JPH10242248A - 移動ステージの位置測定方法と装置 - Google Patents

移動ステージの位置測定方法と装置

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JPH10242248A
JPH10242248A JP9057110A JP5711097A JPH10242248A JP H10242248 A JPH10242248 A JP H10242248A JP 9057110 A JP9057110 A JP 9057110A JP 5711097 A JP5711097 A JP 5711097A JP H10242248 A JPH10242248 A JP H10242248A
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JP
Japan
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light wave
moving stage
light
interferometer
measurement
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Pending
Application number
JP9057110A
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English (en)
Inventor
Tomoharu Hase
友晴 長谷
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】周囲環境の変化もしくは部品の経時変化による
補正係数の変化によって移動ステージの位置測定中に生
じる誤差を排除する。 【解決手段】直交する少なくとも一方の移動方向に直角
に固定された移動ステージの平面鏡に光波干渉計から光
波を投射し、当該平面鏡からの反射光と光波干渉計の固
定鏡からの反射光との干渉から移動方向の距離変化を計
測して移動ステージの座標位置を測定し、この座標位置
の測定中光波干渉計からの光波の基準面からの高さ及び
/又は移動ステージの駆動方向に平行な方向に対する光
波の傾きの変化を常に計測し、この計測値に基づいて更
新した補正係数により前記の移動ステージの座標位置を
補正する、もしくは計測値に基づいて光源を調整して光
波の位置と角度とを当初の補正係数設定時の位置と角度
とに近づける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は2次元平面内で移動
するステージの位置、特に移動ステージに載せた対象物
の位置を精確に測定する方法と装置とに関する。このよ
うな測定方法と装置とは半導体装置の加工、検査のよう
な極めて高い精度が要求される分野に有利に利用され
る。
【0002】
【従来技術】VLSIのパターン転写に用いるステッパ
−等の露光装置、転写マスクの描画装置、又はマスクパ
ターンの位置座標測定装置では対象物を保持して直交す
る2軸(X,Y軸)方向に精確に移動するXYステージ
が用いられている。このXYステージの位置座標の計測
には波長633mmで連続発振するHe−Neの周波数
安定化レーザを光源とした光波干渉計(レーザ干渉計)
が使われている。レーザ干渉計は本質的に一次元の測定
しかできないために、2次元の座標測定には同じレーザ
干渉計を2個用意する。一方、XYステージにはX方向
とY方向とに平面鏡を固定し、それぞれの平面鏡にレー
ザ干渉計からレーザビームを投射して、各平面鏡の垂直
方向の距離変化を測定してXYステージの2次元座標位
置を求めている。各平面鏡の長さはXYステージの所要
ストロークに合わせている。
【0003】各平面鏡と干渉計との間のレーザ光の光路
は、平面鏡と干渉計のスリット面に垂直で、常に同一の
水平面内にあることが望ましい。しかし実際にはチルト
駆動によるXYステージ上の対象物に対する焦点合わせ
によってレーザ光路は平面鏡に対して正確に垂直にはな
らず、このため干渉計で得られた計測値には若干の誤差
が生じる。そこで光路の基準面からの高さのずれ量や傾
きによる計測誤差を最小限に抑えるための補正係数を最
初に計測し、設定しておいてこの補正係数により干渉計
の計測値を補正していた。
【0004】図2を参照する。ステッパーなどの投影露
光装置においてレーザ干渉計でXYステージ8の位置測
定を行う場合投影レンズPLで決定される像面を原点に
とることが多い。この場合この原点を含み、XYステー
ジ8の移動方向に平行な面が基準面となる。投影露光装
置では像面とウエハ表面を一致させ常に高い解像性能を
保つ必要がある。ウエハ表面には無視できない凹凸があ
るためXYステージ8をチルト駆動して像面とウエハ表
面を一致させるが、このときレーザ光が基準面に対して
高さずれA(図3a参照)があれば、傾斜角θだけチル
ト駆動すると計測誤差S1 (=Atanθ)が生じる。
これを補正するためレーザ光の高さのずれ量をあらかじ
め計測しておき、干渉計で得られた距離測定値を補正す
る。
【0005】レーザ干渉計のレーザ光は移動ステージの
駆動方向に正確に平行でなければならないが、レーザ光
が駆動方向に対してβだけ傾くと、平面鏡までの距離L
では計測誤差S2 (=L’−L)が生じる。このように
レーザ干渉計を使用する際には、レーザ光の基準面に対
する高さと駆動方向に対する傾斜角に対して補正係数を
設定しておくことが必要であり、従来はこの補正係数を
最初に計測し、設定していた。しかし、レーザ干渉計を
使用する際には干渉計と平面鏡との距離を移動ステージ
の移動ストローク以上の距離をとって配置する必要があ
ること、複数の干渉計を使用する場合にはそれぞれの干
渉計を同一のレーザ光源からビームスプリッタ等の光学
素子を用いて分離することが多いためにレーザ光源から
の引回し距離が長くなること、レーザ光源、ステージの
駆動装置など干渉計が使用される周囲では熱源となるも
のが多く、レーザ光源からのレーザ光を引回す際に使用
するビームスプリッタやビームベンダなどの光学素子の
経時変化、光学素子の支持板や支柱の経時変化によりレ
ーザの光路が大きく変化するおそれが常にある。これら
が原因となり光軸が変化し、レーザ光の高さや角度が変
化してしまうことが少なくない。このため最初に計測
し、設定した補正係数は適さないものとなり、精確な移
動ステージの位置測定ができなくなる。
【0006】また、光源であるレーザヘッドの寿命が1
ー2年であるため交換が必要となるが、交換の際にもレ
ーザ光の高さと角度を調整し、そのとき計測し、設定し
た補正係数も使用中に適さないものとなって精確な移動
ステージの位置測定ができなくなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、周囲
環境の変化もしくは部品の経時変化による補正係数の変
化によって移動ステージの位置測定に生じる誤差を排除
することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は移動ステージの
位置測定中光波干渉計からの光波の基準面からの高さ及
び又は移動ステージの駆動方向に平行な方向に対する光
波の傾きの変化を常に、継続的もしくは間欠的に計測し
て補正係数を更新することによってその目的を達成して
いる。
【0009】すなわち、本発明の移動ステージの位置測
定方法によれば、直交する少なくとも一方の移動方向に
直角に固定された移動ステージの平面鏡に光波干渉計か
ら光波を投射し、当該平面鏡からの反射光と光波干渉計
の固定鏡からの反射光との干渉から移動方向の距離変化
を計測して移動ステージの座標位置を測定し、この座標
位置の測定中光波干渉計からの光波の基準面からの高さ
及び/又は移動ステージの駆動方向に平行な方向に対す
る光波の傾きの変化を常に、継続的もしくは間欠的に計
測し、この計測値に基づいて更新した補正係数により前
記の移動ステージの座標位置を補正する。
【0010】直交するX方向とY方向に沿って移動ステ
ージに2つの平面鏡を固定して2次元平面内の移動ステ
ージの位置を測定する。また、座標位置の測定中光波干
渉計からの光波が予め設定した許容限界を越えて変動し
たときに警告を発するようにしてもよい。
【0011】別の態様として、光波の基準面からの高さ
及び/又は移動ステージの駆動方向に平行な方向に対す
る光波の傾きの変化の計測に基づいて光波干渉計のフイ
ードバック制御を行って、常に光波を平面鏡に垂直に投
射できるようにする。
【0012】本発明の移動ステージの位置測定装置は、
直交するX方向とY方向に沿って固定された移動ステー
ジの2つの平面鏡に光源からの光波を光波干渉計を介し
て垂直に投射して移動ステージの座標位置を測定する第
1の光学系と、前記の光波干渉計からの光波の基準面か
らの高さ及び/又は移動ステージの駆動方向に平行な方
向に対する光波の傾きの変化を常に、継続的もしくは間
欠的に計測する第2の光学系と、この第2の光学系によ
る計測に基づいて前記の光源の駆動制御を行う制御装置
とを備え、それにより移動ステージの座標位置の測定中
光波干渉計から光波を前記の平面鏡に垂直に投射するよ
う前記の光源の光波の高さ及び/又は方向を制御する。
【0013】
【実施例】図1を参照して本発明の原理を説明する。移
動ステージ8の座標位置を光波干渉計4、5で検出する
ため直交するX方向とY方向に沿って移動ステージ8に
2つの平面鏡6、7を固定し、それぞれの平面鏡に光源
1からの光波を光波干渉計を介して垂直に投射するよう
諸元を配置する。レーザ光は光源1からビームベンダー
2とビームスプリッタ3を介して干渉計4、5まで引き
回される。この第1の光学系の光路に別のビームスプリ
ッタ9を配置してレーザ光を分割する。分割されたレー
ザ光は更に別のビームスプリッタ10で分割し、一方は
位置検出センサ11に、他方はフーリエ変換用のレンズ
を用いた角度センサ12に投射するよう諸元を配置す
る。この設定時の光軸の位置を計測し、これを基準とし
て光軸の位置を常に、継続的もしくは間欠的に計測し、
その計測に基づいて最初に設定した補正係数を更新す
る。
【0014】(実施例1) 図5を参照する。図1に示
す同じ部分には同じ参照番号を付して説明を省略する。
マイクロプロセッサ13は干渉計から情報を受けて、所
望の位置に移動ステージ8を移動するように命令をステ
ージ駆動制御系14に送り、この命令に従ってステージ
駆動系15を介して移動ステージ8を移動させる。この
ようにして、ウエハ上のチップ配置パターンをステップ
・アンド・リピートで露光位置に置く。光位置検出セン
サ11と光角度センサ12により得られたレーザの位置
と角度の変化はマイクロプロセッサ13に送られる。マ
イクロプロセッサには予めレーザの位置や角度の変化に
応じて補正係数がどのように変化するかを入力してあ
り、光位置検出センサ11と光角度センサ12からのレ
ーザの位置と角度の変化に応じて補正係数を適正な値に
設定し直す。その後は、この更新された補正係数により
干渉計からの情報を修正して、移動ステージ8の位置を
検出し、それに基づいて新たな所望位置に移動ステージ
を移動するようステージ駆動制御系14に命令を出す。
このようにしてレーザ光路の位置や角度が変動しても、
常にその変動に応じて補正係数を更新し、高い精度で位
置制御を達成することができる。
【0015】(実施例2) 図6を参照する。実施例1
との相違はマイクロプロセッサ13にコンソール15を
接続したことにあり、マイクロプロセッサ13にはレー
ザ光の位置と角度の変動についての許容範囲を入力す
る。レーザ光の位置と角度の変動がこの許容範囲を越え
るとマイクロプロセッサ13から信号が送られコンソー
ル15の警告ランプもしくは表示画面から警告を発す
る。この警告に従って補正係数を設定し直すか、もしく
はレーザ光の位置を調整し直すことで経時変化によるレ
ーザ光の光軸の変動を取り除く。
【0016】(実施例3) 図7を参照する。実施例1
との構造上の相違はマイクロプロセッサ13にレーザヘ
ッド駆動制御系17を接続し、このレーザヘッド駆動制
御系17に光源1を駆動するレーザヘッド駆動系18を
接続したことにある。レーザヘッド駆動系18はレーザ
ヘッド1に作用してレーザ光軸の高さと角度を変え、レ
ーザヘッド駆動制御系17はその駆動量を制御してレー
ザ光の高さと角度を任意に調整できるようにしている。
干渉計で得られた情報はマイクロプロセッサ13に送ら
れ、この情報から判断して所望の位置に移動ステージを
移動する命令をステージ駆動制御系14に送り、ステー
ジ駆動系15によって移動ステージ8を移動させる。光
位置検出センサ11と光角度センサ12により得られた
レーザの位置と角度の変化はマイクロプロセッサ13に
送られる。マイクロプロセッサには予めレーザの位置や
角度の変化に応じてレーザヘッド1をどのように駆動す
れば光軸を修正できるかを入力してある。光位置検出セ
ンサ11と光角度センサ12からのレーザの位置と角度
の変化に応じて駆動方向と駆動量とがマイクロプロセッ
サ13からレーザヘッド駆動制御系へ送られる。レーザ
ヘッド駆動制御系17によりレーザヘッド駆動系18が
制御され、レーザ光の高さや角度が当初の補正係数設定
時の高さや角度に近づくようにレーザヘッド1が駆動さ
れる。このようにして常に高い精度で移動ステージの位
置制御が実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の移動ステージの位置測定装置の平面
図である。
【図2】 投影露光装置の投影レンズと移動ステージの
位置関係を示す略図である。
【図3】 (a)は平面鏡に垂直にレーザ光が投射され
た状態を示す略図であり、(b)は傾斜した平面鏡にレ
ーザ光が投射された状態を示す略図である。
【図4】 平面鏡に斜めにレーザ光が投射された状態を
示す略図である。
【図5】 本発明の実施例1の平面略図である。
【図6】 本発明の実施例2の平面略図である。
【図7】 本発明の実施例3の平面略図である。
【符号の説明】
1:光源、2:ビームベンダ、3:ビームスプリッタ、
4:干渉計、5:干渉計、6:平面鏡、7:平面鏡、
9:ビームスプリッタ、10:ビームスプリッタ、1
1:光位置検出系、12:光角度検出系、13:マイク
ロプロセッサ、14:ステージ駆動制御系、15:ステ
ージ駆動系、16:コンソール、17:レーザヘッド駆
動制御系、18:レーザヘッド駆動系。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直交する少なくとも一方の移動方向に直
    角に固定された移動ステージの平面鏡に光波干渉計から
    光波を投射し、当該平面鏡からの反射光と光波干渉計の
    固定鏡からの反射光との干渉から移動方向の距離変化を
    計測して移動ステージの座標位置を測定し、この座標位
    置の測定中光波干渉計からの光波の基準面からの高さ及
    び/又は移動ステージの駆動方向に平行な方向に対する
    光波の傾きの変化を常に、継続的もしくは間欠的に計測
    し、この計測値に基づいて更新した補正係数により前記
    の移動ステージの座標位置を補正することを特徴とした
    移動ステージの位置測定方法。
  2. 【請求項2】 直交するX方向とY方向に沿って固定さ
    れた移動ステージの2つの平面鏡に光波干渉計から光波
    を投射する請求項1に記載の移動ステージの位置測定方
    法。
  3. 【請求項3】 座標位置の測定中光波干渉計からの光波
    が予め設定した許容限界を越えて変動したとき警告する
    請求項1もしくは2に記載の移動ステージの位置測定方
    法。
  4. 【請求項4】 光波の基準面からの高さ及び/又は移動
    ステージの駆動方向に平行な方向に対する光波の傾きの
    変化の計測に基づいて光波干渉計のフイードバック制御
    を行い、基準面内で光波を平面鏡に投射するようにした
    請求項1、2もしくは3に記載の移動ステージの位置測
    定方法。
  5. 【請求項5】 直交するX方向とY方向に沿って固定さ
    れた移動ステージの2つの平面鏡に光源からの光波を光
    波干渉計を介して垂直に投射して移動ステージの座標位
    置を測定する第1の光学系と、前記の光波干渉計からの
    光波の基準面からの高さ及び/又は移動ステージの駆動
    方向に平行な方向に対する光波の傾きの変化を常に、継
    続的もしくは間欠的に計測する第2の光学系と、この第
    2の光学系による計測に基づいて前記の光源の駆動制御
    を行う制御装置とを備え、それにより移動ステージの座
    標位置の測定中光波干渉計から光波を前記の平面鏡に垂
    直に投射するよう前記の光源の光波の高さ及び/又は方
    向を制御することを特徴とした移動ステージの位置測定
    装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015021875A (ja) * 2013-07-19 2015-02-02 キヤノン株式会社 計測装置、ステージ装置、露光装置および物品の製造方法
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