JPH10223522A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は露光装置に関し、基板上の各露光位置
をレチクルのパターンの結像位置に位置決めするのに要
する時間を短縮して、露光工程のスループットを向上さ
せた露光装置を提供することを目的とする。 【解決手段】レチクルステージＷＳＴ用の制御回路４２
Ｘは、ゲイン項に比例項Ｋｐと積分項Ｋｉとを有し、そ
れらを加え合わせ点で加え合わせてＰＩ制御にすること
も、比例項Ｋｐのみを用いたＰ制御にすることもできる
ようになっている。この切替は、制御切替部４８Ｘにお
いて行われる。制御切替部４８Ｘでは、制御に先立って
ウェハステージ位置情報とウェハステージの次の目標位
置情報とからウェハステージＷＳＴの移動予定量を算出
し、移動予定量に基づいて、制御回路４２Ｘにおいて比
例項Ｋｐと積分項Ｋｉとを用いたＰＩ制御と、比例項Ｋ
ｐのみを用いたＰ制御のいずれかへの切り替えを実行す
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、半導体装置あるい
は液晶表示装置等の製造工程におけるフォトリソグラフ
ィ工程で用いられる露光装置及び露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置あるいは液晶表示装置は、ウ
ェハ上に複数層の回路パターンを積層して形成されるの
で、そのフォトリソグラフィ工程において投影露光する
際、ウェハ上の各ショット領域に形成された回路パター
ンと、その上層に投影されるレチクルの回路パターンの
像とを正確に位置合わせしてから露光する必要がある。
従来の露光装置では、ウェハステージ上の基準マークに
関してレチクルを位置合わせして固定し、次に基準マー
クとウェハとの位置関係を計測した後、ウェハステージ
制御系により、ウェハステージ位置測定系からのウェハ
ステージ位置をフィードバックしつつ、ウェハステージ
駆動系を制御してウェハステージをステッピング駆動さ
せ、ウェハの各ショット領域を順次露光位置に位置決め
していた。そして、ウェハステージの現在位置と目標位
置との差分が所定時間以上継続して所定の許容範囲内に
収まったら、露光光源のシャッタを開けて露光を開始し
ていた。

【０００３】この露光に至るまでのウェハステージの位
置決め動作は、ウェハの前露光位置から次の露光位置
（目標位置）の近傍までウェハステージを移動させるス
テッピング動作と、ステッピング動作に続いてウェハス
テージを正確に目標位置に位置決めさせる追い込み動作
とに分けられる。図４は、ステッピング動作から追い込
み動作に至るウェハステージの動特性の一例を示してい
る。図４で横軸は経過時間を表し、縦軸はウェハ目標位
置からの誤差量を表している。図４において、ウェハス
テージは所定の速度プロファイルに基づいて減速しなが
ら目標位置に近づくが、目標位置を一旦通過して行き過
ぎ、その後過渡応答的に収束して定常位置偏差内に収ま
る。このような動特性でウェハステージを制御する場合
における露光は、ウェハステージが定常位置偏差内に収
束した時点から所定時間後から開始するように決められ
ている。ウェハステージの位置は、ウェハステージ位置
測定系のレーザ測長器から常にフィードバックされてい
るので、例えば定常位置偏差内に収束したと認められた
時点から複数点（例えば１０点）のウェハステージ位置
のデータをサンプリングして、それらが定常位置偏差内
にあれば露光開始の指令を発するようにしている。

【０００４】従って、ウェハステージの位置決め動作か
ら露光開始の指令が発せられるまでの時間を短縮するこ
とができれば、つまり、ウェハステージのステッピング
動作と追い込み動作に要する時間を短縮することができ
れば、露光装置のスループットを向上させることができ
ることになる。

【０００５】しかしながら、露光装置のウェハステージ
系には極めて高い位置決め精度が要求されているため、
ステージ自体には高い剛性が要求され、またステージ駆
動系には最少のバックラッシュに加えて十分な分解能と
動力を備えていることが要求される結果、ウェハステー
ジ系は相当の重量にならざるを得ず、これを短時間で所
定位置に位置決めさせるウェハステージ制御系を実現す
るのは困難である。結局、従来の露光装置では、追い込
み動作の時間を短縮させる制御が困難であるためにスル
ープットを向上させることができず、全体の露光時間が
長くなってしまうという不都合が生じていた。また、仮
にステッピング動作を高速化させて位置決め動作の時間
の短縮を図ろうとしても、減速時に重いウェハステージ
による大きな慣性力が働いている状況では、制御系をい
くら調整しても追い込み動作に要する時間は逆に長くな
ってしまうため、従来の制御方式では露光工程のスルー
プットの向上に限界が生じていた。

【０００６】この問題を解決する手段が特開平７−２２
０９９８号公報において開示されている。当該公報に開
示された制御方式を図５を用いて説明する。図５は、ス
テッピング動作から追い込み動作に至る図４と同一波形
であるウェハステージの動特性の一例（実線）と、ウェ
ハステージの動きに追従して移動するレチクルステージ
の動特性（破線）を示している。図５で横軸は経過時間
を表し、縦軸はウェハ目標位置からの誤差量を表してい
る。図５において、まずウェハステージが所定の速度プ
ロファイルに基づいて減速しながら目標位置に近づいて
くる。予め決めておいた所定の誤差量内にウェハステー
ジが到達すると、レチクルステージ制御系は、当該誤差
量を追従範囲として、その後のウェハステージの移動特
性にレチクルステージが追従するようにレチクルステー
ジ駆動系を制御する。

【０００７】より具体的には、レチクルステージ制御系
は、レチクルステージの目標位置情報とレチクルステー
ジ位置情報との差分に対して、さらにウェハステージ位
置誤差信号に所定の定数（図５においては、定数＝１で
ある）を乗じた値との差分を求めたレチクルステージ位
置誤差信号に基づいてレチクルステージ駆動系を制御す
る。

【０００８】このレチクルステージ制御系では、レチク
ルステージ位置誤差信号に対してゲイン項として比例項
Ｋｐと積分項Ｋｉとを用いた差分方程式に基づくＰＩ制
御によりレチクルステージ駆動系を制御している。過渡
応答的に移動しているウェハステージに追従してレチク
ルステージを移動させるために、レチクルステージ位置
誤差信号に対してゲイン項として比例項Ｋｐを用いただ
けのＰ（プロポーショナル）制御では追従しきれずスル
ープットが低下してしまうので、レチクルステージ位置
誤差信号を積分して積分項Ｋｉを乗じた値を加えること
により安定して追従できるようにさせている。

【０００９】従来の露光装置では、ウェハステージが定
常位置偏差内に十分収束するまで露光開始を待たせるよ
うにしていたのに対して、この方法によれば、レチクル
ステージをウェハステージの移動に追従させて移動させ
るように制御するので、ウェハステージが定常位置偏差
内に収束せず未だ過渡応答的に振動している状態であっ
ても、相対的にウェハとレチクルとの位置合わせを行う
ことができるようになる。ウェハステージの位置とレチ
クルステージの位置は、ウェハステージ位置測定系及び
レチクルステージ位置測定系の各レーザ測長器から常に
フィードバックされているので、ウェハステージとレチ
クルステージの相対位置誤差が、例えば図４に示したよ
うな、定常位置偏差と同一の相対位置偏差内に収束した
と認められた時点から、複数点（例えば１０点）の相対
位置誤差のデータをサンプリングして、それらが相対位
置偏差内にあれば露光動作開始の指令を発するようにす
る。

【００１０】レチクルステージはウェハステージに比較
して十分軽量であるので応答性の優れた制御が容易に行
える。従って、ウェハの各露光領域をレチクルパターン
の露光位置の近傍からその露光位置に設定する追い込み
動作に要する時間を短縮することができるようになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】例えば、ステップ・ア
ンド・リピート方式の縮小投影露光装置において、上述
の制御方式に基づいて、ウェハステージのステップ動作
及び追い込み動作にレチクルステージを追従させる場合
を考えてみる。ウェハの前露光位置から次の露光位置に
レチクルの回路パターンの結像位置を移動させるため
に、例えばＸ軸方向にウェハステージを移動させる際に
は、ウェハステージのＹ軸の制御における目標位置に変
化はなく、理想的にはＹ軸方向にウェハステージは移動
しないはずである。

【００１２】しかしながら、現実にはウェハステージの
Ｘ軸ステージが駆動系により駆動されて移動を開始する
と、Ｘ軸ステージの移動に伴って各部に生じた振動がウ
ェハステージのＹ軸ステージに伝達され、Ｙ軸ステージ
自体が微少振動を始める。この振動はステージ機構内の
各構成部材の共振により生じるため比較的高い周波数成
分を有している。この現象を以降クロストークと呼ぶこ
とにする。このクロストークにより生じたＹ軸ステージ
の振動の様子を図６に示す。図６に示すようにウェハス
テージのＹ軸ステージの振動（振動の振幅は例えば２０
０ｎｍ程度である）に対して、レチクルステージ制御系
は、レチクルステージのＹ軸方向の目標位置情報とＹ軸
方向のレチクルステージ位置情報との差分に対して、さ
らにＹ軸方向のウェハステージ位置誤差信号に所定の定
数を乗じた値との差分を求めたＹ軸方向のレチクルステ
ージ位置誤差信号に基づいてＹ軸方向のレチクルステー
ジ駆動系をＰＩ制御で駆動する。

【００１３】従って、本来Ｙ軸方向の目標位置に変化が
なく、Ｙ軸方向には移動させる必要がないレチクルステ
ージが、ウェハステージのＹ方向の振動に追従しようと
して移動を開始する。しかしながら、このＰＩ制御では
比較的高い周波数成分を含むＹ軸方向のウェハステージ
位置誤差信号の積分値が加えられるので、図６の破線に
示すようにウェハステージの減衰振動（実線）に対して
位相が反転した状態で減衰するようにレチクルステージ
は制御され、結局ステップ動作したレチクルステージの
Ｘ軸方向の露光動作開始条件が整っても、Ｙ軸側の露光
動作開始条件が整うのが遅れてしまい、逆にスループッ
トを低下させ、また精度を悪化させてしまうという問題
が生じている。

【００１４】このように、特開平７−２２０９９８号公
報において開示された制御方式では、ウェハステージが
ステップする軸（上述ではＸ軸）についてはレチクルス
テージを追従させて短時間で露光動作開始条件を整える
ことができるようになるが、ステップしない軸（上述で
はＹ軸）方向に生じた比較的高い周波数成分を有するウ
ェハステージの振動については考慮しておらず、非ステ
ップ軸でのウェハステージの振動に対するレチクルステ
ージの追従の困難性に基づくスループットの低下を回避
することができないという問題があった。

【００１５】本発明の目的は、基板上の各露光位置をレ
チクルのパターンの結像位置に位置決めするのに要する
時間を短縮して、露光工程のスループットを向上させた
露光装置及び露光方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に以下の構成を有する。第１軸（Ｘ軸）方向にのみウェ
ハステージを移動させたとき、レチクルステージの第１
軸方向は、比例項Ｋｐと積分値Ｋｉとを用いたＰＩ制御
によって制御し、レチクルステージの第２軸（Ｙ軸）方
向は、比例項Ｋｐのみを用いたＰ制御によって制御す
る。第２軸（Ｙ軸）方向にのみウェハステージを移動さ
せたとき、レチクルステージの第２軸方向は、比例項Ｋ
ｐと積分値Ｋｉとを用いたＰＩ制御によって制御し、レ
チクルステージの第１軸方向は、比例項Ｋｐのみを用い
たＰ制御によって制御する。このような制御によってウ
ェハステージの移動方向と直交する方向に生じる高周波
成分にレチクルステージが追従しないようにする。

【００１７】上記露光装置において、前記移動予定量
が、０又は所定の基準範囲以内であれば、前記レチクル
ステージ位置制御系は、前記Ｐ制御で前記レチクルステ
ージ駆動系の制御を行うようにしてもよい。また、前記
所定の基準値は、前回の目標位置に対する前記基板ステ
ージの停止位置のオフセット量であってもよい。

【００１８】また、上記目的を達成するために以下の工
程を有する。ウェハステージを位置決めする際に、所定
範囲に入ったらレチクルステージをウェハステージの動
きに追従させて位置決めを行う方法において、ウェハス
テージの位置情報とウェハステージの次の目標位置情報
とに基づいて第１軸方向と第２軸方向との移動予定量を
算出する工程と、第１軸方向と第２軸方向との移動予定
量のうち、移動予定量が基準範囲内の軸方向は比例項Ｋ
ｐのみを用いたＰ制御を行い移動予定量が基準範囲外の
軸方向は比例項Ｋｐと積分値Ｋｉとを用いたＰＩ制御を
行うように制御する工程とを有す。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による露光
装置及び露光方法を図１乃至図３を用いて説明する。本
実施の形態における露光装置は、レチクル上のパターン
の像を投影光学系を介して縮小投影し、パターン像を感
光基板上の各ショット領域に順次露光するステップ・ア
ンド・リピート方式の縮小投影露光装置である。図１は
本実施の形態による露光装置の概略構成を示している。
以下、投影光学系ＰＬの光軸方向をＺ軸とし、光軸に垂
直な平面をＸＹ平面として本実施の形態による露光装置
の構成を説明する。

【００２０】露光用の照明光源ＬＭＰからの照明光ＩＬ
として、例えば、超高圧水銀ランプの輝線であるｉ線
（波長λ＝３６５ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、或
いは、ＫｒＦエキシマレーザ光（λ＝２４８ｎｍ）、さ
らにはＡｒＦエキシマレーザ光、金属蒸気レーザ光等の
紫外域の光を用いることができる。

【００２１】照明光源ＬＭＰから射出された照明光ＩＬ
は、シャッタ４を介してコリメータレンズ、フライアイ
レンズ、レチクルブラインドなどからなる照明光学系６
により照度分布がほぼ均一な平行光束に変換され、レチ
クルＲを均一な照度分布で照明する。レチクルＲのパタ
ーン描画領域には、被露光基板であるウェハＷに投影す
べき回路パターンが電子ビーム描画装置等により描画さ
れている。レチクルＲ上の回路パターンはレチクルＲの
上方からの照明光束の照射によりウェハＷに投影露光さ
れる。

【００２２】レチクルＲは、Ｘ−Ｙ面内を移動可能なレ
チクルステージＲＳＴに設けられたレチクルチャック
（図示せず）によって、例えば真空吸着等によりレチク
ルステージＲＳＴ上に固定される。詳細な図示は省略し
ているが、レチクルステージＲＳＴはＸ軸方向に移動す
るレチクルＸステージと、レチクルＸステージを支えて
Ｙ軸方向に移動するレチクルＹステージとから構成さ
れ、それぞれのステージは送りねじと当該送りねじを回
転させる駆動モータとを有するレチクルステージ駆動機
構によりそれぞれ移動可能になっている。図１において
は、Ｘ方向の駆動系を示しており、レチクルＸステージ
を駆動するための送りねじ１０Ｘ及び駆動モータ８Ｘが
示されている。図１においては、Ｙ軸側の駆動系の図示
を省略しているが、Ｘ軸側と同様の構成である。

【００２３】レチクルステージＲＳＴのＸ、Ｙ方向の位
置は、レチクルステージＲＳＴの周辺部に固定された反
射鏡１２Ｘにレーザ測長器１４Ｘからのレーザ光を反射
させてＸ方向の位置が常時計測され、同様にＹ方向の位
置についても図示を省略した反射鏡１２Ｙ及びレーザ測
長器１４Ｙにより常時計測されている。レーザ測長器１
４Ｘで測定されたレチクルステージのＸ方向の位置情報
はＸ方向の制御を行う制御系２４Ｘに送られる。制御系
２４Ｘの構成については後に詳述するが、Ｘ方向のレチ
クルステージ位置情報に基づいて制御系２４Ｘは、レチ
クルステージＲＳＴのＸ軸の駆動系を正確に制御してレ
チクルＲを所定の位置に位置決めすることができるよう
になっている。図示しない制御系２４Ｙも同様にＹ方向
のレチクルステージ位置情報に基づいてレチクルステー
ジＲＳＴのＹ軸の駆動系を正確に制御してレチクルＲを
所定の位置に位置決めすることができるようになってい
る。

【００２４】投影光学系ＰＬは、レチクルＲを透過した
光束を集束させ、Ｘ、Ｙ方向に移動可能な基板ステージ
ＷＳＴ上に設けられたウェハホルダ（図示せず）に載置
されたウェハＷの所定のショット位置にレチクルＲのパ
ターンの像を投影する。ウェハホルダはウェハＷを真空
吸着して保持し、Ｚ軸方向に移動してウェハＷ面と投影
光学系ＰＬとの距離を調整して投影光学系ＰＬの結像面
にウェハＷ面を一致させることができるようになってい
る。本実施の形態においては、投影光学系ＰＬの投影倍
率βは１／５であり、レチクルＲのパターンの幅に対し
て投影像の幅は１／５に縮小される。

【００２５】詳細な図示は省略しているが、ウェハステ
ージＷＳＴはＸ軸方向に移動するウェハＸステージと、
ウェハＸステージを支えてＹ軸方向に移動するウェハＹ
ステージとから構成され、それぞれのステージは送りね
じと当該送りねじを回転させる駆動モータとを有するレ
チクルステージ駆動機構によりそれぞれ移動可能になっ
ている。図１においては、レチクルＸステージを駆動す
るための送りねじ１８Ｘ及び駆動モータ１６Ｘを示して
いる。Ｙ軸側の駆動系の図示は省略しているが、Ｘ軸側
と同様の構成である。

【００２６】ウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置は、
ウェハステージＷＳＴの周辺部に固定された反射鏡２０
Ｘにレーザ測長器２２Ｘからのレーザ光を反射させてＸ
方向の位置が常時計測され、同様にＹ方向の位置につい
ても図示を省略した反射鏡２０Ｙ及びレーザ測長器２２
Ｙにより常時計測されている。レーザ測長器２２Ｘで測
定されたウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置情報は制
御系２４Ｘに送られる。Ｘ方向のウェハステージ位置情
報に基づいて制御系２４Ｘは、ウェハステージＷＳＴの
Ｘ軸の駆動系を正確に制御してウェハステージＷＳＴを
Ｘ方向にステップ動作させることにより、ウェハステー
ジＷＳＴに載置されたウェハＷ上の所定の複数のショッ
ト位置に対して順次レチクルＲの回路パターンの像を重
ね合わせ露光することができるようになっている。図示
しないＹ方向の制御系２４Ｙも制御系２４Ｘと同様の構
成であり同様の動作を行うことができるようになってい
る。

【００２７】なお、レチクルＲのパターンをウェハＷ上
に露光する際には、予めレチクルＲとウェハＷの位置合
わせをする必要があり、そのためレチクルＲ及びウェハ
Ｗ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。これらアライメントマークをレチクルアライメン
ト光学系やウェハアライメント光学系により観察して位
置合わせを行うが、ここではそれらの図示及び説明は省
略する。

【００２８】次に、制御系２４Ｘの構成を図１を用いて
説明する。図１では、制御系２４Ｘのうち、レチクルス
テージＲＳＴ及びウェハステージＷＳＴをＸ軸方向に目
標位置に位置決めするための構成を示している。Ｙ軸方
向に関する制御系はＸ軸方向の制御系と同様の構成であ
るので図示及び説明を省略する。制御系２４Ｘは、ウェ
ハステージＷＳＴ及びレチクルステージＲＳＴの位置決
めすべき目標位置を設定する目標位置設定部２６Ｘを有
している。目標位置設定部２６Ｘから出力されたウェハ
ステージ目標位置情報Ｘｗ０は、加え合わせ点２８Ｘに
入力される。また、レーザ測長器２２Ｘで測定されたウ
ェハステージＷＳＴのＸ方向の現在位置の情報も加え合
わせ点２２Ｘに入力されるようになっている。加え合わ
せ点２８Ｘは、具体的には減算器であり、ウェハ目標位
置情報Ｘｗ０とレーザ測長器２２Ｘからのウェハステー
ジ位置情報との差分を算出する。

【００２９】得られたウェハ位置情報の差分はウェハス
テージ位置誤差（信号）として制御回路３０Ｘに入力さ
れて所定の差分方程式に基づくゲイン項と演算され、そ
の結果がデジタルの出力値としてＤＡコンバータ３２Ｘ
に入力される。本実施の形態においては、ウェハステー
ジＷＳＴ用の制御回路３０Ｘは、ゲイン項に比例項Ｋｐ
のみを用いるようにしているが、これに限らず他のゲイ
ン項を加えるようにすることも可能である。ＤＡコンバ
ータ３２Ｘでは入力されたデジタル値をアナログ電圧に
変換してサーボアンプ３４Ｘに出力する。サーボアンプ
３４Ｘでは入力されたアナログ電圧を所定の増幅率で増
幅して駆動モータ１６Ｘに供給する。この結果駆動モー
タ１６Ｘが所定の回転数で回転して送りねじ１８Ｘを回
転させ、ウェハステージＷＳＴがＸ軸方向に移動する。
このウェハステージＷＳＴの移動量は、レーザ測長器２
２Ｘにより常時計測されてそのウェハステージ位置情報
が制御系２４Ｘにフィードバックされ、常に目標位置と
の比較をしながら位置制御して目標位置に位置決めする
閉ループのサーボ系が構成される。

【００３０】また、加え合わせ点２８Ｘで得られたウェ
ハステージ位置誤差は切替器３７Ｘにも入力される。切
替器３７Ｘでは、ウェハステージ位置誤差が所定の範囲
（例えば０．１２５μｍ）に入ると、ウェハステージ位
置誤差を乗算器３８Ｘに出力し、露光が終了すると乗算
器３８Ｘへの出力を遮断するようになっている。乗算器
３８Ｘでは、入力されたウェハステージ位置誤差の値を
反転して投影倍率の逆数（１／β）を乗じる演算を行
う。この演算結果は、レチクルステージ制御系の加え合
わせ点４０Ｘに入力される。

【００３１】一方、目標位置設定部２６Ｘからはレチク
ルステージ目標位置情報Ｘｒ０が加え合わせ点３６Ｘに
入力される。また、レーザ測長器１４Ｘで測定されたレ
チクルステージＷＳＴのＸ方向の現在位置の情報も加え
合わせ点３６Ｘに入力されるようになっている。加え合
わせ点３６Ｘは、具体的には減算器であり、レチクル目
標位置情報Ｘｒ０とレーザ測長器１４Ｘからのレチクル
ステージ位置情報との差分を算出する。

【００３２】得られたレチクルステージ位置情報の差分
は、さらに加え合わせ点４０Ｘに入力される。加え合わ
せ点４０Ｘは具体的には加算機であり、乗算器３８Ｘで
所定の演算が施されたウェハステージ位置誤差と上記レ
チクルステージ位置情報の差分とが加え合わされてレチ
クルステージ位置誤差信号を生成する。レチクルステー
ジ位置誤差信号は、制御回路４２Ｘに入力されて所定の
差分方程式に基づくゲイン項と演算され、その結果がデ
ジタルの出力値としてＤＡコンバータ４４Ｘに入力され
る。

【００３３】レチクルステージＷＳＴ用の制御回路４２
Ｘは、ゲイン項に比例項Ｋｐと積分項Ｋｉとを有し、そ
れらを加え合わせ点で加え合わせてＰＩ制御にすること
も、比例項Ｋｐのみを用いたＰ制御にすることもできる
ようになっている。図示では、ＰＩ制御になっている状
態を示している。この切替は、制御切替部４８Ｘにおい
て行われる。制御切替部４８Ｘでは、制御に先立ってウ
ェハステージ位置情報とウェハステージの次の目標位置
情報とからウェハステージＷＳＴの移動予定量を算出
し、移動予定量に基づいて、制御回路４２Ｘにおいて比
例項Ｋｐと積分項Ｋｉとを用いたＰＩ制御と、比例項Ｋ
ｐのみを用いたＰ制御のいずれかへの切り替えを実行す
る。

【００３４】切替の判断に用いる移動予定量は、現在の
ウェハステージ位置情報に対する次のウェハステージ目
標位置の差分として求めるようにしている。従って、次
のウェハステージ目標位置が前と変わらなければ、移動
予定量は０である。制御切替部４８Ｘは、移動予定量が
基準値（＝０）であれば、制御回路４２Ｘに対してＰ制
御でレチクルステージ駆動系の制御を行うことを指示
し、移動予定量が０以外の値であればＰＩ制御でレチク
ルステージ駆動系を制御するよう指示する。

【００３５】レチクルステージＲＳＴのＸ方向の制御系
に制御切替部４８Ｘを設けたのと同様に、図示しないＹ
方向の制御系にも制御切替部４８Ｙが設けられている。
この構成において、例えばウェハステージがＸ方向には
所定距離（例えば、２０ｍｍ）のステップ動作をする
が、Ｙ方向には移動しないような場合を考えてみる。制
御切替部４８Ｘは、移動予定量＝２０を算出し、移動予
定量が基準値＝０と異なるので、ＰＩ制御でレチクルス
テージのＸ方向の制御を行うことを制御回路４２Ｘに指
示し、一方、制御切替部４８Ｙは、移動予定量＝０を算
出し、移動予定量が基準値＝０と同一なので、Ｐ制御で
レチクルステージのＹ方向の制御を行うことを制御回路
４２Ｙに指示する。つまり、ステップ動作を行うウェハ
Ｘステージに対応するレチクルＸステージは、上述の特
開平７−２２０９９８号公報に開示された制御方式に従
って、ウェハステージＷＳＴのＸ方向の位置が所定の追
従範囲内に入るとウェハステージＷＳＴのＸ方向の移動
に追従して移動するようにＰＩ制御で駆動される。

【００３６】そして、一方の本来停止しているはずだが
実際には比較的高い周波数成分で振動しているウェハＹ
ステージに対応するレチクルＹステージはＰ制御で駆動
される。図２に、ステッピング動作から追い込み動作に
至る図６と同一波形であるウェハＹステージの動特性の
一例（実線）と、ウェハＹステージの動きに追従して移
動するレチクルＹステージの動特性（破線）を示す。図
２で横軸は経過時間を表し、縦軸はウェハ目標位置から
の誤差量を表している。レチクルＹステージをＰ制御に
切り替えることにより、比較的高い周波数成分を含むＹ
軸方向のウェハステージ位置誤差信号の積分値が加えら
れることがないので、図２に示すように、レチクルＹス
テージはＰＩ制御で生じてしまうウェハステージの減衰
振動に対する追従遅れによる位相の反転は生じず、その
分速やかに相対位置偏差内に収束させることができるよ
うになる。なお、以上の説明においては、ＰＩ制御をＰ
制御に切り替えるようにしているが、フィルタ制御手段
を制御回路４２Ｘ、４２Ｙに設けておいて、ＰＩ制御を
Ｐ制御に切り替える代わりに、ＰＩ制御からフィルタ制
御に切り替えるようにしてもよい。

【００３７】また本実施の形態においては、移動予定量
の基準値を０として説明したが、所定の基準範囲を予め
設定し、移動予定量が所定の基準範囲内にある場合には
制御回路４２Ｘ、４２Ｙに対してＰ制御でレチクルステ
ージ駆動系の制御を行うことを指示し、移動予定量が所
定の基準範囲外の値であればＰＩ制御でレチクルステー
ジ駆動系を制御するようにしてももちろんよい。この所
定の基準範囲を、例えば前回の目標位置に対するウェハ
ステージＷＳＴの停止位置のオフセット量に設定するよ
うにしてもよい。要は、ステップ動作時にＰＩ制御で駆
動されるレチクルＸステージがウェハＸステージとの相
対位置偏差内に収束する時間とほぼ同じかそれより速
く、Ｐ制御（またはフィルタ制御）で駆動される非ステ
ップ動作のレチクルＹステージがウェハＹステージとの
相対位置偏差内に収束するように所定の基準範囲を設定
すればよい。

【００３８】制御回路４２Ｘから出力されたデジタルの
制御信号はＤＡコンバータ４４Ｘに入力する。ＤＡコン
バータ４４Ｘでは入力された制御信号をアナログ電圧に
変換してサーボアンプ４６Ｘに出力する。サーボアンプ
４６Ｘでは入力されたアナログ電圧を所定の増幅率で増
幅して駆動モータ８Ｘに供給する。この結果駆動モータ
８Ｘが所定の回転数で回転して送りねじ１０Ｘを回転さ
せ、レチクルステージＷＳＴがＸ軸方向に移動する。こ
のレチクルステージＷＳＴの移動量は、レーザ測長器１
４Ｘにより常時計測されてそのレチクルステージ位置情
報が制御系２４Ｘにフィードバックされ、常に目標位置
との比較をしながら位置制御して目標位置に位置決めす
る閉ループのサーボ系が構成される。

【００３９】また、加え合わせ点４０Ｘ、４０Ｙで得ら
れたレチクルステージ位置誤差は、露光判定回路５０に
も入力される。露光判定回路５０では、レチクルステー
ジ位置誤差が、所定のサンプリング数（例えば１０点）
において所定の相対偏差量以下になっていたらシャッタ
開指令をシャッタ駆動回路５２に出力するようになって
いる。シャッタ駆動回路５２は、シャッタ開指令が入力
されると、照明光源ＬＭＰからの照明光を遮光していた
シャッタ４を開放するようになっている。

【００４０】次に本実施の形態による露光装置の動作を
説明する。なお、本動作説明においては、本実施の形態
での特徴を明確に説明するため、Ｘ、Ｙ方向の両方向に
ついての制御動作を同時に説明することにする。そし
て、ウェハステージＷＳＴは、Ｘ方向にステップ動作す
る場合について説明する。まず、シャッタ駆動回路５２
によりシャッタ４を閉じて照明光源ＬＭＰからの照明光
ＩＬを遮光した状態で、図示しないレチクルアライメン
ト光学系により、ウェハステージＷＳＴ上の基準位置に
対するレチクルＲの位置関係を検出する。次に、レチク
ルＲをウェハステージＷＳＴ上の基準位置に対して所定
の位置関係の初期露光位置に固定し、この状態でレーザ
測長器１４Ｘ、１４Ｙの計測値を０にリセットする。こ
れにより、レチクルＲを初期露光位置に固定したときの
レチクルステージＲＳＴの座標、すなわち初期目標位置
（Ｘｒ０，Ｙｒ０）が（０，０）となる。

【００４１】次に、露光用のウェハＷをウェハステージ
ＷＳＴ上にロードし、図示しないウェハアライメント光
学系により、ウェハステージＷＳＴ上の基準位置に対す
るウェハＷの位置関係を検出する。これにより、レチク
ルＲのパターンの投影光学系ＰＬによる投影像の位置
（露光位置）と、ウェハＷの各ショット領域との位置関
係が分かり、ウェハＷの各ショット領域をその露光位置
に設定するためのウェハステージＷＳＴの目標位置（Ｘ
ｗ０，Ｙｗ０）が算出される。

【００４２】次に、目標位置設定部２６Ｘ、２６Ｙから
加え合わせ点２８Ｘ、２８Ｙに対してウェハステージＷ
ＳＴの目標位置（Ｘｗ０，Ｙｗ０）をそれぞれ設定し、
加え合わせ点３６Ｘ、３６ＹにレチクルステージＲＳＴ
の目標位置（Ｘｒ０，Ｙｒ０）＝（０，０）を設定す
る。その後、ウェハステージ駆動系の駆動モータ１６
Ｘ、１６Ｙを駆動することにより、図３に示すような速
度プロファイルでウェハステージＷＳＴをＸ方向にステ
ッピング移動させて、ウェハステージＷＳＴのＸ位置を
目標位置Ｘｗ０に近づける。図３において、ウェハステ
ージＷＳＴのＸ方向への速度ＶＷＸは、台形状に加減速
され、ウェハステージＷＳＴが目標位置に近づいた収束
期間Ｔにおいて過渡応答的に次第に０になる。この収束
期間Ｔにおいて、最終的な位置決めを行う追い込み動作
が行われる。

【００４３】制御系２４Ｘの加え合わせ点２８Ｘからの
ウェハステージ位置誤差信号ΔＸｗ１が制御回路３０Ｘ
に入力されて、Ｐ制御によりウェハステージのＸ方向の
移動を制御する。収束期間Ｔの少し手前の時点でウェハ
ステージ位置誤差ΔＸｗ１が所定の範囲（例えば０．１
２５μｍ）に入ると、切替器３７Ｘからウェハステージ
位置誤差ΔＸｗ１が乗算器３８Ｘに出力され、入力され
たウェハステージ位置誤差ΔＸｗ１の値を反転して投影
倍率の逆数（１／β＝５）を乗じる演算を行う。この演
算結果、５・ΔＸｗ１がレチクルステージ制御系の加え
合わせ点４０Ｘに入力される。加え合わせ点４０Ｘに
は、レチクル目標位置情報とレーザ測長器１４Ｘからの
レチクルステージ位置情報との差分ΔＸｒ１も入力さ
れ、ウェハステージ位置誤差５・ΔＸｗ１と加え合わさ
れてレチクルステージ位置誤差信号ＶＸ１＝（５・ΔＸ
ｗ１）−ΔＸｒ１を生成する。

【００４４】制御切替部４８Ｘでは、制御に先立ってレ
ーザ測長器１４ＸからのＸ方向のウェハステージ位置情
報に対してウェハステージＷＳＴのＸ方向の目標位置の
差分を計算して移動予定量を求め、この移動予定量（＝
２０）が基準値０と異なるので、制御回路４２ＸにＰＩ
制御で制御することを指示する。制御回路４２Ｘは、制
御切替部４８Ｘの指示により、入力されたレチクルステ
ージ位置誤差信号ＶＸ１をＰＩ制御により演算してＤＡ
コンバータ４４Ｘに出力する。

【００４５】一方、制御系２４Ｙの加え合わせ点２８Ｙ
からのウェハステージ位置誤差信号ΔＹｗ１が制御回路
３０Ｙに入力されて、Ｐ制御によりウェハステージのＹ
方向の移動を制御する。ウェハステージ位置誤差ΔＹｗ
１が所定の範囲（例えば０．１２５μｍ）に入ると、切
替器３７Ｙからウェハステージ位置誤差ΔＹｗ１が乗算
器３８Ｙに出力され、入力されたウェハステージ位置誤
差ΔＹｗ１の値を反転して投影倍率の逆数（１／β＝
５）を乗じる演算を行う。この演算結果、５・ΔＹｗ１
がレチクルステージ制御系の加え合わせ点４０Ｙに入力
される。加え合わせ点４０Ｙには、レチクル目標位置情
報とレーザ測長器１４Ｙからのレチクルステージ位置情
報との差分ΔＹｒ１も入力され、ウェハステージ位置誤
差５・ΔＹｗ１と加え合わされてレチクルステージ位置
誤差信号ＶＹ１＝（５・ΔＹｗ１）−ΔＹｒ１を生成す
る。

【００４６】制御切替部４８Ｙでは、制御に先立ってレ
ーザ測長器１４ＹからのＹ方向のウェハステージ位置情
報に対してウェハステージＷＳＴのＹ方向の目標位置の
差分を計算して移動予定量を求め、この移動予定量（＝
０）が基準値０と同値であるので、制御回路４２ＹにＰ
制御で制御することを指示する。制御回路４２Ｙは、制
御切替部４８Ｙの指示により、入力されたレチクルステ
ージ位置誤差信号ＶＹ１をＰ制御により演算してＤＡコ
ンバータ４４Ｙに出力する。

【００４７】また、加え合わせ点４０Ｘ、４０Ｙで得ら
れたレチクルステージ位置誤差ＶＸ１、ＶＹ１は、露光
判定回路５０に入力され、レチクルステージ位置誤差Ｖ
Ｘ１、ＶＹ１のいずれもが、所定のサンプリング数（例
えば１０点）において所定の相対偏差量以下になってい
たらシャッタ開指令をシャッタ駆動回路５２に出力す
る。シャッタ駆動回路５２は、シャッタ開指令が入力さ
れると、照明光源ＬＭＰからの照明光を遮光していたシ
ャッタ４を開放する。その後レチクルＲの回路パターン
が投影光学系ＰＬを介して、ウェハＷ上の所定の露光領
域に露光される。

【００４８】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態において
は、ステップアンドリピート方式の縮小投影露光装置に
適用したが、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露
光装置に本発明を用いることも、またプロキシミティ露
光による露光装置に本発明を用いることも可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、基板上の
各露光位置をレチクルのパターンの結像位置に位置決め
するのに要する時間を短縮して、露光工程のスループッ
トを向上させた露光装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による露光装置の概略構
成を示す図である。

【図２】本発明の一実施の形態による露光装置による位
置決め動作を行う場合の非ステップ軸でのウェハステー
ジとレチクルステージの移動特性を示す図である。

【図３】本発明の一実施の形態による露光装置により位
置決め動作を行う際のステップ軸での速度プロファイル
を示す図である。

【図４】従来の露光装置による位置決め動作を行う場合
のウェハステージの移動特性を示す図である。

【図５】従来の露光装置による位置決め動作を行う場合
のウェハステージとレチクルステージの移動特性を示す
図である。

【図６】従来の露光装置による位置決め動作を行う場合
の非ステップ軸でのウェハステージとレチクルステージ
の移動特性を示す図である。

【符号の説明】

４ シャッタ ６ 照明光学系 ８Ｘ、８Ｙ、１６Ｘ、１６Ｙ 駆動モータ １０Ｘ、１０Ｙ、１８Ｘ、１８Ｙ 送りねじ １２Ｘ、１２Ｙ、２０Ｘ、２０Ｙ 反射鏡 １４Ｘ、１４Ｙ、２２Ｘ、２２Ｙ レーザ測長器 ２６Ｘ、２６Ｙ 目標位置設定部 ２８Ｘ、２８Ｙ、３６Ｘ、３６Ｙ、４０Ｘ、４０Ｙ 加
え合わせ点 ３０Ｘ、３０Ｙ 制御回路（ウェハステージ側） ３２Ｘ、３２Ｙ、４４Ｘ、４４Ｙ ＤＡコンバータ ３４Ｘ、３４Ｙ、４６Ｘ、４６Ｙ サーボアンプ ３７Ｘ、３７Ｙ 切替器 ３８Ｘ、３８Ｙ 乗算器 ４２Ｘ、４２Ｙ 制御回路（レチクルステージ側） ４８Ｘ、４８Ｙ 制御切替部 ５０ 露光判定回路 ５２ シャッタ駆動回路 ＬＭＰ 照明光源 ＩＬ 照明光 ＰＬ 投影光学系 Ｒ レチクル ＲＳＴ レチクルステージ Ｗ ウェハ ＷＳＴ ウェハステージ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】感光基板を保持して２次元的に移動可能な
   基板ステージを駆動する基板ステージ駆動系と、 前記基板ステージの位置を計測して基板ステージ位置情
   報を出力する基板ステージ位置測定系と、 前記基板ステージの目標位置情報と前記基板ステージ位
   置情報との差分である基板ステージ位置誤差信号に基づ
   いて前記基板ステージ駆動系を制御する基板ステージ位
   置制御系と、 前記感光基板上に露光される回路パターンが描画された
   レチクルを保持して２次元的に移動可能なレチクルステ
   ージを駆動するレチクルステージ駆動系と、 前記レチクルステージの位置を計測してレチクルステー
   ジ位置情報を出力するレチクルステージ位置測定系と、 前記レチクルステージの目標位置情報と前記レチクルス
   テージ位置情報との差分に対して、さらに前記基板ステ
   ージ位置誤差信号に所定の定数を乗じた値との差分を求
   めたレチクルステージ位置誤差信号に基づいて前記レチ
   クルステージ駆動系を制御するレチクルステージ位置制
   御系とを備え、 前記レチクルステージ位置誤差信号の大きさが所定値以
   下になったら前記回路パターンを前記感光基板上に露光
   する露光装置において、 前記レチクルステージ位置制御系は、ゲイン項として比
   例項Ｋｐと積分項Ｋｉとを有するＰＩ制御部を有し、当
   該ＰＩ制御部は、制御に先立って前記基板ステージ位置
   情報と前記基板ステージの次の目標位置情報とから前記
   基板ステージの移動予定量を算出し、前記移動予定量に
   基づいて、前記比例項Ｋｐと前記積分項Ｋｉとを用いた
   ＰＩ制御と、前記比例項Ｋｐのみを用いたＰ制御のいず
   れかに切り替えることを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の露光装置において、 前記移動予定量が、０又は所定の基準範囲以内であれ
   ば、前記レチクルステージ位置制御系は、前記Ｐ制御で
   前記レチクルステージ駆動系の制御を行うことを特徴と
   する露光装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の露光装置において、 前記所定の基準値は、前回の目標位置に対する前記基板
   ステージの停止位置のオフセット量であることを特徴と
   する露光装置。
4. 【請求項４】感光基板を保持して２次元的に移動する基
   板ステージの位置を計測して基板ステージ位置情報をフ
   ィードバックし、前記基板ステージの目標位置情報と前
   記基板ステージ位置情報との差分である基板ステージ位
   置誤差信号に基づいて前記基板ステージの駆動系を制御
   する第１のステップと、 前記感光基板上に露光される回路パターンが描画された
   レチクルを保持して２次元的に移動するレチクルステー
   ジの位置を計測してレチクルステージ位置情報をフィー
   ドバックし、前記レチクルステージの目標位置情報と前
   記レチクルステージ位置情報との差分に対して、さらに
   前記基板ステージ位置誤差信号に所定の定数を乗じた値
   との差分を求めたレチクルステージ位置誤差信号に基づ
   いて前記レチクルステージの駆動系を制御する第２のス
   テップとを有し、 前記レチクルステージ位置誤差信号の大きさが所定値以
   下になったら前記回路パターンを前記感光基板上に露光
   する露光方法において、 前記第２のステップは、制御に先立って前記基板ステー
   ジ位置情報と前記基板ステージの次の目標位置情報とか
   ら前記基板ステージの移動予定量を算出し、前記移動予
   定量に基づいて、ゲイン項として比例項Ｋｐと積分項Ｋ
   ｉとを用いたＰＩ制御と、前記比例項Ｋｐのみを用いた
   Ｐ制御のいずれかに切り替えることを特徴とする露光方
   法。