JP3590821B2

JP3590821B2 - Measuring method of moving mirror bending, exposure method, and exposure apparatus

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Publication number: JP3590821B2
Application number: JP23819495A
Authority: JP
Inventors: 昌治川久保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JPH0979829A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば超ＬＳＩ等の半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程中で、マスクパターンを所定のステージに保持された感光基板上に露光するために使用される露光装置において、レーザ干渉測長方式で座標計測を行うためにそのステージに取り付けられた移動鏡の曲がり量の計測を行うための計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンを感光材料が塗布されたウエハの各ショット領域に転写するための露光装置（ステッパー等）が使用されている。斯かる露光装置では、一般にウエハの位置決めを行うウエハステージの直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向とする）の座標位置は、ウエハステージ上に反射面が直交するように固定された２つの移動鏡、及びこれらの移動鏡に対向するように配置された２軸のレーザ光波干渉式測長器（以下、「レーザ干渉計」という）により計測されている。この場合、２つの移動鏡の反射面は完全な平面であることが望ましいが、実際にはそれらの移動鏡にはそれぞれ曲がりがある。例えばステッパーにおいて、このような移動鏡の曲がりが残存していると、ウエハ上のショット配列精度が悪化するため、ウエハ上の異なる層にミックス・アンド・マッチ方式で異なるステッパーを用いて露光を行うような場合に、重ね合わせ精度が悪化することになる。
【０００３】
そこで、従来より予め２つの移動鏡のそれぞれの反射面の曲がり量を計測しておき、この計測結果に基づいてレーザ干渉計で得られた座標値をソフトウェア的に補正することにより、ウエハステージを正確に直交する２方向に駆動する制御が行われていた。
その従来の移動鏡の曲がりの計測方法としては、所謂バーニア評価法が知られている。このバーニア評価法では、所定の複数の計測用マークが形成されたテストレチクルを使用し、先ずウエハ上の第１列目の最初の位置にそのテストレチクルのパターン像を露光する。その後、ウエハステージを例えばＸ方向にステッピングさせて、その最初のパターン像とＸ方向の端部が重なる２番目の位置にそのテストレチクルのパターン像を露光する。この際にその重複領域には、１回目に露光された計測用マーク像（主尺）と２回目に露光された計測用マーク像（副尺）とが近接して配置されている。移動鏡の曲がりが無い状態での、その主尺と副尺との位置関係は予め分かっているため、そのウエハを現像した後、設計上の位置関係に対するその主尺と副尺との位置ずれ量を計測することにより、その移動鏡の曲がり量を求めるのがバーニア評価法の原理である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の技術においては、移動鏡の曲がりの計測は、ウエハステージをステッピングさせながら、実際にテストレチクルのパターン像をウエハ上に部分的に重なるように露光した後、この露光によって得られるマーク像の位置ずれ量を計測し、この計測結果を演算処理することによって行われていた。そのため、計測工程が複雑で、且つ計測に要する時間が長いという不都合があった。
【０００５】
本発明は斯かる点に鑑み、露光装置のウエハステージに固定された座標計測用の移動鏡の曲がりを簡単に、且つ短時間に計測できる計測方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による移動鏡曲がりの計測方法は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンが転写される感光基板（Ｗ）を互いに交差する第１方向及び第２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動させる基板ステージ（１３）と、この基板ステージに固定されそれぞれ第１方向（Ｘ方向）に実質的に垂直な反射面を有する第１移動鏡（１６Ｘ）、及び第２方向（Ｙ方向）に実質的に垂直な反射面を有する第２移動鏡（１６Ｙ）と、それら第１移動鏡及び第２移動鏡にそれぞれ座標計測用の光ビームを照射してそれら第１方向及び第２方向への基板ステージ（１３）の座標を計測する座標計測手段（１７Ｘ１，１７Ｘ２，１７Ｙ）と、を有する露光装置の第１移動鏡（１６Ｘ）及び第２移動鏡（１６Ｙ）の曲がりの計測方法において、その感光基板として予め複数の評価用マーク（２９Ｘ（ｉ，ｊ），２９Ｙ（ｉ，ｊ））が既知の配列で並べられた評価用基板（２６）を基板ステージ（１３）に載置し、その座標計測手段の計測値に基づいて基板ステージ（１３）を第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に駆動することにより、評価用基板（２６）上のそれら複数の評価用マークを順次所定のアライメントセンサの計測領域に移動して、それぞれ各評価用マークの座標を計測し、このように計測された座標、及びそれら複数の評価用マークの既知の配列に基づいて第１移動鏡（１６Ｘ）及び第２移動鏡（１６Ｙ）の曲がりを求めるものである。
【０００７】
斯かる本発明によれば、例えば図３に示すように、基準ウエハ等の評価用基板（２６）上の複数の評価用マーク（２９Ｘ（ｉ，ｊ），２９Ｙ（ｉ，ｊ））の既知の配列を基準として、第１移動鏡（１６Ｘ）、及び第２移動鏡（１６Ｙ）の曲がり量が計測される。その後、その計測された曲がり量を装置定数として記憶し、露光時の基板ステージ（１３）の移動位置を補正することにより、その曲がり量が補正されて、ショット配列精度が向上する。
【０００８】
この場合、そのように計測された座標、及びそれら複数の評価用マークの既知の配列に基づいてそれら複数の評価用マークの配列の線形成分を求め、この線形成分を除去することにより第１移動鏡（１６Ｘ）、及び第２移動鏡（１６Ｙ）の２次の曲がり量を求めることが望ましい。また、そのアライメントセンサは、マスクに形成されたパターンの像を感光基板上に投影するための投影光学系（ＰＬ）を介して評価用マークの座標を計測するものであることが望ましい。
また、そのアライメントセンサが例えば第１方向（Ｘ方向）用と、第２方向（Ｙ方向）用とに分かれている場合、評価用基板（２６）上の複数の評価用マーク（２９Ｘ（ｉ，ｊ），２９Ｙ（ｉ，ｊ））の配列をそれら２つのアライメントセンサによる計測が同時に行えるような配列にしておくことが望ましい。これによって、計測時間が短縮される。
また、複数の評価用マークは、評価用基板上に複数行及び複数列設けられており、各行毎に第１移動鏡の曲がり量を求め、各列毎に第２移動鏡（１６Ｙ）の曲がり量を求めることが望ましい。これによって、各行毎、各列毎に求めた複数の曲がり量を平均化することができる。
また、本発明の露光方法は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンを感光基板（Ｗ）上に転写する露光方法であって、本発明の移動鏡曲がりの計測方法によって求められた第１移動鏡（１６Ｘ）及び第２移動鏡（１６Ｙ）の曲がり量を記憶するとともに、その記憶された曲がり量に基づいて、マスクのパターンを感光基板上に転写する際の基板ステージ（１３）の位置を補正するものである。
さらに、本発明の露光装置は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンを感光基板（Ｗ）上に転写する露光装置であって、本発明の移動鏡曲がりの計測方法によって求められた第１移動鏡（１６Ｘ）及び第２移動鏡（１６Ｙ）の曲がり量を記憶する記憶手段（１８）と、記憶された曲がり量に基づいて、マスクのパターンを感光基板上に転写する際の基板ステージの位置を補正する制御手段（１８）とを有するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による移動鏡曲がりの計測方法の実施の形態の一例につき、図面を参照して説明する。本例は、ステッパー型の投影露光装置において、ウエハステージに固定された移動鏡の曲がり量を計測する場合に本発明を適用したものである。
【００１０】
図１は本例で使用される投影露光装置の概略的な構成を示し、この図１において、超高圧水銀ランプ１から発生した照明光ＩＬは楕円鏡２で反射されてその第２焦点で一度集光した後、コリメータレンズ、干渉フィルター、オプティカル・インテグレータ（フライアイレンズ）及び開口絞り（σ絞り）等を含む照度分布均一化光学系３に入射する。楕円鏡２の第２焦点の近傍には、モーター１２によって照明光ＩＬの光路の開閉を行うシャッター１１が配置されている。なお、露光用照明光としては超高圧水銀ランプ１等の輝線の他に、エキシマレーザ（ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等）等のレーザ光、あるいは金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波等を用いても構わない。
【００１１】
図１において、照度分布均一化光学系３から射出された照明光（ｉ線等）ＩＬは、ミラー４で反射された後、第１リレーレンズ５、可変視野絞り（レチクルブラインド）６及び第２リレーレンズ７を通過してミラー８に至る。そして、ミラー８で下方に反射された照明光ＩＬは、メインコンデンサーレンズ９を介してレチクルＲのパターン領域ＰＡをほぼ均一な照度分布で照明する。
【００１２】
さて、レチクルＲのパターン領域ＰＡを通過した照明光ＩＬは、両側（又はウエハ側に）テレセントリックな投影光学系ＰＬに入射し、投影光学系ＰＬにより例えば１／５に縮小されたレチクルＲのパターン像が、表面にフォトレジスト層が塗布され、その表面が投影光学系ＰＬの最良結像面とほぼ一致するように保持されたウエハＷ上の１つのショット領域に投影露光される。以下では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内での図１の紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行にＹ軸を取る。
【００１３】
本例では、レチクルＲは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内で２次元移動、及び回転自在なレチクルステージＲＳ上に載置され、装置全体を統轄制御する主制御系１８によりレチクルステージＲＳの位置決め動作が制御される。不図示のレチクルアライメント顕微鏡からの計測信号に基づいて、主制御系１８がレチクルステージＲＳを微動させることで、レチクルＲはパターン領域ＰＡの中心点が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致するように位置決めされる。
【００１４】
一方、ウエハＷは、微小回転可能なウエハホルダ（不図示）に真空吸着され、このウエハホルダがウエハステージ１３上に保持されている。ウエハステージ１３は、主制御系１８からの指令に基づいて駆動装置１４によりＸ方向、Ｙ方向にウエハＷの位置決めを行うと共に、オートフォーカス方式でＺ方向へのウエハＷの位置決めを行う。露光時には、ウエハＷ上の１つのショット領域に対するレチクルＲの転写露光が終了すると、ウエハステージ１３のステッピング駆動によってウエハＷ上の次のショット領域が露光位置に設定され、ステップ・アンド・リピート方式で露光が繰り返される。
【００１５】
また、図１において、投影光学系ＰＬの側面下部にオフ・アクシス方式で且つ撮像方式（以下、「ＦＩＡ（ＦｉｅｌｄＩｍａｇｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式」と呼ぶ）のアライメントセンサ１５が配置されている。アライメントセンサ１５は、フォトレジスト層に対する感光性が低く、且つ比較的広い波長帯域の照明光でウエハＷ上の検出対象のマークを照明し、そのマークの像がアライメントセンサ１５内の２次元ＣＣＤ等の撮像素子上に結像され、その撮像素子からの撮像信号がアライメント制御系１９に供給されている。アライメント制御系１９には、後述のレーザ干渉計で計測されるウエハステージ１３の座標も供給され、その撮像信号を処理することによりアライメント制御系１９はそのマークのＸ方向、又はＹ方向の座標を求め、求めた座標を主制御系１８に供給する。
【００１６】
更に、投影光学系ＰＬの側面上部にＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式で、且つ２光束ヘテロダイン干渉方式（以下、「ＬＩＡ（ＬａｓｅｒＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式」という）のＸ軸用のアライメントセンサ２０Ｘが配置されている。ＬＩＡ方式とは、例えば特開平２−２２７６０２号公報で開示されているように、回折格子状のマークに対して可干渉で僅かに周波数の異なる１対のレーザビームを照射し、そのウエハマークから同一方向に発生する１対の回折光からなるヘテロダインビームを光電変換して得られるビート信号の位相に基づいて、そのマークの位置を検出する方式である。本例においては、アライメントセンサ２０Ｘからの１対のレーザビームＡＬＸが、ミラー２１及び２２を介して投影光学系ＰＬに導かれている。その１対のレーザビームＡＬＸは投影光学系ＰＬを介してＸＺ平面内で所定の交差角で計測領域２３Ｘに照射される。
【００１７】
図２は、図１のウエハステージ１３の平面図を示し、この図２において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸからＹ方向（非計測方向）に間隔ｄｙの位置に計測領域２３Ｘの中心が設定されている。間隔ｄｙによって所謂アッベ誤差が発生するため、その間隔ｄｙを以下では「アッベ外し量」とも呼ぶ。また、ウエハＷ上の各ショット領域（以下、代表的にショット領域２４を用いる）には、それぞれ回折格子状のＸ軸のウエハマーク２５Ｘ、及びＹ軸のウエハマーク２５Ｙが形成されており、例えば上述のＦＩＡ方式のアライメントセンサ１５を用いたサーチアライメントの結果に基づいて、ウエハマーク２５Ｘがその計測領域２３Ｘにかかるように位置決めが行われる。このとき、そのウエハマーク２５ＸからほぼＺ方向に１対の回折光からなるヘテロダインビームが発生する。
【００１８】
図１に戻り、そのヘテロダインビームが投影光学系ＰＬ、ミラー２２，２１を介してアライメントセンサ２０Ｘ内の光電センサに入射し、この光電センサでそのヘテロダインビームを光電変換して得られるウエハビート信号と、内部で生成される参照ビート信号との位相差の情報がアライメント制御系１９に供給される。アライメント制御系１９では、供給される位相差、及びウエハステージ１３の座標より検出対象のウエハマーク２５ＸのＸ方向の座標を検出し、検出結果を主制御系１８に供給する。
【００１９】
また、不図示であるが、ＴＴＬ方式でＬＩＡ方式のＹ軸用のアライメントセンサも設けられ、このアライメントセンサから射出された１対のレーザビームが投影光学系ＰＬを介して、図２に示すようにウエハＷ上の計測領域２３Ｙに照射される。計測領域２３Ｙの中心は、光軸ＡＸからＸ方向（非計測方向）に間隔（アッベ外し量）ｄｘだけ離れた位置にあり、例えばサーチアライメントの結果に基づいてショット領域２４のＹ軸のウエハマーク２５Ｙがその計測領域２３Ｙにかかるように位置決めを行うことにより、そのＹ軸用のアライメントセンサ、及びアライメント制御系１９によってウエハマーク２５ＹのＹ座標が検出され、検出結果が主制御系１８に供給される。
【００２０】
次に、図２を参照して本例のウエハステージ１３の座標計測機構につき説明する。その図２において、ウエハステージ１３上にはＸ軸用の角柱状の移動鏡１６Ｘ、及びＹ軸用の角柱状の移動鏡１６Ｙが固定されている。この場合、一方の移動鏡１６Ｘの反射面はＸ軸にほぼ垂直に設定され、他方の移動鏡１６Ｙの反射面はＹ軸にほぼ垂直に設定され、移動鏡１６Ｘに対向するようにＸ軸用の２つの干渉計（レーザ光波干渉式測長器）１７Ｘ１、及び１７Ｘ２が固定され、移動鏡１６Ｙに対向するようにＹ軸用の干渉計１７Ｙが固定されている。そして、干渉計１７Ｘ１及び１７Ｘ２からのレーザビームＬＢＸ１及びＬＢＸ２が移動鏡１６Ｘの反射面にほぼ垂直に入射し、干渉計１７ＹからのレーザビームＬＢＹが移動鏡１６Ｙの反射面にほぼ垂直に入射している。
【００２１】
本例では、干渉計１７Ｘ１からのレーザビームＬＢＸ１の光軸、及び干渉計１７ＹからのレーザビームＬＢＹの光軸は投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを横切るように設定され、干渉計１７Ｘ２からのレーザビームＬＢＸ２の光軸はオフ・アクシス方式のアライメントセンサ１５の光軸１５ａ（検出中心）を横切るように設定されている。レーザビームＬＢＸ１とレーザビームＬＢＸ２とのＹ方向への間隔、即ち光軸ＡＸと光軸１５ａとの間隔はｄｆに設定されている。これらの干渉計１７Ｘ１，１７Ｘ２及び１７Ｙによりそれぞれ例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出される座標値が図１の主制御系１８、及びアライメント制御系１９に供給されている。
【００２２】
そして、干渉計１７Ｘ１により計測される座標がウエハステージ１３のＸ座標となり、干渉計１７Ｙにより計測される座標がウエハステージ１３のＹ座標となっている。なお、例えば２つの干渉計１７Ｘ１及び１７Ｘ２により計測される座標の平均値をそのＸ座標としてもよい。このように干渉計の計測結果により定められるウエハステージ１３のＸ座標、及びＹ座標が、ステージ座標系（又は静止座標系）上の座標（Ｘ，Ｙ）となる。また、２つの干渉計１７Ｘ１及び１７Ｘ２により計測される座標の差分より、図１の主制御系１８はウエハステージ１３のヨーイング等に基づく回転誤差を算出し、露光時には例えばその回転誤差に合わせてレチクルステージＲＳを介してレチクルＲを回転させる。
【００２３】
次に、本例の移動鏡１６Ｘ，１６Ｙの曲がりの計測方法の一例につき説明する。先ず、図１のウエハステージ１３上にウエハＷの代わりに基準ウエハをロードする。
図３は、ウエハステージ１３上に基準ウエハ２６がロードされた状態を示し、この図３において、基準ウエハ２６の表面には、Ｘ方向に５列でＹ方向に５行の配置で互いに同一のショット領域ＳＡ（１，１），ＳＡ（２，１），ＳＡ（３，１），…，ＳＡ（５，５）が形成されている。なお、実際にはウエハステージ１３側の座標系（Ｘ，Ｙ）に対して、基準ウエハ２６には或る程度の回転誤差が残っているが、この回転誤差は後に補正される。各ショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜５）内にはそれぞれＸ軸のＬＩＡ方式用の大型のアライメントマーク（以下、「ＬＩＡマーク」と呼ぶ）２８Ｘ（ｉ，ｊ）、Ｙ軸のＬＩＡマーク２８Ｙ（ｉ，ｊ）、及びその他のアライメントマーク（図４参照）が形成され、これらのアライメントマークの基準ウエハ２６上の座標系（試料座標系）での配列は、例えば座標測定装置等によって高精度に計測されて、主制御系１８内の記憶部に記憶されている。
【００２４】
図４は、基準ウエハ２６上のショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）内での各種アライメントマークの配置を示し、この図４において、ショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）内の基準点２７（ｉ，ｊ）に対してＹ方向に間隔ｄｙ［ｍｍ］でＸ軸のＬＩＡマーク２８Ｘ（ｉ，ｊ）の中心が配置され、基準点２７（ｉ，ｊ）に対してＸ方向に間隔ｄｘ［ｍｍ］でＹ軸のＬＩＡマーク２８Ｙ（ｉ，ｊ）の中心が配置されている。また、ショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）のＸ方向の幅は（ｄｘ＋１）［ｍｍ］、Ｙ方向の幅は（ｄｙ＋１）［ｍｍ］に設定されている。図３では、基準ウエハ２６上にはショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）は５列×５行で配列されているが、実際にはＸ方向へのピッチ（ｄｘ＋１）、及びＹ方向へのピッチ（ｄｙ＋１）で、多数のショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）が形成されている。
【００２５】
この場合、図２に示したように、ＬＩＡ方式のＸ軸のアライメントセンサの計測領域２３Ｘ、及びＹ軸のアライメントセンサの計測領域２３Ｙは、それぞれ光軸ＡＸに対してＹ方向に間隔ｄｙ、及びＸ方向に間隔ｄｘだけ外してある。従って、図４のショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）内の基準点２７（ｉ，ｊ）を、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ付近に位置合わせすることによって、Ｘ軸のＬＩＡマーク２８Ｘ（ｉ，ｊ）及びＹ軸のＬＩＡマーク２８Ｙ（ｉ，ｊ）の位置を同時に対応するＬＩＡ方式のアライメントセンサで検出できるようになっている。また、アライメントセンサによる計測領域２３Ｘ，２３Ｙ、即ちアライメントセンサからの検出光束の照射される領域は、投影露光装置によって若干のばらつきがあるので、全ての投影露光装置でＸ軸、及びＹ軸のマークの同時検出が可能となるように、ＬＩＡマーク２８Ｘ（ｉ，ｊ），２８Ｙ（ｉ，ｊ）は大きく形成されている。
【００２６】
また、ＬＩＡマーク２８Ｘ（ｉ，ｊ）に隣接するようにＦＩＡ方式で検出されるＸ軸のアライメントマーク（以下、「ＦＩＡ標準マーク」という）２９Ｘ（ｉ，ｊ）が形成され、ＬＩＡマーク２８Ｙ（ｉ，ｊ）に隣接するようにＹ軸のＦＩＡ標準マーク２９Ｙ（ｉ，ｊ）が形成され、ショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）の中央部にサーチアライメント用のＹ軸のサーチマーク３０（ｉ，ｊ）及びＸ軸のサーチマーク３１（ｉ，ｊ）も形成されている。サーチマーク３０（ｉ，ｊ）及び３１（ｉ，ｊ）は例えば図１のＦＩＡ方式のアライメントセンサ１５によって検出される。
【００２７】
次に、基準ウエハ２６上の各マークの位置検出を行うが、その場合の計測値の符号等を以下の（１）〜（７）のように設定する。
（１）以下では図２において、Ｘ軸の干渉計１７Ｘ１の計測値Ｘ、及びＹ軸の干渉計１７Ｙの計測値Ｙで定まる座標系（Ｘ，Ｙ）をステージ座標系とするが、図３の基準ウエハ２６の中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置するときの座標（Ｘ，Ｙ）を原点（０，０）とする。
【００２８】
また、図２において、その原点からウエハステージ１３が右方向に移動するときにＸ座標が＋方向に変化して、ウエハステージ１３が上方向に移動するときにＹ座標が＋方向に変化するものとして、Ｘ座標及びＹ座標の単位をｍｍとする。
（２）ＬＩＡ方式のＸ軸のアライメントセンサ２０Ｘ、及びＹ軸のアライメントセンサによる位置検出に際しては、それぞれ検出対象マークの設計上の位置からのＸ方向への位置ずれ量ＬＸ［ｎｍ］、及びＹ方向への位置ずれ量ＬＹ［ｎｍ］が検出され、検出結果がアライメントデータ（ＬＸ，ＬＹ）となる。この際の位置ずれ量の符号は、図４（平面図）においてアライメントセンサの検出中心（設計上の位置）に対して検出対象マークが右方向にずれているときに位置ずれ量ＬＸが＋となり、上方向にずれているときに位置ずれ量ＬＹが＋となるように設定する。
【００２９】
また、ＦＩＡ方式のアライメントセンサ１５により検出される、検出対象マークの設計上の位置からＸ方向への位置ずれ量ＦＸ［ｎｍ］、及びＹ方向への位置ずれ量ＦＹ［ｎｍ］をアライメントデータ（ＦＸ，ＦＹ）として、これらの符号をアライメントデータ（ＬＸ，ＬＹ）と同様に設定する。
（３）以下では、計測結果を処理して基準ウエハ２６の試料座標系（ｘ，ｙ）でのｘ方向への線形伸縮（ウエハスケーリング）γｘ、及びｙ方向へのウエハスケーリングγｙを検出するが、これらのウエハスケーリングγｘ，γｙ［ｐｐｍ］は、ウエハが伸びる方向を＋とする。
【００３０】
（４）図５の基準ウエハの平面図で示すように、基準ウエハ２６のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）に対する回転角（ウエハローテーション）θ［μｒａｄ］も検出されるが、そのウエハローテーションθの符号は、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）に対して反時計方向に回転する場合を＋とする。
（５）座標（Ｘ，Ｙ）におけるウエハステージ１３のヨーイングをＹａｗ（Ｘ，Ｙ）［μｒａｄ］とすると、ヨーイングＹａｗの符号は例えば図３においてウエハステージ１３が反時計方向に回転する場合を＋とする。
【００３１】
（６）図２のＸ軸の移動鏡１６Ｘの座標位置Ｙでの曲がり量をＭＸ（Ｙ）［ｎｍ］、Ｙ軸の移動鏡１６Ｙの座標位置Ｘでの曲がり量をＭＹ（Ｘ）［ｎｍ］とする。そして、曲がり量ＭＸ（Ｙ）、及びＭＹ（Ｘ）の符号はそれぞれウエハステージ１３が＋Ｘ方向、及び＋Ｙ方向に動く方向（即ち、アライメントセンサによるアライメントデータが＋になる方向）のときに＋とする。なお、Ｘ軸の移動鏡１６Ｘの曲がり量は０次成分を取り除いた１次以上の曲がり成分（ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）の直交度誤差を含む）を指し、Ｙ軸の移動鏡１６Ｙの曲がり量は０次成分、及び１次成分を取り除いた２次以上の曲がり成分を指すものとする。
【００３２】
（７）基準ウエハ２６のショット配列の誤差は極めて小さく、各ショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）の回転（チップローテーション）のばらつきも小さいとする。あるいは、基準ウエハ２６のショット配列の誤差（ウエハ上の試料座標系の直交度誤差、ランダムな誤差等）、及び各ショット領域のチップローテーションによる各アライメントマークの設計値からのずれを予め計測しておいて、計測時にアライメントデータを補正してもよい。以下では、基準ウエハ２６の配列誤差が極めて小さいか、又はその配列誤差が補正されていると仮定する。
【００３３】
これらの条件のもとで、以下の工程によって移動鏡１６Ｘ，１６Ｙの曲がり量を計測する。
（第１工程）
図３において、ウエハステージ１３にロードされた基準ウエハ２６上の全部のショット領域ＳＡ（１，１）〜ＳＡ（５，５）から所定個数（例えば２個）のショット領域を選択してサーチアライメントを行う。即ち、図１のＦＩＡ方式のアライメントセンサ１５を用いてこれら選択されたショット領域内のサーチマーク３０（ｉ，ｊ），３１（ｉ，ｊ）のＸ座標、Ｙ座標を計測し、これら計測結果、及びそれらサーチマークの試料座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配列座標から、試料座標系（ｘ，ｙ）からステージ座標系（Ｘ，Ｙ）へのラフな変換パラメータを求める。この変換パラメータは、ｘ軸のＸ軸に対する回転角（ウエハローテーション）θ、及びＸ方向及びＹ方向へのオフセットＯｘ，Ｏｙよりなる。そこで、例えばその回転角θを補正するように基準ウエハ２６を回転するか、又はＸ軸に対して回転角θだけ回転した軸を新たなＸ軸とみなす等の手法によって、回転角の補正（回転取り）を行う。
【００３４】
その後、得られたオフセットＯｘ，Ｏｙを用いて、各マークの試料座標系（ｘ，ｙ）上の配列座標からステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での配列座標を求める。この結果、各マークの座標位置はほぼ０．１μｍ以下程度の精度で大まかに特定され、基準ウエハ２６のウエハローテーションθは１μｒａｄ程度以下となっている。残留するウエハローテーションθは、サーチアライメントの精度に起因するものである。また、ウエハステージ１３の温度と基準ウエハ２６の温度との差によって、Ｘ方向及びＹ方向へのウエハスケーリングγｘ，γｙが生じている。
【００３５】
（第２工程）
基準ウエハ２６の温度がウエハステージ１３の温度で安定するまで待機する。その後、図１のＦＩＡ方式のアライメントセンサ１５を用いて、基準ウエハ２６上の全部のショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）内のＸ軸のＦＩＡ標準マーク２９Ｘ（ｉ，ｊ）（図４参照）及びＹ軸のＦＩＡ標準マーク２９Ｙ（ｉ，ｊ）の設計上の位置からの、それぞれＸ方向への位置ずれ量ＦＸ、及びＹ方向への位置ずれ量ＦＹを求める。この際に、アッベ誤差の発生を防止するため、Ｘ座標としては図２の干渉計１７Ｘ２の計測値を使用する。そして、例えば特開昭６２−８４５１６号公報で開示されているエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式のアライメント方法を適用して、それらのアライメントデータ（ＦＸ，ＦＹ）、及び設計上の配列座標に基づいて、基準ウエハ２６上の試料座標系（ｘ，ｙ）からステージ座標系（Ｘ，Ｙ）への変換パラメータを算出する。この際の変換パラメータは、ウエハスケーリングγｘ，γｙ、ウエハローテーションθ、直交度誤差ｗ、及びオフセットＯｘ，Ｏｙからなっている。ＦＩＡ方式のアライメントセンサ１５の光軸１５ａ（検出中心）は干渉計からのレーザビームＬＢＸ２，ＬＢＹの光軸上にあり、アライメントセンサ１５の計測値にはアッベ誤差がないので、ウエハスケーリングγｘ，γｙ、及びウエハローテーションθの計測値にはウエハステージ１３のヨーイングの影響を受けない。
【００３６】
（第３工程）
その第２工程で求められた変換パラメータを使用して、基準ウエハ２６上の各マークの試料座標系（ｘ，ｙ）上の配列座標からステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上での配列座標を求める。そして、図１のＬＩＡ方式のＸ軸のアライメントセンサ２０Ｘ、及びＹ軸のアライメントセンサを用いて、図３の基準ウエハ２６上の全部のショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜５，ｊ＝１〜５）内のＸ軸のＬＩＡマーク２８Ｘ（ｉ，ｊ）及びＹ軸のＬＩＡマーク２８Ｙ（ｉ，ｊ）の設計上の位置からの、それぞれＸ方向への位置ずれ量ＬＸ、及びＹ方向への位置ずれ量ＬＹを求める。これらのアライメントデータ（ＬＸ，ＬＹ）を主制御系１８内の記憶部に記憶する。
【００３７】
（第４工程）
主制御系１８は、以下の計算を行ってＸ軸の移動鏡１６Ｘの位置Ｙでの曲がり量ＭＸ（Ｙ）、及びＹ軸の移動鏡１６Ｙの位置Ｘでの曲がり量ＭＹ（Ｘ）を求める。先ず、Ｘ座標をｉ列目のショット領域の位置Ｘｉに固定して、ＬＩＡ方式のアライメントセンサによるＹ座標の関数としてのアライメントデータ（ＬＸ（Ｙ），ＬＹ（Ｙ））を、移動鏡の曲がり量ＭＸ（Ｙ）、座標（Ｘｉ，Ｙ）でのウエハステージ１３のヨーイングＹａｗ（Ｘｉ，Ｙ）、ウエハローテーションθ、及び所定の定数ａ１，ａ２の関数として次のように表すことができる。
【００３８】
［Ｘ＝Ｘｉ（固定）の場合］
ＬＸ（Ｙ）＝ＭＸ（Ｙ）−Ｙａｗ（Ｘｉ，Ｙ）ｄｙ＋θ・Ｙ＋ａ１（ａ）
ＬＹ（Ｙ）＝Ｙａｗ（Ｘｉ，Ｙ）ｄｘ−γｙ・Ｙ＋θ・ｄｘ＋ａ２（ｂ）
同様に、Ｙ座標をｊ行目のショット領域の位置Ｙｊに固定して、Ｘ座標の関数としてのアライメントデータ（ＬＸ（Ｘ），ＬＹ（Ｘ））を、移動鏡の曲がり量ＭＹ（Ｘ）、座標（Ｘ，Ｙｊ）でのウエハステージ１３のヨーイングＹａｗ（Ｘ，Ｙｊ）、ウエハローテーションθ、及び所定の定数ａ３，ａ４の関数として次のように表すことができる。
【００３９】
［Ｙ＝Ｙｊ（固定）の場合］
ＬＸ（Ｘ）＝−Ｙａｗ（Ｘ，Ｙｊ）ｄｙ−γｘ・Ｘ−θ・ｄｙ＋ａ３（ｃ）
ＬＹ（Ｘ）＝ＭＹ（Ｘ）＋Ｙａｗ（Ｘ，Ｙｊ）ｄｘ−θ・Ｘ＋ａ４（ｄ）
次に、第３工程で求めたアライメントデータ（ＬＸ，ＬＹ）の内で、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上の計測位置（Ｘｉ，Ｙｊ）での計測結果を（ＬＸｉ，ＬＹｊ）として、Ｘ座標がＸｉでのＸ軸の移動鏡１６Ｘの曲がり量をＭＸｉ（Ｙ）（Ｙ＝Ｙ１〜Ｙ５）、Ｙ座標がＹｊでのＹ軸の移動鏡１６Ｙの曲がり量をＭＹｊ（Ｘ）（Ｘ＝Ｘ１〜Ｘ５）とする。これらの曲がり量ＭＸｉ（Ｙ），ＭＹｊ（Ｘ）は以下のように求められる。即ち、（ｂ）式より、次式が得られる。
【００４０】
Ｙａｗ（Ｘｉ，Ｙｊ）＝（ＬＹｊ＋γｙＹｊ−θ ｄｘ−ａ２）／ｄｘ（ｅ）
そして、（ａ）式、（ｅ）式より、次式が得られる。

同様に、（ｃ）式より、次式が成立する。
【００４１】
Ｙａｗ（Ｘｉ，Ｙｊ）＝−（ＬＸｉ＋γｘＸｉ＋θ ｄｙ−ａ３）／ｄｙ（ｇ）
そして、（ｄ）式、（ｇ）式より、次式が導かれる。

【００４２】
ここで、（ｆ）式においてＸ軸の移動鏡１６Ｘの曲がり量ＭＸｉ（Ｙｊ）の内、（−θ・ｄｙ−ａ２・ｄｙ／ｄｘ−ａ１）は、位置Ｙｊに依存しない０次成分である。また、（ｈ）式においてＹ軸の移動鏡１６Ｙの曲がり量ＭＹｊ（Ｘｉ）の内、（γｘ・ｄｘ／ｄｙ＋θ）・Ｘｉは、位置Ｘｉに比例する１次成分、（θ・ｄｘ−ａ３・ｄｘ／ｄｙ−ａ４）は、位置Ｘｉに依存しない０次成分である。よって、これらは本例での移動鏡曲がりには含まれないので除去すると、（ｆ）式、及び（ｈ）式はそれぞれ次のように書き換えられる。
【００４３】

次に、第２工程で求めたウエハスケーリングγｙ、及びウエハローテーションθを（ｉ）式、（ｊ）式に代入する。求めるべき移動鏡の曲がり量ＭＸｉ（Ｙｊ）及びＭＹｊ（Ｘｉ）は、それぞれＭＸｉ（Ｙｊ）が０次成分を取り除いた曲がり成分、ＭＹｊ（Ｘｉ）が０次成分と１次成分とを取り除いた曲がり成分である。従って、（ｉ）式、（ｊ）式で求めた曲がり量ＭＸｉ（Ｙｊ），ＭＹｊ（Ｘｉ）について、それぞれ更に折れ線（Ｙｊ，ＭＸｉ（Ｙｊ））及び（Ｘｉ，ＭＹｊ（Ｘｉ））を０次直線、及び１次直線で最小二乗近似し、求められた近似直線を差し引くことによって、０次成分及び１次成分を全て除去する。そして、（ｉ）式、及び（ｊ）式から、それぞれ対応する近似直線を差し引いた残留成分が、求めるべき移動鏡の曲がり量ＭＸｉ（Ｙｊ），及びＭＹｊ（Ｘｉ）となる。
【００４４】
（第５工程）
上述の第４工程によって、ウエハの露光可能部分（アライメントマークが形成されている範囲）での移動鏡曲がりが求められた。次に、図３において、Ｘ軸の移動鏡１６Ｘの−Ｙ方向の端部での曲がり量を求める。この部分での曲がり量は、例えば通常のウエハの−Ｙ方向の端部のウエハマークの位置をＬＩＡ方式で計測する際に、干渉計１７Ｘ２の計測値を用いてウエハステージ１３のヨーイングの補正を行う際に必要となる。以下に計測方法を示す。
【００４５】
先ず、第４工程で求めた移動鏡曲がりを、装置定数として図１の主制御系１８内の記憶部に入力し、以下のステージ制御に用いる。図３において、Ｘ軸の移動鏡１６Ｘの曲がりが計測されている領域を、ｍ１≦Ｙ≦ｍ２（−ｍ１≒ｍ２≒ウエハ半径）とする。なお、Ｘ軸、Ｙ軸の原点は、基準ウエハ２６の中心が投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致する位置に設定されている。ここで、Ｘ座標をｉ列目のショット領域の位置Ｘｉに固定すると、次のようになる。
【００４６】
［領域（Ｙ≦ｍ２−ｄｆ）において］
この領域では、干渉計１７Ｘ１及び１７Ｘ２の計測位置では共に移動鏡１６Ｘの曲がりが補正されているため、干渉計１７Ｘ１及び１７Ｘ２の計測値をそれぞれＸ_ｉ１、及びＸ_ｉ２とすると、次の関係が成立する。
Ｘ_ｉ２−Ｘ_ｉ１＝Ｙａｗ（Ｘｉ，Ｙｊ）・ｄｆ（ｋ）
差分（Ｘ_ｉ２−Ｘ_ｉ１）は、干渉計の計測値の差分であるから、（ｂ）式、（ｋ）式より、Ｘ座標が位置Ｘｉのときの定数ａ２が求まる。
【００４７】
［領域（ｍ２−ｄｆ≦Ｙ）において］
これは移動鏡１６Ｘと干渉計１７Ｘ１，１７Ｘ２とが図３のような位置関係にある領域である。この場合、干渉計１７Ｘ１，１７Ｘ２の計測値Ｘ_ｉ１，Ｘ_ｉ２、及び位置（Ｘｉ，Ｙｊ＋ｄｆ）での移動鏡１６Ｘの曲がり量ＭＸｉ（Ｙｊ＋ｄｆ）等を使用すると、次のようになる。
【００４８】
Ｘ_ｉ２−Ｘ_ｉ１＝Ｙａｗ（Ｘｉ，Ｙｊ）・ｄｆ−ＭＸｉ（Ｙｊ＋ｄｆ）（ｌ）
Ｘ座標が位置Ｘｉのときの定数ａ２は領域（Ｙ≦ｍ２−ｄｆ）での計測で求められており、これは領域（ｍ２−ｄｆ≦ｙ）においても共通である。よって、（ｅ）式よりＹａｗ（Ｘｉ，Ｙｊ）が求められ、これを（ｌ）式に代入することで露光可能部分の外での曲がり量ＭＸｉ（Ｙｊ＋ｄｆ）が求められる。
【００４９】
（第６工程）
以上の工程によって、Ｘ軸の移動鏡１６Ｘの曲がり量ＭＸｉ（Ｙ）（Ｙ＝Ｙ１〜Ｙ５）、及びＹ軸の移動鏡１６Ｙの曲がり量ＭＹｊ（Ｘ）（Ｘ＝Ｘ１〜Ｘ５）が求められる。曲がり量ＭＸｉ（Ｙ）は全ての位置Ｘｉ（ｉ＝１〜５）について求められ、位置Ｘｉによらず一定となるべき量である。よって、各曲がり量ＭＸｉ（Ｙ）の位置Ｘ１〜Ｘ５に関する平均値をＸ軸の移動鏡の曲がり量ＭＸ（Ｙ）とする。同様に、曲がり量ＭＹｊ（Ｘ）は全ての位置Ｙｊ（ｊ＝１〜５）について求められ、位置Ｙｊによらず一定となるべき量である。よって、各曲がり量ＭＹｊ（Ｘ）の位置Ｙ１〜Ｙ５に関する平均値をＹ軸の移動鏡の曲がり量ＭＹ（Ｘ）とする。
【００５０】
（第７工程）
基準ウエハ２６を使用して、上述の第１工程〜第６工程を繰り返すことによって複数回移動鏡の曲がり量ＭＸ（Ｙ），ＭＹ（Ｘ）を求め、これらを平均化する。これによってアライメントセンサの測定誤差や、干渉計の計測値の空気揺らぎによる誤差の影響等を軽減する。
【００５１】
上述のように、本例の計測方法によれば、基準ウエハ２６上の各マークの位置を計測し、計測結果を処理するだけで、実際に露光を行うことなく移動鏡１６Ｘ，１６Ｙの曲がり量を求めることができる。
なお、上記の例の第２工程（ＦＩＡ方式のアライメントセンサを用いたウエハスケーリング等の算出工程）を以下のように変更してもよい。
【００５２】
例えば、ｘ方向のウエハスケーリングγｘを求める場合、図３において、基準ウエハ２６上のＹ座標が同じ行のショット領域（例えばＳＡ（１，１），ＳＡ（２，１），…）のＸ軸のＦＩＡ標準マーク２９Ｘ（ｉ，ｊ）（図４参照）の位置ずれ量をＦＩＡ方式のアライメントセンサ１５によって計測し、計測結果ＦＸｉ（ｉ＝１〜５）から１行目のウエハスケーリングγｘ１を求める。同様に、それぞれＹ座標が同じ２行目〜５行目のショット領域についてウエハスケーリングγｘ２〜γｘ５を求め、γｘｊ（ｊ＝１〜５）の平均値をｘ方向のウエハスケーリングγｘとする。
【００５３】
ｙ方向のウエハスケーリングγｙを計測する場合も同様に、図３において、基準ウエハ２６上のＸ座標が同じ列のショット領域（例えばＳＡ（１，１），ＳＡ（１，２），…）のＹ軸のＦＩＡ標準マーク２９Ｙ（ｉ，ｊ）（図４参照）の位置ずれ量をＦＩＡ方式のアライメントセンサ１５によって計測し、計測結果から１列目のウエハスケーリングγｙ１を求める。そして、全列のウエハスケーリングγｙｉ（ｉ＝１〜５）の平均値をｙ方向のウエハスケーリングγｙとする。
【００５４】
同様に、ウエハローテーションθを計測する場合も、基準ウエハ２６上のＹ座標が同じ行のショット領域（例えばＳＡ（１，１），ＳＡ（２，１），…）のＹ軸のＦＩＡ標準マーク２９Ｙ（ｉ，ｊ）の位置ずれ量をアライメントセンサ１５によって計測し、計測結果ＦＹｉ（ｉ＝１〜５）から１行目のウエハローテーションθ１を求める。そして、全行のウエハローテーションθｊ（ｊ＝１〜５）の平均値をウエハローテーションθとする。この方法によれば、移動鏡曲がりの影響を受けない利点がある。
【００５５】
また、図３の基準ウエハ２６上のＬＩＡマーク２８Ｘ（ｉ，ｊ），２８Ｙ（ｉ，ｊ）の間隔（即ち、移動鏡曲がり計測の間隔）は狭い程良いのは当然であるが、その間隔はウエハステージ１３で必要とされる位置決め精度に応じて設定すればよい。また、装置定数として移動鏡の曲がり量の計測値ＭＸ（Ｙ），ＭＹ（Ｘ）を記憶させるときに、計測位置の間の移動鏡曲がりについては直線近似等で補間して入力してもよい。
【００５６】
また、上述の実施の形態ではアライメントセンサとして、ＬＩＡ方式及びＦＩＡ方式が使用されているが、例えばスリット状に集光されたレーザビームとドット列状のマークとを相対走査するレーザ・ステップ・アライメント（ＬＳＡ）方式のアライメントセンサを使用してもよい。更に、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式、又はオフ・アクシス方式のアライメントセンサのみならず、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメントセンサを使用してもよい。
【００５７】
また、本発明は、レチクルとウエハとを同期して走査して露光を行う所謂ステップ・アンド・スキャン方式等の露光装置で移動鏡曲がりを計測する場合等にも同様に適用できるものである。このように本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の評価用マークが既知の配列で並べられた評価用基板を使用し、それら複数の評価用マークの位置計測を行うことによって移動鏡の曲がり量を求めているため、露光装置の基板ステージ（ウエハステージ）に固定された座標計測用の移動鏡の曲がりを簡単に、且つ短時間に計測できる利点がある。そのように計測された移動鏡の曲がり量を装置定数として記憶し、露光時に基板ステージの位置を補正することにより、感光基板上のショット配列精度を高めることができ、異なる露光装置を用いて重ねて露光を行う場合の重ね合わせ精度も向上する。
【００５９】
また、それら評価用マークについて計測された座標、及びそれら評価用マークの既知の配列に基づいてそれら評価用マークの配列の線形成分を求め、この線形成分を除去することにより第１移動鏡、及び第２移動鏡の２次の曲がり量を求める場合には、それら移動鏡の傾き角の影響等が除去された曲がり成分のみを正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露光装置を示す構成図である。
【図２】図１の投影露光装置のウエハステージ１３の座標計測機構を示す平面図である。
【図３】図１の投影露光装置のウエハステージ１３上に基準ウエハ２６をロードした状態を示す平面図である。
【図４】基準ウエハ２６のショット領域ＳＡ（ｉ，ｊ）内のマーク配置を示す拡大平面図である。
【図５】基準ウエハ２６のウエハローテーションの説明図である。
【符号の説明】
Ｒレチクル
ＰＬ投影光学系
Ｗウエハ
１３ウエハステージ
１５ＦＩＡ方式のアライメントセンサ
１６Ｘ，１６Ｙ移動鏡
１７Ｘ１，１７Ｘ２，１７Ｙ座標計測用の干渉計
１８主制御系
１９アライメント制御系
２０ＸＬＩＡ方式のＸ軸のアライメントセンサ
２６基準ウエハ
ＳＡ（ｉ，ｊ）ショット領域
２８Ｘ（ｉ，ｊ），２８Ｙ（ｉ，ｊ）ＬＩＡマーク
２９Ｘ（ｉ，ｊ），２９Ｙ（ｉ，ｊ）ＦＩＡ標準マーク
３０（ｉ，ｊ），３１（ｉ，ｊ）サーチマーク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photolithography process for manufacturing a semiconductor device such as a super LSI, an imaging device (CCD or the like), a liquid crystal display device, a thin film magnetic head, or the like, in which a mask pattern is held on a predetermined stage. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measurement method for measuring the amount of bending of a movable mirror attached to a stage in an exposure apparatus used for exposing on a substrate in order to perform coordinate measurement by a laser interference measurement method.
[0002]
[Prior art]
When manufacturing a semiconductor element or the like, an exposure apparatus (stepper or the like) for transferring a reticle pattern as a mask to each shot area of a wafer coated with a photosensitive material is used. In such an exposure apparatus, the coordinate positions in two orthogonal directions (X and Y directions) of the wafer stage for positioning the wafer are generally two moving positions fixed on the wafer stage such that the reflection surfaces are orthogonal to each other. The measurement is performed by a mirror and a biaxial laser light wave interferometer (hereinafter, referred to as a “laser interferometer”) arranged to face the movable mirror. In this case, it is desirable that the reflecting surfaces of the two movable mirrors be completely flat, but in reality, each of the movable mirrors has a bend. For example, in the case of a stepper, if such bending of the movable mirror remains, the shot arrangement accuracy on the wafer deteriorates. Therefore, different layers on the wafer are exposed using a different stepper by a mix-and-match method. In such a case, the overlay accuracy deteriorates.
[0003]
Therefore, the bending amount of each of the reflecting surfaces of the two movable mirrors is measured in advance, and the coordinate value obtained by the laser interferometer is corrected by software based on the measurement result, so that the wafer stage can be moved. Control for driving in two directions that are orthogonal to each other is performed.
As a conventional method for measuring the bending of the movable mirror, a so-called vernier evaluation method is known. In this vernier evaluation method, a test reticle on which a plurality of predetermined measurement marks are formed is used, and a pattern image of the test reticle is first exposed at a first position in a first column on a wafer. Thereafter, the wafer stage is stepped, for example, in the X direction, and the test reticle pattern image is exposed at a second position where the first pattern image and the X direction end overlap. At this time, the measurement mark image (primary scale) exposed first and the measurement mark image (secondary scale) exposed second time are arranged close to each other in the overlapping area. Since the positional relationship between the main scale and the vernier scale in a state where the movable mirror is not bent is known in advance, after the wafer is developed, the positional deviation between the main scale and the vernier scale relative to the positional relationship in design is obtained. The principle of the vernier evaluation method is to obtain the amount of bending of the movable mirror by measuring the amount.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art as described above, the measurement of the bending of the movable mirror is obtained by exposing the pattern image of the test reticle so as to partially overlap the wafer while stepping the wafer stage, and then performing this exposure. It has been performed by measuring the amount of displacement of the mark image and performing arithmetic processing on the measurement result. Therefore, there is a disadvantage that the measurement process is complicated and the time required for the measurement is long.
[0005]
In view of the above, it is an object of the present invention to provide a measurement method capable of easily and quickly measuring a bending of a coordinate measuring movable mirror fixed to a wafer stage of an exposure apparatus.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the method for measuring the bending of a movable mirror according to the present invention, a photosensitive substrate (W) to which a pattern formed on a mask (R) is transferred is moved in a first direction and a second direction (X direction, Y direction) crossing each other. A substrate stage (13), a first movable mirror (16X) fixed to the substrate stage and each having a reflecting surface substantially perpendicular to a first direction (X direction), and substantially in a second direction (Y direction). Moving mirror (16Y) having a reflecting surface perpendicular to the mirror, and irradiating the first moving mirror and the second moving mirror with a light beam for coordinate measurement, respectively, and a substrate stage in the first direction and the second direction. In a method for measuring the bending of the first movable mirror (16X) and the second movable mirror (16Y) of the exposure apparatus having the coordinate measuring means (17X1, 17X2, 17Y) for measuring the coordinates of (13), the photosensitive substrate is provided. As multiple in advance The evaluation substrate (26) in which the valuation marks (29X (i, j), 29Y (i, j)) are arranged in a known arrangement is placed on the substrate stage (13), and the measured value of the coordinate measuring means is used. By driving the substrate stage (13) in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) based on the above, the plurality of evaluation marks on the evaluation substrate (26) are sequentially aligned with a predetermined alignment sensor. Move to the measurement area, and measure the coordinates of each evaluation mark. Based on the coordinates thus measured and the known arrangement of the plurality of evaluation marks, the first movable mirror (16X) and the This is for obtaining the bending of the two movable mirrors (16Y).
[0007]
According to the present invention, for example, as shown in FIG. 3, a plurality of evaluation marks (29X (i, j), 29Y (i, j)) on an evaluation substrate (26) such as a reference wafer are known. The amount of bending of the first movable mirror (16X) and the second movable mirror (16Y) is measured with reference to the arrangement of. Thereafter, the measured amount of bending is stored as a device constant, and by correcting the moving position of the substrate stage (13) during exposure, the amount of bending is corrected, and the shot arrangement accuracy is improved.
[0008]
In this case, the linear component of the array of the plurality of evaluation marks is obtained based on the coordinates thus measured and the known array of the plurality of evaluation marks, and the first movement is performed by removing the linear component. It is desirable to obtain the secondary bending amount of the mirror (16X) and the second movable mirror (16Y).Preferably, the alignment sensor measures the coordinates of the evaluation mark via a projection optical system (PL) for projecting an image of a pattern formed on the mask onto a photosensitive substrate.
When the alignment sensor is divided into, for example, a first direction (X direction) and a second direction (Y direction), a plurality of evaluation marks (29X (i, j) and 29Y (i, j)) are desirably arranged so that measurement by the two alignment sensors can be performed simultaneously. As a result, the measurement time is reduced.
A plurality of evaluation marks are provided in a plurality of rows and a plurality of columns on the evaluation substrate. The amount of bending of the first movable mirror is determined for each row, and the amount of bending of the second movable mirror (16Y) is determined for each column. It is desirable to determine the quantity. This makes it possible to average a plurality of bending amounts obtained for each row and each column.
Further, the exposure method of the present invention is an exposure method for transferring a pattern formed on a mask (R) onto a photosensitive substrate (W), wherein the first movement obtained by the moving mirror bending measurement method of the present invention. The amount of bending of the mirror (16X) and the second movable mirror (16Y) is stored, and based on the stored amount of bending, the position of the substrate stage (13) when transferring the pattern of the mask onto the photosensitive substrate is determined. It is to be corrected.
Further, the exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus for transferring a pattern formed on a mask (R) onto a photosensitive substrate (W), wherein the first movement obtained by the moving mirror bending measurement method of the present invention. Storage means (18) for storing the amount of bending of the mirror (16X) and the second movable mirror (16Y), and the position of the substrate stage when the mask pattern is transferred onto the photosensitive substrate based on the stored amount of bending. And control means (18) for correcting
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of a moving mirror bending measurement method according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a case where a bending amount of a movable mirror fixed to a wafer stage is measured in a stepper type projection exposure apparatus.
[0010]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus used in the present embodiment. In FIG. 1, illumination light IL generated from an extra-high pressure mercury lamp 1 is reflected by an elliptical mirror 2 and once at its second focal point. After being condensed, the light is incident on an illuminance distribution uniforming optical system 3 including a collimator lens, an interference filter, an optical integrator (fly-eye lens), an aperture stop (σ stop), and the like. In the vicinity of the second focal point of the elliptical mirror 2, a shutter 11 for opening and closing the optical path of the illumination light IL by a motor 12 is arranged. In addition, as the illumination light for exposure, in addition to the bright line of the ultra-high pressure mercury lamp 1 or the like, a laser beam such as an excimer laser (KrF excimer laser, ArF excimer laser, etc.), or a harmonic of a metal vapor laser or a YAG laser is used. It does not matter.
[0011]
In FIG. 1, illumination light (i-line or the like) IL emitted from an illuminance distribution uniforming optical system 3 is reflected by a mirror 4, and thereafter, a first relay lens 5, a variable field stop (reticle blind) 6 and a second The light passes through the relay lens 7 and reaches the mirror 8. Then, the illumination light IL reflected downward by the mirror 8 illuminates the pattern area PA of the reticle R with a substantially uniform illuminance distribution via the main condenser lens 9.
[0012]
The illumination light IL that has passed through the pattern area PA of the reticle R is incident on the projection optical system PL that is telecentric on both sides (or on the wafer side), and the pattern of the reticle R is reduced to, for example, １／ by the projection optical system PL. The image is projected and exposed on one shot area on the wafer W, which is coated with a photoresist layer on the surface and held so that the surface substantially coincides with the best imaging plane of the projection optical system PL. In the following, the Z axis is taken parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the X axis is taken perpendicular to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the Z axis, and the Y axis is taken parallel to the plane of FIG. .
[0013]
In this example, the reticle R is mounted on a reticle stage RS that is two-dimensionally movable and rotatable in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL, and is controlled by a main control system 18 that controls the entire apparatus. The positioning operation of reticle stage RS is controlled. The main control system 18 finely moves the reticle stage RS based on a measurement signal from a reticle alignment microscope (not shown) so that the center point of the reticle R coincides with the optical axis AX of the projection optical system PL. Is positioned.
[0014]
On the other hand, the wafer W is vacuum-sucked by a micro-rotatable wafer holder (not shown), and this wafer holder is held on the wafer stage 13. The wafer stage 13 performs positioning of the wafer W in the X and Y directions by the driving device 14 based on a command from the main control system 18 and also performs positioning of the wafer W in the Z direction by an autofocus method. At the time of exposure, when the transfer exposure of the reticle R to one shot area on the wafer W is completed, the next shot area on the wafer W is set to the exposure position by the stepping drive of the wafer stage 13, and the step-and-repeat method is used. The exposure is repeated.
[0015]
In FIG. 1, an alignment sensor 15 of an off-axis system and an imaging system (hereinafter, referred to as a “FIA (Field Image Alignment) system”) is disposed below the side surface of the projection optical system PL. The alignment sensor 15 has low photosensitivity to the photoresist layer and illuminates a mark to be detected on the wafer W with illumination light of a relatively wide wavelength band, and the image of the mark is a two-dimensional CCD or the like in the alignment sensor 15. An image is formed on the image sensor of the first embodiment, and an image signal from the image sensor is supplied to the alignment control system 19. The coordinates of the wafer stage 13 measured by a laser interferometer, which will be described later, are also supplied to the alignment control system 19, and by processing the imaging signal, the alignment control system 19 changes the coordinates of the mark in the X direction or the Y direction. The obtained coordinates are supplied to the main control system 18.
[0016]
Further, an alignment sensor 20X for the X-axis of a TTL (through-the-lens) method and a two-beam heterodyne interference method (hereinafter, referred to as a "LIA (Laser Interferometric Alignment) method") is provided on the upper side of the projection optical system PL. Are located. The LIA method is, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-227602, in which a diffraction grating mark is irradiated with a pair of laser beams having coherent and slightly different frequencies, and a laser mark is irradiated from the wafer mark. In this method, the position of the mark is detected based on the phase of a beat signal obtained by photoelectrically converting a heterodyne beam composed of a pair of diffracted lights generated in the same direction. In this example, a pair of laser beams ALX from the alignment sensor 20X is guided to the projection optical system PL via

mirrors

21 and 22. The pair of laser beams ALX is applied to the measurement area 23X via the projection optical system PL at a predetermined intersection angle in the XZ plane.
[0017]
FIG. 2 is a plan view of the wafer stage 13 of FIG. 1. In FIG. 2, the center of the measurement area 23X is set at a position of the distance dy in the Y direction (non-measurement direction) from the optical axis AX of the projection optical system PL. Have been. Since the so-called Abbe error occurs due to the interval dy, the interval dy is hereinafter also referred to as “abbe removal amount”. In each shot area on the wafer W (hereinafter, the shot area 24 is typically used), a diffraction grating X-axis wafer mark 25X and a Y-axis wafer mark 25Y are formed, for example. Based on the result of the search alignment using the above-described FIA type alignment sensor 15, positioning is performed so that the wafer mark 25X covers the measurement area 23X. At this time, a heterodyne beam composed of a pair of diffracted lights is generated from the wafer mark 25X substantially in the Z direction.
[0018]
Returning to FIG. 1, the heterodyne beam enters the photoelectric sensor in the alignment sensor 20X via the projection optical system PL and the

mirrors

22 and 21, and a wafer beat signal obtained by photoelectrically converting the heterodyne beam with the photoelectric sensor; Information on the phase difference from the internally generated reference beat signal is supplied to the alignment control system 19. The alignment control system 19 detects the coordinates in the X direction of the detection target wafer mark 25X from the supplied phase difference and the coordinates of the wafer stage 13, and supplies the detection result to the main control system 18.
[0019]
Although not shown, an alignment sensor for the Y-axis of the TTL system and the LIA system is also provided, and a pair of laser beams emitted from the alignment sensor is transmitted through the projection optical system PL as shown in FIG. Is irradiated on the measurement region 23Y on the wafer W. The center of the measurement region 23Y is located at a position separated from the optical axis AX by an interval (abbe removal amount) dx in the X direction (non-measurement direction), and for example, the Y-axis wafer mark of the shot region 24 based on the search alignment result. By performing positioning so that 25Y covers the measurement area 23Y, the Y-axis alignment sensor and the alignment control system 19 detect the Y coordinate of the wafer mark 25Y, and the detection result is supplied to the main control system 18. You.
[0020]
Next, a coordinate measuring mechanism of the wafer stage 13 of the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 2, a prismatic movable mirror 16X for the X axis and a prismatic movable mirror 16Y for the Y axis are fixed on the wafer stage 13. In this case, the reflecting surface of one moving mirror 16X is set substantially perpendicular to the X axis, and the reflecting surface of the other moving mirror 16Y is set substantially perpendicular to the Y axis. (X-ray interferometers 17X1 and 17X2) are fixed, and the Y-axis interferometer 17Y is fixed to face the movable mirror 16Y. Then, the laser beams LBX1 and LBX2 from the interferometers 17X1 and 17X2 enter the reflecting surface of the moving mirror 16X almost perpendicularly, and the laser beam LBY from the interferometer 17Y enters the reflecting surface of the moving mirror 16Y almost perpendicularly. I have.
[0021]
In this example, the optical axis of the laser beam LBX1 from the interferometer 17X1 and the optical axis of the laser beam LBY from the interferometer 17Y are set so as to cross the optical axis AX of the projection optical system PL. The optical axis of the beam LBX2 is set to cross the optical axis 15a (detection center) of the off-axis type alignment sensor 15. The distance between the laser beams LBX1 and LBX2 in the Y direction, that is, the distance between the optical axis AX and the optical axis 15a is set to df. Coordinate values constantly detected by the interferometers 17X1, 17X2, and 17Y at a resolution of, for example, about 0.01 μm are supplied to the main control system 18 and the alignment control system 19 in FIG.
[0022]
The coordinates measured by the interferometer 17X1 are the X coordinates of the wafer stage 13, and the coordinates measured by the interferometer 17Y are the Y coordinates of the wafer stage 13. Note that, for example, an average value of coordinates measured by the two interferometers 17X1 and 17X2 may be used as the X coordinate. Thus, the X coordinate and the Y coordinate of the wafer stage 13 determined by the measurement result of the interferometer become the coordinates (X, Y) on the stage coordinate system (or the stationary coordinate system). The main control system 18 in FIG. 1 calculates a rotation error based on yawing of the wafer stage 13 from the difference between the coordinates measured by the two interferometers 17X1 and 17X2, and at the time of exposure, for example, matches the reticle with the rotation error. The reticle R is rotated via the stage RS.
[0023]
Next, an example of a method for measuring the bending of the

movable mirrors

16X and 16Y of the present embodiment will be described. First, a reference wafer is loaded on the wafer stage 13 in FIG.
FIG. 3 shows a state where the reference wafer 26 is loaded on the wafer stage 13. In FIG. 3, the same surface is arranged on the surface of the reference wafer 26 in five columns in the X direction and five rows in the Y direction. The shot areas SA (1,1), SA (2,1), SA (3,1),..., SA (5,5) are formed. It should be noted that although a certain rotation error remains in the reference wafer 26 with respect to the coordinate system (X, Y) on the wafer stage 13 side, this rotation error is corrected later. In each shot area SA (i, j) (i = 1 to 5, j = 1 to 5), a large alignment mark (hereinafter, referred to as “LIA mark”) 28X (i) for the X-axis LIA method is provided. , J), a Y-axis LIA mark 28Y (i, j), and other alignment marks (see FIG. 4) are formed, and these alignment marks are arranged in a coordinate system (sample coordinate system) on the reference wafer 26. Is measured with high accuracy by, for example, a coordinate measuring device or the like, and stored in the storage unit in the main control system 18.
[0024]
FIG. 4 shows the arrangement of various alignment marks in the shot area SA (i, j) on the reference wafer 26. In FIG. 4, the reference point 27 (i, j) in the shot area SA (i, j) is shown. ), The center of the X-axis LIA mark 28X (i, j) is arranged at a distance dy [mm] in the Y direction, and a distance dx [mm] in the X direction with respect to the reference point 27 (i, j). The center of the Y-axis LIA mark 28Y (i, j) is arranged. The width of the shot area SA (i, j) in the X direction is set to (dx + 1) [mm], and the width in the Y direction is set to (dy + 1) [mm]. In FIG. 3, the shot areas SA (i, j) are arranged in 5 columns × 5 rows on the reference wafer 26, but actually, the pitch in the X direction (dx + 1) and the pitch in the Y direction ( dy + 1), a number of shot areas SA (i, j) are formed.
[0025]
In this case, as shown in FIG. 2, the measurement area 23X of the LIA X-axis alignment sensor and the measurement area 23Y of the Y-axis alignment sensor are respectively spaced dy in the Y direction with respect to the optical axis AX, and It is separated by a distance dx in the X direction. Therefore, by aligning the reference point 27 (i, j) in the shot area SA (i, j) of FIG. 4 near the optical axis AX of the projection optical system PL, the X-axis LIA mark 28X (i, j) j) and the position of the LIA mark 28Y (i, j) on the Y axis can be simultaneously detected by the corresponding LIA type alignment sensor. Also, the

measurement areas

23X and 23Y by the alignment sensor, that is, the areas irradiated with the detection light beam from the alignment sensor vary slightly depending on the projection exposure apparatus, so that the X-axis and Y-axis marks are used in all the projection exposure apparatuses. LIA marks 28X (i, j) and 28Y (i, j) are formed large so that simultaneous detection of
[0026]
Further, an X-axis alignment mark (hereinafter referred to as "FIA standard mark") 29X (i, j) detected by the FIA method is formed adjacent to the LIA mark 28X (i, j), and the LIA mark 28Y ( i, j), a Y-axis FIA standard mark 29Y (i, j) is formed, and a Y-axis search mark 30 (i, j) for search alignment is formed at the center of the shot area SA (i, j). j) and the X-axis search mark 31 (i, j) are also formed. The search marks 30 (i, j) and 31 (i, j) are detected by, for example, the FIA type alignment sensor 15 of FIG.
[0027]
Next, the position of each mark on the reference wafer 26 is detected, and the sign of the measured value in that case is set as in the following (1) to (7).
(1) Hereinafter, in FIG. 2, the coordinate system (X, Y) determined by the measurement value X of the X-axis interferometer 17X1 and the measurement value Y of the Y-axis interferometer 17Y is referred to as a stage coordinate system. (X, Y) when the center of the reference wafer 26 is located on the optical axis AX of the projection optical system PL is defined as an origin (0, 0).
[0028]
In FIG. 2, when the wafer stage 13 moves rightward from its origin, the X coordinate changes in the + direction, and when the wafer stage 13 moves upward, the Y coordinate changes in the + direction. The unit of the X coordinate and the Y coordinate is mm.
(2) When the position is detected by the LIA type X-axis alignment sensor 20X and the Y-axis alignment sensor, the positional deviation amounts LX [nm] and Y in the X direction from the designed position of the detection target mark, respectively. The amount of displacement LY [nm] in the direction is detected, and the detection result becomes alignment data (LX, LY). In this case, the sign of the displacement amount is such that the displacement amount LX becomes + when the detection target mark is displaced rightward with respect to the detection center (designed position) of the alignment sensor in FIG. 4 (plan view). Is set so that the displacement amount LY becomes + when the displacement is upward.
[0029]
In addition, the positional deviation amount FX [nm] in the X direction and the positional deviation amount FY [nm] in the Y direction from the designed position of the detection target mark, which are detected by the FIA type alignment sensor 15, are determined by the alignment data ( FX, FY), these codes are set similarly to the alignment data (LX, LY).
(3) In the following, the measurement result is processed to detect the linear expansion / contraction (wafer scaling) γx in the x direction and the wafer scaling γy in the y direction of the reference wafer 26 in the sample coordinate system (x, y). In these wafer scalings γx and γy [ppm], the direction in which the wafer extends is defined as +.
[0030]
(4) As shown in the plan view of the reference wafer in FIG. 5, the rotation angle (wafer rotation) θ [μrad] of the reference wafer 26 with respect to the stage coordinate system (X, Y) is also detected. The sign is + when rotating in the counterclockwise direction with respect to the stage coordinate system (X, Y).
(5) If the yawing of the wafer stage 13 at the coordinates (X, Y) is Yaw (X, Y) [μrad], the sign of the yawing Yaw is, for example, + in FIG. 3 when the wafer stage 13 rotates counterclockwise. And
[0031]
(6) The amount of bending at the coordinate position Y of the X-axis movable mirror 16X in FIG. 2 is MX (Y) [nm], and the amount of bending at the coordinate position X of the Y-axis movable mirror 16Y is MY (X) [nm]. ]. The signs of the bending amounts MX (Y) and MY (X) are + and + in the directions in which the wafer stage 13 moves in the + X and + Y directions (ie, the direction in which the alignment data by the alignment sensor becomes +). I do. Note that the bending amount of the X-axis movable mirror 16X refers to a primary or higher-order curved component (including an orthogonality error of the stage coordinate system (X, Y)) from which the zero-order component is removed, and the Y-axis movable mirror 16Y The bending amount indicates a second- or higher-order bending component obtained by removing the zero-order component and the first-order component.
[0032]
(7) It is assumed that the shot arrangement error of the reference wafer 26 is extremely small, and that the rotation (chip rotation) of each shot area SA (i, j) also has a small variation. Alternatively, an error in the shot arrangement of the reference wafer 26 (orthogonality error in the sample coordinate system on the wafer, a random error, or the like) and a deviation from a design value of each alignment mark due to chip rotation in each shot area are measured in advance. Here, the alignment data may be corrected at the time of measurement. Hereinafter, it is assumed that the arrangement error of the reference wafer 26 is extremely small or the arrangement error is corrected.
[0033]
Under these conditions, the bending amounts of the

movable mirrors

16X and 16Y are measured by the following steps.
(First step)
3, a predetermined number (for example, two) of shot areas are selected from all the shot areas SA (1,1) to SA (5,5) on the reference wafer 26 loaded on the wafer stage 13, and search alignment is performed. I do. That is, the X and Y coordinates of the search marks 30 (i, j) and 31 (i, j) in these selected shot areas are measured using the FIA type alignment sensor 15 of FIG. , And a rough conversion parameter from the sample coordinate system (x, y) to the stage coordinate system (X, Y) is obtained from the design arrangement coordinates of the search marks in the sample coordinate system (x, y). The conversion parameters include a rotation angle (wafer rotation) θ of the x axis with respect to the X axis, and offsets Ox and Oy in the X and Y directions. Therefore, for example, the rotation of the reference wafer 26 is corrected so as to correct the rotation angle θ, or the rotation of the rotation by the rotation angle θ with respect to the X axis is regarded as a new X axis. Rotation).
[0034]
Thereafter, using the obtained offsets Ox, Oy, array coordinates on the stage coordinate system (X, Y) are obtained from array coordinates of each mark on the sample coordinate system (x, y). As a result, the coordinate position of each mark is roughly specified with an accuracy of about 0.1 μm or less, and the wafer rotation θ of the reference wafer 26 is about 1 μrad or less. The remaining wafer rotation θ is due to the accuracy of search alignment. Further, a difference between the temperature of the wafer stage 13 and the temperature of the reference wafer 26 causes wafer scaling γx, γy in the X direction and the Y direction.
[0035]
(2nd process)
It waits until the temperature of reference wafer 26 is stabilized at the temperature of wafer stage 13. Then, using the FIA type alignment sensor 15 of FIG. 1, the X-axis FIA standard marks 29X (i, j) in all the shot areas SA (i, j) on the reference wafer 26 (see FIG. 4) and From the designed position of the FIA standard mark 29Y (i, j) on the Y axis, a positional shift amount FX in the X direction and a positional shift amount FY in the Y direction are obtained. At this time, the measured value of the interferometer 17X2 of FIG. 2 is used as the X coordinate in order to prevent occurrence of Abbe error. Then, by applying an enhanced global alignment (EGA) type alignment method disclosed in, for example, JP-A-62-84516, the alignment data (FX, FY) and the array coordinates in the design are applied. Based on this, a conversion parameter from the sample coordinate system (x, y) on the reference wafer 26 to the stage coordinate system (X, Y) is calculated. The conversion parameters at this time include wafer scaling γx, γy, wafer rotation θ, orthogonality error w, and offsets Ox, Oy. The optical axis 15a (detection center) of the FIA type alignment sensor 15 is on the optical axis of the laser beams LBX2 and LBY from the interferometer, and the measured value of the alignment sensor 15 has no Abbe error. , And the measured value of the wafer rotation θ are not affected by the yawing of the wafer stage 13.
[0036]
(3rd step)
Using the conversion parameters obtained in the second step, the array coordinates on the stage coordinate system (X, Y) are calculated from the array coordinates of each mark on the reference wafer 26 on the sample coordinate system (x, y). Ask. Then, using the LIA X-axis alignment sensor 20X of FIG. 1 and the Y-axis alignment sensor, all shot areas SA (i, j) (i = 1 to 5, j = 1 to 5), the X-axis LIA mark 28X (i, j) and the Y-axis LIA mark 28Y (i, j) from the designed positions are each displaced LX in the X direction, and A displacement amount LY in the Y direction is obtained. These alignment data (LX, LY) are stored in a storage unit in the main control system 18.
[0037]
(4th process)
The main control system 18 calculates the bending amount MX (Y) at the position Y of the X-axis movable mirror 16X and the bending amount MY (X) at the position X of the Y-axis movable mirror 16Y by performing the following calculation. . First, the X coordinate is fixed to the position Xi of the shot area in the i-th column, and the alignment data (LX (Y), LY (Y)) as a function of the Y coordinate by the LIA alignment sensor is bent by the moving mirror. It can be expressed as a function of the quantity MX (Y), the yawing Yaw (Xi, Y) of the wafer stage 13 at the coordinates (Xi, Y), the wafer rotation θ, and the predetermined constants a1 and a2 as follows.
[0038]
[When X = Xi (fixed)]
LX (Y) = MX (Y) −Yaw (Xi, Y) dy + θ · Y + a1 (a)
LY (Y) = Yaw (Xi, Y) dx−γy · Y + θ · dx + a2 (b)
Similarly, the Y coordinate is jlineThe alignment data (LX (X), LY (X)) as a function of the X coordinate is fixed at the position Yj of the shot area of the eye, and the bending amount MY (X) of the movable mirror and the coordinates (X, Yj) are used. As a function of the yawing Yaw (X, Yj) of the wafer stage 13, the wafer rotation θ, and the predetermined constants a3 and a4.
[0039]
[When Y = Yj (fixed)]
LX (X) = − Yaw (X, Yj) dy−γx · X−θ · dy + a3 (c)
LY (X) = MY (X) + Yaw (X, Yj) dx−θ · X + a4 (d)
Next, in the alignment data (LX, LY) obtained in the third step, the measurement result at the measurement position (Xi, Yj) on the stage coordinate system (X, Y) is defined as (LXi, LYj), and X MXi (Y) (Y = Y1 to Y5) represents the amount of bending of the X-axis movable mirror 16X when the coordinates are Xi, and MYj (X) (X = X1 to X5). These bending amounts MXi (Y) and MYj (X) are obtained as follows. That is, the following equation is obtained from the equation (b).
[0040]
Yaw (Xi, Yj) = (LYj + γy Yj−θ dx−a2) / dx (e)
Then, the following equation is obtained from the equations (a) and (e).

Similarly, from equation (c), the following equation is established.
[0041]
Yaw (Xi, Yj) =-(LXi + γx Xi + θ dy-a3) / dy (g)
Then, the following equation is derived from the equations (d) and (g).

[0042]
Here, in equation (f), (−θ · dy−a2 · dy / dx−a1) of the bending amount MXi (Yj) of the X-axis movable mirror 16X is a zero-order component independent of the position Yj. . In equation (h), of the bending amount MYj (Xi) of the movable mirror 16Y on the Y axis, (γx · dx / dy + θ) · Xi is a first-order component proportional to the position Xi, and (θ · dx-a3 · dx / dy-a4) is a zero-order component that does not depend on the position Xi. Therefore, since these are not included in the bending of the moving mirror in this example, if they are removed, the equations (f) and (h) are rewritten as follows.
[0043]

Next, the wafer scaling γy and wafer rotation θ obtained in the second step are substituted into the expressions (i) and (j). The bending amounts MXi (Yj) and MYj (Xi) of the movable mirror to be obtained are respectively a bending component obtained by removing the zero-order component from MXi (Yj), and a bending component obtained by removing the zero-order component and the primary component from MYj (Xi). Component. Therefore, regarding the bending amounts MXi (Yj) and MYj (Xi) obtained by the expressions (i) and (j), the broken lines (Yj, MXi (Yj)) and (Xi, MYj (Xi)) are further reduced to the 0th order. By performing least-squares approximation with a straight line and a primary line, and subtracting the obtained approximate line, all the zero-order and primary components are removed. Then, the residual components obtained by subtracting the corresponding approximate straight lines from the equations (i) and (j) become the bending amounts MXi (Yj) and MYj (Xi) of the movable mirror to be obtained.
[0044]
(Fifth step)
By the above-described fourth step, the bending of the movable mirror in the exposing portion of the wafer (the range where the alignment mark is formed) was obtained. Next, in FIG. 3, the amount of bending at the end in the −Y direction of the X-axis movable mirror 16X is determined. The amount of bending in this portion can be corrected by correcting the yawing of the wafer stage 13 using the measurement value of the interferometer 17X2, for example, when measuring the position of the wafer mark at the end of the normal wafer in the −Y direction by the LIA method. You will need it when you do it. The measurement method is described below.
[0045]
First, the bending of the moving mirror obtained in the fourth step is input as a device constant into the storage unit in the main control system 18 in FIG. 1 and used for the following stage control. In FIG. 3, an area where the bending of the X-axis movable mirror 16X is measured is defined as m1 ≦ Y ≦ m2 (-m1 {m2} wafer radius). The origins of the X axis and the Y axis are set at positions where the center of the reference wafer 26 coincides with the optical axis AX of the projection optical system PL. Here, the X coordinate is iColumnWhen fixed at the position Xi of the eye shot area, the following is obtained.
[0046]
[In the region (Y ≦ m2-df)]
In this region, since the bending of the movable mirror 16X is corrected at the measurement positions of the interferometers 17X1 and 17X2, the measurement values of the interferometers 17X1 and 17X2_i1, And X_i2Then, the following relationship is established.
X_i2-X_i1= Yaw (Xi, Yj) df (k)
Difference (X_i2-X_i1) Is the difference between the measurement values of the interferometer, and the constant a2 when the X coordinate is at the position Xi can be obtained from the equations (b) and (k).
[0047]
[In the area (m2-df ≦ Y)]
This is an area where the movable mirror 16X and the interferometers 17X1 and 17X2 have a positional relationship as shown in FIG. In this case, the measured value X of the interferometers 17X1 and 17X2_i1, X_i2, And the bending amount MXi (Yj + df) of the movable mirror 16X at the position (Xi, Yj + df), the following is obtained.
[0048]
X_i2-X_i1= Yaw (Xi, Yj) .df-MXi (Yj + df) (l)
The constant a2 when the X coordinate is at the position Xi is obtained by measurement in the area (Y ≦ m2-df), and this is common to the area (m2-df ≦ y). Therefore, Yaw (Xi, Yj) is obtained from equation (e), and by substituting this into equation (1), the amount of bending MXi (Yj + df) outside the exposed portion is obtained.
[0049]
(Sixth step)
Through the above steps, the bending amount MXi (Y) (Y = Y1 to Y5) of the X-axis moving mirror 16X and the bending amount MYj (X) (X = X1 to X5) of the Y-axis moving mirror 16Y are obtained. . The bending amount MXi (Y) is obtained for all positions Xi (i = 1 to 5), and is an amount that should be constant regardless of the position Xi. Therefore, the average value of the bending amounts MXi (Y) for the positions X1 to X5 is defined as the bending amount MX (Y) of the X-axis movable mirror. Similarly, the bending amount MYj (X) is obtained for all the positions Yj (j = 1 to 5), and is an amount that should be constant regardless of the position Yj. Therefore, the average value of the bending amounts MYj (X) for the positions Y1 to Y5 is defined as the bending amount MY (X) of the Y-axis movable mirror.
[0050]
(Seventh step)
By using the reference wafer 26 and repeating the first to sixth steps, the bending amounts MX (Y) and MY (X) of the movable mirror are obtained a plurality of times, and these are averaged. As a result, the influence of the measurement error of the alignment sensor, the error of the measurement value of the interferometer due to air fluctuation, and the like are reduced.
[0051]
As described above, according to the measurement method of the present example, the positions of the marks on the reference wafer 26 are measured, and the measurement results are processed. Can be requested.
The second step (calculation step of wafer scaling or the like using the FIA type alignment sensor) in the above example may be changed as follows.
[0052]
For example, when obtaining the wafer scaling γx in the x direction, in FIG.lineOf the X-axis FIA standard mark 29X (i, j) (see FIG. 4) of the shot area (for example, SA (1,1), SA (2,1),...) And 1 from the measurement result FXi (i = 1 to 5).lineAn eye wafer scaling γx1 is obtained. Similarly, Y coordinates are the same 2lineEyes-5lineThe wafer scaling γx2 to γx5 is obtained for the eye shot area, and the average value of γxj (j = 1 to 5) is set as the wafer scaling γx in the x direction.
[0053]
Similarly, when measuring the wafer scaling γy in the y direction, the X coordinate on the reference wafer 26 is the same in FIG.ColumnOf the Y-axis FIA standard mark 29Y (i, j) (see FIG. 4) in the shot area (eg, SA (1, 1), SA (1, 2),...) Of the FIA alignment sensor 15 Measured from the measurement result and 1ColumnAn eye wafer scaling γy1 is obtained. And allColumnThe average value of the wafer scaling γyi (i = 1 to 5) is defined as the wafer scaling γy in the y direction.
[0054]
Similarly, when measuring the wafer rotation θ, the Y coordinate on the reference wafer 26 is the same.lineOf the Y-axis FIA standard mark 29Y (i, j) of the shot area (eg, SA (1,1), SA (2,1),...) Is measured by the alignment sensor 15, and the measurement result FYi ( i = 1-5) to 1lineThe eye rotation θ1 is obtained. And alllineThe average value of the wafer rotation θj (j = 1 to 5) is defined as the wafer rotation θ. According to this method, there is an advantage that the moving mirror is not affected by bending.
[0055]
Also, it is natural that the smaller the interval between the LIA marks 28X (i, j) and 28Y (i, j) on the reference wafer 26 in FIG. May be set according to the positioning accuracy required for the wafer stage 13. Further, when the measured values MX (Y) and MY (X) of the amount of bending of the moving mirror are stored as device constants, the bending of the moving mirror between the measurement positions may be interpolated by linear approximation or the like and input. .
[0056]
In the above-described embodiment, the LIA method and the FIA method are used as the alignment sensor. For example, a laser step alignment that relatively scans a laser beam condensed in a slit shape and a dot array mark is used. An (LSA) type alignment sensor may be used. Furthermore, not only a TTL (through-the-lens) type or an off-axis type alignment sensor but also a TTR (through-the-reticle) type alignment sensor may be used.
[0057]
In addition, the present invention can be similarly applied to a case where a bending of a movable mirror is measured by an exposure apparatus such as a so-called step-and-scan method that performs exposure by synchronously scanning a reticle and a wafer. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can take various configurations without departing from the gist of the present invention.
[0058]
【The invention's effect】
According to the present invention, a plurality of evaluation marks are arranged using a known array, and the bending amount of the movable mirror is obtained by measuring the positions of the plurality of evaluation marks, There is an advantage that the bending of the movable mirror for coordinate measurement fixed to the substrate stage (wafer stage) of the exposure apparatus can be measured easily and in a short time. By storing the measured amount of bending of the moving mirror as a device constant and correcting the position of the substrate stage during exposure, the accuracy of shot arrangement on the photosensitive substrate can be increased. The overlay accuracy in the case of performing exposure is also improved.
[0059]
In addition, measurement of these evaluation marksWas doneThe linear components of the array of the evaluation marks are obtained based on the coordinates and the known array of the evaluation marks, and by removing the linear components, the amount of secondary bending of the first movable mirror and the second movable mirror is determined. Is obtained, it is possible to accurately obtain only the bending component from which the influence of the tilt angle of the moving mirror is removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a projection exposure apparatus used in an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a coordinate measuring mechanism of a wafer stage 13 of the projection exposure apparatus of FIG.
FIG. 3 is a plan view showing a state where a reference wafer 26 is loaded on a wafer stage 13 of the projection exposure apparatus of FIG.
FIG. 4 is an enlarged plan view showing a mark arrangement in a shot area SA (i, j) of a reference wafer 26.
FIG. 5 is an explanatory diagram of wafer rotation of a reference wafer 26;
[Explanation of symbols]
R reticle
PL projection optical system
W wafer
13 Wafer stage
15 FIA type alignment sensor
16X, 16Y moving mirror
17X1, 17X2, 17Y Interferometer for coordinate measurement
18 Main control system
19 Alignment control system
20X LIA X-axis alignment sensor
26 Reference wafer
SA (i, j) shot area
28X (i, j), 28Y (i, j) LIA mark
29X (i, j), 29Y (i, j) FIA standard mark
30 (i, j), 31 (i, j) Search mark

Claims

A substrate stage for moving a photosensitive substrate onto which a pattern formed on the mask is transferred in first and second directions crossing each other;
A first movable mirror fixed to the substrate stage and having a reflective surface substantially perpendicular to the first direction, and a second movable mirror having a reflective surface substantially perpendicular to the second direction;
A coordinate measuring means for irradiating the first movable mirror and the second movable mirror with a light beam for coordinate measurement to measure the coordinates of the substrate stage in the first direction and the second direction, respectively. In the method for measuring the bending of the first movable mirror and the second movable mirror,
A plurality of evaluation marks are arranged in advance in a known arrangement as the photosensitive substrate, and the evaluation substrate is placed on the substrate stage,
The substrate stage is driven in the first direction and the second direction based on the measurement value of the coordinate measuring means, and the plurality of evaluation marks on the evaluation substrate are sequentially moved to a measurement area by a predetermined alignment sensor. Then, measure the coordinates of the evaluation mark, respectively,
A method for measuring the bending of a moving mirror, comprising calculating the bending of the first movable mirror and the second movable mirror based on the measured coordinates and a known arrangement of the plurality of evaluation marks.

The measured coordinates, and said plurality of based on the known sequences of evaluation mark sought linear component of said plurality of sequences of evaluation marks, the first mobile mirror and the second by removing該線forming component 2. The method according to claim 1, wherein a secondary bending amount of the movable mirror is obtained.

The method according to claim 1, wherein the alignment sensor measures coordinates of the evaluation mark via a projection optical system for projecting an image of a pattern formed on the mask onto the photosensitive substrate. 4. The method of measuring the bending of the movable mirror described.

A first direction alignment sensor for measuring the position of the evaluation mark in the first direction; and a second direction alignment for measuring the position of the evaluation mark in the second direction. 4. The sensor according to claim 1, wherein an array of the plurality of evaluation marks on the evaluation substrate is arranged so that measurement by the two alignment sensors can be performed simultaneously. 5. The method for measuring the bending of a moving mirror according to the above.

The plurality of evaluation marks are provided in a plurality of rows and a plurality of columns on the evaluation substrate, and the bending amount of the first movable mirror is determined for each row, and the bending amount of the second movable mirror is determined for each column. The method for measuring the bending of a movable mirror according to any one of claims 1 to 4, wherein

An exposure method for transferring a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate,
A bending amount of the first moving mirror and the second moving mirror obtained by the moving mirror bending measuring method according to any one of claims 1 to 5, is stored, and based on the stored bending amount. An exposure method comprising: correcting a position of a substrate stage when transferring the pattern of the mask onto the photosensitive substrate.

An exposure apparatus that transfers a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate,
A storage means for storing the amount of bending of the first movable mirror and the second movable mirror obtained by the method for measuring the bending of the moving mirror according to claim 1, and the stored amount of bending. Control means for correcting the position of the substrate stage when the pattern of the mask is transferred onto the photosensitive substrate based on the information.