JP2816272B2

JP2816272B2 - 位置決め装置

Info

Publication number: JP2816272B2
Application number: JP11879892A
Authority: JP
Inventors: 敏孝小林; 正弘角田; 枢容浅井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-05-12
Filing date: 1992-05-12
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JPH05315221A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子製造のリソ
グラフィ工程に用いられる露光装置や電子線描画装置等
に関わり、とくにウエハ等の試料の位置決め精度を高め
た位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平２−１２０８５号公報には試料テ
−ブルを上下方向に昇降する手段と、回動する手段と傾
斜する手段等が開示されている。しかし試料の位置誤差
を低減する具体的方法については述べられていない。ま
た、特開昭６２−３２３０５号公報には、レ−ザ等のコ
ヒ−レント光を光分割器により２分割し、それぞれの光
を移動鏡と固定鏡により反射された光の干渉により移動
鏡を搭載した試料テ−ブルの位置決めを行なう装置にお
いて、上記２分割した光の光路のそれぞれの中に光束を
４回反射させる手段を設けて位置決め精度を向上するこ
とが開示されている。しかし試料の傾き、ねじれ、回動
等により発生する位置誤差を低減する具体的方法につい
ては述べられていない。

【０００３】また、特開平２−６８６０９号公報には、
位置決め前と位置決め後の姿勢の変動分よりステ−ジの
チルト変位により発生するアッベ誤差を補正することが
開示されている。また、特開平２−８２０１３号公報に
は、直動ステ−ジの位置決め前と位置決め後のレ−ザ干
渉計用ミラ−の姿勢を計測してその姿勢変動により発生
するアッベ誤差を補正することが開示されている。しか
し、試料を搭載するテ−ブルの傾きや撓みによって生ず
るアッベ誤差の補正に関しては述べられていない。

【０００４】図５は従来の投影露光装置例の概略を示す
斜視図である。図５において、露光照明系６の光がレテ
ィクル５と縮小レンズ７を経てステージ１上に固定され
たウエハ（被処理物体）２に投影されレティクル５のパ
ターンを転写する。上記パターン転写において、ステー
ジ１の位置はレーザヘッド、ビ−ムスプリッタ１９、レ
ーザ干渉計１３１、１３２等よりなる測長系により例え
ば０．００８μｍの精度で計測され、サーボモータ３に
より所定ピッチ毎に移動して例えば±０．０２μｍの精
度で位置決めされる。傾斜測定器８は本発明により設け
られたものであり、その作用効果については実施例欄に
て説明する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６は上記図５の投影
露光装置におけるウエハ２の位置決め誤差要因を図解し
たものである。位置決めは干渉計とウエハ２の間の距
離、例えば、ｙ軸方向では干渉計１３２とミラ−９２間
の距離Ｙ₂とミラ−９２とウエハ２間の距離Ｙ₁の和によ
って行なわれる。距離Ｙ₂は干渉計１３２により精度良
く計測して所定値に設定できるものの、距離Ｙ₁につい
ては直接的な計測方法が無いためその誤差ΔＹ₁を補正
することができなかった。ｘ軸方向についても同様であ
る。

【０００６】ウエハ２とミラ−９２は剛体であるテ−ブ
ル１上に置かれるので、誤差ΔＹ₁比較的小さな値であ
る。しかし、最近のようにＬＳＩ技術の急速な進歩によ
りウエハの位置決め精度に対する要求が厳しくなると、
〜に示したような各種の誤差に対する対策が必要に
なっている。

【０００７】はテ−ブル１の撓みによって発生する誤
差成分である。はテ−ブル１の熱膨張により発生する誤差成分であ
り、実質的にの誤差成分を助長する。はモ−タ３１、３２等による位置決め制御誤差により
ものであり、通常は制御精度を高めることにより低減す
ることができる。はミラー９１、９２等の非平面性により発生するもの
で、例えば制御により距離Ｙ₂を一定値に保つと距離Ｙ₁
がミラー９２の凹凸分だけ変動することになる。

【０００８】はミラー９１、９２等の傾きにより発生
する誤差成分である。はミラー９１と同９２の非直交性により発生する誤差
成分である。は干渉計１３１、１３２等の調整誤差により発生す
る。干渉計から出射されレ−ザビ−ムはミラ−面に直交
してミラ−面上のウエハ面位置に正しく照射する必要が
ある。このレ−ザビ−ムの照射位置がずれ、さらにの
誤差成分が発生すると後述のアッベの誤差が発生する。
また、によってもアッベの誤差が発生する。はテーブル１が移動時に進行方向に対して左右に首を
振るヨーイングにより発生する誤差成分である。また、は位置測定に用いるレ−ザ光の波長変動により
発生する誤差成分であり、上記各誤差の全てに影響を与
える。

【０００９】図７は上記アッベの誤差の説明図である。
図示のようにミラ−９２の面が角度ｉだけ傾き、さらに
レ−ザビ−ムの照射位置が点線で示した正しい位置から
実線のようにずれると、ミラ−面位置がアッベの誤差分
だけずれて測定されることになる。

【００１０】図８は上記〜と距離誤差ΔＹ₁、ΔＹ₂
およびウエハ面の高さ誤差ΔＺとの関連性を説明する図
である。上記図６の説明からみてアッベの誤差には
等の要因が関係する。また誤差ΔＺはの要因が関
係する。上記特開平２−６８６０９号公報と特開平２−
８２０１３号公報はアッベ誤差の補正に係るものである
が、上記による成分を補正出来ないという問題があっ
た。本発明の目的は、上記各誤差の発生にかかわりなく
試料を正確に位置決めできる位置決め装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、直交する二つのミラーの少なくとも一方の水平方向
面に沿って少なくとも二つのレーザ干渉器を所定の距離
を置いて配置するようにする。さらに、上記二つのレー
ザ干渉器の一つを上記ミラーの上下方向に沿って設けた
一対のレーザ干渉器により構成するようにする。さら
に、上記直交する二つのミラーの他方側にも上記ミラー
の上下方向に沿って設けた一対のレーザ干渉器を設ける
ようにする。

【００１２】また、上記可動テ−ブルの上部に上記半導
体ウエハ等の試料の傾斜を測定する傾斜測定器を設ける
ようにする。また、上記可動テ−ブルを３点にて支持し
て各支持点の高さを別個に調整することのできるアクチ
ュエ−タを備えるようにする。

【００１３】さらに、上記可動テ−ブルの自重によるた
わみ量を算出する演算手段と、上記ミラーの上下方向に
沿って設けた一対のレーザ干渉器により上記ミラーの傾
斜角を算出する手段と、上記たわみ量と上記ミラーの傾
斜角よりアッベの誤差量を算出する手段とを備えるよう
にする。

【００１４】さらに、上記可動テ−ブルを上記二つのミ
ラーの一方の反射平面に沿って移動させた際に上記各レ
ーザ干渉器が測定する上記各ミラーの位置情報より、少
なくとも上記二つのミラーの非直角度誤差とヨ−イング
量とを算出し、さらに、上記ミラーの上下方向に沿って
設けた一対のレーザ干渉器が検出する上記各ミラーの非
平面情報を記憶するようにする。さらに、気圧値または
気圧値と気温値度とより上記レ−ザの波長変化分を算定
し上記各レーザ干渉器の距離測定値を修正するようにす
る。

【００１５】

【作用】可動テ−ブルを上記二つのミラーの一方の反射
平面に沿って移動させ、上記二つのミラーの少なくとも
一方の水平方向面に沿って配置した二つのレーザ干渉器
により少なくとも上記二つのミラーの非直角度誤差とヨ
−イング量とを算出し、さらに上記ミラーの上下方向に
沿って設けた一対のレーザ干渉器により各ミラーの非平
面度を検出して記憶する。

【００１６】また、上記傾斜測定器が検出するウエハの
傾斜角と、上記ミラーの上下方向に沿って設けた一対の
レーザ干渉器が検出するミラーの傾斜角と、上記可動テ
−ブルのたわみ量の算出値とよりアッベの誤差量を算出
する。さらに、上記ミラーの非直角度誤差、非平面度、
アッベの誤差量、可動テ−ブルのヨ−イング量等により
ウエハ位置誤差を補正する。

【００１７】また、上記可動テ−ブルを３点支持するア
クチュエ−タによりウエハの傾きを調整するまた、気圧
値または気圧値と気温値度とより上記レ−ザの波長変化
分を算定して各レーザ干渉器の距離測定値を修正する。

【００１８】

【実施例】図１は本発明による可動テ−ブル（以後テ−
ブルと略称する）１とその周辺部の位置測定用の干渉計
の配置を示す斜視図である。テ−ブル１上にはミラー９
１、９２とウェハ２を真空吸着した保持台１０が取付け
られる。テ−ブル１はサーボモータ３１、３２により駆
動されてＸ，Ｙ方向に移動することができ、そのＸ方向
とＹ方向の位置はそれぞれレーザビ−ムを用いた干渉計
１３１および同１３２により測定される。

【００１９】本発明においては上記干渉計１３１と同１
３２の上下方向に所定の間隔をおいて他の干渉計１５
１、同１５２をそれぞれ設けるようにする。例えば干渉
計１３２と同１５２によるミラ−９２までのそれぞれの
距離測定値の偏差分よりミラ−９２の傾きやその変化分
等を検出することができる。しかし、アッベの誤差は上
記ミラ−９２の傾きとその上下方向の位置ずれによって
発生するからミラ−９２の上下方向の位置ずれも合わせ
て検出する必要がある。ミラ−９１に付いても同様であ
る。

【００２０】ミラー９２の上下方向の位置はウェハ２が
載置されているテーブル１の支持状態、すなわち、テー
ブル１の自重によるたわみにより変化する。図２に示す
ように、テーブル１の自重によるたわみ量δとたわみ角
ｉはそれぞれ式(１)，(２)で与えられる。 δ＝−（ｗｌ⁴）／（８ＥＩ）（１）ｉ＝（ｗｌ³）／（６ＥＩ）（２）

【００２１】ただし、Ｅはテーブル１材のヤング率，Ｉ
は同断面２次キーメント、ｗは単位長さ当たりの重量で
ある。テーブル１の支点からの長さをｂ、同厚みをｈ、
同材料の密度をρとすると、Ｉとｗは式(３)，(４)のよ
うに与えられる。なお、テーブル１の支点位置はロ−
ラ、コロ等のテーブル１の摺動部材の端部が該当する。ｗ＝ｂｈρ （３）Ｉ＝ｂｈ³／１２（４）

【００２２】例えば、ｌを最小１５０ｍｍ，ｂを最小３
００ｍｍ，ｈを最大２０ｍｍとし、材料を鋼材とすると
δは０．７１μｍ，ｉは６．４×１０~⁶ラジアンとな
る。上記δによるアッベの誤差は実際上十分に無視でき
る程度の値であり、アッベの誤差は実際には干渉計のア
ライメント誤差により発生する。例えばアライメントず
れにより上記δが０．２ｍｍ発生し、また傾斜角ｉが２
０″あるとアッベの誤差は０．０２μｍとなる。

【００２３】また、上記テーブル１の変形によりミラー
９２とウェハ２間の距離も変化するため、水平距離誤差
成分ΔＹ₁が発生する。上記δが０．７１μｍの場合、
このΔＹ₁の値は略０．３２μｍになる。テ−ブル１の
熱膨張により発生するミラー９２とウェハ２間の距離変
化誤差も上記ΔＹ₁成分に含めて補正するようにす
る。例えば、ウェハ２周辺の温度変化が０．１℃，該距
離ｌが１５０ｍｍで、材料が鋼材の場合のテ−ブル１の
熱膨張量は０．１６５μｍとなる。

【００２４】また、本発明では図４に示した縮小レンズ
７の下部に傾斜測定器８を設け、ウエハ２の傾斜量を例
えば０．１μｍ／２０ｍｍの精度で測定するようにし
て、上記テーブル１の変形に、テーブル１の支点におけ
る傾斜量を加味して上記δとｉの値やΔＹ₁成分の値を
さらに精度良く求めるようにする。また、傾斜測定器８
によりテーブル１の移動に伴って生じるミラー９２の上
下動（ピッチング）による誤差も同様にして検出して補
正することができる。

【００２５】さらに本発明では図１に示すようにテーブ
ル１を圧電素子等よりなる３本のアクチュエ−タ１２に
より支持して上記ピッチング誤差や上記δや傾斜測定器
８の測定値より上記ピッチング誤差やウエハ２の傾斜
量、上記δ等を補正できるようにする。また、ウエハを
傾斜させて処理する場合があり、このような場合にはア
クチュエ−タ１２によりウエハ２の傾斜量を任意に設定
することができる。

【００２６】また本発明においては、干渉計１３２と同
１５２の横並び方向に所定の距離をおいて他の上下一対
の干渉計１３３と１５３とを設け、可動テーブルのヨ−
イング誤差やミラ−の非直交性誤差等を検出するよ
うにする。ヨ−イング誤差やミラ−の非直交性誤差
等は干渉計１３２と同１３３との測定値の差分により測
定する。

【００２７】ミラ−の非直交性誤差はミラ−９１と同
９２の位置を同時に測定することにより算出することが
できる。たとえばミラ−９１のｙ軸に対して完全に並行
であれば干渉計１３２と同１３３がそれぞれ検出するミ
ラ−９２までの距離よりミラ−の非直交性誤差を算定
する。また、ミラ−９１がｙ軸に対して非並行であれば
テ−ブル１をｙ方向に移動しながら干渉計１３１により
ミラ−９１までの距離を測定してその変化分よりミラ−
９１のｙ軸に対するずれを検出し、上記干渉計１３２と
同１３３が検出したミラ−９２までの距離を補正してミ
ラ−の非直交性誤差を算定する。

【００２８】また、本発明においては図１に示すよう
に、干渉計１３３の上下方向にも干渉計１３５を設け、
ミラ−９２の非平面性も測定出来るようにする。すな
わち、テ−ブル１をｘ方向に移動しつつ干渉計１３２と
同１５２および干渉計１３３と同１５３等によりミラ−
９２の面を走査して距離測定を行なうことによりミラ−
９２の非平面性を２次元的に測定する。また、これらの
測定結果、または同測定結果より算出したミラ−９２の
非平面度を記憶し、テ−ブル１の位置に応じてこれらの
値を読みだすことによりウエハ２の位置毎にミラ−９２
の非平面性による誤差を補正することができる。

【００２９】また、上記ｘ軸方向と同様にｙ軸方向に沿
って干渉計１３１、１５１と同様の一対の干渉計を設け
ることにより、ミラ−９１の非平面度を測定して補正す
ることができる。レーザ波長が変化する上記の各誤差は
いずれもその影響を蒙り、また、各誤差補正後の値に新
たな誤差が付加される。この誤差は空気の温度と気
圧変化により発生する。

【００３０】図１のように複数の干渉計設ける場合に
は、例えば干渉計１３２と同１５２の位置をずらせる必
要上各干渉計とミラー９２間のパス長が長くなり、上記
レーザ波長変化による誤差の影響を受けやすくなる。レ
ーザ波長λ＝６３３（ｎｍ）とすると、パス長１ｍ当り
の誤差は、１．０５μｍ／℃、０．３４６μｍ／ｍｍ
Ｈｇ程度になる。このため、本発明では温度と気圧を測
定してレーザ波長λの変化量を算定し、上記各誤差を補
正するようにする。

【００３１】図３は図１のレーザ測長系をさらに詳細に
示す斜視図である。レーザヘッド２０が放射するレーザ
ビームはビームベンダー１８で反射後ビームスプリッタ
１９１により干渉計１３１、１５１側と同１３２、１５
２および１３３、１５３側に分岐される。干渉計１３
１、１５１側に分岐されたレーザビームはビームスプリ
ッタ１９２により２分され、その一方は干渉計１３１に
入射し、λ／４板２２を通してミラー９２にて反射し、
λ／４板２２，干渉計１３１，コーナキューブ１６を通
りレシーバ２１１に戻り測長される。他方のレーザビー
ムはビームベンダー１８２により進路を曲げられて同様
に干渉計１５１を通りレシーバ２１２に戻り測長され
る。

【００３２】干渉計１３２、１５２および１３３、１５
３側に分岐されたレーザビームはビ−ムスプリッタ１９
３、１９４とビ−ムベンダ１８３により４分割され、４
分割されたビ−ムのそれぞれは同様にしてミラー９１に
反射し、各干渉計１３２、１５２および１３３、１５３
と対応するレシーバ２１により測長される。上記の構成
により、テーブル１をサーボモータ３１、３２等により
Ｘ，Ｙ方向に移動しながら、干渉計１３２と同１５２お
よび干渉計１３３と同１５３等により同時測長を行なう
と、ミラー９２の非平面誤差，傾き誤差，アライメ
ント誤差、非直交度誤差等が測定できる。

【００３３】さらに、傾斜測定器８が検出するウェハ２
の傾斜値と、ミラー９１の傾斜量（干渉計１３２の値−
干渉計１５２の値）／（レーザ光軸間距離）とを比較す
ることにより、テーブル１の支持状態や熱膨張によの変
化により生じるたわみ誤差や，アライメント誤差等
を測定することができる。

【００３４】図４は上記各誤差量によりテーブル１の位
置を補正する本発明の位置決め装置のブロック図であ
る。制御用計算機２３は各干渉計１３１〜１３３および
同１５１〜１５３の信号をミラー９１、９２等の位置デ
−タに変換し、同時にその補正値２５を算出して各位置
デ−タを補正し、各ミラ−の現在値２６を算出する。ま
た、制御用計算機２３はステージ駆動機構３の目標値２
４を生成して上記現在値２６と比較し、各ミラ−の位置
誤差デ−タを生成する。Ｄ／Ａ変換器２７はこの位置誤
差デ−タをアナログ変換し、ドライバー２８を介してス
テージ駆動機構３を駆動し、各位置誤差デ−タがゼロに
収斂するようにする。

【００３５】

【発明の効果】本発明により、ウエハを搭載するテ−ブ
ル上のミラーの非直交性、傾きや、テ−ブルの支持状態
や熱膨張等による変形（たわみ）量、レ−ザ干渉計のア
ライメント誤差等を検出してアッベの誤差を算出するこ
とができる。さらに、ミラーの非平面度やヨ−イング量
等の分布を検出し、これらをテ−ブルの位置情報に関連
づけて記憶することができる。

【００３６】また、上記アッベの誤差やミラーの非平面
度、ヨ−イング量等によりレ−ザ干渉計の距離測定誤差
を補正することができる。さらに、レ−ザ光の波長変動
を算出してレ−ザ干渉計の距離測定誤差を補正すること
ができる。また、上記テ−ブルを３点支持するアクチュ
エ−タにより、ウエハの傾きを制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置決め装置の主要部を示す斜視図で
ある。

【図２】テ−ブルのたわみを説明する断面図である。

【図３】本発明によるレーザ測長系の斜視図である。

【図４】本発明によるレーザ測長系の制御系を示すブロ
ック図である。

【図５】投影露光装置の主要部を示す斜視図である。

【図６】位置決め装置における各種の位置誤差原因を解
説する平面図である。

【図７】アッベの誤差を説明する断面図である。

【図８】各種の誤差要因と位置誤差間の因果関係図であ
る。

【符号の説明】

１…テーブル，２…ウエハ，３１、３２…サーボモー
タ，５…レチィクル，６…露光照明系，７…縮小レン
ズ，８……傾斜測定器，９１、９２…ミラー，１０…保
持台，１２…アクチュエータ，１３１〜１３３、１５１
〜１５３…レーザ干渉計，１６…コーナキューブ，１８
１…ビームベンダ，１９１…ビームスプリッタ，２０…
レーザ，２１１…レシーバ，２２…λ／４板，２３…制
御用計算機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−82013（ＪＰ，Ａ) 特開平２−68609（ＪＰ，Ａ) 特開平４−140691（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−260211（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027 H01L 21/68

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハを水平方向に保持する可動
テ−ブル上に互いに直交して設けた二つのミラーのそれ
ぞれにレーザ光を入射し、上記二つのミラーからの反射
光をそれぞれの入射光とを比較して各ミラーの位置ある
いは位置の変化を測定する二つの測長手段を有し、上記
二つの測長手段の一方を上記一つのミラーの水平方向面
に沿って一対のレーザ干渉器を所定の距離を置いて配設
し、上記二つの測長手段の他方を、上記他のミラーの上
下方向に沿って一対のレーザ干渉器を配設し、且つ上記
一つのミラーの水平方向面に沿って配設した一対のレー
ザ干渉器をそれぞれ上記ミラーの上下方向に沿って設け
た一対のレーザ干渉器の２対により構成すると共に、上
記可動テ−ブルの上部に上記半導体ウエハの傾斜を測定
する傾斜測定器とこれらを制御する制御計算機とを備え
た位置決め装置において、上記可動テ−ブルの該ミラーの反射面に沿う水平方向の
移動と、該ミラーの水平方向に沿って設けた一対のレー
ザ干渉器により、該ミラの非直交性と該可動テ−ブルの
ヨーイング量を算出する手段と、上記可動テ−ブの自重
によるたわみ量を算出する演算手段と、上記ミラーの上
下方向に沿って設けた一対のレーザ干渉器により上記ミ
ラーの傾斜角を算出する手段と、上記ウエハの傾斜角と
上記たわみ量と上記ミラーの傾斜角よりアッベの誤差量
を算出する手段と、上記可動テ−ブルを３点にて支持し
て各支持点の高さを別個に調整するアクチュエータとを
備えたことを特徴とする位置決め装置。