JP2003203842A - 位置決めステージ、露光装置、半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 平面鏡の平面度によるウエハーステージの
傾斜に関する計測誤差を補正。 【解決手段】 位置決めステージは、並進及び高さ方向
の傾斜を計測するために、略直交する２つの方向に延設
される平面鏡２Ａ，２Ｂと、レーザーを照射し、並進方
向の位置を、反射を利用して計測する第１の計測ユニッ
ト３Ａ−１と、ステージの傾斜を計測するために、第１
の計測ユニットと鉛直方向に離間した位置で、位置を計
測する第２の計測ユニット３Ａ−２と、ステージと定盤
面との高さ方向の傾きを計測する第３の計測ユニット１
４−１，２，３と、第１及び第２の計測ユニットの計測
結果との差分に基づく第１傾斜量と、第３の計測ユニッ
トにより計測される第２傾斜量と、の差分に基づき、ス
テージの位置毎に対応した平面鏡の誤差を演算する演算
部と、その演算部によって予め求められた誤差に基づ
き、ステージが移動する位置に応じて第１傾斜量を補正
してステージを駆動させる制御部とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光装置で
用いられるような、非常に高精度で広範囲に渡って駆動
が可能な位置決めステージ、およびその位置決めステー
ジを備える露光装置、その露光装置を用いて半導体デバ
イスを製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置において、現在主流とな
っているステップ・アンド・リピート方式の露光装置
（ステッパー）は、被露光資材（以下、「ウエハー」と
称す）を所定の場所に位置決めし、静止させた状態で、
パターンが描画された原盤（以下、「レチクル」と称
す）を通った光（露光光）を、投影光学系（レンズ）に
て一定の比率で縮小し、ウエハー上に塗布された感光剤
（フォトレジスト）を感光させ、レチクルのパターンを
ウエハーに転写する。これを、ウエハー全面にわたって
繰り返し行うものである。また、ステップ・アンド・ス
キャン方式の露光装置（スキャナー）は、ウエハーを静
止して一括露光するステッパーに対し、ウエハーおよび
レチクルを同期走査（スキャン）させながら、より広い
領域を露光するものである。

【０００３】このとき、ウエハーを搬送する位置決めス
テージ（以下、「ウエハーステージ」と称す）は、２次
元平面（ＸＹ平面）内の任意の場所に、高精度かつ広範
囲に渡って駆動されることが要求される。これは、半導
体回路の微細化が進むにつれ、必要とされる精度はます
ます厳しいものとなり、同時に、ウエハーの大口径化
や、ウエハーを交換するための交換位置への駆動、ウエ
ハーに露光されたマークを露光位置以外で計測する場合
など、ウエハーステージが駆動する領域も、非常に広範
囲にわたる必要があるためである。

【０００４】このウエハーステージの位置検出には、レ
ーザー干渉計が一般的に用いられている。このレーザー
干渉計をＸＹ平面内に配置することで、ウエハーステー
ジのＸＹ平面内の位置を計測することができる。例え
ば、図１のように、ウエハーステージ１には、Ｘ軸計測
用の平面鏡２Ａ（以下、バーミラーと称す）が、Ｙ軸方
向に沿って搭載されており、Ｘ軸方向の位置を計測する
レーザー干渉計（３Ａ−１）は、Ｘ軸に略平行にレーザ
ーをバーミラー２Ａに照射して、その反射光と基準光を
干渉させることで、ウエハーステージの相対的な駆動量
を検出している。Ｙ軸の計測も同様である。Ｘ軸または
Ｙ軸のどちらか、または、両方の干渉計を２つ用意する
ことで、ウエハーステージのＺ軸周りの回転角（θｚ）
も検出することができる。

【０００５】このレーザー干渉計から得られた位置情報
を基に、リニアモーターなどのアクチュエータ（図示せ
ず）をＸＹ平面に配置することによって、ウエハーステ
ージを所定の場所に駆動することができる。

【０００６】また、回路の微細化に伴うレンズの高ＮＡ
化に伴い、レチクルの像をウエハーに転写するためのフ
ォーカス許容範囲（焦点深度）も狭くなり、フォーカス
方向（Ｚ方向）の位置決めに要求される精度は厳しくな
ってきている。そのため、ステージは、ＸＹ平面に直交
するＺ方向（フォーカス方向）、および、Ｘ軸方向に関
する傾斜（Ｙ軸周りの回転、チルトあるいはθｙと称
す）、Ｙ軸方向への傾斜（Ｘ軸周りの回転、チルトある
いはθｘと称す）も、高精度に計測・制御を行う必要が
ある。そのため、Ｘ軸の干渉計をＺ方向に２系統並べて
配置（３Ａ−１、３Ａ−２）して同時に位置計測をし
て、その計測データの差分から、ステージのＸ方向の傾
斜（θｙ）を計測する方式が提案されている。同じよう
に、Ｙ軸の干渉計をＺ方向に２系統配置することで（３
Ｂ−１、３Ｂ−２）、Ｙ軸方向に関する傾斜（θｘ）を
計測することができる（図１）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のような構成のウ
エハーステージにおいては、Ｘ軸計測用のバーミラー２
Ａ（以下、「Ｘバーミラー」という。）は、ステージ１
のＹ軸方向の駆動ストロークよりも長く、また、Ｙ計測
用のバーミラー２Ｂ（以下、「Ｙバーミラー」とい
う。）は、ステージ１のＸ軸方向の駆動ストロークより
も長くする必要がある。それぞれのストロークよりも短
い場合は、レーザー干渉計の光の反射光が得られなくな
るために、計測ができなくなってしまう。同じように、
バーミラーのＺ方向の幅は、ステージのＺの駆動ストロ
ークより長くする必要がある。また、ステージの傾斜成
分を精度よく計測するためには、Ｚ方向に配置された２
つのレーザー干渉計の間隔をできるだけ広くする必要が
ある。そのため、バーミラーは、Ｚ方向にも十分に大き
く作る必要がある。

【０００８】ところが、バーミラーをＸ軸、Ｙ軸方向に
関する長手方向と、Ｚ軸方向の幅方向との広い面積、全
面にわたり、高精度に加工することは限界もあり、コス
トも高くなってしまうという問題がある。

【０００９】また、高精度に加工したバーミラーをステ
ージに搭載するとき、バーミラーをステージに締結する
保持力によって、バーミラーを変形させてしまうという
問題もある。

【００１０】このように、バーミラー表面の加工精度ま
たは、取り付け時の変形の問題は、ウエハステージの位
置計測精度に影響することになる。例えばウエハステー
ジ１がＹ軸方向に駆動した場合に、図２のように、Ｘ軸
方向のレーザー干渉計（以下、「Ｘレーザー干渉計」と
いう。）（３Ａ−１）と、このＸレーザー干渉計とＺ軸
方向に並んで配置されたレーザー干渉計である、θｙレ
ーザー干渉計（３Ａ−２）、との計測データの差分が、
位置に応じて誤差を持ってしまう。例えば、Ｙ座標がｙ
１の場合に、傾きがΔθｙ１であっても、Ｙ座標がｙ２
に移動した場合には、Ｙ軸回りの傾きはΔθｙ２となり
ばらつきが生じる。そのため、θｙ方向の傾きを正確に
計測することができなくなってしまう。

【００１１】Ｘ軸方向に駆動した場合も同様に、θｘ方
向の傾きを正確に計測することができなくなってしま
う。このような、ウエハステージの傾斜量の計測誤差
は、そのままステージ上のウエハー表面と、レンズのベ
ストフォーカス面とのずれとなってしまう。従って、先
述のような、焦点深度の浅いレンズにおいては、露光面
内において、デフォーカスしてしまう領域（例えば、図
３の６Ｂの領域）が存在することとなってしまう。図３
において、ウエハー４に対して、像面５を考えた場合、
６Ａはベストフォーカスで露光された範囲を示す。

【００１２】この場合でも、ステージを静止してレチク
ルのパターンを一括して露光する、静止露光装置（ステ
ッパー）の場合は、ステージに搭載されたウエハー表面
と、レンズ像面とのずれを計測するフォーカスセンサー
によって、最終的には、ウエハー表面を像面に追い込む
ことができる。しかし、ウエハーとレチクルをスキャン
させながら露光する、走査露光装置（スキャナー）の場
合は、フォーカス計測位置は、露光位置より先を計測し
ている。その計測位置が、露光位置に来るときに、ステ
ージを駆動するのであるが、このとき、上記のように、
バーミラーの平面度の影響で、チルト計測に誤差がのっ
てしまっていると、フォーカス計測位置が露光位置に来
たとき、やはり図３のように、デフォーカスして露光さ
れることになる。

【００１３】また、ステッパーの場合でも、バーミラー
の平面度の影響で、チルト計測に誤差がのる場合は、フ
ォーカス計測値が大きく計測されてしまい、その駆動の
ための移動時間およびステージが静止するまでの時間の
ロスで、スループットが低下してしまう問題もある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するべく、本発明にかかる位置決めステージ、露光装
置、露光方法は、主として、以下の構成を備えることを
特徴とする。

【００１５】すなわち、定盤面上を並進方向に駆動し
て、ステージを平面内に位置決めする第１の駆動手段
と、前記ステージを高さ方向に駆動して、焦点方向に位
置決めする第２の駆動手段と、を有する位置決めステー
ジは、前記ステージの並進方向の位置及び高さ方向の傾
斜を計測するために、略直交する２つの方向に延設され
る平面鏡と、前記平面鏡に対してレーザーを照射して、
前記ステージの並進方向の位置を、該レーザーの反射を
利用して計測する第１の計測手段と、前記平面鏡に対し
てレーザーを照射して、前記ステージの傾斜を計測する
ために、前記第１の計測手段と鉛直方向に離間した位置
で、該レーザーの反射を利用して位置を計測する第２の
計測手段と、前記ステージと、前記定盤面との高さ方向
の傾きを計測する第３の計測手段と、前記第１の計測手
段の計測結果と、前記第２の計測手段の計測結果との差
分に基づく第１傾斜量と、前記第３の計測手段により計
測される第２傾斜量と、の差分に基づき、前記ステージ
の位置毎に対応した前記平面鏡の誤差を演算する演算手
段と、前記演算手段により予め求められた誤差に基づ
き、前記ステージが移動する位置に応じて前記第１傾斜
量を補正して前記ステージを駆動させる制御手段と、を
備えることを特徴とする。

【００１６】あるいは、定盤面上を並進方向に駆動し
て、ステージを平面内に位置決めする第１の駆動手段
と、前記ステージを高さ方向に駆動して、焦点方向に位
置決めする第２の駆動手段と、を有する位置決めステー
ジは、前記ステージの並進方向の位置及び高さ方向の傾
斜を計測するために、略直交する２つの方向に延設され
る第１平面鏡と、前記ステージの、光学系を支持する鏡
筒定盤に対する傾斜量を計測するための第２平面鏡と、
前記第１平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステ
ージの並進方向の位置を、該レーザーの反射を利用して
計測する第１の計測手段と、前記第１平面鏡に対してレ
ーザーを照射して、前記ステージの傾斜を計測するため
に、前記第１の計測手段と鉛直方向に離間した位置で、
該レーザーの反射を利用して位置を計測する第２の計測
手段と、前記第２平面鏡に対してレーザーを照射して、
前記ステージの前記鏡筒定盤に対する傾きを計測する第
３の計測手段と、前記第１の計測手段の計測結果と、前
記第２の計測手段の計測結果との差分に基づく第１傾斜
量と、前記第３の計測手段により計測される第２傾斜量
と、の差分に基づき、前記ステージの位置毎に対応した
前記平面鏡の誤差を演算する演算手段と、前記演算手段
により予め求められた誤差に基づき、前記ステージが移
動する位置に応じて前記第１傾斜量を補正して前記ステ
ージを駆動させる制御手段と、を備えることを特徴とす
る。

【００１７】好ましくは、上記の位置決めステージにお
いて、前記演算手段により演算された平面鏡の誤差は、
前記ステージの位置に対応した関数として、あるいは、
参照テーブルとして、記憶手段に記憶される。

【００１８】好ましくは、上記の位置決めステージにお
いて、前記制御手段は、前記ステージの位置に応じて、
前記記憶手段に記憶されている、関数あるいは参照テー
ブルから前記平面鏡の誤差を求め、該誤差に基づき、前
記第２の駆動手段の制御量を制御する。

【００１９】好ましくは、上記の位置決めステージにお
いて、前記第２平面鏡は、前記第１平面鏡に対して略４
５度の傾斜角を有して前記ステージに延設されており、
前記第３の計測手段から該第２平面鏡に照射されたレー
ザーは、該第２平面鏡の傾斜角により鉛直上方におい
て、前記ステージと対向する鏡筒定盤面に設けられた第
３平面鏡を照射し、該第３平面鏡からの反射を利用し
て、前記ステージと、該鏡筒定盤に対する傾きを計測す
る。

【００２０】好ましくは、上記の位置決めステージにお
いて、前記第２平面鏡は、前記鏡筒定盤に対向した前記
ステージ上の面に延設されており、前記第３の計測手段
は、前記第２平面鏡に対して、略垂直な方向に設けられ
た位置で、該ステージの該鏡筒定盤に対する傾きを計測
する。

【００２１】また、露光装置は、露光光により原版の回
路パターンを縮小倍率してウエハーに投影するための投
影光学手段と、前記投影光学手段により投影された回路
パターンをウエハ上に転写するために、該ウエハを保持
して位置及び傾斜角を制御して位置決めする位置決めス
テージと、を有し、前記位置決めステージは、ステージ
の並進方向の位置及び高さ方向の傾斜を計測するため
に、略直交する２つの方向に延設される平面鏡と、前記
平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステージの並
進方向の位置を、該レーザーの反射を利用して計測する
第１の計測手段と、前記平面鏡に対してレーザーを照射
して、前記ステージの傾斜を計測するために、前記第１
の計測手段と鉛直方向に離間した位置で、該レーザーの
反射を利用して位置を計測する第２の計測手段と、前記
ステージと、前記定盤面との高さ方向の傾きを計測する
第３の計測手段と、前記第１の計測手段の計測結果と、
前記第２の計測手段の計測結果との差分に基づく第１傾
斜量と、前記第３の計測手段により計測される第２傾斜
量と、の差分に基づき、前記ステージの位置毎に対応し
た前記平面鏡の誤差を演算する演算手段と、前記演算手
段により予め求められた誤差に基づき、前記ステージが
移動する位置に応じて前記第１傾斜量を補正して前記ス
テージを駆動させる制御手段と、を備えて位置決めする
ことを特徴とする。

【００２２】また、露光装置は、露光光により原版の回
路パターンを縮小倍率してウエハーに投影するための投
影光学手段と、前記投影光学手段により投影された回路
パターンをウエハ上に転写するために、該ウエハを保持
して位置及び傾斜角を制御して位置決めする位置決めス
テージと、を有し、前記位置決めステージは、ステージ
の並進方向の位置及び高さ方向の傾斜を計測するため
に、略直交する２つの方向に延設される第１平面鏡と、
前記ステージの、光学系を支持する鏡筒定盤に対する傾
斜量を計測するための第２平面鏡と、前記第１平面鏡に
対してレーザーを照射して、前記ステージの並進方向の
位置を、該レーザーの反射を利用して計測する第１の計
測手段と、前記第１平面鏡に対してレーザーを照射し
て、前記ステージの傾斜を計測するために、前記第１の
計測手段と鉛直方向に離間した位置で、該レーザーの反
射を利用して位置を計測する第２の計測手段と、前記第
２平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステージの
前記鏡筒定盤に対する傾きを計測する第３の計測手段
と、前記第１の計測手段の計測結果と、前記第２の計測
手段の計測結果との差分に基づく第１傾斜量と、前記第
３の計測手段により計測される第２傾斜量と、の差分に
基づき、前記ステージの位置毎に対応した前記平面鏡の
誤差を演算する演算手段と、前記演算手段により予め求
められた誤差に基づき、前記ステージが移動する位置に
応じて前記第１傾斜量を補正して前記ステージを駆動さ
せる制御手段と、を備えて位置決めすることを特徴とす
る。

【００２３】また、半導体デバイスの製造方法は、露光
装置を含む複数の半導体製造装置を工場に設置する工程
と、前記複数の半導体製造装置を用いて半導体デバイス
を製造する工程と、を備え、上記の露光装置に記載され
た構成を有してデバイスを製造することを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞以下、図面を参
照しつつ本発明にかかる実施径形態を説明する。ウエハ
ーステージには、ＸＹ平面を自由に移動可能なＸＹステ
ージと、そのＸＹステージの上に搭載された、Ｚ軸、θ
ｚ方向のチルト補正のために駆動可能な微動ステージを
組み合わせたものを用いる（図１０）。これにより、Ｘ
ＹＺ軸方向の並進駆動、および、それぞれの軸周り（θ
ｘ、θｙ、θｚ）の回転駆動が可能になる。

【００２５】ウエハーステージにおけるＸＹ方向の位置
は、レーザー干渉計（図１０の３Ａ−１、３Ｂ−１）に
よって計測される。ＸＹ方向は駆動ストロークが長いた
め、Ｘ軸方向の駆動位置を計測するために、Ｙ軸方向に
延設されたＸバーミラー（図１０の２Ａ）が使用さ
れ、、Ｙ軸方向の駆動位置を計測するために、Ｘ軸方向
に延設されたＹバーミラー（図１０の２Ｂ）が利用され
る。

【００２６】ＸＹどちらか一方、または、両方の軸側に
は、レーザー干渉計３Ａ−１、若しくは３Ｂ−１と、そ
れぞれ水平方向に離間して設けられた別個のレーザー干
渉計を用意することで、ＸＹ平面内における回転方向の
ずれ量θｚが計測可能となる。

【００２７】例えば、Ｘ軸方向のレーザー干渉計（Ｘレ
ーザー干渉計）３Ａ−１に対し、水平方向に間隔（Δ
ｙ）をおき、かつ、３Ａ−１と同じＺ軸方向の高さに、
ＸＹ平面内の回転を計測するためのθｚレーザー干渉計
（図１０の３Ａ−４）を配置する。

【００２８】また、Ｘレーザー干渉計３Ａ−１に対し、
鉛直方向に間隔（Δｚ）をおき、かつ、３Ａ−１と水平
方向に位置ずれなく並び、ステージのｙ軸まわりの回転
を計測するためのθｙレーザー干渉計（図１０の３Ａ−
２）を配置する。

【００２９】Ｘレーザー干渉計３Ａ−１と、θｚレーザ
ー干渉計３Ａ−４、θｙレーザー干渉計３Ａ−２とによ
り、Ｘ軸方向の並進駆動と、面内の回転（θｚ）、ｙ軸
まわりの面外の回転（θｙ）とをそれぞれ計測すること
ができる。

【００３０】同様に、Ｙ軸方向のレーザー干渉計（Ｙレ
ーザー干渉計）３Ｂ−１に対し、鉛直方向に間隔（Δ
ｚ）をおき、かつ、３Ｂ−１と水平方向に位置ずれなく
並び、ステージのＸ軸まわりの回転を計測するためのθ
ｘレーザー干渉計（図１０の３Ｂ−２）から、ステージ
のＸ軸まわりの面外の回転（θｘ）を計測することが可
能となる。

【００３１】それぞれのレーザー干渉計は、例えば、図
４、図５のようにレンズを搭載している鏡筒定盤７に配
置されており、レンズに対するステージの位置を計測す
ることが可能な構成となっている。

【００３２】ここで、バーミラー平面度を求めるための
基準となるウエハステージのＺ軸方向の位置の計測方法
として、次の２つの方法がある。

【００３３】（１）ウエハーステージ定盤８からＺ軸方
向の位置を計測し、この位置を基準として、更に、間接
的に鏡筒定盤７から、ウエハーステージのＺ軸方向の位
置を計測して、両者の比較から差分をとる方法（間接的
な方法）と、（２）レーザー干渉計により、鏡筒定盤か
らのステージＺ軸方向の位置を計測する方法（直接的な
方法）と、の２通りが考えられる。

【００３４】以下、Ｚ軸方向の位置計測を場合分けし
て、ＸおよびＹバーミラーの、Ｚ軸方向の平面度の計測
方法を説明する。

【００３５】＜（１）間接的な方法の説明＞ウエハース
テージ定盤８からステージのＺ軸方向の位置を計測する
場合は、リニアエンコーダーを使う。他に、静電容量セ
ンサーや、渦電流センサーなどでもよく、計測範囲は小
さくても精度がよければよい。これを、例えば、ＸＹ平
面内に三角形を形成するように配置すれば、Ｚ軸方向の
位置と同時に各軸まわりの回転（θｘおよびθｙ）も計
測することができる。

【００３６】それぞれの計測手段をＺ１，Ｚ２，Ｚ３と
する（図１０の１４−１、１４−２、１４−３）。

【００３７】そこで、例えば、Ｘバーミラー２ＡのＺ軸
方向の平面度を計測する場合には、計測手段Ｚ１，Ｚ
２，Ｚ３でＹ軸回りの回転角θｙを計測し、この計測値
に基づいて、回転角θｙを保持するようにサーボをかけ
た状態で、ウエハーステージ１をＹ軸方向に移動しなが
ら、Ｘレーザー干渉計３Ａ−１およびθｙレーザー干渉
計３Ａ−２で、位置とその位置における回転角を計測す
る。ここで計測された回転角と、計測手段Ｚ１、Ｚ２、
Ｚ３によって計測された回転角（θｙ）との差が、Ｘバ
ーミラーの平面度の誤差である。

【００３８】この平面度の誤差の値を、ウエハーステー
ジ１のＹ軸方向の位置の関数、あるいは、位置毎に対応
した参照テーブルとしてメモリに記録しておく。実際に
ウエハステージを駆動する場合は、ウエハーステージの
Ｙ軸方向の位置に応じた誤差の値を、位置の関数または
参照テーブルデータとして求め、ウエハーステージの位
置を補正して駆動すればよい。または、この補正量を、
レーザー干渉計の計測値からあらかじめ差し引き、ある
いは、加算して、事前に計測値を補正してもよい。

【００３９】一般的に、リニアエンコーダーなどのセン
サーは、レーザー干渉計より計測分解能が低いが、Ｙ方
向の間隔、あるいは、Ｘ方向の間隔を十分に広くとるこ
とで、チルトを精度よく計測することができる。あるい
は、計測手段（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）の計測結果に基づい
てサーボをかけ、レーザー干渉計で計測する際に、複数
回計測を繰り返してデータを平均化することで精度を向
上することができる。

【００４０】ウエハーステージ１は、ウエハーステージ
定盤（図１０の８）の上を２次元に移動する。上記のよ
うな、定盤面からステージのＺ軸方向の位置を計測する
ような構成では、定盤面の平面度の影響を受けてしま
う。つまり、ウエハーステージの定盤面に凹凸がある
と、その分、ステージの実際のＺ位置は、誤差をもって
しまう。例えば図４のように、ウエハーステージ定盤８
が凹状になっている場合は、ウエハーステージ１は凹部
の影響を受けて、傾いた状態となる。

【００４１】このような場合、ウエハーステージ定盤８
とウエハーステージ１を非接触にガイドしている、エア
ースライダー（静圧パッド）（図４の９）を、ステージ
下面の広範囲に使用すれば、定盤面８の凹凸の影響を解
消するすることができ、また、静圧パッド９の間隔を十
分広くとることで、定盤面の凹凸によるチルトへの誤差
の影響も少なくすることができる。

【００４２】さらに精度を要求する場合は、すでに出願
がなされている方法（特願平１１−１８７６９３）であ
る、複数のフォーカスセンサーを用いてウエハーステー
ジ定盤８の平面度をあらかじめ計測しておけばよい。

【００４３】この方法を簡単に説明すると、図６のよう
に、複数のフォーカスセンサー１１Ａ、１１Ｂで、ウエ
ハーステージ表面上の同じ点（図６ではＰ点）を、ステ
ージを駆動して計測する。ウエハーステージ定盤が非常
に精度よく加工された場合、つまり、ウエハーステージ
の走りが、像面と一致している場合は、複数のフォーカ
スセンサーは、すべて同じ計測値を出力（Ｚａ、Ｚｂ）
するはずである。これは、ウエハー上の同じ点（図６の
Ｐ点）を計測しているため、ウエハーの凹凸は、すべて
のフォーカスセンサーに同じだけ計測されるためであ
る。

【００４４】この複数のフォーカスセンサーが異なる計
測値を出力した場合（例えば、図６のＺｄ）、これは、
ウエハーステージ定盤の平面度の影響によって、ステー
ジの走りが像面と異なっているということである。つま
り、この手法を用いることで、ウエハー凹凸の影響を除
いた、定盤面の凹凸を計測することがきでる。

【００４５】例えば、Ｙ方向にステージを駆動したとき
のＺ方向の走り誤差を計測したければ、Ｙ方向にフォー
カスセンサーを複数配置し、ウエハー上の同じ点Ｐ点
を、ステージをＹ方向に駆動しながら、各フォーカスセ
ンサーで計測すればよい。

【００４６】この複数のフォーカスセンサーの配置によ
って、ステージ位置によって生じるチルトの誤差も計測
することができる。例えば、Ｙ方向に駆動したときのθ
ｙの誤差を求めたければ、上記Ｙ方向に並んだ複数のフ
ォーカスセンサーを更にＸ方向に複数配置する、つま
り、２次元配列に配置すればよい。

【００４７】さらに、ウエハーステージが移動すると、
荷重変動により、レンズを支持している鏡筒定盤７が変
形してしまうことも考えられる。すると、レーザー干渉
計を支えている支柱７ａが変動してしまい、計測に誤差
を持ってしまう。そこで、図５のように、鏡筒定盤７と
ウエハーステージ定盤８を分離した構造にすることで、
ウエハーステージの位置の移動による、鏡筒定盤の変形
を防ぐことができる。このとき鏡筒定盤７とウエハース
テージ定盤８の位置関係は、レーザー干渉計（３Ｄ−
１、３Ｄ−２）などのセンサーを用いて計測することが
できる。両定盤間のレーザー干渉計は少なくとも３箇所
を計測することで、Ｚ軸方向（上下の高さ方向）、Ｘ
軸、Ｙ軸まわりの回転角（θｘ、θｙ）を計測すること
ができる。

【００４８】以上説明したように、ウエハーステージ定
盤面８を基準として、Ｚ軸方向の位置を計測する計測手
段を用いて、Ｘバーミラー２Ａの平面度の誤差を求める
ことができる。

【００４９】同様にＹバーミラー２Ｂの平面度の誤差を
求めることもでき、これらの平面度の誤差に基づき、ウ
エハステージのチルト量を補正することが可能となる。

【００５０】＜（２）直接的な方法の説明＞（１）の間
接的な方法による場合、ウエハーステージ定盤面８の平
面度の影響や、鏡筒定盤７の変形による誤差を取り除く
必要性が生じる。また、計測手段として使用されるセン
サー（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）は、一般的にレーザー干渉計
よりも計測分解能が低いという制約も生じる。

【００５１】そこで、第２の方法として、ウエハーステ
ージ１のＺ方向の位置を、鏡筒定盤７から直接計測する
方法を説明する。

【００５２】図７のように、ウエハーステージ１は、Ｘ
バーミラー２Ａ、Ｙバーミラー２Ｂの他に、４５度の傾
きをもたせた傾斜バーミラー（２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ）が配
置される。このとき、Ｘ軸方向からレーザー干渉計（３
Ａ−３）より発せられた光を傾斜バーミラー２Ｄに当て
る。すると、その光は、傾斜バーミラー２Ｄによって、
垂直上方に折り曲げられ、図示しない鏡筒定盤に向か
う。鏡筒定盤面を平面ミラーにしておくことで、この垂
直上方に折り曲げられた光は、もと来た経路をたどり、
レーザー干渉計（３Ａ−３）に戻ってくる。この干渉計
の値と、Ｘレーザー干渉計（３Ａ−１）の計測値との差
分から、Ｚ軸方向の位置（Ｙ軸まわりの回転）を計測す
ることができる。この傾斜バーミラーに対するＺ軸方向
のレーザー干渉計を、複数個用意することで、ウエハー
ステージのチルト量を計測することができる。

【００５３】例えば、図７では、Ｘレーザー干渉計（３
Ａ−１、３Ｃ−１）とＺレーザー干渉計（３Ａ−３、３
Ｃ−３）とを、それぞれウエハーステージの正面側と背
面側にそれぞれ２系統を用意している。また、Ｙ方向に
もＺレーザー干渉計を用意している（３Ｂ−３）。これ
らＺレーザー干渉計（３Ａ−３、３Ｂ−３、３Ｃ−３）
を用いれば、ウエハーステージのＺ方向の位置と、Ｘ
軸、Ｙ軸まわりの回転角（θｘ、θｙ）が計測可能であ
る。

【００５４】しかし、上記のように、鏡筒定盤面からの
位置をＺレーザー干渉計（３Ａ−３、３Ｂ−３、３Ｃ−
３）で計測する場合は、鏡筒定盤側に広い範囲で反射面
を形成しなければならない。実際は、鏡筒定盤面には、
レンズやオフ・アクシス・スコープ、または、フォーカ
スセンサーなどが搭載されている。そのため、ウエハー
ステージのＸＹ移動平面すべてにおいて、Ｚレーザー干
渉計（３Ａ−３、３Ｂ−３、３Ｃ−３）を複数において
計測することは困難であり、通常、どれか１つが計測可
能で、ウエハーステージの移動に伴い、有効な干渉計を
切り替えて計測するのが通常である。

【００５５】そこで、Ｚレーザー干渉計（３Ａ−３、３
Ｂ−３、３Ｃ−３）は、いずれか有効な１つでＺ軸方向
の位置の計測を行い、チルト量は、θｘおよびθｙ干渉
計（３Ｂ−２、３Ａ−２）で行うことになり、Ｘおよび
Ｙバーミラー（２Ａ、２Ｂ）の、Ｚ方向の平面度の影響
を無視できなくなる。

【００５６】この場合は、平面度の誤差を計測し、その
誤差成分をウエハーステージの姿勢制御にフィードバッ
クすればよい。例えば、Ｘバーミラー２ＡのＺ方向の平
面度を計測するとき、レーザー干渉計３Ａ−３および３
Ｃ−３で、Ｙ軸回りの回転角θｙを計測し、この計測値
（回転角θｙ）を保持するようにサーボをかけた状態
で、ウエハーステージをＹ軸方向に移動しながら、Ｘレ
ーザー干渉計３Ａ−１およびθｙレーザー干渉計で、位
置とその位置における回転角を計測する。ここで計測さ
れた回転角と、レーザー干渉計（３Ａ−３、３Ｃ−３）
によって計測された回転角（θｙ）との差が、Ｘバーミ
ラー２Ａの平面度の誤差である。

【００５７】このとき、レーザー干渉計３Ａ−３および
３Ｃ−３は、ウエハステージのＸＹ平面内の移動範囲に
おいて、常に計測可能である。

【００５８】レーザー干渉計３Ａ−３及び３Ｃ−３の計
測値は、それぞれ、傾斜バーミラーと、鏡筒定盤に取付
けられている不図示の平面ミラーの平面度の影響を受け
てしまう。この場合、レーザー干渉計３Ａ−３及び３Ｃ
−３の間隔を十分大きくとることで、θｙの誤差を小さ
くすることもできる。

【００５９】また、先ほど述べた、複数のフォーカスセ
ンサーを用いて定盤平面度を計測する方法（図６）で、
ステージをＹ方向に移動したときのθｙの誤差を、あら
かじめ求めておいてもよい。この場合の、計測値は、定
盤平面度の影響によるものでなく、傾斜バーミラーと鏡
筒定盤の平面ミラーの平面度の影響による誤差が計測で
きる。この誤差成分を、ＸバーミラーのＺ方向の平面度
を求めるときに、計算に含めることで補正すればよい。

【００６０】Ｙ方向についても、同様に計測することが
できる。すなわち、Ｘ軸回りの回転角（θｘ）の計測
を、レーザー干渉計３Ａ−３、３Ｂ−３、３Ｃ−３で行
ってもよいし、Ｙ軸方向に、レーザー干渉計３Ｂ−３と
対向する位置に、不図示のレーザー干渉計を用意して、
Ｘ軸の場合と全く同様に計測し、Ｙバーミラー２ＢのＺ
軸方向の平面度の誤差を補正することができる。

【００６１】傾斜バーミラーを使用しない場合でも、単
に、Ｘ、Ｙバーミラーの平面度を計測するための目的で
あれば、次のような構成でも十分である。

【００６２】例えば、図８のように、Ｘバーミラーの平
面度の計測の場合を考える。このとき、チルト量を計測
し、その状態を保持するようにサーボをかけて、ウエハ
ーステージをＹ方向に移動しながら、Ｘレーザー干渉計
３Ａ−１とθｙレーザー干渉計３Ａ−２の計測値の差を
求める。この計測値の差が、ＸバーミラーのＺ方向の平
面度である。

【００６３】ここで、チルト量の制御のために、傾斜成
分を計測するためのセンサーを考える。図８のように、
Ｙ方向に延設されたＺバーミラー（２Ｇ、２Ｈ）を、ウ
エハーステージに配置する。Ｚバーミラー２Ｇ、２Ｈ
を、それぞれ鏡筒定盤に配置されたレーザー干渉計（３
Ａ−３、３Ｃ−３）によって計測する。この場合、レー
ザー干渉計（３Ａ−３、３Ｃ−３）がＸ軸に平行に並ん
でいれば、Ｘ軸回りの回転角（θｘ）の影響を受けずに
Ｙ軸回りの回転角（θｙ）は、（１）式で計算すること
ができる。

【００６４】 θｙ＝（ＺＸ１−ＺＸ２）÷Ｘｓｐａｎ （１） ＺＸ１ ：レーザー干渉計３Ａ−３の計測値 ＺＸ１ ：レーザー干渉計３Ｃ−３の計測値 Ｘｓｐａｎ：レーザー干渉計３Ａ−３及び３Ｃ−３の測
定間距離。

【００６５】レーザー干渉計（３Ａ−３、３Ｃ−３）が
Ｘ軸に平行でない場合は、Ｙ方向に対してもレーザー干
渉計を用意して、この構成からＸ軸方向の回転角（θ
ｘ）も同時に計測するか、または、Ｙレーザー干渉計３
Ｂ−１とθｘレーザー干渉計３Ｂ−２で、Ｘ軸回りの回
転角を保持するサーボをかけた状態で、ウエハーステー
ジをＸ軸方向に移動して、位置ごとに、対応する回転方
向の誤差を差分計算して求めてもよい。

【００６６】Ｚバーミラー２Ｇ、２Ｈを上方より測定す
る場合、ウエハーステージがＸ方向に移動してしまう
と、計測できなくなってしまう場合があるが、バーミラ
ーの平面度の計測のために、レーザー干渉計３Ａ−３及
び３Ｃ−３が同時に計測できるＸ座標位置にステージを
移動させて、そこで、ステージをＹ軸方向に移動しなが
ら、Ｘバーミラー２Ａの平面度を計測すればよい。

【００６７】また、Ｚバーミラーを使用する課題とし
て、レーザー干渉計３Ａ−３、３Ｃ−３の計測値は、そ
れぞれ、Ｚバーミラー２Ｇ、２Ｈの平面度の影響を受け
てしまうが、Ｘｓｐａｎを十分大きくとることで、その
誤差の影響を小さくすることができる。また、先ほど述
べた、複数のフォーカスセンサーを用いて定盤平面度を
計測する方法で、ステージをＹ方向に移動したときの、
θｙの誤差を、あらかじめ求めておいてもよい。この場
合の、計測値は、定盤平面度の影響によるものでなく、
Ｚバーミラー２Ｇ、２Ｈの平面度の影響による誤差が計
測できる。この誤差成分をＸバーミラーのＺ方向の平面
度を求めるときに計算に含めることで補正すればよい。

【００６８】ＹバーミラーのＺ方向の平面度を求める方
法も、全く同様に行なうことができる。

【００６９】以上のように、バーミラーのＺ方向の平面
度に起因して生じるステージのチルト（傾斜）に関する
計測誤差をあらかじめ計測しておき、これをステージの
位置の関数または参照テーブルデータとして記憶手段に
記憶し、ステージが駆動する際に、その関数または参照
テーブルから補正量を求め、ステージを補正駆動するこ
とで、ステージのチルト（傾斜）に関する位置決め精度
を向上させることができる。

【００７０】＜第２実施形態＞ ＜半導体露光装置の概略説明＞図９は実際に上記のステ
ージを用いた半導体露光装置の概略的な構成を説明する
図である。この装置を利用して、レチクル上の回路パタ
ーンをウエハーに転写する方法を説明する。

【００７１】レンズ１０は鏡筒定盤７に搭載されてお
り、レチクル側、ウエハー側のステージの位置は、すべ
て、このレンズからの位置で計測される。つまり、鏡筒
定盤７に設置されたレーザー干渉計によって、不図示の
レチクルステージ、ウエハーステージ１の位置は計測さ
れる。

【００７２】露光光１３は原版（以下、「レチクル」と
いう。）１２の上面から入射して、この露光光によりレ
チクルの回路パターンはレンズにより所定の倍率に縮小
され、ウエハステージ１上のウエハー上に転写される。
このとき、ウエハー表面がレンズの像面と一致するよう
に、鏡筒定盤７に設置されたフォーカスセンサー１１に
よって、ウエハーステージ１はＺ方向（上下方向）およ
びチルト（傾斜角）を補正して駆動する。なお、スキャ
ナーでは、レンズを通る露光光はスリット状で、レチク
ルステージおよびウエハーステージをレンズの倍率とほ
ぼ同じ割合で、同期スキャンされることで、レチクル全
面のパターンを、ウエハーに転写する。

【００７３】１つのショットの露光が終了すると、ウエ
ハーステージは、およそショットの間隔だけステップ
し、同じように露光を繰り返す。これを、ウエハー全面
に対して繰り返し行う。以上が、半導体露光装置の概略
的な説明である。

【００７４】次に、ウエハーを位置決めするための、ウ
エハーステージの構成について説明する。ウエハーステ
ージは、ウエハーステージ定盤（図１０の８）の上を、
ＸＹ方向に自由に移動することができるＸＹステージ
と、ＸＹステージ上に搭載されており、Ｚ方向と、Ｚ軸
回りの回転（θｚ）、Ｘ軸、Ｙ軸回りのチルト（θｘ、
θｙ）方向に駆動可能な微動ステージから構成される。
ＸＹステージは、ウエハーステージ定盤８の上を、エア
ースライダー（静圧パッド）による空気の吹出し力で、
定盤上をわずかに浮上し、非接触にＸＹステージを案内
する。

【００７５】Ｙ方向には２つのリニアモーター（１５Ａ
−１、１５Ａ−２）で駆動される。この２つのリニアモ
ーターの間に、Ｘリニアモーター（１５Ｂ）が配置して
ある。ＸＹステージは、これらのリニアモータを駆動源
として、エアースライダーの案内により、ウエハーステ
ージ定盤の上を、非接触に駆動することができる。

【００７６】微動ステージには、θｚ方向の回転用のリ
ニアモーター（１５Ｃ）と、Ｚ方向に駆動可能なリニア
モーターが配置されている（１５Ｄ−１、１５Ｄ−２、
１５Ｄ−３）。θｚおよび、Ｚ軸並進、チルト（θｘ、
θｙ）方向は、これらのリニアモータを駆動源とする。

【００７７】微動ステージには、位置及びチルト量の計
測用のバーミラー（２Ａ、２Ｂ）が搭載されている。こ
れらのバーミラーにレーザー干渉計の光を当て、帰って
きた反射光により、ウエハーステージの位置を計測す
る。Ｘ方向計測用のバーミラーは、Ｙ方向に延設され、
Ｙ方向計測用のバーミラーは、Ｘ方向に延設されてい
る。

【００７８】図１０では、Ｘレーザー干渉計３Ａ−１の
から、Ｙ方向に任意の間隔ΔＹをおいて、θｚレーザー
干渉計３Ａ−４が配置されている。Ｘおよびθｚ干渉計
のＺ高さは、ほぼ同じであることが望ましい。Ｘおよび
θｚレーザー干渉計の計測値の差を、両干渉計の間隔で
割ることで、微動ステージのθｚ回転角（ＸＹ平面の回
転ずれ）を求めることができる。θｚを計測する干渉計
は、Ｙ軸側にあってもよく、また、Ｘ軸Ｙ軸の両方に搭
載し、平均化させることで、さらに精度よくθｚを計測
することもできる。

【００７９】また、Ｘレーザー干渉計３Ａ−１からＺ方
向に任意の間隔ΔＺをおいて、θｙレーザー干渉計３Ａ
−２が配置されている。Ｘおよびθｙレーザー干渉計の
Ｙ方向の位置は、ほぼ同じが望ましい。ウエハーステー
ジのＹ軸回りの回転は、Ｘレーザー干渉計３Ａ−１とθ
ｙレーザー干渉計３Ａ−２の計測値の差を、両干渉計の
間隔で割ることで求められる。Ｙレーザー干渉計３Ｂ−
１も同様に、θｘレーザ干渉計３Ｂ−２を配置すること
で、ウエハーステージのＸ軸回りの回転角θｘを計測す
ることができる。

【００８０】リニアモーター１５Ｄ−１、１５Ｄ−２、
１５Ｄ−３の付近には、リニアエンコーダー（１４−
１、１４−２、１４−３）が配置されている。それぞ
れ、ステージ定盤面から、微動ステージまでのＺ位置を
計測している。この３つセンサーの計測値から、微動ス
テージのＺ軸方向およびチルト（θｘ、θｙ）量を計測
することができる。チルト量に関しては、レーザー干渉
計でも計測しているので、通常は、レーザー干渉計の値
を用いるが、場合によっては両者を使い分けることが可
能である。

【００８１】図１１は、情報の流れを示した制御ブロッ
ク図である。なお、図１１は、簡略化した図であり、実
際のセンサーやリニアモーターの配置は、図１０に従う
ものとする。レーザー干渉計（３Ａ−１、３Ａ−４、３
Ｂ−１）等のデータは、レーザー干渉計カウンター（１
６Ａ−１、１６Ａ−４、１６Ｂ−１）等を介して演算装
置１７に送られる。演算装置１７はプロセッサーやメモ
リーを搭載したコンピュータである。センサーから得ら
れた計測情報から、ステージの各軸の位置を算出し、ス
テージの目標位置との差分を求める。この差分から、ス
テージの駆動量を計算し、リニアモーターに流す電流値
を算出する。この算出結果は、リニアモータードライバ
ー１８に送られ、実際に、リニアモーターに電流を流す
ことで、ステージの位置サーボを行っている。

【００８２】このとき、演算装置１７には、ステージ位
置における、各センサーの誤差を記憶しておく。例え
ば、第１実施形態のような、バーミラーの平面度の影響
によるチルト（ステージの傾斜）に関する誤差である。
この誤差は、上述の手法で、あらかじめ計測され、ステ
ージのＸ方向の位置に対応するＸ軸回りの回転角（θ
ｘ）の誤差、ステージＹ方向の位置に対応するＹ軸回り
の回転角（θｙ）の誤差として、関数あるいは参照テー
ブルとして、メモリーに記憶されている。

【００８３】ウエハーステージの現在位置（Ｘ）に基づ
いて、メモリに記憶されている関数あるいは参照テーブ
ルから、回転角（θｘ）の誤差が求められ、ウエハース
テージを駆動する際に、誤差を補正した駆動量が決定さ
れる。

【００８４】今回の例は、チルトの誤差のみについて述
べたが、レーザー干渉計のビームスポットの設計値から
の位置ずれによる誤差、いわゆるアッベ誤差や、バーミ
ラー平面度の影響による、Ｘ軸方向の位置におけるＹ軸
成分の誤差、Ｙ軸方向の位置におけるＸ軸成分の誤差な
どがある。

【００８５】ウエハーステージの目標位置が、現在の位
置から隣接するショット位置に変更された場合、演算装
置１７は、ステージの速度や加速度ををある一定値を越
えないように、なおかつ、高速でステージが駆動するよ
うに、ステージのサーボ目標位置を、所定のショットの
位置に近づけていく。ステージが目標のショット位置に
駆動されると、ウエハー表面をフォーカスセンサーで計
測する。このとき、複数のフォーカスセンサーを用い
て、ウエハー表面と像面のＺおよび傾斜の差分を算出す
る。この計測値は、演算装置１７に送られ、ウエハース
テージのＺおよびチルトのサーボ目標位置を更新し、ス
テージを駆動することで、ウエハー表面を像面に追い込
む。

【００８６】ここで記述した例は、定盤面からのＺ軸方
向の位置を計測する方法であるが、リニアエンコーダー
を使用する代わりに、Ｚ方向の位置、傾斜を計測するレ
ーザー干渉計を用いてもよい。

【００８７】＜製造プロセスの説明＞次に上記において
説明した半導体露光装置を利用した半導体デバイスの製
造プロセスを説明する。図１２は半導体デバイスの全体
的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップＳ
１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行な
う。ステップＳ２（マスク製作）では設計した回路パタ
ーンに基づいて露光装置の露光用マスクを作製する。一
方、ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料
を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロ
セス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハ
を用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の
回路を形成する。次のステップＳ５（組み立て）は後工
程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製されたウエハを
用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工
程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程
（チップ封入）等の組立て工程を含む。ステップＳ６
（検査）ではステップＳ６で作製された半導体デバイス
の動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こ
うした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷
（ステップＳ７）する。

【００８８】図１３は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す図である。ステップＳ１１（酸化）ではウエハ
の表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）ではウ
エハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップＳ１３（電極形
成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステ
ップＳ１３（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち
込む。ステップＳ１５（レジスト処理）ではウエハに感
光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では上記説明
した露光装置によって回路パターンをウエハに描画（露
光）する。ステップＳ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップＳ１８（エッチング）では現像し
たレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ１９
（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となった
レジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行な
うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成
する。

【００８９】上述のように説明した位置決めステージ、
およびそのステージを利用した露光装置を、半導体製造
プロセスにおいて適用することにより、ウエハー表面を
レンズ像面に追い込む精度が向上し、レチクルの回路パ
ターンをデフォーカスすることなく、ウエハーに転写す
ることができる。また、フォーカス駆動にかかる時間
や、ステージが静止するのを待つ時間が短縮され、スル
ープットも向上する。

【００９０】

【発明の効果】以上のように、平面鏡の誤差に起因して
生じるステージの傾斜に関する計測誤差をあらかじめ計
測しておき、これをステージの位置の関数または参照テ
ーブルデータとして記憶手段に記憶し、ステージが駆動
する際に、その関数または参照テーブルから補正量を求
め、ステージを補正駆動することで、ステージの傾斜に
関する位置決め精度を向上させることができる。

【００９１】その結果、ウエハー表面をレンズ像面に追
い込む精度が向上し、レチクルの回路パターンをデフォ
ーカスすることなく、ウエハーに転写することができ
る。また、フォーカス駆動にかかる時間や、ステージが
静止するのを待つ時間が短縮され、スループットも向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ウエハーステージのチルトに関する計測が可能
なウエハーステージ構成を示す図である。

【図２】バーミラーの平面度の影響によるＹ軸回りの回
転角（θｙ）の計測の誤差を説明する図である。

【図３】Ｙ軸回りの回転角（θｙ）の計測誤差によるデ
フォーカスの状態を示す図である。

【図４】ウエハーステージ定盤面の平面度がウエハース
テージのチルトに関する誤差に与える影響を説明する図
である。

【図５】鏡筒定盤とウエハーステージ定盤とを分離した
構造を説明する図である。

【図６】ウエハーステージ定盤の平面度の計測方法を説
明する図である。

【図７】鏡筒定盤に対するウエハーステージの傾斜を計
測するための構成を説明する図である。

【図８】鏡筒定盤に対するウエハーステージの傾斜を計
測するための構成を説明する図である。

【図９】半導体露光装置の概略的な構成を説明する図で
ある。

【図１０】半導体露光装置に使用される位置決めステー
ジの構成を説明する図である。

【図１１】位置決めステージを制御するための制御ブロ
ック図である。

【図１２】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフ
ローを示す図である。

【図１３】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図であ
る。

【符号の説明】

１、 ウエハーステージ ２Ａ、Ｘバーミラー ２Ｂ、Ｙバーミラー ２Ｃ、Ｘ２バーミラー ２Ｄ、４５度Ｚ１バーミラー ２Ｆ、４５度Ｚ３バーミラー ２Ｇ、Ｚ１バーミラー ２Ｈ、Ｚ２バーミラー ３Ａ−１、Ｘレーザー干渉計 ３Ａ−２、θｙレーザー干渉計 ３Ｂ−１、Ｙレーザー干渉計 ３Ｂ−２、θｘレーザー干渉計 ３Ｃ−１、Ｘ２レーザー干渉計 ３Ｃ−３、Ｚ２レーザー干渉計 ３Ｄ−１、Ｚ１定盤間レーザー干渉計 ３Ｄ−２、Ｚ２定盤間レーザー干渉計 ４、ウエハー ５、像面 ７、鏡筒定盤 ８、ウエハーステージ定盤 ９、エアースライダー １０、レンズ １１、フォーカスセンサー １１Ａ、Ｚａフォーカスセンサー １１Ｂ、Ｚｂフォーカスセンサー １２、レチクル １４−１、リニアエンコーダー １４−２、リニアエンコーダー １４−３、リニアエンコーダー １５Ａ−１、リニアモーター １５Ａ−２、リニアモーター １５Ｂ、 リニアモーター １５Ｃ、 リニアモーター １５Ｄ−１、リニアモーター １５Ｄ−２、リニアモーター １５Ｄ−３、リニアモーター １６Ａ−１、レーザー干渉計カウンター １６Ａ−４、レーザー干渉計カウンター １６Ｂ−１、レーザー干渉計カウンター １７、 演算装置 １８、 リニアモータードライバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０３Ｂ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定盤面上を並進方向に駆動して、ステー
   ジを平面内に位置決めする第１の駆動手段と、前記ステ
   ージを高さ方向に駆動して、焦点方向に位置決めする第
   ２の駆動手段と、を有する位置決めステージにおいて、 前記ステージの並進方向の位置及び高さ方向の傾斜を計
   測するために、略直交する２つの方向に延設される平面
   鏡と、 前記平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステージ
   の並進方向の位置を、該レーザーの反射を利用して計測
   する第１の計測手段と、 前記平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステージ
   の傾斜を計測するために、前記第１の計測手段と鉛直方
   向に離間した位置で、該レーザーの反射を利用して位置
   を計測する第２の計測手段と、 前記ステージと、前記定盤面との高さ方向の傾きを計測
   する第３の計測手段と、 前記第１の計測手段の計測結果と、前記第２の計測手段
   の計測結果との差分に基づく第１傾斜量と、前記第３の
   計測手段により計測される第２傾斜量と、の差分に基づ
   き、前記ステージの位置毎に対応した前記平面鏡の誤差
   を演算する演算手段と、 前記演算手段により予め求められた誤差に基づき、前記
   ステージが移動する位置に応じて前記第１傾斜量を補正
   して前記ステージを駆動させる制御手段と、 を備えることを特徴とする位置決めステージ。
2. 【請求項２】 定盤面上を並進方向に駆動して、ステー
   ジを平面内に位置決めする第１の駆動手段と、前記ステ
   ージを高さ方向に駆動して、焦点方向に位置決めする第
   ２の駆動手段と、を有する位置決めステージにおいて、 前記ステージの並進方向の位置及び高さ方向の傾斜を計
   測するために、略直交する２つの方向に延設される第１
   平面鏡と、 前記ステージの、光学系を支持する鏡筒定盤に対する傾
   斜量を計測するための第２平面鏡と、 前記第１平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステ
   ージの並進方向の位置を、該レーザーの反射を利用して
   計測する第１の計測手段と、 前記第１平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステ
   ージの傾斜を計測するために、前記第１の計測手段と鉛
   直方向に離間した位置で、該レーザーの反射を利用して
   位置を計測する第２の計測手段と、 前記第２平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステ
   ージの前記鏡筒定盤に対する傾きを計測する第３の計測
   手段と、 前記第１の計測手段の計測結果と、前記第２の計測手段
   の計測結果との差分に基づく第１傾斜量と、前記第３の
   計測手段により計測される第２傾斜量と、の差分に基づ
   き、前記ステージの位置毎に対応した前記平面鏡の誤差
   を演算する演算手段と、 前記演算手段により予め求められた誤差に基づき、前記
   ステージが移動する位置に応じて前記第１傾斜量を補正
   して前記ステージを駆動させる制御手段と、 を備えることを特徴とする位置決めステージ。
3. 【請求項３】 前記演算手段により演算された平面鏡の
   誤差は、前記ステージの位置に対応した関数として、あ
   るいは、参照テーブルとして、記憶手段に記憶されるこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の位置決めステ
   ージ。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記ステージの位置に
   応じて、前記記憶手段に記憶されている、関数あるいは
   参照テーブルから前記平面鏡の誤差を求め、該誤差に基
   づき、前記第２の駆動手段の制御量を制御することを特
   徴とする請求項１または２に記載の位置決めステージ。
5. 【請求項５】 前記ステージは、前記定盤面上を静圧パ
   ッドにより、前記定盤面上を非接触に案内されることを
   特徴とする請求項１または２に記載の位置決めステー
   ジ。
6. 【請求項６】 前記第１及び第２の計測手段は、レーザ
   ー干渉計であることを特徴とする請求項１に記載の位置
   決めステージ。
7. 【請求項７】 前記第３の計測手段にはリニアエンコー
   ダー、静電容量センサーや、渦電流センサーが含まれる
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置決めステージ。
8. 【請求項８】 前記第１乃至第３の計測手段は、レーザ
   ー干渉計であることを特徴とする請求項２に記載の位置
   決めステージ。
9. 【請求項９】 前記第２平面鏡は、前記第１平面鏡に対
   して略４５度の傾斜角を有して前記ステージに延設され
   ており、 前記第３の計測手段から該第２平面鏡に照射されたレー
   ザーは、該第２平面鏡の傾斜角により鉛直上方におい
   て、前記ステージと対向する鏡筒定盤面に設けられた第
   ３平面鏡を照射し、該第３平面鏡からの反射を利用し
   て、前記ステージと、該鏡筒定盤に対する傾きを計測す
   ることを特徴とする請求項２に記載の位置決めステー
   ジ。
10. 【請求項１０】 前記第２平面鏡は、前記鏡筒定盤に対
    向した前記ステージ上の面に延設されており、前記第３
    の計測手段は、前記第２平面鏡に対して、略垂直な方向
    に設けられた位置で、該ステージの該鏡筒定盤に対する
    傾きを計測することを特徴とする請求項２に記載の位置
    決めステージ。
11. 【請求項１１】 前記平面鏡に対してレーザーを照射し
    て、前記ステージの定盤面内の回転を計測するために、
    前記第１の計測手段と水平方向に離間した位置で、該レ
    ーザーの反射を利用して位置を計測する第４の計測手段
    を更に備え、 前記演算手段は、前記第１の計測手段の計測結果と、前
    記第４の計測手段の計測結果と、から前記ステージの前
    記定盤面内の回転方向の誤差を演算し、 前記制御手段は、前記回転方向の誤差を補正して前記ス
    テージの並進方向の駆動を制御することを特徴とする請
    求項１に記載の位置決めステージ。
12. 【請求項１２】 前記第１平面鏡に対してレーザーを照
    射して、前記ステージの定盤面内の回転を計測するため
    に、前記第１の計測手段と水平方向に離間した位置で、
    該レーザーの反射を利用して位置を計測する第４の計測
    手段を更に備え、 前記演算手段は、前記第１の計測手段の計測結果と、前
    記第４の計測手段の計測結果と、から前記ステージの前
    記定盤面内の回転方向の誤差を演算し、 前記制御手段は、前記回転方向の誤差を補正して前記ス
    テージの並進方向の駆動を制御することを特徴とする請
    求項２に記載の位置決めステージ。
13. 【請求項１３】 露光装置であって、 露光光により原版の回路パターンを縮小倍率してウエハ
    ーに投影するための投影光学手段と、 前記投影光学手段により投影された回路パターンをウエ
    ハ上に転写するために、該ウエハを保持して位置及び傾
    斜角を制御して位置決めする位置決めステージと、を有
    し、 前記位置決めステージは、 ステージの並進方向の位置及び高さ方向の傾斜を計測す
    るために、略直交する２つの方向に延設される平面鏡
    と、 前記平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステージ
    の並進方向の位置を、該レーザーの反射を利用して計測
    する第１の計測手段と、 前記平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステージ
    の傾斜を計測するために、前記第１の計測手段と鉛直方
    向に離間した位置で、該レーザーの反射を利用して位置
    を計測する第２の計測手段と、 前記ステージと、前記定盤面との高さ方向の傾きを計測
    する第３の計測手段と、 前記第１の計測手段の計測結果と、前記第２の計測手段
    の計測結果との差分に基づく第１傾斜量と、前記第３の
    計測手段により計測される第２傾斜量と、の差分に基づ
    き、前記ステージの位置毎に対応した前記平面鏡の誤差
    を演算する演算手段と、 前記演算手段により予め求められた誤差に基づき、前記
    ステージが移動する位置に応じて前記第１傾斜量を補正
    して前記ステージを駆動させる制御手段と、 を備えて位置決めすることを特徴とする露光装置。
14. 【請求項１４】 露光装置であって、 露光光により原版の回路パターンを縮小倍率してウエハ
    ーに投影するための投影光学手段と、 前記投影光学手段により投影された回路パターンをウエ
    ハ上に転写するために、該ウエハを保持して位置及び傾
    斜角を制御して位置決めする位置決めステージと、を有
    し、 前記位置決めステージは、 ステージの並進方向の位置及び高さ方向の傾斜を計測す
    るために、略直交する２つの方向に延設される第１平面
    鏡と、 前記ステージの、光学系を支持する鏡筒定盤に対する傾
    斜量を計測するための第２平面鏡と、 前記第１平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステ
    ージの並進方向の位置を、該レーザーの反射を利用して
    計測する第１の計測手段と、 前記第１平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステ
    ージの傾斜を計測するために、前記第１の計測手段と鉛
    直方向に離間した位置で、該レーザーの反射を利用して
    位置を計測する第２の計測手段と、 前記第２平面鏡に対してレーザーを照射して、前記ステ
    ージの前記鏡筒定盤に対する傾きを計測する第３の計測
    手段と、 前記第１の計測手段の計測結果と、前記第２の計測手段
    の計測結果との差分に基づく第１傾斜量と、前記第３の
    計測手段により計測される第２傾斜量と、の差分に基づ
    き、前記ステージの位置毎に対応した前記平面鏡の誤差
    を演算する演算手段と、 前記演算手段により予め求められた誤差に基づき、前記
    ステージが移動する位置に応じて前記第１傾斜量を補正
    して前記ステージを駆動させる制御手段と、 を備えて位置決めすることを特徴とする露光装置。
15. 【請求項１５】 半導体デバイスの製造方法であって、 露光装置を含む複数の半導体製造装置を工場に設置する
    工程と、 前記複数の半導体製造装置を用いて半導体デバイスを製
    造する工程と、 を備え、前記露光装置は、請求項１３また１４に記載さ
    れた構成を有してデバイスを製造することを特徴とする
    半導体デバイスの製造方法。