JP3826042B2 - ステージ装置、それを用いた半導体露光装置および位置計測方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置等にて用いることが可能な非常に高精度で広範囲に渡って駆動が可能なステージ装置およびこのようなステージ装置における位置計測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、現在主流であるステップ・アンド・リピート方式露光装置（ステッパ）においては、被露光資材である基板（以下、ウエハと称す）を所定の場所に位置決めし、静止させた状態で露光したいパターンの描画された原版（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、ウエハ上に塗られた感光剤（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に転写する。これを、ウエハ全面に渡って繰り返し行うものである。また、ステップ・アンド・スキャン方式露光装置（スキャナ）は、ウエハを静止して一括露光するステッパに対し、ウエハ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、ウエハを搬送する位置決めステージ装置（以下、ウエハステージと称す）は、２次元平面（ＸＹ平面）を任意の場所に、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。それは、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っていることによる。同時に、ウエハの大口径化や、ウエハを交換するための交換位置への駆動、ウエハに露光されたマークを露光位置以外で計測する場合におけるステージ駆動等、ウエハステージが駆動を行う領域も非常に広範囲に渡る必要があるためである。
【０００４】
ウエハステージの位置検出には、レーザ干渉計が一般的に用いられている。このレーザ干渉計を２次元に配置することにより、ウエハステージの２次元位置を常に計測することができる。つまり、図２のように、ウエハステージ１には、Ｘ軸計測用の平面鏡（以下、バーミラーと称す）が、Ｙ軸方向に長く搭載されている。ここで、図２は従来例に係る２次元平面移動可能なウエハステージ装置の要部概略図である。Ｘ軸方向のウエハステージ１の位置を計測するＸレーザ干渉計５は、Ｘ軸に平行にレーザ光をＸバーミラー３に当て、返ってきた反射光と基準光を干渉させることによりウエハステージ１の相対的な駆動量を検出している。Ｙ軸方向のウエハステージ１の位置計測も同様である。また、Ｘ軸またはＹ軸のどちらか、または、両方のレーザ干渉計５，４を２つ用意することで、ウエハステージ１のＺ軸周りの回転角（θ）も検出することができる。
【０００５】
これらのレーザ干渉計５，４から得られた位置情報を元に、リニアモータ等のアクチュエータ（不図示）を２次元に配置することによって、ウエハステージ１を所定の場所に駆動することができる。
【０００６】
ウエハステージ１がＸ方向に駆動される場合は、Ｘレーザ干渉計５によってＸ軸への駆動量を常に計測すると同時に、Ｙレーザ干渉計４はＹバーミラー２の別の場所を計測することで、やはりＹ軸の位置も常に計測することが可能である。よって、ウエハステージ１のＸＹ位置が計測可能な範囲は、ＸＹ軸のバーミラー３，２の長さによって決定され、また計測の精度は、バーミラー３，２の平面加工精度の影響を受けてしまう問題が存在する。
【０００７】
ウエハステージの位置決め精度を向上させるには、これらのバーミラーの加工精度を非常に高精度に行う必要がある。しかし、前述のように、ウエハステージの駆動範囲も広範囲になるにつれ、バーミラーに必要とされる長さも長くなってしまう。これだけの長いバーミラーの全面に渡るｎｍオーダの加工を行うのは、非常に困難である。
【０００８】
そこで、ウエハ交換位置やウエハマーク計測位置のように、ウエハステージを長距離駆動する必要が生じた場合、その位置を計測するために、別のレーザ干渉計を用意する方法が提案されている。
【０００９】
図３は、従来例に係る同一方向に複数のステージ位置計測用レーザ干渉計を設置して切り換え可能にしたウエハステージ装置の要部概略図である。図３において、図２と同一の符号は図２と同様の構成要素を示す。図３を用いて説明すると、ウエハステージ１は、通常はＸ１レーザ干渉計５ａおよびＹレーザ干渉計４によって２次元に位置計測されている。ウエハステージ１がウエハ交換のため、Ｙ方向に長距離移動しなければならない場合、Ｘ１レーザ干渉計５ａに平行かつ距離Ｌだけ離れた場所に設置されたＸ２レーザ干渉計５ｂにて位置計測することが可能である。このように、レーザ干渉計をある距離だけ離れて設置することで、Ｘバーミラー３よりも長い距離をウエハステージ１は駆動することができる。
【００１０】
レーザ干渉計は、相対移動距離を計測するためのものであるため、常に反射光が戻ってくる状態でないと、正しい位置計測は行われない。つまり、一度レーザ光がバーミラーから外れて反射光が戻ってこない状態になると、それ以降は計測不能となってしまう。そして、次にバーミラーに当たって反射光が戻ってきた状態になった場合、レーザ干渉計をリセットする必要があり、Ｘ軸およびＹ軸のレーザ干渉計は、絶対的なセンサを用いてリセットを行う。
【００１１】
図３より、例えば、ウエハステージ１の位置をＸ１レーザ干渉計５ａおよびＹレーザ干渉計４が計測できる範囲内の所定の位置に、フォトスイッチ等をＸ軸およびＹ軸に配置し、これをウエハステージ１が横切った瞬間、Ｘ１レーザ干渉計５ａおよびＹレーザ干渉計４をリセットする。この後は、レーザ干渉計５ａ，４に反射光が戻ってくる間は、Ｘ１レーザ干渉計５ａおよびＹレーザ干渉計４によりウエハステージ１の２次元の位置を計測する。
【００１２】
ウエハステージ１がウエハ交換位置等に駆動される際に、Ｘ１レーザ干渉計５ａの計測範囲を外れる場合は、ウエハステージ１のＸ位置計測をＸ２レーザ干渉計５ｂで行う必要がある。このとき、Ｘ１レーザ干渉計５ａとＸ２レーザ干渉計５ｂの間隔ＬをＸバーミラー３よりも短くすることにより、Ｘ１レーザ干渉計５ａとＸ２レーザ干渉計５ｂが同時に位置計測できる場所を確保しておく。Ｘ位置計測用のレーザ干渉計５ａ，５ｂを切り換えるとき、一度、Ｘ１レーザ干渉計５ａおよびＸ２レーザ干渉計５ｂがどちらも計測可能な位置にウエハステージ１を駆動する。これは、Ｙレーザ干渉計４の計測値が予め規定した値になったときでもよいし、別途、別のセンサを設けてもよい。ここで、Ｘ２レーザ干渉計５ｂをリセットするのだが、このときＸ１レーザ干渉計５ａの値をＸ２レーザ干渉計５ｂに引き継ぐことで、ウエハステージ１のＸ位置がどこであっても、Ｘ１レーザ干渉計５ａからＸ２レーザ干渉計５ｂへ切り換えを行うことができる。以降、Ｘ１レーザ干渉計５ａが計測不能になっても、Ｘ２レーザ干渉計５ｂによりウエハステージ１のＸ位置を計測することができ、あたかも、Ｘバーミラー３よりも長い距離を自由にウエハステージ１が駆動しているように振る舞うことができる。なお、レーザ干渉計をＸ２レーザ干渉計５ｂからＸ１レーザ干渉計５ａに切り換えるときも、同様に行えばよい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来例にて説明したように、Ｙ方向に長距離駆動が必要なウエハステージにおいて、Ｘレーザ干渉計を複数設置（Ｘ１およびＸ２レーザ干渉計）し、これらを切り換えて使用することでバーミラーよりも長い距離を駆動させることが可能となる。ここで、Ｘ軸の位置計測を、Ｘ１レーザ干渉計からＸ２レーザ干渉計に切り換えるときは、Ｘ１およびＸ２レーザ干渉計が同時に計測可能な位置にウエハステージを駆動し、Ｘ２レーザ干渉計をリセットすると同時に、Ｘ１レーザ干渉計の計測値をＸ２レーザ干渉計に引き継げばよかった。
【００１４】
しかし、実際にはバーミラーは全くの平面ではなく、ある程度の表面の加工精度によるばらつきがある（確定的な要素）。よって、レーザ光が当たる場所によって、その誤差は異なる。図４は、従来例に係る複数のレーザ干渉計の切り換えに伴うウエハステージ装置の位置計測の誤差を説明する図である。図４において、Ｘバーミラー３の平面形状によって生じる誤差は、Ｙ位置に依存した関数となり、数１によって表される。
【００１５】
【数１】
ここで、ΔｘはＸ方向の誤差、ｙはステージのＹ位置をそれぞれ示す。
【００１６】
仮に、Ｘ１レーザ干渉計５ａはＹ＝０位置を計測しているものとし、Ｘ２レーザ干渉計５ｂはＸ１レーザ干渉計５ａから距離Ｌだけ離れているとすれば、Ｘ１レーザ干渉計５ａおよびＸ２レーザ干渉計５ｂの誤差はそれぞれ数２のように表される。
【００１７】
【数２】
【００１８】
従って、Ｘ１レーザ干渉計５ａとＸ２レーザ干渉計５ｂとによる位置計測では、（Δｘ１−Δｘ２）だけ誤差が異なることになり、Ｘ１レーザ干渉計５ａからＸ２レーザ干渉計５ｂへ計測値をそのまま引き継ぐと、この量だけ誤差となる。これがウエハ交換のときのように、精度に余裕があるときならよいが、露光領域内でレーザ干渉計の切り換えを行う場合、あるいは、オフ・アクシス・スコープ等を用いて露光領域外で高精度なマーク計測（アライメント）を行う場合等は、この切り換えに伴う誤差（Δｘ１−Δｘ２）は、無視できなくなってくる。
【００１９】
また、空気のゆらぎの影響等を受け、レーザ干渉計の値そのものがだまされている（誤差を含んでいる）場合、これは不確定な要素であるため予測ができない。さらに、Ｘ１レーザ干渉計５ａからＸ２レーザ干渉計５ｂに切り換える瞬間に、Δｘ（１）だけＸ１レーザ干渉計５ａが誤差を有したとする。この場合、このＸ１レーザ干渉計５ａの誤差量がＸ２レーザ干渉計５ｂに引き継がれてしまう。逆に、Ｘ２レーザ干渉計５ｂからＸ１レーザ干渉計５ａへ切り換える時もΔｘ（２）だけ誤差を有するとすると、Ｘ１レーザ干渉計５ａの誤差はΔｘ（１）＋Δｘ（２）となり、レーザ干渉計の切り換えを行う度に誤差が蓄積してしまう。
【００２０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、レーザ干渉計の切り換えの際の空気のゆらぎ等の不確定な要素による誤差蓄積を防ぐ、高速、広範囲かつ高精度なステージ装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的達成のため試行錯誤して検討した結果、以下の手段によって上記目的が達成されることを見いだし、本発明を完成せしめた。
【００２２】
すなわち、上記目的を達成するために、本発明のステージ装置は、ステージと、干渉計を含む第１および第２の位置計測手段とを備え、位置計測手段を前記第１の位置計測手段から第２の位置計測手段へ切り換えてステージの位置を計測するステージ装置において、切り換えの際に、前記第１の位置計測手段の雰囲気に起因する誤差を補正して前記第１の位置計測手段から前記第２の位置計測手段へ計測値を引き継ぐ手段と、前記補正が複数回行われた後に前記ステージの絶対的な位置のキャリブレーションを行う校正手段とを有することを特徴とする。
【００２３】
本発明の位置計測方法は、ステージと、干渉計を含む第１および第２の位置計測手段とを備え、位置計測手段を前記第１の位置計測手段から第２の位置計測手段へ切り換えてステージの位置を計測するステージ装置における位置計測方法であって、前記第１の位置計測手段の雰囲気に起因する誤差を補正する工程と、前記第１の位置計測手段から前記第２の位置計測手段へ補正された計測値を引き継ぐ工程と、前記補正が複数回行われた後に前記ステージの絶対的な位置のキャリブレーションを行う工程と、を有することを特徴とする。
【００２４】
ここで、前記ステージは平面鏡を備え、前記位置計測方法は、前記平面鏡の平面度に起因する誤差を算出する工程と、算出された誤差にもとづいて前記第２の位置計測手段の計測値を補正する工程と、を備えることが好ましい。
【００２５】
本発明の好ましい実施例において、前記校正手段は、ウエハステージが空いている時間や、ロットの開始時等一定の期間に、キャリブレーションを行う。または一定の回数、前記位置計測手段の切り換えを行った場合にキャリブレーションを行う。また、前記ステージ装置は、前記第１の位置計測手段の計測値の一定時間における平均値をとることによって前記誤差を補正する。また、前記第１および第２の位置計測手段は前記ステージの第１方向における位置を計測するために用いられ、前記第１方向と直交する第２方向に前記ステージが移動する際に前記位置計測手段は切り換えられる。前記ステージは平面鏡を備え、前記第２方向における、前記平面鏡の寸法が前記第１および第２の干渉計の間隔よりも長い。さらに、前記ステージ装置は、前記平面鏡の平面度に起因する誤差を補正して、前記第１の位置計測手段から前記第２の位置計測手段へ計測値を引き継ぐ手段を備える。
【００２６】
【作用】
従来のステージ装置は、各位置計測手段の切り換えに伴う空気のゆらぎ等の不確定な要素による小さい誤差が、複数回切り換えが繰り返されると誤差が蓄積して無視できなくなる。
本発明では、不確定な要素である雰囲気に起因する誤差を補正して前記第１の位置計測手段から前記第２の位置計測手段へ計測値を引き継ぐ手段と、前記補正が複数回行われた後に前記ステージの絶対的な位置のキャリブレーションを行う校正手段とを備える。これによれば、空気のゆらぎ等の位置計測手段の雰囲気からの不確定な要素による誤差の蓄積を防いで、ステージを高速・広範囲・高精度に位置決めすることができる。
【００３０】
なお、前記校正手段または校正工程は、ある一定の回数位置計測手段の切り換えを行ったり、あるいは、ステージが空いている時間（一定の期間）を利用して、現在の正確な位置と位置計測手段の計測値とを比較し、校正する（キャリブレーションを行う）ものである。
【００３１】
キャリブレーションは、第３の位置計測手段（センサ等）によって行うことができる。第３の位置計測手段には、絶対的な位置計測を行うセンサ（フォトスイッチ）等を用いてもよく、スコープによってマークを計測してもよい。また、キャリブレーションを行う頻度は、位置決め精度または装置のスループットのいずれを優先させるかで決定してもよい。この場合、ユーザの要求に合わせて高速・広範囲・高精度な位置決めステージ装置を構成することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の好ましい一実施形態に係る位置決めステージ装置（半導体露光装置のウエハステージ等）の要部概略図である。
【００３３】
１はウエハステージ本体である。２はＹ位置計測用のＹバーミラーであり、Ｘ軸への駆動可能な範囲の全てにおいてＹレーザ干渉計のレーザ光がＹバーミラー２（平面鏡）に当たるよう、Ｘ方向に長く設置されている。４はＹ位置計測用のＹレーザ干渉計である。このＹレーザ干渉計４からＹバーミラー２にレーザ光を当て、反射光と基準光との干渉からウエハステージ１のＹ方向の移動距離を計測する（位置計測手段を構成する）。通常、Ｙレーザ干渉計４は、装置の基準となる剛体に取り付けられる。また、Ｙレーザ干渉計４を２つ平行に配置することにより、ＸＹ平面内のウエハステージ１のＺ軸周りの回転角θを計測することも可能である。
【００３４】
同様に、３はＸ位置計測用のＸバーミラー（平面鏡）であり、Ｙ方向に長く設置されている。５ａはウエハステージ１が露光領域にある場合に、Ｘ方向の位置計測を行うためのＸ１レーザ干渉計である。通常、ウエハステージ１の位置の計測は、Ｘ１レーザ干渉計５ａ（第１の位置計測手段）で行われる。このＸ１レーザ干渉計５ａと平行に、距離Ｌだけ離れて、Ｘ２レーザ干渉計５ｂ（第２の位置計測手段）が設置されている。このＸ２レーザ干渉計５ｂは、ウエハステージ１がウエハ交換位置やオフ・アクシス・スコープの計測位置に配置しているとき、ウエハステージ１のＸ位置を計測するためのものである。
【００３５】
Ｘバーミラー３は、Ｘ１レーザ干渉計５ａとＸ２レーザ干渉計５ｂの間隔Ｌよりも長く設置されている。このマージンを、（ステージの移動速度）×（レーザ光のリセットにかかる時間）分だけとってやれば、Ｘ１レーザ干渉計５ａとＸ２レーザ干渉計５ｂとの切り換え時、ウエハステージ１を停止させることなく、駆動しながら切り換えを行うことができる。また、Ｘ位置計測用のレーザ干渉計５ａ，５ｂを切り換えて使用することで、ウエハステージ１は、Ｘバーミラー３よりも長い距離をＹ方向に駆動可能である。
【００３６】
８ａ，８ｂ，８ｃは、それぞれＹレーザ干渉計４、Ｘ１レーザ干渉計５ａおよびＸ２レーザ干渉計５ｂのカウンターボードである。各レーザ干渉計４，５ａ，５ｂの計測値は、これらのカウンターボード８ａ，８ｂ，８ｃによりそれぞれカウントされ、演算装置９に送られる。演算装置９は、ＤＳＰ等のプロセッサ、メモリ等を備えた汎用的な演算装置でよい。カウンターボード８ａ，８ｂ，８ｃからそれぞれ送られてきたレーザ干渉計の計測値は、この演算装置９でウエハステージ１の現在位置に変換される。それと同時に、演算装置９は、ウエハステージ１の現在位置と目標位置の差を演算し、ウエハステージ１の駆動命令をドライバ１０に出力する。ドライバ１０は、演算装置９からの命令に従い、Ｙ１リニアモータ６ａ，Ｙ２リニアモータ６ｂおよびＸリニアモータ７（駆動手段）に電流を流し、ウエハステージ１を、ＸＹ方向（平面方向）に駆動する。ウエハステージ１は、ウエハステージ定盤１１の上をエアーべアリング等によって非接触で２次元に移動可能である。ここで、演算装置９、ドライバ１０等により本発明における補正手段が構成される。
【００３７】
以上、基本的なウエハステージの構成について説明した。次に、具体的なウエハステージの駆動手法（駆動方法）について述べる。
各レーザ干渉計４，５ａ，５ｂは、相対的な対象物の移動量を計測するため、電源をｏｎした直後は、ウエハステージ１の位置を知ることができない。そのため、おおよそのウエハステージ１の位置を知るために、絶対的な位置を計測するセンサ（不図示）を取り付けたり、また、ある一定方向に常に力をかけ、フォトスイッチ等を横切った瞬間、各レーザ干渉計４，５ａ，５ｂをリセットしてもよい。この各レーザ干渉計４，５ａ，５ｂのリセットをＸ１レーザ干渉計５ａの計測範囲内で行うことにより、Ｙレーザ干渉計４とＸ１レーザ干渉計５ａが、ウエハステージ１の位置の計測を開始する。通常の状態では、これ以降、Ｙレーザ干渉計４とＸ１レーザ干渉計５ａとにより、ウエハステージ１の位置を常に計測することになる。このとき、ウエハステージ１の正確な位置は、Ｘバーミラー３およびＹバーミラー２の平面度の影響を受ける。そのため、この誤差を予め計測しておき、補正関数として演算装置９のメモリに蓄えておく。そして、Ｙ位置におけるＸ誤差、Ｘ位置におけるＹ誤差を前記補正関数から演算装置９により計算し、Ｘレーザ干渉計５ａ，５ｂおよびＹレーザ干渉計４の値を補正することで、ウエハステージ１の正確な位置を知ることができる。
【００３８】
ここで、オフ・アクシス・スコープによる計測やウエハ交換等、ウエハステージ１がＹ方向に大きく駆動する必要があり、Ｘ１レーザ干渉計５ａの計測範囲を超えてしまう場合を考える。この場合、Ｘ１レーザ干渉計５ａの計測範囲内で、Ｘ２レーザ干渉計５ｂも同時に計測可能な位置に、ウエハステージ１が来たことを知る必要がある。これは、Ｙレーザ干渉計４の値から判断してもよいし、別途センサを設けてもよい。その段階で、Ｘ２レーザ干渉計５ｂをリセットする。このとき、ウエハステージ１を静止させてもよいが、高速化のため、駆動しながら行うことを考える。Ｘ２レーザ干渉計５ｂはリセットされて、計測を開始しても正しいウエハステージ１のＸ位置を計測できない。そこで、今までウエハステージ１のＸ位置を計測していたＸ１レーザ干渉計５ａの値を、Ｘ２レーザ干渉計５ｂに与えてやればよい。このとき、ウエハステージ１のθの計測系を有しているのであれば、θ×ＬだけＸ２レーザ干渉計５ｂの初期値を補正することで、より正確にウエハステージ１のＸ位置を引き継ぐことができる。また、空気のゆらぎの影響等によって、Ｘ１レーザ干渉計の値そのものも誤差が含まれている可能性がある。そこで、ある一定時間のＸ１レーザ干渉計５ａの計測値の中心値（平均値）を、Ｘ２レーザ干渉計５ｂに引き継いでもよい。
【００３９】
しかし、それでも、バーミラー平面度の影響によって、Ｘ１レーザ干渉計５ａからＸ２レーザ干渉計５ｂに切り換えたとき、誤差が生じてしまうことは、先に記した。そこで、Ｘ２レーザ干渉計５ｂが計測可能になったと同時に、バーミラー平面度の補正関数から、誤差分を補正演算する。つまり、補正関数を、Δｘ＝Ｆ（ｙ）とした場合、上記した数２の関数による演算値（補正量）をＸ１レーザ干渉計５ａおよびＸ２レーザ干渉計５ｂの計測値から補正すればよい。
【００４０】
つまり、ステージの正しいＸ位置をＸｔとし、Ｘ１レーザ干渉計５Ａの計測値をＸ１、Ｘ２レーザ干渉計５ｂの計測値をＸ２、それぞれの誤差をΔｘ１、Δｘ２とすると、
【００４１】
【数３】
で表すことができる。よって、
【００４２】
【数４】
とすることで、バーミラーの平面度の影響を受けずに、正しいステージＸ位置をＸ１レーザ干渉計５ＡからＸ２レーザ干渉計５ｂへ引き継ぐことができる。
【００４３】
また、ウエハステージ１を駆動しながら、各レーザ干渉計５ａ，５ｂの切り換えを行う場合、Ｙ方向へのステップの速度やＸ２レーザ干渉計５ｂのリセットにかかった時間の変動により、切り換えを行うときのウエハステージ１のＹ位置は常に一定の場所とは限らない。その場合、上記補正量を、Ｘ１レーザ干渉計５ａおよびＸ２レーザ干渉計５ｂの計測値に対して常に補正しておくことで、レーザ干渉計５ａ，５ｂの切り換えのＹ位置にかかわらず、正確にウエハステージ１のＸ位置を引き継ぐことができる。つまり、Ｘ２レーザ干渉計が計測可能になった場合などをトリガーに、Δｘ２を常に演算しておき、数４の演算がいつ実行されてもいいように、Δｘ２を準備しておくことと同じである。同様に、ウエハステージ１を駆動しながら、Ｘ１レーザ干渉計５ａの計測値を平均化する場合も、常に上記補正を行えばよい。つまり、Ｘ１およびＸ２レーザ干渉計５ａ、５ｂの平均化を行うとき、Δｘ１およびΔｘ２も同じタイミングで平均化すればよい。その結果、バーミラー平面度の影響を受けずに、正しいＸ１レーザ干渉計５ａの値をＸ２レーザ干渉計５ｂに引き継ぐことができる。
【００４４】
また、上記したＸ１レーザ干渉計とＸ２レーザ干渉計との切り換え時における補正は一つの誤差関数（Ｆ関数）をＸ１およびＸ２レーザ干渉計に用いているが、Ｘ１およびＸ２レーザ干渉計それぞれが専用の誤差関数を持たせてもよい。つまり、一つの誤差関数を用いた場合、Δｘ１とΔｘ２の関係は、数２の通りになるが、それぞれ専用の誤差関数を持たせるということは、
【００４５】
【数５】
というように、Ｘ１とＸ２の独立した誤差関数を、それぞれ計測して、例えば図１における演算装置９のメモリ等に備えてそれぞれ補正を行ってもよい。
【００４６】
ここで、バーミラーの誤差関数は、例えば高次の多項式などで与えてもよいが、バーミラーの形状が複雑で高次の多項式などで近似できない場合などは、替わりに誤差テーブルを与えてやればよい。これは、ステージの位置（サンプル点）における誤差を列挙した表（テーブル）である。サンプル点の間隔を小さくすれば、より精密なバーミラーの形状を忠実に表現することができる。サンプル点とサンプル点の間の補間は、一次の直線でもいいし、高次関数でなめらかに補間してもよい。すると、ステージ位置ｙが決定すれば、対応する誤差Δｘ１、Δｘ２が決定するため、テーブルも広い意味で関数として捉えてもよい。
【００４７】
以上までの手法で、バーミラーの平面度の影響による、確定的な誤差要因を除去することができる。しかし、Ｘ１およびＸ２レーザ干渉計そのものが空気のゆらぎ等、何らかの影響（位置計測手段の雰囲気等）で誤差を有してしまった場合、レーザ干渉計の切り換えを行う度に、不確定な要素により誤差を有することになることは、先に述べた。これは、先述のように、切り換えを行う際に、平均化を行うことである程度まで押さえることができる。しかし、この誤差は、切り換えを行う度に蓄積するものであり、切り換え回数が多くなると、無視できなくなる恐れがある。そのため、ある一定の回数レーザ干渉計の切り換えを行った場合や、ウエハステージが空いている時間、ロットの開始時等（一定の期間）、あるきっかけでウエハステージの絶対的な位置のキャリブレーションを行うことが望ましい（第３の位置計測手段であるセンサ等を用いることも可能）。キャリブレーションを行う頻度は、精度とスループットのどちらを優先させるかで決定すればよい。キャリブレーションの手段としては、ウエハステージに予め用意されたマークを、スコープ等で観察することによりウエハステージの絶対的なずれ量を計測してもよいし、あるいは、絶対的な位置を計測するセンサを用意し、ウエハステージをそのセンサの計測範囲に駆動し、レーザ干渉計の値の誤差の蓄積分を計測してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ干渉計を切り換えることでバーミラーの長さより長い距離を駆動可能なステージにおいて、空気ゆらぎ等による不確定な要素による誤差がレーザ干渉計の切り換えに伴って誤差蓄積することを防ぐことができる。このため、高速、広範囲かつ高精度なステージ位置制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい一実施形態に係る位置決めステージ装置の要部概略図である。
【図２】 従来例に係る２次元平面移動可能なウエハステージ装置の要部概略図である。
【図３】 従来例に係る同一方向に複数のステージ位置計測用レーザ干渉計を設置して切り換え可能にしたウエハステージ装置の要部概略図である。
【図４】 従来例に係る複数のレーザ干渉計の切り換えに伴うウエハステージ装置の位置計測の誤差を説明する図である。
【符号の説明】
１：ウエハステージ、２：Ｙバーミラー、３：Ｘバーミラー、４：Ｙレーザ干渉計、５ａ：Ｘ１レーザ干渉計、５ｂ：Ｘ２レーザ干渉計、６ａ；Ｙ１リニアモータ、６ｂ：Ｙ２リニアモータ、７：Ｘリニアモータ、８ａ，８ｂ，８ｃ：レーザ干渉計カウンタボード、９：演算装置、１０：リニアモータドライバ、１１：ステージ定盤。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置等にて用いることが可能な非常に高精度で広範囲に渡って駆動が可能なステージ装置およびこのようなステージ装置における位置計測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、現在主流であるステップ・アンド・リピート方式露光装置（ステッパ）においては、被露光資材である基板（以下、ウエハと称す）を所定の場所に位置決めし、静止させた状態で露光したいパターンの描画された原版（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、ウエハ上に塗られた感光剤（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に転写する。これを、ウエハ全面に渡って繰り返し行うものである。また、ステップ・アンド・スキャン方式露光装置（スキャナ）は、ウエハを静止して一括露光するステッパに対し、ウエハ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、ウエハを搬送する位置決めステージ装置（以下、ウエハステージと称す）は、２次元平面（ＸＹ平面）を任意の場所に、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。それは、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っていることによる。同時に、ウエハの大口径化や、ウエハを交換するための交換位置への駆動、ウエハに露光されたマークを露光位置以外で計測する場合におけるステージ駆動等、ウエハステージが駆動を行う領域も非常に広範囲に渡る必要があるためである。
【０００４】
ウエハステージの位置検出には、レーザ干渉計が一般的に用いられている。このレーザ干渉計を２次元に配置することにより、ウエハステージの２次元位置を常に計測することができる。つまり、図２のように、ウエハステージ１には、Ｘ軸計測用の平面鏡（以下、バーミラーと称す）が、Ｙ軸方向に長く搭載されている。ここで、図２は従来例に係る２次元平面移動可能なウエハステージ装置の要部概略図である。Ｘ軸方向のウエハステージ１の位置を計測するＸレーザ干渉計５は、Ｘ軸に平行にレーザ光をＸバーミラー３に当て、返ってきた反射光と基準光を干渉させることによりウエハステージ１の相対的な駆動量を検出している。Ｙ軸方向のウエハステージ１の位置計測も同様である。また、Ｘ軸またはＹ軸のどちらか、または、両方のレーザ干渉計５，４を２つ用意することで、ウエハステージ１のＺ軸周りの回転角（θ）も検出することができる。
【０００５】
これらのレーザ干渉計５，４から得られた位置情報を元に、リニアモータ等のアクチュエータ（不図示）を２次元に配置することによって、ウエハステージ１を所定の場所に駆動することができる。
【０００６】
ウエハステージ１がＸ方向に駆動される場合は、Ｘレーザ干渉計５によってＸ軸への駆動量を常に計測すると同時に、Ｙレーザ干渉計４はＹバーミラー２の別の場所を計測することで、やはりＹ軸の位置も常に計測することが可能である。よって、ウエハステージ１のＸＹ位置が計測可能な範囲は、ＸＹ軸のバーミラー３，２の長さによって決定され、また計測の精度は、バーミラー３，２の平面加工精度の影響を受けてしまう問題が存在する。
【０００７】
ウエハステージの位置決め精度を向上させるには、これらのバーミラーの加工精度を非常に高精度に行う必要がある。しかし、前述のように、ウエハステージの駆動範囲も広範囲になるにつれ、バーミラーに必要とされる長さも長くなってしまう。これだけの長いバーミラーの全面に渡るｎｍオーダの加工を行うのは、非常に困難である。
【０００８】
そこで、ウエハ交換位置やウエハマーク計測位置のように、ウエハステージを長距離駆動する必要が生じた場合、その位置を計測するために、別のレーザ干渉計を用意する方法が提案されている。
【０００９】
図３は、従来例に係る同一方向に複数のステージ位置計測用レーザ干渉計を設置して切り換え可能にしたウエハステージ装置の要部概略図である。図３において、図２と同一の符号は図２と同様の構成要素を示す。図３を用いて説明すると、ウエハステージ１は、通常はＸ１レーザ干渉計５ａおよびＹレーザ干渉計４によって２次元に位置計測されている。ウエハステージ１がウエハ交換のため、Ｙ方向に長距離移動しなければならない場合、Ｘ１レーザ干渉計５ａに平行かつ距離Ｌだけ離れた場所に設置されたＸ２レーザ干渉計５ｂにて位置計測することが可能である。このように、レーザ干渉計をある距離だけ離れて設置することで、Ｘバーミラー３よりも長い距離をウエハステージ１は駆動することができる。
【００１０】
レーザ干渉計は、相対移動距離を計測するためのものであるため、常に反射光が戻ってくる状態でないと、正しい位置計測は行われない。つまり、一度レーザ光がバーミラーから外れて反射光が戻ってこない状態になると、それ以降は計測不能となってしまう。そして、次にバーミラーに当たって反射光が戻ってきた状態になった場合、レーザ干渉計をリセットする必要があり、Ｘ軸およびＹ軸のレーザ干渉計は、絶対的なセンサを用いてリセットを行う。
【００１１】
図３より、例えば、ウエハステージ１の位置をＸ１レーザ干渉計５ａおよびＹレーザ干渉計４が計測できる範囲内の所定の位置に、フォトスイッチ等をＸ軸およびＹ軸に配置し、これをウエハステージ１が横切った瞬間、Ｘ１レーザ干渉計５ａおよびＹレーザ干渉計４をリセットする。この後は、レーザ干渉計５ａ，４に反射光が戻ってくる間は、Ｘ１レーザ干渉計５ａおよびＹレーザ干渉計４によりウエハステージ１の２次元の位置を計測する。
【００１２】
ウエハステージ１がウエハ交換位置等に駆動される際に、Ｘ１レーザ干渉計５ａの計測範囲を外れる場合は、ウエハステージ１のＸ位置計測をＸ２レーザ干渉計５ｂで行う必要がある。このとき、Ｘ１レーザ干渉計５ａとＸ２レーザ干渉計５ｂの間隔ＬをＸバーミラー３よりも短くすることにより、Ｘ１レーザ干渉計５ａとＸ２レーザ干渉計５ｂが同時に位置計測できる場所を確保しておく。Ｘ位置計測用のレーザ干渉計５ａ，５ｂを切り換えるとき、一度、Ｘ１レーザ干渉計５ａおよびＸ２レーザ干渉計５ｂがどちらも計測可能な位置にウエハステージ１を駆動する。これは、Ｙレーザ干渉計４の計測値が予め規定した値になったときでもよいし、別途、別のセンサを設けてもよい。ここで、Ｘ２レーザ干渉計５ｂをリセットするのだが、このときＸ１レーザ干渉計５ａの値をＸ２レーザ干渉計５ｂに引き継ぐことで、ウエハステージ１のＸ位置がどこであっても、Ｘ１レーザ干渉計５ａからＸ２レーザ干渉計５ｂへ切り換えを行うことができる。以降、Ｘ１レーザ干渉計５ａが計測不能になっても、Ｘ２レーザ干渉計５ｂによりウエハステージ１のＸ位置を計測することができ、あたかも、Ｘバーミラー３よりも長い距離を自由にウエハステージ１が駆動しているように振る舞うことができる。なお、レーザ干渉計をＸ２レーザ干渉計５ｂからＸ１レーザ干渉計５ａに切り換えるときも、同様に行えばよい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来例にて説明したように、Ｙ方向に長距離駆動が必要なウエハステージにおいて、Ｘレーザ干渉計を複数設置（Ｘ１およびＸ２レーザ干渉計）し、これらを切り換えて使用することでバーミラーよりも長い距離を駆動させることが可能となる。ここで、Ｘ軸の位置計測を、Ｘ１レーザ干渉計からＸ２レーザ干渉計に切り換えるときは、Ｘ１およびＸ２レーザ干渉計が同時に計測可能な位置にウエハステージを駆動し、Ｘ２レーザ干渉計をリセットすると同時に、Ｘ１レーザ干渉計の計測値をＸ２レーザ干渉計に引き継げばよかった。
【００１４】
しかし、実際にはバーミラーは全くの平面ではなく、ある程度の表面の加工精度によるばらつきがある（確定的な要素）。よって、レーザ光が当たる場所によって、その誤差は異なる。図４は、従来例に係る複数のレーザ干渉計の切り換えに伴うウエハステージ装置の位置計測の誤差を説明する図である。図４において、Ｘバーミラー３の平面形状によって生じる誤差は、Ｙ位置に依存した関数となり、数１によって表される。
【００１５】
【数１】
【００１６】
仮に、Ｘ１レーザ干渉計５ａはＹ＝０位置を計測しているものとし、Ｘ２レーザ干渉計５ｂはＸ１レーザ干渉計５ａから距離Ｌだけ離れているとすれば、Ｘ１レーザ干渉計５ａおよびＸ２レーザ干渉計５ｂの誤差はそれぞれ数２のように表される。
【００１７】
【数２】
従って、Ｘ１レーザ干渉計５ａとＸ２レーザ干渉計５ｂとによる位置計測では、（Δｘ１−Δｘ２）だけ誤差が異なることになり、Ｘ１レーザ干渉計５ａからＸ２レーザ干渉計５ｂへ計測値をそのまま引き継ぐと、この量だけ誤差となる。これがウエハ交換のときのように、精度に余裕があるときならよいが、露光領域内でレーザ干渉計の切り換えを行う場合、あるいは、オフ・アクシス・スコープ等を用いて露光領域外で高精度なマーク計測（アライメント）を行う場合等は、この切り換えに伴う誤差（Δｘ１−Δｘ２）は、無視できなくなってくる。
【００１９】
また、空気のゆらぎの影響等を受け、レーザ干渉計の値そのものがだまされている（誤差を含んでいる）場合、これは不確定な要素であるため予測ができない。さらに、Ｘ１レーザ干渉計５ａからＸ２レーザ干渉計５ｂに切り換える瞬間に、Δｘ（１）だけＸ１レーザ干渉計５ａが誤差を有したとする。この場合、このＸ１レーザ干渉計５ａの誤差量がＸ２レーザ干渉計５ｂに引き継がれてしまう。逆に、Ｘ２レーザ干渉計５ｂからＸ１レーザ干渉計５ａへ切り換える時もΔｘ（２）だけ誤差を有するとすると、Ｘ１レーザ干渉計５ａの誤差はΔｘ（１）＋Δｘ（２）となり、レーザ干渉計の切り換えを行う度に誤差が蓄積してしまう。
【００２０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、レーザ干渉計の切り換えの際の空気のゆらぎ等の不確定な要素による誤差蓄積を防ぐ、高速、広範囲かつ高精度なステージ装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的達成のため試行錯誤して検討した結果、以下の手段によって上記目的が達成されることを見いだし、本発明を完成せしめた。
【００２２】
すなわち、上記目的を達成するために、本発明のステージ装置は、ステージと、干渉計を含む第１および第２の位置計測手段とを備え、位置計測手段を前記第１の位置計測手段から第２の位置計測手段へ切り換えてステージの位置を計測するステージ装置において、切り換えの際に、前記第１の位置計測手段の雰囲気に起因する誤差を補正して前記第１の位置計測手段から前記第２の位置計測手段へ計測値を引き継ぐ手段と、前記補正が複数回行われた後に前記ステージの絶対的な位置のキャリブレーションを行う校正手段とを有することを特徴とする。
【００２３】
本発明の位置計測方法は、ステージと、干渉計を含む第１および第２の位置計測手段とを備え、位置計測手段を前記第１の位置計測手段から第２の位置計測手段へ切り換えてステージの位置を計測するステージ装置における位置計測方法であって、前記第１の位置計測手段の雰囲気に起因する誤差を補正する工程と、前記第１の位置計測手段から前記第２の位置計測手段へ補正された計測値を引き継ぐ工程と、前記補正が複数回行われた後に前記ステージの絶対的な位置のキャリブレーションを行う工程と、を有することを特徴とする。
【００２４】
ここで、前記ステージは平面鏡を備え、前記位置計測方法は、前記平面鏡の平面度に起因する誤差を算出する工程と、算出された誤差にもとづいて前記第２の位置計測手段の計測値を補正する工程と、を備えることが好ましい。
【００２５】
本発明の好ましい実施例において、前記校正手段は、ウエハステージが空いている時間や、ロットの開始時等一定の期間に、キャリブレーションを行う。または一定の回数、前記位置計測手段の切り換えを行った場合にキャリブレーションを行う。また、前記ステージ装置は、前記第１の位置計測手段の計測値の一定時間における平均値をとることによって前記誤差を補正する。また、前記第１および第２の位置計測手段は前記ステージの第１方向における位置を計測するために用いられ、前記第１方向と直交する第２方向に前記ステージが移動する際に前記位置計測手段は切り換えられる。前記ステージは平面鏡を備え、前記第２方向における、前記平面鏡の寸法が前記第１および第２の干渉計の間隔よりも長い。さらに、前記ステージ装置は、前記平面鏡の平面度に起因する誤差を補正して、前記第１の位置計測手段から前記第２の位置計測手段へ計測値を引き継ぐ手段を備える。
【００２６】
【作用】
従来のステージ装置は、各位置計測手段の切り換えに伴う空気のゆらぎ等の不確定な要素による小さい誤差が、複数回切り換えが繰り返されると誤差が蓄積して無視できなくなる。
本発明では、不確定な要素である雰囲気に起因する誤差を補正して前記第１の位置計測手段から前記第２の位置計測手段へ計測値を引き継ぐ手段と、前記補正が複数回行われた後に前記ステージの絶対的な位置のキャリブレーションを行う校正手段とを備える。これによれば、空気のゆらぎ等の位置計測手段の雰囲気からの不確定な要素による誤差の蓄積を防いで、ステージを高速・広範囲・高精度に位置決めすることができる。
【００３０】
なお、前記校正手段または校正工程は、ある一定の回数位置計測手段の切り換えを行ったり、あるいは、ステージが空いている時間（一定の期間）を利用して、現在の正確な位置と位置計測手段の計測値とを比較し、校正する（キャリブレーションを行う）ものである。
【００３１】
キャリブレーションは、第３の位置計測手段（センサ等）によって行うことができる。第３の位置計測手段には、絶対的な位置計測を行うセンサ（フォトスイッチ）等を用いてもよく、スコープによってマークを計測してもよい。また、キャリブレーションを行う頻度は、位置決め精度または装置のスループットのいずれを優先させるかで決定してもよい。この場合、ユーザの要求に合わせて高速・広範囲・高精度な位置決めステージ装置を構成することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の好ましい一実施形態に係る位置決めステージ装置（半導体露光装置のウエハステージ等）の要部概略図である。
【００３３】
１はウエハステージ本体である。２はＹ位置計測用のＹバーミラーであり、Ｘ軸への駆動可能な範囲の全てにおいてＹレーザ干渉計のレーザ光がＹバーミラー２（平面鏡）に当たるよう、Ｘ方向に長く設置されている。４はＹ位置計測用のＹレーザ干渉計である。このＹレーザ干渉計４からＹバーミラー２にレーザ光を当て、反射光と基準光との干渉からウエハステージ１のＹ方向の移動距離を計測する（位置計測手段を構成する）。通常、Ｙレーザ干渉計４は、装置の基準となる剛体に取り付けられる。また、Ｙレーザ干渉計４を２つ平行に配置することにより、ＸＹ平面内のウエハステージ１のＺ軸周りの回転角θを計測することも可能である。
【００３４】
同様に、３はＸ位置計測用のＸバーミラー（平面鏡）であり、Ｙ方向に長く設置されている。５ａはウエハステージ１が露光領域にある場合に、Ｘ方向の位置計測を行うためのＸ１レーザ干渉計である。通常、ウエハステージ１の位置の計測は、Ｘ１レーザ干渉計５ａ（第１の位置計測手段）で行われる。このＸ１レーザ干渉計５ａと平行に、距離Ｌだけ離れて、Ｘ２レーザ干渉計５ｂ（第２の位置計測手段）が設置されている。このＸ２レーザ干渉計５ｂは、ウエハステージ１がウエハ交換位置やオフ・アクシス・スコープの計測位置に配置しているとき、ウエハステージ１のＸ位置を計測するためのものである。
【００３５】
Ｘバーミラー３は、Ｘ１レーザ干渉計５ａとＸ２レーザ干渉計５ｂの間隔Ｌよりも長く設置されている。このマージンを、（ステージの移動速度）×（レーザ光のリセットにかかる時間）分だけとってやれば、Ｘ１レーザ干渉計５ａとＸ２レーザ干渉計５ｂとの切り換え時、ウエハステージ１を停止させることなく、駆動しながら切り換えを行うことができる。また、Ｘ位置計測用のレーザ干渉計５ａ，５ｂを切り換えて使用することで、ウエハステージ１は、Ｘバーミラー３よりも長い距離をＹ方向に駆動可能である。
【００３６】
８ａ，８ｂ，８ｃは、それぞれＹレーザ干渉計４、Ｘ１レーザ干渉計５ａおよびＸ２レーザ干渉計５ｂのカウンターボードである。各レーザ干渉計４，５ａ，５ｂの計測値は、これらのカウンターボード８ａ，８ｂ，８ｃによりそれぞれカウントされ、演算装置９に送られる。演算装置９は、ＤＳＰ等のプロセッサ、メモリ等を備えた汎用的な演算装置でよい。カウンターボード８ａ，８ｂ，８ｃからそれぞれ送られてきたレーザ干渉計の計測値は、この演算装置９でウエハステージ１の現在位置に変換される。それと同時に、演算装置９は、ウエハステージ１の現在位置と目標位置の差を演算し、ウエハステージ１の駆動命令をドライバ１０に出力する。ドライバ１０は、演算装置９からの命令に従い、Ｙ１リニアモータ６ａ，Ｙ２リニアモータ６ｂおよびＸリニアモータ７（駆動手段）に電流を流し、ウエハステージ１を、ＸＹ方向（平面方向）に駆動する。ウエハステージ１は、ウエハステージ定盤１１の上をエアーべアリング等によって非接触で２次元に移動可能である。ここで、演算装置９、ドライバ１０等により本発明における補正手段が構成される。
【００３７】
以上、基本的なウエハステージの構成について説明した。次に、具体的なウエハステージの駆動手法（駆動方法）について述べる。
各レーザ干渉計４，５ａ，５ｂは、相対的な対象物の移動量を計測するため、電源をｏｎした直後は、ウエハステージ１の位置を知ることができない。そのため、おおよそのウエハステージ１の位置を知るために、絶対的な位置を計測するセンサ（不図示）を取り付けたり、また、ある一定方向に常に力をかけ、フォトスイッチ等を横切った瞬間、各レーザ干渉計４，５ａ，５ｂをリセットしてもよい。この各レーザ干渉計４，５ａ，５ｂのリセットをＸ１レーザ干渉計５ａの計測範囲内で行うことにより、Ｙレーザ干渉計４とＸ１レーザ干渉計５ａが、ウエハステージ１の位置の計測を開始する。通常の状態では、これ以降、Ｙレーザ干渉計４とＸ１レーザ干渉計５ａとにより、ウエハステージ１の位置を常に計測することになる。このとき、ウエハステージ１の正確な位置は、Ｘバーミラー３およびＹバーミラー２の平面度の影響を受ける。そのため、この誤差を予め計測しておき、補正関数として演算装置９のメモリに蓄えておく。そして、Ｙ位置におけるＸ誤差、Ｘ位置におけるＹ誤差を前記補正関数から演算装置９により計算し、Ｘレーザ干渉計５ａ，５ｂおよびＹレーザ干渉計４の値を補正することで、ウエハステージ１の正確な位置を知ることができる。
【００３８】
ここで、オフ・アクシス・スコープによる計測やウエハ交換等、ウエハステージ１がＹ方向に大きく駆動する必要があり、Ｘ１レーザ干渉計５ａの計測範囲を超えてしまう場合を考える。この場合、Ｘ１レーザ干渉計５ａの計測範囲内で、Ｘ２レーザ干渉計５ｂも同時に計測可能な位置に、ウエハステージ１が来たことを知る必要がある。これは、Ｙレーザ干渉計４の値から判断してもよいし、別途センサを設けてもよい。その段階で、Ｘ２レーザ干渉計５ｂをリセットする。このとき、ウエハステージ１を静止させてもよいが、高速化のため、駆動しながら行うことを考える。Ｘ２レーザ干渉計５ｂはリセットされて、計測を開始しても正しいウエハステージ１のＸ位置を計測できない。そこで、今までウエハステージ１のＸ位置を計測していたＸ１レーザ干渉計５ａの値を、Ｘ２レーザ干渉計５ｂに与えてやればよい。このとき、ウエハステージ１のθの計測系を有しているのであれば、θ×ＬだけＸ２レーザ干渉計５ｂの初期値を補正することで、より正確にウエハステージ１のＸ位置を引き継ぐことができる。また、空気のゆらぎの影響等によって、Ｘ１レーザ干渉計の値そのものも誤差が含まれている可能性がある。そこで、ある一定時間のＸ１レーザ干渉計５ａの計測値の中心値（平均値）を、Ｘ２レーザ干渉計５ｂに引き継いでもよい。
【００３９】
しかし、それでも、バーミラー平面度の影響によって、Ｘ１レーザ干渉計５ａからＸ２レーザ干渉計５ｂに切り換えたとき、誤差が生じてしまうことは、先に記した。そこで、Ｘ２レーザ干渉計５ｂが計測可能になったと同時に、バーミラー平面度の補正関数から、誤差分を補正演算する。つまり、補正関数を、Δｘ＝Ｆ（ｙ）とした場合、上記した数２の関数による演算値（補正量）をＸ１レーザ干渉計５ａおよびＸ２レーザ干渉計５ｂの計測値から補正すればよい。
【００４０】
つまり、ステージの正しいＸ位置をＸｔとし、Ｘ１レーザ干渉計５Ａの計測値をＸ１、Ｘ２レーザ干渉計５ｂの計測値をＸ２、それぞれの誤差をΔｘ１、Δｘ２とすると、
【００４１】
【数３】
【００４２】
【数４】
【００４３】
また、ウエハステージ１を駆動しながら、各レーザ干渉計５ａ，５ｂの切り換えを行う場合、Ｙ方向へのステップの速度やＸ２レーザ干渉計５ｂのリセットにかかった時間の変動により、切り換えを行うときのウエハステージ１のＹ位置は常に一定の場所とは限らない。その場合、上記補正量を、Ｘ１レーザ干渉計５ａおよびＸ２レーザ干渉計５ｂの計測値に対して常に補正しておくことで、レーザ干渉計５ａ，５ｂの切り換えのＹ位置にかかわらず、正確にウエハステージ１のＸ位置を引き継ぐことができる。つまり、Ｘ２レーザ干渉計が計測可能になった場合などをトリガーに、Δｘ２を常に演算しておき、数４の演算がいつ実行されてもいいように、Δｘ２を準備しておくことと同じである。同様に、ウエハステージ１を駆動しながら、Ｘ１レーザ干渉計５ａの計測値を平均化する場合も、常に上記補正を行えばよい。つまり、Ｘ１およびＸ２レーザ干渉計５ａ、５ｂの平均化を行うとき、Δｘ１およびΔｘ２も同じタイミングで平均化すればよい。その結果、バーミラー平面度の影響を受けずに、正しいＸ１レーザ干渉計５ａの値をＸ２レーザ干渉計５ｂに引き継ぐことができる。
【００４４】
また、上記したＸ１レーザ干渉計とＸ２レーザ干渉計との切り換え時における補正は一つの誤差関数（Ｆ関数）をＸ１およびＸ２レーザ干渉計に用いているが、Ｘ１およびＸ２レーザ干渉計それぞれが専用の誤差関数を持たせてもよい。つまり、一つの誤差関数を用いた場合、Δｘ１とΔｘ２の関係は、数２の通りになるが、それぞれ専用の誤差関数を持たせるということは、
【００４５】
【数５】
【００４６】
ここで、バーミラーの誤差関数は、例えば高次の多項式などで与えてもよいが、バーミラーの形状が複雑で高次の多項式などで近似できない場合などは、替わりに誤差テーブルを与えてやればよい。これは、ステージの位置（サンプル点）における誤差を列挙した表（テーブル）である。サンプル点の間隔を小さくすれば、より精密なバーミラーの形状を忠実に表現することができる。サンプル点とサンプル点の間の補間は、一次の直線でもいいし、高次関数でなめらかに補間してもよい。すると、ステージ位置ｙが決定すれば、対応する誤差Δｘ１、Δｘ２が決定するため、テーブルも広い意味で関数として捉えてもよい。
【００４７】
以上までの手法で、バーミラーの平面度の影響による、確定的な誤差要因を除去することができる。しかし、Ｘ１およびＸ２レーザ干渉計そのものが空気のゆらぎ等、何らかの影響（位置計測手段の雰囲気等）で誤差を有してしまった場合、レーザ干渉計の切り換えを行う度に、不確定な要素により誤差を有することになることは、先に述べた。これは、先述のように、切り換えを行う際に、平均化を行うことである程度まで押さえることができる。しかし、この誤差は、切り換えを行う度に蓄積するものであり、切り換え回数が多くなると、無視できなくなる恐れがある。そのため、ある一定の回数レーザ干渉計の切り換えを行った場合や、ウエハステージが空いている時間、ロットの開始時等（一定の期間）、あるきっかけでウエハステージの絶対的な位置のキャリブレーションを行うことが望ましい（第３の位置計測手段であるセンサ等を用いることも可能）。キャリブレーションを行う頻度は、精度とスループットのどちらを優先させるかで決定すればよい。キャリブレーションの手段としては、ウエハステージに予め用意されたマークを、スコープ等で観察することによりウエハステージの絶対的なずれ量を計測してもよいし、あるいは、絶対的な位置を計測するセンサを用意し、ウエハステージをそのセンサの計測範囲に駆動し、レーザ干渉計の値の誤差の蓄積分を計測してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ干渉計を切り換えることでバーミラーの長さより長い距離を駆動可能なステージにおいて、空気ゆらぎ等による不確定な要素による誤差がレーザ干渉計の切り換えに伴って誤差蓄積することを防ぐことができる。このため、高速、広範囲かつ高精度なステージ位置制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい一実施形態に係る位置決めステージ装置の要部概略図である。
【図２】 従来例に係る２次元平面移動可能なウエハステージ装置の要部概略図である。
【図３】 従来例に係る同一方向に複数のステージ位置計測用レーザ干渉計を設置して切り換え可能にしたウエハステージ装置の要部概略図である。
【図４】 従来例に係る複数のレーザ干渉計の切り換えに伴うウエハステージ装置の位置計測の誤差を説明する図である。
【符号の説明】
１：ウエハステージ、２：Ｙバーミラー、３：Ｘバーミラー、４：Ｙレーザ干渉計、５ａ：Ｘ１レーザ干渉計、５ｂ：Ｘ２レーザ干渉計、６ａ；Ｙ１リニアモータ、６ｂ：Ｙ２リニアモータ、７：Ｘリニアモータ、８ａ，８ｂ，８ｃ：レーザ干渉計カウンタボード、９：演算装置、１０：リニアモータドライバ、１１：ステージ定盤。
Claims (9)
- ステージと、干渉計を含む第１および第２の位置計測手段とを備え、位置計測手段を前記第１の位置計測手段から第２の位置計測手段へ切り換えてステージの位置を計測するステージ装置において、
切り換えの際に、前記第１の位置計測手段の雰囲気に起因する誤差を補正して前記第１の位置計測手段から前記第２の位置計測手段へ計測値を引き継ぐ手段と、
前記補正が複数回行われた後に前記ステージの絶対的な位置のキャリブレーションを行う校正手段とを有することを特徴とするステージ装置。 - 前記校正手段は、一定の回数切り換えを行った場合に、または一定の期間に、キャリブレーションを行うことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
- 前記第１の位置計測手段の計測値の一定時間における平均値をとることによって前記誤差を補正することを特徴とする請求項１または２に記載のステージ装置。
- 前記第１および第２の位置計測手段は前記ステージの第１方向における位置を計測するために用いられ、前記第１方向と直交する第２方向に前記ステージが移動する際に前記位置計測手段は切り換えられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のステージ装置。
- 前記ステージは平面鏡を備え、前記第２方向における、前記平面鏡の寸法が前記第１および第２の干渉計の間隔よりも長いことを特徴とする請求項４に記載のステージ装置。
- 前記平面鏡の平面度に起因する誤差を補正して、前記第１の位置計測手段から前記第２の位置計測手段へ計測値を引き継ぐ手段を備えることを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。
- 請求項１〜６の少なくともいずれかに記載のステージ装置を用いて基板を位置決めすることを特徴とする半導体露光装置。
- ステージと、干渉計を含む第１および第２の位置計測手段とを備え、位置計測手段を前記第１の位置計測手段から第２の位置計測手段へ切り換えてステージの位置を計測するステージ装置における位置計測方法であって、
前記第１の位置計測手段の雰囲気に起因する誤差を補正する工程と、
前記第１の位置計測手段から前記第２の位置計測手段へ補正された計測値を引き継ぐ工程と、
前記補正が複数回行われた後に前記ステージの絶対的な位置のキャリブレーションを行う工程と、
を有することを特徴とする位置計測方法。 - 前記ステージは平面鏡を備え、前記位置計測方法は、
前記平面鏡の平面度に起因する誤差を算出する工程と、
算出された誤差にもとづいて前記第２の位置計測手段の計測値を補正する工程と、
を備えることを特徴とする請求項８に記載の位置計測方法。
Priority Applications (2)
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