JPH07122472A

JPH07122472A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH07122472A
Application number: JP5263240A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yamazaki; 茂山崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1995-05-12
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JP3381868B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ウエハ用のチルト機構を有する投影露光装置
において、そのウエハのレベリングを行う際に、そのチ
ルト機構の内部機構等の観測不可能な部分で生じる誤差
要因を排除し、システム構成上必然的に発生するずれ量
の補正を行う。【構成】レチクル２をレチクルＸＹステージ２５上に
載置し、ウエハ５を保持するウエハ・テーブル４を支点
９Ａ，９Ｂを介してＸステージ１０、Ｙステージ１１上
に載置し、ウエハ・テーブル４上の移動鏡６及びウエハ
ＸＹ干渉計８を用いてウエハ・テーブル４の２次元座標
を計測する。ウエハ・テーブル４の傾斜角を高さ検出セ
ンサー２２Ａ，２２Ｂにより計測し、支点９Ａ，９Ｂを
駆動した場合のウエハ・テーブル４の移動量、及びウエ
ハ・テーブル４の傾斜角に基づいて、誤差補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に、フォトマスク又はレチクル等のパターンをウエハ等
の感光基板上に転写露光するために使用される投影露光
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気
ヘッド等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フ
ォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称す
る）のパターンを感光材が塗布されたウエハ（又はガラ
スプレート等）上の各ショット領域に転写する投影露光
装置が使用されている。最近、半導体素子の集積度は益
々高くなり、転写用のパターンをより微細化することが
要求されているが、そのためには投影露光装置の解像度
を上げる必要がある。そのように解像度を上げるための
手法の一つが、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくす
ることであるが、投影光学系の開口数を高めると投影像
の焦点深度は浅くなる傾向にある。

【０００３】一方、半導体素子の製造プロセスも複雑化
し、ウエハ上の回路パターン相互の段差は大きくなる傾
向にあるため、ウエハ上の露光領域全体を投影光学系の
結像面（焦点面）に対して焦点深度の幅内に収めるため
には、レチクルのパターン像の結像面とウエハの露光面
の平均的な面とを正確に合わ込む必要がある。投影光学
系の結像面に対してウエハの露光面の平均面を合わせ込
むために、従来の投影露光装置には、ウエハの露光面の
平均面の投影光学系の光軸方向の位置（フォーカス位
置）を調整するフォーカス位置調整機構、及びその露光
面の平均面の傾斜角を調整するチルト機構が備えられて
いる。そのように露光面の傾斜角を調整する動作を「レ
ベリング」と呼ぶ。

【０００４】図３（ａ）は従来の投影露光装置の一例を
示し、この図３（ａ）において、照明光学系１からの照
明光によりレチクル２が照明され、レチクル２上のパタ
ーンの像が投影光学系３を介して、ウエハ・テーブル４
上に保持されたウエハ５上の各ショット領域に転写露光
される。このウエハ・テーブル４上の端部には移動鏡６
が取り付けられ、移動鏡６とウエハＸＹ干渉計８とによ
って、投影光学系３の光軸（これに平行に「Ｚ軸」を取
る）に垂直な２次元平面（これを「ＸＹ平面」とする）
内でのウエハ・テーブル４の位置が計測されている。

【０００５】ウエハ・テーブル４は、それぞれピエゾ素
子等からなる３個の伸縮自在な支点９Ａ〜９Ｃを介して
Ｘステージ１０上に載置され、Ｘステージ１０はＹステ
ージ１１上に載置され、Ｙステージ１１はベース１２上
に載置されている。３個の支点９Ａ〜９Ｃ及びＸステー
ジ１０内の駆動部からチルト機構が構成され、このチル
ト機構によってウエハ５をウエハ・テーブル４と一体的
に傾けることにより、ウエハ５のレベリングが行われ
る。更に、３個の支点９Ａ〜９Ｃを同じ量だけ伸縮する
ことにより、ウエハ５のフォーカス位置の微調整（フォ
ーカシング）が行われる。また、駆動部１３を介してＸ
ステージ１０を移動させ、駆動部１４を介してＹステー
ジ１１を移動させることにより、ウエハ５の全面の各シ
ョット領域にレチクル２のパターン像が露光される。

【０００６】また、ベース１２上に門型のコラム１５が
植設され、コラム１５の第１の梁１５ａに照明光学系１
が固定され、コラム１５の第２の梁１５ｂにレチクル２
を支持するテーブル部１５が形成され、コラム１５の第
３の梁１５ｃに投影光学系３が固定され、コラム１５の
支柱部にウエハＸＹ干渉計８が取り付けられている。ウ
エハＸＹ干渉計８からは移動鏡６に計測用レーザビーム
が照射されると共に、投影光学系３の側面に固定された
参照鏡７にも参照用レーザビームが照射され、参照鏡７
の位置を基準とした移動鏡６の位置が、ウエハ・テーブ
ル４の座標としてＸステージ１０により計測されてい
る。

【０００７】更に、投影光学系３の鏡筒下部の側面にオ
フ・アクシス方式のアライメント系１７及びウエハ５の
露光面の位置及び傾斜角を検出するための露光面センサ
ー１８が取り付けられている。アライメント系１７は、
例えば画像処理方式又は位置検出用のレーザビームを照
射する方式でウエハ５上のアライメントマークの位置を
検出するための光学系である。一方、露光面センサー１
８は、ウエハ５の露光面上の所定の計測点での投影光学
系３のフォーカス位置の結像面からのずれ量を検出する
ＡＦセンサー、及びウエハ５の露光面の結像面からの傾
斜角を検出するレベリングセンサーより構成されてい
る。

【０００８】そして、露光面センサー１８中のＡＦセン
サーは、ウエハ５の露光面の所定の計測点（例えば投影
光学系３の露光フィールド内の中心点）に投影光学系３
の光軸に斜めに例えばスリットパターン像を投影する照
射光学系と、そのスリットパターン像を再結像する集光
光学系とより構成され、ウエハ５の露光面のフォーカス
位置が変化するとそのスリットパターン像の再結像され
た像が横ずれすることを利用して、その計測点でのフォ
ーカス位置のベストフォーカス位置からのずれ量に所定
範囲内で比例したフォーカス信号を出力する。また、露
光面センサー１８中のレベリングセンサーは、ウエハ５
の露光面の投影光学系３の露光フィールド内に、投影光
学系３の光軸に斜めに例えば平行光束を投影する照射光
学系と、その平行光束の反射光を集光して例えば４分割
受光素子で受光する集光光学系とより構成され、ウエハ
５の露光面の傾斜角が変化するとその平行光束の集光点
が横ずれすることを利用して、その露光面の傾斜角（２
方向の成分を有する）の結像面の傾斜角からのずれ量に
所定範囲内で比例した傾斜角信号を出力する。

【０００９】そして、従来はチルト機構である支点９Ａ
〜９Ｃの伸縮量を調整して、フォーカス信号及び傾斜角
信号がそれぞれ０になるようにウエハ５の露光面の状態
を設定していた。第３図（ｂ）は従来の投影露光装置の
他の例を示し、この従来例は第３図（ａ）の従来例と比
べて、チルト機構を構成する支点９Ａ〜９Ｃがウエハ・
テーブル４Ｂ上にある点が異なっている。即ち、この図
３（ｂ）において、Ｘステージ１０上にウエハ・テーブ
ル４Ｂが載置され、ウエハ・テーブル４Ｂ上に３個の支
点９Ａ〜９Ｃを介してウエハ・ホルダー４Ａが載置さ
れ、このウエハ・ホルダー４Ａ上にウエハ５が保持され
ている。また、ウエハ・テーブル４Ｂの一端に移動鏡６
が固定され、ウエハＸＹ干渉計８により、投影光学系３
の側面に固定された参照鏡７を基準とした移動鏡６（ひ
いてはウエハ・テーブル４Ｂ）の位置が常時計測されて
いる。他の構成は図３（ａ）の例と同じである。

【００１０】従って、この図３（ｂ）の従来例では、露
光面センサー１８の検出結果に基づいて、チルト機構で
ある支点９Ａ〜９Ｃの伸縮量を調整することにより、ウ
エハ５及びウエハ・ホルダー４Ａを一体としてフォーカ
ス位置及び傾斜角の調整が行われる。そして、図３
（ａ）の従来例ではチルト機構を動作させると、移動鏡
６の傾斜角も変化するのに対して、図３（ｂ）の従来例
ではチルト機構を動作させても、移動鏡６の傾斜角は変
化しない点が異なっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の投
影露光装置において、ウエハ５の露光面のレベリングを
行う場合、その露光面の傾斜角の変化量が微小な範囲内
では、チルト機構としての支点９Ａ〜９Ｃを伸縮させて
もウエハ５はＸ方向及びＹ方向に殆ど変位しない。しか
しながら、実際にはチルト機構の所謂ガタ分、及び変形
等によって、支点９Ａ〜９Ｃを伸縮させたことにより、
ウエハ５が極く微小量だけＸ方向及びＹ方向にずれるこ
とがある。このようにウエハ５がＸ方向及びＹ方向にず
れた状態で露光を行うと、これから投影するレチクル２
のパターン像と、ウエハ５上の各ショット領域に既に形
成されているチップパターンとのマッチング精度が悪く
なり、製造された半導体素子等の歩留まりが悪化すると
いう不都合がある。

【００１２】特に、図３（ｂ）の従来例では、移動鏡６
と支点９Ａ〜９Ｃとが同一のウエハ・テーブル４Ｂ上に
固定され、チルト機構としての支点９Ａ〜９Ｃの伸縮に
より生じたウエハ５のＸ方向及びＹ方向へのずれ量をウ
エハＸＹ干渉計８では計測することができず、位置決め
精度が悪化する要因となっていた。一方、第３図（ａ）
の従来例では、移動鏡６とウエハ５との間には可動部分
がなく、チルト機構のガタ分及び変形で生じたウエハ５
のＸ方向及びＹ方向へのずれ量は、ウエハＸＹ干渉計８
で検出可能である。但し、この図３（ａ）の構成でも、
チルト機構のガタ分及び変形以外に、システム構成上必
然的に発生するＸ方向及びＹ方向へのずれ量がある。こ
のずれ量は以下の４つの誤差要素に分類される。

【００１３】干渉計コサイン誤差移動鏡６が傾斜することで、ウエハＸＹ干渉計８のレー
ザビームの光路が傾き、ウエハＸＹ干渉計８の読み値と
ウエハ５のＸＹ平面内での位置との関係が変化すること
による誤差である。アッベ誤差ウエハＸＹ干渉計８のレーザビームの光路のＺ方向の位
置と、ウエハ５の露光面のＺ方向の位置とが異なる状態
で、即ちウエハＸＹ干渉計８のレーザビームの光路がＺ
方向にアッベの条件を満たしていない状態において、レ
ベリングを行うことによる誤差である。

【００１４】ウエハ・コサイン誤差ウエハＸＹ干渉計８用の移動鏡６から、ウエハ５の露光
面上の露光位置までの線分を、ＸＹ平面上に射影して得
られる線分の長さが、レベリング動作に伴って変化する
ことによる誤差である。移動鏡倒れ誤差ウエハＸＹ干渉計８用の移動鏡６の反射面が、ウエハ・
テーブル４（又は４Ｂ）に対して垂直な面から傾いて設
置されている場合、レベリング時の移動鏡６のＺ方向へ
の変位に伴って、移動鏡６のレーザビームの反射点から
ウエハの露光面上の露光位置までの距離が変化すること
による誤差である。

【００１５】上記の各誤差要因の大きさは、従来はあま
り問題とならない程度の微小なものであるが、半導体素
子等のデザインルールの微細化が進むにつれて、もはや
無視できないものとなって来ている。これらの誤差要因
の大きさは、レベリングによる傾斜角の変化量、ウエハ
・テーブル４（又は４Ｂ）に対する移動鏡６の倒れ角、
移動鏡６から露光ショットまでの距離、ウエハＸＹ干渉
計８の光路長、ウエハＸＹ干渉計８に対するウエハ５の
露光面のアッベはずれ量（アッベ誤差の要因となるずれ
量）に依存して変化する。これらの誤差要因に基づく誤
差量は、計算によって求めることができるので、ウエハ
５のＸＹ平面内での位置決め及びレベリング動作の完了
後に、ウエハ・テーブル４（又は４Ｂ）のＸ方向及びＹ
方向の位置を微調整して、それらの誤差量を補正するこ
とも可能である。しかしながら、これはウエハ・テーブ
ル４（又は４Ｂ）の位置決めを２段階で行うことに他な
らず、露光工程のスループットを低下させるため望まし
くない。

【００１６】本発明は斯かる点に鑑み、感光性の基板用
のチルト手段（傾斜角調整手段）を有する投影露光装置
において、その基板の傾斜角の調整（レベリング）を行
う際に、そのチルト手段の内部機構等の観測不可能な部
分で生じるガタ分、及び変形等の誤差要因を排除すると
共に、レベリング動作時にシステム構成上必然的に発生
するＸ方向及びＹ方向へのずれ量の補正を行うことによ
って、露光工程のスループットを低下させることなく、
総合的な位置決め精度を向上することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、例えば図１に示すように、転写用のパターンが形
成されたマスク（２）を照明する照明光学系（１）と、
マスク（２）上のパターンの像を感光性の基板（５）上
に投影する投影光学系（３）と、基板（５）の露光面の
傾斜角を計測する基板用傾斜角検出手段（１８）とを有
し、マスク（２）のパターンの像を基板（５）上に露光
する際に、基板用傾斜角検出手段（１８）により計測さ
れた傾斜角に基づいて基板（５）の露光面の傾斜角を制
御する投影露光装置において、基板（５）を保持する基
板保持テーブル（４）と、基板保持テーブル（４）の傾
斜角を調整する基板保持テーブル用チルト手段（９Ａ，
９Ｂ）とを有する。

【００１８】更に本発明は、投影光学系（３）の光軸に
ほぼ垂直な第１の平面上で基板保持テーブル用チルト手
段（９Ａ，９Ｂ）及び基板保持テーブル（４）を位置決
めする基板位置決めステージ（１０，１１）と、基板保
持テーブル（４）のその第１の平面に対する傾斜角を検
出する基板保持テーブル用傾斜角検出手段（２２Ａ，２
２Ｂ）と、基板保持テーブル（４）のその第１の平面上
での２次元的な位置を計測する基板側位置計測手段（６
〜８）と、マスク（２）を投影光学系（３）の光軸にほ
ぼ垂直な第２の平面上で移動させるマスク側ステージ
（２５）と、マスク側ステージ（２５）のその第２の平
面上での２次元的な位置を計測するマスク側位置計測手
段（２６，２７）と、基板用傾斜角検出手段（１８）、
基板保持テーブル用傾斜角検出手段（２２Ａ，２２
Ｂ）、基板側位置計測手段（６〜８）及びマスク側位置
計測手段（２６，２７）の検出結果に基づいて、基板保
持テーブル用チルト手段（９Ａ，９Ｂ）、基板位置決め
ステージ（１０，１１）及びマスク側ステージ（２５）
の動作を制御する制御手段（２３）とを有するものであ
る。

【００１９】この場合、その制御手段（２３）は、基板
用傾斜角検出手段（１８）の検出結果に基づいて基板保
持テーブル用チルト手段（９Ａ，９Ｂ）を介して基板
（５）の傾斜角を調整する際に、基板保持テーブル用チ
ルト手段（９Ａ，９Ｂ）を動作させる前の基板保持テー
ブル用傾斜角検出手段（２２Ａ，２２Ｂ）及び基板側位
置計測手段（６〜８）の検出結果と、基板保持テーブル
用チルト手段（９Ａ，９Ｂ）を動作させた後の基板保持
テーブル用傾斜角検出手段（２２Ａ，２２Ｂ）及び基板
側位置計測手段（６〜８）の検出結果との差分に基づい
て、マスク側ステージ（２５）の位置を調整するように
してもよい。

【００２０】

【作用】斯かる本発明によれば、基板（５）の位置決め
後に、基板（５）のレベリングによって発生する基板
（５）の第１の平面（これをＸＹ平面とする）内での動
きに対して、例えばマスク（２）を微動することによっ
て位置決め補正を行うことができる。本発明の投影露光
装置による露光動作は一例として次のようになる。

【００２１】先ず、基板（５）の所定のショット領域
が、投影光学系（３）の直下の露光位置に設定されるよ
うに、基板側位置計測手段（６〜８）の計測値を用いて
基板位置決めステージ（１０，１１）を駆動して位置決
めを行う。このとき、基板（５）の露光面の露光を行う
領域の傾斜角を、基板用傾斜角検出手段（１８）により
検出し、この傾斜角が投影光学系（３）の像面とほぼ一
致するように、基板保持テーブル用チルト手段（９Ａ，
９Ｂ）を駆動する。但し、このとき基板側位置計測手段
（６〜８）の計測値が変化しないように、基板位置決め
ステージ（１０，１１）の位置を制御する。この場合、
基板保持テーブル用チルト手段（９Ａ，９Ｂ）の駆動に
よって、基板（５）の露光面上での露光位置は、Ｘ方向
及びＹ方向に後述のように所定量だけずれるので、この
ずれを補正するように、マスク側ステージ（２５）の位
置を補正した後、マスク（２）のパターン像を基板
（５）上に露光する。以上の動作を基板（５）上の各シ
ョット領域について繰り返し行う。

【００２２】次に、本発明において基板保持テーブル用
チルト手段（９Ａ，９Ｂ）を駆動した際に生じる基板
（５）のＸ方向及びＹ方向へのずれ量と、このずれ量の
補正方法とについて説明する。以下ではＸ方向の１軸分
について説明するが、ずれ量及び補正方法はＹ方向につ
いても同様である。また、基板側位置計測手段（６〜
８）は、基板保持テーブル（４）の一端に固定された移
動鏡（６）とコーナキューブ（３０）との間で光ビーム
（ＬＢ１）をほぼ２往復させるダブルパス方式の干渉計
であるものとして説明する。既に説明したように、チル
ト手段（９Ａ，９Ｂ）の駆動によって生じる基板（５）
のＸ方向へのずれ量は、干渉計コサイン誤差、アッ
ベ誤差、ウエハコサイン誤差、移動鏡倒れ誤差の合
計である。

【００２３】図２はこの合計量としてのずれ量の説明図
であり、図２（ａ）は基板保持テーブル（４）上の基板
（５）の露光面が移動鏡（６）に入射する光ビーム（Ｌ
Ｂ１）に平行である場合を示し、図２（ｂ）は基板保持
テーブル（４）が図２（ａ）の状態から角度θだけ回転
した状態を示している。また、図２（ａ）において、干
渉計からの光ビーム（ＬＢ１）の光路と基板（５）の露
光面の高さ（フォーカス位置）との差、即ちアッベ外れ
量をｈ、移動鏡（６）の反射点から露光ショットの中心
までの距離をｓ、移動鏡（６）の反射面の倒れ角をα、
干渉計のコーナキューブ（３０）の頂点から移動鏡
（６）までの光路の距離をＬとする。

【００２４】また、図２（ａ）のように角度θが０の場
合の基板（５）上の露光ショットの中心の、コーナキュ
ーブ（３０）を基準としたＸ方向の位置をＸ（０）とす
る。そして、基板保持テーブル用チルト手段（９Ａ，９
Ｂ）を介して図２（ｂ）に示すように基板保持テーブル
（４）を角度θだけ回転しつつ、干渉計の計測値が変化
しないように基板位置決めステージ（１０）の位置を制
御した際の、基板（５）上の露光ショットの中心のＸ方
向の位置をＸ（θ）とする。この場合、それら２つの状
態間の露光ショットの中心のＸ方向の位置の差分である
ずれ量△Ｘ（θ）、即ちＸ（θ）−Ｘ（０）は、上記４
項目の誤差要因の合計として、次式で与えられる。

【００２５】

【数１】 ΔＸ（θ）＝Ｘ（θ）−Ｘ（０）＝｛α−（1/2)θ｝（ｓ＋２Ｌ）θ−ｈ・θ この（数１）において、干渉計コサイン誤差〜移動
鏡倒れ誤差は次のようになる。なお、これらの誤差量は
ダブルパス方式の干渉計を使用した場合の誤差量であ
る。

【００２６】

【数２】干渉計コサイン誤差＝(1/2)・2(Ｌ−Ｌ／cos
θ）≒−Ｌ・θ²

【００２７】

【数３】アッベ誤差＝−ｈ・θ

【００２８】

【数４】ウエハコサイン誤差＝ｓ｛１−(1/cos θ）｝
≒−（1/2)ｓ・θ²

【００２９】

【数５】移動鏡倒れ誤差＝α・（ｓ＋２Ｌ）θ

【００３０】ここで、角度θは、基板（５）の位置決め
及びレベリング後に、基板保持テーブル用傾斜角検出手
段（２２Ａ，２２Ｂ）により検出できる。また、移動鏡
（６）の倒れ角αは装置の組み立て時に定まる定数なの
で、予め計測しておけば良い。更に、距離ｓ及びＬは、
基板（５）内での露光ショットの位置毎に変化する変数
であるが、基板（５）のショット配列と、移動鏡（６）
を含む干渉計の計測値とから求めることができる。アッ
ベ外れ量ｈも、装置の組み立て時に定まる定数であり、
予め計測しておけば良い。実際には、基板（５）の露光
面の高さ（フォーカス位置）は、大気圧変動等に伴う投
影光学系（３）の像面の上下に連動して変動し、アッベ
外れ量ｈも変動するが、投影光学系（３）の像面の変動
分も考慮することでアッベ外れ量ｈを正確に管理でき
る。

【００３１】こうして求められたずれ量ΔＸ（θ）を投
影倍率βで除した量ΔＸ（θ）／βを、マスク側ステー
ジ（２５）の位置によって補正する。なお、上述のよう
にマスク側ステージ（２５）の位置を補正する代わり
に、ΔＸ（θ）だけ基板位置決めステージ（１０，１
１）側の位置を補正してもよい。しかしながら、投影露
光装置では、基板位置決めステージ（１０，１１）に比
べて、マスク側ステージ（２５）はストロークを小さく
でき、且つ軽量で応答性を高くできるため、マスク側ス
テージ（２５）の位置を補正する方式の方が、基板位置
決めステージ（１０，１１）を用いて補正を行う場合に
比べてスループット上有利である。更に、一般に投影倍
率βは例えば１／５等で１よりかなり小さいため、マス
ク側ステージ（２５）の位置を補正する方が、要求され
る位置決め精度が緩くなる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明による投影露光装置の一実施例
につき、図１及び図２を参照して説明する。この図１に
おいて、図３（ａ）に対応する部分には同一符号を付し
てその詳細説明を省略する。図１は本実施例の投影露光
装置を示し、この図１において、照明光学系１からの照
明光のもとでレチクル２上のパターンの像が、投影光学
系３を介してウエハ・テーブル４上のウエハ５の各ショ
ット領域に投影露光される。投影光学系３の光軸に平行
にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直で図１の紙面に平行な方向に
Ｘ軸を取り、Ｘ軸に垂直で図１の紙面に垂直な方向にＹ
軸を取る。

【００３３】本実施例のレチクル２は、レチクル・テー
ブル２４上に保持され、レチクル・テーブル２４はレチ
クルＸＹステージ２５上に固定され、レチクルＸＹステ
ージ２５はコラム１５の第２の梁１５ｂ上にＸＹ平面内
で摺動自在に載置されている。レチクル・テーブル２４
上の端部には、梁１５ｂ上に固定されたレチクルＸＹ干
渉計２７からの計測用レーザビームを反射するための移
動鏡２６が固定され、ＸＹ平面内でのレチクル・テーブ
ル２４（ひいてはレチクル２）の位置が常時レチクルＸ
Ｙ干渉計２７により計測されている。この計測結果は、
装置全体の動作を制御する主制御系２３に供給され、主
制御系２３は、梁１５ｂ上に固定されたアクチュエータ
２８を介して、Ｘ方向及びＹ方向にレチクルＸＹステー
ジ２５を駆動することにより、レチクル２をＸＹ平面内
の所望の位置に設定する。

【００３４】一方、ウエハ５はウエハ・テーブル４上に
保持され、ウエハ・テーブル４はチルト機構を構成する
３個の伸縮自在な支点９Ａ，９Ｂ，９Ｃ（９Ｃは図１に
は現れていない）を介してＸステージ１０上に載置さ
れ、Ｘステージ１０はＹステージ１１上に載置され、Ｙ
ステージ１１は固定ステージ２０を介してベース１２上
に固定されている。また、ベース１２は防振パッド２１
Ａ及び２１Ｂを介して床上に載置され、床からの振動が
直接ベース１２に伝わらない構成になっている。

【００３５】また、コラム１５内に固定されたウエハＸ
Ｙ干渉計８からの計測用レーザビームが、ウエハ・テー
ブル４上に固定された移動鏡６に反射され、ウエハ５の
ＸＹ平面内での位置は、ウエハＸＹ干渉計８により参照
鏡７と移動鏡６との相対距離として常時計測されてい
る。この計測結果も主制御系２３に供給され、主制御系
２３が駆動装置１３及び１４を介してそれぞれＸステー
ジ１０及びＹステージ１１を駆動することにより、ウエ
ハ５がＸＹ平面内の所望の位置に位置決めされる。

【００３６】ウエハ５の露光面の凹凸の状態は、投影光
学系３の鏡筒下部に配置された露光面センサー１８内の
ＡＦセンサー及びレベリングセンサーにより計測され、
ＡＦセンサーにより得られたフォーカス信号（ウエハ５
の露光面の所定の計測点でのフォーカス位置を示す信
号）、及びレベリングセンサーにより得られた傾斜角信
号（ウエハ５の露光面の平均面の傾斜角を示す信号）が
それぞれ主制御系２３に供給されている。主制御系２３
が、フォーカス信号及び傾斜角信号がそれぞれ所定の基
準値に達するように、Ｘステージ１０内の駆動部を介し
て支点９Ａ〜９Ｃの伸縮量を調整することにより、ウエ
ハ５のこれから露光しようとするショット領域の露光面
が投影光学系３の結像面（レチクル２のパターン形成面
との共役面）に合致される。

【００３７】更に本実施例では、ウエハ・テーブル４と
Ｘステージ１０との間に、３個の支点９Ａ，９Ｂ及び９
Ｃの伸縮量をそれぞれ独立に計測するための高さセンサ
ー２２Ａ，２２Ｂ及び２２Ｃ（図１では２２Ｃは現れて
いない）が設けられ、これら高さセンサー２２Ａ〜２２
Ｃの計測値が主制御系２３に供給されている。主制御系
２３は、３個の高さセンサー２２Ａ〜２２Ｃの高さ計測
値よりウエハ・テーブル４自体の傾斜角を算出できる。
従って、支点９Ａ〜９Ｃの伸縮量を調整してウエハ・テ
ーブル４を傾斜角（２方向の成分を有する）を変えた場
合に、実際にウエハ・テーブル４の傾斜角がどのように
変化したのかを主制御系２３は認識することができる。
その他の構成は図３（ａ）と同様である。

【００３８】次に、本実施例の露光時の動作の一例につ
き説明する。先ず、ウエハＸＹ干渉計８の計測値を用い
てＸステージ１０及びＹステージ１１を駆動することに
より、ウエハ５の所定のショット領域を、投影光学系３
の露光フィールド内の露光位置に設定する。このとき、
ウエハ５の露光を行うショット領域のフォーカス位置及
び傾斜角を、露光面センサー１８内のＡＦセンサー及び
レベリングセンサーにより検出し、これらフォーカス位
置及び傾斜角がそれぞれ投影光学系３の結像面のフォー
カス位置及び傾斜角とほぼ一致するように、支点９Ａ〜
９Ｃの伸縮量を調整する。但し、このときウエハＸＹ干
渉計８の計測値が変化しないように、Ｘステージ１０及
びＹステージ１１の位置を制御する。この場合、支点９
Ａ〜９Ｃの駆動によって、ウエハ５の露光対象とするシ
ョット領域の位置は、Ｘ方向及びＹ方向に後述のように
所定量だけずれるので、このずれ量を補正するように、
レチクルＸＹステージ２５を介してレチクル２の位置を
補正した後、レチクル２のパターン像を投影光学系３を
介してウエハ５上のそのショット領域に露光する。以上
の動作をウエハ５上の各ショット領域について繰り返し
行う。

【００３９】次に、本実施例において支点９Ａ〜９Ｃを
駆動した際に生じるウエハ５のＸ方向及びＹ方向へのず
れ量について説明する。以下ではＸ方向の１軸分につい
て説明するが、ずれ量はＹ方向についても同様である。
また、ウエハＸＹ干渉計８は、ダブルパス方式の干渉計
であるものとして説明する。図２（ａ）は、ウエハＸＹ
干渉計８及びウエハ５のステージ系の構成を示し、この
図２（ａ）において、図示省略されたレーザ光源からの
レーザビームＬＢがウエハＸＹ干渉計８内の偏向ビーム
スプリッター２９に入射する。レーザビームＬＢは、周
波数が僅かに異なるレーザビームＬＢ１及びＬＢ２より
なり、レーザビームＬＢ１及びＬＢ２はそれぞれ偏向ビ
ームスプリッター２９に対してＳ偏向及びＰ偏向となっ
ている。そして、レーザビームＬＢ１は偏向ビームスプ
リッター２９により反射された後、不図示の１／４波長
板を介して移動鏡６に向い、移動鏡６で反射されたレー
ザビームＬＢ１は、不図示の１／４波長板を介してＰ偏
向の状態で偏向ビームスプリッター２９を透過してコー
ナキューブ３０に向かう。そして、コーナキューブ３０
で反射されたレーザビームＬＢ１は再び偏向ビームスプ
リッター２９を透過して、不図示の１／４波長板を介し
て移動鏡６に向い、移動鏡６で反射されたレーザビーム
ＬＢ１は、不図示の１／４波長板を介してＳ偏向の状態
で偏向ビームスプリッター２９により反射されて入射方
向に戻る。

【００４０】一方、レーザビームＬＢ２は偏向ビームス
プリッター２９を透過した後、三角プリズム３１及び不
図示の１／４波長板を介して参照鏡７に向い、参照鏡７
で反射されたレーザビームＬＢ２は、三角プリズム３１
及び不図示の１／４波長板を介してＳ偏向の状態で偏向
ビームスプリッター２９で反射されてコーナキューブ３
０に向かう。そして、コーナキューブ３０で反射された
レーザビームＬＢ２は再び偏向ビームスプリッター２９
で反射されて、三角プリズム３１及び不図示の１／４波
長板を介して参照鏡７に向い、参照鏡７で反射されたレ
ーザビームＬＢ２は、三角プリズム３１及び不図示の１
／４波長板を介してＰ偏向の状態で偏向ビームスプリッ
ター２９を透過して入射方向に戻る。入射方向に戻され
た２本のレーザビームＬＢ１及びＬＢ２の干渉光を光電
変換して得られるビート信号から、参照鏡７と移動鏡６
との相対的な変位量がダブルパス方式で検出される。

【００４１】本実施例では、支点９Ａ〜９Ｃの駆動によ
って生じるウエハ５のＸ方向へのずれ量の内で、支点９
Ａ〜９Ｃを含むチルト機構の回転中心とウエハ５の露光
面とのずれ、及びチルト機構のガタ分等に起因するずれ
量は、ウエハＸＹ干渉計８の計測値を一定に保ってウエ
ハ・テーブル４を傾斜させることで補正する。しかしな
がら、既に説明したように、ウエハＸＹ干渉計８の計測
値を一定に保った場合でも、干渉計コサイン誤差、
アッベ誤差、ウエハコサイン誤差、移動鏡倒れ誤差
を合計した誤差量が残ってしまう。

【００４２】図２（ａ）はウエハ・テーブル４上のウエ
ハ５の露光面が移動鏡６に入射するレーザビームＬＢ１
に平行である場合を示し、図２（ｂ）はウエハ・テーブ
ル４が図２（ａ）の状態から角度θだけ回転した状態を
示している。また、図２（ａ）において、レーザビーム
ＬＢ１の移動鏡６への入射時の光路とウエハ５の露光面
の高さ（フォーカス位置）との差、即ちアッベ外れ量を
ｈ、移動鏡６の反射点から露光ショットの中心までの距
離をｓ、移動鏡６の反射面のＺ軸に対する倒れ角をα、
コーナキューブ３０の頂点から移動鏡６までの光路の距
離をＬとする。

【００４３】また、図２（ａ）のように角度θが０の場
合のウエハ５上の露光ショットの中心の、コーナキュー
ブ３０を基準としたＸ方向の位置をＸ（０）とする。そ
して、支点９Ａ〜９Ｃを介して図２（ｂ）に示すように
ウエハ・テーブル４を角度θだけ回転しつつ、ウエハＸ
Ｙ干渉計８の計測値が変化しないようにＸステージ１０
の位置を制御した際の、ウエハ５上の露光ショットの中
心のＸ方向の位置をＸ（θ）とする。この場合、それら
２つの状態間の露光ショットの中心のＸ方向の位置の差
分であるずれ量△Ｘ（θ）、即ちＸ（θ）−Ｘ（０）
は、上記４項目の誤差量の合計として、次式で与えられ
る。

【００４４】

【数６】 ΔＸ（θ）＝Ｘ（θ）−Ｘ（０）＝｛α−（1/2)θ｝（ｓ＋２Ｌ）θ−ｈ・θ 従って、図１に戻り、投影光学系３のレチクル２からウ
エハ５への投影倍率をβとして、レチクルＸＹステージ
２５をＸ方向に、−ΔＸ（θ）／βだけ移動することに
より、レチクル２のパターンの投影像がウエハ５上でΔ
Ｘ（θ）だけＸ方向にずれて、上述の４つの誤差が除去
される。この場合、投影倍率βの値は例えば１／５等で
あるため、レチクルＸＹステージ２５のＸ方向への移動
量の制御精度以上の高い精度でレチクル２とウエハ５と
のアライメントを行うことができる。

【００４５】次に、図１のオフ・アクシス方式のアライ
メント系１７を用いてアライメントを行う場合の、上述
の（数６）のずれ量ΔＸ（θ）の補正方法につき説明す
る。一般にウエハ５上の各ショット領域に既に形成され
ているチップパターン上にレチクル２のパターン像を露
光する際には、それら各ショット領域には位置合わせ用
のアライメントマークが形成されている。そこで、アラ
イメント系１７により例えばダイ・バイ・ダイ方式で各
ショット領域のアライメントマークの位置を検出し、検
出された位置に基づいて各ショット領域を投影光学系３
の露光フィールド内の露光位置に位置決めする。この際
に、ウエハ・テーブル４を傾斜させた状態（即ち、図２
（ｂ）に示すように角度θが０でない状態）で各ショッ
トへの露光を行う場合には、アライメント系１７で検出
した各ショット領域の位置に（数６）で求められるΔＸ
（θ）分の補正を行った結果に基づいて、Ｘステージ１
０及びＹステージ１１を駆動してウエハ５上の各ショッ
ト領域の位置決めを行えばよい。これにより、特にレチ
クルＸＹステージ２５を駆動する必要は無くなる。

【００４６】また、ダイ・バイ・ダイ方式ではなく、例
えば特開昭６１−４４４２９号公報に開示されているよ
うにウエハ５上の全部のショット領域から予め選択され
た３個以上のショット領域の座標をアライメント系１７
により検出し、最小自乗法によりウエハ上の全部のショ
ット領域の配列座標を求める所謂エンハンスト・グロー
バル・アライメント（以下、「ＥＧＡ」という）方式で
アライメントを行うこともできる。このようにＥＧＡ方
式でアライメントを行う場合にも、求められた配列座標
に（数６）で求められるΔＸ（θ）分の補正を行えばよ
い。

【００４７】なお、本実施例では、ウエハ・テーブル４
の傾斜角を検出するための傾斜角検出手段としての高さ
検出センサー２２Ａ〜２２Ｃを、ウエハ・テーブル４と
Ｘステージ１０との間に設けたが、ウエハ・テーブル４
上の異なる点でのＺ方向の位置を検出するための干渉計
を投影光学系３の光軸に平行に複数軸並べる構成とし
て、平行に並んだ干渉計の計測値の差分からウエハ・テ
ーブル４の傾斜角を計測しても良い。この構成を採るこ
とにより、ウエハ側のＸステージ１０及びＹステージ１
１の走りの真直度（ピッチング）の影響を除去すること
ができ、より高精度な位置決め補正が実現できる。

【００４８】通常、投影露光装置では、Ｘ、Ｙ干渉計か
らステージ上の移動鏡に向かう各測長ビームを含む平面
と投影光学系の結像面とが一致するように組立、調整さ
れているが、環境条件（大気圧、温度等）の変化、露光
光吸収による投影光学系の熱蓄積量に応じて結像面が光
軸方向にシフトする。そこで、例えば特開昭６１−１８
３９２８号公報、特開昭６３−５８３４９号公報に開示
されているように、環境条件や熱蓄積量に応じた結像面
（ベストフォーカス面）の変化量を逐次計算し、この計
算値に従って斜入射光式の焦点検出系によりウエハ面の
フォーカス合わせを行うようにしている。

【００４９】このため、上述の実施例では主制御系２３
において結像面の変化量を逐次計算し、この計算値に基
づいてアッベ外れ量ｈの値を求めるようにして（数６）
からウエハの横ずれ量ΔＸ（θ）を補正するようにする
とよい。また、レチクルステージを駆動する代わりに、
干渉計の出力がΔＸ（θ）だけオフセットをもつように
ウエハステージを駆動してレベリング時のレチクルとウ
エハとのずれを補正するようにしてもよい。

【００５０】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る
ことは勿論である。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、基板を保持する基板保
持テーブルの位置を基板側位置計測手段により直接計測
しているため、基板の傾斜角を調整した場合の基板保持
テーブル（ひいては基板）の位置ずれ量、即ち基板保持
テーブル用チルト手段の内部機構等の観測不可能な部分
で生じるガタ分、及び変形等による誤差を正確に計測で
きる。また、基板保持テーブル用傾斜角検出手段により
基板保持テーブルの傾斜角を常時モニターしているた
め、基板保持テーブルの傾斜に伴ってシステム構成上発
生する、投影光学系の光軸にほぼ垂直な面内でのずれ量
も、計算によって求めることができる。従って、基板位
置決めステージ及び／又はマスク側ステージを駆動して
それらずれ量を補正することにより、位置決め精度の向
上が期待できる。

【００５２】更に、上記の補正をマスク側ステージによ
って行う場合には、基板位置決めステージで補正する場
合に比べて、制御性が良くスループット上有利である。
また、特に縮小投影型の露光装置に適用した場合には、
マスク側ステージの方が移動量が大きくなるため、同じ
制御精度でも全体としての位置決め精度が高くできる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の一実施例を示す一
部を切り欠いた正面図である。

【図２】図１の実施例において、レベリング駆動時にシ
ステム構成上生じるウエハのＸ方向へのずれ量の説明図
であり、（ａ）はウエハ・テーブル４のレベリングの駆
動角度が０の状態を示す要部の拡大図、（ｂ）はウエハ
・テーブル４のレベリング駆動角が角度θの状態を示す
要部の拡大図である。

【図３】（ａ）は従来の第１の投影露光装置を示す一部
を切り欠いた正面図、（ｂ）は従来の第２の投影露光装
置を示す一部を切り欠いた正面図である。

【符号の説明】

１照明光学系２レチクル３投影光学系４ウエハ・テーブル５ウエハ６ウエハＸＹ干渉計用の移動鏡７ウエハＸＹ干渉計用の参照鏡８ウエハＸＹ干渉計９Ａ，９Ｂ支点１０Ｘステージ１１Ｙステージ１５コラム２２Ａ，２２Ｂ高さ検出センサー２３主制御系２４レチクル・テーブル２５レチクルＸＹステージ２７レチクルＸＹ干渉計２９偏向ビームスプリッター３０コーナキューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 7352−4Ｍ５１６Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転写用のパターンが形成されたマスクを
照明する照明光学系と、前記マスク上のパターンの像を
感光性の基板上に投影する投影光学系と、前記基板の露
光面の傾斜角を計測する基板用傾斜角検出手段とを有
し、前記マスクのパターンの像を前記基板上に露光する
際に、前記基板用傾斜角検出手段により計測された傾斜
角に基づいて前記基板の露光面の傾斜角を制御する投影
露光装置において、前記基板を保持する基板保持テーブルと、該基板保持テーブルの傾斜角を調整する基板保持テーブ
ル用チルト手段と、前記投影光学系の光軸にほぼ垂直な第１の平面上で前記
基板保持テーブル用チルト手段及び前記基板保持テーブ
ルを位置決めする基板位置決めステージと、前記基板保持テーブルの前記第１の平面に対する傾斜角
を検出する基板保持テーブル用傾斜角検出手段と、前記基板保持テーブルの前記第１の平面上での２次元的
な位置を計測する基板側位置計測手段と、前記マスクを前記投影光学系の光軸にほぼ垂直な第２の
平面上で移動させるマスク側ステージと、前記マスク側ステージの前記第２の平面上での２次元的
な位置を計測するマスク側位置計測手段と、前記基板用傾斜角検出手段、前記基板保持テーブル用傾
斜角検出手段、前記基板側位置計測手段及び前記マスク
側位置計測手段の検出結果に基づいて、前記基板保持テ
ーブル用チルト手段、前記基板位置決めステージ及び前
記マスク側ステージの動作を制御する制御手段と、を有
することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記基板用傾斜角検出
手段の検出結果に基づいて前記基板保持テーブル用チル
ト手段を介して前記基板の傾斜角を調整する際に、前記
基板保持テーブル用チルト手段を動作させる前の前記基
板保持テーブル用傾斜角検出手段及び前記基板側位置計
測手段の検出結果と、前記基板保持テーブル用チルト手
段を動作させた後の前記基板保持テーブル用傾斜角検出
手段及び前記基板側位置計測手段の検出結果との差分に
基づいて、前記マスク側ステージの位置を調整すること
を特徴とする請求項１記載の投影露光装置。