JPH03155113A - 露光装置 - Google Patents

露光装置

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JPH03155113A
JPH03155113A JP1293864A JP29386489A JPH03155113A JP H03155113 A JPH03155113 A JP H03155113A JP 1293864 A JP1293864 A JP 1293864A JP 29386489 A JP29386489 A JP 29386489A JP H03155113 A JPH03155113 A JP H03155113A
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裕久 太田
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真起子 森
Shunichi Uzawa
鵜澤 俊一
Tetsushi Nose
哲志 野瀬
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70775Position control, e.g. interferometers or encoders for determining the stage position

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

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] この発明は、マスク等の原版と半導体ウニ八等の被露光
基板とを対向させて焼付を行なう露光装置に関し、特に
被露光基板駆動用のXYステージのθ姿勢を常に一定と
なるように制御することにより、焼付精度の向上を図っ
た露光装置に関する。
[従来の技術] 半導体集積回路を製造するための露光装置においては、
集積回路のパターンが形成されたマスクとこのパターン
を焼付転写しようとする半導体ウニ八とを露光前に高精
度に重ね合わせ(位置合わせ)する必要がある。最近で
は、256メガビットDRAMクラスの集積回路の製造
を可能にすることが嘱望されており、この場合、露光装
置としては、0.25ミクロン程度の線幅のパターンを
誤差0,06ミクロン以下の重ね合わせ精度で焼付転写
可能なものが要求される。
従来の露光装置として、いわゆるステップアンドリピー
ト式の露光装置(ステッパ)が知られている。このステ
ッパにおいては、半導体ウェハをXYステージに載置し
レーザ干渉計を用いてXYステージの位置を計測および
制御して半導体ウェハ上の各ショットがマスクと重ね合
わさる位置に送り込み、必要ならばそこでさらにウェハ
とマスクとをアライメント(位置合わせ)してマスクの
像をそのショットに焼付けるようにしている。
ところで、XYステージおよびそのXYステージを案内
するガイド等は極めて高精度に加工されているが、誤差
0.06ミクロン以下を目標とする場合、XYステージ
のヨーイングやローリングやピッチング等による位置合
わせ精度への影響が無視し得ないものとなってきた。例
えば、このステッパにおいてXYステージがヨーイング
によりθ回転を起すと、XYステージ制御系では、第1
0図に1点鎖線で示されるように、XおよびY計測ビー
ムの照射位置をそれぞれ所定のXおよびY座標に一致さ
せるように制御が行なわれる。
このため、XYステージ上のウェハの各ショットは、ヨ
ーイングによるθ回転に加えてXおよびY方向にも位置
ずれを起す。したがって、従来のステッパは、重ね合わ
せ精度が誤差0.06ミクロン以下というような高精度
には不充分であるか、または前記ヨーイングに起因する
位置ずれ成分を補正するようにすると制御シーケンスが
複雑になるという不都合があった。
[発明が解決しようとする課題] この発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなさ
れたもので、露光装置において、位置合わせ精度の向上
および制御シーケンスの簡略化を図ることを目的とする
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するためこの発明では、原版と被露光基
板とを対向させて焼付を行なう露光装置において、被露
光基板駆動用の基板側XYステージのθ姿勢を計測する
θ姿勢計測手段と、このθ姿勢を制御するθ姿勢制御手
段を設け、該基板側XYステージのθ姿勢が常に一定の
状態を保つようにしたことを特徴としている。
この発明の一態様においては、さらに、原版側に原版と
露光装置本体との位置合わせおよび原版と被露光基板と
の位置合わせにおけるθ駆動用の原版側θステージを設
け、原版の中心と原版側θ駆動中心とのずれによる原版
をθ駆動する際の原版と被露光基板とのXY誤差を前記
基調XYステージを駆動して補正するようにしている。
[作用および効果] この発明においては、被露光基板駆動用XYステージの
θ姿勢を常に一定の状態に保つようにしている。例えば
、第10図を参照して、XYステージがヨーイング等に
よりθ回転を起すと2本のθ計測ビームの光路長差が変
化する。θ計測系はこの光路長差の変化よりθ回転を検
出しθ制御系が基板側θステージを駆動する等の方法に
より前記θ回転を補正する。これにより、XYステージ
のθ姿勢は、第10図に破線で示されるように、常に一
定の状態の保たれる。
したがって、被露光体と原版との位置合わせ精度に対す
るXYステージのθ姿勢変動による影響が軽減ないし除
去され、精度が向上する。また、X、Yおよびθの駆動
制御の独立性が高くなり、制御シーケンスが容易になる
。特に、被露光基板と原版との相対位置ずれのうちX、
Y方向成分を基板側XYステージで、θ方向成分を原版
側θステージで補正するようにすれば、X、Yおよびθ
の駆動制御の独立性がより高くなり、精度がより向上し
、制御シーケンスがより容易になる。
[実施例] 第1図は、この発明の一実施例に係るステップアンドリ
ピート露光装置(ステッパ)のマスクウェハアライメン
トおよび露光ステージ部の構成を示す。同図において、
1は露光光、例えばSORから放射されるX線である。
2は転写すべきパターンを形成されたマスクである。3
はマスクのパターンを転写されるウェハ、4はマスク3
をその面内で回転させるためのマスクθステージ、5は
ウェハ3をその面内で回転させるためのθ粗動ステージ
、6はウェハ3をマスク2と所定のプロキシミテイギャ
ップを介して対向させる際ウェハ3を2(露光光へ向か
う方向に8勤)。
ωX  (X軸回りに回転)、ωy  (Y軸回りに回
転)駆動するための2チルトステージ、7はウェハ3を
その面内で微小回転させるためのθ微動ステージ、8は
ウェハをX方向に微小駆動するためのX微動ステージ、
9はウェハをY方向に微小駆動するためのY微動ステー
ジ、10はX粗動ステージ、11はY粗動ステージであ
る。θ粗動ステージ5.Zチルトステージ6、θ微動ス
テージ7、X微動ステージ8、Y微動ステージ9、X粗
動ステージ10.およびY粗動ステージ11はウェハス
テージ24を構成している。
12はマスク2上およびウェハ3上に形成されているア
ライメントマークに光を照射し、これらのマークからの
散乱光を検出するピックアップである。この実施例にお
いて、アライメントマークは、第2A図に示すように、
ウェハ3上の各ショットのスクライブライン上にそのシ
ミツトの各辺の端に近接してXU、XD、YL、YRの
計4個が形成されている。1個のアライメントマークは
、第2B図に示すように、そのマークが配置されている
辺に平行な方向のマスターウェハ重ね合わせ誤差を検出
するためのAAマーク201およびマスク2とウェハ3
の間隔を検出するためのAFマーク202となる回折格
子が、先行プロセスにおいて半導体回路パターンととも
に形成されている。マスク2上にもこれらのウェハ3上
アライメントマークと対となる4個のアライメントマー
ク203,204が転写しようとする半導体回路パター
ンとともに金等で形成されている。
第2B図において、205は発光素子である半導体レー
ザ、206は半導体レーザ205から出力される光束を
平行光にするコリメータレンズ、207は半導体レーザ
205から出力されコリメータレンズ206で平行光と
された投光ビーム、208はウェハ上AAマーク201
とマスク上AAマーク203により構成される光学系に
よって位置ずれ情報(AA情報)を与えられたAA受光
ビーム、209はウェハ上AFマーク202とマスク上
AFマーク204により構成される光学系によってギャ
ップ情報(AF情報)を与えられたAF受光ビーム、2
10はAA受光ビーム208により形成されるAA受光
スポット211の位置をAA情報として電気信号に変換
する例えばCCD等のラインセンサであるAAセンサ、
212はAF受光ビーム209により形成されるAF受
光スポット213の位置をAF情報として電気信号に変
換する例えばCOD等のラインセンサであるAFセンサ
である。
第1図の装置において、14はマスク2とウェハステー
ジ24とを位置合わせするためウェハステージ24上に
設けられたマスク位置合わせ用基準マーク、16は超平
面ミラー 17はウェハステージ24のY方向の移動量
およびZ軸回りの傾ぎθを計測するためミラー16に照
射されて反射されるY計測ビームおよびθ計測ビームで
ある。
100は、マスクθステージ4、ウェハステージ24お
よびピックアップ12が組み付けられる本体フレームで
ある。
第3図は、第1図の露光装置の電気制御系の構成を示す
、第1図の装置は、SORから水平方向のシートビーム
状に放射されるX線を鉛直方向に拡大して面状ビーム化
するミラーユニット、マスクとウェハをアライメントす
るアライメントユニットとアライメントされたマスクと
ウェハに前記面状X線で露光する露光ユニットとを含む
本体ユニット、ミラーユニットおよび本体ユニットの姿
勢をそれぞれ制御する姿勢制御ユニット、ならびにミラ
ーユニットおよび本体ユニットの雰囲気を制御するため
のチャンバーおよび空調ユニット等を備えている。
第3図において、301はこの装置全体の動作を制御す
るためのメインプロセッサユニット、302はメインプ
ロセッサユニット301と本体ユニットとを接続する通
信回線、303は本体側通信インターフェイス、304
は本体コントロールユニット、305はピックアップス
テージ制御部、307および306,308は本体ユニ
ット内で本体コントロールユニット304とマスクアラ
イメントおよびマスク・ウェハアライメントのマーク位
置ずれ計測をするためのファインAA/A F ilJ
御部309a、309b、309c。
309dとを接続する通信回線および通信インターフェ
イス、311および310,312は本体ユニット内で
本体コントロールユニット304とアライメント時の補
正駆動およびステップ移動を制御するためのステージ制
御部313とを接続する通信回線および通信インターフ
ェイスである。
第4図は、ステップアンドリピートの露光方式を示した
図である。説明を簡潔にするために、第1図に対し、マ
スク2の駆動手段であるマスクθステージ4、ウェハ3
の駆動手段であるウェハステージ24、ピックアップ1
2の駆動手段であるピックアップステージ13は省略し
ている。
同図において、12 (12a〜12d)はマスク2と
ウェハ3のアライメント用のピックアップ、418はマ
スク上に描かれている転写パターン、419は先行プロ
セスによってウェハ上に形成されている転写済パターン
、420はマスクをウェハステージ24上のマスク位置
合わせ用基準マーク14に対して合わせるためのマスク
位置合わせ用マーク、421は転写パターン418と転
写済パターン419を合わせるためのマスク上アライメ
ントマーク、422は同目的のウニへ上アライメントマ
ーク、423は同目的でピックアップ12から投射され
る投光ビーム、401はショット間のスクライブライン
であり、このスクライブライン上にマスク上アライメン
トマーク421およびウェハ上アライメントマーク42
2が描かれている。また、マスク上位置合わせ用マーク
420はウェハ19398間スクライブライン401に
対応するマスク2上転写パターン418の各辺の外側の
略中央部に各1個ずつ計4個が設けられている。なお、
マスク上位置合わせ専用のマーク420は設けずにマス
クウニ八アライメント用のマスク上アライメントマーク
421をマスク上位置合わせに兼用することも可能であ
る。
第5図は、ステップアンドリピート露光シーケンスのフ
ローチャートである。
この露光シーケンスにおいては、まず、ステップ501
でウェハステージ24にウェハを供給し、ウェハステー
ジ24にチャッキングする。ステップ502ではウェハ
ステージ24を移動してウェハ2上の2つのプリアライ
メントマークをプリアライメント光学系(図示せず)で
計測し、ウェハ2のプリアライメントを行ない、このと
きのプリアライメント補正量ΔPXおよびΔPYを記憶
する。ステップ503では、マスクの交換の要否を判断
する。現在チャッキングされているマスクで露光する場
合はステップ510に、マスクを交換して露光する場合
はステップ504に進む。
ステップ504では、現在チャッキングされているマス
クをマスクトラバーサ(不図示)を用いてマスクステー
ジ4からはずしてマスクカセット(不図示)に収納し、
露光に用いるマスクをマスクトラバーサを用いてマスク
カセットから取りだしてマスクステージ4にチャッキン
グする。そして、ステップ505ではメモリ内のマスク
アライメント補正量へMXおよびΔMYをクリアし、ス
テップ506でマスク2に描かれている4個のマスク上
アライメントマーク421のうちYRおよびYLの2個
を使用してマスク粗アライメントを行なう。
第6図は、マスク粗アライメント処理の詳細を示す。
第6図において、ステップ601ではウェハステージ2
4上のアライメントマーク(基準マーり14)を使用し
てマスク上アライメントマーク421のうちYRマーク
の位置ずれ量ΔXyrおよびΔYyrの計測を行なう。
続くステップ602ではマスク上アライメントマーク4
21のうちYLマークの位置ずれ量ΔxyΩおよびΔY
yΩの計測を行なう。
ステップ603ではYRマークの位置ずれ量ΔX yr
、ΔYyrとYLマークの位置ずれ量ΔKyfl。
ΔYyQとに基づいてマスク2の位置ずれ量ΔX。
ΔY、Δθを算出する。そして、ステップ604で位置
ずれ量Δθ分だけマスクθステージ4を駆動し、マスク
アライメント補正量ΔMX、へMYに位置ずれ量ΔX、
ΔYを加算した後、ステップ605に進む。ステップ6
05ではマスク位置ずれ量Δθが粗アライメントの許容
値内か否かを判定する。許容値を外れていれば、ステッ
プ606に進み、マスク粗アライメントの回数カウンタ
を歩進し、この回数が予め設定されているりトライ回数
を超えたか否かを判定する。超えていれば、所定回数リ
トライしたにもかかわらずマスクのθ粗アライメントが
できなかったのであるから、露光処理を終了したり、警
報またはエラー表示を行なう等のエラー処理を行なう。
リトライ回数を超えていなければ、ステップ601に戻
ってステップ601以下のθ粗アライメントをリトライ
する。
ステップ605の判定においてマスク2の位置ずれ量Δ
θが粗アライメントの許容値内であればこのマスク粗ア
ライメント処理を終了して第5図のステップ507に進
む。
第5図のステップ507ではウェハステージ24上の基
準マーク14とマスク2上の4偲のアライメントマーク
421  (XU、XD、YL。
YR)とを使用してマスク微アライメントを行なう。
第7図は、マスク微アライメント処理の詳細を示す。
第7図において、ステップ702ではウェハステージ2
4上のアライメントマーク14を使用してマスク上アラ
イメントマーク421のうちYRマークの位置ずれ量Δ
Yyrを計測する。また、ステップ703〜705では
それぞれマスク上YLマークの位置ずれ量ΔYyΩ、マ
スク上XLIマークの位置ずれ量ΔXxuおよびマスク
上XDマークの位置ずれ量ΔXxdを計測する。
次のステップ706では各マークの位置ずれ量ΔY y
r、ΔY yQ、ΔXxuおよびΔXxdに基づいてマ
スク2の位置ずれ量ΔX、ΔY、Δθを算出する。そし
て、ステップ707で位置ずれ量Δθ分だけマスクθス
テージ4を駆動し、かつマスクアライメント補正量ΔM
X、ΔMYにΔX、ΔYを加算した後、ステップ708
に進む。ステップ708ではマスク位置ずれ量ΔX、Δ
Y、Δθがマスクアライメントの許容値内か否かを判定
する。許容値を外れていれば、ステップ709に進み、
マスク微アライメントの回数が予め設定されているりト
ライ回数を超えたか否かを判定する。
超えていれば、所定回数リトライしたにもかかわらずマ
スクの微アライメントができなかったのであるから、露
光処理を終了したり、警報またはエラー表示を行なう等
のエラー処理を行なう。リトライ回数を超えていなけれ
ば、ステップ702へ戻り、上述したステップ702以
下の処理を繰り返す。
ステップ708の判定においてマスク位置ずれ量ΔX、
ΔY、Δθがマスクアライメントの許容値内であれば、
このマスク微アライメント処理をを終了して第5図のス
テップ508に進む。
第5図のステップ508ではマスクアライメント補正量
ΔMXおよびΔMYをマスク中心ずれΔCXおよびΔC
Yとしてセットし、マスクウェハアライメント補正量Δ
WXおよびΔWYをクリアした後ステップ510に進む
ステップ510では、プリセットされたショットの座標
値(X sn、 Y sn)にプリアライメント補正量
ΔPx、ΔPYとマスクアライメント補正量ΔMX、Δ
MYとマスクウェハアライメント補正量ΔWX、ΔWY
に応じた補正を施した位置にウェハステージ24をステ
ップ移動する。次に、ステップ511でウェハ上のアラ
イメントマーク422 (YR,YL、Xl、XD)と
マスク上のアライメントマーク421  (YR,YL
、XU。
XD)を使用してマスクウェハアライメントを行なう。
第8図は、マスクウェハアライメント処理の詳細を示す
第8図において、ステップ801ではウェハ上アライメ
ントマークのうちのYRマーク422とマスク上アライ
メントマークのうちのYRマーク421との位置ずれ量
ΔYyrを計測するマスクウェハアライメントマーク計
測処理を行なう、また、ステップ802〜804ではそ
れぞれウェハ上およびマスク上アライメントマークのう
ちYLマーク、xUマークおよびXDマークについてそ
れらの各ずれ量ΔYyΩ、ΔXxuおよびΔXxdを計
測する。
ステップ805では上記位置ずれ量ΔYyr、Δy y
u、ΔXxuおよびΔXxdがそれぞれマスクウェハア
ライメントの許容値内か否かを判定する。
許容値を外れていれば、ステップ806へ進み、マスク
ウェハアライメントの回数が予め設定されているりトラ
イ回数を超えたか否かを判定する。
超えていれば、所定回数リトライしたにもかかわらずマ
スクウェハアライメントができなかったのであるから、
そのショットの露光処理を終了して第5図のステップ5
13の処理へ進んだり、警報またはエラー表示を行なう
等のエラー処理を行なう。リトライ回数を超えていなけ
れば、ステップ807へ進み、各マークの位置ずれ量Δ
Yyr、ΔYyρ、ΔXxuおよびΔXxdに基づいて
マスク2とウェハ3との位置ずれ量ΔX、ΔY、Δθを
求める。続くステップ808ではマスク2の中心とマス
クθステージ4の中心とのずれ量ΔCXΔCYによるマ
スク中心X、Yずれ量ΔXe。
ΔYeを求めてΔCX、ΔCYに加える。このマスク中
心X、Yずれ量ΔX1fl+ Δyeは、下式により求
めることができる。ここで(MX、MY)および(MX
’ 、MY’ )は、第9図を参照して、マスクθステ
ージ4の中心を原点とする任意の直交座標系におけるマ
スク2の中心のΔθ補正前および補正後の位置座標であ
る。
MX’ =MX cosθ−MYsinθMY’ =M
X sinθ+MYcosθΔxe=MX’ −MX ΔYe=MY’ −MY ステップ808の処理を終了すると、ステップ809へ
進む。ステップ809ではマスクθステージ4を位置ず
れ量60分だけ駆動するとともに、位置ずれ量ΔXとΔ
XθおよびΔYとΔYeに対しウェハステージ24で補
正駆動する。そして、ステップ810でマスクウェハア
ライメント補正量ΔWX、ΔWYに位置ずれ量ΔXとΔ
xeおよびΔYとΔYeを加えた後、ステップ801に
戻り、上述したステップ801以下の処理を繰返す。
一方、ステップ805の判定においてウェハ3とマスク
2におけるYR,YL、XUおよびXD各アライメント
マーク対の位置ずれ量ΔYyr、ΔYyu、ΔXxuお
よびΔXxdΔθがマスクウェハアライメントの許容値
内であればこのマスクウェハアライメント処理を終了し
て第5図のステップ512に進む。
第5図のステップ512ではショット露光を行ない、続
くステップ513では同一ウェハ上に次に露光すべきシ
ョットがあるか否かを判定する。
露光すべきショットがあればステップ503に戻って上
述したステップ503以下の処理を繰り返し、次のショ
ットが無ければステップ514にてウェハステージ24
上のウェハを回収した後、ステップ501に戻り、次の
ウェハについて上述したステップ501以下の処理を繰
り返す。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例に係るステップアンドリ
ピート露光装置の要部構成図、第2A図および第2B図
は、ウェハ上アライメントマークおよびマスク上アライ
メントマークの説明図、 第3図は、第1図の露光装置の制御系のハードウェア構
成図、 第4図は、ステップアンドリピート露光方式の説明図、 第5図は、ステップアンドリピート露光シーケンスの1
バッチ分のフローチャート、 第6図は、第5図ステップ506のマスク粗アライメン
ト処理の内容を記したフローチャート、第7図は、第5
図ステップ507のマスク微アライメント処理の内容を
記したフローチャート、第8図は、第5図ステップ51
1のマスクウェハアライメント処理の内容を記したフロ
ーチャート、 第9図は、マスクウニへ〇位置ずれ補正時のマスク中心
ずれの様子を示す説明図、そして、第10図は、XYス
テージのヨーイングによるマスクウェハ位置ずれの説明
図である。 1:X線(露光光) 2:マスク(原版) 3:ウェハ(被露光基板) 4:マスクθステージ 8:x微動ステージ 9:Y微動ステージ 10;x粗動ステージ 11:Y粗動ステージ 12 (12a 〜12d) :ピックアップ13:ピ
ックアップステージ 24:ウェハステージ 304:本体コントロールユニット 305:ビックアップステージ制御部 420ニマスク上マスクアライメントマーク421  
(XU、XD、YR,YL):ウェハ上アライメントマ
ーク 422 (XU、XD、YR,YL):マスク上アライ
メントマーク 423:投光ビーム 1001:ステージ座標系。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)原版と被露光基板とを対向させて焼付を行なう露
    光装置において、 被露光基板駆動用の基板側XYステージと、該XYステ
    ージのθ姿勢を計測するθ姿勢計測手段と、 該θ姿勢計測手段の出力に基づいて前記XYステージの
    θ姿勢が常に一定の状態を保つように制御するθ姿勢制
    御手段と を具備することを特徴とする露光装置。
  2. (2)さらに、前記原版をθ駆動するための原版側θス
    テージと、 原版と露光装置本体および原版と被露光基板とを位置合
    わせするために該原版をθ駆動する際、原版の中心と原
    版側θ駆動中心とのずれにより生じる原版と被露光基板
    とのXY方向の誤差を前記基板側XYステージを駆動し
    て補正する補正手段と を具備する前記請求項1記載の露光装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100383699B1 (ko) * 2000-01-11 2003-05-14 캐논 가부시끼가이샤 스테이지 장치, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법
EP1383157A2 (en) * 2002-07-18 2004-01-21 Canon Kabushiki Kaisha Electron beam exposure apparatus and semiconductor device manufacturing method

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