JPH1167641A - 露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パターンの重ね露光を行う際の重ね合わせ精
度の向上。 【解決手段】 ウエハに形成されたサブフィールドｃ
（1,1）〜ｃ（7,5）のアライメントマーク位置を計測
し、その計測値に基づいて、座標系（ｘw，ｙw）に関す
る露光フィールドａ（1,1）〜ａ（3,3）の配列誤差を表
すパラメータ，露光フィールドの配列誤差の線形成分か
ら形成される座標系（ｘfc，ｙfc）に関するストライプ
ｂ（1,1）〜ｂ（3,3）の配列誤差を表すパラメータ，ス
トライプの配列誤差の線形成分から形成される座標系
（ｘsc，ｙsc）に関するサブフィールドの配列誤差を表
すパラメータおよびサブフィールドの配列誤差の線形成
分から形成される座標系（ｘsub，ｙsub）に関するサブ
フィールドの歪みを表すパラメータを算出し、各パラメ
ータに基づいてストライプ，露光フィールドおよびサブ
フィールドの線形的な配列誤差および歪みを補正して露
光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路や
液晶パネルを製造する際の、リソグラフィ工程に用いら
れる露光装置の露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子等では、ウエ
ハ等の感応基板上に複数層のパターンが形成される。こ
のような多層パターンの素子を製造する際のリソグラフ
ィ工程においては、既に形成されているパターンに次層
のパターンを露光する際に高い重ね合わせ精度が要求さ
れるため、感応基板アライメントの際に高精度な位置決
めが必要となる。従来、この種のリソグラフィに用いら
れる露光装置では、大別してダイ・バイ・ダイ・アライ
メント方式とグローバル・アライメント方式の２種類が
用いられている。

【０００３】ダイ・バイ・ダイ・アライメント方式は、
各露光フィールドに露光を行う直前にそれぞれアライメ
ント計測を行うものである。一方、グローバル・アライ
メント方式では、予め感応基板上の複数のアライメント
マークを計測して、その計測結果に基づいて感応基板上
の露光フィールド（前層のパターンが形成されている領
域）の配列に関するモデル関数を求めておく。そして、
そのモデル関数に基づいて基板上の全ての露光フィール
ドに関する重ね合わせ位置を求め、各露光フィールドに
順次露光を行う。

【０００４】ダイ・バイ・ダイ・アライメント方式は、
アライメントマークを含む基板上の露光フィールドの配
列のランダムなずれが大きいという欠点を有している。
また、モデル関数を用いるグローバルアライメント方式
では良好な重ね合わせ精度が期待できない場合や、感応
基板を載置したステージの位置決め精度が悪くて、予め
決定された座標にステージを送り込んでも良好な重ね合
わせ精度が期待できない場合に有効であるが、一方で
は、アライメント計測再現性によって重ね合わせ精度が
規定されてしまうことや、計測マーク総数が多くなって
アライメント計測時間が増加したり、アライメントマー
クを検出する際のアライメント・センサ位置と露光位置
との距離が長い場合にはステージ移動に要する時間が長
くなったりするという欠点がある。

【０００５】また、グローバル・アライメント方式は、
露光フィールドのランダムなずれが小さく、かつ、ステ
ージの位置決め精度が良好な場合には、アライメント計
測時間が少なく、多数のアライメントマークを計測する
ことによる平均化効果によって重ね合わせ精度の向上が
期待できる等の長所を有している。

【０００６】上述したグローバル・アライメント方式で
は、基板のＸ方向について１ヵ所、Ｙ方向について２ヵ
所（または、Ｘ方向について２ヵ所、Ｙ方向について１
ヵ所）のみの計測により感応基板のＸおよびＹ座標と感
応基板の回転Θについてアライメントを行う方法が一般
的に行われてきた。最近では、上述したグローバル・ア
ライメント方式を改良したエンハンスト・グローバル・
アライメント方式と呼ばれるアライメント方式も特公平
４−４７９６８号公報や特開平６−２７５４９６号公報
に開示されている。

【０００７】このエンハンスト・グローバル・アライメ
ント方式では、ウエハ上における露光フィールドの配列
歪みを線形関数としてモデル化しておき、予め求めた複
数のアライメントマーク計測位置を用いて最小二乗法に
よりモデル関数のパラメータを決定する。そして、この
モデル関数を用いて各露光フィールドの位置を決定する
というアライメント方式である。特公平４−４７９６８
号公報に開示されている方式では、ウエハにおける露光
フィールドの配列歪みを表すモデル関数に対して、露光
フィールド中心に関する変形を表現する６つのパラメー
タ、すなわちＸ方向のウエハ・スケーリング，Ｙ方向の
ウエハ・スケーリング，配列の直交度，ウエハの回転，
Ｘ方向のウエハ位置オフセットおよびＹ方向のウエハ位
置オフセットに関するパラメータを与えている。

【０００８】一方、特開平６−２７５４９６号公報に開
示されている方式では、上述した６つのパラメータに加
えて、露光フィールド内の変形を表す４つのパラメー
タ、すなわちＸ方向の露光フィールド・スケーリング，
Ｙ方向の露光フィールド・スケーリング，露光フィール
ド内直交度，露光フィールドの回転に関するパラメータ
を与えている。

【０００９】そして、スループットの上で有利なこと
や、最近の露光装置においてはステージの位置決め精度
が格段に向上していることなどから、エンハンスト・グ
ローバル・アライメントの採用が一般的となりつつあ
る。さらに、露光用の投影光学系とは別にアライメント
専用の計測システム、いわゆるオフ・アクシス・アライ
メントシステムが用いられる場合には、この傾向が顕著
である。

【００１０】ところで、最近では、投影光学系のイメー
ジフィールドより大きな露光フィールドを得るために種
々の露光方式、例えば、（１）矩形状や円弧状のイメー
ジフィールドを走査露光して大きな露光フィールドを得
るスキャン露光方式や、（２）１回の露光動作によって
得られるイメージフィールドを１次元的にまたは２次元
的に繋いで一つの大きな露光フィールドを得るスティッ
チング方式や、（３）上述したスキャン方式で得られた
フィールドをスティッチング方式で繋ぎ合わせるスキャ
ン・アンド・スティッチング方式、等が提案されてい
る。

【００１１】上述したスティッチング方式やスキャン・
アンド・スティッチング方式では、イメージフィールド
またはイメージフィールドをスキャンすることによって
形成されたフィールドを繋ぎ合わせることにより一つの
露光フィールドを形成しているため、例えば、マスク上
に形成された複数のパターン領域をウエハ上に投影露光
して繋ぎ合わせて１つの露光フィールドとする場合に
は、マスクの線形歪み（マスクステージの誤差も含む）
がウエハ上におけるパターン領域の配列誤差を生じさせ
る。すなわち、ウエハの線形歪み（ウエハステージの誤
差も含む）はウエハ上での露光フィールドの配列に、マ
スクの線形歪みは露光フィールド内における上述したパ
ターン領域の配列に、イメージフィールドの線形歪みは
パターン領域内での線形歪みにそれぞれ影響を与える。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のグローバル・アライメントまたは特公平４−４
７９６８号公報に開示された方法ではウエハの線形歪み
に起因する露光フィールドの配列誤差にのみにしか対応
しておらず、さらに、特開平６−２７５４９６号公報に
開示された方法の場合も露光フィールド内の線形歪みま
でしか対応していない。そのため、上述したスティッチ
ング方式やスキャン・アンド・スティッチング方式のよ
うに露光フィールド内部にさらに小さなフィールド構造
を有する場合には、露光フィールド内部のフィールド配
列誤差に対応することができなかった。

【００１３】本発明の目的は、パターンの重ね露光を行
う際に、高い重ね合わせ精度を得ることができる露光方
法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１，４および６に対応付けて説明する。 （１）図１，６に対応付けて説明すると、請求項１の発
明は、マスクパターンを感応基板１１上に投影露光する
際に、１回のエネルギー線照射で露光される感応基板１
１上の小領域ＳＦを複数繋ぎ合わせて得られる露光領域
ＥＦが複数形成された感応基板１１に、さらにパターン
を重ねて露光する露光方法に適用され、感応基板１１に
形成された複数の小領域ＳＦのアライメントマーク位置
を計測する第１の工程と、第１の工程で得られた計測値
に基づいて、理想直交座標系に関する露光領域ＥＦの配
列誤差を表す第１のパラメータ，露光領域の配列誤差の
線形成分から形成される露光領域座標系に関する小領域
ＳＦの配列誤差を表す第２のパラメータおよび小領域Ｓ
Ｆの配列誤差の線形成分から形成される小領域座標系に
関する小領域ＳＦの歪みを表す第３のパラメータを算出
する第２の工程と、第１，第２および第３のパラメータ
に基づいて露光領域ＥＦおよび小領域ＳＦの線形的な配
列誤差および歪みを補正して露光する第３の工程とを有
することにより上述の目的を達成する。 （２）図１，４に対応付けて説明すると、請求項２の発
明は、マスクパターンを感応基板１１上に投影露光する
際に、１回のエネルギー線照射で露光される感応基板１
１上の小領域ｃ（1,1）〜ｃ（7,5）を複数繋ぎ合わせて
得られる第１露光領域ｂ（1,1）〜ｂ（3,3）をさらに複
数繋ぎ合わせて得られる第２露光領域ａ（1,1）〜ａ
（3,3）が複数形成された感応基板１１に、さらにパタ
ーンを重ねて露光する露光方法に適用され、感応基板１
１に形成された複数の小領域ｃ（1,1）〜ｃ（7,5）のア
ライメントマーク位置を計測する第１の工程と、第１の
工程で得られた計測値に基づいて、理想直交座標系（ｘ
wｙw座標系）に関する第２露光領域ａ（1,1）〜ａ（3,
3）の配列誤差を表す第１のパラメータ，第２露光領域
ａ（1,1）〜ａ（3,3）の配列誤差の線形成分から形成さ
れる第２露光領域座標系（ｘfcｙfc座標系）に関する第
１露光領域ｂ（1,1）〜ｂ（3,3）の配列誤差を表す第２
のパラメータ，第１露光領域ｂ（1,1）〜ｂ（3,3）の配
列誤差の線形成分から形成される第１露光領域座標系
（ｘscｙsc座標系）に関する小領域ｃ（1,1）〜ｃ（7,
5）の配列誤差を表す第３のパラメータおよび小領域ｃ
（1,1）〜ｃ（7,5）の配列誤差の線形成分から形成され
る小領域座標系（ｘsubｙsub座標系）に関する小領域ｃ
（1,1）〜ｃ（7,5）の歪みを表す第４のパラメータを算
出する第２の工程と、第１，第２，第３および第４のパ
ラメータに基づいて第１露光領域ｂ（1,1）〜ｂ（3,
3），第２露光領域ａ（1,1）〜ａ（3,3）および小領域
ｃ（1,1）〜ｃ（7,5）の線形的な配列誤差および歪みを
補正して露光する第３の工程とを有することにより上述
の目的を達成する。 （３）図１，６に対応付けて説明すると、請求項３の発
明は請求項１に記載の露光方法であって、感応基板１１
およびマスク５を静止させたまま露光し、かつ、小領域
ＳＦを順に繋いで露光して露光領域ＥＦを形成するステ
ィッチング方式の露光装置に用いられる。 （４）図１，４に対応付けて説明すると、請求項４の発
明は請求項２に記載の露光方法であって、感応基板１１
およびマスク５を静止させたまま露光し、かつ、小領域
ｃ（1,1）〜ｃ（7,5）を順に繋いで露光して第１露光領
域ｂ（1,1）〜ｂ（3,3）を形成するスティッチング方式
の露光装置に用いられる。 （５）図１，６に対応付けて説明すると、請求項５の発
明は請求項１に記載の露光方法であって、感応基板１１
およびマスク５を同期走査して露光し、かつ、１回の走
査露光領域である小領域ＳＦを順に繋いで露光して露光
領域ＥＦを形成するスキャン・アンド・スティッチ方式
の露光装置に用いられる。 （６）請求項６の発明は請求項１に記載の露光方法であ
って、マスク５は複数のパターンを有するブロックマス
クであって、そのブロックマスクのパターンを選択し露
光して小領域とし、かつ、その小領域を順に繋いで露光
して露光領域を形成するキャラクタ・プロジェクション
方式の荷電粒子線露光装置に用いられる。 （７）図１，４に対応付けて説明すると、請求項７の発
明は請求項２に記載の露光方法であって、小領域ｃ（1,
1）〜ｃ（7,5）を照明系１〜４および投影光学系８，９
ａ，９ｂ，２２の偏向制御により順に繋ぐとともに、偏
向方向とほぼ直交する方向に感応基板１１およびマスク
５を同期走査またはステップ移動することにより露光し
て第１露光領域ｂ（1,1）〜ｂ（3,3）を形成する分割投
影方式の荷電粒子線露光装置に用いられる。

【００１５】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を参照して本発
明の実施の形態を説明する。図１は電子ビーム投影露光
装置の概略構成を説明する図であり、１は電子銃、３は
アパーチャであって電子銃１からのビームの断面を矩形
状に成形する。２はアパーチャ３で成形された電子ビー
ムＥＢを集束してマスク５に照射させるコンデンサーレ
ンズであり、コンデンサーレンズ２を通過した電子ビー
ムＥＢは視野選択偏向器４によりマスク５上の小領域５
０の一つに導かれる。６はマスク５をｘ軸，ｙ軸方向に
水平移動させるマスクステージであり、７はマスクステ
ージ６の駆動装置、２０はそのドライバである。８はマ
スク５を通過した電子ビームＥＢをｘ軸，ｙ軸方向に偏
向する偏向器、９ａ，９ｂは投影レンズである。

【００１７】１２は感応基板であるウエハ１１をｘ軸，
ｙ軸方向に水平移動させるウエハステージで、１３はウ
エハステージ１２の駆動装置、２１はそのドライバであ
る。マスクステージ６およびウエハステージ１２のｘ軸
およびｙ軸方向の位置はレーザ干渉計等の位置検出器１
４，１５でそれぞれ検出され、それらの検出結果は制御
装置１６へ送られる。また、１０はウエハ１１に設けら
れたアライメントマーク１１０を検出する検出器であ
り、１９は検出器１０および位置検出器１５の検出結果
に基づいてアライメントマーク１１０の位置を計測する
マーク位置計測器である。なお、検出器１０としては、
ＦＩＡ（Field Image Alignment），ＬＳＡ（Laser Ste
p Alignment），ＬＩＡ（Laser Interferometric Align
ment）等に用いられる検出器を使用することができる。
２２はパターン像の倍率補正，回転補正および非点補正
を行う補正光学系である。

【００１８】制御装置１６の記憶部１６ａには予めマス
クパターンに関するデータが記憶されており、演算部１
６ｂはマーク位置計測器１９の計測結果と記憶部１６ａ
に記憶されているデータとに基づいてエンハンスト・グ
ローバル・アライメントのモデル関数を算出する。ま
た、コンデンサーレンズ２，偏向器４，偏向器８および
補正光学系２２のそれぞれのドライバ２３，１７，１８
および２４には、モデル関数に基づく制御信号がそれぞ
れ制御装置１６より送信される。なお、図１では補正光
学系２２を一つのレンズで省略して示したが、実際には
倍率補正レンズ，回転補正レンズおよび非点補正レンズ
から成る。

【００１９】ここで、マスク５のパターンをウエハ１１
上に重ね露光する際の配列誤差について説明する。例え
ば、キャラクタプロジェクション方式の露光装置では、
マスク５は数十種類のパターンが形成されたブロックマ
スクであり、これらのパターンから必要なパターンを選
択して微小フィールドを露光し、このような微小フィー
ルドをウエハ上で繋ぎ合わせることにより大きな露光フ
ィールドを得ている。この場合、偏向器４やブロックマ
スク５を載置したステージ６の移動によってパターン選
択を行っており、これらの偏向やステージ移動の線形誤
差は露光フィールドを構成する微小フィールドの配列誤
差に影響を与える。そのため、ウエハ１１の線形歪みや
微小フィールドの線形歪み以外にブロックマスク５の線
形歪み（電子光学系の偏向またはブロックマスクステー
ジの移動の線形誤差を含む）も露光される配列の線形誤
差に影響を与えている。

【００２０】また、分割投影方式の露光装置も提案され
ているが、その場合には微小イメージフィールド（サブ
フィールドと呼ばれる）をウエハ１１上に順に露光する
際に、サブフィールドを偏向器４，８によって一方向に
偏向しながら順に露光するとともに、マスクステージ６
およびウエハステージ１２を偏向方向と直交する方向に
移動させることにより複数のサブフィールドを２次元的
に繋ぎ合わせてストライプ状フィールドを形成し、さら
に、複数のストライプ状フィールドを繋ぎ合わせること
によって一つの大きな露光フィールドを得ている。通
常、１露光フィールド内には２〜数個のストライプ状フ
ィールドが設けられる。この場合、（１）ウエハ線形歪
みによる露光フィールドの配列誤差や、（２）サブフィ
ールドの線形歪みに加えて、（３）ストライプ状フィー
ルド内におけるサブフィールドの配列の線形誤差や、
（４）露光フィールド内におけるストライプ状フィール
ドの配列の線形誤差がマスクの線形歪み（マスクステー
ジの線形誤差を含む）や電子光学系の偏向歪み等により
生じるおそれがある。なお、以下ではストライプ状フィ
ールドのことを単にストライプと呼ぶことにする。

【００２１】図２は上述した分割投影露光における露光
フィールドの内部構造を説明する概略図であり、例え
ば、ウエハ１１に形成された１層目のパターン領域を示
している。図２（ａ）はウエハ上における露光フィール
ドの配列を示す図であり、ウエハ上には３行３列に並ん
だ９個の露光フィールドａ(1,1)〜ａ(3,3)が設けられて
いる。各露光フィールドは、例えば、半導体素子の１チ
ップが形成されるパターン領域に対応している。なお、
座標系（ｘw，ｙw）は露光フィールドの配列中心を原点
とするウエハ座標系を表しており、座標系（ｘfc，ｙf
c）は露光フィールドの中心を原点とする露光フィール
ド座標系である。

【００２２】図２（ｂ）は露光フィールドａ(1,3)の内
部構造を示す図であり、露光フィールドａ(1,3)は３行
３列に並んだ９個のストライプｂ(1,1)〜ｂ(3,3)から成
り、露光フィールドａ(1,3)に形成されるべきパターン
が各ストライプｂ(1,1)〜ｂ(3,3)に分割されて露光され
る。なお、図２では分りやすくするためにストライプｂ
(1,1)〜ｂ(3,3)を互に分離して図示したが、実際にはウ
エハ上に露光される際に隙間無く繋ぎ合わせられる。座
標系（ｘsc，ｙsc）はストライプの中心を原点とするス
トライプ座標系である。図示しなかったが、その他の露
光フィールドａ(1,1)〜ａ(3,3)も全て同様の構造を有し
ている。

【００２３】ストライプｂ(1,3)はさらに図２（ｃ）に
示すような内部構造を有しており、７行５列に並んだ３
５個のサブフィールドｃ(1,1)〜ｃ(7,5)からなる。な
お、図２（ｂ），図２（ｃ）ではサブフィールドｃ(1,
1)〜ｃ(7,5)間に隙間が有るように図示したが、実際に
は互に接して設けられる。ストライプｂ(1,3)に形成さ
れるべきパターンは各サブフィールドｃ(1,1)〜ｃ(7,5)
に分割露光される。図２（ｃ）において、座標系（ｘsu
b，ｙsub）はサブフィールドの中心を原点とするサブフ
ィールド座標系である。なお、各ストライプｂ(1,1)〜
ｂ(3,3)は同様の構造を有しており、１つのサブフィー
ルドは電子ビームの１ショットにより露光される領域に
相当する。図２（ｄ）はサブフィールドｃ(1,7)を拡大
図である。

【００２４】例えば、図２（ｃ）のストライプｂ(1,3)
にパターンを分割投影する場合には、ウエハをｙsc座標
のプラス方向に連続移動させつつ偏向器で電子ビームを
図の左側から右側に走査して、サブフィールドｃ(1,
1)，ｃ(1,2)，〜，ｃ(1,5)の順に１段目のサブフィール
ドへパターンを露光し、次いで、電子ビームを逆方向に
走査してサブフィールドｃ(2,5)，ｃ(2,4)，〜，ｃ(2,
1)の順に２段目を露光する。同様にして、ジグザグ状の
走査経路で７段目までの全てのサブフィールドにパター
ンが露光されることにより、ストライプｂ(1,3)全体に
パターンが露光される。このとき、各サブフィールドは
隙間無く繋ぎ合わされる。

【００２５】図２に示した露光フィールド，ストライプ
およびサブフィールドの配列は、１層目のパターンが正
確に設計値通りに形成された場合を示しており、ウエハ
上の任意の点の座標（ｘ，ｙ）は式（１）のように表す
ことができる。

【数１】 式（１）において、座標（ｘfc，ｙfc）はウエハ座標系
（ｘw，ｙw）における露光フィールド座標系（ｘfc，ｙ
fc）の原点の座標であり、座標（ｘsc，ｙsc）は露光フ
ィールド座標系（ｘfc，ｙfc）におけるストライプ座標
系（ｘsc，ｙsc）の原点の座標であり、座標（ｘsfc，
ｙsfc）はストライプ座標系（ｘsc，ｙsc）におけるサ
ブフィールド座標系（ｘsub，ｙsub）の原点の座標であ
り、そして座標（ｘsub，ｙsub）はサブフィールド内座
標である。

【００２６】実際には、ウエハやパターン形成に用いた
マスクの歪み等により配列のずれ（配列誤差）が生じた
り、電子光学系の歪み收差や倍率誤差等によってサブフ
ィールドの形状誤差等が発生したりする。本実施の形態
では、これらの誤差を、ウエハ上の露光フィールド配
列に関するもの（第１段階）、露光フィールド内のス
トライプ配列に関するもの（第２段階）、ストライプ
内のサブフィールド配列に関するもの（第３段階）、
サブフィールド内の歪みに関するもの（第４段階）の４
段階に分けて取扱う。

【００２７】ここで、図３を用いて第１段階の配列誤差
について説明する。上述したウエハ上における露光フィ
ールドの設計位置からのずれ（配列誤差）は、ウエハ
座標系（ｘw，ｙw）におけるｘw方向およびｙw方向の線
形変形（ウエハスケーリング誤差Γ_W,x，Γ_W,y）と、
ウエハ座標系（ｘw，ｙw）に対する露光フィールド配列
の直交度誤差Ω_W、ウエハ座標系（ｘw，ｙw）に対す
る回転誤差Θ_W、および干渉計等による測定座標系
（ステージ座標系）に対するウエハ座標系（ｘw，ｙw）
のオフセット誤差によって表すことができる。なお、上
述した回転誤差Θ_Wには測定座標系に対するウエハ自身
の回転も含んでいる。

【００２８】図３（ａ）はウエハスケーリングによる露
光フィールドａ(1,3)の位置ずれを説明する図であり、
座標（ｘ，ｙ）は露光フィールドａ(1,3)の中心位置
（露光フィールド座標原点）のウエハ座標系における設
計値であり、そのときの露光フィールドａ(1,3)を破線
で示す。ウエハスケーリングが生じると露光フィールド
ａ(1,3)は位置（ｘ1，ｙ1）に移動する。このときのｘw
方向およびｙw方向のウエハスケーリングをそれぞれ
（１＋Γ_W,x）および（１＋Γ_W,y）とすると、ウエハス
ケーリングに係る変換式は式（２）のように表される。

【数２】

【００２９】図３（ｂ）は露光フィールドの直交度誤差
を説明する図である。図２（ａ）では露光フィールドは
ｘw方向およびｙw方向に並んでいるが、図３（ｂ）では
直交度誤差Ω_Wによってｙw方向の並びがｙw’方向に変
化する。ｙw’はｙw座標軸に対して角度Ω_Wだけ傾いた
座標軸であり、座標（ｘ，ｙ）にあった露光フィールド
ａ(1,3)は座標（ｘ2，ｙ2）へ移動する。このとき、直
交度誤差Ω_Wに係る変換式は式（３）のように表され
る。

【数３】 なお、図３（ｂ）では１行目の露光フィールドａ(1,
2)，ａ(1,3)のみ表示した。

【００３０】図３（ｃ）は回転誤差Θ_Wを説明する図で
あり、図２（ａ）に示した露光フィールドａ(1,1)〜ａ
(3,3)全体がウエハ座標系（ｘw，ｙw）に対して回転誤
差Θ_Ｗだけ回転している。座標系（ｘｗ’，ｙw’）は
ウエハ座標系（ｘw，ｙw）に対して角度Θ_Wだけ回転し
た座標系であり、座標系（ｘw’，ｙw’）における露光
フィールドａ(1,3)の座標を（ｘ，ｙ）とし、ウエハ座
標系（ｘw，ｙw）における座標を（ｘ3，ｙ3）とすれ
ば、回転誤差Θ_Wに係る変換式は式（４）のように表さ
れる。

【数４】

【００３１】また、ステージ座標系とウエハ座標系（ｘ
w，ｙw）との間の位置ずれ（オフセット）を考慮するこ
とにより、設計値（ｘ，ｙ）の位置にある点の実際の位
置（Ｘ，Ｙ）が求まる。すなわち、第１段階の誤差（露
光フィールド配列誤差）が生じたときは、次式（５）で
表される変換式により設計値（ｘ，ｙ）から実際の座標
（Ｘ，Ｙ）が得られる。

【数５】 式（５）の右辺第２項は、上述したオフセット値であ
る。式（５）において誤差Γ_W,x，Γ_W,y，Ω_WおよびΘ_W
に関して２次以上の微小量を無視すると、式（６）のよ
うに近似できる。

【数６】

【００３２】第２〜４段階の誤差についても、スケー
リング誤差Γ，直交度誤差Ωおよび回転誤差Θを同
様に考えることができ、Ω等の誤差が各段階の誤差に置
き換わるのみで行列の形は同一となる。そこで、設計値
（ｘ，ｙ）から実際の座標値（Ｘ，Ｙ）を決定するモデ
ル関数を各段階に関して順にｆ_W，ｆ_F，ｆ_S，ｆ_Subと
し、これらのモデル関数を式（７）〜（１０）のように
決定する。

【数７】 式（７）〜（１０）において、Γ_i,x，Γ_i,y，Ω_iおよ
びΘ_i（ただし、i＝F,S,Sub）は各段階におけるスケー
リング誤差，直交度誤差および回転誤差を表しており、
各式の座標（ｘ，ｙ）および（Ｘ，Ｙ）は各々誤差Γ
_i,x，Γ_i,y，Ω_iおよびΘ_iに関係する座標系における値
である。すなわち、式（８）は露光フィールド座標系
（ｘfc，ｙfc）における値であり、式（９）はストライ
プ座標系（ｘsc，ｙsc）における値であり、式（１０）
はサブフィールド座標系（ｘsub，ｙsub）における値で
ある。図４（ａ）〜（ｄ）は上述した各誤差があるとき
の露光フィールド配列，ストライプ配列，サブフィール
ド配列およびサブフィールド内の歪みを示す図であり、
それぞれ図２（ａ）〜（ｄ）に対応している。

【００３３】ところで、設計値通りにパターンがウエハ
上に形成されている場合にはウエハ上の任意の点は式
（１）で表されたが、上述したような配列誤差がある場
合にはモデル関数ｆ_W，ｆ_F，ｆ_S，ｆ_Subを用いて次式
（１１）のように表される。

【数８】 式（７）〜（１０）で用いられる２行２列の行列を［ｆ
i］と表記し（ただし、i＝W,F,S,Subである）、これら
を用いて式（１１）を変形すると次式（１２）のように
なる。

【数９】 ここで、行列［ｆi］は式（１３）のように変形できる
ので（ただし、i＝W,F,S,Subである）、この式を式（１
２）に代入して誤差に関する２次以上の微少量を無視す
ると次式（１４）のようになる。

【数１０】

【数１１】 よって、ウエハ上の任意の点（ｘ，ｙ）の線形誤差（Δ
ｘ，Δｙ）のモデル関数は、次式（１５）によって表現
することができる。

【数１２】

【００３４】式（１５）のモデル関数では配列誤差Γ
_i,x，Γ_i,y，Ω_i，Θ_i（ただし、i＝W,F,S,Subである）
およびオフセット値（Ｏ_W,x，Ｏ_W,y）は未知のパラメー
タであり、合計で１８個ある。そのため、最低１８個の
アライメントマークの計測データがあれば、最小二乗法
によって全てのパラメータの値が定まる。実際には、計
測データは計測再現性やウエハの非線形歪みの影響を受
けるので、それらの影響を平均化するために１８個以上
の計測データが用いられる。例えば、サブフィールド内
の四隅のｘ，ｙデータを計測することとし、そのような
サブフィールドをストライプの四隅位置に設定し、さら
に、そのようなストライプを１露光フィールドに４つ設
定し、さらに、ウエハ内でそのような露光フィールドを
８個定めると計測データ総数は１０２４（＝２×４×４
×４×８）となり、統計的に十分な平均化が期待でき
る。もちろん、合計の計測時間を短くするために計測デ
ータ数を１０２４より減らすこともできる。

【００３５】次に、ｎ層目のパターンにｎ＋１層目のパ
ターンを重ね露光する際のアライメント動作および露光
動作の一例を、図５のフローチャートを参照して説明す
る。ここでは、図２（ｂ）に示すストライプｂ(1,1)全
体の露光について詳しく説明する。ステップＳ１では、
ウエハ１１をウエハステージ１２上にロードする。この
ウエハ１１の各露光フィールドには、重ね合わせが行わ
れる下層のパターンが既に形成されており、各サブフィ
ールドの四隅にはアライメントマークが形成されてい
る。ステップＳ２でウエハ１１の原点設定（プリアライ
メント）を行ったならば、ステップＳ３において上述し
たパラメータを決定するためのアライメント計測を行
う。なお、マスク５については既にアライメントが終了
している。

【００３６】ステップＳ４では、計測データとアライメ
ントマークの設計位置とに基づいて、上述した１８個の
パラメータを算出して線形誤差のモデル関数を求める。
ステップＳ５では、投影光学系の補正光学系２２によっ
てマスク５の像をｎ層のサブフィールドの回転誤差Θ
_Subだけ回転させる。次いで、ステップＳ６では、補正
光学系２２により投影像の倍率調整をおこなってサブフ
ィールドのスケーリング誤差Γ_Sub,x，Γ_Sub,yの補正を
行う。このとき、倍率調整がｘ，ｙ別々にできない場合
には、その平均値を補正する。その後、ステップＳ７に
進んでストライプｂ(1,1)のサブフィールドｃ(1,1)の中
心が光軸上にくるようにウエハステージ１２を移動する
とともに、それに対応したマスクパターンも光軸上にく
るようにマスクステージを駆動する。ステップＳ８で
は、偏向制御によりサブフィールドｃ(1,1)から順に露
光を行い、ストライプｂ(1,1)全体の露光を行う。この
とき、サブフィールドの直交度誤差Ω_Subに関しては、
マスク５とウエハ１１の移動方向の調整により補正が可
能である。また、ストライプ内の誤差Γ_S,x，Γ_S,y，Ω
_S，Θ_Sの補正は偏向位置またはマスクステージ座標の補
正により可能である。

【００３７】さらに、ステップＳ９においてストライプ
ｂ(1,1)が含まれる露光フィールドａ(1,1)全体の露光が
行われる。そのとき、誤差Γ_F,x，Γ_F,y，Ω_F，Θ_Fにつ
いては、ウエハステージ座標またはレチクルステージ座
標の補正により可能である。そして、ステップＳ１０で
はウエハ全体の露光、すなわち、露光フィールドａ(1,
1)〜ａ(3,3)の露光が行われる。このとき、誤差Γ_w,x，
Γ_w,y，Ω_w，Θ_wについては、ウエハステージ座標の補
正により行われる。

【００３８】なお、補正制御をどの機能で行うかについ
てはいろいろな組合せがあり、上述した方法に限らな
い。また、本実施の形態では、電子ビーム露光による分
割投影方式を例に説明したが、通常の光露光の場合のス
ティッチング方式，スキャン・アンド・スティッチング
方式や、電子ビーム露光におけるキャラクタ・プロジェ
クション方式についても本発明を同様に適用することが
できる。このとき、スティッチング方式やキャラクタ・
プロジェクション方式の場合には、１回の露光動作（１
ショット）によって得られるイメージフィールド、すな
わち上述したサブフィールドを複数繋ぎ合わせて１つの
露光フィールドを得る方式なので、分割投影方式と異な
り露光フィールドの配列誤差、露光フィールド内に
おけるイメージフィールドの配列誤差、イメージフィ
ールド内の歪みに関する誤差の３段階の線形誤差を考慮
すれば良い。また、スキャン・アンド・スティッチング
方式の場合には、図６に示すようにイメージフィールド
ＩＦを走査して得られるフィールドＳＦを複数繋ぎ合わ
せて１つの露光フィールドＥＦとしているので、露光
フィールドＥＦの配列誤差、露光フィールドＥＦ内に
おけるフィールドＳＦの配列誤差、フィールドＳＦ内
の歪みに関する誤差の３段階の線形誤差を考慮すれば良
い。

【００３９】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、フィールドＳＦは請求項１の
小領域を、露光フィールドＥＦは請求項１の露光領域
を、サブフィールドｃ（1,1）〜ｃ（7,5）は請求項２，
４および７の小領域を、ストライプｂ（1,1）〜ｂ（3,
3）は第１露光領域を、露光フィールドａ（1,1）〜ａ
（3,3）は第２露光領域を、座標系（ｘw，ｙw）は請求
項２の理想直交座標系を、座標系（ｘsc，ｙsc）は請求
項２の第１露光領域座標系を、座標系（ｘfc，ｙfc）は
第２露光領域座標系を，座標系（ｘsub，ｙsub）は小領
域座標系を、Θ_W，Ω_W，Γ_W,x，Γ_W,yは第１のパラメー
タを、誤差Θ_F，Ω_F，Γ_F,x，Γ_F,y，は第２のパラメー
タを、誤差Θ_S，Ω_S，Γ_S,x，Γ_S,yは第３のパラメータ
を、誤差Θ_Sub，Ω_Sub，Γ_Sub,x，Γ_Sub,yは第４のパラ
メータを、電子銃１，コンデンサーレンズ２，アパーチ
ャ３および視野選択偏向器４は照明系を、偏向器８，投
影レンズ９ａ，９ｂおよび補正光学系２２は投影光学系
をそれぞれ構成する。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
感応基板上に形成されたアライメントマークの計測デー
タに基づいて露光領域および小領域の歪みや配列誤差に
関するパラメータを算出し、そのパラメータに基づいて
露光領域および小領域の線形的な配列誤差および歪みを
補正してパターンを重ね露光するため、高精度に位置合
わせを行うことができる。請求項３および４の発明では
スティッチング方式の露光装置における位置合わせ精度
を、請求項５の発明ではスキャン・アンド・スティッチ
方式の露光装置における位置合わせ精度を、請求項６の
発明ではキャラクタ・プロジェクション方式の荷電粒子
線露光装置における位置合わせ精度を、請求項７の発明
では分割投影方式の荷電粒子線露光装置における位置合
わせ精度をそれぞれ向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施の形態を説明する図であり、
電子ビーム投影露光装置の概略構成図。

【図２】露光フィールドの内部構造を説明する図であ
り、（ａ）はウエハ上における露光フィールドの配列、
（ｂ）露光フィールド内のストライプの配列、（ｃ）は
ストライプ内のサブフィールドの配列、（ｄ）はサブフ
ィールドの形状をそれぞれ示す。

【図３】露光フィールドの配列誤差を説明する図。

【図４】誤差が生じたときの各フィールドの配列を示す
図であり、（ａ）は露光フィールドの配列誤差、（ｂ）
はストライプの配列誤差、（ｃ）はサブフィールドの配
列誤差、（ｄ）はサブフィールドの歪み誤差をそれぞれ
示す。

【図５】アライメント動作および露光動作を説明するフ
ローチャート。

【図６】スキャン・アンド・ステップ方式における、露
光フィールドの内部構造を示す図。

【符号の説明】

１ 電子銃 ５ マスク ６ マスクステージ ９ａ，９ｂ 投影レンズ １１ ウエハ １２ ウエハステージ １１０ アライメントマーク ａ（1,1）〜ａ（3,3），ＥＦ 露光フィールド ｂ（1,1）〜ｂ（3,3） ストライプ ｃ（1,1）〜ｃ（7,5） サブフィールド ＩＦ イメージフィールド ＳＦ フィールド Θ_W，Θ_F，Θ_S，Θ_Sub 回転誤差 Ω_W，Ω_F，Ω_S，Ω_Sub 直交度誤差 Γ_W,x，Γ_W,y，Γ_F,x，Γ_F,y，Γ_S,x，Γ_S,y，
Γ_Sub,x，Γ_Sub,y スケーリング誤差

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスクパターンを感応基板上に投影露光
   する際に、１回のエネルギー線照射で露光される感応基
   板上の小領域を複数繋ぎ合わせて得られる露光領域が複
   数形成された感応基板に、さらにパターンを重ねて露光
   する露光方法において、 前記感応基板に形成された複数の小領域のアライメント
   マーク位置を計測する第１の工程と、 前記第１の工程で得られた計測値に基づいて、理想直交
   座標系に関する前記露光領域の配列誤差を表す第１のパ
   ラメータ，前記露光領域の配列誤差の線形成分から形成
   される露光領域座標系に関する前記小領域の配列誤差を
   表す第２のパラメータおよび前記小領域の配列誤差の線
   形成分から形成される小領域座標系に関する前記小領域
   の歪みを表す第３のパラメータを算出する第２の工程
   と、 前記第１，第２および第３のパラメータに基づいて前記
   露光領域および小領域の線形的な配列誤差および歪みを
   補正して露光する第３の工程とを有することを特徴とす
   る露光方法。
2. 【請求項２】 マスクパターンを感応基板上に投影露光
   する際に、１回のエネルギー線照射で露光される感応基
   板上の小領域を複数繋ぎ合わせて得られる第１露光領域
   をさらに複数繋ぎ合わせて得られる第２露光領域が複数
   形成された感応基板に、さらにパターンを重ねて露光す
   る露光方法において、 前記感応基板に形成された複数の小領域のアライメント
   マーク位置を計測する第１の工程と、 前記第１の工程で得られた計測値に基づいて、理想直交
   座標系に関する前記第２露光領域の配列誤差を表す第１
   のパラメータ，前記第２露光領域の配列誤差の線形成分
   から形成される第２露光領域座標系に関する前記第１露
   光領域の配列誤差を表す第２のパラメータ，前記第１露
   光領域の配列誤差の線形成分から形成される第１露光領
   域座標系に関する前記小領域の配列誤差を表す第３のパ
   ラメータおよび前記小領域の配列誤差の線形成分から形
   成される小領域座標系に関する前記小領域の歪みを表す
   第４のパラメータを算出する第２の工程と、 前記第１，第２，第３および第４のパラメータに基づい
   て前記第１露光領域，第２露光領域および小領域の線形
   的な配列誤差および歪みを補正して露光する第３の工程
   とを有することを特徴とする露光方法。
3. 【請求項３】 前記感応基板および前記マスクを静止さ
   せたまま露光し、かつ、前記小領域を順に繋いで露光し
   て前記露光領域を形成するスティッチング方式の露光装
   置に用いられる請求項１に記載の露光方法。
4. 【請求項４】 前記感応基板および前記マスクを静止さ
   せたまま露光し、かつ、前記小領域を順に繋いで露光し
   て前記第１露光領域を形成するスティッチング方式の露
   光装置に用いられる請求項２に記載の露光方法。
5. 【請求項５】 前記感応基板およびマスクを同期走査し
   て露光し、かつ、１回の走査露光領域である前記小領域
   を順に繋いで露光して前記露光領域を形成するスキャン
   ・アンド・スティッチ方式の露光装置に用いられる請求
   項１に記載の露光方法。
6. 【請求項６】 前記マスクは複数のパターンを有するブ
   ロックマスクであって、そのブロックマスクのパターン
   を選択し露光して前記小領域とし、かつ、その小領域を
   順に繋いで露光して前記露光領域を形成するキャラクタ
   ・プロジェクション方式の荷電粒子線露光装置に用いら
   れる請求項１に記載の露光方法。
7. 【請求項７】 前記小領域を照明系および投影光学系の
   偏向制御により順に繋ぐとともに、前記偏向方向とほぼ
   直交する方向に前記感応基板およびマスクを同期走査ま
   たはステップ移動することにより露光して第１露光領域
   を形成する分割投影方式の荷電粒子線露光装置に用いら
   れる請求項２に記載の露光方法。