(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主尺マークを所定配列に従って基板上に順次露光して、前記所定配列で配置された複数の前記主尺マークからなる基準格子を基板上の少なくとも一つのショット領域内に形成する工程と、
前記ショット領域内に前記所定配列で配置された複数の副尺マークを有する被計測ショットを、投影光学系を介して前記基板に露光する工程と、
隣り合う前記主尺マーク同士の相対位置関係を計測する工程と、
前記主尺マークと前記副尺マークとのずれ量を計測する工程と、
前記相対位置関係から前記基準格子を形成する工程における前記基板の位置決め誤差を取り除いて前記基準格子を補正し、補正後の基準格子と前記ずれ量とから、前記被計測ショットのショット形状を算出する工程と、を有するショット形状の計測方法。
【請求項２】
前記主尺マークの露光と同時に、前記主尺マークと該主尺マークの隣に形成される他の主尺マークとの相対位置関係の計測に用いる周辺マークを、前記主尺マークと前記他の主尺マークとの間に形成する請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
前記基準格子は、複数の主尺マークをグループ化して構成した主尺マーク群をショット領域内に複数露光して形成されている請求項１又は請求項２に記載の計測方法。
【請求項４】
前記主尺マーク群は、複数の主尺マークが一列に並んで配置されている請求項３に記載の計測方法。
【請求項５】
前記ショット形状算出工程は、計測された前記相対位置関係を統計的手法を用いて処理することにより前記基準格子の補正を行う請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の計測方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の計測方法に用いられるマスクであって、
少なくとも一つの主尺マークと、
第一方向及び該第一方向と直交する第二方向に沿って格子状に配置され、前記主尺マークと重ねることによって互いに相対的なずれ量を表す副尺マークと、
前記主尺マークを挟むように配置された少なくとも一組の周辺マークと
を備え、
一組の前記周辺マークは、主周辺マークと、前記主周辺マークから前記副尺マークの格子間隔だけ離間して配置され、前記主周辺マークと重ねることによって互いの相対的なずれ量を表す副周辺マークと、
から構成されるマスク。
【請求項７】
前記主尺マークは、前記第一方向に沿って一列に複数配置され、
前記主周辺マークと前記副周辺マークとは、前記第二方向に沿って離間して配置されている請求項６に記載のマスク。
【請求項８】
請求項７に記載のマスクは、走査露光装置に載置されて使用されるマスクであり、
前記第二方向が前記露光装置の走査方向となるように、それぞれのマークが配置されているマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上のショット領域の形状を計測する方法、及びこの計測に用いるマスクに関する。
本願は、２００５年３月２５日に出願された特願２００５−０８７６２５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）などの露光装置が用いられている。これらの露光装置では、半導体素子等の高集積化に伴って、感光基板上に形成する回路パターンの微細化が要請されている。【０００３】
回路パターンの微細化を実現するためには、マスクのパターン像を感光基板上に投影する投影光学系の結像特性が最も良好になるように調整される必要がある。結像特性の調整のために、投影光学系のディストーション量を求める方法がある。
例えば、特許文献１に開示されるように、複数の第１パターンを投影光学系を介して感光基板上に露光した後、第２パターンのみが露光できるようにレチクルブラインド等によって露光領域を制限し、第１パターンの設計上の配置に基づいて感光基板を一定量ずつ移動させて、第２パターンを第１パターンの潜像に重ね合わせ露光し、第１パターンと第２パターンの潜像を計測することによって投影光学系のディストーション量を求める方法が用いられている。なお、パターンの潜像を用いずに、現像したパターンを用いることも可能である。
【特許文献１】特開昭６４−０６８９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した技術では、第２パターンを感光基板上に露光する際には、感光基板が載置された基板ステージを一定量ずつ移動させる。基板ステージの位置決めには誤差が存在するため、基準となるべき第２パターンが位置ずれを含む。このため、第１パターンと第２パターンとの位置ずれを計測する各計測点の数を増やし、各計測点のずれ量の平均をレンズディストーションとして求める必要があり、したがって、高精度なレンズディストーションの計測には、限度があるという問題がある。
更に、感光基板上の全ショット領域についてレンズディストーションを求めるには、全ショット領域の全計測点について計測を行う必要があるため、計測に長時間を要するという問題がある。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、計測の負担を軽減しつつ、レンズディストーション等を高精度に求めることができるショット形状の計測方法、及びこの方法に用いるマスクを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明に係るショット形状の計測方法は、ショット形状の計測方法が、主尺マーク（３２）を所定配列に従って基板（Ｗ）上に順次露光して、所定配列で配置された複数の主尺マークからなる基準格子（ＰＢ）を基板上の少なくとも一つのショット領域（ＳＨ）内に形成する工程と、ショット領域内に所定配列で配置された複数の副尺マーク（３４）を有する被計測ショット（ＰＣ）を、投影光学系（ＰＬ）を介して基板に露光する工程と、隣り合う主尺マーク同士の相対位置関係を計測する工程と、主尺マークと副尺マークとのずれ量を計測する工程と、相対位置関係から基準格子を形成する工程における基板の位置決め誤差を取り除いて基準格子を補正し、補正後の基準格子（ＰＢ０）とずれ量とから、被計測ショットのショット形状を算出する工程と、を有するようにした。
この発明によれば、主尺マークと副尺マークとのずれ量と基準格子の関係から被計測ショットのショット形状を求めるに先立って、隣り合う主尺マーク同士の相対位置関係を計測して基準格子を補正するので、被計測ショットのショット形状を高精度に求めることが可能となる。
【０００７】
また、主尺マーク（３２）の露光と同時に、その主尺マークと該主尺マークの隣に形成される他の主尺マークとの相対位置関係の計測に用いる周辺マーク（４０，５０）を、その主尺マークと他の主尺マークとの間に形成することができる。これにより、主尺マーク間の相対位置関係を周辺マークを用いて計測することができる。
また、基準格子（ＰＢ）は、複数の主尺マーク（３２）をグループ化して構成した主尺マーク群（３２Ｌ）をショット領域（ＳＨ）内に複数露光して形成されているものでは、予め位置関係が求められた複数の主尺マークからなる主尺マーク群を順次露光することにより、主尺マーク同士の相対位置関係を計測する計測点の数を低減することができる。
また、主尺マーク群（３２Ｌ）は、複数の主尺マーク（３２）が一列に並んで配置されているものでは、主尺マーク群同士の相対回転量を容易に求めることができる。
また、ショット形状算出工程は、計測された相対位置関係を統計的手法を用いて処理することにより基準格子（ＰＢ）の補正を行うものでは、統計的に見て最も尤もらしい（すなわち最も誤差が小さい）被計測ショットのショット形状を高精度に求めることができる。【０００８】
本発明に係るマスクは、上述の計測方法に用いられるマスクであって、マスク（ＴＲ，ＴＲ２）が、少なくとも一つの主尺マーク（３２）と、第一方向及び第一方向と直交する第二方向に沿って格子状に配置され、主尺マークと重ねることによって互いに相対的なずれ量を表す副尺マーク（３４）と、主尺マークを挟むように配置された少なくとも一組の周辺マーク（４０，５０）とを備え、一組の周辺マークは、主周辺マーク（４２，５２）と、主周辺マークから副尺マークの格子間隔だけ離間して配置され、主周辺マークと重ねることによって互いの相対的なずれ量を表す副周辺マーク（４４，５４）と、から構成される。
この発明によれば、感光基板上に主尺マークと副尺マークとを重ねて露光して、その相対的なずれ量を計測するに先立って、主尺マークの周辺に配置された主周辺マークと隣接する他の主尺マークの周辺に配置された副周辺マークとを重ねて露光することにより、主尺マーク同士の相対位置関係を計測することで、主尺マークと副尺マークとの相対的なずれ量を高精度に求めることが可能となる。
【０００９】
また、主尺マーク（３２）は、第一方向に沿って一列に複数配置され、主周辺マーク（５２）と副周辺マーク（５４）とは、第二方向に沿って離間して配置されているものでは、予め位置関係が求められた複数の主尺マークを順次露光することにより、主尺マーク同士の相対回転量を容易に計測することができると共に、主尺マーク同士の相対位置関係を計測する計測点の数を低減することができる。
また、マスク（ＴＲ，ＴＲ２）が、走査露光装置（ＥＸ）に載置されて使用されるマスクであり、第二方向が露光装置の走査方向となるように、それぞれのマークが配置されているものでは、基準格子を形成するために一列に複数配置された主尺マークの配列方向(第一方向)が走査方向と直交しているので、主尺マークの第一方向の配列に同期移動誤差を含まないようにすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
本発明では、主尺マークの配列誤差を補正し、主尺マークと副尺マークとの相対的なずれ量を高精度に計測することが可能となるので、各ショット領域における投影光学系のレンズディストーションを高精度に求めることができる。
したがって、本発明によれば、感光基板上に微細な回路パターンを高精度に露光することが可能となり、高性能なデバイスの製造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を示す模式図である。
【図２Ａ】一実施形態に係るレチクルを示す概念図である。
【図２Ｂ】一実施形態に係るレチクルを示す概念図である。
【図２Ｃ】一実施形態に係るレチクルを示す概念図である。
【図２Ｄ】一実施形態に係るレチクルを示す概念図である。
【図３Ａ】ウエハのショット領域に形成された基準格子を示す図である。
【図３Ｂ】ウエハのショット領域に形成された基準格子を示す図である。
【図４Ａ】基準格子に被計測ショットを重ねて露光した場合を示す図である。
【図４Ｂ】基準格子に被計測ショットを重ねて露光した場合を示す図である。
【図５】周辺マークの変形例を示す図である。
【図６】別の実施形態に係るレチクルを示す概念図である。
【図７】レチクルを用いて形成した基準格子を示す図である。
【符号の説明】
【００１２】
６  ブラインド  ３０，３０ｃ  マーク  ３２  主尺マーク  ３２Ｌ  主尺マーク群  ３４  副尺マーク  ４０，５０  周辺マーク  ４２，５２  主周辺マーク  ４４，５４  副周辺マーク  ＥＸ  露光装置（走査露光装置）  ＲＳＴ  レチクルステージ  ＰＬ  投影光学系  ＷＳＴ  ウエハステージ  ＴＲ，ＴＲ２  レチクル  Ｗ  ウエハ（基板）  ＳＨ  ショット領域  ＰＢ  基準格子  ＰＢ０  基準格子（補正後の基準格子）  ＰＣ  被計測ショット
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明のショット形状の計測方法、及びマスクの実施形態について、図を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る露光装置ＥＸの構成を示す模式図である。露光装置ＥＸは、レチクルＴＲとウエハＷとを一次元方向に同期移動しつつ、レチクルＴＲに形成されたパターンＰＡを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の各ショット領域ＳＨに転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、すなわち、いわゆるスキャニング・ステッパである。
なお、以下の説明において、投影光学系ＰＬの光軸と一致する方向をＺ方向、Ｚ方向に垂直な平面内でレチクルＴＲとウエハＷとの同期移動方向（走査方向）をＹ方向、Ｚ方向及びＹ方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ方向、θＹ方向、及びθｚ方向とする。【００１４】
露光装置ＥＸは、露光光ＥＬによりレチクルＴＲを照明する照明光学系ＩＬ、レチクルＴＲを保持して移動可能なレチクルステージＲＳＴ、レチクルＴＲから射出される露光光ＥＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持して移動可能なウエハステージＷＳＴ、及び露光装置ＥＸを統括的に制御する主制御系ＣＯＮＴ等を備える。【００１５】
照明光学系ＩＬは、露光光ＥＬでレチクルＴＲを照明するものであって、反射鏡３、波長選択フィルタ４、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、又はロッド）５、ブラインド（視野絞り）６、反射鏡７、レンズ系８を備える。
具体的には、超高圧水銀ランプやエキシマレーザ等の光源２から射出された露光光ＥＬは、反射鏡３で反射されて露光に必要な波長の光のみを透過させる波長選択フィルタ４に入射する。そして、波長選択フィルタ４を透過した露光光ＥＬは、オプティカルインテグレータ５によって均一な強度分布の光束に調整されて、ブラインド６に到達する。
ブラインド６は、駆動系６ａによって開口Ｓを規定する複数のブレードがそれぞれ駆動し、開口Ｓの大きさを変化させることで、露光光ＥＬによるレチクルＴＲ上の照明領域を設定するものである。
そして、ブラインド６の開口Ｓを通過した露光光ＥＬは、反射鏡７で反射されてレンズ系８に入射する。このレンズ系８によってブラインド６の開口Ｓの像がレチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＴＲ上に結像され、レチクルＴＲの所望領域が照明される。【００１６】
レチクルステージＲＳＴは、レチクルＴＲを支持しつつ、リニアモータ等の駆動装置９によって、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）と垂直で互いに直交するＸ方向及びＹ方向、さらにＺ軸回りの回転方向に移動するものである。なお、レチクルＴＲは、レチクルステージＲＳＴに形成された矩形開口の周囲に設けられた不図示のレチクル吸着機構により真空吸着等される。
また、レチクルステージＲＳＴ上のレチクルＴＲのＸ方向及びＹ方向の位置、及びＺ軸回りの回転角は、不図示のレーザ干渉計によって検出される。このレーザ干渉計の計測値は、ステージ制御系１４に出力される。【００１７】
そして、レチクルＴＲの照明領域に存在するパターンＰＡの像は、投影光学系ＰＬを介して、レジストが塗布されたウエハＷ上に結像される。これにより、ウエハステージＷＳＴ上に載置されたウエハＷ上の各ショット領域ＳＨに、レチクルＴＲのパターンＰＡの像が露光される。
なお、レチクルＴＲに形成されたパターンＰＡについては、後述する。【００１８】
投影光学系ＰＬは、鏡筒内に光軸方向に沿って所定間隔をあけて配置され、群構成とされた複数のレンズエレメントによって、所定の倍率ｍ（本実施形態ではｍ＝１／４）で、レチクルＴＲのパターンＰＡの像をウエハＷ上に投影するものである。
なお、このレンズエレメントが、周方向に複数配置された伸縮可能な駆動素子の駆動によって光軸方向に移動することで、投影光学系ＰＬの種々の結像特性が調整可能である。例えば、レンズエレメントを光軸方向に移動させた場合には、光軸を中心として倍率を変化させることができる。
また、光軸に垂直に交わる軸を中心にレンズエレメントを傾斜させた場合には、ディストーションを変化させることができる。
また、レンズエレメントを動かすのではなく、レンズエレメント間に設けられた密閉された空間の気圧を制御することによっても、投影光学系の結像特性を調整することができる。
この投影光学系ＰＬの結像特性は、主制御系ＣＯＮＴにより統括的に制御される結像特性調整装置１０によって調整される。【００１９】
ウエハステージＷＳＴは、ウエハＷを真空吸着するウエハホルダ（不図示）を有するとともに、リニアモータ等の駆動装置１１によって、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）と垂直で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動するものである。
そして、投影光学系ＰＬに対して、その像面側でウエハＷを２次元移動させて、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＴＲのパターンＰＡの像が転写可能となっている。
また、ウエハステージＷＳＴ（ひいてはウエハＷ）のＸ，Ｙ方向の位置、及び回転量（θＸ，θＹ，θｚ）は、ウエハステージＷＳＴの端部に設けられた移動鏡１２と、移動鏡１２にレーザ光を照射するレーザ干渉計１３とによって検出される。なお、レーザ干渉計１３の計測値（位置情報）は、ステージ制御系１４に出力される。また、ステージ制御系１４は、主制御系ＣＯＮＴにより制御される。【００２０】
図２Ａ〜２Ｄは、本実施形態に係るレチクルＴＲを示す概念図であって、図２Ａは平面図、図２Ｂはマーク３０の拡大図，図２Ｃは主周辺マーク４２の拡大図、図２Ｄは副周辺マーク４４の拡大図である。なお、図２Ａ〜２Ｄでは、説明の都合上、実際のものとは縮尺を異ならせている。
レチクルＴＲは、投影光学系ＰＬのディストーション（像ひずみ）を計測するためにのみ用いられるディストーション計測用レチクルであって、図２Ａに示すように、石英ガラス等の透過性平板上に、クロムやケイ化モリブテン等から形成されたパターンＰＡを有する。
パターンＰＡは、Ｘ０，Ｙ０方向に所定の間隔で規則的に配置された複数の遮光性のマーク３０から構成される。なお、図２Ａにおいては、遮光部分をハッチングで表している。また、図２Ａにおいては、９個のマーク３０を図示しているが、実際は、数十個のマーク３０を備えている。【００２１】
各マーク３０は、投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に重ねて露光された際に、重ね合わせたマーク３０同士の位置ずれが計測可能となるように構成されている。
具体的には、各マーク３０は、図２Ｂに示すように、略正方形に形成された遮光性の主尺マーク３２と、主尺マーク３２を取り囲むように形成されたロ字形の遮光部３６と、主尺マーク３２からＸ０，Ｙ０方向にそれぞれ間隔ｄだけ離間した遮光部３６内の位置に略正方形に形成された透光性の副尺マーク３４と、を備えている。
このような構成を備えることにより、マーク３０を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に露光し、更にウエハＷをＸ０，Ｙ０方向にそれぞれ距離ｄ・ｍ（ｍは投影倍率）だけ移動させた後に、再びウエハＷ上にマーク３０を重ねて露光することによって、主尺マーク３２内に副尺マーク３４が重ねて露光されるようになっている（図４Ｂ参照）。これにより、主尺マーク３２に対する副尺マーク３４の（ｄ・ｍの移動分を除く）相対位置誤差が計測可能となる。【００２２】
また、図２Ａ）に示すように、複数のマーク３０のうち、略中心に位置するマーク３０ｃの周辺には、周辺マーク４０が配置されている。
周辺マーク４０は、マーク３０ｃの−Ｘ０方向、−Ｙ０方向にそれぞれ配置された主周辺マーク４２と、マーク３０ｃの＋Ｘ０方向、＋Ｙ０方向にそれぞれ配置された副周辺マーク４４とから構成される。
具体的には、主周辺マーク４２は、図２Ｃに示すように、主尺マーク３２と同様に、略正方形の遮光性のマークである。また、副周辺マーク４４は、図２Ｄに示すように、主周辺マーク４２よりも大きな略正方形の遮光部４６内に形成された略正方形の透光性のマークである。
また、主周辺マーク４２及び副周辺マーク４４のそれぞれは、マーク３０ｃと隣接する他のマーク３０との中間位置に配置されている。すなわち、各マーク３０同士が、Ｘ０，Ｙ０方向に、それぞれ間隔Ｄだけ離間して配置されているので、マーク３０ｃと周辺マーク４０のそれぞれとは、Ｘ０，Ｙ０方向に、それぞれＤ／２だけ離間して配置されている。つまり、主周辺マーク４２と副周辺マーク４４とは、各マーク３０の配置間隔Ｄと同一の間隔Ｄで配置されている。
このような構成を備えることにより、ウエハＷをＸ０，Ｙ０方向にそれぞれ間隔Ｄ・ｍだけ移動させながら、マーク３０ｃ及び周辺マーク４０（主周辺マーク４２及び副周辺マーク４４）を複数露光することにより、複数のマーク３０ｃ及び周辺マーク４０がウエハＷ上に形成される。そして、各マーク３０ｃの周辺マーク４０は、隣接する他のマーク３０ｃの周辺マーク４０と重なり合うようになっている。具体的には、各主周辺マーク４２内には、隣接する他のマーク３０ｃの副周辺マーク４４が重ねて露光される（図３Ｂ参照）。これにより、主周辺マーク４２に対する副周辺マーク４４の相対位置誤差が計測可能となる。【００２３】
次に、上述した構成を備える露光装置ＥＸ及びレチクルＴＲを用いて、投影光学系ＰＬのレンズディストーションを計測する方法について、図を参照して説明する。
投影光学系ＰＬのレンズディストーションを計測する際には、レチクルＴＲのマーク３０ｃのみを、パターンＰＡにおけるマーク３０の配列に従って、ウエハＷの上のショット領域ＳＨに順次露光する工程Ｓ１と、ショット領域ＳＨ内にパターンＰＡを露光する工程Ｓ２と、工程Ｓ１によりウエハＷ上に露光された複数のマーク３０ｃ同士の相対位置関係を計測する工程Ｓ３と、工程Ｓ１によりウエハＷ上に露光された複数のマーク３０ｃと工程Ｓ２によりウエハＷ上に露光された複数のマーク３０のそれぞれとの位置ずれ量を計測する工程Ｓ４と、工程Ｓ３及び工程Ｓ４の計測結果から投影光学系ＰＬのレンズディストーションを求める工程Ｓ５と、が行なわれる。【００２４】
まず、工程Ｓ１では、レチクルＴＲをレチクルステージＲＳＴ上に保持した上で、照明光学系ＩＬの駆動系６ａを動作させて、ブラインド６の開口Ｓを規定する。具体的には、開口Ｓは、レチクルＴＲのパターンＰＡのうち、中央部分のマーク３０ｃ及びその周辺に形成された周辺マーク４０のみを照明領域とするように設定する。すなわち、図２Ａの破線内の領域のみを照明するように、開口Ｓを規定する。
次に、マーク３０ｃ及び周辺マーク４０を、ウエハステージＷＳＴ上に載置したウエハＷの一つのショット領域ＳＨに複数露光して、基準格子ＰＢを形成する。具体的には、ウエハステージＷＳＴを、Ｘ０，Ｙ０方向にそれぞれ距離Ｄ・ｍだけ移動しつつ、マーク３０ｃ及び周辺マーク４０をウエハＷ上に露光する。これにより、図３Ａに示すように、ショット領域ＳＨ内に、Ｘ０，Ｙ０方向にそれぞれ間隔Ｄ・ｍずつ離間するように、規則的に配置された複数のマーク３０ｃ及び周辺マーク４０が形成される。そして、このパターンのうち、Ｘ０，Ｙ０方向にそれぞれ間隔Ｄ・ｍずつ離間するように、規則的に配置された複数の主尺マーク３２によって、上述した基準格子ＰＢが形成される。
また、ウエハＷのショット領域ＳＨに、マーク３０ｃを用いて、基準格子ＰＢを形成すると、基準格子ＰＢを構成する各主尺マーク３２の周辺に配置される周辺マーク４０（主周辺マーク４２及び副周辺マーク４４）のそれぞれは、各主尺マーク３２の形成と同時に図３Ｂに示すように、隣接する他の主尺マーク３２の周辺マーク４０と重ねて形成される。つまり、ある主尺マーク３２の−Ｘ０方向に配置された主周辺マーク４２は、その主尺マーク３２の−Ｘ０方向に隣接する他の主尺マーク３２の＋Ｘ０方向に配置された副周辺マーク４４と重ねて形成される。同様に、ある主尺マーク３２の−Ｙ０方向に配置された主周辺マーク４２は、その主尺マーク３２の−Ｙ０方向に隣接する他の主尺マーク３２の＋Ｙ０方向に配置された副周辺マーク４４と重ねて形成される。
このように、基準格子ＰＢは、隣接する主尺マーク３２同士の間に、重ねて形成された主周辺マーク４２及び副周辺マーク４４が存在するように形成される。なお、重ねて形成された主周辺マーク４２及び副周辺マーク４４は、後工程において、隣接する主尺マーク３２同士の相対位置関係を計測するために用いられる。
なお、上記説明では、理解容易のため、レチクルＴＲの各マークが正立像としてウエハＷ上に転写されるものとして説明している。したがって、図に示す通り、レチクルＴＲでの座標系とウエハ上での座標系とは軸の方向が一致している。これは、以下の説明についても同様である。【００２５】
次に、工程Ｓ２では、レチクルＴＲのパターンＰＡを、ショット領域ＳＨ内に形成した基準格子ＰＢ上に重ねるように、露光する。
すなわち、照明光学系ＩＬの駆動系６ａを動作させて、ブラインド６の開口Ｓを広げ、レチクルＴＲのパターンＰＡの全面を照明領域とするように設定する。そして、レチクルＴＲのパターンＰＡを、既にウエハＷのショット領域ＳＨに形成した基準格子ＰＢに対して、重ねるように露光する。
上述したように、基準格子ＰＢの形状は、パターンＰＡの形状と類似した形状となっている。つまり、基準格子ＰＢは、複数の主尺マーク３２が、Ｘ０，Ｙ０方向にそれぞれ間隔Ｄずつ離間するように規則的に配置されたパターンである。一方、パターンＰＡは、複数のマーク３０が、Ｘ０，Ｙ０方向にそれぞれ間隔Ｄ・ｍずつ離間するように規則的に配置されたパターンである。したがって、パターンＰＡは、投影光学系ＰＬによって投影倍率ｍで投影されることにより、基準格子ＰＢと重なるように配置されうる。
なお、基準格子ＰＢ上にパターンＰＡを重ねて露光する際には、ウエハＷを−Ｘ０，−Ｙ０方向にそれぞれ距離ｄ・ｍだけ移動させた位置で露光する。すなわち、図４Ａに示すように、基準格子ＰＢの主尺マーク３２（実際には、副尺マーク３４も含まれる）に対して、パターンＰＡの副尺マーク３４は、（−ｄ・ｍ，−ｄ・ｍ）だけずれた位置に形成される。したがって、基準格子ＰＢの各主尺マーク３２に対して、パターンＰＡの各マーク３０を−ｄ・ｍ，−ｄ・ｍだけずらした位置に露光することにより、図４Ｂに示すように、基準格子ＰＢの各主尺マーク３２内に、パターンＰＡの各副尺マーク３４が重ねて形成される。
このようにして、ウエハＷのショット領域ＳＨ内には、主尺マーク３２内に副尺マーク３４が重ねて形成されたものが、Ｘ０，Ｙ０方向にそれぞれ間隔Ｄ・ｍずつ離間するように、規則的に配置される。
なお、パターンＰＡの複数の副尺マーク３４、すなわち、Ｘ０，Ｙ０方向にそれぞれ間隔Ｄ・ｍずつ離間するように、規則的に配置された複数の副尺マーク３４のパターンを、被計測ショットＰＣと呼ぶ。被計測ショットＰＣは、上述の通り、ブラインド６の開口Ｓを広げ、投影光学系ＰＬの有効径内の広い範囲を用いてレチクルＴＲのパターンＰＡの複数のマークを一度にウエハＷのショット領域ＳＨに転写して形成される。したがって、被計測ショットＰＣの副尺マーク３４の配列は、投影光学系ＰＬのレンズディストーションによる配列誤差を含むものである。つまり、ウエハＷのショット領域ＳＨ内には、レンズディストーションを含まない基準格子ＰＢと、レンズディストーションを含む被計測ショットＰＣとが重ねて形成されている。そして、重ねて形成された基準格子ＰＢと被計測ショットＰＣとは、後工程において、ショット領域ＳＨのディストーション計測のために用いられる。【００２６】
次に、工程Ｓ３では、工程Ｓ１においてウエハＷのショット領域ＳＨ内に形成した基準格子ＰＢのずれ量、すなわち、基準格子ＰＢを構成する主尺マーク３２同士の相対位置関係を計測する。
まず、ウエハＷを露光装置ＥＸからアンロードし、現像処理を施す。そして、現像後のウエハＷに形成された基準格子ＰＢのずれ量を、画像処理を利用した位置計測装置により計測する。具体的には、基準格子ＰＢを構成する主尺マーク３２同士の相対位置関係は、主尺マーク３２同士の間に、重ねて形成された主周辺マーク４２及び副周辺マーク４４の相対位置関係から求める。
上述したように、主尺マーク３２とその周辺に配置される周辺マーク４０とは、レチクルＴＲのマーク３０ｃ（主尺マーク３２）及び周辺マーク４０をウエハＷ上に転写露光することにより形成されている。したがって、基準格子ＰＢを構成する各主尺マーク３２と、各主尺マーク３２のそれぞれの周辺に配置される周辺マーク４０（主周辺マーク４２及び副周辺マーク４４）との相対位置関係は、既知である。したがって、ある主尺マーク３２の−Ｘ０方向に配置された主周辺マーク４２と、その主尺マーク３２の−Ｘ０方向に隣接する他の主尺マーク３２の＋Ｘ０方向に配置された副周辺マーク４４との相対位置関係から、ある主尺マーク３２と−Ｘ０方向に隣接する他の主尺マーク３２との相対位置関係が求めることができる。
そこで、基準格子ＰＢを構成する各主尺マーク３２の周囲に配置された周辺マーク４０（主周辺マーク４２及び副周辺マーク４４）の重なり合いを、位置計測装置により画像処理することにより、基準格子ＰＢを構成する各主尺マーク３２同士の相対位置関係を計測する。【００２７】
次に、工程Ｓ４では、工程Ｓ１においてウエハＷのショット領域ＳＨ内に形成した基準格子ＰＢと、工程Ｓ２においてウエハＷのショット領域ＳＨ内に形成した被計測ショットＰＣとのずれ量、すなわち、基準格子ＰＢを構成する複数の主尺マーク３２と、被計測ショットＰＣを構成する複数の副尺マーク３４との相対位置関係を計測する。
上述したように、ウエハＷのショット領域ＳＨ内に形成した複数の主尺マーク３２のそれぞれには、被計測ショットＰＣを構成する副尺マーク３４が重ねて形成される。
そこで、ショット領域ＳＨ内の複数位置に配置された主尺マーク３２と副尺マーク３４との重なり合いを、位置計測装置により画像処理することにより、ショット領域ＳＨ内に形成した各主尺マーク３２と副尺マーク３４とのずれ量を計測する。【００２８】
主周辺マーク４２と副周辺マーク４４とを重ねて形成したマーク、及び主尺マーク３２と副尺マーク３４とを重ねて形成したマークは、いずれも図３Ｂに示すような、いわゆるボックス・イン・ボックスマークとなる（図３Ｂは主周辺マーク４２と副周辺マーク４４とを重ねて形成したマークの例である。）。このボックス・イン・ボックスマークの像を画像処理計測機などによって画像として取り込み、外側の正方形（主周辺マーク４２、主尺マーク３２）に対する内側の正方形（副周辺マーク４４、副尺マーク３４）の相対的なずれ量を求めることができる。【００２９】
そして、工程Ｓ５では、工程Ｓ３で計測した基準格子ＰＢを構成する各主尺マーク３２同士の相対位置関係から、基準格子ＰＢの形状を補正し、そして補正後の基準格子ＰＢ０と、工程Ｓ４で計測した各主尺マーク３２と副尺マーク３４とのずれ量とから、ショット領域ＳＨ内に形成した被計測ショットＰＣの形状、すなわち、レンズディストーションを算出する。
投影光学系ＰＬのレンズディストーションを求めるためには、ウエハＷのショット領域ＳＨ内に形成した基準格子ＰＢと、基準格子ＰＢに重ねて形成された被計測ショットＰＣとの複数の計測点（主尺マーク３２と副尺マーク３４との重なり合い）におけるずれ量（主尺マーク３２と副尺マーク３４との位置ずれ）を計測することにより求められる。
しかし、基準格子ＰＢをウエハＷに露光する際には、ウエハＷを保持したウエハステージＷＳＴを微小移動させる必要がある。したがって、基準格子ＰＢは、ウエハステージＷＳＴの位置決め誤差を含んだものとなっている。
そこで、工程Ｓ３で計測した基準格子ＰＢを構成する各主尺マーク３２同士の相対位置関係から、基準格子ＰＢの各主尺マーク３２の位置を補正して、ウエハステージＷＳＴの誤差を含まない理想的な形状の基準格子ＰＢ０を算出する。
そして、求めた基準格子ＰＢ０の形状と工程Ｓ４で計測した補正前の各主尺マーク３２に対する副尺マーク３４とのずれ量から、各主尺マーク３２の理想的な位置と被計測ショットＰＣの各副尺マーク３４とのずれ量を求める。つまり、ショット領域ＳＨに対する被計測ショットＰＣの形状を算出する。
そして、求めた被計測ショットＰＣの形状、すなわち、複数の副尺マーク３４ずれ量の平均を、ショット領域ＳＨにおける投影光学系ＰＬのレンズディストーションとして算出する。【００３０】
ここで、工程Ｓ３で計測した基準格子ＰＢを構成する各主尺マーク３２同士の相対位置関係は、周辺マーク４０を計測することによって、次の様にして求められる。
まず、任意のｎ番目の主尺マーク３２に対して、隣り合う（ｎ＋１）番の主尺マーク３２の相対位置ずれ量は、周辺マーク４０の重なり（主周辺マーク４２と副周辺マーク４４との重なり）を計測することにより求められる。このずれ量を（Δｘ１，Δｙ１）とすると、（ｎ＋１）番の主尺マーク３２は、ｎ番の主尺マーク３２に対してＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ（Δｘ１，Δｙ１）だけずれていることになる。
次に、（ｎ＋１）番の主尺マーク３２と、これに隣り合う（ｎ＋２）番の主尺マーク３２との相対的ずれ量は、上記と同様に、周辺マーク４０の重なりを計測し、（ｎ＋１）番の主尺マーク３２と（ｎ＋２）番の主尺マーク３２との相対位置ずれ量を求める。これを（Δｘ２，Δｙ２）とすると、（ｎ＋２）番の主尺マーク３２は、ｎ番の主尺マーク３２に対してＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ（Δｘ１＋Δｘ２，Δｙ１＋Δｙ２）だけずれていることになる。つまり、上記の計算を順次繰り返していけば、任意の主尺マーク３２を基準として、他の全ての主尺マーク３２の相対的な位置ずれ量を算出することができる。【００３１】
しかしながら、上述した方法の様に、周辺マーク４０の計測値を単純に加算することによって、各主尺マーク３２の位置ずれ量を求めると、各計測値に含まれる計測誤差が積算されてしまうため、誤差が大きくなり、正確な基準格子ＰＢを算出することができない。
そこで、周辺マーク４０の計測値から算出された主尺マーク３２の配列（基準格子ＰＢ）の配列誤差を表現する評価関数を導入し、この評価関数が最小になるように、各主尺マーク３２の最適な位置を統計的に求め、基準格子ＰＢを算出することが望ましい。
具体的な手法としては、例えば、特願２００４−２９０９８８号に記載されるような、ベクトル探索法、山登り法、遺伝的アルゴリズム、シンプレックス法等を用いることができるが、これ以外にも種々の統計的な手法を用いることができる。
これにより、基準格子ＰＢ０を、誤差を殆ど含まれないように求めることができ、したがって、投影光学系ＰＬのレンズディストーションが高精度に求められる。【００３２】
以上のように、基準格子ＰＢの形状を、基準格子ＰＢを構成する各主尺マーク３２同士の相対位置関係に基づいて補正し、補正後の基準格子ＰＢ０と被計測ショットＰＣのずれ量から投影光学系ＰＬのレンズディストーションを算出することにより、投影光学系ＰＬのレンズディストーションを高精度に求めることができる。つまり、従来のように、基準格子ＰＢと被計測ショットＰＣのずれ量から投影光学系ＰＬのレンズディストーションを求めた場合に比べて、基準格子形成時におけるウエハステージＷＳＴの位置決め誤差の影響を大幅に少なくすることが可能となる。
具体的には、従来の方法では、基準格子ＰＢと被計測ショットＰＣの各計測点におけるずれ量は５ｎｍ程度のばらつきを有していたが、本実施形態の方法によれば、基準格子ＰＢ０と被計測ショットＰＣの各計測点におけるずれ量は２ｎｍ程度のばらつきに抑えられた。したがって、本実施形態の方法によれば、投影光学系ＰＬのレンズディストーションを高精度に求めることができる。
そして、上述したレンズディストーションの計測方法を、ウエハＷのすべてのショット領域ＳＨについて行い、その結果に基づいて、結像特性調整装置１０を駆動することにより、投影光学系ＰＬの結像特性を最適化することができる。これにより、ウエハＷ上に微罪な回路パターン等を高精度に露光することが可能となる。【００３３】
次に、周辺マーク４０の変形例について説明する。
図５は、マーク３０ｃの周辺に配置された周辺マーク４０の変形例を示す図である。
図５に示すように、マーク３０ｃの−Ｘ０方向、−Ｙ０方向にそれぞれ３個の主周辺マーク４２と、＋Ｘ０方向、＋Ｙ０方向にそれぞれ３個の副周辺マーク４４とが配置されている。このように、マーク３０ｃの周辺に配置する周辺マーク４０を、複数のマーク（３個の主周辺マーク４２、３個の副周辺マーク４４）で構成することにより、上述した工程Ｓ３において、主尺マーク３２同士の相対位置関係を求める際に、主尺マーク３２同士のＸ０，Ｙ０方向のずれ量のみならず、θＺ方向の回転角も計測することが可能となる。
これにより、更に基準格子ＰＢを正確に補正することが可能となる。したがって、より正確に投影光学系のレンズディストーションを計測することができる。
なお、図５では、マーク３０ｃの周辺に、それぞれ３個の主周辺マーク４２と３個の副周辺マーク４４とを配置した例を挙げたが、主周辺マーク４２と副周辺マーク４４とがそれぞれ少なくとも２つ以上配置されていればよい。【００３４】
次に、レチクルＴＲの変形例について説明する。
図６は、本実施形態に係るレチクルＴＲ２を示す概念図である。なお、レチクルＴＲと同一の構成要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
レチクルＴＲ２は、レチクルＴＲと同様に、Ｘ０，Ｙ０方向に所定の間隔で規則的に配置された複数の遮光性のマーク３０から構成されたパターンＰＡ２を有する。
また、図６に示すように、複数のマーク３０のうち、Ｙ０方向の略中央に、Ｘ０方向に一列に並んだ複数のマーク３０（以下、マーク群３０Ｌ）の周辺には、周辺マーク５０が配置されている。
周辺マーク５０は、マーク群３０Ｌの−Ｙ０方向に距離Ｄ／２だけ離間して配置されると共にＸ０方向に一列に並べられた複数の主周辺マーク５２と、マーク群３０Ｌの＋Ｙ０方向に距離Ｄ／２だけ離間して配置されると共にＸ０方向に一列に並べられた複数の副周辺マーク５４とから構成される。つまり、複数の主周辺マーク５２と複数の副周辺マーク５４とは、複数のマーク３０の配置間隔と同一の間隔で配置されている。また、複数の主周辺マーク５２と複数の副周辺マーク５４とは、マーク群３０Ｌの各マーク３０のＸ０方向の中間位置に配置されている。
なお、主周辺マーク５２の形状は、主周辺マーク４２と同一であり、また、副周辺マーク５４の形状は、副周辺マーク５４と同一である。【００３５】
そして、レチクルＴＲ２を用いれば、上述した工程Ｓ１において、ウエハＷの一つのショット領域ＳＨに基準格子ＰＢを形成する際に、レチクルＴＲに比べて露光回数を減らすことができる。すなわち、図７に示すように、照明光学系ＩＬレチクルＴＲ２のブラインド６の開口Ｓを、マーク群３０Ｌ及びその周辺に形成された周辺マーク５０のみ（図７の破線内）を照明領域とするように設定する。これにより、ウエハステージＷＳＴをＹ０方向に移動させて露光を行うだけで、ショット領域ＳＨに基準格子ＰＢを形成することが可能となる。
また、上述した工程Ｓ３において、基準格子ＰＢの主尺マーク３２同士の相対位置関係を計測する際に、Ｘ０方向に一列に並んだ複数の主尺マーク３２のそれぞれの相対位置関係については予め求めておくことにより、全体の計測の回数を低減することができる。すなわち、Ｘ０方向に一列に並んだ複数の主尺マーク３２は、レチクルＴＲ２のマーク群３０Ｌにより一括に露光されるので、ひとかたまりのマーク（主尺マーク群３２Ｌ）として取り扱うことが可能となる。つまり、基準格子ＰＢは、複数の主尺マーク群３２Ｌにより構成されているとして取り扱うことができる。
したがって、Ｙ０方向に並列に並べられた各主尺マーク群３２Ｌ同士の相対位置関係のみを計測すればよいことになる。具体的には、Ｘ０方向に一列に並べられた主周辺マーク５２とＸ０方向に一列に並べられた副周辺マーク５４のそれぞれが、重なるように形成されるので、各主周辺マーク５２と副周辺マーク５４との重なり合いを計測する。
そして、主尺マーク群３２Ｌ同士の相対位置関係と、主尺マーク群３２Ｌの主尺マーク３２同士の相対位置関係とから、基準格子ＰＢ全体の主尺マーク３２同士の相対位置関係を求められる。
また、主尺マーク群３２ＬがＸ０方向に一列に並んだマークであることから、各主尺マーク群３２Ｌ同士の相対回転角を計測することも可能となる。
このように、レチクルＴＲ２を用いることにより、投影光学系ＰＬのレンズディストーションの計測の負担を低減することができる。
なお、レチクルＴＲ２のＹ０方向と、露光装置ＥＸの走査方向（Ｙ方向）とを一致させた上で、露光処理を行うことが好ましい。基準格子ＰＢを形成するために複数の主尺マーク群３２Ｌの配列方向（Ｘ０方向）と、被計測ショットＰＣを露光する方向（走査方向）とが直交するので、主尺マーク３２のＸ０方向の配列にウエハステージＷＳＴのＸ方向の同期移動誤差を含まないようにすることができる等の利点がある。【００３６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
本発明は、例えば、以下のような変更をも含むものとする。【００３７】
例えば、主尺マーク３２、副尺マーク３４、主周辺マーク４２，５２、副周辺マーク４４，５４の形状として、ボックス形の場合について説明したが、例えば、十字形であってもよく、これ以外にも使用する計測機に適したマークであればよい。【００３８】
また、全てのマーク３０が、主尺マーク３２と副尺マーク３４を含む場合について説明したが、工程Ｓ１においてブラインド６で隠されるマーク３０については、副尺マーク３４のみが形成されるようにしてもよい。また、本実施形態ではレチクルの中心に位置するマーク３０ｃの周辺に周辺マーク４０を配置し、基準格子ＰＢの形成に用いたが、これに限定されることはない。たとえば、中心以外の別の位置のマーク３０の周りに周辺マーク４０を配置し、これを用いて基準格子ＰＢを形成してもよいし、基準格子ＰＢ形成用に別のレチクルを準備し、これにマーク３０と周辺マーク４０とを形成しても構わない。【００３９】
また、工程Ｓ１と工程Ｓ２とは、必ずしもこの順番に行う必要はなく、工程Ｓ２の後に工程Ｓ１を行ってもよい。同様に、工程Ｓ３と工程Ｓ４とは、必ずしもこの順番に行う必要はなく、工程Ｓ４の後に工程Ｓ３を行ってもよい。【００４０】
なお、以上説明した本発明の実施形態では、ショット形状の歪みとしてレンズディストーションを例にとり、レンズディストーションを計測する実施形態として説明を行った。しかし、ショット形状の歪みの原因としては、これに限らず、例えば、走査型投影露光装置の場合、投影光学系のレンズディストーションのみならず、ウエハステージとレチクルステージとの同期移動誤差によっても、ショット形状に歪みが生じる。このような走査露光によって形成されるショットのショット形状の計測にも本発明が適用できるのは言うまでもない。【００４１】
上記実施形態では、光源としてＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等を用いる場合について説明したが、これに限らず、光源としてＦ２レーザ、Ａｒ２レーザを用いても良く、あるいは金属蒸気レーザやＹＡＧレーザを用い、これらの高調波を露光用照明光としても良い。あるいは、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）の両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を、露光用照明光として用いても良い。【００４２】
本発明は半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウエハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。【００４３】
また、投影光学系ＰＬは、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれでも良いし、縮小系、等倍系、及び拡大系のいずれでも良い。
更には、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。【００４４】
また、本発明は、投影光学系と基板（ウエハ）との間に供給された液体を介して基板上に所定のパターンを形成する液浸露光装置にも、必要な液体対策を適宜施したうえで適用可能である。液浸露光装置の構造及び露光動作は、例えば、国際公開第９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号、及び特開平１０−３０３号に開示されている。
また、本発明は、ツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば、特開平１０−１６３０９９号、特開平１０−２１４７８３号、特表２０００−５０５９５８号或いは米国特許６，２０８，４０７号に開示されている。また、本発明は、特開平１１−１３５４００号に開示されているように、ウエハ等の被処理基板を保持して移動可能な露光ステージと、各種計測部材やセンサを備えた計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。
【図１】
0004770833.tif 000002
【図２Ａ】
0004770833.tif 000003
【図２Ｂ】
0004770833.tif 000004
【図２Ｃ】
0004770833.tif 000005
【図２Ｄ】
0004770833.tif 000006
【図３Ａ】
0004770833.tif 000007
【図３Ｂ】
0004770833.tif 000008
【図４Ａ】
0004770833.tif 000009
【図４Ｂ】
0004770833.tif 000010
【図５】
0004770833.tif 000011
【図６】
0004770833.tif 000012
【図７】
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