JPH03235016A - 変位測定装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば露光装置に使用されるステージ等の変
位を測定する変位測定装置に関する。

（従来の技術） 露光装置では、ステージ上に半導体ウェハを配置すると
ともにステージの上方に露光光源を配置し、かつこの露
光光源とステージとの間にレチクルや投影レンズ等を配
置しである。露光処理は、露光光源から放射された光を
レチクルを通過させ、投影レンズで集光して半導体ウェ
ハ上に照射することにより行われる。

ところで、かかる露光装置ではレチクルに形成されたパ
ターンを半導体ウェハ上の所定位置に照射するためにレ
チクルと半導体ウェハとの位置決めが行われる。この位
置決めの際に半導体ウェハを載置したステージの変位が
測定される。

かかる変位測定を説明すると、第３図に示すようにステ
ージ１上にＬ字ミラー２が設けられるとともに、このＬ
字ミラー２の各ミラー面２ａ。

２ｂに対向してそれぞれレーザ干渉を用いた変位計３．
４が配置される。この場合、Ｌ字ミラー２は各ミラー面
２ａ、２ｂをステージ１のＸＹの移動方向に対して平行
に配置される。このような構成であれば、変位計３はミ
ラー面２ａとの間のＸ軸の変位を検出するとともに変位
計４はミラー面２ｂとの間のＹ軸の変位を検出し、これ
ら変位からステージ１のＸＹ輪軸上の変位が求められる
。

しかしながら、以上のような変位測定の構成では、Ｌ字
ミラー２の各ミラー面２ａ、２ｂをそれぞれＸＹ軸に対
して精度高く配置しなければ、ステージ１の変位を高精
度に測定できない。従って、Ｌ字ミラー２に対して精度
高い取付は精度が要求され、これとともにＬ字ミラー２
は各ミラー面２ａ、２ｂを垂直方向に形成しなければな
らないので高価となる。

又、ステージ１はＸＹ軸方向にだけでななく回転ずれも
発生するが、上記構成ではＸＹ軸方向の各ずれは測定で
きるものの回転ずれは測定できない。

（発明が解決しようとする課題） 以上のようにＬ字ミラー２をＸＹ軸に対して精度高く配
置しなければ、ステージ１の変位を高精度に測定できず
、又ステージ１のＸＹ軸方向の各ずれは測定できるもの
の回転ずれは測定できない。

そこで本発明は、例えば５字ミラーの取付は精度が高く
なくても高精度に被測定体の変位をＸＹ軸方向及び回転
ずれにより１７定できる変位測定装置を提供することを
目的とする。

［発明の構成コ （発明を解決するための手段） 本発明は、被測定体上でターゲット面がほぼＹ軸方向に
平行に配置されたＸ軸ターゲットと、被測定体上でター
ゲット面がほぼＸ軸方向に平行に配置されたＹ軸ターゲ
ットと、Ｘ軸ターゲットに対向しかつ互いに所定間隔を
おいて配置されそれぞれＸ軸ターゲットの変位を測定す
る少なくとも２つの第１変位計と、Ｙ軸ターゲットに対
向しかつ互いに所定間隔をおいて配置されそれぞれＹ軸
ターゲットの変位を測定する第２変位計と、これら第１
及び第２変位計によりそれぞれ検出された各変位から被
測定体の変位を求める変位算出手段とを備えて上記目的
を達成しようとする変位測定装置である。

（作用） このような手段を備えたことにより、第１変位計により
Ｘ軸ターゲットの変位が測定されるとともに第２変位計
によりＹ軸ターゲットの変位が測定される。そして、変
位算出手段により第１及び第２変位計によってそれぞれ
検出された各変位から被測定体の変位が求められる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は変位測定装置の構成図である。１は上記の説明
と同様に露光装置に使用されるステージである。このス
テージ１上にはＸ軸ターゲット１０とＹ軸ターゲット１
１が配置されている。Ｘ軸ターゲット１０は平面ミラー
から成っており、Ｙ軸に対してほぼ平行に配置さている
。又、Ｙ軸ターゲット１１は平面ミラーから成っており
、Ｘ軸に対してほぼ平行に配置さている。なお、Ｘ軸タ
ーゲット１０は取付誤差θＸでステージ１に取付けられ
、Ｙ軸ターゲット１１は取付誤差θｙでステージ１に取
付けられている。

一方、Ｘ軸ターゲット１０のミラー面１０ｇの対向位置
には２つの変位計１２．１３が所定間隔１１ｘをおいて
配置されている。これら変位計１２゜１３は共にレーザ
干渉を応用したもので、それぞれＸ軸ターゲット１０の
Ｘ軸方向の変位を検出するものとなっている。又、Ｙ軸
ターゲット１１のミラー面１１ａの対向位置には２つの
変位計１４゜１５が所定間隔１ｙをおいて配置されてい
る。これら変位計１４．１５は共にレーザ干渉を応用し
たもので、それぞれＹ軸ターゲット１１のＹ軸方向の変
位を検出するものとなっている。そして、各変位計１２
．１’３・・・、１５から出力される各変位検出信号は
変位演算装置２０に送られている。

この変位演算装置２０は各変位計１２．１３・・・１５
からの変位検出信号を受けてこれら変位からステージ１
の変位をＸＹ軸方向及び回転ずれにより求める機能を有
するものである。

次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
。

ステージ１の移動前と移動後とにおける各変位計１２．
１．３・・・、１５の各測定点は次の通りとなる。第２
図では移動前の各ターゲットを点線で示し、移動後の各
ターゲットを実線で示している。

このようなターゲット１０の移動であれば、各変位計１
２．１３は移動前のターゲット１０において測定点Ａ、
Ｃにおいて検出を行い、移動後のターゲット１０におい
て測定点Ｂ’　、Ｄ’　において検出を行う。従って、
各測定点Ａ、Ｃはターゲット１０の移動により測定点Ａ
’　、Ｃ’　に移り、各測定点Ｂ’　、Ｄ’　は移動前
のターゲット１０において測定点Ｂ、Ｄであることを示
している。同様にターゲット１１の移動であれば、各変
位計１４゜１５は移動前のターゲット１１において測定
点Ｅ。

Ｇにおいて検出を行い、移動後のターゲット１１におい
て測定点Ｆ′、Ｈ’　において検出を行う。

従って、各測定点Ｅ、Ｇはターゲット１１の移動により
測定点Ｅ’　、Ｇ’　に移り、各測定点Ｆ′Ｈ′は移動
前のターゲット１１において測定点Ｆ。

Ｈであることを示している。

ここで、各測定点Ａ、Ｂ、Ｃ・・・Ｈ及びＡ′Ｂ’　、
Ｃ’・・・Ｈ′を座標で表すと、Ａ（ｘ＾、３／Ａ）、
Ｂ　（ＸＢ、ＶＢ）、Ｃ（Ｘｃ、Ｖｃ）　、Ｄ　（ＸＤ
Ｉ　　ＶＤ）ｓＥ　（ＸＥＩ　　ｙＥ）、Ｆ　（Ｘｐ、
Ｖｐ）、Ｇ　（ＸＧ、ＹＧ）、Ｈ（ＸＨ，ｙＨ）、とな
るとともに、 Ａ’（Ｘ’Ａ＋　　Ｙ　　Ａ）　、Ｂ’（Ｘ’Ｂ＋　　
ｙＢ）Ｃ’　（ｘ　’Ｃ＋　　ｙ　’Ｃ）　、Ｄ　’　
（ｘ　’ＤＩ　　ｙ　’ｎ）Ｅ’（Ｘ’Ｅ、Ｙ’Ｅ）　
、Ｆ’（Ｘ’ｐ＋　　ｙ’ｐ）Ｇ’（Ｘ’ＧＩ　　ｙ’
ｃ）　、Ｈ’（ｘ’ｏ＋　　Ｙ　　Ｈ）となる。

一方、各ターゲットの角度は ｔａｎθ　Ｘ””　　（ＸＣＸＡ　　）　　／ＩＩ　　
ＸｔａｎθＹ−ＣＹＧ　　−ｙＥ　　）　　／Ｄ　　Ｙ
ｔａｎθｘ＝（ｘ’ｏ　　　ｘ’ａ）／ｆｘｔａｎｅｙ
　−（ｙ’　　Ｈ−ｙ’　　ｐ　　）／ｉ）ｙで表せ、
これら関係式から θｘ　−ｔａｎ−’　（（ｘｃ　−ＸＡ　）　／ｆｌ　
ｘ）ｅｙ　−ｔａｎ−’　（（ｙｃ　−ｙＥ　）　／Ｒ
ｙ）θｘｍ　ｔａｎ−’　（（ｘ’　、　−ｘ’　Ｂ　
）　／ｌ　ｘ）ｅｙ−ｔａｎ−’　（（ｙ’　ｏ　−ｙ
’　ｐ　）　／ＩＩ　ｙ）となる。

ここで、 θＸ−θχ十δθ θｙ−θｙ十δθ なる関係があるので、ステージ１のθ方向の変位δθは δθ−ｅｘ−θＸ　　　　　　　　　・・・（１）δθ
−θｙ−θｙ　　　　　　　　　・・・（２）となる。

なお、θＸ、θｙ、ｅｘ、　ｅｙはそれぞれ上記式を代
入する。

これら変位δθ３３．．δθ、２．は変位演算装置２０
において常時比較されている。従って、変位演算装置２
０はこれら変位δθ、１．．δθ、２．を比較すること
によって各変位計１２．１３・・・１５のドリフト等の
異常を検出する。

上記ステージ１は点Ｒ８（ＸＲ，ＹＲ）を中心としてδ
θだけ回転するとともにＸＹ軸方向にそれぞれδＸ　Ｏ
＋　　δｙｏだけ手違移動したものである。そこで、こ
れを座標変換マトリクスを用いて表すと、手違移動は、 で表され、回転移動は で表される。従って、ステージ１の手選移動と回転移動
との合成マトリクスＭは Ｍ−−讐 となる。

この合成マトリクスＭを用いて測定点 Ａ′（ｘ′い、Ｙ’Ａ） Ｃ’　　（ｘ’　Ｃ＋　　Ｙ’　ｃ） を表すと、 となる。

ここで、 Ｘ’　Ａ　−ｃｏｓ　（６ｅ）ＸＡ−９ｉｎ　（６ｅ）
ｙＡ＋　（１−ｃｏｓ　（＃　））ｘＲ＋ｓｉｎ　（ｓ
　）ｙＲ＋δＸ。

・・・　（５） ｙ’ｘ　＝ｓｊｎ（６０）ｘＡ＋ｅｏｓ（６ｅ）ｙＡ−
ｓｉｎ（６ｅ）ｘＲ＋（１−ｅｏｓ（＃））ｙＲ＋δＹ
。

・・・　（６） ｘ　ｃ　＝ｃｏｓ　（６ｅ）ｘｃ−ｓ　ｉｎ（６１３）
ｙ（＋（１−ｅｏｓ　（６ｅ　））ＸＲ”５ｊｎ（ｍ　
）ｙＲ＋δＸ。

・・・　（７） ｙ’　ｃ　−５ｉｎ（６ｅ　）ｘｃ＋ｃｏｓ　（６ｅ）
ｙｃ−ｓｉｎ（６ｅ　）ｘＲ＋（１−ｓｉｎ（６１１）
）ｙＲ＋δＹ。

・・・　（８） である。

δθは上記第（１）式及び第（２）式から求められるの
で、上記第（３）式及び第（４）式から求めＡ′Ｂ′の
座標値にはＸＲｒ　　ＸＲｒ　　δＸ　Ｏｒ　　δＶｏ
の４つの未知数が含まれる。

そこで、測定点Ａ’、Ｃ’は測定点Ｂ’　、Ｄ’の直線
上にある点であるから ｘ’＾（ｙ’ｎ−ｙ’ａ）−ｙ’Ａ（ｘ’ｏ−ｘ’ａ）
−（ｘ’Ｂｙ’ｎ−ｘ’ｂｙ’Ｂ）　−ｏ　　　　−１
９）Ｘ’ｃ　（ｙ’ｏ−ｙ’Ｂ）−ｙ′Ｃ（Ｘ’Ｄ−Ｘ
’Ｂ　）−（Ｘ’Ｂ　ｙ’ｏ−Ｘ’ｂｙ’Ｂ）−ｏ　　
　　＋＋・（１０）なる関係が成り立つ。

以上のことはＹ軸上にも同様であって、合成マトリクス
Ｍを用いて測定点 Ｅ’　　（Ｘ’　Ｂ＋　　ｙ／　Ｅ） Ｇ’　　（ｘ’　Ｇ＋　　ｙｚ　ｃ） を表すと、 となり、 Ｘ’Ｅ　（ｙ’Ｈ−ｙ’ｐ　）−ｙ’＋：　（ｘ’Ｈ−
Ｘ’Ｆ　）−（Ｘ’Ｆ　ｙ’Ｈ−ｘ’）ｌ　ｙ’ｐ　）
−０ｘ’ｃ　（ｙ’ｏ　−ｙ’ｐ　）−ｙ’ｃ　（Ｘ’
）Ｉ　−Ｘ’ｐ　）−（ｘ’ｐ　ｙ’Ｈ−Ｘ’）ｌ　ｙ
’ｐ　）−０・・・（１３） ・・・（１４） となる。

二こで、 Ｂ’　　（ｘ’　Ｂ＋　　Ｙ’　Ｂ） Ｄ’　　（Ｘ’　Ｂ＋　　ｙ′ｏ） Ｆ’　　（Ｘ’　Ｆ＋　　ｙ′ｐ） Ｈ’　　（ｘ　　Ｈ，ｙ’Ｈ） は各変位計１２．１３・・・、１５により測定されて既
知である。

従って、上記第（３）式〜第（８）式を上記第（９）式
、第（１０）式、第（１３）式及び第（１４）式に代入
して連立方程式を解くことにより上記各未知数Ｘ　Ｒ＋
ＹＲ＋　　δＸ　Ｏ＋　　δｙｏが求まる。かくして、
ステージ１の各変位成分δθ、δｘＯ＋　　δｙｏが求
められる。

このように上記一実施例においては、変位計１２．１３
によりＸ軸ターゲット１０の変位を測定するとともに変
位計１４．１５によりＹ軸ターゲット１１の変位を測定
し、これら各変位からステージ１の変位を求めるように
したので、各ターゲット１０．１１の取付位置がいかな
る位置であってもステージ１の変位をＸＹ軸方向及び回
転方向により高精度に測定できる。これにより、高価な
Ｌ字ミラーを使用せずにすむ。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形しても良い。例えば、上
記一実施例ではミラーのターゲットとレーザ干渉計を用
いた変位計との組合わせで各変位を検出しているが、こ
れに限らず電磁作用を応用した手段等により変位を検出
しても良い。

又、露光装置のステージに限らず、他の被ａ＋定休に対
する変位測定に適用しても良い。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、例えばＬ字ミラー
の取付は精度が高くなくても高精度に被測定体の変位を
ＸＹ軸方向及び回転ずれにより測定できる変位測定装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係わる変位測定装置の一実
施例を説明するための図であって、第１図は構成図、第
２図は作用を説明するための模式図、第３図は従来技術
を説明するための図である。 １・・・ステージ、１０・・・Ｘ軸ターゲット、ＩＹ軸
ツタ−ゲット１２〜１５・・・変位計、２変位演算装置
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定体上でターゲット面がほぼＹ軸方向に平行に配置
   されたＸ軸ターゲットと、前記被測定体上でターゲット
   面がほぼＸ軸方向に平行に配置されたＹ軸ターゲットと
   、前記Ｘ軸ターゲットに対向しかつ互いに所定間隔をお
   いて配置されそれぞれ前記Ｘ軸ターゲットの変位を測定
   する少なくとも２つの第１変位計と、前記Ｙ軸ターゲッ
   トに対向しかつ互いに所定間隔をおいて配置されそれぞ
   れ前記Ｙ軸ターゲットの変位を測定する第２変位計と、
   これら第１及び第２変位計によりそれぞれ検出された各
   変位から前記被測定体の変位を求める変位算出手段とを
   具備したことを特徴とする変位測定装置。