JPH113857A - Method for measuring distortion of projection optical system and for manufacturing semiconductor device after correcting distortion - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distortion measuring method of a projection lens, which method is not influenced by an atmosphere temperature at a coordinates measurement and can measure in a relatively short time. SOLUTION: A coordinates deviation amount between ideal design coordinates of a position of a primary Mmij formed on a reference substrate W2 and the actual coordinates is measured. Next, a position of secondary scale pattern SMij formed on a reference reticle is measured, an ideal deviation amount of the primary scale from the ideal design coordinates is found based on the coordinates deviations amount, and then a deviation amount difference between the ideal deviation amount and the coordinates deviation amount is found. Next, a position and posture value to a measured exposure device of the reference substrate is measured, the secondary scale pattern of the reference reticle is projected onto the reference substrate, and the secondary scale is so formed as to overlap with the primary scale. Next, a relative deviation amount between the primary scale and the secondary scale is measured, and a distortion of the measured exposure device is found based on the deviation amount difference, the position, posture value and the relative deviation amount. Thereby, the relative deviation amount between the primary scale and the secondary scale can be quickly measured by a registration measuring device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、投影光学系のディ
ストーション測定方法及びディストーションを補正して
行う半導体デバイスの製造方法に関し、特に基準ウエハ
を用いて各点の設計値からのずれを測定するディストシ
ョン測定方法及びディストーションを補正して行う半導
体デバイスの製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring distortion of a projection optical system and a method for manufacturing a semiconductor device by correcting distortion, and more particularly to a method for measuring deviation of each point from a design value using a reference wafer. The present invention relates to a method for measuring a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device by correcting a distortion.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来から、投影露光装置中の投影レンズ
のディストーションを計測するには、基準ウエハを用い
て計測するいわゆる基準ウエハ法が用いられている。こ
の方法では、基準ウエハ上の各点の設計値からのずれ
を、各点毎に座標測定器の座標基準で求めていた。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to measure the distortion of a projection lens in a projection exposure apparatus, a so-called reference wafer method of measuring using a reference wafer has been used. In this method, the deviation of each point on the reference wafer from the design value is determined for each point on the basis of the coordinates of a coordinate measuring instrument.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来技術
によれば、基準ウエハは温度が変化すると伸縮する。座
標測定した時の雰囲気と、投影露光装置の雰囲気が一致
していれば問題無いが、異なるとレンズの倍率成分が正
しく測定できない。また、各点毎に座標測定器の座標基
準で求めるので、ディストーションの測定には、１日単
位の長時間を要していた。そこで本発明は、座標測定時
の雰囲気温度に影響されず、また比較的短時間で計測で
きる、投影レンズのディストーション測定方法及びその
ようにしてディストーションを計測した上で補正して行
う半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とし
ている。According to the above prior art, the reference wafer expands and contracts when the temperature changes. If the atmosphere at the time of coordinate measurement matches the atmosphere of the projection exposure apparatus, there is no problem. However, when the atmosphere is different, the magnification component of the lens cannot be measured correctly. In addition, since each point is calculated based on the coordinates of a coordinate measuring instrument, it takes a long time of one day to measure distortion. Therefore, the present invention provides a method for measuring distortion of a projection lens, which is not affected by the ambient temperature at the time of coordinate measurement and can measure in a relatively short time, and a method for manufacturing a semiconductor device which measures and corrects distortion in such a manner. It is intended to provide a way.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明によるディストーション測定方
法は、所定の測定環境のもとで、基準基板に形成された
主尺の位置の理想設計座標と実際の座標との座標ズレ量
を測定する第１の工程と；基準レチクルに形成された副
尺パターンの位置を測定する第２の工程と；第１の工程
で測定された座標ズレ量に基づいて、前記所定の測定環
境のもとで定まる主尺の設計座標の理想設計座標からの
理想ズレ量を求め、その理想ズレ量と前記座標ズレ量と
のズレ量差を求める第３の工程と；前記基準基板を被測
定露光装置にセットする第４の工程と；前記基準基板の
被測定露光装置に対する位置姿勢値を測定する第５の工
程と；前記基準基板に前記基準レチクルの副尺パターン
を投影露光し、前記主尺に重ねて副尺を形成する第６の
工程と；前記主尺と副尺の相対的ズレ量を測定する第７
の工程と；前記ズレ量差と前記位置姿勢値と前記相対的
ズレ量とに基づいて被測定露光装置のディストーション
を求める第８の工程とを備える。According to a first aspect of the present invention, there is provided a distortion measuring method according to the first aspect of the present invention, in which an ideal position of a main scale formed on a reference substrate is measured under a predetermined measuring environment. A first step of measuring a coordinate shift amount between design coordinates and actual coordinates; a second step of measuring a position of a vernier pattern formed on a reference reticle; a coordinate shift measured in the first step Based on the amount, an ideal deviation amount of the main scale design coordinate determined under the predetermined measurement environment from the ideal design coordinate is obtained, and a deviation amount difference between the ideal deviation amount and the coordinate deviation amount is obtained. A fourth step of setting the reference substrate in the exposure apparatus to be measured; a fifth step of measuring a position and orientation value of the reference substrate with respect to the exposure apparatus to be measured; Projection exposure of vernier pattern, before 7 for measuring the relative shift amount of the main scale and vernier; sixth step and forming a vernier superimposed on main scale
And an eighth step of obtaining a distortion of the exposure apparatus to be measured based on the deviation amount difference, the position and orientation value, and the relative deviation amount.

【０００５】このように構成すると、主尺と副尺の相対
的ズレ量はレジストレーション測定器で測定でき、迅速
な測定が可能である。また、請求項２に係る発明による
ディストーション測定方法は、所定の測定環境のもと
で、基準基板に形成された主尺の位置の理想設計座標と
実際の座標との座標ズレ量を測定する第１の工程と；基
準レチクルに形成された副尺パターンの位置を測定する
第２の工程と；第１の工程で測定された座標ズレ量に基
づいて、前記所定の測定環境のもとで定まる主尺の設計
座標の理想設計座標からの理想ズレ量を求め、その理想
ズレ量と前記座標ズレ量とのズレ量差を求める第３の工
程と；前記基準基板を被測定露光装置にセットする第４
の工程と；前記基準基板の被測定露光装置に対する位置
姿勢値を測定する第５の工程と；第５の工程で測定した
位置姿勢値に基づいて前記被測定露光装置の投影光学系
を調整する第９の工程と；前記基準基板に前記基準レチ
クルの副尺パターンを投影露光し、前記主尺に重ねて副
尺を形成する第６の工程と；前記主尺と副尺の相対的ズ
レ量を測定する第７の工程と；前記ズレ量差と前記相対
的ズレ量とに基づいて被測定露光装置のディストーショ
ンを求める第１０の工程とを備える。[0005] With this configuration, the relative displacement between the main scale and the vernier scale can be measured by the registration measuring device, and quick measurement is possible. Further, the distortion measuring method according to the invention according to claim 2 is a method for measuring a coordinate shift amount between an ideal design coordinate and an actual coordinate of a position of a main scale formed on a reference substrate under a predetermined measurement environment. A first step; a second step of measuring the position of the vernier pattern formed on the reference reticle; and a determination in the predetermined measurement environment based on the coordinate shift amount measured in the first step. A third step of obtaining an ideal shift amount of the design coordinates of the main scale from the ideal design coordinates, and obtaining a shift amount difference between the ideal shift amount and the coordinate shift amount; setting the reference substrate in the exposure apparatus to be measured; 4th
A fifth step of measuring the position and orientation value of the reference substrate with respect to the exposure apparatus to be measured; and adjusting the projection optical system of the exposure apparatus to be measured based on the position and orientation values measured in the fifth step. A ninth step; a sixth step of projecting and exposing a vernier scale pattern of the reference reticle on the reference substrate to form a vernier scale by overlapping the main scale; a relative displacement amount between the main scale and the vernier scale And a tenth step of obtaining a distortion of the measured exposure apparatus based on the difference between the deviation amount and the relative deviation amount.

【０００６】このように構成すると、第５の工程で測定
した位置姿勢値に基づいて前記被測定露光装置の投影光
学系を調整する第９の工程を備えるので、最終的にディ
ストーションを求める第１０の工程で位置姿勢値を取り
込む必要がない。請求項２に記載のディストーション測
定方法では、請求項３に記載の方法のように、前記相対
的ズレ量に基づいて基準基板の残留変形量を求める第１
１の工程と；前記残留変形量に基づいて、第１０の工程
で求められたディストーションを校正する工程を備えて
もよく、この場合、相対的ズレ量に基づいて基準基板の
残留変形量を求め、その残留変形量に基づいて、ディス
トーションを校正するので、さらに正確にディストーシ
ョンが調整できる。With this configuration, the ninth step of adjusting the projection optical system of the measured exposure apparatus based on the position and orientation values measured in the fifth step is provided. It is not necessary to take in the position and orientation values in the step. In the distortion measuring method according to the second aspect, as in the method according to the third aspect, a first deformation amount of the reference substrate is obtained based on the relative displacement amount.
A step of calibrating the distortion determined in the tenth step based on the residual deformation amount, and in this case, determining the residual deformation amount of the reference substrate based on the relative displacement amount. Since the distortion is calibrated based on the residual deformation amount, the distortion can be adjusted more accurately.

【０００７】請求項４に係る発明による半導体デバイス
の製造方法は、請求項１乃至請求項３に記載のディスト
ーション測定方法を用いて投影光学系のディストーショ
ンを測定する工程と；前記ディストーションを測定する
工程で得られたディストーションに基づいて前記投影光
学系の倍率を調整する工程と；前記調整する工程で調整
された投影光学系により、感光性基板にパターンを投影
露光する工程とを備える。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: measuring a distortion of a projection optical system using the distortion measuring method according to any one of the first to third aspects; and measuring the distortion. Adjusting the magnification of the projection optical system based on the distortion obtained in the step; and projecting and exposing a pattern on a photosensitive substrate by the projection optical system adjusted in the adjusting step.

【０００８】このようにすると、前述のディストーショ
ン測定方法を用いてディストーションを測定し校正する
ので、ディストーションが座標測定時の雰囲気温度に影
響されず、また比較的短時間で計測でき、半導体デバイ
スの製造のスループットが向上する。請求項５記載の測
定方法は、マスクのパターンを投影光学系（ＰＬ）によ
り基板（Ｗ１，Ｗ２）に露光する露光装置（１００）の
投影光学系（ＰＬ）の結像誤差を測定する測定方法であ
って、基板（Ｗ１）上に形成された第１パターン（ＭＭ
ｉｊ）の位置を基板（Ｗ１）の伸縮に関連して検出する
第１ステップ（ステップ１２０、１３０）と、第１パタ
ーン（ＭＭｉｊ）を有した基板（Ｗ１）を露光装置（１
００）に載置して、第１パターン（ＭＭｉｊ）の位置を
基板（Ｗ１）の伸縮に関連して検出する第２ステップ
（ステップ１４０）と、投影光学系（ＰＬ）により、第
１パターン（ＭＭｉｊ）上に第２パターン（ＳＭｉｊ）
を露光する第３ステップと、第１パターン（ＭＭｉｊ）
と第２パターン（ＳＭｉｊ）とのずれ量と、基板（Ｗ
２）の伸縮とに基づいて投影光学系（ＰＬ）の結像誤差
を検出する第４ステップ（ステップ１５０、１６０）と
を含んでいる。In this case, since the distortion is measured and calibrated using the above-described distortion measuring method, the distortion can be measured in a relatively short time without being affected by the ambient temperature at the time of coordinate measurement. Throughput is improved. The measuring method according to claim 5, wherein an image forming error of the projection optical system (PL) of the exposure apparatus (100) for exposing the pattern of the mask onto the substrate (W1, W2) by the projection optical system (PL) is measured. And a first pattern (MM) formed on the substrate (W1).
ij), a first step (steps 120 and 130) for detecting the position of the substrate (W1) in relation to the expansion and contraction of the substrate (W1), and a substrate (W1) having the first pattern (MMij) is exposed to the exposure apparatus (1).
00), the second step (step 140) of detecting the position of the first pattern (MMij) in relation to the expansion and contraction of the substrate (W1), and the first pattern (MMij) by the projection optical system (PL). MMij) on the second pattern (SMij)
A third step of exposing a first pattern (MMij)
And the deviation between the second pattern (SMij) and the substrate (W
A fourth step (steps 150 and 160) of detecting an imaging error of the projection optical system (PL) based on the expansion and contraction of 2).

【０００９】請求項６記載の測定方法は、第１パターン
（ＭＭｉｊ）が基板（Ｗ１）の複数のショット領域に形
成されており、この複数のショット領域の間隔に基づい
て基板（Ｗ１）の伸縮を検出するステップを含んでい
る。請求項７記載の測定方法は、基板（Ｗ１）に所定の
間隔でアライメントマーク（Ａｗ）が形成されており、
この所定の間隔で形成されたアライメントマーク（Ａ
ｗ）の検出に基づいて、基板（Ｗ１）の伸縮を検出する
ステップを含んでいる。According to a sixth aspect of the present invention, the first pattern (MMij) is formed in a plurality of shot areas of the substrate (W1), and the expansion and contraction of the substrate (W1) is performed based on an interval between the plurality of shot areas. The step of detecting In the measuring method according to the seventh aspect, the alignment marks (Aw) are formed at predetermined intervals on the substrate (W1),
The alignment marks (A
detecting the expansion and contraction of the substrate (W1) based on the detection of w).

【００１０】請求項８記載の測定方法は、第２パターン
（ＳＭｉｊ）を露光する前に、第１ステップの検出結果
に基づいて、投影光学系（ＰＬ）を調整するステップを
含んでいる。[0010] The measuring method according to claim 8 includes the step of adjusting the projection optical system (PL) based on the detection result of the first step before exposing the second pattern (SMij).

【００１１】[0011]

【発明の実施の形態】図６に、本発明に用いられる投影
露光装置１００の概略構成を示す。図中、照明光学系
Ｌ、レチクルＲ、投影レンズ系ＰＬがこの順に配置され
ており、投影レンズＰＬについてレチクルＲと共役な位
置にあるように、ウエハＷがウエハステージＳＴに載置
されている。照明光学系Ｌにより一様に照明されたレチ
クルＲ上のパターン（図示せず）が、投影レンズ系ＰＬ
によりウエハＷ上に投影露光される。ウエハステージＳ
Ｔには移動鏡１５が固設されており、ウエハステージＳ
Ｔ用の座標測定機（測長干渉計）１０からのレーザービ
ームが移動鏡１５に照射される。座標測定機（測長干渉
計）１０は、移動鏡１５により反射されたレーザービー
ムを受光して、ウエハステージＳＴの位置を計測する。FIG. 6 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus 100 used in the present invention. In the figure, an illumination optical system L, a reticle R, and a projection lens system PL are arranged in this order, and the wafer W is placed on the wafer stage ST so that the projection lens PL is conjugate with the reticle R. . A pattern (not shown) on reticle R uniformly illuminated by illumination optical system L forms projection lens system PL.
Is projected and exposed on the wafer W. Wafer stage S
A movable mirror 15 is fixed to T, and a wafer stage S
A moving mirror 15 is irradiated with a laser beam from a coordinate measuring machine (length measuring interferometer) 10 for T. Coordinate measuring machine (length measuring interferometer) 10 receives the laser beam reflected by movable mirror 15 and measures the position of wafer stage ST.

【００１２】また、この被測定露光装置１００におい
て、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳは主制
御系４００の指示に従ってレチクルステージ駆動系４１
０によりＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、該レチク
ルステージＲＳの位置は、レーザ干渉計３０により正確
に測定される。また、ウエハステージＳＴも主制御系４
００の指示に従ってウエハステージ駆動系４３０により
Ｘ方向及びＹ方向に移動可能であり、前述のように、ウ
エハステージＳＴの位置は、レーザ干渉計１０により正
確に測定される。In the exposure apparatus 100 to be measured, a reticle stage RS for holding a reticle R is driven by a reticle stage drive system 41 in accordance with an instruction from a main control system 400.
0 allows movement in the X and Y directions, and the position of the reticle stage RS is accurately measured by the laser interferometer 30. Further, the main control system 4 also controls the wafer stage ST.
The wafer stage ST can be moved in the X and Y directions by the wafer stage drive system 430 according to the instruction of 00, and the position of the wafer stage ST is accurately measured by the laser interferometer 10 as described above.

【００１３】図中の３５も、レチクルステージＲＳに固
設された移動鏡（反射鏡）である。また、副尺パターン
の露光に先立って行われるアライメント工程は、アライ
メント顕微鏡２０を介して行われ、投影光学系ＰＬの結
像誤差であるディストーションの調整は、調整系４２０
の制御により、投影光学系ＰＬを構成するレンズを該投
影光学系ＰＬの光軸方向に移動させたり、傾けたりする
ことにより行われる。なお、投影光学系ＰＬの具体的な
調整方法は、例えば米国特許第5,117,255号に詳述され
ている。Reference numeral 35 in the figure denotes a moving mirror (reflecting mirror) fixed to the reticle stage RS. The alignment process performed prior to the exposure of the vernier pattern is performed via the alignment microscope 20, and the adjustment of the distortion, which is the imaging error of the projection optical system PL, is performed by the adjustment system 420.
Is performed by moving or tilting the lens constituting the projection optical system PL in the optical axis direction of the projection optical system PL. The specific adjustment method of the projection optical system PL is described in detail in, for example, US Pat. No. 5,117,255.

【００１４】ここで、本発明の原理を説明する。このよ
うな装置において、投影レンズ系ＰＬのディストーショ
ンを計測してそれを校正するのに、基準ウエハ法が利用
される。基準ウエハ法では、製品ウエハに実パターンを
投影露光する前に、基準ウエハＷ１を用いて投影レンズ
系ＰＬのディストーションを計測する。基準ウエハＷ１
は温度が変化すると伸縮する。座標測定した時の雰囲気
（例えば温度）と、投影露光装置の雰囲気（例えば温
度）が一致していれば問題無いが、異なるとレンズの倍
率成分が正しく測定できない。本発明ではウエハ全体の
スケーリング（伸縮率）を差し引き、残留成分をもって
描画誤差とするので、座標測定機２００（図１０参照）
と投影露光装置１００との温度差が未知のままであって
もほとんど誤差が無い。Here, the principle of the present invention will be described. In such an apparatus, the reference wafer method is used to measure and calibrate the distortion of the projection lens system PL. In the reference wafer method, before projecting and exposing an actual pattern on a product wafer, the distortion of the projection lens system PL is measured using the reference wafer W1. Reference wafer W1
Expands and contracts when the temperature changes. If the atmosphere (for example, temperature) at the time of coordinate measurement matches the atmosphere (for example, temperature) of the projection exposure apparatus, there is no problem. In the present invention, since the scaling (expansion and contraction rate) of the entire wafer is subtracted, and the residual component is used as a drawing error, the coordinate measuring machine 200 (see FIG. 10).
Even if the temperature difference between the device and the projection exposure apparatus 100 remains unknown, there is almost no error.

【００１５】一般的に座標測定機（例えば（株）ニコン
社製「光波干渉式座標測定器」）では測長干渉計２４０
によってウエハステージ座標の位置が測定される。普
通、マーク位置は座標測定機の干渉計基準でその位置が
測定される。したがって、座標測定機２００の温度が高
ければ基準ウエハＷ１は膨張し、それに伴いショット倍
率も大きく測定されてしまう。しかしながら基準ウエハ
Ｗ１全体も同じ比率で膨張しているので、基準ウエハＷ
１全体が設計値に対して伸縮している分をショット倍率
から引いてやれば、その値は多少温度が異なっても保存
される。投影露光装置１００においてウエハアライメン
ト顕微鏡２０により露光前のアライメントでウエハスケ
ーリングを測定して、それに応じてショット倍率を変え
てやれば、やはりウエハ自身の温度は何℃でもよいこと
になる。In general, a coordinate measuring machine (for example, “light wave interference type coordinate measuring device” manufactured by Nikon Corporation) has a length measuring interferometer 240.
Thus, the position of the wafer stage coordinates is measured. Usually, the position of the mark is measured with reference to the interferometer of the coordinate measuring machine. Therefore, if the temperature of the coordinate measuring machine 200 is high, the reference wafer W1 expands, and accordingly, the shot magnification is measured to be large. However, since the entire reference wafer W1 also expands at the same ratio, the reference wafer W1
By subtracting the amount of expansion / contraction of the entire 1 from the design value from the shot magnification, the value is stored even if the temperature is slightly different. In the projection exposure apparatus 100, if wafer scaling is measured by the alignment before exposure by the wafer alignment microscope 20 and the shot magnification is changed accordingly, the temperature of the wafer itself can be any degree.

【００１６】従来の方法では、座標測定機２００の座標
系に対して基準ウエハＷ１が回転して載せられた場合、
常識的に回転分を差っ引いていたが、スケーリング分の
校正は行われていなかった。本発明では、その校正を行
う。具体的に、結像誤差として投影光学系により発生す
るディストーションを測定する場合、図９に示されるよ
うに、本発明は、基準ウエハＷ１（第１基準ウエハ）上
に設けられた主尺ＭＭｉｊ（ｉは基準ウエハＷ１上のシ
ョット領域ＳＡｉの数、ｊは各ショット領域ＳＡｉ内に
設けられた主尺の数）の設計位置からのずれ量を測定
し；被測定露光装置１００のウエハステージＳＴに該基
準ウエハＷ１を設置するとともに副尺パターンＳＰｊ
（ｊは基準レチクルＲ１上に設けられた副尺パターンの
数）が設けられた基準レチクルＲ１を所定位置に設置し
て、これら基準ウエハＷ１と基準レチクルＲ１の位置を
調整し（アライメント工程）；該被測定露光装置１００
により、実際に基準レチクルＲ１上の副尺パターンＳＰ
ｊを投影光学系ＰＬを介して基準ウエハＷ１上に転写し
て、主尺ＭＭｉｊに重ねて副尺ＳＭｊが形成された基準
ウエハＷ２（第２基準ウエハ）を作成し；そして、該基
準ウエハＷ２上の主尺ＭＭｉｊと副尺ＳＭｊとの相対的
な位置ずれ量を測定する。なお、この明細書では、便宜
上ショット領域ＳＡｉを、単にショットという場合があ
るが、いずれも基準ウエハＷ１又はＷ２上の、主尺ＭＭ
ｉｊが設けられた領域を意味する。In the conventional method, when the reference wafer W1 is rotated and mounted on the coordinate system of the coordinate measuring machine 200,
Although the rotation was subtracted with common sense, the calibration for the scaling was not performed. In the present invention, the calibration is performed. Specifically, when measuring the distortion generated by the projection optical system as the image forming error, as shown in FIG. 9, the present invention uses the main scale MMij (first reference wafer) provided on the reference wafer W1 (first reference wafer). i is the number of shot areas SAi on the reference wafer W1; j is the number of main scales provided in each shot area SAi) from the design position; The reference wafer W1 is set and the vernier pattern SPj
(J is the number of vernier patterns provided on the reference reticle R1) The reference reticle R1 provided is provided at a predetermined position, and the positions of the reference wafer W1 and the reference reticle R1 are adjusted (alignment step); The measured exposure apparatus 100
Actually causes the vernier pattern SP on the reference reticle R1
is transferred onto the reference wafer W1 via the projection optical system PL to form a reference wafer W2 (second reference wafer) on which the sub-scale SMj is formed by being superimposed on the main scale MMij; and the reference wafer W2 The relative displacement between the upper main scale MMij and the upper main scale SMj is measured. In this specification, for convenience, the shot area SAi may be simply referred to as a shot, but in each case, the main area MM on the reference wafer W1 or W2.
ij means the area provided.

【００１７】特に、主尺ＭＭｉｊのずれ量の測定では、
第１環境である所定の座標測定器２００（図１０参照）
により測定された基準ウエハＷ１における主尺ＭＭｉｊ
の位置と該主尺ＭＭｉｊの設計位置との位置ずれ量に基
づいて、当該測定環境に依存した該基準ウエハＷ１の設
計値に対する第１変動成分が除去された、該主尺マーク
ＭＭｉｊの位置ずれ量が計算される。なお、この第１変
動成分には、基準ウエハＷ１の測定環境における雰囲気
温度に依存した基準ウエハＷ１の設計値に対する伸縮成
分が含まれる他、座標測定器２００のウエハステージ２
３０へ設置される基準ウエハＷ１の回転成分、該ウエハ
ステージ２３０の直交度誤差成分、該測定器２００のオ
フセット量（基準ウエハＷ１の平行シフト量）が含まれ
る。In particular, in the measurement of the deviation amount of the main scale MMij,
A predetermined coordinate measuring device 200 as the first environment (see FIG. 10)
MMij on the reference wafer W1 measured by
Of the main scale mark MMij from which the first variation component with respect to the design value of the reference wafer W1 depending on the measurement environment is removed based on the positional shift amount between the position of the main scale mark MMij and the design position of the main scale MMij. The amount is calculated. The first variation component includes an expansion / contraction component with respect to the design value of the reference wafer W1 depending on the ambient temperature in the measurement environment of the reference wafer W1.
30 includes a rotation component of the reference wafer W1 installed on the wafer 30, an orthogonality error component of the wafer stage 230, and an offset amount (parallel shift amount of the reference wafer W1) of the measuring device 200.

【００１８】また、主尺ＭＭｉｊ上へ副尺ＳＭｉｊを形
成する工程は、前記第１環境とは異なる第２環境である
投影露光装置１００において実施される工程である。そ
して、この工程では、例えば米国特許第4,780,617号に
示されたようないわゆるＥＧＡ(Enhansed Grobal Align
ment)に従って、精密なアライメント及び計測が行われ
る。このため、上記基準ウエハＷ１及び基準レチクルＲ
１には、それぞれアライメントマークＡＷ、ＡＲが設け
られている。また、この第２環境における基準上は基準
ウエハＷ１の伸縮は、ショット領域ＳＡｉの間隔ａｘ及
びｂｘを測定することにより、あるいは各アライメント
マークＡＷ間の間隔を測定することにより検出される。
さらに、投影露光装置１００により作成された基準ウエ
ハＷ２は、上記第１及び第２環境とは異なる第３環境で
ある重ね合わせ測定器３００（図１１参照）により、基
準ウエハＷ２における主尺ＭＭｉｊと副尺ＳＭｊとの相
対的なずれ量が測定される。この相対的な位置ずれ量
は、少なくとも上記主尺ＭＭｉｊの座標測定器２００に
おける変動成分が除去されたずれ量を利用して校正され
る。一方、より正確なディストーション成分の計算を可
能にするため、基準レチクルＲ１の投影露光装置１００
における設置状態に起因した誤差成分を除去する構成も
可能である。すなわち、この発明は、上記第１〜第３環
境とは異なる第４環境下において測定された基準レチク
ルＲ１における副尺パターンＳＰｊの位置と該副尺パタ
ーンＳＰｊの設計位置との、該基準レチクルＲ１のたる
みに起因した位置ずれ量に基づいて、該基準レチクルＲ
１が設置された上記被検露光装置１００により基準ウエ
ハＷ２上に設けられる副尺ＳＭｊの製造位置ずれ量を計
算する工程を、さらに備えてもよい。この場合、上記相
対的な位置ずれ量は、上記主尺ＭＭｉｊ及び副尺ＳＭｉ
ｊの各ずれ量により校正される。したがって、この基準
レチクルＲ１に関する測定工程は、少なくとも相対的な
ずれ量を求める工程よりも先に実施されるのが好まし
い。The step of forming the sub-scale SMij on the main scale MMij is a step performed in the projection exposure apparatus 100 which is a second environment different from the first environment. In this step, for example, a so-called EGA (Enhansed Global Alignment) as shown in US Pat. No. 4,780,617 is used.
ment), precise alignment and measurement are performed. Therefore, the reference wafer W1 and the reference reticle R
1 are provided with alignment marks AW and AR, respectively. In the second environment, the expansion and contraction of the reference wafer W1 are detected by measuring the intervals ax and bx of the shot areas SAi or by measuring the intervals between the alignment marks AW.
Further, the reference wafer W2 created by the projection exposure apparatus 100 is compared with the main scale MMij on the reference wafer W2 by an overlay measurement device 300 (see FIG. 11) which is a third environment different from the first and second environments. The relative deviation from the vernier SMj is measured. This relative displacement is calibrated using at least the displacement from which the fluctuation component has been removed in the coordinate measuring device 200 of the main scale MMij. On the other hand, to enable more accurate calculation of the distortion component, the projection exposure apparatus 100 of the reference reticle R1 is used.
It is also possible to adopt a configuration for removing an error component caused by the installation state in the above. That is, the present invention relates to a method of measuring the position of the vernier pattern SPj on the reference reticle R1 measured in a fourth environment different from the first to third environments and the design position of the vernier pattern SPj. The reference reticle R is determined based on the amount of displacement caused by the slack.
The method may further include a step of calculating a manufacturing position shift amount of the vernier SMj provided on the reference wafer W2 by the test exposure apparatus 100 in which the test exposure apparatus 1 is installed. In this case, the relative displacement amount is determined by the main scale MMij and the sub scale SMi.
It is calibrated by each shift amount of j. Therefore, it is preferable that the measurement step for the reference reticle R1 be performed at least before the step of obtaining the relative shift amount.

【００１９】さらに、ディストーションの除去は、以上
のように測定されたディストーション成分を、例えば米
国特許第5,117,255号に詳述されたような手段により、
上記被測定露光装置（副尺ＳＭｊを基準ウエハＷ１に形
成する露光装置）の投影光学系ＰＬを調整することによ
り行われる。本発明では、各測定環境下において得られ
た測定データから、該測定環境に依存して変化する変動
成分が除去することにより、より正確なディストーショ
ン成分を得る。したがって、上記第２環境下における変
動成分を少なくとも次に実施される第２測定工程に伝搬
させないため、この発明は、上記第２環境下のアライメ
ント工程において測定された上記基準ウエハＷ１の設計
値に対する伸縮成分に基づいて、被検露光装置における
投影光学系のショット倍率が予め調節される構成であっ
てもよい。なお、この倍率調整も上記米国特許第5,117,
255号に詳述されたような手段により行うことが可能で
ある。Further, the distortion can be removed by dissolving the distortion component measured as described above, for example, by the means described in detail in US Pat. No. 5,117,255.
This is performed by adjusting the projection optical system PL of the exposure apparatus to be measured (exposure apparatus for forming the vernier SMj on the reference wafer W1). In the present invention, a more accurate distortion component is obtained by removing the fluctuation component that changes depending on the measurement environment from the measurement data obtained in each measurement environment. Therefore, in order to prevent the fluctuation component under the second environment from propagating to at least the second measurement step to be performed next, the present invention provides a method for controlling the reference value of the reference wafer W1 measured at the alignment step under the second environment. The configuration may be such that the shot magnification of the projection optical system in the test exposure apparatus is adjusted in advance based on the expansion and contraction component. In addition, this magnification adjustment is also the above-mentioned U.S. Pat.
This can be done by means such as those detailed in No. 255.

【００２０】以下、本発明の第１実施例について、図面
を参照して説明する。図１は、本発明による半導体デバ
イスの製造方法のうち、基準ウエハＷ１のステージ座標
に対する位置・姿勢を測定するところまでの工程を示し
たものであり、図２は図１の工程に続いて、製品ウエハ
を投影露光するところまでを示したフローチャートであ
る。Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a process of measuring a position / posture of a reference wafer W1 with respect to a stage coordinate in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention. FIG. 2 shows a process following the process of FIG. 5 is a flowchart showing a process of projecting and exposing a product wafer.

【００２１】本実施の形態では、第１に基準ウエハＷ１
を作成する（図１、工程１１０）。そのために、先ず基
準ウエハＷ１となるウエハ材を露光する。即ち最初の露
光、いわゆる１ｓｔ露光である。ウエハ材としてはシリ
コンＳｉ上にＳｉＯ2 膜を均一に形成したもの、または
シリコンそのままのベアＳｉを用いる。基準ウエハＷ１
を作成するために用いる投影露光装置は、精度が高いも
のである必要はない。特別に、レンズディストーション
を小さくする必要もない。不図示のウエハホルダの平面
度についても厳しい要求はされない。後述のように、い
ずれ基準ウエハＷ１上に形成された主尺の位置は座標測
定器２００で正確に測定するからである。但し、ウエハ
Ｗ１の平面度は高ければ高いほどよい。図１０は、基準
ウエハＷ１上に設けられた主尺ＭＭｉｊの位置の測定動
作を説明するための概念図である。作成された基準ウエ
ハＷ１の各主尺ＭＭｉｊは、例えば（株）ニコン社製の
「光波干渉式座標測定器」により測定される。このよう
な座標測定器２００は、図１０に示されたように、作成
された基準ウエハＷ１をウエハホルダ（不図示）を介し
て搭載するウエハステージ２３０と、該ウエハステージ
２３０の位置を計測するためのレーザ干渉計２４０と、
ウエハステージ２３０上に設置された基準ウエハＷ１に
プローブ光２５０を照射するとともに該基準ウエハＷ１
からの反射光を受光する測定システム２１０（制御系を
含む）と、測定光学系２２０とを、少なくとも備えてい
る。したがって、得られた基準ウエハＷ１の測定値（主
尺ＭＭｉｊの位置）は、ウエハステージ２３０の座標系
を基準とした値である。なお、図１０にはＸ軸方向に沿
ったウエハステージ２３０の位置を測定するためレーザ
干渉計が示されているが、Ｙ軸方向に沿ったウエハステ
ージ２３０の位置を測定するためのレーザ干渉計も設け
られている。In this embodiment, first, the reference wafer W1
(FIG. 1, step 110). For that purpose, first, a wafer material serving as a reference wafer W1 is exposed. That is, the first exposure, that is, the so-called first exposure. As the wafer material, a material in which a SiO2 film is uniformly formed on silicon Si or bare Si as silicon is used. Reference wafer W1
It is not necessary that the projection exposure apparatus used to create the image data has high accuracy. In particular, there is no need to reduce lens distortion. Strict requirements are not placed on the flatness of the wafer holder (not shown). This is because the position of the main scale formed on the reference wafer W1 will be accurately measured by the coordinate measuring device 200 as will be described later. However, the higher the flatness of the wafer W1, the better. FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining the measurement operation of the position of the main scale MMij provided on the reference wafer W1. Each main scale MMij of the created reference wafer W1 is measured by, for example, a “lightwave interference coordinate measuring instrument” manufactured by Nikon Corporation. As shown in FIG. 10, such a coordinate measuring device 200 is for measuring a wafer stage 230 on which the created reference wafer W1 is mounted via a wafer holder (not shown) and a position of the wafer stage 230. A laser interferometer 240,
The probe light 250 is irradiated onto the reference wafer W1 set on the wafer stage 230, and the reference wafer W1 is
At least a measurement system 210 (including a control system) for receiving reflected light from the optical system, and a measurement optical system 220. Therefore, the obtained measured value of the reference wafer W1 (the position of the main scale MMij) is a value based on the coordinate system of the wafer stage 230. FIG. 10 shows a laser interferometer for measuring the position of wafer stage 230 along the X-axis direction, but a laser interferometer for measuring the position of wafer stage 230 along the Y-axis direction. Is also provided.

【００２２】図４の（ａ）に、本実施例で用いる主尺形
成用の基準レチクルＲ１上における主尺パターンの例、
図４の（ｂ）に基準レチクルＲ１上の副尺パターンの
例、図５の（ａ）に基準ウエハＷ１上のショット、図５
の（ｂ）にそのショット中に重ね合わせて形成された主
尺、副尺の例を示す。なお、図５の（ｂ）は、図５の
（ａ）に示されるショットのうちの１ショットの部分拡
大図である。ここで、例えばウエハＷ１の直径を８イン
チ、ショットサイズを２５ｍｍ×３３ｍｍとすれば、ウ
エハＷ１上に３０以上のショットが形成できるが、ウエ
ハＷ１の外周部ほどウエハＷ１や不図示のウエハホルダ
の平面度が悪いことが予想されるため、図５の（ａ）に
示されるように中心部に１６ショット程度を形成するの
が良い。なお、図４（ａ）中のＡＷＲは、レチクルＲ上
に設けられたアライメントマーク、図４（Ｂ）中のＡＲ
は、基準レチクルＲ１上に設けられたアライメントマー
ク、図５（Ｂ）中のＡＷは、基準ウエハＷ１上に設けら
れたアライメントマークをそれぞれ示す。FIG. 4A shows an example of a main scale pattern on a reference reticle R1 for forming a main scale used in this embodiment.
FIG. 4B shows an example of a vernier pattern on the reference reticle R1, FIG. 5A shows a shot on the reference wafer W1, and FIG.
(B) shows an example of a main scale and a vernier scale formed by being superimposed during the shot. FIG. 5B is a partially enlarged view of one of the shots shown in FIG. 5A. Here, for example, if the diameter of the wafer W1 is 8 inches and the shot size is 25 mm × 33 mm, 30 or more shots can be formed on the wafer W1. Since it is expected that the degree is poor, it is preferable to form about 16 shots at the center as shown in FIG. In addition, AWR in FIG. 4A is an alignment mark provided on the reticle R, and AR in FIG.
Indicates an alignment mark provided on the reference reticle R1, and AW in FIG. 5B indicates an alignment mark provided on the reference wafer W1.

【００２３】レチクルＲ上の主尺パターンＭＰjは正方
形の枠状のパターンであり、２５ｍｍ×３３ｍｍのショ
ット内に、例えば１ｍｍ間隔で碁盤目状に配置される。
このようなレチクルＲのパターンを露光装置により投影
露光をした後、現像及びエッチングをすることにより、
基準ウエハＷ１は完成する。後で座標測定機２００によ
り各主尺のマーク座標が正確に測定されるため、基準ウ
エハＷ１を露光する際に用いるレチクルＲは、その上に
形成されたパターン位置を事前に計測する必要がないこ
とは先に述べた通りである。The main scale pattern MPj on the reticle R is a square frame-like pattern, and is arranged in a grid of 25 mm × 33 mm, for example, at intervals of 1 mm.
After projecting and exposing such a pattern of the reticle R by an exposure apparatus, by performing development and etching,
The reference wafer W1 is completed. Since the coordinates of each main scale mark are accurately measured later by the coordinate measuring machine 200, the reticle R used when exposing the reference wafer W1 does not need to measure the pattern position formed thereon in advance. This is as described above.

【００２４】なお、図中のＣ１は、主尺パターンＭＰｊ
の中心座標を示し、この中心座標が主尺パターンＭＰｉ
ｊの位置として定義される。したがって、基準ウエハＷ
１上に形成される主尺ＭＭｉｊの位置も、その中心座標
で与えられる。同様に、基準レチクルＲ１を作成する
（図１、工程１１０）。基準レチクルＲ１は電子ビーム
露光装置ＥＢなどの露光機によりパターニングされ作成
される。基準ウエハＷ１の場合と同様に、電子ビーム露
光器ＥＢの描画位置精度は問わない。Incidentally, C1 in the figure is a main scale pattern MPj.
Of the main scale pattern MPi.
It is defined as the position of j. Therefore, the reference wafer W
The position of the main scale MMij formed on 1 is also given by its center coordinates. Similarly, a reference reticle R1 is created (FIG. 1, step 110). The reference reticle R1 is formed by patterning with an exposure device such as an electron beam exposure device EB. As in the case of the reference wafer W1, the writing position accuracy of the electron beam exposure unit EB does not matter.

【００２５】こうして、出来上がった基準レチクルＲ１
を座標測定器２００において測定する（図１、工程１２
０）。座標測定機２００のＸＹ移動ステージの直交度誤
差を避けるために、基準レチクルＲ１を０度と９０度で
測定して平均するとよい。また、基準レチクルＲ１のパ
ターン面を上向きにして３点支持で支え、基準レチクル
Ｒ１のたわみ量すなわちＺ方向の変化から、基準レチク
ルＲ１が無重力状態でどのような形状をしているかを求
め、製品ウエハを製造する際に使用される投影露光機
（本発明の方法でディストーションを測定される投影露
光装置１００）と同じように、パターン面が下向きにな
るような保持状態で基準レチクルＲ１がどのようにたわ
み、各パターン位置がどのようにずれるかを求める。Thus, the completed reference reticle R1
Is measured by the coordinate measuring device 200 (FIG. 1, step 12).
0). In order to avoid the orthogonality error of the XY moving stage of the coordinate measuring machine 200, the reference reticle R1 may be measured at 0 ° and 90 ° and averaged. Further, the pattern surface of the reference reticle R1 is supported by three-point support with the pattern surface facing upward, and the shape of the reference reticle R1 in a zero gravity state is obtained from the amount of deflection of the reference reticle R1, that is, the change in the Z direction. As in the case of the projection exposure apparatus (projection exposure apparatus 100 whose distortion is measured by the method of the present invention) used when manufacturing a wafer, how the reference reticle R1 is held in such a state that the pattern surface faces downward is maintained. And how each pattern position is shifted.

【００２６】または、該投影露光機１００と同じになる
ように、パターン面が下向きになるように基準レチクル
Ｒ１を保持し、下から測定してやるタイプの測定機であ
れば、そのような計算は不必要となる利点がある。もち
ろん、ホルダは３点支持でなく、平面度、各接触面間の
平行度が良いことが必要である。この基準レチクルＲ１
の測定値は（ＣＲＸj，ＣＲＹj）（ｊ＝１，２，・・・
ｎ）として保存される。Alternatively, if the measuring apparatus is of a type that holds the reference reticle R1 so that the pattern surface faces downward and performs measurement from below, as in the case of the projection exposure apparatus 100, such calculation is not possible. There are required benefits. Of course, it is necessary that the holder is not a three-point support but has good flatness and good parallelism between the contact surfaces. This reference reticle R1
Are (CRXj, CRYj) (j = 1, 2,...)
n).

【００２７】なお、基準レチクルＲ１の測定値（ＣＲＸ
j，ＣＲＹj）は、被測定露光装置１００における投影レ
ンズＰＬの倍率（ショット倍率）が１／４倍、１／５倍
等の場合、このようなショット倍率で補正される。具体
的には、例えば投影レンズＰＬのショット倍率が１／４
倍の場合、（ＣＲＸj／４，ＣＲＹj／４）を副尺のずれ
量として保存する。The measured value of the reference reticle R1 (CRX
j, CRYj) is corrected at such a shot magnification when the magnification (shot magnification) of the projection lens PL in the measured exposure apparatus 100 is 1/4, 1/5, or the like. Specifically, for example, the shot magnification of the projection lens PL is 1/4
In the case of double, (CRXj / 4, CRYj / 4) is stored as the deviation amount of the vernier scale.

【００２８】また、基準レチクルＲ１の測定値（ＣＲＸ
j，ＣＲＹj）はｊ番目の副尺の設計座標からのずれであ
る。基準ウエハＷ１については環境条件特に温度条件の
影響を取り除く操作をするが、基準レチクルＲ１では通
常は行わない。それは、ウエハに用いる材料は線膨張係
数が大きく、例えば摂氏０．１度でも無視できないのに
対して、レチクルに用いる材料は、例えば石英硝子のよ
うに線膨張係数が小さく温度の影響が小さいからであ
る。そのため、基準レチクルＲ１の測定値（ＣＲＸj，
ＣＲＹj）の測定時と、被測定投影露光装置での測定時
の温度をほぼ同じにするか、あるいは補正をするにして
もその時の温度差を知り、その分だけ線膨張係数を考慮
して計算で補正すれば済む。The measured value of the reference reticle R1 (CRX
(j, CRYj) is a deviation from the design coordinates of the j-th vernier scale. An operation for removing the influence of environmental conditions, especially temperature conditions, is performed on the reference wafer W1, but is not normally performed on the reference reticle R1. The reason is that the material used for the wafer has a large linear expansion coefficient, for example, 0.1 degrees Celsius, which cannot be ignored, whereas the material used for the reticle has a small linear expansion coefficient, such as quartz glass, and the influence of temperature is small. It is. Therefore, the measured value of the reference reticle R1 (CRXj,
The temperature at the time of measurement of CRYj) and the measurement at the projection exposure apparatus to be measured are made almost the same, or even when correction is made, the temperature difference at that time is known, and the calculation is made by considering the linear expansion coefficient. It only needs to be corrected with.

【００２９】次に、基準ウエハＷ１の測定を行う（図
１、工程１２０）。高精度の座標測定機２００で基準ウ
エハＷ１の各ショット、各点即ち主尺の位置を測定す
る。このときは、基準ウエハＷ１を保持するウエハホル
ダの平面度は重要で、この後に行われる２ｎｄ露光で用
いられる投影露光機１００（図６参照）と表面の接触部
形状が同じであるのが望ましい。Next, the measurement of the reference wafer W1 is performed (step 120 in FIG. 1). The high-precision coordinate measuring machine 200 measures each shot, each point, that is, the position of the main scale of the reference wafer W1. At this time, the flatness of the wafer holder that holds the reference wafer W1 is important, and it is desirable that the shape of the contact portion on the surface be the same as that of the projection exposure machine 100 (see FIG. 6) used in the second exposure performed thereafter.

【００３０】ここで測定するのは、各点の主尺の位置が
設計値からずれている量である。形成されているパター
ン位置の設計値は次のように表される。ショットがサイ
ズをａ×ｂ、ショット間隔をａｘ、ｂｘ（ａｘ、ｂｘは
それぞれａ、ｂより僅かに大きい）とし、ショット数を
ｍ、各ショットの中心位置座標をウエハ中心を原点Ｏと
して（ＳＸi、ＳＹi）とする。ｉは１からｍまでの整数
である。また、各ショット内には計測用パターンがｎ点
あり、各点の位置をショット中心（ＳＸi，ＳＹi）を原
点Ｏiとして（ＭＸj，ＭＹj）とする。ｊは１からｎま
での整数である。このようにすると、ｉ番目のショット
のｊ番目のマーク設計位置はウエハ中心を原点Ｏとして
（ＳＸi＋ＭＸj，ＳＹi＋ＭＹj）と表される。図７に以
上の座標の関係を示す。図中Ｒ１は基準レチクル、Ｗ１
は基準ウエハを示す。基準ウエハＷ１は、ショット数ｉ
が１６の場合を示す。What is measured here is the amount by which the position of the main scale at each point deviates from the design value. The design value of the formed pattern position is expressed as follows. The size of the shot is a × b, the shot interval is ax and bx (ax and bx are slightly larger than a and b, respectively), the number of shots is m, and the coordinates of the center position of each shot are the origin O with the wafer center as the origin (SXi , SYi). i is an integer from 1 to m. Further, there are n measurement patterns in each shot, and the position of each point is defined as (MXj, MYj) with the shot center (SXi, SYi) as the origin Oi. j is an integer from 1 to n. In this case, the j-th mark design position of the i-th shot is expressed as (SXi + MXj, SYi + MYj) with the origin O at the wafer center. FIG. 7 shows the relationship between the above coordinates. In the figure, R1 is a reference reticle, W1
Indicates a reference wafer. The reference wafer W1 has a shot number i
Is 16.

【００３１】基準ウエハＷ１の測定に際しては、各ショ
ットの各マークを順次検出器に位置決めし、設計座標と
実際の座標の差（ΔＸij，ΔＹij）を求めていく。な
お、ΔＸijは実際に測定された位置座標ＸＭijと設計位
置座標ＸＤijとの差（ΔＸij＝ＸＭij−ＸＤij）で与え
られ、ΔＹijは実際に測定された位置座標ＹＭijと設計
位置座標ＹＤijとの差（ΔＹij＝ＹＭij−ＹＤij）で与
えられる。ただし、設計位置座標（ＸＤｉｊ，ＹＤｉ
ｊ）は、厳密には図７で説明されたように（ＳＸｉ＋Ｍ
Ｘｊ，ＳＹｉ＋ＭＹｊ）である。あるｉについて、ｊ＝
１からｎまでの平均を求めることにより、ｉ番目のショ
ットの設計位置からの平均的なずれである実際の測定値
（αi, βi）を定義する（図１、工程１２０）。When measuring the reference wafer W1, each mark of each shot is sequentially positioned on the detector, and the difference (ΔXij, ΔYij) between the design coordinates and the actual coordinates is obtained. Note that ΔXij is given by the difference between the actually measured position coordinates XMij and the design position coordinates XDij (ΔXij = XMij−XDij), and ΔYij is the difference between the actually measured position coordinates YMij and the design position coordinates YDij ( ΔYij = YMij−YDij). However, the design position coordinates (XDij, YDi
j) is (SXi + M) exactly as described in FIG.
Xj, SYi + MYj). For some i, j =
By determining the average from 1 to n, the actual measured value (αi, βi), which is the average deviation from the design position of the i-th shot, is defined (FIG. 1, step 120).

【００３２】[0032]

【数１】 (Equation 1)

【００３３】特開昭６１−４４４２９号(USP4,780,617)
公報に詳述されているＥＧＡ計算に則り、ショット設計
位置（ＳＸi，ＳＹi）と、その位置でのショットの設計
位置からの理想的なずれ（αMi，βMi）の間には以下の
関係があるものとする。JP-A-61-44429 (USP 4,780,617)
According to the EGA calculation described in detail in the gazette, the following relationship exists between the shot design position (SXi, SYi) and the ideal deviation (αMi, βMi) from the shot design position at that position. Shall be.

【００３４】[0034]

【数２】 (Equation 2)

【００３５】上式において、Ｘ方向のウエハスケーリン
グγx、Ｙ方向のウエハスケーリングγy、Ｙ軸のウエハ
回転φ、Ｘ軸のウエハ回転θ、Ｘ方向のウエハシフトＯ
x、Ｙ方向のウエハシフトＯyである。なお、当該座標測
定器２００のウエハステージ２３０は、Ｘ軸モータとＹ
軸モータにより互いに直交する方向に移動可能になって
いるが、実際には係るモータの送り込み方向は正確には
直交しておらず、僅かながら直交度誤差ｗを含んでい
る。式（２）では、この直交度誤差ｗはＹ軸のウエハ回
転成分φに含まれているため、Ｙ軸のウエハ回転成分φ
とＸ軸のウエハ回転成分θとの間には、φ＝ｗ＋θなる
関係が成立している。簡単のために各行列の成分をアル
ファベット一文字に置き換える。In the above equation, wafer scaling γx in the X direction, wafer scaling γy in the Y direction, wafer rotation φ in the Y axis, wafer rotation θ in the X axis, and wafer shift O in the X direction
The wafer shift Oy in the x and Y directions. In addition, the wafer stage 230 of the coordinate measuring device 200 has an X-axis motor and a Y-axis motor.
Although the motors can be moved in directions orthogonal to each other by the shaft motor, the feeding directions of the motors are not exactly orthogonal in actuality, and include a slight orthogonality error w. In Equation (2), since the orthogonality error w is included in the wafer rotation component φ on the Y axis, the wafer rotation component φ on the Y axis
And the wafer rotation component θ of the X axis has a relationship of φ = w + θ. For the sake of simplicity, the components of each matrix are replaced with one letter of the alphabet.

【００３６】[0036]

【数３】 (Equation 3)

【００３７】理想的なずれ（αMi，βMi）と実際の計測
値（αi，βi）との違いは、本当にずれてマークが作ら
れているのと、計測誤差との両方が含まれている。実際
に得られるのは実際の計測値（αi，βi）であるから、
六つの変換パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを最小二
乗法で求める。理想的なずれ（αMi，βMi）と実際の計
測値（αi, βi）との差を各ｉ毎に取り二乗し、全ての
ｉについて和を求める。The difference between the ideal deviation (αMi, βMi) and the actual measurement value (αi, βi) includes both the actual deviation of the mark and the measurement error. Since what is actually obtained is the actual measurement value (αi, βi),
Six conversion parameters A, B, C, D, E, and F are obtained by the least square method. The difference between the ideal deviation (αMi, βMi) and the actual measurement value (αi, βi) is taken for each i and squared, and the sum is obtained for all i.

【００３８】[0038]

【数４】 (Equation 4)

【００３９】（εx，εy）をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅ、Ｆで微分し、＝０と置いて連立方程式を求めること
によりＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆが求められる（図１、工
程１３０）。Let (εx, εy) be A, B, C, D,
A, B, C, D, E, and F are obtained by differentiating by E and F and setting simultaneous equations by setting = 0 (FIG. 1, step 130).

【００４０】[0040]

【数５】 (Equation 5)

【００４１】次に、基準ウエハＷ１の計測値を保存す
る。先に述べたように、基準ウエハＷ１を座標測定機２
００で測定して得られた測定値（ΔＸij，ΔＹij）は、
各マークの設計座標に対して実際のマーク位置がどれだ
けずれているかを表わしている。同じウエハを何度も測
定する場合、ウエハが測定機に載せられた姿勢によりウ
エハ回転成分は異なるし、測定時の環境温度が変われば
ウエハのスケーリング成分も異なる。Next, the measured values of the reference wafer W1 are stored. As described above, the reference wafer W1 is moved to the coordinate measuring machine 2
The measured values (ΔXij, ΔYij) obtained by measuring at 00 are
It shows how much the actual mark position deviates from the design coordinates of each mark. When the same wafer is measured many times, the wafer rotation component differs depending on the posture of the wafer placed on the measuring machine, and the scaling component of the wafer changes when the environmental temperature at the time of measurement changes.

【００４２】測定機の計測再現精度は仕方ないが、そう
でないウエハの回転やウエハのスケーリングなどの変動
の影響を受けない形で、基準ウエハＷ１の測定結果を保
存しておくのがよい。具体的には以下の計算式によって
求められる（ＣＸij，ＣＹij）を計測値として保存する
（図１、工程１３０）。Although the measurement reproducibility of the measuring instrument is unavoidable, it is preferable to store the measurement result of the reference wafer W1 in a form that is not affected by fluctuations such as wafer rotation and wafer scaling. Specifically, (CXij, CYij) obtained by the following formula is stored as a measured value (step 130 in FIG. 1).

【００４３】[0043]

【数６】 (Equation 6)

【００４４】例えば、前記したとおりＡ＝γx−１であ
る。γxはほぼ１に等しく、例えばウエハ温度が１度高
くなるとＳｉウエハは約２．６ｐｐｍだけ膨張する。１
ショットの大きさが、２０ｍｍ×２０ｍｍとして、ショ
ット周辺では５２ｎｍもの位置ずれになる。しかしなが
ら、同時にウエハ全体の伸びを表わすγxも２．６ｐｐ
ｍだけ大きくなり、前式により求められる保存計測値
（ＣＸij，ＣＹij）は膨張前後で変化しない。ウエハが
計測機に載せられる姿勢により変化するウエハシフト、
ウエハ回転分も同様の効果が得られ、前式によれば保存
される計測値は、計測時の条件に左右されない。図８
に、以上の関係をベクトル表示する。For example, as described above, A = γx−1. γx is substantially equal to 1, for example, when the wafer temperature increases by 1 degree, the Si wafer expands by about 2.6 ppm. 1
Assuming that the size of the shot is 20 mm × 20 mm, there is a displacement of as much as 52 nm around the shot. However, at the same time, .gamma.x representing the elongation of the entire wafer is also 2.6 pp.
m, and the stored measurement values (CXij, CYij) obtained by the above equation do not change before and after the expansion. Wafer shift that changes depending on the attitude of the wafer placed on the measuring machine,
The same effect can be obtained for the wafer rotation, and the measured value stored according to the above equation does not depend on the measurement conditions. FIG.
The above relationship is represented by a vector.

【００４５】以上で事前準備は終了して、次にディスト
ーション測定に入る。図の被測定露光装置１００には基
準ウエハＷ１を搭載するための不図示のウエハホルダが
あって、その平面度は重要である。なぜなら、ウエハＷ
が曲がると、（ウエハ厚さ）×（傾き）で与えられる量
だけウエハ表面のパターンが横ずれを起こすからであ
る。基準レチクルＲ１を載せるためのレチクルホルダも
同様の理由から平面度を良くしておく必要がある。The above-mentioned preparation is completed, and then the distortion measurement is started. The exposure apparatus 100 to be measured has a wafer holder (not shown) for mounting the reference wafer W1, and its flatness is important. Because the wafer W
Is bent, the pattern on the wafer surface is shifted laterally by an amount given by (wafer thickness) × (inclination). The reticle holder for mounting the reference reticle R1 also needs to have good flatness for the same reason.

【００４６】基準レチクルＲ１を投影露光装置１００に
セットするとともに、基準ウエハＷ１にレジストを塗布
し、投影露光装置１００にローディングする（図１、工
程１４０）。投影露光装置１００ではウエハアライメン
ト顕微鏡２０によりウエハＷ１上の位置合わせマークＡ
wを測定、ウエハＷ１が投影露光装置１００のウエハス
テージ座標に対してどのような位置、姿勢になっている
かを求める。具体的には前述のＥＧＡと呼ばれる方法に
より定める（図１、工程１４０）。The reference reticle R1 is set in the projection exposure apparatus 100, a resist is applied to the reference wafer W1, and the reference wafer W1 is loaded into the projection exposure apparatus 100 (FIG. 1, step 140). In the projection exposure apparatus 100, the alignment mark A on the wafer W1 is controlled by the wafer alignment microscope 20.
By measuring w, the position and orientation of the wafer W1 with respect to the wafer stage coordinates of the projection exposure apparatus 100 are determined. Specifically, it is determined by a method called EGA (FIG. 1, step 140).

【００４７】このとき、ウエハスケーリング量γxEGA、
γyEGA、ウエハ回転量φEGA、θEGA、ウエハシフト量Ｏ
xEGA、ＯyEGAが求められ、基準レチクルＲ１を露光する
位置にフィードバックされる。なお、このアライメント
工程において、ウエハスケーリング量γxEGAは、ショッ
ト間隔の設計値ａｘに対する測定されたショット間隔ａ
ｘＭの比（ａｘＭ／ａｘ）で与えられ、γyEGAは、ショ
ット間隔の設計値ｂｘに対する測定されたショット間隔
ｂｘＭの比（ｂｘＭ／ｂｘ）で与えられる。ただし、ウ
エハスケーリング量γxEGA、γyEGは、各アライメント
マークＡＷの測定された間隔と設計値から求めてもよ
い。At this time, the wafer scaling amount γxEGA,
γyEGA, wafer rotation amount φEGA, θEGA, wafer shift amount O
xEGA and OyEGA are obtained and fed back to the position where the reference reticle R1 is exposed. In this alignment step, the wafer scaling amount γxEGA is determined by measuring the shot interval a with respect to the design value ax of the shot interval.
γyEGA is given by the ratio (bxM / bx) of the measured shot interval bxM to the design value bx of the shot interval. However, the wafer scaling amounts γxEGA and γyEG may be obtained from the measured intervals of each alignment mark AW and design values.

【００４８】１ｓｔ露光において基準ウエハＷ１に形成
された主尺パターン上に、２ｎｄ露光として基準レチク
ルＲ１の副尺パターンの露光が行われる（図２、工程１
５０）。露光終了後基準ウエハＷ１を現像し、出来上が
った主尺パターンと副尺パターンを、重ねあわせ測定機
（レジストレーション測定器）によって測定する（図
２、工程１５０）。全部でｍショットあり、各ショット
にはｎ点の測定点がある。主尺と副尺のずれ量は、例え
ば（株）ニコン製のレジストレーション測定器により測
定可能であり、特開平6-168320号公報にその構成が詳述
されている。図１１は、相対的なずれ量の測定を説明す
るための概念図であり、この図におけるレジストレーシ
ョン測定機３００は、ホルダ３０８に保持された基準ウ
エハＷ２に光を照明する照明光学系と、基準ウエハＷ２
からの反射光を集光する対物レンズ３０６と、この対物
レンズ３０６を出た反射光を結像する結像光学系３０９
と、結像光学系３０９により結像した像を観察するＣＣ
Ｄカメラ３１０を備えている。また、照明光学系を構成
する光源３０１の光は、コンデンサレンズ３０２、照明
絞り３０３、投影レンズ３０４、及びハーフミラー３０
５を経て対物レンズ３０６の瞳面に結像し、基準ウエハ
Ｗ２をケーラー照明する。On the main scale pattern formed on the reference wafer W1 in the first exposure, the sub-scale pattern of the reference reticle R1 is exposed as the second exposure (step 1 in FIG. 2).
50). After the exposure is completed, the reference wafer W1 is developed, and the completed main scale pattern and vernier scale pattern are measured by an overlay measuring device (registration measuring device) (step 150 in FIG. 2). There are m shots in total, and each shot has n measurement points. The amount of deviation between the main scale and the vernier can be measured by, for example, a registration measuring device manufactured by Nikon Corporation, and its configuration is described in detail in JP-A-6-168320. FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining the measurement of the relative shift amount. The registration measuring device 300 in this figure includes an illumination optical system that illuminates the reference wafer W2 held by the holder 308 with light, Reference wafer W2
Lens 306 for condensing the reflected light from the lens, and an imaging optical system 309 for forming an image of the reflected light leaving the objective lens 306
For observing an image formed by the imaging optical system 309
A D camera 310 is provided. The light from the light source 301 that constitutes the illumination optical system is condensed by the condenser lens 302, the illumination stop 303, the projection lens 304, and the half mirror 30.
After 5, an image is formed on the pupil plane of the objective lens 306, and Koehler illumination is performed on the reference wafer W <b> 2.

【００４９】続いて、ショット内各点毎に全ショット分
の平均を求める。その値にはウエハの膨張分が残留して
いる。この重ね合わせ測定器で測定された値は（Ｒｅｇ
Ｘij，ＲｅｇＹij）として保存される。最後に校正を行
う。即ち、測定値からウエハ膨張分、ウエハ回転分など
の残留誤差を取り除く。先の露光前のＥＧＡ計測におい
て、ウエハＷ１のスケーリングなど各成分が求められて
いる。その求められている値の分は当然残留誤差となっ
ているので、計算により取り除いてやることが許され
る。また、ＥＧＡ測定自身に誤差が含まれていることも
予想されるので、重ねあわせ測定機によって求められる
残留ウエハスケーリング誤差も一緒に補正するのがよ
い。Subsequently, an average of all shots is obtained for each point in the shot. The expansion of the wafer remains at that value. The value measured by this overlay measurement device is (Reg
Xij, RegYij). Finally, perform calibration. That is, residual errors such as the wafer expansion and the wafer rotation are removed from the measured values. In the previous EGA measurement before exposure, components such as scaling of the wafer W1 are obtained. Since the calculated value is a residual error, it can be removed by calculation. Further, since it is expected that an error is included in the EGA measurement itself, it is preferable to correct the residual wafer scaling error obtained by the overlay measurement device together.

【００５０】結局、被測定露光装置１００を通して基準
ウエハＷ１の主尺に重ねて基準レチクルＲ１の副尺を投
影露光し、重ね合わせ測定器、例えば（株）ニコン製の
レジストレーション測定器で測定したそれら主尺と副尺
のずれ（ＲｅｇＸij，ＲｅｇＹij）及び、基準ウエハの
主尺の実際の位置（（ＣＸij，ＣＹij）で与えられ
た）、基準レチクルの副尺の実際の位置、露光時のウエ
ハの伸縮、に基づきディストーションを求めることにな
る。After all, the secondary scale of the reference reticle R1 was projected and exposed on the main scale of the reference wafer W1 through the exposure apparatus 100 to be measured, and measured by an overlay measuring instrument, for example, a registration measuring instrument manufactured by Nikon Corporation. The deviation between the main scale and the vernier scale (RegXij, RegYij), the actual position of the main scale of the reference wafer (given by (CXij, CYij)), the actual position of the subscale of the reference reticle, the wafer at the time of exposure Distortion is required based on the expansion and contraction of

【００５１】ウエハスケーリングのＸ成分について整理
すると、ＥＧＡ計測値γxEGA、重ねあわせ測定機による
測定結果より最小二乗法で求めたウエハ残留スケーリン
グ値γxRとすれば、露光時の実際のウエハのスケーリン
グ量は（γxEGA−γxR＋１）で表わされる。なお、ウエ
ハ残留スケーリング値γxRは、測定結果（ＲｅｇＸｉ
ｊ，ＲｅｇＹｉｊ）、そのショット内平均等から、上述
された計算（式（１）〜式（５））と同様の手順で求め
られるパラメータＡ〜Ｆより得られる。したがって、ｉ
番目のショットにおける各マークの重ねあわせ測定値を
（Ｒxij,Ｒyij）とすれば、そのマークのショット内相
対位置座標（ＭＸj，ＭＹj）から次の式７で表される補
正計算により正しいディストーションが求められる。When the X component of the wafer scaling is arranged, if the EGA measurement value γxEGA and the wafer residual scaling value γxR obtained by the least square method from the measurement result by the overlay measurement device, the actual wafer scaling amount at the time of exposure is (ΓxEGA−γxR + 1). Note that the wafer residual scaling value γxR is calculated based on the measurement result (RegXi
j, RegYij), the average within the shot, and the like, and are obtained from parameters A to F obtained in the same procedure as the above-described calculation (formulas (1) to (5)). Therefore, i
Assuming that the superimposed measurement value of each mark in the second shot is (Rxij, Ryij), the correct distortion is obtained from the relative position coordinates (MXj, MYj) of the mark in the shot by the correction calculation represented by the following Expression 7. Can be

【００５２】[0052]

【数７】 (Equation 7)

【００５３】結局、Ｘ方向のディストーション即ちＸ方
向のずれ量は、次の数８で表される。As a result, the distortion in the X direction, that is, the shift amount in the X direction is expressed by the following equation (8).

【００５４】[0054]

【数８】 (Equation 8)

【００５５】ここで、±の記号は座標の取り方によって
変わり、（γxEGA−γxR）・（ＳＸi＋ＭＸj）の項は実
施例によって変わる。また、ＣＸijは、ｉ番目のショッ
トのj番目の主尺がウエハ内座標基準でどれくらいずれ
ているかを示す、即ちショット（主尺）のウエハ内非線
形ずれを示すものである。Ｙ方向についても同じであ
る。実際にはスケーリング成分だけでなくウエハ回転成
分、ステージ直交度成分、シフト成分も同様に補正され
る。Here, the sign of ± changes depending on how to take the coordinates, and the term (γxEGA−γxR) · (SXi + MXj) changes depending on the embodiment. CXij indicates how much the j-th main scale of the i-th shot is based on the in-wafer coordinates, that is, indicates the non-linear displacement of the shot (main scale) within the wafer. The same applies to the Y direction. Actually, not only the scaling component but also the wafer rotation component, the stage orthogonality component, and the shift component are similarly corrected.

【００５６】このようにして求められたディストーショ
ン分だけ、投影露光装置１００の投影レンズ系を調整し
（図２、工程１７０）、調整された投影露光装置１００
で製品ウエハを投影露光し、半導体デバイスを製造する
（図２、工程１８０）。図３を参照して、本発明の第２
実施例を説明する。第１の実施の形態と異なる点は、基
準ウエハＷ１を被測定投影露光装置１００で露光する
際、ＥＧＡ法により求められたウエハスケーリング値に
基づいて投影レンズ系ＰＬの倍率を制御し、基準ウエハ
Ｗ１の伸縮に合わせてショット倍率を変える点である
（図３、工程１４１）。したがって、真のディストーシ
ョンを求めるときに倍率補正は不要となる（図３、工程
１５１）。即ち、数７に対応する補正計算式は次の式９
になる。The projection lens system of the projection exposure apparatus 100 is adjusted by the distortion obtained in this manner (step 170 in FIG. 2), and the adjusted projection exposure apparatus 100 is adjusted.
The semiconductor wafer is manufactured by projecting and exposing the product wafer (step 180 in FIG. 2). Referring to FIG. 3, the second embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described. The difference from the first embodiment is that when the reference wafer W1 is exposed by the projection exposure apparatus 100 to be measured, the magnification of the projection lens system PL is controlled based on the wafer scaling value obtained by the EGA method. The point is that the shot magnification is changed in accordance with the expansion and contraction of W1 (step 141 in FIG. 3). Therefore, magnification correction is not required when obtaining true distortion (step 151 in FIG. 3). That is, the correction equation corresponding to Equation 7 is the following Equation 9
become.

【００５７】[0057]

【数９】 (Equation 9)

【００５８】前記パラメータＡ1〜Ｆ1の求め方を以下に
説明する。重ね合わせ測定器３００により測定されたず
れ量（ＲｅｇＸij，ＲｅｇＹij）の各ショット領域ＳＡ
ｉにおける平均のずれ量（Ｒｅｇαｉ，Ｒｅｇβｉ）を
以下の式（１０）から求める。A method for obtaining the parameters A1 to F1 will be described below. Each shot area SA of the shift amount (RegXij, RegYij) measured by the overlay measuring device 300
The average deviation amount (Regαi, Regβi) at i is obtained from the following equation (10).

【００５９】[0059]

【数１０】 (Equation 10)

【００６０】そして、上記式（２）と同様に、理想的な
ずれ量（ＲｅｇαＭｉ，ＲｅｇβＭｉ）を以下の式（１
１）で与える。Then, similarly to the above equation (2), the ideal deviation amount (RegαMi, RegβMi) is calculated by the following equation (1).
Give in 1).

【００６１】[0061]

【数１１】 [Equation 11]

【００６２】この式（１１）において、γxRは露光時の
EGA計測誤差による残留スケーリング量、γyRは露光時
のEGA計測誤差による残留スケーリング量、φRはＹ軸の
露光時のEGA計測誤差による残留ウエハ回転成分、θRは
Ｘ軸の露光時のEGA計測誤差による残留ウエハ回転成
分、ＯxRはＸ方向の露光時のEGA計測誤差による残留平
行シフト量（重ねあわせ測定器３００のＸ方向のオフセ
ット量）、ＯyRはＹ方向の平行シフト量（測定器３００
のＹ方向のオフセット量）である。さらに、上記式（１
１）の各行列成分を以下の式（１２）に示されたように
Ａ1〜Ｆ1に置き換える。In this equation (11), γxR is
Residual scaling amount due to EGA measurement error, γyR is residual scaling amount due to EGA measurement error during exposure, φR is residual wafer rotation component due to EGA measurement error during Y-axis exposure, θR is due to EGA measurement error during X-axis exposure The residual wafer rotation component, OxR is the amount of residual parallel shift due to the EGA measurement error during exposure in the X direction (the offset amount of the overlay measuring device 300 in the X direction), and OyR is the amount of parallel shift in the Y direction (the measuring device 300).
Offset amount in the Y direction). Further, the above equation (1)
Each matrix element of 1) is replaced with A1 to F1 as shown in the following equation (12).

【００６３】[0063]

【数１２】 (Equation 12)

【００６４】そして、以下の式（１３）のように、理想
的なずれ量（ＲｅｇαMi，ＲｅｇβMi）と実際の平均ず
れ量（Ｒｅｇαi, Ｒｅｇβi）との差を各ｉごとに二乗
し、全てのｉについて和を求める。Then, as shown in the following equation (13), the difference between the ideal deviation amount (RegαMi, RegβMi) and the actual average deviation amount (Regαi, Regβi) is squared for each i, and all i For the sum.

【００６５】[0065]

【数１３】 (Equation 13)

【００６６】ここで、（εx，εy）をそれぞれＡ1〜Ｆ1
で微分し、さらに０と置いて上述の式（５）で示された
連立方程式を解くことによりパラメータＡ1〜Ｆ1が得ら
れる。ちなみに、基準ウエハＷ２における伸縮のＸ成分
γxRは、得られたパラメータＡ1（Ａ1＝γxR−１）から
容易に求められる。Here, (εx, εy) are represented by A1 to F1 respectively.
, And solving the simultaneous equations expressed by the above equation (5) with 0 being set, the parameters A1 to F1 are obtained. Incidentally, the X component γxR of expansion and contraction in the reference wafer W2 can be easily obtained from the obtained parameter A1 (A1 = γxR-1).

【００６７】実測された主尺・副尺間のずれ（ＲｅｇＸ
ij、ＲｅｇＹij）からＥＧＡ誤差による残留線形成分す
なわち残留スケーリング、残留回転、及び残留平行シフ
ト成分を差し引いたもの（ＲｅｇＸ１ij、ＲｅｇＹ１i
j）を求める。The deviation between the measured main scale and vernier scale (RegX
ij, RegYij) minus residual linear components due to the EGA error, that is, residual scaling, residual rotation, and residual parallel shift components (RegX1ij, RegY1i).
j).

【００６８】[0068]

【数１４】 [Equation 14]

【００６９】第１実施例においては、ＥＧＡ計測により
求められたウエハ伸縮量を投影光学系ＰＬの投影倍率に
反映させずに露光するため、式１４で求めた（ＲｅｇＸ
１ij、ＲｅｇＹ１ij）を式１５のように補正する必要が
ある。In the first embodiment, the exposure is performed without reflecting the wafer expansion / contraction amount obtained by the EGA measurement in the projection magnification of the projection optical system PL.
1ij, RegY1ij) must be corrected as shown in Expression 15.

【００７０】[0070]

【数１５】 (Equation 15)

【００７１】結局、各測定点における諸誤差（基準ウエ
ハ上の主尺位置誤差、基準レチクル上の副尺位置誤差
等）を取り除いた純粋な主尺・副尺のずれ、すなわち投
影光学系ＰＬのディストーションは、第１実施例につい
ては式１６となり、第２実施例においては式１７とな
る。As a result, the displacement of the pure main scale and the vernier scale from which various errors at each measurement point (main scale position error on the reference wafer, vernier position error on the reference reticle, etc.) are removed, ie, the projection optical system PL The distortion is expressed by Expression 16 in the first embodiment, and expressed by Expression 17 in the second embodiment.

【００７２】[0072]

【数１６】 (Equation 16)

【００７３】[0073]

【数１７】 [Equation 17]

【００７４】更に、ショット数ｍで平均することにより
投影光学系ＰＬのディストーションを求めることができ
る。Further, the distortion of the projection optical system PL can be obtained by averaging the number of shots m.

【００７５】[0075]

【数１８】 (Equation 18)

【００７６】このように測定されたディストーションの
除去は、以上のように求められたディストーション成分
だけ、図６に示された被測定露光装置１００の投影光学
系ＰＬを調整系４２０により光学調整することにより、
実現される。なお、該投影光学系ＰＬの具体的な調整方
法は、例えば米国特許第5,117,255号に詳述されてい
る。また、この発明では、上記基準ウエハＷ１の伸縮成
分のみならず、上述のようにＥＧＡ誤差による残留ウエ
ハ回転成分φR，θR及び残留平行シフト量についても同
時に除去することができる。The removal of the distortion measured in this manner is performed by optically adjusting the projection optical system PL of the exposure apparatus 100 to be measured shown in FIG. By
Is achieved. The specific adjustment method of the projection optical system PL is described in detail in, for example, US Pat. No. 5,117,255. In addition, according to the present invention, not only the expansion / contraction component of the reference wafer W1 but also the residual wafer rotation components φR and θR and the residual parallel shift amount due to the EGA error can be simultaneously removed as described above.

【００７７】なお、この発明に係る半導体デバイスの製
造方法は、上述のように調整された被検露光装置１００
を利用し、製品ウエハ上に所定のパターン（回路パター
ン等）を投影露光し、半導体デバイスを製造する。加え
て、上述された第２実施例の場合についても言及する
と、この第２実施例と上述された第１実施例との異なる
点は、基準ウエハＷ１を被検露光装置１００で露光する
前に、ＥＧＡ計測により得られた該基準ウエハＷ１のス
ケーリング成分（ＬＭＸ／ＬＤＸ、ＬＭＹ／ＬＤＹ）に
基づいて、投影光学系ＰＬのショット倍率を調整系４２
０が制御し、基準ウエハＷ１の伸縮に合わせてショット
倍率を変える点である。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the test exposure apparatus 100 adjusted as described above is used.
A semiconductor device is manufactured by projecting and exposing a predetermined pattern (a circuit pattern or the like) on a product wafer by utilizing the method described above. In addition, referring also to the case of the above-described second embodiment, the difference between the second embodiment and the above-described first embodiment is that before the reference wafer W1 is exposed by the test exposure apparatus 100, , The shot magnification of the projection optical system PL based on the scaling components (LMX / LDX, LMY / LDY) of the reference wafer W1 obtained by the EGA measurement.
0 is controlled, and the shot magnification is changed in accordance with expansion and contraction of the reference wafer W1.

【００７８】[0078]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、各点の設
計値からのずれを、座標測定機の座標系基準で求めるの
でなく、ウエハ全体の伸縮を差し引いた相対座標系で求
めるので、座標測定した時の雰囲気と、投影露光装置の
雰囲気が一致していなくても、ほとんど誤差なくディス
トーションが測定でき、座標測定機と投影露光装置の温
度差が未知のままであっても問題ない。またそれにより
投影レンズ系を校正できるので、正確な投影露光が可能
となる。また、主尺と副尺を用いて基準ウエハ上の各点
の設計値からのずれを計測するので、計測そのものの迅
速化が可能である。As described above, according to the present invention, the deviation of each point from the design value is determined not by the coordinate system reference of the coordinate measuring machine but by the relative coordinate system in which the expansion and contraction of the entire wafer is subtracted. Even if the atmosphere at the time of coordinate measurement does not match the atmosphere of the projection exposure apparatus, distortion can be measured with almost no error, and there is no problem even if the temperature difference between the coordinate measuring machine and the projection exposure apparatus remains unknown. . In addition, since the projection lens system can be calibrated thereby, accurate projection exposure can be performed. Further, since the deviation from the design value of each point on the reference wafer is measured using the main scale and the sub scale, the measurement itself can be speeded up.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の第１の実施例の方法の前半のステップ
を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing the first half steps of the method according to the first embodiment of the present invention.

【図２】図１のステップに続けて実行するステップを示
すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing steps executed after the steps in FIG. 1;

【図３】本発明の第２の実施例の方法の前半のステップ
を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing the first half steps of the method according to the second embodiment of the present invention;

【図４】本発明に用いられる主尺と副尺の例を示す図で
ある。FIG. 4 is a diagram showing an example of a main scale and a vernier scale used in the present invention.

【図５】本発明に用いられる基準ウエハ及びその上に重
ね合わせて形成された主尺と副尺の例を示す図である。FIG. 5 is a view showing an example of a main scale and a sub-scale formed by being superimposed on a reference wafer used in the present invention.

【図６】本発明に用いられる投影露光装置の概略図であ
る。FIG. 6 is a schematic view of a projection exposure apparatus used in the present invention.

【図７】基準レチクルと基準ウエハ上に形成された主尺
と副尺の座標関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a coordinate relationship between a main reticle and a main scale formed on a reference wafer and a sub-scale.

【図８】基準ウエハ上の主尺の実際の測定値、設計位置
からの理想的なずれ、環境条件の排除された保存計測値
との関係をベクトル表示した図である。FIG. 8 is a vector representation of a relationship between an actual measured value of a main scale on a reference wafer, an ideal deviation from a design position, and a stored measured value in which environmental conditions are excluded.

【図９】本発明に係る測定方法を説明するための概念図
である。FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining a measuring method according to the present invention.

【図１０】座標測定器２００を示す概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram showing a coordinate measuring device 200.

【図１１】レジストレーション測定機３００を示す概念
図である。FIG. 11 is a conceptual diagram showing a registration measuring device 300.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Ｌ 照明光学系 Ｒ レチクル ＰＬ 投影レンズ系 Ｗ ウエハ ＳＴ ウエハステージ ＭＭｉｊ 主尺パターン ＳＭｉｊ 副尺パターン １０ 座標測定機（測長干渉計） L Illumination optical system R Reticle PL Projection lens system W Wafer ST Wafer stage MMij Main scale pattern SMij Secondary scale pattern 10 Coordinate measuring machine (length measuring interferometer)

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】所定の測定環境のもとで、基準基板に形成
された主尺の位置の理想設計座標と実際の座標との座標
ズレ量を測定する第１の工程と；基準レチクルに形成さ
れた副尺パターンの位置を測定する第２の工程と；第１
の工程で測定された座標ズレ量に基づいて、前記所定の
測定環境のもとで定まる主尺の設計座標の理想設計座標
からの理想ズレ量を求め、その理想ズレ量と前記座標ズ
レ量とのズレ量差を求める第３の工程と；前記基準基板
を被測定露光装置にセットする第４の工程と；前記基準
基板の被測定露光装置に対する位置姿勢値を測定する第
５の工程と；前記基準基板に前記基準レチクルの副尺パ
ターンを投影露光し、前記主尺に重ねて副尺を形成する
第６の工程と；前記主尺と副尺の相対的ズレ量を測定す
る第７の工程と；前記ズレ量差と前記位置姿勢値と前記
相対的ズレ量とに基づいて被測定露光装置のディストー
ションを求める第８の工程とを備える；ディストーショ
ン測定方法。A first step of measuring a coordinate shift amount between an ideal design coordinate and an actual coordinate of a main scale position formed on a reference substrate under a predetermined measurement environment; A second step of measuring the position of the obtained vernier pattern;
Based on the coordinate shift amount measured in the step, the ideal shift amount from the ideal design coordinates of the main scale design coordinates determined under the predetermined measurement environment is determined, and the ideal shift amount and the coordinate shift amount are calculated. A fourth step of setting the reference substrate in the exposure apparatus to be measured; a fifth step of measuring a position and orientation value of the reference substrate with respect to the exposure apparatus to be measured; A sixth step of projecting and exposing a vernier scale pattern of the reference reticle on the reference substrate to form a vernier scale by overlapping the main scale; and a seventh step of measuring a relative displacement amount between the main scale and the vernier scale And an eighth step of obtaining distortion of the measured exposure apparatus based on the deviation amount difference, the position and orientation value, and the relative deviation amount; a distortion measuring method. 【請求項２】所定の測定環境のもとで、基準基板に形成
された主尺の位置の理想設計座標と実際の座標との座標
ズレ量を測定する第１の工程と；基準レチクルに形成さ
れた副尺パターンの位置を測定する第２の工程と；第１
の工程で測定された座標ズレ量に基づいて、前記所定の
測定環境のもとで定まる主尺の設計座標の理想設計座標
からの理想ズレ量を求め、その理想ズレ量と前記座標ズ
レ量とのズレ量差を求める第３の工程と；前記基準基板
を被測定露光装置にセットする第４の工程と；前記基準
基板の被測定露光装置に対する位置姿勢値を測定する第
５の工程と；第５の工程で測定した位置姿勢値に基づい
て前記被測定露光装置の投影光学系を調整する第９の工
程と；前記基準基板に前記基準レチクルの副尺パターン
を投影露光し、前記主尺に重ねて副尺を形成する第６の
工程と；前記主尺と副尺の相対的ズレ量を測定する第７
の工程と；前記ズレ量差と前記相対的ズレ量とに基づい
て被測定露光装置のディストーションを求める第１０の
工程とを備える；ディストーション測定方法。A first step of measuring a coordinate shift amount between an ideal design coordinate and an actual coordinate of a position of a main scale formed on a reference substrate under a predetermined measurement environment; A second step of measuring the position of the obtained vernier pattern;
Based on the coordinate shift amount measured in the step, the ideal shift amount from the ideal design coordinates of the main scale design coordinates determined under the predetermined measurement environment is determined, and the ideal shift amount and the coordinate shift amount are calculated. A fourth step of setting the reference substrate in an exposure apparatus to be measured; a fifth step of measuring a position and orientation value of the reference substrate with respect to the exposure apparatus to be measured; A ninth step of adjusting a projection optical system of the exposure apparatus under measurement based on the position and orientation values measured in the fifth step; and projecting and exposing a vernier pattern of the reference reticle on the reference substrate, A sixth step of forming a vernier scale by superimposing the first and second steps; and a seventh step of measuring a relative shift amount between the main scale and the vernier scale.
And a tenth step of obtaining a distortion of the measured exposure apparatus based on the deviation amount difference and the relative deviation amount; a distortion measuring method. 【請求項３】前記相対的ズレ量に基づいて基準基板の残
留変形量を求める第１１の工程と；前記残留変形量に基
づいて、第１０の工程で求められたディストーションを
校正する工程を備える；請求項２に記載のディストーシ
ョン測定方法。3. An eleventh step of obtaining a residual deformation amount of a reference substrate based on the relative deviation amount; and a step of calibrating the distortion obtained in the tenth step based on the residual deformation amount. A method for measuring distortion according to claim 2; 【請求項４】請求項１乃至請求項３に記載のディストー
ション測定方法を用いて投影光学系のディストーション
を測定する工程と；前記ディストーションを測定する工
程で得られたディストーションに基づいて前記投影光学
系の倍率を調整する工程と；前記調整する工程で調整さ
れた投影光学系により、感光性基板にパターンを投影露
光する工程とを備える；半導体デバイスの製造方法。4. A method for measuring a distortion of a projection optical system using the distortion measuring method according to claim 1; and a method for measuring the distortion of the projection optical system based on the distortion obtained in the step of measuring the distortion. Adjusting the magnification of the above; and projecting and exposing a pattern on a photosensitive substrate by the projection optical system adjusted in the adjusting step; a method for manufacturing a semiconductor device. 【請求項５】 マスクのパターンを投影光学系により基
板に露光する露光装置の前記投影光学系の結像誤差を測
定する測定方法において、 前記基板上に形成された第１パターンの位置を前記基板
の伸縮に関連して検出する第１ステップと、前記第１パ
ターンを有した前記基板を前記露光装置に載置して、前
記第１パターンの位置を前記基板の伸縮に関連して検出
する第２ステップと、前記投影光学系により、前記第１
パターン上に第２パターンを露光する第３ステップと、
前記第１パターンと前記第２パターンとのずれ量と、前
記基板の伸縮とに基づいて前記投影光学系の結像誤差を
検出する第４ステップとを含むことを特徴とする測定方
法。5. A measuring method for measuring an image forming error of the projection optical system of an exposure apparatus for exposing a pattern of a mask onto a substrate by a projection optical system, wherein the position of the first pattern formed on the substrate is determined by the substrate A step of detecting the position of the first pattern in relation to the expansion and contraction of the substrate by placing the substrate having the first pattern on the exposure apparatus and detecting the position of the first pattern in relation to the expansion and contraction of the substrate. The first step is performed by two steps and the projection optical system.
A third step of exposing a second pattern on the pattern;
A fourth step of detecting an imaging error of the projection optical system based on an amount of deviation between the first pattern and the second pattern and expansion and contraction of the substrate. 【請求項６】請求項５記載の測定方法において、 前記第１パターンは前記基板の複数のショット領域に形
成されており、 前記複数のショット領域の間隔に基づいて前記基板の伸
縮を検出するステップを含んでいることを特徴とする測
定方法。6. The measuring method according to claim 5, wherein the first pattern is formed in a plurality of shot areas of the substrate, and detecting expansion and contraction of the substrate based on an interval between the plurality of shot areas. A measuring method characterized by including: 【請求項７】請求項５記載の測定方法において、 前記基板には、所定の間隔でアライメントマークが形成
されており、 前記所定の間隔で形成されたアライメントマークの検出
に基づいて、前記基板の伸縮を検出するステップを含ん
でいることを特徴とする測定方法。7. The measurement method according to claim 5, wherein alignment marks are formed on the substrate at predetermined intervals, and the alignment marks are formed on the substrate based on the detection of the alignment marks formed at the predetermined intervals. A measuring method, comprising a step of detecting expansion and contraction. 【請求項８】請求項５記載の測定方法において、 前記第２パターンを露光する前に、前記第１ステップの
検出結果に基づいて、前記投影光学系を調整するステッ
プを含んでいることを特徴とする測定方法。8. The measuring method according to claim 5, further comprising a step of adjusting the projection optical system based on a detection result of the first step before exposing the second pattern. Measurement method.