JPH09171954A - 位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パターン位置測定装置あるいは露光装置にお
いて、マスクや感光基板の位置ずれ及び寸法変化を常に
計測可能にする。 【解決手段】 ステージＳＴに固定された移動鏡５ａ，
５ｂの移動量を第１の干渉計ＬＭａ，ＬＭｂで計測して
ステージの２次元座標位置を計測する。ステージＳＴ上
には、移動鏡５ａ，５ｂと基板４の間に第２の干渉計３
ａ，３ｂを備える。第２の干渉計は、レーザビームを基
板４の端面に集光してレーザ干渉計を構成し、第１の干
渉計ＬＭａ，ＬＭｂの移動鏡５ａ，５ｂと基板４との相
対位置ずれを計測する。基板４の座標位置は、第１の干
渉計による計測値と第２の干渉計による計測値とに基づ
いて求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子の製造工程で用いられるマスク（レチクル）や
ウエハ等の基板表面に形成された精密パターンの位置測
定装置あるいは投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子等の製造工程
の一工程としてフォトリソグラフィ工程がある。フォト
リソグラフィ工程においては、投影露光装置を用いて、
精密なパターンが形成されたマスクあるいはレチクル
（以下、マスクという）の像を２次元方向に移動可能な
ステージ上に載置されたウエハあるいはガラス基板等の
感光基板上に投影露光することが行われる。

【０００３】投影露光装置としては、マスク上に形成さ
れたパターンを感光基板の所定の領域に露光した後、感
光基板を一定距離だけステッピングさせて、再びマスク
のパターンを露光することを繰り返す、いわゆるステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置が多く使用されて
いる。また、他の方式の露光装置として、矩形状又は円
弧状の照明領域に対してマスク及び感光基板を相対的に
同期して走査しながら、マスクのパターンを感光基板上
に露光するスリットスキャンタイプの露光装置も知られ
ている。

【０００４】半導体素子や液晶表示素子等のデバイス製
造に当たっては、一般に感光基板の上に形成されている
パターンの上にマスクのパターンを重ね合わせて露光す
ることが行われ、このパターンの重ね合わせ精度はデバ
イスの性能に直接影響する。したがって、感光基板上に
不良パターンを転写することがないようにマスクに形成
されたパターンの位置を予め正確に測定して管理する必
要があるとともに、露光装置においてはマスク及び感光
基板の位置決めを高精度に行う必要がある。

【０００５】図１７は、マスク面上のパターンの位置を
測定する従来のマスクパターン位置測定装置の構成を表
す斜視図である。マスク３２は、モーター３３ａ，３３
ｂによって２次元方向に駆動されるステージ３０上に配
設されたホルダ３１の支持部に装着されている。ステー
ジ３０上には移動鏡３５ａ，３５ｂが固定されており、
レーザ光源３４からのレーザ光線を用いるレーザ干渉計
３６ａ，３６ｂで移動鏡３５ａ，３５ｂの移動量を計測
することによりステージ３０の２次元位置が正確に計測
される。ステージ３０の上方には計測光学系３７が配置
されており、マスク３２のパターン面上に測定光学系３
７より収束光が照射されている。この収束光がマスク３
２のパターンエッジに当たると、散乱光が発生したり、
正反射光が増加（減少）したりするので、これらの光信
号を測定光学系３７に内蔵された受光素子で検出するこ
とによりパターンを検知することができる。したがっ
て、測定光学系３７によってパターンが検知されたとき
のステージ位置をレーザー干渉計３６ａ，３６ｂの計測
値から知ることで、マスク３２上に形成された各パター
ンの位置を測定することができる。

【０００６】図１８は、マスク上に形成されたパターン
をウエハ等の感光基板上に投影露光する光縮小投影露光
装置の構成を略示する斜視図である。ウエハ４９はモー
ター４３ａ，４３ｂにより２次元方向に駆動されるウエ
ハステージ４０上に載置されている。ウエハステージ４
０には移動鏡４５ａ，４５ｂが固定されており、レーザ
光源４４からのレーザ光線を用いるレーザ干渉計４６
ａ，４６ｂで移動鏡４５ａ，４５ｂの移動量を計測する
ことによりウエハステージ４０の２次元位置が正確に計
測される。

【０００７】マスク４２は枠状のマスクステージ４５上
に載置され、コンデンサレンズ４８で集められた水銀ラ
ンプ４７からの光で一様に照明されている。マスク４２
の下面に形成されたパターンは、縮小投影光学系４１を
介してウエハステージ４０に載置されたウエハ４９上に
縮小投影される。こうして、レーザ干渉計４６ａ，４６
ｂで移動量を監視しながらウエハステージ４０を所定間
隔ずつステップ的に移動させて縮小投影露光を繰り返す
ことによって、ウエハ４９の全体領域に多数の露光パタ
ーンが形成される。なお、図示を省略したが、マスク側
にもウエハ側と同様なレーザ干渉計システムが設置さ
れ、マスクステージ４５に固定された移動鏡の移動量を
計測することによりマスクステージ４５の２次元位置を
正確に計測できるようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１７に示した従来の
パターン位置測定装置では、マスク３２の移動量は、レ
ーザー干渉計３６ａ，３６ｂにより移動鏡３５ａ，３５
ｂの変位を計測することで知ることができた。しかしこ
の方式では、移動鏡３５ａ，３５ｂに対するマスク３２
の位置がずれると、マスク３２の移動量を正確に計測で
きなくなるといった問題があった。

【０００９】また、マスクのパターン位置を測定中に、
マスク周辺の温度が変化してマスク３２全体の寸法が変
化する場合があった。この時、従来は、常にマスク周辺
の温度を計測してマスク３２の寸法変化量を計算し、パ
ターン位置の測定値を補正することが行われていた。し
かし、マスク自体の温度を直接測定することが困難なた
めに、計測された温度とマスクの寸法変化の間に時間的
なずれがあったり、充分な補正精度が得られないという
問題があった。

【００１０】一方、図１８に示した光縮小投影露光装置
では、縮小投影露光を繰り返す間にマスクステージ４５
に対するマスク４２の位置、あるいはウエハステージ４
０に対するウエハ４９の位置がずれると、ウエハに形成
された前層のパターンに対してマスク４２のパターンを
正確に位置決めして露光できなくなるといった問題があ
った。また、マスク周辺の温度変化によりマスク４２全
体の寸法が変化すると、マスク４２のパターンがウエハ
４９に形成された前層のパターンに対して正しく重なら
なくなるといった問題もあった。

【００１１】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、パターン位置測定装置あるいは露光装置にお
いて、マスクや感光基板の位置ずれ及び寸法変化を常に
計測可能にすることを目的とするものである。なお、本
明細書においては、マスクと感光基板を総称して「基
板」という。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、レーザビー
ムを基板端面に集光してレーザ干渉計を構成し、基板の
位置ずれ、あるいは基板全体の寸法変化を常時計測する
ことを可能とすることで前記目的を達成する。

【００１３】すなわち、本発明は、２次元座標系内で移
動可能なステージ上に載置された基板の座標位置を測定
する位置測定装置において、ステージに固定された移動
鏡の移動量を計測して２次元座標系におけるステージの
座標位置を計測するための第１の干渉計と、移動鏡と基
板との相対位置ずれを計測するためにステージ上に設け
られた第２の干渉計とを備え、第１の干渉計による計測
値と第２の干渉計による計測値とに基づいて基板の座標
位置を求めることを特徴とする。

【００１４】２次元座標系の直交する２軸に各々直交さ
せて移動鏡を一対設け、第２の干渉計を一方の移動鏡に
対して少なくとも１箇所、他方の移動鏡に対して少なく
とも２箇所に設けると、移動鏡と基板との相対位置ずれ
に加えて、基板の回転量も測定することができる。ステ
ージに基板を挟んで移動鏡に対向する反射鏡を備え、第
２の干渉計で移動鏡と反射鏡の間の距離の変化及び移動
鏡と反射鏡の間を遮断する基板の長さの変化を計測する
と、基板の寸法変化を測定することもできる。反射鏡
は、それに代えてコーナーキューブ又はキャッツアイを
用いることもできる。

【００１５】第２の干渉計は、参照用の光ビームと測長
用の光ビームの硝路長及び空気中の光路長を各々等しく
設定することで、光学部品の温度や空気の屈折率が一様
に変化した場合においても正確な測定を行うことが可能
となる。本発明の位置測定装置は、マスクのパターン位
置を計測するためのパターン位置測定装置、マスクのパ
ターンを感光基板上に転写する露光装置におけるマスク
位置あるいは感光基板の位置測定に適用することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。以下に説明する実施の形態は、マスクパ
ターン位置測定装置、露光装置における感光基板あるい
はマスクの位置制御のいずれにも適用することができ
る。以下に述べる「基板」は、各実施の形態をマスクパ
ターン位置測定装置に適用する場合には被測定マスクで
あり、露光装置における感光基板又はマスクの位置制御
に適用する場合には各々感光基板又はマスクである。

【００１７】〔実施の形態１〕図１は、本発明の第１の
実施の形態を示す主要部の平面図である。基板４が載置
されているステージＳＴにはレーザ干渉計ＬＭａ，ＬＭ
ｂの移動鏡５ａ，５ｂが固定されており、各移動鏡５
ａ，５ｂにはレーザビームが鏡面に垂直に入射されて、
ステージＳＴの２次元位置が測定されている。一方の移
動鏡５ａと基板４の間には第１の位置ずれ計測光学系３
ａが配置され、他方の移動鏡５ｂと基板４の間には第２
の位置ずれ計測光学系３ｂが配置されている。偏波面保
存光ファイバー１により導かれたレーザビームＬＢ０は
レンズＬ１で平行光に整形され、ハーフプリズム２で２
本のビームに分けられた後、それぞれの位置ずれ計測光
学系３ａ，３ｂに入射している。これらの位置ずれ計測
光学系３ａ，３ｂにより、基板４の端面とステージ位置
計測用レーザ干渉計ＬＭａ，ＬＭｂの移動鏡５ａ，５ｂ
の間の距離変化を常に計測する。

【００１８】図２に、位置ずれ計測光学系３ａの構成を
詳細に示す。ハーフプリズム２を通過したレーザビーム
ＬＢｙは、第１の偏光ビームスプリッター６とプリズム
７に入射する。図３は、偏光ビームスプリッター６及び
プリズム７を基板４側から見た図である。

【００１９】図２を参照して説明する。レーザビームＬ
Ｂｙが偏光ビームスプリッター６に入射すると、紙面に
対して垂直な偏光成分を有するビームＬＢｍ（破線で示
す）は直進し、紙面と平行な偏光成分を有するビームＬ
Ｂｒ（点線で表す）は反射してプリズム７へ向かい、再
び偏光ビームスプリッター６で反射される。次に、ビー
ムＬＢｍとＬＢｒは第２の偏光ビームスプリッター８に
入射する。点線で示すビームＬＢｒは偏光ビームスプリ
ッター８を直進し、偏光板９を経てレンズＬ２でフォト
ディテクタ１０上に集光される。

【００２０】一方、破線で示すビームＬＢｍは偏光ビー
ムスプリッター８で反射され、λ／４板１１により円偏
光に変換された後、レンズＬ３で基板４の端面上に集光
される。基板４の端面で反射されたビームは、再びλ／
４板１１を通ることにより偏光面が紙面に対して平行と
なるので偏向ビームスプリッター８を透過し、他のλ／
４板１２で円偏光に変換される。円偏光となったビーム
ＬＢｍは、レンズＬ４で移動鏡５ａの裏面上に集光され
て反射すると、再びλ／４板１２を通ることにより偏光
面が紙面に対して垂直となるので、偏光ビームスプリッ
ター８で反射され、偏光板９を経たのちレンズＬ２によ
ってフォトディテクタ１０上に集光される。

【００２１】フォトディテクタ１０上に集光された二本
のビームＬＢｍとＬＢｒは、両者とも偏光板９を透過し
ているので、それらの偏光方向が互いに等しくなり干渉
を起こすことになる。この時、基板４の端面とレーザ干
渉計の移動鏡５ａの間の距離が変化すると、ビームＬＢ
ｍの光路長がビームＬＢｒの光路長に対して変化し、干
渉状態に変化が生じる。したがって、逆にこの干渉状態
の変化を信号処理回路１３で計測することにより、基板
４の端面と移動鏡５ａの間の距離の変化を知ることがで
きる。

【００２２】図４及び図５は、図２及び図３中のレーザ
ビームを主光線のみで表示したものである。ビームＬＢ
ｍは破線で表し、ビームＬＢｒは点線で表す。ビームＬ
Ｂｒが偏向ビームスプリッター６とプリズム７を通過す
る際のガラス中の光路長は、ビームＬＢｍに比べてΔＬ
ｇｒだけ長くなっている。一方、ビームＬＢｍが偏向ビ
ームスプリッター８、λ／４板１１，１２、レンズＬ
３，Ｌ４を通過する際のガラス中の光路長は、ビームＬ
Ｂｒに比べてΔＬｇｍだけ長くなっている。したがっ
て、ΔＬｇｒとΔＬｇｍを等しくすれば、両者にガラス
中の光路長差は生じない。さらに、ビームＬＢｒが、偏
向ビームスプリター６とプリズム７の間を通過する際の
空気中の光路長は、ビームＬＢｍに比べてΔＬａｒだけ
長くなっている。一方、ビームＬＢｍが偏向ビームスプ
リッター８と基板４の端面及びレーザ干渉計の移動鏡５
ａの間の空気中を通過する際の光路長は、ビームＬＢｒ
に比べてΔＬａｍだけ長くなっている。したがって、Δ
ＬｇｒとΔＬｇｍを等しくするとともにΔＬａｒとΔＬ
ａｍを等しくすれば、両者に光路長の差は生じない。

【００２３】このため、各光学部品の温度や空気の屈折
率が一様に変化した場合、ビームＬＢｍとＬＢｒの光路
長変化は常に等しく、基板４の端面とレーザ干渉計の移
動鏡５ａの間の距離変化を正しく計測することが可能で
ある。ここで、ビームＬＢｍをレンズＬ３で集光して基
板４の端面に入射させるようにしたのは次の理由によ
る。第１に、基板４の端面は完全な鏡面ではないため、
通常のレーザ干渉計におけるように収束しない平行ビー
ムとして入射させると、基板４の端面で反射したときビ
ームの波面すなわち位相が乱れて移動鏡５ａで反射した
ビームＬＢｒと干渉させても良好な干渉信号が得られな
いためである。この点、ビームを基板４の端面に集光し
て入射させると、入射点が完全な鏡面でなくとも反射ビ
ームに位相の乱れは生じない。第２に、ビームＬＢｍの
光軸に対して基板４の端面が傾斜していた場合、ビーム
ＬＢｍを平行ビームとすると、偏光ビームスプリッター
８で重ね合わされてレンズＬ２に進行するビームＬＢｍ
の光軸とＬＢｒの光軸が角度を持ち、良好な干渉信号が
得られないためである。基板４の端面がビームＬＢｍの
光軸に対して垂直でない場合でも、ビームＬＢｍを端面
に集光して入射させると、端面で反射したビームはレン
ズＬ３を通った後もとの方向に戻るため、レンズＬ２に
入射する２本のビームＬＢｍとＬＢｒの光軸方向がずれ
ることはない。なお、測定中に基板４が移動すると端面
への集光条件が崩れることになるが、基板４の移動量は
通常大きくても数１０ｎｍ程度であるので実用上問題は
ない。

【００２４】ここでは一方の位置ずれ計測光学系３ａに
ついてのみ説明したが、他方の位置ずれ計測光学系３ｂ
の構成も図２〜図５に示したのと全く同様であるので詳
細な説明を省略する。位置ずれ計測光学系３ａ，３ｂに
よってステージＳＴ上での基板４の位置ずれ量が測定さ
れると、以下のようにして基板４上の測定点の実座標が
求められる。

【００２５】図６に示すように、ステージＳＴ上の２次
元座標系をＸＹ（破線）で表し、基板４上の２次元座標
系をＸｍＹｍ（実線）で表す。図６では、簡単のため、
ステージ位置計測用レーザ干渉計及び位置ずれ計測光学
系は図示を省略してある。２つの座標系は測定を開始し
た時点では互いに一致しており、その後、図６に示すよ
うに、基板４がステージＳＴ上のＸＹ座標系上でＸ方向
にδＸ、Ｙ方向にδＹだけわずかに位置ずれしたものと
する。第１の位置ずれ計測光学系３ａはδＹを測定し、
第２の位置ずれ計測光学系３ｂはδＸを測定する。

【００２６】いま基板４上の点Ｐをレーザ干渉計ＬＭ
ａ，ＬＭｂを用いてＸＹ座標系で測定した測定座標を
（Ｘｐ，Ｙｐ）とすると、基板４上の点Ｐの実座標（Ｘ
ｐｍ，Ｙｐｍ）は次式により正確に求められる。 Ｘｐｍ＝Ｘｐ−δＸ Ｙｐｍ＝Ｙｐ−δＹ

【００２７】〔実施の形態２〕図７及び図８は、本発明
の第２の実施の形態を示す説明図である。図７において
図１と同じ構成部分には図１と同じ番号を付し、その詳
細な説明を省略する。この実施の形態では、図７に示す
ように、基板４の端面とレーザ干渉計ＬＭａ，ＬＭｂの
移動鏡５ａ，５ｂの間の距離変化を計測する位置ずれ計
測光学系３ａ，３ｂに加えて、移動鏡５ａと基板４の間
に同様の構成を有するもう１つの位置ずれ計測光学系１
４を設置する。

【００２８】図８は、偏波面保存光ファイバー１から位
置ずれ計測光学系１４までの光学系を、基板４側から見
た図である。ハーフプリズム２を透過して移動鏡５ａと
基板４の間を進むビームＬＢｙは、ハーフプリズム１５
によって更に２つのビームに分割される。ハーフプリズ
ム１５を透過して直進したビームは位置ずれ計測光学系
３ａへ導かれる。一方、ハーフプリズム１５によって下
方へ反射したビームは、プリズム１６，１７，１８で反
射されて位置ずれ計測光学系１４へ導かれる。

【００２９】この実施の形態によると、基板４のＹ方向
への位置ずれを２箇所の位置ずれ光学系３ａ及び１４で
計測するので、ＸＹ平面内での基板４の微小回転の量も
知ることが可能となる。

【００３０】いま、測定中に基板４がステージＳＴ上で
わずかに動き、かつわずかに回転したことにより、測定
を開始した時点では一致していたステージＳＴ上のＸＹ
座標系と基板４上のＸｍＹｍ座標系が図９のように相対
的に位置ずれしたとする。位置ずれ計測光学系３ｂで測
定された基板４のＸ方向の位置ずれ量はδＸ、位置ずれ
計測光学系３ａ，１４の計測点Ｑ１，ＱｒにおけるＹ方
向の位置ずれ量はそれぞれδＹｌ、δＹｒであったとす
る。計測点Ｑｌ，Ｑｒは互いにＷだけ離れており、両者
の中心はＸ＝０の位置にあるものとする。

【００３１】この時、基板４上の点Ｐをレーザ干渉計Ｌ
Ｍａ，ＬＭｂを用いてＸＹ座標系で測定した測定座標を
（Ｘｐ，Ｙｐ）とすると、基板４上の点Ｐの実座標（Ｘ
ｐｍ，Ｙｐｍ）は次式により正確に求められる。 Ｘｐｍ＝Ｘｐ＋（δＹｒ−δＹｌ）・Ｙｐ／Ｗ−δＸ Ｙｐｍ＝Ｙｐ−（δＹｒ−δＹｌ）・Ｘｐ／Ｗ−（δＹ
ｒ＋Ｙｌ）／２

【００３２】〔実施の形態３〕次に、本発明の第３の実
施の形態について説明する。この実施の形態は、基板を
載置するステージに基板を挟んでレーザ干渉計の移動鏡
と対向する反射体を設け、移動鏡と基板の端面の間の距
離、反射体と基板の反対側の端面の間の距離、及び移動
鏡と反射体間の距離を計測して、基板の位置ずれととも
に基板の寸法変化をも測定するものである。

【００３３】図１０は、反射体としてコーナーキューブ
を用いた例における、レーザ干渉計の移動鏡、基板及び
コーナーキューブの位置関係を示す図である。図中で
は、ステージ及び位置ずれ計測用光学系は省略した。

【００３４】基板４を載置するステージ上には、ステー
ジのＸ方向位置を測定するレーザ干渉計の移動鏡５ｂ
と、移動鏡５ｂに対向するようにコーナーキューブ１９
が設けられている。図１０には１つの移動鏡５ｂのみを
示したが、実際にはステージのＹ方向位置を測定するレ
ーザ干渉計の移動鏡も設けられており、その移動鏡に対
向するコーナーキューブも設けられている。この例で
は、レーザ干渉計の移動鏡５ｂと基板４の端面４ａとの
間の距離Ｄｘの変化δＤｘの他に、基板４の端面４ａと
反対側の端面４ｂからコーナーキューブ１９を介してレ
ーザ干渉計の移動鏡５ｂに到る距離Ｄ１の変化δＤ１、
移動鏡５ｂとコーナーキューブ１９を往復する距離Ｄ２
の変化δＤ２を位置ずれ計測光学系（レーザ干渉計）で
常に計測することにより、基板４のＸ方向の寸法変化を
測定する。

【００３５】図１１により、測定原理を説明する。図中
の破線Ｐｃはコーナーキューブ１９の頂点の位置を表し
ている。このとき、上記距離Ｄ１は、コーナーキューブ
の性質より、基板４の端面４ｂからコーナーキューブ１
９の頂点の位置Ｐｃまでの距離と、レーザ干渉計の移動
鏡５ｂからＰｃまでの距離を足したものに等しい。ま
た、上記距離Ｄ２は、レーザ干渉計の移動鏡５ｂからＰ
ｃまでの距離を２倍したものに等しい。そこで、基板４
の長さをＤｍとすると、次の式が成立する。 Ｄｍ＝Ｄ２−Ｄｘ−Ｄ１

【００３６】したがって、基板４の長さＤｍの変化δＤ
ｍは以下のようになり、δＤｘ，δＤ１，δＤ２を計測
することにより、基板４のＸ方向の寸法変化δＤｍを求
めることができる。基板４のＹ方向の寸法変化も同様に
して求めることができる。 δＤｍ＝δＤ２−δＤｘ−δＤ１

【００３７】図１２は、距離変化δＤ１を計測する光学
系を図８の矢印Ａ方向から見た図である。光学系の構成
要素は図２に示したものと同様であり、図２と同じ構成
要素には同じ番号を付して詳細な説明を省略する。ま
た、距離Ｄｘの変化δＤｘを計測する光学系も省略す
る。図２の光学系と異なるのは、λ／４板１１を通過し
たレーザビームがコーナーキューブ１９で折り返されて
からレンズＬ３へ入射し、基板４の端面４ｂに集光され
ることである。距離変化の測定原理は、図２で説明した
光学系の場合と全く同様である。

【００３８】図１３は、距離変化δＤ２を計測する光学
系を図１０の矢印Ｂ方向から見た図である。光学系の構
成要素は図２に示したものと同様であり、図２と同じ構
成要素には同じ番号を付して詳細な説明を省略する。図
２の光学系と異なるのは、λ／４板１２を通過したレー
ザビームがコーナーキューブ１９で折り返されてレンズ
Ｌ４へ入射し、再びレーザ干渉計の移動鏡５ｂに達する
ことである。距離変化の測定原理は図２で説明した光学
系の場合と全く同様である。

【００３９】ここでは、レーザ干渉計の移動鏡５ｂに対
向してステージに設けられる反射体としてコーナーキュ
ーブを用いる例について説明した。しかし、反射体はコ
ーナーキューブに限られず、反射体として、図１４に略
示するようにレンズ２０とその焦点位置に設けられた反
射板２１からなるキャッツアイを用いても全く同様の光
学系を構成することができる。

【００４０】また、反射体として平面鏡を用いることも
できる。反射体として平面鏡を用いる場合には、図１５
に略示するように、移動鏡５ｂと基板４の端面４ａの間
の距離変化δＤｘ、平面鏡２２と基板４の反対側の端面
４ｂとの間の距離変化δＤ３、及び移動鏡５ｂと平面鏡
２２の間の距離変化δＤ４を計測し、次式から基板の寸
法変化δＤｍを求めるようにしてもよい。 δＤｍ＝δＤ４−δＤｘ−δＤ３

【００４１】このように、本発明の第３の実施の形態に
よるとステージ上での基板の位置ずれに加えて基板寸法
の変化量を正確に知ることができる。したがって、マス
ク面上のパターン位置を測定中に、マスク周辺の温度変
化によりマスク全体の寸法が変化しても、測定結果を同
一温度下におけるパターン位置に正確に補正することが
容易になる。また、露光装置においても、マスクあるい
は感光基板周辺の温度変化によりマスクあるいは感光基
板全体の寸法が変化しても、その変化量を正しく知るこ
とができるので、投影光学系の倍率に補正をかけること
により、マスクのパターンを感光基板上の前層のパター
ンに対して正確に重ね合わせることが可能になる。

【００４２】図１６は、基板４が測定中にステージＳＴ
上でわずかに動き、かつわずかな回転と寸法変化を生じ
ることにより、ステージＳＴ上のＸＹ座標系と基板４上
のＸｍＹｍ座標系が相対的に位置ずれした様子を示して
いる。測定の開始時点では両座標系が互いに一致してお
り、その後、図１６に示すような位置ずれを生じたとす
る。位置ずれ計測光学系３ｂで測定された基板４のＸ方
向の位置ずれ量はδＸ、位置ずれ計測光学系３ａ，１４
の計測点Ｑ１，Ｑｒで測定されたＹ方向の位置ずれ量は
それぞれδＹｌ、δＹｒであったとする。計測点Ｑｌ，
Ｑｒは互いにＷだけ離れており、両者の中心はＸ＝０の
位置にあるものとする。さらに基板全体がＸ方向にδＤ
ｍｘの寸法変化を生じ、Ｙ方向にδＤｍｙの寸法変化を
生じたとする。基板４のＸ方向及びＹ方向の初期長さは
それぞれＤｍｘ及びＤｍｙであるとする。

【００４３】この時、基板４上の点Ｐをレーザ干渉計Ｌ
Ｍａ，ＬＭｂを用いてＸＹ座標系で測定した測定座標を
（Ｘｐ，Ｙｐ）とすると、基板４の回転角と寸法変化量
は通常非常に小さいので、基板４上の点Ｐの実座標（Ｘ
ｐｍ，Ｙｐｍ）は近似的に次式により求められる。 Ｘｐｍ＝（１−δＤｍｘ／Ｄｍｘ）・Ｘｐ＋（δＹｒ−
δＹｌ）・Ｙｐ／Ｗ−δＸ−δＤｍｘ／２ Ｙｐｍ＝（１−δＤｍｙ／Ｄｍｙ）・Ｙｐ−（δＹｒ−
δＹｌ）・Ｘｐ／Ｗ−（δＹｒ＋δＹｌ）／２＋δＤｍ
ｙ／２

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、パター
ン位置測定装置において、被測定試料であるマスクが測
定中にレーザ干渉計の移動鏡に対して位置ずれしても、
そのずれ量を常時正確に計測できるので、パターン座標
を高精度に測定することが可能となる。また、測定中
に、マスク全体の寸法が変化する場合でも、その変化量
を常時正確に計測できるので、その変化量を高精度に補
正することが可能となる。

【００４５】一方、投影露光装置において、露光を繰り
返す間にマスクや感光基板の位置がずれても、そのずれ
量を正確に計測できるので、そのずれ量に応じてマスク
や感光基板の位置に補正をかけることができる。また、
マスクや感光基板の寸法が変化しても、その変化量を正
確に計測できるので、投影光学系の倍率に補正をかける
ことで、マスクのパターンを感光基板上の前層のパター
ンに対して、正確に重ね合わせしながら露光することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す主要部の平面
図。

【図２】位置ずれ計測光学系の構成を示す詳細図。

【図３】位置ずれ計測光学系の部分構成図。

【図４】図２中のレーザビームを主光線のみで表示した
図。

【図５】図３中のレーザビームを主光線のみで表示した
図。

【図６】ステージ上で基板が位置ずれした様子を示す説
明図。

【図７】本発明の第２の実施の形態を示す説明図。

【図８】図７の一部の光学系の側面図。

【図９】ステージ上で基板が位置ずれ及び回転した様子
を示す説明図。

【図１０】本発明の第３の実施の形態を示す説明図。

【図１１】第３の実施の形態の測定原理を説明する図。

【図１２】距離変化δＤ１を計測する光学系を図１０の
矢印Ａ方向から見た図。

【図１３】距離変化δＤ２を計測する光学系を図１０の
矢印Ｂ方向から見た図。

【図１４】キャッツアイの説明図。

【図１５】第３の実施の形態の変形例を示す図。

【図１６】ステージ上で基板が位置ずれ及び回転と寸法
変化を生じた様子を示す説明図。

【図１７】従来のパターン位置測定装置を示す概略図。

【図１８】光縮小投影露光装置を示す概略図。

【符号の説明】

１…偏波面保存光ファイバー、２…ハーフプリズム、３
ａ，３ｂ…位置ずれ計測光学系、４…基板、５ａ，５ｂ
…移動鏡、６，８…偏光ビームスプリッター、９…偏光
板、１１，１２…λ／４板、１３…信号処理回路系、１
４…位置ずれ計測光学系、１５…ハーフプリズム、１９
…コーナーキューブ、３０…ステージ、３２…マスク、
３３ａ，３３ｂ…モーター、３４…レーザ、３５ａ，３
５ｂ…移動鏡、３６ａ，３６ｂ…レーザ干渉計、３７…
測定光学系、４０…ステージ、４１…縮小投影光学系、
４２…マスク、４４…レーザ、４５ａ，４５ｂ…移動
鏡、４６ａ，４６ｂ…レーザ干渉計、４９…ウエハ、Ｌ
Ｍａ，ＬＭｂ…レーザ干渉計、ＳＴ…ステージ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元座標系内で移動可能なステージ上
   に載置された基板の座標位置を測定する位置測定装置に
   おいて、 前記ステージに固定された移動鏡の移動量を計測して前
   記２次元座標系における前記ステージの座標位置を計測
   するための第１の干渉計と、前記移動鏡と前記基板との
   相対位置ずれを計測するために前記ステージ上に設けら
   れた第２の干渉計とを備え、前記第１の干渉計による計
   測値と前記第２の干渉計による計測値とに基づいて前記
   基板の座標位置を求めることを特徴とする位置測定装
   置。
2. 【請求項２】 前記第２の干渉計は、前記基板の端面に
   集光した光を入射させることを特徴とする請求項１記載
   の位置測定装置。
3. 【請求項３】 前記移動鏡は前記２次元座標系の直交す
   る２軸に各々直交して一対設けられ、前記第２の干渉計
   は一方の移動鏡に対して少なくとも１箇所、他方の移動
   鏡に対して少なくとも２箇所に設けられていることを特
   徴とする請求項１又は２記載の位置測定装置。
4. 【請求項４】 前記ステージは前記基板を挟んで前記移
   動鏡に対向する反射鏡を備え、前記第２の干渉計は前記
   移動鏡と前記反射鏡の間の距離の変化及び前記移動鏡と
   前記反射鏡の間を遮断する前記基板の長さの変化を計測
   することを特徴とする請求項１〜３記載の位置測定装
   置。
5. 【請求項５】 前記反射鏡に代えてコーナーキューブ又
   はキャッツアイを備えることを特徴とする請求項４記載
   の位置測定装置。
6. 【請求項６】 前記第２の干渉計は、参照用の光ビーム
   と測長用の光ビームの硝路長及び空気中の光路長が各々
   等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記
   載の位置測定装置。
7. 【請求項７】 前記基板はパターンが形成されたマスク
   であって、該マスクのパターン位置を計測するためのパ
   ターン位置測定装置に備えられていることを特徴とする
   請求項１〜６のいずれか１項記載の位置測定装置。
8. 【請求項８】 マスクのパターンを前記基板上に転写す
   る露光装置に備えられていることを特徴とする請求項１
   〜６のいずれか１項記載の位置測定装置。
9. 【請求項９】 前記基板はパターンが形成されたマスク
   であって、該マスクのパターンを転写する露光装置に備
   えられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか
   １項記載の位置測定装置。
10. 【請求項１０】 ステージ上に載置された基板の座標位
    置を測定する位置測定装置において、前記基板の端面に
    集光された光を入射させて前記基板の位置ずれ量を検出
    する干渉計を前記ステージ上に設けたことを特徴とする
    位置測定装置。