JP2606285B2

JP2606285B2 - 露光装置および位置合わせ方法

Info

Publication number: JP2606285B2
Application number: JP63140276A
Authority: JP
Inventors: 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-06-07
Filing date: 1988-06-07
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: US5003342A; JPH01309324A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体集積回路を製造するための露光装置
に関し、特に半導体ウエハ等の感光基板を載置して２次
元的に移動させるステージの位置制御に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の製造におけるリソグラフィー工程に
おいて、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型
露光装置、所謂ステッパーは中心的役割を担うようにな
っている。このステッパーにおけるマスク或いはレチク
ル（以下、レチクルと呼ぶ）に形成された回路パターン
の投影像と、感光基板（以下、ウエハの呼ぶ）上にすで
に形成されている回路パターン（以下、チップと呼ぶ）
との位置合わせを行う装置、即ちアライメント系とし
て、投影レンズとレチクルを介してレチクルのマークと
ウエハのマークとを検出して位置合わせを行うオン・ア
クシス方式と、レチクルのマークは検出せずに専らウエ
バのマークのみを検出するオフ・アクシス方式との２種
類の大別される。

この２方式のアライメント系のうち、オフ・アクシス
方式のアライメント系を備えたステッパーでは、アライ
メント系のマーク検出基準位置、即ちアライメント位置
と、レチクルの回路パターンの投影像の投影位置、即ち
露光位置とが異なる。このため、第６図に示すように従
来の装置では、Ｘ、Ｙ方向のウエハステージ103に位置
ををそれぞれ検出するレーザ干渉計は106、109を、この
レーザ干渉計106、109からのレーザ光束が同一平面上で
直交し、かつ投影レンズ100の光軸AXがその交点を通る
ように配置すると共に、ウエハＷ上のアライメントマー
ク等を光学的に検出するオフ・アクシス方式のアライメ
ント系101、102をレーザ干渉系106、109の各測定軸上に
配置し、アライメント位置及び露光位置に対してそれぞ
れアッベ誤差が略零となるように構成している。尚、こ
のレーザ干渉計106、109は各々ウエハステージ103上に
設けられた移動鏡104、107と、投影レンズ100の鏡筒に
設けられた固定鏡105、108とにレーザ光束を照射し、そ
の反射光束によるレシーバの受光面での干渉縞を光電的
に検出するように構成されている。このように構成され
たステッパーでは、アライメント系101、102を用いてウ
エハＷ上のチップに付随して形成されるアライメントマ
ークを検出し、レーザ干渉計106、109からそのチップの
Ｘ、Ｙ方向のアライメント位置を読み込む。そして、こ
の位置を基準として一定量、つまりアライメント位置と
を露光位置との相対的位置関係、所謂ベースラインだけ
ウエハステージ103を移動させ、ウエハＷを投影レンズ1
00の下に送り込むことによって、その位置でレチクルの
回路パターンの投影像とチップとが正確に重ね合わされ
て露光が行われる。

または、第７図に示すようにアライメント系101、102
がレーザ干渉計106、109の各測定軸から外れて設けられ
た装置では、このアライメント系101、102を用いてウエ
ハＷ上のアライメントマークを検出し、レーザ干渉計10
6、109からそのチップのＸ、Ｙ方向のアライメント位置
を読み込むが、このように検出された計測値はアッベ誤
差による計測誤差を含み得る。そこで、このような装置
では移動鏡104に２つに分割したレーザ光束を照射し、
その反射光束をレシーバが同軸に合成して受光し、レシ
ーバの受光面で生じる干渉縞を光電的に検出してウエハ
ステージ103の回転量（ヨーイング量）を検出する差動
干渉計110を用い、アライメントマーク検出時のウエハ
ステージ103の回転量を検出する。そして、この回転量
を用いてレーザ干渉計106、109の各計測値に補正を加
え、この補正値を基準としてウエハステージ103をベー
スラインだけ移動させる。次に、ウエハＷを投影レンズ
の下に送り込む時も、ウエハステージ103の回転量を考
慮してチップの位置決めを行うことによって、回路パタ
ーンの投影像とチップとを正確に重ね合わせて露光する
装置が考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この種のオフ・アクシス方式のアライ
メント系を備えたステッパー、例えば第６図に示したス
テッパーでは、Ｘ、Ｙ方向のアライメントマークをアラ
イメント系101、102によりそれぞれ別々に検出しなけれ
ばならず、アライメントマークの位置検出やこれに伴う
ベースラインの計測等に時間がかかり、この結果スルー
プットが低下するという問題点があった。また、第７図
に示したように差動干渉計110を備えたステッパーで
は、差動干渉計110によるウエハステージ103の回転量の
検出速度がウエハステージ103の揺動等より遅く、アラ
イメント時のウエハステージ103の細かい変動をに対応
することができなうという問題点があった。さらに、ウ
エハステージ103のストロークと移動鏡104の長さとの関
係上、移動鏡104に照射する差動干渉計110の２本のレー
ザ光束の間隔が制限を受けるため、差動干渉計110によ
るウエハステージ103の回転量の検出精度を向上させる
には限界があるという問題点もあった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、スルー
プットの低下やアッベ誤差等によるウエハステージの位
置制御精度の低下を防止し、高精度、短時間にウエハス
テージの位置を検出できる位置検出系を備えた露光装置
を得ることを目的としている。

〔問題点を解決する為の手段〕

かかる問題を解決するため第１発明の露光装置は、ウ
エハＷを載置して投影レンズ７の結像面内に設定された
XY座標系に沿って２次元的に移動されるステージ９と；
投影ステージ７によるパターンPaの像の露光位置に対し
てアッベ誤差が略零になるように配置されステージのＸ
方向の位置及びＹ方向の位置を検出する第１位置検出手
段（レーザー干渉計12、13）と；ウエハＷ上に形成され
たアライメント用のマーク或いは基準部材15上に形成さ
れたフィデューシャルマークFMを光学的に検出する１つ
のウエハアライメント系18と;1つのウエハアライメント
系18によるマーク検出位置に対してアッベ誤差が略零と
なるように配置され結像面内におけるステージ９のＸ方
向の位置及びＹ方向の位置を検出する第２位置検出手段
（レーザー干渉計12、14）と；レーザー干渉計12、14に
よって検出されるステージ９のＸ方向の位置及びＹ方向
の位置と、レーザー干渉計12、13によって検出されるス
テージ９のＸ方の位置及びＹ方向の位置との対応付けを
行い、レーザー干渉計12、13とレーザー干渉計12、14と
の少なくとも一方の位置情報に基づいて、ステージ９の
位置を制御する主制御載置20とを備える。

また第２発明の露光装置は、ウエハＷを載置して直交
座標系内で２次元的に移動するとともに直交座標系のＹ
軸方向に延びた移動鏡MxとＸ軸方向に延びた移動鏡Myと
を設けたステージ９と；移動鏡Myに向けてビームを照射
してステージ９のＹ軸方向に関する位置を計測する第１
干渉計（レーザー干渉計13）と；レーザー干渉計１と平
行に移動鏡Myに向けてビームを照射してステージ９のＹ
軸方向に関する位置を計測する第２干渉計（レーザー干
渉計14）と；移動鏡Mxに向けてビームを照射してステー
ジ９のＸ軸方向に関する位置を計測する第３干渉計（レ
ーザー干渉計12）、；レチクルＲのパターンPaをウエハ
Ｗ上に投影するためにレーザ干渉計13とレーザ干渉計12
との双方に関してアッベ誤差が略零となるように露光位
置が配置された投影レンズ７と；直交座標系内の所定位
置に検出位置を有しウエハＷ上のマークを検出するアラ
イメント系18と；投影レンズ７によるレチクルＲのパタ
ーンPaの投影位置とアライメント系18の検出位置との間
のベースラインを計測する際にレーザ干渉計13の計測値
とレーザ干渉計14の計測値との差分をリセットする主制
御装置20とを備えた。

さらに第３発明の露光装置を用いてウエハＷを位置合
わせをする方法は、レチクルＲのパータンPaをウエハＷ
上に投影する投影レンズ７と、ウエハＷを載置してXY座
標系内でXY方向に移動するステージ９と、XY座標系内の
所定位置に検出中心を有してウエハ９上のマーク又は基
準部材15上に形成されたフィデューシャルマークFMを光
学的に検出する一つのアライメント系18と、投影レンズ
９の露光位置に対してXY方向のアッベ誤差が略零となる
ように配置されステージ９の座標位置を計測する第１位
置検出手段（レーザー干渉計12、13）と、アライメント
系18の検出中心に対してXY方向のアッベ誤差が略零とな
るように配置されてステージの座標位置を計測する第２
位置検出手段（レーザー干渉計12、14）とを備えた装置
において；ステージ９を移動させてウエハ９又は基準部
材15上のマークの位置をアライメト系18により検出する
ときはレーザ干渉計12、14で計測されるステージ９の座
標位置を利用し、ステージ９を移動させてウエハＷ上に
レチクルＲのパターンPaを投影レンズ７を介して露光す
るときはレーザ干渉計12、13で計測されるステージ９の
座標位置を利用するように、レーザ干渉計12、13とレー
ザ干渉計12、14とを使い分ける方法である。

〔作用〕

本発明では、第１位置検出系と第２位置検出系を対応
付ける補正定数を求め、適宜第１位置検出系と第２位置
検出系との間で補正定数の受け渡しを行い、露光を行う
際には露光位置に対してアッベ誤差を生じない第１位置
検出系を用い、アライメント等を行う際にはアライメン
ト位置に対してアッベ誤差を生じない第２位置検出系を
用いるように構成している。このため、アッベ誤差によ
るウエハステージの位置制御精度やスループットの低下
等が防止され、高精度に重ね合わせ露光を行うことがで
きる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳述する。第
１図は２組の位置検出系を備えた本発明の第１の実施例
によるステッパーの概略的な構成を示す図、第２図は２
組の位置検出系の概略的な配置を示す図、第３図はベー
スライン計測時に動作等の説明に供する概略的な図であ
る。

第１図において、露光用の照明光源１はｇ線、ｉ線等
のレジストを感光するような波長（露光波長）の照明光
を発生し、この照明光はフライアイレンズ等から構成さ
れ照明光の一様化等を行う照明光学系２、及びビームス
プリッター３を通った後、ミラー４を介してコンデンサ
ーレンズ５に至り、レチクルステージ６に保持されるレ
クチルＲのパターン領域Paを均一な照度で照明する。
尚、レクチルＲにはパターン領域Paに付随して、Ｙ、Ｘ
方向にそれぞれ伸びたアライメントマーク（矩形の透明
窓）Sx、Syが形成されている。片側（若しくは両側）テ
レセントリックな投影レンズ７は、レチクルＲのパター
ン領域Paに描かれた回路パターンの像をレジストが塗布
されたウエハＷ上に投影する。ウエハＷはウエハホルダ
ー（θテーブル）８に真空吸着され、このウエハホルダ
ー８を介してウエハステージ９上に設けられている。こ
のウエハステージ９は第２図にも示すように駆動部（Ｘ
−ACT）10、（Ｙ−ACT）11によって、投影レンズ７の結
像面内で２次元的に移動する。

また、ウエハステージ９のＸ方向の位置はレーザ干渉
計12により検出され、このレーザ干渉計12はウエハステ
ージ９上に設けられた移動鏡Mxと、投影レンズ７に一体
に固設されたウエハ・アライメント系18の鏡筒に設けら
れた固定鏡Mf1とに、ビームスプリッター12a、反射ミラ
ー12bを介してレーザ光束を照射し、その反射光束によ
るレジーバの受光面での干渉縞を光電的に検出するよう
に構成されている。また、第２図に示すようにウエハス
テージ９のＹ方向の位置は、ウエハステージ９上に設け
られた移動鏡Myと投影レンズ７の鏡筒の設けられた固定
鏡Mf2とにレーザ光束を照射し、その反射光束による干
渉縞を光電的に検出レーザ干渉計13によって検出され
る。同様に、レーザ干渉計14はウエハステージ９上に設
けられた移動鏡Myと、ウエハ・アライメント系18の鏡筒
に設けられた固定鏡Mf3とにレーザ光束を照射し、その
反射光束による干渉縞を光電的に検出してウエハステー
ジ９のＹ方向の位置を検出する。これらのレーザ干渉計
12、13、14はレーザ干渉計12、、13からのレーザ光束の
中心線（測長軸）が同一平面内で直交し、かつ投影レン
ズ７の光軸AXがその交点を通ると共に、レーザ干渉計1
2、14からのレーザ光束の中心線（測長軸）が同一平面
内で直交し、かつウエハ・アライメント系18の光軸がそ
の交点を通るように構成され、この３つの測定軸（例え
ば、レーザ光束の中心線）を含む平面が、投影レンズ７
の結像面と略一致するように配置されている。つまり、
レーザ干渉計12、13は露光位置に対して、レーザ干渉計
12、14はアライメント位置に対して、それぞれアッベ誤
差が略零となるように構成されている。

また、ウエハステージ９には基準マーク（フィデュー
シャル・マーク）FMを備えたガラス基板等の基準部材15
が、ウエハＷの表面位置と略一致するように設けられて
いる。この基準部材15にはフィデューシャル・マークFM
として、光透過性のスリットパターンである十字パター
ン15aと、Ｙ、Ｘ方向に伸びて光反射性のクロム層で凹
凸により形成された回折格子マーク15x、15yとが形成さ
れている。また、十字パターン15aは第３図に示すよう
に光ファイバー21を用いて基準部材15の下へ伝送された
露光光により、下方（ウエハステージ９内部）から照明
されるように構成されている。この十字パターン15aを
透過した光は、投影レンズ７を介してレチクルＲのパタ
ーン面に十字パターン15aの投影像を結像し、さらにレ
チクルＲに形成されたアライメントマークSx（或いはS
y）を透過した光は、ビームスプリッター３等を介し
て、投影レンズ７の瞳と略共役な位置に受光面を持つ光
量検出系19によって受光されるように構成されている。

さて、第１図中に示したTTL（スルー・ザ・レンズ）
方式のレーザ・ステップ・アライメント系（LSA系）16
は、ミラー16a、16b及び投影レンズ７を介してスポット
光（シートビーム）SByをウエハＷ上の各チップに付随
して形成されたアライメントマーク（特に回折格子マー
ク）、或いは基準部材15上の回折格子マーク15yに照射
する。尚、このスポット光SByは投影レンズ７の露光フ
ィールド内においてＸ方向に伸び、かつ投影レンズ７の
光軸AXに向かって形成される。そして、このアライメン
トマークからの回折光（または散乱光）を受光して光電
検出し、この光電信号がレーザ干渉計13の位置信号に同
期してサンプリングされ、その信号の演算結果に基づい
て、アライメントマークやスポット光SByのＹ方向の位
置を検出するものである。尚、LSA系16はＹ方向の位置
のみを検出するためのもので、実際にはＸ方向の位置を
検出するLSA系17も同様に配置されている。第１図ではL
SA系16のミラー16aに対応したLSA系17のミラー17aのみ
を示してある。また、オフ・アクシス方式のウエハ・ア
ライメント系18はＹ、Ｘ方向にそれぞれ伸びたスポット
光（シートビーム）SPx、SPyを適宜に切り換えて、ウエ
ハＷ上のアライメントマークや回折格子マーク15x、15y
等に照射する。そして、ウエハステージ９を微動させる
ことにより、スポット光SPx（或いはSPy）による回折格
子マークからの回折光（または散乱光）を受光して光電
変換し、ウエハＷ上のチップやウエハ・アライメント系
18のスポット光SPx、SPyのＸ、Ｙ方向の位置を検出する
ものである。ここでウエハ・アライメント系18としては
上述の方式以外に、例えば本願出願人が先に出願した特
開昭62−278402号公報に開示されているように、ウエハ
Ｗ上のアライメントマーク等を拡大観察し、ITV等のイ
メージセンサーからの画像信号を処理する方式のもので
あっても良い。尚、ウエハ・アライメント系18は投影レ
ンズ７から一定の間隔で機械的に固定され、その間隔は
温度変化に対してほとんど伸縮しない部材で結合され
る。主制御装置20はレーザ干渉計12、13とレーザ干渉計
12、14との少なくとも一方からの位置信号に基づいてウ
エハステージ９の２次元的な位置制御を行う他に、上述
の２つのアライメント系、光量検出系19等を含む装置全
体の動作を統括制御する。

次に、本実施例のように構成された装置の動作につい
て説明する。第１図、第２図、第３図において、主制御
装置20はレクチルＲのアライメントマークSyのＹ方向の
位置と、ウエハ・アライメント系18のスポット光SPxの
Ｙ方向の位置とを検出し、ウエハ・アライメント系18の
Ｙ方向のベースラインを計測する。そこで、第３図に示
すように光ファイバー21で伝送された露光光を用い、レ
ンズ21及びミラー22を介して基準部材15を下方から照明
し、第４図（ａ）に示すように投影レンズ７を介してレ
チクルＲのパターン面に十字パターン15aの投影像15a′
を結像させる。その状態で第４図（ａ）に示すように投
影像15a′がアライメントマークSyを相対的にＹ方向に
走査するように、ウエハステージ９をＹ方向に微動させ
る。このアライメントマークSyを透過した光は、コンデ
ンザーレンズ５、ミラー４及びビームススプリッター３
を介して光量検出系19によって受光される。この際、投
影像15a′とアライメントマークSyとが合致した時に最
大光量が通過し、順次そのずれ量に応じて光量が減少す
る。次に、アライメントマークSyを透過した光は光量検
出系19により光電変換され、この結果得られた光電信号
S1を第４図（ｂ）に示す。同図において、光電信号S1が
ピークとなる位置が、投影像15a′とアライメントマー
クSyとが合致した位置、つまりアライメントマークSyの
Ｙ方向の位置である。そこで、主制御装置20はレーザ干
渉計13の位置信号に同期してサンプリングされた光電信
号S1に基づいて、アライメントマークSyのＹ方向の位置
を検出し、その値をＹ座標値YEとして記憶する。

次に、主制御装置20はウエハ・アライメント系18のス
ポット光の切換えを行った後、スポット光SPyを基準部
材15上の十字パターン15aと一義的な関係で配置された
回折格子マーク15yに照射する。そして、第５図（ａ）
に示すようにスポット光SPyが回折格子マーク15yを相対
的にＹ方向に走査するように、ウエハステージ９をＹ方
向に微動させる。次に、回折格子マーク15yからの回折
光をウエハ・アライメント系18を構成する光電検出器
（不図示）が受光し、この回折光は光電検出器により光
電変換される。この結果得られた光電信号S2を第５図
（ｂ）に示す。同図において、光電信号S2がピークとな
る位置が、スポット光SPyのＹ方向の位置である。そこ
で、主制御装置20はレーザ干渉計14の位置信号に同期し
てサンプリングされた光電信号S2に基づいて、スポット
光SPyのＹ方向の位置を検出し、その値をＹ座標値YAと
して記憶する。これより、主制御装置20はこの２つのＹ
座標値YE、YAと、基準部材15上での十字パターン15aと
回折格子マーク15yとの設計間隔とに基づいて、ウエハ
・アライメント系18のＹ方向のベースラインを算出し、
この値をベースラインΔYbとして記憶する。同様に、主
制御装置20は基準部材15上の回折格子マーク15xを用
い、上述と同様の動作でレチクルＲのアライメントマー
クSxのＸ方向の位置と、ウエハ・アライメント系18のス
ポット光SPxのＸ方向の位置とを検出し、この２つのＸ
座標値XE、XAと、基準部材15上で十字パターン15aと回
折格子マーク15xとの設計間隔とに基づいてＸ方向のベ
ースラインを算出し、その値をベースラインΔXbとして
記憶する。

ここで、一般にレーザ干渉計12、13、14からそれぞれ
出力されるアップダウンパルスを可逆計数する各カウン
タ（不図示）の計数値は、ステッパーのイニシャライズ
時に一定値、例えば零にリセットされる。しかし、移動
鏡Mx、Myの製造誤差、取付誤差やウエハステージ９のヨ
ーイング等のため、ステッピング毎にウエハステージ９
の傾きが微小角度ずつ変動し得る。このため、例えばウ
エハステージ９が座標系XYのＸ軸に対してΔθ１だけ傾
いた状態でカウンタの計数値を零にリセットした場合、
レーザ干渉計13、14間で傾きΔθ１に応じた計測差が生
じる。そして、ウエハステージ９がＸ軸に対してΔθ２
だけ傾いた状態でウエハ・アライメント系18及びレーザ
干渉計12、14を用いてウエハＷ上のチップＣのアライメ
ントを行う。その後、ヨーイングによりＸ軸に対してΔ
θ３だけ傾いた状態のウエハステージ９の位置をレーザ
干渉計12、13を用いてモニターしながら、レーザ干渉計
12、14の計測値に基づいてチップＣを露光位置に位置決
めしたものとする。この際、カウンタの零リセット時の
レーザ干渉計13、14間での計測差のため、レーザ干渉計
12、13によってチップＣが露光位置からずれて位置決め
され、ウエハステージ９の位置制御精度が低下すること
になる。このため、主制御装置20はカウンタの零リセッ
ト時のヨーイングや製造誤差等によりレーザ干渉計13、
14間でのＹ方向の計測差を検出し、この計測差をレーザ
干渉計13、14を対応付ける補正定数ΔＹとして記憶す
る。そこで、まず主制御装置20はLSA系16のスポット光S
BYを基準部材15上の回折格子マーク15yに照射する。
尚、LSA系16のスポット光SByはレーザ干渉計13の測定軸
上から外れて形成されるのでアッベ誤差が略零とはなら
ないが、このアッベ誤差による回折格子マーク15yの計
測誤差はその測定軸からのスポット光SByのずれ量が小
さいため、実用上無視できる程度のものである。そし
て、上述したベースライン計測時の回折格子マーク15y
の検出と同様の動作、つまりスポット光SByが回折格子
マーク15yを相対的にＹ方向に走査するようにウエハス
テージ９をＹ方向に微動させ、その回折光を光電変換し
て得た光電信号とレーザ干渉計13の位置信号とに基づい
て、回折格子マーク15yのＹ方向の位置を検出し、この
値をＹ座標値YLとして記憶する。次に、主制御装置20は
ウエハ・アライメント系18のスポット光SPyを用い、回
折格子マーク15yのＹ方向の位置を検出するが、この位
置は上述のＹ方向のベースライン計測時にＹ座標値YAと
して検出されている。このため、ここではこのＹ座標値
YAを用いることにする。次に、この２つのＹ座標値YL、
YAに基づいて、主制御装置20はカウンタの零リセット時
のヨーイング等によるレーサ干渉計13、14間での計測差
を算出し、この算出した値を補正定数ΔＹ（例えば、Δ
Ｙ＝YA−YL）として記憶する。

以上により、ベースライン（ΔXb、ΔYb）及びレーザ
干渉計13、14とを対応付える補正定数ΔＹの計測が終了
し、次にレチクルＲの回路パターンの投影像とウエルＷ
上のチップとを重ね合わせて露光を行う。そこで、主制
御装置20はウエハ・アライメント系18を用い、ウエハＷ
上の第１番目のチップのアライメントを行う。その後、
ウエハステージ９をベースライン（ΔXb、Δyb）だけス
テッピングさせ、レーザ干渉計12、13を用いてウエハス
テージ９の位置をモニターしながら、第１番目のチップ
を露光位置に位置決めする。この際、主制御装置20はＹ
方向の位置決めにおいて、ウエハステージ９をベースラ
インΔYbだけ移動させるのではなく、補正定数ΔＹを考
慮してウエハステージ９を移動させ、ウエハＷ上のチッ
プを露光位置に位置決めする。つまり、チップのＹ方向
のアライメント位置をＹ座標値Yaすると、レーザ干渉計
13がYe＝（Ya＋ΔYb＋ΔＹ）なる値を検出するようにウ
エハステージ９を位置決めする。これより、アッベ誤差
によるレーザ干渉計12、13、14の位置検出精度が低下す
ることなく、ウエハステージ９の位置決めが行われる。
そして、ウエハステージ９を順次一定量ずつステッピン
グさせることにより、正確にレチクルＲの回路パターン
の撮影像とウエハＷ上のチップとが一致し、高精度の重
ね合わせ露光を行うことができる。

尚、本発明の一実施例においてはＸ方向の位置を検出
するレーザ干渉計12を、アライメント位置及び露光位置
に対して共にアッベ誤差が略零となるように設けていた
が、本発明ではこの構成に限られるものではなく、例え
ばウエハ・アライメント系18がＸ、Ｙ方向共にアッベ条
件を満たされない場合は、アライメント位置と露光位置
に対してそれぞれアッベ誤差が略零となるように、Ｘ方
向の位置を検出するレーサ干渉計を別々に２組設けても
良い。

また、本実施例ではLSA系16とウエハ・アライメント
系18を用いて補正定数ΔＹを検出し、この補正定数ΔＹ
とベースラインΔYbとに基づいて、ウエハステージ９の
位置決めを行っいた。しかし、ステッパーのイニシャラ
イズ時において、まずLSA系16を用いて基準部材15上の
回折格子マーク15yを検出し、スポット光SByと回折格子
マーク15yとが一致する位置にウエハステージ９を停止
させる。そして、この位置でレーザ干渉計13から出力さ
れるアップダウンパルスを可逆計数するカウンタを零に
リセットする。次に、ウエハ・アライメント系18を用い
て回折格子マーク15yを検出し、同様にスポット光SPyと
回折格子マーク15yとが一致した位置で、レーザ干渉計1
4のカウンタを零にリセットすれば、レーザ干渉計13、1
4間での計測差が零となり、上述の実施例のように補正
定数ΔＹを考慮してウエハステージ９の位置移動を行う
必要がなくなる。つまり、レーザ干渉計14が検出した計
測値をそのまま用い、レーザ干渉計13が同じ値を検出す
るようにウエハステージ９を位置決めすれば、同様にレ
ーザ干渉計13、14間での計測差によるウエハステージ９
の位置制御精度の低下が防止され、ウエハステージ９の
位置制御を簡単に行うことが可能となる。

また、レーザ干渉計13、14の対応付けを行う際、LSA
計16とウエハ・アライメント系18とを用いてそれぞれ回
折格子マーク15yを検出することによって補正定数ΔＹ
を求めるか、或いは回折格子マーク15yの検出位置でレ
ーザ干渉計13、14の零リセットを行っていたが、LSA系1
6を用いる代わりに基準部材15の十字パターン15a及び光
量検出系19を用い、ベースライン計測時と同様の動作で
レチクルステージ６上の所定位置にセットされたレチク
ルＲのアライメントマークのSyを検出し、このＹ座標値
を用いて補正定数ΔＹを算出するか、或いはレーザ干渉
計13の零リセットを行えば、特にLSA系16を用いること
なく上述の実施例と同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、アライメント位置及び
露光位置に対してアッベ誤差が略零となるように２組の
位置検出を設け、その２組の位置検出系を対応付ける補
正定数ΔＹと受け渡しを行いながら、露光時とアライメ
ント時とで２組の位置検出系を使い分けるように構成し
たため、露光時とアライメント時とでウエハステージの
位置にオフセットが生じることがなく、高精度にレチク
ルの回路パターンの投影像とチップとの重ね合わせを行
うことができる。同様に、オフ・アクシス方式のウエハ
・アライメント系を用いてウエハのローテーション・チ
ェックやランアウト・チェック等を行う場合でも、２組
の位置検出系のオフセット量を常に零とすることによっ
て、オフ・アクシス方式のアライメント系による高精度
のアライメントを実現し得る。また、Ｘ、Ｙ両方向の位
置を検出することができる兼用型のウエハ・アラメント
系を用いることが可能となり、アライメント時間やベー
スライン計測時間等を短縮し、スループットの低下を防
止することができる。さらに、ウエハステージのストロ
ークと移動鏡の長さとの関係上、Ｙ方向の位置を検出す
る２つのレーザ干渉計のうち、どちらか一方のレーザ干
渉計のレーザ光束が移動鏡から外れることがある。しか
し、どちらか一方のレーザ光束が移動鏡から外れても、
補正定数ΔＹを用いて簡単にそのレーザ干渉計をイニシ
ャライズすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による２組の位置検出系を備
えたステッパーの概略的な構成を示す平面図、第２図は
２組の位置検出系の概略的な配置を示す平面図、第３図
はベースライン計測等の動作の説明に供する概略的な平
面図、第４図（ａ）は十字パターンの投影像がレチクル
のアライメントマークを走査する状態を示す図、第４図
（ｂ）は十字パターンの投影像がレチクルのアライメン
トマークを走査した時に得られる光電信号の波形を表す
図、第５図（ａ）はウエハ・アライメント系或いはLSA
系のスポット光が回折格子マークを走査する状態を示す
図、第５図（ｂ）はウエハ・アライメント系或いはLSA
系のスポット光が回折格子マークを走査した時に得られ
る光電信号の波形を表す図、第６図、第７図は従来の装
置の概略的な構成の説明に供する図である。２……照明光学系、３……ビームスプリッター、７……
投影レンズ、９……ウエハステージ、12,13,14……レー
ザ干渉計、15……基準部材、16……レーザ・ステップ・
アライメント系、18……ウエハ・アライメント系、19…
…光量検出系、20……主制御装置、Ｒ……レチクル、Ｗ
……ウエハ、FM……フィデューシャル・マーク、Mx,My
……移動鏡、Mf1,Mf2,Mf3……固定鏡。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンを投影光学系
を介して感光基板上に投影露光する露光装置において、前記感光基板を載置して前記投影光学系の結像面内に設
定されたXY座標系に沿って２次元的に移動させるステー
ジと；前記投影光学系による前記パターンの像の露光位置に対
してアッベ誤差が略零になるように配置され、前記ステ
ージのＸ方向の位置及びＹ方向の位置を検出する第１位
置検出手段と；前記感光基板上に形成されたアライメント用のパターン
を光学的に検出する１つのパターン検出手段と；前記パターン検出手段によるパターン検出位置に対して
アッベ誤差が略零となるように配置され、前記結像面内
における前記ステージのＸ方向の位置及びＹ方向の位置
を検出する第２位置検出手段と；前記第２位置検出手段によって検出される前記ステージ
のＸ方向の位置及びＹ方向の位置と、前記第１位置検出
手段によって検出される前記ステージのＸ方向の位置及
びＹ方向の位置との対応付けを行い、前記第１位置検出
手段と第２位置検出手段との少なくとも一方の位置情報
に基づいて、前記ステージの位置を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記第１位置検出手段と第２位置検出手段
との各々によって検出される前記ステージの各位置の対
応付けは、前記ステージ上に設けられた基準部マーク部
材を用いて前記投影光学系による露光位置と前記パター
ン検出手段よるパターン検出位置との間のベースライン
を計測するときに実行されることを特徴とする請求項１
に記載の露光装置。
【請求項３】前記ベースラインを計測する際に前記第１
位置検出手段と第２位置検出手段とをリセットすること
によって、前記ステージの位置の検出を対応付けること
を特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】前記ベースラインを計測する際に前記第１
位置検出手段と第２位置検出手段とで検出される前記ス
テージの各位置情報の差分を求めることによって、前記
ステージの位置の検出を対応付けることを特徴とする請
求項２に記載の露光装置。
【請求項５】前記第１の位置計測手段はＸ方向の位置を
検出する第１干渉計とＹ方向を検出する第３干渉計から
なり、前記第１干渉計は計測の基準となる固定鏡を前記
投影光学系に固定し、前記第２の位置計測手段はＸ方向の位置を検出する第２
干渉計とＹ方向を検出する第３干渉計からなり、前記第
２干渉計は前記第１干渉計と平行にＹ方向にずれた位置
に載置されかつ計測の基準となる固定鏡を前記パターン
検出手段の鏡筒に固定し、前記投影光学系による露光位置及び前記パターン検出手
段の検出位置は前記第３干渉計の軸上に配置することを
を特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項６】マスクに形成されたパターンをアライメン
ト用のマークが形成された感光基板上の所定位置に露光
する装置において、前記感光基板を載置して直交座標系内で２次元的に移動
するとともに、前記直交座標系の第１軸方向に延びた第
１移動鏡と第２軸方向に延びた第２移動鏡とを設けたス
テージと；前記第１移動鏡に向けてビームを照射して前記ステージ
の前記第２軸方向に関する位置を計測する第１干渉計
と；前記第１干渉計と平行に前記第１移動鏡に向けてビーム
を照射して前記ステージの前記第２軸方向に関する位置
を計測する第２干渉計と；前記第２移動鏡に向けてビームを照射して前記ステージ
の前記第１軸方向に関する位置を計測する第３干渉計
と；前記マスクのパターンを前記感光基板上に投影するため
に、前記第１干渉計と第３干渉計との双方に関してアッ
ベ誤差が略零となるように露光位置が配置された投影光
学系と；前記直交座標系内の所定位置に検出位置を有し、前記感
光基板上のマークを検出するマーク検出手段と：前記投影光学系による前記マスクのパターンの投影位置
と前記マーク検出手段の検出位置との間のベースライン
を計測する際に、前記第１干渉計の計測値と第２干渉計
の計測値との差分リセットする制御手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項７】前記マーク検出手段は、前記投影光学系を
介して前記感光基板上のマークを検出するTTL方式のア
ライメント光学系と、前記投影光学系に外部に設けられ
たオフアクシス方式のアライメント光学系との少なくと
も一方を含むことを特徴とする請求項６に記載の露光装
置。
【請求項８】マスクのパターンを感光基板上に投影する
投影光学系と、前記感光基板を載置してXY座標系内でXY
方向に移動するステージと、前記XY座標系内の所定位置
に検出中心を有し、前記感光基板上のマークを光学的に
検出する一つのマーク検出手段と、前記投影光学系の露
光位置に対してXY方向のアッベ誤差が略零となるように
配置され、前記ステージの座標位置を計測する第１位置
検出手段とを備えた露光装置を用いて、前記感光基板を
位置合わせをする方法において、前記マーク検出手段の検出中心に対してXY方向のアッベ
誤差が略零となるように配置されて、前記ステージの座
標位置を計測する第２位置検出手段を設け；前記ステージを移動されて前記感光基板上のマークの位
置を前記マーク検出手段により検出するときは前記第２
位置検出手段で計測される前記ステージの座標位置を利
用し、前記ステージを移動させて前記感光基板上にマス
クのパターンを前記投影光学系を介して露光するときは
前記第１位置検出手段で計測される前記ステージの座標
位置を利用するように、前記第１位置検出手段と第２位
置検出手段とを使い分けることを特徴とする位置合わせ
方法。