(57)【要約】【課題】サブフィールド（分割パターン領域）どうしの重なり領域が小さくても、精度良く繋ぎ合わせ状態を測定できる繋ぎ合わせ測定装置および分割露光用マスクを提供する。【解決手段】分割露光によって基板１１の異なる位置に転写された複数の分割パターン領域のうち、細長い重なり領域を介して隣接する分割パターン領域どうしの繋ぎ合わせ状態を測定する装置１０において、重なり領域に形成された２つのライン・アンド・スペースマークを照明する手段１３〜１８と、２つのライン・アンド・スペースマークの位相ずれ量に応じて基板１１から発生する光Ｌ１を検出し、該光の強度の分布状態に基づいて隣接する分割パターン領域どうしの繋ぎ合わせずれ量を算出する算出手段１８〜２２とを備える。【選択図】      図１
2004163160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い重なり領域を介して隣接して基板に転写された第１の分割パターン領域と第２の分割パターン領域との前記重なり領域に形成され、かつ、前記第１の分割パターン領域が転写されて形成された、前記重なり領域の長手方向に垂直な複数の第１ラインマークが前記長手方向に沿って一定のピッチで配列された第１マーク群と、前記第２の分割パターン領域が転写されて形成された、前記長手方向に垂直な複数の第２ラインマークが前記長手方向に沿って一定のピッチで配列された第２マーク群とを有するマーク群に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせ状態を測定する繋ぎ合わせ測定装置であって、
前記マーク群を照明する照明手段と、
前記マーク群から発生する光を検出し、前記第１マーク群と前記第２マーク群との前記長手方向の位相ずれ量に応じて変化する前記光の強度分布状態に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせずれ量を算出する算出手段とを備えた
ことを特徴とする繋ぎ合わせ測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の繋ぎ合わせ測定装置において、
前記照明手段は、前記重なり領域の前記長手方向と前記基板の法線方向とを含む面に平行でかつ前記法線方向に対して斜めの方向から狭波長帯域の光を照射することにより、前記マーク群を照明し、
前記算出手段は、前記位相ずれ量に応じて前記マーク群から発生する回折光を検出し、該回折光の強度の角度分布状態に基づいて前記繋ぎ合わせずれ量を算出する
ことを特徴とする繋ぎ合わせ測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の繋ぎ合わせ測定装置において、
前記照明手段は、広波長帯域の光を照射することにより、前記マーク群を照明し、
前記算出手段は、前記位相ずれ量に応じて前記マーク群から発生する回折光を検出し、該回折光の強度の波長分布状態に基づいて前記繋ぎ合わせずれ量を算出する
ことを特徴とする繋ぎ合わせ測定装置。
【請求項４】
分割露光によって基板の異なる位置に転写される複数の分割パターン領域が２次元配列された分割露光用マスクであって、
前記分割パターン領域は、所定方向に細長い形状を有すると共に該所定方向に垂直な方向に対向配置された２つの外縁領域を含み、
前記２つの外縁領域のうち一方には、前記所定方向に垂直な複数の第１ラインマークが該所定方向に沿って一定のピッチで配列された繋ぎ合わせ測定用の第１マーク群が設けられ、
前記２つの外縁領域のうち他方には、前記所定方向に垂直な複数の第２ラインマークが該所定方向に沿って前記ピッチで配列された繋ぎ合わせ測定用の第２マーク群が設けられ、
前記第１マーク群と前記第２マーク群とは、予め定められた位相ずれ量を有している
ことを特徴とする分割露光用マスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子の製造工程において、分割露光によって基板の異なる位置に転写された複数の分割パターン領域どうしの繋ぎ合わせ状態を測定する繋ぎ合わせ測定装置、および分割露光用マスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子などの高集積化に伴うパターンの微細化に対応するため、電子ビーム（ＥＢ）縮小露光や、ＥＢ近接露光、極紫外（ＥＵＶ）露光など、様々な露光方式が提案されている。
さらに、これらの露光方式では、１つの大きなパターン領域（例えば半導体素子の１チップ）を複数の小さなパターン領域（以下「サブフィールド」という）に分割して、これらを繋ぎ合わせながら露光する技術も提案されている（例えば特許文献１参照）。この分割露光によれば、マスク自体に歪みが存在している場合でも、マスクのパターンを精度良く基板に転写することができる。
【０００３】
ただし、分割露光によってマスクのパターンを基板に転写した場合は、分割露光後に、基板上で隣接するサブフィールドどうしの繋ぎ合わせ状態を測定し、その繋ぎ合わせ状態が正しいか否かを判定することが必要になる。
このため従来では、隣接するサブフィールドどうしの重なり領域に周知の２重マーク（正方形状（図８参照）やフレーム状など）を形成し、２重マークの中心位置のずれ量に基づいてサブフィールドどうしの繋ぎ合わせ状態を測定していた。ちなみに、２重マークの外側は一方のサブフィールドと共に形成され、内側は他方のサブフィールドと共に形成される。図８（ａ），（ｂ）は、正方形状の２重マークの平面図，断面図である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１２４１１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、隣接するサブフィールドどうしの重なり領域は非常に小さく、その重なり領域に形成される２重マークも非常に小さなものとなってしまうため（例えば５μｍ角）、サブフィールドどうしの繋ぎ合わせ状態を精度良く測定することはできなかった。
【０００６】
なお、繋ぎ合わせ測定の精度を優先して２重マークを大きくすることは、サブフィールドどうしの重なり領域を大きく確保することに相当し、サブフィールド内の重なり領域以外（本来のパターンの転写領域）が小さくなるため、好ましくない。
本発明の目的は、サブフィールド（分割パターン領域）どうしの重なり領域が小さくても、精度良く繋ぎ合わせ状態を測定できる繋ぎ合わせ測定装置、および分割露光用マスクを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、細長い重なり領域を介して隣接して基板に転写された第１の分割パターン領域と第２の分割パターン領域との前記重なり領域に形成され、かつ、前記第１の分割パターン領域が転写されて形成された、前記重なり領域の長手方向に垂直な複数の第１ラインマークが前記長手方向に沿って一定のピッチで配列された第１マーク群と、前記第２の分割パターン領域が転写されて形成された、前記長手方向に垂直な複数の第２ラインマークが前記長手方向に沿って一定のピッチで配列された第２マーク群とを有するマーク群に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせ状態を測定する繋ぎ合わせ測定装置であって、前記マーク群を照明する照明手段と、前記マーク群から発生する光を検出し、前記第１マーク群と前記第２マーク群との前記長手方向の位相ずれ量に応じて変化する前記光の強度分布状態に基づいて、前記第１の分割パターン領域と前記第２の分割パターン領域との繋ぎ合わせずれ量を算出する算出手段とを備えたものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の繋ぎ合わせ測定装置において、前記照明手段は、前記重なり領域の前記長手方向と前記基板の法線方向とを含む面に平行でかつ前記法線方向に対して斜めの方向から狭波長帯域の光を照射することにより、前記マーク群を照明し、前記算出手段は、前記位相ずれ量に応じて前記マーク群から発生する回折光を検出し、該回折光の強度の角度分布状態に基づいて前記繋ぎ合わせずれ量を算出するものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の繋ぎ合わせ測定装置において、前記照明手段は、広波長帯域の光を照射することにより、前記マーク群を照明し、前記算出手段は、前記位相ずれ量に応じて前記マーク群から発生する回折光を検出し、該回折光の強度の波長分布状態に基づいて前記繋ぎ合わせずれ量を算出するものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、分割露光によって基板の異なる位置に転写される複数の分割パターン領域が２次元配列された分割露光用マスクであって、前記分割パターン領域は、所定方向に細長い形状を有すると共に該所定方向に垂直な方向に対向配置された２つの外縁領域を含み、前記２つの外縁領域のうち一方には、前記所定方向に垂直な複数の第１ラインマークが該所定方向に沿って一定のピッチで配列された繋ぎ合わせ測定用の第１マーク群が設けられ、前記２つの外縁領域のうち他方には、前記所定方向に垂直な複数の第２ラインマークが該所定方向に沿って前記ピッチで配列された繋ぎ合わせ測定用の第２マーク群が設けられ、前記第１マーク群と前記第２マーク群とは、予め定められた位相ずれ量を有しているものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態は、請求項１，請求項２，請求項４に対応する。
第１実施形態の繋ぎ合わせ測定装置１０は、図１（ａ）に示すように、ウエハ１１を支持する検査ステージ１２と、検査ステージ１２上のウエハ１１に対する照明光Ｌ１を射出する照明光学系（１３〜１７）と、照明光Ｌ１によって照明されたウエハ１１の像を形成する結像光学系（１８〜２０）と、ＣＣＤ撮像素子２１と、信号処理装置２２とで構成されている。
【００１２】
繋ぎ合わせ測定装置１０は、分割露光によってウエハ１１の異なる位置に転写された複数のサブフィールド（後述する）のうち、隣接するサブフィールドどうしの繋ぎ合わせ状態を測定する装置である。サブフィールドは、請求項の「分割パターン領域」に対応する。ウエハ１１は「基板」に対応する。
繋ぎ合わせ測定装置１０について具体的に説明する前に、図２〜図５を用い、測定対象のウエハ１１および繋ぎ合わせ測定用マークの説明を行う。
【００１３】
ウエハ１１は、最上層に形成されているレジスト膜への分割露光および現像後で、かつ、レジスト膜の直下に隣接している所定の材料膜へのエッチング加工前の状態にある。ちなみに、レジスト膜の直下の材料膜は、繋ぎ合わせ測定装置１０による繋ぎ合わせ測定（後述する）の結果が良好な場合に、レジスト膜を介して実際に加工される。
【００１４】
また、ウエハ１１には、図２（ａ）に示すように、複数のチップ２３が２次元配列されている。また、１つのチップ２３は、図２（ｂ）に示すように、複数のサブフィールド２４に分割されている（図では１２個）。１つのサブフィールド２４の大きさと形状は、図３（ａ）に示す通りである。
つまり、ウエハ１１の各チップ２３（図２（ｂ））において、複数のサブフィールド２４は、重なり領域２５（斜線ハッチング部）を介して繋ぎ合わされている。なお、サブフィールド２４の大きさＸｓ，Ｙｓは例えば１００μｍ程度であり、重なり領域２５の幅Ｌｏは、例えば５μｍ程度である。
【００１５】
また、隣接する２つのサブフィールド２４どうしの重なり領域２５は、図２（ｂ）に太線枠２５ａで示すように、細長い形状となっている。以下、太線枠２５ａ内の細長い重なり領域２５を単に“重なり領域２５ａ”という。
ここで、Ｘ方向に隣接するサブフィールド２４どうしの場合、重なり領域２５ａの長手方向はＹ方向に一致する。同様に、Ｙ方向に隣接するサブフィールド２４どうしの場合、重なり領域２５ａの長手方向はＸ方向に一致する。重なり領域２５ａの長手方向は、後述する繋ぎ合わせずれ量Δの測定方向に対応する。重なり領域２５ａは、請求項の「重なり領域」に対応する。
【００１６】
そして、隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａには、繋ぎ合わせ測定用マーク２６（図３（ｂ），（ｃ）参照）が形成されている。図３（ｂ）は、図２（ｂ）の点線枠２５ｂの部分（Ｙ方向に細長い重なり領域２５ａ）に形成された繋ぎ合わせ測定用マーク２６の拡大図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の断面図である。
【００１７】
図示および説明を省略するが、Ｘ方向に細長い重なり領域２５ａには、繋ぎ合わせ測定用マーク２６を９０度回転させた状態と同じ構成の繋ぎ合わせ測定用マークが形成されている。
図３（ｂ），（ｃ）を参照し、繋ぎ合わせ測定用マーク２６について説明する。この繋ぎ合わせ測定用マーク２６は、重なり領域２５ａの長手方向（Ｙ）に垂直な複数のラインマーク２６Ａが長手方向（Ｙ）に沿って一定のピッチＰ１で配列された第１のマーク群（２６Ａ）と、同様に、長手方向（Ｙ）に垂直な複数のラインマーク２６Ｂが長手方向（Ｙ）に沿って一定のピッチＰ１で配列された第２のマーク群（２６Ｂ）とからなる。
【００１８】
２つのマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）は、ピッチＰ１が等しいライン・アンド・スペースマークであり、各々のライン部（ラインマーク２６Ａ，２６Ｂ）の線幅Ｌｍも互いに等しい。ラインマーク２６Ａ，２６Ｂは、ウエハ１１の最上層のレジスト膜に形成されたライン状の凹部である。
また、２つのマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）の位相ずれ量φには、予め定められた設計値（後述する図５の分割露光用マスク２７における位相ずれ量φｏ）の成分と、分割露光時に発生した長手方向（Ｙ）の繋ぎ合わせずれ量Δの成分とが含まれている。
【００１９】
さらに、繋ぎ合わせ測定用マーク２６を構成する２つのマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）のうち一方は、繋ぎ合わせ測定用マーク２６が形成されている重なり領域２５ａの一方のサブフィールド２４と共に形成され、マーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）のうち他方は、重なり領域２５ａの他方のサブフィールド２４と共に形成される。つまり、２つのマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）は、各々、隣接する２つのサブフィールド２４の基準位置を表している。
【００２０】
したがって、例えばＸ方向に隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態がＹ方向にずれた場合には、その繋ぎ合わせずれ量Δに応じて、２つのマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）の位相ずれ量φが変化し、設計値（後述する位相ずれ量φｏ）とは異なることになる。
【００２１】
また、上記のウエハ１１および繋ぎ合わせ測定用マーク２６は、図４に示す露光装置３０と図５に示す分割露光用マスク２７とを用いた分割露光後、現像工程を経て作製される。
露光装置３０には、図４（ａ）に示すように、未露光のウエハ１１を支持するウエハステージ３１と、分割露光用マスク２７を支持するマスクステージ３２と、投影レンズ３３と、ステージ制御装置３４と、不図示の照明光源とが設けられている。未露光のウエハ１１には、最上層にレジスト膜が形成されている。
【００２２】
この露光装置３０は、電子ビーム（ＥＢ）やイオンビームなどの荷電粒子線または極紫外（ＥＵＶ）の光を用い、投影レンズ３３を介して、分割露光用マスク２７のパターンをウエハ１１に転写する装置である。分割露光時、ウエハステージ３１とマスクステージ３２とは、ステージ制御装置３４により同期制御される（後述する）。
【００２３】
分割露光用マスク２７には、図５（ａ）に示すように、ウエハ１１の１つのチップ２３（図２（ｂ））を形成するために必要な複数のサブフィールド２８が２次元配列されている（図では１２個）。分割露光用マスク２７に形成されたサブフィールド２８のＸＹ方向の配列ピッチをＸｐ，Ｙｐとする。この配列ピッチＸｐ，Ｙｐは、分割露光時のマスクステージ３２の移動量として利用される。
【００２４】
また、各々のサブフィールド２８の外縁領域２８ａ（斜線ハッチング部）には、図５（ｂ）に示すように、繋ぎ合わせ測定用の４つのマーク群（３５Ａ），（３５Ｂ），（３６Ａ），（３６Ｂ）が形成されている。図５（ｂ）は、図５（ａ）の円形枠２７ａの部分を拡大した図である。マーク群（３５Ａ），（３５Ｂ），（３６Ａ），（３６Ｂ）は、各々、複数のラインマーク３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂからなる。
【００２５】
なお、Ｘ方向に対向配置されたマーク群（３５Ａ），（３５Ｂ）と、Ｙ方向に対向配置されたマーク群（３６Ａ），（３６Ｂ）とは、何れか一方を９０度回転させると、同じ構成になる。このため、Ｙ方向に対向配置されたマーク群（３６Ａ），（３６Ｂ）の説明を省略する。
図５（ｂ）を参照し、Ｘ方向に対向配置された繋ぎ合わせ測定用のマーク群（３５Ａ），（３５Ｂ）について具体的に説明する。一方のマーク群（３５Ａ）は、外縁領域２８ａの長手方向（Ｙ）に垂直な複数のラインマーク３５Ａが長手方向（Ｙ）に沿って一定のピッチＰ２で配列されたものである。同様に、他方のマーク群（３５Ｂ）は、長手方向（Ｙ）に垂直な複数のラインマーク３５Ｂが長手方向（Ｙ）に沿って一定のピッチＰ２で配列されたものである。
【００２６】
２つのマーク群（３５Ａ），（３５Ｂ）は、ピッチＰ２が等しいライン・アンド・スペースマークであり、各々のライン部（ラインマーク３５Ａ，３５Ｂ）の線幅も互いに等しい。また、２つのマーク群（３５Ａ），（３５Ｂ）は、予め定められた設計値の位相ずれ量φｏを有している。
そして、上記構成の露光装置３０（図４（ａ））と分割露光用マスク２７（図５）とを用いた分割露光は、次のようにして行われる。例えば、分割露光用マスク２７のＸ方向に配列されたサブフィールド２８（図５（ａ）では４個）を、ウエハ１１のチップ２３（図２（ｂ））内の異なるＸ位置に順次転写する場合について説明する。
【００２７】
▲１▼  まず、分割露光用マスク２７の複数のサブフィールド２８のうち、投影レンズ３３の光軸３３ａ（図４（ａ））上に位置する１つのサブフィールド２８を照明し、そのパターン（４つのマーク群（３５Ａ），（３５Ｂ），（３６Ａ），（３６Ｂ）を含む）を光軸３３ａ上のウエハ１１の所定領域に転写する。
これにより、ウエハ１１の所定領域には、サブフィールド２８のマーク群（３５Ａ），（３５Ｂ）に対応するマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）を含むパターンが転写され、サブフィールド２４が形成される。
【００２８】
▲２▼  次に、露光装置３０のステージ制御装置３４により、ウエハステージ３１とマスクステージ３２とを、共にＸ方向へステップ移動させる。
ウエハステージ３１の移動量は、図２（ｂ）に示すウエハ１１側のサブフィールド２４の大きさＸｓと、確保すべき重なり領域２５ａの幅Ｌｏとの差（Ｘｓ−Ｌｏ）に等しい。マスクステージ３２の移動量は、図５（ａ）に示す分割露光用マスク２７側のサブフィールド２８の配列ピッチＸｐに等しい。
【００２９】
マスクステージ３２を“Ｘｐ”だけステップ移動させることにより、光軸３３ａ上には、分割露光用マスク２７の次のサブフィールド２８が位置決めされる（図４（ｂ）参照）。なお図４（ｂ）では、ステップ移動の前後に光軸３３ａ上に位置するサブフィールド２８を区別するため、移動前のものをサブフィールド２８（１）、移動後のものをサブフィールド２８（２）とした。以下、説明でも同じ符号を用いる。
【００３０】
また、ウエハステージ３１を“Ｘｓ−Ｌｏ”だけステップ移動させることにより、光軸３３ａ上には、ウエハ１１の次の転写領域２９（図４（ｂ）参照）が位置決めされる。ただし、転写領域２９は、ウエハステージ３１の移動方向（Ｘ）の前端部分２９ａが、上記▲１▼で形成されたサブフィールド２４の後端部分２４ａ（既にマーク群（２６Ｂ）が転写済の部分）と重なっている。
【００３１】
▲３▼  そして、上記▲２▼のようにウエハステージ３１およびマスクステージ３２をステップ移動させた後、分割露光用マスク２７のサブフィールド２８（２）を照明し、そのパターン（４つのマーク群（３５Ａ），（３５Ｂ），（３６Ａ），（３６Ｂ）を含む）をウエハ１１の転写領域２９に転写する。
これにより、ウエハ１１の転写領域２９には、サブフィールド２８（２）のマーク群（３５Ａ），（３５Ｂ）に対応するマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）を含むパターンが転写され、サブフィールド２４が形成される。具体的には、転写領域２９の前端部分２９ａにマーク群（２６Ａ）が転写され、後端部分にマーク群（２６Ｂ）が転写される（図４（ｃ）参照）。
【００３２】
その結果、転写領域２９の前端部分２９ａでは、今回の転写によるマーク群（２６Ａ）と前回の転写によるマーク群（２６Ｂ）とが重なった状態となり、図３（ｂ），（ｃ）に示すような繋ぎ合わせ測定用マーク２６が形成される。ただし実際に凹凸パターンとなるのは現像後である。なお、転写領域２９の前端部分２９ａは、既に説明した“重なり領域２５ａ”に対応する。
【００３３】
ちなみに、分割露光用マスク２７の２つのサブフィールド２８（１），（２）は、ウエハ１１にパターン転写されたときに重なり領域２５ａ（図２（ｂ））を介して隣接する。また、サブフィールド２８（１）のうちウエハ１１上での重なり領域２５ａに対応する箇所にはマーク群（３５Ｂ）、サブフィールド２８（２）のうち重なり領域２５ａに対応する箇所にはマーク群（３５Ａ）が設けられている。
【００３４】
▲４▼  次に、上記▲２▼と同様にして、ウエハステージ３１およびマスクステージ３２をステップ移動させ、その後、上記▲３▼と同様にして、分割露光用マスク２７の次のサブフィールド２８のパターン転写を行う。
このように、露光装置３０と分割露光用マスク２７を用いた分割露光は、分割露光用マスク２７のサブフィールド２８のパターン転写（上記▲１▼，▲３▼，…）と、ウエハステージ３１およびマスクステージ３２のステップ移動（上記▲２▼，▲４▼，…）とを、交互に繰り返すことにより行われる。
【００３５】
すなわち、分割露光用マスク２７に形成された複数のサブフィールド２８は、ウエハ１１のチップ２３（図２（ｂ））内の異なるＸ位置に、細長い重なり領域２５ａを介して繋ぎ合わされながら、順に転写されていく。
そして、上記した分割露光後のウエハ１１を現像することにより、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａには、繋ぎ合わせ測定用マーク２６（図３（ｂ），（ｃ））が凹凸パターンとして現れることになる。この状態で、ウエハ１１は、第１実施形態の繋ぎ合わせ測定装置１０（図１）の検査ステージ１２上に載置され、隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態が測定される。
【００３６】
さて次に、繋ぎ合わせ測定装置１０の具体的な構成説明を行う。
検査ステージ１２は、図示省略したが、ウエハ１１を水平状態に保って支持するホルダと、このホルダを水平方向（ＸＹ方向）に駆動するＸＹ駆動部と、ホルダを回転方向（θ方向）に駆動するθ駆動部とで構成されている。
照明光学系（１３〜１７）は、光軸Ｏ１に対して偏心状態で配置されたレーザ光源１３と、光軸Ｏ１に沿って順に配置されたコリメートレンズ１４と照明視野絞り１５と照明リレーレンズ１６とハーフミラー１７とで構成されている。ハーフミラー１７は、反射透過面１７ａが光軸Ｏ１に対して略４５°傾けられ、結像光学系（１８〜２０）の光軸Ｏ２上にも配置されている。照明光学系（１３〜１７）の光軸Ｏ１は、結像光学系（１８〜２０）の光軸Ｏ２に垂直である。
【００３７】
また、レーザ光源１３は、狭波長帯域の光（例えば単色光）を射出する。コリメートレンズ１４は、レーザ光源１３からの光を平行化する。照明視野絞り１５は、繋ぎ合わせ測定装置１０の視野領域を制限する光学素子であり、図１（ｂ）に示すように、細長い１つのスリット１５ａを有する。スリット１５ａの長手方向は、レーザ光源１３の偏心方向に一致している。照明リレーレンズ１６は、視野絞り１５のスリット１５ａからの光をコリメートする。
【００３８】
上記の照明光学系（１３〜１７）において、レーザ光源１３から射出された光は、コリメートレンズ１４を介して、照明視野絞り１５を斜めの方向から均一に照明する。そして、照明視野絞り１５のスリット１５ａを通過した光は、照明リレーレンズ１６を介してハーフミラー１７に導かれ、その反射透過面１７ａで反射した後（照明光Ｌ１）、結像光学系（１８〜２０）の光軸Ｏ２上に導かれる。
【００３９】
結像光学系（１８〜２０）は、光軸Ｏ２に沿って順に配置された第１対物レンズ１８と第２対物レンズ１９とリレーレンズ２０とで構成されている。なお、第１対物レンズ１８と第２対物レンズ１９との間には、照明光学系（１３〜１７）のハーフミラー１７が配置されている。
【００４０】
そして、結像光学系（１８〜２０）の第１対物レンズ１８は、照明光学系（１３〜１７）のハーフミラー１７からの照明光Ｌ１を入射して集光する。これにより、検査ステージ１２上のウエハ１１は、第１対物レンズ１８を透過した照明光Ｌ１により、ウエハ１１の法線方向に対して斜めの方向から照明される。ウエハ１１の法線方向とは、検査ステージ１２のホルダの法線方向に平行である。
【００４１】
なお、上記した照明光学系（１３〜１７）および第１対物レンズ１８は、請求項の「照明手段」に対応する。結像光学系（１８〜２０），ＣＣＤ撮像素子２１，信号処理装置２２は、請求項の「算出手段」に対応する。
ここで、照明光Ｌ１がウエハ１１に入射するときの角度（ウエハ１１の法線方向に対する角度）は、レーザ光源１３の偏心量αに応じて決まる。レーザ光源１３の偏心量α（つまり照明光Ｌ１の入射角度）は、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａ（図３（ｂ），（ｃ））に形成された繋ぎ合わせ測定用マーク２６のピッチＰ１を考慮して決定することが好ましい。
【００４２】
また、照明光Ｌ１がウエハ１１に入射する範囲は、図６（ａ），（ｂ）の点ハッチング領域１０ａに相当し、細長い形状となる。点ハッチング領域１０ａは、ウエハ１１と共役な位置関係にある照明視野絞り１５のスリット１５ａに対応する領域であり、スリット１５ａの投影像に相当する。以下、点ハッチング領域１０ａを「照明領域１０ａ」という。
【００４３】
さらに、ウエハ１１上での照明領域１０ａは、Ｙ方向に細長い形状となっている。その理由は、照明視野絞り１５のスリット１５ａの長手方向がＺ方向（光軸Ｏ２の方向）に平行で、かつ、スリット１５ａを通過した光がハーフミラー１７により９０°偏向されるからである。
また、照明光Ｌ１の入射方向と照明領域１０ａの長手方向（Ｙ方向）とは、次のような関係になっている。つまり、照明光Ｌ１の入射方向は、照明領域１０ａの長手方向とウエハ１１の法線方向とを含む面に平行である。その理由は、スリット１５ａの長手方向とレーザ光源１３の偏心方向を一致させたからである。
【００４４】
さらに、照明領域１０ａの長さＹ１０は、ウエハ１１の１つのチップ２３に対応する幅Ｙ２３よりも長く設定されている。また、照明領域１０ａの幅Ｘ１０は、ウエハ１１のサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａの幅Ｌｏ（図３（ｂ））よりも狭く設定されている。
したがって、上記の照明光Ｌ１（照明領域１０ａ）によれば、ウエハ１１のサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａに形成された繋ぎ合わせ測定用マーク２６のみを斜めの方向から照明することができる（図６（ｃ）参照）。図６（ａ）には、３つの重なり領域２５ａ（繋ぎ合わせ測定用マーク２６）が同時に照明される状態を示した。
【００４５】
そして、上記の照明光Ｌ１が照射されたウエハ１１の照明領域１０ａ内の繋ぎ合わせ測定用マーク２６からは、２つのマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）の位相ずれ量φに応じて、回折光Ｌ２が発生する。つまり、回折光Ｌ２は、位相ずれ量φに応じた強度の角度分布を持って発生する。この回折光Ｌ２は、第１対物レンズ１８に導かれる。
【００４６】
第１対物レンズ１８（図１）は、ウエハ１１から発生した回折光Ｌ２をコリメートする。第１対物レンズ１８でコリメートされた回折光Ｌ２は、上記のハーフミラー１７を透過して第２対物レンズ１９に入射する。第２対物レンズ１９は、ハーフミラー１７からの回折光Ｌ２を集光する。リレーレンズ２０は、第２対物レンズ１９からの回折光Ｌ２をＣＣＤ撮像素子２１の撮像面上に再結像する。
【００４７】
このように、ウエハ１１からの回折光Ｌ２は、第１対物レンズ１８とハーフミラー１７と第２対物レンズ１９を介して１次結像され、第２対物レンズ１９からの光は、リレーレンズ２０を介して、ＣＣＤ撮像素子２１の撮像面上に再結像される。
ここで、ウエハ１１から発生した回折光Ｌ２の強度は、既に説明したように、照明領域１０ａ内の繋ぎ合わせ測定用マーク２６のマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）の位相ずれ量φに応じた角度分布を持っている。そして、回折光Ｌ２の強度の角度分布は、ＣＣＤ撮像素子２１の撮像面において明暗分布に変換される。すなわち、ＣＣＤ撮像素子２１の撮像面には、マーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）の位相ずれ量φに応じた明暗分布を持つ回折像（回折光Ｌ２による像）が形成される。
【００４８】
ＣＣＤ撮像素子２１は、複数の画素が２次元配列されたエリアセンサであり、上記の回折像（位相ずれ量φに応じた明暗分布）を撮像して、画像信号を信号処理装置２２に出力する。画像信号は、ＣＣＤ撮像素子２１の撮像面における各画素ごとの輝度値に関する分布（つまり位相ずれ量φに応じた明暗分布）を表している。
【００４９】
信号処理装置２２は、ＣＣＤ撮像素子２１から出力される画像信号を取り込むと、その輝度分布（つまり位相ずれ量φに応じた明暗分布）に基づいて、ウエハ１１のサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせずれ量Δを算出し、この算出結果に基づいて繋ぎ合わせ状態を測定する。
繋ぎ合わせずれ量Δの算出は、（１）周知のシミュレーションにより、画像信号の輝度分布から繋ぎ合わせ測定用マーク２６のマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）の位相ずれ量φを求め、（２）求めた位置ずれ量φと予め定めた設計値（図５の分割露光用マスク２７における位相ずれ量φｏ）とを比較することにより行われる。（２）の手順は、例えば、計算で求めた位置ずれ量φから設計値の位相ずれ量φｏを減算することにより行われる。
【００５０】
また、（１），（２）の手順に代えて、次の方法により繋ぎ合わせずれ量Δを算出してもよい。つまり、信号処理装置２２内にライブラリを予め用意しておき、ＣＣＤ撮像素子２１から出力される画像信号の輝度分布（位相ずれ量φに応じた明暗分布）に関する情報とライブラリの記憶情報との相関演算を行うことにより、繋ぎ合わせずれ量Δを算出してもよい。
【００５１】
信号処理装置２２で算出した繋ぎ合わせずれ量Δは、図６のようにラインマーク２６Ａ，２６ＢがＹ方向に沿って配列された繋ぎ合わせ測定用マーク２６を利用して算出したものであり、露光装置３０と分割露光用マスク２７を用いた分割露光時、ウエハステージ３１およびマスクステージ３２をＹ方向にステップ移動させたときの移動誤差が主な原因と考えられる。
【００５２】
このため、信号処理装置２２で算出したＹ方向の繋ぎ合わせずれ量Δ（繋ぎ合わせ測定装置１０の測定結果）を露光装置３０のステージ制御装置３４にフィードバックして、次回の分割露光時、繋ぎ合わせずれ量Δに基づいてマスクステージ３２のＹ方向の移動量（Ｙｐ）を微調整することにより、高精度なＹ方向のステップ移動が実現する。
【００５３】
同様に、ウエハ１１のサブフィールド２４どうしのＸ方向の繋ぎ合わせずれ量Δを算出するためには、まず、ウエハ１１を検査ステージ１２のホルダと共に９０°回転させる。そして、Ｘ方向に細長い重なり領域２５ａの繋ぎ合わせ測定用マークを上記の照明光Ｌ１（照明領域１０ａ）により照明し、得られた回折光Ｌ２の強度の角度分布状態に基づいてＸ方向の繋ぎ合わせずれ量Δを算出する。
【００５４】
Ｘ方向の繋ぎ合わせずれ量Δは、露光装置３０と分割露光用マスク２７を用いた分割露光時、ウエハステージ３１およびマスクステージ３２をＸ方向にステップ移動させたときの移動誤差が主な原因と考えられる。この測定結果を露光装置３０にフィードバックし、マスクステージ３２のＸ方向の移動量（Ｘｐ）を微調整することで、次回の分割露光時、高精度なＸ方向のステップ移動が実現する。
【００５５】
このように、第１実施形態の繋ぎ合わせ測定装置１０では、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａに、その長手方向に沿って形成された繋ぎ合わせ測定用マーク２６（ライン・アンド・スペースマーク）を利用するため、重なり領域２５ａが非常に小さくても（例えば５μｍ幅）、隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態を精度よく測定できる。
【００５６】
また、繋ぎ合わせ測定装置１０では、図６（ａ）に示すように、照明領域１０ａの長さＹ１０を１つのチップ２３の幅Ｙ２３よりも長く設定し、チップ２３内で一方向に存在する全ての重なり領域２５ａ（繋ぎ合わせ測定用マーク２６）を同時に照明するため、１つのチップ２３内でのサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態に関する全体的な傾向を高速に測定でき、スループットが向上する。
【００５７】
さらに、繋ぎ合わせ測定装置１０では、狭波長帯域の光（例えば単色光）を用いて重なり領域２５ａの繋ぎ合わせ測定用マーク２６を斜めの方向から照明し、これにより発生する回折光Ｌ２の強度の角度分布に基づいて繋ぎ合わせ状態を測定するので、明領域１０ａ内で平均化された測定結果を得ることができる。このため、見かけ上のＳＮが向上する。
【００５８】
また、繋ぎ合わせ測定装置１０では、繋ぎ合わせ測定の精度を高く維持しつつ、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａを小さくできるため、サブフィールド２４内の重なり領域２５ａ以外（本来のパターンの転写領域）を大きく確保することができ、良好な分割露光が可能となる。
さらに、第１実施形態では、繋ぎ合わせ測定装置１０による繋ぎ合わせ測定のために、ウエハ１１のサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａにライン・アンド・スペースマーク（２６）を形成するため、繋ぎ合わせ測定後でかつエッチング加工後に得られるライン・アンド・スペースマークを配線として利用し、隣接するサブフィールド２４どうしのパターンを接続することもできる。
【００５９】
（第１実施形態の変形例）
なお、上記した第１実施形態では、ウエハ１１の重なり領域２５ａに形成された繋ぎ合わせ測定用マーク２６のピッチＰ１を考慮して、レーザ光源１３の偏心量α（つまり照明光Ｌ１の入射角度）を決定したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、レーザ光源１３の偏心量αを変化させながら、ＣＣＤ撮像素子２１の撮像面における回折像の明暗パターンを観測し、この明暗パターンが最も明確化するような偏心量αに設定してもよい。このような設定は、オペレータによる判断で手動により行っても、信号処理装置２２による判断で自動的に行ってもよい。自動的に行う場合は、回折像の明暗パターンの振幅が最大となるような偏心量αに設定することが好ましい。
【００６０】
また、レーザ光源１３の偏心量αを変化させる構成に代えて、レーザ光源１３から射出される狭波長帯域の光（例えば単色光）の波長λを連続的に変化させた場合でも、同様に、回折像の明暗パターンが最も明確化するような設定を選択することができる。
さらに、レーザ光源１３の偏心量α（または波長λ）を変化させるごとに、ＣＣＤ撮像素子２１の撮像面における回折像の明暗パターンに応じた画像信号を取り込み、偏心量α（または波長λ）の異なる多数の画像信号に基づいて繋ぎ合わせ測定を行ってもよい。この場合には、情報量が多くなるので、繋ぎ合わせ測定の精度が向上する。
【００６１】
また、上記した第１実施形態では、ウエハ１１のチップ２３内で一方向に存在する全ての重なり領域２５ａ（繋ぎ合わせ測定用マーク２６）を同時に照明して繋ぎ合わせ測定を行ったが、個々の重なり領域２５ａごとに繋ぎ合わせ測定を行ってもよい。このような測定は、照明視野絞り１５のスリット１５ａを短くすることで実現する。
【００６２】
さらに、上記した第１実施形態では、Ｘ方向の繋ぎ合わせ測定とＹ方向の繋ぎ合わせ測定とを切り換える際、ウエハ１１を検査ステージ１２のホルダと共に９０°回転させたが、照明視野絞り１５とレーザ光源１３を９０°回転させても構わない。ただし、スリット１５ａの長手方向とレーザ光源１３の偏心方向を一致させた状態は維持しなければならない。
【００６３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、請求項１，請求項３，請求項４に対応する。
第２実施形態の繋ぎ合わせ測定装置５０は、上記した繋ぎ合わせ測定装置１０（図１）のレーザ光源１３に代えて白熱電球５１を設け、ＣＣＤ撮像素子２１に代えて分光器５２を設け、信号処理装置２２に代えて信号処理装置５３を設けたものである。
【００６４】
白熱電球５１は、光軸Ｏ１上に配置され、広波長帯域の光（例えば白色光）を射出する。このため、図６の照明光Ｌ１（照明領域１０ａ）によれば、ウエハ１１のサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａに形成された繋ぎ合わせ測定用マーク２６のみを垂直方向から照明することができる。
その後、ウエハ１１の照明領域１０ａ内の繋ぎ合わせ測定用マーク２６からは、２つのマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）の位相ずれ量φ（図６（ｂ））に応じて、回折光Ｌ２が発生する。つまり、回折光Ｌ２は、位相ずれ量φに応じた強度の波長分布を持って発生する。そして、結像光学系（１８〜２０）を介した後、分光器５２に入射する。
【００６５】
分光器５２は、回折光Ｌ２の強度の波長分布を検出し、検出結果（スペクトル信号）を信号処理装置５３に出力する。信号処理装置５３は、分光器５２から出力されるスペクトル信号に基づいて、ウエハ１１のサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせずれ量Δを算出し、この算出結果に基づいて繋ぎ合わせ状態を測定する。
【００６６】
繋ぎ合わせずれ量Δの算出は、（３）周知のシミュレーションにより、スペクトル信号から繋ぎ合わせ測定用マーク２６のマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）の位相ずれ量φを求め、（４）求めた位置ずれ量φと予め定めた設計値（図５の分割露光用マスク２７における位相ずれ量φｏ）とを比較することにより行われる。（４）の手順は、例えば、計算で求めた位置ずれ量φから設計値の位相ずれ量φｏを減算することにより行われる。
【００６７】
また、（３），（４）の手順に代えて、次の方法により繋ぎ合わせずれ量Δを算出してもよい。つまり、信号処理装置５３内にライブラリを予め用意しておき、分光器５２から出力されるスペクトル信号（位相ずれ量φに応じた波長分布）に関する情報とライブラリの記憶情報との相関演算を行うことにより、繋ぎ合わせずれ量Δを算出してもよい。
【００６８】
このように、第２実施形態の繋ぎ合わせ測定装置５０でも、ウエハ１１の隣接するサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａに、その長手方向に沿って形成された繋ぎ合わせ測定用マーク２６（ライン・アンド・スペースマーク）を利用するため、重なり領域２５ａが非常に小さくても（例えば５μｍ幅）、隣接するサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態を精度よく測定できる。
【００６９】
また、繋ぎ合わせ測定装置５０でも、上記した繋ぎ合わせ測定装置１０と同様、１つのチップ２３内でのサブフィールド２４どうしの繋ぎ合わせ状態に関する全体的な傾向を高速に測定でき、スループットが向上する。サブフィールド２４内の重なり領域２５ａ以外（本来のパターンの転写領域）を大きく確保することもできるため、良好な分割露光が可能となる。
【００７０】
さらに、繋ぎ合わせ測定装置５０では、広波長帯域の光（例えば白色光）を用いて重なり領域２５ａの繋ぎ合わせ測定用マーク２６を垂直方向から照明し、これにより発生する回折光Ｌ２の強度の波長分布に基づいて繋ぎ合わせ状態を測定するので、簡易で安価な測定が可能となる。
（変形例）
上記した第１および第２実施形態では、ウエハ１１のサブフィールド２４どうしの重なり領域２５ａの繋ぎ合わせ測定用マーク２６から発生する回折光Ｌ２に基づいて繋ぎ合わせ測定を行ったが、繋ぎ合わせ測定用マーク２６から発生する散乱光にも構造由来のパターンが現れるため、散乱光に基づいて繋ぎ合わせ測定を行ってもよい。この場合、散乱光の検出器としては、光学ＣＤ測長器を用いることが考えられる。
【００７１】
また、上記した第１および第２実施形態では、図５（ｂ）に示す分割露光用マスク２７のように、ピッチＰ２と線幅が互いに等しい２つのマーク群（３５Ａ），（３５Ｂ）を用いて、ウエハ１１上に図３（ｂ）に示すようなピッチＰ１と線幅Ｌｍが互いに等しい２つのマーク群（２６Ａ），（２６Ｂ）を形成し、これらのマークを用いて繋ぎ合わせ測定を行ったが、マーク群の線幅が異なる場合でも同様の測定を行うことができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サブフィールド（分割パターン領域）どうしの重なり領域が小さくても、精度良く繋ぎ合わせ状態を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の繋ぎ合わせ測定装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】ウエハ１１上のチップ２３（ａ）と、複数のサブフィールド２４（ｂ）を説明する図である。
【図３】１つのサブフィールド２４（ａ）と、繋ぎ合わせ測定用マーク２６の構成（ｂ），（ｃ）を示す図である。
【図４】露光装置３０の概略構成（ａ）と、分割露光を説明する図（ｂ），（ｃ）である。
【図５】分割露光用マスク２７上の複数のサブフィールド２８（ａ）と、マーク群（３５Ａ），（３５Ｂ）などの構成（ｂ）を示す図である。
【図６】第１実施形態の繋ぎ合わせ測定装置１０による照明領域１０ａと照明光Ｌ１の入射方向を説明する図である。
【図７】第２実施形態の繋ぎ合わせ測定装置５０の全体構成を示す図である。
【図８】従来の２重マークの説明する概略図である。
【符号の説明】
１０，５０  繋ぎ合わせ測定装置
１１  ウエハ
１２  検査ステージ
１３  レーザ光源
１４  コリメートレンズ
１５  照明視野絞り
１６  照明リレーレンズ
１７  ハーフミラー
１８  第１対物レンズ
１９  第２対物レンズ
２０  リレーレンズ
２１  ＣＣＤ撮像素子
２２，５３  信号処理装置
２３  チップ
２４，２８  サブフィールド
２５，２５ａ  重なり領域
２６  繋ぎ合わせ測定用マーク
２６Ａ，２６Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ  ラインマーク
２７  分割露光用マスク
２８ａ  外縁領域
２９  転写領域
３０  露光装置
３１  ウエハステージ
３２  マスクステージ
３３  投影レンズ
３４  ステージ制御装置
５１  白熱電球
５２  分光器
【図１】
2004163160.tif 000003
【図２】
2004163160.tif 000004
【図３】
2004163160.tif 000005
【図４】
2004163160.tif 000006
【図５】
2004163160.tif 000007
【図６】
2004163160.tif 000008
【図７】
2004163160.tif 000009
【図８】
2004163160.tif 000010