JPH0950955A

JPH0950955A - 走査型露光装置及び露光方法

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Publication number: JPH0950955A
Application number: JP7224813A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Taniguchi; 哲夫谷口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1997-02-18
Anticipated expiration: 2015-08-09
Also published as: JP3551570B2

Abstract

(57)【要約】【課題】実際の露光に前に、マスク上のマークパター
ンの投影像の位置若しくは位置ずれを検出する機構を備
えた走査型露光装置を提供する。【解決手段】マスクＲ上の照明領域に対してマスクＲ
を走査するマスクステージＲＳＴと、マスクＲ上のパタ
ーンの像を感光基板Ｗ上に投影する投影光学系ＰＬと、
照明領域と投影光学系ＰＬに関して共役な露光領域に対
して感光基板Ｗを走査する基板ステージＷＳＴとを備え
た走査型露光装置である。受光部１を基板ステージＷＳ
Ｔ上に備え且つマスクＲ上のマークパターンの像を光電
検出する撮像器３と、前記照明領域に対して前記マーク
パターンを走査するのに同期して前記受光部を前記露光
領域に対して走査している間に撮像器３から出力される
信号を合成する合成器４とを備える。合成器４の出力に
基づいてマークパターンの像の位置または位置ずれを検
出する。位置ずれは、走査型露光装置に特有のステージ
の移動等により発生する位置ずれである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路パターンが形
成されたマスクを照明しながらマスク上の照明領域に対
してマスクと感光性の基板とを同期して走査することに
よってその回路パターンを逐次感光性基板上に露光する
走査型露光装置に関し、さらに詳細には、実際の露光の
前に、マスクと基板との走査により形成されるマスクの
パターン像の結像特性を正確に測定可能な走査型露光装
置及び露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体集積回路や液晶基板の回
路パターンをフォトリソグラフィー技術により半導体ウ
エハ上に形成するための装置として投影露光装置が使用
されている。かかる投影露光装置は、照明系により均一
にされた照明光をレチクル（マスク）に照射してレチク
ルパターン像を投影光学系を介して感光性基板上に結像
する。この種の装置は、微細な回路パターンを形成する
ために、高精度な結像特性が要求され、さらに、基板上
の同一領域に複数のパターンを重ね合わせて露光するた
めに、露光処理する層と前回露光処理された層との間で
高い重ね合わせ精度が要求される。このため、露光を実
行する前に、投影光学系による結像特性を予め評価して
おき、適正な結像特性が得られるように投影光学系のレ
ンズエレメントを光軸方向に相対移動したり、レチクル
と投影光学系の主点との間隔を変更する等の補正が行わ
れてきた。投影光学系による結像特性を予め評価する方
法として、実際の露光に先立ち、複数のマークが描かれ
たテストレチクルのパターンでウエハ上のフォトレジス
トを露光し、現像されたテストパターン像からマーク座
標を観察してレチクル上のマーク座標とを比較する方法
が従来より行われていた。しかしながら、かかる評価法
は、予備的な露光及び現像工程を必要とするために時間
と労力を要し、像を測定するための特別な装置も必要と
なるという欠点があった。このため、本出願人は、特開
昭５９−９４０３２号において、感光基板が載置される
ステージ上に光電センサを設けて、センサ出力から投影
光学系を介して形成されるレチクルのテストパターンの
位置情報を直接観察する方法を開示した。この方法によ
れば、装置の初期調整だけではなく、装置の経時変化や
大気圧、温度等の外部環境の変化、結像光学系による照
明光の吸収特性の変化、あるいはレチクルの照明条件
（立体角等）等の装置条件の変化等で発生する結像特性
の変化を簡単に観察することができ、観察結果に基づい
て結像特性を補正することもできる。よって、近年の投
影露光装置にはこの方法を実行するために結像光学系の
結像特性を測定する機構が装備されている。

【０００３】図５に、かかる結像光学系の結像特性測定
機構及び観測結果の一例を示す。図５(a) は投影光学系
ＰＬを介してレチクルＲ上のマークパターンを感光基板
であるウエハＷ上に露光する装置の概略構造を示す図で
ある。同図に示したように、ウエハステージＷＳＴは、
ウエハＷが載置されるウエハホルダ５とは異なる場所に
２次元の分解能をもつ光電センサ２０２を備える。光学
系の結像特性が測定される間、光電センサ２０２が投影
光学系ＰＬの真下に位置し、ウエハＷは投影光学系ＰＬ
の露光領域外に位置するようにウエハステージＷＳＴが
位置づけられている。光電センサ２０２は、例えば、Ｃ
ＣＤあるいは撮像管であり２次元の画像を電気的に取り
込むことができる。一般にこれらの光電センサ２０２の
位置分解能は、投影露光装置の像の分解能より低く、直
接光電センサ２０２上に結像させても十分な精度が得ら
れない（このことは、ＣＣＤ等はこれらの投影露光装置
によって製造されることからも理解される）。このた
め、投影光学系ＰＬによるレチクルＲのテストパターン
の像を、一旦、拡大光学系２０１により、１００〜４０
０倍程度に拡大した後、光電センサ２０２で受光してい
る。図５(b) に光電センサ２０２で受光されたレチクル
Ｒのマークパターン（テスト用パターン）２０３を示
す。この像から投影光学系ＰＬによる結像特性を求める
には、例えば、走査線２０４方向の検出信号強度を測定
し、図５(c) に示したような測定結果から線幅ａ、ある
いはコントラストｂ、中心座標ｃ等を知ることができ
る。さらに、これらの測定結果により投影光学系ＰＬの
収差（例えば、コマ収差、球面収差）あるいは焦点位
置、倍率、ディストーション等を計算により求めること
ができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような結像特性
の測定法は、いわゆる、ステップアンドリピート方式に
代表される一括露光方式（フル・フィールド方式）にお
いて用いられてきた。ところが、近年、レチクルのパタ
ーン領域の一部をスリット状あるいは円弧状に照明し、
その照明領域に対してレチクルを走査するとともに、投
影光学系に関してその照明領域と共役関係にある露光領
域に対して感光基板をレチクルの走査と同期して走査す
ることにより、レチクルのパターンを逐次感光基板上に
露光する方式である、所謂スリットスキャン露光方式の
露光装置が開発されている。このスリットスキャン露光
方式では、レチクル上の照明領域が一括露光方式に比べ
て小さく、投影光学系のイメージフィールドの一部分し
か露光に使用しないために投影像の歪み、照度の均一性
の調整が容易であるという利点がある。また、半導体基
板等の大面積化にともない露光面積の拡大が要求されて
いるが、この方式では投影光学系自体を拡大したり投影
光学系のイメージフィールドを拡大することなく、走査
方向の露光面積を大きくできるという利点もある。

【０００５】しかしながら、このスリットスキャン露光
方式では一括露光方式と異なり、一つの像を形成する間
に照明領域上をレチクルが移動するため、一つの像でも
結像光学系の異なる部分を通過してきた光線によって像
が形成される。すなわち、照明領域に対するレチクルの
走査により、レチクルパターン上のある点が照明領域を
通過する間に、投影光学系の異なる部分を通じて感光基
板上に結像される。これに対して、従来の結像特性の測
定法では、結像光学系中の一定の光路を通じて結像させ
たレチクルのテストパターン像を光電変換素子で観察し
ていた。従って、前記のように、結像光学系の連続した
複数の部分を通過して像が形成されるスリットスキャン
方式では、投影光学系の固定されたある領域だけからの
結像特性を求めても、実際の露光における結像特性を反
映していることにはならない（従来通り、結像光学系そ
のものの調整には静止像をみて調整することは考えられ
る）。具体的には、例えば、結像光学系の複数の部分を
通じて形成された像のディストーションがそれぞれ異な
れば、像がその分広がって露光されてコントラストが悪
化する。

【０００６】また、上記結像光学系の問題だけではな
く、レチクルと感光基板の走査速度の同期ずれ、レチク
ルの走査中のレチクルの回転誤差や上下移動も結像特性
を悪化させる。さらに、走査動作による装置の振動によ
るレチクルと感光基板の位置関係のずれ等も結像特性を
悪化させる。特に、投影露光装置では、基板の同一領域
に複数のパターンを重ね合わせて露光するために、感光
基板上に予め形成された重ね合わせ用アライメントマー
クを照明し、該マークからの反射光を受光してその位置
や位置ずれを検出するためのアライメント系を備えてい
る。このアライメント系の光軸と投影光学系の光軸との
間隔を示すベースラインは、ウエハ上のアライメントマ
ーク検出時にウエハステージ及びレチクルステージが静
止された状態で測定されているが、実際の露光時にはレ
チクルパターンはウエハステージ及びレチクルステージ
が共に移動することによってウエハ上に投影露光される
ため、静止時に測定されたベースラインと走査時に得ら
れるベースラインとが異なってくる可能性がある。これ
らのことは、スリットスキャン露光方式の装置に特有の
問題であり、従来の結像特性の測定のようにマスクステ
ージを静止させたままでは測定できない。

【０００７】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、本発明の目的は、実際の露光に前
に、マスク上のマークパターン又はその投影像の位置若
しくは位置ずれを正確に検出することができる機構を備
えた走査型露光装置を提供することにある。

【０００８】また、本発明の目的は、実際の露光に前
に、投影光学系の結像特性又はマスクのパターン像の結
像状態を正確に測定できる機構を備えた走査型露光装置
を提供することにある。

【０００９】本発明の別の目的は、実際の露光に前に、
アライメント系のベースラインを正確に測定することが
できる機構を備えた走査型露光装置を提供することにあ
る。

【００１０】さらに本発明の別の目的は、実際の露光に
前に、マスクと感光基板とを精度良く位置合わせするこ
とができる機構を備えた走査型露光装置を提供すること
にある。

【００１１】本発明のさらに別の目的は、実際の露光工
程に先立ち、マスクと感光基板とがマスク上の照明領域
に対して同期走査されている間の、マスク上のマークパ
ターン又はその投影像の位置若しくは位置ずれ及び結像
特性を正確に検出することができる走査型露光方法を提
供することにある。

【００１２】本発明のさらに別の目的は、上記走査露光
方法において、かかるマークパターン又はその投影像の
位置若しくは位置ずれから、マスクを照明領域に対して
静止させた状態で求めた投影光学系の結像特性及びマス
クパターンの結像状態を補正することができる走査型露
光方法を提供することにある。

【００１３】本文中、用語「照明領域」とは、照明光が
照射されることによって画定されるマスク（レチクル）
上の領域をいい、通常、照明光学系に配置された視野絞
り等によりその大きさは制限される。また、用語「露光
領域」とは、照明光が投影光学系を通じて照射されるこ
とによって露光される感光基板上の領域をいい、露光領
域は前記照明領域と投影光学系に関して共役関係（結像
関係）にある。走査型露光装置においては、通常、上記
照明領域に対して１次元方向にマスクが移動し且つそれ
に同期して感光基板が上記１次元方向と逆方向に上記露
光領域に対して移動することによって走査が行われる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様に従
えば、マスク上の照明領域に対して該マスクを走査する
マスクステージと、前記マスク上のパターンの像を感光
基板上に投影する投影光学系と、前記照明領域と前記投
影光学系に関して共役な露光領域に対して前記感光基板
を走査する基板ステージとを備えた走査型露光装置にお
いて、前記基板ステージ上に受光部を備え且つ前記マス
ク上のマークパターンの像を光電検出する受光手段と、
前記照明領域に対して前記マークパターンを走査するの
に同期して前記受光部を前記露光領域に対して走査して
いる間に前記受光手段から出力される信号を合成する合
成手段とを備え、前記合成手段の出力に基づいて前記マ
ークパターンの像の位置または位置ずれを検出すること
を特徴とする上記走査型露光装置が提供される。本発明
の走査型露光装置は、基板ステージ上に受光手段の受光
部を備えることにより、実際の走査露光の条件の下で、
すなわち、マスク用ステージ及び基板用ステージをマス
クと基板の走査のために移動するという動的な条件の下
で、マスクのテスト用マークパターンの像を予め測定す
ることができる。受光手段からの出力を合成するための
手段を設けることにより、実際の露光において１回の走
査の間に投影光学系の種々の部分を光が透過することに
よって形成されるマークパターンの像を合成画像として
描くことができる。この合成画像より実際の走査露光に
より形成される像の位置や位置ずれを知ることができ
る。かかる位置ずれは、走査ためのステージの移動等に
より発生する位置ずれであり、従来の静的な結像特性の
測定方法で得ることができない。

【００１５】上記走査型露光装置は、前記感光基板上の
アライメントマークを照明し、該アライメントマークか
らの反射光を受光してその位置または位置ずれを検出す
るアライメント系をさらに備え、前記検出されたマーク
パターン像の位置と、前記アライメント系の光照射位置
との差を前記アライメント系のベースラインとすること
ができる。本発明では、上記受光部により検出されたマ
スクのマークパターン像の位置とアライメント系光源の
光照射位置との差をアライメント系のベースラインと規
定することによって、重ね合わせ露光の際に、感光基板
とマスクとのアライメントを一層正確に行うことができ
る。

【００１６】また、上記走査型露光装置は、前記マスク
上の複数のマークパターンの各像の位置または位置ずれ
に基づいて、前記マスクのパターン像の位置と回転量の
少なくとも一方を検出する検出手段をさらに備え、前記
検出手段の検出結果を利用して前記マスクと前記感光基
板とのアライメントを行うことができる。例えば、マス
クの静止状態でのレチクル位置（マークパターン位置）
及び回転量を検出するのではなく、実際の露光時にマス
クステージが走査している状態でのレチクル位置を検出
し、アライメントセンサによるウエハ位置の測定結果
と、前記走査時のレチクル位置情報に基づいて重ね合わ
せを行う。さらにレチクルもしくはウエハを回転させて
回転誤差をキャンセルする。これにより実露光時のレチ
クル位置との関係でウエハ位置を合わせることができ
る。さらに上記走査型露光装置は、前記マスク上の複数
のマークパターンの各像の位置、または位置ずれに基づ
いて、前記投影光学系の結像特性を算出する演算手段を
さらに備えることができる。

【００１７】本発明の第２の態様に従えば、マスク上の
照明領域に対して該マスクを走査するマスクステージ
と、前記マスク上のパターンの像を感光基板上に投影す
る投影光学系と、前記照明領域と前記投影光学系に関し
て共役な露光領域に対して前記感光基板を走査する基板
ステージとを備えた走査型露光装置において、前記基板
ステージ上に受光部が配置され、前記マスク上のマーク
パターンの像を光電検出する受光手段と；前記照明領域
に対して前記マークパターンを走査するのに同期して前
記受光部を前記露光領域に対して走査している間に前記
受光手段から出力される信号を合成する合成手段と；上
記合成手段の出力に基づいて前記マークパターンの像の
結像状態を算出する演算手段とを備えたことを特徴とす
る上記走査型露光装置が提供される。本発明の走査型露
光装置は、基板ステージ上に受光手段の受光部を備える
ことにより、実際の走査露光の条件の下で、マスクのテ
スト用マークパターンの像を予め測定することができ
る。受光手段からの出力を合成するための手段を設ける
ことにより、実際の露光において１回の走査の間に投影
光学系の種々の部分を光が透過することによって形成さ
れるマークパターンの像を合成画像として描くことがで
きる。この合成画像を用いて、実際の走査露光により形
成される像の結像特性、例えば、倍率やコントラスト等
を計算により知ることができる。

【００１８】上記走査型露光装置は、前記演算手段の算
出結果に応じて前記投影光学系の結像特性を補正するた
めの補正手段を更に備えるが好ましい。補正手段は、前
記マスクステージと前記基板ステージとの走査速度また
は走査方向を制御するステージコントローラにすること
ができる。このステージコントローラにより各ステージ
の移動速度を変更することにより最適な結像特性を得る
ことができる。

【００１９】本発明の走査露光装置において、受光手段
は、前記受光部と実質的に共役な面に受光面が配置され
る撮像素子と、前記マークパターンの像を拡大して前記
受光面上に結像する拡大光学系とから構成することがで
きる。感光基板が露光動作により感光される時に走査の
間に光のエネルギが感光剤に蓄積されて像を形成する機
構と、撮像素子が光電検出により像を形成する機構は同
様と考えることができるので、撮像素子を用いることに
より実際の露光時に形成される像を予測できる。

【００２０】本発明の第３の態様に従えば、マスクを照
明しながら、該マスク上の照明領域に対して該マスクを
走査するとともに、上記照明領域と投影光学系に関して
共役な露光領域に対して感光基板を前記マスクの走査に
同期して走査することにより上記マスクのパターンを投
影光学系を介して感光基板上に露光する走査型露光方法
において、前記露光に先立って、前記感光基板の代わり
に、前記マスクに形成されたマークパターンの像を検出
する受光手段を、前記マスクの走査と同期して走査し、
上記走査の間に、前記マークパターン像検出手段から出
力された信号を合成して走査の間のマスクのマークパタ
ーン像の位置又は位置ずれを求めることを特徴とする前
記走査型露光方法が提供される。上記マスクの照明領域
に対して受光手段、例えば、撮像素子の受光部、とマス
クとを同期して走査することにより、実際の走査露光、
すなわちマスクステージ及び基板ステージが移動する動
的な条件の下でマスクのテストパターンを結像させるこ
とができる。得られた像から、走査型露光方法を用いる
ことによって発生する像の位置ずれを実際の露光に先立
って知ることができる。

【００２１】上記走査型露光方法において、前記照明領
域に対してマスクを固定した状態でマスクのマークパタ
ーンを照明しながら、前記露光領域における前記マーク
パターンの像を検出し、検出されたマークパターンの像
位置に関する情報を、前記求められた走査の間のマスク
のマークパターン像の位置または位置ずれにより補正す
ることを、更に含むことが好ましい。図５に示したよう
な従来の静的な条件で測定された像位置に関する情報
を、マスクステージ及び基板ステージの移動が伴う走査
露光の動的な条件で測定した位置または位置ずれで予め
補正することができる。この補正された位置情報を用い
て、実際の露光の前に結像特性等を予測し、露光の際に
種々の方法により露光条件を補正することができる。

【００２２】本発明の第４の態様に従えば、マスクを照
明しながら、該マスク上の照明領域に対して該マスクを
走査するとともに、上記照明領域と投影光学系に関して
共役な露光領域に対して感光基板を前記マスクの走査に
同期して走査することにより上記マスクのパターンを投
影光学系を介して感光基板上に露光する走査型露光方法
において、前記露光に先立って、前記感光基板の代わり
に、前記マスクに形成されたマークパターンの像を検出
する受光手段の受光部を、前記マスクの走査と同期して
走査し、前記走査の間に、前記受光手段から出力された
信号を合成して、走査の間のマスクのマークパターン像
を求め、得られたマークパターン像から投影光学系の結
像特性を演算することを特徴とする前記走査型露光方法
が提供される。この方法によると、実際の走査露光、す
なわちマスクステージ及び基板ステージが移動する動的
な条件の下でマスクのテストパターンを結像させて、そ
の結像特性を予め求めることができる。これによりマス
クステージ及びレチクルステージを静止した状態で求め
た結像特性と実露光時の結像特性の差異を予め知ること
ができ、ステージ移動速度の調整等により動的な条件で
測定された結像特性を補正することが可能となる。

【００２３】本発明の第５の態様に従えば、本発明の走
査露光装置を用いてマイクロデバイスを製造する方法が
提供される。これによりマイクロデバイスを高精度に製
造することができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明による走査型露光装置の一実施
例を図面を参照しながら説明する。図１に、レチクルＲ
とウエハＷとをレチクルＲの照明領域に対して同期して
走査しながら露光する走査型の投影露光装置の一例を示
す。この投影露光装置は、光源及び照明光学系（共に図
示しない）、レチクルＲを走査方向に移動するレチクル
ステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパターン像を
ウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷをレチ
クルＲの走査と同期して移動するウエハステージＷＳ
Ｔ、ウエハの位置合わせ用のアライメント系３０〜３
５、結像特性を測定する光電センサ３から主に構成され
ている。光源及び照明光学系は、一般に、図１において
レチクルステージＲＳＴの上方に配置されている。照明
光源は、例えば、超高圧水銀ランプの輝線であるｉ線や
ｇ線、ＫｒＦ，ＡｒＦエキシマレーザ光、あるいは金属
蒸気レーザ光等の紫外域の光源が用いられる。照明光学
系は均一な照度を達成するためのフライアイレンズ、光
路を開閉するためのシャッター、照明領域を制限するた
めの可変ブラインドあるいは、リレーレンズ等により構
成されており、光源及び照明光学系からの照明光ＩＬ
で、回路パターン等が描かれたレチクルＲをほぼ照度均
一且つ所定の立体角で照明する。近年では、解像力を増
すために、輪帯状照明、あるいは、傾斜照明等が可能な
構成になっている。

【００２５】レチクルステージＲＳＴは、投影光学系Ｐ
Ｌの上方に設置され、リニアモータ等で構成されたレチ
クル駆動部（図示しない）により、走査方向（Ｘ方向）
に所定の走査速度で移動可能である。レチクルステージ
ＲＳＴは、そのＸ方向端部に、干渉計７からのレーザビ
ームを反射する移動鏡６を固定して備え、レチクルステ
ージＲＳＴの走査方向の位置は干渉計７によって例えば
０．０１μｍ単位で測定される。干渉計７による測定結
果は、ステージコントローラ１４に送られ、常時レチク
ルステージＲＳＴの高精度な位置決めが行われる。レチ
クルステージＲＳＴ上には、レチクルホルダ（図示しな
い）が設置され、レチクルＲがレチクルホルダ上に真空
チャック等により吸着されて載置されている。また、レ
チクルステージＲＳＴの上方には、光軸ＡＸを挟んで対
向するレチクルアライメント系（図示しない）が装着さ
れ、このレチクルアライメント系によりレチクルＲに形
成された基準マークを観測して、レチクルＲが所定の基
準位置に精度良く位置決められるようにレチクルステー
ジＲＳＴの初期位置を決定する。従って、移動鏡６と干
渉計７によりレチクルステージＲＳＴの位置を測定する
だけでレチクルＲの位置を十分高精度に調整できる。レ
チクルステージＲＳＴの駆動部は、ステージコントロー
ラ１４により制御される。

【００２６】レチクルステージＲＳＴ上では、レチクル
ＲはレチクルＲの走査方向（Ｘ方向）に対して垂直な方
向（Ｙ方向）を長手とする長方形（スリット状）の照明
領域で照明される。この照明領域は、レチクルステージ
の上方であって且つレチクルＲと共役な面またはその近
傍に配置された視野絞り（図示しない）により画定され
る。

【００２７】レチクルＲを通過した照明光は投影光学系
ＰＬに入射し、投影光学系ＰＬによるレチクルＲの回路
パターン像が感光剤（フォトレジスト）が塗布されたウ
エハＷ上に形成される。投影光学系ＰＬには、複数のレ
ンズエレメントが光軸ＡＸを共通の光軸とするように収
容されている。投影光学系ＰＬは、その外周部上であっ
て光軸方向の中央部にフランジ部２４を備え、フランジ
部２４により露光装置本体の架台に固定される。

【００２８】ウエハＷ上に投影されるレチクルＲのパタ
ーン像の投影倍率は投影光学系ＰＬのレンズエレメント
の倍率及び配置により決定され、通常、投影光学系ＰＬ
により１／５または１／４に縮小される。

【００２９】レチクルＲ上のスリット状の照明領域（中
心は光軸ＡＸにほぼ一致）内のレチクルパターンは、投
影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影される。ウエハ
Ｗは投影光学系ＰＬを介してレチクルＲとは倒立像関係
にあるため、レチクルＲが露光時に−Ｘ方向（または＋
Ｘ方向）に速度Ｖｒで走査されると、ウエハＷはレチク
ルＲとは逆の＋Ｘ方向（または−Ｘ方向）にレチクルＲ
に同期して速度Ｖｗで走査され、ウエハＷ上のショット
領域の全面にレチクルＲのパターンが逐次露光される。
走査速度の比（Ｖｒ／Ｖｗ）は前述の投影光学系ＰＬの
縮小倍率で決定される。

【００３０】ウエハＷは、ウエハステージＷＳＴ上に保
持されたウエハホルダ５に真空吸着されている。ウエハ
ステージＷＳＴは前述の走査方向（Ｘ方向）の移動のみ
ならず、ウエハ上の複数のショット領域をそれぞれ走査
露光できるように走査方向と垂直な方向（Ｙ方向）にも
移動可能に構成されており、ウエハＷ上の各ショット領
域を走査する動作と、次のショット領域の露光開始位置
まで移動する動作を繰り返す。ウエハステージＷＳＴは
投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）にも微動が可
能である。また、ウエハステージＷＳＴは、図示しない
レベリングステージにより光軸ＡＸに対して傾斜するこ
とも可能である。ウエハステージＷＳＴは、モータ等の
ウエハステージ駆動部（図示しない）によりウエハステ
ージＷＳＴは駆動され、前記比（Ｖｒ／Ｖｗ）に従って
移動速度が調節され、レチクルステージＲＳＴと同期さ
れて移動する。ウエハステージＷＳＴの端部には移動鏡
８が固定され、干渉計９からのレーザビームを移動鏡８
により反射し、反射光を干渉計９によって検出すること
によってウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での座標位
置が常時モニタされる。移動鏡８からの反射光は干渉計
９により、例えば０．０１μｍ程度の分解能で検出され
る。ウエハステージ駆動部はステージコントローラ１４
により制御されて、レチクルステージＲＳＴと同期する
ようにウエハステージＷＳＴが駆動される。各ステージ
の走査及びそれに伴う投影光学系ＰＬの調整等はステー
ジコントローラ１４で一括して管理される。

【００３１】図１に示した走査型露光装置は、ウエハＷ
上にすでに露光されたパターンに対して、新たなパター
ンを精度よく重ねて露光するためのウエハアライメント
系を備える。このウエハアライメント系として、投影光
学系ＰＬとは別に設けられた光学式ウエハアライメント
系３０〜３５によりウエハＷ上の位置合わせ用のマーク
の位置を読取、重ね合わせ露光を行う位置を決定する。
光源３０として、ウエハＷ上のフォトレジスト膜に対し
て非感光性の波長の光を発生するレーザ、ハロゲンラン
プ等が用いられる。光源３０から照射された照明光は、
ハーフミラー３３、ミラー３４を介して、ミラー３５に
よりウエハＷ上の位置合わせマークを照明する。ウエハ
Ｗの位置合わせマークからの反射光あるいは回折光は、
照明光と逆の経路を通り、ハーフミラー３３を通って受
光部３１において光電変換される。受光部３１からの信
号は、アンプ３１で十分な出力に増幅されて、図示しな
いアライメント制御系に信号が送られる。投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸとアライメント系の光軸ＡＸ２は、出来る
だけ近くに設定され、一定の間隔で隔てられている。こ
の間隔を安定に維持することにより、重ね合わせ露光が
行われる際に、レチクルＲのパターンとウエハＷのショ
ット領域との正確な位置関係が保たれる。上記光軸ＡＸ
と光軸ＡＸ２とは通常アライメント系のベースラインと
呼ばれるが、本発明においては、後述するようにレチク
ルＲ上に形成されているマークを基準にしてベースライ
ンを規定する。

【００３２】図１に示した投影露光装置は、投影光学系
ＰＬの像面に斜め方向から光線を照射する投光器１０と
その像面からの反射光を受光する受光器１１より構成さ
れる位置センサ（ウエハＷのＺ方向センサ）を備える。
この位置センサは、例えば投光器１０より、スリット像
あるいはピンホール像をウエハＷに投射し、その反射光
をスリットあるいはピンホールを介して受光するように
構成することができ、投影光学系ＰＬの最適像面にウエ
ハＷが位置したときに、スリットもしくはピンホールに
反射光が入射するように調整される。これらのセンサを
複数備えることによって、ウエハＷの面の傾きを検出し
た後、投影光学系ＰＬの最適像面にウエハＷ上の露光領
域全域が一致するように前述のレベリングステージによ
りウエハステージＷＳＴを傾けて補正を行うことも可能
である。投光器から照射される光は感光剤を感光させな
い波長の光が選ばれる。

【００３３】ここで、図２を用いて、上記走査露光装置
の走査露光動作について説明する。図２(a) は、レチク
ルＲを上方より見た概念図で、投影光学系ＰＬのイメー
ジフィールドを示す円内に、前記の長方形の照明領域Ｉ
Ａが画定されている。この照明領域ＩＡに対してレチク
ルＲが走査方向（Ｘ方向）に移動することにより、レチ
クルＲ上のパターンが順次照明されて、一回の走査によ
りレチクルＲの走査方向に存在するすべてのパターンが
照明される。照明時間は、各パターンが照明領域ＩＡを
横切るのに要する時間、すなわちパターンの大きさと走
査速度により決定される。走査速度は感光剤の感度、照
明光の強度等から決定される。図２(a)は、レチクルＲ
が速度ＶｒでＸ方向に走査されている場合を示す。照明
領域ＩＡ内で照射されているレチクルパターンは、ウエ
ハＷ上の露光領域ＥＡに投影光学系ＰＬの縮小倍率で結
像される。この様子をウエハＷを上方より見た図２(b)
に示した。前述のようにウエハＷの速度Ｖｗはレチクル
Ｒの速度Ｖｒ×投影光学系ＰＬの縮小倍率で決定され、
ウエハＷ上の像はレチクルＲのパターンと鏡像関係にあ
るためウエハＷはレチクルＲと反対の−Ｘ方向に移動す
る。そして、レチクルＲの１回の走査が終わると、ウエ
ハＷ上にレチクルＲ全面の像が領域ＳＨに形成される。
この操作を繰り返すことにより、ウエハＷ上のほぼ全面
にレチクルＲのパターンを複数個露光する、いわゆるス
テップアンドスキャン露光を行う。

【００３４】図１中、ウエハステージＷＳＴ上には、ウ
エハホルダ５と異なる位置に結像測定用のガラス板１が
ウエハＷの上面とほぼ一致する高さで設置されている。
ガラス板１は、Ｚ方向の位置センサ（１０，１１）及び
ウエハステージＷＳＴにより、ガラス板１の上面が投影
光学系ＰＬの像面と一致するように位置調整される。ガ
ラス板１の下方であってウエハステージＷＳＴ内部には
拡大光学系２及び光電センサ３が設置されている。本発
明の露光方法に従えば、実際のウエハＷの露光が行われ
る前に、ウエハステージＷＳＴの移動によりガラス板１
が投影光学系ＰＬの真下に位置づけられて結像特性の測
定が行われる。投影光学系ＰＬを通過した光線は、ガラ
ス板１上で一旦結像した後、拡大光学系２を介して光電
センサ３の受光面に再度結像する。光電センサ３の受光
面ではガラス板１に形成された像が拡大光学系２の倍率
で拡大されて結像する。拡大光学系２を構成する再上部
のレンズを投影光学系ＰＬの結像面に位置づけることに
より、ガラス板１を省略することもできる。ここで、拡
大光学系２に収差があると、光電センサ３の受光面に形
成された像の歪み等が投影光学系ＰＬの収差によるもの
か拡大光学系３の収差によるものか区別がつかなくなる
ので、拡大光学系２には極めて収差の少ない光学系を用
いなければならない。上記の拡大光学系２及び光電セン
サ３よりなる結像特性測定系の構成は、図５に示したよ
うな従来の静的な結像特性測定系と同様な構成であり、
拡大光学系２の倍率、光電センサ３の種類も全く同一の
ものを用いることができる。このため、投影光学系ＰＬ
の静止像の測定は、従来通り露光領域ＥＡの任意の場所
に光電センサ３を移動した後、ウエハステージＷＳＴ及
びレチクルステージＲＳＴを静止したままで測定すれば
よい。光電センサ３の画像信号は、画像処理系４に取り
込まれて処理される。その処理された画像データは演算
器１２に送られて、結像特性が演算される。このように
静止状態での結像特性、すなわち、レチクルＲ及びウエ
ハＷが走査されていない状態での結像特性を、実際の露
光に先立って最適に調整しておくことは走査型露光装置
においても必要であり、演算で求めた結像特性に対して
適当な補正手段を用いて補正しておくことが望ましい。
例えば、演算で求めた倍率が目標とする倍率からずれて
いると、走査してできた像の非走査方向の倍率ずれを生
じることになり、走査方向の像質の劣化になる。このた
め、例えば、レチクルＲと投影光学系ＰＬの光路長を変
更したり、投影光学系ＰＬのレンズエレメントの一部を
光軸ＡＸ方向に駆動したり、光軸ＡＸに対して傾斜させ
たりして倍率やディストーションの補正を行う公知の方
法を用いることができる。また、焦点位置のずれ、像面
の傾斜等はＺ方向の位置センサ（１０，１１）にオフセ
ットを与えて補正を行う。本発明はこの静止状態の結像
特性は最適化されていることを前提にして走査露光が行
われている間の結像特性を測定する方法と補正法を提供
する。また、本発明では、後述するように、レチクルＲ
及びウエハステージＷＳＴの走査の間に測定された結像
特性の測定から得られたレチクルＲのマーク位置や結像
特性に関する情報を用いて、レチクルＲ及びウエハステ
ージＷＳＴが静止状態で測定されたレチクルＲのマーク
位置や結像特性を予め補正することもできる。

【００３５】次に、図１に示した走査型露光装置を用い
て、本発明の走査露光方法の一工程である走査露光にお
ける結像特性の測定法について説明する。レチクルＲと
して、複数のマークによりテストパターンが描かれた専
用のテストレチクルもしくは、図４に示したような製造
用のレチクルの周辺部にテスト用のマークを複数含むレ
チクルパターンを使用できる。あるいは、レチクルステ
ージＲＳＴ上に設置した、専用の結像特性測定用パター
ンでもよい。レチクルＲの走行速度や傾斜がレチクルス
テージＲＳＴ上の位置により異なるときは、レチクルス
テージＲＳＴのほぼ全面で測定可能なテストレチクルが
有利である。しかし、かかる専用のレチクルＲを用いる
とレチクル交換操作が煩雑となるため、適宜、レチクル
を使い分けるのが望ましい。本発明では図４に示したよ
うな、回路パターン製造用のレチクルＲであって、レチ
クルパターン領域４０の外側の対向する２辺にそれぞれ
４つテスト用のマークＭ₁〜Ｍ₈を含むレチクルパター
ンを使用した。

【００３６】結像特性測定時にはウエハステージＷＳＴ
を移動して、レチクルＲ上のテスト用マークを光電セン
サ３上に結像させる。そして、実際の露光時と同じ走査
速度で、レチクルＲと光電センサ３を同期走査してレチ
クルＲのテスト用マークの像を、画像データとして画像
処理系４に取り込む。この走査の間に光電センサ３が露
光領域ＥＡ（図２参照）を通過する。画像処理系４は得
られた画像データから次々に各画素の出力を足し合わせ
る。走査が終了すると、露光領域ＥＡを光電センサが通
過するする間に信号が加算されてできた一つの像が形成
される。この像が走査露光によってウエハＷ上に形成さ
れる像に相当する。この画像取り込みの様子を図３を用
いて説明する。図３(a) は、光電センサ３からの１回ご
との出力波形を示している。光電センサ３が２次元セン
サの場合、出力はセンサ上の位置座標としてＸＹの関数
で表されるが、説明を簡単にするためＸ成分のみを示し
た。ここで、光電センサ３の基準点が、例えば、投影光
学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置したときのレーザ干渉計８
によるウエハステージの座標位置を求めておけば、光電
センサ３上の座標Ｘ，Ｙはウエハステージの位置座標と
対応させることができ、光電センサ３で検出されるレチ
クルＲのマークの結像位置についてもウエハステージの
位置座標系により表すことができる。

【００３７】図３(a) 中、ｎは、レチクルＲのテストマ
ークＭ₁を走査している間に、光電センサ３にマークＭ
₁の結像データが取り込まれる順番を示している。理想
的には、照明領域ＩＡ内をかかるマークが通過している
間、いつデータを取り込んでも、露光領域ＥＡの一定の
場所に同じ投影像が形成されるはずであり、同じ像の重
ね合わせとして最終的な像が形成されるべきである。と
ころが、前記のように、レチクルＲと光電センサ３（実
際の露光ではウエハＷ）を走査しながらマークの像を光
電センサ３上に形成するために、マークが照明領域ＩＡ
を通過する間に、マークＭ₁の像を形成することになる
光線は、投影光学系ＰＬの異なる部分を連続的に通過し
てくる。従って、投影光学系ＰＬに収差が存在すること
により像にディストーションが発生し、マークの結像位
置が変化する。また、走査方向に関して、一回の走査の
間にレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴの
同期ずれが生じると、マークの結像位置が変化すること
になる。この他にも、走査による装置全体の振動により
レチクルＲとウエハステージＷＳＴの位置関係が変化し
て結像位置の変化を生じることになる。

【００３８】上記の原因により、図３(a) に示したよう
に、マークの画像データを取り込む毎にマークＭ₁の結
像位置にずれが生じる。図３(a) において、第２回目
（ｎ＝２）に取り込んだマークの画像の中心位置は、第
１回目に取り込んだマークの画像の中心位置から＋Δ
ｘ’だけずれており、第３回目（ｎ＝１）に取り込んだ
マークＭ₁の画像の中心位置は第１回目に取り込んだマ
ークの画像の中心位置から＋Δｘ”だけずれている。ま
た、それぞれのマーク像の形も投影光学系ＰＬの光線通
過位置による差、あるいは、Ｚセンサによるウエハステ
ージＷＳＴの最適像面に対する追従制御誤差、あるい
は、位置画面を取り込む間に上記のように結像位置ずれ
による像の劣化等により変化する。図３(b) は、光電セ
ンサ３がデータをｍ回取り込んだ後の出力画像（ｎ＝１
〜ｍ）を加算したものである。上記の影響のため、各々
の画像より鈍った波形になっており、特に、所定のレベ
ルでスライスして得られた線幅ｌは個々の画像の信号幅
よりも広くなっている。

【００３９】ここで、個々の出力画像を合成して得られ
た像（図３(b) ）の中心位置Ｘ₀が得られる。一方、レ
チクルＲ上のマークＭ₁の位置座標及び投影光学系ＰＬ
の倍率より、マークＭ₁が光電センサ３上で結像される
べき位置（設計値）Ｘ₀₁を計算により求めることができ
る。従って、ΔＸ＝Ｘ₀−Ｘ₀₁がレチクルＲ及び光電セ
ンサ３（実際の露光ではウエハＷ）の走査を含めた種々
の原因で生じるレチクルＲのマークＭ₁のＸ方向の結像
位置ずれ（設計値と実露光位置の差）を示すことにな
る。

【００４０】上記のようにして得られたレチクルＲの各
マークの１次元または２次元の結像位置からウエハアラ
イメント系のベースラインを求める方法を説明する。ア
ライメント系の光源３０から照射された光を光電センサ
３により検出して照射位置をウエハステージＷＳＴの座
標系により求めておく。そして光電センサ３で求められ
た特定のマークのウエハステージＷＳＴの座標系での結
像位置とアライメント用光源３０の照射位置とのＸ方向
及びＹ方向の間隔をそれぞれアライメント系のベースラ
インとして規定することができる。あるいは、ガラス板
１上にアライメント系（アライメントセンサ）が検出可
能な基準マークを入れておき、その基準マーク位置とレ
チクルＲの特定のマーク位置からベースラインを規定し
てもよい。このベースラインの値を記憶しておき、実際
の露光（重ね合わせ露光）の際に、ウエハＷのアライメ
ントマークをウエハアライメント系３０〜３５で検出し
て、上記記憶されたベースラインの値を用いてウエハＷ
とレチクルＲとの相対位置を調整することができる。こ
のようにアライメント系のベースラインを規定すること
によって、レチクルＲのマークを基準として重ね合わせ
露光されるウエハＷの位置を正確に決定することができ
る。しかも、走査の間に生じるレチクルＲとウエハＷの
相対的な位置ずれを取り込んだ形でベースラインを求め
ることができるので、走査型露光における重ね合わせ精
度を向上できる。

【００４１】次に、前記のようにして得られたレチクル
Ｒの各マークの１次元または２次元の結像位置から走査
露光における投影光学系ＰＬの動的な結像特性を求める
方法を説明する。画像処理系４からは、図３(b) に示し
たような合成像の出力が各マークＭ₁〜Ｍ₈について演
算器１２に送られる。演算器１２において、各Ｍ₁〜Ｍ
₈に関する合成像の出力より結像特性を計算する。例え
ば、結像特性として像のコントラストを求めるとき、図
３(b) のように検出された各マークの出力を適当なスラ
イスレベルでスライスしてそれぞれの線幅ｌを求めてそ
れらを比較することで判定することができる。あるい
は、各マークの出力波形の両端のエッジの立ち上がりの
角度により求めることもできる。

【００４２】結像特性として像倍率を求めるには次のよ
うな方法を採用することができる。レチクルＲ上の複数
のマーク、例えば、マークＭ₁とＭ₅の結像位置Ｘ₁と
Ｘ₅を光電センサ３のＸ座標系においてそれぞれ検出
し、それらの結像位置からウエハステージＷＳＴでのＸ
座標系に変換し、そのウエハステージＷＳＴの座標系に
おけるＸ₁とＸ₅との間隔とレチクルＲ上でのマークＭ
₁とＭ₅のＸ方向の間隔から倍率を算出することができ
る。

【００４３】また、結像特性としてディストーションを
求めるには次のような方法を採用することができる。例
えば、レチクルＲのパターン領域４０内の比較的内側と
比較的外側に２点の組Ａ₁，Ａ₂及びＢ₁，Ｂ₂をそれ
らの間隔Ａ₁Ａ₂と間隔Ｂ₁Ｂ₂が等しくなるように選
び、それらの結像位置を上記と同様にして光電センサ３
により検出して、結像位置をウエハステージＷＳＴの座
標系にて求める。次いで、ウエハステージＷＳＴの座標
系における２点の組の結像位置間隔Ａ₁Ａ₂’と間隔Ｂ
₁Ｂ₂’をそれぞれ求めて、前記レチクルＲ上での間隔
との差（Ａ₁Ａ₂’−Ａ₁，Ａ₂）及び（Ｂ₁Ｂ₂’−
Ｂ₁，Ｂ₂）をそれぞれ算出して倍率を考慮して比較す
ることによりディストーションを求めることができる。

【００４４】また、上記のようなレチクルＲのマークの
結像位置の測定から、レチクルＲの走査により生じる、
レチクルＲのレチクルステージＲＳＴ上での回転量を求
めることができる。この場合、レチクルＲのマークのう
ち、例えば、マークＭ₁とＭ₅の光電センサ３上でのＹ
方向の結像位置Ｙ₁とＹ₅を上記と同様にして検出す
る。結像位置Ｙ₁とＹ₅に対応するウエハステージＷＳ
Ｔの座標Ｙ₁’とＹ₅’をそれぞれ求めて差ΔＹ’を求
めることによってレチクルＲのパターンがＹ方向にどの
程度ずれて結像されるかがわかる。また、このΔＹ’と
Ｍ₁及びＭ₅のＸ方向距離等からレチクルＲの回転量θ
を算出することができる。

【００４５】さらに、レチクルＲのパターン全体の位置
ずれを以下のようにして求めることもできる。例えば、
投影光学系ＰＬの光軸上にレチクルＲの中心が位置する
ようにレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上に配置し
て、上記のようにして光電センサ３により各マークの２
次元的な結像位置を求める。次いで、各マークの結像位
置をウエハステージ座標系に変換した後、前記センサ３
上の基準点（ウエハステージ座標系）と各マークの結像
位置（ウエハステージ座標系）との距離をそれぞれ求め
る。そして、それらの距離と、レチクルＲの中心からの
レチクルＲの各マークＭ₁〜Ｍ₈の距離Ｌ₁〜Ｌ₈とを
倍率を考慮して比較することによって、レチクルＲの走
査におけるレチクルＲのパターンのオフセット量がわか
る。この場合、一つのマークについてレチクルＲの中心
からの距離と、その結像位置と基準点の距離とを比較し
てもレチクルＲのパターンのオフセット量は求められる
が、再現性等の点から８つのマークＭ₁〜Ｍ₈について
それぞれ距離の差を求めて平均値よりオフセット量を算
出する方が望ましい。

【００４６】以上により走査露光により形成される像の
結像特性を求めることができる。結像特性が所望の精度
で得られないとき、補正を行うことが考えられる。ただ
し、前提として、ステージが静止している状態で測定さ
れた結像特性（静止像の結像特性）は最適に調整されて
いるため、これ以上の調整は困難である。この段階での
調整法として、走査露光によって悪化するレチクルＲと
ウエハＷの同期ずれ、振動等の軽減することが考えられ
る。一般に走査速度を落とすと、制御系の負荷が減るた
め、同期精度は向上する。また、振動も低減すると考え
られる。このため、前記のようにして求められたマーク
の結像位置の位置ずれ等において所望の精度が達成され
ないとき、ステージコントローラ１４に信号を送り、走
査速度を低下する方法が考えられる。走査速度を低下す
ると、製品の生産性（スループット）が低下するため、
所望の精度が得られる範囲内で速度を低下するのが最適
である。このため、走査速度を変化させて結像特性を測
定して最適速度を選ぶこともできる。前記のように走査
速度は感光剤の感度で決まるため、速度に応じて照明光
の照度を調節するか、照明領域ＩＡの走査方向の幅を変
える等の対策も必要である。

【００４７】前記の方法は、次々と画像処理系４の内部
で像のデータを加算したが、一旦全てのデータをメモリ
に蓄えて、その後、加算して像の合成を行う方法も考え
られる。この方法によれば、合成後でも各データがメモ
リ中に残っているため、精度が良くないとき、露光領域
ＥＡのどの部分で良くないか解析することが可能という
利点がある。また、前記の方法では、演算によって画像
データを加算したが、光電センサ３おいて加算する方法
も考えられる。照明光の強度をフィルター等で減光し
て、一回の走査でセンサ３に画像が蓄積されるようにす
ることによって、一度に走査の間の合計の光電出力を得
ることができる。この方法では演算する必要がないため
回路構成が簡単になる。

【００４８】また、前記の方法は光電センサ３の画素を
基準に加算していったが、装置の振動等でレチクルステ
ージＲＳＴと光電センサ３の位置関係が変化すると測定
誤差を生じる。このため、ガラス板１に指標もしくは枠
をつけて、光電センサ３で検出される指標もしくは枠の
検出位置が一定になるように加算を行えば、上記のよう
な不都合はなくなる。この指標が、前述のベースライン
測定時のアライメントセンサで検出される基準マークと
共通であれば都合がよい。

【００４９】また、上記方法で焦点位置を求めるとき、
ウエハステージＷＳＴのＺ方向の位置を変えながら測定
を繰り返すのが通常行われる方法であるが、拡大光学系
２の光軸方向の複数の位置で受光できるように、ハーフ
ミラー等で分岐して複数の光電センサで受光する方法も
考えられる。また、複数の光電センサ３と拡大光学系２
をウエハステージＷＳＴ上に配置して露光領域ＥＡの複
数の測定点で一度に測定を行うという方法も考えられ
る。この方法によれば、一度の走査で複数点の測定がで
きるという利点がある。また、非走査方向の各光電セン
サ間の距離を予め厳密に測定しておけば、非走査方向の
ディストーションの測定精度が干渉計９の測定誤差によ
らず精度よく測定ができるという利点もある。

【００５０】以上説明してきた実施例の方法はウエハス
テージＷＳＴ内部に光電センサ３を設けたが、光電セン
サの発熱による不具合、あるいはウエハステージＷＳＴ
の重量増大による不具合を回避するために、受光部（例
えば、光ファイバの入射端面）のみをウエハステージＷ
ＳＴ上に設置しておき、受光された光をイメージファイ
バ等で画像をウエハステージＷＳＴ外に設置した光電セ
ンサに送ることもできる。また、ファイバー等でウエハ
ステージＷＳＴに照明光を導いて、ウエハステージＷＳ
Ｔよりテストパターンを発光させ、レチクルステージＲ
ＳＴ上の光電センサで受光することも可能である。

【００５１】本発明は、前記のように２次元あるいは１
次元のいずれの分解能を有する光電センサを使用する場
合に可能である。通常、コントラスト、ディストーショ
ン等はＸＹ方向の複数線（ライン・アンド・スペース）
もしくは、単独線（孤立線）で測定するため、１次元セ
ンサの場合は、Ｘ方向とＹ方向の２方向にセンサを配置
すればよく、２次元センサの場合もＸＹ方向に分解能を
持つように配置し、データを選択することにより、Ｘ及
びＹ成分のデータ処理を実施できる。

【００５２】上記実施例の投影露光装置は、半導体製造
用の投影光学系ＰＬを使用していたが、本発明は投影光
学系を使用する走査型露光装置以外の走査型露光装置、
例えばミラー光学系を使用する走査型露光装置に対して
も同様に有効である。

【００５３】

【発明の効果】本発明の走査型露光装置は、走査露光の
動的な条件、すなわちマスクステージ及び基板ステージ
が移動している状態での像位置に関する情報や結像特性
を、実際の露光の前に、計測及び演算することができる
機構を備えているので、走査型露光装置に独特の原因で
発生する像位置のずれや結像特性の誤差等を予め知るこ
とができ、それにより、結像特性を補正するように露光
条件を変更することができる。本発明の走査露光方法
は、走査露光の動的な条件の下での像位置に関する情報
や結像特性を、実際の露光の前に、計測及び演算してい
るので、走査露光方式に独特の原因で発生する像位置の
ずれや結像特性の誤差等を予め知ることができ、それに
より、結像特性を補正するように露光条件を変更するこ
とができる。また、静的な条件で測定された像位置に関
する情報や結像特性を、上記動的な条件で測定した位置
ずれや結像特性に基づいて予め補正することにより、走
査露光時の結像特性を予め一層正確に求めることができ
る。従って、本発明の走査型露光装置及び走査露光方法
を用いることによって、一層高精度且つ高効率で半導体
素子や液晶素子等のマイクロデバイスを製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】走査の間の結像特性を予め測定することができ
る機構を含む本発明の走査型露光装置の構成の概要を示
す。

【図２】実施例の走査型露光装置による走査露光方法を
説明する図であり、図２(a) は照明領域ＩＡに対してレ
チクルＲが走査される様子を示し、図２(a) は露光領域
ＥＡに対してウエハＷがレチクルＲの走査方向と逆方向
に走査される様子を示す図である。

【図３】実施例において、走査の間に光電センサに取り
込まれたレチクルＲのテストマークの検出画像を示す図
であり、図３(a) は取り込み回数ｎに対する各画像をの
変化を示し、図３(b) はｍ回取り込んだ場合に各画像信
号を加算して得られた合成画像を示す。

【図４】実施例で用いたテストマークＭ₁〜Ｍ₈を含む
レチクルの平面図である。

【図５】結像特性の測定系を備える従来の投影露光装置
の構成の概要を示す図である。

【符号の説明】

Ｒレチクル、ＷウエハＰＬ投影光学系ＩＡ照明領域ＥＡ露光領域ＲＳＴレチクルステージＷＳＴウエハステージ１ガラス板２拡大光学系３光電センサ４画像処理系５ウエハホルダ７レーザ干渉計１０投光器１２演算器１４ステージコントローラ３０アライメント系光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上の照明領域に対して該マスクを
走査するマスクステージと、前記マスク上のパターンの
像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記照明領域
と前記投影光学系に関して共役な露光領域に対して前記
感光基板を走査する基板ステージとを備えた走査型露光
装置において、前記基板ステージ上に受光部を備え且つ前記マスク上の
マークパターンの像を光電検出する受光手段と、前記照明領域に対して前記マークパターンを走査するの
に同期して前記受光部を前記露光領域に対して走査して
いる間に前記受光手段から出力される信号を合成する合
成手段とを備え、前記合成手段の出力に基づいて前記マークパターンの像
の位置または位置ずれを検出することを特徴とする上記
走査型露光装置。
【請求項２】前記感光基板上のアライメントマークを
照明し、該アライメントマークからの反射光を受光して
その位置、または位置ずれを検出するアライメント系を
さらに備え、前記検出されたマークパターン像の位置
と、前記アライメント系の光照射位置との差を前記アラ
イメント系のベースラインとすることを特徴とする請求
項１に記載の走査型露光装置。
【請求項３】前記マスク上の複数のマークパターンの
各像の位置または位置ずれに基づいて、前記マスクのパ
ターン像の位置と回転量の少なくとも一方を検出する検
出手段をさらに備え、前記検出手段の検出結果を利用し
て前記マスクと前記感光基板とのアライメントを行うこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の走査型露光装
置。
【請求項４】前記マスク上の複数のマークパターンの
各像の位置、または位置ずれに基づいて、前記投影光学
系の結像特性を算出する演算手段をさらに備えることを
特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の走査型
露光装置。
【請求項５】マスク上の照明領域に対して該マスクを
走査するマスクステージと、前記マスク上のパターンの
像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記照明領域
と前記投影光学系に関して共役な露光領域に対して前記
感光基板を走査する基板ステージとを備えた走査型露光
装置において、前記基板ステージ上に受光部が配置され、前記マスク上
のマークパターンの像を光電検出する受光手段と；前記
照明領域に対して前記マークパターンを走査するのに同
期して前記受光部を前記露光領域に対して走査している
間に前記受光手段から出力される信号を合成する合成手
段と；上記合成手段の出力に基づいて前記マークパター
ンの像の結像状態を算出する演算手段とを備えたことを
特徴とする上記走査型露光装置。
【請求項６】前記演算手段の算出結果に応じて前記投
影光学系の結像特性を補正するための補正手段を更に備
えることを特徴とする請求項４または５に記載の走査型
露光装置。
【請求項７】前記補正手段は、前記マスクステージと
前記基板ステージとの走査速度または走査方向を制御す
るステージコントローラであることを特徴とする請求項
６に記載の走査型露光装置。
【請求項８】上記受光手段は、前記受光部と実質的に
共役な面に受光面が配置される撮像素子と、前記マーク
パターンの像を拡大して前記受光面上に結像する拡大光
学系とを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか
一項に記載の走査型露光装置。
【請求項９】前記走査型露光装置を用いて、マイクロ
デバイスを製造する方法。
【請求項１０】マスクを照明しながら、該マスク上の
照明領域に対して該マスクを走査するとともに、上記照
明領域と投影光学系に関して共役な露光領域に対して感
光基板を前記マスクの走査に同期して走査することによ
り上記マスクのパターンを投影光学系を介して感光基板
上に露光する走査型露光方法において、前記露光に先立って、前記感光基板の代わりに、前記マ
スクに形成されたマークパターンの像を検出する受光手
段の受光部を、前記マスクの走査と同期して走査し、前記走査の間に、前記受光手段から出力された信号を合
成して、走査の間のマスクのマークパターン像の位置又
は位置ずれを求めることを特徴とする前記走査型露光方
法。
【請求項１１】前記照明領域に対してマスクを固定し
た状態でマスクのマークパターンを照明しながら、前記
露光領域における前記マークパターンの像を検出し、検
出されたマークパターンの像位置に関する情報を、前記
求められた走査の間のマスクのマークパターン像の位置
または位置ずれにより補正することを、更に含むことを
特徴とする請求項１０に記載の走査型露光方法。
【請求項１２】前記補正されたマークパターンの像位
置に関する情報から前記投影光学系の結像特性を演算す
ることを含むことを特徴とする請求項１１に記載の走査
型露光方法。
【請求項１３】マスクを照明しながら、該マスク上の
照明領域に対して該マスクを走査するとともに、上記照
明領域と投影光学系に関して共役な露光領域に対して感
光基板を前記マスクの走査に同期して走査することによ
り上記マスクのパターンを投影光学系を介して感光基板
上に露光する走査型露光方法において、前記露光に先立って、前記感光基板の代わりに、前記マ
スクに形成されたマークパターンの像を検出する受光手
段の受光部を、前記マスクの走査と同期して走査し、前記走査の間に、前記受光手段から出力された信号を合
成して、走査の間のマスクのマークパターン像を求め、得られたマークパターン像から投影光学系の結像特性を
演算することを特徴とする前記走査型露光方法。