JP3448991B2 - ステージ移動制御装置、投影型露光装置およびステージ駆動方法ならびに露光方法。 - Google Patents

ステージ移動制御装置、投影型露光装置およびステージ駆動方法ならびに露光方法。

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JP3448991B2 JP29472394A JP29472394A JP3448991B2 JP 3448991 B2 JP3448991 B2 JP 3448991B2 JP 29472394 A JP29472394 A JP 29472394A JP 29472394 A JP29472394 A JP 29472394A JP 3448991 B2 JP3448991 B2 JP 3448991B2
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    • G03F7/709—Vibration, e.g. vibration detection, compensation, suppression or isolation

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、直線上又は直交二軸方
向に移動可能なステージの移動位置を制御するステージ
移動制御装置及びこのステージ移動制御装置を含んで構
成される投影型露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体素子や液晶表示素子等
の製造過程中のリソグラフィ工程においては、マスク上
に形成された回路パターンを投影光学系を介してウエハ
やプレート等の感光基板上に投影露光する投影型露光装
置が用いられている。この投影型露光装置としては、種
々の方式のものがあるが、例えば、半導体製造の場合、
ウエハ上に形成される線幅は、回路の集積度の向上に伴
って年々微細化し、現在ではステップ・アンド・リピー
ト方式の縮小投影型露光装置、即ちいわゆるステッパー
が主流となっている。
【０００３】このステッパーは、１つのマスク（レチク
ル）のパターン全体を内包し得る露光フィールドを持っ
た投影光学系を介してウエハをステップ・アンド・リピ
ート方式で露光するものである。このステッパーは、ス
キャン露光方式を採用したアライナー等に比べて解像
力、重ね合せ精度等が高く、今後もしばらくはこのステ
ッパーが主流であるものと考えられる。
【０００４】ところが、最近になって、スキャン露光方
式を改良し、高解像力を達成する新しい方式としてステ
ップ・アンド・スキャン方式なる投影型露光装置が提案
された。このステップ・アンド・スキャン方式とは、マ
スク（レチクル）を一次元に走査しつつ、ウエハをそれ
と同期した速度で一次元に走査するスキャン方式と、ウ
エハをステップ移動させる方式とを混用したものであ
る。
【０００５】ところで、上述した二つの方式の投影型露
光装置では、ウエハ上の露光ショットを順次露光するた
め、直交二軸方向に移動可能なウエハステージ（ＸＹス
テージ）が設けられているが、このステージの位置決め
時には、目標位置と前記ステージの移動位置を検出する
干渉計の出力値である現在位置との誤差が所定値以内と
なったときに位置決め完了と判断し、その直後に露光が
行なわれていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の投影露光装置では、ウエハステージの位置決め
が完了した後、露光中のステージの振動量を監視してい
なかったことから、露光により転写されたパターンの像
が劣化した（像が暈けた）場合に、それがステージの振
動によるものなのか、その他の要因によるものなのかを
判別することが困難であると共に、ステージそのものの
振動が像の劣化に与える影響を定量的に評価することが
できないという不都合があった。
【０００７】この一方、「投影像が投影されて、像が形
成される感光体の振動を検知する手段を少なくとも一つ
設け、該検知手段により投影像と感光体との位置ずれの
量を検知するようにした露光装置」が、特開昭６０−３
２０５０号公報に開示されている。しかしながら、この
発明にいう振動の検知手段は、加速度計、微小変位計等
の直接的にステージの振動を検出するセンサであり、本
来的に投影型露光装置にとって具備すべきものではない
ため、かかる検知手段を設ければその分コストの上昇を
招くという不都合があった。
【０００８】また、この公報記載の発明は、露光中のス
テージの振動による像暈け（像の劣化）を検出するので
はなく、上記従来技術の欄で説明したステージの位置決
めを干渉計の出力ではなく、振動の検知手段の出力に基
づいて行なうものに他ならない。従って、この発明によ
っても、露光により転写されたパターンの像が劣化した
（像が暈けた）場合に、それがステージの振動によるも
のなのか、その他の要因によるものなのかの判別は勿
論、ステージそのものの振動が像の劣化に与える影響を
定量的に評価することはできないという不都合があっ
た。
【０００９】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、ステージ
位置決め時直後の振動特性を定量的に評価できるステー
ジ移動制御装置を提供することにある。本発明の第２の
目的は、ステージそのものの振動が像の劣化に与える影
響を定量的に評価し、これにより感光基板上に投影露光
されるパターン像の劣化を防止することができる投影型
露光装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
直線上又は直交二軸方向に移動可能なステージの移動位
置を制御するステージ移動制御装置であって、前記ステ
ージの移動位置を検出する位置センサと、前記位置セン
サの出力をモニターしつつ前記ステージの移動位置を制
御する制御手段と、前記ステージの位置決め時に、前記
位置センサの出力に基づき前記ステージの目標位置と現
在位置との誤差の２乗の相加平均の平方根を演算すると
共に、この演算結果に基づいて前記ステージの振動量を
推定する推定手段と、を有する。
【００１１】ここで、位置センサとしては、非接触でス
テージの位置を検出する位置センサ、例えば、静電容量
式非接触変位センサ、半導体光位置検出器、あるいは一
般的な露光装置において投影レンズとウエハステージの
位置合わせのために用いられているレーザ干渉計等を使
用することが好ましい。請求項２記載の発明は、請求項
１記載のステージ移動制御装置において、前記推定手段
は、位置決め処理シーケンス中の前記誤差が所定の許容
値以下となる位置決め完了時に割り込み処理により前記
誤差の平方和を演算し、前記割り込み処理終了後に前記
演算された誤差の平方和を用いて誤差の２乗の相加平均
の平方根を演算することを特徴とする。
【００１２】請求項３記載の発明は、直交二軸方向に移
動可能なステージの位置を順次移動しつつ前記ステージ
上の感光基板の被露光領域にマスクパターンを投影露光
する投影型露光装置であって、前記ステージと、前記ス
テージの移動位置を検出する干渉計と、前記干渉計の出
力をモニターしつつ前記ステージの移動位置を制御する
制御手段と、前記ステージ上の感光基板の被露光領域に
マスク上の転写領域に形成されたパターンを投影する投
影光学系と、前記マスク上の転写領域に露光用の照明光
を照射する照明系と、前記ステージの位置決め時に、前
記干渉計の出力に基づき前記ステージの目標位置と現在
位置との誤差の２乗の相加平均の平方根を演算すると共
にこの演算結果に基づいて前記ステージの振動量を推定
する推定手段と、前記推定された前記ステージの振動量
に基づいて前記制御手段の制御特性を調整する調整手段
と、を有する。干渉計は、前記直交２軸を含む平面内で
のステージの回転、いわゆるヨーイングについても計測
するように構成することができる。また、調整手段が調
整する制御手段の制御特性は、ステージ位置フィードバ
ック系のゲインとすることができる。更に、推定手段
は、パターンを前記感光基板上に露光するのに必要な時
間に応じて前記誤差をサンプリングするものとすること
ができる。請求項７記載の発明は、２次元移動可能なス
テージを駆動するステージ駆動方法において、前記ステ
ージの現在位置と目標位置との誤差の２乗平均平方根を
求めるステップと、前記２乗平均平方根に応じて前記ス
テージの制御特性を調整するステップと、前記制御特性
に従って前記ステージを駆動するステップとを含むステ
ージ駆動方法に関する。ここで、ステージの制御特性
は、ステージ位置フィードバックサーボ系のゲインとす
ることができる。請求項９記載の発明は、ステージ上に
載置した感光基板上にパターンを露光する露光方法にお
いて、前記ステージが請求項７または８記載のステージ
駆動方法に従って駆動される。本露光方法の２乗平均平
方根を求めるステップは、前記パターンを前記感光基板
に露光するのに要する時間に応じて前記ステージの現在
位置と目標位置との誤差をサンプリングすることを含む
ものとすることができる。
【００１３】
【作用】請求項１記載の発明によれば、ステージが移動
すると、この移動位置が位置センサにより検出される。
制御手段ではこの位置センサの出力をモニターしつつス
テージの移動位置を制御する。このようにしてステージ
の移動位置が制御手段により制御され、ステージの位置
決めが行なわれると、推定手段では位置センサの出力に
基づきステージの目標位置と現在位置との誤差（以下、
適宜「位置決め誤差」という）の２乗の相加平均の平方
根を演算すると共に、この演算結果に基づいてステージ
の振動量を推定する。
【００１４】これによれば、位置決め誤差の２乗の相加
平均の平方根に基づいてステージの振動量が推定される
ので、位置決め直後の振動の減衰が急激な場合、減衰が
緩やか若しくは殆どない場合等、振動特性をある程度定
量的に評価することが可能になる。請求項２記載の発明
によれば、推定手段が、位置決め処理シーケンス中の位
置決め誤差が所定の許容値以下となる位置決め完了時に
割り込み処理により位置決め誤差の平方和を演算し、割
り込み処理終了後に演算された誤差の平方和を用いて誤
差の２乗の相加平均の平方根を演算する。従って、これ
によれば、比較的短時間（例えば、５００μｓ程度）で
演算できる位置決め誤差の平方和の演算を位置決め処理
シーケンス中の割り込み処理により行ない、演算に時間
を要する平方根演算を当該割り込み処理の終了後に行な
うので、全体的な演算を効率よく行なうことが可能とな
る。
【００１５】請求項３記載の発明によれば、ステージが
移動すると、この移動位置が干渉計で検出される。制御
手段では、この干渉計の出力をモニターしつつステージ
の移動位置を制御する。このようにしてステージの移動
位置が制御手段により制御され、ステージの位置決めが
行なわれると、推定手段では干渉計の出力に基づきステ
ージの位置ずれ誤差の２乗の相加平均の平方根を演算す
ると共にこの演算結果に基づいてステージの振動量を推
定する。調整手段では、推定されたステージの振動量に
基づいて制御手段の制御特性を調整する。
【００１６】露光の際には、上記のようにしてステージ
の位置決めが行なわれた後、照明系により、マスク上の
転写領域に露光用の照明光が照射され、投影光学系を介
してステージ上の感光基板の被露光領域にマスク上の転
写領域に形成されたパターンが投影される。このような
動作が、ステージの位置を順次移動しつつ行なわれる。
【００１７】これによれば、例えば、露光前に、ステー
ジを移動して位置決めを行ない、所定の時間（露光時間
と同一の時間であることが望ましい）の間、干渉計の出
力に基づきステージの位置ずれ誤差の２乗の相加平均の
平方根を演算すると共にこの演算結果に基づいてステー
ジの振動量を推定することにより、実際の露光中のステ
ージの振動量を定量的に評価することが可能となり、こ
の評価の結果、ステージの振動によりパターンの像の暈
けが許容できない程度であれば、調整手段により制御手
段の制御特性、例えばステージ位置のフィードバックサ
ーボ制御系のゲインを調整することにより、位置決め直
後のステージの振動の減衰率を向上させることが可能と
なる。請求項７記載の発明によれば、ステージの位置ず
れ誤差の２乗平均平方根を算出し、算出された２乗平均
平方根に応じて制御特性が調整されて、調整された制御
特性に従ってステージが駆動される。これによれば、ス
テージ位置決め直後のステージの振動の減衰率を向上さ
せたステージ駆動を行うことができる。請求項９記載の
露光方法によれば、制御特性が調整されたステージ駆動
方法に従ってステージを駆動して、感光基板にパターン
を露光する。これによれば、ステージ位置決め直後のス
テージ振動の減衰率が向上しているので、露光中のステ
ージ振動を抑制することができ、ステージ振動の影響に
より像の劣化（像暈け）が生じないようにすることがで
きる。
【００１８】
【実施例】
《第１実施例》以下、本発明に係るステージ移動制御装
置を含んで構成された本発明に係る投影露光装置の第１
実施例について図１ないし図６に基づいて説明する。図
１には、第１実施例の投影型露光装置１０の全体構成が
概略的に示されている。
【００１９】この露光装置１０は、いわゆるステップ・
アンド・スキャン方式の縮小投影型露光装置である。こ
の露光装置１０は、露光用照明系、レチクル移動系、投
影光学系、アライメント系、及びステージ移動制御装置
等を有している。投影光学系は、両側テレセントリック
で１／５又は１／４縮小の屈折素子のみ、あるいは屈折
素子と反射素子との組み合わせで構成されており、以下
の説明ではこの投影光学系を便宜上「投影レンズＰＬ」
と呼ぶ。
【００２０】露光用照明系は、水銀ランプ１２、楕円鏡
１４、ロータリーシャッタ１６、ミラー１８、インプッ
トレンズ２０、フライアイレンズ系２２、ビームスプリ
ッタ２４、レンズ系２６、レチクルブラインド機構２
８、レンズ系３０、ミラー３２、及びメインコンデンサ
レンズ３４を含んで構成されている。ここで、この照明
系の構成について各部の作用と共に詳述する。
【００２１】水銀ランプ１２からの露光用照明光は楕円
鏡１４でその第２焦点に集光される。この第２焦点に
は、モータ３６によって照明光の遮断と透過とを切り替
えるロータリーシャッタ１６が配置されており、当該シ
ャッタ１６を通った照明光束はミラー１８で反射され、
インプットレンズ２０を介してフライアイレンズ系２２
に入射する。
【００２２】このフライアイレンズ系２２は、照明光の
露光範囲内の照度ムラを防止するためのもので、このフ
ライアイレンズ系２２の射出側には、多数の２次光源像
が形成され、各２次光源像からの照明光はビームスプリ
ッタ２４を介してレンズ系（コンデンサレンズ）２６に
入射する。レンズ系２６の後側焦点面には、複数の可動
ブレード（ＢＬ1 ，ＢＬ2 等）を有するレチクルブライ
ンド機構２８が配置されている。複数のブレードは、夫
々駆動系３８によって独立に移動される構成となってい
る。また、複数のブレードの各エッジで規定された開口
ＡＰの形状は、投影レンズＰＬの円形イメージフィール
ドＩＦ内に包含されるように定められる。
【００２３】レンズ系２６を通過した照明光は、ブライ
ンド機構２８の位置では均一な照度分布となっており、
この照明光は、その後ブラインド機構２８の開口ＡＰを
通過し、レンズ系３０、ミラー３２、及びメインコンデ
ンサレンズ３４を介して当該コンデンサレンズ３４と投
影レンズＰＬとの間に配設されたマスクとしてのレチク
ルＲを照射する。これにより、ブラインド機構２８の複
数のブレード（ＢＬ1，ＢＬ2 等）で規定された開口Ａ
Ｐの像がレチクルＲ下面のパターン面に結像されるよう
になっている。
【００２４】レチクル移動系は、レチクルＲを保持した
状態でコラム４０上を少なくともＸ方向（図１における
左右方向）に等速移動可能なレチクルステージ４２と、
このレチクルステージ４２を介してレチクルＲのＸ方向
の位置とヨーイング量を計測するレーザ干渉計４４と、
このレーザ干渉計４４の出力をモニターしつつレチクル
ステージ４２の駆動系４６を制御する制御部５０と、を
含んで構成されている。レチクルステージ４２の一端
（図１における左端）にはレーザ干渉計４４からの測長
ビームを反射する移動鏡４８が固定され、また、レーザ
干渉計４４用の固定鏡（基準鏡）５２は投影レンズＰＬ
の鏡筒上端部に固定されている。
【００２５】このような構成により、レーザ干渉計４４
によってレチクルＲのＸ方向の位置とヨーイング量がリ
アルタイムに計測され、このレーザ干渉計４４の出力に
基づいて制御部５０が駆動系４６を制御することによ
り、レチクルステージ４２のＸ方向の一次元走査移動、
ヨーイング補正のための微小回転移動等が行なわれるよ
うになっている。
【００２６】なお、コラム４０は、実際には、投影レン
ズＰＬの鏡筒を固定する図示しないコラムと一体に構成
されている。ステージ移動制御装置は、Ｘ、Ｙ方向（図
１紙面左右方向、紙面直交方向）に二次元移動するステ
ージとしてのＸＹステージ４８の移動位置を検出する位
置センサとしてのレーザ干渉計５６と、このレーザ干渉
計５６の出力をモニターしつつ駆動系５８を制御してＸ
Ｙステージ５４の移動位置を制御する制御部５０と、を
含んで構成されている。
【００２７】前記レーザ干渉計５６は、実際には、Ｘ軸
方向移動位置測定用とＹ軸方向移動位置測定用のものと
ヨーイング計測用のものとが各一つ設けられるが、ここ
では、説明の簡略化のため、ＸＹステージ５４の座標位
置とヨーイング量とがレーザ干渉計５６によって計測さ
れるものとする。このレーザ干渉計５６のための固定鏡
６０は投影レンズＰＬの鏡筒下端部に固定され、移動鏡
６２は後述するＺステージ６４の一端部に固定されてい
る。
【００２８】ＸＹステージ５４上には、投影レンズＰＬ
の光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に微動可能なＺステージ６
４が設けられており、このＺステージ６４上にウエハホ
ルダ６６が設けられている。更に、このウエハホルダ６
６上には、基板としてのウエハＷが微小回転可能に保持
されている。また、このウエハホルダ６６上には基準マ
ーク板ＦＭも保持されている。
【００２９】即ち、上述したような構成により、ウエハ
Ｗは、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ（Ｚ軸回りの回転）方向に４自由
度で移動可能になっている。前述した如く、本実施例で
は投影倍率を例えば１／５としたことから、合焦状態で
は、レチクルＲに形成されたパターンの像は投影レンズ
ＰＬによって１／５に縮小されてウエハＷ上に結像され
るようになっており、また、スキャン露光時のＸＹステ
ージ５４のＸ方向の移動速度Ｖwsは、レチクルステージ
４２の速度Ｖ rsの１／５とされる。
【００３０】前記アライメント系としては、レチクルＲ
と投影レンズＰＬとを介してウエハＷ上のアライメント
マーク（又は基準マーク板ＦＭ上のマーク）を検出する
ＴＴＲ（スルーザレチクル）方式のアライメントシステ
ム６８と、レチクルＲの下方空間から投影レンズＰＬを
介してウエハＷ上のアライメントマーク（又は基準マー
ク板ＦＭ上のマーク）を検出するＴＴＬ（スルーザレン
ズ）方式のアライメントシステム７０とが設けられ、ス
テップ・アンドス・キャン方式の露光の開始前、あるい
はスキャン露光中にレチクルＲとウエハＷとの相対的な
位置合せが行なわれる。
【００３１】前記制御部５０は、プロセッサ、ＲＯＭ、
ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインタフェース等から成るいわゆるマイ
クロコンピュータで構成されている。この制御部５０の
基本的な動作はレーザ干渉計４４、５６からの位置情
報、ヨーイング情報の入力、駆動系４６、５８内のタコ
ジェネレータ等からの速度情報の入力等に基づいて、ス
キャン露光時にレチクルステージ４２とＸＹステージ５
４とを所定の速度比を保ちつつ、レチクルパターンとウ
エハパターンとの相対位置関係を所定のアライメント誤
差内に押さえたまま相対移動させることにある。
【００３２】更に、本実施例では、制御部５０は、後述
するように、ＸＹステージ５４の位置決め処理及びこの
位置決め時の振動量の推定等を行なう。次に、上述のよ
うにして構成された本実施例の装置１０のステージ位置
決め処理及び振動量の推定処理等について制御部５０内
のプロセッサの主要な制御アルゴリズムを示す図２のフ
ローチャートに沿って説明する。この制御アルゴリズム
は、制御部５０内の図示しないＲＯＭに格納されてい
る。
【００３３】この制御アルゴリズムがスタートするの
は、図示しない操作部から位置決め開始のコマンドが主
制御部５０に入力されたときである。この時、後述する
図示しないタイマ用カウンタが同時にリセットされる。
ステップ１００で駆動系５８を構成する図示しないＸ軸
方向移動用モータ（以下、適宜「モータ」という）の駆
動を開始する。
【００３４】ステップ１０２では干渉計５６の出力を取
り込み、ステップ１０４に進んで位置決め誤差（目標値
と干渉計の出力である現在値との差）を演算する。次の
ステップ１０６では上記ステップ１０４で演算した位置
決め誤差が一定値以内か否かを判断する。これは、ＸＹ
ステージ５４が目標位置に接近したか否かを判断するた
めである。そして、このステップ１０６における判断が
否定された場合には、ステップ１０２に戻り、上記処理
・判断を繰り返す。
【００３５】このようにしてＸＹステージ５４が目標位
置に接近し、ステップ１０６における判断が肯定された
場合には、ステップ１０８に進んでＸＹステージ５４を
目標位置に位置決めすべく、モータのフィードバックサ
ーボ制御を行なう。これにより、駆動系内のタコジェネ
レータからの速度情報に基づいてモータが減速されるこ
とになる。
【００３６】次のステップ１１０では位置決め誤差が予
め設定した許容値以内であるか否かを判断し、この判断
が否定された場合には、ステップ１０２に戻り上記ステ
ップ１０２〜ステップ１１０の処理・判断を繰り返す。
このようにして、モータのフィードバックサーボ制御に
よりＸＹステージ５４の振動の振幅が減少すると、ステ
ップ１１０の判断が肯定され、ステップ１１２に進んで
位置決め誤差の平方和を演算する。この平方和の演算
は、そのサイクルのステップ１０４で演算され制御部５
０内のＲＡＭ（図示省略）に記憶された値の平方を前回
までの値と順次加算することにより行なわれる。従っ
て、初めてステップ１１０の判断が肯定された場合に
は、その回の誤差の平方の演算結果がそのまま平方和の
値となる。このステップ１１２における演算結果もＲＡ
Ｍの所定領域に記憶される。
【００３７】次のステップ１１４では、図示しないタイ
マー用カウンタのカウント値Ｎが予め定めた値ｎ以上で
あるか否かを判断し、この判断が否定された場合には、
ステップ１１６に進んで当該カウンタを１インクリメン
トした後、ステップ１０２に戻る。ここで、値ｎは、例
えば、露光時間と同一時間Ｔをサンプリング間隔ｔで割
った数に最も近い整数になるように定める。これは、上
記ステップ１１０の判断が肯定されてから時間Ｔが経過
するまでの間、誤差の平方和の演算を行なうためであ
る。
【００３８】そして所定時間経過後、ステップ１１４の
判断が肯定されると、ステップ１１８に進んでｒｍｓ
（２乗平均平方根誤差：即ちＸＹステージ５４の目標位
置と現在位置との誤差の２乗の相加平均の平方根）を演
算し、ステップ１２０でステップ１１８で演算されたｒ
ｍｓに基づき上記時間Ｔの間のＸＹステージ５４の振動
量を推定する。次のステップ１２４ではこの推定結果に
基づいて振動量が許容範囲内か、より具体的には、実際
に露光した場合にステージの振動によりウエハＷ上に投
影されたレチクルパターンの像暈け（像の劣化）が許容
できる程度であるか否かを判断する。この許容範囲の設
定は、実際にｒｍｓが種々の値をとるように、例えばフ
ィードバックサーボ系のゲインを種々変化させる等によ
り、振動特性の異なる条件下で実験を行ない、この結果
に基づいてｒｍｓ、あるいはこれに基づいて推定される
振動量の許容範囲を定めておけば良い。
【００３９】即ち、フィードバックサーボ系のゲインを
変更することにより、位置決め誤差の減衰率を変化させ
ることができるので、結果的に実際に露光した場合にＸ
Ｙステージ５４の振動によりウエハＷ上に投影されたレ
チクルパターンの像暈け（像の劣化）を抑制することが
できるからである。ステップ１２２における判断が否定
された場合には、ステップ１２４に進んでフィードバッ
クサーボ系のゲインを調整した後、この制御ルーチンを
終了する。この一方、ステップ１２２における判断が肯
定された場合には、直ちにこの制御ルーチンを終了す
る。
【００４０】図３（Ａ）には、上述した制御ルーチンに
おいて、モータの減速開始直後から位置決めＯＫになる
まで（ステップ１１０における判断が肯定されるまで、
及びｒｍｓの演算が終了し、次のステージ移動に移る際
の位置決めＯＫ信号（ステージ駆動信号）の状態遷移が
示されており、同図（Ｂ），（Ｃ）には、上述した制御
ルーチンにおける干渉計の出力に基づく位置決め誤差の
時間変化がｒｍｓの演算が終了するまでの間に渡って示
されている。
【００４１】同図（Ｂ）、（Ｃ）において誤差（ｅｒ
ｒ）が０レベルの上下で振動しているのは、目標位置の
前後でＸＹステージ５４が振動しているからに他ならな
い。本実施例によれば、上記の制御ルーチンにおいてｒ
ｍｓ＝√｛Σｅｒｒ2 ／ｎ｝を演算することから、図３
（Ｂ）の場合をｒｍｓ1 とし、同図（Ｃ）の場合をｒｍ
ｓ2 とすれば、図３（Ｂ）、（Ｃ）の比較から明らかな
ように、ｒｍｓ1 ＞ｒｍｓ2 であり、従って、例えばス
テップ１２２における判断は、図３（Ｂ）のようにＸＹ
ステージ５４が振動する場合には否定され、図３（Ｃ）
のようにＸＹステージ５４が振動する場合には肯定され
るようにすることができる。そして、更に、図３（Ｂ）
の場合のようにステップ１２２における判断が否定され
た場合には、ステップ１２４に進んでフィードバックサ
ーボ系のゲインを変更することにより、ＸＹステージ５
４の振動特性を例えば図３（Ｂ）の状態から同図（Ｃ）
の状態に変更することが可能である。
【００４２】従って、このような調整を露光前に行なっ
ておくことにより、実際の露光時には、位置決め時のＸ
Ｙステージ５４の振動の影響により像暈けが生じないよ
うにすることが可能である。また、仮に、像暈けが生じ
た場合には、上記制御ルーチンによりステージの振動特
性が調整されているので、それ以外の原因で像暈けが生
じたと容易に判別することができる。
【００４３】これまでの説明から明らかなように、本実
施例では、制御部５０の機能によって制御手段、推定手
段、及び調整手段が実現されている。次に、本実施例の
露光の様子を説明するが、露光処理そのものの説明に入
る前に、レチクルＲについて簡単に説明する。図４には
露光装置１０に装着可能なレチクルＲが示されており、
レチクルＲ上のショット領域の周辺の左右の遮光帯をＳ
Ｂl 、ＳＢr とし、その外側にはレチクルアライメント
マークＲＭ1 、ＲＭ2 が形成されているものとする。
【００４４】次に、本実施例におけるステップ・アンド
・スキャン方式の露光について説明する。以下に説明す
る一連の処理の制御アルゴリズムは、制御部５０内のＲ
ＯＭに格納されており、当該制御部５０内のプロセッサ
によってこの制御アルゴリズムが実行される。最初に、
ウエハＷ上のファースト・ショット露光のためＸＹステ
ージ５４の移動及び位置決めが行なわれる。この位置決
め処理は、前述したフローチャートのステップ１００〜
ステップ１１０と同様にして行なわれる。
【００４５】その後、レチクルＲとウエハＷとをアライ
メントシステム６０、６２、光電センサ６４等を用いて
公知の手法により相対位置合せが行なわれるが、本発明
との関連は薄いのでこれについての詳細な説明は省略す
る。この状態で、以下のようにしてファースト・ショッ
トの露光が行なわれる。まず、レチクルＲをＸ方向の走
査開始点に設定する。同様に、ウエハＷ上の対応する１
つのショット領域をＸ方向の走査開始位置に設定する。
【００４６】次にレチクルステージ４２とＸＹステージ
５４とを投影倍率に比例した速度比で互いに逆方向に移
動させる。レチクルの進行方向側にあるブレード（ＢＬ
2 ）エッジＥ2 の像が、レチクルＲのショット領域の右
側の帯ＳＢｒにかかった時点からブレード（ＢＬ2 ）の
エッジＥ2 をレチクルＲの移動速度と同期させて開口Ａ
Ｐが所定の開口幅と（例えば５〜１０mm）となったと
き、ブレードＢＬ2の移動を中止する。
【００４７】こうしてレチクルＲは、所定の開口ＡＰを
通した照明光で照射されつつ、一定速度でＸ方向に送ら
れ、レチクルＲの進行方向と逆方向にあるブレード（Ｂ
Ｌ1）のエッジＥ1 の像が、レチクルＲのショット領域
の左側の遮光帯ＳＢl にかかった時点から、ブレード
（ＢＬ1 ）のエッジＥ1 の像をレチクルＲの移動速度と
同期させて同一方向に走らせる。
【００４８】そして、左側の遮光帯ＳＢｒが右側のブレ
ードＢＬ2 のエッジ像によって遮蔽された時点で、レチ
クルステージ４２とブレードＢＬ1 の移動を停止する。
以上の動作によってレチクルＲの１スキャンによる露光
（１ショット分の露光）が終了し、シャッター１６が閉
じられる。次にＸＹステージ５４をＹ方向にショット領
域の一列分だけステッピングさせ、今までと逆方向にＸ
Ｙステージ５４とレチクルステージ４２とを走査して、
ウエハＷ上の異なるショット領域に同様のスキャン露光
を行う。以後、同様の動作を繰り返し、異なる露光ショ
ットを所定の順序に従って順次露光する。
【００４９】以上説明したように、本第１実施例による
と、露光前に、図２のフローチャートに示される位置決
め、及びＸＹステージ５４の振動量の推定、及びフィー
ドバックサーボ制御系のゲインの調整を行なっておけ
ば、実際の露光時には、ＸＹステージ５４はＸ軸方向の
等速直線運動を行なうことからこの際の振動は殆ど無視
し得るので、位置決め時のＸＹステージ５４の振動の影
響により像暈けが生じないようにすることが可能であ
る。また、仮に、上記ゲインの調整の後に像暈けが生じ
た場合には、ステージの振動特性が調整されているの
で、それ以外の原因で像暈けが生じたと容易に判別する
ことができる。
【００５０】なお、１つのショット領域のＹ方向の寸法
が開口ＡＰのＹ方向の最大寸法以上になる場合は、特開
平２−２２９４２３号公報にみられるように、ショット
領域の内部でオーバーラップ露光を行って、露光量のシ
ームレス化を行うことが望ましい。なお、走査露光時の
照明光量を一定すると、開口ＡＰの走査方向の最大開き
幅が大きくなるにつれてレチクルステージ４２、ＸＹス
テージ５４の絶対速度は大きくしなければならない。原
理的には、ウエハＷ上のレジストに同一露光量（dose
量）を与えるものとしたとき、開口ＡＰの幅を２倍にす
ると、ＸＹステージ５４、レチクルステージ４２も２倍
の速度にしなければならない。 《第２実施例》次に、本発明の第２実施例を図５ないし
図６に基づいて説明する。ここで、前述した第１実施例
と同一又は同等の構成部分については、同一の符号を付
すと共に、その説明を省略若しくは簡略する。
【００５１】図５には、第２実施例に係る露光装置全体
の制御系が簡単に示されている。この制御系は、装置全
体のジョブの流れを管理するマスタープロセッサ（Ｍ
Ｐ）７４と、このマスタープロセッサ７４の支配下にあ
る複数のコントローラ７６1、７６2 、……、７６m と
から構成されている。ここで、マスタープロセッサ７４
は、いわゆるミニコンコンピュータにより構成されてい
る。また、ステージコントローラ７６1 は、前述した制
御部５０に相当するもので、この他に、照明系コントロ
ーラ、レンズコントローラ、アライメントコントローラ
等の種々の制御装置７６2 、……、７６m が、設けられ
ている。これらのコントローラ７６1 、７６2 、……、
７６m は、実際にはコントロールボードとしてマスター
プロセッサ７４が収納されている図示しないラックに収
納されてる。
【００５２】ステージコントローラ７６1 は、マスター
プロセッサの配下におかれるスレーブプロセッサ（Ｓ
Ｐ）７８1 とこのスレーブプロセッサ７８1 の支配下に
おかれるウエハＸファンクションプロセッサ（ＷＸＦ
Ｐ）８０1 、ウエハＹファンクションプロセッサ（ＷＹ
ＦＰ）８０2 等を含んで構成されている。その他の露光
用照明系、レチクル移動系、投影光学系、アライメント
系、及びステージ移動制御装置等の構成は、第１実施例
と同様になっている。
【００５３】次に、本第２実施例の振動量の推定のため
のｒｍｓの演算処理等について、ＷＸＦＰ８０1 の主要
な制御アルゴリズムを示す図６のフローチャートを参照
しつつ説明する。図６（Ａ）にはＷＸＦＰ８０1 の位置
決め処理シーケンスが示され、同図（Ｂ）には同図
（Ａ）の位置決め処理シーケンス中に実行される割り込
み処理ルーチンが示されている。
【００５４】ステップ２００でスレーブプロセッサ７８
1 から共有メモリ割り込みが行なわれると、ステップ２
０２に進んで割り込みベクタを位置決めに設定する。こ
れにより、割り込みベクタには、割り込み処理ルーチン
が置いてある共有メモリのアドレスが入っているので、
位置決めが行なわれたときに割り込み処理ルーチンが起
動されることになる。
【００５５】次のステップ２０４では、ＸＹステージの
位置決めが完了するのを待ち（位置決めの仕方について
は、第１実施例で詳述したので、ここでは説明を省略す
る）、位置決めがＯＫとなると、図６（Ｂ）の割り込み
処理ルーチンを実行する。この割り込み処理ルーチン
は、ＷＸＦＰ８０1 内の図示しない割り込みコントロー
ラの動作タイミングを決定するウエハＸタイマ（ＷＸタ
イマ：割り込み処理タイマ）により規定される時間Ｔの
間、例えば０．５ｍｓ間隔で順次繰り返し実行される。
【００５６】即ち、割り込み処理により、位置決め誤差
の平方和の計算を０．５ｍｓ間隔で繰り返し行なう。但
し、位置決め誤差としてＸ座標値の平均値と今回のＸ座
標値との差を用いるものとする。図３（Ｂ）、（Ｃ）の
時間Ｔの部分を見れば、位置決め誤差ｅｒｒは０レベル
の上下で振動しており、Ｘ座標値の平均値は即ち目標値
に一致し、Ｘ座標値の平均値と今回のＸ座標値との差が
位置決め誤差に他ならないことがわかる。従って、位置
決め誤差の平方和Ｓの演算は、次式に基づいて行なわれ
る。
【００５７】
【数１】
【００５８】上式において、ｎは例えば、時間Ｔとして
露光時間と同一時間を定めれば、通常露光時間としては
２００ｍｓ程度が定められるので、０．５ｍｓというサ
ンプリング間隔で演算を行なうということは、ｎ＝４０
０となる。所定回数ｎ回平方和の計算が割り込み処理ル
ーチンにおいて行なわれた後、ステップ２０６で次式に
基づいてｒｍｓが演算される。
【００５９】
【数２】
【００６０】従って、この場合もステップ２０６の演算
結果に基づいて時間Ｔの間のＸＹステージ５４の振動量
を定量的に推定することができる。以上説明したよう
に、本第２実施例によると、前述した第１実施例と同等
の作用・効果を奏する他、ｒｍｓを演算するに際し、比
較的短時間に演算できる誤差（ｅｒｒ）の平方和の演算
のみを位置決め処理シーケンス中に実行される割り込み
処理ルーチンで行ない、演算に時間を要する平方根の演
算を位置決め処理シーケンスで行なうようにしたので、
第１実施例の場合に比較して演算時間を短縮することが
できる。
【００６１】なお、上記実施例では、ステップ・アンド
・スキャン方式の縮小投影型露光装置に本発明を適用す
る場合を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限られ
るものではなく、いわゆるステッパーに本発明を適用で
きることは言うまでもない。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、位置決め誤差の２乗の相加平均の平方根に
基づいてステージの振動量が推定されるので、位置決め
直後の振動の減衰が急激な場合、減衰が緩やか若しくは
殆どない場合等、振動特性をある程度定量的に評価する
ことが可能になり、例えば、これを投影露光装置のウエ
ハステージとして使用した場合に、露光時に像暈けが発
生したときには、それがステージの振動によるものなの
か、あるいは他の原因によるものなのかの判断が可能と
なるという従来にない優れた効果がある。
【００６３】請求項２記載の発明によれば、請求項１と
同等の効果が得られる他、比較的短時間で演算できる位
置決め誤差の平方和の演算を位置決め処理シーケンス中
の割り込み処理により行ない、演算に時間を要する平方
根演算を割り込み処理の終了後に行なうので全体的な演
算を効率よく行なうことが可能となる。請求項３記載の
発明によれば、例えば、露光前に、ステージを移動して
位置決めを行ない、所定の露光時間の間、干渉計の出力
に基づきステージの位置決め誤差の２乗の相加平均の平
方根を演算すると共にこの演算結果に基づいてステージ
の振動量を推定することにより、実際の露光中のステー
ジの振動量を定量的に評価することができ、この評価の
結果、必要に応じてステージの振動特性を調整すること
ができる。従って、実際の露光の際には、ステージの振
動量を許容範囲内に調整することができ、これにより、
感光基板上に投影露光されるパターン像の劣化を防止す
ることができるという効果がある。請求項７記載の発明
によれば、ステージの位置ずれ誤差の２乗平均平方根を
算出し、算出された２乗平均平方根に応じて制御特性が
調整されて、調整された制御特性に従ってステージが駆
動されるので、ステージ位置決め直後のステージの振動
の減衰率を向上させたステージ駆動を行うことができる
という効果がある。請求項８記載の発明によれば、ステ
ージを制御するステージ位置フィードバックサーボ系の
ゲインを調整することにより、ステージの振動の減衰率
を向上させたステージ駆動を行うことができるという効
果がある。請求項９記載の露光方法によれば、制御特性
が調整されたステージ駆動方法に従ってステージを駆動
して、感光基板にパターンを露光するので、ステージ位
置決め直後のステージ振動の減衰率が向上しており、露
光中のステージ振動を抑制することができ、ステージ振
動の影響による像の劣化（像暈け）を抑制することがで
きるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る投影露光装置の構成を概略的
に示す図である。
【図２】図１の制御部内プロセッサの主要な制御アルゴ
リズムを示すフローチャートである。
【図３】第１実施例における作用を説明するための線図
である。
【図４】図１の露光装置に装着可能なレチクルとブライ
ンド機構の開口ＡＰとの配置関係を示す図である。
【図５】第２実施例に係る投影型露光装置の制御系の全
体構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】図５のＷＸＦＰの主要な制御アルゴリズムを示
す図であって、（Ａ）は位置決め処理シーケンスを示す
フローチャート、（Ｂ）は割り込み処理を示すフローチ
ャートである。
【符号の説明】
１０ 投影露光装置 ５４ ＸＹステージ（ステージ） ５６ レーザ干渉計（位置センサ） ５０ 制御部（制御手段、推定手段、調整手段） Ｗ ウエハ（感光基板） Ｒ レチクル（マスク） ＰＬ 投影光学系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｇ (56)参考文献 特開 平２−15614（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−226713（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−3413（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−136023（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−182893（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−335205（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−57996（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−32050（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−49909（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G01B 11/00 G03F 9/00 G05D 3/12 G12B 5/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直線上又は直交二軸方向に移動可能なス
    テージの移動位置を制御するステージ移動制御装置であ
    って、 前記ステージの移動位置を検出する位置センサと、前記
    位置センサの出力をモニターしつつ前記ステージの移動
    位置を制御する制御手段と、 前記ステージの位置決め時に、前記位置センサの出力に
    基づき前記ステージの目標位置と現在位置との誤差の２
    乗の相加平均の平方根を演算すると共に、この演算結果
    に基づいて前記ステージの振動量を推定する推定手段
    と、を有するステージ移動制御装置。
  2. 【請求項２】前記推定手段は、位置決め処理シーケンス
    中の前記誤差が所定の許容値以下となる位置決め完了時
    に割り込み処理により前記誤差の平方和を演算し、前記
    割り込み処理終了後に前記演算された誤差の平方和を用
    いて誤差の２乗の相加平均の平方根を演算することを特
    徴とした請求項１記載のステージ移動制御装置。
  3. 【請求項３】 直交二軸方向に移動可能なステージの位
    置を順次移動しつつ前記ステージ上の感光基板の被露光
    領域にマスクパターンを投影露光する投影型露光装置で
    あって、 前記ステージと、 前記ステージの移動位置を検出する干渉計と、 前記干渉計の出力をモニターしつつ前記ステージの移動
    位置を制御する制御手段と、 前記ステージ上の感光基板の被露光領域にマスク上の転
    写領域に形成されたパターンを投影する投影光学系と、 前記マスク上の転写領域に露光用の照明光を照射する照
    明系と、 前記ステージの位置決め時に、前記干渉計の出力に基づ
    き前記ステージの目標位置と現在位置との誤差の２乗の
    相加平均の平方根を演算すると共にこの演算結果に基づ
    いて前記ステージの振動量を推定する推定手段と、 前記推定された前記ステージの振動量に基づいて前記制
    御手段の制御特性を調整する調整手段と、 を有する投影型露光装置。
  4. 【請求項４】 前記干渉計は、前記ステージの移動位置
    とともに前記ステージのヨーイングを計測することを特
    徴とする請求項３記載の投影型露光装置。
  5. 【請求項５】 前記調整手段は、前記制御手段の制御特
    性としてステージ位置フィードバックサーボ系のゲイン
    を調整することを特徴とする請求項３または４記載の投
    影型露光装置。
  6. 【請求項６】 前記推定手段は、前記パターンを前記感
    光基板上に露光するのに必要な時間に応じて前記ステー
    ジの目標位置と現在位置との誤差をサンプリングするこ
    とを特徴とする請求項３から５のいずれか一項記載の投
    影型露光装置。
  7. 【請求項７】 ２次元移動可能なステージを駆動するス
    テージ駆動方法において、 前記ステージの現在位置と目標位置との誤差の２乗平均
    平方根を求めるステップと、 前記２乗平均平方根に応じて前記ステージの制御特性を
    調整するステップと、 前記制御特性に従って前記ステージを駆動するステップ
    とを含むことを特徴とするステージ駆動方法。
  8. 【請求項８】 前記制御特性は、前記ステージを制御す
    るステージ位置フィードバックサーボ系のゲインである
    ことを特徴とする請求項７記載のステージ駆動方法。
  9. 【請求項９】 ステージ上に載置した感光基板上にパタ
    ーンを露光する露光方法において、 前記ステージが請求項７または８記載のステージ駆動方
    法に従って駆動されることを特徴とする露光方法。
  10. 【請求項１０】 前記２乗平均平方根を求めるステップ
    は、前記パターンを前記感光基板に露光するのに要する
    時間に応じて前記ステージの現在位置と目標位置との誤
    差をサンプリングすることを含むことを特徴とする請求
    項９記載の露光方法。
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