JPH0310105A - 位置測定方法、位置測定装置、位置決め方法、位置決め装置、および露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、平面内で２次元移動するステージの位置測定
方法及び装置に関し、さらにはステージ上に対象物を載
置して２次元的に位置決めする方法及び装置に関するも
のであり、特に半導体装置の加工、検査等のように極め
て高い精度が要求される測定、位置決めの技術に関する
。

〔従来の技術〕

ＶＬＳ　Ｉのパターン転写に用いられる各種露光装置（
ステッパー等）、転写マスクの描画装置、マスクパター
ンの位置座標測定装置、あるいはその他の位置決め装置
では、対象物を保持して直交する２軸（ｘ、Ｙ軸）方向
に精密に移動するＸＹステージが用いられている。この
ＸＹステージの位置座標の計測には、波長６３３ｒ＋＋
ｗで連続発振するＨｅ−Ｎｅの周波数安定化レーザを光
源とした光波干渉計（レーザ干渉計）が使われている。

市販されている干渉計として、Ｈｅｗｌｅｔ　Ｐａｃｋ
ａｒｄ社、Ｅｘｃｅ１社、Ｚａｉｇｏ社の製品が知られ
ている。レーザ干渉計は本質的に一次元の測定しかでき
ないため、２次元の座標測定には同一のレーザ干渉計を
２つ用意する。そしてＸＹステージには、反射面が互い
にほぼ直交する２つの平面鏡を固定し、この２つの平面
鏡の夫々にレーザ干渉計からのビームを投射し、各反射
面の垂直方向の距離変化を計測することでステージの２
次元の座標位置が求められる。２つの平面鏡の各反射面
は、ステージの必要移動ストロークに合わせて、Ｘ方向
、ｙ方向に伸びたものとなっている。このような平面鏡
は座標測定の基準となるので、その反射面は極めて高い
平面性が要求される。レーザ干渉計の計測分解能は０．
０１μｍ程度であり、また平面鏡の反射面の長さは、６
インチの半導体ウェハを載置するステージの場合、２５
０ａｎ程度が必要である。すなわち、２５０ｍの反射面
が全体的に傾いていたり、部分的に曲っていたり、ある
いは局所的な凹凸があった場合、その量が０．０１１Ｉ
ｍ以上あると、それがレーザ干渉計の計測値として取り
込まれることを意味する。従って平面鏡が０．０５μｍ
だけ曲がっていたとすると、ステージの位置測定、又は
位置決めは、０．０５μｍだけ理想的な直交座標系から
曲った曲線（又は斜交）座標系に従って行なわれること
になる。このため、平面鏡はできるだけ平面になるよう
に製作されるが、製作誤差によって０．０２μｍ程度の
凹凸が残っていた。このように、２５０ａｎの反射面全
体で０．０２μｍの凹凸しかないという精度は、１００
ｋ１００ｋれた２点間に水平にはり渡した糸がその中間
でわずか０．８ｃ■しかたわまないという程度のもので
ある。

もちろん、平面鏡の加工方法等によっては、それ以上の
精度を出すことも可能であるが、製作コストが格段に高
くなるだけで、実際に２次元移動ステージに固定すると
きの歪みや、その後の経時変化により、０．０２μｍ以
下の平面度を維持することは不可能である。

そこで移動ステージ上に固定された平面鏡の曲がり（凹
凸）を、基準（原器）となる基準平面鏡を用いて測定す
ることが考えられる。この場合、測定すべき平面鏡とほ
ぼ同一形状の基準平面鏡を、被測定平面鏡とほぼ平行に
ステージ上にａＷし、被測定平面鏡と基準平面鏡との夫
々に干渉計からのビームを垂直に投射し、その反射ビー
ムを干渉させて得られる距離変化の値から、被測定平面
鏡の基準平面鏡に対する曲り量を求める訳である。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような基準平面鏡を用いる方法は、まず基準平面鏡
の製作自体に労力とコストをかけることとなる。さらに
高精度な基準平面鏡ができたとしても、それを−時的に
ステージ上に設定するのが難しく、長時間を要する。特
に基準平面鏡をステージに取りつける際は、ステージの
移動によって位置ずれを起さないように、かつ基準平面
鏡の光学ブロックに歪みを与える応力を加えないように
しなければならない。

このような難解な問題が解消できたとしても、その曲り
量の計測のためには複雑な計算が必要となり、手軽に計
測できないといった問題があった。

近年、この種のステージを組み込んだ露光装置の位置決
め精度は、解像線幅のサブミクロン化（０，８〜０．４
μｍ）によって、増々きびしいものになってきており、
平面鏡の曲りによる影響が無視できない領域に入りつつ
ある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、ステージ上に取り付けた状態での平面鏡の曲りを
、基準平面鏡等を用いることなく１、容易にしかも精度
よく計測できるようにし、それによってステージの位置
測定、位置決めの精度を向上させることを目的とする。

〔課題を解決する為の手段） 本発明では、ステージ（ＳＴ）の座標位置を光波干渉計
（ＸＩ、Ｙｌ）で検出するためにステージ上に設けられ
た２つの互いに直交な平面鏡（Ｍｘ、ＭＹ）の夫々に対
して、反射面の局部的な曲り量を検出する計測手段とし
てのθ干渉計（Ｘθ１、Ｙθ■）を設けるようにした。

この２つのθ干渉計（ＸθＩ、Ｙθｌ）によって、２つ
の平面鏡の反射面の曲り量を、ほぼ同時に計測し、その
両方の計測値の差分を求めることで、ステージの直進性
の誤差を相殺した反射面の真の曲り量を求める。そして
、座標測定用の光波干渉計による計測位置を、その真の
曲り量に対応した分だけ補正するようにした。

〔作　用〕

本発明では、ｘ、Ｘ方向用の各平面鏡に対して反射面の
局所部分の傾きを求めるθ干渉計を配置し、この２つの
θ干渉計を同時に使って各平面鏡（すなわちステージ）
のヨーイングを計るようにした。このためステージをＸ
方向、又はＸ方向の一次元に移動させると、一方のθ干
渉計では平面鏡自体の曲り量とステージのヨーイング量
とが加算されたものが計測され、他方のθ干渉計ではヨ
ーイング量のみが計測される。そこで２つのθ干渉計の
計測値の差分を求めると、それは平面鏡自体の曲り量と
なる。この平面鏡の曲り量を記？、！　して、位置計測
時や位置決め時に検出されるステージの座標位置を、そ
の曲り量に応じて補正すれば、平面鏡として理想的な反
射平面をもつものを使ったのと同様の精度が得られる。

［実施例］ 第１図は、本発明の第１の実施例による位置測定装置を
ステンバーに適用した場合の構成を示す斜視図であり、
第２図はステージ部分の配置を示す平面図である。

第１図において、回路パターン等を有するレチクルＲは
、レチクルアライメント系３２ｘ、３２Ｙ５３２θを用
いて投影レンズＰＬの光軸ＡＸに対して精密に位置決め
される。投影レンズＰＬはレチクルＲのパターン像ＰＩ
をつ二ハＷ上の複数の局所領域（ショント領域）のうち
の１つに重ね合わせるように投影する。

ウェハＷはステージＳＴ上に固定され、このステージＳ
Ｔはモータ３０ｘ、３０ＹによってＸ方向とＸ方向の夫
々に平行移動する。またステージＳＴにはウェハＷのほ
ぼ等しい高さ位置に、アライメント系のキャリブレーシ
ョン等のための基準マーク板ＦＭが固設されている。さ
らにステージＳＴの互いに直交する２辺部の夫々には、
反射面がＸ方向に伸びた移動鏡（平面鏡）ＭＸと、反射
面がＸ方向に伸びた移動鏡（平面鏡）ＭＹとがステージ
ＳＴ上でずれないように固定されている。

第２図にも示すように、移動鏡ＭＸには、Ｘ方向の位置
（距離変化）を検出する干渉計ＸＩからのレーザビーム
ＢＸが垂直に投射され、移動鏡ＭＹにはＸ方向の位置を
検出する干渉計ＹｌからのレーザビームＢＹが垂直に投
射される。ビームＢＸの中心線はｙ軸と平行であり、そ
の延長線は投影レンズＰＬの光軸ＡＸが通る原点Ｏで交
わる。ビニムＢＹの中心線はｙ軸と平行であり、その延
長線は原点Ｏで交わる。移動鏡ＭＸには、Ｘ軸θ干渉計
ＸθＩからの２つのビームＢＸθ、　、ＢＸθ２が垂直
に投射され、Ｘ軸θ干渉計ＸθＩはビームＢＸθ、とＢ
Ｘθ２の光路差を計測する。移動鏡ＭＹにはＹ軸θ干渉
計ＹθＩからの２つのビームＢＹθ、、ＢＹθ２が垂直
に投射され、Ｙ軸θ干渉計Ｙθ■はビームＢＹθ１とＢ
Ｙθ２の光路差を計測する。これら２つのθ干渉計Ｘθ
■、Ｙθ■が本発明の曲り量計測手段に相当し、それぞ
れ２つのビームＢＸθ１とＢＸθ２とのＸ方向の間隔で
規定された範囲で移動鏡ＭＸの回転量、及び２つのビー
ムＢＹθ１とＢＹθ２のＸ方向の間隔で規定された範囲
で移動鏡ＭＹの回転量を計測する。

さて、第１図にも示されているように、ウェハＷ上のア
ライメントマークや基準マークＦＭは、投影レンズＰＬ
のフィールド外に固定されたオフ・アキシス方式のウェ
ハアライメント系ＷＲ，ＷＬによって位置検出される。

ウェハアライメント系ＷＲ，ＷＬの各検出中心は第２図
に示すように、原点Ｏを通るｙ軸をはさんでＸ方向に対
称的に配置されており、検出中心のＸ方向の間隔は予め
定められた一定値（ウェハＷの直径よりも小さい値）に
固定されている。尚、ウェハアライメント系ＷＬＳＷＲ
はそれぞれウェハＷ上のＸ方向アライメントマークとＸ
方向アライメントマークとを同一対物レンズを介して光
電検出できるように、すなわちマークの２次元の位置ず
れ検出ができるように構成されているものとする。

ここで牛渉計系ＸＩ、Ｙｌの基本構成、θ干渉計ＸθＩ
、ＹθＩの基本構成について第１図を参照して簡単に説
明する。干渉計ＸＩは、Ｈｅ−ＮｅレーザビームＩＸを
測定用のビームＢＸと参照用のビームＢｘ、の２つに分
けるビームスプリッタ２ｘ、ミラー６ｘ、及びレシーバ
ＩＯＸ等で構成され、参照ビームＢｘ、は投影レンズＰ
Ｌの下端部に固定された参照鏡に垂直に投射される。レ
シーバＩＯＸは参照鏡からの反射ビームと移動鏡ＭＸか
らの反射ビームとを同軸に入射し、両反射ビームの干渉
によるフリンジの変化を光電検出する。干渉計Ｙｌにつ
いても、全く同様であり、レーザビームＩＹを入射する
ビームスプリッタ２Ｙ、ミラー６Ｙ、レシーバＩＯＹ等
で構成され、参照ビームＢＹ、は投影レンズＰＬに固定
された参照鏡に投射される。このような干渉計ＸＩ、Ｙ
ｌの形式は、どのようなものであってもよい。その形式
の詳細な説明は本発明を説明する上で冗長となるので、
ここでは第３図を用いてＮ潔に述べることにする。

第３図は、干渉計ＸＩの構成の一例をｘ−ｚ平面内でみ
たものであり、プレーンミラー干渉計と呼ばれるもので
ある０周波数差を有するとともに、互いに直交した偏光
成分（Ｐ偏光とＳ偏光）のＨｅ−ＮｅレーザビームＩＸ
は、偏光ビームスブリフタ２Ｘに入射し、ここで偏光方
向によって移動鏡ＭＸへ向うビーム（ＢＸ）と、ミラー
６Ｘを介して投影レンズＰＬの鏡筒金物８に固定された
参照鏡７Ｘへ向うビーム（ＢＸｒ）とに分けられる。

偏光ビームスプリッタ２Ｘから参照鏡７ｘ、移動鏡ＭＸ
までの各光路（Ｂｘ、Ｂｘ、）の中には１／４波長板（
以下λ／４板とする）３Ａ、３Ｂが配置され、偏光ビー
ムスプリッタ２ｘの下側にはコーナキューブ５Ｘが固定
されている。ビームｌＸのうちビームスプリッタ２Ｘで
反射されたビームはＳ偏光であるが、λ／４板３Ｂによ
って円偏光となって参照鏡７Ｘの下半分に投射され、こ
こで反射されたビームは元の光路を戻る。このとき反射
ビームはλ／４板３Ｂを通ることによって送り光と直交
したＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２Ｘを透
過してコーナキューブ５Ｘで逆方向に反射され、再びビ
ームスプリッタ２ｘに入射する。Ｐ偏光のビームはビー
ムスプリッタ２Ｘを透過し、再びミラー６ｘ、λ／４板
３Ｂを介して参照鏡７Ｘの上半分に達する。ここで反射
されたビームはλ／４板、ミラー６の順に戻り、Ｓ偏光
に変換される。そして偏光ビームスプリッタ２Ｘで反射
してレシーバＩＯＸに入射する。一方、ビームスプリッ
タ２ｘを透過したビームＩＸの一部（Ｐ偏光）は、λ／
４板３Ａを介して移動鏡Ｍｇの下半分に投射され、ここ
で反射されたビームはλ／４板３Ａを介してＳ偏光に変
換され、ビームスプリッタ２ｘで下方に反射され、コー
ナキューブ５Ｘで逆方向に戻される。コーナキューブ５
ＸからのＳ偏光のビームは再びλ／４板３Ａを介して移
動鏡ＭＸの上半分に投射され、そこでの反射ビームはλ
／４板３Ａ、ビームスプリッタ２Ｘを介してＰ偏光に変
換されてレシーバＩＯＸに入射する。レシーバＩＯＸは
移動鏡ＭＸからの反射ビームと、参照鏡７Ｘからの反射
ビームとを、偏光方向を合わせて互いに干渉させ、ビー
ムＩＸの偏光方向のちがいによる周波数差を利用して、
ヘテロゲイン方式で２つの光路（ＢＸとＢｘ、）の差の
変化量を検出する。Ｙ側の干渉計Ｙｌについても全く同
様の構造であるので、これ以上の説明は省略する。

次に第１図を参照してθ干渉計Ｘθ（、Ｙθｌの基本構
成を説明する。θ干渉計Ｘθ■は、レーザビームＩＩＸ
を入射して２方向に分岐させるビ−ムスプリッタ１２Ｘ
と、ビームスプリッタ１２Ｘで反射した一部のビームを
移動鏡ＭＸの方向へ反射させるミラー１３Ｘと、レシー
バ１７Ｘ等とで構成されている。θ干渉計Ｘθｒの２つ
のビームＢＸθ、、ＢＸθアは互いに平行で、その間隔
は１０ＩＩＩＩ〜数ｌｏｗ程度ある。またビームＢＸθ
、とＢＸθ２とのほぼ中間には、レーザ干渉計Ｘ■から
のと−ムＢＸが位置する。θ干渉計Ｙθ■についても同
様であり、ミラーＭＹの反射面とほぼ垂直に２つのビー
ムＢＹθ＋　、ＢＹθ、ヲ一定の間隔で投射するために
、ビームスプリッタ１２Ｙ１　ミラー１３Ｙルシーバ１
７Ｙ等が設けられている。

ここでθ干渉計Ｘθ■の詳細な構成を第４図を参照して
説明するが、第４図の構成はほんの一例に過ぎず、要は
２つのビームＢＸθ、、ＢＸθ２の光路差の変化量が求
められればよい。

さて、第４図において直交する２つの偏光で一定の周波
数差を有するレーザビームＩＩＸは偏光ビームスプリッ
タ１２Ｘで２つに分岐され、Ｓ偏光のビームはミラー１
３ｘ、　　λ／４仮１４Ａを介して移動鏡ＭＸの１点に
垂直にビームＢＸθ、となって投射される。偏光ビーム
スプリッタ１２Ｘを透過したＰ偏光のビームはミラー１
５ｘ、１６ｘ、λ／４板１４Ｂを介して、移動鏡ＭＸの
別の点に垂直にビームＢＸθ２となって投射される。

ここでビームＢＸθ、とＢＸθよはＸ軸と平行であり、
Ｙ方向の間隔は移動鏡ＭＸの反射面上でＳＸ（１０ｍｍ
〜数十調程度）としである、＠光ビームスプリンタ１２
Ｘは、ビームＢＸθ１　と同軸に戻ってくる反射ビーム
と、ビームＢＸθ２と同軸に戻ってくる反射ビームとを
レシーバ１７Ｘの方に同軸に合成する。θ干渉計Ｙθ１
についての詳細な構成も全く同一なので説明は省略する
。

尚、θ干渉計Ｘθ１．．ＹθＩは第４図では省略したが
、実際には固定鏡を基準として、移動鏡ＭＸの２点での
光路差を計測するようになっている。

ところで、第１図の構成において、θ干渉計のレシーバ
！７ｘ、１７Ｙの夫々からの計測信号は、それぞれ回転
量（ヨーイング、曲り量等）計測用のデジタル・カウン
タ４０ｘ、４０Ｙに入力し、回転量に応じたデータＤθ
８、Ｄθ、を座標補正系４２に出力する。補正系４２は
データＤθ８、Ｄθ、の差分を求める演算部と、その差
分をステージＳＴのｘ、Ｘ方向の移動位置と対応じて記
憶するメモリ部等で構成されている。

座標位置計測用の干渉計ＸＩのレシーバＩＯＸからの信
号は不図示のカウンタ回路によってデジタルな座標値Ｄ
ＸＣに変換され、干渉計Ｙｌのレシーバ１０Ｙからの信
号は不図示のカウンタ回路によってデジタルな座標値Ｄ
ＹＣに変換される。

これら座標値ＤＸＣ，ＤＹＣは主制御系５０は、座標値
ＤＸＣ，ＤＹＣを入力し、補正系４２に記憶された移動
鏡Ｍｘ、ＭＹの曲り量に対応したデータ（差分）情報Ｄ
ＲＤの入力に基づいて、座標値ＤＸＣ，ＤＹＣを補正す
る機能と、目標位置に対してステージＳＴのモータ３０
ｘ、３０Ｙを駆動する指令ＤＳｘ、ＤＳＹを出力する機
能とを備えている。もちろん、その他にも各種制御のた
めの機能が設けられているが、ここでは本発明と直接関
係しないので、これ以上の説明は省略する。

尚、補正系４２からはリアルタイムに曲り量のデータＤ
θ１、Ｄθ、の差分量のデータＤＲＤ”を主制御系へ送
り出している。

次に、以上の構成のもとで、移動鏡Ｍｘ、ＭＹの各反射
面の曲りを計測する手法を、移動鏡ＭＹを例にとって第
５図も参照して説明する。

先にも述べたが、θ干渉計は実際には固定鏡を基準にし
て移動鏡Ｍｘ、ＭＹの反射面の回転量を計測しているが
、ここでは説明を簡単にするために、θ干渉計Ｙθ■は
第５図に示すように仮想的に固定された基準線ＲＹを基
準に移動鏡ＭＹの傾き（回転量や曲り量）を検出するも
のとする。基準線ＲＹと移動鏡ＭＹの距離をＹ、（干渉
計系ＹＩで計測している値）とし、その位置での移動鏡
ＭＹの局部的な曲り角をθＹ（ｘ）とする。θ干渉計Ｙ
θＩは、基準線ＲＹ上でＸ方向にＳＹだけ離れた２点で
、移動鏡ＭＹまでの距離ｙθ１とｙθ２との差分、Ｙθ
（ｘ）を計測する。すなわちθ干渉計ＹθＩのカウンタ
回路４０Ｙは、次式で決まるような差Ｙθ（ｘ）を出力
する。

ＹθＣｘ）＝ｙＯ，ｔ−ｙθ１・・・・・・・・・（１
）ここでカウンタ回路４０Ｙは、移動鏡ＭＹがＸ方向の
基準点Ｏ０にあるとき、すなわち移動鏡ＭＹの反射面上
の固定された点０８に、Ｙ軸干渉計ＹｌのビームＢＹが
入射している状態の時に零にリセットされる。干渉計Ｙ
ｌもその基準点ＯＫで零リセットされるものとする。移
動鏡の曲り角θＹ（ｘ）はせいぜい１〜２秒程度の微小
角であり、間隔ＳＹは１０ａｕ＋＋から数十ｍであるの
で、角度θＹ（ｘ）は次式で近似できる。

θＹ（・ｘ）＝Ｙθ（ｘ）／ＳＹ−（２）一方、移動鏡
ＭＹの位置Ｘにおける反射面の凹凸量ΔＹ（ｘ）は、Ｘ
の基準ｏ８に対して次式で求められる。

以上の測定は、ステージＳＴをＸ方向に移動させながら
行なうのであるが、この時にはステージＳＴのヨーイン
グが同時に発生するため、そのヨーイング量による誤差
分を式（３）の測定値から差し引かなければならない。

そこで、Ｙ軸用の移動鏡ＭＹの平面度を測定する時に、
Ｘ軸側のθ干渉計ＸθＩを使□って、Ｘの基準点０ヨに
対するステージＳＴのヨーイングｌｘθ（、Ｘ　）を求
める。

この場合、ステージＳＴはＸ方向に一次元移動するだけ
なので、θ干渉計Ｘθ■の２本のビームＢＸθ、　、Ｂ
Ｘθ２はＸ軸移動鏡ＭＸの反射面上の同一点に投射され
続ける。θ干渉計Ｘθ■のカウンタ回路４０Ｘは基準点
Ｏｘで零リセットされているため、位ｌｘでのカウンタ
回路４０Ｘの値は、原点ＯＫを基準としたステージＳＴ
のヨーイング量Ｘθ（ｘ）となる。

そこで、ステージ３ＴをＸ方向に移動させて、θ干渉計
Ｘθｌによる計測値Ｘθ（ｘ）を同時に読み込んで、次
式のような補正演算を行ない、移動鏡ＭＹの反射面の真
の凹凸量ＤＹ　（ｘ）を求める。

ＤＸ（ｙ、）＝Ｘθ　（Ｙ）／ＳＸ・・・・・・・・・
　（５）この凹凸量ＤＹ　（Ｘ）を、ステージＳＴのＸ
方向の適当な位置間隔毎に求めて記憶し、以後ステージ
ＳＴのＸ方向の位置に応じてＹ軸干渉計Ｙｌの計測値を
補正すれば、移動鏡ＭＹの曲がりが全くない場合と同等
の精度でＸ方向の位置計測ができる。

ここで、式（２）、式（４）の演算、及び真の凹凸１ｉ
ＤＹ（ｘ）の記憶は補正系４２で行なわれ、装置定数と
して扱われる。

またＸ軸周の移動鏡ＭＸについてもステージＳＴをＸ方
向に移動して全く同様に真の凹凸量ＤＸ（ｙ）が求めら
れ、補正系４２に記憶される。この場合、θ干渉計Ｘθ
ｌのカウンタ回路４０Ｘでの計測値をＸθ（ｙ）、θ干
渉計Ｙ８１のカウンタ回路４０Ｙでの計測値をＹθ（ｙ
）として、次式によって凹凸ＩＤＸ（ｙ）が求められる
。

尚、上記式（４）、（６）は区間０−ｘｌ又は０〜ｙで
９積分の形で表わしであるが、実際は局所区間毎、例え
ば５〜ｌ〇−毎の積分を行なえばよい、すなわち局所区
間の長さをΔＬとすると、Ｘ方向での積分区間はｎを１
以上の整数として、（ｎ−１）　　・ΔＬ　−ｎ・ΔＬ
の範囲で積分しては、ｎ−ｎ＋１と順次シフトしていく
。従って補正系４２内のメモリには、干渉計ＸＩ、Ｙｒ
の計測座標値のΔＬ毎に対応じて凹凸１１ＤＹ　（Ｘ）
　、ＤＸ（ｙ）のデータがテーブルとして記憶される。

以上、移動鏡Ｍｘ、ＭＹの凹凸量の測定は、ステッパー
の製造時や定期的なメインテナンス時のみに行なう場合
、・２つのθ干渉計ＸＩ、Ｙｌのうちの一方は脱着可能
としておき、使用する場合だけ装置に取り付けるように
してもよい、しかし、経時変化が大きいか、あるいは極
めて小さな量の誤差まで問題とされるような場合には、
２つのθ干渉計ＸＩ、Ｙｌとも常時取り付けておき、頻
繁に移動鏡Ｍｘ、ＭＹの曲りを計測した方がよい。

以上の実施例では、ステッパーのステージの位置測定、
位置決めに本発明を通用したものとして説明したが、マ
スクやウェハ等のパターンの座標位置を高精度に計測す
る測定装置にも全く同様に適用可能である。

さて、上記実施例では単にステージの位置計測だけを目
的としていたが、この種のステッパー等ではウェハＷ上
のアライメントマークを検出してウェハＷの装置座標系
における位置を特定するアライメント作業が不可欠であ
る。このアライメント作業では、ステージＳＴがヨーイ
ングによって微小回転してしまうと、マーク検出位置が
横ずれを起して計測されることになるので、θ干渉計Ｘ
θ■、又はＹθ■を用いて補正する必要がある。

そこで、アライメント作業時に好適な本発明の第２の実
施例を以下に説明する。

第１図、第２図に図示したように、ウェハアライメント
系ＷＬ、ＷＲの検出中心がＸ軸干渉計ＸＩのビームＢｘ
、又はＹ軸干渉計ＹｌのビームＢＹの延長線（測定軸）
上にない配置の場合、ウェハＷ上のマークの位置計測時
には、ステージＳＴのヨーイングによる誤差分を補正す
る必要がある。

ただし、特開昭５６−１０２８２３号に開示されている
ように、ウェハアライメント系が干渉計Ｘ１、Ｙｌの測
定軸上でマーク検出する場合は、ステージＳＴにヨーイ
ングがあっても位置検出結果をヨーイングの誤差分で補
正する必要はない。

従来のように、θ干渉計が１組しかないと、ステージＳ
Ｔのヨーイングによる移動鏡の傾き（回転）と、反射面
の曲りとを分離して扱うことができなかったが、本発明
を適用すると分離して扱うことができる。

以下、第６図を参照して本実施例を説明する。

第６図はアツベ誤差が出る位置に設けられたウェハアラ
イメント系ＷＲを用いて、ウェハＷ上のマークのＸ方向
の位置を検出したときに生じる誤差を説明した図である
。第６図中でｙ軸、ｙ軸はそれぞれ干渉計ＸＩ、Ｙｌの
測定軸（ビームＢｘ、ＢＹ）であり、原点Ｏは投影レン
ズＰＬの光軸ＡＸ位置である。ウェハアライメント系Ｗ
Ｒの検出中心はｙ軸からＸ方向に１．たけ離れた位置に
配置される。ウェハアライメント系ＷＲでウェハ上のマ
ークを検出したとき、Ｘ軸周の移動鏡ＭＸの反射面がＭ
ｘ、のようにｙ軸と正確に垂直（ｙ軸と平行）であれば
、その後ステージＳＴを一定量ｌ工だけＸ方向に移動さ
せ、Ｉ！、だけＸ方向に移動させると、計測したマーク
を点０に合致させることができ、誤差は生じない。

ところが、ウェハ上のマークの検出時に、移動鏡ＭＸの
反射面がＭ　Ｘ　ｂのようにｙ軸からθＸ（ｙ）だけ回
転していたとすると、第６図のようにｙ軸から２ｙだけ
離れた反射面ＭＸｂ上の点は、Ｘ方向に１！、・θＸ　
（ｙ）だけずれることになるから、ウェハＷ上のマーク
を原点Ｏに合致させるためには、ステージＳＴのＸ方向
の送り量を設計上の距離ｉ！８に対してｌ、　　・θＸ
　（ｙ）だけ補正しなければならない。

ステージＳＴのヨーイング量θＸ　（ｙ）の測定時には
、移動鏡の反射面の曲りの誤差が含まれるが、第１の実
施例と同じようにして、予め移動鏡Ｍｘ、ＭＹの真の凹
凸ＩＤＸ　（ｙ）、ＤＹ　（ｘ）、あるいは局所的な反
射面の傾き情報Ｙθ（Ｘ）、Ｘθ（ｙ）を計測して記憶
しておき、θ干渉計ＸθＩ、ＹθＩの実測値を、記憶し
たデータ値で補正すれば反射面自体の曲りの影響を差し
引いた真のヨーイング量を知ることができる。

このようなアライメント時のヨーイング補正は、主制御
系５０、補正系４２によって行なわれる。

実際のシーケンスとしては、ウェハアライメント系ＷＲ
（又はＷＬ）でウェハ上のマークを検出したときのステ
ージＳＴの位置を干渉計ｘｒＳｙｒで計測し、同時にそ
の位置でのヨーイング量をθ干渉計Ｘθ■、Ｙθ■の一
方、又は両方で検出する。θ干渉計ＸｏＩ、ＹθＩの計
測値は、補正系４２、又は主制御系５０において、予め
記憶しである凹凸量、又は局所的な傾き量のテーブルを
参照して補正され、真のヨーイング量が求められる。

２つの干渉計Ｘθ■、Ｙθ■を両方使う場合は、求めら
れた真のヨーイング量を加算平均したりすることで１つ
の真のヨーイング量とする。

尚、Ｘ軸側とＸ軸側とで真のヨーイング量が大きく異な
る場合は、その直前におけるステージＳＴの移動中に、
移動鏡Ｍｘ、ＭＹの少なくとも一方がステージＳＴ上で
微小に回転ずれを起したことになる。この場合は、装置
の稼動を中断してセルフチエツク、キャリプレーシラン
等の動作を実行することが望ましい、場合によって、は
、補正系４２内のテーブルの書き直しも必要となる。

以上、本実施例によれば、アツベ誤差を回避し得ないア
ライメント系を用いて、ウェハＷ上のマークの位置を計
測したとしても、容易に、しかも高精度にヨーイングに
よる誤差分を補正できるので、結果として高精度なウェ
ハアライメント系が達成できる。

次に本発明の第３の実施例による位置決め方法（装置）
について説明する。

ステッパーでは投影像を形成する視野に２次元の大きさ
があり、ステージＳＴのヨーイングの為に、１回の露光
ショット毎（ステッピング毎）に視野内で回転誤差（チ
ップローチーシリン）が生じる。このチップローテーシ
ョンは、ウヱハＷ上に１層目のパターンを焼き付けると
き、２層目以降のパターンの重ね焼きのときに問題とな
る。特に位置決め誤差や重ね合わせ誤差の要求が厳しく
なると、チップローチーシリンも無視できない量となっ
てくる。第７図はチップローチーシリンの様子を誇張し
て示したもので、レチクルＲの矩形の投影像ＰＩがｘｙ
座標に対して回転しないものとすると、ウェハステージ
ＳＴのヨーイングによって、ウェハＷ上のショット領域
ＣＰが像ＰＩに対して相対回転してしまう。この相対回
転がチップローテーション量Ｃθとして発生することに
なる。ローチーシリン量Ｃθが１秒あるものとすると、
１５ｍ角の像ＰＩ（又はショット領域ＣＰ）の端部では
、約０．０７５μｍの合わせずれが生じる。この誤差を
防ぐにはステージＳＴの真のヨーイングをモニターし、
ウェハＷを保持するホルダーを、そのヨーイングの方向
と逆方向に、モニターした分だけ微小回転させ、ウェハ
Ｗ上のショット配列の方向を、絶対座標系において常に
一定にすればよい、そのために第８図に示すように、ス
テージＳＴ上にθ回転するウェハホルダーＷＨを設け、
モータＭＴ、制御系６０で微小回転させる構造とする。

さらにホルダーＷＨの一部に２つのコーナレフレクタ（
直角ミラー）ＣＲｔ　、ＣＲｔを固定し、ステージＳＴ
上に取り付けたθ干渉計Ｗθ■から各レフレクタＣＲ，
、ＣＲ１にビームを投射することで、ホルダーＷＨのス
テージＳＴ上での回転量を精密に計測できるようにする
。この際、制御系６０は先の実施例と同様にして補正さ
れた真のヨーイング量を、θ干渉計Ｘθ■、補正系４２
等から入力し、そのヨーイング量（ステージＳＴの原点
位置を基準とした回転量）の分だけ逆方向にウェハホル
ダーＷ！（が回転するように、θ干渉計ＷθＩの計測値
をモニターしつつ、モータ、ＭＴをサーボ制御する。こ
の動作はウェハアライメント（グローバルアライメント
、ＥＣ；Ａ等）が終了した後に継続して実行され、ステ
ップアンドリピートの露光動作中はモータＭＴによるサ
ーボ制御が働き続ける。尚、ウェハホルダーＷＨの回転
中心はウェハＷ上の各ショット６Ｍ域の中心にある訳で
はないので、ウェハホルダーＷＨの回転によってショッ
ト領域はアライメント作業で規定された位置からｘ、ｙ
方向に微小シフトする。このため制御系６０は、ホルダ
ーＷＨの回転量によるシッット位置のｘＳｙ方向シフト
量を演算で求め、その分だけステージＳＴのステッピン
グの位置を補正するための情報を、第１図中の制御系５
０へ出力する。

またウェハホルダーＷＨをグローバルアライメント時に
一度だけ回転補正した後、ステージＳＴの真のヨーイン
グ量を計測しつつ、レチクルＲを保持するレチクルステ
ージをヨーイングの方向と同方向に回転補正しつつステ
ップアンドリピート露光を行なってもよい。

この場合、ウェハＷ上の各ショット領域の中心を投影像
ＰＩの中心と一致させればよく、ウェハＷ側をヨーイン
グ補正のために回転させる時のようなｘ、ｙ方向の微小
シフトは必要ない、この場合、レチクルステージの回転
中心はレチクルＲの中心と極カ一致させ、回転量モニタ
ー用のθ干渉針等を設けることが望ましい。

さらに、ウェハＷ上の各ショット領域とレチクルＲとの
相対回転誤差をＴＴＲ（スルーザレチクル）又はＴＴＬ
（スルーザレンズ）方式のアライメント系で検出して、
その誤差を補正するようにレチクルステージ、又はウェ
ハステージＳＴを微小回転させるシーケンスと一体に組
み合わせてもよい。

以上、本実施例によれば、移動鏡Ｍｘ、ＭＹの反射面の
曲りの影響を除いて純粋なヨーイング量のみを検出して
、ウェハＷ又はレチクルＲを微小回転させるため、ウェ
ハＷ上にファーストプリントで焼き付けられる１層目の
ショントからチ・７プローテーシヨンの補正ができ、２
層目以降の重ね合わせ露光の際も、ヨーイングの影響に
よるチップローテーションの発生を押えることができる
。

以上、本発明の各実施例では、移動鏡Ｍｘ、ＭＹの回転
量（曲りＵは、コヒーレントなビームを用いたθ干渉計
で計測するものとしたが、必ずしも干渉計を用いる必要
はなく、例えばオートコリメータ方式を利用して、平行
光束を移動鏡の反射面に投射し、その反射光束の反射方
向の変化を光電検出する構成にしても同じ効果が得られ
る。

この場合、移動鏡に投射される平行光束は、反射面の伸
びる方向に１０〜数１０則程度の長さをもつスリット状
断面にするとよい。

また露光方式としては、マスクとウェハを近接させるプ
ロキシミティ方式、マスクとウェハを一体に投影光学系
に対してスキャンするアライナ−あるいはステンブアン
ドスキャン方式等、いかなるものにも適用できる。

また、Ｘ軸、Ｙ軸層の移動鏡Ｍｘ、、ＭＹは、セラミッ
クステージの直角な２側面を光学研磨し、そこにアルミ
ニウム等を蒸着したものとしてもよい。

〔発明の効果〕

以上の様に、本発明によれば平面鏡の曲がりをヨーイン
グの影響を受けずに測定できて記録し、ｘ、Ｙの座標測
定時に曲がり量を補正して使用できるので、高精度な２
次元座標測定ができを効である。この座標測定部を用い
れば２次元座標測定機の測定精度が向上し、ステッパー
等のパターン転写装置に利用すれば位置決め精度が同上
するという効果がある。また平面鏡の曲がりだけでなく
ＸとＹの２つの平面鏡の相対角度変化がある場合もその
量をモニターでき補正できるので正確な座標測定ができ
る。またアンベ誤差の生じる観察系で位置計測する場合
のヨーイング補正に本発明を利用すると、ヨーイングが
正確に補正でき、ヨーイングによる誤差が正確に補正さ
れるという効果がある。

さらに、ステッパー等のチンブローチ−ジョンの補正に
本発明を用いると、真のヨーイング量を補正できるので
、正確にチップローテーションが補正され、良好な重ね
合わせ精度が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による位置測定、又は位
置決め装置を適用したステッパーの構成を示す斜視図、
第２図は第１の実施例におけるステージ配置の様子を示
す平面図、第３図は座標位置測定用の干渉計の構成を示
す図、第４図は移動鏡（ステージ）の回転、曲がりを計
測するθ干渉計の構成を示す図、第５図は移動鏡自体の
曲がりを計測する様子を説明する図、第６図はアライメ
ント系を用いた位置決めの際に生じるヨーイング、及び
そのヨーイングによる位置決め補正を説明する図、第７
図はチンブローチ−ジョンを誇張して示す図、第８図は
チップローテーション（ヨーイング）を防ぐために好適
なウェハステージの構造を示す平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｒ・・・レチクル、 Ｗ・・・ウェハ、 ＳＴ・・・ステージ、 Ｍｘ、ＭＹ・・・移動鏡、 ＸＩ、Ｙｌ・・・座標位置計測用の干渉計、ＸθＩ、Ｙ
θＩ・・・回転量計測用の干渉計、４０ｘ、４０Ｙ・・
・カウンタ回路、 ４２・・・補正系、 ５０・・・制御系。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ほぼ直交するｘ、ｙ方向に平行移動するステージ
   の移動部に、該ｘ、ｙ方向の夫々に沿って伸びた２つの
   平面鏡が固設され、該２つの平面鏡の反射面と垂直な方
   向に関する距離変化を光波干渉計で計測することによっ
   て、前記ステージのｘ、ｙ方向の座標位置を測定する方
   法において、前記２つの平面鏡の各反射面の伸びる方向
   に関する局部的な曲り量を、前記２つの平面鏡について
   、ほぼ同時に計測し、両方の計測値に基づいて前記光波
   干渉計で計測される前記ステージの座標位置を補正する
   ことを特徴とする位置測定方法。
2. （２）ほぼ直交するｘ、ｙ方向に平行移動するステージ
   と、該ステージの一部に固設され、前記ｘ、ｙ方向の夫
   々に沿って伸びた反射面を有する２つの平面鏡と、該２
   つの平面鏡の各反射面と垂直な方向に関する距離変化を
   計測する２つの光波干渉計とを備え、前記ステージの座
   標位置を測定する装置において、前記２つの平面鏡の各
   反射面の伸びる方向に関する局部的な曲り量を、前記２
   つの平面鏡について個別に計測する２つの計測手段と； 前記ステージをｘ、ｙ方向の１次元に移動させたときに
   前記２つの計測手段から得られる各計測値をほぼ同時に
   入力して、該計測値の差分に応じた情報を前記反射面の
   伸びる方向の位置に対応して求めて記憶する記憶手段と
   ； 前記光波干渉計で計測される前記ステージの座標位置を
   該記憶手段に記憶された情報に応じて補正する補正手段
   とを備えたことを特徴とする位置測定装置。
3. （３）ほぼ直交するｘ、ｙ方向に平行移動するステージ
   の移動部に、該ｘ、ｙ方向の夫々に沿って伸びた２つの
   平面鏡が固設され、該２つの平面鏡の反射面と垂直な方
   向に関する距離変化を光波干渉計で計測するとともに、
   前記ステージに保持された対象物上の特定のマークを、
   前記光波干渉計の測長軸からはずれたマーク検出手段で
   検出することによって、前記対象物の座標位置を測定す
   る方法において、 前記２つの平面鏡の各反射面の伸びる方向に関する局部
   的な回転量を、前記２つの平面鏡の夫々について個別に
   計測し、両方の計測値に基づいて前記ステージのヨーイ
   ング量を求め、前記マーク検出手段によって検出された
   前記マークの座標位置を該ヨーイング量に応じて補正す
   ることを特徴とする位置測定方法。
4. （４）ほぼ直交するｘ、ｙ方向に平行移動するステージ
   と、該ステージの一部に固設され、前記ｘ、ｙ方向の夫
   々に沿って伸びた反射面を有する２つの平面鏡と、該２
   つの平面鏡の各反射面と垂直な方向に関する距離変化を
   計測する２つの光波干渉計と、該２つの光波干渉計の測
   定軸で規定される座標系の所定位置で、かつ該測定軸か
   らはずれた位置で前記ステージ上の対象物のマークを検
   出するマーク検出手段とを備え、前記光波干渉計とマー
   ク検出手段によって、前記対象物の座標位置を測定する
   装置において、 前記２つの平面鏡の各反射面の伸びる方向に関する局部
   的な回転量を前記２つの平面鏡の夫々について個別に計
   測する２つの計測手段と； 該２つの計測手段の計測値の差に基づいて前記平面鏡の
   反射面の曲り量を求めるとともに、前記２つの計測手段
   のうち少なくとも一方によって計測された回転量を、前
   記曲り量に基づいて補正して、前記ステージの真のヨー
   イング量を求める演算手段と； 前記マーク検出手段によって検出されたマークの座標位
   置を、前記ヨーイング量に基づいて補正する補正手段と
   を備えたことを特徴とする位置測定装置。
5. （５）ほぼ直交するｘ、ｙ方向に平行移動するステージ
   に保持された基板に、所定の外形を有するパターンを投
   影する際、ｘ、ｙ方向に沿って伸びた反射面を有し、前
   記ステージに固定された２つの平面鏡に対して、それぞ
   れ光波干渉計からのビームを投射して該２つの平面鏡の
   距離変化を計測することで、前記投影パターンと前記基
   板とを所定の位置関係に合わせる方法において、 前記２つの平面鏡の各反射面の局部的な回転量を個別に
   計測し、該２つの計測値に基づいて前記反射面自体の曲
   り量の影響を除いた前記ステージの真のヨーイング量を
   算出し、該真のヨーイング量に応じて前記投影パターン
   と前記基板とを相対回転して、ヨーイングによる回転誤
   差を補正することを特徴とする位置決め方法。
6. （６）ほぼ直交するｘ、ｙ方向に平行移動するステージ
   と、該ステージ上に保持された基板に、所定の外形を有
   するパターンを投影する投影手段と、前記ステージに固
   定され、前記ｘ、ｙ方向の夫々に沿って伸びた反射面を
   有する２つの平面鏡と、該２つの平面鏡の夫々の距離変
   化を計測する２つの光波干渉計とを備え、該光波干渉計
   の計測値に基づいて前記基板上の所定領域を前記投影パ
   ターンに合わせるように前記ステージを位置決めする装
   置において、前記２つの平面鏡の各反射面の伸びる方向
   に関して局部的な回転量を、前記２つの平面鏡の夫々に
   ついて個別に計測する２つの計測手段と； 該２つの計測手段の計測値の差に基づいて前記平面鏡の
   反射面自体の曲り量を求めるとともに、前記２つの計測
   手段のうち少なくとも一方によって計測された回転量を
   該曲り量に応じて補正して、前記ステージの真のヨーイ
   ング量を求める演算処理手段と； 前記基板上の所定領域と、前記投影パターンとを位置決
   めする際、前記真のヨーイング量に基づいて前記基板と
   、投影パターンとを相対回転させる回転補正手段とを備
   えたことを特徴とする位置決め装置。