＡ方式のアライメント系１１Ｘ及び１１Ｙにより検出
できる。なお、パターン領域２Ｂ内は５個の計測用マー
ク２２〜２６を除いて遮光層が形成されているものとす
る。

【００４０】次に、本実施例で投影光学系ＰＬのディス
トーション計測を行う場合の動作の一例につき説明す
る。投影光学系ＰＬの投影像は実際には倒立像である
が、本実施例でも、分かり易くするため投影光学系ＰＬ
は正立像を形成するものとして説明する。先ず、図８の
テストレチクル１Ａの代わりに、図６（ａ）に示すテス
トレチクル１Ｂをロードし、ウエハステージ５上にフォ
トレジストが塗布された未露光のウエハＷをロードす
る。その後、図８の照明光学系（不図示）の照明領域
（照明視野）をテストレチクル１Ｂのパターン領域２Ｂ
の全体に設定し、ウエハステージ５を固定した状態で露
光を開始して、そのパターン領域２Ｂ全体のパターン像
を投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷ上に露光する。こ
の場合、１回の露光でフォトレジストに対して適正露光
量ＥＡを与える。

【００４１】その露光により、図７（ａ）に示すよう
に、ウエハＷ上の所定のショット領域２９上に、図６
（ａ）の計測用マーク２２〜２６の投影像である計測用
マーク像２２Ａ〜２６Ａが露光される。次に、図８の照
明光学系（不図示）の照明領域を、図６（ａ）のテスト
レチクル１Ｂの中央の計測用マーク２２を囲む限定領域
２８に設定し、１回目の露光位置からウエハステージ５
をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ所定のオフセット分だけ
ずらした状態で、限定領域２８内のパターン像を投影光
学系ＰＬを介して、ＥＡ／ｎ（ｎは２以上の整数）の露
光量分だけウエハＷ上に露光する。これにより、図７
（ｂ）に示すように、最初に露光された計測用マーク像
２２Ａを囲む領域３０Ａ内に重ねて、計測用マーク２２
の像２２Ｂが露光される。このとき、計測用マーク２２
の周囲に形成された遮光層によって、最初に露光された
マーク像２２Ａに対して露光光が照射されることはな
い。

【００４２】その後、ウエハステージ５をステッピング
駆動して、ウエハＷのショット領域２９上の計測用マー
ク像２３Ａ〜２６Ａの設計上の位置（投影光学系ＰＬに
ディストーションが無い場合の位置）に上述のオフセッ
ト補正を行った位置を、順次図６（ａ）の計測用マーク
２２の像の露光位置に設定し、それぞれＥＡ／ｎの露光
量で図６（ａ）の限定領域２８内の計測用マーク２２の
像をウエハＷ上に露光する。これにより、図７（ｂ）に
示すように、最初に露光された計測用マーク像２３Ａ〜
２６Ａの近傍にそれぞれ計測用マーク像２３Ｂ〜２６Ｂ
が露光される。

【００４３】次に、再びウエハステージ５をステッピン
グ駆動して、図７（ａ）の計測用マーク像２２Ａ〜２６
Ａの設計上の位置に上述のオフセット補正を行った位置
を、順次図６（ａ）の計測用マーク２２の像の露光位置
に設定し、それぞれＥＡ／ｎの露光量で図６（ａ）の限
定領域２８内の計測用マーク２２の像をウエハＷ上に露
光する。このようにして、図７（ｂ）の計測用マーク像
２２Ｂ〜２６Ｂ上にｎ回の多重露光を行う。

【００４４】その後、ウエハＷを現像した後、再び図８
のウエハステージ５上にロードし、ＬＳＡ方式のアライ
メント系１１Ｘ及び１１Ｙを用いて、図７（ｂ）の計測
用マーク像２２Ａ〜２６Ａのレジストパターンと、計測
用マーク像２２Ｂ〜２６ＢのレジストパターンとのＸ方
向及びＹ方向への位置ずれ量を検出する。例えば、計測
用マーク像２４Ａのレジストパターンと、計測用マーク
像２４Ｂのレジストパターンとに関して、Ｙ方向への位
置ずれ量ΔＹＣがアライメント系１１Ｙにより計測さ
れ、Ｘ方向への位置ずれ量ΔＸＣがアライメント系１１
Ｘにより計測される。そして、図７（ｂ）の計測用マー
ク像２２Ａ〜２６Ａのレジストパターンと、計測用マー
ク像２２Ｂ〜２６ＢのレジストパターンとのＸ方向及び
Ｙ方向への位置ずれ量から、それぞれ上述のオフセット
分を差し引くことにより、投影光学系ＰＬのディストー
ションが求められる。

【００４５】この場合、本実施例では、図７（ｂ）の計
測用マーク像２２Ｂ〜２６Ｂはｎ回の多重露光により形
成されるため、適正露光量が得られる像の部分ではウエ
ハステージ５のステッピング誤差が平均化により低減さ
れている。従って、ウエハステージ５のステッピング誤
差を低減させた状態で投影光学系ＰＬのディストーショ
ンを高精度に計測できる利点がある。しかも、適正露光
量の１／ｎの露光量でｎ回の露光（多重露光）を行う方
式であるため、全体（ｎ回）の実際に露光している時間
は、適正露光量で１回の露光を行う際の露光時間程度で
済み、且つ、計測すべきマークの個数が少ないため、投
影光学系ＰＬのディストーションの計測（評価）に要す
る時間は大幅に短縮される。また、ウエハＷ上の１つの
ショット領域２９上に多重露光を行う方式であるため、
評価用に使用するウエハの枚数を削減できる。

【００４６】なお、本実施例で図７（ａ）に示すよう
に、テストレチクル１Ｂのパターン領域２Ｂ全体のパタ
ーン像をウエハＷ上に露光する際に、図７（ｂ）の場合
のように多重露光を行ってもよい。この場合、例えばｍ
回（ｍは２以上の整数）の露光で適正露光量を与えるも
のとすると、（数１）よりウエハステージのステッピン
グ誤差の影響が１／ｍ^1/2に低減される。また、本実施
例において、図７（ａ）の全体のパターンの露光では多
重露光を行い、図７（ｂ）の部分的なパターンの各位置
への露光を通常の１回のみの露光で行ってもよい。

【００４７】なお、上述実施例は、本発明をウエハステ
ージの位置決め精度（厳密にはこの中の移動鏡の曲がり
量）、及び投影光学系のディストーションの計測に適用
したものであるが、本発明はそのような露光装置の特性
の計測のみならず、実際のプロセスウエハへの露光にも
適用できる。通常、実際のウエハへの露光の際には、先
工程において露光により形成されたショット領域の内、
予め選択された所定個数のサンプルショットの座標値を
用いる所謂エンハスト・グローバル・アライメント方式
（ＥＧＡ方式）のアライメントが行われる（例えば特開
昭６１−４４４２９号公報参照）。より詳しく説明する
と、そのＥＧＡ方式では、サンプルショットに付設され
たアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を計測
し、その結果を統計処理して重ね合せ露光を行うための
ウエハステージの移動座標を決定し、その移動座標に基
づいてウエハステージを移動して露光が行われる。

【００４８】従って、そのＥＧＡ方式では予め計算され
た座標にウエハステージを移動させて露光する際のウエ
ハステージのステッピング誤差が、重ね合せ誤差の主な
要因となる。そこで、重ね合せ露光を行う２層目のショ
ット領域に対して、本発明の分割多重露光を適用するこ
とにより、ウエハステージ（図８のウエハステージ５に
対応する）のステッピング誤差が平均化により低減され
て、重ね合せ誤差が低減される。

【００４９】このように本発明は、ウエハを露光する工
程において、ウエハステージのステッピング誤差を低減
することが望まれる殆ど全ての用途に適用できるもので
ある。また、レチクルをウエハ上に露光するための露光
光としては、水銀タンプの輝線のような連続光、又はエ
キシマレーザ光源からの光のようなパルス光の何れでも
使用できる。連続光を使用する場合の露光量は、露光光
の照射エネルギ及び露光時間により決定され、パルス光
を使用する場合の露光量は、パルス発光毎の照射エネル
ギ及び照射パルス数により決定される。更に、本発明は
レチクルとウエハとを同期的に移動することによりレチ
クルパターンの像をウエハに露光する走査式露光装置に
も全く同様に適用することができる。この走査式露光装
置では、多重露光時の１回当たりの露光量（ＥＡ／ｎ）
はウエハの移動速度、レチクル（又はウエハ）上の照明
領域の走査方向に関する幅、及びレチクル（又はウエ
ハ）に入射する照明光の強度のうちの少なくとも１つを
制御して調整すればよい。

【００５０】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。

【００５１】

【発明の効果】本発明の第１の露光装置の評価方法によ
れば、ステージ（ウエハステージ）を駆動して感光基板
（ウエハ）上の複数の計測領域上にそれぞれ評価用マー
クを多重露光し、この多重露光により形成されたマーク
の位置を計測している。従って、ステージのステッピン
グ誤差を平均化により低減した状態でそのマークの位置
を計測できるため、ステージの位置決め精度を高精度に
評価できる。しかも、通常のそれぞれ適正露光量を与え
る露光を繰り返す方法と比較して、多重露光により適正
露光量を得る場合には、全体として実際に露光を行う時
間が短縮されると共に、計測対象のマーク像の個数が大
幅に減少するため、評価に要する時間が大幅に短縮され
る。また、従来のようにウエハ上の異なるショット領域
上に露光を繰り返す方法と比較して、本発明では感光基
板上の所定のショット領域に多重露光を行うため、評価
用に使用する感光基板の枚数を低減できる利点がある。

【００５２】次に、第２の露光装置の評価方法によれ
ば、第２工程において、ステージを駆動して感光基板上
の複数の領域上にそれぞれ評価用マークを多重露光し、
この多重露光により形成されたマークの位置を計測して
いる。従って、ステージのステッピング誤差を平均化に
より低減した状態でそのマークの位置を計測できるた
め、投影光学系のディストーションを高精度に評価でき
る。しかも、通常のそれぞれ適正露光量を与える露光を
繰り返す方法と比較して、多重露光により適正露光量を
得る場合には、全体として実際に露光を行う時間が短縮
されると共に、計測対象のマーク像の個数が大幅に減少
するため、評価に要する時間が大幅に短縮される。ま
た、従来のようにウエハ上の異なるショット領域上に露
光を繰り返す方法と比較して、本発明では感光基板上の
所定のショット領域に多重露光を行うため、評価用に使
用する感光基板の枚数を低減できる利点がある。更に、
第１工程でも多重露光を行うことにより、ステッピング
誤差の影響をより少なくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のウエハステージ上の移動
鏡の曲がり量の計測動作を示すフローチャートである。

【図２】第１実施例で使用するテストレチクル１Ａのパ
ターンを示す平面図である。

【図３】第１実施例でウエハ上の一連のショット領域に
多重露光方式で露光する手順、及びその多重露光で形成
された像の位置を計測する方法の説明に供する図であ
る。

【図４】第１実施例でウエハ上の所定のショット領域に
対する積算露光量の変化を示す図である。

【図５】第１実施例において多重露光により、ウエハス
テージのステッピング誤差が平均化されて低減される様
子を示す拡大断面図である。

【図６】（ａ）は本発明に第２実施例で使用されるテス
トレチクル１Ｂを示す平面図、（ｂ）は図６（ａ）中の
計測用マーク２２を示す拡大平面図である。

【図７】（ａ）はその第２実施例で最初にウエハ上のシ
ョット領域２９に一括露光されるマーク像を示す拡大平
面図、（ｂ）はそのショット領域２９上に一括露光、及
び多重露光により露光されるマーク像を示す拡大平面図
である。

【図８】本発明の実施例で使用されるステッパの要部を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１Ａ，１ＢテストレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ５ウエハステージ７Ｘ，７Ｙ移動鏡８オフ・アクシス方式のアライメント系１１Ｘ，１１ＹＬＳＡ方式のアライメント系１５，１６評価用マーク１４Ｙスリット状スポット光１５Ａ〜１５Ｆ，１６Ａ〜１６Ｆ多重露光された評価
用マーク像２２〜２６計測用マーク２２Ａ〜２６Ａ一括露光された計測用マーク像２２Ｂ〜２６Ｂ多重露光された計測用マーク像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/027

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元平面内で移動自在なステージ上に
載置された感光基板上に、マスク上の転写用のパターン
を露光する露光装置の前記ステージの位置決め精度を評
価する方法において、前記マスクとして評価用マークが形成されたマスクを用
い、前記ステージ上に評価用感光基板を載置し、前記ステージを駆動して前記評価用感光基板上の複数の
計測領域上にそれぞれ前記評価用マークを多重露光し、前記評価用感光基板上の前記複数の計測領域上に多重露
光により形成されたマークの位置を計測し、該計測結果に基づいて前記ステージの位置決め精度を評
価することを特徴とする露光装置の評価方法。
【請求項２】２次元平面内で移動自在なステージ上に
載置された感光基板上に、投影光学系を介してマスク上
の転写用のパターンの像を露光する露光装置の前記投影
光学系のディストーションを評価する方法において、前記マスクとして複数の評価用マークが形成されたマス
クを用い、前記ステージ上に評価用感光基板を載置し、
前記複数の評価用マークの像を前記投影光学系を介して
前記評価用感光基板上の複数の計測領域上に露光する第
１工程と；前記ステージを駆動して、前記複数の評価用
マークの内の１個の評価用マークの像を前記評価用感光
基板上の複数の計測領域に対して所定の位置関係を有す
る領域にそれぞれ多重露光する第２工程と；前記第１工
程で露光された前記評価用マークの像の位置と前記第２
工程で露光された前記評価用マークの像の位置との差か
ら前記投影光学系のディストーションを求める第３工程
と；を有することを特徴とする露光装置の評価方法。
【請求項３】前記第１工程では、前記評価用感光基板
上に前記複数の評価用マークの像を多重露光することを
特徴とする請求項２に記載の露光装置の評価方法。