(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板上の複数の被処理領域のうち複数の代表領域それぞれの代表点の位置ずれ量を計測する計測手段と、
前記位置ずれ量を近似する、位置に関し２次以上の多項式を求めることにより、前記複数の被処理領域それぞれの代表点の位置ずれ量を求める第１の計算手段と、
前記複数の被処理領域それぞれについて、前記多項式の値の変化量に基づいて、当該被処理領域の代表点の位置ずれ量とは異なる当該被処理領域の位置誤差を求める第２の計算手段と
を具備することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記位置ずれ量および前記位置誤差に基づいて、前記複数の被処理領域それぞれと露光パターンとの位置合わせを行う位置合わせ手段を具備することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記第２の計算手段は、前記多項式の値の位置に関する微分値から前記位置誤差を求めることを特徴とする請求項１または２記載の露光装置。
【請求項４】
前記位置誤差が、前記被処理領域の倍率、回転およびスキューの少なくとも１つに関するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の露光装置。
【請求項５】
前記位置合わせ手段は、基板ステージ、原板ステージ、および投影レンズの少なくとも１つを用いて前記位置合わせを行うことを特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の露光装置を用いて基板にパターンを露光する露光工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項７】
被処理基板上の複数の被処理領域のうち複数の代表領域それぞれの代表点の位置ずれ量を計測する計測工程と、
前記位置ずれ量を近似する、位置に関し２次以上の多項式を求めることにより、前記複数の被処理領域それぞれの代表点の位置ずれ量を求める第１の計算工程と、
前記複数の被処理領域それぞれについて、前記多項式の値の変化量に基づいて、当該被処理領域の代表点の位置ずれ量とは異なる当該被処理領域の位置誤差を求める第２の計算工程と
を具備することを特徴とする露光方法。
【請求項８】
前記位置ずれ量および前記位置誤差に基づいて、前記複数の被処理領域それぞれと露光パターンとの位置合わせを行う位置合わせ工程を具備することを特徴とする請求項７記載の露光方法。
【請求項９】
前記第２の計算工程において、前記多項式の値の位置に関する微分値から前記位置誤差を求めることを特徴とする請求項７または８記載の露光方法。
【請求項１０】
前記位置誤差が、前記被処理領域の倍率、回転およびスキューの少なくとも１つに関するものであることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の露光方法。
【請求項１１】
前記位置合わせ工程において、基板ステージ、原板ステージ、および投影レンズの少なくとも１つを用いて前記位置合わせを行うことを特徴とする請求項８記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスや液晶デバイス等の製造に用いられる露光装置および露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路の微細化、高集積化に伴い、高い位置合わせ精度が必要となってきている。半導体露光装置では、１枚の被処理基板上に複数の原板の像を露光する方法として、ステップアンドリピートもしくはステップアンドスキャンと呼ばれる方法が採用されている。この様な場合、位置合わせ方法としては、例えば特公平７−１２０６２１に記載されているグローバル位置合わせ法が用いられている。この方法は被処理基板上の複数のサンプルショット中の計測用マークの位置計測情報から、統計的手法によって、各々のショット位置を算出している。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
ところで、本発明者らの知見によると、最近の精度向上に伴って、ショットの位置誤差だけではなく、ショットごとの倍率や回転やスキューなど誤差成分（以下、ショット内誤差成分という）も全体の位置精度に大きく影響するようになってきている。このショット内誤差成分の要因としては、被処理基板の非線形な変形や、成膜時の誤差等が考えられる。従来はこのショット内誤差成分を補正しないか、もしくは被処理基板内でショット位置によらず、一定のものとして補正していた。本発明は、ショット位置に応じた誤差成分であるショット内誤差成分を求めることができ、かつ従来方法と同等のスループットでアライメント計測が行なえる方式を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段および作用】
上記の目的を達成するため、本発明の露光装置は、被処理基板上の複数の被処理領域のうち複数の代表領域それぞれの代表点の位置ずれ量を計測する計測手段と、前記位置ずれ量を近似する、位置に関し２次以上の多項式を求めることにより、前記複数の被処理領域それぞれの代表点の位置ずれ量を求める第１の計算手段と、前記複数の被処理領域それぞれについて、前記多項式の値の変化量に基づいて、当該被処理領域の代表点の位置ずれ量とは異なる当該被処理領域の位置誤差を求める第２の計算手段とを具備することを特徴とする。
【０００５】
複数の被処理領域（ショット）のうち複数の代表領域（サンプルショット）それぞれの代表点の位置ずれ量を位置に関し２次以上の多項式で近似することにより、異常値除去や平均化効果が期待でき、実質的な補正精度の向上が計れるとともに、当該多項式の値の変化量から前記位置誤差を求めることにより、代表領域の代表点の計測だけで、複数の被処理領域それぞれの被処理領域内誤差成分を補正できるため、スループットを従来方法と同等にできる。
【０００６】
本発明の露光方法は、被処理基板上の複数の被処理領域のうち複数の代表領域それぞれの代表点の位置ずれ量を計測する計測工程と、前記位置ずれ量を近似する、位置に関し２次以上の多項式を求めることにより、前記複数の被処理領域それぞれの代表点の位置ずれ量を求める第１の計算工程と、前記複数の被処理領域それぞれについて、前記多項式の値の変化量に基づいて、当該被処理領域の代表点の位置ずれ量とは異なる当該被処理領域の位置誤差を求める第２の計算工程とを具備することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態では、各ショットのショット内誤差は、各ショット位置における位置ずれ量の変化量に等しいと仮定して各ショットのショット内誤差を推定する。具体的には、Ｘ方向の位置ずれ量のＸ方向に対する変化量（微分値）からＸ方向のショット倍率補正量を、Ｙ方向の位置ずれ量のＹ方向に対する変化量（微分値）からＹ方向のショット倍率補正量を、Ｘ方向の位置ずれ量のＹ方向に対する変化量（微分値）からＸ方向のショット回転量を、Ｙ方向の位置ずれ量のＸ方向に対する変化量（微分値）からＹ方向のショット回転量を算出する。
【００１０】
また、従来の方法では、サンプルショットの計測値（位置ずれ量）から、各ショット位置（ｘ，ｙ）での位置ずれ量（ｄ’ｘ，ｄ’ｙ）を例えば以下に示すｌ次の補正式を用いて近似し、算出していた。
【００１１】
【数１】
0003595707.tif 000002
ここで、ａ００  ，ｂ００は各々ウエハ全体のｘ方向、ｙ方向の平行ずれ、ａ１０  ，ｂ１０は各々ウエハのｘ方向、ｙ方向の伸び、ａ０１  ，ｂ０１は各々ショット配列のｘ軸、ｙ軸の回転ずれを表わす。
【００１２】
これに対し、本実施の形態では、位置ずれ量の変化量を求めるため、サンプルショットの計測値（位置ずれ量）から、各ショット位置（ｘ，ｙ）での位置ずれ量（ｄ’ｘ  ，ｄ’ｙ）を２次以上の補正式（例えば以下に示す３次式）を用いて近似し、算出する。
【００１３】
【数２】
0003595707.tif 000003
ここで、各補正パラメータａｎｍ，ｂｎｍは、ａ００がＸ方向並進成分、ａ１０がＸスケール、ａ０１がＹ軸回転、ａ０２がＹ軸弓なり、ａ３０が３次倍率、ａ１２が３次倍率、ｂ００がＹ方向並進成分、ｂ１０がＸ軸回転、ｂ０１がＹスケール、ｂ２０がＸ軸弓なり、ｂ２１が３次倍率、ｂ０３が３次倍率を表わす。その後、この２次以上（例えば３次）の補正式の変化量（各ショット位置での微分値）からショット内誤差を算出する。
【００１４】
本実施の形態によれば、アライメントを従来方法と同等のスループット、つまり各サンプルショットＸおよびＹ方向各々１回以上の計測で、ショット内誤差成分の補正も可能であり、サンプルショット内の複数点の位置ずれを計測することによるサンプルショット内誤差推定補正方式と同等のアライメント精度が期待できる。
【００１６】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
（第１の実施例）
ステップアンドリピートタイプの半導体製造用露光装置に対し、本発明の第２の局面を適用した場合の実施例の概略図を図１に示す。
図１において、１は投影光学系、２はマーク位置検出手段、３は露光装置の制御を行なう制御手段、４は２次元に移動可能なＸＹステージ、５は原板であるレチクル、６は基板であるウエハ、７はレチクルを微小移動可能なレチクルステージである。図１では、ｘ方向の位置を検出するｘ方向用マーク位置検出手段２のみを示しているが、ｙ方向の位置を検出するために、これと同様な不図示のｙ方向用マーク位置検出手段も搭載しているものとする。図１に示した半導体製造用露光装置は、レチクル５とウエハ６の相対的な位置合わせをした後、不図示の露光照明光源から露光光を照射し、レチクル５上に形成してある電子回路パターンを、投影光学系１を介してＸＹステージ４上に載置したウエハ６に、ステップアンドリピート方式で投影露光する。図３にウエハにおける露光領域と計測ショットの一例を、図４に各計測ショットでの計測マークの一例を示す。
【００１７】
次に、図１の装置における、レチクル５とウエハ６の相対的な位置合わせ、および露光の手順について説明する。図２に、位置合わせおよび露光の手順に、本発明を適用した一例をフローチャートで示す。
【００１８】
最初にステップＡ１では、不図示のウエハ搬送装置により、ウエハ６をＸＹステージ４に載置する。
ステップＡ２において、制御手段３は図３における１番目の計測ショットＳ１に形成してある図４に示す位置合わせ用マークＬｘ  が、マーク位置検出手段２の視野範囲内に位置するよう、ＸＹステージ４を駆動する。
【００１９】
ステップＡ３では、マークＬｘ  の位置を以下の手順で計測する。
最初に、マーク位置検出手段２内にある非露光光を照射する位置合わせ用照明装置から照射し、投影光学系１を介して、位置合わせ用マークＬｘ  （以降ウエハマークと称する）を照明する。図５はウエハマークＬｘ  を示したものであり、同一形状の矩形パターンを複数配置したものである。ウエハマークＬｘ  から反射した光束は、再度投影光学系１を介してマーク位置検出手段２に到達する。ここでマーク位置検出手段２内にある撮像装置上にウエハマークＬｘ  の像Ｎを形成する。
撮像装置においてマークＬｘ  の像を光電変換し、Ａ／Ｄ変換装置６でウエハマーク像Ｎをディジタル信号Ｆ（ｘ）に変換する。次に、予め記憶しておいたテンプレートパターンを用いてパターンマッチングを行ない、マークの中心位置を計測し、制御手段３に出力する。ここで求めたマーク中心位置は、撮像装置の撮像面を基準としたマーク位置であるため、制御手段３は、予め不図示の方法により求められている撮像装置とレチクル５との相対的な位置から、ウエハマークＬｘ  のレチクル５に対するずれ量Ｘ１  を算出する。
以下同様に、計測用マークＬｙ  に対し、位置ずれ量Ｙ１  を計測および算出する。
【００２０】
ここでは、各計測ショットにおいてｘｙ両方向各々ｌ箇所の計測を行なって各計測ショットの位置ずれ量を算出したが、勿論、ｘｙ両方向で複数箇所の計測を行なって各計測ショットの位置ずれ量を算出しても構わない。
【００２１】
以下同様に、ステップＡ４で、予め定めた計測ショット数分の計測を行なうまでステップＡ２とステップＡ３を繰り返し、各々の計測ショットでの計測位置ずれ量Χ２  ．．．Χｎ  、Ｙ２  ．．．Ｙｎ  を算出する。
【００２２】
次に、ステップＡ５において、ステップＡ３で計測した各計測ショットでの計測位置ずれ量から、各ショットのショット内誤差（ショット回転とショット倍率）およびシフト量（位置ずれ量）を以下の手順で算出する。
１．ウエハ全体の倍率補正量、回転量およびシフト量を、ウエハ上の位置に対する高次の近似式を用いて算出する。
２．上記高次の近似式から、各ショットにおける倍率補正量、回転量およびシフト量を算出する。
【００２３】
ステップＡ６では、ステップアンドリピート方式で各ショットを露光する。この際、各ショット毎に、露光に先立ち、ステップＡ５で算出した各ショットのショット内誤差成分およびシフト量を、以下に示す補正手段を組み合わせて補正し、ウエハ６のレチクル５に対する相対的な位置合わせを行なう。
【００２４】
以下に、ステップアンドリピートタイプの露光装置における、ショット内誤差成分およびシフト量の補正手段の一例を示す。
１．ＸＹステージ４を駆動することにより、各ショットのシフト量を補正する。
２．投影レンズ１内の不図示の浮上レンズを上下方向に駆動する投影倍率補正手段により、各ショットのショット倍率を補正する。この駆動手段は、例えば特許第２５１６１９４号に記載されている方法を応用することで、実現できる。
３．ＸＹステージ４とレチクルステージ７とを相対的に回転する相対回転補正手段により、各ショットのショット回転を補正する。
４．投影レンズ１内の不図示のアルバレスレンズを駆動するディストーション補正手段により、各ショットのショット回転を補正する。このアルバレスレンズを駆動してディストーションを補正する方法は、特願平１０−２４２０４８号に詳述されている。
【００２５】
ステップＡ７では、不図示のウエハ搬送装置により、ウエハ６をＸＹステージ４から排出する。
さらにＡ１からＡ７のステップを、ステップＡ８で最終ウエハと判断するまで続ける。
以上、本発明を位置合わせおよび露光の手順に適用した一例について説明した。
【００２６】
次に、各計測ショットの計測値から、各ショットのショット内誤差（ショット回転とショット倍率補正量）およびシフト量（位置ずれ量）を算出する方法について述べる。本実施例では、ウエハ全体の倍率補正量、回転量およびシフト量をウエハ上の位置に対して高次の近似式を用いて算出し、各ショットにおける倍率補正量、回転量およびシフト量を近似的に求める。
【００２７】
最初に、各計測ショットの計測値から、ウエハ全体の倍率補正量、回転量およびシフト量である、Ｘ軸方向シフト量ａ００  、Ｘ軸方向１次倍率補正量ａ１０  、Ｙ軸回転ａ０１  、Ｙ軸弓なり成分ａ０２  、３次倍率ａ３０  ，ａ１２  、ｐＹ方向シフト量ｂ００  、Ｘ軸方向回転ｂ１０  、Ｙ軸方向１次倍率補正量ｂ０１  、Ｘ軸弓なりｂ２０  、３次倍率ｂ２１  ，ｂ０３を求める方法について述べる。ここで、ウエハ中心を原点とした場合の各ショット中心位置（ｘ，ｙ）における、ｘ方向とｙ方向のシフト量（位置ずれ量）をＸ，Ｙとすると、以下の式が成り立つと考える。
【００２８】
【数３】
0003595707.tif 000004
この式の係数ａ００  ，ａ１０  ，ａ０１  ，ａ０２  ，ａ３０  ，ａ１２およびｂ００  ，ｂ１０  ，ｂ０１  ，ｂ２０  ，ｂ２１  ，ｂ０３は、６点以上の計測ショットの計測値があれば求めることができる。具体的には、１個の計測ショットの設計中心位置（ｘｉ  ，ｙｉ  ）とずれ量である計測値（Χｉ  ，Ｙｉ  ）を用いて、最小自乗近似法により以下の正規方程式を解くことによって各係数の値を求めることができる。正規方程式の解法としては、公知のＬＵ分解を用いた方法や掃き出し法などが一般的である。
【００２９】
【数４】
0003595707.tif 000005
0003595707.tif 000006
【００３０】
次に、ウエハ全体の倍率補正量、回転量およびシフト量から、各ショットのショット内誤差（ショット回転とショット倍率補正量）およびシフト量を算出する。本実施例では、各ショットのショット内誤差は、各ショット位置における位置ずれ量の変化量に等しいと仮定し、各ショットのショット内誤差を推定する。具体的には、以下の式に示すように、Ｘ方向の位置ずれ量のＸ方向に対する変化量（微分値）からＸ方向のショット倍率補正量Ｍｘ  （ｘ，ｙ）を、Ｙ方向の位置ずれ量のＹ方向に対する変化量（微分値）からＹ方向のショット倍率補正量Ｍｙ  （ｘ，ｙ）を、Ｘ方向の位置ずれ量のＹ方向に対する変化量（微分値）からＸ方向のショット回転量θｘ  （ｘ，ｙ）を、Ｙ方向の位置ずれ量のＸ方向に対する変化量（微分値）からＹ方向のショット回転量θｙ  （ｘ，ｙ）を算出する。
【００３１】
【数５】
0003595707.tif 000007
【００３２】
以上、各計測ショット中心位置の計測値から、ショット内誤差（ショット回転とショット倍率補正量）とシフト量を算出する方法について述べた。
これまで述べてきたように、各計測ショット中心位置の計測値からショット内誤差（ショット回転θｘ  ，θｙ  とショット倍率補正量Ｍｘ  ，Ｍｙ  ）とシフト量Ｘ，Ｙを算出し、露光時の重ね合わせ誤差を補正することにより、高精度な位置合わせが期待できる。また、この補正は各計測ショットの中心位置の計測だけで実現できるため、スループットへの影響も少ない。
【００３３】
（第２の実施例）
ステップアンドスキャンタイプの半導体製造用露光装置に対し、本発明の第２の局面を適用した場合の実施例の概略図を図６に示す。
【００３４】
図６において、１は投影光学系、２はマーク位置検出手段、３は露光装置の制御を行なう制御手段、４は２次元に移動可能なＸＹステージ、５は原板であるレチクル、６は基板であるウエハである。８はレチクルをスキャン移動可能なレチクルスキャンステージである。ここで、図６では、ｘ方向の位置を検出するマーク位置検出手段のみを図示したが、これと同様な不図示のｙ方向位置検出用のマーク位置検出手段を搭載しており、ｙ方向の位置を検出する。図６に示した半導体製造用露光装置は、レチクル５とウエハ６の相対的な位置合わせをした後、不図示の露光照明光源から露光光を照射し、レチクル５上に形成してある電子回路パターンを、投影光学系１を介してＸＹステージ４上に載置したウエハ６に、ステップアンドスキャン方式で投影露光する。図３にウエハにおける露光領域と計測ショットの一例を、図４に各計測ショットでの計測マークの一例を示す。
【００３５】
次に、図６の装置における、レチクル５とウエハ６の相対的な位置合わせ、および露光の手順について説明する。図７は、位置合わせおよび露光の手順に、本発明を適用した一例をフローチャートで示す。
【００３６】
最初にステップＢ１では、不図示のウエハ搬送装置により、ウエハ６をＸＹステージ４に載置する。
ステップＢ２において、制御手段３は図３における１番目の計測ショットＳ１に形成してある、図４に示す位置合わせ用マークＬＸ  が、マーク位置検出手段２の視野範囲内に位置するよう、ＸＹステージ４を駆動する。
【００３７】
ステップＢ３では、マークＬＸ  の位置を以下の手順で計測する。
最初に、マーク位置検出手段２内にある非露光光を照射する位置合わせ用照明装置から照射し、投影光学系１を介して、位置合わせ用マークＬＸ  （以降ウエハマークと称する）を照明する。図５はウエハマークＬＸ  を示したものであり、同一形状の矩形パターンを複数配置したものである。ウエハマークＬＸ  から反射した光束は、再度投影光学系を介してマーク位置検出手段に到達する。ここでマーク位置検出手段内にある撮像装置上にウエハマークＬＸ  の像を形成する。
【００３８】
撮像装置においてマークＬＸ１の像を光電変換し、Ａ／Ｄ変換装置６にてウエハマーク像をディジタル信号Ｆ（ｘ）に変換する。次に、予め記憶しておいたテンプレートパターンを用いてパターンマッチングを行ない、マークの中心位置を計測し、制御手段３に出力する。ここで求めたマーク中心位置は、撮像装置の撮像面を基準としたマーク位置であるため、制御手段３は、予め不図示の方法により求めた撮像装置とレチクル５との相対的な位置から、ウエハマークＬＸ  のレチクル５に対するずれ量Ｘ１  を算出する。
【００３９】
以下同様に、計測用マークＬｙ  に対し、位置ずれ量Ｙ１  を計測および算出する。
ここでは、各計測ショットにおいてｘｙ両方向各々１箇所の計測を行なって各計測ショットの位置ずれ量を算出したが、勿論、ｘｙ両方向で複数箇所の計測を行なって各計測ショットの位置ずれ量を算出しても構わない。
【００４０】
以下同様に、ステップＢ４で、予め定めた計測ショット数分の計測を行なうまでステップＢ２とステップＢ３を繰り返し、各々の計測ショットでの計測位置ずれ量Χ２  ・・・Χｎ  、Ｙ２  ・・・Ｙｎ  を算出する。
【００４１】
次に、ステップＢ５において、ステップＢ３で計測した各計測ショットでの計測位置ずれ量から、各ショットのショット内誤差（ショット回転とショット倍率）およびシフト量（位置ずれ量）を以下の手順で算出する。
１．ウエハ全体の倍率補正量、回転量およびシフト量を、ウエハ上の位置に対する高次の近似式を用いて算出する。
２．高次の近似式から、各ショットにおける倍率補正量、回転量およびシフト量を算出する。
【００４２】
ステップＢ６では、ステップアンドスキャン方式で各ショットを露光する。すなわち、レチクルスキャンステージ８とＸＹステージ４を同期させながらスキャンして露光する。この時、露光に先立ちおよび露光中に、各ショット毎に、ステップＢ６で算出した各ショットのショット内誤差成分およびシフト量を、以下に示す補正手段を組み合わせて補正し、ウエハＷのレチクルＲに対する相対的な位置合わせを行なう。
【００４３】
以下に、ステップアンドスキャンタイプの露光装置における、ショット内誤差成分およびシフト量の補正手段の一例を示す。
１．ＸＹステージ４を駆動することにより、各ショットのシフト量を補正する。
２．投影レンズ１内の不図示の浮上レンズを上下方向に駆動する投影倍率補正手段により、各ショットのショット倍率を補正する。この駆動手段は、例えば特許第２５１６１９４号に記載されている方法を応用することで、実現できる。
３．ＸＹステージ４とレチクルステージ７とを相対的に回転する相対回転補正手段により、各ショットのショット回転を補正する。
【００４４】
４．投影レンズ１内の不図示のアルバレスレンズを駆動するディストーション補正手段により、各ショットのショット回転を補正する。このアルバレスレンズを駆動してディストーションを補正する方法は、本出願人による特願平１０−２４２０４８号に詳述されている。
５．レチクルスキャンステージ８とＸＹステージ４のスキャン方向を相対的に調整するスキュー補正手段により、各ショットのショット回転を補正する。
６．ＸＹステージ４のスキャン速度を調整するディストーション補正手段により、各ショットのスキャン方向のショット倍率を補正する。
【００４５】
ステップＢ７では、不図示のウエハ搬送装置により、ウエハ６をＸＹステージ４から排出する。
さらにＢ１からＢ７のステップを、ステップＢ８で最終ウエハと判断するまで続ける。
【００４６】
各計測ショットの計測値から、各ショットのショット内誤差（ショット回転とショット倍率補正量）およびシフト量（位置ずれ量）を算出する方法については、実施例１と同じなので、ここでは説明を省略する。
【００４７】
これまで述べてきたように、各計測ショット中心位置の計測値からショット内誤差（ショット回転とショット倍率補正量）とシフト量を算出し、露光時の重ね合わせ誤差を補正することにより、高精度な位置合わせが期待できる。また、各計測ショットの中心位置の計測値だけで実現できるため、スループットへの影響も少ない。
【００４８】
（第３の実施例）
本実施例は、ステップアンドリピートタイプの半導体製造用露光装置に対し、本発明の第１の局面を適用した場合のものである。本実施例は、第１の実施例に対し、装置構成（図１）およびマクロな動作（図２）は共通であるが、各計測ショットに設けられる計測マークの配置、ならびに図２におけるステップＡ３のマーク位置計測動作およびステップＡ５の補正量算出動作が異なる。図８に本実施例で用いるウエハ上の各計測ショットでの計測マークの一例を示す。
【００４９】
次に、図１、２、３、５および８を用いて本実施例の装置（図１）における、レチクル５とウエハ６の相対的な位置合わせ、および露光の手順について説明する。
【００５０】
図２のフローチャートを参照して、最初にステップＡ１では、不図示のウエハ搬送装置により、ウエハ６をＸＹステージ４に載置する。
ステップＡ２において、制御手段３は図３における１番目の計測ショットＳ１に形成してある図８に示す位置合わせ用マークＬｘ１が、マーク位置検出手段２の視野範囲内に位置するよう、ＸＹステージ４を駆動する。
【００５１】
ステップＡ３では、マークＬｘ１の位置を以下の手順で計測する。
最初に、マーク位置検出手段２内にある非露光光を照射する位置合わせ用照明装置から照射し、投影光学系１を介して、位置合わせ用マークＬｘ１（以降ウエハマークと称する）を照明する。図５はウエハマークＬｘ１を示したものであり、同一形状の矩形パターンを複数配置したものである。ウエハマークＬｘ１から反射した光束は、再度投影光学系１を介してマーク位置検出手段２に到達する。ここでマーク位置検出手段２内にある撮像装置上にウエハマークＬｘ１の像Ｎを形成する。
撮像装置においてマークＬｘ１の像を光電変換し、Ａ／Ｄ変換装置６でウエハマーク像Ｎをディジタル信号Ｆ（ｘ）に変換する。次に、予め記憶しておいたテンプレートパターンを用いてパターンマッチングを行ない、マークの中心位置を計測し、制御手段３に出力する。ここで求めたマーク中心位置は、撮像装置の撮像面を基準としたマーク位置であるため、制御手段３は、予め不図示の方法により求められている撮像装置とレチクル５との相対的な位置から、ウエハマークＬｘ１のレチクル５に対するずれ量Ｘ１１を算出する。
【００５２】
以上で１番目の計測ショットのＸ方向第１の計測を終了する。以下同様に、計測ショットの計測用マークＬｘ２・・・Ｌｎｘ  、Ｌｙ１・・・Ｌｙｍに対し、位置ずれ量Χ１１・・・Χ１ｎ  、Ｙ１１・・・Ｙ１ｎを計測する。
以下同様に、ステップＡ４で、予め定めた計測ショット数分の計測を行なうまでステップＡ２とステップＡ３を繰り返し、各々の計測ショットでの計測位置ずれ量を記憶する。
【００５３】
次に、ステップＡ５において、ステップＡ３で計測した各計測ショットでの計測位置ずれ量から、各ショットのショット内誤差（ショット回転とショット倍率）およびシフト量（位置ずれ量）を以下の手順で算出する。
１．各計測ショットのショット内誤差およびシフト量を後述する統計計算によって算出する。
２．各計測ショットのショット内誤差およびシフト量から、各ショットのショット内誤差成分およびシフト量を後述する統計計算によって算出する。
【００５４】
ステップＡ６では、ステップアンドリピート方式で各ショットを露光する。この際、各ショット毎に、露光に先立ち、ステップＡ５で算出した各ショットのショット内誤差成分およびシフト量を、以下に示す補正手段を組み合わせて補正し、ウエハ６のレチクル５に対する相対的な位置合わせを行なう。
【００５５】
以下に、ステップアンドリピートタイプの露光装置における、ショット内誤差成分およびシフト量の補正手段の一例を示す。
１．ＸＹステージ４を駆動することにより、各ショットのシフト量を補正する。
２．投影レンズ１内の不図示の浮上レンズを上下方向に駆動する投影倍率補正手段により、各ショットのショット倍率を補正する。この駆動手段は、例えば特許２５１６１９４号に記載されている方法を応用することで、実現できる。
３．ＸＹステージ４とレチクルステージ７とを相対的に回転する相対回転補正手段により、各ショットのショット回転を補正する。
４．投影レンズ１内の不図示のアルバレスレンズを駆動するディストーション補正手段により、各ショットのショット回転を補正する。このアルバレスレンズを駆動してディストーションを補正する方法は、特願平１０−２４２０４８号に詳述されている。
【００５６】
ステップＡ７では、不図示のウエハ搬送装置により、ウエハ６をＸＹステージ４から排出する。
さらにＡ１からＡ７のステップを、ステップＡ８で最終ウエハと判断するまで続ける。
以上、本発明を位置合わせおよび露光の手順に適用した一例について説明した。
【００５７】
次に、各計測ショットの計測値から、各ショットのショット内誤差（ショット回転とショット倍率補正量）およびシフト量（位置ずれ量）を算出する方法について述べる。本実施例では、各計測ショットのショット内誤差およびシフト量を算出した後、各ショットのショット内誤差およびシフト量を算出する。
【００５８】
最初に、各計測ショットのショット内誤差（ショット回転とショット倍率補正量）およびシフト量（位置ずれ量）を算出する方法について述べる。
ｐ番目の計測ショットのショット内誤差である、ｘ方向のショット倍率補正量Ｍｘｐ（１倍からの差分値）、ｙ方向のショット倍率補正量Ｍｙｐ（１倍からの差分値）、ｘ方向のショット回転θｘｐ（時計回りが正）、ｙ方向のショット回転θｙｐ（反時計回りが正）とショットのｘ方向のシフト量Ｓｘｐ  、ショットのｙ方向のシフト量Ｓｙｐは、各マークのマーク中心を原点とした設計位置αｐ１・・・αｐｎ  、βｐ１・・・βｐｍと、各マーク計測値（位置ずれ量）Ｘｐ１・・・Ｘｐｎ  、Ｙｐ１・・・Ｙｐｍにより、以下の式で関係付けられる。
【００５９】
【数６】
0003595707.tif 000008
【００６０】
上記関係式は、ｘ方向、ｙ方向各々３点以上の計測値があれば、ショット内誤差およびシフト量を求めることができる。ｘ方向、ｙ方向各々３点の場合は、上記関係式を解いた以下の式でショット内誤差およびシフト量を求めることができる。
【００６１】
【数７】
0003595707.tif 000009
但し、Ａ１  ・・・Ａ８  は以下の通りである。
【００６２】
【数８】
0003595707.tif 000010
また、ｘ方向、ｙ方向の計測点が各々３点以上の場合は、最小自乗近似法を用いて、以下の式でショット内誤差およびシフト量を求めることができる。
【００６３】
【数９】
0003595707.tif 000011
となる。但し、
【００６４】
【数１０】
0003595707.tif 000012
である。言うまでもなく、当然計測点が多いほど、計測時間はかかるが、異常値除去や平均化効果が期待できる。
【００６５】
次に、各計測ショットのショット内誤差（ショット回転とショット倍率補正量）とシフト量から、各ショットのショット内誤差成分およびシフト量を統計によって算出する方法について述べる。ここでは、ウエハ内の各ショットのショット内誤差およびシフト量は線形に変化すると仮定して各ショットのショット内誤差成分を算出する。つまり、ウエハ中心を原点とした時のショット中心設計位置が（ｘ，ｙ）であるショットのショット内誤差成分とシフト量には、以下の関係式が成り立つと仮定する。
【００６６】
【数１１】
0003595707.tif 000013
【００６７】
ここで、ａ００、ａ１０、ａ０１、ｂ００、ｂ１０、ｂ０１、ｃ００、ｃ１０、ｃ０１、ｄ００、ｄ１０、ｄ０１、ｅ００、ｅ１０、ｅ０１、ｆ００、ｆ１０、ｆ０１はウエハでのショット内誤差成分およびシフト量の変化を示す係数である。上記関係式は、各々３点以上の計測ショットがあれば、各係数を求めることができる。計測ショットが３点の場合は、上記関係式を解いた、以下の式で各係数を求めることができる。
【００６８】
【数１２】
0003595707.tif 000014
【００６９】
但し、Ｃ０１・・・Ｃ２０は、ｐ番目の計測ショットにおける、ウエハ中心を原点としたショット中心設計位置のｘ座標をｘｐ  （＝ｘ１  ・・・ｘ３  ）、ｙ座標をｙｐ  （＝ｙ１  ・・・ｙ３  ）として、以下の通りである。
【００７０】
【数１３】
0003595707.tif 000015
また、計測ショットが３点以上の場合には、最小自乗近似法を用い、以下の式で、各係数を求めることができる。
【００７１】
【数１４】
0003595707.tif 000016
【００７２】
【数１５】
0003595707.tif 000017
となる。但し、
【００７３】
【数１６】
0003595707.tif 000018
【００７４】
【数１７】
0003595707.tif 000019
【００７５】
ここで、求めた各係数と関係式により、各ショットでのショット内誤差成分およびシフト量を算出することができる。繰り返しになるが、計測点が多いほど、異常値除去や平均化効果が期待できる。
以上、計測ショット内の複数点で位置誤差を計測し、この計測値を基に、各ショットの位置誤差（ショット内誤差およびシフト量）を推定し、露光時の重ね合わせ誤差を補正する実施例について述べた。本装置および方法により高精度な位置合わせが期待できる。
本実施例では、全ての計測ショットの計測が終了後、各計測ショットのショット内誤差およびシフト量を算出する例について述べたが、計測ショットの計測中にも、計測が終了したショットからショット内誤差およびシフト量を並行して算出しても構わない。
【００７６】
（第４の実施例）
本実施例は、ステップアンドスキャンタイプの半導体製造用露光装置に対し、本発明の第１の局面を適用した場合のものである。本実施例は、第２の実施例に対し、装置構成（図６）およびマクロな動作（図７）は共通であるが、各計測ショットに設けられる計測マークの配置、ならびに図７におけるステップＢ３のマーク位置計測およびステップＢ５の補正量算出の方法が異なる。
図８に各計測ショットでの計測マークの一例を示す。
【００７７】
次に、本実施例の装置（図６）におけるレチクル５とウエハ６の相対的な位置合わせおよび露光の手順について図６、７、３、５および８を用いて説明する。図７のフローチャートを参照して、最初にステップＢ１では、不図示のウエハ搬送装置により、ウエハ６をＸＹステージ４に載置する。
ステップＢ２において、制御手段３は図３における１番目の計測ショットＳ１に形成してある、図８に示す位置合わせ用マークＬＸ１が、マーク位置検出手段２の視野範囲内に位置するよう、ＸＹステージ４を駆動する。
【００７８】
ステップＢ３では、マークＬｘ１の位置を以下の手順で計測する。
最初に、マーク位置検出手段２内にある非露光光を照射する位置合わせ用照明装置から照射し、投影光学系１を介して、位置合わせ用マークＬｘ１（以降ウエハマークと称する）を照明する。図５はウエハマークＬｘ１を示したものであり、同一形状の矩形パターンを複数配置したものである。ウエハマークＬｘ１から反射した光束は、再度投影光学系を介してマーク位置検出手段に到達する。ここでマーク位置検出手段内にある撮像装置上にウエハマークＬｘ１の像を形成する。
【００７９】
撮像装置においてマークＬＸ１の像を光電変換し、Ａ／Ｄ変換装置６にてウエハマーク像をディジタル信号Ｆ（ｘ）に変換する。次に、予め記憶しておいたテンプレートパターンを用いてパターンマッチングを行ない、マークの中心位置を計測し、制御手段３に出力する。ここで求めたマーク中心位置は、撮像装置の撮像面を基準としたマーク位置であるため、制御手段３は、予め不図示の方法により求めた撮像装置とレチクル５との相対的な位置から、ウエハマークＬｘ１のレチクル５に対するずれ量Ｘ１１を算出する。
【００８０】
以上で１番目の計測ショットのＸ方向第１の計測を終了する。以下同様に、計測ショットの計測用マークＬｘ２・・・Ｌｘｎ、Ｌｙ１・・・Ｌｙｍに対し、位置ずれ量Χ１１・・・Χ１ｎ、Ｙ１１・・・Ｙ１ｍを計測する。
【００８１】
以下同様に、ステップＢ４で、予め定めた計測ショット数分の計測を行なうまでステップＢ２とステップＢ３を繰り返し、各々の計測ショットでの計測位置ずれ量を記憶する。
【００８２】
次に、ステップＢ５において、ステップＢ３で計測した各計測ショットでの計測位置ずれ量から、各ショットのショット内誤差（ショット回転とショット倍率）およびシフト量（位置ずれ量）を以下の手順で算出する。
１．各計測ショットのショット内誤差およびシフト量を実施例１で述べた統計計算によって算出する。
２．各計測ショットのショット内誤差およびシフト量から、各ショットのショット内誤差成分およびシフト量を実施例１で述べた統計計算によって算出する。
【００８３】
ステップＢ６では、ステップアンドスキャン方式で各ショットを露光する。すなわち、レチクルスキャンステージ８とＸＹステージ４を同期させながらスキャンして露光する。この時、露光に先立ちおよび露光中に、各ショット毎に、ステップＢ６で算出した各ショットのショット内誤差成分およびシフト量を、以下に示す補正手段を組み合わせて補正し、ウエハＷのレチクルＲに対する相対的な位置合わせを行なう。
【００８４】
以下に、ステップアンドスキャンタイプの露光装置における、ショット内誤差成分およびシフト量の補正手段の一例を示す。
１．ＸＹステージ４を駆動することにより、各ショットのシフト量を補正する。
２．投影レンズ１内の不図示の浮上レンズを上下方向に駆動する投影倍率補正手段により、各ショットのショット倍率を補正する。この駆動手段は、例えば特許第２５１６１９４号に記載されている方法を応用することで、実現できる。
３．ＸＹステージ４とレチクルステージ７とを相対的に回転する相対回転補正手段により、各ショットのショット回転を補正する。
【００８５】
４．投影レンズ１内の不図示のアルバレスレンズを駆動するディストーション補正手段により、各ショットのショット回転を補正する。このアルバレスレンズを駆動してディストーションを補正する方法は、本出願人による特願平１０−２４２０４８号に詳述されている。
５．レチクルスキャンステージ８とＸＹステージ４のスキャン方向を相対的に調整するスキュー補正手段により、各ショットのショット回転を補正する。
６．ＸＹステージ４のスキャン速度を調整するディストーション補正手段により、各ショットのスキャン方向のショット倍率を補正する。
【００８６】
ステップＢ７では、不図示のウエハ搬送装置により、ウエハ６をＸＹステージ４から排出する。
さらにＢ１からＢ７のステップを、ステップＢ８で最終ウエハと判断するまで続ける。
【００８７】
各計測ショットの計測値から、各ショットのショット内誤差（ショット回転とショット倍率補正量）およびシフト量（位置ずれ量）を算出する方法については、実施例１と同じなので、ここでは説明を省略する。
【００８８】
以上、計測ショット内の複数点で位置誤差を計測し、この計測値を基に、各ショットの位置誤差（ショット内誤差およびシフト量）を推定し、露光時の重ね合わせ誤差を補正する実施例について述べた。本装置および方法により高精度な位置合わせが期待できる。
【００８９】
本実施例では、全ての計測ショットの計測が終了後、各計測ショットのショット内誤差およびシフト量を算出する例について述べたが、計測ショットの計測中にも、計測が終了したショットからショット内誤差およびシフト量を並列に算出しても構わない。
【００９０】
（デバイス生産方法の実施例）
次に上記説明した露光装置または露光方法を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
図９は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００９１】
図１０は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した方式でアライメントおよび露光を行なう半導体露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００９２】
本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造することができる。
【００９３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ショット位置に応じた誤差成分であるショット内誤差成分を求めることができ、かつ従来方法と同等のスループットでアライメント計測が行える方式を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るステップアンドリピートタイプの半導体露光装置の構成を示す図である。
【図２】図１の装置における位置合わせおよび露光手順を示すフローチャートである。
【図３】ウエハにおける露光領域と計測ショットの一例を示す図である。
【図４】計測ショットでの計測マークの一例を示す図である。
【図５】計測マークの例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係るステップアンドスキャンタイプの半導体露光装置の構成を示す図である。
【図７】図６の装置における位置合わせおよび露光手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３および第４の実施例に係る計測マーク例を示す図である。
【図９】微小デバイスの製造の流れを示す図である。
【図１０】図９におけるウエハプロセスの詳細な流れを示す図である。
【符号の説明】
１：投影光学系、２：マーク位置検出手段、３：制御手段、４：ＸＹステージ、５：レチクル、６：ウエハ、７：レチクルステージ、８：レチクルスキャンステージ。
【図１】
0003595707.tif 000020
【図２】
0003595707.tif 000021
【図３】
0003595707.tif 000022
【図４】
0003595707.tif 000023
【図５】
0003595707.tif 000024
【図６】
0003595707.tif 000025
【図７】
0003595707.tif 000026
【図８】
0003595707.tif 000027
【図９】
0003595707.tif 000028
【図１０】
0003595707.tif 000029