JPH0581046B2

JPH0581046B2 -

Info

Publication number: JPH0581046B2
Application number: JP60291442A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kakizaki; Nobutaka Umagome; Susumu Mori; Yutaka Hayashi
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-12-24
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1993-11-11
Also published as: JPS62150721A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は半導体素子を製造するためのウエハス
テツパー又は一括露光用のフオトマスクを製造す
るためのフオトリピータ等として使われる投影型
露光装置に関する。

（発明の背景）近年、半導体素子（特にVLSI）の集積度、微
細化の向上は目ざましく、これを製造するための
露光装置に要求される機能、精度もそれに伴つて
年々厳しくなつてきている。特に縮小（又は等
倍）投影型露光装置は、レチクルと呼ばれる原版
に形成された回路パターンの像を投影レンズによ
つて感光基板（フオトレジストを塗布したウエ
ハ）上の局所領域に結像させて露光するものであ
る。この場合、１回の露光で転写し得る像の面積
がウエハ全面の大きさに対して小さいときは、ウ
エハを載置して２次元移動するウエハステージを
設け、このウエハステージをステツプ・アンド・
リピート方式で移動させてレチクルの回路パター
ン像の転写を行なう。一般に半導体素子の製造に
おいては、ウエハ上に数層〜十数層のパターンを
正確に重ね合わせて露光することが行なわれる
が、上記ステツプ・アンド・リピート方式ではウ
エハ上の露光すべき領域毎に回路パターン像との
相対的な位置合わせが達成されるので、ウエハ全
面に渡つて均一な重ね合わせ精度が得られる。こ
の際、ウエハ上にすでに形成された回路パターン
と、レチクルの回路パターン像とのステツピング
後の位置合わせは、ウエハステージの位置を高分
解能（例えば0.02μm）のレーザ光波干渉測長器
（レーザ干渉計）によつて検出している場合は、
そのウエハステージの位置を微動させて行なうこ
とができる。あるいはステツピング後、レチクル
を保持したレチクルステージの位置を投影レンズ
の倍率を考慮して微動することによつて位置合わ
せできる。いずれの方式であつてもウエハステー
ジ側のレーザ干渉計によつて規定された直交座標
系のｘ軸方向とｙ軸方向とには干渉計の分解能程
度で位置合わせされるが、特にレチクルを微動さ
せる方式ではレチクルを微小回転させることによ
り、ウエハ上の露光領域と回路パターン像との相
対的な回転誤差をも露光シヨツト毎に高精度に補
正することができる。

レチクルステージの微動は、レチクル上のアラ
イメントマークとウエハ上のアライメントマーク
との相対的なずれ量を検出し、そのずれ量分だけ
レチクルステージを動かす、所謂オープン制御方
式と、相対的なずれ量に応じた信号に基づいてレ
チクルステージをサーボ駆動させる、所謂クロー
ズ制御方式とに大別できる。いずれの場合もレチ
クルステージの位置を読み取るセンサーが必要で
はあるが、特にオープン制御の場合は高精度なセ
ンサーが必須になる。このセンサーとしてウエハ
ステージの位置検出と同様にレーザ干渉計を用い
ることが考えられる。この場合ウエハステージと
同様にレチクルステージの上にｘ方向とｙ方向と
に反射面が伸びた移動鏡を配置すれば、ただちに
高精度なレチクルステージの位置検出が可能にな
るが、ウエハステージ側のレーザ干渉計との整合
性を配慮しないと、１枚のウエハが複数の露光装
置間を巡つてくる場合に、各装置間で装置定数を
厳密に管理しなければならなくなる。これは露光
装置を複数台配列する半導体工場においてオート
メーシヨン化を妨げ、オペレータに繁雑な作業を
強いることになるといつた欠点が生じる。

またレチクルステージ上にウエハステージと同
様の移動鏡を設けた場合、レチクルステージの微
小回転時に、その回転の程度によつてはレーザ干
渉計のレーザ光束の反射方向の変化による計測不
能が生じる。すなわち、従来と同様の平面移動鏡
をレチクルステージに設ける限り、レチクルステ
ージの回転量を比較的大きな範囲で、かつ精密に
計測することが困難であると言うことである。

（発明の目的）本発明は上記欠点を解決し、レチクルステージ
等をレーザ干渉計によつて位置検出するような構
成の露光装置において、繁雑な装置定数（システ
ムオフセツト等）の管理を実質的に低減させて信
頼性を高めた投影型露光装置を得ることを目的と
する。

特にレチクルステージの回転量計測、回転駆動
を高精度に、かつ簡単に実行できる構成を備えた
露光装置を得ることを目的とする。

（発明の概要）本発明は、マスク（レチクルＲ）の原画パター
ンを感光基板（ウエハＷ）上に投影露光する装置
に関し、マスクＲを所定のXY平面と略平行に保
持するとともに、XY平面内でＸ軸方向、Ｙ軸方
向に平行移動可能に、かつ回転可能に設けられた
マスクステージ１と、XY平面と垂直な光軸AX
を有し、マスクの原画パターンを感光基板Ｗに投
影するための投影光学系２と、投影光学系２の光
軸AXと垂直な面内で感光基板ＷをＸ軸方向とＹ
軸方向とに平行移動させる基板ステージ３とを備
えた投影型露光装置に適用される。

そして本発明の装置においては、マスクステージ１上のＸ軸とほぼ平行な線上の
互いに離れた２カ所の各々に頂点Y₁，θ₁を有し、
各頂点Y₁，θ₁で互いに直交した複数の反射面２
１ａ，２１ｂ：２３ｂ，２３ｂで構成され、前記
マスクステージ１の一部に固設された第１、及び
第２の直角ミラー部材２１，２３と；第１の直角ミラー部材２１の反射面に、Ｙ軸と
平行な方向から測長用の光束LB₁を投射すること
によつて、第１の直角ミラー部材２１の頂点θ₁の
Ｙ方向のみの座標位置を計測する第１の干渉計２
０，２６，３６と；第２の直角ミラー部材２３の反射面にＹ軸と平
行な方向から測長用の光束LB₂を投射することに
よつて第２の直角ミラー部材２３の頂点Y₁のＹ
方向のみの座標位置を計測する第２の干渉計２
２，２６，３７と；基板ステージ３上の感光基板Ｗと前記マスクス
テージ１上のマスクＲとのXY平面内での相対的
な回転誤差量に関する情報Δθを検出する回転誤
差検出系と；第１、第２の直角ミラー部材２１，２３の各頂
点θ₁，Y₁のＸ軸方向の座標位置Xaθ，XaYと検
出された回転誤差量に関する情報Δθとに基づい
て、回転誤差量をほぼ零にするのに必要な第１、
及び第２の直角ミラー部材２１，２３の各頂点
θ₁，Y₁のＹ方向の座標位置を目標値Dθ，DYとし
て算出する演算手段（式２、３）と；第１、及び第２の干渉計３６，３７の各計数値
がそれぞれ算出された目標値Dθ，DYと一致する
ようにマスクステージ１を回転させる駆動制御手
段４２，４３とを設けた。

（実施例）第１図は本発明の実施例による投影型露光装置
の概略的な構成を示す斜視図である。第１図にお
いては光波干渉測長器（以下干渉計と呼ぶ）に必
要な基本的な系のみを示す。第１ステージとして
のレチクルステージ１はレチクルＲを所定の直交
座標系XA，YA内に平行に載置し、２次元的
（Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転方向）に移動する。
レチクルＲ上の回路パターン等は不図示の照明光
学系からの照明光で照射され、そのパターンは投
影レンズ２によつてウエハＷ上に結像投影され
る。ウエハＷは第２ステーとしてのウエハステー
ジ３に載置され直交座標系XA，YA内で２次元
的に移動される。

ウエハステージ３上の２辺には反射面がＸ方向
に伸びた移動鏡４ａと、反射面がＹ方向に伸びた
移動鏡４ｂとが固定されている。レーザ光源５か
らの平行なレーザ光束は２つに分割されたのち、
それぞれビームスプリツタ６，７に入射する。ビ
ームスプリツタ６ではレーザ光束を２つに分け、
一方は移動鏡４ａの反射面に垂直に入射し、他方
レーザ光束は投影レンズ２の鏡筒の下端部（ウエ
ハステージ３に近い位置）に固定された固定鏡８
の反射面に垂直に入射する。移動鏡４ａからの反
射光束と固定鏡８からの反射光束とは再びビーム
スプリツタ６に入射し、その２つの反射光束は同
軸に合成され干渉計のレシーバ９に入射する。レ
シーバ９は干渉縞の変化を光電検出するものであ
る。同様にビームスプリツタ７ではレーザ光束を
２つに分け、一方は移動鏡４ｂの反射面に垂直に
入射し、他方のレーザ光束は投影レンズ２の鏡筒
の下端部に固定された固定鏡１０の反射面に垂直
に入射する。移動鏡４ｂからの反射光束と固定鏡
１０からの反射光束とは再びビームスプリツタ７
に入射し、その２つの反射光束は同軸に合成され
干渉計のレシーバ１１に入射する。レシーバ９は
ステージ３のYA方向の位置変化を検出するもの
であり、その測定軸（例えばレーザ光束の中心
線）は投影レンズ２の光軸AXと直交するように
配置される。またレシーバ１１はステージ３の
XA方向の位置変化を検出するものであり、その
測定軸も同様に光軸AXと直交するように配置さ
れる。さらにその２つの測定軸を含む平面が投影
レンズ２の投影結像面とほぼ一致するように配置
されている。２つの測定軸は光軸AX上で直交
し、座標系XA，YAを構成する。上記レーザ光
源５、ビームスプリツタ６，７、及びレシーバ
９，１１によつて本発明の第２光波干渉測長器が
構成される。

一方、レチクルステージ１の２次元的な位置
（回転も含む）もレーザ干渉計によつて検出され
る。レーザ光源１８からの平行なレーザ光束は、
まず２つに分割され、その一方のレーザ光束はビ
ームスプリツタ２０に入射し、他方のレーザ光束
はさらに２つに分割される。その分割された一方
のレーザ光束はビームスプリツタ２２に入射し、
他方のレーザ光束は所定の光路引き回しが行なわ
れてビームスプリツタ２４に入射する。ビームス
プリツタ２０に入射したレーザ光束は２つに分け
られ、一方のレーザ光束はレチクルステージ１に
固定された直角ミラー２１に入射し、他方のレー
ザ光束はプリズムミラー２６で光軸AXと平行に
反射された後、再び水平に折り曲げられて、投影
レンズ２の鏡筒の上端部（レチクルステージ１に
近い位置）に設けられ固定鏡２７の反射面に垂直
に入射する。またビームスプリツタ２２に入射し
たレーザ光束は２つに分けられ、一方のレーザ光
束はレチクルステージ１に固定された直角ミラー
２３に入射し、他方のレーザ光束はプリズムミラ
ー２６で光軸AXと平行に反射された後、再び水
平に折り曲げられて固定鏡２７の反射面に垂直に
入射する。さらにビームスプリツタ２４に入射し
たレーザ光束も２つに分けられ、一方のレーザ光
束はレチクルステージ１に固定された直角ミラー
２５に入射し、他方のレーザ光束は光軸AXと平
行になるように折り曲げられた後、水平に折り曲
げられてから、鏡筒の上端部に固定された固定鏡
２８の反射面に垂直に入射する。尚、固定鏡２７
の反射面と固定鏡２８の反射面とは互いに直交す
るように定められ、固定鏡２７の反射面は座標系
XA，YAのXA軸と光軸AXとを含む平面と平行
であり、固定鏡２８の反射面はYA軸と光軸AX
とを含む平面と平行である。

ここで第２図を用いてレチクルステージ１の回
りの干渉計の構成についてさらに詳細に説明す
る。第２図において干渉に必要な1/4波長板等は
省略してある。第２図はレチクルＲがレチクルス
テージ１上に微小回転して載置された状態を示
し、レチクルステージ１は直交座標系XA，YA
内において回転していないものとする。第２図に
おいて３０，３１はビームスプリツタであり、３
２，３３，３４はミラーであり、そして３６，３
７，３８はそれぞれ干渉計用のレシーバ（光電検
出部）である。ここでレチクルステージ１の中心
点をOSとすると、レチクルステージ１がXA方
向とYA方向とに関してニユートラル位置にある
とき、中心点OSに光軸AXが通るように定めら
れている。また第２図中でレチクルＲ上の２ケ所
にはアライメント用のマークR₁，R₂が既知の間
隔で設けられている。このマークR₁，R₂に対応
したマークW₁，W₂はウエハＷ上の１つの被露光
領域内に設けられたものであり、投影レンズ２を
介してレチクルＲ側に逆投影されているものとす
る。

さてビームスプリツタ３０で反射されたレーザ
光束LB₁は、ウエハステージ３側の干渉計の測定
軸によつて規定された座標系XA，YAのYA軸と
平行にビームスプリツタ２０のスプリツト面２０
ａに入射する。スプリツト面２０ａを透過したレ
ーザ光束は直角ミラー２１の第１反射面２１ａで
ほぼ直角に反射された後、第２反射面２１ｂでさ
らに反射され、ビームスプリツタ２０の一部に形
成された反射面２０ｂに入射する。その反射面２
０ｂはレーザ光束LB₁と垂直に交わるように配置
されている。また直角ミラー２１の第１反射面２
１ａと第２反射面２１ｂとの成す角度は正確に
90゜に形成され、所謂コーナレフレクターが構成
される。この反射面２１ａと２１ｂの交わる位置
はθ₁に定められている。従つてビームスプリツタ
２０からのレーザ光束はレチクルステージ１の回
転変位による直角ミラー２１の微小回転にかかわ
らず、反射面２０ｂに垂直入射し、元の光路を戻
ることになる。そして反射面２０ｂ，２１ｂ，２
１ａの順に反射して戻つてきたレーザ光束は、ビ
ームスプリツタ２０のスプリツト面２０ａで反射
されてレシーバ３６に入射する。一方レーザ光束
はLB₁のうちスプリツト面２０ａで反射されたレ
ーザ光束は、ビームスプリツタ２０の内を進み、
第１図に示したようなプリズムミラー２６を介し
て固定鏡２７に入射し、ここで反射されて再びプ
リズムミラー２６に戻り、ビームスプリツタ２０
のスプリツト面２０ａを透過してレシーバ３６に
入射する。このようにレシーバ３６にはレチクル
ステージ１に固定された移動鏡としての直角ミラ
ー２１からの戻り光束と固定鏡２７からの戻り光
束とが同軸に合成されて入射するので、レシーバ
３６内の受光面には干渉縞が生じ、それは直角ミ
ラー２１の移動に伴つて明滅する。このレシーバ
３６によつて検出される測長量は位置θ₁のレーザ
光束LB₁の送光軸方向、すなわち座標系XA，
YAのYA軸方向のみの移動動量である。

同様に、ビームスプリツタ３１で反射されたレ
ーザ光束LB₂はビームスプリツタ２２のスプリツ
ト面２２ａを透過した後、直角ミラー２３の第１
反射面２３ａと第２反射面２３ｂとで反射され、
ビームスプリツタ２２の一部に形成された反射面
２２ｂに入射する。レーザ光束LB₂もYA軸と平
行であり、反射面２２ｂはレーザ光束LB₂の光路
軸と垂直に配置されている。そして直角ミラー２
３の反射面２３ａと２３ｂとの成す角度は正確に
90゜に形成され、その交点は位置Y₁に定められて
いる。従つて、直角ミラー２３の微小な回転等に
かかわらず、レーザ光束は反射面２２ｂに垂直に
入射し、元の光路をそのまま戻る。このためレシ
ーバ３７にはプリズムミラー２６、スプリツト面
２２ａを介して固定鏡２７からの反射光束が入射
するとともに、反射面２２ｂからの反射光束が入
射する。このレシーバ３７によつて検出される測
長量は位置Y₁のYA軸方向のみの移動量である。
また位置θ₁と位置Y₁とはレチクルステージ１が
回転していないときに、座標系XA，YAのYA軸
によつてＸ方向に２等分される点に定められてい
る。ビームスプリツタ２０とレシーバ３６により
構成されるθ軸干渉計の測定軸は、レーザ光束
LB₁の中心線、又は位置θ₁を通りレーザ光束LB₁
と平行な線であり、これは座標系XA，YAのYA
軸と平行である。またビームスプリツタ２２とレ
シーバ３７により構成されるＹ軸干渉計の測定軸
はレーザ光束LB₂の中心線、又は位置Y₁を通り
レーザ光束LB₂と平行な線であり、これもYA軸
と平行である。そして本実施例において重要なこ
とはθ軸干渉計の測定軸とＹ軸干渉計の測定軸と
の中心に、レチクルステージ１の中心点OSを通
るようなＹ方向の測定軸が仮想的に存在すること
である。この仮想的な測定軸がレチクルステージ
１の位置検出用の干渉計によつて規定される直交
座標系XB，YBのYB軸である。

さて、レーザ光源１８からのレーザ光束のう
ち、ミラー３２，３３で反射されてビームスプリ
ツタ２４に入射するレーザ光束LB₃は座標系XA，
YAのXA軸と平行である。ビームスプリツタ２
４のスプリツト面２４ａを透過したレーザ光束は
直角ミラー２５の第１反射面２５ａ、第２反射面
２５ｂで反射され、ビームスプリツタ２４の一部
に形成された反射面２４ｂに垂直に入射する。反
射面２５ａと２５ｂとの交点は位置X₁に定めら
れ、この位置X₁は座標系XB，YBのXB軸上に一
致するように定められている。ビームスプリツタ
２４のスプリツト面２４ａで反射されたレーザ光
束LB₃はミラー３４で下方で反射されて固定鏡２
８に向かう。この固定鏡２８からの反射光束は再
びミラー３４で反射され、スプリツト面２４ａを
透過してレシーバ３８に入射する。同時に反射面
２４ｂで垂直に反射したレーザ光束は反射面２５
ｂ，２５ａで反射され、さらにスプリツト面２４
ａで反射されてレシーバ３８に入射する。このレ
シーバ３８は位置X₁のXB軸方向のみの移動量を
検出する。上記ビームスプリツタ２４とレシーバ
３８により構成されるＸ軸干渉計の測定軸は位置
X₁を通りレーザ光束LB₃と平行な線であり、こ
れは座標系XB，XYのXB軸である。従つてレチ
クルステージの位置検出用の干渉計による座標系
XB，XYの各軸と座標系XA，YAの各軸とは第
１図に示すように空間的にねじれの関係にならな
いように平行である。しかも、XA軸とXB軸と
を含む平面内に光軸AXが含まれ、YA軸とYB軸
とを含む平面内にも光軸AXが含まれるように構
成されている。

さて第３図は第１図の装置を、光軸AXとXA
軸（又はXB軸）とを含む平面で破断した断面図
である。レチクルステージ１は干渉計保持コラム
４０上にベアリング４１を介して載置され、水平
面内の全ての方向に可動である。保持コラム４０
には干渉計を構成する各光学部材（レシーバも含
む）が固定されている。第３図では代表してビー
ムスプリツタ２４とミラー３２を示してある。保
持コラム４０の干渉計載置部の下にはモータ駆動
部４２が固定され、その駆動はネジ部の往復運動
に変換され、連接棒４３を介してレチクルステー
ジ１に伝えられる。このモータ駆動部は３軸の干
渉計の夫々に対応して独立に３個配置されてお
り、その駆動点は本実施例では位置θ₁，Y₁，X₁
の近傍に定められ、夫々各軸の干渉計の測定軸方
向の移動をレチクルステージ１に与える。尚、こ
の駆動点の位置については特に限定されるもので
はない。さて、投影レンズ２は基底定盤４４の上
に構築されたレンズ保持コラム４５の台座４５ａ
の上に保持される。投影レンズ２の鏡筒周囲には
台座４５ａに載置するためのフランジ部２ａが形
成されている。基底定盤４４上にはウエハステー
ジ３が２次元移動可能に載置される。そして保持
コラム４５の上にはワツシヤ４６を介して、前述
の干渉計保持コラム４０が載置されている。この
ワツシヤ４６はレチクルＲとウエハＷとの距離を
投影レンズ２に合わせ調整するためのものであ
る。またワツシヤ４６は投影レンズ２の周辺の複
数ケ所に設けられ、それぞれのワツシヤの厚みを
微妙に調整することによつて、投影レンズ２の投
影結像面とウエハＷの表面とを精密に平行するこ
とができる。第３図ではレーザ光束LB₃のみしか
示していないが、レーザ光束LB₁，LB₂、及び
LB₃はともに光軸AXと垂直な同一の水平面内に
位置し、この水平面はレチクルＲのパターン面す
なわちレチクルステージ１のレチクル載置面とで
きるだけ一致するように定められている。これは
レチクルＲ上のパターン面に形成されたマーク
R₁，R₂等を不図示のアライメント顕微鏡で検出
する際、パターン面に対してアツベ（Abbe）の
原理を満足するようにしてマークR₁，R₂の位置
検出時のアツベ誤差を零にするためである。

尚、第１図、第２図等において示したレチクル
側の３軸の各干渉計システムは、所謂シングルパ
スよりも高い分解能が得られるダブルパス方式で
ある。

次に本実施例の動作を説明するが、ウエハステ
ージ側の干渉計の動作については公知なので説明
を省略し、専らレチクルステージ側の干渉計の動
作について説明する。まず、第２図のようにレチ
クルステージ１がニユートラル位置（ｘ方向、ｙ
方向及び回転方向の位置ずれがない状態）にある
場合、レチクルステージ１を座標計XB，YBの
XB軸の方向のみに動かしたときの様子を述べ
る。この場合位置X₁、すなわち直角ミラー２５
がXB軸方向に移動するので、当然ビームスプリ
ツタ２４のスプリツト面２４ａから反射面２４ｂ
までのレーザ光束の光路長は変化する。この変化
量はレシーバ３８によつてＸ方向移動量として検
出される。一方、直角ミラー２１と２３について
は、それぞれレーザ光束LB₁，LB₂に対して直交
する方向に動くのみであるから、直角ミラー２
１，２３の光学的な性質からスプリツト面２０ａ
から反射面２０ｂまでの光路長とスプリツト面２
２ａから反射面２２ｂまでの光路長とは共に不変
である。従つてレシーバ３６により検出される位
置θ₁のYB軸方向の変位量と、レシーバ３７によ
り検出される位置Y₁のYB軸方向の変位量とは共
に零である。

また、レチクルステージ１がYB軸方向のみに
移動した場合は、同様に直角ミラー２５の光学的
な性質によつてレシーバ３８によつて検出される
移動量は零であり、レシーバ３６，３７によつて
検出される移動量は共に等しい値になる。

次にレチクルステージ１がニユートラル位置で
中心点OSの回りにΔθだけ回転した場合について
第４図を参照して説明する。第４図は３軸の各干
渉計の光路変化の様子を示す平面図である。レチ
クルステージ１は座標系XB，YB内でΔθだけ反
時計方向に回転しているものとする。１′は回転
がないときのレチクルステージの位置を表わす。
この第３図からも明らかなように、位置θ₁（以後
点θ₁とする）はニユートラル位置に対してXB軸
の正方向と、YB軸の正方向とに変位するととも
に、直角ミラー２１は点θ₁を中心にΔθだけ反時
計方向に回転したように変位する。位置Y₁（以下
点Y₁とする）についてはXB軸の正方向とYB軸
の負方向とに変位するとともに、直角ミラー２３
は点Y₁を中心にΔθだけ反時計方向に回転したよ
うに変位する。そして位置X₁（以下点X₁とする）
についてはXB軸の正方向とYB軸の負方向とに
変位するとともに、直角ミラー２５は点X₁を中
心にΔθだけ反時計方向に回転したように変位す
る。本実施例では中心点OSから点θ₁までの距離
と、中心点OSから点Y₁までの距離とが等しく中
心点OS、点θ₁，Y₁の３点を頂点とする二等辺三
角形に定められているので、点θ₁とY₁とのXB軸
方向の変位は方向も大きさも同一であり、YB軸
方向の変位は互いに逆向きで等しい大きさであ
る。ここで点θ₁を通りYB軸（あるいはレーザ光
束LB₁）と平行な線をl₁とし、点Y₁を通りYB軸
（あるいはレーザ光束LB₂）と平行な線をl₂とし、
そして点X₁を通りXB軸（あるいはレーザ光束
LB₃）と平行な線をl₃とすると、θ軸干渉計のレ
シーバ３６によつて検出される変位量は点θ₁の線
l₁上の移動量Δyaのみになり、Ｙ軸干渉計のレシ
ーバ３７によつて検出される変位量は点Y₁の線l₂
上の移動量Δybのみになり、Ｙ軸干渉計のレシー
バ３８によつて検出される変位量は点X₁の線l₃上
の移動量Δx（第４図には微小量なので表示してい
ない）のみになる。本実施例ではΔyaとΔybとの
大きさは同じ値になる。また第４図のようにΔθ
だけ回転したままレチクルステージ１がXB方向
又はYB方向に平行移動した場合、θ軸干渉計の
計測値とＹ軸干渉計の計測値との差は変化しな
い。以上のように本実施例のように構成された３
軸の干渉計では、点θ₁とY₁のYB軸方向の変位量
と点X₁のXB軸方向の変位量とを独立に正確に計
測することができる。

従つてΔθの回転を補正するために必要な点θ₁，
Y₁，X₁の移動方向とその量が一義的に求められ
ることになる。すなわち各干渉計の計測量だけ点
θ₁とY₁についてはYB方向への移動をあたえれば
よく、点X₁についてはXB方向への移動を与えれ
ばよく、回転量Δθとは無関係に各点θ₁，Y₁，X₁
の移動方向は常に一定でよいことになる。また点
θ₁とY₁のYB方向の位置と点X₁のXB方向の位置
とが求まれば、レチクルステージ１に対する点
θ₁，Y₁，X₁の配置関係が不変であること、及び
レーザ光束LB₁，LB₂，LB₃の配置関係も不変で
あることから、必要とするレチクルステージ１の
回転量、すなわち点θ₁，Y₁，X₁が存在すべき位
置の座標値は簡単な演算により、干渉計の分解能
（例えば0.02μm）のオーダで決定することができ
る。尚、直角ミラー２１，２３，２５の光学的な
性質によつて各直角ミラーが点θ₁，Y₁，X₁を中
心にして回転したとしても、レーザ光束の光路長
は一切変化しない。さらに各直角ミラーが回転し
たまま、線l₁，l₂，l₃と直交する方向に平行移動
した場合も光路長は一切変化しない。

ところで第２図に示したように、ウエハＷ上の
マークW₁，W₂に対するレチクルＲ上のマーク
R₁，R₂の２次元的なずれが、XB方向にΔx、YB
方向にΔy、そして回転方向にΔθだけ回転してい
ることが不図示のアライメント顕微鏡を用いて求
められれば、マークR₁とW₁とを重ね合わせ、か
つマークR₂とW₂とを重ね合わせるアライメント
は、３軸の各干渉計の計測量のみに基づいて高速
に実行できる。あるいはずれ量ΔxとΔyについて
はウエハステージ３で補正し、レチクルＲの回転
のみをレチクルステージ１で補正するようにして
もよい。この場合はθ軸干渉計とＹ軸干渉計との
２軸を設けるだけでよい。

また第４図からも明らかなように、レチクルス
テージ１の回転によつて線l₁とl₂の中間に平行に
存在する中心線はYB軸からXB方向にずれて、
測定軸（YB軸）が光軸AXを通らなくなるが、
その量はレチクルステージ１の回転量が小さい場
合は小さくなる。またレーザ光束LB₁とLB₂との
中間に平行に存在する中心線を測定軸と考えれ
ば、これは常にYB軸と一致して不変である。し
かしながらいずれの場合もθ軸干渉計とＹ軸干渉
計との両測定軸はウエハステージ３側の座標系
XA，YAのYA軸と常に平行であり、このことが
本実施例において最も重要なことである。Ｘ軸干
渉計についても同様であり、点X₁を通る線l₃はレ
チクルステージ１の初期位置からの回転によつて
YB方向に変位してしまうが、線l₃（測定軸）は座
標系XA，YAのXA軸と常に平行であり、このこ
とが本実施例において最も重要なことである。

次に上記装置を用いたレチクルＲとウエハＷと
のアライメント特にウエハＷ上の１つの被露光領
域とレチクルＲ上のパターンとのアライメント、
所謂ダイ・バイ・ダイアライメントについて第５
図を参照して説明する。

第５図において、ウエハＷ上の露光領域の周辺
にはステツプ・アライメント用のマークW₁，W₂
が形成され、この２つのマークW₁，W₂はともに
座標系XA，YAのXA軸上にあるものとする。そ
の座標系XA，YAに対してレチクルステージ１
上のレチクルＲはΔθだけ反時計方向に回転し、
かつXA方向とYA方向にずれているものとする。
尚、第５図中、直交座標系αβはレチクルＲの中
心ORを原点にして定めたレチクル内の系であ
り、座標系XA，YAと座標系αβとが正確に一致
（重合）するようにアライメントされるべきもの
である。そしてレチクルＲにはマークW₁，W₂の
夫々と対応するようにマークR₁，R₂がα軸上に
形成されている。マークW₁と、W₂の間隔とマー
クR₁とR₂の間隔とは、レチクル上又はウエハ上
で等しくなるように定められている。

さて、第５図の状態でアライメント顕微鏡を用
いてマーW₁とR₁とのXA方向とYA方向との相対
的な位置ずれ量を検出し、同様にマークW₂とR₂
とのXA方向とYA方向との相対的な位置ずれ量
を検出する。これらの位置ずれ量に基づいて、レ
チクルＲの中心ORの光軸AXに対するXA方向の
ずれ量ΔXrと、YA方向のずれ量ΔYrとを求めさ
らに回転量Δθも求める。その回転量Δθの補正
は、座標系XB，YBのXB軸とXA軸とが平行で
あることから、点θ₁とY₁とを結ぶ線分がXB軸に
対して−Δθだけ傾くようにレチクルステージ１
を回転させることによつて完了する。またずれ量
ΔXr、ΔYrについても、投影レンズ２の投影倍
率を考慮して、レチクルステージ１をXA方向と
YA方向とに、第５図中矢印Ｚで示すように移動
させることによつて補正される。

ここで点θ₁，Y₁，X₁の座標系XA，YA上での
座標値を以下のように定めるものとする。

θ₁＝（Xaθ、Yaθ） Y₁＝（XaY、YaY） X₁＝（XaX、YaX）このときレチクル側の３軸の各干渉計による計
測値がDθ、DY、DXが以下の(1)，(2)，(3)式で表
わされる値になようにレチクルステージ１を動か
すと、上記アライメントが完了する。

DX＝（cosΔθ−１）・XaX−ORx・cosΔθ −（ORy−YaX）sinΔθ ……(1) DY＝（cosΔθ−１）・YaY−ORy・cosΔθ ＋（ORx−XaY）sinΔθ ……(2) Dθ＝（cosΔθ−１）・Yaθ−ORy・cosΔθ ＋（ORx−Xaθ）sinΔθ ……(3) この(1)〜(3)式でORxとORyはレチクルＲの中
心ORの座標系XA，YB上での座標値である。

上記(1)〜(3)式において、回転量Δθが極めて小
さいものとすると、cosΔθ＝１、sinΔθ＝Δθと近
似できるから、(1)〜(3)式のそれぞれは以下の(4)，
(5)，(6)式のように簡単になる。

DX≒−ORx−（ORy−YaX）・Δθ ……(4) DY≒−ORy＋（ORx−XaY）・Δθ ……(5) Dθ≒−ORy＋（ORx−Xaθ）・Δθ ……(6) 座標値（ORx、ORy）はマークR₁，W₁及びマ
ークR₂，W₂の相対位置関係からただちに求ま
り、点X₁のＹ座標値YaX、点Y₁のＸ座標値
XaY、及び点θ₁のＸ座標値Xaθは、レチクルの座
標系XB，YB内での３軸の干渉計の計測値から
ただちに演算して求めることができる。

尚、上記(1)，(2)，(3)式で誤差となる要素は、直
角ミラー２１，２３，２５の夫々の頂点θ₁，Y₁，
X₁の相対的な座標位置の正確さである。この相
対的な座標位置が設計上の位置から大きくずれて
いると、アライメント時に回転量Δθが存在する
ときにのみ、上記演算によつて求めた量だけレチ
クル側の３軸の干渉計の計測値に基づいてレチク
ルステージ１を移動させても、アライメント誤差
が発生する。例えば点θ₁とY₁との距離及び点Y₁
とX₁との距離が設計値に対して±50μmの精度内
にあるものとすると、レチクルステージ１によつ
て回転量Δθ≒3'の補正を行なう場合、ウエハ側
の座標系XA，YAでは計算上±0.01μm程度のア
ライメント誤差が残る。しかしながらこの量は干
渉計の分解能のオーダであり、十分小さいと言え
る。

以上本実施例ではウエハ側の座標系XA，YA
とレチクル側の座標系XB，YBとは予め計測値
が相関付けられているものとしたが、その相関付
けの作業も容易である。それにはウエハステージ
３上にウエハ上のマークW₁，W₂と同形の基準マ
ーク（フイデユーシヤルマーク）を設け、この基
準マークを走らせてレチクルマークR₁とR₂の
夫々を基準マークと重ね合わせたときのウエハス
テージ３の位置を検出し、その位置と３軸の各干
渉計の計測値とをつき合わせればよい。またレチ
クルステージ１にレチクルＲを載置して、レチク
ルＲの装置に対するアライメントを行なう際も、
３軸の各干渉計とウエハステージ３上の基準マー
クとを用いて、干渉計の分解能で決まる精度でレ
チクルＲの装置（座標系XA，YA）に対する位
置決めが達成される。

さらに本実施例では直角ミラー２１，２３，２
５の各頂点θ₁，Y₁，X₁はレチクルステージ１の
周辺部に定めたが、これは必須の要件ではなく、
予め位置がわかつている限りどこに存在してもよ
い。またレチクルステージ１の駆動点の位置も点
θ₁，Y₁，X₁の近傍である必要はない。例えばレ
チクルＲをウエハステージ３と同様のXYステー
ジの上にθテーブルを介して載置してもよい。こ
の場合、XYステージは座標系XA，YB（XB，
YB）の座標軸方向のみに移動し、θテーブルは
XYステージ上を水平面内で回転するように構成
され、直角ミラー２１，２３，２５はそのθテー
ブルに固定される。

また第１図に示すように、レチクル側の３軸の
干渉計用の固定鏡２７，２８は投影レンズ２の鏡
筒の上方に設けたが、理論的には固定鏡２７，２
８を鏡筒の下方に設け、例えばウエハ側の干渉計
用の固定鏡８，１０と兼用することが望ましい。
しかしながら現実的にはレチクルＲと鏡筒下部ま
での距離は数百mm以上あるので、レチクル側の干
渉計から鏡筒下部の固定鏡に向う参照光束の光路
長が長くなり、ビームのゆらぎ（空気のゆらぎ）
による計測誤差が無視できない程度に大きくなる
こともある。そのため実際には、鏡筒上部に固定
鏡２７，２８を設けることが計測精度の点では有
利である。

さらに第１図において、レチクル側の干渉計と
ウエハ側の干渉計とは、そのレーザ光源を別々に
したが、光学系の配置、レーザ光束の引き回し等
を工夫して単一のレーザ光源としてもよい。

（発明の効果）以上本発明によれば、マスクステージに移動鏡
として２つの直角ミラー部材を設けてマスクステ
ージの回転量を２つのレーザ干渉計で測定できる
ようにしたが、このとき第１、第２のレーザ干渉
計は、マスクステージの回転成分、Ｘ軸方向の移
動成分とは無関係に、直角ミラー部材の頂点の測
定用光束の投射方向（Ｙ軸方向）の位置変化のみ
を計測できる。

従つてマスクステージの回転量は、２つのレー
ザ干渉計によつて測定される２つの直角ミラー部
材の各頂点のＹ軸方向の座標位置の差から精密に
求めることができる。

さらに本発明では、マスクと感光基板との相対
的な回転誤差を補正する際、２つの直角ミラー部
材の各頂点の測長方向（Ｙ軸方向）の座標位置の
みを管理してマスクステージを回転駆動させるだ
けでよいので、特にマスクの回転方向の位置合わ
せをオープン制御で行う場合に、その制御が簡単
になるといつた利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による投影型露光装置
の概略的な構成を示す斜視図、第２図はレチクル
ステージ側の光波干渉計システムの構成を示す平
面図、第３図は第１図、第２図の装置を光軸を含
む平面で破断した断面図、第４図はレチクルステ
ージ側の光波干渉計システムの動作を説明する平
面図、第５図はレチクルとウエハとのアライメン
トの方法を説明する平面図である。〔主要部分の符号の説明〕、１…レチクルステ
ージ、２…投影レンズ、３…ウエハステージ、
６，７…ビームスプリツタ、８，１０…固定鏡、
９，１１…レシーバ、２０，２２，２４…ビーム
スプリツタ、２１，２３，２５…直角ミラー、２
７，２８…固定鏡、３６，３７，３８…レシー
バ、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ。

Claims

【特許請求の範囲】１原画パターンが形成されたマスクを所定の
XY平面と略平行に保持するとともに、該XY平
面内でＸ軸方向、Ｙ軸方向に平行移動可能に、か
つ回転可能に設けられたマスクステージと、前記
XY平面と垂直な光軸を有し、前記マスクの原画
パターンを感光基板に投影するための投影光学系
と、該投影光学系の光軸と垂直な面内で前記感光
基板をＸ軸方向とＹ軸方向とに平行移動させる基
板ステージとを備えた投影型露光装置において、前記マスクステージ上のＸ軸とほぼ平行な線上
の互いに離れた２カ所の各々に頂点を有し、各頂
点で互いに直交した複数の反射面で構成され、前
記マスクステージの一部に固設された第１、及び
第２の直角ミラー部材と；該第１の直角ミラー部材の反射面に、Ｙ軸と平
行な方向から測長用の光束を投射することによつ
て、前記第１の直角ミラー部材の頂点のＹ方向の
みの座標位置を計測する第１の干渉計と；前記第２の直角ミラー部材の反射面にＹ軸と平
行な方向から測長用の光束を投射することによつ
て前記第２の直角ミラー部材の頂点のＹ方向のみ
の座標位置を計測する第２の干渉計と；前記基板ステージ上の感光基板と前記マスクス
テージ上のマスクとのXY平面内での相対的な回
転誤差量に関する情報を検出する回転誤差検出系
と；前記第１、第２の直角ミラー部材の各頂点のＸ
軸方向の座標位置と前記検出された回転誤差量に
関する情報とに基づいて、前記回転誤差量をほぼ
零にするのに必要な前記第１、及び第２の直角ミ
ラー部材の各頂点のＹ方向の座標位置を目標値と
して算出する演算手段と；前記第１、及び第２の干渉計の各計数値がそれ
ぞれ算出された目標値と一致するように前記マス
クステージを回転させる駆動制御手段とを備えた
ことを特徴とする投影型露光装置。２前記第１、及び第２の干渉計の基準となる固
定鏡を、前記投影光学系の鏡筒の前記マスクステ
ージに近い位置に固設したことを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の装置。３前記基板ステージには、Ｘ軸方向とＹ軸方向
の各座標位置を計測するための基板ステージ用の
干渉計が設けられ、前記投影光学系の鏡筒の一部
には該基板ステージ用干渉計の基準となる固定鏡
が固設され、該固定鏡を前記第１、及び第２の干
渉計の各基準として兼用したことを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の装置。