JPH06302497A

JPH06302497A - ステージ位置決め方法及びその装置、並びに、これを利用した同期位置決めシステム

Info

Publication number: JPH06302497A
Application number: JP9134193A
Authority: JP
Inventors: Isao Kobayashi; 功小林; Hidehiko Numasato; 英彦沼里; Shigeo Watabe; 成夫渡部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-04-19
Filing date: 1993-04-19
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】パターン検出器の検出ばらつきを低減し、ス
テージの負帰還制御ループ系に取り込んで、高精度なス
テージの位置決めを可能にする。【構成】ステージ２上に搭載されたウェハ１上に設け
られたパターン６ａ、６ｂを検出するパターン検出器７
ａ、７ｂの出力は、平均値回路８により平均化されて平
均値Ｐが出力される。この信号Ｐは、パターン検出器の
逆ダイナミクス特性を持つ演算回路９により周波数特性
が平坦化され、座標変換器１０により変位センサ（レー
ザ干渉計）５ａと同じ座標系に座標変換されて信号ＰＸ
が出力される。加算処理回路１１には、信号ＰＸと、変
位センサからの出力Ｘが入力され、信号Ｘを横軸とし、
信号ＰＸを縦軸として回帰直線を求め、回帰直線と縦軸
の交点の縦軸の値を求める。これにより、ＰＸのばらつ
きが平均化され、ＰＸに対するＸのオフセット値Ｃが正
確に求められ、検出ばらつきが低減されたパターン検出
器の出力が負帰還制御ループに取り込まれ、高精度な位
置決めが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＬＳＩチップの
製造工程において、ステージ上に搭載されたウェハ等の
薄板状試料にパターンを露光する際、ウェハを高精度に
位置決めするに好適なステージ位置決め方法及び装置に
関し、さらに、かかる装置を利用して複数のステージを
同期しながら位置決めする同期位置決めシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩチップ製造ラインの露光工程にお
いては、前の工程でウェハ上に形成されたパターンと、
次の工程で用いるマスクのパターンとを高精度に位置合
わせする必要がある。ここで、例えば、線幅が０．３μ
ｍ程度である６４Ｍｂｉｔダイナミックラムのパターン
を露光する場合、その位置合わせには７０ｎｍもの高い
精度が要求される。さらに、パターンの微細化がさらに
進行すれば、位置合わせの一層の高精度化が要求される
ことになる。

【０００３】かかる位置合わせの高精度化のために、ウ
ェハの位置を検出するパターン検出器と、ステージの位
置を検出する変位センサの両方を用いる投影露光装置
が、例えば特開平２−３０７２０７号公報に開示されて
いる。また、ウェハと露光光学系の焦点合わせの分野で
は、この種の技術が既に特開昭６０−１０９２２６号公
報に開示されている。さらに、パターン検出器と変位セ
ンサの２つを設けること自体に効果があることは、本発
明と同じ出願人により出願され、既に公開された特開昭
５８−６４０２６号公報によって明らかにされている。

【０００４】さて、パターンの位置合わせの高精度化に
は、まずパターンの位置を検出するパターン検出器の検
出精度の向上が必要であることは明白であるが、パター
ンの上に塗布されるレジスト（感光材）の影響によっ
て、その検出誤差は増加してしまう。そこで、予め複数
のパターンの位置を検出し、パターン位置を格子状に回
帰して検出誤差を平均化し、しかる後に、この回帰した
格子を目標としてステージを高精度に位置決めするの
が、現在の一般的な位置合わせ方法となっている。この
場合、ステージの変位検出には高性能なレーザ干渉式の
変位センサが用いられており、これによってステージの
変位を高精度に検出することが出来るようになってい
る。

【０００５】しかしながら、この方法では予めパターン
位置を検出した後は、一切パターン位置を確認せずに、
ステージの変位センサの精度を頼りにウェハを位置決め
することになる。そのため、パターン位置の検出後に、
例えばウェハやステージに熱変形や弾性変形が発生した
場合、その変形量が位置決め誤差の要因となる。このた
め、位置合わせの要求精度が上がるにつれ、どうしても
露光時に直接パターン位置を確認し、その位置ずれを補
正したいという要求が出て来る。前述の従来例の中で
も、特に特開平２−３０７２０７号公報に示された投影
露光装置は、このような要求を実現するための装置構成
を提示したものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の従来
技術により示されたように、パターン検出器と変位セン
サの双方を用いて位置決めを行う際の最大の問題は、パ
ターン検出器の検出誤差の平均化方法である。すなわ
ち、パターン検出器の情報のみでウェハの位置決めが行
い難い理由は、実プロセスにおいては、パターン検出器
が検出ばらつきの小さい情報を高速に出力することが困
難な場合が多いためであると考えられることによる。こ
のことから、パターン検出器の検出精度以上の位置合わ
せを期待するためには、パターン検出器の検出誤差を逐
次平均化し、これを位置決めに反映するための信号処理
方法が重要な課題となる。

【０００７】そこで、本発明は、上記の従来技術におけ
る上述の事情に鑑みてなされたものであり、特に、パタ
ーン検出器からの検出誤差を低減するための信号処理方
法を適用して高精度の位置決めを可能にするステージ位
置決め方法及び装置を提供し、さらに、これを利用した
同期位置決めシステムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的は、本発明に
よれば、まず、格子状マークが設けられた薄板状試料を
搭載して移動可能なステージと、前記ステージの変位を
検出する変位センサと、前記ステージの移動目標値を入
力する入力端子を備え、当該移動目標値に応答して前記
ステージの位置を駆動制御する駆動装置と、前記変位セ
ンサの出力を前記駆動装置の入力端子に負帰還する帰還
回路と、前記薄板状試料の格子状マークの位置を光学的
に検出するパターン検出器とを有する位置決め装置にお
いて、前記負帰還回路は；ａ．前記パターン検出器に接続され、前記パターン検出
器の逆ダイナミクス特性を持つ演算回路と、ｂ．前記演算回路に接続され、前記パターン検出器の出
力の座標を前記変位センサの座標に変換する座標変換器
と、ｃ．前記変位センサの出力と前記座標変換器の出力か
ら、前記パターン検出器の出力に対する前記変位センサ
出力のオフセット値を求め、当該オフセット値を前記変
位センサ出力に加算して前記入力端子に負帰還する加算
処理回路と、を具備したステージ位置決め装置によって
達成される。

【０００９】また、上記の目的は、本発明によれば、格
子状のマークが設けられた薄板状試料を搭載して移動可
能なステージの位置を、前記ステージの変位を検出する
変位センサからの出力と、前記薄板状試料の格子状マー
クの位置を光学的に検出するパターン検出器からの出力
とを負帰還しながら、前記ステージの移動目標値に従っ
て駆動制御するステージの位置決め方法であって、ａ．前記パターン検出器からの出力を、前記パターン検
出器の逆ダイナミクス特性により平坦化し、ｂ．前記パターン検出器の逆ダイナミクス特性により平
坦化された前記出力の座標を前記変位センサの座標に変
換し、ｃ．前記変位センサの出力と前記座標変換された出力か
ら前記パターン検出器の出力に対する前記変位センサ出
力のオフセット値を求め、当該オフセット値を前記変位
センサ出力に加算して負帰還信号を生成して前記入力端
子に負帰還するステージ位置決め方法によっても達成さ
れる。

【００１０】さらに、上記の目的は、本発明によれば、
上記のステージ位置決め装置を複数適用し、すなわち、
格子状マークが設けられた薄板状試料を搭載して移動可
能な複数のステージを互いに同期させながら、それぞ
れ、移動目標値に駆動制御する同期位置決めシステムに
おいて、前記複数のステージの位置を駆動制御するステ
ージ位置決め装置の各々を、前記のステージ位置決め装
置によって構成した同期位置決めシステムによっても達
成される。

【００１１】

【作用】上記の本発明によるステージ位置決め方法及び
装置、さらには、これを利用した同期位置決めシステム
によれば、ステージ上に搭載された薄板状試料上の格子
状マークを光学的に検出するパターン検出器の出力信号
は、このパターン検出器の逆ダイナミクス特性を持つ演
算回路に接続されて処理することにより、まず、パター
ン検出器の周波数特性を平坦化し、次に、座標変換器に
よりパターン検出器の座標を変位センサの座標に変換す
ることにより、パターン検出器の出力と変位センサの出
力を比較、検討することが可能になる。

【００１２】ここで、本発明によれば、加算処理回路
は、変位センサ出力を横軸とし、一方、座標変換器出力
を縦軸として回帰直線を求め、この回帰直線と縦軸の交
点の縦軸の値を求め、あるいは、これと同等の意味を有
する加重平均演算によりオフセット値を求めるが、この
操作によれば、パターン検出器の検出のばらつきが平均
化され、パターン検出器出力に対する変位センサ出力の
オフセット値が正確に求められる。すなわち、検出ばら
つきが低減されたパターン検出器の情報がステージの閉
ループ系に取り込まれる。そこで、このオフセット値を
変位センサ出力に加算してステージの補償器に負帰還す
れば、ステージに搭載されたウェハのパターンをパター
ン検出器に対して高精度に位置合わせすることが可能に
なり、ステージは、常に、応答性の良い変位センサで制
御され、また、変位センサのオフセット値が逐次更新さ
れる。

【００１３】

【実施例】以下、添付の図面を用いながら、本発明の実
施例について詳細に説明を加える。図１は、本発明の
ステージ位置決め方法によって半導体ウェハを搭載する
ステージを高精度に位置決めする、いわゆるステージ位
置決め装置の一実施例を示している。図において、薄板
状の試料であるウェハ１をその上面に搭載する移動可能
なステージ２は、その下方に設けられた２個の駆動装置
３ａ、３ｂにより、平面上を自在に駆動される。また、
ステージ２上に搭載されたスコヤ４の位置が、変位セン
サによって検出される。この変位検出器は、例えばレー
ザ光の干渉を利用してその位置を高精度に検出するレー
ザ干渉計５ａにより構成され、その検出信号からステー
ジ２の変位信号Ｘが求められる。さらに、ウェハ１上に
設けられた２つのパターン（格子状のマーク）６ａ、６
ｂの位置は、それぞれ、その上方に配置された２個のパ
ターン検出器７ａ、７ｂにより検出され、それらの検出
出力信号は平均値回路８に入力されている。なお、これ
らのパターン検出器７ａ、７ｂは、格子縞であるパター
ンを光学的に検出するものであり、例えばパターンによ
って反射された光源からの光を、ＣＣＤ等の光電検出器
で受光して電気信号に変換するものである。

【００１４】上記平均値回路８は、上述の２個のパター
ン検出器７ａ、７ｂからの出力を入力し、その出力とし
てそれら２つの出力の平均値Ｐが出力される。この平均
値信号Ｐは、その後、演算回路９により周波数特性が平
坦化され、さらに、座標変換器１０により上記レーザ干
渉計（変位センサ）５ａと同じ座標系に座標変換され、
信号ＰＸとして出力される。なお、この演算回路９は、
後に詳細に説明するが、上記パターン検出器７ａ、７ｂ
の逆ダイナミクス特性を持つ演算回路により構成されて
いる。

【００１５】一方、加算処理回路１１は、上記レーザ干
渉計（変位センサ）５ａからの出力Ｘを横軸とし、上記
座標変換器１０からの出力ＰＸを縦軸として回帰直線を
求め、そして、この回帰直線と縦軸との交点の縦軸の値
を求める。この操作により、座標変換後の出力ＰＸのば
らつきが平均化され、出力ＰＸに対する変位信号Ｘのオ
フセット値Ｃが正確に求まる。さらに、この加算処理回
路１１は、求めたオフセット値Ｃを最終的に上記レーザ
干渉計（変位センサ）５ａからの変位信号Ｘに加算し
（Ｃ＋Ｘ）、これを加算器１２の負の（−）入力端子に
入力する。この加算器１２の他方の入力端子、すなわち
正の（＋）入力端子には、ステージ２の移動目標値Ｒが
入力されており、これにより、上記加算処理回路１１か
らのオフセット値Ｃを含む出力（Ｃ＋Ｘ）が負帰還され
る構成となっている。そして、この加算器１２の出力端
子に発生する偏差信号Ｅが、補償器１３ａ、１３ｂに入
力され、これら補償器１３ａ、１３ｂの出力により、ス
テージ２の位置を駆動制御する駆動装置３ａ、３ｂが制
御されることとなる。

【００１６】また、上記のレーザ干渉計５ａに隣接し
て、他のレーザ干渉計５ｂが設けられており、加算器１
６の負の（−）入力端子に入力されている。他方、この
加算器１６の正の（＋）入力端子には、上記レーザ干渉
計５ａからの変位信号Ｘが入力されており、これら両者
の差分信号Ｄにより、ステージ２のヨーイングが求めら
れる。さらに、上記２個のパターン検出器７ａ、７ｂか
らの出力は、さらに他の加算器１７の正（＋）及び負
（−）の入力端子に接続されており、それらの差分信号
ＰＤが出力される。これにより、上記ステージ２上に搭
載されたウェハ１上の２個のパターン６ａ、６ｂの回転
成分が検出される。すなわち、２つの差分信号Ｄ及びＰ
Ｄは、回転量処理回路１４に入力されるが、この回転量
処理回路１４は、上記の演算回路９、座標変換器１０、
及び加算処理回路１１の機能を複合して備えており、こ
れによりウェハ１の回転成分が正確に求められる。

【００１７】このウェハ１の回転成分を表す信号は、さ
らに、回転補償器１５に入力され、この回転補償器１５
の出力は、一方は、加算器１８により上記加算器１２か
ら出力される偏差信号Ｅと加算されて補償器１３ａに入
力され、他方は、加算器１９において偏差信号Ｅから減
算されて補償器１３ｂに入力される。以上のような構成
により、ステージ２上に搭載されたウェハ１上のパター
ン６ａ、６ｂが、パターン検出器７ａ、７ｂに対し、回
転成分をも含めて正確に位置決めされることとなる。

【００１８】図２には、本発明の第２の実施例であるス
テージの位置決め装置が示されている。この実施例で
は、ステージのヨーイング検出と補正が行われていない
ことを除き、基本的には、上記の図１の実施例と同様の
構成である。すなわち、ウェハ１をその上に搭載する移
動可能なステージ２の位置、具体的にはステージ上に搭
載されたスコヤ４の位置は、レーザ干渉計（変位セン
サ）５により検出され、変位信号Ｘが出力される。ま
た、ウェハ１上に設けられたパターン６の位置は、上方
に配置されたパターン検出器７により検出され、パター
ン検出信号Ｐが出力される。

【００１９】上記パターン検出器７からのパターン検出
信号Ｐは、演算回路９に入力され、さらに、座標変換器
１０により上記レーザ干渉計（変位センサ）５と同じ座
標系に座標変換される。そして、座標変換後の信号ＰＸ
は加算処理回路１１に入力され、レーザ干渉計（変位セ
ンサ）５からの出力Ｘを横軸とし、一方、座標変換器１
０からの出力ＰＸを縦軸として回帰直線を求め、回帰直
線と縦軸との交点の縦軸の値を求め、出力ＰＸに対する
変位信号Ｘのオフセット値Ｃを求め、信号（Ｃ＋Ｘ）を
出力ることは上記と同様である。さらに、この加算処理
回路１１から出力されたオフセット値を含む信号（Ｃ＋
Ｘ）が加算器１２の負の（−）入力端子に入力され、他
方の正の（＋）入力端子には、ステージ２の移動目標値
Ｒが入力され、これにより、上記加算処理回路１１から
のオフセット値Ｃが負帰還される構成となっていること
も同様である。そして、この加算器１２の出力端子に出
力される偏差信号Ｅが、補償器１３に入力されて、ステ
ージ２を駆動制御する駆動装置３を制御する。

【００２０】ここで、パターン検出器７の逆ダイナミク
ス特性を持つ演算回路９について詳細に説明すると、ま
ず、パターン検出器７の伝達関数をＧ１、パターン検出
器７の支持部の伝達関数をＧ２とすると、パターン検出
器７の位置決め装置に対する伝達関数Ｇａは、次式で与
えられる。

【数１】Ｇａ＝Ｇ１・Ｇ２そこで、演算回路９の伝達関数Ｇｂを次式のように設定
すれば、パターン検出器７の周波数特性が平坦化されて
演算回路９から出力される。

【数２】Ｇｂ＝（Ｇ１・Ｇ２）^-1 なお、演算回路９の演算式は、厳密に上記の（数２）と
一致している必要はなく、問題とする周波数帯域で近似
的に一致していれば十分な効果があることは言うまでも
ない。また補償器１３には、周知の比例要素、積分要素
等を用いればよいので、ここでは内容を詳述しない。

【００２１】図７は、図２の実施例を具体化した例であ
る。本実施例では、加算処理回路１１は、オフセット加
算部１１Ａとオフセット算出部１１Ｂとより成り、且つ
補償器１３とステージ２との間に駆動装置１３Ａを設け
た点が特徴である。駆動装置はモータを主体とするもの
であり、図２でも当然に必要としたものである。また図
１と比べてステージ２の構成が若干異なっているが本質
的な差はない。オフセット算出部１１Ｂは、横軸を変位
センサ出力とし、縦軸を位置検出器出力として得られる
回帰直線Ｌからオフセット値Ｃを算出する。オフセット
値Ｃは、回帰直線Ｌと縦軸との交点の座標の大きさであ
る。オフセット加算部１１Ａは、オフセット算出部１１
Ｂで得たオフセット値Ｃと変位Ｘとを加算して（Ｘ＋
Ｃ）の値を得る。この加算値を加算器１２に負信号とし
て与えて目標値Ｒとの差分を得る。尚、オフセット値Ｃ
は、縦軸交点としたが、式的には、横軸との交点座標と
してもよい。以上の図７の実施例は、図１に対しても、
パターン検出器７ａ、７ｂについてそれぞれ図７の如き
構成を採用することで、適用できる。図１以外の例でも
同様である。

【００２２】次に、図３には、本発明のステージ位置決
め装置の、さらに他の実施例である第３の例が示されて
いる。本実施例では、上記の実施例で用いた加算処理回
路１１の代わりに加重平均回路１６が設けられているこ
とを除き、図２の実施例と同じ構成である。なお、この
加重平均回路１６は次式の演算でＦを導出し、入力端子
１２に負帰還する。

【数３】Ｆ＝（Ｋ１・Ｘ＋Ｋ２・ＰＸ）／（Ｋ１＋Ｋ２）

【００２３】すなわち、本構成によれば、変位センサ
（レーザ干渉計）５からの出力Ｘを横軸とし、座標変換
器１０からの出力ＰＸを縦軸として回帰直線を求め、回
帰直線と縦軸との交点の縦軸の値から、出力ＰＸに対す
る変位信号Ｘのオフセット値Ｃを求める加算処理回路１
１に代え、上記加重平均回路１６は上述の（数３）の加
重平均演算を行えばよく、そのため、演算式が簡単にな
るという効果がある。なお、ここで、Ｋ１、Ｋ２は定数
であるが、これらの値を状況に応じて可変としてもよ
い。例えば、ステージ２の高速移動時にはＫ１の値をＫ
２より大きくし（Ｋ１＞Ｋ２）、あるいは、ステージ２
の位置決め動作時にはＫ２の値をＫ１より大きくすれば
（Ｋ１＜Ｋ２）、さらに高速で高精度な位置決めが実現
できる。

【００２４】図４は、本発明の位置決め方法を実現する
装置の、さらに他の第４の実施例を示している。本実施
例では、ウェハ１を上に搭載する移動可能なステージ２
のスコヤ４の位置がレーザ干渉計（変位センサ）５によ
り検出され、その変位信号Ｘが出力される。この変位信
号Ｘは、出力ＰＸに対する変位信号Ｘのオフセット値Ｃ
を求め、これに上記変位センサ（レーザ干渉計）５から
の出力Ｘを加算して出力する加算処理回路１１に入力さ
れていることは上記の図２に示した実施例と同様であ
る。

【００２５】ところで、この実施例では、ステージ２上
に搭載されたウェハ１のパターン６の上方には、いわゆ
る反射光学系２０が配置されており、さらに、第２のス
テージ３０が設けられている。この第２のステージ３０
上には、やはり薄板状試料であるマスク３１が搭載され
ており、このマスク３１上には第２のパターン３２が設
けられている。そして、パターン検出器７は、この第２
のパターン３２に対向する位置に配置されており、これ
によって、第２のステージ３０上に搭載されたマスク３
１に設けられた第２のパターン３２と、ウェハ１上に設
けられたパターン６との相対的な変位が上記パターン検
出器７により検出され、変位信号Ｐとして出力されるよ
うに構成されている。

【００２６】すなわち、この実施例では、上記の反射光
学系２０を用いた光学系により、例えば、マスク３１の
第２のパターン３２をウェハ１上に投影する場合、露光
波長とパターン検出光の波長が異なっていても収差を生
じないため、マスク３１に設けられた第２のパターン３
２とウェハ１に設けられたパターン６との相対的な変位
を高精度に検出することが出来る。

【００２７】なお、上記第２のパターン３２に対向して
配置されたパターン検出器７により検出されたパターン
検出信号Ｐが演算回路９に入力され、さらに、座標変換
器１０により上記変位センサ５と同じ座標系に座標変換
される。そして、座標変換後の信号ＰＸは加算処理回路
１１に入力され、変位センサ５からの出力Ｘを横軸と
し、一方、座標変換器１０からの出力ＰＸを縦軸として
回帰直線を求め、回帰直線と縦軸との交点の縦軸の値を
求め、これによって、出力ＰＸに対する変位信号Ｘのオ
フセット値Ｃを求め、これに変位信号Ｘを加算して出力
する（Ｃ＋Ｘ）ことは上記の実施例と同様である。さら
に、この加算処理回路１１から出力された信号（Ｃ＋
Ｘ）が、加算器１２の負の（−）入力端子に入力され、
他方の正の（＋）入力端子には、ステージ２の移動目標
値Ｒが入力される。これにより、上記加算処理回路１１
からの出力が負帰還される構成となっており、そして、
この加算器１２の出力端子に出力される偏差信号Ｅが補
償器１３に入力され、ステージ２を駆動制御する駆動装
置３を制御することも上記と同様である。すなわち、こ
の図４に示した実施例においては、独立に配置されたマ
スク１８とウェハ１との相対的な位置決めを高精度に行
うことが可能になる。

【００２８】続いて、図５には、上記の本発明の位置決
め方法及び装置を応用した同期位置決めシステムの一実
施例が示されている。すなわち、この同期位置決めシス
テムでは、複数（本実施例では２個）のステージ２、
２’が設けられており、システム制御装置４０により、
これらが同期しながら位置決め制御される。

【００２９】すなわち、第１のステージ２、変位センサ
（レーザ干渉計）５、パターン検出器７、演算回路９、
座標変換器１０、加算処理回路１１、補償器１３から成
る第１の位置決め装置の構成と動作は、上記図２の実施
例と同様である。また、第２のステージ２’、変位セン
サ（レーザ干渉計）５’、パターン検出器７’、演算回
路９’、座標変換器１０’、加算処理回路１１’、加算
器１２’、そして補償器１３’から成る第２の位置決め
装置の構成と動作も、上記図２の実施例と同様である。
そして、システム制御装置４０からは、第１の位置決め
装置に対してＲ１なる目標値が発生され、第２の位置決
め装置に対してＲ２なる目標値が発生される。これら目
標値Ｒ１とＲ２は同期しており、例えば次式のような関
係に設定されている。

【数４】Ｒ１＝Ｍ１＋Ｍ２・Ｒ２ここで、Ｍ１、Ｍ２は定数である。

【００３０】このような構成によれば、第１のステージ
と第２のステージが高精度に同期して位置決めされるこ
ととなる。そして、この同期位置決めシステムによれ
ば、例えば、上記図４に示したような装置構成におい
て、そのパターン検出器７が、ウェハ１に設けられたパ
ターン６とマスク３１に設けられた第２のパターン３２
との相対位置を直接検出できない場合でも、同様な効果
を得ることができる。すなわち、第１のステージと第２
のステージとを高精度に同期させることにより、直接的
にその相対位置を検出することが出来ない複数のステー
ジ間を、相互に高精度に位置決めすることが可能なる。
そのため、この同期位置決めシステムでは、上記図４に
示した位置決め装置の構成に比較し、反射光学系２０を
用いた複雑な光学系を使用することなく、比較的簡単な
構成で同様の効果を達成することが可能になる。

【００３１】さらに、図６には、本発明の位置決め装置
を応用した同期位置決めシステムの第２の実施例が示さ
れている。この実施例においては、第２のステージ
２’、変位センサ（レーザ干渉計）５’、パターン検出
器７’、演算回路９’、座標変換器１０’、加算処理回
路１１’、加算器１２’、そして補償器１３’から成る
第２の位置決め装置に目標値Ｒが与えられる。また、加
算処理回路１１’の出力が分周器５０によって分周され
た後、第１のステージ２、変位センサ（レーザ干渉計）
５、パターン検出器７、演算回路９、座標変換器１０、
加算処理回路１１、加算器１２、補償器１３から成る第
１の位置決め装置の目標値として与えられる。このよう
な構成により、第１のステージ２と第２のステージ２’
が高精度に同期して位置決めされる。なお、第２の位置
決め装置の変位センサ５’の出力を分周器５０によって
分周した後、第１の位置決め装置の目標値Ｒ１として与
えても第１のステージ２と第２のステージ２’とは、同
期して、高精度に位置決めされることとなる。

【００３２】

【発明の効果】以上の本発明の詳細な説明からも明らか
なように、本発明のステージ位置決め方法及びその装置
によれば、検出ばらつきが低減されたパターン検出器の
情報がステージの駆動制御を行う負帰還制御ループ系に
取り込まれるため、高精度な位置決め装置が構成でき
る。また、かかるステージ位置決め装置を、複数のステ
ージを同期して駆動する同期位置決めシステムに利用す
ることにより、高精度な同期位置決めシステムを構成す
ることが出来、特に、これらの装置やシステムを半導体
の露光工程に用いることにより、ウェハとマスクの位置
合わせ精度を著しく向上することが出来るという極めて
優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置決め方法を実現するためのステー
ジ位置決め装置の一実施例の概略構成を示すためのブロ
ック斜視図である。

【図２】本発明の第２の実施例でるステージ位置決め装
置の概略構成を示すブロック線図である。

【図３】本発明の第３の実施例であるステージ位置決め
装置の概略構成を示すブロック線図である。

【図４】本発明の第４の実施例であるステージ位置決め
装置の概略構成を示すブロック斜視図である。

【図５】上記本発明の位置決め装置を用いた、複数のス
テージを制御駆動する同期位置決めシステムの一実施例
を示すブロック線図である。

【図６】上記本発明の位置決め装置を用いた、同期位置
決めシステムの第２の実施例を示すブロック線図であ
る。

【図７】本発明のステージ位置決め装置の具体的実施例
図である。

【符号の説明】

１ウェハ２ステージ５変位センサ７パターン検出器９演算回路１０座標変換器１１加算処理回路１２加算器１３補償器１７第２のステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｆ 8418−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】格子状マークが設けられた薄板状試料を
搭載して移動可能なステージと、前記ステージの変位を
検出する変位センサと、前記ステージの移動目標値を入
力する入力端子を備え、当該移動目標値に応答して前記
ステージの位置を駆動制御する駆動装置と、前記変位セ
ンサの出力を前記駆動装置の入力端子に負帰還する帰還
回路と、前記薄板状試料の格子状マークの位置を光学的
に検出するパターン検出器とを有する位置決め装置にお
いて、前記負帰還回路は；ａ．前記パターン検出器に接続され、前記パターン検出
器の逆ダイナミクス特性を持つ演算回路と、ｂ．前記演算回路に接続され、前記パターン検出器の出
力の座標を前記変位センサの座標に変換する座標変換器
と、ｃ．前記変位センサの出力と前記座標変換器の出力か
ら、前記パターン検出器の出力に対する前記変位センサ
出力のオフセット値を求め、当該オフセット値を前記変
位センサ出力に加算して前記入力端子に負帰還する加算
処理回路と、を具備したことを特徴とするステージ位置
決め装置。
【請求項２】前記請求項１に記載のステージ位置決め
装置において、前記加算処理回路は、前記変位センサの
出力を横軸とし、前記座標変換器の出力を縦軸として回
帰直線を求め、この回帰直線と前記縦軸との交点の縦軸
の値からオフセット値を求めることを特徴とするステー
ジ位置決め装置。
【請求項３】前記請求項１に記載のステージ位置決め
装置において、前記加算処理回路は、前記変位センサ出
力に第１の設定値を乗じた値と、前記パターン検出器出
力に第２の設定値を乗じた値とを加算して前記入力端子
に負帰還する加重平均回路であることを特徴とするステ
ージ位置決め装置。
【請求項４】前記請求項３に記載のステージ位置決め
装置において、前記第１の設定値と前記第２の設定値
は、それぞれ、可変であることを特徴とするステージ位
置決め装置。
【請求項５】前記請求項１に記載のステージ位置決め
装置において、前記パターン検出器は複数設けられ、さ
らに、これら複数のパターン検出器の出力を平均化して
前記演算回路に入力する平均値回路が設けられているこ
とを特徴とするステージ位置決め装置。
【請求項６】前記請求項１に記載のステージ位置決め
装置において、さらに、前記ステージのヨーイングを検
出する手段を設けたことを特徴とするステージ位置決め
装置。
【請求項７】前記請求項１に記載のステージ位置決め
装置において、さらに、第２の格子状マークを形成した
第２の薄板状試料を搭載する第２のステージを独立に設
け、前記ステージと当該第２のステージとの間には反射
光学系を配置し、前記パターン検出器は、前記薄板状試
料と前記第２の薄板状試料との相対的位置関係を検出す
ることを特徴とするステージ位置決め装置。
【請求項８】格子状のマークが設けられた薄板状試料
を搭載して移動可能なステージの位置を、前記ステージ
の変位を検出する変位センサからの出力と、前記薄板状
試料の格子状マークの位置を光学的に検出するパターン
検出器からの出力とを負帰還しながら、前記ステージの
移動目標値に従って駆動制御するステージの位置決め方
法であって、ａ．前記パターン検出器からの出力を、前記パターン検
出器の逆ダイナミクス特性により平坦化し、ｂ．前記パターン検出器の逆ダイナミクス特性により平
坦化された前記出力の座標を前記変位センサの座標に変
換し、ｃ．前記変位センサの出力と前記座標変換された出力か
ら前記パターン検出器の出力に対する前記変位センサ出
力のオフセット値を求め、当該オフセット値を前記変位
センサ出力に加算して負帰還信号を生成して前記入力端
子に負帰還する、ことを特徴とするステージ位置決め方
法。
【請求項９】前記請求項８に記載のステージ位置決め
方法において、前記変位センサの出力を横軸とし、前記
座標変換器の出力を縦軸として回帰直線を求め、この回
帰直線と前記縦軸との交点の縦軸の値からオフセット値
を求めることを特徴とするステージ位置決め方法。
【請求項１０】前記請求項８に記載のステージ位置決
め方法において、前記変位センサ出力に第１の設定値を
乗じた値と、前記パターン検出器出力に第２の設定値を
乗じた値とを加算して前記入力端子に負帰還する負帰還
信号を生成することを特徴とするステージ位置決め方
法。
【請求項１１】前記請求項１０に記載のステージ位置
決め装置において、前記第１の設定値と前記第２の設定
値は、それぞれ、可変とすることを特徴とするステージ
位置決め方法。
【請求項１２】前記請求項８に記載のステージ位置決
め方法において、さらに、第２の格子状マークを形成し
た第２の薄板状試料を搭載する第２のステージを独立に
設け、前記パターン検出器は、前記ステージと当該第２
のステージとの間に配置した反射光学系により、前記薄
板状試料と前記第２の薄板状試料との相対的位置関係を
検出することを特徴とするステージ位置決め方法。
【請求項１３】格子状マークが設けられた薄板状試料
を搭載して移動可能な複数のステージを互いに同期させ
ながら、それぞれ、移動目標値に駆動制御する同期位置
決めシステムであって、前記複数のステージの位置を駆
動制御するステージ位置決め装置の各々は、前記請求項
１に記載したステージ位置決め装置によって構成されて
いることを特徴とする同期位置決めシステム。
【請求項１４】前記請求項１３に記載された同期位置
決めシステムであって、さらに、前記複数のステージ位
置決め装置の各々の前記入力端子に、互いに同期した移
動目標値を入力するシステム制御装置を備えたことを特
徴とする同期位置決めシステム。
【請求項１５】前記請求項１３に記載された同期位置
決めシステムであって、前記複数のステージ中の一のス
テージ位置決め装置の前記入力端子に移動目標値を入力
し、他のステージの前記入力端子には、前記一のステー
ジ位置決め装置の前記加算処理回路からの信号を分周す
る分周器からの出力が移動目標値として供給されている
ことを特徴とする同期位置決めシステム。
【請求項１６】前記請求項１３に記載された同期位置
決めシステムであって、前記複数のステージ中の一のス
テージ位置決め装置の前記入力端子に移動目標値を入力
し、他のステージ位置決め装置の前記入力端子には、前
記一のステージ位置決め装置の前記変位センサからの変
位出力を分周する分周器からの出力が移動目標値として
供給されていることを特徴とする同期位置決めシステ
ム。