JPH10163090A

JPH10163090A - 回転制御方法及び該方法を使用するステージ装置

Info

Publication number: JPH10163090A
Application number: JP31947996A
Authority: JP
Inventors: Takashi Masuyuki; 崇舛行
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハの回転角を短時間に目標とする範囲内
に設定する。【解決手段】初期調整時において、回転ステージの回
転駆動量（エンコーダの計測値で表される）とウエハの
実際の回転角との関係を非線形な回転レートとして求め
る（ステップ１５１，１５２）。露光に際し、ロードさ
れたウエハの回転角を計測し（ステップ１０２）、この
回転角及び回転レートを用いて回転ステージを駆動した
後（ステップ１０３）、ウエハの残留回転角Δθを確認
し（ステップ１０４，１０５）、残留回転角Δθが許容
値θ_THを超えた場合は、追加された計測データを考慮し
て回転レートを再計算し（ステップ１０７）、それ以後
は再計算された回転レートを用いて回転ステージの回転
駆動量を設定し（ステップ１０３）、残留回転角Δθが
許容値θ_TH以内になるまでその動作を繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工対象物等の回
転角を制御するための回転制御方法、及びこの方法を使
用するステージ装置に関し、例えば半導体素子、撮像素
子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等
を製造するためのリソグラフィ工程で、マスクパターン
を感光基板上に転写するために使用される露光装置でそ
のマスクや感光基板の回転角を制御する場合に使用して
好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体素子等を製造する際に、
マスクとしてのレチクルのパターンを投影光学系を介し
て感光基板としてのウエハ（又はガラスプレート等）上
に転写するステッパー等の投影露光装置、又はレチクル
のパターンを直接ウエハ上に転写するプロキシミティ方
式の露光装置等の露光装置が使用されている。このよう
な露光装置では、ウエハを位置決めするためのウエハス
テージ内に、そのウエハの回転角を制御するための回転
ステージが組み込まれ、この回転ステージを介してウエ
ハの回転角を調整した後に露光が行われる。

【０００３】従来の露光装置の回転ステージには、ウエ
ハが載置されたウエハホルダを回転する回転駆動部と、
この回転駆動部による回転駆動量を計測するためのエン
コーダとが備えられ、その回転駆動部に対してはそのエ
ンコーダで検出される回転駆動量に対応した駆動信号が
供給される。例えば回転駆動部がロータリモータによっ
てスピンドルを正逆方向に回転させて、そのウエハホル
ダのアームを押し引きすることによって、そのウエハホ
ルダを回転する方式である場合、そのエンコーダとして
はそのスピンドルの回転角を検出するロータリエンコー
ダ、又はそのスピンドルの移動量を検出するリニアエン
コーダ等が使用される。従って、そのエンコーダで検出
される回転角や移動量等がその回転駆動量となり、その
エンコーダで検出される回転駆動量が目標値に達するま
でそのスピンドルが駆動される。通常その回転駆動量
は、そのエンコーダでのデジタルのカウント数Ｎで表さ
れる。

【０００４】また、一般にウエハ上には２次元的な位
置、及び回転角を検出するためのサーチアライメントマ
ークが形成されており、このサーチアライメントマーク
の位置を露光装置に備えられているアライメントセンサ
で検出することによって、そのウエハの回転角のずれ、
即ち実際の回転角θが計測できるようになっている。し
かしながら、このようにサーチアライメントマークによ
って検出されるウエハの実際の回転角は、そのエンコー
ダで検出される回転駆動量とは異なっているため、予め
そのウエハの実際の回転角θに対するそのエンコーダで
検出される回転駆動量Ｎの比の値である回転レートＲ
（＝θ／Ｎ）を求めておく必要がある。

【０００５】図７は、従来の露光装置の初期調整時及び
露光時の動作を示し、先ず図７（ａ）の初期調整時のス
テップ３０１において、回転レートＲを決定するため
に、その回転ステージの回転駆動部を複数の回転駆動量
Ｎ₁,Ｎ₂,…で駆動して、それぞれ評価用のウエハの実際
の回転角θ₁,θ₂,…が計測される。図８の一連の黒丸は
この場合の計測データの一例を示し、この図８の横軸は
エンコーダで計測される回転駆動量Ｎ（カウント数）で
あり、縦軸はウエハの実際の回転角θの計測値（μｒａ
ｄ）である。そして、図７のステップ３０２では、例え
ば最小自乗法によって、図８の一連の計測データを近似
する直線５１が決定され、この直線５１の傾きが実際の
回転角θに対する回転駆動量Ｎの比の値（回転レート
Ｒ）とされていた。言い換えると、従来は計測データを
線形近似して回転レートＲを決定していたため、従来の
回転レートＲは線形レートと言うことができる。

【０００６】その後、例えば１ロットのウエハに対して
露光を行う場合には、図７（ｂ）のステップ２０１でウ
エハの交換が行われ、次のステップ２０２のサーチアラ
イメント工程において、アライメントセンサで当該ウエ
ハ上のサーチアライメントマークの位置を検出すること
によって、ウエハステージに対するウエハの実際の回転
角θＡが計測される。それに続くステップ２０３におい
て、その計測された回転角θＡを所定の目標値（ここで
は０とする）にするように上記の回転駆動部を介してウ
エハの載置されたウエハホルダが回転される。ステップ
３０２で計算された回転レートＲを用いると、この場合
の回転駆動量は、−θＡ／Ｒで決定される。

【０００７】その後ステップ２０４で、ウエハの回転角
が目標値に対して許容範囲内に収まったかどうかを確認
するため、再びサーチアライメントによってウエハに残
存している回転角である残留回転角θＢが計測される。
そして、ステップ２０５において、その残留回転角θＢ
が目標値である０に対して所定の許容範囲内にあるかど
うかが判定される。残留回転角θＢが許容範囲内になけ
れば、再びステップ２０３に戻ってウエハの回転が行わ
れ、残留回転角θＢがその許容範囲内になるまで、ステ
ップ２０３〜２０５が繰り返される。また、ステップ２
０５において、残留回転角θＢが許容範囲内にあること
が確認された場合はステップ２０６に進み、ファインア
ライメントが実行される。

【０００８】一般に、ウエハ上の各ショット領域にはフ
ァインアライメントマーク（ウエハマーク）が付設さ
れ、これらのウエハマークの座標をアライメントセンサ
を介して計測することによって各ショット領域の配列座
標が算出される。その後、ステップ２０７において、そ
のように求められた配列座標に基づいて各ショット領域
を露光位置に位置決めして、順次露光が行われる。そし
て、１ロットの残りのウエハに対しても順次ステップ２
０１〜２０７の露光が行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
によれば、回転レートＲとしては、例えば露光装置の初
期調整時に図７のステップ３０１，３０２によって決定
された値を常時使用していたが、経時変化等による回転
駆動部の変形等により、回転駆動部における回転駆動量
と、実際のウエハの回転角との関係（回転レートＲ）が
初期の状態から変化する場合がある。このように回転レ
ートＲが変化すると、回転ステージの再調整を行わない
限り、設定された許容範囲内にウエハの残留回転角が追
い込まれるまで、図７のステップ２０３〜２０５に示す
回転角の追い込み動作と残留回転角の計測動作とが繰り
返されることになる。そのため、ウエハの回転角を補正
する時間が増加し、露光工程のスループット（生産性）
が低下するという不都合があった。

【００１０】また、回転ステージの機構によっては、回
転駆動部の回転駆動量の大小によって回転レートＲの値
が大きく異なる場合もあった。このように回転駆動量に
よって回転レートＴが異なると、最初にサーチアライメ
ントによって検出されるウエハの回転角の大小によっ
て、残留回転角が大きくなる場合が生じて、更に露光工
程のスループットが悪化するという不都合も生じてい
た。

【００１１】また、露光装置のレチクルステージにはレ
チクルの回転角を補正する機構が組み込まれており、例
えば工作機械にも被加工物を回転させるための回転ステ
ージが備えられている場合もある。このようなレチクル
ステージや工作機械等においても、レチクルや被加工物
等をできるだけ短時間に目標とする回転角に設定できる
回転ステージが望まれている。

【００１２】本発明は斯かる点に鑑み、ウエハ等の基板
の回転を行うための機構部の変形等が生じても、その基
板の回転角を短時間に目標とする範囲内に設定できる回
転制御方法を提供することを第１の目的とする。本発明
は更に、その基板の回転角が大きい場合でも、その基板
の回転角を短時間に目標とする範囲内に設定できる回転
制御方法を提供することを第２の目的とする。更に、本
発明はそのような回転制御方法が実施できるステージ装
置を提供することをも目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による回転制御方
法は、位置合わせ用マーク（１７Ｙ，１７θ）が形成さ
れた基板（Ｗ）を保持する基板保持部（４，５）と基板
（Ｗ）又は基板保持部（４，５）よりなる回転対象物を
回転（正逆何れの方向への回転を含む）する回転手段
（１３〜１５）とを用いて、基板（Ｗ）の回転角を制御
する回転制御方法において、回転手段（１３〜１５）に
おける回転駆動量と基板（Ｗ）の回転角との関係を回転
制御関係（回転レート等）として予め決定しておき（ス
テップ１５１，１５２）、その後回転手段（１３〜１
５）を介してその回転対象物を回転したときのこの回転
手段における回転駆動量と基板（Ｗ）の位置合わせ用マ
ーク（１７Ｙ，１７θ）に基づいて計測される実際の回
転角とに基づいてその回転制御関係を補正し（ステップ
１０４〜１０７）、次に、その回転手段を介してその回
転対象物を回転する際に、その補正された回転制御関係
に基づいて回転駆動量を設定する（ステップ１０３）も
のである。

【００１４】斯かる本発明によれば、予め決定されてい
る回転制御関係に基づいて回転手段（１３〜１５）を介
してその回転対象物を回転したときに、その基板の実際
の回転角が計測され、この計測結果に基づいてその回転
制御関係が補正される。即ち、その回転対象物を回転す
る毎に学習機能によってその回転制御関係が次第に補正
される。従って、経時変化等によって回転手段（１３，
１４，１５）等の機構部の変形等が生じても、その回転
制御関係は補正されるため、その基板の回転角は短時間
に目標とする範囲内に設定される。

【００１５】この場合、その補正された回転制御関係と
して、回転手段（１３〜１５）における回転駆動量と基
板（Ｗ）の実際の回転角との間の非線形な係数を使用す
ることが望ましい。即ち、その回転手段における回転駆
動量の大小によって、基板（Ｗ）の実際の回転角θに対
するその回転駆動量Ｎの比の値である回転レートＲ（＝
θ／Ｎ）が変化するような場合には、実際にその回転対
象物を回転したときの回転駆動量Ｎを対応する実際の回
転角θの２次以上の関数、又はスプライン関数等で近似
すればよい。例えば回転駆動量Ｎを次のように回転角θ
の２次関数ｆ２（θ）で近似したときには、最小自乗法
等によって係数ａ，ｂ，ｃの値が決定され、これらの係
数ａ，ｂ，ｃがその非線形な係数となる。

【００１６】Ｎ＝ｆ２（θ）＝ｃθ²＋ｂθ＋ａ（１）この場合、目標とする回転角がθ’であるときには、そ
の回転手段における回転駆動量Ｎは、（１）式よりｆ２
（θ’）となる。これによって残留回転誤差が減少する
ため、その基板の回転角が大きい場合でも、その基板の
回転角を短時間に目標とする範囲内に設定できる。

【００１７】また、回転手段（１３〜１５）を介して複
数回その回転対象物を回転したときのその回転手段にお
ける回転駆動量と、それぞれ対応して基板（Ｗ）の位置
合わせ用マーク（１７Ｙ，１７θ）に基づいて計測され
る実際の回転角とに基づいてその回転制御関係を補正す
ることが望ましい。これは、それまでの複数回の実測デ
ータを使用し、且つそれら複数回の実測データの以前の
実測データや初期調整時の実測データを無視してその回
転制御関係を求めることを意味する。これによって、過
去の実測データが次第に使用されなくなるため、最新の
実測データに基づいてその回転制御関係を正確に求める
ことができ、回転に要する時間が短縮される。

【００１８】また、その回転制御関係の補正は、回転手
段（１３〜１５）における回転駆動量の予め定められた
範囲内で行われることが望ましい。特に上述のように過
去の複数回の実測データのみを用いてその回転制御関係
を補正する場合、あまり使用しない回転駆動量の範囲で
の実測データは少ないため、あまり使用しない回転駆動
量の範囲では却ってその回転制御関係の精度が低下する
恐れがある。そこで、通常あまり使用しないような範
囲、即ちその回転駆動量の予め定められた範囲の外では
学習機能を制限することによって、その回転制御関係の
精度低下が防止できる場合がある。

【００１９】次に、本発明によるステージ装置は、位置
合わせ用マーク（１７Ｙ，１７θ）が形成された基板
（Ｗ）を保持する基板保持部（４，５）と、位置合わせ
用マーク（１７Ｙ，１７θ）に基づいて基板（Ｗ）の実
際の回転角を計測する回転角計測手段（１２）と、基板
（Ｗ）又は基板保持部（４，５）よりなる回転対象物を
回転する回転手段（１３〜１５）と、この回転手段にお
ける回転駆動量と基板（Ｗ）の回転角との関係を回転制
御関係として記憶する記憶手段（１０ａ）と、回転手段
の制御手段（１０）と、を備え、この制御手段は、記憶
手段（１０ａ）に記憶された回転制御関係に基づいて回
転手段（１３〜１５）を介してその回転対象物を回転す
ると共に、その回転対象物を回転したときの回転手段
（１３〜１５）における回転駆動量と、回転角計測手段
（１６）によって計測される基板（Ｗ）の実際の回転角
とに基づいてその回転制御関係を補正するものである。

【００２０】斯かる本発明のステージ装置によれば、基
板（Ｗ）の実際の回転角に基づいてその記憶手段（１０
ａ）に記憶された回転制御関係を補正できるため、上述
の本発明の回転制御方法が実施できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図１〜図６を参照して説明する。本例は、ステッ
パー型の投影露光装置でウエハステージに載置されたウ
エハの回転角を補正する場合に本発明を適用したもので
ある。図２は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、
この図２において、露光時には照明光学系１からの露光
光ＩＬによってレチクルＲが照明され、その露光光ＩＬ
のもとでレチクルＲのパターンの像が投影光学系３を介
して、フォトレジストが塗布されたウエハＷの各ショッ
ト領域に投影される。以下、投影光学系３の光軸ＡＸに
平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図２の紙面に
平行にＸ軸を、図２の紙面に垂直にＹ軸を取って説明す
る。

【００２２】レチクルＲは、このレチクルＲをＸ方向、
Ｙ方向、回転方向（θ方向）に位置決めするレチクルス
テージ２上に真空吸着によって保持されている。一方、
ウエハＷはウエハホルダ４上に真空吸着によって保持さ
れ、ウエハホルダ４は回転板５上に固定され、回転板５
はＺチルトステージ６上に回転自在に載置され、Ｚチル
トステージ６はＸＹステージ７上に載置されている。Ｚ
チルトステージ６は、ウエハＷのＺ方向の位置（フォー
カス位置）、及び傾斜角を補正し、ＸＹステージ７は不
図示の定盤上でＸ方向、Ｙ方向にウエハＷの位置決めを
行う。これらのウエハホルダ４、回転板５、Ｚチルトス
テージ６、及びＸＹステージ７等からウエハステージが
構成されている。また、回転板５には回転アーム１３が
取り付けられ、この回転アーム１３を動かすための駆動
モータ１４がＺチルトステージ６上に固定されている。

【００２３】図３は、図２のウエハステージの平面図で
あり、この図３において、ウエハホルダ４の底部の回転
板５に突設された回転アーム１３は、ほぼＸ軸に平行に
伸びており、駆動モータ１４に対してＹ軸に平行に連結
されたスピンドル１４ａの先端が回転アーム１３の先端
部側面に突き当てられている。スピンドル１４ａは、駆
動モータ１４によってＹ方向に進退自在に駆動され、不
図示のばね機構によって回転アーム１３はスピンドル１
４ａ側に付勢されている。スピンドル１４ａによって回
転アーム１３の先端部のＹ方向への変位量を制御するこ
とによって、回転板５（ウエハＷ）は回転軸Ｐを中心と
して時計方向、又は反時計方向に回転される。

【００２４】そして、Ｚチルトステージ６上で回転アー
ム１３に関して駆動モータ１４とほぼ対称な位置にリニ
アエンコーダ１５が固定され、スピンドル１４ａと対向
するようにリニアエンコーダ１５のＹ軸に平行な可動子
１５ａが回転アーム１３の先端部側面に押し付けられ、
リニアエンコーダ１５は可動子１５ａの変位を例えば１
０ｎｍ程度の分解能で検出し、検出した変位をデジタル
の計数値Ｃとして主制御装置１０に供給する。その計数
値Ｃに分解能を乗じて得られる量が回転アーム１３の先
端部のＹ方向への変位である。本例の回転板５は、回転
軸Ｐを中心として例えば±数１００μｒａｄ程度の範囲
内で回転するものであるため、回転アーム１３の先端部
がスピンドル１４ａや可動子１５ａから外れることはな
い。回転アーム１３、駆動モータ１４、及びリニアエン
コーダ１５より本例の回転ステージ（θステージ）が構
成されている。

【００２５】本例の回転ステージの動作は、装置全体の
動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御装置１
０によって制御されている。即ち、主制御装置１０に接
続されたメモリ１０ａには、回転板５（ウエハＷ）の回
転角の目標値を、リニアエンコーダ１５で検出される計
数値Ｃの目標値に換算するための回転レートの情報が回
転制御関係として格納されている。そして、主制御装置
１０はそのメモリ１０ａから読み出した回転レートの情
報を用いてリニアエンコーダ１５での計数値Ｃの目標値
Ｃ_ALを求め、この目標値Ｃ_ALに対応する駆動データを回
転駆動系１６に供給し、回転駆動系１６はこの駆動デー
タに対応する駆動信号を駆動モータ１４に供給する。主
制御装置１０は、リニアエンコーダ１５から供給される
計数値Ｃがその目標値Ｃ_ALに達するまで、閉ループ方式
で回転駆動系１６を介して駆動モータ１４を駆動する。
そこで、以下ではそのリニアエンコーダ１５で検出され
る計数値Ｃ（カウント数）を、駆動モータ１４の回転駆
動量Ｎとみなす。

【００２６】図２に戻り、Ｚチルトステージ６の上端に
は移動鏡８が固定され、この移動鏡８及び外部のレーザ
干渉計９によって計測されるＺチルトステージ６（ウエ
ハＷ）のＸ座標、及びＹ座標が主制御装置１０に供給さ
れ、主制御装置１０は供給された座標に基づいてウエハ
ステージ駆動系１１を介してＸＹステージ７の位置決め
動作を制御する。このようにレーザ干渉計９で計測され
るＸ座標及びＹ座標よりなる座標系を、ウエハステージ
の座標系（Ｘ，Ｙ）と呼ぶ。また、ウエハＷの表面のフ
ォーカス位置、及び傾斜角を検出するフォーカス位置検
出系（不図示）が備えられ、露光時にこのフォーカス位
置検出系の検出結果に基づいてサーボ方式でＺチルトス
テージ６を駆動することによって、ウエハＷの表面が常
に投影光学系８の像面に合わせ込まれた状態で、ウエハ
Ｗの各ショット領域にレチクルＲのパターン像が転写さ
れる。

【００２７】また、本例の投影露光装置の投影光学系３
の側面にはオフ・アクシス方式で、且つ画像処理方式
（以下、「ＦＩＡ（Field Image Alignment)方式」と呼
ぶ）のアライメントセンサ１２が設置されている。即
ち、アライメントセンサ１２は、例えばハロゲンランプ
等の光源からの照明光ＬＡでウエハＷ上のアライメント
マークを照明して、そのアライメントマークの像を撮像
し、この撮像信号を主制御装置１０に供給する。主制御
装置１０では、その撮像信号を処理してアライメントセ
ンサ１２内の基準点に対するそのアライメントマークの
位置ずれ量を求め、この位置ずれ量とレーザ干渉計９で
計測される座標とを用いてそのアライメントマークのＸ
座標、及びＹ座標を求める。ウエハＷ上には、大まかな
アライメント（サーチアライメント）を行うためのマー
クが形成され、これらの内の所定のマークの位置をアラ
イメントセンサ１２を介して検出することによって、ウ
エハＷの実際の回転角がモニタできる。

【００２８】即ち、図３のウエハホルダ４上に保持され
たウエハＷの表面には、ほぼＹ方向に所定ピッチで配列
されたライン・アンド・スペースパターンからなる２つ
のサーチアライメントマーク１７Ｙ及び１７θ（図３で
は１本の線状パターンで表されている）と、サーチアラ
イメントマーク１７Ｙを９０°回転した形状のＸ軸のサ
ーチアライメントマーク１７Ｘとが形成され、サーチア
ライメントマーク１７Ｙ及び１７θはＹ方向の位置がほ
ぼ同じでＸ方向の間隔が大きくなるように配置されてい
る。この場合、ウエハＷの外周にはノッチＮＰが形成さ
れ、ウエハＷをウエハホルダ４上に載置する際のプリア
ライメントによって、そのノッチＮＰがほぼ−Ｙ方向を
向くように、且つウエハＷの中心がウエハホルダ４の中
心、即ち回転板５の回転軸Ｐにほぼ合致するように、ウ
エハＷの位置及び回転角が設定されている。これによっ
て、ウエハＷをウエハホルダ４上に載置した段階で、サ
ーチアライメントマーク１７Ｙ及び１７θはそれぞれ計
測方向（ピッチ方向）がほぼＹ方向に設定される。

【００２９】そして、サーチアライメント時に、ＸＹス
テージ７を駆動して順次アライメントセンサ１２の観察
視野内にサーチアライメントマーク１７Ｙ及び１７θが
移動されて、それぞれサーチアライメントマーク１７Ｙ
及び１７θのＹ座標Ｙ１及びＹ２が計測される。これら
２つのマークのＸ方向の間隔をＬＸとすると、ウエハス
テージの座標系（Ｘ，Ｙ）のＸ軸に対するウエハＷの実
際の回転角θは、ほぼ次のように計算できる。

【００３０】θ≒（Ｙ１−Ｙ２）／ＬＹ（２）また、その２つのＹ座標Ｙ１，Ｙ２の平均値よりウエハ
Ｗの中心のＹ座標が算出される。更に、アライメントセ
ンサ１２によってＸ軸のサーチアライメントマーク１７
ＸのＸ座標を検出することによって、ウエハＷの中心の
Ｘ座標が検出される。また、ウエハＷ上にはほぼＸ方
向、Ｙ方向に所定ピッチで多数のショット領域ＳＡが形
成され、これらのショット領域ＳＡにそれぞれ最終的な
アライメント（ファインアライメント）用のウエハマー
クが付設されている。これらのウエハマークの位置も例
えばアライメントセンサ１２を介して検出される。

【００３１】さて、ウエハＷ上の各ショット領域に対し
て図２のレチクルＲのパターンを重ね合わせ露光する際
には、各ショット領域の回転角、即ちウエハＷの回転角
をレチクルＲの回転角に正確に合わせておく必要があ
る。また、通常レチクルの交換時にはレチクルアライメ
ント工程によって、図２において、例えばＺチルトステ
ージ６上に固定された基準マーク板（不図示）、即ちウ
エハステージの座標系（Ｘ，Ｙ）に対してレチクルＲの
位置及び回転角が合わせ込まれる。そこで、重ね合わせ
精度を高めるために、ウエハＷの回転角もウエハステー
ジの座標系（Ｘ，Ｙ）において、目標値に対して許容範
囲内に収める必要がある。

【００３２】以下では、ウエハの回転角を補正して露光
を行う際の動作の一例につき図１のフローチャートを参
照して説明する。この場合、予め投影露光装置の初期調
整時に図３の回転ステージにおける回転レートが求めら
れる。即ち、図１（ａ）は、初期調整時における回転レ
ートの決定方法を示し、この図１（ａ）のステップ１５
１において、回転レート算出のための計測を行う。具体
的に、図３のウエハホルダ４上にサーチアライメントマ
ーク１７Ｙ，１７θが形成された評価用のウエハを載置
して、図２（ａ）の回転モータ１４による回転ステージ
の回転駆動量Ｎ、即ちリニアエンコーダ１５で検出され
る計数値を段階的に変化させ、それぞれの回転駆動量Ｎ
において、アライメントセンサ１２を介してサーチアラ
イメントマーク１７Ｙ，１７θのＹ座標を検出すること
によって、その評価用のウエハの回転角θを計測する。
それに続くステップ１５２において、主制御装置１０で
回転レートを計算し、計算された回転レートの情報をメ
モリ１０ａに格納する。

【００３３】図４は、初期調整時における回転ステージ
の回転駆動量Ｎに対するウエハの実際の回転角θの一連
の計測データ３１を示し、図４の横軸はリニアエンコー
ダ１５の計数値で表される回転駆動量Ｎ（カウント
数）、縦軸はアライメントセンサ１２を介して検出され
るウエハの回転角θ（μｒａｄ）を表す。この回転角θ
は、例えば反時計周りの方向を正の符号とし、図３の回
転アーム１３がＸ軸に平行な状態での回転駆動量Ｎを０
として、この状態でのウエハの回転角θを０としてい
る。この図４の結果は従来例の図８に示す計測データと
同じものであるが、本例においては、各計測データを線
形近似せず、曲線近似してその関数を求める。その関数
としては２次以上の高次関数、又はスプライン関数等を
用いることができる。一例として、図４の一連の計測デ
ータ３１を３次関数（Ｎ＝ｆ（θ））で近似するものと
する。関数ｆ（θ）の各次数の係数をａ〜ｄとすると、
次のようになる。

【００３４】Ｎ＝ｆ（θ）＝ｄθ³＋ｃθ²＋ｂθ＋ａ（３）なお、それらの計測データを回転駆動量Ｎの関数（θ＝
ｇ（Ｎ））で近似してもよいが、ここでは後処理の容易
さを考慮して（Ｎ＝ｆ（θ））の形式を使用している。
（３）式の未知の係数ａ〜ｄは４個であるため、計測デ
ータが４個あればそれらの係数の値は決定できる。実際
には計測データは図４の例では１３個あるため、最小自
乗法によってそれらの計測データに対する誤差が全体と
して最も小さくなるように係数ａ〜ｄの値を決定する。
このように決定された関数（Ｎ＝ｆ（θ））に対応する
曲線２０が図４に示されている。この結果、ウエハの回
転角θに対するその回転ステージの回転駆動量Ｎの比の
値である回転レートＲ（θ）（＝θ／Ｎ）は、非線形な
関数θ／ｆ（θ）となる。このように非線形な関数で表
される回転レートを「非線形レート」と呼ぶ。そこで、
図３のメモリ１０ａには、回転レートＲ（θ）の情報と
して、関数θ／ｆ（θ）と係数ａ〜ｄの値とが記憶され
る。更に、メモリ１０ａには、図４の一連の計測データ
３１の回転駆動量Ｎ、及び回転角θも格納される。主制
御装置１０では、その非線形レートの情報に基づいて実
際の露光時におけるウエハの回転角を制御する。

【００３５】図１（ｂ）は、１ロットのウエハに対して
順次回転補正を行って露光を行う場合のフローチャート
を示し、この図１（ｂ）のステップ１０１において、ウ
エハの交換が行われ、図２のウエハホルダ４上に次に露
光されるウエハＷがロードされる。なお、一例としてウ
エハＷが載置される前に、図３の回転ステージの回転ア
ーム１３をＸ軸に平行にしておく、即ち、リニアエンコ
ーダ１５での計数値（回転駆動量）を０にしておく。次
に、ステップ１０２において、ウエハＷのサーチアライ
メント、即ちウエハＷの中心のＸ座標、Ｙ座標、及びウ
エハＷの回転角の計測が行われる。具体的に、図３のウ
エハＷ上のサーチアライメントマーク１７Ｙ，１７θの
Ｙ座標、及びサーチアライメントマーク１７ＸのＸ座標
が順次アライメントセンサ１２を介して計測され、主制
御装置１０ではサーチアライメントマーク１７Ｙ，１７
θのＹ座標のずれ量よりウエハＷのＸ軸に対する回転角
（θ_W1とする）を算出する。ここではウエハＷのＸ軸に
対する回転角の追い込み目標値は０であるとする。これ
と共に、ウエハＷの中心のＸ座標、Ｙ座標も検出され
る。

【００３６】次のステップ１０３において主制御装置１
０は、初期調整時に求めてメモリ１０ａに記憶されてい
る回転レートＲ（θ）の情報に基づいて、ウエハＷの回
転角を目標値（＝０）に追い込むために、回転ステージ
の駆動モータ１４にどの位いの回転駆動量を与えればよ
いかを決定する。具体的に、その回転レートＲ（θ）
は、（３）式の関数ｆ（θ）を用いてθ／ｆ（θ）であ
り、ウエハＷの回転角を０にするには、ウエハＷを−θ
_W1だけ回転すればよいため、駆動モータ１４の回転駆動
量Ｎ１は次のようになる。

【００３７】Ｎ１＝−θ_W1／Ｒ（−θ_W1）＝ｆ（−θ_W1）（４）この式は（３）式のθに−θ_W1を代入したものであり、
係数ａ〜ｄを用いて容易に計算できる。主制御装置１０
では、（４）式の回転駆動量Ｎ１を図３の駆動モータ１
４の回転駆動量として設定する。そして、主制御装置１
０は、リニアエンコーダ１５での計測値がほぼその回転
駆動量Ｎ１になるまで、駆動モータ１４を介してウエハ
Ｗを回転する。即ち、リニアエンコーダ１５での計測値
がその回転駆動量Ｎ１に対して所定の許容範囲内に入っ
たときに駆動モータ１４が停止して、そのときのリニア
エンコーダ１５での計数値（これも回転駆動量Ｎ１とす
る）が記憶される。

【００３８】次に、ステップ１０４において、先のステ
ップ１０２と同様にアライメントセンサ１２を用いてウ
エハＷの回転角を確認する。即ち、アライメントセンサ
１２でウエハＷ上の２つのサーチアライメントマーク１
７Ｙ，１７θのＹ座標を検出して、ウエハＷの回転角
（θ_W2とする）を検出する。このときのウエハＷの回転
角の差分（θ_W2−θ_W1）が、駆動モータ１４での回転駆
動量Ｎ１に対応する実際の回転角θ１となり、この実際
の回転角θ１が回転駆動量Ｎ１に対応してメモリ１０ａ
に記憶される。そして、ステップ１０５において、主制
御装置１０はウエハＷの残留回転角Δθを算出する。本
例では、ウエハＷの回転角の目標値は０であり、ステッ
プ１０４で検出されるウエハＷの回転角はθ_W2であるた
め、残留回転角Δθはθ_W2そのものとなる。

【００３９】次のステップ１０６において、残留回転角
Δθが予め定められた許容値θ_THの範囲内にあるかどう
かの判定が行われる。残留回転角Δθが許容値θ_THを超
えている場合は、ステップ１０７に進んで回転レートの
再計算が行われ、ステップ１０６で残留回転角Δθが許
容値θ_TH以下である場合は、ステップ１０８に進んでフ
ァインアライメントが行われる。

【００４０】即ち、ステップ１０７で主制御装置１０
は、初期調整時の計測データにステップ１０４で記憶さ
れた計測データを組み入れて、回転レートを再計算す
る。図５は、図４の初期調整時の計測データ３１の一部
の計測データ３２Ａ〜３２Ｄ、及びステップ１０４で記
憶された計測データ２２を示し、この図５において、計
測データ２２での回転ステージの回転駆動量ＮはＮ１、
ウエハの回転角θはθ１である。この例では、計測デー
タ２２は元の計測データ３２Ａ〜３２Ｄから求められる
曲線２０に対してかなり上方向にずれている。そこで、
主制御装置１０は、図４の１３個の計測データに図５の
１個の計測データ２２を加えた１４個の計測データよ
り、最小自乗法で（３）式の関数ｆ（θ）の係数ａ〜ｄ
の値を決定する。このように新たに決定された係数を有
する関数ｆ（θ）をｆ’（θ）とする。図５には、関数
（Ｎ＝ｆ’（θ））に対応する曲線２１が示されている
が、この曲線２１は元の関数（Ｎ＝ｆ（θ））に対応す
る曲線２０に比べて、計測データ２２側にずれている。
この結果、再計算後の回転レートＲ（θ）は、非線形な
関数θ／ｆ’（θ）となり、図３のメモリ１０ａには、
再計算後の回転レートＲ（θ）の情報として、関数θ／
ｆ’（θ）と係数ａ〜ｄの再計算後の値とが記憶され
る。この再計算後の回転レートＲ（θ）がこれ以後にウ
エハを回転する場合に使用される。

【００４１】そして、動作はステップ１０７からステッ
プ１０３に戻り、残留回転角Δθを目標値（＝０）にす
るように図３の回転ステージでの回転駆動量が設定され
る。一例として、図５の曲線２１の回転駆動量Ｎ１での
回転角θをθ１’とすると、この回転角θ１’から残留
回転誤差Δθを差し引いた値（θ１’−Δθ）が目標と
する回転角となる。この場合、回転レートＲ（θ）は、
θ／ｆ’（θ）であるため、ウエハＷの残留回転角を０
にするための駆動モータ１４の回転駆動量Ｎ２は次のよ
うになる。

【００４２】Ｎ２＝ｆ’（θ１’−Δθ）（５）なお、近似的にはステップ１０３で回転駆動量を設定す
る段階で図５において回転駆動量Ｎが０であるとみなし
て、（５）式の代わりにｆ’（−Δθ）を新たな回転駆
動量Ｎ２としてもよい。これでも、残留回転誤差は確実
に小さくなるからである。そして、主制御装置１０は、
リニアエンコーダ１５での計測値がほぼその回転駆動量
Ｎ２になるまで、駆動モータ１４を介してウエハＷを回
転する。その後、ステップ１０４〜１０６が繰り返され
て残留回転誤差Δθが許容値θ_THと比較され、残留回転
角Δθが許容値θ_THの範囲内に収まるまでステップ１０
７，１０３〜１０６が繰り返される。残留回転角Δθが
許容値θ_TH内に収まったときに動作はステップ１０８に
進む。

【００４３】ステップ１０８はファインアライメント工
程であり、ウエハＷ上の各ショット領域の配列座標が求
められる。本例では、ウエハＷ上から選択された所定個
数のショット領域（サンプルショット）に付設されたウ
エハマークの座標位置をＦＩＡ方式のアライメントセン
サ１２により計測し、この計測結果を統計処理してウエ
ハ上の各ショット領域の配列座標を算出するエンハンス
ト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式で、各シ
ョット領域の配列座標を求める。そして、ステップ１０
９において、ウエハＷ上の各ショット領域をその配列座
標に基づいて露光位置に位置決めしながら露光を行い、
すべてのショット領域の露光が終了後、ステップ１１０
で１ロットの全てのウエハの露光が終了したかどうかが
判定され、残りのウエハがある場合は再びステップ１０
１に戻り、全てのウエハの露光が終了するまでステップ
１０１〜１１０が繰り返される。

【００４４】この際に本例では各ウエハについて、ステ
ップ１０６で残留回転角Δθが許容値θ_THを超える毎に
新たな計測データが追加され、追加された計測データを
含めてステップ１０７で回転レートの再計算が行われ、
それ以降に回転ステージの回転駆動量を設定する際に
は、最新の回転レートが使用される。言い換えると、回
転ステージの経時変化による変形等によって初期の回転
レートが変化していても、学習機能によって逐次更新さ
れる回転レートが使用されるために各ウエハで残留回転
誤差が減少し、図１におけるステップ１０３〜１０７の
繰り返し数が少なくなり、ウエハの回転角の補正を短時
間に行うことができる。従って、露光工程のスループッ
トが向上する。

【００４５】また、本例によれば露光するウエハの枚数
が増えるに従って加速度的に回転レートの精度が向上す
る。図６は、多数のウエハについて露光を行った後に得
られる回転ステージの回転駆動量Ｎと対応するウエハの
回転角θの計測データの他の例を示し、この図６の横軸
はリニアエンコーダ１５で検出される回転駆動量Ｎ（カ
ウント数）、縦軸はウエハの回転角θ（μｒａｄ）であ
る。また、計測データ３２Ａ〜３２Ｄは初期調整時の計
測データであり、実線の曲線２０はこれらの計測データ
３２Ａ〜３２Ｄを近似する関数（Ｎ＝ｆ（θ））に対応
している。更に、計測データ３３Ａ〜３３Ｆは、実際の
露光の際に集積された計測データであり、最終的に計測
データ３２Ａ〜３２Ｄ、及び計測データ３３Ａ〜３３Ｆ
を近似する関数に対応する曲線は点線の曲線２４となっ
ており、回転レートの精度は急速に向上している。

【００４６】なお、例えば図４において、計測データは
曲線２０で近似されているが、各計測データ（回転駆動
量Ｎ，回転角θ）をテーブルとして記憶し、これらの計
測データの間については両端の計測データを直線で補間
するようにしてもよい。これは計測データを折れ線で結
ぶことを意味している。また、上述の実施の形態では初
期調整時から最新の計測データまでの全データを用いて
回転レートを再計算しているが、初期調整時から新たに
追加された計測データが所定の個数ｍ（ｍは例えば４以
上の整数）以上となっている場合に、それまでのｍ個の
最新の計測データのみに基づいて回転レートを再計算す
るようにしてもよい。これにより、初期調整時等の古い
計測データの回転レートに対する影響が低下し、回転レ
ートが実際の特性により近くなる。

【００４７】また、上述の実施の形態では例えば図４の
回転駆動量Ｎの機構的な上限及び下限の間の全範囲（有
効ストローク内）で回転レートの学習機能を有効にして
いる。しかしながら、実際には、図４において回転駆動
量Ｎが−ＮＡ〜ＮＡの範囲外となる領域では、露光中に
新たな計測データは殆ど蓄積されない。そこで、回転レ
ートの学習機能を持たせるのは、回転駆動量Ｎが−ＮＡ
≦Ｎ≦ＮＡとなる範囲内のみに限定してもよい。これ
は、新たに得られる計測データの内で回転駆動量Ｎが−
ＮＡ≦Ｎ≦ＮＡとなるものは有効として、回転駆動量
Ｎが−ＮＡ〜ＮＡの範囲外となるものは無視することを
意味する。

【００４８】特に上述の変形例のように最新のｍ個の計
測データのみから回転レートの再計算を行う場合には、
回転駆動量Ｎが−ＮＡ〜ＮＡの範囲外となるデータは無
くなる恐れがある。そこで、このように最新のｍ個の計
測データのみから回転レートの再計算を行う場合には、
回転駆動量Ｎが−ＮＡ〜ＮＡの範囲外となる領域では初
期調整時の計測データを使用することによって、回転駆
動量Ｎが大きい範囲での回転レートの精度低下が防止で
きる。

【００４９】また、上述の実施の形態では回転レートと
して非線形レートを用いる方法と、学習機能によって回
転レートを再計算する方法とを併用しているが、回転レ
ートとして非線形レートを用いるだけでもよい。これに
よって、１回目の残留回転角が減少してウエハの回転角
の補正に要する時間が短縮される。同様に、回転レート
を線形として、学習機能によってその線形な回転レート
の値を次第に補正するだけとしてもよく、これによって
ウエハの回転角の補正に要する時間が短縮される。

【００５０】また、上述の実施の形態ではアライメント
センサ１２として、ＦＩＡ方式のアライメントセンサを
使用したが、レーザ光をウエハ上のドット列状のアライ
メントマークに照射し、そのマークにより回折又は散乱
された光を用いてそのマークの位置を検出するＬＳＡ
（Laser Step Alignment）方式等のアライメントセンサ
を使用してもよい。

【００５１】更に、図３では駆動モータ１４は閉ループ
制御で駆動されているが、例えば駆動モータ１４として
パルスモータを使用し、このパルスモータを開ループ制
御で駆動してもよい。この際には、リニアエンコーダ１
５を省いて、回転板５（ウエハＷ）の回転角に対するパ
ルスモータの駆動パルス数（回転駆動量）の関係を回転
制御関係として求め、この回転制御関係に基づいてその
パルスモータの駆動パルス数を設定すればよい。

【００５２】また、本発明は投影露光装置のレチクルス
テージにも適用でき、更にステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置や、プロキシミティ方式の露光装置
等でウエハやレチクルの回転角を補正する場合にも適用
できる。また、露光装置に限らず、工作機械の回転テー
ブル等にも同様に適用できる。このように、本発明は上
述の実施の形態に限定されず、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。

【００５３】

【発明の効果】本発明の回転制御方法によれば、予め決
定されている回転制御関係をその後に学習される回転手
段の回転駆動量と、基板の実際の回転角との関係に基づ
いて補正しているので、経時変化等によってその回転手
段等の機構部に変形等が生じてその回転制御関係が変化
しても、その基板の回転角を短時間に目標とする範囲内
に設定できる利点がある。従って、本発明を露光装置の
ウエハステージに適用すると、ウエハの回転補正に要す
る時間が短縮され、露光工程のスループットが向上す
る。また、回転制御関係の精度が向上するため、例えば
残留回転角の許容値を小さく設定できるため、その基板
の回転角の制御精度も向上する。

【００５４】また、補正後のその回転制御関係として、
その回転手段における回転駆動量とその基板の実際の回
転角との間の非線形な係数を使用する場合には、その基
板の回転角が大きい場合であっても、その基板の回転角
を短時間に目標とする範囲内に設定できる利点がある。
また、その回転手段を介して複数回その回転対象物を回
転したときのその回転手段における回転駆動量と、それ
ぞれ対応してその基板の位置合わせ用マークに基づいて
計測される実際の回転角とに基づいて回転制御関係を補
正する場合には、予め決定されている回転制御関係の影
響が低下し、最新の回転制御関係に基づいて回転制御が
行われるため、より短時間にその基板の回転角を目標と
する範囲内に設定できる利点がある。

【００５５】また、その回転制御関係の補正が、その回
転手段における回転駆動量の予め定められた範囲内で行
われる場合には、その回転手段の回転駆動量があまり使
用されない範囲では学習機能が働かないため、その回転
手段の回転駆動量があまり使用されない範囲でのその回
転制御関係の精度低下が防止される。また、本発明によ
るステージ装置によれば、本発明の回転制御方法を実施
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例における初期調整
時、及び露光時の動作を示すフローチャートである。

【図２】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露
光装置を示す概略構成図である。

【図３】図２の投影露光装置のウエハステージを示す平
面図である。

【図４】本発明の実施の形態において、初期調整時にお
ける回転ステージの回転駆動量Ｎとウエハの実際の回転
角θとの関係を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態において、１つの計測デー
タが追加された場合の回転駆動量Ｎとウエハの実際の回
転角θとの関係を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態において、複数の計測デー
タが追加された場合の回転駆動量Ｎとウエハの実際の回
転角θとの関係を示す図である。

【図７】従来の露光装置における初期調整時、及び露光
時の動作を示すフローチャートである。

【図８】図７の初期調整時における回転ステージの回転
駆動量とウエハの実際の回転角との計測データを示す図
である。

【符号の説明】

ＲレチクルＷウエハ４ウエハホルダ５回転板６Ｚチルトステージ７ＸＹステージ１０主制御装置１２アライメントセンサ１３回転アーム１４駆動モータ１４ａスピンドル１５リニアエンコーダ１５ａ可動子１６回転駆動系１７Ｙ，１７θ，１７Ｘサーチアライメントマーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位置合わせ用マークが形成された基板を
保持する基板保持部と前記基板又は前記基板保持部より
なる回転対象物を回転する回転手段とを用いて、前記基
板の回転角を制御する回転制御方法において、前記回転手段における回転駆動量と前記基板の回転角と
の関係を回転制御関係として予め決定しておき、その後前記回転手段を介して前記回転対象物を回転した
ときの前記回転手段における回転駆動量と前記基板の前
記位置合わせ用マークに基づいて計測される実際の回転
角とに基づいて前記回転制御関係を補正し、次に、前記回転手段を介して前記回転対象物を回転する
際に、前記補正された回転制御関係に基づいて回転駆動
量を設定することを特徴とする回転制御方法。
【請求項２】請求項１記載の回転制御方法であって、前記補正された回転制御関係として、前記回転手段にお
ける回転駆動量と前記基板の実際の回転角との間の非線
形な係数を使用することを特徴とする回転制御方法。
【請求項３】請求項１又は２記載の回転制御方法であ
って、前記回転手段を介して複数回前記回転対象物を回転した
ときの前記回転手段における回転駆動量と、それぞれ対
応して前記基板の前記位置合わせ用マークに基づいて計
測される実際の回転角とに基づいて前記回転制御関係を
補正することを特徴とする回転制御方法。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の回転制御方
法であって、前記回転制御関係の補正は、前記回転手段における回転
駆動量の予め定められた範囲内で行われることを特徴と
する回転制御方法。
【請求項５】位置合わせ用マークが形成された基板を
保持する基板保持部と、前記位置合わせ用マークに基づいて前記基板の実際の回
転角を計測する回転角計測手段と、前記基板又は前記基板保持部よりなる回転対象物を回転
する回転手段と、該回転手段における回転駆動量と前記基板の回転角との
関係を回転制御関係として記憶する記憶手段と、前記回転手段の制御手段と、を備え、該制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記回転制御
関係に基づいて前記回転手段を介して前記回転対象物を
回転すると共に、前記回転対象物を回転したときの前記
回転手段における回転駆動量と、前記回転角計測手段に
よって計測される前記基板の実際の回転角とに基づいて
前記回転制御関係を補正することを特徴とするステージ
装置。