JPH10116759A - 位置決め方法及び露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置決め時のノイズによるスループットの低
下を防止する。 【解決手段】 基板ステージを目標位置に位置決め後、
所定のサンプリング周期Ｔｓで基板ステージの目標位置
からのずれをモニターし、所定の計測時間Ｔ内における
位置ずれの平均値が許容値内であれば位置決めが終了し
たものと判断する。位置ずれの平均値が許容範囲内にな
いときは、計測時間の起点をサンプリング周期の１周期
Ｔｓ分だけ遅延させてＴ１，Ｔ２，Ｔ３，‥‥とするこ
とにより、各時点で遅滞なく位置決め完了の判定が行え
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フィードバック制
御による位置決め方法及び露光方法に関し、特に半導体
素子や液晶表示パネル等の製造の際に使用されるステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置に適用して好適な
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子の製造にあた
っては、フォトマスクやレチクル（以下、マスクとい
う）に形成されたパターンを露光装置によってフォトレ
ジスト等の感光剤を塗布した半導体ウエハやガラスプレ
ート等の感光基板に投影露光することが行われる。露光
装置としては、マスクステージ上に保持されているマス
クに形成されたパターンを基板ステージ上に保持された
感光基板の所定領域に露光した後、基板ステージを所定
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ステップ・アンド・リピート方式
のものが多く用いられている。

【０００３】この場合、マスクや感光基板を露光装置本
体に対して高精度に位置合わせして、あるいはマスクと
感光基板同士を高精度に位置合わせして露光することが
要求される。そのため、マスクを目標となる指標に対し
て位置誤差がゼロとなるように常にサーボ駆動し、基板
ステージ移動後に基板ステージの位置変動が一定範囲内
に収束した後で露光を行っていた。

【０００４】この基板ステージの位置決めに関し、特開
昭５９−１０３１１３号公報には、目標位置にフィード
バック制御される基板ステージの目標位置と現在位置と
の誤差を所定周期のサンプリングで検出し、目標位置と
現在位置との誤差が連続して所定回数以上許容誤差範囲
内に入っているときに基板ステージの位置決めが終了し
たものと判断する方法が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】目標位置と現在位置と
の誤差が連続して所定回数以上許容誤差範囲内に入って
いるときに基板ステージの位置決めが終了したものと判
断する位置決め方法によると、目標位置と現在位置との
誤差が小さくなって位置決め完了に近づいたが許容誤差
範囲内に入っていることの確認が未だ所定の回数に達し
ないときに他部もしくは外部からの振動等の瞬間的な外
乱（ノイズ）によって一瞬、基板ステージに許容値を超
える位置ずれを発生した場合、その時点で位置誤差が許
容範囲内に入っていることの計数値はクリアされ、再び
０から計数を再開することになる。したがって、最低で
も、その時点から所定回数の計測時間、すなわちサンプ
リング周期の所定回数倍の時間が経過しないと、位置決
めが終了したものと判断できず、位置決めに時間がかか
ってしまうことがあり、露光装置のスループット低下を
招くことがあった。本発明は、このような従来技術の問
題点に鑑みてなされたもので、位置決めに要する時間を
短縮し、露光装置のスループットを向上することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、目標位置に
位置決め後、所定のサンプリング周期で基板ステージの
目標位置からのずれをモニターし、所定の計測時間内に
おける位置ずれの平均値が許容値内であれば位置決めが
終了したものと判断することで、位置決め時間が長くな
らないようにする。さらに、位置ずれの平均値が許容範
囲内にないときは、位置ずれの平均値を計算する計測時
間の起点をサンプリング周期の１周期分だけ遅延させる
ことにより、各時点で遅滞なく位置決め完了の判定が行
えるようにして、位置決め時間の短縮を図る。

【０００７】すなわち、本発明は、フィードバック制御
による位置決め方法において、目標位置と現在位置との
誤差を所定のサンプリング周期（Ｔｓ）毎に検出するス
テップ（Ｓ１１，Ｓ１２）と、サンプリング周期の整数
倍である所定の計測時間（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，‥‥）の
間に検出された誤差の絶対値の平均値を計算するステッ
プ（Ｓ１４）とを含み、平均値が許容範囲内にあれば位
置決めが完了したと判定し、平均値が許容範囲内になけ
れば計測時間の起点をサンプリング周期の１周期分（Ｔ
ｓ）だけ遅延させて各ステップを反復することを特徴と
する。

【０００８】また、本発明は、基板ステージ（１０）を
フィードバック制御により位置決め完了した後、マスク
（６）に形成されたパターンを基板ステージ（１０）に
保持された感光基板（９）上に投影露光する露光方法に
おいて、基板ステージ（１０）の目標位置と現在位置と
の誤差を所定のサンプリング周期（Ｔｓ）毎に検出する
ステップ（Ｓ１１，Ｓ１２）と、サンプリング周期（Ｔ
ｓ）の整数倍である所定の計測時間（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ
３，‥‥）の間に検出された誤差の絶対値の平均値を計
算するステップ（Ｓ１４）とを含み、平均値が許容範囲
内にあれば位置決めが完了したと判定し、平均値が許容
範囲内になければ計測時間の起点をサンプリング周期の
１周期分（Ｔｓ）だけ遅延させて各ステップを反復する
ことを特徴とする。

【０００９】本発明の位置決め方法は、現時点から所定
の計測時間だけさかのぼった期間内での位置ずれの平均
値が許容範囲内であれば位置決めが終了したものと判定
するものであるため、どの時点においても常に位置決め
完了の判定が可能である。これに対して従来の方法は、
一度でも位置ずれが許容範囲を超えると、それまでに計
数した値がクリアされ、計数再開された計数値が所定の
値になるまで位置決め終了と判定されることはないので
あるから、位置決め判定に要する時間は明らかに本発明
の位置決め方法の方が短い。

【００１０】また、他部もしくは外部からの振動等の瞬
間的な外乱（ノイズ）によって、一瞬、許容値を超える
位置ずれが生じたとしても、誤差の平均値で位置決め完
了を判定するため、瞬間的な外乱の影響を受けることな
く短時間で位置決めを行うことができる。さらに、本発
明の露光方法によると、基板ステージの位置決め時に発
生するノイズによるスループットの低下を防止すること
ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明による露光装置の
一例の概略図である。超高圧水銀灯などの光源１から発
生された露光光は、楕円反射鏡２で集光され、オプチカ
ルインテグレータ３で均一な光強度分布とされたのち、
反射ミラー４に入射する。反射ミラー４で反射された露
光光は、コンデンサレンズ５を通り、所定のパターンが
形成されたマスク６を均一に照明する。マスク６のパタ
ーンの像は、投影光学系８によって感光基板９上に形成
される。

【００１２】マスク６は、モータ等の駆動装置１４によ
って投影光学系８の光軸ＡＸに対して直交する２次元方
向に可動なマスクステージ７上に保持されている。マス
ク６上にはアライメントマークが形成されており、この
マークをマスクアライメント系１１で検出し、マスクス
テージ７を駆動することによってマスクのアライメント
が行われる。また、マスク６の２次元座標は、マスクス
テージ７に固定された移動鏡１２までの距離をレーザ干
渉計１３で計測することにより検出される。レーザ干渉
計１３及びマスクアライメント系１１の出力は主制御系
２８に供給され、駆動装置１４は主制御系２８によって
制御される。

【００１３】一方、感光基板９は、モータ等の駆動装置
２４によって投影光学系８の光軸ＡＸに対して直交する
２次元方向に可動な基板ステージ１０上に保持されてい
る。感光基板９上にもアライメントマークが形成されて
おり、このマークを感光基板アライメント系２１によっ
て検出することによって感光基板９のアライメントが行
われる。基板ステージ１０には移動鏡２２が固定されて
おり、レーザ干渉計２３で移動鏡２２までの距離を計測
することにより基板ステージ１０すなわち感光基板９の
２次元座標が検出される。レーザ干渉計２３の出力は主
制御系２８に供給されており、主制御系２８は、レーザ
干渉計２３の出力を参照してモータ等の駆動装置２４に
より基板ステージ１０を駆動することで、感光基板９上
の所定領域を投影光学系８の露光位置に移動させる。

【００１４】図２は、基板ステージ位置決め制御系の概
念図である。基板ステージ１０のＸ方向位置は移動鏡２
２Ｘの位置をレーザ干渉計２３Ｘで計測することにより
検出され、Ｙ方向位置は移動鏡２２Ｙの位置をレーザ干
渉計２３Ｙで計測することにより検出される。駆動装置
２４Ｘは基板ステージ１０をＸ方向に駆動し、駆動装置
２４Ｙは基板ステージ１０をＹ方向に駆動する。主制御
系２８は、レーザ干渉計２３Ｘ，２３Ｙの出力を参照し
て駆動装置２４Ｘ，２４Ｙを制御することにより、基板
ステージを所定の２次元位置に位置決め制御する。

【００１５】次に、基板ステージ１０を指定された座標
位置まで移動させる駆動制御について説明する。主制御
系２８は最初、駆動装置２４Ｘ，２４Ｙに速度制御指令
を発し、基板ステージ１０を指定された座標位置に向け
てＸ，Ｙ方向に一定速度で移動させる。基板ステージ１
０が指定された座標位置の少し手前に達したとき速度制
御から、指定された座標位置を目標位置とするフィード
バック制御に切り換える。図３は、基板ステージ１０を
目標位置まで移動させるフィードバック制御を行ったと
きの、位置誤差信号を模式的に示したものである。横軸
は時間である。フィードバック制御では目標位置からの
ずれ量に応じた位置誤差信号が駆動装置２４Ｘ，２４Ｙ
に供給され、基板ステージ１０の位置は振動しながら次
第に目標座標位置に収束する。

【００１６】図３と図４に示したフローチャートとを参
照して、基板ステージの位置決め制御及び位置決め完了
の判定について説明する。図４のステップ１０で基板ス
テージ１０の位置決めを開始すると、主制御系２８はＸ
方向駆動装置２４Ｘ及びＹ方向駆動装置２４Ｙによって
基板ステージ１０を目標位置にフィードバック制御しな
がら位置決め完了の判定を行う。ステップ１１におい
て、主制御系２８はレーザ干渉計２３Ｘ，２３Ｙから位
置情報を取り込む。次のステップ１２で主制御系２８
は、取り込まれた位置情報を用いて目標位置と現在位置
の位置ずれを計算し、その位置ずれ情報を主制御系２８
内の記憶装置に格納するとともに、位置ずれがゼロとな
るように駆動装置２４Ｘ，２４Ｙに駆動指令を発し、フ
ィードバック制御を行う。ステップ１１による位置情報
の取り込み、及びステップ１２による駆動制御は、図３
に示したサンプリング周期Ｔｓ毎に行われる。位置決め
開始直後は、このステップ１１からステップ１２のシー
ケンスを所定の計測時間Ｔが経過するまで繰り返し行う
（ステップ１３）。図３の例では、計測時間Ｔ（Ｔ１，
Ｔ２，Ｔ３，‥‥）はサンプリング周期Ｔｓの１０倍の
時間である。

【００１７】計測時間Ｔが経過したならば、サンプリン
グ周期Ｔｓ毎に主制御系２８内の記憶装置に格納した位
置ずれ情報の計測時間Ｔ（例えば、図３において現時点
がｔ１のとき期間Ｔ１）における平均値を計算し、ステ
ップ１４においてこの位置ずれの平均値が許容範囲内で
あるか否かを判断する。ステップ１４における判定の結
果、位置ずれの平均値が許容値より大きい場合は、ステ
ップ１６に進んで位置決めタイムアウトか否かを判定す
る。位置決めに予め定められた時間以上の時間がかかっ
ているとき、すなわち位置決めタイムアウトの場合はス
テップ１７に進んでエラー処理を行う。ステップ１６の
判定がＮＯであればステップ１１に戻ってレーザ干渉計
２３Ｘ，２３Ｙから位置情報を取り込み、ステップ１２
で位置ずれ情報の格納と駆動装置２４Ｘ，２４Ｙのフィ
ードバック制御を行った後、ステップ１３からステップ
１４に進んで位置決め完了の判定を行う。

【００１８】このとき、計測時間Ｔの起点は、先の計測
時間Ｔ１の起点より１サンプリング周期Ｔｓだけ遅延し
た時間とする。すなわち、計測時間Ｔ２における位置ず
れの平均値を計算し、それが許容範囲内であるかどうか
を判定する。この判定もＮＯであれば、再度ステップ１
１に戻り、位置情報を取り込んで位置ずれを計算し、フ
ィードバック制御を行った上で、位置ずれの平均値を計
算しなおして、再度位置ずれの誤差が許容値内であるか
を判断するシーケンスをステップ１６での判定がタイム
アウトになるまで繰り返し行う。このとき、以上の説明
から明らかなように、位置ずれの平均値を計算する期間
（計測時間Ｔ）の起点は、図３に示した期間Ｔ１，Ｔ
２，Ｔ３，‥‥のように、１サンプリング周期Ｔｓの時
間だけ順次ずれたものとなる。換言すると、位置ずれの
平均値は、常に現時点から計測時間Ｔだけさかのぼった
期間で計算される。

【００１９】ステップ１４の判定がＹＥＳのとき、位置
決めが終了したものと判断し、ステップ１５に進む。こ
の段階で主制御系２８は、シャッター駆動部２５に露光
信号を発して感光基板９の露光のためにシャッター２６
を開放することが可能となる。

【００２０】このようなシーケンスを採用することによ
って、位置決め後、実際に、基板ステージが動いている
場合は位置決めをし続けるが、図３にＮで示すように、
他部もしくは外部からの振動等の瞬間的な外乱（ノイ
ズ）によって、基板ステージが許容値を超える位置ずれ
を発生した場合でも、その影響をあまり受けず、スルー
プットの低下を防止することができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、位置決め時に発生する
ノイズによるスループットの低下を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光装置の一例の概略図。

【図２】基板ステージ位置決め制御系の概念図。

【図３】基板ステージの位置をフィードバック制御した
ときの位置誤差信号を模式的に示した図。

【図４】位置決め制御及び位置決め終了の判定の手順を
示すフローチャート。

【符号の説明】

１…光源、２…楕円反射鏡、３…オプチカルインテグレ
ータ、４…反射ミラー、５…コンデンサレンズ、６…マ
スク、７…マスクステージ、８…投影光学系、９…感光
基板、１０…基板ステージ、１１…マスクアライメント
系、１２…移動鏡、１３…レーザ干渉計、１４…駆動装
置、２１…感光基板アライメント系、２２，２２Ｘ，２
２Ｙ…移動鏡、２３，２３Ｘ，２３Ｙ…レーザ干渉計、
２４，２４Ｘ，２４Ｙ…駆動装置、２５…シャッター駆
動部、２６…シャッター、２８…主制御系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィードバック制御による位置決め方法
   において、 目標位置と現在位置との誤差を所定のサンプリング周期
   毎に検出するステップと、前記サンプリング周期の整数
   倍である所定の計測時間の間に検出された前記誤差の絶
   対値の平均値を計算するステップとを含み、前記平均値
   が許容範囲内にあれば位置決めが完了したと判定し、前
   記平均値が許容範囲内になければ前記計測時間の起点を
   前記サンプリング周期の１周期分だけ遅延させて前記各
   ステップを反復することを特徴とする位置決め方法。
2. 【請求項２】 基板ステージをフィードバック制御によ
   り位置決め完了した後、マスクに形成されたパターンを
   前記基板ステージに保持された感光基板上に投影露光す
   る露光方法において、 前記基板ステージの目標位置と現在位置との誤差を所定
   のサンプリング周期毎に検出するステップと、前記サン
   プリング周期の整数倍である所定の計測時間の間に検出
   された前記誤差の絶対値の平均値を計算するステップと
   を含み、前記平均値が許容範囲内にあれば位置決めが完
   了したと判定し、前記平均値が許容範囲内になければ前
   記計測時間の起点を前記サンプリング周期の１周期分だ
   け遅延させて前記各ステップを反復することを特徴とす
   る露光方法。