JPH09115820A

JPH09115820A - 走査型露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JPH09115820A
Application number: JP7292091A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Taniguchi; 哲夫谷口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】実際の走査型露光の前に、投影光学系の結像
特性又はマスク（レチクル）のパターン像の結像状態を
正確に予測できる機構を備えた走査型露光装置及び走査
型露光方法を提供する。【解決手段】ウエハステージＷＳＴ上に受光部２を備
える光電センサ４と、ウエハＷとレチクルＲとの同期走
査により生じる同期誤差を検出する同期誤差検出手段１
３と、レチクルＲのマークターンが照明領域内の走査方
向の種々の位置に位置するときに光電センサ４によりそ
れぞれ検出された各走査方向位置に対応するマークパタ
ーンの像と同期誤差検出手段１３から検出された同期誤
差とから同期走査により得られるマークパターンの結像
状態を演算する結像状態演算器１４を備える。結像状態
演算器１４の演算結果からウエハＷとレチクルＲとの同
期走査により得られるレチクルパターンの像の結像状態
を予測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、マスクと基板との同期走査により形成されるであ
ろうマスクのパターン像の結像状態を予測できる走査型
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、露光処理しようとする層と前回露光処理した層と
の間で高い重ね合わせ精度が要求される。このため、重
ね合わせ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を用いて
ウエハ上のフォトレジストを露光し、現像されたテスト
パターン像からのマーク座標と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。

【０００３】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。近年の投影露光装置には、この方法を実行す
るための投影光学系の結像特性測定機構が装備されてい
る。図７に、かかる投影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７(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（テストパター
ン）を感光基板であるウエハＷ上に露光する投影露光装
置の概略構造を示す。同図に示したように、ウエハＷ
は、ウエハステージＷＳＴのウエハホルダ５上に載置さ
れ、ウエハステージＷＳＴ面上には、ウエハホルダ５と
異なるＸ方向位置であって且つウエハＷの表面と同じ高
さとなるように基準板２０１が配置されている。投影光
学系ＰＬの結像特性を測定するときには、ウエハステー
ジＷＳＴを、投影光学系ＰＬの真下に基準板２０１が位
置するように移動し、レチクルＲを照明光ＩＬで照明し
てそのマークパターン像を基準板２０１上に結像させ
る。基準板２０１には照明光ＩＬが透過するスリット２
０２が一つあるいは複数形成されている。基準板２０１
の下方にはスリット２０２を透過した光を受光する光電
センサ２０３が設置されている。ウエハステージＷＳＴ
を水平方向（Ｘ方向）に移動することによって、レチク
ルＲ上のマークパターン２０４の像を光電センサ２０３
で受光することができる。図７(b) は、レチクルＲの上
方から見た、レチクルＲのマークパターン２０４と基準
板２０１上の一つのスリット２０２の位置関係を概念的
に示した図であり、レチクルＲのマークパターン２０４
が一つのスリット２０２に対して矢印方向に相対的に移
動する様子を示す。また、図７(c) に、前記移動方向
（Ｘ方向）に対する光電センサ２０３の出力、すなわ
ち、スリット２０２を透過したマークパターン２０４の
像を示す。この出力波形より投影光学系ＰＬの種々の結
像特性を求めることができる。例えば、信号波形を適当
なスライスレベルでスライスして得られた線幅ａを基準
線幅（設計値）と比較することにより像のコントラスト
を求めることができる。像のコントラストはピークｂの
大きさから所定の演算により求めてもよい。また、基準
板２０１を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に移動しつつ
コントラストを求め、最良のコントラストが得られる位
置より焦点位置や像面湾曲等を求めることもできる。さ
らに、マークパターン２０４の方向を変えて測定すれば
非点収差を求めることもできる。また、光電センサ２０
３によりマークパターン２０４の像を検出しながらウエ
ハステージＷＳＴの座標を記録することにより、マーク
パターンの中心位置ｃをウエハステージ座標系で求め、
これより、ディストーション等の像の歪みを求めること
もできる。

【０００４】図７(a) に示した投影露光装置には、投影
光学系ＰＬに隣接して、ウエハＷ上に形成された重ね合
わせ露光用の位置合わせマーク（アライメントマーク）
を読み取る位置合わせセンサ（アライメントセンサ）２
０５が設けられている。センサ２０５は、位置合わせマ
ークを照明し、位置合わせマークからの反射光や回折光
を受光することによってマーク位置を検出する。この
際、センサとして撮像素子を用いてマーク像を２次元的
な像として取り込むことも可能である。同じウエハＷ上
に異なるレチクルパターンを重ね合わせて露光する際
に、投影光学系ＰＬあるいはレチクルＲの特定パターン
の像とアライメントセンサ２０５との検出位置との位置
関係が変動するとウエハＷ上で露光位置の重ね合わせ誤
差が生じる。投影光学系ＰＬとアライメントセンサの検
出位置との距離ｄあるいはレチクルＲの特定パターンの
像とアライメントセンサの検出位置との距離は、ベース
ラインと呼ばれており、重ね合わせ露光が行われる際の
基準値となる。この距離（ベースライン）は装置の温度
変化等により変動し易いため、定期的に測定して常に設
定した値を維持する必要がある。このため、重合わせ露
光に先立って、レチクルＲのマークパターン像の位置を
光電センサ２０３で測定した後、ウエハステージＷＳＴ
を移動し、センサ２０５でスリット２０２を直接測定す
るか、もしくは基準板２０１上の予めスリット２０２と
の位置関係が明らかな位置合わせマーク位置を測定する
ことによって、ベースラインを予め計測することが行わ
れている。

【０００５】

【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（以下、走査型露光装置という）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されない
ために投影像の歪みが比較的少なく、照度を均一にし易
いという利点がある。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。

【０００６】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
投影光学系の異なる部分を通過してきた光線によって像
が形成されることになる。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、その像を形成する光路は投影
光学系内を連続的に移動している。これに対して、従来
の結像特性の測定法では、レチクルパターン（物点）は
照明領域に対して移動しないため、その像を形成する光
線は結像光学系中の一つの光路しか通らない。従って、
スリットスキャン方式においては、従来の結像特性測定
法を用いて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。例えば、投影
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、走査露光で得られた像はそ
の影響で広がり、従来の結像特性測定法で計測された像
よりも低いコントラストを示すことになる。

【０００７】また、スリットスキャン露光方式において
は、上記投影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投影光学系の結像特性を悪
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、前述のように、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位置合わせマークを
照明し、該マークからの回折光等を受光してその位置を
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、走査型露光装置で
は、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る可
能性がある。これらのことは、走査型露光装置に特有の
問題であり、従来の結像特性の測定法では解決できな
い。

【０００８】本発明の目的は、走査型露光方式におい
て、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予測できる機構を備
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、走査型露光方式にお
ける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】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ることによって形成されるマーク
パターン像の結像状態または投影光学系の結像特性を正
確に予測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。

【００１１】本発明のさらに別の目的は、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走査型
露光方法を提供することにある

【００１２】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。

【００１３】

【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
を前記マスクの走査と同期して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、前記マスク上のマー
クパターンの像を前記基板ステージ上で光電検出する光
電検出手段と、前記感光基板と前記マスクとの同期走査
により生じる同期誤差を例えば前記マスクまたは感光基
板の位置毎に（またはその平均的な値で）検出する同期
誤差検出手段と、前記マークパターンが前記照明領域内
の走査方向の種々の位置に位置するときに前記光電検出
手段によりそれぞれ検出された各走査方向位置に対応す
る前記マークパターンの像と前記同期誤差検出手段から
検出された同期誤差とから同期走査により得られる前記
マークパターン像の結像状態を演算する結像状態演算手
段とを備え、該結像状態演算手段の演算結果から前記感
光基板と前記マスクとの同期走査により得られる前記マ
スクパターンの像の結像状態を予測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。

【００１４】本発明の走査型露光装置において、マスク
ステージは、マスクのマークパターンを照明領域内の種
々の位置に移動し、各位置において光電検出手段がマー
クパターンの投影光学系による像（静止画像）を測定す
る。それらの像は、それぞれ、投影光学系内の異なる光
路を通過することにより形成された像である。さらに、
同期誤差検出手段は、実際の走査露光時のマスクステー
ジ及び基板ステージの移動に伴う、ステージ速度の同期
ずれ、感光基板のＺ方向の位置ずれ及び投影光学系の振
動による結像状態のずれを同期誤差として検出する。結
像状態演算手段は、検出された同期誤差を用いて、マー
クパターンが照明領域内の各点に位置するときに検出さ
れた前記のマークパターンの像の結像状態を補正し、そ
れらの修正された像を重ね合わせることによって、実際
の走査露光の条件下で形成されるであろうマークパター
ンの像の結像状態を演算することができる。

【００１５】上記走査型露光装置において、前記結像状
態演算手段の演算結果に応じて結像状態を補正するため
の補正手段を更に備えることが好ましい。上記演算され
た結像状態が、従来行われていたような静的な条件で測
定された結像状態や設計値と異なる時に、この補正手段
により結像特性を実際の露光に先立って補正することが
可能となる。この補正は、ステージコントローラにより
マスクステージと基板ステージとの走査速度または走査
方向を制御することによって実行することができる。

【００１６】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前記マスクの
走査に同期して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で前記マスク上
のマークパターンの像を光電検出する光電検出手段と、
前記感光基板と前記マスクとの同期走査により生じる同
期誤差を、例えば、前記マスクまたは感光基板の位置毎
に検出する同期誤差検出手段と、前記マークパターンが
前記照明領域内の走査方向の種々の位置に位置するとき
に前記光電検出手段によりそれぞれ検出された各走査方
向位置に対応する前記マークパターンの像と前記同期誤
差検出手段から検出された同期誤差とから前記マークパ
ターンの像の位置を演算する像位置演算手段と、前記感
光基板上に形成された位置合わせマークを照明し、該位
置合わせマークからの光を光電検出する位置合わせマー
ク検出手段とを備え、前記演算されたマークパターン像
の位置と前記位置合わせマーク検出手段の検出位置とか
ら位置合わせマーク検出手段のベースラインを定めるこ
とを特徴とする上記走査型露光装置が提供される。上記
演算されたマークパターンの像位置は、本発明の第１の
態様の走査型露光装置の場合と同様の原理により、実際
の走査型露光と同等の条件下で形成される像であるた
め、この像の像位置を基準にして位置合わせマーク検出
手段のベースラインを定めることができる。このように
実際の走査型露光により形成されるであろう像の位置を
基準としてベースラインを定めることにより、マスクス
テージ及び基板ステージが移動することによって発生す
る投影光学系の振動等による露光重ね合わせ誤差を低減
することができ、走査型露光の重ね合わせ精度を向上す
ることができる。

【００１７】上記走査型露光装置において、上記光電検
出手段が、スリットが形成された受光部と該スリットを
透過した光を光電検出するセンサを含み、前記マスクの
マークパターン像と該受光部のスリットとを走査方向と
平行な方向に相対移動させることにより前記マークパタ
ーンの像を光電検出することができる。前記同期誤差
は、前記基板ステージ及び前記マスクステージの同期移
動により生ずる各ステージの位置ずれ並びに投影光学系
の振動による結像特性のずれを含み得る。

【００１８】本発明の第３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前記マスクの
走査と同期して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、前記投影光学系の物体面または像面
に設置されたマークパターンを照明し且つ、該マークパ
ターンの前記投影光学系による像を前記像面または前記
物体面で検出する検出系と、前記感光基板と前記マスク
との同期走査により生じる同期誤差を、例えば、前記マ
スクまたは感光基板の位置毎に検出する同期誤差検出手
段と、前記マークパターンが前記走査の方向の種々の位
置に位置するときに前記検出系によりそれぞれ検出され
た各走査方向位置に対応する前記マークパターンの像と
前記同期誤差検出手段から検出された同期誤差とから同
期走査により得られるマークパターン像の結像状態を演
算する結像状態演算手段とを備え、該結像状態演算手段
の演算結果から前記感光基板と前記マスクとの同期走査
により得られる前記マスクパターンの像の結像状態を予
測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。この装置では、投影光学系の物体面または像面に設
置されたマークパターン、例えば、マスク上または感光
基板上のいずれかに形成されたマークパターンの投影光
学系による像を、像面または前記物体面、例えば、マス
クステージまたは基板ステージ上に設置された検出装置
で検出する。前記第１の態様の走査型露光装置と同様の
原理により実際の走査露光において形成されるであろう
マスクパターンの像の結像状態を予測することができ
る。

【００１９】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、前記マスク上のマーク
パターンを照明領域内の走査方向の種々の位置に配置
し、各位置での前記マークパターンの前記投影光学系に
よる像をそれぞれ光電検出し、前記感光基板と前記マス
クとを実際の走査露光と同じ走査速度で同期走査して同
期走査により生じる同期誤差をマスクまたは感光基板の
位置毎に検出し、前記光電検出された走査方向各位置に
対応する前記マークパターンの像と前記検出された同期
誤差とから同期走査により得られる前記マークパターン
の像の結像状態を演算することを含み、それによってマ
スクと感光基板との同期走査によって得られる前記マス
クパターンの像の結像特性を予測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。

【００２０】本発明の走査型露光方法において、マスク
上のマークパターンを照明領域内の種々の位置に移動
し、各位置においてマスクステージを固定したまま、マ
ークパターンの投影光学系による像（静止画像）を光電
検出する。それらの像は、それぞれ、投影光学系内の異
なる光路を通過することによって形成された像である。
さらに、感光基板と前記マスクとを予め同期走査するこ
とによって、実際の走査露光時のマスクステージ及び感
光基板の移動に伴う、ステージ速度の同期ずれ、基板ス
テージのＺ方向の位置ずれ及び投影光学系の振動による
結像特性のずれを同期誤差として検出しておく。検出さ
れた同期誤差を用いて、マークパターンが照明領域内の
各点に位置するときに検出された前記のマークパターン
の像の結像状態を補正し、それらの補正された像を重ね
合わせることによって、実際の走査型露光と同等の条件
下で形成されるマークパターンの像を計測することがで
きる。

【００２１】本発明の第５の態様に従えば、感光基板上
に形成された位置合わせマークを検出する手段を備えた
投影露光装置を用いて、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
して前記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、前記マスク上のマークパターンを照明
領域内の走査方向の種々の位置に配置し、各位置での前
記マークパターンの前記投影光学系による像をそれぞれ
光電検出し、前記感光基板と前記マスクとを同期走査し
て、同期走査により生じる同期誤差を前記マスクまたは
感光基板の位置毎に検出し、前記光電検出された走査方
向各位置での前記マークパターンの像と前記検出された
同期誤差とから前記マスク上のマークパターンの像の位
置を演算し、前記演算されたマークパターン像の位置と
前記感光基板の位置合わせマークを検出する手段の検出
位置とから該位置合わせマーク検出手段のベースライン
を定めることを特徴とする上記走査型露光方法が提供さ
れる。上記演算されたマークパターンの像は、本発明の
第４の態様の走査型露光方法の場合と同様の原理で、実
際の走査型露光と同等の条件下で形成される像であるた
め、この像の像位置を基準にして位置合わせマーク検出
手段のベースラインを定めることができる。これによ
り、マスクステージ及び基板ステージが移動することに
よって発生する投影光学系の振動等による露光重ね合わ
せ誤差を低減することができる。

【００２２】本発明の走査型露光方法において、前記マ
ークパターン像と光電検出手段の受光部とを前記走査の
方向と平行な方向に相対移動することによって前記マー
クパターンの前記投影光学系による像を光電検出するこ
とができる。

【００２３】本発明の第６の態様に従えば、本発明の走
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
が提供される。

【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ウエハアライメント系３０
〜３５、結像特性を予め評価するための感光体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及びリレーレンズ等に
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、照明光学系は輪帯照明あるいは傾斜照明
等が可能な機構を備える。

【００２５】レチクルステージＲＳＴは、投影光学系Ｐ
Ｌの上方に設置されており、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１３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保持されている。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１３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、図示しない視野絞
りにより画定され、視野絞りは、通常、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
近傍に配置されている。

【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
パターン像は、実露光時に、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（鏡筒）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５０に固定される。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。

【００２８】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上の投影像は投影光学系ＰＬを介してレチクルＲのパ
ターン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。

【００２９】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）により駆動され、
前記比（Ｖｒ／Ｖｗ）に従って移動速度が調節される。
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（以下、ウエハス
テージ座標系という）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１３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を
移動する。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１３で一括して管
理される。

【００３０】図１に示した走査型露光装置は、投影光学
系ＰＬに隣接するウエハアライメント系３０〜３５を備
える。ウエハアライメント系は、ウエハＷ上に前のプロ
セスで露光し且つ加工、例えば、エッチング、蒸着等が
なされた層に対して、新たなパターンを精度よく重ねて
露光するため、ウエハＷ上に形成されている位置合わせ
マーク（アライメントマーク）を検出するための光学式
検出系である。ウエハアライメント系の光源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
３２で十分な出力に増幅されて、アライメント制御系と
しても機能するステージコントローラ１３に信号が送ら
れる。投影光学系ＰＬ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の
投影像を基準にしてベースラインを規定している。ウエ
ハアライメント系の受光部３１の代わりに、ＣＣＤ等の
２次元の撮像素子を用いることもできる。

【００３１】図１に示した投影露光装置は、さらに、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Ｚ方向位置センサを備える。このＺ方向位
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。

【００３２】ここで、図２を用いて、上記構造の走査露
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あり、投影光学系Ｐ
Ｌ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ＩＡ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。また、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。

【００３３】図１に戻って、ウエハステージＷＳＴ面上
には、ウエハホルダ５と異なるＸ方向位置に、ウエハＷ
の上面とほぼ一致する高さの結像特性測定用のパターン
板２が設置されている。パターン板２は、Ｚ方向位置セ
ンサ（１０，１１）及びウエハステージＷＳＴにより、
パターン板２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。投影光学系ＰＬの結像特性を予
め測定する際には、パターン板２が投影光学系ＰＬの真
下に位置するようにウエハステージＷＳＴをＸ方向に移
動する。これにより、照明光ＩＬで照明されたレチクル
Ｒのパターンは投影光学系ＰＬを介してパターン板２上
で結像する。パターン板２の中央部にはスリット状の開
口部１が形成されおり、ウエハステージＷＳＴ内部であ
ってパターン板２の下方には開口部１を通過した照明光
強度を測定する光電センサ４が設置されている。光電セ
ンサ４は開口部１を通過するすべての光線を受光するの
に十分な面積を有する。かかるパターン板２（光電セン
サ４の受光部として機能する）及び光電センサ４を用い
た結像特性測定系の構成は、図７に示したような従前の
一括露光型の投影露光装置で用いられる静的な結像特性
測定系と同様な構成である。このため、前記従来技術の
欄において説明したように、投影光学系ＰＬの固定され
た一つの光路を通過することにより形成されるレチクル
Ｒのマークパターンの静止投影像は、パターン板２を投
影光学系ＰＬの結像位置に移動した後、ウエハステージ
ＷＳＴ及びレチクルステージＲＳＴを静止させ、次い
で、テスト用マークを照明しながら、ウエハステージＷ
ＳＴを微動することにより測定することができる。走査
型露光装置においてはウエハステージＷＳＴ及びレチク
ルステージＲＳＴが可動であるため、ウエハステージＷ
ＳＴの代わりにレチクルステージＲＳＴを微動して静止
画を測定してもよい。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、得られ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Ｐ
Ｌ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、実際の走査露光により生じるであ
ろうレチクルＲのパターンの像の結像状態を測定する方
法とそれを補正する方法を提供する。

【００３４】次に、図１に示した走査型露光装置を用い
て、本発明の走査型露光方法に従って、走査型露光によ
り生じるレチクルＲのパターンの像の結像特性の測定
（予測）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３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。通常は、照明エリア内をカバーすればよいので、周
辺部のパターンだけで充分であるが、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３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〜Ｍ
₈を含むレチクルパターンを使用した。

【００３５】本発明の走査露光方法に従って結像特性を
測定するために、パターン板２が投影光学系ＰＬの下方
の結像位置に位置するようにウエハステージＷＳＴを移
動する。そして、図４(a) に示したように、レチクルＲ
のマークＭ₁を、照明領域ＩＡ内の走査方向（矢印
（Ｘ）方向）における種々の位置ｘ_R＝ｘ₁、ｘ₂、ｘ
₃・・・ｘ_nに順次移動して、各ｘ_R位置においてマー
クＭ₁の像を測定する。最初に、レチクルステージＲＳ
Ｔを移動してマークＭ₁を走査方向におけるｘ₁に位置
させる。この際、マークＭ₁の像はパターン板２上のい
ずれかの位置に結像されている。次いで、レチクルステ
ージＲＳＴを停止したままで、ウエハステージＷＳＴを
走査方向（Ｘ方向または−Ｘ方向）に微小量移動してマ
ークＭ₁の投影光学系ＰＬによる投影像に対してパター
ン板２を走査する。ウエハステージＷＳＴの移動は、ス
テージの振動等によるマークの結像特性に悪影響がでな
いようにできるだけゆっくりと行うことが望ましい。上
記走査によりパターン板２の開口部１を通じてマークＭ
₁の像が光電センサ４により検出される。光電センサ４
によって検出された信号波形を図４(b) のｘ_R＝ｘ₁に
おけるグラフに示す。グラフの横軸Ｘ_pは光電センサ４
上の走査方向（Ｘ方向）の座標（光電センサ４上のＸ座
標Ｘ_p）位置を示し、信号波形の中心がＸ_P1で検出され
たとする。信号波形の中心位置をウエハステージＸ座標
系、すなわち、ウエハステージＷＳＴ用の干渉計９から
測定されるウエハステージのＸ方向位置を用いて表すこ
ともできるが、ここでは照明領域内のマーク位置に応じ
て形成される像の中心位置を比較するために光電センサ
４上のＸ_p座標系を用いて表示している。但し、後の処
理のために信号波形の中心位置Ｘ_P1をウエハステージ座
標系に変換して結像特性検出系１２に記憶しておく。縦
軸は受光した光の強度（任意スケール）である。マーク
Ｍ₁が照明領域内の最初の位置（ｘ_R＝ｘ₁）に位置す
る場合におけるマークＭ₁の投影像の検出が終了した
後、レチクルステージＲＳＴを移動してマークＭ₁を照
明領域内の次の走査方向位置（ｘ_R＝ｘ₂）に移動させ
る。そして、その位置で、ｘ_R＝ｘ₁の場合と同様にし
て、レチクルステージＲＳＴを停止したままで、ウエハ
ステージＷＳＴを走査方向に移動することによってマー
クＭ₁の投影光学系ＰＬによる投影像に対してパターン
板２を走査する。センサ４により出力された信号波形を
図４(b) のｘ_R＝ｘ₂のグラフに示した。マークＭ₁が
ｘ＝ｘ₁に位置した場合の出力波形とｘ_R＝ｘ₂に位置
した場合の出力波形を比較してみると、信号波形の中心
位置Ｘ_P2がΔＸ₁₂＝Ｘ_P2−Ｘ_P1だけ異なる。これは、マ
ークＭ₁がｘ_R＝ｘ₁とｘ_R＝ｘ₂に位置する場合に、
それらの像を形成する光が投影光学系ＰＬ内の異なる光
路を通り、投影光学系ＰＬのレンズエレメントの収差等
の原因で、得られる像のディストーションの影響がそれ
ぞれ異なるからである。次いで、レチクルステージＲＳ
Ｔを移動してマークＭ₁を照明領域内の次の走査方向位
置（ｘ_R＝ｘ₃）に移動させて、ｘ_R＝ｘ₁及びｘ_R＝
ｘ₂の場合と同様にしてその投影像を検出する。マーク
Ｍ₁がｘ_R＝ｘ₃に位置した場合の出力波形とｘ_R＝ｘ
₂に位置した場合の出力波形は、やはりディストーショ
ンの影響の相違により、中心位置がΔＸ₂₃＝Ｘ_P2−Ｘ_P3
だけ異なる。このようにして、レチクルステージＲＳＴ
により、マークＭ₁を照明領域内の次の走査方向位置に
順次移動させて、ｘ_R＝ｘ_nすなわち、照明領域ＩＡ内
の走査終了側に最も近いｘ_R位置に到るまで、各ｘ_R位
置で投影像の検出をそれぞれ実行する。ｘ＝ｘ_nでの投
影像の測定後、照明領域ＩＡ内の走査方向（図４(a) の
矢印方向）における各位置ｘ₁、ｘ₂、ｘ₃・・・ｘ_n
でのマークＭ₁の投影像の出力波形がｎ個求められる。
これらの出力波形及びウエハステージＸ座標系での中心
位置をそれぞれ結像特性検出系１２に記憶させておく。
上記出力波形は、それぞれ、投影光学系ＰＬの異なる部
分を光が通過することによって形成された像であること
からすれば、同様の原理で像が形成される走査露光時の
像の結像特性を反映している。上記得られた出力波形及
びウエハステージ座標系での中心位置から、結像特性検
出系１２にてそれらの像の結像特性、例えば、倍率、デ
ィストーション等を求め、マークパターンｘ_Rの位置毎
に結像特性検出系１２に記憶させておいてもよい。上記
光電センサ４による検出において、照明光ＩＬがレーザ
のパルス発振等により一定でない場合には、光電センサ
の出力も影響を受けるために、例えば、パワーメータ等
でパルス毎のレーザパワーを測定し、レーザパワーで光
電センサ４の出力を正規化することが必要となる。

【００３６】さらに、本発明では、投影光学系ＰＬのそ
れぞれ異なる光路を通過してきた光により形成された像
の結像特性を、レチクルステージＲＳＴとウエハステー
ジＷＳＴの同期移動により発生するであろう同期誤差に
基づく結像特性の変化量により補正する。かかる補正は
結像特性演算器１４（結像特性演算手段及び像位置演算
手段に相当する）により行われ、補正することにより走
査型露光方式での実際の露光によって生じる像の結像特
性を予測することができる。最初に、同期誤差に基づく
位置ずれや結像特性の変化量を求める方法を以下に説明
する。ウエハステージＷＳＴ上にウエハＷを載置し、実
際の露光の場合と同一の走査速度でレチクルステージＲ
ＳＴとウエハステージＷＳＴを移動しながら、各ステー
ジ用の干渉計７，９の信号をモニターすることによって
両ステージの移動速度の同期誤差、すなわち所定の時刻
におけるレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷ
ＳＴの測定位置と予定されたそれぞれの設計位置とのず
れを検出する。この際、干渉計によりＸ，Ｙ方向の位置
誤差のみならず、ウエハの回転誤差も検出することがで
きる。これらの位置ずれ等の計算はステージコントロー
ラ１３で行われる。これらの位置ずれや回転誤差の値は
レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの位
置毎に、例えば、レチクルステージＲＳＴが所定の位置
にあるときに、レチクルステージＲＳＴとの同期速度か
ら予定されたウエハステージ位置に対してどの程度ウエ
ハステージ位置がずれているかが観測され、ウエハステ
ージＷＳＴの位置（ウエハステージ座標系で表される）
毎のデータとしてステージコントローラ１３に記憶され
る。

【００３７】レチクルステージＲＳＴとウエハステージ
ＷＳＴの同期移動により、レチクルＲのパターン像の結
像特性に悪影響を及ぼす原因には、レチクルステージＲ
ＳＴとウエハステージＷＳＴの移動速度の同期ずれのみ
ならず、ウエハステージＷＳＴ上に載置された感光基板
（感光基板の凹凸による）のＺ方向の位置ずれ、並びに
両ステージの移動の際の投影光学系ＰＬの振動による投
影光学系ＰＬの結像特性のずれが考えられる。これらの
原因は、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ
Ｔを実際の露光に先立って同期走査することにより計測
することができるため、本明細書では同期誤差に含め得
る。従って、ステージコントローラ１３のみならず、Ｚ
方向位置センサ１０，１１及び加速度センサ１５も同期
誤差検出手段として機能する。感光基板のＺ方向の位置
ずれは、同期移動の間、Ｚ方向センサ１１の出力を検出
し、実験または計算により予め求められたウエハＷのＺ
方向の位置ずれと結像特性、例えば、ウエハＷのＺ方向
の位置ずれと焦点位置の変化量との関係式を用いて計算
することができる。投影光学系ＰＬの振動による投影光
学系ＰＬの結像特性のずれは、例えば、図１に示したよ
うに投影光学系ＰＬの鏡筒部分に装着した加速度計１５
からの検出信号を観測し、計算又は実験により予め求め
ておいた投影光学系ＰＬのＸ、Ｙ及びＺ方向の各移動量
と結像特性の変化との関係式を用いて求めることができ
る。これらの同期誤差及びそれから生じる結像特性の変
化量を、ウエハステージＷＳＴの位置毎に、または一回
の走査における平均値としてステージコントローラ１３
に記憶させる。

【００３８】こうして得られた同期誤差及びそれに基づ
くマークＭ₁の像の結像位置のずれや結像特性の変化分
を用いて、結像特性演算器１４にて、照明領域ＩＡの各
位置で求められたマークＭ₁の像の出力波形（図４）を
補正する。ここでは、マークＭ₁の像の走査方向（Ｘ方
向）の結像位置を補正する場合を例に挙げて説明する。
前記ステージコントローラ１３に記憶されたステージＷ
ＳＴの移動速度の同期ずれ及び投影光学系ＰＬの振動か
ら生じる走査方向（Ｘ方向）の位置ずれ量の合計量ΔＸ
_bをウエハステージＷＳＴのＸ方向の位置毎に求める。
次いで、照明領域ＩＡ内の各ｘ_R位置で観測された像の
出力波形の中心位置（ウエハステージ座標系で表されて
記憶されている）での走査方向（Ｘ方向）の位置ずれ量
の合計量ΔＸ_b1、ΔＸ_b2、ΔＸ_b3・・ΔＸ_bn（照明領域
ＩＡ内の走査方向各ｘ位置に対応する同期誤差）を結像
特性検出系１２から抽出し、それらの値ΔＸ_b1、Δ
Ｘ_b2、ΔＸ_b3・・ΔＸ_bnで照明領域ＩＡ内の各ｘ位置で
観測された像の出力波形（図４(b) ）を補正する。その
様子を図５(a) に示す。例えば、マークＭ₁が照明領域
ＩＡ内のｘ_R＝ｘ₁に位置したときに形成された像の出
力波形は、その中心位置がＸ_P1＋ΔＸ_b1となるように修
正される。同様にマークＭ₁が照明領域ＩＡ内のｘ_R＝
ｘ₂、ｘ₃・・ｘ_nに位置したときにそれぞれ形成され
た像の出力波形を、中心位置をそれぞれΔＸ_b2、ΔＸ_b3
・・ΔＸ_bnだけシフトさせることによって修正する。こ
うして得られたマークＭ₁の像の出力波形は、それぞ
れ、実際の走査型露光において、マークＭ₁が照明領域
の走査方向各位置に位置した瞬間に、投影光学系ＰＬに
より感光基板上に結像されるであろう像を表している。
次いで、図５(a) に示した修正されたｘ₁〜ｘ_nにおけ
る各推定像形状Ｐ_m(x_p) をｍ＝１〜ｎを加算すること
により各出力波形を重ね合わせて、図５(b) に示したよ
うな出力波形を得る。図５(b) の出力波形の中心位置Ｘ
₀’は、レチクルＲのマークＭ₁の結像位置を表す。こ
の結像位置は、実際の走査型露光において、一回の走査
が行われたことによって形成されるであろう像の結像位
置に相当する。

【００３９】上記説明では、同期誤差として走査方向
（Ｘ方向）の位置ずれ量のみを考慮して、照明領域内の
走査方向の各位置に位置するマークＭ₁の結像状態（結
像位置）を補正したが、同期誤差としてＺ方向のウエハ
Ｗの位置ずれ量から出力波形の強度Ｐを修正したり、Ｙ
方向の位置ずれ量からＹ方向における像の出力波形を修
正することもできる。これらの同期誤差は、照明領域内
の走査方向の各位置毎に記憶された値の代わりに、一回
の走査によって生じるであろう平均化された同期誤差の
値を用いることもできる。この場合には、照明領域内の
走査方向の各位置に位置するマークＭ₁の結像状態（結
像位置）を、すべて同じ値（同期誤差平均値）により補
正する。

【００４０】また、上記の説明では、レチクルＲ上のマ
ークとしてＭ₁のみを用いて説明したが、Ｍ₁のみなら
ず全てのマークＭ₁〜Ｍ₈について、それぞれ、前記同
様の動作により静止画を照明領域の各位置で検出し、照
明領域内の各点に対応する同期誤差により補正すること
ができる。それらのマークＭ₁〜Ｍ₈の補正前後の出力
波形及びウエハステージ座標系での中心位置も結像特性
検出系１２に記憶する。

【００４１】次に、図５(b) の出力波形の中心位置
Ｘ₀’として得られたレチクルＲのマークＭ₁の結像位
置から、実際の走査型露光により生じるであろう結像位
置ずれを求める。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４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を
算出することによって、レチクルステージＲＳＴとウエ
ハステージＷＳＴとの同期移動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）を予測することができる。
同様にして、他のマークＭ₂〜Ｍ₈の結像位置及び位置
ずれも求めることができる。

【００４２】次いで、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実際の走査型露光に
おける投影光学系ＰＬの動的な結像特性を予測する方法
を説明する。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５(b) のように演算により求められた
マークパターンの出力波形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、それらを基準値と
比較すればよい。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。

【００４３】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の光電センサ４上
の結像位置をウエハステージＷＳＴでのＸ座標系（例え
ばＸ₁，Ｘ₅）で求め、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Ｍ₁とＭ₅のＸ方向の間隔から倍率を算出すること
ができる。

【００４４】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、それらの光電センサ４上の結像位置を上記と同様に
してウエハステージ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Ｂ₁Ｂ₂’をそれぞれ求
めて、前記レチクルＲ上での間隔との差（Ａ₁Ａ₂’−
Ａ₁Ａ₂）及び（Ｂ₁Ｂ₂’−Ｂ₁Ｂ₂）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。

【００４５】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４上でのＹ
方向の結像位置Ｙ₁とＹ₅を上記と同様にしてウエハス
テージＷＳＴのＹ座標系でそれぞれ求めて差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。

【００４６】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４により各マークの２
次元的な結像位置をウエハステージ座標系で求めた後、
光電センサ４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。

【００４７】上記のようにして得られた結像特性が所望
の範囲でないときは結像特性を補正するための所定の操
作を行うことができる。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。一般に走査速度を低下
すると、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１３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。

【００４８】次に、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。ベースラインの計測は、結像特性演算器１４による
レチクルＲのマークの結像位置及び結像特性の測定結果
を用いて実行できる。図５(b) の出力波形の中心位置Ｘ
₀’として得られたレチクルＲのマークＭ₁の結像位置
を、ウエハステージ座標系で表して、走査型露光時のベ
ースライン測定の基準点とする。次に、光電センサ４が
ウエハアライメント系の下方に位置するようにウエハス
テージＷＳＴをＸ方向に移動して、アライメント系の光
源３０からパターン板２または光電センサ４に光を照射
しその反射光を受光器３１で検出する。この際、パター
ン板２または光電センサ４の特定部分を基準位置として
定めておく。例えば、パターン板２の開口部１を画定す
る一方の端部を基準位置として、その端部を受光器３１
で検出してもよい。基準位置をアライメント系の受光器
３１で検出したときの干渉計９の信号をステージコント
ローラ１３に取り込むことによって、かかる基準位置を
ウエハステージ座標系で知ることができる。そして、前
記ベースライン測定の基準点と、前記ウエハアライメン
ト系で検出された基準位置の差よりアライメント系のベ
ースラインを定めることができる。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。

【００４９】上記実施例では、光電センサの受光部とし
てパターン板２に形成されたスリット状の開口部１を設
けたが、図６(a) に示すように、より大きな開口面積を
有する正方形の開口部１’をパターン板２に形成しても
よい。この場合、開口部１’の下方に設置される光電セ
ンサは開口部１’を通過する全ての光を受光できる寸法
を有するものを用いる。例えば、レチクルＲ上に形成さ
れた矩形のマークＭ₁₀がこの開口部１’を通過した場合
に、光電センサからは図６(b) に示したような波形信号
が出力され、この信号を微分することにより図６(c) に
示したような波形が得られる。図６(c) の波形におい
て、線幅ａまたはピークｂより像のコントラストを求
め、波形中心位置ｃよりディストーションを求めること
ができる。このような大面積の開口部１’を有する光電
センサは、積分された波形を計測するための信号レンジ
が大きくなるため、開口部がスリット状のものに比べて
Ｓ／Ｎが低くなる。しかしながら、信号がスリット幅で
平均化されないために、より実際の像に近い信号が得ら
れるという利点がある。また、レチクル側のパターンの
種類によらず測定が可能であるという利点がある。

【００５０】上記実施例ではウエハステージ内部に光電
センサ４を設けたが、光電センサの発熱のよる不具合、
あるいはウエハステージＷＳＴの重量増大による不都合
を回避するために、受光部、例えば、光ファイバの入射
端部のみをウエハステージ上に設置しておき、受光部で
受光した光を光ファイバ等を通じてウエハステージの外
部に設置した光電センサに送ることもできる。

【００５１】上記実施例では、投影光学系の物体面側に
設置したマークパターンを、投影光学系の像面側に設置
した光電センサにより検出することによりレチクルパタ
ーンの結像特性を予測したが、これとは逆に、投影光学
系の像面側に設置したマークパターンを、投影光学系の
物体面側に設置した光電センサ等により検出してもよ
い。例えば、光ファイバ等によりウエハ上に形成したマ
ークパターンを照明し、そのマークパターンの投影光学
系による像をレチクルステージまたはその上方に設置し
たセンサ等により検出することができる。

【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結像特性の誤差等
を予め予測することができ、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
の走査型露光装置は、実際の走査型露光において得られ
るであろうレチクルパターンの像位置を基準としてウエ
ハアライメント系のベースラインを定めることができる
ので、走査型露光装置においても高精度な重ね合わせ露
光を実現することができる。本発明の走査型露光方法
は、走査型露光の動的な条件の下での結像特性及びウエ
ハアライメント系のベースラインを計測及び演算してい
るので、走査型露光方式に独特の原因で発生する結像特
性及びベースラインの誤差等を予め知ることができ、そ
れにより、結像特性及びベースラインを補正するように
露光条件や走査速度を変更することができる。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】走査型露光の間の結像特性を予測することがで
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(b) 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４】実施例において、レチクルの基準マークが照明
領域ＩＡの走査方向の種々の位置に位置するときにマー
ク像が形成される様子を示す図であり、図４(a) は照明
領域ＩＡのＸ方向に沿って基準マークＭ₁が移動する様
子を示し、図４(b) は基準マークＭ₁が照明領域ＩＡの
Ｘ方向位置ｘ₁，ｘ₂及びｘ₃に位置するときに光電セ
ンサにより検出されるマークパターンＭ₁の像の出力波
形をそれぞれ示す。

【図５】レチクルの基準マークＭ₁の像の波形出力を、
同期誤差で補正する方法を示す図であり、図５(a) は、
同期誤差で補正された後の、照明領域ＩＡ内のｘ₁，ｘ
₂，ｘ₃・・・ｘ_nに対応するマークパターン像の出力
波形を示し、図５(b) は照明領域ＩＡに対して基準マー
クＭ₁の一回の走査によって形成されるであろうマーク
Ｍ₁の像を示す。

【図６】大面積の開口部を有する光電センサを用いてマ
ークパターンの像を検出する様子を示し、図６(a) はマ
ークパターンと開口部との位置関係を示し、図６(b) は
センサからの出力を示し、図６(c) は図６(b) の出力波
形を微分した波形を示す。

【図７】結像特性の測定系を備える従来の一括露光型の
投影露光装置の概要を示す図であり、図７(a) は装置構
成の概要を示し、図７(b) はマークパターンと開口部と
の位置関係を示し、図７(c) はセンサからの出力波形を
示す。

【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Ｍ₁ レチクルマーク１開口部２パターン板４光電センサ５ウエハホルダ７レーザ干渉計１０投光器１２結像特性検出系１３ステージコントローラ１４結像特性演算器１５加速度センサ３０アライメント系光源３１受光部２０２光電センサ

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
感光基板を前記マスクの走査と同期して走査する基板ス
テージとを備えた走査型露光装置において、前記マスク上のマークパターンの像を前記基板ステージ
上で光電検出する光電検出手段と、前記感光基板と前記マスクとの同期走査により生じる同
期誤差を検出する同期誤差検出手段と、前記マークパターンが前記照明領域内の走査方向の種々
の位置に位置するときに前記光電検出手段によりそれぞ
れ検出された各走査方向位置に対応する前記マークパタ
ーンの像と、前記同期誤差検出手段から検出された同期
誤差とから、同期走査により得られる前記マークパター
ン像の結像状態を演算する結像状態演算手段とを備え、前記結像状態演算手段の演算結果から前記感光基板と前
記マスクとの同期走査により得られるマスクパターン像
の結像状態が予測されることを特徴とする上記走査型露
光装置。
【請求項２】前記予測されたマスクパターン像の結像
状態に応じて結像状態を補正するための補正手段を更に
備えた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】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
感光基板を前記マスクの走査に同期して走査する基板ス
テージとを備えた走査型露光装置において、前記マスク上のマークパターンの像を前記基板ステージ
上で光電検出する光電検出手段と、前記感光基板と前記マスクとの同期走査により生じる同
期誤差を検出する同期誤差検出手段と、前記マークパターンが前記照明領域内の走査方向の種々
の位置に位置するときに前記光電検出手段によりそれぞ
れ検出された各走査方向位置に対応する前記マークパタ
ーンの像と、前記同期誤差検出手段から検出された同期
誤差とから、前記マークパターンの像の位置を演算する
像位置演算手段と、前記感光基板上に形成された位置合わせマークを照明
し、該位置合わせマークからの光を光電検出する位置合
わせマーク検出手段とを備え、前記演算されたマークパターン像の位置と前記位置合わ
せマーク検出手段の検出位置とから位置合わせマーク検
出手段のベースラインを定めることを特徴とする上記走
査型露光装置。
【請求項４】上記光電検出手段が、スリットが形成さ
れた受光部と該スリットを透過した光を光電検出するセ
ンサを含み、前記マスクのマークパターン像と該受光部
とを走査方向と平行な方向に相対移動させることにより
前記マークパターンの像を光電検出することを特徴とす
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
感光基板を前記マスクの走査と同期して走査する基板ス
テージとを備えた走査型露光装置において、前記投影光学系の物体面または像面に設置されたマーク
パターンを照明し且つ該マークパターンの前記投影光学
系による像を前記像面または前記物体面で検出する検出
系と、前記感光基板と前記マスクとの同期走査により生じる同
期誤差を検出する同期誤差検出手段と、前記マークパターンが走査方向の種々の位置に位置する
ときに前記検出系によりそれぞれ検出された各走査方向
位置に対応する前記マークパターンの像と前記同期誤差
検出手段から検出された同期誤差とから同期走査により
得られるマークパターン像の結像状態を演算する結像状
態演算手段とを備え、前記結像状態演算手段の演算結果から前記感光基板と前
記マスクとの同期走査により得られるマスクパターン像
の結像状態が予測されることを特徴とする上記走査型露
光装置。
【請求項６】前記同期誤差が、前記基板ステージ及び
前記マスクステージの同期移動により生ずる各ステージ
の位置ずれ、感光基板のＺ方向の位置ずれ並びに投影光
学系の振動による結像特性のずれを含むことを特徴とす
る請求項１〜５のいずれか一項に記載の走査型露光装
置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか一項に記載の走
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８】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、前記マスク上のマークパターンを
照明領域内の走査方向の種々の位置に配置し、各位置で
の前記マークパターンの前記投影光学系による像をそれ
ぞれ光電検出し、前記感光基板と前記マスクとを実際の走査露光と同じ走
査速度で同期走査し、同期走査により生じる同期誤差を
マスクまたは感光基板の位置毎に検出し、前記光電検出された走査方向各位置に対応する前記マー
クパターンの像と、前記検出された同期誤差とから、同
期走査により得られる前記マークパターンの像の結像状
態を演算することを含み、それによってマスクと感光基
板との同期走査によって得られる前記マスクパターンの
像の結像特性を予測することを特徴とする前記走査型露
光方法。
【請求項９】前記光電検出された走査方向各位置に対
応する前記マークパターンの像を、前記走査方向各位置
に対応する前記検出された同期誤差で補正して前記走査
方向各位置における補正されたマークパターン像を求
め、補正された各像を重ね合わせることによって、同期
走査により得られる前記マークパターンの像の結像状態
を演算することを特徴とする請求項８に記載の走査型露
光方法。
【請求項１０】感光基板上に形成された位置合わせマ
ークを検出する手段を備えた投影露光装置を用いて、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前記感光基板を前記マ
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、前記マスク上のマークパターンを
照明領域内の走査方向の種々の位置に配置し、各位置で
の前記マークパターンの前記投影光学系による像をそれ
ぞれ光電検出し、前記感光基板と前記マスクとを実際の走査型露光と同じ
走査速度で同期走査して、同期走査により生じる同期誤
差を前記マスクまたは感光基板の位置毎に検出し、前記光電検出された走査方向各位置での前記マークパタ
ーンの像と、前記検出された同期誤差とから、前記マス
ク上のマークパターンの像の位置を演算し、前記演算されたマークパターン像の位置と前記感光基板
の位置合わせマークを検出する手段の検出位置とから該
位置合わせマーク検出手段のベースラインを定めること
を特徴とする上記走査型露光方法。
【請求項１１】前記光電検出された走査方向各位置で
の前記マークパターンの像を、前記走査方向各位置に対
応する前記検出された同期誤差で補正し、補正された前
記走査方向各位置におけるそれぞれのマークパターンの
像を重ね合わせることによって得られた像から、同期走
査により得られる前記マークパターンの像の位置を求め
る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】前記マークパターン像と光電検出手段
の受光面とを前記走査の方向と平行な方向に相対移動す
ることにより前記マークパターンの前記投影光学系によ
る像を光電検出することを特徴とする請求項１０または
１１に記載の走査型露光方法。