JPH07325623A

JPH07325623A - Ｘｙステージの制御方法および装置

Info

Publication number: JPH07325623A
Application number: JP6117871A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kakinuma; 博志柿沼; Shinetsu Miura; 真悦三浦; Shinji Suzuki; 信二鈴木
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】高精度、高価格な測長器等を使用せずに、従
来の装置と同様な装置構成で、高精度な位置決めを行う
こと。【構成】予めパターンの位置座標を正確に測定して作
成された基準マスクをＸＹステージ１５上にセットす
る。そして、基準マスク上のパターン位置により定まる
設計値に相当した量だけＸＹステージ１５を駆動し、そ
の時のＸＹステージ１５の位置と基準マスク上に印され
たパターン位置とのエラーを求め、このエラーから補正
テーブル３２ａを作成し、記憶装置３２等へ記憶する。
ＸＹステージ１５を所定位置へ移動させる際、処理装置
３１は補正テーブル３２ａから所定位置に移動させるた
めの補正量を求め、求めた補正量を用いてＸＹステージ
１５の駆動量を得る。処理装置３１の出力は駆動回路３
４を介してモータＤ１〜Ｄ３に出力され、ＸＹステージ
１５が駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステッパあるいは共焦
点顕微鏡方式の測長器等に使用されるＸＹステージの制
御方法および装置に関し、特に本発明は、高価な測長手
段を使用したり、機械的な加工精度を高めることなく、
ＸＹステージを高精度に位置決めすることができるＸＹ
ステージの制御方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は本発明の前提となる露光機の概
略構成を示す図である。同図において、１１は照明系、
１２はマスク、１３は投影レンズ、１４は同図の矢印方
向に回転するθステージ、１５は同図の矢印のＸ，Ｙ方
向に移動するＸＹステージ、１６はワークである。

【０００３】同図において、照明系１１からの光はマス
ク１２、投影レンズ１３を介してθステージ１４上に照
射され、マスク１２上のマスクパターンがワーク１６上
に投影される。マスクパターン上にはアライメント・マ
ークが印されており、ワーク上に投影されたマスクパタ
ーンのアライメント・マークと、ワーク上に印されたア
ライメント・マークはアライメント・マーク検出装置１
７により観察されＣＣＤカメラ等からなる画像センサ１
８に受像される。そして、手動もしくは自動で、上記θ
ステージ１４を回転させるとともにＸＹステージを移動
させ、投影されたマスクパターンのアライメント・マー
クと、ワーク上に印されたアライメント・マークを一致
させた後、マスク上のパターンをワーク上に写す等の処
理を行う。

【０００４】図１２、図１３は上記したＸＹステージと
θステージの駆動機構の一例を示す図であり、図１２は
ＸＹステージの駆動機構を示し（ａ）は上面図、（ｂ）
は側面図である。また、図１３はθステージの駆動機構
を示し、図１２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図
１２において、１５１、１５５は第１、第２の架台であ
り、第１の架台１５１にはリニアガイド１５２が設けら
れ、リニアガイド１５２上に第２の架台１５５が移動可
能に取り付けられている。また、第２の架台１５５には
リニアガイド１５６が設けられており、リニアガイド１
５６上にＸＹステージ１５が移動可能に取り付けられて
いる。

【０００５】そして、第２の架台１５５が第１の架台１
５１上を移動することにより、ＸＹステージ１５は同図
のＹ軸方向に移動し、また、ＸＹステージ１５が第２の
架台１５５上を移動することにより、ＸＹステージ１５
は同図のＸ軸方向に移動する。第１の架台１５１には、
モータＤ１とエンコーダＥＣ１が取り付けられ、モータ
Ｄ１の軸には、カップリング１５３を介してボールネジ
１５４が取り付けられている。また、第２の架台１５５
の裏面には上記ボールネジ１５４と係合するネジ（図示
せず）が取り付けられており、モータＤ１が回転するこ
とにより、第２の架台１５５は同図Ｙ軸方向に移動し、
その移動量はエンコーダＥＣ１によりカウントされる。

【０００６】同様に、第２の架台１５５には、モータＤ
２とエンコーダＥＣ２が取り付けられ、モータＤ２の軸
には、カップリング１５７を介してボールネジ１５８が
取り付けられている。また、ＸＹステージ１５の裏面に
は上記ボールネジ１５８と係合するネジ（図示せず）が
取り付けられており、モータＤ２が回転することによ
り、ＸＹステージ１５は同図Ｘ軸方向に移動し、その移
動量はエンコーダＥＣ２によりカウントされる。

【０００７】さらに、図１３に示すように、ＸＹステー
ジ１５上にはベアリング１４２によりθステージ１４が
回転可能に取り付けられており、θステージ１４は、ワ
イヤ１４３、プーリ１４２を介して、ＸＹステージ１５
に取り付けられたモータＤ３に結合されてされている。
このため、モータＤ３が回転するとθステージは回転す
る。また、モータＤ３にはエンコーダＥＣ３が取り付け
られており、モータＤ３の回転量は上記エンコーダＥＣ
３によりカウントされる。

【０００８】図１２に戻り、第１の架台１５１にはＹ軸
原点センサＳ１０が取り付けられており、第２の架台１
５５に取り付けられたセンサ板Ｓ１１の通過を検出す
る。また、第２の架台１５５にはＸ軸原点センサＳ２０
が取り付けられており、ＸＹステージ１５に取り付けら
れたセンサ板Ｓ２１の通過を検出する。このため、ＸＹ
ステージ１５が機構上の原点位置を通過したことを、Ｙ
軸原点センサＳ１０とＸ軸原点センサＳ２０により検出
することができる。

【０００９】図１４はアライメント・マーク検出装置１
７の構成を示す図である。同図において、アライメント
光照射装置１９からの光は光ファイバ１７１→ハーフミ
ラー１７３→対物レンズ１７２→ミラー１７１を介して
ワーク１６上に照射され、その反射光がミラー１７１→
対物レンズ１７２→ハーフミラー１７３→レンズ１７４
を介してＣＣＤ素子１８１等から構成される画像センサ
１８に入力する。

【００１０】そして、上記画像センサ１８の出力は表示
装置（図示せず）に入力され、表示装置によりアライメ
ント・マークが観察される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記θステージ、ＸＹ
ステージを備えた露光機をステッパーに適用して露光処
理するには、通常次の工程がとられる。 θステージ１４上にワークを載せ、ワークの原点サ
イトを観察できるように観察用光学系（アライメント・
マーク検出装置１７）を調整する。

【００１２】なお、サイトとは、露光するワークを区画
に分けたときの各区画を指す。照明系１１から光を照射して原点サイトを露光す
る。今まで原点サイトがあった位置に次のサイトが来る
ようにワーク１６が設置されたＸＹステージ１５を移動
させる。アライメント・マーク検出装置１７によりワーク１
６上のアライメント・マークを探す。アライメント・マーク検出装置１７を介して、画像
センサ１８によりアライメント・マークを受像し、画像
処理装置等によりアライメント・マークのパターンを認
識して、アライメント・マークの位置が目標となる位置
にくるように、ＸＹステージ１５の位置を微調する。露光する。上記以降の工程を繰り返す。

【００１３】上記の工程においてＸＹステージを移動
させているが、この工程におけるＸＹステージの位置決
め制御は、レーザ干渉測長器等の高精度なＸＹステージ
位置測定手段を設けない場合、通常次のよう行われる。
すなわち、前記した図１２において、ＸＹステージ１５
の位置をＸ軸原点センサＳ１０およびＹ軸原点センサＳ
２０により検出して、ＸＹステージを原点位置に移動さ
せたのち、モータＤ１，Ｄ２を駆動する。そして、エン
コーダＥＣ１，ＥＣ２のカウント値を図示しない制御装
置にフィードバックし、エンコーダカウント値が設定値
に一致するようにモータＤ１，Ｄ２を制御する。

【００１４】ここで、上記のようにエンコーダカウント
値によるフィードバック制御を行った場合、ＸＹステー
ジの位置決め精度はＸＹステージ、ボールネジの加工精
度、モータの分解能などにより定まるので、ＸＹステー
ジの位置を上記設定値に完全に一致させることはできな
い。例えば、この場合の位置決め精度は、通常、±２０
〜±５０μｍ程度であり、一方、露光機（１対１プロジ
ェクション・アライナー）は、±２〜５μｍの位置決め
精度が要求される。

【００１５】また、アライメント・マークを検出するア
ライメント・マーク検出装置１７は、倍率が高い程、高
精度でアライメント・マークの位置のずれを検出できる
が、反面、観察できる視野が狭くなる。このため、ＸＹ
ステージの移動精度（移動後のステージのＸＹ座標にお
ける位置精度）が悪いと、サイトからサイトの一回の移
動で、アライメント・マークがアライメント・マーク検
出装置１７の視野に入らない場合が生ずる。

【００１６】例えば、上記エンコーダカウント値のフィ
ードバックによる位置決め精度は、上記したように、通
常、±２０〜±５０μｍ程度であるのに対し、アライメ
ント・マーク検出装置の視野は、５０μｍ角程度であり
（１００倍の倍率のアライメント・マーク検出装置を用
いた場合）、エンコーダカウント値のフィードバックに
よる制御だけでは、アライメント・マークがアライメン
ト・マーク検出装置の視野に入らない場合が生ずる。

【００１７】そこで、アライメント・マークを捕捉する
ときには、アライメント・マーク検出装置１７の倍率を
低倍率（広い視野）とし、パターンを認識してステージ
を微調するときには高倍率（狭い視野）とするといっ
た、倍率切り換え方法で対処することも可能であるが、
スループットが低下する。以上のように、ＸＹステージ
は高い移動精度が要求されるので、一般には、以下説明
するように、レーザ干渉測長器等の高精度の測定手段を
設け、ＸＹステージの位置を直接検出してフィードバッ
ク制御を行うことによりＸＹステージの位置を制御して
いる。

【００１８】図１５はレーザ干渉測長器を用いたＸＹス
テージの位置測定方法を示す図である。同図において、
１５はＸＹステージであり、ＸＹステージ１５にはミラ
ー２１が取り付けら、ミラー２１はＸＹステージと共に
移動する。２０はＸＹステージが載せられた固定台、２
２はレーザ干渉測長器であり、レーザ干渉測長器２２か
ら照射されるレーザ光はビームスプリッタ２４→ミラー
２３を介してミラー２１で反射し、レーザ干渉測長器２
２に戻り、レーザ干渉測長器２２は照射光と反射光との
関係からミラー２３とミラー２１間の距離ｘ、即ちＸＹ
ステージ１５のＸ軸方向の距離を得る。

【００１９】また、レーザ干渉測長器２２から照射され
るレーザ光は、ビームスプリッタ２４→ビームスプリッ
タ２５を介してミラー２１で反射し、レーザ干渉測長器
２２に戻るとともに、ミラー２６を介してミラー２１で
反射し、レーザ干渉測長器２２に戻る。そして、レーザ
干渉測長器２２はビームスプリッタ２５とミラー２１間
の距離ｙ１、および、ミラー２６とミラー２１間の距離
ｙ２を検出し、距離ｙ１，ｙ２の関係からＸＹステージ
１５の傾きを検出するとともに、ＸＹステージのＹ方向
の距離を得る。

【００２０】上記したレーザ干渉測長器を用いることに
より、０．３μｍ程度の高精度でＸＹステージを位置決
めすることができるが、レーザ干渉測長器を用いると次
のような問題点が生ずる。レーザ干渉測長器は高価なので装置が高価格とな
る。装置の構成が複雑化する。また、光軸の調整が必要
など、メインテナンス作業が難しくなる。

【００２１】本発明は上記した従来技術の問題点を考慮
してなされたものであって、本発明の第１の目的は、レ
ーザ干渉測長器等の価格の高い測定手段を用いたり、装
置の構成を複雑化することなく、高精度な位置決めを行
うことができるＸＹステージの制御方法および装置を提
供することである。本発明の第２の目的は、高い機械的
な加工精度を要求されずに、また、従来の装置と同様な
装置構成で、高精度な位置決めを行うことができるＸＹ
ステージの制御方法および装置を提供することである。

【００２２】本発明の第３の目的は、機構上の精度等か
ら生ずる位置決め誤差を予めキャリブレーション・マッ
プに登録しておき、キャリブレーション・マップに登録
された誤差データを用いて、位置決め誤差をソフトウェ
ア的に補正することにより、高精度な位置決めを行うこ
とができ、また、キャリブレーション・マップのパター
ン数により精度を任意に設定することができるＸＹステ
ージの制御方法および装置を提供することである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１の発明は、ＸＹステージの制御方
法において、予めパターンの位置座標を正確に測定して
作成された基準マスクをＸＹステージ上にセットし、基
準マスク上に印されたパターンの位置座標により定まる
設計値に相当した量だけＸＹステージを駆動して、その
時のＸＹステージの位置と基準マスク上に印されたパタ
ーン位置とのエラーを求め、基準マスク上に印された各
パターンについて求めた上記エラーから、ＸＹステージ
を移動させる際の補正量を記憶した補正テーブルを作成
し、ＸＹステージを所定位置へ移動させる際、上記補正
テーブルから所定位置における補正量を求め、求めた補
正量を用いてＸＹステージを所定位置へ移動させるため
の駆動量を求めるようにしたものである。

【００２４】本発明の請求項２の発明は、請求項１の発
明において、ＸＹステージを所定位置へ移動させる際、
補正テーブルを参照して該所定位置を囲む近傍位置にお
ける補正量を得て、上記補正量から、上記所定位置にお
ける補正量を内挿法により算出し、算出された補正量に
基づきＸＹステージを所定位置へ移動させるための駆動
量を求めるようにしたものである。

【００２５】本発明の請求項３の発明は、請求項１また
は請求項２の発明において、ＸＹステージ上にセットさ
れた基準マスクもしくはワークの画像を画像センサで受
像し、受像された画像上の予め選択された位置における
各画素の出力の平均値を求め、求めた平均値が最大にな
るように、ＸＹステージをその面に直交する方向に移
動、もしくは、光学系を調整することにより、ＸＹステ
ージ上の基準マスクもしくはワーク上にアライメント・
マーク検出装置の焦点を合わせるようにしたものであ
る。

【００２６】本発明の請求項４の発明は、請求項１，２
または請求項３の発明において、ＸＹステージ上にセッ
トされた基準マスクもしくはワークのパターンが作る軸
とＸＹステージの移動方向との間の角度を求め、求めた
角度に応じて基準マスクもしくはワークを回転させるこ
とにより、基準マスクもしくはワークのパターンが作る
軸とＸＹステージの移動方向を一致させるようにしたも
のである。

【００２７】本発明の請求項５の発明は、Ｘ軸、Ｙ軸方
向に移動可能なＸＹステージの位置を制御するＸＹステ
ージの制御装置において、ＸＹステージをＸ軸方向、Ｙ
軸方向に駆動する駆動手段と、上記駆動手段に駆動信号
を与えてＸＹステージを所定位置へ移動させる制御手段
と、上記駆動手段によるＸＹステージの駆動量とＸＹス
テージの実際の移動量の差を補正量として記憶した補正
テーブルとを設け、上記制御手段は、ＸＹステージを所
定位置に移動させる際、上記補正テーブルから上記所定
位置における補正量を求め、求めた補正量を用いてＸＹ
ステージを所定位置に移動させるための駆動量を得るよ
うに構成したものである。

【００２８】本発明の請求項６の発明は、請求項５の発
明において、基準マスクに印されたパターンの位置座標
により定まる設計値だけＸＹステージを駆動した時のＸ
Ｙステージの実際の位置と、ＸＹステージ上にセットさ
れた基準マスクに印されたパターン位置とのエラーを記
憶した補正テーブルを設け、上記補正テーブルに記憶さ
れた補正量によりＸＹステージの駆動量を得るように構
成したものである。

【００２９】

【作用】図２は本発明の概念を説明する図であり、同図
（ａ）は理想的な原点位置からの設定値マップを示して
いる。すなわち、ＸＹステージ装置の位置決め誤差が仮
に０の場合には、同図に示すように、ＸＹステージをＡ
点に移動させる際、ＸＹステージを原点からＸ軸方向に
エンコーダカウント値Ｘｉだけ移動させ、Ｙ軸方向にエ
ンコーダカウント値Ｙｊだけ移動させればよい。

【００３０】ところが、前記したように、ボールネジの
加工精度等によりエンコーダカウント値とＸＹステージ
の移動距離が必ずしも一致しない。このため、実際に、
ＸＹステージをＸ軸方向にエンコーダカウント値Ｘｉだ
け移動させ、Ｙ軸方向にエンコーダカウント値Ｙｊだけ
移動させた場合、ＸＹステージの位置は所望のＡ点に一
致せず、同図（ｂ）に示すように、例えばＡ’点とな
る。

【００３１】そこで、上記Ｘi とＹj の値と実際にＡ点
に移動させたときに相当するエンコーダカウント値との
誤差を各点予め求めて、キャリブレーション・マップ
（以下、これを補正テーブルという）を作成しておき、
ＸＹステージを移動させる際、上記補正テーブルを参照
して、補正テーブルに登録された誤差分だけ補正すれ
ば、ＸＹステージを精度よく位置決めすることができ
る。

【００３２】本発明は上記原理に基づき前記課題を解決
したものであり、本発明の請求項１の発明においては、
予めパターンの位置座標を正確に測定して作成された基
準マスクを用いて補正テーブルを作成し、ＸＹステージ
を所定位置へ移動させる際、上記補正テーブルから所定
位置における補正量を求め、求めた補正量を用いてＸＹ
ステージを所定位置へ移動させるための駆動量を求める
ようにしたので、レーザ測長器等の高価格な測定手段を
用いることなく、従来の装置と同様な装置構成で、高精
度な位置決めを行うことができる。

【００３３】また、基準マスク上のパターンの密度を選
定することにより、位置決め精度を変えることができ
る。本発明の請求項２の発明においては、請求項１の発
明において、ＸＹステージを所定位置へ移動させる際、
補正テーブルを参照して該所定位置を囲む近傍位置にお
ける補正量を得て、上記補正量から、上記所定位置にお
ける補正量を内挿法により算出するようにしたので、基
準マスク上のパターン位置に依存せずに任意の位置にお
ける補正量を算出することができ、ＸＹステージの移動
量を精度良く制御することが可能となる。

【００３４】本発明の請求項３の発明においては、請求
項１または請求項２の発明において、ＸＹステージ上に
セットされた基準マスクもしくはワークの画像を画像セ
ンサで受像し、受像された画像上の予め選択された位置
における各画素の出力の平均値を求め、求めた平均値が
最大になるように、ＸＹステージをその面に直交する方
向に移動、もしくは、光学系を調整することにより、Ｘ
Ｙステージ上の基準マスクもしくはワーク上にアライメ
ント・マーク検出装置の焦点を合わせるようにしたの
で、基準マスクを用いた補正テーブル作成時、あるいは
ワークへの露光時、基準マスクもしくはワーク上に自動
的に焦点を合わせることができ、作業効率を向上させる
ことができる。

【００３５】本発明の請求項４の発明においては、請求
項１，２または請求項３の発明において、ＸＹステージ
上にセットされた基準マスクもしくはワークのパターン
が作る軸とＸＹステージの移動方向との間の角度を求
め、求めた角度に応じて基準マスクもしくはワークを回
転させるようにしたので、基準マスクもしくはワークの
パターンが作る軸とＸＹステージの移動方向を自動的に
一致させることができ、また、Ｘ軸もしくはＹ軸方向の
移動だけで、基準マスクもしくはワークを隣のサイトに
移動させることができる。

【００３６】本発明の請求項５の発明においては、ＸＹ
ステージをＸ軸方向、Ｙ軸方向に駆動する駆動手段と、
上記駆動手段に駆動信号を与えてＸＹステージを所定位
置へ移動させる制御手段と、上記駆動手段によるＸＹス
テージの駆動量とＸＹステージの実際の移動量の差を補
正量として記憶した補正テーブルとを設け、ＸＹステー
ジを所定位置に移動させる際、上記制御手段が補正テー
ブルから上記所定位置における補正量を求め、求めた補
正量を用いてＸＹステージを所定位置に移動させるため
の駆動量を得るように構成したので、請求項１の発明と
同様、レーザ測長器等の高価格な測定手段を用いること
なく、従来の装置と同様な装置構成で、高精度な位置決
めを行うことができる。

【００３７】本発明の請求項６の発明においては、請求
項５の発明において、基準マスクに印されたパターンの
位置座標により定まる設計値だけＸＹステージを駆動し
た時のＸＹステージの実際の位置と、ＸＹステージ上に
セットされた基準マスクに印されたパターン位置とのエ
ラーを記憶した補正テーブルを設け、補正テーブルに記
憶された補正量によりＸＹステージの駆動量を得るよう
に構成したので、請求項５の発明と同様、レーザ測長器
等の高価格な測定手段を用いることなく、従来の装置と
同様な装置構成で、高精度な位置決めを行うことがで
き、また、基準マスクに印されたパターンの密度を選定
することにより、位置決め精度を変えることができる。

【００３８】

【実施例】図１は本発明の実施例のシステム構成を示す
図である。同図において、１４はθステージ、１５はＸ
Ｙステージ、１８は図１４に示したＣＣＤカメラ等から
構成される画像センサ、３１は処理装置、３２は後述す
る補正テーブル３２ａ等を格納した外部記憶装置、３４
はＸＹステージのモータを駆動する駆動回路である。処
理装置３１は、後述するように、補正テーブル作成時、
および、ＸＹテーブル上のワークの位置決め時、ＸＹテ
ーブルの移動量が設定値として与えられると、ＸＹステ
ージ１５のエンコーダカウント値が上記移動量になるよ
うにＸＹステージのモータを駆動する。

【００３９】なお、図示していないが、ＸＹテーブルを
図１の紙面に対して直交する方向（以下、この方向をＺ
軸方向という）に動かす駆動機構を備えており、処理装
置３１は焦点調節時、ＸＹテーブルをＺ軸方向に動かし
て、アライメント・マーク検出装置の光学系の焦点を自
動調節する。この焦点の自動調節は、アライメント・マ
ーク検出装置１７の光学系を調整することによっても行
える。より具体的には、アライメント・マーク検出装置
１７内の画像センサ１８の位置、もしくは、アライメン
ト・マーク検出装置１７内のレンズの位置、または、上
記画像センサ１８とレンズが一体構造であるアライメン
ト・マーク検出装置１７の場合には、その構造全体の位
置をアライメント・マーク検出装置１７の光軸方向に動
かすことにより行う。大型のワーク用のＸＹステージの
場合は、ＸＹステージをＺ軸方向に動かす機構も大型に
なるので、アライメント・マーク検出装置１７に移動機
構を設けてアライメント・マーク検出装置１７を動かす
方法を用いた方が装置が小型で安価となるため有利であ
る。

【００４０】３３は画像処理装置であり、画像処理装置
３３は、後述するように、画像センサ１８により受像さ
れたアライメント・マーク像を認識処理したり、あるい
は、ステージに搭載された基準マスクもしくはワーク上
にアライメント・マーク検出装置の焦点が合うようにオ
ートフォーカス処理、θテーブルの回転角を補正するた
めの基準マスク等の角度割り出し処理等を行う。

【００４１】３５は入出力装置であり、入出力装置３５
は各種指令を入力する入力装置と、画像センサ１８によ
り受像されたアライメント・マーク等を表示する表示装
置から構成されている。次に本実施例における補正テー
ブルの作成、ＸＹステージの位置決め等について説明す
る。（１）補正テーブルの作成図３は補正テーブルを作成するための基準マスクの一例
を示す図である。基準マスクは予め座標を正確に測定し
た物差しとしての機能を持ち、同図に示したものは、７
ｍｍピッチで２０×２０のサーチ用のマークＰs （以下
サーチパターンという）が等間隔にならんでいる。

【００４２】基準マスクは次のように作成することがで
きる。硝子にＣr （クロム）を蒸着する。電子ビーム用のフォトレジストを塗布する。電子ビーム描画装置でパターンニングする。エッチング。

【００４３】以上のように作成された基準マスクの各サ
ーチパターンＰs の位置座標を電子顕微鏡等で測定し
（測定精度は約０．１μｍ）、各サーチパターンＰs の
座標位置を値付けする。上記のようにして基準マスクが
作成されると、作成された基準マスクを用いて次のよう
に補正テーブルを作成する。

【００４４】図４、図５は補正テーブル作成手順を示す
フローチャートであり、図１、図３を参照しながら同図
により本実施例の補正テーブルの作成について説明す
る。まず、図３に示した基準マスクをＸＹテーブル上に
セットする（図４のステップＳ１）。次にＸＹステージ
を動かし、基準マスクのリファレンスサイト（図３の点
線で囲まれた部分）のサーチパターンＰs が、画像セン
サ１８により観察できる位置に移動させる（ステップＳ
２）。

【００４５】なお、補正テーブル作成時のアライメント
・マーク検出装置の倍率は、ワーク位置決め時の倍率よ
り低く設定されている（例えば、１０倍）。したがっ
て、補正時のアライメント・マーク検出装置の視野はワ
ーク位置決め時の視野より広く（倍率１０倍の場合に
は、視野は約５００μｍ角）、ＸＹステージの位置決め
精度が低くても、サーチパターンＰs を容易にアライメ
ント・マーク検出装置の視野内に入れることができる。

【００４６】ついで、ＸＹテーブルをＺ軸方向に動かし
てアライメント・マーク検出装置の光学系の焦点を自動
調節し、画像センサ１８によりリファレンスサイトのサ
ーチパターンＰs が鮮明に受像できるようにする（ステ
ップＳ３）。なお、上記オートフォーカスの方法につい
ては後で詳述する。ステップＳ４において、θステージ
を回転させ、ＸＹステージの移動方向と基準マスクの各
パターンの軸が一致するようにθ補正を行う。なお、θ
補正についても、後で詳述する。

【００４７】ここで、ＸＹステージのそり、うねり、あ
るいは、基準マスクのそり、あおり等により、θステー
ジを回転させたりＸＹステージを移動させると、焦点が
ずれる可能性がある。したがって、上記のようにθステ
ージを回転させたのち、ステップＳ５において、再度オ
ートフォーカスを行う。以下、同様に、ＸＹステージを
移動させる毎にオートフォーカスを行う。

【００４８】次に、画像センサにより受像されるリファ
レンスサイトのサーチパターンＰsを画像処理装置３３
に登録する（ステップＳ６）。ステップＳ７において、
ＸＹステージを移動させ、サーチパターンＰs を視野の
中央に位置させる。そして、その時のＸＹ絶対座標（エ
ンコーダカウント値）を記憶し、この位置を原点とする
（ステップＳ８）。

【００４９】以上の操作は手動で行われ、上記のように
原点位置が記憶されると、図５で以下説明するように、
処理装置３１に基準マスクのサイト間のピッチに相当す
る設計値を与えて、ＸＹステージを隣のサイトに自動で
順次移動させてそのサーチパターンＰs の位置を記憶す
る処理を繰り返し補正テーブルを作成する。まず、図５
のステップＳ９において、基準マスクの隣のサイトに設
計値だけ移動させる。なお、前記したように、基準パタ
ーンを作成後、電子顕微鏡等でサーチパターンＰs の位
置座標が測定され各サーチパターンＰs は値付けされて
おり、設計値は上記のように値付けされた値に基づき設
定される。

【００５０】次に、ステップＳ１０において、焦点を自
動調節し、ステップＳ１１において、前記ステップＳ６
で登録したサーチパターンＰs をサーチし、ステップＳ
１２において、サーチ結果に基づきサーチパターンＰs
が視野の中央にくるようにＸＹステージを移動する。次
に、ステップＳ１３において、エラーを算出し記憶す
る。

【００５１】即ち、前記したようにＸＹステージの移動
量は機械的精度等に依存するので、ＸＹステージの移動
量の指令値として設計値を与えても、ＸＹステージは必
ずしも設計値だけ移動せず誤差が生ずる。そこで、設計
値に基づき移動させた位置とサーチパターンＰs が視野
の中央にくる位置の差を求めてこれをエラーとして記憶
する。

【００５２】なお、登録したサーチパターンＰs と受像
されたサーチパターンＰs を照合する技術については、
種々の手法が提案されており、必要なら、田村秀行監修
「コンピュータ画像処理入門」、昭和６０年３月１０
日、総研出版（株）第１版第１刷発行、Ｐ１４８〜Ｐ１
５３参照されたい。ステップＳ１４において、所定数の
サーチパターンについてのエラー算出が終了したか否か
を判定し、終了していない場合には、ステップＳ９に戻
り上記操作を繰り返す。

【００５３】そして、所定のサーチパターンについての
エラーの算出が終了とすると、各サーチパターンについ
て記憶したエラーを、原点からのＸ軸，Ｙ軸方向の絶対
距離（エンコーダカウント値）に対するエラー値として
補正テーブルを作成する（ステップＳ１５）。図６は上
記のようにして作成された補正テーブルの一例を示す図
である。

【００５４】同図に示すように、補正テーブルには各設
定点に移動させるに必要なＸ，Ｙ軸方向の移動設定値
（エンコーダカウント値）｛（Ｘ１，Ｙ０）、（Ｘ２，
Ｙ０）、…｝、と補正量｛＋０．１，−０．２、… ｝
が記憶され、この補正テーブルは図１の外部記憶装置３
２に格納される。なお、上記説明においては、ステップ
Ｓ８までの操作を手動で行い、ステップＳ９以降の操作
を自動で行うようにしているが、本発明は上記実施例に
限定されるものでなく、全工程を手動あるいは自動で行
うこともできる。（２）オートフォーカスアライメント・マーク検出装置の光学系の焦点深度は、
×１０／０．２８（倍率／開口数、開口数：光学系の明
るさと解像力に関する光学性能を表す量の一つ）のとき
１７μｍ、また、×１００／０．７（倍率／開口数）の
とき２μｍ程度であり、一方、ＸＹステージを移動させ
たときの機構上の位置ずれは通常、数１０μｍ程度であ
る。このため、ＸＹステージを移動させたとき焦点がず
れる場合がある。

【００５５】そこで、本実施例においては、図４、図５
のステップＳ３、Ｓ５、Ｓ１０において焦点を自動調節
（オートフォーカス）している。この処理は次のように
行なわれる。図７は本実施例のオートフォーカスを説明
する図であり、まず、同図（ａ）に示すように、画像セ
ンサのＣＣＤフレームにおいて、全画素の中から観測す
るパターン形状、光学系の倍率等に応じて、例えば、全
面均一に、もしくは、中央のみ等の画素を選択してお
く。

【００５６】ついで、画像センサ１８により検出された
画像情報について画像処理装置３３は、各画素の出力の
合計を測定画素数で割って平均値Ｉave を求める。そし
て、ＸＹステージをＺ軸方向に移動させて、上記のよう
に各位置における各画素の出力の合計を得て平均値Ｉav
e を求めると、例えば、図７（ｂ）に示すような点Ｚ１
〜Ｚ６が得られ、これを放物線等で近似すると、図７
（ｃ）に示すパターンを得ることができる。

【００５７】そして、図７（ｃ）から上記Ｉave が最大
となる焦点位置Ｚf を求めこの位置を焦点位置とする。
なお、焦点位置Ｚf のサーチする際、ＸＹステージのＺ
軸方向の移動ステップを大きくとったピークサーチを行
って、ピーク位置を粗サーチし、ついで、ＸＹステージ
のＺ軸方向の移動ステップを１／４にしてピーク付近を
再サーチする手順をとることにより、高速にサーチを行
うことができる。（３）θ補正補正テーブルの作成において、基準マスクを隣のサイト
に移動させる場合には、図８（ａ）に示すように、ＸＹ
ステージの移動方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）と、基準マ
スクのパターンが作る軸が同じであることが必要であ
る。

【００５８】このため、ＸＹステージを移動させる前
に、基準マスクの角度を調整しておくことが必要とな
る。そこで、画像センサ１８により基準マスクのパター
ンが受像されると、画像処理装置３３は基準マスクの角
度出し処理を行い、結果を処理装置３１に出力する。処
理装置３１は画像処理装置３３の角度出し結果に基づき
θステージを回転させ、基準マスクの角度を補正する。
基準マスクの角度出し処理は、例えば、次のように行う
ことができる。（ａ）基準マスクのエッジ検出による角度出し。

【００５９】図８（ｂ）は画像センサ１８により受像さ
れた基準マスクのエッジ部を示す図である。基準マスク
のパターンが焼き付けられた部分はパターンがない部分
より若干高く、焦点がパターン上に合っている場合、パ
ターンのない部分の画像は、同図に示すようにパターン
部分より暗くなる。画像処理装置３３は上記した画像の
明暗を利用して基準マスクの角度出し処理を行う。

【００６０】すなわち、図８（ｂ）に示すように、Ｘ軸
もしくはＹ軸方向に画像を走査して、明から暗（もしく
は暗から明）に変化するエッジ部分を検出して同図に示
す直線Ａを求め、直線Ａの傾きから基準マスクの角度出
しを行う。なお、上記処理は市販の各種画像処理用ソフ
トウェアを利用して行うこともできる。（ｂ）基準マスクの両端のパターンの位置を検出して角
度出しを行う。

【００６１】図８（ｃ）に示すように、基準マスクの
およびに印されたサーチパターンＰs の位置を検出し
て基準マスクの角度出し処理を行う。すなわち、ＸＹス
テージを図８（ｃ）ののサーチパターンＰs を受像で
きる位置に移動させてのサーチパターンＰs をサーチ
してその位置を記憶し、ついで、ＸＹステージを図８
（ｃ）ののサーチパターンＰs を受像できる位置に移
動させてのサーチパターンＰs をサーチしてその位置
を記憶する。そして、上記およびに印されたサーチ
パターンＰs の位置に基づき基準マスクの角度出しを行
う。（４）補正テーブルを利用したＸＹステージ移動時の位
置補正以上のようにして、補正テーブルが作成されると、処理
装置３１は作成された補正テーブルを利用して位置補正
を行いながら、露光時、ワークの位置決め制御を行う。

【００６２】図９はＸＹステージ移動時の位置補正手順
を示すフローチャート、図１０は位置補正量を算出する
手法を説明する図であり、図９、図１０により、補正テ
ーブルを利用したＸＹステージ移動時の位置補正につい
て説明する。図９のステップＳ１において、ＸＹステー
ジの移動量（原点位置からのエンコーダカウント値）が
入力されると、ステップＳ２において、処理装置３１は
外部記憶装置３２に格納されている補正テーブルから、
移動先の点を囲む近傍４点のエラーデータを取り出す。

【００６３】ステップＳ３において、処理装置３１はス
テップＳ２で取り出したエラーデータから、図１０に示
すように、移動すべき点のエラー値（位置補正量）を算
出する。図１０において、Ｐ点は移動すべき点、Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄは移動先の点を囲む近傍４点であり、補正テ
ーブルには上記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各点の理想位置（ＸＹス
テージのあるべき位置）とその理想位置へステージを移
動させるための補正量であるエラーデータが記憶されて
いる。

【００６４】ここで、上記各点の座標とそのエラーデー
タを次のように定める。Ａ点：座標（x2,Y2) エラーデータ: （XE_(i,j)，YE
_(i,j)) Ｂ点：座標（x2,Y1) エラーデータ: （XE_(i+1,j)，
YE_(i+1,j)) Ｃ点：座標（x1,Y2) エラーデータ: （XE_(i,j+1)，
YE_(i,j+1)) Ｄ点：座標（X1,Y1) エラーデータ: （X
E_(i+1,j+1)，YE_(i+1,j+1)) 図１０において、Ｐ点（X,Y)へステージを移動させる場
合、その理想位置であるＰ点へステージを動かすための
補正量（Dx,Dy)は上記エラーデータを用い次のような内
挿（補間：interpolate ）により求めることができる。

【００６５】 Dx＝｛[(x-x2)/(x1-x2)]×[(y2-y)/(y2-y1)]｝×XE_(i,j) +｛[(x-x2)/(x1-x2)]×[(y-y1)/(y2-y1)]｝×XE_(i+1,j) +｛[(x1-x)/(x1-x2)]×[(y2-y)/(y2-y1)]｝×XE_(i,j+1) +｛[(x1-x)/(x1-x2)]×[(y-y1)/(y2-y1)]｝×XE_(i+1,j+1) （１）ここで、t ＝(x-x1)/(x2-x1) （２） U ＝(y-y1)/(y2-y1) （３）とすると、（１）式は（２）（３）式より次の（４）式
で表すことができる。

【００６６】 Dx＝(1-t) (1-u) XE_(i,j) + (1-t) u XE _(i+1,j) +t (1-u) XE _(i,j+1)+t u XE _(i+1,j+1) （４）同様に、Dyについても次の（５）式で表すことがてき
る。 Dy＝(1-t) (1-u) YE_(i,j) + (1-t) u YE _(i+1,j) +t (1-u) YE _(i,j+1)+t u YE _(i+1,j+1) （５）しだがって、上記（４）（５）式によりDx,Dy を求める
ことにより、Ｐ点へステージを動かすための補正量を得
ることができる。

【００６７】図９に戻り、ステップＳ３において、以上
のようにエラー値が算出されると、ステップＳ４におい
て、求めたエラー値を移動先への移動量の設計値に加算
する。そして、ステップＳ５において、処理装置３１は
エンコーダカウント値が上記算出値になるまでモータを
駆動して、ステップＳ４で算出された位置にＸＹステー
ジを移動させる。

【００６８】上記のような補正を行うことにより、例え
ば、基準マスクのパターンの間隔を７ｍｍピッチとする
と、約±５μｍの精度でＸＹステージの位置決めを行う
ことができ、エンコーダカウント値のフィードバックの
みによる制御（精度は±２０〜５０μｍ）と較べ大幅に
精度を向上することができる。また、基準マスクのパタ
ーンの間隔を更に小さくすれば、一層精度を向上させる
ことができる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、次の効果を得ることができる。請求項１の発明においては、予めパターンの位置座
標を正確に測定して作成された基準マスクを用いて補正
テーブルを作成し、ＸＹステージを所定位置へ移動させ
る際、上記補正テーブルから所定位置における補正量を
求め、求めた補正量を用いてＸＹステージを所定位置へ
移動させるための駆動量を求めるようにしたので、レー
ザ測長器等の高価格な測定手段を用いることなく、従来
の装置と同様な装置構成で、高精度な位置決めを行うこ
とができる。

【００７０】また、基準マスク上のパターンの密度を選
定することにより、位置決め精度を変えることができ
る。請求項２の発明においては、請求項１の発明におい
て、ＸＹステージを所定位置へ移動させる際、補正テー
ブルを参照して該所定位置を囲む近傍位置における補正
量を得て、上記補正量から、上記所定位置における補正
量を内挿法により算出するようにしたので、基準マスク
上のパターン位置に依存せずに任意の位置における補正
量を算出することができ、ＸＹステージの移動量を精度
良く制御することが可能となる。請求項３の発明においては、請求項１または請求項
２の発明において、ＸＹステージ上にセットされた基準
マスクもしくはワークの画像を画像センサで受像し、受
像された画像上の予め選択された位置における各画素の
出力の平均値を求め、求めた平均値が最大になるよう
に、ＸＹステージをその面に直交する方向に移動、もし
くは、光学系を調整することにより、ＸＹステージ上の
基準マスクもしくはワーク上にアライメント・マーク検
出装置の焦点を合わせるようにしたので、基準マスクを
用いた補正テーブル作成時、あるいはワークへの露光
時、基準マスクもしくはワーク上に自動的に焦点を合わ
せることができ、作業効率を向上させることができる。請求項４の発明においては、請求項１，２または請
求項３の発明において、ＸＹステージ上にセットされた
基準マスクもしくはワークのパターンが作る軸とＸＹス
テージの移動方向との間の角度を求め、求めた角度に応
じて基準マスクもしくはワークを回転させるようにした
ので、基準マスクもしくはワークのパターンが作る軸と
ＸＹステージの移動方向を自動的に一致させることがで
き、また、Ｘ軸もしくはＹ軸方向の移動だけで、基準マ
スクもしくはワークを隣のサイトに移動させることがで
きる。このため、精度の高い補正テーブルを作成するこ
とができる。請求項５の発明においては、ＸＹステージをＸ軸方
向、Ｙ軸方向に駆動する駆動手段と、上記駆動手段に駆
動信号を与えてＸＹステージを所定位置へ移動させる制
御手段と、上記駆動手段によるＸＹステージの駆動量と
ＸＹステージの実際の移動量の差を補正量として記憶し
た補正テーブルとを設け、ＸＹステージを所定位置に移
動させる際、上記制御手段が補正テーブルから上記所定
位置における補正量を求め、求めた補正量を用いてＸＹ
ステージを所定位置に移動させるための駆動量を得るよ
うに構成したので、請求項１の発明と同様、レーザ測長
器等の高価格な測定手段を用いることなく、従来の装置
と同様な装置構成で、高精度な位置決めを行うことがで
きる。請求項６の発明においては、請求項５の発明におい
て、基準マスクに印されたパターンの位置座標により定
まる設計値だけＸＹステージを駆動した時のＸＹステー
ジの実際の位置と、ＸＹステージ上にセットされた基準
マスクに印されたパターン位置とのエラーを記憶した補
正テーブルを設け、補正テーブルに記憶された補正量に
よりＸＹステージの駆動量を得るように構成したので、
請求項５の発明と同様、レーザ測長器等の高価格な測定
手段を用いることなく、従来の装置と同様な装置構成
で、高精度な位置決めを行うことができ、また、基準マ
スクに印されたパターンの密度を選定することにより、
位置決め精度を変えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のシステム構成を示す図であ
る。

【図２】本発明の概念を説明する図である。

【図３】本発明の実施例における基準マスクの一例を示
す図である。

【図４】本実施例における補正テーブル作成手順を示す
図である。

【図５】本実施例における補正テーブル作成手順を示す
図（続き）である。

【図６】本実施例において作成された補正テーブルの一
例を示す図である。

【図７】本実施例におけるオートフォーカスの手法を説
明する図である。

【図８】本実施例における基準マスクの角度出しを説明
する図である。

【図９】本実施例におけるＸＹステージ移動時の位置補
正手順を示す図である。

【図１０】本実施例における位置補正量を算出する手法
を説明する図である。

【図１１】本発明の前提となる露光機の概略構成を示す
図である。

【図１２】ＸＹステージの駆動機構の一例を示す図であ
る。

【図１３】θステージの駆動機構の一例を示す図であ
る。

【図１４】アライメント・マーク検出装置の構成を示す
図である。

【図１５】レーザ干渉測長器を用いたＸＹステージの位
置測定方法を示す図である。

【符号の説明】１１照明系１２マスク１３投影レンズ１４ θステージ１４２プーリ１４３ワイヤ１５ＸＹステージ１５１，１５５架台１５２，１５６リニアガイド１５３，１５７カップリング１５４，１５８ボールネジ１６ワーク１７アライメント・マーク検
出装置１７１光ファイバ１７３ハーフミラー１７２対物レンズ１７１ミラー１７４レンズ１８画像センサ１９アライメント光照射装置２０固定台２２レーザ干渉測長器２１ミラー３１処理装置３２外部記憶装置３２ａ補正テーブル３４駆動回路３３画像処理装置３５入出力装置Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３モータＥＣ１，ＥＣ２，ＥＣ３エンコーダＳ１１，Ｓ２１センサ板Ｓ１０Ｙ軸原点センサＳ２０Ｘ軸原点センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｂ２３Ｑ 15/22 Ｈ０１Ｌ 21/027

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予めパターンの位置座標を正確に測定し
て作成された基準マスクをＸＹステージ上にセットし、基準マスク上に印されたパターンの位置座標により定ま
る設計値に相当した量だけＸＹステージを駆動して、そ
の時のＸＹステージの位置と基準マスク上に印されたパ
ターン位置とのエラーを求め、基準マスク上に印された各パターンについて求めた上記
エラーから、ＸＹステージを移動させる際の補正量を記
憶した補正テーブルを作成し、ＸＹステージを所定位置へ移動させる際、上記補正テー
ブルから所定位置における補正量を求め、求めた補正量
を用いてＸＹステージを所定位置へ移動させるための駆
動量を求めることを特徴とするＸＹステージの制御方
法。
【請求項２】ＸＹステージを所定位置へ移動させる
際、補正テーブルを参照して該所定位置を囲む近傍位置
における補正量を得て、上記補正量から、上記所定位置における補正量を内挿法
により算出し、算出された補正量に基づきＸＹステージを所定位置へ移
動させるための駆動量を求めることを特徴とする請求項
１のＸＹステージの制御方法。
【請求項３】ＸＹステージ上にセットされた基準マス
クもしくはワークの画像を画像センサで受像し、受像された画像上の予め選択された位置における各画素
の出力の平均値を求め、求めた平均値が最大になるように、ＸＹステージをその
面に直交する方向に移動、もしくは、光学系を調整する
ことにより、ＸＹステージ上の基準マスクもしくはワーク上にアライ
メント・マーク検出装置の焦点を合わせることを特徴と
する請求項１または請求項２のＸＹステージの制御方
法。
【請求項４】ＸＹステージ上にセットされた基準マス
クもしくはワークのパターンが作る軸とＸＹステージの
移動方向との間の角度を求め、求めた角度に応じて基準マスクもしくはワークを回転さ
せることにより、基準マスクもしくはワークのパターン
が作る軸とＸＹステージの移動方向を一致させることを
特徴とする請求項１，２または請求項３のＸＹステージ
の制御方法。
【請求項５】Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動可能なＸＹステー
ジの位置を制御するＸＹステージの制御装置において、ＸＹステージをＸ軸方向、Ｙ軸方向に駆動する駆動手段
と、上記駆動手段に駆動信号を与えて、ＸＹステージを所定
位置へ移動させる制御手段と、上記駆動手段によるＸＹステージの駆動量とＸＹステー
ジの実際の移動量の差を補正量として記憶した補正テー
ブルとを設け、上記制御手段は、ＸＹステージを所定位置に移動させる
際、上記補正テーブルから上記所定位置における補正量
を求め、求めた補正量を用いてＸＹステージを所定位置
へ移動させるための駆動量を得ることを特徴とするＸＹ
ステージの制御装置。
【請求項６】基準マスクに印されたパターンの位置座
標により定まる設計値だけＸＹステージを駆動した時の
ＸＹステージの実際の位置と、ＸＹステージ上にセット
された基準マスクに印されたパターン位置とのエラーを
記憶した補正テーブルを設け、上記補正テーブルに記憶された補正量によりＸＹステー
ジの駆動量を得ることを特徴とする請求項５のＸＹステ
ージの制御装置。