JPH09260250A - 露光装置および露光方法 - Google Patents

露光装置および露光方法

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JPH09260250A
JPH09260250A JP8066439A JP6643996A JPH09260250A JP H09260250 A JPH09260250 A JP H09260250A JP 8066439 A JP8066439 A JP 8066439A JP 6643996 A JP6643996 A JP 6643996A JP H09260250 A JPH09260250 A JP H09260250A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光学式縮小投影露光装置において、ウエハステ
ージ位置に依存するショット内の系統誤差を補正し、露
光パターンの重ね合わせ精度を向上させる。 【解決手段】レチクルステージ１０ａ上に搭載されたレ
チクル６に描画されている回路パターンをウエハステー
ジ５ａ上に搭載された半導体ウエハ４上に投影してショ
ットを形成する露光装置において、ウエハ上に複数形成
されるショット毎の回転誤差θを求め、回転誤差θをウ
エハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，
ｙ）で近似し、レチクルステージおよびウエハステージ
の少なくとも一方のステージ面内回転位置を関数θｓ
（ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩ等の半導体
装置の製造工程で使用される露光装置および露光方法に
係り、特に光学式縮小投影露光装置により投影されたパ
ターンの位置検出精度を向上させる技術に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の回
路パターンの微細化に伴い、パターン転写手段として、
高解像性能を有する光学式縮小投影露光装置が広く使用
されてきた。この露光装置でデバイスパターンを描画す
る場合、露光に先だって半導体ウエハを高精度に位置合
わせ（アライメント）する必要がある。
【０００３】このアライメントに際して、通常はウエハ
上に形成されたマーク位置を検出しており、このウエハ
マーク位置の検出方法は、ダイバイダイ方式とグローバ
ル方式とに大きく分類できる。
【０００４】前者のダイバイダイ方式は、ウエハ上のチ
ップ毎にマーク位置を検出してアラメントを行うので、
高精度な位置合わせが可能である。後者のグローバルア
ライメント方式は、ウエハ上に形成された数個のアライ
メントマークをアライメント光学系を用いて検出し、検
出されたマーク位置からチップの配列を補正して露光を
行うものである。
【０００５】前記ダイバイダイ方式は、高精度な位置決
めができる反面、グローバルアライメント方式と比べて
生産性が劣るので、グローバル方式が多用されている。
図５は、従来のステッパー型の露光装置におけるアライ
メント装置の構成とアライメント信号処理系を概略的に
示している。
【０００６】図６は、図５中の半導体ウエハ４上に予め
形成されたアライメントマーク９の配置例を示す。前記
ウエハ４は、ウエハステージ５上に搭載されており、ウ
エハステージ５はウエハステージ駆動機構（図示せず）
によってウエハステージ５に平行なｘｙ方向に移動可能
である。
【０００７】電子ビームなどで回路パターンが描画され
た露光領域を有するレチクル６は、レチクルステージ１
０上に搭載されており、レチクルステージ１０はレチク
ルステージ駆動機構（図示せず）によってレチクルステ
ージ１０に平行なｘｙ方向に移動可能である。
【０００８】アライメント装置１は、投影レンズ２の付
近に配置されており、アライメント光照射部（図示せ
ず）から前記ウエハ４上のアライメントマーク９にＨｅ
Ｎｅレーザ３のようなアライメント光を照射し、上記ア
ライメントマーク９で反射回折したアライメント光を受
光器（図示せず）で電気信号に変換し、アライメント信
号処理回路（図示せず）で位置情報（アライメント出力
信号）に変換するものである。
【０００９】レーザ干渉計７は、前記ウエハステージ５
上に取り付けられたミラー７ａにレーザ光を照射し、上
記ミラーで反射したレーザ光を検出することによりウエ
ハステージ５の位置を計測するものである。
【００１０】演算装置８は、前記アライメント装置１で
得られたアライメントマーク位置情報と前記レーザ干渉
計７で得られたウエハステージ位置情報との演算処理を
行い、処理結果に基づいてウエハステージ５の位置を制
御するための信号を出力するものである。
【００１１】次に、露光装置を用いた露光方法について
説明する。ウエハ４を露光する前に、ウエハステージ５
上にウエハ４を搭載した状態でアライメントマーク位置
をアライメント光学系で測定し、このアライメントマー
ク計測位置からウエハ面上のショット配列を求める。
【００１２】ウエハ面上に配置されるショット配列位置
は、１次の系統誤差であるウエハ線形誤差Ｌw とウエハ
面内ランダム誤差（Ｓwx，Ｓwy）に分離できる。上記ウ
エハ線形誤差Ｌw は、図７（ａ）に示すように、ｘｙ方
向の平行シフト誤差（αx ，αy ）、ウエハ回転方向の
誤差（回転誤差）θw 、ウエハの膨張伸縮を表すスケー
リング誤差（Ｅx ，Ｅy ）、直交度誤差θwoを含む。
【００１３】設計上のマーク位置（Ｘ，Ｙ）と測定によ
って得られたマーク位置との差を（ｄｘw ，ｄｙw ）と
すると、ウエハ上のマーク検出位置誤差はウエハ面内の
座標（ｘ，ｙ）の関数となって次式（１）で表わすこと
ができる。
【００１４】 ｄxw＝αx −( θw ＋θwo )・ｙ＋Ｅx ・ｘ＋Ｓwx ｄyw＝αy ＋θ・ｘw ＋Ｅy ・ｙ＋Ｓwy …（１） ここで、（αx ，αy ）はｘｙ方向の平行シフト誤差、
θw はウエハ回転方向の誤差係数、（Ｅx ，Ｅy ）はウ
エハの膨張伸縮を表すスケーリング誤差係数、θwoは直
交度誤差係数、（Ｓwx，Ｓwy）は残りのランダム誤差を
表す。これらのウエハ面内線形誤差係数（αx ，αy ，
Ｅx ，Ｅy ，θw ，θwo）は演算装置８で最小二乗法を
用いて求める。
【００１５】アライメント後、実際に露光するショット
位置（ｘw ，ｙw ）は設計値の（Ｘ、Ｙ）に対して、次
式（２）で表わされる座標位置を用いる。 ｘw = Ｘ + Δｘw ｙw = Ｙ + Δｙw …（２） ここで、ウエハ面内誤差Δｘw 、Δｙw は Δｘw ＝αx −( θw + θwo）・ｙ＋Ｅx ・ｘ Δｙw ＝αy ＋θw ・ｘ＋Ｅy ・ｙ を表わす。
【００１６】一方、ショット内誤差は、図７（ｂ）に示
すように、ショット内線形誤差Ｌｓ（回転、倍率、スキ
ュー）とショット内ランダム誤差（Ｓsx，Ｓsy）に分離
できる。設計上のマーク位置（Ｘs ，Ｙs ）と測定によ
って得られたマーク位置との差を（ｄｘs ，ｄｙs ）と
すると、ショット内での位置誤差はショット内の座標
（ｘs ，ｙs ）の関数となって次式（３）で表わすこと
ができる。
【００１７】 ｄxs＝−（θs + θso）・ｙs ＋Ｍx ・ｘs ＋Ｓsx ｄys＝＋θs ・ｘs ＋Ｍy ・ｙs ＋Ｓsy …（３） ここで、（Ｍx ，Ｍy ）はショットの膨張伸縮を表すシ
ョット倍率誤差係数、θs はショット回転方向の誤差係
数、θsoはショットスキュー誤差係数、（Ｓsx，Ｓsy）
は残りのショット内ランダム誤差を表す。これらのショ
ット内線形誤差係数（Ｍx ，Ｍy ，θs ，θso）は演算
装置８で最小二乗法を用いて求める。
【００１８】ステップアンドリピートして露光するステ
ッパー型の露光装置では、上記したようなショット内線
形誤差Ｌs のうちショット回転（θs ）とショットの等
方倍率（Ｍx ＋Ｍy ）／２とは補正することができる。
【００１９】一方、水銀ランプやエキシマレーザなどの
光を光源とし、レチクルステージとウエハステージを移
動させることによってレチクルとウエハを相対的に移動
しながら露光するレチクルとウエハを相対的に移動しな
がら露光するスキャン型の露光装置では、スキャン露光
をしながらショット内線形誤差Ｌｓ（θs 、Ｍx 、Ｍy
、θso）を補正することができる。
【００２０】従来、ショット内線形誤差Ｌs の補正は定
数補正により行っていたが、ウエハステージ５のヨーイ
ング誤差やウエハステージ位置の基準となるレーザー干
渉計７のミラー曲がりなどによって、ショット回転がウ
エハステージ位置によって変化する誤差などのように、
ウエハステージ位置に依存してショット内系統誤差が変
化する場合があり、このような変化に伴う誤差を補正し
てはいない。しかし、ウエハサイズの大型化に伴い、ウ
エハステージ位置に依存して変化するショット内系統誤
差が無視できなくなってきている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
光学式縮小投影を用いた露光装置および露光方法は、ウ
エハステージ位置に依存して変化するショット内系統誤
差Ｌs を補正していないという問題があった。
【００２２】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、ウエハステージ位置に依存するショット内の
系統誤差を補正でき、露光パターンの重ね合わせ精度を
向上させ、あるいは基準位置からのパターンずれを抑制
し得る光学式縮小投影方式の露光装置および露光方法を
提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】第１の発明の露光装置
は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画さ
れている回路パターンをウエハステージ上に搭載された
半導体ウエハ上に投影してショットを形成する露光装置
であって、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の
回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標
（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似
し、前記レチクルステージおよびウエハステージの少な
くとも一方を前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって位置
決めするように制御する補正手段を具備することを特徴
とする。
【００２４】第２の発明の露光装置は、レチクルステー
ジ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パター
ンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投
影してショットを形成する露光装置であって、前記ウエ
ハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差を求め、前
記倍率誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の
関数Ｍ（ｘ，ｙ）で近似し、前記ショットの等方倍率を
前記関数Ｍ（ｘ，ｙ）にしたがって調整するように制御
する補正手段を具備することを特徴とする。
【００２５】第３の発明の露光装置は、レチクルステー
ジ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パター
ンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投
影してショットを形成する露光装置であって、前記ウエ
ハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差および倍率
誤差を求め、前記回転誤差および倍率誤差をウエハ面内
座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）、Ｍ
（ｘ，ｙ）で近似し、前記レチクルステージおよびウエ
ハステージの少なくとも一方を前記関数θｓ（ｘ，
ｙ）、Ｍ（ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするとともに
前記ショットの等方倍率を前記関数θｓ（ｘ，ｙ）、Ｍ
（ｘ，ｙ）にしたがって調整するように制御する補正手
段を具備することを特徴とする。
【００２６】第４の発明の露光装置は、ウエハステージ
上に搭載された半導体ウエハ上に電子ビームにより回路
パターンを描画する電子ビーム露光装置であって、前記
ウエハに対する描画中にショットの回転（θs ）、ショ
ットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θs
o) のうちの少なくとも１つを補正する機構と、前記ウ
エハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θ
s 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求
め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうち
の少なくとも１つをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）において
ｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、前記レチクルステ
ージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数
Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御す
る補正手段とを具備することを特徴とする。
【００２７】第５の発明の露光装置は、マスクステージ
上に搭載されたマスク上に回路パターンを露光するマス
クパターン露光装置であって、前記マスクに対する露光
中にショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍｘ，
Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少なくと
も１つを補正する機構と、前記マスク上に複数形成され
るショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θs
o）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および倍
率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つをマ
スク面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，
ｙ）で近似し、前記マスクステージを前記関数Ｌs
（ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する補
正手段とを具備することを特徴とする。
【００２８】また、本発明の露光方法は、レチクルステ
ージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パタ
ーンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に
投影してショットを形成する際、前記ウエハ上に複数形
成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍ
ｙ、θso）を求め、ショット回転誤差θをウエハ面内座
標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似
し、レチクルステージおよびウエハステージの少なくと
も一方の位置を関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決
めすることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施の形態に係るステッパー型の露光装置の一例を概略的
に示している。
【００３０】この露光装置は、図５に示した従来例のス
テッパー型の露光装置と比べて、１次のショット内誤差
だけでなく、高次のショット内誤差も補正し得るように
（本例ではショット回転誤差を補正し得るように）構成
されている点が異なる。
【００３１】即ち、図１の露光装置は、回路パターンが
描画されたレチクル６と、レチクルを搭載したレチクル
ステージ１０ａと、レチクルＸＹステージ駆動装置１１
と、レチクルステージ位置計測装置１５と、上面に位置
識別用の複数のアライメントマーク９が形成された半導
体ウエハ４を搭載したウエハステージ５ａと、ウエハＸ
Ｙステージ駆動装置１２と、ウエハステージ位置計測装
置７と、前記レチクル６の回路パターンをウエハ４上に
投影してショットを形成する投影光学装置と、ウエハ４
上に形成された位置識別用の複数のアライメントマーク
９の位置を検出して前記レチクル６およびウエハ４を所
望の位置に合わせるためのアライメント装置１ａと、演
算装置８ａと、ショット回転調整装置１３と、ショット
回転誤差補正手段とを具備する。
【００３２】前記レチクルステージ１０ａは、レチクル
面内のｘ，ｙ座標方向および前記ステージ面内の回転方
向（θ方向）に移動可能であり、前記レチクルＸＹステ
ージ駆動装置１１は、レチクルステージ１０ａを平行方
向（ｘ，ｙ方向）に駆動するものである。
【００３３】前記ウエハステージ５ａは、ｘ，ｙ，θ方
向に移動可能であり、前記ウエハＸＹステージ駆動装置
１２は、ウエハステージ５ａを平行方向に駆動する。前
記ウエハステージ位置計測装置７は、前記ウエハステー
ジ５ａのｘ，ｙ，θ方向の位置を計測するものであり、
例えばウエハ干渉計７およびミラー７ａが用いられる。
【００３４】前記ショット回転調整装置１３は、前記レ
チクルステージ１０ａおよびウエハステージ５ａの少な
くとも一方のθ方向位置を調整するものである。レチク
ルステージ位置計測装置１５は、前記レチクルステージ
１０ａのｘ，ｙ，θ方向の位置を計測するものであり、
例えばレチクル干渉計１５およびミラー１５ａが用いら
れる。
【００３５】前記投影光学装置は、例えば水銀ランプや
エキシマレーザなどの光を光源とし、前記投影レンズ２
を介して前記レチクル６の回路パターンをウエハ４上に
投影してショットを形成するものである。
【００３６】前記アライメント装置１ａは、投影レンズ
２の付近からＨｅＮｅレーザ３のようなアライメント光
を前記ウエハ４上のアライメントマーク９に照射し、上
記アライメントマーク９で反射回折したアライメント光
を受光器（図示せず）で電気信号に変換し、アライメン
ト信号処理回路（図示せず）でアライメント出力信号と
して位置情報に変換するものである。
【００３７】演算装置８ａは、前記アライメント装置１
ａから得られるアライメント出力信号をアライメント信
号処理装置（図示せず）で処理した信号と前記レチクル
干渉計１５およびウエハ干渉計７から得られた出力信号
を演算処理するものである。
【００３８】前記ショット回転調整装置１３は、前記レ
チクルステージ１０ａおよびウエハステージ５ａの少な
くとも一方を回転方向に駆動するステージ回転駆動装置
を有するものであり、本例では、前記レチクルレチクル
ステージ１０ａを回転方向に駆動するレチクルステージ
回転駆動装置（図示せず）と前記ウエハステージ５ａを
回転方向に駆動するウエハステージ回転駆動装置（図示
せず）とを有する。
【００３９】前記ショット回転誤差補正手段は、ウエハ
４上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、
前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ
次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似して、前記レチクルステ
ージのステージ面内回転位置およびウエハステージのス
テージ面内回転位置を前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたが
って位置決めするように前記ショット回転調整装置を制
御するものであり、本例では前記アライメント装置１ａ
内に設けられている。
【００４０】次に、図１の露光装置を用いた露光方法に
ついて説明する。この露光方法においては、従来例のス
テッパー型の露光装置を用いた露光方法と比べて、１次
のショット内誤差だけでなく、高次のショット内誤差
（本例ではショット回転誤差）も補正するようにした点
が異なり、その他は同様である。
【００４１】即ち、従来例の露光方法と同様に、ウエハ
４を露光する前に、ウエハステージ５ａ上のウエハ４上
のアライメントマーク９の位置をアライメント光学系で
測定し、アライメントマーク計測位置からウエハ４上の
ショット配列を求める。
【００４２】ウエハ４上のショット配列の位置は、１次
の系統誤差であるウエハ線形誤差Ｌw とウエハ面内ラン
ダム誤差（Ｓwx，Ｓwy）に分離できる。上記ウエハ線形
誤差Ｌw は、図７（ａ）に示したように、ｘｙ方向の平
行シフト誤差（αx ，αy ）、ウエハ回転方向の誤差
（回転誤差）θw 、ウエハの膨張伸縮を表すスケーリン
グ誤差（Ｅx ，Ｅy ）、直交度誤差θwoを含む。
【００４３】設計上のアライメントマーク位置（Ｘ，
Ｙ）と測定によって得られたアライメントマーク位置と
の差を（ｄｘw ，ｄｙw ）とすると、ウエハ４上のマー
ク検出位置誤差はウエハ面内の座標（ｘ，ｙ）の関数と
なって（１）式で表わすことができる。
【００４４】 ｄxw＝αx −( θw ＋θwo )・ｙ＋Ｅx ・ｘ＋Ｓwx ｄyw＝αy ＋θ・ｘw ＋Ｅy ・ｙ＋Ｓwy …（１） ここで、（αx ，αy ）はｘｙ方向の平行シフト誤差、
θw はウエハ回転方向の誤差係数、（Ｅx ，Ｅy ）はウ
エハの膨張伸縮を表すスケーリング誤差係数、θwoは直
交度誤差係数、（Ｓwx，Ｓwy）は残りのランダム誤差を
表す。
【００４５】これらのウエハ面内線形誤差係数（αx ，
αy ，Ｅx ，Ｅy ，θw ，θwo）は最小二乗法を用いて
求める。アライメント後、実際に露光するショット位置
（ｘw ，ｙw ）は設計値の（Ｘ、Ｙ）に対して、（２）
式で表わされる座標位置を用いる。
【００４６】 ｘw ＝Ｘ＋Δｘw ｙw ＝Ｙ＋Δｙw …（２） ここで、ウエハ面内誤差Δｘw 、Δｙw は Δｘw ＝αx −（θw ＋θwo）・ｙ＋Ｅx ・ｘ Δｙw ＝αy ＋θw ・ｘ＋Ｅy ・ｙ を表わす。
【００４７】一方、ショット内誤差は、図７（ｂ）に示
したように、ショット内線形誤差Ｌｓ（回転、倍率、ス
キュー）とショット内ランダム誤差（Ｓsx，Ｓsy）に分
離できる。この際、設計上のマーク位置（Ｘs ，Ｙs ）
と測定によって得られたマーク位置との差を（ｄｘs ，
ｄｙs ）とすると、ショット内での位置誤差はショット
内の座標（ｘs ，ｙs ）の関数となって（３）式で表わ
すことができる。
【００４８】 ｄxs＝−（θs ＋θso）・ｙs ＋Ｍx ・ｘs ＋Ｓsx dys＝＋θs ・ｘs ＋Ｍy ・ｙs ＋Ｓsy …（３） ここで、（Ｍx ，Ｍy ）はショットの膨張伸縮を表すシ
ョット倍率誤差係数、θs はショット回転方向の誤差係
数、θsoはショットスキュー誤差係数、（Ｓsx，Ｓsy）
は残りのショット内ランダム誤差を表す。これらのショ
ット内線形誤差係数（Ｍx ，Ｍy ，θs ，θso）は最小
二乗法を用いて求める。
【００４９】上記したようなショット内線形誤差Ｌs の
うちショット回転（θs ）とショットの等方倍率（Ｍx
＋Ｍy ）／２とはアライメント装置１ａにより従来例と
同様に補正することができる。
【００５０】次に、図２を参照して、ウエハ座標に依存
する高次（ｎ次）ショット内誤差について説明する。図
８（ｂ）に示したように、ウエハ面内のチップ領域のシ
ョット回転誤差は、（４）式に示すように、ウエハ面座
標ｘ，ｙのｎ次関数θ（ｘ，ｙ）で近似される。
【００５１】 θs(x,y)＝θs ＋θ1 ｘ＋θ2 ｙ＋θ3 ｘ2 ＋θ4 ｙ2 ＋θ5 ｘ・ｙ＋… …（４） ここで、右辺第１項のθs は前式（３）で示したショッ
ト回転誤差であり、右辺第２項以下の（θ1 、θ2 、θ
3 、θ4 、θ5 、…）は、ｎ次関数近似した各次数にお
ける係数であり、最小２乗近似などによって求めること
ができる。
【００５２】このようにウエハ上に複数形成されるショ
ット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面
内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で
近似し（つまり、ショット回転誤差のウエハ面座標を関
数とする高次成分回転誤差を求め）、前記レチクルステ
ージ１０ａのステージ面内回転位置およびウエハステー
ジ５ａのステージ面内回転位置を前記関数θｓ（ｘ，
ｙ）にしたがって位置決めするように前記ショット回転
調整装置１３を制御することにより、露光に際して例え
ば第１層目の回路パターンと第２層目の回路パターンと
の重ね合わせ精度の向上を図ることが可能になる。
【００５３】上記した実施の形態では、ショット回転誤
差θ(x,y) のみの補正を行ったが、本発明は、ショット
倍率誤差Ｍx ，Ｍy のみの補正、ショット回転誤差θ
(x,y)およびショット倍率誤差Ｍx ，Ｍy の補正、ショ
ットスキュー誤差θsoの補正を行う場合にも適用でき
る。
【００５４】つまり、上記ショット倍率誤差Ｍx(x,y)，
Ｍy(x,y)、ショットスキュー誤差θso(x,y) は、前式
（４）式と同様に、ウエハ面座標ｘ，ｙのｎ次関数で次
式（５）〜（７）のように近似できる。
【００５５】 Mx(x,y) ＝Mxo ＋Mx1 ｘ＋Mx2 ｙ＋Mx3 ｘ2 ＋Mx4 ｙ2 ＋Mx5 ｘ・ｙ＋… …（５） My(x,y) ＝Myo ＋My1 ｘ＋My2 ｙ＋My3 ｘ2 ＋My4 ｙ2 ＋My5 ｘ・ｙ＋… …（６） θSO(x,y) ＝θSOo ＋θSO1 ｘ＋θSO2 ｙ＋θSO3 ｘ2 ＋θSO4 ｙ2 ＋ θSO5 ｘ・ｙ＋… …（７） 上式（５）〜（７）中のｘ，ｙ座標のｎ次関数で表され
た各係数は、最小２乗近似などによって求めることがで
きる。
【００５６】このようにショット倍率誤差Ｍx ，Ｍy 、
ショットスキュー誤差θsoについてウエハ面座標の関数
とする高次成分誤差を求め、等方倍率補正、スキュー補
正を行うことにより、露光パターンの重ね合わせ精度の
一層の向上を図ることが可能になる。
【００５７】次に、前式（５）〜（７）で得られたウエ
ハ座標ｘ，ｙに依存するショト内の回転誤差と倍率誤差
とを補正する例について説明する。この場合には、図１
の露光装置において、さらに、前記ウエハ上に投影され
るショットの等方倍率を調整するための等方倍率調整装
置１４を具備する必要がある。
【００５８】ショット内回転誤差θ（ｘ，ｙ）の補正
は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応して前記ショット回
転調整装置１３を制御し、ウエハステージ５ａおよびレ
チクルステージ１０ａを回転することにより補正可能で
ある。
【００５９】ショット倍率Ｍ(=(Mx+My)/2)の補正は、ウ
エハ座標ｘ，ｙの位置に対応して等方倍率調整装置１４
を調整する（例えば前記投影光学装置における投影レン
ズ２の空気圧を変えて倍率を変える）ことにより補正可
能である。
【００６０】図３は、図１の露光装置を用いた露光方法
の適用例におけるフローチャートを示している。図１の
露光装置を用いた露光方法においては、露光に先立って
ウエハ座標ｘ，ｙのｎ次成分のショット内誤差（θｓ
（ｘ，ｙ）、Ｍｘ（ｘ，ｙ）、Ｍｙ（ｘ，ｙ）、θｓｏ
（ｘ，ｙ））を求める必要がある。
【００６１】そこで、例えば２５枚程度のウエハを１ロ
ットとして露光装置により連続して露光する時、ｎ次の
ショット内誤差は、予め指定された特定のウエハ（例え
ば最初に露光を行う対象となる１枚目のウエハ）に関し
ては、露光装置のアライメント装置によって計測して求
め、このショット誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）にお
いてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、レチクルステ
ージおよびウエハステージの位置を前記関数Ｌs （ｘ，
ｙ）にしたがって位置決めした後、上記特定のウエハお
よび他のウエハに対する露光を順次行う。
【００６２】なお、前述したようなスキャン型の露光装
置（水銀ランプやエキシマレーザなどの光を光源とし、
レチクルステージとウエハステージを移動させることに
よってレチクルとウエハを相対的に移動しながら露光す
る装置）では、スキャン露光をしながらショット内線形
誤差Ｌｓ（θs 、Ｍx 、Ｍy 、θso）の全てを補正する
ことができる。
【００６３】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る
スキャン型の露光装置の一例を概略的に示している。こ
のスキャン露光装置は、第１の実施の形態に係るステッ
パ型の露光装置と比べて、（１）レチクルステージ１０
ｂがｘ，ｙ、θ、スキュー（θo ）方向に移動する点、
（２）レチクル干渉計１５ｂがｘ，ｙ、θ、θo 方向の
レチクルステージ位置を計測する点、（３）補正手段の
制御機能が異なり、その他は同じであるので、図１中と
同一符号を付している。
【００６４】次に、図４のスキャン型の露光装置を用い
て、前式（４）〜（７）で得られたウエハ座標ｘ，ｙに
依存するショト内の回転誤差、倍率誤差、スキュー誤差
に関する補正を行う例について説明する。
【００６５】ショット内回転誤差θ（ｘ，ｙ）の補正
は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応してウエハステージ
５ａおよびレチクルステージ１０ａを回転することによ
り補正可能である。
【００６６】ショット倍率Ｍx 、Ｍy の補正は、ウエハ
座標ｘ，ｙの位置に対応して投影レンズ２の倍率とウエ
ハステージ５ａおよびレチクルステージ１０ａの相対的
なスキャンスピードを変えることによりそれぞれ補正可
能である。
【００６７】ショットスキューθo （ｘ，ｙ）の補正
は、ウエハ座標ｘ，ｙの位置に対応してウエハステージ
５ａおよびレチクルステージ１０ａの相対的なスキャン
スピードを変えることにより補正可能である。
【００６８】なお、本発明は、上述したように高次のシ
ョット内誤差を補正することを特徴とするものであり、
露光装置の補正方法に関しては特に限定されるものでは
なく、次に述べるように実施したすることも可能であ
る。
【００６９】即ち、露光装置の補正方法に関しては、前
記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを
求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）にお
いてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似して求め、この結
果をオフラインでフィードバックしてレチクルパターン
を修正し、あるいはレチクルステージの位置を補正する
ようにしてもよい。
【００７０】また、本発明は、電子ビームを用いてパタ
ーンを描画する電子ビーム露光装置やマスクパターンを
形成するためのマスクパターン露光装置にも適用でき
る。電子ビーム露光装置に適用する際には、ウエハステ
ージ上に搭載された半導体ウエハ上に電子ビームにより
回路パターンを描画する露光装置において、前記ウエハ
に対する描画中にショットの回転（θs ）、ショットの
倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のう
ちの少なくとも１つを補正する機構と、前記ウエハ上に
複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍ
ｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転
誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なく
とも１つをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関
数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似して、前記レチクルステージお
よびウエハステージの少なくとも一方を前記関数Ｌs
（ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御する補
正手段とを具備すればよい。
【００７１】マスクパターン露光装置に適用する際に
は、マスクステージ上に搭載されたマスク上に回路パタ
ーンを露光する露光装置において、前記マスクに対する
露光中にショットの回転（θs ）、ショットの倍率（Ｍ
ｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの少な
くとも１つを補正する機構と、前記マスク上に複数形成
されるショット毎の系統誤差Ｌs （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、
θso）のうちの少なくとも１つを求め、回転誤差および
倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも１つを
マスク面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs
（ｘ，ｙ）で近似して、前記マスクステージを前記関数
Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって位置決めするように制御す
る補正手段とを具備することにより、マスク上の基準位
置からのパターンずれを抑制することができる。
【００７２】
【発明の効果】上述したように本発明の露光装置によれ
ば、ウエハステージ位置に依存するショット内の系統誤
差を補正するために、ショット内誤差（θｓ（ｘ，
ｙ）、Ｍｘ（ｘ，ｙ）、Ｍｙ（ｘ，ｙ）、θｓｏ（ｘ，
ｙ）のうちの少なくとも１つ）のウエハ座標（ｘ，ｙ）
に関するｎ次成分を求めて露光位置を補正することによ
り、露光パターンの重ね合わせ精度を向上させ、あるい
は基準位置からのパターンずれを抑制することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るステッパー型
の露光装置の一例を概略的に示す構成説明図。
【図２】図１の露光装置により形成されたショットのウ
エハ座標に依存するｎ次ショット内誤差を説明するため
に示す図。
【図３】図１の露光装置を用いた露光方法の適用例を示
すフローチャート。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るスキャン型の
露光装置の一例を概略的に示す構成説明図。
【図５】従来のステッパー型の光学式縮小投影露光装置
を概略的に示す構成説明図。
【図６】ウエハ面内に配置したアライメントマークの一
例を示す平面図。
【図７】ウエハ面内誤差およびショット内誤差を説明す
るために示す図。
【符号の説明】
１ａ…アライメント装置、 ２…投影光学装置（投影レンズ）、 ４…半導体ウエハ、 ５ａ…ウエハステージ、 ６…レチクル、 ７…ウエハステージ位置計測装置（ウエハ干渉計）、 ８ａ…演算装置、 ９…アライメントマーク、 １０ａ、１０ｂ…レチクルステージ、 １１…レチクルＸＹステージ駆動装置、 １２…ウエハＸＹステージ駆動装置、 １３…ショット回転調整装置、 １４…等方倍率調整装置、 １５、１５ｂ…レチクルステージ位置計測装置（レチク
ル干渉計）。
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/30 ５２５Ｗ ５２５Ｘ ５２５Ｌ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回路パターンが描画されるとともに位置
    識別用の複数のアライメントが形成されたマークレチク
    ルと、 前記レチクルを搭載するレチクルステージと、 前記レチクルステージを平行方向に駆動するレチクルＸ
    Ｙステージ駆動装置と、 位置識別用の複数のアライメ
    ントが形成された半導体ウエハを搭載するウエハステー
    ジと、 前記ウエハステージを平行方向に駆動するウエハＸＹス
    テージ駆動装置と、 前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくと
    も一方のステージ面内回転位置を調整するためのショッ
    ト回転調整装置と、 前記レチクルステージの位置を計測するレチクルステー
    ジ位置計測装置と、 前記ウエハステージの位置を計測するウエハステージ位
    置計測装置と、 前記レチクルの回路パターンをウエハ上に投影してショ
    ットを形成する投影光学装置と、 前記レチクル上およびウエハ上の複数のアライメントマ
    ークの位置を検出して前記レチクルおよびウエハを所望
    の位置に合わせるアライメント装置と、 前記アライメント装置から得られるアライメント出力信
    号を処理した信号と前記レチクルステージ位置計測装置
    およびウエハステージ位置計測装置からそれぞれ得られ
    た出力信号を演算処理する演算装置と、 前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θ
    を求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）に
    おいてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似し、前記関数θ
    ｓ（ｘ，ｙ）にしたがって前記ショット回転調整装置を
    制御して前記レチクルステージおよびウエハステージの
    少なくとも一方のステージ面内回転位置を調整する補正
    手段とを具備することを特徴とする露光装置。
  2. 【請求項２】 前記ショット回転調整装置は、前記レチ
    クルステージを回転方向に駆動するレチクルステージ回
    転駆動装置および前記ウエハステージを回転方向に駆動
    するウエハステージ回転駆動装置を有することを特徴と
    する請求項１記載の露装置。
  3. 【請求項３】 回路パターンが描画されたレチクルと、 前記レチクルを搭載するレチクルステージと、 前記レチクルステージを平行方向に駆動するレチクルＸ
    Ｙステージ駆動装置と、 半導体ウエハを搭載するウエハステージと、 前記ウエハステージを平行方向に駆動するウエハＸＹス
    テージ駆動装置と、 前記レチクルステージ位置を計測するレチクルステージ
    位置計測装置と、 前記ウエハステージ位置を計測するウエハステージ位置
    計測装置と、 前記レチクルの回路パターンをウエハ上に投影してショ
    ットを形成する投影光学装置と、 前記ウエハ上に投影されるショットの等方倍率を調整す
    るための等方倍率調整装置と、 前記レチクル上およびウエハ上に形成された位置識別用
    の複数のアライメントマークの位置を検出して前記レチ
    クルおよびウエハを所望の位置に合わせるアライメント
    装置と、 前記アライメント装置から得られるアライメント出力信
    号を処理した信号と前記レチクルステージ位置計測装置
    およびウエハステージ位置計測装置からそれぞれ得られ
    た出力信号を演算処理する演算装置と、 前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差Ｍ
    を求め、前記倍率誤差Ｍをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）に
    おいてｎ次の関数Ｍ（ｘ，ｙ）で近似し、前記関数Ｍ
    （ｘ，ｙ）にしたがって前記等方倍率調整装置を制御し
    て前記ショットの等方倍率を調整する補正手段とを具備
    することを特徴とする露光装置。
  4. 【請求項４】 回路パターンが描画されたレチクルと、 前記レチクルを搭載するレチクルステージと、 前記レチクルステージを平行方向に駆動するレチクルＸ
    Ｙステージ駆動装置と、半導体ウエハを搭載するウエハ
    ステージと、 前記ウエハステージを平行方向に駆動するウエハＸＹス
    テージ駆動装置と、 前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくと
    も一方のステージ面内回転位置を調整するためのショッ
    ト回転調整装置と、 前記レチクルステージ位置を計測するレチクルステージ
    位置計測装置と、 前記ウエハステージ位置を計測するウエハステージ位置
    計測装置と、 前記レチクルの回路パターンをウエハ上に投影してショ
    ットを形成する投影光学装置と、 前記ウエハ上に投影されるショットの等方倍率を調整す
    るための等方倍率調整装置と、 前記レチクル上およびウエハ上に形成された位置識別用
    の複数のアライメントマークの位置を検出して前記レチ
    クルおよびウエハを所望の位置に合わせるアライメント
    装置と、 前記アライメント装置から得られるアライメント出力信
    号を処理した信号と前記レチクルステージ位置計測装置
    およびウエハステージ位置計測装置からそれぞれ得られ
    た出力信号を演算処理する演算装置と、 前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差お
    よび倍率誤差を求め、前記回転誤差および倍率誤差をウ
    エハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，
    ｙ）で近似し、前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって前
    記ショット回転調整装置および等方倍率調整装置を制御
    して前記レチクルステージおよびウエハステージの少な
    くとも一方のステージ面内回転位置を前記関数θｓ
    （ｘ，ｙ）にしたがって調整するとともに前記ショット
    の等方倍率を調整する補正手段とを具備することを特徴
    とする露光装置。
  5. 【請求項５】 レチクルステージ上に搭載されたレチク
    ルに描画されている回路パターンをマスクステージ上に
    搭載されたマスク上に投影してショットを形成する際に
    レチクルとウエハとが相対的に移動している時に露光を
    行なう露光装置であって、 露光中にショットの回転を補正するショット回転補正機
    構と、 前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差を
    求め、この回転誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）におい
    てｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、前記関数Ｌs
    （ｘ，ｙ）にしたがって前記ショット回転補正機構を制
    御して前記レチクルステージおよびウエハステージの少
    なくとも一方のステージ面内回転位置を補正する補正手
    段とを具備することを特徴とするスキャン型の露光装
    置。
  6. 【請求項６】 レチクルステージ上に搭載されたレチク
    ルに描画されている回路パターンをマスクステージ上に
    搭載されたマスク上に投影してショットを形成する際に
    レチクルとウエハとが相対的に移動している時に露光を
    行なう露光装置であって、 露光中にショットの倍率を補正するショット倍率補正機
    構と、 前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差
    （Ｍｘ，Ｍｙ）を求め、この倍率誤差をウエハ面内座標
    （ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似
    し、前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって前記ショット
    倍率補正機構を制御してショット倍率を補正する補正手
    段とを具備することを特徴とするスキャン型の露光装
    置。
  7. 【請求項７】 レチクルステージ上に搭載されたレチク
    ルに描画されている回路パターンをマスクステージ上に
    搭載されたマスク上に投影してショットを形成する際に
    レチクルとウエハとが相対的に移動している時に露光を
    行なう露光装置であって、 露光中にショットのスキューを補正するショットスキュ
    ー補正機構と、 前記ウエハ上に複数形成されるショット毎のスキュー誤
    差θsoを求め、このスキュー誤差をウエハ面内座標
    （ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似
    し、前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって前記ショット
    スキュー補正機構を制御して前記ショットスキューを補
    正する補正手段とを具備することを特徴とするスキャン
    型の露光装置。
  8. 【請求項８】 レチクルステージ上に搭載されたレチク
    ルに描画されている回路パターンをマスクステージ上に
    搭載されたマスク上に投影してショットを形成する際に
    レチクルとウエハとが相対的に移動している時に露光を
    行なう露光装置であって、 露光中にショットの回転、倍率、スキューをそれぞれ補
    正する補正機構と、 前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θ
    s および倍率誤差（Ｍｘ，Ｍｙ）およびスキュー誤差θ
    soを求め、この回転誤差および倍率誤差およびスキュー
    誤差をウエハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌ
    s （ｘ，ｙ）で近似し、前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にした
    がって前記補正機構を制御して前記ショットの回転、、
    倍率、スキューをそれぞれ補正する補正手段とを具備す
    ることを特徴とするスキャン型の露光装置。
  9. 【請求項９】 レチクルステージ上に搭載されたレチク
    ルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に
    搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成す
    る際、 前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θ
    を求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）に
    おいてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似するステップ
    と、 前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって前記レチクルステ
    ージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ
    面内回転位置を調整するステップとを具備することを特
    徴とする露光方法。
  10. 【請求項１０】 レチクルステージ上に搭載されたレチ
    クルに描画されている回路パターンをウエハステージ上
    に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成
    する際、 前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差θ
    を求め、前記倍率誤差θをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）に
    おいてｎ次の関数θｓ（ｘ，ｙ）で近似するステップ
    と、 前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって前記ショットの等
    方倍率を調整するステップとを具備することを特徴とす
    る露光方法。
  11. 【請求項１１】 レチクルステージ上に搭載されたレチ
    クルに描画されている回路パターンをウエハステージ上
    に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成
    する際、 前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差お
    よび倍率誤差を求め、前記回転誤差および倍率誤差をウ
    エハ面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数θｓ（ｘ，
    ｙ）で近似するステップと、 前記関数θｓ（ｘ，ｙ）にしたがって前記レチクルステ
    ージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ
    面内回転位置を調整するとともに前記ショットの等方倍
    率を調整するステップとを具備することを特徴とする露
    光方法。
  12. 【請求項１２】 レチクルステージ上に搭載されたレチ
    クルに描画されている回路パターンをウエハステージ上
    に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成
    する際、 前記ウエハ上に複数形成されるショットの回転誤差θｓ
    （ｘ，ｙ）、ショットの倍率誤差Ｍｘ（ｘ，ｙ）、Ｍｙ
    （ｘ，ｙ）、ショットのスキュー誤差θso（ｘ，ｙ）の
    少なくとも１つについて、予め指定された特定のウエハ
    に対してアライメント装置で計測し、計測誤差をウエハ
    面内座標（ｘ，ｙ）においてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）
    で近似するステップと、 前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）にしたがって前記ショットの回
    転誤差、倍率誤差、スキュー誤差の少なくとも１つを調
    整した後、上記特定のウエハおよび他のウエハに対する
    露光を順次行うステップとを具備することを特徴とする
    請求項９乃至１１のいずれかに記載の露光方法。
  13. 【請求項１３】 マスクステージ上に搭載されたマスク
    上に回路パターンを露光するマスクパターン露光装置で
    あって、 前記マスクに対する露光中にショットの回転（θs ）、
    ショットの倍率（Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー
    （θso) のうちの少なくとも１つを補正する機構と、 前記マスク上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌ
    s （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つ
    を求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差の
    うちの少なくとも１つをマスク面内座標（ｘ，ｙ）にお
    いてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似し、前記関数Ｌs
    （ｘ，ｙ）にしたがって前記マスクステージを位置決め
    する補正手段とを具備することを特徴とする露光装置。
  14. 【請求項１４】 マスクステージ上に搭載されたマスク
    上に回路パターンを露光する際、 前記マスク上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌ
    s （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つ
    を求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差の
    うちの少なくとも１つをマスク面内座標（ｘ，ｙ）にお
    いてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似するステップと、 前記マスクに対する露光中に前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）に
    したがってショットの回転（θs ）、ショットの倍率
    （Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの
    少なくとも１つを補正するステップとを具備することを
    特徴とする露光方法。
  15. 【請求項１５】 ウエハステージ上に搭載された半導体
    ウエハ上に電子ビームにより回路パターンを描画するた
    めの電子ビーム露光装置を用いて回路パターンを描画す
    る際、 前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ｌ
    s （θs 、Ｍｘ，Ｍｙ、θso）のうちの少なくとも１つ
    を求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差の
    うちの少なくとも１つをウエハ面内座標（ｘ，ｙ）にお
    いてｎ次の関数Ｌs （ｘ，ｙ）で近似するステップと、 前記ウエハに対する描画中に前記関数Ｌs （ｘ，ｙ）に
    したがってショットの回転（θs ）、ショットの倍率
    （Ｍｘ，Ｍｙ）、ショットのスキュー（θso) のうちの
    少なくとも１つを補正するステップとを具備することを
    特徴とする露光方法。
  16. 【請求項１６】 前記系統誤差Ｌs は予め露光装置以外
    の計測機で求められることを特徴とする請求項１５に記
    載の露光方法。
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