(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原板に描画されている回路パターンを、可動ステージ上に搭載された感光基板上に投影する投影露光方法において、
前記感光基板上に複数行かつ複数列配列され且つ隣接ショット間で一部領域を重畳して投影光学系によって転写された各ショット内で、計測マークの重なりにより形成された重ね合せマークの位置差を計測し、
前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれと前記複数行かつ前記複数列のショットにわたって計測された複数の重ね合せマークそれぞれの位置差との関係を表す式から、最小二乗法を用いて、前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれを算出し、
算出された前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれに基づいて、前記ステージの移動軸の直線性及び回転ずれを調整することを特徴とする投影露光方法。
【請求項２】
さらに、前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれとともに、前記原板の投影像の歪みと前記ステージの計測スケールの誤差とによる重ね合せマーク毎の位置差を算出することを特徴とする請求項１に記載の投影露光方法。
【請求項３】
第１及び第２の計測マークを有する原板を用いて、前記感光基板上の複数のショット位置に前記第１及び第２の計測マークを転写し、さらに前記第１の計測マークに重なるように前記第２の計測マークを転写することにより、前記重ね合せマークを形成することを特徴とする請求項１に記載の投影露光方法。
【請求項４】
原板に描画されている回路パターンを感光基板上に投影する投影光学系と、
前記感光基板を搭載しかつ移動するステージと、
前記ステージの位置制御を行うステージ位置制御系と、
前記感光基板上に複数行かつ複数列配列され且つ隣接ショット間で一部領域を重畳して前記投影光学系によって転写された各ショット内で、計測マークの重なりにより形成された重ね合せマークの位置差を計測し、前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれと前記複数行かつ前記複数列のショットにわたって計測された複数の重ね合せマークそれぞれの位置差ととの関係を表す式から、最小二乗法を用いて、前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれを算出し、算出された前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれに基づいて、前記ステージの移動軸の直線性及び回転ずれを求める手段と、
を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項５】
前記求める手段は、さらに、前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれとともに、前記原板の投影像の歪みと前記ステージの計測スケールの誤差とによる重ね合せマーク毎の位置差を算出することを特徴とする請求項４に記載の投影露光装置。
【請求項６】
前記重ね合せマークは、第１及び第２の計測マークを有する原板を用いて、前記感光基板上の複数のショット位置に前記第１及び第２の計測マークを転写し、さらに前記第１の計測マークに重なるように前記第２の計測マークを転写することにより形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載の投影露光装置。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれかに記載の投影露光方法を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項４乃至６のいずれかに記載の投影露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ICやLSI等の半導体素子を製造する際に、レチクル面上の電子回路パターンを投影光学系を介し、ウエハ面上に順にステップアンドリピートして投影露光する露光装置（いわゆるステッパ）や、同様に、レチクル面上の電子回路パターンを投影光学系を介し、ウエハ面上にステップアンドスキャンして投影露光する露光装置（いわゆるスキャナ）等の投影露光装置、投影露光方法、及びそれを用いたデバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を製造するに際してはウエハ上に多層の回路パターンを重ねて転写するが、各層に要求される精度の違いから異なる露光装置を用いる場合があり、異なる露光装置間での重ね合せ精度（マッチング精度）を維持する必要がある。
【０００３】
特に、ウエハ上に転写された複数の重ね合せマークを計測してウエハの位置ずれと回転ずれを補正するグローバルアライメント方式の露光装置では、以下の調整作業を行っている。
【０００４】
第1調整項目であるレチクル投影像とウエハステージのXY座標平行度調整
第2調整項目であるウエハステージのXY軸直交度調整
第3調整項目であるウエハステージXY各軸の直線性調整
第4調整項目であるウエハステージのθ軸の安定性
【０００５】
これらの調整項目のうち、第3・第4調整項目に関しては、本出願人が提案した特開平10−308434に記載の方法、すなわち第1露光工程でウエハを180度反転した後、全面に中空箱型マークを転写したウエハに対し、第2露光工程で正規位置に戻してから中実箱型マークを転写し、第1露光工程と第2露光工程で転写した重ね合せマーク各重心の相対位置計測によって、ウエハステージXY各軸の直線性とウエハステージθ軸の安定性を計測調整してきた。
【０００６】
例えば第1図に記載されたX軸の直線性の計測では、180度反転したウエハに転写された中空箱型マークに対し、正規位置に戻してから転写された中実箱型マークの並びが、X軸の直線性を表すことが分かる。
【０００７】
あるいは、特開平6-29172に記載の方法、すなわち、隣接重ね合せデータを使用して、隣接ショットとの相対位置差と相対角度差を順次足し合わせる方法から、特定の基準ショット（例えばウエハ中心付近のショット）から任意ショットまでの相対位置差と相対角度差を求める方法によって、第3・第4調整項目に該当する干渉計用反射鏡の変形補正が行われていた。
【０００８】
例えば、第2図に記載されたレチクル投影像の11c、12c、13cと11d、12d、13dがX軸方向に隣接したショット間で重なるように転写され、第3図（a）に記載されたように重ね合せマークが転写されると、11cdi,13cdi(i=1〜3)の隣接データから計測された隣接ショット間の相対角度誤差分を演算上で除外することで、第3図(b)のように、12cdi(i=1〜3)の隣接データからX軸の直線性を計測することが可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来に行われてきた本出願人提案の特開平10-308434に記載の方法では、ウエハステージのＸＹ座標に対して奇関数の歪み成分の計測の点で、更に改善されることが望まれる。
【００１０】
また、特開平6-29172に記載の方法では、レチクル投影像の歪み（主としてレンズディストーション誤差による）が隣接ショット重畳領域に転写された重ね合せマーク距離に含まれるため、隣接ショット間の相対位置差と相対角度差のデータに一定のオフセット誤差を含ませてしまう。特に隣接ショット間の相対角度差に含まれるオフセット誤差は、ショットを円弧状に配列するように歪める恐れがある。また、隣接するショット間の相対位置差と相対角度差を順次足しあわせてゆく演算方法は、多数のショットに挟まれた２ショット間の相対位置差や相対角度差に多くの計測誤差を累積させてしまう。これらの観点からも更に改善されることが望まれる。
【００１１】
本発明の目的は、より正確にステージの移動軸の直線性及び回転ずれを調整することができる投影露光方法、投影露光装置、及びそれらを用いたデバイスの製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、原板に描画されている回路パターンを、可動ステージ上に搭載された感光基板上に投影する投影露光方法において、
前記感光基板上に複数行かつ複数列配列され且つ隣接ショット間で一部領域を重畳して投影光学系によって転写された各ショット内で、計測マークの重なりにより形成された重ね合せマークの位置差を計測し、
前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれと前記複数行かつ前記複数列のショットにわたって計測された複数の重ね合せマークそれぞれの位置差との関係を表す式から、最小二乗法を用いて、前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれを算出し、
算出された前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれに基づいて、前記ステージの移動軸の直線性及び回転ずれを調整することを特徴とする投影露光方法である。
【００１３】
第２の発明は、さらに、前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれとともに、前記原板の投影像の歪みと前記ステージの計測スケールの誤差とによる重ね合せマーク毎の位置差を算出することを特徴とする第１の発明の投影露光方法である。
【００１５】
第３の発明は、第１及び第２の計測マークを有する原板を用いて、前記感光基板上の複数のショット位置に前記第１及び第２の計測マークを転写し、さらに前記第１の計測マークに重なるように前記第２の計測マークを転写することにより、前記重ね合せマークを形成することを特徴とする第１の発明の投影露光方法である。
【００１６】
第４の発明は、原板に描画されている回路パターンを感光基板上に投影する投影光学系と、
前記感光基板を搭載しかつ移動するステージと、
前記ステージの位置制御を行うステージ位置制御系と、
前記感光基板上に複数行かつ複数列配列され且つ隣接ショット間で一部領域を重畳して前記投影光学系によって転写された各ショット内で、計測マークの重なりにより形成された重ね合せマークの位置差を計測し、前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれと前記複数行かつ前記複数列のショットにわたって計測された複数の重ね合せマークそれぞれの位置差ととの関係を表す式から、最小二乗法を用いて、前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれを算出し、算出された前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれに基づいて、前記ステージの移動軸の直線性及び回転ずれを求める手段と、
を有することを特徴とする投影露光装置である。
【００１７】
第５の発明は、前記求める手段は、さらに、前記各ショットの位置ずれ及び回転ずれとともに、前記原板の投影像の歪みと前記ステージの計測スケールの誤差とによる重ね合せマーク毎の位置差を算出することを特徴とする第４の発明の投影露光装置である。
【００１９】
第６の発明は、前記重ね合せマークは、第１及び第２の計測マークを有する原板を用いて、前記感光基板上の複数のショット位置に前記第１及び第２の計測マークを転写し、さらに前記第１の計測マークに重なるように前記第２の計測マークを転写することにより形成されたものであることを特徴とする第５の発明の投影露光装置である。
【００２０】
第７の発明は、第１の発明乃至第３の発明のいずれかの投影露光方法を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法である。
【００２１】
第８の発明は、第４の発明乃至第６の発明のいずれかの投影露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞
本発明の第１の実施例について述べる。
【００２３】
図４に記載したように、レチクル1に描画されたパターンを投影レンズ2を介してウエハ3に転写する投影露光装置において、当該ウエハを保持し、且つ投影光軸と直交する平面上で移動可能なステージ4、当該ステージの位置と姿勢を計測するレーザ干渉計7、8、9とステージ4に固定された反射鏡5 、6から構成されている。
【００２４】
このような構成において、第５図に記載したようなレチクルパターン像、すなわち中空箱型マーク11a,13a,14a,16aと中実箱型マーク11b,13b,14b,16bが隣接するショット間で重なりあうよう、例えば第６図のようなレイアウトでウエハ上に転写する。このとき、任意のショット(i)に対してＸ方向に隣接するショット(j)とＹ方向に隣接するショット(k)について取り出したものを第７図に示す。
【００２５】
図７に記載された重ね合せマークのうち、ショット(i)に対してＸ方向に隣接するショット(j)との間で重なりあう重ね合せマーク17,18は、中空箱型マークの重心位置を基準とした中実箱型マークの重心位置がＸ軸方向とＹ軸方向について計測される。
【００２６】
17,18の重ね合せマークから計測されたＸ軸方向とＹ軸方向の値を各々(xx1,xy1),(xx2,xy2)、19,20の重ね合せマークから計測されたＸ軸方向とＹ軸方向の値を各々(yx1,yy1),(yx2,yy2)、と定義する。このとき、ショット(i),(j),(k)の各ショットの位置と姿勢の誤差を各々(dxi,dyi,dθi)、(dxj,dyj,dθj)、(dxk,dyk,dθk)であるとし、また、レチクル投影像の歪みやステージ計測スケール誤差等によって生じた各重ね合せマーク毎の一定誤差をΔxx1、Δxx2、Δxy1、Δxy2、Δyx1、Δyx2、Δyy1、Δyy2、各重ね合せマークを計測するときの不規則な誤差をεxx1(i,j)、εxx2(i,j)、εxy1(i,j)、εxy2(i,j)、εyx1(i,j)、εyx2(i,j)、εyy(i,j)、εyy2(i,j)と定義すれば、（１）〜（８）式の関係が成立する。
【００２７】
xx1(i,j) = dxj - dxi - Rydθj + Rydθi + Δxx1 + εxx1(i,j)      (1)
xx2(i,j) = dxj - dxi + Rydθj - Rydθi + Δxx2 + εxx2(i,j)      (2)
xy1(i,j) = dyj - dyi - Rxdθj - Rxdθi + Δxy1 + εxy1(i,j)      (3)
xy2(i,j) = dyj - dyi - Rxdθj - Rxdθi + Δxy2 + εxy2(i,j)      (4)
yx1(i,k) = dxk - dxi - Rydθk - Rydθi + Δyx1 + εyx1(i,k)      (5)
yx2(i,k) = dxk - dxi - Rydθk - Rydθi + Δyx2 + εyx2(i,k)      (6)
yy1(i,k) = dyk - dyi - Rxdθk + Rxdθi + Δyy1 + εyy1(i,k)      (7)
yy2(i,k) = dyk - dyi + Rxdθk - Rxdθi + Δyy2 + εyy2(i,k)      (8)
(1)〜(4)式はＸ方向に重畳する部分毎に、(5)〜(8)式はＹ方向に重畳する部分毎に成立するので、Ｘ方向に重畳する部分の数がNx、Ｙ方向に重畳する部分の数がNyのとき、2(Nx+Ny)個の連立方程式ができる。さらに、全ショットの位置誤差と姿勢誤差(dxi,dyi,dθi)の平均値を一定値に定めないと求解できないので、いずれも総和を零とした３つの方程式(9)〜(11)が加える。
【００２８】
Σi=1Ns  dxi = 0                                                 (9)
Σi=1Ns  dyi = 0                                                (10)
Σi=1Ns  dθi = 0                                               (11)
【００２９】
さらに、位置誤差と姿勢誤差(dxi,dyi,dθi)にレチクル投影像の歪やステージ計測スケール誤差が含まれないように、４つの方程式(12)〜(15)式も加えなくてはならない。
【００３０】
Σi=1Ns  Xi dxi = 0                                             (12)
Σi=1Ns  Yi dxi = 0                                             (13)
Σi=1Ns  Xi dyi = 0                                             (14)
Σi=1Ns  Yi dyi = 0                                             (15)
ただし、XiとYiは各ショット中心のウエハ座標位置を示し、全ショットの総和が零になるよう調整されたベクトルの要素である。
【００３１】
以上から、2(Nx+Ny)+7個の連立方程式が構成される。
【００３２】
一方、ショット数がNs個の場合、この連立方程式における未知数は各ショットの位置誤差と姿勢誤差(dxi,dyi,dθi)と、各重畳重ね合せマーク毎の一定誤差Δxx1、Δxx2、Δxy1、Δxy2、Δyx1、Δyx2、Δyy1、Δyy2、であるから、全部で3Ns+8個存在する。
【００３３】
このとき、重ね合せマークを計測するときの不規則な誤差εxx1(i,j)、εxx2(i,j)、εxy1(i,j)、εxy2(i,j)、εyx1(i,j)、εyx2(i,j)、εyy1(i,j)、εyy2(i,j)は期待値が零で分散の等しい確率分布からなる変数であると仮定し、最小二乗法によって各ショットの位置誤差と姿勢誤差(dxi,dyi,dθi)を求める。
【００３４】
ただし、方程式の数と未知数の数には、(16)に示す関係を満たしていなくてはならない。
2(Nx + Ny) + 7 > 3Ns + 8                                        (16)
【００３５】
以上のようにして構成された連立方程式を最小二乗法による数学手段で一括した演算処理をする。
【００３６】
＜実施形態2＞
本発明の第２の実施例は、第１の実施例におけるレチクルパターンに対し、第８図に示すべく重ね合せマークを追加した例である。このようにすれば(1)〜(8)の方程式は第１実施例の３／２倍になり、連立方程式の数を増加をさせることができる。これは、各重ね合せマークを計測するときの誤差εxx1(i,j)、εxx2(i,j)、εxy1(i,j)、εxy2(i,j)、εyx1(i,j)、εyx2(i,j)、εyy1(i,j)、εyy2(i,j)による推定誤差を平均化効果によって小さくする作用がある。
【００３７】
＜実施形態3＞
第３の実施例は、第９図に示すようなテストレチクルパターンを、通常のショットレイアウトで第１０図の如くウエハ全面に転写する。（このとき隣接するショットは重ならない）
【００３８】
次いで、第９図のレチクルパターン像のマスキングライン内側のみが転写されるように、不図示のアパーチャ等でパターン像をマスキングし、第１０図に示す如く各ショットの中央部に転写する。このとき中空箱型重ね合せマーク21a〜28aと中実箱型重ね合せマーク21b〜28bが重なりあうようにしておく。第１１図に示す例は、重なりあう重ね合せマークを示したものである。
【００３９】
このような転写方法で得られたデータを使用して、第１の実施例で示した方法で連立方程式をたて、各ショットの位置と姿勢の誤差(dxi,dyi,dθi)を求めることができる。
【００４０】
こうすることで、頻繁に使用するステージ位置での誤差(dxi,dyi,dθi)を推定できるため、実用の上で第１実施例に比べ更に正確な補正が期待できる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の効果は、より正確にステージの移動軸の直線性及び回転ずれを調整することができる投影露光方法、投影露光装置、及びそれらを用いたデバイスの製造方法を提供できることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ステージ移動軸の直線性を計測する従来例の説明図
【図２】従来例で使用していたレチクルパターン図
【図３】ステージ移動軸の直線性を計測する従来例の説明図
【図４】投影露光装置の構成説明図
【図５】第１の実施例におけるレチクルパターン図
【図６】第１の実施例におけるショットレイアウト図
【図７】第１の実施例における転写状態の部分拡大図
【図８】第２の実施例におけるレチクルパターン図
【図９】第３の実施例におけるレチクルパターン図
【図１０】第３の実施例におけるショットレイアウト図
【図１１】第３の実施例における転写状態の部分拡大図
【符号の説明】
１  レチクル
２  投影レンズ
３  ウエハ
４  移動ステージ
５  レーザ干渉計反射鏡
６  レーザ干渉計反射鏡
７  レーザ干渉計
８  レーザ干渉計
９  レーザ干渉計
１０  レチクル投影像
１１ａ〜１６ａ  中空箱型マーク
１１ｂ〜１６ｂ  中実箱型マーク
１１ｃ〜１６ｃ  線状マーク
１１ｄ〜１６ｄ  線状マーク
１１ｃｄ１〜１３ｃｄ３  重畳した線状マーク
１７〜２０  重畳した箱型マーク
２１ａ〜２８ａ  中空箱型マーク
２１ｂ〜２８ｂ  中実箱型マーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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