JPS60201343A

JPS60201343A - 倍率誤差検出方法

Info

Publication number: JPS60201343A
Application number: JP59057572A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Tanimoto; 昭一谷元
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-03-26
Filing date: 1984-03-26
Publication date: 1985-10-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発萌は集積回路（Ｉ　Ｃ）等の・くターンを光学的に
転写する露光装置等に使われている投影光学系の投影倍
率１差を検出する方法に関するものである。

（発明の背景ン大規模集積回路（ＬＳＩ）パターンの微細化は年々進行
しているが、微細化に対する要求を＃たし、かつ生産性
の高い、回路パターン焼付は装置として縮小投影型露光
装置が普及してきている。

従来よジ用いられてきたこれらの装置Ｎにおいては、シ
リコンウェハ等（以下ウエノ・と称する）に焼付けされ
るべきパターンの何倍か（例えば１０倍）のレチクルパ
ターンが投影レンズによって縮小投影され、１回の露光
で節句けされるのはウェハ上で対角長１４咽の正方形よ
りも小さい程度の領域である。従って直径１２５ｍｍ位
のウニ−７・全面にパターン全焼付けるには、ウェハ全
スプーンに載せて一定距離移動させては露光を行なうこ
と？繰返す、いわゆるステップアンドリピート方式ケ採
用している。ＬＳＩの製造においては、数層以上のパタ
ーンがウニ／・上に順次形成されていくが、異なる層間
のパターンの重ね合わせ誤差を一定値以下にしておかな
ければ、層間の導電又は絶縁状態が意図するものでなく
なジ、ＬＳＩの機能を果たすことができなくなる。例え
ば１μｍの最小線幅の回路に対してはせいぜい０．２μ
ｍ　程度の重ね合わせ誤差しか許されない。この重ね合
わせ誤差の原因のうち、露光装置によって発生するもの
は、（１）投影倍率誤差、投影歪み、像面の彎曲や傾き
及び（２）投影像とウェハの相対的な位置ずれである。

従来は（２）の位置ずれのみを除くことに主眼がおかれ
、（Ｊ）についてはあまり顧みられなかった。ところで
、縮小投影型露光装置全複数台用いて異なる層のパター
ンケ焼きつける場合、（Ｊ）の方も問題となってきてい
る。（１）の誤差のうち、投影倍率の誤差については、
もし誤差量の正確な測定ができれば、レチクルと投影レ
ンズの相対距離を変えたり、レンズの焦点距離や主点位
置を変えたりして投影倍率′（ｉｌ−所定のものにでき
、ウェハに既に形成されたパターンに対する投影レチク
ルパターンの重ね合わせ８度を向上させることができる
。従来倍率音測定するにはレチクル上のパターンの位置
を測定しておき、このレチクルパターンをウエノ・に焼
付けて、ウニ・・上のパターンの位置を測定して倍率を
めるようなことが行なわれていた。この方法によると測
定に長時間ケ要し、精度も劣るという欠点があった。

−また、倍率測定を自動的に行なう試みもいくつか提案
されている。そのうち、・例えば特開昭５８−２０２４
４９号公報には、所定位置に設けられた２つの開口を有
するレチクルと、チップに付随して倍率誤差が零のとき
に投影レンズを介してその２つの開口の各々と正確に位
置合せされるような２つの線状マークが設けられたウニ
・・と全用意しこれら２つの開口と２つの線状マークと
の位置ずれ全光電検出することによって倍率誤差？測定
する方法が開示されている。この方法では開口と線状マ
ークの相対的な位置ずれ會求めるので、開口のエツジと
線状マークのエツジと會表わすような光電信号が必要で
ある−ところが、ウニ・・上に７オトレジストが塗布さ
れている場合、線状マークのエツジ付近には照明光の波
長とフォトレジストの厚さとの関係で多数の干渉縞がエ
ツジと平行に発生する。このため光電信号には干渉縞に
よる影響が重畳し、線状マークのエツジ位置の検出に誤
差を含んだり、極端な場合はエツジ位置を大きく見誤っ
た結果金招くという欠点がある。

さらに、レチクルの開口を照明する光束がレチクルの開
口を形成したパターン面に対して垂直とはならず、ある
角度特性を持っている場合、換言すれば投影レンズのレ
チクル側（物体側〕が非テレセントリックな光学系の場
合、レチクルの開口例えば矩形開口を形成する４つの直
線エツジのう　□ち、レチクルの中心（投影レンズの光
軸が通る点）から放射状に延びた仮想的な直線とほぼ直
交するような２つのエツジを用いて倍率測定全行なうと
、照明光の角度特性のためにその２つのエツジで生じる
反射光（又は散乱光）の強度が非対称になる。

このため開口の２つのエツジを表わす光電信号にその非
対称性の影響が生じ、開口と線状マークの位置ずれ検出
に誤差を含むという欠点もある。このことは、そのよう
な２つのエツジに挾み込まれるように配置された線状マ
ークについても同様で、この線状マークの両エツジ（凹
凸の段差部）での反射光（又は散乱光りの強度が照明光
の角度特性のために非対称になり、位置ずれ検出の誤差
になる。このように上記方法では位置ずれ検出時に照明
光の角度特性に起因した潜在的な誤差が含まれることに
なシ、投影レンズの倍率誤差（倍率変動）という本来極
めて小さな量の計測がはなはだ信頼性の乏しいものにな
るといった欠点があった。

（発明の目的）本発明はこれらの欠点を解決し、迅速かつ高精度で投影
光学系の倍率誤差を検出する方法を得ることを目的とす
る。また、本発明はマスク（レチクル）パターンの投影
像と、重ね合わされるべき被投影基板（ウェハノのパタ
ーンとの相対的な倍率誤差をも検出する方法を得ること
を別の目的とする。

（発明の概要）本発明は、マスク（レチクル）上の所定点（中心）全通
る基線、例えば直交座標系ｘｙのＸ軸上に、該所定点を
挾んで予め定められた設計間隔で形成された２つの開口
（スリット開口）全照明して投影光学系（縮小投影レン
ズ）によって２つの開口の＠全投影し２、前記基線の方
向と所定角度（９０°）で交わる方向に配列された複数
の格子要素を有する回折格子パターン（面格子、又は斜
格子〕によって２つの開口像を基線方向に順次走査し、
回折格子パターンから生じる高次回折光全投影光学系と
開口を介して光電検出して、その光電計間隔とを比較し
て投影光学系の倍率誤差を検出すること全技術的要点と
している。

さらに本発明は前記マスク上に同様に形成された２つの
開口を照明して投影光学系に↓りて前記２つの開口の像
全投影し、マスク上の基線の方向に所定間隔で配置され
るとともに、基線方向と所定角度で交わる方向に複数の
格子要素が配列された２つの回折格子パターンによって
２つの開ロ慮ｔ−：ｔｉａ方向にそれぞれ走査し、２つ
の回折格子パターンの各々から生じる高次回折光を投影
光学系と２つの開口の各々とを介して光電検出し、その
両党電信号と走査位置とに基づいて２つの開口像の間隔
と２つの回折格子パターンの間隔との差を計測し、該計
測した差と設計上の差と全比較して投影光学系の倍率誤
差上検出すること全技術的要点とし、これによってマス
ク上の原画パターンの投影像と被投影基板（ウェハ）上
のパターンとの相対的な倍率眼差を検出することができ
る。

（実施例〕次に実施例を用いて本発明について詳述する。

第１図は本発明の第１実施例に好適な投影型露光装置の
光学配置図である。光源Ｊは感光剤（フォトレジスト）
全感光するような第波長の露光光（例えばｉ線やｉ線等
の単波長の光）全発生し、その露光光は楕円反射鏡２、
第１コンデンサーレンズ３を通った後、シャッター４を
通り、第２のコンデンサーレンズ６に至る。シャッター
４は矢印５に示″ｊように光路中に挿脱して露光光の透
過及び遮断を制御し、第２コンデンサーレンズ６はレチ
クル（マスク）１９を均一な露光光で照明する。縮小投
影レンズ（以下単に投影レンズとする）２１はレチクル
１９１ｃ描かれたパターンの像を電、あるいは暑。に縮
小し、その縮小像をウェハ２６上に投影する。ウェハホ
ルダ２５はウェハ２６金真空吸着するとともに、２次元
移動ステージ２２上にウェハ２６のオリエンテーション
・フラットの位置合せ用の回転及び自動焦点合せ用の上
下動が可能なように設けらｔている。レチクル１９上に
は投影レンズ２１の光軸ＡＸを挾んだ両端の不透過部の
中に、スリット状の開口２０Ｌと２ＯＲが形成されてい
る。さて、光ファイバー７Ｌは光源五からの光と同一波
長の照明光を発し、その照明光は所定の開口８Ｌ’を有
する視野絞ｐ８Ｌ、シャッタ〜９　Ｌ、コンデンサーレ
ンズ１１Ｌを介してビームスプリッタ−１２Ｌにより反
射され対物レンズ１３Ｌ、及び反射鏡１４Ｌによってレ
チクル１９の開口２０を照明する。このとき、コンデン
サーレンズｊｌＬ、対物レンズ１３Ｌの働きで、開口２
０Ｌの上には視野絞り８Ｌ（Ｄ開口８Ｌ’の像が結像す
る。こうしてレチクル１９に達した照明光のうち開口２
０Ｌｉ通った光ｄ投影レンズ２１によってウェハ２６上
に投影され、ウェハ２６の表面に開口２０Ｌの鍬が形成
される。そしてウェハ２６からの反射光は投影レンズ２
１に逆向きに通り、その反射光のうち一部はさらに開口
２０Ｉ４−すり抜ける。開口２０Ｌをすシ抜けた光は反
射鏡１４Ｌで反射され、対物し７ズ１３Ｌによって空間
フィルター１６Ｌ−ヒに、レチクル１９上面における光
強度の空間周波数成分を形成する。ウェハ２６上には凸
状又は凹状の微小Ｉｉｉ！要素を一定周期で直線的に配
列した格子状のパターン２８が倍率誤差検出用に形成さ
れ、そのパターン２８の像はレチクル１９の下面にでき
る。空間フィルター１６Ｌはその周期構造のパターン２
Ｂから生じた光のうち、θ次周波数成分の光（正反射光
）を除いて他の成分の光（１次、２次回折光）は透過さ
せる働きをし、空間フ、イルターＪ６Ｌ’ｉ通ったそれ
ら高次周波数成分の光（高次回折光）はレンズ１９Ｌに
よって検知器１８Ｌに集光される。検知器１８Ｌは受光
した′：／を全光電変換し、高次周波数成分の光量に応
じた光電信号全出力する。

一方、レチクル１９の右側の開口２ＯＲも同様に、光フ
ァイバー７Ｒ，開口８Ｒ”ｉ有する視野絞り８Ｒ，シャ
ッター１ＯＲ，コンデンサーレンズｌＩＲ，ビームスプ
リッタ−ｔ２Ｒ９対物レンス１３Ｒ及び反射鏡１４Ｒ’
ｉｉ−介して照明される。そしてウェハ２６にパターン
２Ｂと同一形状で設けられた格子状のパターン２７から
の光は空間フィルター１６Ｒ，集光レンズ１７Ｒ，及び
検知器１８Ｈによって検出され、高次周波数成分の光の
量に応じた光電信号が得られる。

上記構成で、シャッター９Ｌ、９Ｒは図中、矢印１０Ｌ
、ＩＯＨのように進退可能であシ、開口２０Ｌ及び２０
Ｒの照明及び透過光の検出を行なう時のみ開く。また反
射鏡１４Ｌ、１４Ｈの位置は図中、矢印１５Ｌ、Ｊ５Ｈ
のように投影レンズ２１の光軸ＡＸと垂直な方向に進退
可能であり、開口２０Ｌ及び２０Ｒの位置に応じて適宜
位置決めされる。２次元移動ステージ２２の互いに直交
する移動軸のうちＸ方向の移動軸はモータ２３に工って
駆動され、レーザ干渉計２４等の位置検出器により、２
次元移動ステージ２２のＸ方向の位置が測距される。も
ちろん、第１図には示していないが、Ｙ方向の駆動用モ
ータとレーザ干渉側も設けられている。

さて、第２図は第１図に示したレチクル１９の一例會示
す平面図である。レチクル１９には所望の回路パターン
が描かれた矩形のパターン領域Ｐａが形成され、その周
辺はクロム等の遮光層で後われている。そして、このレ
チクル１９Ｑ正確に位置決めして装置にセットし、２次
元移動ステージ２２の移動軸によって決まる直交座標系
ＸＹの原点をレチクルＲの中心、すなわち投影レンズ２
１の光軸ＡＸと一致させたものとする。このとき、開口
２０Ｌ、２０Ｒは各々Ｘ軸上に光軸ＡＸを挾んで所定の
間隔Ｌｒで形成されている。開口２０Ｌ、２０Ｒはそれ
ぞれＹ方向に細長く伸びたスリット状である。また第３
図はウェハ２６に形成されたチップＣとパターン２７．
２８の配列の一例を示す図である。ここではＸ方向に配
列した特定のチップＣ＋　、　Ｃｔ　、　Ｃｓのみを示
す。これらチップＣ１ｈ　Ｃｓ　ｒ　”Ｒは第１図に示
した投影型露光　゛装ｒＩ！ｔＫよってステップアンド
リピート方式で予め形成されたものであり、各チップに
は同時にパターン２７．２８も付随して形成される。第
３図はチップＣ３の中心ＣＣｔ−座標系ＸＹの原点と一
致させた場合を示し、チップＣ１ｔ　”＊　＊　ｃ、の
形成　゛の際、中心ＣＣが投影レンズ２１の光軸ＡＸと
一致するように２次元移動ステージ２２の位置決め（ア
ライメント）をした後、シャッター４を一定時間開いて
露光することを繰り返す。１つのチップに付随して形成
されたパターン２７．２８はＸ方向に伸びた微小線要素
をＹ方向に一定の周期（ピッチ）で配列したもので、パ
ターン２７゜２８は各々Ｘ軸上に間隔Ｌｗで形成されて
いる。

この間隔Ｌｗとレチクル】９の開口２０Ｌ、２０Ｒの間
隔Ｌｒとは一義的な関係になるように定められそいる。

すなわち投影レンズ２１の設計上の縮小倍率をｍとした
とき、ｍ−Ｌｒ　＝ＬｗＫなるように開口２０Ｌ、２０
Ｒ及びパターン２７．２８が設けられている。

第４図はレチクル１９上の開口２０Ｌ（又は２０Ｒ）上
における照明光のＸ方向の強度分布を横軸に位置、縦軸
に光強度Ｉ（ｉ−とって表わしたものであり、開口２Ｏ
Ｌ＜２０Ｒ）＆ｌ−透過する光の部分は斜線部で示しで
ある。分布曲線ａｌｔ視野絞り８Ｌ（８Ｒ）＋７）開口
８Ｌ’　（８Ｒ’）　（７）Ｘ方向の幅に対応して幅Ａ
ｔで得られ、開口２０Ｌ（２０Ｒ）？透過する光の部分
３２は幅Ａｔ、１：りも狭く、光強度はフラットである
。

第５図（ａ）はウェハ２６上のパターン２７のＹ方向の
断面図でちゃ、第５図（ｂ）はパターン２７の平面図で
ある。第５図（ｂ）に示すように、パターン２７は、微
小線要素の集合であるが、拡大してみるとウェハ２６の
表面に矩形状の凸部２７ａとして周期的に形成される。

このため各凸部２７ａにはチップの中心に向かって伸び
る段差エツジ２７ｅ、２７０′ができる。このパターン
２７にレチクル１９の開口２　ＯＲ’ｉ通ってきた照明
光が照射されると、その照明光が露光光と同じ単波長で
あるため、０次回折光（正反射光）Ｄ。以外に凸部２７
ａのエツジ２７　ｅ　、　２７　ｅ’で生じた散乱光が
強め合ったり弱め合ったシして、１次回折光り、　、　
２次崗折光り３等の高次回折光を発生する。

さて、第６図は本実施例の露光装置の制御系の回路ブロ
ック図である。検知器１８Ｌ、１８Ｒからの光電信号は
それぞれアナログ−デジタル変換器（以下ＡＤＣと呼ぶ
）５０．５１に入力し、受光した光量に対応待するデジ
タル値に変換される。

ＡＤＣ５０，５１からのデジタル値はそれぞれランダム
・アクセス・メモリ回路（以下ＲＡＭと呼ぶ）５２．５
３に入力する。ＲＡＭ５２．５３はＸ方向の位置検出用
のレーザ干渉計２４からの位置情報全アドレス（番地）
情報として入力して、２次元移動ステージ２２の単位移
動量（例えば０．０２μｍ）毎にアクセスすべき番地を
１つだけ増減する。このためＲＡＭ５２．５３にはそれ
ぞれＡＤＣ５０，５１からのデジタル値が２次元移動ス
テージ２２の移動位置と番地とが一義的に対応して記憶
される。すなわちＲＡＭ５２．５３は、ウェハ２６上の
パターン２７．２８から生じた高次回折光のＸ方向の強
度分布をレーザ干渉計２２の検出分解能で離散的にサン
プリングして記憶することになる。マイクロ・コンピュ
ータ等金含む制御回路５４は、レーザ干渉計２４からの
位置情報を入力して、２次元移動ステージ２２の現在位
置を検出するとともに、ＲＡＭ５２．５３に記憶された
回折光の強度分布を解析して、パターン２７．２８の位
置を演算する。また制御回路５４はＲＡＭ５２゜５３の
書き込み動作の開始や停止の指令も出力する。駆動回路
５５は制御回路５４から出力された駆動情報に応答して
、２次元移動ステージ２２のＸ方向の駆動用のモータ２
３１ｉ−駆動する。また第１図では不図示であるが、２
次元移動ステージ２２のＹ方向の駆動用のモータ５６は
制御回路５４からの駆動情報に応答する駆動回路５７に
よって制御される。

さらに本実施例では倍率誤差を補正するために投影レン
ズ２１を構成する複数のレンズ素子のうち、鏡筒２Ｊａ
内金光軸ＡＸに沿って移動可能なレンズ素子２１ｂｉ設
ける。このレンズ素子２１ｂの光軸ＡＸ方向の移動蓋に
対する倍率変化は極めて小さなものでよく、例えば移動
Ｊｌ　ｌｏ　調に対して、投影された１５ｍＸ１５ｍ＋
角のパターン像が１戸程度伸縮すれば十分である。

尚、レンズ素子２１ｂはここでは便宜上１枚のレンズと
して説明するが、写真撮影用のズームレンズ等でも周知
なように、何枚かのレンズを一体に移動させてもよいし
、また何枚かのレンズにそれぞれ異なった移動をさせて
もよい。このような構成で、モータ５８はレンズ素子２
１ｂｔｌ−光軸ＡＸ方向に移動させる。モータ５８は制
御回路５４からの駆動情報に応答する駆動回路５９によ
って制御される。このため、倍率誤差の景がわかれば、
その量に対応した量だけレンズ素子２１ｂを動かすこと
によって倍率誤差を零にすること、あるいは投影倍率を
Ｂ「定の値に調整することができる。

次に本実施例の動作を第７図のフローチャート図に基づ
いて説明する。

制御回路５４は、まずステップ３００で投影レンズ２１
の光軸ＡＸが例えばウェハ２６上のチップＣ３の中心Ｃ
ＣからＸ方向に所定距離だけ離れて位置決めされるよう
に、駆動回路５５，５７、モータ２３，５６金介して２
次元移動ステージ２２ｒ移動させる。このとき第１図に
示した露光用のシャッター５．レチクル１９の照明用の
シャッター９Ｌ、９Ｒはともに閉じている。そして、制
御回路５４はその位置決めされた位置Ｘ。金レーザ干渉
計２４から読み込み記憶する。さらに制御回路５４はシ
ャッター９Ｌ、９Ｒｔ−開く指令を出力する。このとき
のチップＣ２と開口２０Ｌ、２ＯＲの配置全第８図に示
す。第８図において、開口２０Ｌの投影（ｔＪｆ２０Ｌ
’とし、開口２０Ｒの投影＠２］−２０Ｒ′とした。こ
のステップ１００で２次元移動ステージ２２全位置決め
したとき、投影像２０Ｒ′はパターン２７の左側（パタ
ーン２７に対して−Ｘ方向）に所定間隔で位置し、投影
像２０Ｌ′はパターン２８の左側（パターン２１ＮＣ対
して−Ｘ方向）Ｋ所定間隔で位置する。ただし光軸ＡＸ
と中心ＣＣのずらし量（−ｊなわち所定間隔）は、投影
像２０Ｒ′が左隣９のチン１０重に重ならず、かつ投影
像２ＯＬ’がチップＣ２に重ならない程度に定められて
いる。これはウェハ２６に感光剤が塗布されているため
、チップＣ，、Ｃ，に投影像２０Ｒ’。

２０Ｌ′が露光されてしまうからである。

さて、第８図のように位置決めされると、制御回路５４
はステップ１０１で２次元移動ステージ２２’ｉＸ方向
に所定距離だけ移動させて、投影像２０Ｒ′でパターン
２７を走査し、投影像２０Ｌ’でパターン２８を走査す
る。この２次元移動ステージ２２の走査開始に応答して
、制御回路５４はＲＡＭ５２．５３ｉ書き込みモードに
する。

さて、次のステップ１０２で制御回路５４はレーザ干渉
計２２からの位置情報を読取りつつ２次元移動ステージ
２２が位置為からＸ方向の位置Ｘｓまで移動したか否か
全判断する。この位＃Ｘ、は投影像２０Ｒ′がパターン
２７を走査した後チップＣ８に重ならず、かつ投影像２
０Ｌ′がパターン２８を走査した後、チップＣ２の右隣
りのチップＣ３に重ならないような位置に定められてい
る。そしてこのステップ】０２で２次元移動ステージ２
２が位置為に達したと判断されると、次のステップ１０
３で２次元移動ステージ２２をその位置Ｘ８に停止させ
るとともに、ＲＡＭ５２．５３の書き込みモードを禁止
して読み出しモードに切替える。

またシャッター９Ｌ、９Ｒの閉成指令も出力する。

次に制御回路５４はステップ】０４でＲＡＭ５２゜５３
に記憶されたパターン２７．２８からの回折光の強度分
布データに基づいて、投影レンズ２１の倍率変動量Δｍ
ｆ演算する。このとき、ＲＡＭ５２．５３に記憶された
強度分布データはそれぞれ第９図、第１０図に示すよう
になる。第９図は検知器Ｊ８Ｌの光電信号全縦軸に強度
ＤＬ、横軸ＶｃＸ方向の位置を取って表わしたもので、
第１０図は検知器Ｊ８Ｒの光電信号を縦軸に強度ＤＲ。

横軸にＸ方向の位置を取って表わしたものである。

ただし、ＲＡＭ５２．５３に記憶された強度分布データ
は第９図、第１θ図のＸ方向の位置がアドレスに一義的
に対応したものとなる。

例えば位置為はＲＡＭ５２，５３の０番地に対応してい
る。まず制御回路５４は投影像２０Ｌ’がパターン２８
を走査したときに得られた強度分布４０のデータ’（ｊ
ＲＡＭ５２から読み込み、第９図のように所定の基準レ
ベルＶｒｌと、強度分布４０の強度ＤＬとが一致したと
きの位置Ｘａ　、請求める。次に、この位置Ｘａとｘｂ
の中点の位置Ｘｌを算出する。この位置Ｘ１はパターン
２８のＸ方向の中心線と投影（ｌＪ２０Ｌ’のＸ方向の
中心線とが正確に一致したときの２次元移動ステージ２
２の位置である。引き続き制御回路５４は投影＠２０Ｒ
’がパターン２７を走査したときに得られた強度分布４
１のデータ’ｋ　ＲＡＭ　５３から読み込み、第１０図
のように所定の基準レベルＶｒｌと強度分布４１の強度
ＤＲとが一致したときの位置Ｘａ’　ｌ　請求める。そ
してこの位置Ｘａ’　、とＸｂ′の中点の位置Ｘ１１出
する。この位置Ｘ、はパターン２７のＸ方向の中心線と
投影像２０Ｂ’のＸ方向の中心線とが正確に一致したと
きの２次元移動ステージ２２の位置である。

以上のように位置Ｘ、、Ｘ、がめられると、制御回路５
４はＸＩとＸ、の大小関係全判定する。今、第８図に示
すように、投影像２０Ｒ’　、　２０Ｌ’がそれぞれパ
ターン２７．２８の左側（位置Ｘ。）から右側（位置Ｘ
、　）まで走査したときレーザ干渉計２４によって検出
される２次元移動ステージ２２のＸ方向の位置が増大す
るものとする。そこで位置Ｘ、とＸ、に関して、ｘ、＝
Ｌであれば、投影１＆２ＯＲ’とパターン２７とが一致
したとき、投影ｐＪｔ２０Ｌ’とパターン２８とは正確
に一致し、ＬＷ−ｍ−Ｌｒとなっで倍率変動量Δｍは零
である。しかしながら例えばＸＩ＜　Ｘｓになった場合
は、投影像２０Ｌ′とパターン２８とが一致したとき、
投影＠２０Ｒ’はまだパターン２７と一致せず、投影ノ
くターンはチップＣ２↓りもわずかに拡大して投影され
たことになる。一方、ＸＩ　＞　Ｘｓの場合は投影像２
０Ｒ′とパターン２７とが一致したとき、投影＠２０Ｌ
’はまだパターン２７と一致せず、投影ノくターンはチ
ップＣ１よりもわずかに縮小して投影されたことになる
。そこで制御回路５４は位置Ｘ。

と為の差’ｆｆＸｔ　ｘ、の式により演算し、その差値
金倍率変動景Δｍとする。倍率変動量Δｍが正のときは
拡大であり、負のときは縮小である。

次に制御回路５４はステップ１０５で倍率変動量Δｍが
零か否かを判断し、零のときは本動作？終了し、零でな
いときは次のステップ３０６　で倍率調整を行なう。

次のステップ１０６で制御回路５４は先にめた倍率変動
量Δｍ　ＶＣ応じてレンズ素子２１ｂの移動すべき量を
演算する。この倍率調整の初めにレンズ素子２１ｂは投
影レンズ２１が設計上の倍率になるような原点位置にセ
ットされているものとし、その原点位置から光軸ＡＸ方
向に上下動するものとする。さて、先にめた倍率変動量
Δｍは投影された鐵のウェハ２６上での伸縮量であり１
投影レンズ２１の倍率変動會直接表わしたものではない
。そこで制御回路５４は倍率変動蓋Δｍからレンズ素子
２１ｂの移動蓋Δｚを演算する。ここでレンズ素子２Ｊ
ｂ會原点位置にし、このときウェー・２６上に光軸ＡＸ
からＰだけ離れてた位置に仮想的な点像が投影されたも
のとする。そしてレンズ素子２１ｂｆｆ原点位置から２
だけ光軸ＡＸ方向に移動させたとき、その点像がウェハ
２６上で光軸ＡＸからＰ′の位置に投影されたものとす
る。従ってレンズ素子２１ｂの移動量と投影パターンの
、伸縮量との関係はＺ／（Ｐ−Ｐ’）によｐ定数（ｋ）
として決められる。この定数には予め装置の製造時、ま
たは調整時にめられて、制御回路５４に記憶されている
。一方、ウェー・２６上のチップＣ！に付随したパター
ン２７．２８はそれぞれチップＣＩの中心ＣＣから等距
離に位置し、投影像２０Ｒ’　、　２ＯＬ’はそれぞれ
光軸ＡＸから等距離に位置するものとすれば、制御回路
５４は以下の式によジレンズ素子２１ｂの移動量Δｚｙ
演算する。

Δｍ Δ２＝□・ｋこの演算が終ったら、制御回路５４は駆動回路５９、モ
ータ５８を介してレンズ素子２１ｂｉ原点位置からΔ２
だけ移動きせる。もちろん、その移動方向は倍率変動が
なくなるように決められでいることは言うまでもない。

以上までの各ステップで倍率変動が補正されたはずであ
るが、ステップ１０６の後、再びステップ１００〜１０
４’ｉ実行し、ステップ１０５でΔｍが零であること全
確認するようにすれば、さらに確実である。

また、このようにステップ１００から１０６を繰り返す
方法は、レンズ素子２１ｂの移動量と投影された像点の
ウェノ・２６上での移動量とが一義的に対応しない場合
、すなわち非線形の場合には極めて有効な手法である。

以上、本実施例ではチップＣｔｋ使って倍率変動饋Δｍ
ｆ検出したが、複数のチップについて同様に請求め、平
均化すればさらに精度の向上が期待できる。また本実施
例ではデジタル的に回折光の強度分布テータ奮記憶する
ようにしたが、検知器１８Ｌ（１８Ｒ）の光電信号をア
ナログコンパレータに入力し、基準レベルＶｒｔ　ＣＶ
ｒ＊）で２値化し、その２値化信号の立上りと立下りと
でレーザ干渉計２４からの位置情報をラッチして位置Ｘ
ａ　、Ｘｂ　（Ｘａ’　、請求めても全く同様の効果が
得られる。さらに微分処理等で光電信号のピーク位置全
検出する方法１強度分布データから信号の重心位置を検
出する方法等を使って位置ＸＩ、為をめてもよい。

また、ウェハ２６上のパターン２７と２８の間隔Ｌｗが
、投影像２ＯＬ’、と２０Ｒ′の設計上の間隔に比べて
予め一定値Ｘｄだけ小さく（又は大きく）シてもよい。

この場合は倍率変動量ΔｍはＸ。

ＸＩ　Ｘｄによって演算される。

本実施例では一対の投影像２ＯＲ’　、２ＯＬ’と、一
対のパターン２７，２８１−用いるので回折光の検出の
際、２次元移動ステージ２２のＸ方向の移動距離が短く
、測定時間を非常に短縮でき、測定誤差も少ないという
利点がある。しかも、ウェハ上のテップＣと、レチクル
のパターン領域Ｐａの投影像との相対的な倍率誤差全補
正することができるので、極めて重ね合せ精度の高いリ
ソグラフィが達成できる。

次に本発明の第２の実施例を説明する。第２の実施例は
レチクル１９の一対の開口２０Ｌ、２０Ｒとウェハ２６
上の一対のパターン２７．２８のうち、測定の際レチク
ル１９の一対の開口２０Ｌ。

２０Ｒｔ−使うときはパターン２７．２８のいずれか１
つを使い、ウェハ２６の一対のパターン２７゜２８ｔ−
使うときは開口２０Ｌ、２０Ｒζ、のいずれか１つを使
うようにしたものである。そこで、まずパターン２７．
２８のいずれか１つ、例えばチップＣ３に付随したパタ
ーン２８のみを使う場合について第１１図を参照して説
明する。

第１の実施例と同様に、投影像２０８′の左側にパター
ン２８が所定間隔で位置するように２次元移動ステージ
２２ｔ−制御する。この位置ｔ−Ｘ。

として、ここでシャッター９Ｒ’！に開く。次に２次元
移動ステージ２２’ｉＸ方向に位置Ｘ、まで走査すると
ともに、ＲＡＭ５３で回折光の強度分布を抽出する。こ
の位置Ｘ、でシャッター９８ｔ−閉じた後、投影像２０
Ｒ’と２０Ｌ′との設計上の間隔ｍ・Ｌｒだけ位置為か
らＸ方向に離れた位ＩＩＸ、、に２次元移動ステージ２
２を位置決めする。位１１Ｘａでパターン２８は投影１
１２０Ｌ’の左側に所定の間隔で位置するので、ここで
シャッター９Ｌを開き、パターン２８で投影像２０Ｌ”
ｉ位置Ｘ、ｔで走査する。

そしてこのとき、ＲＡＭ５２で回折光の強度分布を抽出
する。次にパターン２８と投影９２０Ｒ’とが一致した
位置Ｘ１と、パターン２８と投影像２０Ｌ′とが一致し
た位置Ｘ、と（ヒ第１の実施例と同様にＲＡＭ５２．５
３からのデータに基づいてめる。この位置ＸＩとＸＩの
間隔（ＸＩ　ＸＩ）と投影＠２０Ｒ’と２０Ｌ′との設
計上の開隔ｍ−Ｌｒとの差が倍率変動量Δｍ′になる。

この変動量Δｍ′はウェハ２６上のチップとレチクル１
９０投影パターンとの相対的な倍率ずれを表わすもので
はなく、投影レンズ２１単体の設計上の縮小倍率からの
ずれを表わしている。従って、この倍率裟動量Δｍ′が
零になるようにレンズ素子２１ｂ’＠ｌ＃ｌ整すれば、
投影レンズ２１の縮小倍率の絶対値（絶対倍率ンを常に
設計値と同一に維持することができる。

一方、ウェハ２６上の一対のパターン２７゜２８とレチ
クル１９の開口２０Ｌ、２０Ｒのいずれか１つ、例えば
開口２０Ｒ’ｔ−使って倍率誤差を計る場合を第１２図
を参照して説明する。まず、チップＣ雪に付随したパタ
ーン２７の左側に投影９２０Ｂ’が所定の間隔で位置す
るよう［２次元移動ステージ２２′ｆｔ位置決めした後
、シャッター９Ｒｔ−開く。そして位置為からＸ、まで
投影像２０Ｒ′をパターン２７で走査する。ここでＲＡ
Ｍ５３には位置為からＸ、までの範囲で生じた回折光の
強度分布データを記憶する。位置為でシャッター９Ｒｔ
−閉じた後、２次元移動ステージ２２ｔ−位置為からパ
ターン２７と２８の設計上の間隔ＬｖだけＸ方向に離れ
た位置Ｘ、に位置決めする。ここで再びシャッター９Ｒ
を開き、投影像２０Ｒ”ｉパターン２８で位置Ｘ、まで
走査する。この際、パターン２８からの回折光の強度分
布データは、パターン２フ０回折光の強度分布データを
記憶したＲＡＭ５３０番熔領域（アドレス空間）とは異
なる領域に記憶される。そしてこれらＲＡＭ５３のデ−
ダに基づいて、第１の実施例と同様にパターン２７の位
置ＸＩとパターン２８の位置Ｘ４　請求める。

次に位置Ｘ１と為の間隔（Ｘ、−Ｘ、）と、パターン２
７と２８の設計上の間隔Ｌｗとの差をめると、その差が
倍率変動量Δｍ”に和尚する。この変動量Δｍ　”はチ
ップの伸縮誤差量であり、ウェハ２６上にチップＣ３と
パターン２ｒ、２８ｋＮ光したときの投影レンズの倍率
誤差と、プロセスによるウェハの伸縮に依存したチップ
の縮小や拡大の誤差とを含んでいる。

以上のようにして、投影レンズ２１単体の倍率変動量Δ
ｍ”とチップの倍率変動量Δｍ”とが別個にめられたら
、その両者の差を演算することによって、ウェハ２６上
のチップとレチクル１９の投影パターンとの相対的な倍
率変動量Δｍがめられる。このため、第１の実施例と同
様にΔｍに応じてレンズ素子２１ｂＷｒｌｌ１１整すれ
ば、ウェハ２６上のチップと投影された回路パターン等
とは倍率誤差なく正確に重ね合せることができる。

以上のように本実施例では第１の実施例にくらべて倍率
変動の測定に時間全装するが、レチクル１９の開口２　
ＯＬ　、　２０　Ｈの間隔を固定にして、反射鏡１４Ｌ
、３４Ｒの位置全固定させることができるので、装置の
構造が簡素化されるという利点がある。さらに、パター
ン２７．２８の間隔Ｌｗ、あるいは開口２０Ｌ、２０Ｈ
の間隔Ｌｒは投影レンズ２１の倍率ｍｆ考慮して一義的
な関係に定める必要がなく、パターン２７，２８叉ｔｒ
ｉ開口２０Ｌ。

２０Ｒの配置が自由に決められるという利点もある。

以上、本発明の第１と第２の実施例によれば、ウェハ２
６上の１つのチップに付随したパターン２７．２８は複
数の微小ＩＩｊ要素（格子要素）を有し、各微小＃！ｉ
’累の延長線、具体的には第５図に示した矩形パターン
２７ａのエツジ２７　ｅ　、２７ｓ’が、測定動作の際
ｔ１は投影中心（光軸ＡＸ、あるいはチップ中心ＣＣ）
に向って伸びている。このため投影レンズ２１のレチク
ル１９＠が非テレセントリックな光学系で、レチクル五
９の開口２０Ｌ。

２０　Ｒｊ−角度特性を持った照明光で斜め照明したと
しても、矩形パターン２７ａの両エツジ２７ｅ。

２７０′からは対称的な強度で反射光（散乱光）が生じ
る。そのためパターン２７．２８の回折光の強度分布を
検出することによって、斜め照明の影響を受けず、測定
結果に偏差を含まないという利点がある。

さて、本発明は上記２つの実施例に限定されるものでは
ない。例えばウェハ２６上の１つのチップに付随した一
対のパターン２７．２８はチップ中心ＣＣ′ｆｒ通る線
上であれば、どこに設けてもよい。ただし、パターン２
７と２８の設計上の間隔は予めわかっていなければなら
ない。さらにパターン２７．２８はＸ方向に伸びた微小
線要素（エツジ２７　ｅ　、　２７ｅ’）　ｔ−Ｙ方向
に複数配列して直格子状としたが、Ｘ方向に対して所定
角度（例えば４５°）傾いた微小線要素２ｙ方向に配列
して斜格子状にしてもよい。また、特開昭５６−３７０
１７号公報に開示されたような２方向回折格子パターン
としてもよい。また、ウェハ２６のパターン２７．２８
の代りに、パターン２７．　、２　ｇと同等のマーク會
クロム層に形成した基準マーク板ヲ２次元移動ステージ
２２に設けてもよい。この場合レチクル１９の開口２０
Ｌ、２０Ｒの投影像２０Ｌ’。

２ＯＲ’？基準マークで走査することになるので、重ね
合せすべきウニ・・上のチップに対して投影されたレチ
クル１９のパターン像との相対的な倍率誤差ｔただちに
補正することはできない。しかしながら露光しようにす
るウェハに多層レジスト等のように露光波長の光に対し
て反射率の小さいレジストが塗布されている場合であっ
ても基準１−りを使ってこのウェハとは無関係に投影レ
ンズの倍率測定ができるので、精度のよい倍率誤差測定
値が得られる。

また本発明の各実施例において倍率誤差の補正は投影レ
ンズ２１内のレンズ素子２１ｂを調整して行なっｔ：が
、投影レンズ２１とレチクル１９０間隔を調整するよう
にレチクル１９、又は投影レンズ２１全体を光軸ＡＸ方
向に移動させてもよい。

さらに投影レンズ２１内の複数のレンズ素子間の璧気間
隔を構成する空間を気ａＦ構造とし、この空間の圧力を
可変することによりて投影倍率を微小量調整することも
できる。

さらに、上記各実施例でレチクル１９の開口２０Ｌ、２
ＯＲ全照明する光は露光光の波長と同一のものとしたが
、フォトレジストを感光させないような波長の光にして
もよい。この場合、投影レンズ２１の色収差のためにレ
チクル１９の開口２０Ｌ、２０Ｒとウェハ２６　（又は
基準マーク板）との共役関係がくずれるので、その共役
全維持するように、レチクル１９（特に開口２ＯＬ、２
０Ｒ）と投影レンズ２１との間の光路中にレンズミラー
又はプリズム等の補正光学系を設ければよい。

（発明の効果）以上本発明によれば、マスクの所定位置に設けられた２
つの開口の＠を投影光学系によってウニ・・や基準マー
ク板等の被投影基板上に投影し、その被投影基板上に予
め形成された回折格子パターンと開口像と金＠対走査し
て回折格子パターンからの高次回折光（正反射光以外の
次数の光）全投影光学系と開口とを介して光電検出する
ようにしたので、開口のエツジで生じた非対称な強度の
反射光（散乱光）全光電検出する必要がなく、照明光に
角度特性があったとしても高精度な倍率誤差検出が可能
であるという効果が得られる。さらに、投影光学系単体
の投影倍率誤差のみならず、マスクのパターン像とウェ
ハ上のパターンとの相対的な倍率誤差も検出できるとい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に好適な縮小投影型露光装置の
概略的な光学配置図、第２図はレチクルの平面図、第３
図はウェハ上のチップの配列の一例を示す図、第４図は
レチクルの開口全照明する光の強度分布を示す図、Ｎ５
図（ａ）は回折格子パターンの具体的な形状を示す断面
図、第５図（ｂ）は回折格子パターンの平面図、Ｎ６図
は第１図に示した露光装置の制御系の回路プロ・ツク図
、第７図は第１の実施例の動作を説明するフローチャー
ト図、第８図は倍率誤差の測定のときの開口像と回折格
子パターンとの配置金示す図、第９図、第１０図は回折
格子パターンからの回折光に応じた光電信号の波形金示
す波形図、第１１図、第１２図は本発明の第２の実施例
による倍率誤差の測定動作を説明する図である。〔主要部分の符号の説明〕１６Ｌ−１６Ｒ・・・・・・空間フィルター、Ｊ８Ｌ・
１８Ｒ・・・・・・検知ｇ、１９・・・・・・レチクル
（マスク）。２０Ｌ・２０Ｒ・・・・・・開口、２１・・・・・・投
影レンズ。２６・・・・・・ウニ、−，２７・２８・・・・・・回
折格子ノくターン出願人　日本光学工業株式会社代理人　渡　辺　隆　男第３図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マスク上の所定点を通る基線上に、該所定点を挾
んで予め定められた設計間隔で形成された２つの開口を
照明して投影光学系によって前記２つの開口の＊１−投
影し、前記基線の方向と所定角度で交わる方向に配列さ
れた複数の格子要素を有する回折格子パターンによって
前記２つの開口像を前記基線方向に順次走査し、該回折
格子パターンから生じる高次回折光を前記投影光学系と
開口を介して光電検出して、その光電信号と走査位置と
に基づいて前記２つの開口像の間隔全計測し、該計測間
隔と前記股引間隔とを比較して前記投影光学系の倍率誤
差全検出することｔ−特徴とする倍率誤差検出方法。
（２）マスク上の所定点全通る基線上に、咳所定点を挾
んで予め定められた設計間隔て形成された２つの開口を
照明して投影光学系によって前記２つの開口の像上投影
し、前記基線の方向に所定間隔で配置されるとともに、
それぞれ前記基線方向と所定角度で交わる方向に複数の
格子要素が配列された２つの回折格子パターンによって
前記２つの開口像を前記基線方向にそれぞれ走査し、該
２つの回折格子パターンの各々から生じる高次回折光を
前記投影光学系と前記２つの開口の各々とを介して光電
検出し、その両党電信号と走査位置とに基づいて前記２
つの開口像の間隔と前記２つの回折格子パターンの間隔
との差を計測し、該計測し次差と設計上の差とを比較し
て前記投影光学系の倍率誤差を検出することを特徴とす
る倍率誤差検出方法。