JP3369266B2

JP3369266B2 - ステージの位置制御精度の測定方法

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Publication number: JP3369266B2
Application number: JP23777093A
Authority: JP
Inventors: 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 2003-01-20
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: JPH0799148A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に、ステップ・アンド・リピート方式、又はステップ・
アンド・スキャン方式でウエハの各ショット領域に順次
レチクルのパターン像を露光する投影露光装置における
ウエハステージのステッピング精度を計測する際に使用
して好適なステージの位置制御精度の測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル（以下「レチクル」と総称する）のパターン像を
投影光学系を介して感光材が塗布されたウエハ（又はガ
ラスプレート等）上の各ショット領域に投影する投影露
光装置が使用されている。この種の投影露光装置として
近年は、ウエハを２次元的に移動自在なウエハステージ
上に載置し、このウエハステージによりウエハを歩進
（ステッピング）させて、レチクルのパターン像をウエ
ハ上の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す、
所謂ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置、
特に、縮小投影型の露光装置（ステッパー）が多用され
ている。

【０００３】一般に、半導体素子等はウエハ上に多数層
の回路パターンを重ねて形成されるため、投影露光装置
においては、ウエハ上に既に形成されている回路パター
ンと今回露光しようとするレチクルのパターン像との重
ね合わせ精度を高めるためのアライメント系が設けられ
ている。その重ね合わせ精度に影響する主要な要因は、
ウエハの各ショット領域をそれぞれ露光位置に設定する
際のウエハステージの位置決め精度、アライメント系で
のアライメントマークの位置の検出精度、及び室温等の
環境条件である。以下ではウエハステージの位置決め精
度、及びアライメント系での位置検出精度等をまとめて
ウエハステージのステッピング精度と考える。

【０００４】図１３を参照して、従来のステッピング精
度の計測方法の内のショット中心合わせ法につき説明す
る。この計測方法では、図１３に示すように先ずウエハ
Ｗに対する１回目の露光として、規則的に配列されたシ
ョット領域ＥＳ１，ＥＳ２，…の中心にそれぞれ位置計
測用マーク８１₁，８１₂，…を露光する。その後、ウ
エハＷに対する２回目の露光として、ショット領域ＥＳ
１，ＥＳ２，…の中心に繰り返して位置計測用マーク８
２₁，８２₂，…を露光する。この際に、ステッピング
誤差により、２回目に露光されたショット領域の配列は
ショット領域ＥＱ１，ＥＱ２，…のようにずれている。
その後、ウエハＷを現像してから、１回目の露光で形成
された位置計測用マーク８１₁，８１₂，…と、２回目
の露光で形成された位置計測用マーク８２₁，８２₂，
…との位置ずれ量を計測することにより、ショット領域
を２次元格子状に配列した際の配列精度が調べられる。
この計測方法は、実際のウエハＷの処理方法に近いもの
である。

【０００５】次に、図１４を参照して、従来のステッピ
ング精度の計測方法の内のショット周辺合わせ法につき
説明する。この計測方法では、図１４に示すようにウエ
ハＷ上で周辺部が重なるように規則的に配列されたショ
ット領域ＥＳ１，ＥＳ２，ＥＳ３，…，ＥＳ１０，ＥＳ
１１，…の周辺にそれぞれ位置計測用マークを露光す
る。その後、ウエハＷを現像して、各ショット領域間の
横方向での重ね合わせ領域８３₁，８３₂，…、及び縦
方向での重ね合わせ領域８４₁，８４₂，…において、
それぞれ隣接するショット領域で露光された位置計測用
マークの位置ずれ量を計測する。これにより、ステッピ
ング時のウエハステージのヨーイングや、ウエハステー
ジの移動方向による位置決め誤差等が更に加えられたス
テッピング誤差が得られる。

【０００６】ここで、図１５を参照して１回目の露光で
形成された位置計測用マークと２回目の露光で形成され
た位置計測用マークとの相対的な位置ずれ量を計測する
ための、従来の方法につき説明する。図１５（ａ）にお
いて、１回目の露光で形成された斜線を施して示す位置
計測用マーク８１と、２回目の露光で形成された位置計
測用マーク８２とは、それぞれＸ方向及びＹ方向に直線
パターンに続けて所定ピッチでドットパターンを配列し
たマークであり、位置計測用マーク８１及び８２の相対
的な位置ずれ量は、例えば投影光学系を介したＴＴＬ
（スルー・ザ・レンズ）方式で且つレーザ・ステップ・
アライメント（ＬＳＡ）方式のアライメント系により計
測される。

【０００７】即ち、図１５（ａ）に示すように、レーザ
ビームを集光して形成されたＹ方向に長いスリット状の
光スポット８５Ｘに対して、ウエハを−Ｘ方向に走査す
ることにより、光スポット８５Ｘが位置計測用マーク８
１及び８２のドットパターンを横切る際に、所定の方向
に強い回折光が照射される。この回折光を光電変換して
得られた回折強度信号Ｓ（Ｘ）は、図１５（ｂ）のよう
に２つのピークを有する信号となり、その２つのピーク
位置の差分から位置計測用マーク８１及び８２のＸ方向
の位置ずれ量が検出される。

【０００８】同様に、Ｘ方向に長いスリット状の光スポ
ット８５Ｙに対して、ウエハを−Ｙ方向に走査すること
により、光スポット８５Ｙが位置計測用マーク８１及び
８２のドットパターンを横切る際に、所定の方向に強い
回折光が照射される。この回折光を光電変換して得られ
た図１５（ｃ）に示す回折強度信号Ｓ（Ｙ）より、位置
計測用マーク８１及び８２のＹ方向の位置ずれ量が検出
される。このような２つの位置計測用マークのＸ方向及
びＹ方向の位置ずれ量が、ステッピング誤差である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来のステ
ッピング精度の計測方法は、実際に露光を行うようにし
ているため、組立調整完了後の投影露光装置のステッピ
ング精度の評価を行うような場合には適した方法であ
る。しかしながら、従来の計測方法を例えばウエハステ
ージのステッピング精度の調整を行う段階で使用する
と、計測を行う度に露光→現像→位置ずれ量の計測、の
工程を繰り返す必要があり計測に長い時間を要するた
め、調整工程のスループットが低いという不都合があっ
た。更に、計測の信頼性を高めるためには、複数枚のウ
エハについてステッピング精度の計測を繰り返す必要が
あり、スループットが更に低下していた。

【００１０】また、従来のステッピング精度の計測方法
では、計測結果とステッピング精度を悪化させる要因と
の対応が明確でないため、ステッピング誤差が悪いこと
が判明した場合でもウエハステージのどの部分を調整す
ればよいかは判明せず、試行錯誤的に調整を行うしかな
かった。即ち、従来のステッピング精度の計測方法をウ
エハステージの調整段階で使用しても、ウエハステージ
の駆動部及び機構部等を最適な手順で調整することがで
きなかった。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、ステージの位置
制御精度の測定効率が高いと共に、ステージの位置制御
精度に影響する要因の分析ができるステージの位置制御
精度の測定方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による第１のステ
ージの位置制御精度の測定方法は、例えば図１、図６及
び図７に示すように、マスク（Ｒ）上のパターンが露光
される感光性の基板（Ｗ）を保持してこの基板を２次元
平面内で移動させるステージ（ＷＳ）と、このステージ
の位置を計測するステージ位置計測手段（１５）と、基
板（Ｗ）上の位置合わせ用のマークの位置を検出するア
ライメント系（１７）とを有する露光装置のそのステー
ジ（ＷＳ）の位置側御精度の測定方法において、予め複
数の計測用パターン（ＥＳ１〜ＥＳ１６）が形成された
所定の基板をステージ（ＷＳ）上に載置し、所定の第１
の順序（図７（ａ））でそれら複数の計測用パターンの
位置をそれぞれアライメント系（１７）で検出して記憶
すると共に、アライメント系（１７）でそれら複数の計
測用パターンの位置を検出したときにステージ位置計測
手段（１５）により計測されるステージ（ＷＳ）の位置
をそれぞれ記憶する第１工程を有する。

【００１３】更に本発明は、所定の第２の順序（図７
（ｂ））でその所定の基板上のそれら複数の計測用パタ
ーンの位置をそれぞれアライメント系（１７）で検出し
て記憶すると共に、アライメント系（１７）でそれら複
数の計測用パターンの位置を検出したときにステージ位
置計測手段（１５）により計測されるステージ（ＷＳ）
の位置をそれぞれ記憶する第２工程と、その第１工程で
記憶された結果とその第２工程で記憶された結果とを比
較する第３工程とを有するものである。

【００１４】また、本発明による第２のステージの位置
制御精度の測定方法は、例えば図１及び図１２に示すよ
うに、マスク（Ｒ）上のパターンが露光される感光性の
基板（Ｗ）を保持してこの基板を２次元平面内で移動さ
せるステージ（ＷＳ）と、ステージ（ＷＳ）の位置を計
測するステージ位置計測手段（１５）と、基板（Ｗ）上
の位置合わせ用のマークの位置を検出するアライメント
系（１７）とを有する露光装置のそのステージ（ＷＳ）
の位置制御精度の測定方法において、予め複数の計測用
パターン（ＥＳ１〜ＥＳ１６）が形成された所定の基板
をステージ（ＷＳ）上に載置し、所定の順序でそれら複
数の計測用パターンのそれぞれに対応させてマスク
（Ｒ）のパターンを露光し、マスク（Ｒ）のパターンを
露光したときのそれら複数の計測用パターンの位置をそ
れぞれアライメント系（１７）で検出して記憶すると共
に、アライメント系（１７）でそれら複数の計測用パタ
ーンの位置を検出したときにステージ位置計測手段（１
５）により計測されるステージ（ＷＳ）の位置をそれぞ
れ記憶する第１工程を有する。

【００１５】更に本発明は、その第１工程でその所定の
基板上に露光されたマスク（Ｒ）のパターンの位置をそ
れぞれアライメント系（１７）で検出して記憶すると共
に、アライメント系（１７）でマスク（Ｒ）のパターン
の露光位置を検出したときにステージ位置計測手段（１
５）により計測されるステージ（ＷＳ）の位置をそれぞ
れ記憶する第２工程と、その第１工程で記憶された結果
とその第２工程で記憶された結果とを用いてステージ
（ＷＳ）の位置制御精度を求める第３工程とを有するも
のである。

【００１６】

【作用】一般にステッピング誤差は種々の誤差要因の組
合せによって生じる。その主な誤差要因は、基板を移動
するステージ（ＷＳ）（基板ステージ）のステージ位置
計測手段（１５）の計測誤差、アライメント系（１７）
の検出誤差、制御系による追従誤差（応答性、設定され
た許容範囲等）、露光による基板（Ｗ）の膨張、ステー
ジ（ＷＳ）の駆動による装置全体のねじれ、ステージ
（ＷＳ）のヨーイング等である。ステージ位置計測手段
（１５）がレーザ干渉計である場合、ステージ位置計測
手段（１５）の計測誤差としては、計測分解能による量
子化誤差、環境温度、気圧、湿度等による波長の換算誤
差、参照ビームと測長ビームとの混入による非線形誤
差、室内空調による参照ビーム及び測長ビームの近傍の
空気揺らぎによる誤差等がある。

【００１７】これに関して本発明の第１のステージの位
置制御精度の測定方法においては、第１工程及び第２工
程において実際にステージ（ＷＳ）を移動して、基板上
の複数の計測用パターンの位置を計測している。即ち、
ステージ（ＷＳ）の移動に同期してステージ位置計測手
段（１５）でステージ位置を計測し、並行してアライメ
ント系（１７）で計測用パターンの位置を検出してい
る。従って、ステージの位置制御精度を悪化させる要因
を特定することができ、ステージ系の調整時にどこを調
整すべきかが分かり、露光装置の調整工程のスループッ
トが向上する。

【００１８】また、この第１のステージの位置制御精度
の測定方法では、予め所定のマスタパターンの露光及び
現像により複数の計測用パターンが形成された所定の基
板を用いて、ステッピング及び疑似的な露光を行ってい
るため、その所定の基板を用いて何回でもステッピング
誤差を計測することができる。即ち、従来例のように測
定する度にウエハヘの露光及び現像を行う必要がなくな
り、計測時間が短縮され、計測結果の信頼性も向上す
る。

【００１９】一方、第２のステージの位置制御精度の測
定方法によれば、第１工程において既に形成されている
計測用パターンの位置を検出しながらマスクパターンを
露光し、第２工程においてその露光されたパターンの位
置を検出している。従って、既に形成されている計測用
パターンと新たに露光したマスクパターンとの位置ずれ
量から、ステージの位置制御精度を悪化させる要因を特
定することができ、ステージ系の調整時にどこを調整す
べきかが分かる。

【００２０】更に、その所定の基板上の計測用パターン
を安定なパターン（ＳｉＯ₂等）より形成して、その所
定の基板を基準ウエハのように取り扱うこともできる。
そして、例えば複数の露光装置に対して上記の第１工程
及び第２工程を繰り返すことにより、露光装置単体のス
テッピング精度のみならず、複数の露光装置間のステッ
ピング精度のマッチング状態を検出できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の第１実施例につき図１〜図１
１を参照して説明する。図１は本実施例の計測方法を適
用するのに好適な投影露光装置の概略的な構成を示し、
この図１において、超高圧水銀ランプ１から発生した照
明光ＩＬは楕円鏡２で反射されてその第２焦点で一度集
光した後、コリメータレンズ、干渉フィルター、オプテ
ィカルインテグレータ（フライアイレンズ）及び開口絞
り（σ絞り）等を含む照明光学系３に入射する。不図示
であるが、フライアイレンズはそのレチクル側焦点面が
レチクルパターンのフーリエ変換面（瞳共役面）とほぼ
一致するように光軸ＡＸと垂直な面内方向に配置されて
いる。

【００２２】また、楕円鏡２の第２焦点の近傍には、モ
ーター３８によって照明光ＩＬの光路の閉鎖及び開放を
行うシャッター（例えば４枚羽根のロータリーシャッタ
ー）３７が配置されている。なお、露光用照明光として
は超高圧水銀ランプ１等の輝線の他に、エキシマレーザ
（ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等）等
のレーザ光、あるいは金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの
高調波等を用いても構わない。

【００２３】図１において、照明光学系３から射出され
たフォトレジスト層を感光させる波長域の照明光（ｉ線
等）ＩＬは、その大部分がビームスプリッター４で反射
された後、第１リレーレンズ５、可変視野絞り（レチク
ルブラインド）６及び第２リレーレンズ７を通過してミ
ラー８に至る。そして、ミラー８でほぼ垂直下方に反射
された照明光ＩＬが、メインコンデンサーレンズ９を介
してレチクルＲのパターン領域ＰＡをほぼ均一な照度で
照明する。レチクルブラインド６の配置面はレチクルＲ
のパターン形成面と共役関係（結像関係）にあり、駆動
系３６によりレチクルブラインド６を構成する複数枚の
可動ブレードを開閉させて開口部の大きさ、形状を変え
ることによって、レチクルＲの照明視野を任意に設定す
ることができる。

【００２４】本実施例のレチクルＲにはその外周付近に
２個の十字型の遮光性マークよりなるアライメントマー
クが対向して形成されている。これら２個のアライメン
トマークは、レチクルＲのアライメント（投影光学系１
３の光軸ＡＸに対する位置合わせ）に用いられる。レチ
クルＲは、モータ１２によって投影光学系１３の光軸Ａ
Ｘの方向に微動可能で、且つその光軸ＡＸに垂直な水平
面内で２次元移動及び微小回転可能なレチクルステージ
ＲＳ上に載置されている。レチクルステージＲＳの端部
にはレーザ光波干渉測長器（以下、「レーザ干渉計」と
いう）１１からのレーザビームを反射する移動鏡１１ｍ
が固定され、レチクルステージＲＳの２次元的な位置は
レーザ干渉計１１によって、例えば０．０１μｍ程度の
分解能で常時検出されている。レチクルＲの上方にはレ
チクルアライメント系（ＲＡ系）１０Ａ及び１０Ｂが配
置され、これらＲＡ系１０Ａ及び１０Ｂは、レチクルＲ
の外周付近に形成された２個の十字型のアライメントマ
ークを検出するものである。ＲＡ系１０Ａ及び１０Ｂか
らの計測信号に基づいてレチクルステージＲＳを微動さ
せることで、レチクルＲはパターン領域ＰＡの中心点が
投影光学系１３の光軸ＡＸと一致するように位置決めさ
れる。

【００２５】さて、レチクルＲのパターン領域ＰＡを通
過した照明光ＩＬは、両側テレセントリックな投影光学
系１３に入射し、投影光学系１３により例えば１／５に
縮小されたレチクルＲの回路パターンの投影像が、表面
にフォトレジスト層が形成され、その表面が投影光学系
１３の最良結像面とほぼ一致するように保持されたウエ
ハＷ上に投影（結像）される。

【００２６】ウエハＷは、微小回転可能なウエハホルダ
（不図示）に真空吸着され、このウエハホルダを介して
ウエハステージＷＳ上に保持されている。ウエハステー
ジＷＳは、モーター１６によりステップ・アンド・リピ
ート方式で２次元移動可能に構成され、通常の露光時に
はウエハＷ上の１つのショット領域に対するレチクルＲ
の転写露光が終了すると、ウエハステージＷＳは次のシ
ョット位置までステッピング駆動される。ウエハステー
ジＷＳの端部にはレーザ干渉計１５からのレーザビーム
を反射する移動鏡１５ｍが固定され、ウエハステージＷ
Ｓの２次元的な座標は、レーザ干渉計１５によって例え
ば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出されている。レ
ーザ干渉計１５は、ウエハステージＷＳの投影光学系１
３の光軸ＡＸに垂直な一方向（これをＸ方向とする）及
びこれに垂直なＹ方向の座標を計測するものであり、そ
れらＸ方向及びＹ方向の座標によりウエハステージＷＳ
のステージ座標系（静止座標系）（Ｘ，Ｙ）が定められ
る。即ち、レーザ干渉計１５により計測されるウエハス
テージＷＳの座標値が、ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）上の
座標値である。

【００２７】また、ウエハステージＷＳ上にはベースラ
イン量（後述）の計測時等で用いられる基準マークを備
えた基準部材（ガラス基板）１４が、ウエハＷの露光面
とほぼ同じ高さになるように設けられている。基準部材
１４には基準マークとして、光透過性の５組のＬ字状パ
ターンから成るスリットパターンと、光反射性のクロム
で形成された２組の基準パターン（デューティ比は１：
１）とが設けられている。一方の組の基準パターンは、
Ｙ方向に配列された７個のドットマークをＸ方向に３列
配列してなる回折格子マークと、３本の直線パターンを
Ｘ方向に配列してなる回折格子マークと、Ｙ方向に延び
た１２本のバーマークとを、Ｘ方向に配列したものであ
る。他方の組の基準パターンはその一方の組の基準パタ
ーンを９０°回転したものである。

【００２８】さて、光ファイバー（不図示）等を用いて
基準部材１４の下へ伝送された照明光（露光光）によっ
て、基準部材１４に形成されたスリットパターンが下方
（ウエハステージ内部）から照明されるように構成され
ている。基準部材１４のスリットパターンを透過した照
明光は、投影光学系１３を介してレチクルＲの裏面（パ
ターン面）にスリットパターンの投影像を結像する。更
に、レチクルＲ上の４個のレチクルマークの何れかを通
過した照明光は、メインコンデンサーレンズ９、リレー
レンズ７，５等を通ってビームスプリッター４に達し、
ビームスプリッター４を透過した照明光が、投影光学系
１３の瞳共役面の近傍に配置された光電検出器３５によ
り受光される。光電検出器３５は照明光の強度に応じた
光電信号ＳＳを主制御系１８に出力する。以下では、光
ファイバー（不図示）、基準部材１４及び光電検出器３
５をまとめてＩＳＳ（Imaging Slit Sensor)系と呼ぶ。

【００２９】また、図２中には投影光学系１３の結像特
性を調整できる結像特性補正部１９も設けられている。
本実施例における結像特性補正部１９は、投影光学系１
３を構成する一部のレンズエレメント、特にレチクルＲ
に近い複数のレンズエレメントの各々を、ピエゾ素子等
の圧電素子を用いて独立に駆動（光軸ＡＸに対して平行
な方向の移動又は傾斜）することで、投影光学系１３の
結像特性、例えば投影倍率やディストーションを補正す
るものである。

【００３０】次に、投影光学系１３の側方にはオフ・ア
クシス方式のアライメントセンサー（以下「Field Imag
e Alignment 系（ＦＩＡ系）」という）が設けられてい
る。このＦＩＡ系において、ハロゲンランプ２０で発生
した光をコンデンサーレンズ２１及び光ファイバー２２
を介して干渉フィルター２３に導き、ここでフォトレジ
スト層の感光波長域及び赤外波長域の光をカットする。
干渉フィルター２３を透過した光は、レンズ系２４、ビ
ームスプリッター２５、ミラー２６及び視野絞りＢＲを
介してテレセントリックな対物レンズ２７に入射する。
対物レンズ２７から射出された光が、投影光学系１３の
照明視野を遮光しないように投影光学系１３の鏡筒下部
周辺に固定されたプリズム（又はミラー）２８で反射さ
れ、ウエハＷをほぼ垂直に照射する。

【００３１】対物レンズ２７からの光は、ウエハＷ上の
ウエハマーク（下地マーク）を含む部分領域に照射さ
れ、当該領域から反射された光はプリズム２８、対物レ
ンズ２７、視野絞りＢＲ、ミラー２６、ビームスプリッ
ター２５及びレンズ系２９を介して指標板３０に導かれ
る。ここで、指標板３０は対物レンズ２７及びレンズ系
２９に関してウエハＷと共役な面内に配置され、ウエハ
Ｗ上のウエハマークの像は指標板３０の透明窓内に結像
される。更に指標板３０には、その透明窓内に指標マー
クとして、Ｙ方向に延びた２本の直線状マークをＸ方向
に所定間隔だけ離して配置したものが形成されている。
指標板３０を通過した光は、第１リレーレンズ系３１、
ミラー３２及び第２リレーレンズ系３３を介して撮像素
子（ＣＣＤカメラ等）３４へ導かれ、撮像素子３４の受
光面上にはウエハマークの像と指標マークの像とが結像
される。撮像素子３４からの撮像信号ＳＶは主制御系１
８に供給され、ここでウエハマークのＸ方向の位置（座
標値）が算出される。なお、上記構成のＦＩＡ系（Ｘ軸
用のＦＩＡ系）には、Ｙ方向のマーク位置を検出するた
めのもう１組のＦＩＡ系（Ｙ軸用のＦＩＡ系）も設けら
れている。

【００３２】次に、投影光学系１３の上部側方にはＴＴ
Ｌ（スルー・ザ・レンズ）方式のアライメントセンサー
１７も配置され、アライメントセンサー１７からの位置
検出用の光がミラーＭ１及びＭ２を介して投影光学系１
３に導かれている。その位置検出用の光は投影光学系１
３を介してウエハＷ上のウエハマーク上に照射され、こ
のウエハマークからの反射光が投影光学系１３、ミラー
Ｍ２及びミラーＭ１を介してアライメントセンサー１７
に戻される。アライメントセンサー１７は戻された反射
光を光電変換して得られた信号から、ウエハＷ上のウエ
ハマークの位置を求める。

【００３３】図２は、図１中のＴＴＬ方式のアライメン
トセンサー１７の詳細な構成を示し、この図２におい
て、本例のアライメントセンサー１７は、２光束干渉方
式のアライメント系（以下「ＬＩＡ系」という）とレー
ザ・ステップ・アライメント方式のアライメント系（以
下「ＬＳＡ系」という）とをその光学部材を最大限共有
させて組み合わせたものである。ここでは簡単に説明す
るが、より具体的な構成は特開平２−２７２３０５号公
報に開示されている。

【００３４】図２において、光源（Ｈｅ−Ｎｅレーザ光
源等）４０から射出されたレーザビームはビームスプリ
ッター４１で分割され、ここで反射されたレーザビーム
はシャッター４２を介して第１ビーム成形光学系（ＬＩ
Ａ光学系）４５に入射する。一方、ビームスプリッター
４１を透過したレーザビームは、シャッター４３及びミ
ラー４４を介して第２ビーム成形光学系（ＬＳＡ光学
系）４６に入射する。従って、シャッター４２及び４３
を適宜駆動することにより、ＬＩＡ系とＬＳＡ系とを切
り換えて使用することができる。

【００３５】さて、ＬＩＡ光学系４５は２組の音響光学
変調器等を含み、所定の周波数差△ｆを与えた２本のレ
ーザビームを、その光軸を挟んでほぼ対称に射出する。
更に、ＬＩＡ光学系４５から射出された２本のレーザビ
ームは、ミラー４７及びビームスプリッター４８を介し
てビームスプリッター４９に達し、ここを透過した２本
のレーザビームはレンズ系（逆フーリエ変換レンズ）５
３及びミラー５４を経て、装置上で固定されている参照
用回折格子５５に、互いに異なる２方向から所定の交差
角で入射して結像（交差）する。光電検出器５６は、参
照用回折格子５５を透過してほぼ同一方向に発生する回
折光同士の干渉光を受光し、回折光強度に応じた正弦波
状の光電信号ＳＲを主制御系１８（図２参照）内のＬＩ
Ａ演算ユニット５８に出力する。

【００３６】一方、ビームスプリッター４９で反射され
た２本のレーザビームは、対物レンズ５０によって視野
絞り５１の開口部で一度交差した後、ミラーＭ２（図１
中のミラーＭ１は図示省略）を介して投影光学系１３に
入射する。更に、投影光学系１３に入射した２本のレー
ザビームは、投影光学系１３の瞳面で光軸ＡＸに関して
ほぼ対称となって一度スポット状に集光した後、ウエハ
Ｗ上のウエハマークのピッチ方向（Ｙ方向）に関して光
軸ＡＸを挟んで互いに対称的な角度で傾いた平行光束と
なって、ウエハマーク上に異なる２方向から所定の交差
角で入射する。ウエハマーク上には周波数差△ｆに対応
した速度で移動する１次元の干渉縞が形成され、当該マ
ークから同一方向、ここでは光軸方向に発生した±１次
回折光（干渉光）は投影光学系１３、対物レンズ５０等
を介して光電検出器５２で受光され、光電検出器５２は
干渉縞の明暗変化の周期に応じた正弦波状の光電信号Ｓ
ＤｗをＬＩＡ演算ユニット５８に出力する。ＬＩＡ演算
ユニット５８は、２つの光電信号ＳＲ及びＳＤｗの波形
上の位相差からそのウエハマークの位置ずれ量を算出す
ると共に、レーザ干渉計１５からの位置信号ＰＤｓを用
いてウエハステージＷＳの座標位置を求め、この位置ず
れ量及び座標位置の情報をアライメントデータ記憶部６
１（図３参照）に出力する。

【００３７】一方、ＬＳＡ光学系４６はビームエクスパ
ンダー、シリンドリカルレンズ等を含み、ＬＳＡ光学系
４６から射出されたレーザビームはビームスプリッター
４８及び４９を介して対物レンズ５０に入射する。更
に、対物レンズ５０から射出されるレーザビームは、一
度視野絞り５１の開口部でスリット状に収束した後、ミ
ラーＭ２を介して投影光学系１３に入射する。投影光学
系１３に入射したレーザビームは、その瞳面のほぼ中央
を通った後、投影光学系１３のイメージフィールド内で
Ｘ方向に伸び、且つ光軸ＡＸに向かうような細長い帯状
スポット光としてウエハＷ上に投影される。

【００３８】スポット光とウエハＷ上のウエハマーク
（回折格子マーク）とをＹ方向に相対移動したとき、当
該ウエハマークから発生する光は投影光学系１３、対物
レンズ５０等を介して光電検出器５２で受光される。光
電検出器５２は、ウエハマークからの光のうち±１次〜
３次回折光のみを光電変換し、このように光電変換して
得られた光強度に応じた光電信号ＳＤｉを主制御系１８
内のＬＳＡ演算ユニット５７に出力する。ＬＳＡ演算ユ
ニット５７にはレーザ干渉計１５からの位置信号ＰＤｓ
も供給され、ＬＳＡ演算ユニット５７はウエハステージ
ＷＳの単位移動量毎に発生するアップダウンパルスに同
期して光電信号ＳＤｉをサンプリングする。更に、ＬＳ
Ａ演算ユニット５７は、各サンプリング値をデジタル値
に変換してメモリに番地順に記憶させた後、所定の演算
処理によってウエハマークのＹ方向の位置を算出し、こ
の情報を図３のアライメントデータ記憶部６１に出力す
る。

【００３９】次に、図１の主制御系１８の構成につき図
３を参照して説明する。図３は本例の主制御系１８及び
これと関連する部材を示し、この図３において、ＬＳＡ
演算ユニット５７、ＬＩＡ演算ユニット５８、ＦＩＡ演
算ユニット５９、アライメントデータ記憶部６１、誤差
演算ユニット６２、記憶部６３、ショットマップデータ
部６４、システムコントローラ６５、ウエハステージコ
ントローラ６６及びレチクルステージコントローラ６７
より主制御系１８が構成されている。これらの部材の内
で、ＬＳＡ演算ユニット５７、ＬＩＡ演算ユニット５８
及びＦＩＡ演算ユニット５９は、供給される光電信号か
ら、各ウエハマークの位置ずれ量、及びこの位置ずれ量
の検出時のウエハステージＷＳの座標位置（Ｘ，Ｙ）を
求め、この求めた位置ずれ量及び座標位置（Ｘ，Ｙ）の
情報をアライメントデータ記憶部６１に供給する。アラ
イメントデータ記憶部６１に記憶された位置ずれ量及び
座標位置の情報はＥＧＡ演算ユニット６２に供給され
る。

【００４０】ショットマップデータ記憶部６４には、ウ
エハＷ上の各ショット領域に属するウエハマークのウエ
ハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）での設計上の配列座標値が記
憶され、これら設計上の配列座標値はシステムコントロ
ーラ６５に供給される。システムコントローラ６５は、
ウエハＷ上の座標系（ｘ，ｙ）からステージ座標系
（Ｘ，Ｙ）への変換係数を用いて、各ウエハマークのス
テージ座標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標値を求める。そし
てシステムコントローラ６５は、この配列座標値に基づ
いてウエハステージコントローラ６６を介してレーザ干
渉計１５の計測値をモニターしつつ、モーター１６を介
して図１のウエハステージＷＳを駆動して、ウエハＷ上
の各計測対象領域又は露光対象領域の位置決めを行い、
露光対象領域には露光を行う。また、システムコントロ
ーラ６５は、レチクルステージコントローラ６７を介し
てレーザ干渉計１１の計測値をモニターしつつ、モータ
ー１２を介して図１のレチクルステージＲＳを駆動し
て、レチクルＲの位置調整を行う。

【００４１】誤差演算ユニット６２は、後述のようにア
ライメントデータ記憶部６１に記憶されている位置ずれ
量及びウエハステージＷＳの座標値（Ｘ，Ｙ）の情報か
ら、ステッピング誤差を求め、このステッピング誤差を
記憶部６３に記憶する。以下ではアライメント系とし
て、アライメントセンサー１７中のＬＩＡ光学系４５を
使用するものとして説明する。このＬＩＡ光学系４５か
らは、ウエハステージＷＳが静止しているときに、投影
光学系１３を介してウエハＷ上の回折格子状のウエハマ
ークに対して周波数の異なる２本のレーザビーム（ヘテ
ロダインビーム）が照射され、２本のレーザビームの内
の第１のレーザビームの＋１次回折光と第２のレーザビ
ームの−１次回折光とがウエハＷからほぼ垂直上方に平
行に射出される。そして、その±１次回折光よりなる干
渉光を光電変換することにより、ウエハマークの位置に
応じて位相変調されたビート信号が検出され、このビー
ト信号と基準となるビート信号との位相差からそのウエ
ハマークの基準位置からの位置ずれ量が検出される。

【００４２】図４は、アライメントセンサー１７中のＬ
ＩＡ光学系４５による検出位置とウエハステージＷＳに
対する図１のレーザ干渉計１５からのレーザビームの位
置関係とを示し、この図４において、ウエハステージＷ
ＳのＸ方向用の移動鏡１５ｍＸには、図示省略された２
つの干渉測長部から間隔ＲＬ₁の２本のレーザビームＬ
Ｂ_X及びＬＢ_OFがＸ軸に平行に照射され、レーザビーム
ＬＢ_Xの延長上に投影光学系１３の光軸（図４では投影
光学系１３の露光フィールド１３ａを示している）が有
り、レーザビームＬＢ_OFの延長上に図１のオフ・アクシ
ス方式のＦＩＡ系の対物レンズ２７による観察フィール
ド２７ａの中心を通る軸が有る。同様に、ウエハステー
ジＷＳのＹ方向用の移動鏡１５ｍＹにも、図示省略され
た干渉測長部からレーザビームＬＢ_YがＹ軸に平行に照
射され、レーザビームＬＢ_Yの延長上に投影光学系１３
の光軸が有る。

【００４３】そして、レーザビームＬＢ_X及びＬＢ_Yに
よる測長結果から、投影光学系１３の光軸上でのウエハ
ステージＷＳの２次元座標（Ｘ，Ｙ）が求められる。こ
れらレーザビームＬＢ_X及びＬＢ_Yは投影光学系１３の
光軸上で交差しているため、ウエハステージＷＳの座標
を計測する際にアッベ誤差が生じないようになってい
る。また、オフ・アクシス方式のＦＩＡ系の観察フィー
ルド内の所定の基準点でのウエハステージＷＳの２次元
座標は、レーザビームＬＢ_OF及びＬＢ_Yによりアッベ誤
差が生じない状態で計測される。更に、レーザビームＬ
Ｂ_Xによる測長結果とレーザビームＬＢ_OFによる測長結
果との差分からウエハステージＷＳのヨーイングが求め
られる。

【００４４】また、図４において、投影光学系１３の露
光フィールド１３ａ内のＹ方向の周辺の計測点Ｍｘに図
２のＬＩＡ光学系４５からの位置検出用のヘテロダイン
ビームが照射され、露光フィールド１３ａ内のＸ方向の
周辺の計測点ＭｙにＹ軸用のＬＩＡ光学系からヘテロダ
インビームが照射される。計測点Ｍｘは露光フィールド
１３ａの中心から観察フィールド２７ａ側に間隔ＲＬ₂
だけ離れた位置にあり、計測点Ｍｙは露光フィールド１
３ａの中心から移動鏡１５ｍＸ側に間隔ＲＬ₂だけ離れ
た位置にある。

【００４５】次に、本実施例で使用するレチクルＲにつ
き図５を参照して説明する。図５（ａ）は本例のレチク
ルＲのパターン領域内のパターンを示し、この図５
（ａ）において、レチクルＲの中央部に位置計測用マー
ク７１Ａが形成され、位置計測用マーク７１ＡからＸ方
向に間隔ａ及びＹ方向に間隔ｂの位置に位置計測用マー
ク７１Ｂが形成されている。位置計測用マーク７１Ａ及
び７１Ｂは、それぞれ従来例で説明した図１５の位置計
測用マーク８１及び８２の原画パターンと同じマークで
ある。従って、位置計測用マーク７１Ａ及び７１Ｂの投
影像の位置は図１５で説明した方法、即ち本例の図２の
ＬＳＡ光学系４６を使用する方法（レーザ・ステップ・
アライメント方式）により検出できる。

【００４６】また、位置計測用マーク７１ＢのＹ方向に
延びたドットパターン列のＹ方向への延長線上に、Ｘ方
向に所定ピッチで配列された格子状の位置計測用マーク
（以下、「ＬＩＡ計測用マーク」という）７２Ｘが形成
され、位置計測用マーク７１ＢのＸ方向に延びた直線部
のＸ方向への延長線上に、Ｙ方向に所定ピッチで配列さ
れた格子状のＬＩＡ計測用マーク７２Ｙが形成されてい
る。図５（ａ）のレチクルＲのパターンを投影光学系１
３を介してウエハＷ上に露光して現像すると、図５
（ｂ）に示すように、投影光学系１３の露光フィールド
１３ａの中央に位置計測用マーク７１Ａの像７１ＡＰが
形成される。投影光学系１３の投影倍率をβとして、露
光フィールド１３ａの中央に位置計測用マーク７１ＡＰ
がある状態から、ウエハステージＷＳをＸ方向にβ・ａ
及びＹ方向にβ・ｂだけ移動させると、図５（ｂ）に示
すように、露光フィールド１３ａの中央に位置計測用マ
ーク７１Ｂの像７１ＢＰが移動し、露光フィールド１３
ａの周辺部にＬＩＡ計測用マーク７２Ｘの像７２ＸＰ及
びＬＩＡ計測用マーク７２Ｙの像７２ＹＰが移動する。
以下では、簡単のため位置計測用マークの像７１ＡＰ，
７１ＢＰをも「位置計測用マーク」と呼び、ＬＩＡ計測
用マークの像７２ＸＰ，７２ＹＰをも「ＬＩＡ計測用マ
ーク」と呼ぶ。

【００４７】なお、投影光学系１３は実際にはレチクル
パターンの倒立像をウエハＷ上に結像するが、分かり易
くするため、ここでは投影光学系１３が正立像をウエハ
Ｗ上に結像するものとして説明している。そして、図２
のアライメントセンサー１７内のＬＩＡ光学系４５から
のヘテロダインビームが、図５（ｂ）のＬＩＡ計測用マ
ーク７２ＸＰ上にビームスポット７３Ｘとして照射さ
れ、不図示のＹ軸用のＬＩＡ光学系からのヘテロダイン
ビームが、ＬＩＡ計測用マーク７２ＹＰ上にビームスポ
ット７３Ｙとして照射される。これにより、ＬＩＡ計測
用マーク７２ＸＰのＸ方向の位置ずれ量、及びＬＩＡ計
測用マーク７２ＹＰのＹ方向の位置ずれ量がそれぞれＬ
ＩＡ方式（２光束干渉方式）で検出される。ＬＩＡ計測
用マーク７２ＸＰ及び７２ＹＰは、ＬＩＡ光学系４５を
含む検出系等が或る程度の設置誤差を有することを考慮
して十分に大きな格子マークとなっている。

【００４８】図５（ａ）のレチクルＲを使用して以下の
ようにステッピング精度の計測を行う。即ち、先ず未露
光でフォトレジストが塗布されたウエハＷを図１のウエ
ハステージＷＳ上に載置し、そのウエハＷ上に規則的に
順次図５（ａ）のレチクルＲのパターン像を投影し、そ
のウエハＷを現像する。図６は現像後のウエハＷ上のシ
ョット配列を示し、この図６において、ウエハＷ上には
Ｘ方向及びＹ方向にほぼ一定のピッチで１６個のショッ
ト領域ＥＳ１，ＥＳ２，…，ＥＳ１６が形成され、各シ
ョット領域ＥＳｉ（ｉ＝１〜１６）にそれぞれ図５
（ａ）のレチクルＲのパターン像が凹凸パターンとして
形成されている。例えば１番目のショット領域ＥＳ１に
は、位置計測用マーク７１ＡＰ₁及び７１ＢＰ₁と、Ｌ
ＩＡ計測用マーク７２ＸＰ₁及び７２ＹＰ₁とが形成さ
れている。図５（ｂ）で説明したように、ショット領域
ＥＳ１への露光時には位置計測用マーク７１ＡＰ₁が露
光フィールドの中心に位置しているが、後述のようにウ
エハステージＷＳをステッピング駆動してショット領域
ＥＳ１の位置を検出する際には、位置計測用マーク７１
ＢＰ₁を露光フィールドの中心に設定してＬＩＡ光学系
からのヘテロダインビームをＬＩＡ計測用マーク７２Ｘ
Ｐ₁及び７２ＹＰ ₁に照射する。

【００４９】次に、図６のように露光及び現像がなされ
たウエハＷを図１のウエハステージＷＳ上に載置して、
ウエハステージＷＳをステッピング駆動することによ
り、図７（ａ）に示すように、ショット領域ＥＳ１３，
…，ＥＳ１６，ＥＳ９，…，ＥＳ１２，ＥＳ５，…，Ｅ
Ｓ４の順にＬＩＡ方式で、各ショット領域ＥＳｉのＬＩ
Ａ計測用マークの位置を検出する。この際に、図６のウ
エハＷ上の各ショット領域ＥＳｉ（ｉ＝１〜１６）の配
列データに基づいて、各ショット領域ＥＳｉの右上隅の
位置計測用マーク（７１ＢＰ₁等）を投影光学系１３の
露光フィールドの中心に設定してウエハステージＷＳを
静止させる。そしてこの静止状態で、図４のレーザビー
ムＬＢ_X,ＬＢ_Y,ＬＢ_OFによる座標計測値Ｘ_Ai，Ｙ_Ai，Ｏ
Ｆ_Ai、ＬＩＡ方式で検出されたＸ軸用のＬＩＡ計測用マ
ーク（７２ＸＰ₁等）の位置ずれ量ｘ_Ai、ＬＩＡ方式で
検出されたＹ軸用のＬＩＡ計測用マーク（７２ＹＰ
₁等）の位置ずれ量ｙ_Ai、室内の温度、湿度、気圧、干
渉計補正値（温度等によるレーザビームの波長の補正
値）、及びウエハステージＷＳの駆動系のトルク値等を
サンプリングする。なお、レーザビームＬＢ_X,ＬＢ_Y,Ｌ
Ｂ_OFによる座標計測値、及びＬＩＡ方式での検出結果
は、２ｍｓｅｃ間隔でサンプリングを行って計測結果を
平均し、その他の値はショット領域ＥＳｉ毎に１回ず
つ、実際の露光時の露光時間と同等の時間だけサンプリ
ングを行う。

【００５０】次に、図６のウエハＷを対象として２回目
の計測を行う。この２回目の計測でも、ウエハステージ
ＷＳをステッピング駆動することにより、図７（ｂ）に
示すように１回目の計測での順序と同じ順序でショット
領域ＥＳ１３，…，ＥＳ４の順に、ＬＩＡ方式で各ショ
ット領域ＥＳｉのＬＩＡ計測用マークの位置を検出す
る。この２回目の計測でも各ショット領域ＥＳｉ（ｉ＝
１〜１６）について、図４のレーザビームＬＢ_X,ＬＢ_Y,
ＬＢ_OFによる座標計測値Ｘ_Bi，Ｙ_Bi，ＯＦ_Bi、ＬＩＡ方
式で検出されたＸ軸用のＬＩＡ計測用マーク（７２ＸＰ
₁等）の位置ずれ量ｘ_Bi、ＬＩＡ方式で検出されたＹ軸
用のＬＩＡ計測用マーク（７２ＹＰ₁等）の位置ずれ量
ｙ_Bi、室内の温度、湿度、気圧、干渉計補正値（温度等
によるレーザビームの波長の補正値）、及びウエハステ
ージＷＳの駆動系のトルク値等をサンプリングする。

【００５１】その後、上述のように２回の計測で得られ
た計測結果を解析して、ステッピング誤差の要因を求め
る。先ず、２回目の計測結果（添字Ｂを付した値）から
１回目の計測結果（添字Ａを付した値）を差し引いた結
果が、ウエハステージＷＳをステッピング駆動した場合
に生ずる誤差（ステッピング誤差）となる。従って、レ
ーザビームＬＢ_X,ＬＢ_Y,ＬＢ_OFによる座標計測値のステ
ッピング誤差をΔＸ_i，ΔＹ_i，ΔＯＦ_iとして、ＬＩ
Ａ方式で検出されたＸ軸用のＬＩＡ計測用マークの位置
ずれ量、及びＬＩＡ方式で検出されたＹ軸用のＬＩＡ計
測用マークの位置ずれ量のステッピング誤差をそれぞれ
Δｘ_i及びΔｙ_iとすると、これらステッピング誤差は
次のように表される。

【００５２】

【数１】ΔＸ_i=Ｘ_Bi−Ｘ_A，ΔＹ_i=Ｙ_Bi−Ｙ_A，ΔＯＦ
_i=ＯＦ_Bi−ＯＦ_A

【００５３】

【数２】Δｘ_i=ｘ_Bi−ｘ_A，Δｙ_i=ｙ_Bi−ｙ_A 同様に室内の温度等についても差分演算によりステッピ
ング誤差が求められる。これらのステッピング誤差は以
下のように要因別に分類することができる。レーザ干渉計の計測結果のオフセット誤差（ΔＸ_i,Δ
Ｙ_i)：これはウエハステージＷＳのステージ制御誤差と
考えられる。（ΔＯＦ_i-ΔＸ_i)／（レーザビームＬＢ_XとＬＢ_OFと
の間隔ＲＬ₁)＝ＹＡＷ：これはウエハステージＷＳのヨ
ーイング誤差と考えられる。

【００５４】（Δｘ_i,Δｙ_i)−（ΔＸ_i，ΔＹ_i)−
（ＹＡＷ・ＲＬ₂,ＹＡＷ・ＲＬ₂)（但し、ＹＡＷはヨー
イング誤差である、ＲＬ₂ は図４に示すように、ＬＩＡ
計測用ビームの露光中心からの間隔である）：これは空
気揺らぎ誤差及びレーザ干渉計の誤差であると考えられ
る。温度、湿度、気圧、レーザ干渉計の波長補正値のステ
ッピング誤差：これらはレーザ干渉計の計測結果の補正
誤差であると考えられる。ウエハステージＷＳの駆動系のトルク値のステッピン
グ誤差：これはウエハステージＷＳのステージ制御精度
であると考えられる。

【００５５】このように〜に分類されたステッピン
グ誤差が集まって全体としてのステッピング誤差となる
ため、これらの数値の中で所定の基準値よりも悪い要因
について調整を行うことにより、効率的にステッピング
精度を改善することができる。なお、図７の例では１回
目と２回目とでステッピングの順序は同じであるが、図
８（ａ）及び（ｂ）に示すように１回目と２回目とでス
テッピング方向を変更しても良い。即ち、図８（ａ）で
は図７（ａ）と同じ順序で各ショット領域ＥＳｉの計測
が行われるが、図８（ｂ）ではショット領域ＥＳ１６，
…，ＥＳ８，ＥＳ１２，…，ＥＳ９，ＥＳ８，…，ＥＳ
５，ＥＳ４，…，ＥＳ１の順序で計測が行われる。この
ように１回目と２回目とでステッピング方向を変更する
ことにより、ステッピングの方向によるステッピング精
度の差異を調べることができる。また、１回目では実際
に各ショット領域ＥＳｉへの露光を行いながら計測を行
い、２回目では露光を行うことなく計測を行うことによ
り、露光によるウエハＷの膨張の影響を調べてみること
もできる。その他に、ウエハの傾きを補正するオートレ
ベリングを行う場合と行わない場合等に関しても、その
影響を調べることができる。

【００５６】次に、計測結果の表示方法の例につき説明
する。先ず上述の〜の結果を個別に表示する場合を
考えると、図９に示すようなベクトル表示が望ましい。
図９はウエハＷ上の各ショット領域ＥＳ１，ＥＳ２，Ｅ
Ｓ３，…毎に、例えばレーザ干渉計により２回目に計測
された座標（Ｘ_Bi，Ｙ_Bi）から、１回目に計測された座
標（Ｘ_Ai，Ｙ_Ai）を差し引いて得られたオフセットを示
すベクトル（ΔＸ₁,ΔＹ₁)、（ΔＸ₂,ΔＹ₂)、（ΔＸ₃,
ΔＹ₃)、…を拡大してプロットしたものである。このオ
フセットの誤差要因を更に線形誤差、非線形誤差等に分
離して表示できるようにしておけば、ステッピング誤差
についてウエハＷ上のショット領域の列毎の特性や周辺
部のショット領域の特性の良否も一目で判別することが
できる。

【００５７】また、レーザ干渉計により計測された座標
（Ｘ，Ｙ）と、ＬＩＡ方式で計測された座標（ｘ，ｙ）
とについては、各ショット領域ＥＳｉでのオフセット
（ΔＸ _i,ΔＹ_i)及び（Δｘ_i,Δｙ_i)の他に、２ｍｓｅｃ
毎にサンプリングしたときの標準偏差の３倍の値（３
σ）を表示できるようにしてもよい。図１０（ａ）はレ
ーザ干渉計による計測結果の内のＸ座標のオフセットΔ
Ｘ_iをショット領域ＥＳｉ毎に表示したものであり、図
１０（ｂ）はそのＸ座標のサンプリング値の３σをショ
ット領域ＥＳｉ毎に表示したものである。その３σの値
より、実際の露光中にどの程度の振動が生じているのか
を調べることができ、その振動を抑制することにより投
影像の劣化を防止することもできる。

【００５８】更に、図１１に示すように、各ショット領
域毎の計測データをフーリエ変換し、周波数ｆを横軸と
して縦軸に強度を表示するようにしてもよい。これによ
り、露光装置内のどの駆動部の振動がステッピング誤差
に影響しているのかを正確に調べることができる。これ
に関して、計測データを各ショット領域毎にフーリエ変
換し、その結果を平均して露光装置の平均的振動を調べ
ることも可能である。また、ショット領域毎に数回計測
を行ってそれぞれ計測データをフーリエ変換し、フーリ
エ変換結果を平均化して、ショット領域毎の差異を調べ
るようにしてもよい。また、このようにフーリエ変換す
る方法では、特にＬＩＡ方式で位置検出を行う場合の計
測精度が新たな誤差要因として生じるが、複数回計測を
行ってフーリエ変換結果を平均化することにより、その
新たな誤差要因は無視できる誤差となる。

【００５９】次に、本発明の第２実施例につき図１２を
参照して説明する。この実施例でも図１〜図３で示され
ている投影露光装置を使用する。また、レチクルとして
は図５（ａ）のパターンが形成されているレチクルＲを
使用し、ウエハとしては図６に示すように、Ｘ方向及び
Ｙ方向にほぼ一定ピッチで配列されたショット領域ＥＳ
１〜ＥＳ１６にそれぞれ図５（ａ）のレチクルＲのパタ
ーンを露光して現像してあるウエハＷを使用するものと
する。

【００６０】図１２は本実施例で使用するウエハＷを示
し、最初の段階ではショット領域ＥＳ１，ＥＳ２，…，
ＥＳ１６にそれぞれ図５（ａ）の位置計測用マーク７１
Ａ，７１Ｂ及びＬＩＡ計測用マーク７２Ｘ，７２Ｙの像
が凹凸パターンとして形成されている。この状態から、
各ショット領域ＥＳｉ（ｉ＝１〜１６）毎に所定の順序
で（例えば図７（ａ）の順序で）、各ショット領域ＥＳ
ｉ中のＬＩＡ計測用マーク（７２ＸＰ₁,７２ＹＰ₁等）
の位置を図２のＬＩＡ光学系４５を用いて検出している
状態で、レチクルＲのパターンを露光する。そして、露
光中の静止状態で、図４のレーザビームＬＢ_X,ＬＢ_Y,Ｌ
Ｂ_OFによる座標計測値Ｘ_Ai，Ｙ_Ai，ＯＦ _Ai、ＬＩＡ方式
で検出されたＸ軸用のＬＩＡ計測用マーク（７２ＸＰ₁
等）の位置ずれ量ｘ_Ai、ＬＩＡ方式で検出されたＹ軸用
のＬＩＡ計測用マーク（７２ＹＰ ₁等）の位置ずれ量ｙ
_Ai、室内の温度、湿度、気圧、干渉計補正値（温度等に
よるレーザビームの波長の補正値）、及びウエハステー
ジＷＳの駆動系のトルク値等をサンプリングする。

【００６１】これにより、例えばショット領域ＥＳ１に
関しては、位置計測用マーク７１ＢＰ₁を中心としたシ
ョット領域ＥＱ１にレチクルＲのパターン像が露光さ
れ、位置計測用マーク７１ＢＰ₁の近傍には、図５
（ａ）の中央の位置計測用マーク７１Ａの像７１ＡＱ₁
が露光される。同様にして、各ショット領域ＥＳ２，Ｅ
Ｓ３，…，ＥＳ１６に対してそれぞれ横ずれしたショッ
ト領域ＥＱ２，ＥＱ３，…，ＥＱ１６に、レチクルＲの
パターン像が露光される。その後ウエハＷの現像を行う
ことにより、ショット領域ＥＱ１〜ＥＱ１６上のパター
ン像が凹凸パターンとなる。

【００６２】次に、ウエハＷ上のショット領域ＥＱ１〜
ＥＱ１６について所定の順序で（例えば図７（ｂ）の順
序で）、各ショット領域ＥＱｉ中のＬＩＡ計測用マーク
の位置を図２のＬＩＡ光学系４５を用いて検出する。そ
して、図４のレーザビームＬＢ_X,ＬＢ_Y,ＬＢ_OFによる座
標計測値ＸＱ_Bi，ＹＱ_Bi，ＯＦＱ_Bi、ＬＩＡ方式で検出
されたＸ軸用のＬＩＡ計測用マーク（７２ＸＰ₁等）の
位置ずれ量ｘＱ_Bi、ＬＩＡ方式で検出されたＹ軸用のＬ
ＩＡ計測用マーク（７２ＹＰ₁等）の位置ずれ量ｙ
Ｑ_Bi、室内の温度、湿度、気圧、干渉計補正値（温度等
によるレーザビームの波長の補正値）、及びウエハステ
ージＷＳの駆動系のトルク値等をサンプリングする。

【００６３】その後、上述のように２回の計測で得られ
た計測結果を解析して、ステッピング誤差の要因を求め
る。この場合、一例として第１実施例で説明した方法で
１回目と２回目との差分を求め、ステッピング誤差を要
因毎に分類する。また、この実施例では２回目の計測結
果は、実際の露光結果であるため、この実施例で求めた
ステッピング誤差と、第１実施例の手法で求めたステッ
ピング誤差とを比較することによって、第１実施例の手
法で求めたステッピング誤差以外の誤差（露光装置のね
じれ、レチクルＲのドリフト等による誤差）の存在も予
測することができる。また、この第２実施例の手法は、
露光装置の調整時のみならず、メインテナンス時等に実
際の使用場所でステッピング精度の状態を調べるために
使用してもよい。

【００６４】なお、上述実施例では、各ショット領域の
位置検出を行うのに、ＴＴＬ方式のアライメントセンサ
ー１７を使用していたが、図１のオフ・アクスシ方式の
アライメント系（２０〜３４）のように投影光学系１３
を介さないアライメント系を使用して各ショット領域の
位置検出を行うようにしてもよい。この場合、計測位置
は実際の露光位置と多少異なるが、同様のステッピング
誤差を検出できる。また、オフ・アクシス方式のアライ
メント系を使用する場合でも、図４に示すようにレーザ
ビームＬＢ_Y及びＬＢ_OFを使用して座標計測を行うこと
により、アッベ誤差の発生を抑制できるという利点もあ
る。更に、レチクルＲとウエハＷとを同時に計測できる
ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のアライメント系
を用いて各ショット領域の位置検出を行うようにしても
よい。

【００６５】また、上述実施例は本発明をステップ・ア
ンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパー等）に
適用したものであるが、本発明は各ショット領域毎にス
リット状の照明領域に対してレチクルとウエハとを走査
して露光を行う、所謂ステップ・アンド・スキャン方式
の露光装置にも適用できる。この場合、レチクル及びウ
エハの相対位置をモニターするレーザ干渉計と、ウエハ
の走査方向に連続して位置をモニターできるホモダイン
型のＬＩＡ方式のアライメント系と、走査方向に垂直な
非走査方向に連続して位置をモニターできるヘテロダイ
ン型のＬＩＡ方式のアライメント系とを用いることによ
り、上述実施例と同様にステッピング誤差を計測するこ
とができる。

【００６６】また、上述実施例ではウエハＷを現像した
後に各マークの位置を検出しているが、露光後に現像を
行うことなく、潜像の段階で各マークの位置を検出する
ようにしてもよい。このように本発明は上述実施例に限
定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成
を取り得る。

【００６７】

【発明の効果】本発明の第１のステージの位置制御精度
の測定方法によれば、実際に露光を行うことなく２回の
計測結果を比較するだけでよいため、ステージの位置制
御精度の測定効率が高い利点がある。更に、ステージ位
置計測手段による計測結果とアライメント系による計測
結果とを個別に記憶しているため、ステージの位置制御
精度に影響する要因の分析ができる利点もある。従っ
て、特に露光装置の調整工程で使用すると、ステージの
位置制御精度の誤差の要因を特定できるため、調整時間
を短縮することができる。

【００６８】また、第２のステージの位置制御精度の測
定方法によれば、露光を行う際に計測を行っているた
め、ステージの位置制御精度の測定効率が高い利点があ
る。更に、ステージ位置計測手段による計測結果とアラ
イメント系による計測結果とを個別に記憶しているた
め、ステッピング精度に影響する要因の分析ができる利
点もある。また、実際の露光結果を使用しているため、
露光された像の劣化の要因についても解析することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で使用される投影露光装置を示
す構成図である。

【図２】図１中のＴＴＬ方式のアライメントセンサー１
７の詳細な構成を示すブロック図である。

【図３】図１中の主制御系１８等の詳細な構成を示すブ
ロック図である。

【図４】レーザ干渉計の計測ビームとウエハステージＷ
Ｓとの位置関係等を示す平面図である。

【図５】（ａ）は実施例で使用されるレチクルＲのパタ
ーンを示す平面図、（ｂ）はそのレチクルＲのパターン
の投影図を示す一部を切り欠いた図である。

【図６】実施例で計測対象とされるウエハＷ上のショッ
ト配列を示す平面図である。

【図７】第１実施例における１回目の計測手順及び２回
目の計測手順の一例を示す図である。

【図８】第１実施例における１回目の計測手順及び２回
目の計測手順の他の例を示す図である。

【図９】ステッピング誤差をベクトル表示で示した例を
示す図である。

【図１０】（ａ）はステッピング誤差のオフセットを示
す図、（ｂ）は計測結果の標準偏差の３倍を示す図であ
る。

【図１１】計測結果をフーリエ変換した結果の一例を示
す図である。

【図１２】第２実施例でウエハ上の各ショット領域の位
置計測及び露光を行って得られるショット配列を示す平
面図である。

【図１３】従来のステッピング精度の計測方法の一例に
おけるウエハ上のショット配列を示す平面図である。

【図１４】従来のステッピング精度の計測方法の他の例
におけるウエハ上のショット配列を示す平面図である。

【図１５】従来の位置計測用マークの計測方法の説明に
供する図である。

【符号の説明】

１水銀ランプ３照明光学系９メインコンデンサーレンズＲレチクル１３投影光学系ＷウエハＷＳウエハステージ１５レーザ干渉計１７ＴＴＬ方式のアライメントセンサー１８主制御系ＥＳ１〜ＥＳ１６ショット領域７１ＡＰ，７１ＢＰ位置計測用マーク７２ＸＰ，７２ＹＰＬＩＡ計測用マーク

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上のパターンが露光される感光性
の基板を保持して該基板を２次元平面内で移動させるス
テージと、該ステージの位置を計測するステージ位置計
測手段と、前記基板上の位置合わせ用のマークの位置を
検出するアライメント系とを有する露光装置の前記ステ
ージの位置制御精度の測定方法において、予め複数の計測用パターンが形成された所定の基板を前
記ステージ上に載置し、所定の第１の順序で前記複数の
計測用パターンの位置をそれぞれ前記アライメント系で
検出して記憶すると共に、前記アライメント系で前記複
数の計測用パターンの位置を検出したときに前記ステー
ジ位置計測手段により計測される前記ステージの位置を
それぞれ記憶する第１工程と、所定の第２の順序で前記所定の基板上の前記複数の計測
用パターンの位置をそれぞれ前記アライメント系で検出
して記憶すると共に、前記アライメント系で前記複数の
計測用パターンの位置を検出したときに前記ステージ位
置計測手段により計測される前記ステージの位置をそれ
ぞれ記憶する第２工程と、前記第１工程で記憶された結果と前記第２工程で記憶さ
れた結果とを比較する第３工程と、を有することを特徴
とするステージの位置制御精度の測定方法。
【請求項２】前記第３工程で比較した結果に基づい
て、前記ステージの位置制御精度を求めることを特徴と
する請求項１に記載のステージの位置制御精度の測定方
法。
【請求項３】前記第３工程で比較した結果に基づい
て、前記ステージの位置制御精度に影響する複数の要因
を分類することを特徴とする請求項１に記載のステージ
の位置制御精度の測定方法。
【請求項４】前記複数の要因を、前記ステージ位置計
測手段の計測誤差と、前記アライメント系の検出誤差と
の少なくとも一つに分類することを特徴とする請求項３
に記載のステージの位置制御精度の測定方法。
【請求項５】前記ステージ位置計測手段は、レーザ干
渉計であり、前記計測誤差は、前記レーザ干渉計の計測誤差であるこ
とを特徴とする請求項４に記載のステージの位置制御精
度の測定方法。
【請求項６】前記第３工程で比較した結果に基づい
て、前記アライメント系の検出誤差を求めることを特徴
とする請求項１に記載のステージの位置制御精度の測定
方法。
【請求項７】前記第１工程及び前記第２工程は、前記
ステージが移動している間に前記ステージ位置計測手段
の計測結果をサンプリングすると共に、前記アライメン
ト系の検出結果をサンプリングすることを特徴とする請
求項１〜５のいずれか一項に記載のステージの位置制御
精度の測定方法。
【請求項８】前記第１工程及び第２工程は、室内の温
度、湿度、気圧を同時にサンプリングすることを特徴と
する請求項７に記載のステージの位置制御精度の測定方
法。
【請求項９】前記所定の第２の順序は、前記所定の第
１の順序とは異なる順序であることを特徴とする請求項
１〜８のいずれか一項に記載のステージの位置制御精度
の測定方法。
【請求項１０】前記第３工程では、前記互いに異なる
順序で計測された前記複数の計測パターンの位置を比較
することによって、前記ステージのステッピング方向に
よるステッピング精度の差異を求めることを特徴とする
請求項９に記載のステージの位置制御精度の測定方法。
【請求項１１】前記第３工程で比較した結果を表示す
ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記
載のステージの位置制御精度の測定方法。
【請求項１２】前記第３工程は、前記ステージの位置
決め誤差の要因を線形誤差、非線形誤差に分離して表示
することを特徴とする請求項１１に記載のステージの位
置制御精度の測定方法。
【請求項１３】マスク上のパターンが露光される感光
性の基板を保持して該基板を２次元平面内で移動させる
ステージと、該ステージの位置を計測するステージ位置
計測手段と、前記基板上の位置合わせ用のマークの位置
を検出するアライメント系とを有する露光装置の前記ス
テージの位置制御精度の測定方法において、予め複数の計測用パターンが形成された所定の基板を前
記ステージ上に載置し、所定の順序で前記複数の計測用
パターンのそれぞれに対応させて前記マスクのパターン
を露光し、前記マスクのパターンを露光したときの前記
複数の計測用パターンの位置をそれぞれ前記アライメン
ト系で検出して記憶すると共に、前記アライメント系で
前記複数の計測用パターンの位置を検出したときに前記
ステージ位置計測手段により計測される前記ステージの
位置をそれぞれ記憶する第１工程と、前記第１工程で前記所定の基板上に露光された前記マス
クのパターンの位置をそれぞれ前記アライメント系で検
出して記憶すると共に、前記アライメント系で前記マス
クのパターンの露光位置を検出したときに前記ステージ
位置計測手段により計測される前記ステージの位置をそ
れぞれ記憶する第２工程と、前記第１工程で記憶された結果と前記第２工程で記憶さ
れた結果とを用いて前記ステージの位置制御精度を求め
る第３工程と、を有することを特徴とするステージの位
置制御精度の測定方法。
【請求項１４】前記第３工程は、さらに露光時に生じ
る誤差を求めることを特徴とする請求項１３に記載のス
テージの位置制御精度の測定方法。