JPH1027736A

JPH1027736A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH1027736A
Application number: JP17904896A
Authority: JP
Inventors: Yuuki Ishii; 勇樹石井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、投影光学系の結像特性を測定できる
投影露光装置に関し、投影光学系のディストーション及
びレチクル製造誤差を高精度で計測することができる機
能を備えた投影露光装置を提供することを目的とする。【解決手段】露光用の照明光源１からの照明光ＩＬはコ
リメータレンズ２に入射してレチクルＲを照明する。レ
チクルＲを通過した光束は投影光学系ＰＬで集束され
る。ウェハステージＷＳＴ上には、投影光学系ＰＬのデ
ィストーションを計測するステージセンサ部５が設けら
れている。ステージセンサ部５の基板１７上面には複数
の開口部が設けられている。ディストーション計測の際
にはウェハステージＷＳＴを所定量移動させてステージ
センサ部５を投影光学系ＰＬ下方に位置させる。ステー
ジセンサ部５は、その下部にステージセンサ部５の複数
の開口部に入射した光を受光する複数の光電変換素子で
構成されるステージセンサ６を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置或いは
液晶表示装置等を製造する際のフォトリソグラフィ工程
で用いる投影露光装置に関し、特に、投影光学系の結像
特性を測定できる投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置或いは液晶表示装置は、半導
体基板或いはガラス基板（以下、基板と言う）上に、微
細な回路パターンを有する半導体層や金属配線層を複数
積層して製造される。これら装置の製造工程では、微細
な回路パターンを半導体層や金属配線層に形成するため
にフォトリソグラフィ技術が用いられている。投影露光
装置を用い、フォトマスクやレチクル（以下レチクルと
言う）に形成された回路パターンを基板上に塗布したレ
ジスト層（感光剤層）に露光して現像し、回路パターン
が転写されたレジスト層をマスクとして半導体層や金属
配線層をエッチングして所望の回路パターンを形成す
る。このフォトリソグラフィ工程は、積層する層の数に
対応して複数回繰り返され、パターニングされた半導体
層や金属配線層が順次基板上に積層されて半導体素子が
形成される。形成された半導体素子の素子特性は、各層
のパターニング精度及び各層間のパターンの重ね合わせ
精度に依存する。

【０００３】フォトリソグラフィ工程では一般に、スル
ープット（単位時間当たりの基板処理枚数）を向上させ
るため、１枚の基板に対して複数の投影露光装置を使用
して、投影露光装置毎に異なる層の露光が行われてい
る。しかしながら、投影露光装置毎に投影光学系の結像
特性は異なるものであるから、形成される半導体素子の
素子特性のばらつきを抑えて歩留りを向上させるには、
各投影露光装置の投影光学系の結像特性を測定して補正
し、高精度の重ね合わせが行えるようにしておく必要が
ある。

【０００４】重ね合わせ精度は、各投影露光装置の投影
光学系に固有のレンズ収差や投影倍率誤差等の複合した
結果として生じる基板上の位置ずれ、或いはレチクルと
基板との相対的な位置ずれに依存する。前者は投影光学
系に起因する誤差要因であり、後者は基板を載置して移
動するステージの送り精度等を含む位置合わせ（アライ
メント）精度に起因する誤差要因である。重ね合わせ誤
差はこれらの要因が複合した結果として生じる。本明細
書では以降、投影光学系に起因する誤差要因をディスト
ーションと言うことにする。

【０００５】さて、近年の半導体製造技術の向上によ
り、高い重ね合わせ精度を得るにはディストーションを
低減させることが重要な課題となってきている。ディス
トーションは、温度、気圧等の環境の変化によっても若
干変化する。従って、投影光学系に対してディストーシ
ョンを抑えるよう調整しても、時間と共に環境が変化し
てしまえば改めてディストーションの計測をやり直して
再調整しないと、高い重ね合わせ精度を維持できなくな
る。そこで、環境の変化に即応して容易にディストーシ
ョンを計測して投影光学系を補正できる投影露光装置が
望まれている。

【０００６】投影光学系のディストーションを計測する
従来方法を以下に説明する。なお、いずれの計測方法
も、ディストーション計測用のテストパターンが形成さ
れたテストレチクルを用いてステージ上に露光を行う。
レチクルのテストパターンは、例えばＸ、Ｙ方向に延び
た２本のスリットからなるマークがマトリクス状に複数
配列されている。テストパターンの領域は、投影された
ステージ上で一辺の長さが２０ｍｍ程度の正方形形状と
なる。また結像したマーク像のスリットの幅は２〜４μ
ｍ程度である。

【０００７】まず第１の計測方法は、ディストーション
を計測しようとする投影露光装置でテストレチクルのテ
ストパターンを基板上のレジスト層に露光して、レジス
ト層に形成されたパターンの位置（座標）を高精度の座
標測定機で読み取ることによりディストーションを計測
する方法である。

【０００８】第２の計測方法は二重露光を用いる方法で
ある。第１の露光でテストレチクルのテストパターンの
像を基板上に露光する。次に、テストレチクルのテスト
パターン中央に位置するマークを規準マークとして、規
準マーク以外のマークをレチクルブラインド等でマスク
して遮光する。基板を載置しているステージを所定量移
動させて、第１の露光で露光された各マーク形成領域を
順次規準マークの位置に移動させて規準マークを露光す
る（第２の露光）。第１の露光で露光されたマーク形成
領域の全てに対して二重露光を行い、現像後第１の露光
で形成された投影光学系のディストーションを含むマー
クと第２の露光で形成された規準マークとの位置の差か
らディストーションの値を求める。

【０００９】この第２の計測方法は、第１の計測方法の
ような高精度の座標測定機を用いずに投影露光装置のみ
で簡単にディストーションが計測できるので、現時点で
は計測の主流となっている。しかし、第２の露光の際
に、第１の露光で露光された各マーク形成領域を順次規
準マーク位置まで移動させるステージ移動を毎回行う必
要があり、ディストーション精度にステージ精度が重畳
してしまう点に問題がある。

【００１０】第３の計測方法は、第１及び第２の計測方
法と異なりテストパターンを基板上に露光しない点に特
徴を有している。基板を載置するステージ上に光電セン
サ（以下、ステージセンサと言う）を設け、このステー
ジセンサにテストレチクルのマーク像を入射させて光電
変換し、その出力波形からディストーションを計測する
ようにしている。この計測方法によれば、投影露光装置
の初期調整だけでなく、露光装置の経時変化、大気圧や
温度等の外部環境の変化、照明光の結像光学系での吸
収、或いはレチクルへの照明条件（立体角等）の変化等
で生じる結像特性の変化を簡単に観察し、補正すること
が可能である。近年の投影露光装置にはこのステージセ
ンサを用いた結像特性測定機構を備えたものが登場して
いる。

【００１１】例えば特開昭５９−９４０３２号公報にス
テージセンサを利用してディストーションを計測する方
法が開示されている。しかしながらこの方法は、テスト
パターンの複数のマークの結像位置までステージセンサ
を移動させて計測するので、ステージセンサが設けられ
ているステージを毎回、所定量（１０ｍｍ程度）移動さ
せなければならず、測定されたディストーションにステ
ージ移動誤差成分が含まれてしまうという問題がある。

【００１２】第４の計測方法は、ディストーション計測
用の基準パターンが形成された規準ウェハを用いる。規
準ウェハの規準パターンを予め高精度の座標測定機で繰
返し計測し平均化処理をして絶対位置に近い位置を求め
ておく。次に規準ウェハ上にレジストを塗布して投影露
光装置でテストレチクルのパターンを露光する。現像後
規準ウェハ上に形成されたテストレチクルのパターンの
位置と規準パターンの位置とを比較してディストーショ
ンの値を求める。本方法が現在最も高精度にディストー
ションを計測できる方法である。

【００１３】しかしながらこの計測方法では、規準パタ
ーン位置を測定する際に規準ウェハを載置する座標測定
機のウェハ支持台の平面度と、レチクルのパターンを露
光する際に規準ウェハを載置する投影露光装置のウェハ
支持台の平面度とが異なるので、載置される規準ウェハ
のそりや曲り等が両者で変化してパターンの位置測定に
誤差を生じる可能性がある。

【００１４】以上のようにディストーションの計測方法
は従来種々の方法が提案され実施されてきたが、いずれ
の方法も近年の半導体微細加工技術に対応させるには十
分とは言えない。

【００１５】ところで、基板上に素子形成用の回路パタ
ーンが焼き付けられたレチクルには、回路パターン領域
の外側の例えばＸ軸方向の２ヶ所に位置合わせ用のアラ
イメントマークが形成されている。レチクルの回路パタ
ーン及びアライメントマークは一般に電子ビーム描画機
で形成されるが、形成されるパターン及びマークの位置
精度は電子ビーム描画機の描画精度に依存する。従っ
て、アライメントマークの形成位置に誤差が生じると、
レチクルのパターン全体の投影位置がずれてしまうので
重ね合わせ精度が低下することになる。近年の半導体装
置等の高集積化、高密度化に伴い、積層間の重ね合わせ
誤差による素子特性の変化が無視できなくなってきてお
り、投影光学系のディストーションを減少させると共
に、レチクルパターンの製造誤差（レチクル製造誤差）
を減少させる必要も生じている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来のディストーショ
ン計測方法のうち、第２、第３の計測方法のように基板
又はステージセンサを載置するステージが測定中に所定
量（例えば１０ｍｍ）移動する場合には、ステージの移
動量に誤差があれば測定されたディストーションにステ
ージ移動量の誤差成分が含まれてしまうという問題があ
る。

【００１７】また、第１、第４の測定方法のように座標
測定機を用いる場合には、座標測定機上でのウェハの平
面度と投影露光装置上でのウェハの平面度とが異なるこ
とから、パターンの位置測定に誤差を生じる可能性があ
る。さらに、高い重ね合わせ精度を得るには高精度でレ
チクル製造誤差を計測する必要も生じている。

【００１８】本発明は、上述の従来の技術が有している
問題点を解決するためになされたものであり、投影光学
系のディストーションを高精度で計測することができる
機能を備えた投影露光装置を提供することを目的とす
る。また本発明は、レチクル製造誤差を高精度で計測す
ることができる機能を備えた投影露光装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、２次元的に
配列された複数の所定形状のマークが形成されたレチク
ルを照明する照明手段と、各マークの像をステージ上に
投影する投影光学系と、ステージ上に設けられ、各マー
クの像の各結像位置にそれぞれ対応して２次元的に配置
された複数の開口部が形成された基板を有し、各マーク
の像と複数の開口部とを相対的に走査して各開口部によ
り各マークの像をそれぞれ光電検出する光電検出手段と
を備え、投影光学系の基板面上での光学特性を２次元的
に検出することを特徴とする投影露光装置によって達成
される。

【００２０】また上記目的は、上記複数の開口部が、基
板面上にて投影光学系による像形成領域において２次元
的に配列されていることを特徴とする投影露光装置によ
って達成される。さらに上記目的は、基板上に複数配置
された開口部が直線状のスリットであり、光電検出手段
が該スリットを通過する光を検出する光電変換素子を有
していることを特徴とする投影露光装置によって達成さ
れる。

【００２１】さらに上記目的は、複数の開口部が形成さ
れた基板面の平面度を測定する平面度測定手段を備えた
ことを特徴とする投影露光装置によって達成される。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による
投影露光装置を図１乃至図４を用いて説明する。まず初
めに、図１を用いて本実施の形態による投影露光装置の
装置構成の概略を説明する。露光用の照明光源１からの
照明光ＩＬは、図示しない照明光学系を通過してコリメ
ータレンズ２に入射する。照明光ＩＬには、例えば、超
高圧水銀ランプの輝線であるｉ線（波長λ＝３６５ｎ
ｍ）、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、或いは、ＫｒＦエキシ
マレーザ光（λ＝２４８ｎｍ）、さらにはＡｒＦエキシ
マレーザ光、金属蒸気レーザ光等の紫外域の光が用いら
れる。

【００２３】コリメータレンズ２でほぼ平行光にされた
照明光ＩＬは、レチクルＲを照明する。通常の半導体製
造工程では、素子形成用の回路パターンが描画されてい
るレチクルＲが用いられ、本実施の形態で説明する結像
光学系のディストーションを計測する際には、テストパ
ターンが描画されたテストレチクルＲが用いられる。

【００２４】通常の半導体製造工程の場合、レチクルＲ
を透過した光束は投影光学系ＰＬに入射して集束され、
Ｘ、Ｙ方向に移動可能なウェハステージＷＳＴに載置さ
れたウェハＷ上の所定のショット位置にレチクルＲのパ
ターンを投影する。ウェハステージＷＳＴの移動量は、
ステージのＸ、Ｙ方向にそれぞれ取り付けられた反射鏡
３にレーザ干渉計４のレーザ光を反射させて計測する。
ウェハステージＷＳＴの移動量を干渉計４で正確に計測
しながら、ウェハステージＷＳＴに載置されたウェハＷ
上の所定の複数のショット位置に対して順次レチクルＲ
の回路パターンを露光する。

【００２５】レチクルＲのパターンをウェハＷ上に露光
する際には、予めレチクルＲとウェハＷの位置合わせを
する必要があり、そのためレチクルＲ及びウェハＷには
位置合わせ用のアライメントマークが形成されている。
これらアライメントマークをレチクルアライメント光学
系やウェハアライメント光学系により観察して位置合わ
せを行うが、ここではそれらの図示及び説明は省略す
る。

【００２６】ウェハステージＷＳＴ上には、投影光学系
ＰＬのディストーションを計測するステージセンサ部
（光電検出部）５が設けられている。ステージセンサ部
５上部の基板１７には２次元的に配列された複数の開口
部が設けられ、基板１７上面はウェハＷの表面と一致す
るように調整可能になっている。図１は、ディストーシ
ョン計測の際のウェハステージＷＳＴを所定量移動させ
てステージセンサ部５を投影光学系ＰＬ下方に位置させ
た状態を示している。ステージセンサ部５は、その下方
にステージセンサ部５の基板１７に設けられた複数の開
口部に入射した光をそれぞれ受光する複数の光電変換素
子で構成されるステージセンサ６を有している。

【００２７】次に図２乃至図４、及び上述の図１を用い
て本実施の形態における投影露光装置を用いたディスト
ーションの計測方法について説明する。図２は、図１の
投影露光装置によるディストーションの計測時に用いら
れるテストレチクルＲの一例の平面図である。図に示す
レチクルＲは、ガラス基板上に遮光層として機能するク
ロム層をほぼ全面に蒸着したものである。クロム層の所
定の複数の領域にクロムが除去されて光を通過させるマ
ークＭが１７個形成されて全体としてテストパターンを
構成している。複数のマークＭは、レチクルＲの中央に
位置するマークＭＣから正方形のテストパターン領域の
各角部及び各辺の中点に向かって２個ずつ形成されてい
る。最外周に形成された８個のマークＭは、レチクルＲ
の中央に位置するマークＭＣを加えて３×３の正方マト
リクス状に位置し、それより内方の８個のマークＭもマ
ークＭＣを加えて３×３の正方マトリクス状に位置する
ように形成されている。個々のマークＭはＸ方向及びＹ
方向をそれぞれ計測するためのＹ、Ｘ方向に延びた２本
のスリットＭＸ、ＭＹで構成されている。中央のマーク
ＭＣのスリットＭＸ、ＭＹにはＣの符号を付し、その他
の各マークＭには図中上方から順に１〜１６の符号を付
し、各マークＭにあるそれぞれのスリットＭＸ、ＭＹに
も同様に符号１〜１６を付して表すことにする。

【００２８】なお、中央のマークＭＣの位置と他のマー
クＭ１〜Ｍ１６の位置とを高精度座標測定機を用いて繰
返し測定し、マークＭＣと他のマークＭ１〜Ｍ１６との
相対的な位置関係は予め正確に求めておくことにする。

【００２９】一方、図３は、ステージセンサ部５の基板
１７上面を投影光学系ＰＬ側から見た平面図である。基
板１７上面にはテストレチクルＲの複数のマークＭに対
応した位置に微小開口部Ｓが形成されている。複数の開
口部Ｓは、投影光学系ＰＬの円形のイメージフィールド
に内接する正方形領域内に２次元的に配置されている。
各開口部ＳはＸ方向及びＹ方向をそれぞれ計測するため
のＹ、Ｘ方向に延びた２本のスリットＳＸ、ＳＹから構
成されている。中央の開口部ＳＣのスリットＳＸ、ＳＹ
にはＣの符号を付し、その他の開口部Ｓには図中上方か
ら順に１〜１６の符号を付し、各開口部Ｓのそれぞれの
スリットＳＸ、ＳＹにも同様に符号１〜１６を付して表
すことにする。

【００３０】図１に示したステージセンサ６には、ステ
ージセンサ部５の基板１７上面の複数の開口部Ｓ１〜１
６及びＳＣのＸ、Ｙそれぞれのスリット下方に対応して
全部で３４個の光電変換素子（図示せず）が設けられて
いる。テストレチクルＲのテストパターンは投影光学系
ＰＬにより集光されて、投影光学系ＰＬ下方に移動した
ステージセンサ部５の各開口部Ｓ面上に結像する。さら
に各開口部Ｓ面を通過した光は、各開口部Ｓの下方のス
テージセンサ６の各々の光電変換素子により光電変換さ
れる。このように、本実施の形態におけるステージセン
サ部５にはテストレチクルＲのテストパターンのマーク
Ｍが結像する位置に複数の開口部Ｓを設け、その下方に
ステージセンサ６を設けたので、テストレチクルＲのマ
ークＭの像の全てを同時にステージセンサ部５により受
光することができるようになっている。

【００３１】なお、開口部Ｓの各スリットＳＸ、ＳＹの
幅は、ステージセンサ６の出力波形の立上り、立下りを
急峻にさせるためレチクルＲのマークＭのスリットＭ
Ｘ、ＭＹの幅と等しいか短い長さに形成されている。

【００３２】ウェハステージＷＳＴを例えばＸ方向に等
速微動させてステージセンサ部５の開口部Ｓをレチクル
Ｒ上の各マークＭのスリットＭＸの像に対して走査さ
せ、ステージセンサ６の対応する各光電変換素子でスリ
ットＭＸの全ての像を同時に受光する。このときのステ
ージセンサ６の一の光電変換素子の出力波形を図４に示
す。図４は横軸にウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置
を表し、縦軸に光電変換素子の出力の大きさを表したも
ので、スリットＭＸの像の幅方向の光強度分布と等価で
ある。図４に示す出力波形から投影光学系ＰＬの結像特
性を求めることができる。

【００３３】図４において、出力信号Ｉを所定の規準レ
ベルＬ１と比較して、出力信号Ｉと規準レベルＬ１とが
一致したときのウェハステージＷＳＴの位置Ｓ１、Ｓ２
をレーザ干渉計４で計測する。スリットＭＸの像のＸ方
向の中心位置は、Ｓ１、Ｓ２を平均した位置ｃ１として
求められる。

【００３４】なお予めステージセンサ部５の中心の開口
部ＳＣの位置と他の開口部Ｓ１〜１６の位置とを高精度
座標測定機を用いて繰返し測定し、開口部ＳＣと他の開
口部Ｓ１〜Ｓ１６との相対的な位置関係を正確に求めて
おく。座標測定機で予め求めたステージセンサ部５の基
板１７上のスリットＳＸＣと他のスリットＳＸ１〜ＳＸ
１６との相対的な位置関係から、中心のスリットＭＸＣ
の像の位置を原点とする各スリットＭＸ１〜ＭＸ１６の
像の位置を得ることができる。

【００３５】Ｙ方向に関しても同様の測定を行い、既に
測定してあるテストレチクルのマークＭＣを原点とする
各マークＭ１〜Ｍ１６の位置と、測定された各マークＭ
１〜Ｍ１６の像の位置をそれぞれ比較することにより投
影光学系ＰＬのディストーションが正確に求められる。

【００３６】なお、図４の波形から、例えば、所定の規
準レベルＬ１で切り取られる線幅ａ１から像のコントラ
ストを求めることもできる。または、ピーク値ｂ１から
コントラストを求めてもよい。ステージセンサ部５を投
影光学系ＰＬの光軸方向に移動させながらコントラスト
を求めれば、焦点位置、像面湾曲等を知ることもでき
る。さらに、パターンの方向を変えて測定すれば非点収
差が得られる。

【００３７】テストレチクルＲのテストパターンの各マ
ークＭのＸ、Ｙ方向に形成されたスリットＭＸ、ＭＹの
形状が例えば幅４μｍであり、ステージセンサ部５の各
開口部の幅も同程度とすれば、ウェハステージＷＳＴを
移動させてステージセンサ部５をＸ方向に１０μｍ程度
移動させるだけでＸ方向の１７個のマークＭＸＣ及びＭ
Ｘ１〜１６の全てを同時に計測することができる。

【００３８】ウェハステージＷＳＴの移動量を計測する
レーザ干渉計４の測定誤差量は、測長距離に比例するか
ら、高々１０μｍ程度の微小移動量しかウェハステージ
ＷＳＴを移動させない本実施の形態のステージセンサ部
５による計測では、ステージ移動誤差をほとんど無視で
きるようになる。

【００３９】本発明の第２の実施の形態による投影露光
装置を図５乃至図７を用いて説明する。図５を用いて本
実施の形態による投影露光装置の装置構成の概略を説明
する。図５に示す投影露光装置は、ステージセンサ部５
以外の装置構成は図１に示した投影露光装置と同等であ
る。本実施の形態における投影露光装置のステージセン
サ部５は、その下方に設けられたステージセンサ６とス
テージセンサ部５の基板１７との間に拡大光学系７が設
けられている点に特徴を有している。

【００４０】第１の実施の形態では開口部Ｓのスリット
ＳＸ、ＳＹの幅をレチクルＲのスリットＭＸ、ＭＹの幅
にほぼ等しくしたが、こうするとステージセンサ６で受
光されるスリットＭＸ、ＭＹの像はスリットＳＸ、ＳＹ
の幅で平均化されることになる。従って、得られた出力
波形からコントラストの比較はできても、レチクルＲの
マーク像の形状（プロファイル）を正確に得るには十分
でなく、投影光学系ＰＬのコマ収差等が原因の線幅の微
妙な差や、像質を知ることができない可能性がある。

【００４１】そこで、本実施の形態におけるステージセ
ンサ部５は、ステージセンサ６の上部に拡大光学系７を
設けるようにした。レチクルＲのマークＭの像は基板１
７の各開口部Ｓの開口面で結像した後、拡大光学系７に
より約２００〜５００倍程度に拡大されてステージセン
サ６の各光電変換素子により受光される。

【００４２】なお、本実施の形態では図６に示したよう
に各マークＭのＸ、Ｙ方向のスリットの数がそれぞれ５
本のテストレチクルＲを用いた。図７に各ステージセン
サで得られる出力波形を示す。この出力波形から第１の
実施の形態と同様に線幅ａ２、ピークｂ２、中心位置ｃ
２が求められる。本実施の形態では所定の倍率に調整し
た拡大光学系７を用いることにより、高分解能で受光像
の出力波形を得ることができ、レチクルＲのマーク像の
形状をより高精度で求めることができるようになる。

【００４３】テストパターンのマークＭのスリット数を
５本にしても、ウェハステージＷＳＴの移動量は高々４
０μｍ程度（但し、スリットの幅４Ｍμｍ、ピッチ８μ
ｍとして）にしかならない。この移動量は、従来の計測
方法を用いた場合のステージ移動量と比較して１／３０
０程度である。

【００４４】次に本発明の第３の実施の形態による投影
露光装置を図８乃至図１１を用いて説明する。上述の第
２の実施の形態においては、ステージセンサ部５の基板
１７とステージセンサ６との間に拡大光学系７を挿入す
ることにより受光系の分解能を向上させたが、拡大光学
系７にディストーションが含まれていると投影光学系Ｐ
Ｌのディストーションに重畳されてしまうという可能性
を有している。さらに、拡大光学系等の重い光学系を搭
載させるとウェハステージＷＳＴの大きさ、重量が増加
してしまいステージの制御性が低下する。結果として投
影露光装置全体の大きさが増加してしまう。本実施の形
態の投影露光装置は、拡大光学系等を用いないで良好な
測定を行えるようにしている。

【００４５】本実施の形態で使用する投影露光装置は、
第１の実施の形態において説明した図１に示すものとス
テージセンサ部５が異なるのみであるので、他の同一の
構成については説明を省略する。

【００４６】図８に本実施の形態で用いるステージセン
サ部５の基板１７を投影光学系ＰＬ側から見た平面図を
示す。開口面に矩形形状の１７個の開口部Ｓが形成され
ている。図中破線で示すように複数の開口部Ｓは、中央
に位置する開口部ＳＣからほぼ正方形形状の開口面の各
角部及び各辺の中点に向かって２個ずつ形成されてい
る。最外周に形成された８個の開口部Ｓは、中央に位置
する開口部ＳＣを加えて３×３の正方マトリクス状に位
置し、それより内方の８個の開口部Ｓも中央に位置する
開口部ＳＣを加えて３×３の正方マトリクス状に位置す
るように形成されている。個々の開口部ＳのＹ方向に延
びるエッジ部でＸ方向のマーク像を計測し、Ｘ方向に延
びるエッジ部でＹ方向のマーク像を計測するようになっ
ている。中央の開口部ＳＣ以外の各開口部Ｓには図中上
方から順に１〜１６の符号を付して表すことにする。

【００４７】本実施の形態においても、図６に示すよう
な、各マークＭのスリット数が５本であるテストレチク
ルＲを用いた。

【００４８】図９は、ステージセンサ部５の基板１７の
開口面の一開口部Ｓの拡大平面図である。第１の実施の
形態でのステージセンサ部５の開口部Ｓのスリット幅
が、投影されるマークＭのスリットの線幅とほぼ等しい
か、それより細い幅であったのに対し、図９に示す本実
施の形態における開口部Ｓの各幅は、テストレチクルＲ
のマークＭのスリットＭＸ、ＭＹの線幅に対し十分大き
い。ウェハステージＷＳＴを等速微動させるとマークＭ
Ｘの像は開口部Ｓの一端のエッジ部から開口部Ｓ内に進
入し、他端のエッジ部から退出する。図９の開口部Ｓの
拡大図に示すように、スリットＭＸの最前のスリット像
と最後のスリット像の全てが開口部Ｓ内に投影される状
態を得るため、開口部Ｓの両端の距離（幅）は、スリッ
トＭＸの全幅より長くしている。同様に開口部ＳのＹ方
向の幅もスリットＭＹの全幅より長くしている。

【００４９】また図９は、テストレチクルＲの所定のマ
ークＭＸ、ＭＹが開口部Ｓ近傍に結像している状態を示
している。マークＭのスリットＭＸ、ＭＹの幅は４μ
ｍ、ピッチは８μｍであり、図中黒のパターンがスリッ
トＭＸ、ＭＹの像である。例えばＸ方向にウェハステー
ジＷＳＴを等速微動させてスリットＭＸの像を順次開口
部Ｓ下方のステージセンサ６に入射させると、ステージ
センサ６の出力信号は図１０に示すように段階的に光強
度が増加し、その後段階的に光強度が減少する波形とな
る。この出力信号波形は開口部Ｓのエッジ部を通過した
光量を積分したものであるから、この波形を微分すれば
スリットＭＸの像の形状を正確に再現することができ
る。図１０に示す波形を微分した結果を図１１に示す。
この微分波形から前述の図４、図７で説明したと同様に
ディストーションを初めとする種々の情報を得ることが
できる。

【００５０】Ｙ方向も同様にしてスリットＭＹの像の位
置を得ることができる。上述の処理は同時に全ての開口
部Ｓで行うことができ、ステージの移動量も一軸方向に
８０μｍ程度であるから、ステージの移動誤差をほとん
ど含まないディストーションの計測が行えるようにな
る。

【００５１】本発明の第４の実施の形態としての投影露
光装置を図１２を用いて説明する。図１２に示す投影露
光装置は、ウェハステージＷＳＴ上のステージセンサ部
５の基板１７上面の平面度を測定するための、光源８と
受光部９とを備えた焦点検出装置を設けた点に特徴を有
している。焦点検出装置として例えば二次元多点焦点検
出センサを用い、基板１７上面を２次元的に同時に多点
で計測してその平面度を測定することができるようにな
っている。

【００５２】焦点検出装置の光源８からの光が反射鏡１
０で反射されてステージセンサ部５の基板１７上面の所
定の位置を斜めから照射し、その反射光が反射鏡１１を
介して焦点検出装置の受光部９で受光される。焦点検出
装置は自動焦点調整が可能であり、得られた焦点位置か
らステージセンサ部５の各開口面の高さが相対的に求め
られ、ステージセンサ部５の開口面の平面度が分かるよ
うになっている。

【００５３】高精度座標測定機で予め測定しておいたス
テージセンサ部５の基板１７の各開口部の位置関係の情
報は、座標測定機の平面度を規準に得られたものである
から、ステージセンサ部５をウェハステージＷＳＴに載
置した状態での基板１７の上面の平面度を焦点検出装置
で測定することにより、開口部Ｓ間の位置関係を補正す
ることができる。

【００５４】さらに、投影露光装置内の気圧や温度の変
化により基板１７上面の平面度が変化したとしても、本
実施の形態による焦点検出装置を用いることにより容易
に基板１７上面の平面度を測定し直すことができる。

【００５５】なお、本実施の形態では焦点検出装置とし
て二次元多点焦点検出センサを用いたが、面の１点を計
測する焦点検出センサを用い、ステージを移動させて計
測することにより平面度を測定してもよい。

【００５６】本発明の第５の実施の形態としての投影露
光装置を図１３及び図１４を用いて説明する。上述まで
の実施の形態では、投影光学系ＰＬのディストーション
の計測において、電子ビーム描画装置によるレチクルの
製造段階で生じるレチクル製造誤差については触れずに
説明してきた。しかし、現実にはレチクル製造誤差に対
する補正を行わなければ、上述の計測方法により得られ
たディストーションの値にテストレチクルＲのレチクル
製造誤差の成分が重畳してしまうことになる。

【００５７】また、上記実施の形態によりディストーシ
ョンの補正がされた投影露光装置を用いて半導体素子の
形成を行おうとしても、素子形成用の回路パターンが焼
き付けられた実際の素子製造用レチクルＲにレチクル製
造誤差があれば、積層する各層を正確に重ね合わせるこ
とができなくなってしまうので、素子製造用レチクルＲ
のレチクル製造誤差の補正も行う必要がある。

【００５８】レチクル製造誤差を補正するには当該誤差
を正確に測定する必要があり、本実施の形態で以下にレ
チクル製造誤差を測定する方法を説明する。

【００５９】図１３は、素子パターン領域１２の外側に
通常のアライメントマーク１３、１４及び８個のレチク
ル製造誤差測定用マークＲＭ１〜ＲＭ８が形成されたレ
チクルＲを示す。一方、図１４に示すように、投影露光
装置のステージセンサ部５の基板１７にもレチクルＲの
マークに対応する領域にアライメントマークの像が結像
する開口部１５、１６及びレチクル製造誤差測定用マー
クＲＭ１〜ＲＭ８の像が結像する８個の開口部ＳＲ１〜
ＳＲ８が形成されている。

【００６０】図示しないレチクルアライメント光学系及
びウェハアライメント光学系によりレチクルＲとステー
ジセンサ部５とを位置合わせする。そして、ウェハステ
ージＷＳＴを等速微動させて、レチクル製造誤差測定用
マークＲＭ１〜ＲＭ８の像をそれぞれの開口部ＳＲ１〜
ＳＲ８上で相対的に走査させる。各開口部ＳＲ１〜ＳＲ
８下方のステージセンサ６で各マークＲＭ１〜ＲＭ８の
像を受光し、ステージセンサ６からの出力波形に基づい
て各マークの位置を検出するこのように、従来の２個のアライメントマークに加えて
複数のレチクル製造誤差測定用マークを用いてその位置
を計測し、平均化処理することによりレチクル製造誤差
の補正を高精度で行うことができるようになる。

【００６１】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態における投
影露光装置は、レチクルＲ上のレチクルパターンを一括
してウェハＷ上に露光する構成であるが、レチクルＲ側
にも移動ステージを設けて、レチクルＲとウェハＷを同
時に移動させて露光する構成の投影露光装置にも本発明
を適用することができる。

【００６２】

【発明の効果】以上の通り、本発明の投影露光装置によ
れば、基板を露光、現像せずに投影光学系のディストー
ションの計測ができるようになり、またウェハステージ
の移動誤差をディストーション計測に重畳させない高精
度な測定を実現できる。さらに、気温、気圧等環境の変
化により投影光学系のディストーションが変化しても、
変化に対応して即座に投影光学系の補正を行うことがで
きるようになる。

【００６３】またさらに、ディストーション計測のみな
らずレチクルの製造誤差を計測して補正することもでき
るので、高精度な重ね合わせ露光を行うことができる投
影露光装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による投影露光装置
を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態におけるテストレチ
クルの平面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態におけるステージセ
ンサ部開口面の平面図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態におけるステージセ
ンサの出力波形を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態による投影露光装置
を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態におけるテストレチ
クルの平面図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態におけるステージセ
ンサの出力波形を示す図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態におけるステージセ
ンサ部開口面の平面図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態におけるステージセ
ンサ部開口面、及びステージセンサ部開口面に投影され
るテスト用マークの像を示す拡大平面図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態におけるステージ
センサの出力波形を示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施の形態におけるステージ
センサの出力波形を微分した波形を示す図である。

【図１２】本発明の第４の実施の形態による投影露光装
置を示す図である。

【図１３】本発明の第５の実施の形態におけるテストレ
チクルの平面図である。

【図１４】本発明の第５の実施の形態におけるステージ
センサ部開口面の平面図である。

【符号の説明】

１照明光源２コリメータレンズ３反射鏡４レーザ干渉計５ステージセンサ部６ステージセンサ７拡大光学系８光源９受光部１０、１１反射鏡１２素子パターン領域１３、１４アライメントマーク１５、１６開口部１７基板ＩＬ照明光ＲレチクルＰＬ投影光学系ＷウェハＷＳＴウェハステージＭマークＳ開口部

───────────────────────────────────────────────────── 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 ５１６Ａ５２２Ｄ５２３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元的に配列された複数の所定形状のマ
ークが形成されたレチクルを照明する照明手段と、前記各マークの像をステージ上に投影する投影光学系
と、前記ステージ上に設けられ、前記各マークの像の各結像
位置にそれぞれ対応して２次元的に配置された複数の開
口部が形成された基板を有し、前記各マークの像と前記
複数の開口部とを相対的に走査して前記各開口部により
前記各マークの像をそれぞれ光電検出する光電検出手段
とを備え、前記投影光学系の前記基板面上での光学特性
を２次元的に検出することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】請求項１記載の投影露光装置において、前記複数の開口部は、前記基板面上にて前記投影光学系
による像形成領域において２次元的に配列されているこ
とを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】請求項２記載の投影露光装置において、前記基板上に複数配置された開口部は、直線状のスリッ
トであり、前記光電検出手段は該スリットを通過する光
を検出する光電変換素子を有していることを特徴とする
投影露光装置。
【請求項４】請求項１記載の投影露光装置において、前記複数の開口部が形成された基板面の平面度を測定す
る平面度測定手段を備えたことを特徴とする投影露光装
置。